本發(fā)明涉及基于無(wú)線寬帶通信的混合干擾抑制，屬于通信信號(hào)處理，具體涉及一種基于前向連續(xù)均值切除頻譜感知的混合干擾抑制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無(wú)線寬帶設(shè)備的快速普及，無(wú)線服務(wù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，并作為社會(huì)中電信基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分變得越來(lái)越重要。然而，安全威脅已經(jīng)成為無(wú)線通信的保密性、完整性和可用性的一個(gè)大問(wèn)題。與竊聽和數(shù)據(jù)偽造等其他安全威脅相比，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特別容易受到無(wú)線電干擾攻擊。

2、隨著軟件定義無(wú)線電的進(jìn)步，人們可以很容易地將一個(gè)100元的小型usb設(shè)備編程為一個(gè)干擾器，覆蓋6ghz以下的20mhz帶寬和高達(dá)100mw的傳輸功率。發(fā)起干擾攻擊的便利性使得保護(hù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)免受有意和無(wú)意的干擾威脅變得緊迫。尤其是在軍事通信場(chǎng)景，復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境意味著更為復(fù)雜的電磁環(huán)境，軍事通信系統(tǒng)不可避免地將會(huì)受到復(fù)雜的電磁干擾。同時(shí)，敵方的有意電磁干擾更會(huì)導(dǎo)致軍事通信性能的下降。因此，能夠抵抗復(fù)雜的電磁干擾是當(dāng)前民用與軍事無(wú)線通信都需具備的賦能技術(shù)。

3、對(duì)于無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)，干擾可以根據(jù)信號(hào)的頻域特征分為單音干擾、部分頻帶干擾，常見的窄帶干擾和寬帶干擾可以歸為部分頻帶干擾，多音干擾可以認(rèn)為是幾個(gè)單音干擾的疊加。則混合干擾就是幾種干擾的疊加。

4、目前，研究混合干擾抑制技術(shù)的文獻(xiàn)較少。當(dāng)前研究主要是基于gnss系統(tǒng)，主要存在的不足是

5、(1)混合干擾較為簡(jiǎn)單，包括單音干擾與脈沖干擾的混合，脈沖干擾與窄帶干擾的混合。

6、(2)缺乏對(duì)頻譜的感知，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)特定干擾的檢測(cè)和辨識(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有混合干擾抑制方法存在的不足，本發(fā)明提出一種基于前向連續(xù)均值切除(forward?consecutive?mean?excision,fcme)頻譜感知的混合干擾抑制方法一種基于前向連續(xù)均值切除頻譜感知的混合干擾抑制方法，具體包括下列步驟；

2、步驟1：基于前向連續(xù)均值切除fcme的頻譜感知；

3、設(shè)接收機(jī)接收到基帶信號(hào)r；由期望信號(hào)d，高斯白噪聲w和干擾j構(gòu)成，即

4、r＝d+w+j??????(1)

5、其中，接收信號(hào)表示為r＝[r(1)...r(n)]t，其中n表示接收信號(hào)一幀的長(zhǎng)度，r(1)...r(n)分別表示一幀信號(hào)中第1～n個(gè)符號(hào)；接收信號(hào)通過(guò)fft被變換到頻域，表示為

6、

7、其中，每個(gè)r(k)的值被稱為一個(gè)頻率倉(cāng)，k表示頻率倉(cāng)的索引；

8、計(jì)算接收信號(hào)的幅度譜，

9、

10、其中，re和im分別表示實(shí)部和虛部操作；幅度譜ψ＝{ψ(k)|k∈i1}作為輸出塊送入fcme頻譜感知；假設(shè)im和jm分別表示第m次迭代時(shí)沒(méi)有檢測(cè)出干擾的頻率倉(cāng)的索引和檢測(cè)出干擾的頻率倉(cāng)的索引的集合；則，索引集i1是在第1次迭代時(shí)，沒(méi)有檢測(cè)出干擾的頻率倉(cāng)的索引的集合，即i1包含所有索引1,...,n；在fcme頻譜感知中，檢測(cè)出干擾的頻率倉(cāng)的索引從第一索引集im移到第二索引集jm，這個(gè)操作在每次迭代完成一次；初始的假設(shè)是沒(méi)有一個(gè)頻率倉(cāng)受到干擾，即j1為空集；當(dāng)達(dá)到最大迭代次數(shù)或沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何新的被干擾的頻率倉(cāng)時(shí)，停止迭代；

