基于认知的UWB窄带干扰抑制

７８

贾占彪，陈红，蔡晓霞

基于认知的ＵＷＢ窄带干扰抑制

电子信患对抗技术・第２７卷

２０１２年１月第１期

中图分类号：ＴＮ９５９．１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—２２３０（２０１２｝０１—００７８—０５

基于认知的ＵＷＢ窄带干扰抑制

贾占彪 ，陈红 ，蔡晓霞

（１．镇江船艇学院，镇江２１２００３；２．电子工程学院，合肥２３００３７）

摘要：提出一种基于认知无线电的自适应超宽带窄带干扰抑制方法。基于软频谱思想，利用近

似椭球波函数良好的时限一带限特性，设计出一种能够抑制窄带干扰的脉冲波形。通过调整

脉冲参数实现对授权频段的动态避让。仿真结果表明：自适应脉冲具有良好的窄带干扰抑制

能力，能够自适应地随着感知结果动态地规避授权用户，从而实现ＵＷＢ系统与其它通信系统

的共存。

关键词：认知超宽带；自适应脉冲设计；干扰抑制；共存

Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ＵＷＢ Ｓｙｓｔｅｍ

Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ

Ｊ Ｚｈａｎ—ｂｉａｏ ，ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ２，ＣＡＩ Ｘｉａｏ—ｘｉａ２

（１．Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ｗａｔｅｒｃｒａｆｔ Ｃｏｒｔｅｇｅ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，２１２００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ Ｉｌｏｖｅｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ

ｏｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ（ＣＲ）ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｎｅｄ ｕｓｉｇｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｓｐｅｃ—

ｔｎｌｍ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ（ＳＳＡ）ｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｐｒｏｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ ｗａｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ（ＡＰＳＷＦｓ）ｗｈｉｃｈ

ｈａｓ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｕｎｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＡＰＳＷＦ，ｔｈｅ ｐｕｌｓｅｓ ｃｏｕｌｄ

ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｒａｄｉｏ ｆｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｓｕｒｌｔｓ ｓｈｏｗ ｈａｔｔ ｈｅ ａｄａｐｔｔｉｖｅ ｐｕｌｓｅ

ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｎａｒｍｗｂａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｉｚｅｄ ｕｓｅｒｓ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ａｓ ｔｈｅ

ｓｅｎｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ＵＷＢ ｓｙｓｔｅｍ ｎｄ ａｏｔｈｅｒ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—

ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＣＵＷＢ）；ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｕｌｓｅ ｄｅｓｉｎ；ｉｇｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ＣＯ—

ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ

１ 引言

近年来，超宽带扩频通信技术在军事、科技和

商业领域受到极大关注。ＵＷＢ技术的一个重要

创新性特征就是它与现有无线系统共享频谱资

源，而不是去寻找“空白”但可能不适合的频谱，但

抑制干扰可以对接收信号和接收方法进行处理和

改进ｌ２Ｉ３ｊ，也可以在信号进行传输之前对超宽带

信号的产生方法做一定的调整，采用抑制干扰的

脉冲成形算法，使信号具有抗干扰能力。文献［４］

提出采用Ｄｏｕｂｌｅｔ脉冲的方式来避免对ＧＰＳ等的

干扰，但其脉冲频谱上的零点不是随意可调的，脉

冲频谱零点的宽度也难于控制。文献［５—６］提出

基于半正定的脉冲波形设计方法，其给出的频谱 授权系统之间的相互干扰＿１ｊ。

规范要比ＦＣＣ的规范严格得多，这虽然可以降低

对其他系统的干扰，但同时也降低了发射端的最

由于超宽带系统占有很宽的频段，将不可避免与

现有的窄带无线电系统重叠，造成ＵＷＢ系统与已

如何避免ＵＷＢ系统与其它系统相互干扰、实

现共存，是超宽带通信亟需解决的关键问题之一。

收稿日期：２０ｌ１—０４—２５；修回日期：２０１１—０６—１７

作者简介：贾占彪（１９８ ），男，硕士，主要从事无线通信技术研究；陈红，女，副教授；蔡晓霞，女，教授。

电子信息对抗技术・第２７卷

２０１２年１月第１期

贾占彪，陈红，蔡晓霞

基于认知的ＵＷＢ窄带干扰抑制 ７９

大发射功率，增加了接收难度。文献［７—８］提出 时限信号。但是根据Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ测不准定则，一

