专利名称：扩频系统中窄带干扰消除的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通讯系统中窄带干扰消除的方法和装置，尤其是扩频通讯系统中窄带干扰消除的方法和装置。
背景技术：
扩展频谱通信系统在当今世界越来越普遍。扩展频谱或者伪随机码(PN)调制可以减少其它用户以及无线信号的干扰。当干扰是窄带信号时，在接收信号和PN序列的互相关过程中，干扰信号会扩展到整个频带上从而减弱干扰的影响。因此扩频信号在一定程度上可以削弱窄带干扰。
一个扩频信号(例如由PN序列进行扩频)的典型频谱是淹没在噪声中的，如图1所示。理想信号是指移动台实际发送的信号能量，噪声就是指那些加性干扰。显然扩频的理想信号能量一般是小于噪声能量的。“强干扰”一般指阻塞信号或者由电视、无线台或者附近通信设备发出的信号，“典型干扰”是指那些由低功率源发出的信号，例如业余无线电。处理增益表示移动台扩展信号可容忍的干扰信号级别。扩展信号受到典型干扰的影响时还可以进行恢复，但是当强干扰出现时信号根本就无法再恢复了。而且即使是典型干扰，虽然可以恢复信号但是系统性能也会下降。
在采用CDMA通信系统前，都会对频带进行扫频以保护CDMA信号不受窄带信号的干扰，但是一些突发信号由于其突发特性不容易完全被禁止。因此窄带干扰会呈现无序性和随机性。窄带干扰会使得码分多址(CDMA)系统拥塞率和掉话率升高、射频功控系统的过载、增加移动台功率消耗、减少基站覆盖范围。在极端的情况下，高功率的干扰甚至会阻塞整个小区，使得正常的通信无法进行。因此必须找到一个好的解决方法消除窄带干扰信号对码分多址信号的影响从而使得通信质量得到保证。
处理窄带干扰方法通常可以分为两类一类是让信号(通常是进行模拟处理)通过一个窄带陷波器或者陷波器组。该方法一般都是通过声表面类的技术来实现的。对干扰信号的频率作一些估计，根据估计结果，在有干扰信号的地方放置窄带陷波装置。(锁相环也可以用来跟踪干扰信号。)但是模拟技术本身有其局限性，而且往往都不够灵活。
另外一类是频域消除方法，一般都是通过数字处理过程实现的。信号经过数字化以后通过傅立叶变换变换到频域，在频域对数据进行处理后再通过逆傅立叶变换变换到时域输出。在频域处理干扰信号方法可以归结为两种，一种是在频域数据上使用滤波器滤除干扰的影响。该种方法适用于已知干扰带宽和位置的情形。当干扰在频域的位置、干扰带宽以及个数不能够明确确定时，该方法就会有一定的局限性。因为设计完全自适应变化的滤波器有一定的困难。另一种是计算每个频率上信号幅度，然后和门限比较将超过门限的信号置0或者降到噪声水平上去。该方法可以自适应的对多个干扰，对不同干扰带宽以及干扰频率变化进行处理。但是在该方法中如何较好的设定门限是一个问题，门限设置的好坏将会直接影响到其性能。另外，上述方法在硬件的实时实现上都有一定的困难，因为处理时要对每个数据样点进行处理和操作。需要不停的进行频谱估计并将功率谱限制在一定范围内，对于速率很高的宽带系统数据来讲，运算量的需求比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，改进上述现有频域消除技术中的第二种方案，优化门限的产生过程，使门限即保持一定的稳定性又可以自适应根据信道环境的变化而发生相应的变化，并克服现有技术中硬件不易实时实现的问题，减少计算量和硬件复杂度。
本发明中的方法，包括以下步骤1.1将接收到的采样信号取快速傅立叶变换(FFT)长度存储到数据存储单元中，并对接收信号进行由最小可分辨的干扰带宽决定的N点快速傅立叶变换。
1.2将快速傅立叶变换后的输出数据输入到能量计算单元求取N点快速傅立叶变换后数据的模的平方，也就是数据的能量。
