頻域抗干擾中的門限檢測和處理

通信論壇

計算機與網絡創新生活

頻域抗干擾中的門限檢測和處理

穆立波霍志勇

（中國電子科技集團公司第五十四研究所河北石家莊０５００８１）

【摘要】介紹了擴頻通信中抗窄帶干擾的頻域方法，對其中的關鍵技術門限檢測和干擾處理技術進行了分析，研究了基

于高斯分布的確定門限算法和基于指數分布的自適應門限檢測算法，給出了算法流程，基于延遲重疊的ＦＦＴ算法，建立了仿真

模型，針對單音干擾、多音干擾、窄帶干擾進行了仿真，仿真結果表明，自適應門限算法對各種干擾具有較強的適應性。

【關鍵詞】擴頻通信頻域抗干擾窄帶干擾 門限自適應

中圖分類號：ＴＮ９１４．４２文獻標示碼：Ａ文章編號：１００８—１７３９（２０１０）１０－４６—３

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ａｎｔｉ－ｊ ａｍｍｉｎｇ

ＭＵ Ｌｉ—ｂｏ ＨＵＯ Ｚｈｉ—ｙｏｎｇ

（Ｔｈｅ ５４ｔｈ Ｋｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ａｎｔｉ－Ｏ’ａｍｍｉｎｇ ｉｎ ＤＳＳＳ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ

ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｉｆｘｅｄ ｖａｌｕｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ

ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＦＴ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌａｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｔｏｎｅ ｊａｍｍｉｎｇ，ｍｕｌｔｉ ｔｏｎｅ ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｊａｍｍｉｎｇ

ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｍｏｓｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｔｙｐｅｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ａｎｔｉ１ａｍｍｉｎｇ；ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ

