專利名稱：復(fù)雜干擾下基于分?jǐn)?shù)傅立葉變換和模糊變換的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法
復(fù)雜^下基于分?jǐn)?shù)傅立葉突塊和 變換的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)城
本發(fā)明屬f無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及變換域通信系統(tǒng)(TDCS)中基函數(shù)(BF)優(yōu)化設(shè)計的方法。
TDCS是近年來提出的一種新艱抗干擾、抗截獲體制，通過聯(lián)合發(fā)射、接收設(shè)計信號波形、從信號構(gòu)成 中徹底消除干擾頻譜的方式實(shí)現(xiàn)抗千擾。TDCS具有良奵的抗干擾、抗截獲性能。TDCS系統(tǒng)中發(fā)射信號的 波形設(shè)計娃決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，苴接影響到系統(tǒng)的抗干擾、抗截獲性能。發(fā)射信號的波形由系統(tǒng)基凼數(shù) 決定，對系統(tǒng)基凼數(shù)的研究是TDCS關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了在平穩(wěn)、非平穩(wěn)復(fù)雜環(huán)境干擾下的TDCS基函數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，采用本方法可使設(shè)計的基 函數(shù)獲得最佳的干擾副除、最優(yōu)的工.作帶寬，從而使基凼數(shù)具有最佳抗環(huán)境干擾的能力。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于提出基T隨機(jī)模糊變換+傅立I^換(RAT+FRFT〉的環(huán)境干擾逐次估計方法, 實(shí)現(xiàn)了變換域通信系統(tǒng)環(huán)境干擾的準(zhǔn)確估計；提出基于環(huán)境干擾參數(shù)的準(zhǔn)確估計，產(chǎn)生與各干擾分呈相正 交的子基函數(shù)、通過子基函數(shù)級聯(lián)產(chǎn)生系統(tǒng)基Efi數(shù)的方法，剔除基凼數(shù)中的干擾譜提出基函數(shù)帶寬優(yōu)化 與干擾剮除優(yōu)化的方法，使生成的基凼數(shù)帶寬與干擾別除最住。采用該方法生成的基函數(shù)使變換域通信系 統(tǒng)具有良好的抗干擾性能及環(huán)境適應(yīng)性。
本發(fā)明由產(chǎn)生與各干擾分紫相正交的子基函數(shù)、通過子基函數(shù)級聯(lián)產(chǎn)生系統(tǒng)基函數(shù)的方法及基函數(shù)帶 寬優(yōu)化與千擾剔除優(yōu)化方法兩部分組成。本發(fā)明在TDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出基于RAT+FRFT的環(huán)境干擾逐次估計方法，產(chǎn)生與各線性調(diào)頻 類干擾正交的子基函數(shù)；再對剔除線性調(diào)頻類干擾后的環(huán)境譜進(jìn)行剰余干擾剔除優(yōu)化最后將各子基函數(shù)級聯(lián)，得到系統(tǒng)基函數(shù)。
1、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
TDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。若發(fā)射機(jī)與接收機(jī)工作環(huán)境一致、同步工作時，同時完成對環(huán)境干擾的估 計，得到相同的環(huán)境譜估計Jfl(O,采用相同的BF生成方法，得到相同的BF。 6(/)和^是BF的時域表 示，互為共軛。5(")和J5'(M)是BF的頻域表示，a為共軛。rf(O是發(fā)射數(shù)據(jù)。s(f)是BF'兩制數(shù)據(jù)后的發(fā)射信號。/"(0是接收信號，J(O是接收數(shù)據(jù)估值，由K,)與本地基函數(shù)^相關(guān)輸出產(chǎn)生。在所產(chǎn)生的 基函數(shù)6")中，不包括環(huán)境干擾譜成分，即環(huán)境干擾與發(fā)送信號lL交，環(huán)境干擾對信號的傳輸不產(chǎn)生影響。
2、 基函數(shù)的產(chǎn)生
