一种改进的双门限窄带干扰抑制算法

算法分析

一

种改进的双门限窄带干扰抑制算法

奠小鹏梁光明敖字吕文龙

（国防科学技术大学电子科学与工程学院湖南长沙４１００７３）

摘要：变换域双门限窄带干扰抑制算法是处理扩频信号中窄带强干扰的一种有效算法，但是当信号功率过强时双门限算法将会失效。基于传统

的双门限算法，提出了一种改进型双门限窄带干扰抑制算法，研究了该算法的门限选取方法和干扰检测机制。实验结果表明，该算法能够解决传统双

门限算法存在的问题，具有较好的性能。

关键词：扩频变换域干扰抑制门限

中图分类号：ＴＮｇＩ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２ｏｌ３）１０—０１３３－０４

１引言

ＤＳ／ＦＨ混合通信体制凭借其较强的抗干扰能力和低检测概率

成为军事通信中最常用的通信手段【１１，其频域特征是扩频信号的功

率谱淹没在噪声电平之下。ＤＳ／ＦＨ通信体制本身具有一定的抗窄

带干扰能力，然而一旦强窄带干扰功率过大，致使干信比超过系统

的处理增益，接收端解扩后将仍然无法正确恢复出信息。为了进一

步提高通信系统的抗干扰能力，在解扩前应预先对窄带强干扰进行

处理。由于ＦＦＴ可以快速而高效地数字化实现，频域干扰抑制技术

得到了深入研究和广泛应用。

扩频信号和窄带干扰信号在频域上的特征区别比较明显，可利

用这种区别来检测并消除干扰，这就是频域干扰抑制技术的基础。

频域干扰抑制的方法主要包括：Ｋ谱线法［２１、中值滤波法【３］、权值泄露

法嘲、门限法 １等。上述各算法中，以门限法应用最为广泛。其基本思

想是：先预设一个门限值，然后将幅值高于门限的谱线全部视为干

扰并进行抑制［嗣。但是若门限过低，有用信号可能会被误判为干扰；

若门限过高，则不能有效地抑制窄带强干扰啊。为解决这个问题，研

究者发展了基于前向连续均值去除（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ ｍｅａｎ

ｅｘｃｉｓｉｏｎ，ＦＣＭＥ）技术的双门限干扰抑制算法［８１。

基于ＦＣＭＥ的双门限干扰抑制算法是一种比较成熟的频域算

法。然而，在卫星通信、运动通信、ＧＰＳ导航等通信场景中，该算法会

出现一些新问题。如果扩频信号功率具有大动态范围，而同时白噪

声功率是恒定值，那么接收信号信噪比也会在大动态范围内变化。

当接收信号具有低信噪比时，双门限算法能够正常识别并抑制干

扰，然而当接收信号具有大信噪比时，即使经过频谱扩展，信号主瓣

幅度仍然可能会远高于噪声电平，这时双门限算法将难以识别信号

和干扰，从而导致算法失效。为解决这一问题，本文在双门限算法的

基础上提出了一种改进型算法。

２系统模型

某通信系统接收机变换域干扰抑制模块系统模型如图１所示。

输入信号ｘ（ ）可表示为

ｘ（ｎ）＝ｓ（ｎ）＋ｗ（ｎ）＋ （，ｚ） （１）

匝

图１变换域干扰抑制系统模型

图２双门限算法求取门限值流程图

其中ｓ（ｎ）表示扩频信号序列，ｗ（ ）表示高斯白噪声序列， （ ）表

示窄带干扰序列。

在做ＦＦＴ前需先对 （ｎ）进行加窗操作，目的是防止频谱泄露。

同时，为了减少加窗造成的信噪比损失，可对数据序列ｘ（ｎ）采取分

路重叠加窗技术［９１。ＦＦＴ后，得到 （ ）的频谱，其频谱幅度可表示为

（Ｊ｝）＝１ （ ）Ｉ：ＩＲｅ［Ｘ（ｋ）］＋ｈｎ【 （后）］ｌ，七＝１，…，Ｎ （２）

在频域对窄带干扰进行检测与抑制，然后做ＩＦＦｒ重新得到时域

信号。

３双门限算法简介

３．１算法原理

算法分为两个步骤，一是求取门限值，二是依据门限值进行干

扰检测与抑制。求取门限值的算法流程如图２所示。

首先将一帧数据的频谱幅度中（ ）按升序排序，然后选择其中幅

值最小的Ｍ（Ｍ ｃⅣ，Ｍ可取Ｎ的５％～１Ｏ％）根谱线，它们可以认为是

“纯净”的，并将其记作更新集合。求出更新集合均值Ｅ 言∑中（ ）。

将 （ ）中其余Ｎ—Ｍ根谱线记作集合 ’（尼），（ ＝Ｍ＋１，…Ⅳ）。令预设低

门限系数刀与研中］的积为更新低门限，然后将 ）中的元素与更

新低门限作比较，把所有低于更新低门限的元素加入更新集合中，并

重新计算更新集合均值Ｅ’ 。并重复上述步骤，直到 七）中的元素

都不小于更新低门限。记此时的更新集合均值为 西ｋ 。最后再将预

设的高门限系数和低门限系数分别与 】 相乘即可得高、低门限。

在求出高低门限值后，就可利用门限对窄带干扰进行检测和抑

制。利用低门限可将频谱信号分成一组组连续高于低门限值的

“簇”，然后再将所有的簇与高门限值相比较，若簇中存在高于高门

限的幅值，则判定该簇为干扰簇，并将整簇谱线进行抑制；反之则为

非干扰簇，可不做处理。

３．２算法的问题分析

上文描述的基于ＦＣＭＥ的双门限算法适用于信号频谱淹没在

噪声电平之下的扩频系统，然而一旦接收信号功率较强，信噪比较

大，算法可能会失效。下面是用双门限算法处理强信噪比扩频信号

的实验结果。

在图３中，接收信噪比高达２５ｄＢ，干信比为４５ｄＢ。从第１００个点

到第１５ｏ＋点为信号主瓣，从第１５ｏ＋点到第２２ｏ＋点是窄带干扰。可

见信号主瓣频谱幅度已经远超高门限，导致有用信号也被检测为干

扰从而被抑制掉。而在图４中，在接收信号信噪比过大的情况下，即

使信号中不含任何干扰，算法也会把信号主瓣误认为是干扰而抑

制。下面是图４所示情况的时域仿真信号波形。

由图５可见，本来输入信号是不含干扰的纯净信号，但由于信号

产生损失，输出信号波形反而产生了严重失真。这样的结果在实际

通信系统中将会是非常严重的。

４改进型算法

针对基于ＦＣＭＥ的双门限算法不能根据接收信号信噪比自适