专利名称：基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种小波包调制系统的多音干扰抑制方法。
背景技术：
宽带移动通信系统中，传输信号在信道中经历的频率选择性衰落和窄带干扰严重影响信号传输质量，因此需要采用多载波调制方式。小波包调制(WPM，wavelet packet modulation)方式为多载波调制方式的一种，其灵活多变的树型结构，使其抗频率选择性衰落的同时具有抗窄带干扰能力。在频率选择性衰落和窄带干扰严重的情况下，选择小波包调制方式来抑制衰落和干扰。
根据窄带干扰情况变换小波包树结构能够在一定程度上抑制窄带干扰。变换树型结构的方法从时域和频域角度减小了干扰信号的干扰范围，但窄带干扰仍存在于原始信号中。因此需要一种适用于小波包调制系统的终端信号处理技术，进一步滤除窄带干扰。这就是小波包调制系统的终端干扰抑制问题。根据窄带干扰的不同，可分为多音干扰抑制和脉冲干扰抑制。就针对多音干扰抑制方法而言，干扰抑制的目标是滤除存在于小波包调制解调信号中的多音干扰信号，进一步减小干扰带来的误码率。
现有的结合小波变换技术的多音干扰抑制算法均针对非小波包调制系统设计的，具有变换域干扰能量抑制能力。处理过程中干扰信号和原始信号位于同一小波域。由于小波包调制过程采用小波包反变换，将传输信号作为小波包基函数的分解系数进行小波包树树合成，而接收端的解调过程采用小波包正变换，还原初始传输信号，但在解调前混入的干扰却在小波包正变换后成为小波域小波包基函数的正交系数。小波包调制系统终端的干扰信号和原始信号位于不同域，因此现有的结合小波变换技术的多音干扰抑制方法不可应用于小波包调制系统终端。
发明内容
本发明是为了解决现有用于抑制多音干扰的方法无法应用于小波包调制系统终端而导致多音干扰抑制效果差，系统误码率高的问题，从而提出一种基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统接收端的多音干扰抑制方法。
基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，它由以下步骤完成 步骤一、小波包调制系统接收端接收信号，并判断所述信号是否存在多音干扰，如果判断结果为否，则执行步骤一一；如果判断结果为是，则执行步骤二； 步骤一一、对所述信号进行小波包树分解，获得分解后的信号，将所述分解后的信号由并行转换为串行后输出； 步骤二、根据多音干扰和传输信号特性对步骤一所述信号进行小波包树优选，获得最优树信息，并将最优树信息反馈到发射端； 步骤三、发射端根据反馈回的最优树信息改变小波包的调制方式，并将调制后的信号发送至信道； 步骤四、接收端接收信号，对所述信号进行小波包树分解，并将分解后的信号采用LMS自适应滤波法进行滤波；然后将滤波后的信号输出。
步骤二中所述获得最优树信息的方法是 首先根据公式 获得小波包树各终端节点处干扰的误码率； 其中
为干扰功率，fJ为干扰频率，El，m为传输信号能量，Φl，m*(f′J)为从小波包树根部到终端节点(l，m)的等效小波包函数φl，m*(t)在频率点f′J处的傅立叶变换； 然后采用小波包剪枝法搜索误码率最小的小波包树，获得最优小波包树信息。
步骤四中所述采用LMS自适应滤波法进行滤波的步骤为 步骤A、初始化滤波器的权值向量、步长、期望值和阶数；执行步骤B，采用循环迭代的方法更新权值向量； 步骤B、将权值向量与经小波包树分解后信号的信号向量相乘，获得向量乘积； 步骤C、比较步骤B获得的向量乘积与期望值，获得误差值； 步骤D、根据所述误差值更新权值向量； 步骤E、判断步骤C获得的误差值是否收敛，如果为否，则返回执行步骤B；如果为是，则结束循环迭代，执行步骤F； 步骤F、采用迭代更新后的权值向量对小波包树分解后的传输信号进行滤波，获得滤波后的信号，将所述滤波后的信号由并行转换为串行后输出。
