MB-OFDM-UWB系統(tǒng)中干擾信號(hào)抑制方法

李德榮，周 泓

（西安郵電大學(xué) 陜西 西安 710061）

MB-OFDM-UWB系統(tǒng)中干擾信號(hào)抑制方法

李德榮，周 泓

（西安郵電大學(xué) 陜西 西安 710061）

基于抑制MB-OFDM-UWB系統(tǒng)中干擾信號(hào)的目的，提出了一種抑制系統(tǒng)帶寬內(nèi)干擾信號(hào)的新算法。該算法采用兩組自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器，利用LMS方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的抑制。通過仿真，在接收端利用頻譜和星座圖兩種途徑分析了該算法對(duì)干擾信號(hào)的抑制效果。仿真結(jié)果表明，該算法在不損失帶內(nèi)有用信號(hào)電平的情況下，對(duì)干擾信號(hào)抑制達(dá)到30 dB。因此，對(duì)UWB信號(hào)帶內(nèi)的干擾信號(hào)起到了良好的抑制作用。

MB-OFDM-UWB；干擾信號(hào)；自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器；LMS；抑制

UWB(超寬帶)系統(tǒng)因?yàn)榫哂懈咚俾?、低成本、抗多徑及高效利用頻域資源等諸多優(yōu)點(diǎn),所以被廣泛認(rèn)為是一種很有前途的無線通信技術(shù),而MB-OFDM-UWB技術(shù)則是UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種方案,目前已被歐洲ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際ISO/IEC26907標(biāo)準(zhǔn)所采納,并且占有著大量的市場(chǎng)份額[1]。

因UWB信號(hào)的傳輸環(huán)境中可能存在大量的干擾信號(hào)[2-3],如果這些干擾信號(hào)的頻點(diǎn)恰巧位于MB-UWB信號(hào)的傳輸帶寬內(nèi),則會(huì)對(duì)MB-UWB信號(hào)造成干擾,會(huì)嚴(yán)重地影響到UWB系統(tǒng)的性能。本文旨在研究盡量抑制傳輸環(huán)境中的干擾信號(hào)對(duì)MB-UWB系統(tǒng)的影響。當(dāng)我們能夠確定干擾信號(hào)的頻點(diǎn)范圍,就能夠采用本文中所提到的方法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制,從而提高M(jìn)B-UWB系統(tǒng)的性能。

1 干擾抑制的原理和方法

1.1 干擾信號(hào)對(duì)MB-UWB信號(hào)的影響

MB-OFDM-UWB系統(tǒng)在接收端接收的信號(hào)為：

式中,in為傳輸信道中的干擾信號(hào),xn為接收到的MBUWB信號(hào)。其中[4]

F為傅里葉反變換矩陣[5]：

此時(shí),對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行FFT變換,則第k路子載波上解調(diào)出的數(shù)據(jù)為：

由式(4)可見,當(dāng)接收信號(hào)混雜了干擾信號(hào)之后解調(diào)的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生誤差。若干擾信號(hào)的頻點(diǎn)位于或接近UWB系統(tǒng)的傳輸帶寬內(nèi),則解調(diào)出的星座點(diǎn)出現(xiàn)偏移,因此解調(diào)的過程中產(chǎn)生誤判,大大地降低了MB-UWB系統(tǒng)的性能。

1.2 干擾信號(hào)抑制的方法

在MB-UWB信號(hào)的傳輸環(huán)境中可能存在大量的干擾信號(hào),由1.1節(jié)可知,這些干擾信號(hào)會(huì)嚴(yán)重地惡化MB-UWB系統(tǒng)的性能,但是,如果已經(jīng)確認(rèn)了干擾信號(hào)的頻點(diǎn),就可以運(yùn)

用自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器對(duì)MB-UWB系統(tǒng)中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器可以自動(dòng)地跟蹤干擾信號(hào)頻率、消除噪聲能力強(qiáng),而且可以隨意地控制濾波器的帶寬。

當(dāng)干擾信號(hào)的頻點(diǎn)確知,我們只要在濾波器的輸入端輸入同頻率的正弦干擾信號(hào),利用兩組自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器來跟蹤干擾信號(hào)的相位和幅度[6]。其中,自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Adaptive interference cancellation filter structure diagram