１引言

擴頻通信系統本身具有很好的抗干擾能力，其抗干擾能

力與擴頻增益成正比。受系統帶寬和設備實現復雜度限制，通

＇］限檢測技術進行了研究和分析。

２相關概念及典型案例

頻域抗干擾的依據是擴頻信號和干擾信號的頻域特性．

信系統擴頻增益不可能太高，干擾容限也受到一定限制。尤其

是窄帶強干擾情況下單純提高處理增益作用通常不可行。擴

頻信號采用偽碼調制，具有白噪聲特性，與窄帶信號具有明顯

的不同，在不提高擴頻增益的前提下，可通過在解擴前進行信 Ｎ點快速傅立葉變換（ＦＦＴ），得到Ｎ點的頻域序列小。在頻域

號處理的方法抑制窄帶信號的干擾。窄帶干擾抑制方法ｆ１】有

２類：時域自適應處理和變換域處理技術。時域處理一般采用

擴頻信號與噪聲呈現平坦特性，在干擾的位置上，出現頻譜峰

值?；冢疲疲宰儞Q的抗干擾原理如圖１所示，首先對信號進行

對信號進行干擾檢測，檢測門限記為７ ，對存在干擾的譜線

進行置零或某個確定的值，以減弱和抑制窄帶干擾，經過處理

之后進行逆變換（ＩＦＦＴ），在時域與本地ＰＮ碼相關，經過積分

判決得到發送的信息序列。其中，ＦＦＴ和ＩＦＦＴ技術相當成熟， 域中，尤其是頻域處理，方便直接，便于非線性處理。因此得到

對干擾的檢測和對譜線的處理成為抗干擾性能的研究重點． 廣泛重視和應用。頻域抗干擾中，干擾檢測門限的設計是關

自適應濾波方法，算法比較復雜，不利于高速實時處理。變換

鍵，根據擴頻信號被干擾后的統計特性，對確定門限和自適應

定稿日期：２０１０－０４－１ ５

尤其針對不同的干擾類型，選擇合適的門限檢測和處理算法，

將直接影響干擾抑制的效果。

《計算枕與廚絡》２０１０年第１Ｏ期

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４７

在變換域進行干擾檢測時取門限ＴＨ，ｉｘ￣ｋ￣ｉ 不超過該門

限的概率為：

ｐ（ｔＸ（ｋ）ｆ＜ｒＨ）：１一 ｄｘ＝ｐ

圖１頻域抗干擾框圖

分別取 ＝ ／ ，其中ａ＝１，２，３，４，５可以得到譜線幅度平

方分布如表１所示。

３門限檢測和處理算法

３．１確定門限算法

確定門限方法假定混有窄帶干擾的擴頻信號服從高斯

分布目，通過對ＦＦＴ變換后的頻域ｘ（ｋ）進行統計，進行統計，得

到均值 和方差 。

口

表１譜線幅度平方分布表

ＴＨ Ｉ Ｉ／ｋ ｌ ２／Ｘ ３／ ４／ ５／

Ｐ（％）Ｉ ６３．２ Ｉ ８６．５ ９５．１ ９８．２ ９９．３

頻域干擾檢測問題轉化為一個假設檢驗問題，即假設接

收機的觀測數據中不存在干擾，則在ＦＦＴ變換之后Ｎ根譜線

的幅度平方應服從均值為１／２，方差為ｌ／ 的分布。對任意一

次觀測信號，當信號中無窄帶干擾存在時，經過ＦＦＴ變換后．

譜線模平方大于５／ 的概率為０．００７，即在顯著性水平ａ＝０．００７

條件下，無窄帶干擾譜線幅度平方大于５／是不可能出現的小

專 （

根據統計結果，從頻域序列中識別出干擾，確定１個固定

的門限，濾出高出門限的信號?？梢圆捎靡浑A矩或二階矩法確

定門限如下，一階矩的形式，門限值定義為：

Ｔｈ＝

概率事件，因此，該假設檢驗問題的數學描述可以表述如下：

ｚ＝￣ｌｘ（ｋ）ｔ ＞５／Ａ的譜線根數｝

ｚ大于零，有窄帶干擾，ｚ等于零，無干擾。

基于指數分布特性的自適應干擾檢測和處理算法的處理

流程如下：

求Ｎ根譜線幅度平方的均值，

Ｎ－Ｉ

其中０為門限優化系數。一階矩方法的關鍵是系數的選

取。

Ｉ （七）ｌ 一 １

二階距門限選擇為：

取Ｔｈ＝÷，作為干擾檢測的門限。

７／ｌ＝ ＋陸

其中Ｂ為門限優化因子，可以通過參數提取過程中對干

擾能量和帶寬的估計來調節，以得到更好的處理效果。接收信

號中存在功率遠大于擴頻信號和背景噪聲的窄帶干擾時，經

對任一 （ ），計算 ＝ＪＸ（ｋ）Ｉ 一 ５，

若 ≥０，令 （｜ｊ｝）＝０。

返 步驟（１）、（２）、（３），對處理之后的譜線再次檢驗，直到

所有 （后）， ＜０。

過ＦＦＴ變換，存在干擾的子帶輸出并不滿足高斯分布假設，被

干擾子帶的輸出功率遠大于未被干擾的子帶，這種情況下的

門限會顯著偏高，引起部分被干擾的子帶漏檢，使得輸出判決

變量的信噪比減小，系統誤碼率提高。

４仿真分析

仿真模型如圖２所示：輸入

序列首先進行加窗，以抑制旁瓣

分量。減少干擾能量的柵瓣效應。

３．２自適應門限算法

存在強窄帶干擾情況下，分析譜線幅度平方的統計特性。

無窄帶干擾條件下，通常對于擴展比較大的系統，觀測數據中

的擴頻信號功率將遠小于背景噪聲的功率，有用信號被淹沒

在背景噪聲中。從濾波器的角度分析，ＦＦＴ變換可以看作是將

時域觀測數據通過一組窄的濾波器，輸出的第ｋ個通道的輸

頻域抵消采用兩路重疊處理，彌

補加窗帶來的信號能量損失。

擴頻信號采用ＢＰＳＫ調制，擴

出ｘ（ｎ）是一個窄帶高斯隨機序列，并且不同的通道之間的輸

出不相關，窄帶高斯隨機序列的幅度服從瑞利分布，相位在區

間（０，２ 二服從均勻分布，幅度的平方服從指數分布。指數分

布的數字特征如下：

（ ）＝１／

頻增益為６４倍，偽碼選擇ｍ序

列．每一個碼片對應１個完整的

臺并

ＰＮ碼周期。窄帶干擾分別選取單

輸出序列

解擴解調

音干擾、多音干擾和窄帶干擾，窄

帶干擾選用調頻信號。窗函數選

取漢明窗，對柵瓣抑制為－４１ｄＢ，

＋

誤碼統計

Ｖｏ＂（ ）＝１／

圖２仿真算法流程

２０１０年第１０期《計算機與網絡》

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ＦＦＴ長度選擇２５６，重疊延遲選擇５０％，仿真中取固定信干比