BF決定發(fā)射信號波形及系統(tǒng)抗干擾性能，對系統(tǒng)A有十分巫耍的作WJ。環(huán)境估計與BF幅值生成原理 如圖2所示。在得到的環(huán)境謙估計&4(M)中，與門限々比較得到丑oo的幅值^")，超過々時置0，低于々時 ai,得到頻譖與干擾請正交的基函數(shù)丑oo:5("W(")e'w") (1)"是變換域，可以是頻域、分?jǐn)?shù)域、小波域等，相位Wio由隨機(jī)相位映im產(chǎn)生，使產(chǎn)生的5(")時域表示&(0具有噪聲相似性，以提高TDCS的抗截獲能力與通倌的可靠性。在理想情況下，環(huán)境干擾均是可準(zhǔn)確估計、并且是可以完全從BF中剔除的，R此，TDCS具有良好的 抗干擾性。但實(shí)際上，環(huán)境干擾具有多樣性，干擾信號的性質(zhì)、大小具有不確定性，所以，耍完全副除環(huán) 境干擾譜是不可能的，要使TDCS系統(tǒng)性能最佳，必須盡可能剔除BF中的干擾成分，同時使BF具有對非 剔除干擾的最佳抵抗能力。3、 最優(yōu)基函數(shù)設(shè)計要求為使系統(tǒng)性能最優(yōu)，誤碼率應(yīng)盡紫低，基函數(shù)應(yīng)滿足以下條件 (1)未剔除干擾應(yīng)越小且越少越好； (2〉丑(")的頻譜^^應(yīng)越寬越好。4、 基B數(shù)生成中的干擾逐次鵬除與帶寬優(yōu)化根據(jù)3可知，BF的設(shè)計應(yīng)使得所包含的環(huán)境干擾譜最少、同時要求所含非零帶寬最寬。因此，本發(fā)明 從兩方面考慮朋的優(yōu)化設(shè)計，即干擾的徹底剔除與BF非零帶寬的最大化。 (1) 干擾剔除與基函數(shù)生成本發(fā)明主要考慮以下兒種干擾單音、單線性調(diào)頻、多線性調(diào)頻等典繼的平穩(wěn)與非平穩(wěn)干擾。本發(fā)明采用RAT+FRFT變換，對環(huán)境采樣ja(/)進(jìn)行迭代干擾估計、消除，并可避免強(qiáng)干擾對弱干擾 的屏蔽影響。本發(fā)明中對環(huán)境干擾估計、各干擾對應(yīng)子基函數(shù)的產(chǎn)生及系統(tǒng)基函數(shù)的生成方法如圖3所示 由圖3可見，環(huán)境采樣wi(O經(jīng)RAT變換，得到線性調(diào)頻類非平穩(wěn)干擾J,的變換角度a.,(i')及幅值4(f),為避免強(qiáng)干擾對弱干擾的屏蔽影響，按照^(0由大到小，以A(i')為變換角對M(O逐次進(jìn)行FRFT 變換，得到S4(lO及干擾J,在"域的相應(yīng)位置"(0:根據(jù)得到的估計結(jié)果，在僅考慮,剔除的前提下， 按照"2、基函數(shù)的產(chǎn)生"的要求，生成與^相應(yīng)的子基函數(shù)A(")，并按下面將介紹的BF帶寬優(yōu)化的方 法進(jìn)行優(yōu)化。丑,00經(jīng)IFRFT變換后，得到相應(yīng)的時域表示^(0:經(jīng)干擾消除，S4(")中消除J,，再經(jīng) IFRFT變換，得到幼'(O ,更新變換角度a = a.,(!'+1)，對Sfl'(O重新進(jìn)行FRFT,以完成的參 數(shù)估計；依此方法，按照干擾由強(qiáng)到弱的次序，逐次得到各干擾的參數(shù)并生成相應(yīng)的時域子基函數(shù)6,布^ 6,(0級聯(lián)后得到系統(tǒng)的時域基函數(shù)&《)即系統(tǒng)基函數(shù)為各《對應(yīng)的子基函數(shù)的巻積。由丁-6"0與乂正交，從而保證了6(f)丄jJ, (f-l，…，A^) 的正交性.在發(fā)送端以6(0為數(shù)據(jù)調(diào)制波形，在接收端采用其共軛形式^為本地相關(guān)函數(shù)。
(2) 干擾剔除優(yōu)化與基函數(shù)帶寬優(yōu)化在由估計參數(shù)生成相應(yīng)的子BF過程中，可實(shí)現(xiàn)干擾剔除優(yōu)化及子BF帶寬優(yōu)化，本發(fā)明采用的方法如 下。設(shè)定門限，即可確定被副除的干擾與相應(yīng)的于BF,并可根據(jù)以下方法，進(jìn)一步剔除干擾，反復(fù)迭代調(diào) 整，即可得到干擾最佳剔除與子BF最佳帶寬。在平均噪聲功率密度和干擾峰值功率之間設(shè)置初始門限4.,以A^,為步長，降低門限，^.的選取無特殊要求，其大小與門限調(diào)整的次數(shù)和精度有關(guān)。新門限乂7.=4.-^.,如圖4所示，并按以下條件 決定門限的調(diào)整是否結(jié)束。降低判決門限前，噪盧+干擾的功率譜密度^為W -(^。5",,, = W。 +(■/ + A)/5肌 (2)其中丑ap,是門瞎降低前的子BF帶寬，</,,是未副除干擾，成除^以外的^效干擾，W。