专利名称：一种可变参数的发端宽带信号的陷波成形方法
技术领域：
本发明属于通信信号处理技术领域，特别涉及一种可变参数的发端宽带信号的陷
波成形方法。
背景技术：
在目前的通信系统中，宽带扩频通信系统与窄带通信系统共存，由于频带资源有
限，有时在发送端，宽带扩频信号与有用窄带信号会共用一些频段，即二者频谱发生了重
叠。如果在发送端宽带扩频信号与有用窄带信号同时被发送，窄带信号的频谱上也会混杂
有部分宽带信号，这样窄带信号就受到了宽带信号的干扰。在实际场景中，窄带通信系统在 不同工作频率上信道条件是随时间变化的，因此有用窄带信号的个数，及每个有用的窄带
信号的带宽和频带分布这些参数是随时间变化的。现有方法只能针对固定参数的有用窄带 信号来进行陷波成形，无法有效抑制宽带发射信号对参数可变的窄带信号产生的干扰。
目前国内外针对通信系统抑制干扰研究较多的是在接收端如何抑制窄带干扰信 号对于宽带接收信号的影响。这些研究工作中，考虑了接收端所要抑制的窄带干扰信号是 固定频率的信号，如工频50Hz干扰信号，从而设计的接收端的陷波器的参数是固定的，并 不需要实时调整。而在发送端宽带信号与窄带发送信号共存的场景中，窄带通信系统在不 同工作频率上信道条件是随时间变化的，因此有用窄带信号的个数，及每个有用的窄带信 号的带宽和频带分布这些参数是随时间变化的，需要设计有效的方法来抑制宽带发射信号 对参数可变的窄带信号产生的干扰。
发明内容
本发明的目的是针对在发送端宽带发送信号和窄带发送信号同时存在时，宽带发 送信号对窄带发送信号产生干扰的问题，提出了一种可变参数的发端宽带信号的陷波成形 方法。本发明方法灵活、方便，且复杂度较低，易于实现。对窄带信号的个数n、子陷波器 的-3dB衰减带宽B W和子陷波器的中心频率"这些参数进行实时检测，并根据检测结果 实时更新陷波器参数，从而有效抑制宽带发射信号对参数可变的窄带信号产生的干扰。
—种可变参数的发端宽带信号的陷波成形方法，其特征在于，包括以下步骤
1)在信号发送端，检测出当前各有用的窄带信号的个数n， n为正整数，及每个有 用的窄带信号的带宽BW" BW2，…，BWn和频带分布； 2)根据发送端各有用窄带信号的带宽和频带分布构造与该有用窄带信号相应的 n个子陷波器，并将该n个子陷波器串联成一个级联陷波器； 3)将宽带发送信号通过该级联陷波器进行陷波，得到具有与所述各有用的窄带信 号频率相应的陷波的宽带信号； 4)实时检测各有用的窄带信号的个数n，及每个有用的窄带信号的带宽BWp BW2，…，BWn和频带分布，如果发现这些参数与步骤1)检测出的参数有变化，转到步骤2)， 否则，重复步骤4)。
3
所述步骤2)构造与各有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将各n个子陷波器串 联成一个级联陷波器，具体包括； 21)根据各有用的窄带信号的带宽BW"BW2，…，BWn确定各子陷波器的-3dB衰减 带宽[BW!BW2…BWJT，它是一个由BW" BW2，…，BW。构成的一个向量; 22)根据发送端各有用的窄带信号的频带分布确定各子陷波器的中心频率 ["工"2*** " n] t，确定方法为若有用的窄带信号i的起始频率为f n，终止频率为f i2，则第i
个子陷波器的中心频率w,^^，i = 1，2…n; 23)确定陷波器的采样频率fs， fs根据发送端数字信号处理系统的工作频率来确 定，其取值不高于发送端数字信号处理系统的最高工作频率； 24)计算得到各子陷波器的归一化衰减带宽和中心频率，归一化的带宽为
[5^'S『2…B^J :2^[BW,B^2…BW"]，归一化的中心频率为:
<formula>formula see original document page 4</formula>
<formula>formula see original document page 4</formula>
25)计算得到各子陷波器的频率参数和带宽参数，频率参数为sin& = sin(w;-》，
<formula>formula see original document page 4</formula>，其中i = 1，2-
其中i = 1，2…n，带宽参数为<formula>formula see original document page 4</formula> 26)根据步骤25)得到的子陷波器的频率参数和带宽参数构造各子陷波器，得到n
个子陷波器的传递函数，第i个子陷波器的传递函数为