了一种基于陷波的ＵＷＢ脉冲成形窄带抑制方法。

个在频域上集中分布的信号必然在时域上分散，

带限与时限是一对矛盾，同时满足带限与时限要

上述方法共同的缺点是：缺少和周围射频环境的

交互，使得ＵＷＢ系统的频谱共享缺乏灵活性，系 求的脉冲信号是不易得到的。根据文献［１３］的研

统间共存缺少针对性。针对以上问题，研究人员

提出将认知无线电技术引入到超宽带系统中来， 数（ＡＰ ）将是一个有效的解决办法。

期望通过认知无线电技术实时感知周围环境的电

究结论，具有“时限一带限”特性的近似椭球波函

ＦＣＣ的频谱掩蔽可看成是一个理想带通滤波

磁环境，然后通过改变通信参数在窄带系统使用 器，上限截止频率为１０．６ＧＨｚ，下限截止频率为

的频段处形成凹陷以降低ＵＷＢ系统和其它系统 ３．１ＧＨｚ，在通带内频率响应为１，其冲击响应和频

之间的相互干扰＿９ 。

２设计思路

认知超宽带无线电（ＣＵＷＢ）是一种基于动态

感知周围频谱环境、具有自适应构建ＵＷＢ频谱辐

射掩蔽、自适应频谱接人、生成自适应信号适配波

形的新型智能无线通信系统¨ｌ卜 ］。ｃＲ主要解决

与环境的动态交互问题，ＵＷＢ主要解决自适应脉

冲信号的生成与传输问题。

当ＣＵＷＢ系统对ＵＷＢ授权频段（３．１

１Ｏ．６ＧＨｚ）进行频谱感知时，频谱检测结果能够提

供关于授权用户所在窄带频段范围内的频谱使用

信息，则自适应辐射掩蔽可以描述为：

ｓ聊（ ∈［３．１，１０．６］ＧＨｚ

Ｐｌ，：ＬＵ１＜ｋ１ｄＢｍ

Ｓｃｖ￣（ｆ）＝

Ｐ ｉｆ＝ＬＵ２＜ｋ２ｄＢｍ （１）

ｉ

Ｐ Ｉｆ＝ＬＵｎ＜ ｄＢｍ

从式（１）可以看出，该频谱模板对自适应脉冲

波形频谱的要求不只限于ＦＣＣ频谱的规定，还包

括对授权用户的无干扰要求。对于窄带干扰抑

制，可以采用频谱避让的方式来实现。通过系统

参数设计，使其工作频带符合特定的频谱要求或

者避让开某些干扰频带。软频谱自适（ｓｓＡ）概念

就是基于此思想提出的。

基于ＳＳＡ的自适应脉冲主要是根据频率掩

蔽的约束条件在时域中来反求脉冲的波形，涉及

到既带限又时限的脉冲信号设计。根据这一思

想，为了满足频谱规范的约束条件，脉冲信号的频

谱必须仅在掩蔽以内存在，在掩蔽以外为零，即脉

冲是带限信号。同时，为了实现高速率和低符号

间干扰，脉冲持续时间应尽可能地短，即脉冲应是

率响应为［１３ Ｊ：

ｈ（ ）＝２ｆｎｓｉｎｃ（２ｆｎｔ）一 ｓｉｎｃ（２Ａｔ） （２）

Ｈ（ｆ）：｛）＝｛ ， Ｌ九＜／＜／ ｕ （３）

ｔＯ，ｅ／ｓｅ

ＡＰＳＷＦ表达式为：

（ ）： ｃ ｓｉｎｃ（ （ ）一１）（４）

厂 ■广

其通过带通滤波器的信号形式为：

Ｐ（ｔ）＝［２ｆＨｓｉｎｃ（２ｆＨｔ）一 ｓｉｎｃ（２Ａｔ）］・

ｃ

ｓｉｎｃ【 （ ） 一１ Ｊ （５）

由于 （ｔ）本身是带限信号，根据频域卷积定

理可知：Ｐ（ｔ）的傅里叶变换应是一带限信号。若

（ｔ）带限于［一 ，Ｗ］，ｈ（ｔ）带限于［ ， ］，则

Ｐ（ｔ）的单边频谱应带限于［ 一 ， ＋ ］。根

据频谱感知技术构建的自适应辐射掩蔽对授权用

户所在频段的描述，可以调整参数使脉冲工作频

带符合特定的频谱要求或者避让开某些干扰频

段，从而实现ＵＷＢ系统与窄带系统的共存。即：

若检测到的授权用户所在频段为［ ， ］，脉冲宽

度 和带宽 ，则：

＝ ＋ ＝ 一Ｗ （６）

将得到的 和矗代入式（５），就可以得到避

开窄带干扰的脉冲波形。

若ＵＷＢ工作频带内有Ⅳ个窄带系统正在使

用，则将ＵＷＢ带宽划分为』、ｒ＋１个子带，频率间

隔较近的窄带系统可看作是同一个窄带系统。在

各个子带上设计ＡＰＳＷＦ脉冲，然后进行叠加，得

到实现多个窄带干扰抑制的脉冲波形。

３仿真实现

仿真１：设脉宽Ｔ＝ｌｎｓ，带宽Ｗ＝０．２ＧＨｚ，感

贾占彪，陈红，蔡晓霞

基于认知的ＵＷＢ窄带干扰抑制

投稿邮箱：ｄｚｘｘｄｋｊｓ＠１２６．ｃｏｒｎ

ｅｗ＠ｍｅｉ２９．ｓｃ ．ｏ眦ｎ

知授权频段为卫星通信ｃ波段的下行频段（３．７ 率谱如图２所示。可以看出：随着脉宽 增大，

４．２ＧＨｚ）和Ｕ．ＮＩＩ上端的ＩＳＭ频段（５．７２５

陷波深度增加。

５．８５ＧＨｚ）。需要把３．１～１０．６ＧＨｚ划分为３个频

段，则相应可以得到：

ｌ＝３．１＋０．２＝３．３ＧＨｚ

１＝３．７—０．２＝３．５

蠹

Ａ２：４．２＋０．２＝４．４ＧＨｚ

馨