（ＳＩＲ１為一２０ｄＢ，改變歸一化信噪比。一階矩算法０選擇２，縱

軸為誤碼率，橫軸為比特信噪比（Ｅｂ／Ｎ０）。

從仿真結果可以看出，對于單音干擾，已知門限法和自

適應門限法都有很好的效果，由于單音干擾頻帶很小，對有

用信號的影響小，因此處理之后誤碼率較接近無干擾時的誤

碼率，固定門限具有好的性能。對于多音干擾（疊加了３個單

音干擾）來說，經過干擾檢測和譜線置零后，對信號的影響相

５結束語

實際應用中，當接收信號中存在強窄帶干擾時，對噪聲

功率進行準確估計是比較困難的．無法采用確定門限，自適

應門限算法是一種實用的干擾抑制方法。實際應用中，可根

據具體干擾類型和設備復雜度，選取合適的方法。

對較大一些。因此信噪比產生損失，誤碼率曲線相對要高。對

于窄帶干擾。引起性能變差的主要原因足剔除受干擾的譜線

時，對原始信號造成了失真。從３個圖的誤碼率曲線圖如圖３

所示，除了處理單音干擾時門限已知的算法要好于自適應算

法之外．自適應門限干擾抑制算法對于３種干擾都有很好的

參考文獻

［１］柏廷廣．變換域窄帶干擾抑制技術的研究和仿真［Ｊ】．系

統仿真學報２００８，２０（１６）：４３９０—４ ３９３

［２］姚軍勇．頻域抗干擾算法中的濾波門限問題研究．現代

電子技術…．２００７，１：１－２

處理效果，對于部分頻帶干擾甚至還略優。

三星筆記本電腦Ｒ７８０、Ｒ４８０亮相義烏教育展

２０１０年４月２８曰至４月３０目．第５９屆中國教學儀器設

備展示會在美麗的義烏圓滿結束。期間．三星電子攜最新科技

產品參與了本次展會，向廣大教育工作者展示了適用于教育、

教學領域眾多精英產品以及與教學應用相關的教育設備。

在本次展會上，三星筆記本電腦分別向與會者展示了

Ｒ４８０、Ｒ５８０、Ｒ７８０筆記本產品。這三款產品各具特色，擁有強

勁的性能、豐富的功能設置．在滿足與會者工作需求的同時，更

／Ｎｏ（ｄ Ｂ】

可以帶來生活方面的舒適與愉悅。也正是因為這三款產品既不

像商用產品那樣呆板，沉重，同時又具有商用產品的功能設置，

使他們成為三星展區乃至整個展會的亮點產品。前來觀摩、參

觀的與會者是絡繹不絕。

三星筆記本電腦為了更好地滿足教育行業用戶的需求，還

（ａ）單音干擾

展示了全新的Ｎ１４８、ＮＢ３０上網本，小巧的機身、主流的性能被

譽為“新時代下教育行業用戶出差應用的最佳裝備”。炫彩設計

的三星Ｎ１４８，打造時尚年輕的教育理念；而三星ＮＢ３０由于其

出色的硬盤保護功能，牢牢守護教學資料。當教育工作者一不

小心將上網本摔落，三星ＮＢ３０硬盤保護功能將立即工作，有

（ｂ）多音干擾

效保存正在運行的各種程序．不會讓硬盤內存儲的任何教育資

料出現丟失，確保教育工作的正常運行。

此外，三星數碼相框、電子書、顯示器等消費類產品也悉數

亮相，為廣大的教育行業用戶帶來工作中的“生活享受”，為嚴

謹、略顯枯燥的教學增加～絲活氣。三星筆記本電腦深植教育

領域．不斷推出高品質

的產品，提供更全面的

服務，為中國教育事業

的發展．貢獻了社會責

（Ｃ）窄帶干擾

圖３誤碼率曲線圖

任，全力推進中國教育

事業！

《計算杌與網絡》２０１０年第１０期