FFT重叠相加抗窄带干扰的算法研究
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时域信号序列进行加窗处理 , 加窗是一个很重要的环 节 [ 3 ] 。如果不加窗 ,进行 N 点 FFT运算就相当于对时域 信号加一个 N 点矩形窗 ,矩形窗的第一旁瓣只比主瓣低 13. 46dB ,对于比有用信号大几十分贝的干扰来说 ,它的 旁瓣也比信号大得多 ,这样就造成了干扰信号的频谱泄 漏 。从频域来看 ,整个信号频域都被干扰污染了 。因此 ,
[ 3 ] 何小河. 基于窗函数的 F IR 滤波器的设计 [ J ]. 四 川理 工 学 院 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2008, 21 ( 3 ) : 51 252.
[ 4 ] 陈小文. 通 信 抗 干 扰 和 通 信 干 扰 综 合 技 术 研 究 [ D ]. 成都 :电子科技大学 , 2002.
输出信号 ,最后一个波形为四支路输出对齐合并之后的 信号 。
由图 6可见 ,经四条支路抗干扰后的信号 ,其帧信号 两端的衰减在对齐合并之后消失了 。
图 7记录了 1 /4重叠相加频域干扰抑制算法在信干 比为 - 20dB ～ - 50dB 情况下的误码率 。由图 7可见 ,在 信干比为 - 50dB 的恶劣条件下 ,误码率仍然能够保持在 一个相当低的水平 ,接收机完全能够正确地接收有用 信号 。
可以采用一定的措施来减小加窗损耗 ,通常的解决 办法是对数据进行重叠加窗相加 。下面以 1 /2重叠加窗 为例 ,其基本原理框图如图 4所示 。
图 5 FFT重叠相加干扰抑制算法模块总图
信源采用的是 BPSK调制 。信源模块的仿真参数设 定如下 :数码率 —10Kbit/ s, PN 码速率 —2. 55M bit/ s,载 波频率 —5. 1MHz,载波幅值 —1V。仿真中窄带干扰建 模为单音干扰 。
Vo l122 No13 J un12009
李 然,赵 刚
(四川大学电子信息学院 , 成都 610064)
摘 要 :直序扩频通信系统中的抗窄带干扰算法研究一直是众多学者的热门研究课题 。文
章采用了一种改进的重叠 FFT频域干扰抑制算法 ,该算法能实现信号的完美重构 。理论证明该
算法能有效克服 FFT采用数据加窗引起的扩频信号失真及误码率恶化 。仿真结果也验证了该算
第 22卷第 3期 2009年 6月
四川理工学院学报 (自然科学版 )
Journal of Sichuan University of Science & Engineering (Natural Science Edition)
文章编号 : 167321549 (2009) 0320087203
FF T重叠相加抗窄带干扰的算法研究
图 6是 FFT1 /4重叠相加频域干扰抑制算法模块各 支路抗窄带干扰后的波形 ,及 4 路对齐叠加之后的信号 波形 。该 波 形 图 横 坐 标 单 位 为“秒 ”, 纵 坐 标 单 位 为 “伏 ”。前四个波形从上到下依次对应四条支路各自的
图 4 1 /2 重叠加窗和干扰抑制原理
图 6 各支路抗干扰后的波形及 4 路叠加后信号波形
仿真中采用的是 1 /4 重叠加窗 ,其基本原理与 1 /2 重叠加窗相同 。只不过将叠加的路径由 2 路提升为 4 路 ,且每路的帧延时由 N /2变为 N /4。
3 仿真结果及分析
仿真是通过 SIMUL INK完成的 , FFT重叠相加干扰 抑制算法的模块图如图 5所示 。
2 改进的 FFT重叠相加干扰抑制算法
在 DS扩频系统频域抗干扰算法中 ,通常对输入数 据分段进行 N 点 FFT变换 ,分段数据周期延拓后的非连 续性会导致频谱泄漏现象 ,通常可以采用对分段数据进 行加窗的方法减小频谱泄漏 。从时域看 ,加窗实质上是 对输入数据进行加权 ,窗函数从中心向两端逐步衰减 ,保 证了数据段两端的平滑 ,从而达到减小频谱泄漏的目的 。 加窗的目的在于准确地估计信号频谱 ,然而却会使输入 信号发生畸变 ,使进行 FFT变换的数据段两端严重衰 减 ,从而带来额外的信噪比损耗 。
Ab s tra c t: Narrow2band interference supp ression in the direct sequence sp read spectrum communication system has been a hot research area for m any scholars. In this paper, an imp roved lapped FFT algorithm is used to transform the received data signals to the frequency2dom ain wherein adap tive excision is performed. The algorithm can perform perfect reconstruction for the received signals. Theoretical results show that it can comp letely elim inate both the sp read spectrum signals distortion and BER degradation due to w indow ing. Theoretical results are confirmed by computer sim ulation.
