频域抗干扰中的门限检测和处理

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频域抗干扰中的门限检测和处理

穆立波霍志勇

（中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄０５００８１）

【摘要】介绍了扩频通信中抗窄带干扰的频域方法，对其中的关键技术门限检测和干扰处理技术进行了分析，研究了基

于高斯分布的确定门限算法和基于指数分布的自适应门限检测算法，给出了算法流程，基于延迟重叠的ＦＦＴ算法，建立了仿真

模型，针对单音干扰、多音干扰、窄带干扰进行了仿真，仿真结果表明，自适应门限算法对各种干扰具有较强的适应性。

【关键词】扩频通信频域抗干扰窄带干扰 门限自适应

中图分类号：ＴＮ９１４．４２文献标示码：Ａ文章编号：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

扩频通信系统本身具有很好的抗干扰能力，其抗干扰能

力与扩频增益成正比。受系统带宽和设备实现复杂度限制，通

＇］限检测技术进行了研究和分析。

２相关概念及典型案例

频域抗干扰的依据是扩频信号和干扰信号的频域特性．

信系统扩频增益不可能太高，干扰容限也受到一定限制。尤其

是窄带强干扰情况下单纯提高处理增益作用通常不可行。扩

频信号采用伪码调制，具有白噪声特性，与窄带信号具有明显

的不同，在不提高扩频增益的前提下，可通过在解扩前进行信 Ｎ点快速傅立叶变换（ＦＦＴ），得到Ｎ点的频域序列小。在频域

号处理的方法抑制窄带信号的干扰。窄带干扰抑制方法ｆ１】有

２类：时域自适应处理和变换域处理技术。时域处理一般采用

扩频信号与噪声呈现平坦特性，在干扰的位置上，出现频谱峰

值。基于ＦＦＴ变换的抗干扰原理如图１所示，首先对信号进行

对信号进行干扰检测，检测门限记为７ ，对存在干扰的谱线

进行置零或某个确定的值，以减弱和抑制窄带干扰，经过处理

之后进行逆变换（ＩＦＦＴ），在时域与本地ＰＮ码相关，经过积分

判决得到发送的信息序列。其中，ＦＦＴ和ＩＦＦＴ技术相当成熟， 域中，尤其是频域处理，方便直接，便于非线性处理。因此得到

对干扰的检测和对谱线的处理成为抗干扰性能的研究重点． 广泛重视和应用。频域抗干扰中，干扰检测门限的设计是关

自适应滤波方法，算法比较复杂，不利于高速实时处理。变换

键，根据扩频信号被干扰后的统计特性，对确定门限和自适应

定稿日期：２０１０－０４－１ ５

尤其针对不同的干扰类型，选择合适的门限检测和处理算法，

将直接影响干扰抑制的效果。

《计算枕与厨络》２０１０年第１Ｏ期

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４７

在变换域进行干扰检测时取门限ＴＨ，ｉｘ￣ｋ￣ｉ 不超过该门

限的概率为：

ｐ（ｔＸ（ｋ）ｆ＜ｒＨ）：１一 ｄｘ＝ｐ

图１频域抗干扰框图

分别取 ＝ ／ ，其中ａ＝１，２，３，４，５可以得到谱线幅度平

方分布如表１所示。

３门限检测和处理算法

３．１确定门限算法

确定门限方法假定混有窄带干扰的扩频信号服从高斯

分布目，通过对ＦＦＴ变换后的频域ｘ（ｋ）进行统计，进行统计，得

到均值 和方差 。

口

表１谱线幅度平方分布表

ＴＨ Ｉ Ｉ／ｋ ｌ ２／Ｘ ３／ ４／ ５／

Ｐ（％）Ｉ ６３．２ Ｉ ８６．５ ９５．１ ９８．２ ９９．３

频域干扰检测问题转化为一个假设检验问题，即假设接

收机的观测数据中不存在干扰，则在ＦＦＴ变换之后Ｎ根谱线

的幅度平方应服从均值为１／２，方差为ｌ／ 的分布。对任意一

次观测信号，当信号中无窄带干扰存在时，经过ＦＦＴ变换后．

谱线模平方大于５／ 的概率为０．００７，即在显著性水平ａ＝０．００７

条件下，无窄带干扰谱线幅度平方大于５／是不可能出现的小

专 （

根据统计结果，从频域序列中识别出干扰，确定１个固定

的门限，滤出高出门限的信号。可以采用一阶矩或二阶矩法确

定门限如下，一阶矩的形式，门限值定义为：

Ｔｈ＝

概率事件，因此，该假设检验问题的数学描述可以表述如下：

ｚ＝￣ｌｘ（ｋ）ｔ ＞５／Ａ的谱线根数｝

ｚ大于零，有窄带干扰，ｚ等于零，无干扰。

基于指数分布特性的自适应干扰检测和处理算法的处理

流程如下：

求Ｎ根谱线幅度平方的均值，

Ｎ－Ｉ

其中０为门限优化系数。一阶矩方法的关键是系数的选

取。

Ｉ （七）ｌ 一 １

二阶距门限选择为：

取Ｔｈ＝÷，作为干扰检测的门限。

７／ｌ＝ ＋陆

其中Ｂ为门限优化因子，可以通过参数提取过程中对干

扰能量和带宽的估计来调节，以得到更好的处理效果。接收信

号中存在功率远大于扩频信号和背景噪声的窄带干扰时，经

对任一 （ ），计算 ＝ＪＸ（ｋ）Ｉ 一 ５，

若 ≥０，令 （｜ｊ｝）＝０。

返 步骤（１）、（２）、（３），对处理之后的谱线再次检验，直到

