專利名稱：一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法和裝置。
背景技術(shù)：
在車載、艦載及機(jī)載無(wú)線通信中，往往需要在一個(gè)通信平臺(tái)上布置多部電臺(tái)，這些電臺(tái)同時(shí)工作時(shí)，由于其天線間距很近，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)收發(fā)電平相差很大，接收機(jī)通常就會(huì)耦合進(jìn)大量附近發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)，這就是同址干擾。當(dāng)附近發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號(hào)功率很大時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)干擾電平一般會(huì)超過(guò)鄰近接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，造成接收機(jī)阻塞，形成通信中斷。因此，如何有效抑制同址干擾受到了人們極大的關(guān)注。目前解決同址干擾的方法主要是從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行，硬件上將整個(gè)通信系統(tǒng)、電路技術(shù)的設(shè)計(jì)和工藝方法進(jìn)行優(yōu)化，改善電子設(shè)備的性能，降低干擾源的電平幅度，增加干擾源在傳播路徑上的衰減以及提高設(shè)備的抗干擾能力等等。軟件上主是要合理分配各個(gè)通信設(shè)備的空間位置及頻譜，以降低同址干擾。這些方法都具有一定局限性，當(dāng)干擾電平過(guò)大時(shí)，抑制效果將嚴(yán)重惡化。為了更進(jìn)一步地抵消干擾信號(hào)，自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)開始成為了人們的研究方向，在天線和接收機(jī)之間引入一個(gè)自適應(yīng)信號(hào)處理模塊對(duì)的接收信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)干擾抵消的處理，能夠在很大程度上消除大功率干擾信號(hào)，又不會(huì)影響到后面接收機(jī)的正常工作。常用的自適應(yīng)干擾抵消算法大都基于自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行，針對(duì)同址干擾信號(hào)的強(qiáng)功率和時(shí)變的特性，誕生了很多改進(jìn)的變步長(zhǎng)LMS算法，計(jì)算量小，收斂速度快，以及改變?yōu)V波器結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)算法，還有提高信號(hào)的相關(guān)性來(lái)增加干擾信號(hào)的抵消程度，這些方法在處理同址干擾信號(hào)上都具有很好的效果， 但是當(dāng)同址干擾源數(shù)量增多時(shí)，需要在每個(gè)干擾發(fā)射天線處耦合干擾信號(hào)并采集，使自適應(yīng)干擾抵消模塊的干擾信號(hào)采集設(shè)備變得復(fù)雜，給有限的工作空間增加負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法和裝置，能夠有效抑制多部設(shè)備產(chǎn)生的同址干擾，且僅需在接收天線處進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，無(wú)需干擾信號(hào)的耦合采集裝置，使得自適應(yīng)干擾抵消模塊簡(jiǎn)單化，更加適合實(shí)時(shí)狹窄的工作環(huán)境。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法，包括如下步驟:第一步，將接收端的天線接收的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣后抽取成N路信號(hào)，其中過(guò)采樣速率為fs，抽取后每路的等效采樣速率為fes，有fs=Nfes，且fes與接收信號(hào)間應(yīng)滿足抽樣定理要求fes>=2fmax，fmax為接收信號(hào)的最高頻率；第二步，在純干擾階段，即收發(fā)電臺(tái)收到呼號(hào)前，通信鏈路沒(méi)有建立的階段；此時(shí)接收天線收到信號(hào)僅包含同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路信號(hào)為X1, X2,, Xn，選取這N路信號(hào)中的任意一路作為主通道信號(hào)即X1，其他N-1路信號(hào)則作為參考通道信號(hào)即X2, X3,..., Xn ;第三步，將x2，x3，...