是噪聲功率密度。 降低判決門限后，噪聲+干擾的功率譜密度^2為『2 =( 5W,2 +</11)/5W2 = W0 +</B/5w,2 (3) 即門限降低后，4與 < 間的干擾被剔除，子基函數(shù)帶寬變?yōu)?5W.2 - - AB柳=BflF1 -, 和分別是,在門限々和A;.下的帶寬，A5.,("是門限改變前后^所占頻帶寬度的變化。為使門限降低后系統(tǒng)性能更好，必須滿足 ;>^2 (4)即門限降低后的噪聲+干擾的功率譜密度必須小丁門限降低前的噪盧+干擾的功率譜密度，也即必須滿足4/碼(0> ,.2 (5)因此，要求被剔除干擾的功率譜密度必須大于剔除后剰余干擾在子基函數(shù)帶內(nèi)的等效功率譜密度，才能達(dá) 到通過調(diào)整門限提高系統(tǒng)性能的目的.若條件(5)滿足，則門限調(diào)整有效，再進(jìn)一步降低門限，進(jìn)行新的迭代調(diào)整，直至條件不滿足時為 止，從而得到相應(yīng)于該被剔除干擾的最佳干擾剔除及最佳帶寬的子基函數(shù)。 通過該方法，可以逐一優(yōu)化各干擾剔除及相應(yīng)的子基函數(shù)帶寬。對完成干擾逐一剔除后的環(huán)境采樣Jfl'(f),可按類似方法進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，剔除非chirp類干擾。如 將Jfl'(O進(jìn)行適當(dāng)角度的冊打變換，得到如圖5所示的譜估計人是信號傳輸時的干擾或除,以外的等效殘余干擾，是干擾門限由4.降為4.時可能消除的干 擾，帶寬為A(,.):門限降低前后對應(yīng)的帶寬分別為5w,p 5 ,2。以相同的原理可得，滿足以下條件，則可降低門限，剔除干擾^: (,)>"/"M ,2 (6)再按步長A^進(jìn)一步降低門限，進(jìn)行新的迭代調(diào)整，直至條件不滿足時為.l卜.，得到干擾副除最佳與
帶寬雖優(yōu)，生成相應(yīng)的子基函數(shù)^(w)。將剰余干擾副除后的子基函數(shù)與各干擾分呆剔除時對應(yīng)的子基—函 數(shù)級連，得到系統(tǒng)基函數(shù)
6s(f) = 6( 6，(, " 、(,(f)
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(1) 采用RAT+冊FT可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻類干擾的快速、準(zhǔn)確的估計、剔除
(2) 可實(shí)現(xiàn)非線性類調(diào)頻干擾的最佳剔除、使基函數(shù)頻帶最佳化
(3) 通過子基函數(shù)級聯(lián)、可得到最佳系統(tǒng)基函數(shù)。


圖1 TDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
幽2環(huán)境譜估計與基函數(shù)幅值的確定
圖3系統(tǒng)基函數(shù)生成方法
圖4干擾逐一副除時子基函數(shù)帶寬優(yōu)化
圖5 Chirp干擾逐一剔除后的殘余干擾剔除優(yōu)化。
權(quán)利要求
1. 一種基于模糊變換+分?jǐn)?shù)傅立葉變換(RAT+FRFT)的環(huán)境于擾逐次估計、產(chǎn)生與各干擾分量相正交的子基函數(shù)、通過子基函數(shù)級聯(lián)產(chǎn)生系統(tǒng)基函數(shù)的方法，其特征在于，所述基函數(shù)生成包括如下步驟步驟一干擾估計與子基函數(shù)生成環(huán)境干擾估計原理參見說明書附圖1、2、3、4、5。具體包括如下步驟第一步環(huán)境干擾采樣。收發(fā)兩端分別對環(huán)境干擾信號進(jìn)行采樣，得到環(huán)境采樣sa(t)。第二步干擾信號變換角度的計算。采用RAT估計不同干擾信號的最佳變換角度αi，i＝1，…，NJm(i是干擾信號序號，NJm是干擾信號數(shù))，使干擾信號在變換域內(nèi)不同變換角度下的能量集中程度最高，占用范圍最窄。第三步環(huán)境采樣的FRFT變換。通過對環(huán)境采樣進(jìn)行變換角度αi的FRFT變換，得到分?jǐn)?shù)域u內(nèi)的變換SA(u)，使干擾分量在其變換域呈現(xiàn)能量集中狀態(tài)。第四步干擾分量帶寬優(yōu)化及判決門限的產(chǎn)生。根據(jù)帶寬優(yōu)化要求，確定干擾分量在變換域內(nèi)的范圍及相應(yīng)判決門限AT。第五步干擾分量頻譜標(biāo)記。