＝

５．７２５—０．２＝５．５２５ＧＩ－Ｉｚ

Ａ３＝５．８２５＋０．２＝６．０２５ＧＨｚ

ｆ．３＝１０．６—０．２＝１０，４ＧＨｚ

０ Ｏ Ｏ ０ 加

将 －和 －、 ｚ和 、 ３和ｆ．３分别代人式

（ａ）脉冲波形

（４）后叠加，仿真可得脉冲波形和脉冲功率谱如图

１所示。

由图１看出，ＡＰＳＷＦ脉冲具有极强的灵活

性，通过调整其相关参数使ＵＷＢ系统避开正在使

用的授权频段，从而达到共存的效果。

仿真２：如何使脉冲功率谱的陷波深度满足

ｌ ８ ６ ４ ２ Ｏ ２ ４ ６ ８ １

０ ｏ ０ ０ 加 一

动态辐射掩蔽的要求，是需要进一步研究的关键

问题。分别对脉宽７１和带宽 进行定量分析，研

究它们对窄带抑制的影响。

设 ＝０．２ＧＨｚ，Ｔ分别为１ｎｓ，２ｎｓ，３ｎｓ，干扰

频段为５ＧＨｚ，则得到不同脉宽下的脉冲波形和功

（ｂ）功率谱

图１窄带干扰抑制的自适应脉冲波形和功率谱

之

倒

§

馨 馨

一

（ａ）脉冲波形

（ｂ）脉冲功率谱

图２带宽相同、脉宽不同的自适应脉冲波形和功率谱

８２ 基于认知的ＵＷＢ窄带干扰抑制

贾占彪，陈红，蔡晓霞

投稿邮箱：ｄｚｘｘｄｋｊｓ＠１２６．ｃｏｎｌ

ｅｗ＠ｍｅｉ２９．ｓｃ ．ｃｏｒｎ

（上接第７７页）

态，信号处理系统拥有５０ｄＢ以上对杂波（地杂波、 波导提出了应对措施。海洋大气环境中普遍存在

海杂波）的改善因子时，都能较好的抑制大气波导

对雷达探测性能影响。

蒸发波导，如何让岸基雷达装备适应复杂多变的

海洋大气环境，使其在不同的情况下都能发挥最

大作战效能，是下一步研究的方向，也是当前从事

雷达设计的工程人员亟待解决的一个重要课题。

参考文献：

ｌ１］ＪＥＲＲＹ Ｒ Ｈ．Ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｄｕｃｔｉｎｇ ｏｎ Ｃｏｖｅｒｔ

４．４优化信号处理

大气波导条件下的远区强杂波会造成大量周

期外折叠回波，有些甚至是多周期折叠回波，这些

折叠回波对雷达来说类似于大量非同步干扰，因

此，信号处理需要增加专门的抗折叠回波设计，这

对于雷达正常工作就很有必要。

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［ｃ］／／ＭＩＬＣＯＭ ２００７一ＩＥＥＥ Ｍｉｌｉｔａｒｙ

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００７：１—７．

１２ｊ ＣＨＡ Ｈａｏ，ＳＨＩ Ｊｉａｎ—ｗｅｉ，ＺＨＯＵ Ｍｏ，ｅｔ ａ１．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

Ｏｉｌ Ｒａｄａｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｒａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ

Ｄｕｃｔ［ｃ ３／／２００６ ＣＩＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏ１１ Ｒａｄａｒ，

。

２００６：４９２—４９５．

［３］王海华．大气波导环境中电波传播特性及其应用研

于

｛。

√

波导高度／ｍ

Ｐ波段 ＝１ｍ

究［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２００６．

［４］ 涂良红．海上波导传播特性试验分析与模理论研究

［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００８．

［５］陈忠宽，傅文斌，董文峰．大气波导效应引起不明

空情的可能行分析［Ｊ］．空军雷达学院学报，２１￣Ｙ２，

１６（３）：２５—２７．

图５避开蒸发波导的最低天线高度仿真结果

［６］焦林，张永刚．大气波导条件下雷达电磁盲区的研

究［Ｊ］．西安电子科技大学学报，２（１０４，３１（５）：８１５—

５结束语

本文对大气波导效应及其特性进行了详细分

析，针对主要影响岸基雷达低空探测性能的蒸发

８２０．

［７］顾庆辉，闫抒升，王鹤磊，等．沿海对空情报雷达避

开蒸发波导的一种方法［Ｊ］．空军雷达学院学报，

２００９。２３（３）：１８４—１８６．