，Xn共N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并調(diào)整第一級(jí)濾波器系數(shù)，使第一級(jí)濾波器輸出信號(hào)與主通道信號(hào)X1相減所得誤差信號(hào)的功率最小;第四步，在含有用信號(hào)階段，即收發(fā)電臺(tái)間經(jīng)呼號(hào)、握手，雙方通信鏈路建立后的階段；此時(shí)接收天線接收的信號(hào)為有用信號(hào)S、同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路彳目號(hào)為Xfs1, x2+s2,..., xN+sn,選取這N路彳目號(hào)中的任意一路作為主通道信號(hào)即X^s1,其他N-1路彳目號(hào)則作為參考通道彳目號(hào)即x2+s2, X3+S3,..., xN+sn ；第五步，將x2+s2，X3+S3, xN+sn共N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并保持第一級(jí)濾波器系數(shù)不變，將第一級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)Xl+Sl相減后的誤差信號(hào)作為第二級(jí)濾波器的輸入；第六步，調(diào)整第二級(jí)濾波器系數(shù)，使第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)&+81相減所得誤差信號(hào)的功率最小，此時(shí)第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)即為恢復(fù)出的有用信號(hào)。在上述方法中，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后抽取為N路信號(hào)，N的值越大，算法的性能越好，但所需的采樣速率就越高，硬件實(shí)現(xiàn)的難度就越大，綜合考慮可取N的值介于2 8之間。所述第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法的一種自適應(yīng)同址干擾抵消裝置，主要由抽取器、第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器組成；其中抽取器的輸入端與接收天線相耦合；抽取器的N個(gè)輸出端中的I個(gè)主通道輸出端接入第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器的控制端，N-1個(gè)參考通道輸出端與第一級(jí)濾波器的輸入端相連；第一級(jí)濾波器的輸出端接入第二級(jí)濾波器的輸入端，第二級(jí)濾波器的輸出端耦合 至接收機(jī)的輸入端。所述抽取器的輸出端個(gè)數(shù)N介于2 8之間。所述第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。與傳統(tǒng)的同址干擾抵消算法相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn):( I)無(wú)需信號(hào)耦合采集裝置。傳統(tǒng)的自適應(yīng)同址干擾抵消方法需要分別從干擾天線處耦合引出干擾信號(hào)作為相關(guān)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)干擾抵消，本方法通過(guò)將接收信號(hào)抽取成N路信號(hào)的方式得到相關(guān)信號(hào)。(2)能夠有效抑制多部設(shè)備的干擾。當(dāng)干擾信號(hào)數(shù)量過(guò)多時(shí)，傳統(tǒng)的自適應(yīng)干擾抵消方法需要引出干擾后通過(guò)自適應(yīng)干擾抵消方式逐個(gè)抵消干擾信號(hào)，而本方法的干擾抵消過(guò)程不受干擾數(shù)量的影響。(3)更加適合狹窄的工作環(huán)境。本方法僅需從接收端耦合出信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)干擾抵消的處理，利用有用信號(hào)和其他干擾信號(hào)頻率的不同抵消干擾信號(hào)，恢復(fù)出有用信號(hào)。


圖1是同址干擾抵消裝置應(yīng)用原理框圖。圖2是兩級(jí)濾波器噪聲抵消算法原理圖。圖3 (a)誤碼率隨N變化曲線。圖3 (b)誤碼率隨fes變化曲線。
