線性預(yù)測濾波器在抗多窄帶干擾中的應(yīng)用
摘要:在通信系統(tǒng)中,干擾抑制是一項基本的工作,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到重要的作用。詳細討論了關(guān)于線性預(yù)測技術(shù)在直擴系統(tǒng)中自適應(yīng)抗窄帶干擾的應(yīng)用。理論仿真和實際驗證結(jié)果表明,能夠有效地抑制多個較強的窄帶干擾,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外,該算法資源消耗較少,工程實現(xiàn)容易,因此具有很強的實用性。
關(guān)鍵詞:直擴;多窄帶抗干擾;線性預(yù)測濾波器;FPGA
0 引言
直擴通信系統(tǒng),由于其獨特的抗干擾能力以及保密性能,在軍事通信系統(tǒng)中備受青睞。但在今天頻譜空間越來越擁擠,電磁環(huán)境越來越復(fù)雜的情況下,僅靠擴頻增益已不足以對干擾進行抑制。特別在軍事通信中還會受到敵方有意的窄帶強干擾,這些人為干擾往往會超出導(dǎo)航接收機的抗干擾容限,系統(tǒng)將不能正常工作。因此,很有必要采用抗干擾技術(shù)對窄帶干擾進行抑制,有效提高系統(tǒng)抗干擾性能。
目前針對窄帶干擾的抑制技術(shù)主要可分為時域預(yù)測技術(shù)、變換域技術(shù)、碼輔助技術(shù)。其中時域線性預(yù)測技術(shù)由于它能夠抑制干擾較為徹底,濾波器具有線性相位,在工程中得到了更多的應(yīng)用,然而由于線性預(yù)測的最佳抽頭系數(shù)求解涉及到解維納一霍夫方程,而高維的矩陣求逆對于工程實現(xiàn)來說是很難的,大量的論文研究給出了一些自適應(yīng)算法,包括LMS,RLS等一些經(jīng)典算法,但多數(shù)處于理論研究階段,本文給出了基于FPGA的線性預(yù)測濾波器的簡化實現(xiàn)技術(shù),算法原理上采用基于LMS的遞歸求抽頭系數(shù),工程上采用符號LMS算法的實現(xiàn)方法,在實際擴頻系統(tǒng)中,能夠有效地自適應(yīng)抑制窄帶干擾,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1 線性預(yù)測濾波器的基本原理
線性預(yù)測濾波器是自適應(yīng)濾波器的一種,其基本思想是利用窄帶信號和寬帶信號在可預(yù)測性上的差距而達到干擾抑制的目的。因為窄帶干擾時非高斯,樣值間有很強的相關(guān)性,可以通過過去的樣值來估計當(dāng)前樣值,而擴頻信號頻譜平坦,其樣值間幾乎不相關(guān)。當(dāng)接收信號同時包含寬帶有用信號和窄帶十?dāng)_時,那么對接收信號進行預(yù)測,預(yù)測的值將主要是窄帶信號的預(yù)測值,若從當(dāng)前信號中減去預(yù)測值,將大大減小接收信號之中的窄帶干擾,提高直擴系統(tǒng)的性能。
線性預(yù)測濾波器的兩種基本結(jié)構(gòu)是干擾基于狀態(tài)空間的Kalman-Bucy預(yù)測器和抽頭延遲線結(jié)構(gòu)的有限脈沖響應(yīng)的橫向濾波器。在這里,主要討論基于抽頭延遲線的橫向濾波器,它有兩種結(jié)構(gòu),包括單邊橫向和雙邊橫向,由于雙邊橫向濾波器的改善性能更加優(yōu)異,這里只給出雙邊橫向的結(jié)構(gòu)圖,如圖1所示。
以圖1中的雙邊橫向濾波器來闡述線性預(yù)測濾波器的基本原理。在擴頻系統(tǒng)中,現(xiàn)假設(shè)接收信號為:
x(t)=z(t)+j(t)+n(t) (1)
式中:z(t)=Ag(t)c(t)cos(ω0t);j(t)=acos[(ω0+Ω)t+θ];A,a為幅值;g(t)是信號碼元,為Tg秒時間的二進制符號的隨機序列;c(t)為擴頻碼序列,持續(xù)Tc秒,TcTg;ω0t為載波頻率:Ω為頻偏;θ為在[0,2π]上均勻分布的隨機相位;n(t)為高斯噪聲。
在iTc時刻,濾波器抽頭取樣值以及濾波器抽頭系數(shù)如下:
式中W0是最佳抽頭系數(shù),式(5)即為熟知的維納-霍夫等式。
評論