88
四川理工学院学报 (自然科学版 ) 2009年 6月
在进行干扰抑制时 ,就造成干扰消除的不彻底 ,或者是增
大了消除的带宽范围 ,从而加重了对有用信号的损伤 。
为了减小干扰的频谱泄漏 ,必须采用旁瓣比较低的
窗函数 。本文在仿真中采用的窗函数是切比雪夫窗 ,该
窗的第一旁瓣比主瓣低 80dB。
收稿日期 : 2008212217 作者简介 :李 然 (19822) ,男 ,江西新余人 ,硕士生 ,主要从事电子对抗方面的研究 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
的幅度值 ,M 是 FFT变换的次数 , NFFT是 FFT变换的长
度 ,η是衰减的系数 。 ul,m是输入信号 x ( n)和窗函数 W
( n)相乘之后的 FFT变换的值 ,即 :
N FFT
∑ um =
x ( n ) w ( n) e- m j2πnm /N FFT = 1, …, N FFT
(2)
法的有效性 。
关键词 :扩频通信 ;干扰抑制 ;快速傅立叶变换 ( FFT) ;重叠相加
中图分类号 : TNwk.baidu.com73
文献标识码 : A
引言
国内外对 FFT频域干扰抑制算法的研究有很多 。 R. C. D ip ietro在直序扩频通信系统中采用 FFT技术于 频域中对窄带干扰进行了有效消除 [ 1 ] 、J. A. young and J. s. Lehnert对直序扩频通信系统中基于 FFT变换的频域 陷波算法性能进行了详细地分析 [ 2 ] 。但是 ,以上这些传 统的频域陷波算法都存在一个采用 FFT数据加窗而引 起的扩频信号失真及误码率恶化的问题 。为克服这一问 题 ,本 文 采 用 了 一 种 改 进 的 重 叠 FFT 频 域 干 扰 抑 制 算法 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 22卷第 3期 李 然等 : FFT重叠相加抗窄带干扰的算法研究
89
[ 5 ] 张邦宁. 通信抗干扰技术 [M ]. 北京 : 机械工业出 版社 , 2006.
Study on the N arrowband Interference Supp ression A lgorithm U sing Lapped FF T
L I R an, ZHAO Gang ( School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China)
图 3 中 ,W ( n)是窗函数 , abs ( u)和 angle ( u)两个函 数分别求离散傅立叶变换后的幅度和角度 (相位 ) 值 , Thre ( u)函数确定谱线的门限值 , P ( u)函数是对谱线进 行处理 。
1. 2 窗函数的应用 在各种频域陷波算法中 ,都必须在作 FFT运算前对
Ke y wo rd s: sp read spectrum communications; interference supp ression; Fast Fourier Transform ( FFT) ; overlap 2 and2add
n =1
仿真中 M 定为 1, NFFT设为 8192,η设为 0. 3。
对超过门限的谱线通常认为是含有干扰信号的谱
线 ,对这些谱线置为 Thm in,将其去掉 。
由图 4可见 , 1 /2重叠加窗含有两路 FFT干扰抑制 , 这两路干扰抑制其实都是第 1 部分中介绍的传统 FFT 频域干扰抑制算法 ,只不过两路干扰抑制算法有一个 1 / 2帧的时延 。X ( n)是包含窄带干扰的帧数据流 。 Y ( n) 是经重叠加窗和干扰抑制处理之后的恢复数据 。在 X ( n)连续的码流中 ,由于一帧的边缘部分受到的影响最 大 ,所以对于每个 FFT帧 ,只取其中间的部分 ,而丢掉边 缘部分 。将一帧分为 4 份 ,任何一帧其主要受影响的是 前 1 /4帧与后 1 /4帧 ,中间的 1 /2帧受影响最小 ,换句话 说一帧的可靠部分是它中间的 1 /2 帧 。将两路时延差 1 /2帧的数据段处理叠加就可以起到互为补充的作用 , 即每一路都只取其中间有用的 1 /2帧 [ 5 ] 。
[ 2 ] Young J A , Lehnert J S. Analy2sis of DFT2based fre2 quency excision algorithm s for direct sequence sp read spectrum communications[ J ]. Comm unication2s, IEEE Transactions on Volume 46, 1998, (8) : 107621087.