圖4是多干擾源情況下多參考輸入同址干擾抵消算法和傳統(tǒng)同址干擾抵消算法功率譜圖的比較。圖5是多干擾源情況下多參考輸入同址干擾抵消算法和傳統(tǒng)同址干擾抵消算法萊斯多徑信道下誤碼率的比較。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的一種新的多參考輸入同址干擾抵消裝置的應(yīng)用原理如圖1所示，圖中所示的一種自適應(yīng)同址干擾抵消裝置，主要由抽取器、第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器組成。其中抽取器的輸入端與接收天線相耦合。抽取器的N個(gè)輸出端中的I個(gè)主通道輸出端接入第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器的控制端，N-1個(gè)參考通道輸出端與第一級(jí)濾波器的輸入端相連。第一級(jí)濾波器的輸出端接入第二級(jí)濾波器的輸入端，第二級(jí)濾波器的輸出端耦合至接收機(jī)的輸入端。在本發(fā)明中，抽取器的輸出端個(gè)數(shù)N的值越大，算法的性能越好，但所需的采樣速率就越高，硬件實(shí)現(xiàn)的難度就越大。經(jīng)綜合考慮，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，抽取器的輸出端個(gè)數(shù)N介于2 8之間。其中第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。發(fā)射機(jī)I到發(fā)射機(jī)n為n個(gè)同接收機(jī)s在同一工作空間的通信設(shè)備，接收機(jī)s接收另一工作空間發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)，由于接收機(jī)s與同一工作空間的n個(gè)發(fā)射機(jī)距離很近，發(fā)射機(jī)I到發(fā)射機(jī)n發(fā)送的信號(hào)容易被接收機(jī)s前端接收，對(duì)接收機(jī)s接收有用信號(hào)造成了干擾，因此接收機(jī)前端接收到的信號(hào)為多個(gè)干擾信號(hào)和有用信號(hào)的混合信號(hào)，混合信號(hào)Y為Y=IJI2+...+In+Rs，式中I1, I2,, In為干擾信號(hào)，Rs為有用接收信號(hào)。將接收到的混合信號(hào)過(guò)采樣后抽取成多路信號(hào)得到多個(gè)參考輸入信號(hào)，并且根據(jù)圖2所示的兩級(jí)濾波器噪聲抵消算法原理圖把濾波過(guò)程分為兩個(gè)階段對(duì)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，基于有用信 號(hào)與其他干擾信號(hào)的頻率的不同，濾波器跟蹤有用信號(hào)的權(quán)系數(shù)與跟蹤干擾信號(hào)的權(quán)系數(shù)是不一樣的，從而抵消干擾，恢復(fù)出有用信號(hào)。上述裝置所實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法，包括如下步驟:第一步，將接收端的天線接收的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣后抽取成N路信號(hào)，其中過(guò)采樣速率為fs，抽取后每路的等效采樣速率為fes，有fs=Nfes，且fes與接收信號(hào)間應(yīng)滿足抽樣定理要求fes>=2fmax，fmax為接收信號(hào)的最高頻率；第二步，在純干擾階段，即電臺(tái)收到呼號(hào)前，通信鏈路沒(méi)有建立的階段；此時(shí)接收天線收到信號(hào)僅包含同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路信號(hào)為X1, X2,, Xn，選取這N路信號(hào)中的任意一路作為主通道信號(hào)即X1，其他N-1路信號(hào)則作為參考通道信號(hào)即X2, X3,..., Xn ;第三步，將x2，x3，...，xN共N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并調(diào)整第一級(jí)濾波器系數(shù)，使第一級(jí)濾波器輸出信號(hào)與主通道信號(hào)X1相減所得誤差信號(hào)的功率最小;第四步，在含有用信號(hào)階段，即收發(fā)電臺(tái)間經(jīng)呼號(hào)、握手，雙方通信鏈路建立后的階段；此時(shí)接收天線接收的信號(hào)為有用信號(hào)S、同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路彳目號(hào)為Xfs1, x2+s2,..., xN+sn,選取這N路彳目號(hào)中的任意一路作為主通道信號(hào)即X^s1,其他N-1路彳目號(hào)則作為參考通道彳目號(hào)即x2+s2, X3+S3,..., xN+sn ；
