[發明專利]基于非線性Chirp脈沖的超寬帶通信系統多窄帶干擾抑制方法

有效

• 申請號: 201410323108.4
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104079318A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 白智全;高深;董培浩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04B1/719
• 分類號: H04B1/719
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

1.一種基于非線性Chirp脈沖的超寬帶通信系統多窄帶干擾抑制方法，由以下系統實現，該系統包括單天線的信源節點和目的節點，信源節點通過加性高斯白噪聲信道向目的節點廣播信號；目的節點接收到的信號包括信源節點發射的信號、信道環境中存在的多窄帶干擾信號和加性高斯白噪聲信號，該方法的具體步驟如下：

A、超寬帶通信系統準備開始工作；

B、超寬帶通信系統通過頻譜感知技術得到信道環境中多窄帶干擾信號所在的對應頻帶(f_il(j),f_ih(j))和中心頻率f_i(j)，j∈(1,2,…,N)，f_il(j)和f_ih(j)分別為第j個窄帶干擾信號的下限頻率和上限頻率，N為通信環境中窄帶干擾信號的個數；

C、依據提供的設計方案，設計能夠自適應地抑制多窄帶干擾的兩種非線性Chirp脈沖，分別為Atan?Chirp和Asinh?Chirp；

D、采用偽隨機序列c＝(c(1),c(2),…,c(l),…,c(N_c))作為系統的直接序列擴頻碼，其中c(l)是擴頻碼的第l個碼片，c(l)∈{±1}，l∈(1,2,…,N_c)，N_c為擴頻碼的長度，碼片間隔為T_c；

E、每比特由擴頻碼調制后的Chirp脈沖表征為其中b_n∈{±1}為第n個發送數據比特，比特持續時間為N_cT_c，t代表時間，p(t)為發送的單個超寬帶脈沖波形，采用步驟C設計得到，p(t-lT_c)表示p(t)沿著時間軸向右平移lT_c個單位，l∈(1,2,…,N_c)；

F、信源節點發送數據比特，并通過擴頻調制后以超寬帶信號來表征數據比特，超寬帶信號由其配置天線發送出去，信號經過加性高斯白噪聲信道到達接收端，接收端天線接收到的信號包括受到衰減的信源節點發送的信號，信道中與UWB系統共存的多窄帶系統引入的窄帶干擾信號以及信道中的加性高斯白噪聲信號；

G、在接收端采用相關接收機對信號進行接收，接收機已與發射機建立良好的同步；

H、計算相關器輸出的判決變量，將接收到的信號與每比特對應的模板信號v(t)進行相關，其輸出判決變量為Z，Z包含有用信號項S，窄帶干擾項I和高斯白噪聲項N_G；

I、采用最大似然準則進行判決，得出該系統的平均錯誤概率P_e的表達式為：

P_e＝P(Z⁽¹⁾＜0)+P(Z⁽⁰⁾＞0)

＝P((S⁽¹⁾+I+N_G)＜0)+P((S⁽⁰⁾+I+N_G)＞0)

其中Z⁽¹⁾代表發送數據比特1時判決器輸出的判決變量，P(Z⁽¹⁾<0)表示發送數據比特1錯判為0的概率，Z⁽⁰⁾代表發送數據比特0時判決器輸出的判決變量，P(Z⁽⁰⁾>0)表示發送數據比特0錯判為1的概率，S⁽¹⁾代表發送數據比特1時判決變量包含的有用信號項，S⁽⁰⁾代表發送數據比特0時判決變量包含的有用信號項；

J、當信息發送完畢時，通信結束；

上述步驟C中的設計能夠自適應地抑制多窄帶干擾的兩種非線性Chirp脈沖：Atan?Chirp和Asinh?Chirp，具體設計方法步驟如下：

(1)基于Atan函數和Asinh函數，按照下述方法對非線性Chirp脈沖進行處理，分別得到非線性Atan?Chirp脈沖和Asinh?Chirp脈沖；

(2)首先通過頻譜感知技術得到信道環境中多窄帶干擾所在的對應頻帶(f_il(j),f_ih(j))和中心頻率f_i(j)，j∈(1,2,…,N)，f_il(j)和f_ih(j)分別為第j個窄帶干擾信號的下限頻率和上限頻率；