有益效果本发明根据应用于小波包调制系统接收端收到的信号的多音干扰性质以及小波包分解信号产生的误码率进行最优树选择，并将选择结果反馈到发射端，用以控制小波包树的调制形式，达到抑制多音干扰的目的，并将发射端调制并发射后信号在接收端小波包树分解后采用LMS自适应滤波法进行滤波，进一步抑制多音干扰，抑制效果好，系统误码率低。
图1是本发明的流程结构示意图；图2是本发明的LMS自适应滤波法的流程示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本具体实施方式
，基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，它由以下步骤完成 步骤一、小波包调制系统接收端接收信号，并判断所述信号是否存在多音干扰，如果判断结果为否，则执行步骤一一；如果判断结果为是，则执行步骤二； 步骤一一、对所述信号进行小波包树分解，获得分解后的信号，将所述分解后的信号由并行转换为串行后输出； 步骤二、根据多音干扰和传输信号特性对步骤一所述信号进行小波包树优选，获得最优树信息，并将最优树信息反馈到发射端； 步骤三、发射端根据反馈回的最优树信息改变小波包的调制方式，并将调制后的信号发送至信道； 步骤四、接收端接收信号，对所述信号进行小波包树分解，并将分解后的信号采用LMS自适应滤波法进行滤波；然后将滤波后的信号输出。
步骤二中所述获得最优树信息的方法是 首先根据公式 获得小波包树各终端节点处干扰的误码率； 其中
为干扰功率，fJ为干扰频率，El，m为传输信号能量，Φl，m*(f′J)为从小波包树根部到终端节点(l，m)的等效小波包函数φl，m*(t)在频率点f′J处的傅立叶变换； 然后采用小波包剪枝法搜索误码率最小的小波包树，获得最优小波包树信息。
步骤四中所述采用LMS自适应滤波法进行滤波的步骤为 步骤A、初始化滤波器的权值向量、步长、期望值和阶数；执行步骤B，采用循环迭代的方法更新权值向量； 步骤B、将权值向量与经小波包树分解后信号的信号向量相乘，获得向量乘积； 步骤C、比较步骤B获得的向量乘积与期望值，获得误差值； 步骤D、根据所述误差值更新权值向量； 步骤E、判断步骤C获得的误差值是否收敛，如果为否，则返回执行步骤B；如果为是，则结束循环迭代，执行步骤F； 步骤F、采用迭代更新后的权值向量对小波包树分解后的传输信号进行滤波，获得滤波后的信号，将所述滤波后的信号由并行转换为串行后输出。
本实施方式所述的小波包树优选方法的原理小波包调制系统的解调由小波包树分解来实现，经小波包树分解的多音干扰信号形式由原多音干扰信号特性和小波包树结构共同决定。因小波包树分解前的多音干扰信号为频域脉冲信号，在某几个频点突发且通常具有较强的能量。在小波包树分解的干扰信号和原始信号特性基础上可以推导出干扰信号对系统造成的误码率。不同的小波包树结构代表不同的时-频划分，因此经不同小波包树分解的干扰信号会产生不同的误码率，选择产生最小误码率的小波包树是树的优选过程。自适应小波包树变换是根据多音干扰性质进行最优树选择，将选择结果反馈到信号发送端，控制小波包调制方式。
LMS自适应滤波法的原理经优树选择后，小波包调制系统从时-频域变换的角度缩小了受干扰信号的范围，但干扰仍存在于原始信号中，信干比未发生变化。为了增加信干比，进一步减小误码率，提出一种基于LMS自适应滤波算法的多音干扰抑制方案。方案中将小波包树分解后混有多音干扰的信号送入LMS自适应滤波器，计算滤波器输出与期望值之间的均方误差，并根据信号特性选择适当的步长。采用均方误差、步长和小波包树分解信号的乘积对初始权值向量进行更新，多次迭代后误差收敛，产生最佳权值向量，通过迭代产生的最佳权值向量对小波包分解信号进行滤波，实现进一步的干扰抑制。