第五步，將x2+s2，X3+S3,...，xN+sn* N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并保持第一級(jí)濾波器系數(shù)不變，將第一級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)Xl+Sl相減后的誤差信號(hào)作為第二級(jí)濾波器的輸入；第六步，調(diào)整第二級(jí)濾波器系數(shù)，使第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)&+81相減所得誤差信號(hào)的功率最小，此時(shí)第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)即為恢復(fù)出的有用信號(hào)。無(wú)論是在純干擾階段還是在含有用信號(hào)階段，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后抽取為2 8路信號(hào)。第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。兩級(jí)濾波器的噪聲抵消算法即使用兩級(jí)自適應(yīng)濾波系統(tǒng)進(jìn)行濾波，整個(gè)濾波過(guò)程包括兩個(gè)階段:(1)純干擾信號(hào)階段(接收機(jī)采集到的混合信號(hào)不含有用信號(hào)，僅含有多個(gè)干擾信號(hào))。(2)含有用信號(hào)階段(接收機(jī)采集到的混合信號(hào)同時(shí)含有有用信號(hào)和多個(gè)干擾信號(hào))。將接收到的混合信號(hào)Y通過(guò)抽取器抽取成N路信號(hào)，首先在純干擾信號(hào)階段，D1路純干擾信號(hào)X1設(shè)為主通道信號(hào)，D2D3...Dn路純干擾信號(hào)X2X3...xN設(shè)為參考通道信號(hào)，此階段的目的是用參考通道信號(hào)抵消主通道信號(hào)Xl。參見圖2。下面以兩路的自適 應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)(即系統(tǒng)除主通道信號(hào)外只有一路參考通道信號(hào))為例進(jìn)行說(shuō)明，此時(shí)將接收機(jī)采集到的混合信號(hào)通過(guò)奇偶式的抽取，單路信號(hào)變?yōu)閮陕沸盘?hào)X1X2, X2作為參考通道信號(hào)輸入第一級(jí)濾波器抵消X1，調(diào)整第一級(jí)濾波器系數(shù)，使第一級(jí)濾波器輸出與主通道信號(hào)之間的差的均方值達(dá)到最小，有C,(n)=X!(n)- W,x/rl)x/n)=lx,(n),x(n-1),-.-,x/n-L+1 )j:W2= [w21, w22,...w2L]其中，L為濾波器階數(shù)，W2為濾波器系數(shù)，e為信號(hào)X2抵消X1的預(yù)測(cè)誤差，預(yù)測(cè)誤差的大小直接關(guān)系到干擾的抵消程度，如果X2與X1的相關(guān)性越大，干擾的抵消效果越好，于是可以使用多路參考通道信號(hào)X2X3...Xn來(lái)抵消X1，有e(n) = x/n) - wx(n)x(nj = I x 相，x《n)，.■ x、(n)l: x,(n) = /x;(n),x/n -1),…,x/ -L + 1)Jw= [w2, w3,..., wN]Wi= [wn, wi2,...wiL]然后，在含有用信號(hào)階段，通過(guò)抽取器以同樣的方式得到N路混合信號(hào)，由于信號(hào)傳輸環(huán)境短時(shí)間內(nèi)基本不變，并且在實(shí)際工作環(huán)境中，同一空間內(nèi)的電臺(tái)通常要按照頻率分配方案分配不同的工作頻率，即同址干擾信號(hào)的頻率與有用信號(hào)頻率是不一樣，因此基于有用信號(hào)與其他干擾信號(hào)的頻率的不同，濾波器跟蹤有用信號(hào)的權(quán)系數(shù)與跟蹤干擾信號(hào)的權(quán)系數(shù)是不一樣的，可以將第一級(jí)濾波器作為固定濾波器，保持第一級(jí)濾波器系數(shù)不變，達(dá)到抵消干擾信號(hào)的目的，此時(shí)主通道信號(hào)為Xl+Sl，參考通道信號(hào)為
X2+S2，X3+S3> ，XN+SN，于是有 y/n) = w' (s(n) + x(h)) s(n) = /S2(H),s/n),-",s'(n)/:s/n) = /s (n),s/n — /)，…，sfi1- L)j
