电子通信多径信号强干扰滤波抑制仿真.pdf
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1、245第40 卷第6 期2023年6 月真机计仿算文章编号:10 0 6-9348(2 0 2 3)0 6-0 2 45-0 5电子通信多径信号强干扰滤波抑制仿真张烨,肖启阳?(1.新乡学院机电工程学院,河南新乡4530 0 3;2.河南大学人工智能学院,河南郑州450 0 0 0)摘要:电子设备通信中相同频率的窄带信号与发射信号会引发同频信号强干扰问题,导致误码增大,信号传输失真问题。为此,提出电子通信多径信号强干扰抑制算法。通过对通信信号子空间的预去噪,构建电子通信多径信号的反射模型。得出信号的实际路径以及反射信号,估计出多径信号的方向以及幅度,利用多径信号的时延,辨别出多径干扰信号。应用
2、线性约束最小方差(LinearlyConstrainedMinimumVariance,LCMV)信号波形技术,生成直达信号增益以及多径信号干扰来向的零陷,实现多径信号的干扰抑制。实验结果表明,上述方法处理后电子通信信号的误码率在0.1%以下,滤波后的信号与理想状态下幅值一致,验证了所提方法的整体有效性。关键词:电子通信;多径信号:干扰抑制:信号去噪:信号波形技术中图分类号:TP273文献标识码:BSimulation of Strong Interference Filter Suppressionof Multi-Path Signals in Electronic Communicati
3、onZHANG Ye,XIAO Qi-yang2(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Xinxiang University,Xinxiang Henan 453003,China;2.School of Artificial Intelligence,Henan University,Zhengzhou Henan 450000,China)ABSTRACT:In the process of electronic communication,the narrowband signals with the same frequ
4、ency and thetransmitting signals can cause the strong interference between same frequency signals,resulting in the increase of errorcode and the distortion of signal transmission.Therefore,an algorithm for suppressing multipath signals of electroniccommunication under strong interference was present
5、ed.At first,a reflection model of multipath signal in electroniccommunication was constructed by pre-denoising the subspace of communication signal.Then,the actual path of sig-nal and reflected signal were obtained.Meanwhile,the direction and amplitude of the multipath signal were estimated.Moreover
6、,the multipath interference signal was identified by the time delay of multipath signal.Furthermore,a directsignal gain and a null in the direction of multipath signal interference were generated using Linear Constraint Mini-mum Variance(LCMV)signal waveform technology,achieving interference suppres
7、sion of multipath signals.Experi-mental results show that the bit eror rate of the electronic communication signal processed by the method is less than0.1%,and the amplitude of the filtered signal is consistent with that of the ideal state.Therefore,the overall effective-ness of the method can be pr
