基于维纳滤波器的窄带干扰抑制技术 Narrowband Interference

基于维纳滤波器的窄带干扰抑制技术 Narrowband Interference Suppression Based on Wiener filter （太原理工大学信息工程学院） 郝润芳 王华奎 Hao Runfang，Wang Huakui 摘要：本文研究了基于修正S-V标准信道模型的超宽带通信系统窄带干扰抑制技术。理论分析和仿真结果表明，在接收机前使用维纳滤波器可以很好地抑制窄带干扰，优化系统性能。 关键词：超宽带；窄带干扰；多址干扰 中图分类号：TN911.23 文献标识码：A Abstract：Narrowband Interference Suppression of UWB system are analyzed based on modified S-V channel model in this paper．The theoretical and simulation results indicate that the use of Wiener filter can improve the system performance significantly． Key Words：Ultra Wideband；Narrowband interference；multi-access interference． 1引言 传统的超宽带（Ultra Wideband，UWB）系统通过发送纳秒级脉冲传送声音和数据图像，时宽极窄，频宽极宽（GHz），具有抗多径能力强、功耗低、实现简单等优点[1]。 但是一些窄带系统，如：IEEE802系列和一些大功率家用电器等,其频带接近或位于UWB频带之中，可能对UWB系统产生干扰。这些干扰的存在，势必会影响UWB通信系统的通信质量，因此研究UWB通信系统窄带干扰抑制技术是非常必要的。文献[2]研究了一般AWGN信道下基于维纳滤波器的窄带干扰抑制性能，而并未考虑修正S－V标准信道下的滤波器窄带干扰抑制效果，本文的主要工作就是对标准信道下的窄带干扰抑制性能做理论分析和仿真研究。 2系统模型 整个UWB系统模型如图1所示。 2.1发射模型 时 发射 TH跳PPM调 制 信号 脉冲形 成器p(t)s(t)UWB多径 信道h(t)J(t) n(t) r(t) cur(i) Tc ∫．．．．．． Tc(i+1)TciTc∑v(t−iT)iTc．．．．．． Tcα−W α−W+1 α0=1αW−1αW ∑维纳滤波器 xr(i) δ(i−nNh−c1(n)) ψ1,γN−1∑n=0sZr决策变量 图1系统模型 http://www.elecfans.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

跳时脉冲位置调制（Time-Hopping Pulse Position Modulation，TH-PPM）超宽带系统第k个用户发射信号模型如下[2]： s(t,i)=（1）式中，s(k)EbNs(k)(i+1)Ns−1j=iNs∑p(t−jTf−c(jk)Tc−di(k)δ) （1） (t,i)表示第k个用户在时间t发送的第i个数据比特，p(t)是宽度为Tp的脉冲波形，其它参数描述如下： Eb：比特能量；Ns：发射一个数据比特所需脉冲数；Tf：帧长，则每个数据比特的长度为Tb=NsTf；{cj}：第k个用户的伪随机跳时码（PN），在[0,Nh)范围内取值；Tc为码片宽度必须满足NhTc≤Tf；di(k)(k)δ：PPM调制引起的位移，通常远远小于PN码引起的位移；di(k)为第k个用户发送的二进制信息比特，通常为{0,1}或{1,−1}。 UWB系统中，脉冲波形的选择严重地影响着接收机的带宽和误码率性能。为了有效辐射，超宽带脉冲波形应满足的一个基本条件是无直流分量。有多种脉冲波形可供选择，如曼彻斯特脉冲、厄米特脉冲等，高斯函数各阶导数表示的波形都满足这个基本条件。 2.2信道模型 本文利用修正的S-V 多径信道模型，其冲激脉冲响应为[3]： h(t)=X∑∑αnlδ(t−Tn−τnl) （2） n=1l=1NL(n)其中{X}是信道的对数正态分布幅度增益; N是观测到的簇的数目; L(n)是第n簇内接收到的多径数目;{αnl}是第n簇中第l条路径分量幅度, 服从对数正态分布; {Tn}是第n簇到达时间，{τnl}是第n簇中第l条路径的延时，簇的到达时间变量{Tn}和径的到达时间变量{τnl}分别为到达速率为A和λ的泊松过程。 2.3接收端模型 假设K个用户的发射信号通过具有窄带干扰J(t)的多径信道，则接收端信号为： Eb(i+1)Ns−1(k)r(t,i)=∑wj(t−jTf−c(jk)Tc−di(k)δ)+J(t)+n(t) （3） ∑k=1Nsj=iNs其中w(k)j(k)(t)=∑∑αnl(k)p(jk)(t−Tn(k)−τnl) （4） n=1l=1NL(n)Kn(t)是双边功率谱密度为N02的加性高斯白噪声；J(t)为窄带干扰，设为一零均值稳定随机过程，其双边功率谱密度由下面式子给定： http://www.elecfans.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