1.3从能量计算单元输出N点能量数据到N个累加单元中进行能量数据累加；1.4当累加单元的累加次数超过由系统对干扰的反应能力性能确定的某累加计数后，将累加单元结果输出，送入最小值求取单元，得到最小值；所述累加计数由累加时间、快速傅立叶变换的点数N和数据采样间隔决定，累加计数等于累加时间除以点数和数据采样间隔的乘积。累加时间一般为60～120ms。
1.5累加单元结果输入比较单元，和最小值求取单元输出的最小值乘以一个倍数得到的判断门限进行比较，如果累加结果大于该判断门限值，记录累加结果在累加单元中对应的位置信息，对该位置寄存单元的值进行更新如果累加结果不大于该判断门限，则记录和累加结果相应的位置，将该位置寄存单元的值清零；所述倍数可取2至4。
1.6如果位置寄存单元中没有任何非零位置记录，启动选择单元选择数据存储单元中存储的信号输出数据；如果位置寄存单元中有非零位置记录，当前快速傅立叶变换后输出的数据按照位置寄存单元中的非零的位置信息，对相应位置快速傅立叶后输出数据的能量幅度进行调整，将其能量调整到为最小值求取单元输出的最小值的时间平均值。
1.7将调整后的数据进行逆快速傅立叶(IFFT)变换输出到选择单元中去。
本发明中的装置，包括数据存储单元和依次相连的FFT变换单元、干扰消除单元、IFFT变换单元、选择单元，以及控制所述干扰消除单元和所述选择单元的干扰消除控制单元；所述数据存储单元存储输入的数据并将其输送给所述选择单元；所述FFT变换单元将接收到的信号进行FFT变换，输出给所述干扰消除控制单元和干扰消除单元；所述干扰消除控制单元计算输入信号能量并进行多次累加，取其最小值的某一倍数作为判断门限，将得到的能量和门限比较从而得到估计的窄带干扰所在的位置信息；以及根据位置信息的有无输出控制信息到所述的选择单元，如果没有非零的位置信息记录，当前输出数据是所述数据存储单元的输出，否则是所述IFFT变换单元的输出数据；所述干扰消除单元利用干扰消除控制单元输出的非零位置信息和时间平均后的最小值将所述FFT变换单元输出的结果进行修改，输出到所述IFFT变换单元中；所述IFFT变换单元对输入数据进行IFFT变换并将结果输出到所述选择单元中。
上述装置中干扰消除控制单元包括由最小可分辨的干扰带宽决定的N个能量计算单元、N个累加单元、累加计数控制单元、最小值求取单元、时间平均单元、乘法器、比较单元和位置寄存单元；经快速傅立叶变换后的N点信号经过所述N个能量计算单元输出N点信号的能量，送入所述N个累加单元，然后和之前的能量进行累加；所述累加计数控制单元判断当前累加次数是否达到由由系统对干扰的反应能力确定的累加计数，其中累加计数是和累加时间相对应的。如果到达该累加计数，则输出到所述最小值求取单元计算最小值，并将所述N个累加单元结果送入所述比较单元和所述最小值单元经过所述乘法器输出的最小值的某一倍数得到的判断门限进行比较；如果累加单元结果大于判断门限，记录此值在累加单元中对应的位置信息，对位置寄存单元的值进行更新；如果累加单元结果不大于判断门限，则找到和此值相对应的位置，将相对应位置寄存单元的值清零；如果没有到达累加计数，就不进行位置寄存单元的更新，其它单元按照原来位置寄存单元记录的结果进行处理；所述位置寄存单元记录所有大于判断门限值所在的位置，如果不大于该值将相应位置寄存单元的值清零；所述时间平均单元对所述最小值求取单元的输出进行由系统对干扰的反应能力确定的累加计数上的平均操作并输入到所述干扰消除单元中使用。