8、oved.KEYWORDS:Electronic communication;Multipath signal;Interference suppression;Signal denoising;LCMV sig-nal waveform technology1引言通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总基金项目:2 0 2 1年度河南省高等学校重点科研项目(2 1B470007)收稿日期:2 0 2 2-0 5-2 0称 ,影响通信系统稳定的因素较多,例如城市内的建筑遮挡、所处环境的电磁场变换等。由于所有的通信系统中均带有中继通信,即卫星通信,中继通信2 在传输有用信号的同时,也会接收到
9、多种噪声信号,从而导致有用信号被过度干扰直接影响通信系统的信息传输质量以及通信功能3。为了加强通信能力,必须改善信号抑制差的情况,所以如何抑246制强干扰信号是通信系统目前最迫切的需求。现阶段,针对电子通信信号干扰抑制问题的研究,相关学着已经得到一些较好的成果,例如:张亮等人【4 提出了基于分数阶字典的电子通信间歇采样转发干扰自适应抑制算法。通过分析通信信号主要干扰样式以及阶域特征,建立出分数阶正交字典。用于区分出干扰背景回波信号的强弱,针对不同强弱的信号选取对应的信号抑制方法,在分数阶字典的间歇采样方法下完成干扰信号抑制。陈威等人5 提出了机载相控阵雷达电子通信干扰信号模型及抑制方法。从主要
10、信号模型以及杂波自由度中分析出信号干扰的分布特性。利用杂波空时功率谱角度精确预测出信号干扰的来源,构成干扰辅助波束,在STAP方法(空时自适应处理)下完成干扰信号的抑制。以上两种方法在对多径信号强干扰抑制过程中,没有先对通信信号去噪处理,导致对干扰信号抑制过程中噪声因素过多,存在误码率高以及信号滤波效果差的问题。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现。但是由于电子设备通信中时常会出现相同频率的窄带信号与发射信号,此时会产生同频信号强干扰问题,影响电子通信质量。为了解决该问题,提出新的基于线性约束最小方差信号波形的电子通信多径信号强干扰抑制算法。2电子通信信号预
11、处理2.1去噪通信信号中无论是正常信号或是干扰信号均带有部分噪声,为了加强信号干扰抑制效果,需要提前对通信信号去噪处理6-7 。利用主分量分析法求解出协方差矩阵特征值以及特征矢量。假设信号独立源自身带有单位方差,且所有信号均不带有白噪声8 ,得出信号样本数据协方差矩阵的表达式为RXX=QNIm+AARsSS=2Im+AATm(1)式中,Rxx代表两个子空间XX的协方差矩阵,%代表信号中噪声的预测方差,%Im代表信号噪声子空间的对角阵,A代表特征值平均值和矩阵,S代表信号的不同物理源,N代表高斯白噪声,m代表信号的观测路径,T表示观测周期。则特征值矩阵的分解表达式为A,0RXXV.A.VTVs,
12、VNJVs,VNLOA,=VsA,V,+VnAVN(2)式中,V代表信号对应的特征向量,A代表每个信号特征值的对角阵,V,代表信号主特征值,V代表噪声的特征矢量,A代表噪声特征对角阵,A代表主特征值对角阵。则白化矩阵公式为W=AFv=(A,-a/l)v=diag(1/,-&),1/(入,-&%)Vs(3)式中,入代表噪声子空间的特征值。白化矩阵实质上,就是将通信信号对角阵中的噪声子空间对角阵%lm排除后的结果,此时即可完成子空间的降噪9。但对于信号较为聚集的情况,信号的能量过渡集中10 且均聚集在幅度很大的小波系数内,由于噪声均带有随机性,因此信号的能量可以十分均匀的分布在变换域内11,可利用
13、阅值辨别方法最大程度的排除噪声12 ,同时保存信号的分解系数。假设带有噪声的通信信号为X(t),该信号经过正交规范基上分解后13 的信号B的表达式为B=(X,m(t),ibi,m(t)/L代表i尺度下的小波展开函数,X,Xim代表i尺度下的尺度展开函数,Pr代表信号分解系数的对应阈值。经过上述操作即可将子空间的噪声以及信号噪声全部排除,得到干净的通信信号2.2多径通信信号反射模型基于去噪后的通信信号,构建出多径通信信号的反射模型15,获取信号的实际路径以及反射路径。通信系统的多径信号基本是由反射体的反射生成的,多径信号泛指通过反射体传输到接收机的通信信号,且多径信号均需要经过一段反射路径才能到
14、达指定位置,在此过程中会加长信号的传输时间。针对不同入射角度的通信信号,可将每种信号分解成垂直以及水平的极化分量,即通信信号的传输方向与所处环境磁场之间呈垂直关系,假设直达信号为E,反射信号为E,则这两种信号的正交极化分量16 的表达式分别为E.。Tmpsin yenE,=E,1ek2mfATLELTvpCOs(6)km7sinE.=yeLEicoS式中,E代表通信人射信号,E代表通信发射信号,E代表E的垂直极化分量,E代表E的水平极化分量,A代表多径信号的时延,代表E与E之间的矢量夹角,n代表E和Er之间的超前相位,Fvp和Hp分别代表垂直以及水平极化信号的反射因子,e代表干扰信号延时后导致
15、的噪声。在费涅尔原理的帮助下得出两个反射因子的计算公式,247表达式分别为10feoFvp(0)=CCsinCOSFHp()sin7其中,8。代表信号自由空间的介电系数,8,代表信号子自由空间中的对应介电系数,代表介电传导率,代表通信信号的频率,0 代表信号反射区的人射角度。则多径信号的反射因子矩阵表达式为0=Tvp(8)0进而得出多径路径中反射通信信号的表达式E,=ek2/ArT E;(9)3强干扰抑制算法设计通过上述对多路径中通信信号的分析,得出每条路径的实际信号。针对每条路径信号采取干扰信号抑制17-18 ,根据反射信号模型估计出直达以及多径信号的方向以及幅度。利用多径信号的时延,辨别出
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