⎧⎪J/(2BJ) f±fJ≤BJ2 （5） PJ(f)=⎨⎪⎩0 其它 3性能分析 如图1所示，接收端包括脉冲相关器，维纳滤波器和加法器。不失一般性，我们设第一个用户为期望用户，则脉冲相关器的输出为： u(t)=∫r(t+λ+τ1)v(λ)dλ （6） 0Tc其中v(t)=p(t)−p(t−δ)是模板函数。 维纳滤波器用于抑制窄带干扰，其系数为{αw},w∈[−W,⋅⋅⋅,W],α0=1。维纳滤波器的输出为： x(t)=w=−W∑αWwu(t−wTc) （7） 当每比特Ns帧脉冲通过累加器时，决策变量为 Z=Ns−1∑n=0Tc⎡W⎤x(nTf+cT) =∑⎢∑αw∫0r(t−wTc+τ1+nTf+c1(n)Tc)v(t)dt⎥n=0⎣w=−W⎦ （8） (n)c1Ns−1 =ΖD+ZISI+ZMAI+ZNBI+ZAWGN 其中ZD为决策变量中期望用户项： EZD=bNsNs−1n=0∑∫Tc0w(1)(t+nTf+c1(n)Tc)v(t)dt （9） ZISI为期望用户的码间干扰： EZISI=bNsNs−1⎡W⎤T()(1)nαw∫w(t1+nTf+c1Tc)v(t)dt⎥ （10） ∑⎢∑0⎥n=0⎢w=−W⎣w≠0⎦c ZMAI是由其它k−1个用户造成的多址干扰： ZMAI=∑[∑{k=2n=0KNs−1αw∫∑0w=−WWTcw(k)(t−wTc+τ1+nTf+c1(n)Tc)v(t)dt}] （11） ZNBI是窄带干扰： ZNBI=Ns−1n=0∑{∑α∫ww=−WWTc0j(t−wTc+ τ1+nTf+c1(n)Tc)v(t)dt} （12） ZAWGN是加性高斯白噪声： http://www.elecfans.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

ZAWGN=Ns−1n=0∑{∑α∫w=−WWTcw0n(t−wTc+τ1+nTf+c1(n)Tc)v(t)dt} （13） 总干扰为码间干扰、多址干扰、窄带干扰和加性高斯白噪声之和，其方差为： σ2=Var[ZISI]+Var[ZMAI]+Var[ZNBI]+Var[ZAWGN]，则系统误码率为： Pe=Q(SINR)=∫∞SINR∞1x2exp(−)dx=∫22ZD/σ22π1x2exp(−)dx （14） 22π SINR（Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio）为信干比。 4仿真和结论 图2误码率性能比较 发射脉冲使用高斯函数三阶导数脉冲，参数Ns=8,Nh=4，脉冲宽度2ns，PPM调制引起的位移大约0.4ns，Tc=4ns；在fj=950MHz附近存在窄带干扰，带宽60M。信道选择第一种视距情况。相同参数条件下，有维纳滤波器和无维纳滤波器时系统的误码率分析如图2所示。仿真结果表明，在修正的S-V信道情况下维纳滤波器可以很好地抑制单窄带干扰，使得超宽带系统和已经存在的窄带系统之间的相互干扰大大减小，友好共存。 参考文献 （1）李熹，王治国，费元春，郭德淳．超宽带无线电系统跳时技术的研究[J]．微计算机信息，2006，2-2：172-174. （2）Bergel I, Fishler E, Messer H. Narrow-Band Interference Suppression in Time-Hopping Impulse-Radio Systems[C].IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies, 2002. （3）葛利嘉,朱林等.超宽带无线电基础[M]．电子工业出版社，2005.5. 作者简介：郝润芳，1974年11月生，女，汉族，山西阳泉人，讲师，博士研究生，主要研究方向为超宽带通信系统；王华奎，1946年8月生，男，汉族，山西襄垣人，教授，博士生导师，中国通信学会高级会员,中国电子学会高级会员,中国电子教育学会理事，主要研究方向为信号处理和超宽带通信系统。 Author Information: Hao Runfang, was born in Yangquan, China, in 1974. She is now working toward the Ph.D. degree at School of Electronic and Information Engineering, Taiyuan University of Technology, China. Her research interests focus on Ultra wideband communication systems. Wang Huakui,was born in Xiangyuan,China,in 1946.His research interests include signal processing and Ultra - wideband communication systems. 通讯地址：山西省太原理工大学信息工程学院邮编：030024电子信箱：txlhrf@163.com