本实施方式的典型的应用环境 本实施方式可以应用于宽带移动通信环境中，该方法解决了传统为非小波包调制系统设计的窄带干扰抑制算法不适应小波包调制系统的问题。通过对小波包分解后的信号进行自适应滤波，解决了小波包树优选后信号中信干比没有变化的问题，减小了干扰为系统带来的误码率，进一步抑制了系统中的多音干扰。通过小波包分解与LMS自适应滤波算法结合，改变滤波器输入信号的自相关矩阵奇异值分布，提高了自适应滤波算法收敛速度，解决了LMS自适应滤波算法收敛速度问题。
权利要求
1、基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，其特征是它由以下步骤完成
步骤一、小波包调制系统接收端接收信号，并判断所述信号是否存在多音干扰，如果判断结果为否，则执行步骤一一；如果判断结果为是，则执行步骤二
步骤一一、对所述信号进行小波包树分解，获得分解后的信号，将所述分解后的信号由并行转换为串行后输出；
步骤二、根据多音干扰和传输信号特性对步骤一所述信号进行小波包树优选，获得最优树信息，并将最优树信息反馈到发射端；
步骤三、发射端根据反馈回的最优树信息改变小波包的调制方式，并将调制后的信号发送至信道；
步骤四、接收端接收信号，对所述信号进行小波包树分解，并将分解后的信号采用LMS自适应滤波法进行滤波；然后将滤波后的信号输出。
2、根据权利要求1所述的基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，其特征在于步骤二中所述获得最优树信息的方法是
首先根据公式
获得小波包树各终端节点处干扰的误码率；
其中
为干扰功率，fJ为干扰频率，El，m为传输信号能量，Φl，m*(f′J)为从小波包树根部到终端节点(l，m)的等效小波包函数φl，m*(t)在频率点f′J处的傅立叶变换；
然后采用小波包剪枝法搜索误码率最小的小波包树，获得最优小波包树信息。
3、根据权利要求1所述的基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，其特征在于步骤四中所述采用LMS自适应滤波法进行滤波的步骤为
步骤A、初始化滤波器的权值向量、步长、期望值和阶数；执行步骤B，采用循环迭代的方法更新权值向量；
步骤B、将权值向量与经小波包树分解后信号的信号向量相乘，获得向量乘积；
步骤C、比较步骤B获得的向量乘积与期望值，获得误差值；
步骤D、根据所述误差值更新权值向量；
步骤E、判断步骤C获得的误差值是否收敛，如果判断结果为否，则返回执行步骤B；如果判断结果为是，则结束循环迭代，执行步骤F；
步骤F、采用迭代更新后的权值向量对小波包树分解后的传输信号进行滤波，获得滤波后的信号，将所述滤波后的信号由并行转换为串行后输出。
全文摘要
基于最小均方自适应滤波法的小波包调制系统的多音干扰抑制方法，它涉及一种小波包调制系统的多音干扰抑制方法。它解决了现有用于抑制多音干扰的方法无法应用于小波包调制系统终端而导致多音干扰抑制效果差，系统误码率高的问题。其方法，小波包调制系统接收端接收信号，并判断是否存在多音干扰，如果否，则输出；如果是，则进行小波包树优选，并将最优树信息反馈到发送端；发射端根据反馈回的最优树信息改变小波包的调制方式并将调制后的信号发送至信道；接收端接收调制后的信号，并对所述调制后的信号进行小波包树分解，分解后的信号采用LMS自适应滤波法进行滤波；然后将滤波后的信号输出。本发明适用于宽带移动通信系统中的信号传输过程。
文档编号H04L25/03GK101610228SQ20091007250
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者仲伟志, 庆 郭, 琰 郭, 肖丽萍 申请人:哈尔滨工业大学