假設(shè)干擾信號(hào)為單音信號(hào)時(shí),則式(1)則轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式中,w0為干擾信號(hào)頻點(diǎn),Δt為采樣間隔。

參考輸入端輸入一個(gè)頻點(diǎn)與干擾信號(hào)相近的正弦信號(hào),經(jīng)過采樣后一路送入第一組自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器,另一路經(jīng)過π/2相移送入第二組自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器。濾波器追蹤干擾信號(hào)的相位和幅度,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)兩組濾波器的權(quán)值,達(dá)到與干擾信號(hào)相同的目的,實(shí)現(xiàn)將噪聲對(duì)消。

自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器的參考輸入端的r1和r2分別為：

誤差信號(hào)為：

兩組自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器的輸出為：

其中,應(yīng)用LMS迭代算法,ω1(n)和ω2(n)的更新公式如下所示。

2 仿真分析

為了驗(yàn)證本文中干擾噪聲抑制算法,我們將產(chǎn)生的UWB數(shù)據(jù)中分別疊加單音和雙音的干擾信號(hào),然后運(yùn)用本文中提到的自適應(yīng)干擾對(duì)消濾波器對(duì)疊加干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)進(jìn)行濾波。

對(duì)于單音信號(hào),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)干擾頻點(diǎn)。如圖2(a)中UWB信號(hào)在3.86 GHz有一個(gè)干擾頻點(diǎn),干擾頻點(diǎn)被抑制后的頻域圖如圖2(b)所示。濾波前后星座圖如圖3所示。

圖2 一個(gè)干擾頻點(diǎn)時(shí)濾除前后頻域圖Fig.2 The frequency domain before and after filtering when one disturbance frequency exists

圖3 一個(gè)干擾頻點(diǎn)濾除前后星座圖Fig.3 The constellation map before and after filtering when one disturbance frequency exists

對(duì)于雙音信號(hào),會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)干擾頻點(diǎn)。如圖4(a)中UWB信號(hào)在3.86 GHz和4.04 GHz中分別有一個(gè)干擾頻點(diǎn),干擾頻點(diǎn)被抑制后的頻域圖如圖4(b)所示。濾波前后星座圖如圖5所示。

圖4 兩個(gè)干擾頻點(diǎn)濾除前后頻域圖Fig.4 The frequency domain before and after filtering when two disturbance frequencies exist

[2]孫利民,李建中,陳渝,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]楊林.無線網(wǎng)絡(luò)下的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

[4]田克,張塵賢,馬建,等.無線多跳網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)會(huì)路由[J].軟件學(xué)報(bào)，2010,21(10)：2542-2553.

[5]馬冠駿,許撒龍,林明宏,等.基于網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P內(nèi)容分發(fā)性能分析[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,36(11)：1237-1240.

[6]黃辰.基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2010.

[7]Gerlay M,Cascella R G,Cao Z,et al.An efficient weak secrecy scheme for network coding data dissemination in VANET [J].In ProceedingsofIEEE 19thInternational Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications,Poznan,2008：1-5.

The method of undesired signal suppression in MB-OFDM-UWB system

LI De-rong,ZHOU Hong
(Xiˊan University of posts and Telecommunications,Xi'an 710061,China)

Based on the purpose of suppressing undesired signals on MB-OFDM-UWB systems,the article proposes a new algorithm to suppress undesired signals with two sets of adaptive interference cancellation filter by the LMS method.Through simulation,the article analyzed the undesired signal suppression effect by two ways.Simulation results show that the algorithm proposed in this paper is able to achieve 30 dB signal-to-interference suppression without damaging desired signals.Hence, the algorithm is significant.

MB-OFDM-UWB；undesired signals；adaptive interference cancellation filter；LMS；suppression

TN911

：A

:1674-6236(2015)23-0054-02

2015-02-06稿件編號(hào)：201502054

李德榮(1989—)，女，陜西安康人，碩士研究生。研究方向：寬帶無線通信技術(shù)。