11、步驟2：混合干擾抑制步驟；

12、根據(jù)頻譜感知結(jié)果，確定混合干擾抑制模塊組；干擾抑制算法包括時(shí)域陷波濾波器、頻域閾值切除濾波器，時(shí)域陷波濾波器以下簡(jiǎn)稱為“陷波器”；對(duì)于單音干擾適合采用陷波器進(jìn)行干擾抑制；在使用二階陷波器時(shí)，將接收信號(hào){r(n)|n＝1,...,n}作為輸入送入陷波器，假設(shè)輸出信號(hào)為x(n)，則陷波器的系統(tǒng)函數(shù)h(z)表示為

13、

14、其中，x(z)和r(z)分別是x(n)和r(n)的z變換；δ和μ是二階陷波器的兩個(gè)增益系數(shù)，如果δ和μ的絕對(duì)值都小于1，則陷波器是穩(wěn)定的；這兩個(gè)系數(shù)分別決定-3db帶寬b和陷波頻率ωn，表示為

15、

16、μ＝cos(ωn),ωn∈[0,π]???????(6)

17、其中，帶寬b和陷波頻率ωn根據(jù)頻譜感知結(jié)果進(jìn)行確定；

18、對(duì)于部分頻帶干擾，采用頻域閾值切除算法進(jìn)行干擾抑制，具體如下；

19、假設(shè)期望信號(hào)與高斯白噪聲的和為v＝d+w＝{v(n)|n＝1,...,n}，干擾為j＝{j(n)|n＝1,...,n}，其中v(n)和j(n)分別表示他們的第n個(gè)符號(hào)，n的取值為1～n，當(dāng)存在干擾時(shí)，接收信號(hào)頻域幅度值

20、

21、其中，j(k)和v(k)分別表示j(n)和v(n)的傅里葉變換fft；當(dāng)不存在干擾時(shí)，接收信號(hào)頻域幅度值

22、

23、定義兩個(gè)假設(shè)h0和h1分別為不存在干擾和存在干擾，其對(duì)應(yīng)觀測(cè)值分別為

24、

25、兩個(gè)觀測(cè)值均服從瑞利分布；按照最大后驗(yàn)概率劃分觀測(cè)空間：定義兩種假設(shè)的后驗(yàn)概率分別為p(h1|m(k))和p(h0|m(k))，其中p(·)表示事件的概率，p(h1|m(k))、p(h0|m(k))分別表示在觀測(cè)m(k)的條件下，假設(shè)h1或h0發(fā)生的概率；比較兩個(gè)后驗(yàn)概率的大小，認(rèn)定后驗(yàn)概率大的假設(shè)成立，即

26、

27、上式表示大于號(hào)成立則假設(shè)h1成立，反之h0成立；根據(jù)貝葉斯公式，

28、p(h1|m(k))＝p(m(k)|h1)p(h1)/p(m(k))????(12)

29、p(h0|m(k))＝p(m(k)|h0)p(h0)/p(m(k))?????(13)

30、將式(18)和(19)代入(17)得

31、

32、由于j(k)+v(k)和v(k)均服從復(fù)高斯分布，因此

33、

34、式中，和分別為j(k)和v(k)的方差；將式(21)代入(20)得

35、

36、當(dāng)h1成立時(shí)，表示干擾存在，則對(duì)此頻率倉(cāng)r(k)賦值為0；當(dāng)h0成立時(shí)，表示干擾不存在，則對(duì)此頻率倉(cāng)不做處理；

37、步驟3：均衡解調(diào)譯碼步驟；

38、假設(shè)進(jìn)行了理想同步，則干擾抑制后的接收信號(hào)的頻域r0(k)滿足

39、r0(k)＝s(k)h(k)+w(k)+i0(k)??????(17)

