基于时频域的抗窄带干扰技术
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对于时频域的抗干扰主要是对调制载波中的子载波或等效子载波进行剔除或规避(对于多载波系统可以使用规避策略)。
时频域抗干扰包括干扰识别、干扰抗剔除、干扰规避三个方面。
在宽带信号传输中,期望有“干净”的宽带频段在强电磁对抗环境下是不现实的。
干扰识别的主要目的是对接收信号中是否存在干扰信号做出判断,如果判定存在干扰信号,测定其位置等特征参数,以进行后续的干扰抑制或消除处理。
对于无干扰先验信息的盲识别技术,主要识别方式是能量门限判决的算法及各种改进。
干扰抗剔除是在干扰识别的前提下,对干扰点的子载波置零,再结合基带Turbo 长码良好的纠删性能以达到抗干扰目的。
干扰规避主要应用在多载波OFDM 系统中,具体思路是:检测干扰NBI 频带位置,关闭受NBI 影响的子信道,使OFDM 系统的发端和收端都避免使用受NBI 影响的子信道。
这种方法的优势是不仅可以抑制NBI,而且不损失有用信息,能够明显提高系统可靠性。
2 干扰识别
一般而言,相对有用信号的频谱,强窄带干扰频谱幅值较大,可采用门限法区分干扰和有用信号的频谱。
门限判决法的基本思想是:对于预设的某一个门限值,幅度高于该门限的谱线认为是干扰,将其置零或设置为与门限值近似的幅度。
门限法的缺陷是如果门限设置过高,干扰抑制不完全;如果门限设置过低,会出现误判,导致有用信号损失。
门限检测法由于结构简单,易于工程实现等优点得到广泛的应用,但在门限检测法中,干扰门限的设定是一个关键的问题。
目前门限的设定主要有固定门限法和各类自适应门
并且抑制性能好的优点。
在大多数情况下,接收的信号和干扰都是时变的,对干扰门限的选择也不应该是固定的,门限设置太高,会有干扰泄露;门限设置太低,又会对期望信号产生失真,所以干扰门限的设计应该以接收信号的统计特性为依据。
在AWGN 信道下,经过FFT 后信号的离散谱线可以表示为()()()()R k S k N k J k =++。
其中()S k 为发送信号,()N k 为噪声的频谱,()J k 为窄带干扰的频谱,一般而言,发送信号()S k 经过了加扰处理,可近似满足高斯分布,由于高斯分布经过FFT 后依然满足高斯分布,()N k 服从高斯分布,
所以()()S k N k +也是高斯分布,所以,
2|()()|S k N k +服从指数分布,根据指数分布的数据特征,有2(|()()|)exp()P P S k N k Th Th λ=+>=−⋅,
1/(|E S λ=2/(|()()|)E S k N k +如果选择门限/Th n λ=, n=1,2,3,…,
可以得到不同的错判概率P 例如如果选择4/Th λ=,则P=0.0183,选择5/Th λ=,则P=0.0067;所以,后面的问题是如何准确的确定参数λ;一般采用最大似然的估计,得到122
1
(|()|)1/|()()|
N k E R k S k N k λ−==≈+∑综上所述,干扰识别
算法的本质是一个假设检验问题,即假设没有窄带干扰条件下,经过FFT 后的谱线的平方是否服从指数分布,通过对单个或多个谱线平方值的假设检验,对窄带干扰的存在进行判断识别;然后将识别为干扰的谱线强制赋值为零,实现干扰抑制的目的。
3 干扰剔除
从物理层波形来说,为了对抗干扰,最主要的是提供各
实现纠删功能。
以下给出1/2码率Turbo 码,在不同删除比例下的BER 性能曲线。
从图1可以看到,即使被删除1/8比例的符号,性能损失也就1dB。
但当被删除比例大于一个阀值,性能急剧恶化。
这表明,如果窄带干扰的带宽在一定范围内,只要在接收方能准确识别干扰范围,即可在特定的性能损失下,实现整体数据的无损恢复。
而该性能损失也是为了抗干扰所必须要付出的代价。
窄带干扰带宽越大,等价于被删除的比例越大,性能损失也越大。
4 干扰规避
接收端对干扰情况进行测量,利用没有被干扰的子载波上的数据,结合高效的信道编码,恢复被干扰子载波上的数
图1 干扰剔除纠删性能仿真图
以上的过程中,需要发送端和接收端进行反馈交互,发送端根据接收端指示,在被干扰的子载波上不传输信息,从
图2 OFDM 系统窄带干扰消除系统框图
(下转第15页)
而实现抗窄带干扰的目的。
但是该方法的缺点是需要较多的交互,要占用系统带宽,影响系统效率,而且交互过程的控制相对比较复杂。
由于被干扰的带宽上不发送数据,如果要保证传输速率不下降,则需要采用更高的速率(高码率+高调制阶数)传输,同时要考虑信令传输错误时,可能导致更大的错误,所以为了保证反馈信息的可靠传输,需用采用低速波形(低码率(扩频)+低调制阶数)传输,综上分析,需要设计多档速率波形,才能有效实现抗窄带干扰的能力。
如果没有采用干扰规避,窄带干扰将导致性能急剧的恶化,但是采用了干扰规避后,系统性能与没有干扰的情况下十分接近。
说明干扰规避的抗干扰方式是一种较为有效的干扰抑制技术。
5 总结
对于无干扰先验信息的盲识别技术,主要识别方式是能量门限判决的算法及各种改进。
对于单载波系统,在频域进行干扰识别后,将频域干扰在可变频率分辨率的“等价子载波”进行置零剔除,再结合后续的Turbo 或LDPC 译码技术,取得抗干扰效果。
多载波系统将识别后的频域干扰在预先设计
频率分辨率的“原始子载波”进行置零剔除,同样结合后续的Turbo 或LDPC 译码技术,取得抗干扰效果。
多载波系统还可以选择将干扰频域位置信息反馈给发送方,发送方在频域映射时避开干扰,达到干扰规避的效果。
在时频域抗干扰方面,由于干扰形式多种多样,快速识别干扰特征是抗干扰的前提。
干扰特征包括干扰频谱、干扰时刻、干扰强度等。
时频域抗干扰技术的难点在于频域干扰的识别,当干扰功率与信号功率稍大于或接近有用信号功率时,干扰识别就会产生模糊,造成有用信号的误删,反而会导致系统性能恶化。
这就必须结合工程实际,诸如设置动态门限等增加鲁棒策略来克服误判、误删。
参考文献
[1]何国君.直扩系统变门限频域抗窄带干扰技术的研究[D].
哈尔滨工程大学,2005.
[2]梁继业.低轨卫星扩频通信系统中的窄带干扰抑制技术
研究[D].中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所),2006.。