所有 （后）， ＜０。

过ＦＦＴ变换，存在干扰的子带输出并不满足高斯分布假设，被

干扰子带的输出功率远大于未被干扰的子带，这种情况下的

门限会显著偏高，引起部分被干扰的子带漏检，使得输出判决

变量的信噪比减小，系统误码率提高。

４仿真分析

仿真模型如图２所示：输入

序列首先进行加窗，以抑制旁瓣

分量。减少干扰能量的栅瓣效应。

３．２自适应门限算法

存在强窄带干扰情况下，分析谱线幅度平方的统计特性。

无窄带干扰条件下，通常对于扩展比较大的系统，观测数据中

的扩频信号功率将远小于背景噪声的功率，有用信号被淹没

在背景噪声中。从滤波器的角度分析，ＦＦＴ变换可以看作是将

时域观测数据通过一组窄的滤波器，输出的第ｋ个通道的输

频域抵消采用两路重叠处理，弥

补加窗带来的信号能量损失。

扩频信号采用ＢＰＳＫ调制，扩

出ｘ（ｎ）是一个窄带高斯随机序列，并且不同的通道之间的输

出不相关，窄带高斯随机序列的幅度服从瑞利分布，相位在区

间（０，２ 二服从均匀分布，幅度的平方服从指数分布。指数分

布的数字特征如下：

（ ）＝１／

频增益为６４倍，伪码选择ｍ序

列．每一个码片对应１个完整的

台并

ＰＮ码周期。窄带干扰分别选取单

输出序列

解扩解调

音干扰、多音干扰和窄带干扰，窄

带干扰选用调频信号。窗函数选

取汉明窗，对栅瓣抑制为－４１ｄＢ，

＋

误码统计

Ｖｏ＂（ ）＝１／

图２仿真算法流程

２０１０年第１０期《计算机与网络》

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ＦＦＴ长度选择２５６，重叠延迟选择５０％，仿真中取固定信干比

（ＳＩＲ１为一２０ｄＢ，改变归一化信噪比。一阶矩算法０选择２，纵

轴为误码率，横轴为比特信噪比（Ｅｂ／Ｎ０）。

从仿真结果可以看出，对于单音干扰，已知门限法和自

适应门限法都有很好的效果，由于单音干扰频带很小，对有

用信号的影响小，因此处理之后误码率较接近无干扰时的误

码率，固定门限具有好的性能。对于多音干扰（叠加了３个单

音干扰）来说，经过干扰检测和谱线置零后，对信号的影响相

５结束语

实际应用中，当接收信号中存在强窄带干扰时，对噪声

功率进行准确估计是比较困难的．无法采用确定门限，自适

应门限算法是一种实用的干扰抑制方法。实际应用中，可根

据具体干扰类型和设备复杂度，选取合适的方法。

对较大一些。因此信噪比产生损失，误码率曲线相对要高。对

于窄带干扰。引起性能变差的主要原因足剔除受干扰的谱线

时，对原始信号造成了失真。从３个图的误码率曲线图如图３

所示，除了处理单音干扰时门限已知的算法要好于自适应算

法之外．自适应门限干扰抑制算法对于３种干扰都有很好的

参考文献

［１］柏廷广．变换域窄带干扰抑制技术的研究和仿真［Ｊ】．系

统仿真学报２００８，２０（１６）：４３９０—４ ３９３

［２］姚军勇．频域抗干扰算法中的滤波门限问题研究．现代

电子技术…．２００７，１：１－２

处理效果，对于部分频带干扰甚至还略优。

三星笔记本电脑Ｒ７８０、Ｒ４８０亮相义乌教育展

２０１０年４月２８曰至４月３０目．第５９届中国教学仪器设

备展示会在美丽的义乌圆满结束。期间．三星电子携最新科技

产品参与了本次展会，向广大教育工作者展示了适用于教育、

教学领域众多精英产品以及与教学应用相关的教育设备。

在本次展会上，三星笔记本电脑分别向与会者展示了

Ｒ４８０、Ｒ５８０、Ｒ７８０笔记本产品。这三款产品各具特色，拥有强

劲的性能、丰富的功能设置．在满足与会者工作需求的同时，更

／Ｎｏ（ｄ Ｂ】

可以带来生活方面的舒适与愉悦。也正是因为这三款产品既不

像商用产品那样呆板，沉重，同时又具有商用产品的功能设置，

使他们成为三星展区乃至整个展会的亮点产品。前来观摩、参

观的与会者是络绎不绝。

三星笔记本电脑为了更好地满足教育行业用户的需求，还

（ａ）单音干扰

展示了全新的Ｎ１４８、ＮＢ３０上网本，小巧的机身、主流的性能被

誉为“新时代下教育行业用户出差应用的最佳装备”。炫彩设计

的三星Ｎ１４８，打造时尚年轻的教育理念；而三星ＮＢ３０由于其

出色的硬盘保护功能，牢牢守护教学资料。当教育工作者一不

小心将上网本摔落，三星ＮＢ３０硬盘保护功能将立即工作，有

（ｂ）多音干扰

效保存正在运行的各种程序．不会让硬盘内存储的任何教育资

料出现丢失，确保教育工作的正常运行。

此外，三星数码相框、电子书、显示器等消费类产品也悉数

亮相，为广大的教育行业用户带来工作中的“生活享受”，为严

谨、略显枯燥的教学增加～丝活气。三星笔记本电脑深植教育

领域．不断推出高品质

的产品，提供更全面的

服务，为中国教育事业

的发展．贡献了社会责

（Ｃ）窄带干扰

图３误码率曲线图

任，全力推进中国教育

事业！

《计算杌与网络》２０１０年第１０期