图 7 误码率
4 结束语
FFT重叠相加频域干扰抑制算法进行了加窗处理
和 FFT重叠相加变换 ,该措施使干扰的频谱泄露大为降 低 ,也使信号的损伤大为减少 ,这些因素促成了该算法良 好的抗窄带干扰性能 ,使干扰抑制后的误码率降到最低 。
参 考 文 献:
[ 1 ] D ip ietro R C. A n FFT based technique for supp ress2 ing narrow2band interference in PN sp read spectrum communication system s [ J ]. Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1989, 2: 136021363.
1 传统的 FFT频域干扰抑制算法
1. 1 传统频域干扰抑制算法的系统综述 频域干扰抑制算法的原理是窄带干扰相对于扩频信
号能量集中在很窄的频带内 ,在频域上表现为很窄的尖 峰 ,所以可先将混合信号变换到频域 ,检测出干扰的频谱 位置 ,将这些谱线去掉或进行衰减 ,最后反变换还原成时 域信号进行解扩 。其原理框图如图 1所示 。其频谱示意 图如图 2所示 。频域干扰抑制技术实现的数学模型如图 3所示 。
1. 3 门限的生成及大谱线的处理方法
为了保持门限确定的自适应性 ,通常根据当前一次
或几次 FFT变换值来确定门限值 。门限的确定可以用
下式表示 [ 4 ] :
∑∑ Th
= T hm in
+η 1
MN FFT
M i =1
N FFT
a bs ( ui, m
m =1
)
(1)
式 (1)中 Thmin是最小的门限值 ,通常是没有干扰时信号
[ 3 ] 何小河. 基于窗函数的 F IR 滤波器的设计 [ J ]. 四 川理 工 学 院 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2008, 21 ( 3 ) : 51 252.
[ 4 ] 陈小文. 通 信 抗 干 扰 和 通 信 干 扰 综 合 技 术 研 究 [ D ]. 成都 :电子科技大学 , 2002.
输出信号 ,最后一个波形为四支路输出对齐合并之后的 信号 。
由图 6可见 ,经四条支路抗干扰后的信号 ,其帧信号 两端的衰减在对齐合并之后消失了 。
图 7记录了 1 /4重叠相加频域干扰抑制算法在信干 比为 - 20dB ～ - 50dB 情况下的误码率 。由图 7可见 ,在 信干比为 - 50dB 的恶劣条件下 ,误码率仍然能够保持在 一个相当低的水平 ,接收机完全能够正确地接收有用 信号 。
可以采用一定的措施来减小加窗损耗 ,通常的解决 办法是对数据进行重叠加窗相加 。下面以 1 /2重叠加窗 为例 ,其基本原理框图如图 4所示 。
图 5 FFT重叠相加干扰抑制算法模块总图
信源采用的是 BPSK调制 。信源模块的仿真参数设 定如下 :数码率 —10Kbit/ s, PN 码速率 —2. 55M bit/ s,载 波频率 —5. 1MHz,载波幅值 —1V。仿真中窄带干扰建 模为单音干扰 。
Vo l122 No13 J un12009
李 然,赵 刚
(四川大学电子信息学院 , 成都 610064)
摘 要 :直序扩频通信系统中的抗窄带干扰算法研究一直是众多学者的热门研究课题 。文
章采用了一种改进的重叠 FFT频域干扰抑制算法 ,该算法能实现信号的完美重构 。理论证明该
算法能有效克服 FFT采用数据加窗引起的扩频信号失真及误码率恶化 。仿真结果也验证了该算
第 22卷第 3期 2009年 6月
四川理工学院学报 (自然科学版 )
Journal of Sichuan University of Science & Engineering (Natural Science Edition)
文章编号 : 167321549 (2009) 0320087203
FF T重叠相加抗窄带干扰的算法研究
图 6是 FFT1 /4重叠相加频域干扰抑制算法模块各 支路抗窄带干扰后的波形 ,及 4 路对齐叠加之后的信号 波形 。该 波 形 图 横 坐 标 单 位 为“秒 ”, 纵 坐 标 单 位 为 “伏 ”。前四个波形从上到下依次对应四条支路各自的
图 4 1 /2 重叠加窗和干扰抑制原理
图 6 各支路抗干扰后的波形及 4 路叠加后信号波形
