应用于OFDM系统的抗干扰技术_电子论文发表

应用于OFDM系统的抗干扰技术

陈杭娟 陈绿洲 郭翔 张滔

摘要：本文提出了一种新的应用于OFDM系统的抗干扰技术。介绍了基于OFDM的抗干扰系统结构，阐述了干扰检测算法和干扰抑制算法的原理，最后给出系统各部分的性能指标和整体性能指标。

关键词：OFDM系统；抗干扰技术；干扰检测；干扰抑制

1 引言

随着无线通信技术的发展和应用的普及，无线电磁环境处于持续恶化的过程中，因此对抗干扰技术的研究越来越得到重视。

OFDM技术由于其频谱利用率高、多径抵抗能力强的优点近年来得到了广泛应用。该方法在频域上实现干扰检测，然后直接在时域上采用IIR滤波器对特定子载波位置上的干扰进行抑制，达到良好的抗干扰性能。

2 基于OFDM的抗干扰系统结构

基于OFDM[2]的抗干扰系统的物理层结构如图 1所示：

系统选用目前最接近香农极限的LDPC[3]纠错编码，编码结果通过映射转换成子载波幅度和相位的表示，并插入辅助训练导频符号用于接收端恢复信道响应。数据帧经过成形滤波和上变频操作后发射。

完整的基于OFDM抗干扰系统增加了干扰检测、干扰抑制和干扰躲避功能。子载波上不携带有效数据，接收端也会做相应的躲避，不提取干扰位置数据。

准确的干扰检测结果和高性能的干扰抑制算法是保证OFDM系统具有良好抗干扰性能的关键。

3 干扰处理算法

3.1 干扰检测

干扰估计算法的基本思想是取N点时域信号作FFT，判定高于划定门限的频点存在干扰。因此，门限的设计不应在整个频谱上统一划定，而应根据子频段对各频点求独立的门限。

干扰检测算法流程如图 2所示：

1) 频谱信息生成

频谱信息生成是要生成在子载波或子载波中间位置干扰幅度相对信号幅度都有较大增益的频谱信息。

为了使得子载波中间的频谱也能显示出较大的增益，对相邻数据的FFT结果做一定的线性累加。

相邻2N点数据，前N点FFT结果记为S1，后N点FFT结果记为S2。按照下面的方法，对FFT结果做累加运算，得到四组用于干扰判断的频谱信息：



在频谱信息作判断时，只要在任何一组信号上某频点的能量超过门限，那么就认为该频点可能存在干扰，需要进行后续处理。

2) 门限生成

门限生成目的是根据四组频谱信息分别生成各频点位置的对应门限。

对每个频点，取其周围若干个频点求均值作为门限阈值。因此，实际上求均值前会去掉其中一些最高点，这样得到的门限阈值是比较合适的。

3) 判决和评价信号生成

各组频谱信息和各自门限进行比较，得到0、1表示的粗判结果，0表示不超过门限，1表示超过门限。能量越大，该评价信号越大。

单次估计结果，由四组信号的比较结果合并而成。当统计发现有超过规定次数的单次估计结果都判定为干扰，算法才将该频点位置判决干扰作为最终的干扰检测结果。

3.2 干扰抑制

为了消除窄带干扰，可以利用高通IIR[4]滤波器实现窄带抑制。

之所以采用IIR高通滤波器而未采用阻带滤波器，原因在于阻带滤波器是对称滤波器，干扰却不是对称出现的。IIR高通滤波器结构如图3所示：

采用IIR高通滤波器，滤波前信号需要先将估计的干扰中心位置频谱搬移到零频点，滤波完成后再进行频谱反搬移，恢复原来的位置。

当存在多个干扰时，通过多级干扰抑制结构级联的方式实现。

4 性能指标

4.1 仿真参数及测试环境

OFDM系统仿真的基本参数如下：码率1/2的LDPC纠错码，QPSK映射，FFT点数1024点。

测试用的多径模型参数如下：

Period(采样时钟) =1/12.8 (us)

Delay (多径时延)=[ 0 2 5 16 23 50]*2*Period (us)

Gain (增益)= [-3 0 -2 -6 -8 -10 ] (dB)

测试中6个干扰所加幅度分别为[0.0059、0.007、0.0083、0.01、0.0118、0.014]。

搭建如下系统，一套基站和终端传输正常的业务，在旁边放置测试台接收它们发送的空中数据。

4.2 干扰检测性能

根据目前算法的理论分析，当干扰中心位置处在两个子载波位置之间的特定位置时会略微降低检测概率。白噪环境下，干扰中心位置为0、0.125时，各幅度干扰对应的漏检概率分别如图 5、图 6所示：

可以看到，当SNR大于3时，幅度高出平台10dB的干扰可以得到有效检测；位置0、0.125的漏检概率相差不大，可以认为所有位置的干扰检测性能接近。

多径和白噪环境下的检测性能基本一致。

4.3 干扰抑制性能

仿真中所加的干扰中心位置都正好位于子载波位置，干扰幅度均高出信号平台18dB左右。误同步包括丢帧和定点错误两种情况，多径环境下，干扰抑制后误同步概率如图 7所示：

当只存在两个干扰时，系统的定时性能损失不大，特别是4dB以上基本没有误同步情况；当干扰数目增多时，误同步概率有所增加。

干扰抑制后的译码性能需要确认两方面性能。

第一种情况是子载波位置存在干扰且接收端正确滤除。多径环境下，六个干扰正确检测且被滤除时接收端的LDPC译码性能如图 8所示：



从图中可以看到，干扰正确滤除后与无干扰下的性能非常接近。

第二种情况是子载波位置没有干扰但被错误的抑制。

5 结语

本文实现的应用于OFDM系统的抗干扰核心技术包括干扰检测和干扰抑制。采用该技术的OFDM系统应用于复杂的电磁环境时，能够较好的抵抗信号干扰，保障系统的正常通信和工作。

6 参考文献：

[1] 刘召伟.高速率无线OFDM移动通信系统中的干扰抵消技术研究[D].复旦大学，2006

[2] 佟学俭，罗涛. OFDM移动通信技术原理与应用[M].人民邮电出版社，2003

[3] 宋挥师. 逼近Shannon限的LDPC码[J]. 现代电视技术，2006，8：96-99

[4] 程佩清.数字信号处理教程[M].清华大学出版社，2004