本发明针对扩频通信系统中的窄带干扰的消除，将信号变换到频域，通过对一段时间内多个周期图求平均进行功率谱的估计，然后利用得到的功率谱最小值的倍数作为窄带干扰的判断门限。这样得到的门限十分稳定而且还可以自适应满足各种情况防止误判的发生。同时利用一段时间内估计的功率谱进行窄带干扰判决，记录窄带干扰出现的位置，对实时数据的处理仅局限在根据上个时间段得到的窄带干扰所在位置上的数据，计算量明显减少。而且求最小值以及比较运算是每隔一段时间才进行一次，不需要每段数据都进行操作，大大减少了硬件对实时处理的要求。和现有技术相比，只要累加时间长度选择正确，可以在得到满意的性能同时大大减少硬件实时的计算量。本发明还设计有选择单元，当发现没有窄带干扰存在时可以屏蔽计算量较大模块的执行，如IFFT变换单元，从而进一步减少了对硬件资源的占用。总之，本发明计算简单，对窄带干扰抑制作用明显，能够利用硬件实时实现，减少了对硬件的要求。
图1是一般扩频信号频谱能量示意图。
图2是本发明的装置工作示意图。
图3是图2中的干扰消除控制单元示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1是一般扩频信号频谱能量示意图，已在背景技术中作了详细说明，此处不再赘述。
图2是本发明的装置工作示意图，其中方框内是本发明的装置部分。图3是图2中的干扰消除控制单元180的示意图。下面结合图2和图3对本发明进行描述。
信号经过射频转换器100接收，然后通过数字量化器110进行采样变成数字信号，输入到本发明干扰消除装置120。本发明的干扰消除装置120包括数据存储单元130、FFT变换单元140、干扰消除单元150、IFFT变换单元160、选择单元170和干扰消除控制单元180。接收到的数字信号每次取N点进入干扰消除装置420，以便进行FFT运算。取的点数N和最小能辨识的窄带干扰带宽有关。在本发明的一个实施例中扩频信号带宽为1.2288MHz，数据采样率为2×1.2288MHz，为了分辨30kHz的窄带干扰，至少要采用2×1.2288×10^6/(30×10^3)＝81.92点，也就是128点的FFT。显然FFT的点数越多对窄带干扰分辨能力越强，而硬件实现的计算量也越大，可以根据自己的系统和要求对窄带干扰的辨识精度实际选取N值。在上述实施例中采用了N＝256。在FFT变换单元140中进行N点的FFT运算，而数据存储单元130则保存进入FFT变换单元140之前的N点数据。从FFT变换单元140出来的N点数据输入到干扰消除单元150和干扰消除控制单元180中。如果干扰消除单元180中位置寄存单元188没有指示任何位置信息，则选择单元170会直接输出数据存储单元130存储的数据而不进行干扰消除单元150和IFFT变换单元160的操作，从而减少硬件的操作节省硬件开销。如果位置寄存单元188指示有位置信息，干扰消除单元150利用位置寄存单元188输出的位置信息和最小值时间平均单元189的输出信息处理N点FFT结果，将和位置寄存单元188相应的位置数据的能量值调整为时间平均后的最小值。并将结果输出到IFFT变换单元160中进行IFFT变换。然后由选择单元170输出到后面的处理单元(如解扩等，图中未画出)。干扰消除控制单元180则完成每隔一段时间对位置寄存单元188和最小值184的内容更新。
干扰消除控制单元180中，包括N个能量计算单元181、N个累加单元182、累加计数控制输出183、最小值单元184、乘法器185、比较单元187、位置寄存单元188和时剖平均单元189。FFT变换单元140的输出为复数信号，能量计算单元181就是计算复数信号模的平方。N个能量计算单元就是计算出N个FFT输出信号的模的平方结果。显然上述计算得到的就是该数据段的周期图。周期图是功率谱的一个估计量，在功率谱中正常的宽带信号是淹没在噪声中的，而窄带干扰由于能量集中在某些频点上所以其功率就会较高。为了更好的进行功率谱的估计，累加单元182完成在一段时间内周期图结果的累加。累加使得估计结果可以更好逼近实际的功率谱从而反应更真实的数据特性。