干扰抑制技术在通信系统中的应用

第8卷 第1期2009年2月常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 学 报JournalofChangzhouVocationalCollegeofInformationTechnologyVo.l8No.1Feb.2009

收稿日期:2008-11-13作者简介:虞建华(1958-),男,高级工程师,从事研究方向:通信技术、计算机应用注:2007年常州市第十三批科技计划项目(CE2007046)扩频通信中窄带干扰抑制技术的研究虞建华1 张国俊2 潘之俊1(1.常州无线电厂有限公司 江苏常州 213001 2.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164)摘 要:将常用的窄带干扰抑制技术进行了较为系统的研究,给出了基于时域预测滤波的窄带干扰抑制模型,重点讨论了变换域窄带干扰各种常用方法的特点,并给出了性能仿真。关键词:窄带干扰;线性预测;变换域;门限法中图分类号:TN914.42 文献标志码:A 文章编号:1672-2434(2009)01-0006-04StudyonNarrow-bandInterferenceRejectioninSpreadSpectrumSystemsYUJian-hua1 ZHANGGuo-jun2 PANZh-ijun1(1.ChangzhouRadioPlantCo.,Ltd.,Changzhou213001 2.ChangzhouCollegeofInformationTechnology,Changzhou213164,China)Abstract:ThepapergivesasystematicstudyonNBIrejectiontechnology,showsthemodelofNBIrejectionintimedomain,mainlydiscussesthefeaturesofdifferentmethodsofNBIsuppressionintransformdomain,andshowstheperformancesimulation.Keywords:narrowbandinterference;linearprediction;transformdomain;methodofthreshold0.引言虽然在许多情况下,扩频系统本身所固有的扩频增益可以提供足够的抗干扰能力,但在有些强干扰情况下,例如,对直接序列扩频系统,在其扩展频谱的中心频率附近,利用高功率电平的单音连续波干扰或多音干扰,可以使系统性能严重恶化。从理论上讲,通过提高扩频系统的处理增益可以得到任意等级的抗干扰能力,但为此所付出的代价是传输带宽的增加。在实际应用中,也不可能无限制地提高处理增益,许多因素诸如发送/接收机的复杂性以及可用带宽等都限制了处理增益的提高。因此,必须考虑用信号处理技术来弥补扩频处理增益的不足,在不增加带宽的情况下提高系统处理增益,增强系统的干扰抑制能力。1.域窄带干扰抑制方法的研究基于时域的窄带干扰抑制技术的基本思想就是利用窄带信号和宽带信号在可预测上的差异而达到抑制窄带干扰的目的。因为窄带干扰是非高斯的,样值间有很强的相关性,可以从过去样值来估计当前样值,而扩频信号频谱平坦,其样值之间几乎不相关。当接收信号同时包含宽带有用信号和窄带干扰时,对接收信号进行预测,预测值将主要是窄带信号的预测值。所以在解扩之前从当前信号中减去预测值,将大大减小接收信号中的窄带干扰。主要有两类结构[1],如图1所示:

第１３卷第８期２０１３年３月　ｌ６７１—１８１５（２０１３　０８—２０９７－０６　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０１．１３　Ｎｏ．８　Ｍａｒ．２０１３　＠２０１３　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

通信技术　

数字航空通信系统中ＤＭＥ干扰信号　

抑制技术研究　

李　琦　李宏伟　蔡斌　张建忠　

（空军工程大学信息与导航学院　，西安７１００７７；中国人民解放军９４１５９部队９９分队　，兰州７３００２０）　

摘要研究了Ｌ波段中常见的测距器（Ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｅ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＤＭＥ）信号，为了抑制该信号，提高Ｌ波段数字航空通信　系统１型（Ｌ－ＤＡＣＳ１）的抗干扰性能。提出了通过对超出特定门限的接收信号乘以相应的衰减因子的方法，达到抑制干扰的目　的；同时也能够提高系统的输出信噪比。最后通过仿真验证了该算法可以有效地提高Ｌ—ＤＡＣＳ１的抗干扰性能。　关键词Ｌ波段数字航空通信系统　ＯＦＤＭ　ＤＭＥ　抗干扰　中图法分类号ＴＮ９１１．３；　文献标志码Ａ　

近年来，随着空中交通流量的飞速增长，现有　

的空管系统已经无法满足需求。为解决这一问题，　

从２Ｏ世纪９０年代起，国际民航组织（ＩＣＡＯ）开始筹　

划建设新的全球空管系统，航空电信网（ＡＴＮ）就是　这个系统的重要组成部分…。在这一背景下，欧洲　

航行安全组织（ＥＵＲＯＣＯＮＴＲＯＬ）和美国联邦航空　

管理局（ＦＡＡ）开展了针对航空电信网的未来航空　

无线通信接人技术的标准化研究工作。新的航空　

通信网络由地面网络、机场地面宽带接入网络、地　

空数据链通信网络、空空数据链通信网络和卫星数　

据链通信网络五部分组成。在两家组织的合作努　

力下，欧洲航行安全组织于２００８年提出了Ｌ波段数　

字航空通信系统（Ｌ—ＤＡＣＳ，Ｌ—ｂａｎｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉ．　

ｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）方案，作为地空数据链通　

无线通信系统中干扰对齐技术的研究

未来移动通信网络要满足更好覆盖、更高传输速率、更低发射功率的需求,但又面临着有限频谱资源和复杂传输环境的困境,因此新型网络架构和传输机制被提出,如自组织网络、异构网、中继协同传输等。这些新型网络架构和传输机制的引入实质上构成了新的干扰网络,必然带来新干扰问题。