仿真中采用的是 1 /4 重叠加窗 ,其基本原理与 1 /2 重叠加窗相同 。只不过将叠加的路径由 2 路提升为 4 路 ,且每路的帧延时由 N /2变为 N /4。
3 仿真结果及分析
仿真是通过 SIMUL INK完成的 , FFT重叠相加干扰 抑制算法的模块图如图 5所示 。
2 改进的 FFT重叠相加干扰抑制算法
在 DS扩频系统频域抗干扰算法中 ,通常对输入数 据分段进行 N 点 FFT变换 ,分段数据周期延拓后的非连 续性会导致频谱泄漏现象 ,通常可以采用对分段数据进 行加窗的方法减小频谱泄漏 。从时域看 ,加窗实质上是 对输入数据进行加权 ,窗函数从中心向两端逐步衰减 ,保 证了数据段两端的平滑 ,从而达到减小频谱泄漏的目的 。 加窗的目的在于准确地估计信号频谱 ,然而却会使输入 信号发生畸变 ,使进行 FFT变换的数据段两端严重衰 减 ,从而带来额外的信噪比损耗 。
Ab s tra c t: Narrow2band interference supp ression in the direct sequence sp read spectrum communication system has been a hot research area for m any scholars. In this paper, an imp roved lapped FFT algorithm is used to transform the received data signals to the frequency2dom ain wherein adap tive excision is performed. The algorithm can perform perfect reconstruction for the received signals. Theoretical results show that it can comp letely elim inate both the sp read spectrum signals distortion and BER degradation due to w indow ing. Theoretical results are confirmed by computer sim ulation.
88
四川理工学院学报 (自然科学版 ) 2009年 6月
在进行干扰抑制时 ,就造成干扰消除的不彻底 ,或者是增
大了消除的带宽范围 ,从而加重了对有用信号的损伤 。
为了减小干扰的频谱泄漏 ,必须采用旁瓣比较低的
窗函数 。本文在仿真中采用的窗函数是切比雪夫窗 ,该
窗的第一旁瓣比主瓣低 80dB。
收稿日期 : 2008212217 作者简介 :李 然 (19822) ,男 ,江西新余人 ,硕士生 ,主要从事电子对抗方面的研究 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
的幅度值 ,M 是 FFT变换的次数 , NFFT是 FFT变换的长
度 ,η是衰减的系数 。 ul,m是输入信号 x ( n)和窗函数 W
( n)相乘之后的 FFT变换的值 ,即 :
N FFT
∑ um =
x ( n ) w ( n) e- m j2πnm /N FFT = 1, …, N FFT
(2)
法的有效性 。
关键词 :扩频通信 ;干扰抑制 ;快速傅立叶变换 ( FFT) ;重叠相加
中图分类号 : TNwk.baidu.com73
文献标识码 : A
引言
国内外对 FFT频域干扰抑制算法的研究有很多 。 R. C. D ip ietro在直序扩频通信系统中采用 FFT技术于 频域中对窄带干扰进行了有效消除 [ 1 ] 、J. A. young and J. s. Lehnert对直序扩频通信系统中基于 FFT变换的频域 陷波算法性能进行了详细地分析 [ 2 ] 。但是 ,以上这些传 统的频域陷波算法都存在一个采用 FFT数据加窗而引 起的扩频信号失真及误码率恶化的问题 。为克服这一问 题 ,本 文 采 用 了 一 种 改 进 的 重 叠 FFT 频 域 干 扰 抑 制 算法 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 22卷第 3期 李 然等 : FFT重叠相加抗窄带干扰的算法研究
89
[ 5 ] 张邦宁. 通信抗干扰技术 [M ]. 北京 : 机械工业出 版社 , 2006.