將第三步產(chǎn)生的FRFT變換SA(u)與第四步產(chǎn)生的門限值A(chǔ)T比較，超過門限值A(chǔ)T的分量被設(shè)定為0，其它的分量設(shè)定為1，生成相應(yīng)的子基函數(shù)頻譜幅度序列Ai(u)。第六步子基函數(shù)隨機(jī)相位生成。采用隨機(jī)相位映射法生成隨機(jī)相位序列id="icf0001" file="A2006100227250002C1.gif" wi="10" he="4" top= "165" left = "145" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>第七步子基函數(shù)生成。將生成的隨機(jī)相位序列與頻譜幅度序列Ai(u)對應(yīng)元素相乘得到子基函數(shù)的變換域表示id="icf0002" file="A2006100227250002C2.gif" wi="30" he="4" top= "195" left = "93" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>對Bi(u)進(jìn)行FRFT逆運(yùn)算，得到子基函數(shù)的時域表示id="icf0003" file="A2006100227250002C3.gif" wi="45" he="4" top= "217" left = "85" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>第八步干擾分量剔除。將第二步產(chǎn)生的FRFT變換與第三步產(chǎn)生的門限值比較，超過門限值的分量被設(shè)定為0，其它的分量不變，得到干擾分量剔除后的環(huán)境干擾估計SA′(u)
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊變換+分?jǐn)?shù)傅立葉變換(RAT+FRFT)的變換域通信系統(tǒng)基函 數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在f,采用RAT+FRFT估計環(huán)境千擾參數(shù)。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基亍分?jǐn)?shù)傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法, 其特征在于-,采用帶寬優(yōu)化方法得到干擾分量剔除門限，并得到砂J除干擾分量后的子基函數(shù)。
4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基:P分?jǐn)?shù)傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法, 其特征在f,采用剩余干擾剔除方法得到剰余干擾剔除后的子基Bfi數(shù)。
5 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基T-分?jǐn)?shù)傅立葉變換(FRFT)的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法, 其特征在于，通過子基函數(shù)級連得到系統(tǒng)基函數(shù)，收發(fā)兩端基凼數(shù)互為共軛.
全文摘要
一種基于模糊變換+分?jǐn)?shù)傅立葉變換(RAT+FRFT)的變換域通信系統(tǒng)基函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及認(rèn)知無線技術(shù)中的信號設(shè)計技術(shù)。本方法達(dá)到以下目的1.采用基于RAT+FRFT的環(huán)境干擾逐次估計方法，實(shí)現(xiàn)環(huán)境干擾的準(zhǔn)確估計；2.采用基于環(huán)境干擾參數(shù)的準(zhǔn)確估計，產(chǎn)生與各干擾分量相正交的子基函數(shù)、通過子基函數(shù)級聯(lián)產(chǎn)生系統(tǒng)基函數(shù)的方法，剔除基函數(shù)中的干擾譜；3.采用基函數(shù)帶寬優(yōu)化與干擾剔除優(yōu)化的方法，使生成的基函數(shù)帶寬與干擾剔除最佳。采用該方法生成的基函數(shù)使變換域通信系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能及環(huán)境適應(yīng)性。
文檔編號H04B17/00GK101212259SQ20061002272
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者張忠培, 王傳丹 申請人:電子科技大學(xué)