为了使功率谱估计结果能够及时反映出扩频信号上窄带干扰的变化，所以累加时间不易过长，一般的，窄带干扰的持续时间为秒级，因此累加时间可取60～120ms，该取值并不会使系统对窄带干扰的反应能力造成很大的影响。在本发明的一个实施例中，选择约106.7ms作为累加的时间长度，仿真结果说明选择这个长度既不影响系统消除窄带干扰的能力又可以获得比较稳定的功率谱估计结果。累加计数是和累加时间相对应的，累加计数会根据所选的累加时间以及FFT的点数N的不同而不同。在本发明的一个实施例中，FFT点数为256，数据采样率为2×1.2288MHz，每个采样点持续时间为12*1.2288=0.4069us,]]>累加计数就是106.7*103256*0.4069≈1024.]]>累加计数控制输出183完成对累加时间的控制，通过累加时间的控制来判断当前累加数是否达到累加计数。累加计数或者累加时间是根据系统希望达到的性能要求来确定，例如，如果希望系统稳定，累加计数或者累加时间就高一些，如果希望系统对外界干扰的反应快一些，就选取低一些的累加计数或者累加时间。当累加计数未到指定时间时，不进行最小值184和位置寄存单元188的更新；当累加计数到指定时间时，就进行最小值184和位置寄存单元188的更新以及累加单元182的清零操作。最小值单元184求取N个累加单元中的最小值。没有取均值而是取最小值，是由于此时功率谱已经比较稳定，不会出现过低的值。而均值却会随着窄带干扰的数量以及强度的变化受到很大的影响。另外求最小值只需要一些比较运算，计算量较小。乘法器185在最小值上乘以倍数作为窄带干扰的判断门限。为了不使有用的信号被判决为干扰而受到影响，倍数的选取会影响最终系统的性能，经过仿真，倍数一般取值范围可在2.0～4.0。门限确定后就在比较单元187中和累加计数控制单元183输出的N个累加能量进行比较，最后将大于门限的能量值对应所在的位置放入位置寄存单元188，如果不大于门限将相应位置寄存单元的值清零。。每隔一定时间对位置寄存单元188和最小值单元184进行更新，从而可以自适应的随着周围情况变化而变化，达到更好的效果。干扰消除单元150需要最小值单元184的输出结果，因为累加输出后的操作都是比较操作，是否进行平均用处不大，但是干扰消除单元150中涉及到的是单组的数据处理，因此需要添加时间平均单元189。经过时间平均单元189后的值输入干扰消除单元150，完成干扰消除的工作。
本发明已经在cdma_20001x反向链路仿真中实现，经过仿真，证实能够有效的减弱多个窄带干扰在不同时刻不同频带位置对系统造成的影响，使得CDMA拥塞率和掉话率明显降低，减少了移动台的功率消耗。
权利要求
1.一种扩频系统中窄带干扰消除的方法，包括以下步骤1.1将接收到的采样信号取快速傅立叶变换长度存储到数据存储单元中，并对接收信号进行由最小可分辨的干扰带宽决定的N点快速傅立叶变换；1.2将快速傅立叶变换后的输出数据输入到能量计算单元求取N点快速傅立叶变换后数据的能量；1.3从能量计算单元输出N点能量到N个累加单元中进行能量累加；1.4当累加单元的累加次数超过由系统对干扰的反应能力确定的累加计数后，将累加单元结果输出，送入最小值求取单元，得到最小值；1.5累加单元结果输入比较单元，和最小值求取单元输出的最小值乘以一个倍数得到的判断门限进行比较，如果累加结果大于该判断门限值，记录累加结果在累加单元中对应的位置信息，对该位置寄存单元的值进行更新；如果累加结果不大于该判断门限，则记录和累加结果相对应的位置，将该位置寄存单元中的值清零；1.6如果位置寄存单元中没有任何非零位置记录，启动选择单元选择数据存储单元中存储的信号输出数据；如果位置寄存单元中有非零位置记录，当前快速傅立叶变换后输出的数据按照位置寄存单元中的非零的位置信息，对相应位置快速傅立叶后输出数据进行调整，将其能量调整为最小值求取单元输出的最小值的时间平均值；1.7将调整后的数据进行逆快速傅立叶变换输出到选择单元中去。