近年来,干扰对齐被学术界视为一种能够有效抑制干扰的创新性无线传输策略,在网络容量分析方面取得了重大理论突破。干扰对齐从理论转化到实用面临着众多挑战,因此成为当前的研究热点。

本文主要关注制约干扰对齐实用化的两个重要因素,分别为信道状态信息获取和空域维度受限,以降低实施干扰对齐的反馈开销和空域维度需求为目标,对不同场景下的干扰对齐方案展开研究。主要工作如下：1. MIMO干扰信道中的反馈拓扑设计。

在MIMO干扰信道场景中,通过合理的反馈拓扑结构设计能够有效降低干扰对齐实施过程中产生的CSI开销。然而,传统反馈拓扑结构具有明显的缺陷：集中式反馈拓扑结构要么将大量的计算和反馈负担强加于系统中的某个接收节点,要么需要在网络中额外部署的新的硬件单元；而信道状态信息交互式反馈拓扑结构会产生较大的反馈时延。

因此,本文设计了三种新型的反馈拓扑结构,具体设计思路分别为：对收发节点进行配对分组、优化信令交互过程中传递节点的顺序,以及构思全新的干扰对齐闭式解。所提的三种新型结构不仅可以克服传统反馈拓扑结构的上述缺陷,同时能够进一步降低CSI开销。

2. MIMO干扰广播信道中基于干扰对齐的天线资源分配方案。通过对齐相邻小区的同频干扰,干扰对齐技术能够大幅提升多小区MIMO干扰广播信道的空分复用增益。

传统的干扰对齐闭式解方案由于对齐实施方法上存在的差异,在获得相同自由度的条件下对基站和用户的天线数目提出了不同的要求。从实用化角度考虑,用户终端不可能配备大量的天线,而基站可以部署大规模天线阵列。

因此,本文提出了一种基于干扰对齐的天线资源分配方案,通过灵活调节基站和用户两侧的天线需求数目,能够实现天线资源用量与自由度增益的有效折中。此外,针对多小区两用户以及三用户的场景,提出了低复杂的干扰对齐实施算法,能够在保持自由度不变的条件下进一步降低现有算法的复杂度。

直接序列扩频技术

1 通信系统中的主要干扰

无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。不管是GSM 系统还是CDMA

系统, 都是干扰受限系统, 干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统的容量。移动通信系统中主要存在以下干扰：同频干扰，临频干扰，互调干扰，多址干扰，噪声干扰。

2 主要的抗干扰技术

目前主要的抗干扰技术有：扩频技术，功率控制技术，间断传输技术，多用户检测技术等。本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。

3 直接序列扩频技术的优势与应用

3.1 扩频技术原理

扩频通信作为一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，频带展宽通过编码及调制的方法实现，与所传信息数据无关。在接收端用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。

扩频技术具有伪随机编码调制和信号相关处理两大特点。扩频通信方式具有很多优点，如抗干扰、抗噪声、抗多径衰落、低功率谱密度下工作、有保密性、可多址复用和任意选址、高精度测量等。扩频通信从利用电磁波来看，与一般现有的常规通信方式不同。扩频通信用伪随机编码把基带信号的频谱进行扩展，形成相当宽带的低功率谱密度信号发射。使用不同的伪随机编码，不同通信用户可在同一频段、同一时间工作，互不影响或影响极小。常规通信是在频段上细分或时间上细分给通信用户，彼此互不干扰地分别使用。

信息数据序列{an}经普通数据调制之后变成带宽为B1 的信号x(t)，用扩频序列发生器产生的伪随机编码(PN 码)去对基带信号作扩频调制，形成带宽为B2(B2》B1)、功率谱密度极低的扩频信号y(t) 后再发射。众多的通信用户，使用各自不同的伪随机编码，可以同时使用带宽为B2 的同一频带。在接收端，首先使用与扩频信号发送者相同的伪随机编码作扩频解调处理，把宽带信号恢复成通常的基带信号，再使用通常的通信手段，解调出发送来的信息数据序列{an}显然，接收端不知道发送的扩频信号所使用的伪随机编码时，要进行扩频解调是非常难办、甚至是不可能的。这就实现了信息数据的保密通信。如果接收端用某一伪随机编码接收某一发送来的信号时，通信信道中的另一些伪随机编码调制的扩频信号不能在该接收端的扩频解调处理器中形成明显的信号输出，即不会对接收端的扩频解调处理形成干扰。这样，接收端使用不同扩频信号发送者所用的不同伪随机编码作扩频解调，就可得到不同发送者发送来的信息数据，实现多用户(或多址)通信。