Study on the N arrowband Interference Supp ression A lgorithm U sing Lapped FF T
L I R an, ZHAO Gang ( School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China)
图 3 中 ,W ( n)是窗函数 , abs ( u)和 angle ( u)两个函 数分别求离散傅立叶变换后的幅度和角度 (相位 ) 值 , Thre ( u)函数确定谱线的门限值 , P ( u)函数是对谱线进 行处理 。
1. 2 窗函数的应用 在各种频域陷波算法中 ,都必须在作 FFT运算前对
Ke y wo rd s: sp read spectrum communications; interference supp ression; Fast Fourier Transform ( FFT) ; overlap 2 and2add
n =1
仿真中 M 定为 1, NFFT设为 8192,η设为 0. 3。
对超过门限的谱线通常认为是含有干扰信号的谱
线 ,对这些谱线置为 Thm in,将其去掉 。
由图 4可见 , 1 /2重叠加窗含有两路 FFT干扰抑制 , 这两路干扰抑制其实都是第 1 部分中介绍的传统 FFT 频域干扰抑制算法 ,只不过两路干扰抑制算法有一个 1 / 2帧的时延 。X ( n)是包含窄带干扰的帧数据流 。 Y ( n) 是经重叠加窗和干扰抑制处理之后的恢复数据 。在 X ( n)连续的码流中 ,由于一帧的边缘部分受到的影响最 大 ,所以对于每个 FFT帧 ,只取其中间的部分 ,而丢掉边 缘部分 。将一帧分为 4 份 ,任何一帧其主要受影响的是 前 1 /4帧与后 1 /4帧 ,中间的 1 /2帧受影响最小 ,换句话 说一帧的可靠部分是它中间的 1 /2 帧 。将两路时延差 1 /2帧的数据段处理叠加就可以起到互为补充的作用 , 即每一路都只取其中间有用的 1 /2帧 [ 5 ] 。
[ 2 ] Young J A , Lehnert J S. Analy2sis of DFT2based fre2 quency excision algorithm s for direct sequence sp read spectrum communications[ J ]. Comm unication2s, IEEE Transactions on Volume 46, 1998, (8) : 107621087.
图 7 误码率
4 结束语
FFT重叠相加频域干扰抑制算法进行了加窗处理
和 FFT重叠相加变换 ,该措施使干扰的频谱泄露大为降 低 ,也使信号的损伤大为减少 ,这些因素促成了该算法良 好的抗窄带干扰性能 ,使干扰抑制后的误码率降到最低 。
参 考 文 献:
[ 1 ] D ip ietro R C. A n FFT based technique for supp ress2 ing narrow2band interference in PN sp read spectrum communication system s [ J ]. Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1989, 2: 136021363.
1 传统的 FFT频域干扰抑制算法
1. 1 传统频域干扰抑制算法的系统综述 频域干扰抑制算法的原理是窄带干扰相对于扩频信
号能量集中在很窄的频带内 ,在频域上表现为很窄的尖 峰 ,所以可先将混合信号变换到频域 ,检测出干扰的频谱 位置 ,将这些谱线去掉或进行衰减 ,最后反变换还原成时 域信号进行解扩 。其原理框图如图 1所示 。其频谱示意 图如图 2所示 。频域干扰抑制技术实现的数学模型如图 3所示 。
1. 3 门限的生成及大谱线的处理方法
为了保持门限确定的自适应性 ,通常根据当前一次
或几次 FFT变换值来确定门限值 。门限的确定可以用
下式表示 [ 4 ] :
∑∑ Th
= T hm in
+η 1
MN FFT
M i =1
N FFT
a bs ( ui, m
m =1
)
(1)
式 (1)中 Thmin是最小的门限值 ,通常是没有干扰时信号