2.权利要求1所述的扩频系统中窄带干扰消除的方法，其特征在于，所述步骤1.5中的倍数取2至4。
3.权利要求1所述的扩频系统中窄带干扰消除的方法，其特征在于，所述步骤1.4中的累加计数由累加时间、快速傅立叶变换的点数N，还有数据采样间隔决定，累加计数等于累加时间除以点数和数据采样间隔的乘积。
4.权利要求3所述的扩频系统中窄带干扰消除的方法，其特征在于，所述累加时间为60～120毫秒。
5.一种扩频系统中窄带干扰消除的装置，包括数据存储单元和依次相连的快速傅立叶变换单元、干扰消除单元、逆快速傅立叶变换单元、选择单元，以及控制所述干扰消除单元和所述选择单元的干扰消除控制单元；所述数据存储单元存储输入的数据并将其输送给所述选择单元；所述快速傅立叶变换单元将接收到的信号进行快速傅立叶变换，输出给所述干扰消除控制单元和干扰消除单元；所述干扰消除控制单元计算输入信号能量并进行多次累加，取其最小值的某一倍数作为判断门限，将得到的能量和门限比较从而得到估计的窄带干扰所在的位置信息；以及根据位置信息的有无输出控制信息到所述的选择单元，如果没有非零的位置信息记录，当前输出数据是所述数据存储单元的输出，否则是所述I快速傅立叶变换单元的输出数据；所述干扰消除单元利用干扰消除控制单元输出的非零位置信息和时间平均后的最小值将所述快速傅立叶变换单元输出的结果进行修改，输出到所述逆快速傅立叶变换单元中；所述I快速傅立叶变换单元对输入数据进行逆快速傅立叶变换并将结果输出到所述选择单元中。
6.权利要求5所述的扩频系统中窄带干扰消除的装置，其特征在于，所述干扰消除控制单元包括由最小可分辨的干扰带宽决定的N个能量计算单元、N个累加单元、累加计数控制单元、最小值求取单元、时间平均单元、乘法器、比较单元和位置寄存单元；经快速傅立叶变换后的N点信号经过所述N个能量计算单元输出N点信号的能量，送入所述N个累加单元，然后和之前的能量进行累加；所述累加计数控制单元判断当前累加次数是否达到由由系统对干扰的反应能力确定的累加计数如果到达该累加计数，则输出到所述最小值求取单元计算最小值，并将所述N个累加单元结果送入所述比较单元和所述最小值单元经过所述乘法器输出的最小值的某一倍数得到的判断门限进行比较；如果累加单元结果大于判断门限，记录此值在累加单元中对应的位置信息，对位置寄存单元的值进行更新；如果累加单元结果不大于该判断门限，则找到和此值相对应的位置，将相应位置寄存单元中的值清零；如果没有到达累加计数，就不进行位置寄存单元的更新，其它单元按照原来位置寄存单元记录的结果进行处理；所述位置寄存单元记录所有大于判断门限所在的位置，将其余的位置清零；所述时间平均单元对所述最小值求取单元的输出进行由系统性能确定的累加计数上的平均操作并输入到所述干扰消除单元中使用。
全文摘要
一种扩频系统中窄带干扰消除的方法和装置，装置包括数据存储单元和的FFT变换单元、干扰消除单元、IFFT变换单元、选择单元，以及干扰消除控制单元；其中干扰消除控制单元包括由最小可分辨的干扰带宽决定的N个能量计算单元、N个累加单元、累加计数控制单元、最小值求取单元、时间平均单元、乘法器、比较单元和位置寄存单元。方法是指在该装置中消除窄带干扰信号。本发明将信号变换到频域，通过对一段时间内多个周期图求平均进行功率谱的估计，然后利用得到的功率谱最小值的倍数作为窄带干扰的判断门限，可以自适应满足各种情况防止误判的发生。同时计算量明显减少。可以减少硬件实时的计算量。
文档编号H04B1/10GK1841954SQ20051007873
公开日2006年10月4日 申请日期2005年6月15日 优先权日2005年3月29日
发明者赵盟, 郁光辉, 吴岩巍, 胡留军, 向际鹰, 王志坚 申请人:中兴通讯股份有限公司