用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法与流程

本发明涉及用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，采用分别对各个uwb无线系统子模块的干扰抑制的方案，从而实现uwb在无线系统中用于抑制其它频段对其干扰的技术。

背景技术：

超宽带缩写为uwb，这个通用术语适用于广泛的无线系统。从2019年开始，由于苹果和汽车连接联盟（ccc）等一些知名公司和机构发布了包含iphone11系列在内的包含超宽带（uwb）技术的新产品，脉冲无线电超宽带重新受到了科技界和媒体界的广泛关注。超宽带可回溯到包含1901年著名的跨大西洋脉冲信号传输的电报系统中。之后该技术在雷达中得到一些应用，主要用于军事目的。在2002年，美国通信委员会通过了将3.1-10.6ghz频段划归为商用和22-29ghz的频段划归为车载雷达系统的规定，自此，uwb技术突破了过去几十年内仅在雷达和军事通信上的应用局限，之后几年内，uwb技术由于具有简单的收发结构、低功耗和高传输率等特点，成为短距离高速无线系统实现的一种有力竞争方案。uwb技术进入高速发展期，各种相关应用得到了广泛研究。然而，短距离高速传输这样的应用方向并没有在市场上获得广泛认可。一方面，短距离传输使用uwb相对于usb等其它方案来说无论成熟度和成本都没有优势，另一方面应用在类似距离场景的无线协议也行保证较快的传输速度，这样从另一方面降低了uwb的竞争优势。同样，在可穿戴设备场景应用上uwb相对与蓝牙功耗优势并不显著，uwb的高带宽和高能效比特性更难以体现。在uwb沉寂一段时间后，2019年8月推动uwb产业和技术的fira联盟建立，并且在2020年10月提出和uwb系统相关的白皮书。今年，ieee更新了uwb的相关标准（802.15.4z）,从而为uwb进一步进入主流应用铺平了道路。当前，uwb的发展得到了市场和标准制定组织的多重助力，uwb实现了进入多个大众无线智能设备，如苹果，小米，三星产品等等。

与此同时，随着移动通信，物联网的快速发展，频段的使用也越来越密集。多个不同频段的无线系统往往会集成在一个手持设备上，这对移动设备和无线系统的多功能化提出了更高的要求。由于超宽带系统占用的带宽极宽，所以它不得不与现有的窄带系统共享频谱。各种其它频段无线系统的发展和应用使得已有的频带资源变得越来越紧张，日益增长的功能需求与有限的频谱资源的矛盾日趋明显，例如，不同运营商中的第四代（4g）和第五代（5g）移动通信标准，蓝牙，wifi频段等，这些系统的工作频段与超宽带通信系统存在重叠问题。这些频段有可能成为潜在的干扰源，导致uwb系统不能够有效的实时工作。虽然在某些频段采用正交频分复用（ofdm）和多输入多输出技术（mimo）来提高频率利用率，但是这些并不能根本上解决有限的频谱资源的问题。为了减少uwb系统与其它这些系统的相互干扰，同时保证各个通信系统的正常工作，下一代的uwb系统需要采取相关的抗干扰技术。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明主要提供用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，本发明首次将系统切割成多个不同的模块，每个模块能够单独实现外来的信号干扰抑制。在系统不同模块的基础上，采用单一或者混合抑制技术方案来解决系统内的干扰问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，包括以下步骤：

步骤（1）：提供射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块；

步骤（2）：当外部干扰进入时；

步骤（3）：通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中任一种或组合的方式进行干扰抑制并达到干扰抑制标准。

优选的，所述步骤（2）还包括：当外部干扰进入时，通过微控制模块收到干扰信号给出指示，根据指示判断是否启动干扰抑制；所述步骤（3）还包括：若需要干扰抑制，则通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中任一种或组合的方式进行干扰抑制并达到干扰抑制标准；所述组合的方式包括射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中的至少两种以上组合。

优选的，所述步骤（3）中射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块组合的方式抗干扰顺序包括：射频模块提供干扰抑制、模拟信号处理模块提供干扰抑制、数字信号处理模块提供干扰抑制依次叠加至到达到干扰抑制标准。