「0019，<formula>formula see original document page 4</formula> 其中i = 1，2…n， z—工表示对输入的数字信号序列延时一个采样时钟周期Ts， ^ . 27)将步骤26)所得的n个子陷波器串联得到一个级联陷波器，级联陷波器的传递 函数为H(z) 二Hjz)XH2(z)X…XHn(z)，然后根据级联陷波器的传递函数构造出数字级 联陷波器。 本发明的特点及效果 本发明方法中，对于子陷波器的个数n、子陷波器的-3dB衰减带宽BWi以及子陷 波器的中心频率"i都可灵活配置(其中i = 1，2…n)。因此，当有用的窄带信号变化时， 可以实时更新子陷波器的个数n、子陷波器的-3dB衰减带宽BWi以及子陷波器的中心频率 o i，就可得到新的级联陷波器结构，从而有效抑制宽带发射信号对参数可变的窄带信号产 生的干扰。本发明方法灵活、方便，且复杂度较低，易于实现。 本发明可以作为短波通信系统中抑制宽带信号对参数可变的窄带信号的干扰的 方法，也可以作为其它在发送端宽带扩频信号和有用窄带信号共存时的通信系统抑制宽带 信号对参数可变的有用窄带信号的干扰的方法。
图1为本发明中陷波器的生成方法的流程图；
图2为本发明采用的子陷波器的结构示意图；
图3为本发明采用的级联陷波器的结构示意图；
图4为本发明实施例中的级联陷波器的幅频响应。
具体实施例方式
下面将结合附图及实施例进一步详细说明本发明的方法。 本发明的一种可变参数的发端宽带信号的陷波成形方法，其流程如图1所示，其 特征在于，包括以下步骤 1)在信号发送端，检测出当前各有用的窄带信号的个数n， n为正整数，及每个有 用的窄带信号的带宽BW"BW2，…，BWn和频带分布(所述的检测方法为本领域中的已知常 规技术)； 2)根据发送端各有用窄带信号的带宽和频带分布构造与各有用窄带信号相应的 n个子陷波器，并将各n个子陷波器串联成一个级联陷波器； 3)将宽带发送信号通过该级联陷波器进行陷波，得到具有与所述各有用的窄带信 号频率相应的陷波的宽带信号； 4)实时检测各有用的窄带信号的个数n，及每个有用的窄带信号的带宽BWp BW2，…，BWn和频带分布，如果发现这些参数与步骤1)检测出的参数有变化，转到步骤2)， 否则，重复步骤4)。 所述步骤2)构造与各有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将各n个子陷波器串 联成一个级联陷波器，具体包括； 21)根据各有用的窄带信号的带宽BW"BW2，…，BWn确定各子陷波器的_3dB衰减 带宽[BW!BW2…BWJT，它是一个由BW" BW2，…，BW。构成的一个向量; 22)根据发送端各有用的窄带信号的频带分布确定各子陷波器的中心频率 ["工"2 "Jt，确定方法为若窄带i的起始频率为fu，终止频率为fi2，则第i个子陷波器
的中心频率w. =A±A，i = 1，2…n; , —2 、 23)确定陷波器的采样频率fs， fs根据发送端数字信号处理系统的工作频率来确
定，其取值不高于发送端数字信号处理系统的最高工作频率； 24)计算各子陷波器的归一化衰减带宽和中心频率，归一化的带宽为
<formula>formula see original document page 5</formula>归一化的中心频率为
<formula>formula see original document page 5</formula>25)计算各子陷波器的频率参数和带宽参数，频率参数为sin^ =sin("，其中1，2…n，带宽参数为sin92^- 力=tan
l + tan(BW《:)
'，J ( RW 、
其中i = 1，2-
l-tan( 「兀 BW,
4 2 26)根据步骤25)得到的子陷波器的频率参数和带宽参数构造各子陷波器，得到n 个子陷波器的传递函数，第i个子陷波器的传递函数为 TT , 、 l + sin9，,. l + 2sin0,,.z_1+ z_2 H,(Z) =-^-7--7
'、'2 l + sine^l + sinejz-'+sine2,z_2
其中i = 1，2…n， z—工表示对输入的数字信号序列延时一个采样时钟周期Ts，义. 27)将步骤26)所得的n个子陷波器串联得到一个级联陷波器，级联陷波器的传递 函数为H(z) = Hjz) XH2(z) X…XHn(z)，然后根据级联陷波器的传递函数构造数字级联 陷波器。 实施例1 : 本实施例的方法包括以下步骤 1)在信号发送端，采用频谱分析仪检测到当前时刻发端有用的窄带信号的个数n =3，有用的窄带信号1的带宽为BW! = 2kHz，频带分布为0. 349-0. 351MHz，有用的窄带信 号2的带宽为= 3kHz，频带分布为0. 3985-0. 4015MHz，有用的窄带信号3的带宽为 =3. 5kHz，频带分布0. 69825-0. 70175MHz ; 2)根据发送端各有用窄带信号的带宽和频带分布构造与各有用窄带信号相应的 n个子陷波器，并将各n个子陷波器串联成一个级联陷波器； 所述步骤2)构造与各有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将各n个子陷波器串 联成一个级联陷波器，具体包括； 21)根据各有用的窄带信号的带宽确定各子陷波器的-3dB衰减带宽[BW^W^ BWJT，它是一个由BWp BW2，…，BWn构成的一个向量，[BW拜具]t = [200030003500]THz ;