40、其中，s(k)、h(k)和w(k)分別表示發(fā)射信號(hào)s(n)、信道脈沖響應(yīng)和噪聲的fft，i0(k)表示殘留干擾；則頻域均衡的輸出結(jié)果滿足

41、

42、對(duì)做ifft變換，得到均衡的時(shí)域?yàn)椋?/p>

43、

44、其中，被用來(lái)進(jìn)行解調(diào)；

45、利用糾錯(cuò)編碼進(jìn)一步降低誤碼率。

46、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟1中，迭代處理流程如下：

47、第一步：初始化，令m＝1，并為jm、im、sm和nm賦初值，其中jm為空集，im包含1～n，sm是對(duì)幅度譜求和，nm是集合im的元素?cái)?shù)量；

48、第二步：迭代處理，包含兩層循環(huán)，第一層循環(huán)首先計(jì)算當(dāng)前循環(huán)下，sm和nm的值；然后，進(jìn)入第二層循環(huán)，第二層循環(huán)遍歷當(dāng)前im包含的索引對(duì)應(yīng)的頻率倉(cāng)，如果幅度譜ψ(k)大于閾值t*sm/nm，t表示閾值參數(shù)，則將此頻率倉(cāng)對(duì)應(yīng)的索引k從im移到j(luò)m；

49、迭代處理中使用的閾值參數(shù)t基于非干擾接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)量在理論上確定；復(fù)高斯噪聲和期望信號(hào)在經(jīng)過(guò)fft變換后仍服從復(fù)高斯分布，因此接收信號(hào)的幅度譜近似為具有兩個(gè)自由度的瑞利分布；使用這些假設(shè)，閾值參數(shù)t能夠通過(guò)以下方式在理論上確定；兩自由度瑞利分布隨機(jī)變量ψ的一階矩為

50、

51、式中，σ2為零均值統(tǒng)計(jì)獨(dú)立高斯隨機(jī)變量的方差；γ函數(shù)定義為

52、

53、式中，e為自然常數(shù)；瑞利分布隨機(jī)變量的累積密度函數(shù)為

54、

55、其中，ψ是自變量，方程(6)求解ψ得到

56、

57、式中，ln為自然對(duì)數(shù)；在fcme頻譜感知中，當(dāng)前幅度譜中的所有值ψ根據(jù)閾值t*sm/nm＝t*e(ψ)被分成兩組，一組為有干擾的頻率倉(cāng)，一組為沒(méi)有干擾的頻率倉(cāng)；令目標(biāo)閾值ψtarget＝t*e(ψ)，則

58、

59、可知，閾值參數(shù)t與噪聲方差無(wú)關(guān)；參數(shù)f(ψtarget)是目標(biāo)累積密度函數(shù)值，表示期望集合中包含的觀測(cè)值的相對(duì)數(shù)量；

60、設(shè)置干擾指示變量a(k)，用二進(jìn)制來(lái)表示；根據(jù)頻率倉(cāng)是否存在干擾對(duì)a(k)進(jìn)行賦值，即

61、

62、經(jīng)過(guò)迭代處理，a(k)即是頻譜感知結(jié)果。

63、在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，迭代處理中使用的閾值參數(shù)t基于均值或方差。

64、在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，糾錯(cuò)編碼采用rs編碼或低密度奇偶校驗(yàn)ldpc編碼。

65、本方法在頻譜感知基礎(chǔ)之上構(gòu)建混合干擾抑制模塊組，為不同的模塊選擇不同的干擾抑制算法并進(jìn)行組合。本發(fā)明方法在復(fù)雜的混合干擾下具有很強(qiáng)的頻譜感知能力，同時(shí)在干擾抑制上比其他方法也更加精確，譯碼模塊進(jìn)一步增強(qiáng)了抗干擾魯棒性。

66、本發(fā)明方法可以為復(fù)雜電磁環(huán)境的混合干擾抑制提供支撐，有效解決民用以及軍用場(chǎng)景中抑制混合干擾的性能欠佳等問(wèn)題。