基于認(rèn)知的UWB窄帶干擾抑制

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賈占彪，陳紅，蔡曉霞

基于認(rèn)知的ＵＷＢ窄帶干擾抑制

電子信患對(duì)抗技術(shù)?第２７卷

２０１２年１月第１期

中圖分類號(hào)：ＴＮ９５９．１１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１６７４—２２３０（２０１２｝０１—００７８—０５

基于認(rèn)知的ＵＷＢ窄帶干擾抑制

賈占彪 ，陳紅 ，蔡曉霞

（１．鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，鎮(zhèn)江２１２００３；２．電子工程學(xué)院，合肥２３００３７）

摘要：提出一種基于認(rèn)知無(wú)線電的自適應(yīng)超寬帶窄帶干擾抑制方法。基于軟頻譜思想，利用近

似橢球波函數(shù)良好的時(shí)限一帶限特性，設(shè)計(jì)出一種能夠抑制窄帶干擾的脈沖波形。通過(guò)調(diào)整

脈沖參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)授權(quán)頻段的動(dòng)態(tài)避讓。仿真結(jié)果表明：自適應(yīng)脈沖具有良好的窄帶干擾抑制

能力，能夠自適應(yīng)地隨著感知結(jié)果動(dòng)態(tài)地規(guī)避授權(quán)用戶，從而實(shí)現(xiàn)ＵＷＢ系統(tǒng)與其它通信系統(tǒng)

的共存。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知超寬帶；自適應(yīng)脈沖設(shè)計(jì)；干擾抑制；共存

Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ＵＷＢ Ｓｙｓｔｅｍ

Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ

Ｊ Ｚｈａｎ—ｂｉａｏ ，ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ２，ＣＡＩ Ｘｉａｏ—ｘｉａ２

（１．Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ｗａｔｅｒｃｒａｆｔ Ｃｏｒｔｅｇｅ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，２１２００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ Ｉｌｏｖｅｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ

ｏｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ（ＣＲ）ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｎｅｄ ｕｓｉｇｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｓｐｅｃ—

ｔｎｌｍ ａｄａｐｔａｔｉｏｎ（ＳＳＡ）ｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｐｒｏｌａｔｅ ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ ｗａｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ（ＡＰＳＷＦｓ）ｗｈｉｃｈ

ｈａｓ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｕｎｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＡＰＳＷＦ，ｔｈｅ ｐｕｌｓｅｓ ｃｏｕｌｄ

ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｒａｄｉｏ ｆｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｓｕｒｌｔｓ ｓｈｏｗ ｈａｔｔ ｈｅ ａｄａｐｔｔｉｖｅ ｐｕｌｓｅ

ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｎａｒｍｗｂａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｉｚｅｄ ｕｓｅｒｓ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ａｓ ｔｈｅ

ｓｅｎｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｔｗｅｅｎ ＵＷＢ ｓｙｓｔｅｍ ｎｄ ａｏｔｈｅｒ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—

ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＣＵＷＢ）；ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｕｌｓｅ ｄｅｓｉｎ；ｉｇｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ＣＯ—

ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ

１ 引言

近年來(lái)，超寬帶擴(kuò)頻通信技術(shù)在軍事、科技和

商業(yè)領(lǐng)域受到極大關(guān)注。ＵＷＢ技術(shù)的一個(gè)重要

創(chuàng)新性特征就是它與現(xiàn)有無(wú)線系統(tǒng)共享頻譜資

源，而不是去尋找“空白”但可能不適合的頻譜，但

抑制干擾可以對(duì)接收信號(hào)和接收方法進(jìn)行處理和

改進(jìn)ｌ２Ｉ３ｊ，也可以在信號(hào)進(jìn)行傳輸之前對(duì)超寬帶

信號(hào)的產(chǎn)生方法做一定的調(diào)整，采用抑制干擾的

脈沖成形算法，使信號(hào)具有抗干擾能力。文獻(xiàn)［４］

提出采用Ｄｏｕｂｌｅｔ脈沖的方式來(lái)避免對(duì)ＧＰＳ等的

干擾，但其脈沖頻譜上的零點(diǎn)不是隨意可調(diào)的，脈

沖頻譜零點(diǎn)的寬度也難于控制。文獻(xiàn)［５—６］提出

基于半正定的脈沖波形設(shè)計(jì)方法，其給出的頻譜 授權(quán)系統(tǒng)之間的相互干擾＿１ｊ。

規(guī)范要比ＦＣＣ的規(guī)范嚴(yán)格得多，這雖然可以降低

對(duì)其他系統(tǒng)的干擾，但同時(shí)也降低了發(fā)射端的最

由于超寬帶系統(tǒng)占有很寬的頻段，將不可避免與

現(xiàn)有的窄帶無(wú)線電系統(tǒng)重疊，造成ＵＷＢ系統(tǒng)與已

如何避免ＵＷＢ系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相互干擾、實(shí)

現(xiàn)共存，是超寬帶通信亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

收稿日期：２０ｌ１—０４—２５；修回日期：２０１１—０６—１７

作者簡(jiǎn)介：賈占彪（１９８ ），男，碩士，主要從事無(wú)線通信技術(shù)研究；陳紅，女，副教授；蔡曉霞，女，教授。

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賈占彪，陳紅，蔡曉霞

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大發(fā)射功率，增加了接收難度。文獻(xiàn)［７—８］提出 時(shí)限信號(hào)。但是根據(jù)Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ測(cè)不準(zhǔn)定則，一