22)根据发送端各有用的窄带信号的频带分布确定各子陷波器的中心频率 ["工"2 "Jt，确定方法为若窄带i的起始频率为fu，终止频率为fi2，则第i个子陷波器
的中心频率w =Al^l， i = 1，2…n，通过计算可以得到 2
「m^，「 * 「0.349 + 0.351 0.3985 + 0.4015 0.69825 + 0.70175irsfein6 2 3 ]' = [-^--^--^-]' "0。=
"106他 23)确定陷波器的采样频率fs， fs根据发送端数字信号处理系统的工作频率来确
定，其取值不高于发送端数字信号处理系统的最高工作频率，确定fs = 2*106Hz ; 24)计算各子陷波器的归一化衰减带宽和中心频率，归一化的带宽为
r"，r 2"*[BW,BW2 BW3f
LBf^ _BPF2 B『3 ]r =-^~——^r 2*106 '
=
r
归一化的中心频率为 [fl^W =
—2;r*
r*106 一 2*106 =[1.0096 1.2566 2.1991]F
兀、
25)计算各子陷波器的频率参数和带宽参数，频率参数为sin& = sin(w,，其中
，其中i = 1，2…n，
宽参数分别为
1，2…n，带宽参数为sin62,=
l + tan(冊^)
=tan
兀 BW,
4 2 子陷波器1的频率参数和带
sin《
<formula>formula see original document page 7</formula>
子陷波器2的频率参数和带宽参数分别为 sin《2 = sin(w; - ，) = sin(l .2566 - ， = -0.3090 ，
<formula>formula see original document page 7</formula>
子陷波器3的频率参数和带宽参数分别为 sin《3 = si—-昏)=sin(2.1991 -= 0.5878 ，
<formula>formula see original document page 7</formula> 26)根据步骤25)得到的子陷波器的频率参数和带宽参数构造各子陷波器，得到3 个子陷波器的传递函数，各子陷波器的传递函数分别为
<formula>formula see original document page 7</formula>
=<formula>formula see original document page 8</formula>函数为<formula>formula see original document page 8</formula>
27)将步骤26)所得的n个子陷波器串联得到一个级联陷波器，级联陷波器的传递
<formula>formula see original document page 8</formula> 然后根据级联陷波器的传递函数构造数字级联陷波器。 3)将宽带发送信号通过该级联陷波器进行陷波，得到具有与所述各有用的窄带信 号频率相应的陷波的宽带信号； 4)采用频谱分析仪实时检测各有用的窄带信号的个数n，及每个有用的窄带信号 的带宽BWpBW^…，BWn和频带分布，如果发现这些参数与步骤l)检测出的参数有变化，转 到步骤2)，否则，重复步骤4)。 本发明采用级联陷波器结构是采用了数字滤波理论中的数字陷波方法。每个子陷 波器可以抑制住一个窄带干扰信号。子陷波器的结构如图2所示，其中用带箭头的连线表 示数字信号序列的走向，sin e工被称为子陷波器的频率参数，sin e 2被称为子陷波器的带 宽参数， 为数字加法器，0下面带一个减号为数字减法器，O表示数字乘法器，乘法器的 倍数标在乘法器的正上方，53:表示D触发器，它可以对输入的数字信号序列延时一个采样
时钟周期 ； =jr ，其中fs为采样频率。，数字加法器、减法器、乘法器和D触发器的输入和输
出信号信号序列由箭头方向表示。根据图2所示的子陷波器的结构和数字信号处理的相关
知识，可以得到子陷波器的传递函数为 <formula>formula see original document page 8</formula> 其中Z—工表示对输入的数字信号序列延时一个采样时钟周期i;。反过来，根据子陷
波器的传递函数H(z)，也可以按照图2所示结构图，设计出子陷波器的结构。级联陷波器 就是将多个子陷波器串联起来，如果第i个子陷波器的传输函数为& (z)，级联陷波器的传 递函数就是H(z) 二Hjz)XH2(z)X…XHn(z)。级联陷波器的结构如图3所示。令H(z)中 z = ejw' ，w'为数字信号的频率自变量，那么H(eJw')为陷波器的频率响应，A(w')= H(ejw' ) I为陷波器的幅频响应。 本实施例的级联陷波器的幅频响应A(w' ) = |H(ejw' )l如图4所示，该陷波器 采样频率为fs = 2MHz，陷波个数n = 3，陷波中心频率和陷波带宽分别为