(3)假設FCC規定的超寬帶頻譜范圍為(f_l,f_h)，其中f_l＝3.1GHz，f_h＝10.6GHz，在Chirp脈沖可用頻帶內去掉N個窄帶干擾所在的頻帶，則Chirp脈沖的頻帶變為Chirp脈沖的帶寬為B′=(fh-fl)-∪j=1N(fih(j)-fil(j)),]]>其中符號U是并集的意思，表示從超寬帶頻譜范圍內移除窄帶干擾所在頻帶后，剩余頻帶的并集；

(4)根據Chirp脈沖的時頻映射關系，將窄帶信號的頻域映射到時域，第j個窄帶干擾的下限頻率f_il(j)對應時間點T_fra(j)＝T(f_il(j)－f_l)/B’，j∈(1,2,…,N)，T為Chirp脈沖周期，在時間點T_fra(j)處將N個窄帶干擾移除，令Chirp脈沖的時頻對應關系如下：(0,T_fra(1))→(f_l,f_il(1))，(T_fra(j),T_fra(j+1))→(f_ih(j),f_il(j+1))，j∈(1,2,…,N－1)和(T_fra(N),T)→(f_ih(N),f_h)，即得到非線性Chirp脈沖的瞬時頻率；

Atan?Chirp脈沖的瞬時頻率為：

fw1(t)=[fil(1)+fil(1)-flarctanα·arctanβ]·G(t)+Σj=1N-1[fih(j)+fil(j+1)-fih(j)arctanα·arctanγj]·Gj(t)+[fih(N)+fh-fih(N)arctanα·arctanγN]·GN(t),]]>

其中門函數Gj(t)=1,Tfra(j)<t≤Tfra(j+1)0,otherwise,]]>j∈(1,2,…,N－1)，門函數GN(t)=1,Tfra(N)<t≤T0,otherwise,]]>門函數G(t)=1,0≤t≤Tfra(1)0,otherwise,]]>α為設置Chirp波形頻率范圍時，滿足窄帶信號時頻映射關系的參數，β＝α(t/T_fra(1)－1)，γ_j＝α(t－T_fra(j))/(T_fra(j+1)－T_fra(j))，j∈(1,2,…,N－1)，γ_N＝α(t－T_fra(N))/(T－T_fra(N))，符號β、γ_j、γ_N是為了簡化瞬時頻率的表達式而取的中間符號，無具體實際意義，僅代表它們各自等號后面的式子，otherwise是“其它”的意思，表示G_j(t)、G_N(t)及G(t)式中右端上面的時間限制條件之外的時間；

Asinh?Chirp脈沖的瞬時頻率為：

fw2(t)=[fil(1)+fil(1)-flarcsinhα·arcsinhβ]·G(t)+Σj=1N-1[fih(j)+fil(j+1)-fih(j)arcsinhα·arcsinhγj]·Gj(t)+[fih(N)+fh-fih(N)arcsinhα·arcsinhγN]·GN(t);]]>

(5)對瞬時頻率積分即可得到非線性Chirp脈沖的時域表達式；

Atan?Chirp脈沖的時域表達式為：

pw1(t)=G(t)·cos2π(fil(1)t+Tfra(1)α·fil(1)-flarctanα·cw1(β))+GN(t)·cos2π(fih(N)t+T-Tfra(N)α·fh-fih(N)arctanα·cw1(γN))+Σj=1N-1Gj(t)·cos2π(fih(j)t+Tfra(j+1)-Tfra(j)α·fil(j+1)-fih(j)arctanα·cw1(γj)),]]>

其中函數cw1(x)=x·arctanx-ln(1+x2)2,]]>x是函數c_w1(x)的自變量；

Asinh?Chirp脈沖的時域表達式為：

pw2(t)=G(t)·cos2π(fil(1)t+Tfra(1)α·fil(1)-flarcsinhα·cw2(β))+GN(t)·cos2π(fih(N)t+T-Tfra(N)α·fh-fih(N)arcsinhα·cw2(γN))+Σj=1N-1Gj(t)·cos2π(fih(j)t+Tfra(j+1)-Tfra(j)α·fil(j+1)-fih(j)arcsinhα·cw2(γj)),]]>

其中函數cw2(x)=x·arcsinhx-1+x2.]]>