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法，其特征是包括如下步驟: 第一步，將接收端的天線接收的信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣后抽取成N路信號(hào)，其中過(guò)采樣速率為fs，抽取后每路的等效采樣速率為fes，有fs=Nfes，且fes與接收信號(hào)間應(yīng)滿足抽樣定理要求fes>=2fmax，fmax為接收信號(hào)的最高頻率； 第二步，在純干擾階段，即收發(fā)電臺(tái)收到呼號(hào)前、通信鏈路未建立的階段；此時(shí)接收天線收到信號(hào)僅包含同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路信號(hào)為Xl，X2, , xN,選取這N路信號(hào)中的任意一路作為主通道信號(hào)即X1，其他N-1路信號(hào)則作為參考通道信號(hào)即叉2，叉3，...，Xn ; 第三步，將x2，x3，...，Xn共N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并調(diào)整第一級(jí)濾波器系數(shù)，使第一級(jí)濾波器輸出信號(hào)與主通道信號(hào)X1相減所得誤差信號(hào)的功率最??； 第四步，在含有用信號(hào)階段，即收發(fā)電臺(tái)間經(jīng)呼號(hào)和握手、雙方通信鏈路建立后的階段；此時(shí)接收天線接收的信號(hào)為有用信號(hào)S、同址干擾信號(hào)和噪聲，令此時(shí)過(guò)采樣并抽取的N路彳目號(hào)為Xi+S1, x2+s2,..., xN+sn,選取這N路彳目號(hào)中的任意一路作為主通道彳目號(hào)即Xi+S1,其他N-1路彳目號(hào)則作為參考通道彳目號(hào)即X2+S2, X3+S3,...，xN+sn ； 第五步，將x2+s2，X3+S3,%+\共N-1路參考通道信號(hào)輸入到第一級(jí)濾波器中，并保持第一級(jí)濾波器系數(shù)不變，將第一級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)Xl+Sl相減后的誤差信號(hào)作為第二級(jí)濾波器的輸入； 第六步，調(diào)整第二級(jí)濾波器系數(shù)，使第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)與主通道信號(hào)Xl+Sl相減所得誤差信號(hào)的功率最小，此時(shí)第二級(jí)濾波器的輸出信號(hào)即為恢復(fù)出的有用信號(hào)。`
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法，其特征是，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后抽取為2 8路信號(hào)，即N的取值介于2 8之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法，其特征是，第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。
4.一種自適應(yīng)同址干擾抵消裝置，其特征在于，主要由抽取器、第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器組成；其中抽取器的輸入端與接收天線相耦合；抽取器的N個(gè)輸出端中的I個(gè)主通道輸出端接入第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器的控制端，N-1個(gè)參考通道輸出端與第一級(jí)濾波器的輸入端相連；第一級(jí)濾波器的輸出端接入第二級(jí)濾波器的輸入端，第二級(jí)濾波器的輸出端I禹合出至接收機(jī)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)同址干擾抵消裝置，其特征是，抽取器的輸出端個(gè)數(shù)N介于2 8之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)同址干擾抵消裝置，其特征是，所述第一級(jí)濾波器和第二級(jí)濾波器均為自適應(yīng)濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自適應(yīng)同址干擾抵消方法和裝置，其采用多個(gè)參考輸入信號(hào)，并且將濾波過(guò)程分為兩個(gè)階段對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以抑制多個(gè)同址干擾信號(hào)。本發(fā)明能夠有效抑制多部設(shè)備產(chǎn)生的同址干擾，且僅需在接收天線處進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，無(wú)需干擾信號(hào)的耦合采集裝置，使得自適應(yīng)干擾抵消模塊簡(jiǎn)單化，更加適合實(shí)時(shí)狹窄的工作環(huán)境。
文檔編號(hào)H04L25/03GK103248595SQ201310166578
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者謝躍雷, 歐陽(yáng)繕, 劉潔, 晉良念, 陳紫強(qiáng), 劉慶華, 蔣俊正, 肖海林, 丁勇 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)