= 0. 35MHz， BW丄=2kHz ; "2 = 0. 4MHz， BW丄=3kHz ; "3 = 0. 7MHz， BW3 =
3. 5kHz。从图4中可以看到该级联陷波器在数字信号频率w/ 0. 35ji，w2' 0.4ji，w3'=
0. 7三个频点产生了三个陷波，这几个频点对应的模拟信号频率为w, =^^ = 0.35^1//^,<formula>formula see original document page 9</formula> ，恰好为有用的窄带信号的中心频率。进一步分
析可以发现每个陷波的_3dB衰减带宽也恰好对应于相应有用窄带信号的带宽。 由上述实施例可以看出本发明所提出的一种可变参数的发端宽带信号的陷波成
形方法，灵活、方便，且复杂度较低，易于实现。当频谱分析仪检测到窄带信号的个数n、子
陷波器的-3dB衰减带宽BW和子陷波器的中心频率"这些参数发生变化时，可根据新的测
量结果重新构造级联陷波器，从而有效抑制宽带发射信号对参数可变的窄带信号产生的干扰。 上述实施例只是用于具体说明本发明的可配置的发端宽带信号的陷波成形算法， 其中的具体数据只是为方便说明而随意设置的，不能用以限定本发明的保护范围，即只要 按本权利要求所述的步骤实施，其中数据的任意变化均应属于本发明的保护范畴。
权利要求
一种可变参数的发端宽带信号的陷波成形方法，其特征在于，包括以下步骤1)在信号发送端，检测出当前各有用的窄带信号的个数n，n为正整数，及每个有用的窄带信号的带宽BW1，BW2，…，BWn和频带分布；2)根据发送端各有用窄带信号的带宽和频带分布构造与该有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将该n个子陷波器串联成一个级联陷波器；3)将宽带发送信号通过该级联陷波器进行陷波，得到具有与所述各有用的窄带信号频率相应的陷波的宽带信号；4)实时检测各有用的窄带信号的个数n，及每个有用的窄带信号的带宽BW1，BW2，…，BWn和频带分布，如果发现这些参数与步骤1)检测出的参数有变化，转到步骤2)，否则，重复步骤4)。所述步骤2)构造与各有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将各n个子陷波器串联成一个级联陷波器，具体包括；21)根据各有用的窄带信号的带宽BW1，BW2，…，BWn确定各子陷波器的-3dB衰减带宽[BW1BW2…BWn]T，它是一个由BW1，BW2，…，BWn构成的一个向量；22)根据发送端各有用的窄带信号的频带分布确定各子陷波器的中心频率[ω1ω2…ωn]T，确定方法为若有用的窄带信号i的起始频率为fi1，终止频率为fi2，则第i个子陷波器的中心频率 <mrow><msub> <mi>ω</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>i</mi><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>f</mi> <mrow><mi>i</mi><mn>2</mn> </mrow></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>n</mi><mo>;</mo> </mrow>23)确定陷波器的采样频率fs，fs根据发送端数字信号处理系统的工作频率来确定，其取值不高于发送端数字信号处理系统的最高工作频率；24)计算得到各子陷波器的归一化衰减带宽和中心频率，归一化的带宽为归一化的中心频率为 <mrow><msup> <mrow><mo>[</mo><msubsup> <mi>ω</mi> <mn>1</mn> <mo>′</mo></msubsup><msubsup> <mi>ω</mi> <mn>2</mn> <mo>′</mo></msubsup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msubsup> <mi>ω</mi> <mi>n</mi> <mo>′</mo></msubsup><mo>]</mo> </mrow> <mi>T</mi></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>*</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><msub> <mi>ω</