优选的，所述射频模块提供干扰抑制包括：射频模块包含天线单元和滤波器单元，其中天线单元和滤波器单元通过切换开关的方式实现工作频率可动态调整，工作带宽可动态调整。

优选的，所述模拟信号处理模块提供干扰抑制包括：基于hermite矩阵的特征向量方法，设计了相互正交的uwb脉冲序列，消除外界信号对uwb系统的干扰。

优选的，所述数字信号处理模块提供干扰抑制包括：通过微处理模块获取外来干扰信号的信息，基于干扰信号的种类，决定时分复用的传送类型，设置优先级，外来信号与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。

优选的，若采用射频模块对外来信号进行干扰抑制和模拟信号处理模块对外来干扰信号进行抑制的混合方案，具体包括采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，达到最终干扰抑制的要求。

优选的，若采用射频模块对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案，具体包括采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。

优选的，若采用模拟信号处理模块对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块对外来干扰信号进行抑制的混合方案，具体包括采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。

优选的，若采用射频模块对外来信号进行干扰抑制、模拟信号处理对外来干扰信号进行抑制以及数字信号处理对外来干扰信号进行抑制的混合方案，具体包括首先采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式，同时采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，最后采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提出的方法，该方法对uwb分系统中多个模块进行了调整和优化。当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指示，根据来自所述微控制模块的指示，uwb系统确定是否启动干扰抑制。当干扰抑制启动时，uwb系统给出了多种方案来应对不同的场景。几种方案结合可以有效改善由于通信频段拥挤，工作在相邻频段或者工作频带存在于uwb频带内，两系统间的隔离度不达标而无法同时工作的问题。该方案使得分系统弱信号在临近其它频段强干扰下也能正常同步工作，实现了整个系统性能的改善。

附图说明

图1展示了与uwb共存的一些通信频段，这些频段包含窄带和宽带，其中的一些频段是对uwb频段造成干扰的一些具体实例。频段1不会对uwb系统造成干扰；频段2会对uwb系统下频段造成干扰；频段3和干扰频段4会对uwb系统频带间造成干扰；频段5会对uwb系统高频段造成干扰，频段6不会对uwb系统造成干扰；

图2展示了当uwb系统收到其它频段服务干扰时，整个系统对外来干扰做出的应对措施；

图3、图4分别为本发明中两种具体干扰抑制工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明首次将系统切割成多个不同的模块，每个模块能够单独实现外来的信号干扰抑制。在系统不同模块的基础上，采用单一或者混合抑制技术方案来解决系统内的干扰问题。

图2展示了当uwb系统收到其它频段服务干扰时，整个系统对外来干扰做出的应对措施，采用的是直通式抑制干扰方法，在本发明中，当外部干扰进入时，直接通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中任一种或组合的方式进行干扰抑制并达到干扰抑制标准，而不需要微控制模块收到干扰信号给出指示。

其中，方案一为直接通过射频模块进行干扰抑制，方案二为直接通过模拟信号处理模块进行干扰抑制，方案三为直接通过数字信号处理模块进行干扰抑制，方案四为直接通过射频模块、模拟信号处理模块组合的方式进行干扰抑制；方案五为直接通过射频模块、数字信号处理模块组合的方式进行干扰抑制；方案六为直接通过模拟信号处理模块、数字信号处理模块组合的方式进行干扰抑制；方案七为直接通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块组合的方式进行干扰抑制。

在本发明优选而非限制的实施例中，参照图2所示，方案一到方案七还可以是反馈式的干扰抑制，包括当外部干扰进入时，通过微控制模块收到干扰信号给出指示，根据指示判断是否启动干扰抑制；若需要干扰抑制，则通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中任一种或组合的方式进行干扰抑制并达到干扰抑制标准，具体参照以下实施例1-实施例7。

实施例1，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，参照图2所示，在图2中方案一可以为通过射频模块部分对外来信号进行干扰抑制，具体工作方式如下：射频模块包含天线单元和滤波器单元。每个单元不仅可以工作在超宽带频段，而且他们的工作模式可以进行切换，以避免外界的信号干扰。具体来说，射频模块部分中各个单元通过切换开关的方式实现工作频率可动态调整，工作带宽可动态调整。当没有干扰信号时，天线单元和滤波器单元都工作在整个超宽带频带范围。当干扰信号进入超宽带系统时，天线单元和滤波器单元上的开关切换，成为另一工作状态，达到工作频率和工作带宽的调整。从而避开外来信号和超宽带信号在频域上的重叠，进而消除了外界干扰信号对整个系统的干扰；

在本实施例中，当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指示，基于从微控制模块的指示决定是否执行干扰抑制，如果微控制模块指示不执行，不执行干扰抑制，如果微控制模块指示执行，开始执行干扰抑制，根据指示要求，执行射频模块部分对外来信号进行干扰抑制，进而消除了外界干扰信号对整个系统的干扰。

实施例2，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，具体为通过模拟信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制。参照图2中的方案二；

该模块是基于hermite矩阵的特征向量方法，设计了相互正交的uwb脉冲序列，消除外界信号对uwb系统的干扰。以往超宽带脉冲发生器电路体积大，复杂度高，功耗高，连续脉冲波形不稳定。对uwb系统的干扰问题，本方案电路结构简单，采用方波波形，经过紧凑型高阶滤波器改善出平坦超宽带脉冲波形来作为超宽带基函数。使用矩阵特征向量分解方法,从使该波形的频谱与干扰的频谱在频域中正交，从而使接收机容易从接收信号中把有用信号和干扰信号分离开来，降低了外来信号对接收机的干扰。

在本实施例中，当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指示，基于从微控制模块的指示决定是否执行干扰抑制，如果微控制模块指示不执行，不执行干扰抑制，如果微控制模块指示执行，开始执行干扰抑制，根据指示要求，执行模拟信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制，进而消除了外界干扰信号对整个系统的干扰。

实施例3，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，具体为通过数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制。可以为在图2中的方案三，本方案提出一种基于时分复用的干扰协调方法，提出时域划分。本方案包含如下步骤：将使用的时域资源等分为多段时隙，根据微处理器的要求，来设置调度优先级。

具体为：通过微处理模块获取外来干扰信号的信息，基于干扰信号的种类，决定时分复用的传送类型，设置优先级。uwb系统如果在工作时，外界信号进入，根据传递时间长短和数据类型，给出传递数据的优先级。实时性强的数据会是判定高优先级的重要依据。在这种典型应用方式下，外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。

在本实施例中，当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指示，基于从微控制模块的指示决定是否执行干扰抑制，如果微控制模块指示不执行，不执行干扰抑制，如果微控制模块指示执行，开始执行干扰抑制，根据指示要求，执行数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制，进而消除了外界干扰信号对整个系统的干扰。

在本发明中，当对外来信号干扰抑制强度要求较高的场景时或者同时有多个频段会对uwb系统产生干扰的场景，如果出现比较复杂的上述的两种场景的情况下，独立干扰抑制方案不能有效解决uwb系统中的干扰。根据外来信号的干扰强度和类型，除了之前提出的实施例1-3种方案外，这里提出了另外4种可以抑制干扰的方案。这4种方案为混合抑制干扰方案，接着之前3种方案，分别说明如下：

实施例4，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，参照图3所示，这种方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制和模拟信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，达到最终干扰抑制的要求。

实施例5，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，参照图3-4所示，这种方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这两种技术，达到最终干扰抑制的要求。

实施例6，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，参照图3-4所示，这种方案是模拟信号处理模块部分对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这两种技术，达到最终干扰抑制的要求。

实施例7，用于多频段超宽带无线系统中干扰抑制的方法，参照图3-4所示，这种方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制、模拟信号处理部分对外来干扰信号进行抑制以及数字信号处理部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。该混合方案是在三个模块干扰抑制方案的结合。该方案首先采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式，同时采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，最后还采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这三种技术，达到最终干扰抑制的要求。