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>ω</mi> <mn>2</mn></msub><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>n</mi></msub><mo>]</mo> </mrow> <mi>T</mi></msup> </mrow> <msub><mi>f</mi><mi>s</mi> </msub></mfrac><mo>;</mo> </mrow>25)计算得到各子陷波器的频率参数和带宽参数，频率参数为其中i＝1，2…n，带宽参数为其中i＝1，2…n；26)根据步骤25)得到的子陷波器的频率参数和带宽参数构造各子陷波器，得到n个子陷波器的传递函数，第i个子陷波器的传递函数为 <mrow><msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub> <mrow><mi>sin</mi><mi>θ</mi> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>i</mi> </mrow></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mfrac> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>sin</mi><msub> <mi>θ</mi> <mrow><mn>1</mn><mi>i</mi> </mrow></msub><msup> <mi>z</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mo>+</mo><msup> <mi>z</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>2</mn> </mrow></msup> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><msub> <mi>θ</mi> <mrow><mn>1</mn><mi>i</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub><mrow> <mi>sin</mi> <mi>θ</mi></mrow><mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>z</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup><mo>+</mo><mi>sin</mi><msub> <mi>θ</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>i</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><msup> <mi>z</mi> <mrow><mo>-</mo><mn>2</mn> </mrow></msup> </mrow></mfrac> </mrow>其中i＝1，2…n，z-1表示对输入的数字信号序列延时一个采样时钟周期Ts，27)将步骤26)所得的n个子陷波器串联得到一个级联陷波器，级联陷波器的传递函数为H(z)＝H1(z)×H2(z)×…×Hn(z)，然后根据级联陷波器的传递函数构造出数字级联陷波器。F201010033671XC00012.tif,F201010033671XC00014.tif,F201010033671XC00015.tif,F201010033671XC00022.tif
全文摘要
本发明涉及一种可变参数的发端宽带信号的陷波成形方法，属于通信信号处理技术领域。它包括在信号发送端，实时检测出各有用的窄带信号的个数n，及每个有用的窄带信号的带宽和频带分布，根据发送端各有用窄带信号的带宽和频带分布构造与各有用窄带信号相应的n个子陷波器，并将各n个子陷波器串联成一个级联陷波器，将宽带发送信号通过该级联陷波器进行陷波，得到具有与所述各有用的窄带信号频率相应的陷波的宽带信号，继续检测各有用的窄带信号，如果发现参数发生变化，更新陷波器参数。本发明的特点在于对窄带信号进行实时检测，并根据检测结果实时更新陷波器参数，从而有效抑制宽带发射信号对参数可变的窄带信号产生的干扰。
文档编号H04L25/03GK101795248SQ20101003367
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者何飞, 关安福, 冯伟, 周世东, 孙引, 张秀军, 李云洲, 肖立民, 许希斌 申请人:清华大学