参照图2-图4所示，在本发明中，若需要干扰抑制，则通过射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块中任一种或组合的方式进行干扰抑制并达到干扰抑制标准。

在图3中，展示了当uwb系统收到其它频段服务干扰时，反馈式整个系统对外来干扰做出的应对措施。该方法所涉及的uwb系统包含，射频模块部分、模拟信号处理模块部分、数字信号处理模块部分和微控制模块部分。uwb系统抑制外部干扰的步骤如下：

当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指令，根据来自所述微控制模块的指令，uwb系统确定是否启动干扰抑制。如果微控制模块指示不执行，uwb系统不启动干扰抑制，对外部信号进入uwb系统的处理结束。如果微控制模块指示执行，对uwb系统启动干扰抑制。当过程启动时，uwb系统给出了执行第一类干扰抑制来应对不同的场景。第一类干扰抑制包含了3种单独不同的解决方案。这3种单独的不同的解决方案包括：第一，射频模块部分采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式对外来信号进行干扰抑制；第二，模拟信号处理模块部分采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，达到干扰抑制的目的；第三，数字信号处理模块采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，达到干扰抑制的效果。在执行第一类干扰抑制后，微控制单元判断uwb系统是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入uwb系统的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对uwb系统的干扰抑制进行重新处理，启动备选干扰抑制方案。在采用备用干扰抑制方案后，对uwb系统的干扰抑制处理结束。

图4展示了当干扰抑制不达标，对uwb系统启动备选抑制方案，方案启动后的具体实施步骤。该方法所涉及的uwb系统包含，射频模块部分、模拟信号处理模块部分、数字信号处理模块部分和微控制模块部分。uwb系统启动干扰抑制的备选方案步骤如下：

输入微控制模块指令，根据来自所述微控制模块的指令，uwb系统执行第二类干扰抑制来应对不同的场景。第二类干扰抑制包含了3种不同的混合抑制干扰解决方案。这3种混合抑制干扰解决方案包括：第一种方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制和模拟信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，达到最终干扰抑制的要求。第二种方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这两种技术，达到最终干扰抑制的要求。第三种方案是模拟信号处理模块部分对外来信号进行干扰抑制和数字信号处理模块部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形和采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这两种技术，达到最终干扰抑制的要求。在执行第二类干扰抑制后，微控制单元判断uwb系统是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，完成对uwb系统干扰抑制，进行输出处理。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对uwb系统的干扰抑制进行重新处理，执行第三类干扰抑制方案。第三类干扰抑制方案是射频模块部分对外来信号进行干扰抑制、模拟信号处理部分对外来干扰信号进行抑制以及数字信号处理部分对外来干扰信号进行抑制的混合方案。该混合方案是在三个模块干扰抑制方案的结合。该方案首先采用切换射频模块各个子单元的工作状态，达到工作频段可重构的方式，同时采用干扰躲避技术，设计出与干扰的频谱在频域中正交某种特定的超宽带脉冲波形，最后还采用时分复用的干扰协调技术，提出时域划分，使得外来信号可以与uwb系统共存协同工作，对外来的干扰信号产生免疫。结合这三种技术，达到最终干扰抑制的要求。在采用第三轮干扰抑制方案后，完成对uwb系统干扰抑制，进行输出处理。图3和图4详细描述了当uwb系统受到其它频段服务干扰时，系统做出的应对措施，执行反馈式抑制干扰方法。

本发明的方法，所涉及的无线通信系统包含射频模块、模拟信号处理模块、数字信号处理模块和微控制模块。为了减少多频段无线通信系统中某其它频段对uwb分系统的干扰，该方法对uwb分系统中多个模块进行了调整和优化。该方法可以有效改善无线通信系统中由于通信频段拥挤，工作在超宽带相邻频段或者带内频段的分系统间由于对uwb分系统的干扰，两系统间的隔离度不达标而无法正常工作的问题。该方法显著提高了uwb系统对外来信号的处理能力，使得分系统弱信号在临近其它频段强干扰下也能正常同步工作，实现了整个系统性能的改善。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。