了一種基于陷波的ＵＷＢ脈沖成形窄帶抑制方法。

個(gè)在頻域上集中分布的信號(hào)必然在時(shí)域上分散，

帶限與時(shí)限是一對(duì)矛盾，同時(shí)滿足帶限與時(shí)限要

上述方法共同的缺點(diǎn)是：缺少和周圍射頻環(huán)境的

交互，使得ＵＷＢ系統(tǒng)的頻譜共享缺乏靈活性，系 求的脈沖信號(hào)是不易得到的。根據(jù)文獻(xiàn)［１３］的研

統(tǒng)間共存缺少針對(duì)性。針對(duì)以上問(wèn)題，研究人員

提出將認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)引入到超寬帶系統(tǒng)中來(lái)， 數(shù)（ＡＰ ）將是一個(gè)有效的解決辦法。

期望通過(guò)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境的電

究結(jié)論，具有“時(shí)限一帶限”特性的近似橢球波函

ＦＣＣ的頻譜掩蔽可看成是一個(gè)理想帶通濾波

磁環(huán)境，然后通過(guò)改變通信參數(shù)在窄帶系統(tǒng)使用 器，上限截止頻率為１０．６ＧＨｚ，下限截止頻率為

的頻段處形成凹陷以降低ＵＷＢ系統(tǒng)和其它系統(tǒng) ３．１ＧＨｚ，在通帶內(nèi)頻率響應(yīng)為１，其沖擊響應(yīng)和頻

之間的相互干擾＿９ 。

２設(shè)計(jì)思路

認(rèn)知超寬帶無(wú)線電（ＣＵＷＢ）是一種基于動(dòng)態(tài)

感知周圍頻譜環(huán)境、具有自適應(yīng)構(gòu)建ＵＷＢ頻譜輻

射掩蔽、自適應(yīng)頻譜接人、生成自適應(yīng)信號(hào)適配波

形的新型智能無(wú)線通信系統(tǒng)¨ｌ卜 ］。ｃＲ主要解決

與環(huán)境的動(dòng)態(tài)交互問(wèn)題，ＵＷＢ主要解決自適應(yīng)脈

沖信號(hào)的生成與傳輸問(wèn)題。

當(dāng)ＣＵＷＢ系統(tǒng)對(duì)ＵＷＢ授權(quán)頻段（３．１

１Ｏ．６ＧＨｚ）進(jìn)行頻譜感知時(shí)，頻譜檢測(cè)結(jié)果能夠提

供關(guān)于授權(quán)用戶所在窄帶頻段范圍內(nèi)的頻譜使用

信息，則自適應(yīng)輻射掩蔽可以描述為：

ｓ聊（ ∈［３．１，１０．６］ＧＨｚ

Ｐｌ，：ＬＵ１＜ｋ１ｄＢｍ

Ｓｃｖ￣（ｆ）＝

Ｐ ｉｆ＝ＬＵ２＜ｋ２ｄＢｍ （１）

ｉ

Ｐ Ｉｆ＝ＬＵｎ＜ ｄＢｍ

從式（１）可以看出，該頻譜模板對(duì)自適應(yīng)脈沖

波形頻譜的要求不只限于ＦＣＣ頻譜的規(guī)定，還包

括對(duì)授權(quán)用戶的無(wú)干擾要求。對(duì)于窄帶干擾抑

制，可以采用頻譜避讓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)系統(tǒng)

參數(shù)設(shè)計(jì)，使其工作頻帶符合特定的頻譜要求或

者避讓開(kāi)某些干擾頻帶。軟頻譜自適（ｓｓＡ）概念

就是基于此思想提出的。

基于ＳＳＡ的自適應(yīng)脈沖主要是根據(jù)頻率掩

蔽的約束條件在時(shí)域中來(lái)反求脈沖的波形，涉及

到既帶限又時(shí)限的脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)。根據(jù)這一思

想，為了滿足頻譜規(guī)范的約束條件，脈沖信號(hào)的頻

譜必須僅在掩蔽以內(nèi)存在，在掩蔽以外為零，即脈

沖是帶限信號(hào)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高速率和低符號(hào)

間干擾，脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)盡可能地短，即脈沖應(yīng)是

率響應(yīng)為［１３ Ｊ：

ｈ（ ）＝２ｆｎｓｉｎｃ（２ｆｎｔ）一 ｓｉｎｃ（２Ａｔ） （２）

Ｈ（ｆ）：｛）＝｛ ， Ｌ九＜／＜／ ｕ （３）

ｔＯ，ｅ／ｓｅ

ＡＰＳＷＦ表達(dá)式為：

（ ）： ｃ ｓｉｎｃ（ （ ）一１）（４）

廠 ■廣

其通過(guò)帶通濾波器的信號(hào)形式為：

Ｐ（ｔ）＝［２ｆＨｓｉｎｃ（２ｆＨｔ）一 ｓｉｎｃ（２Ａｔ）］?

ｃ

ｓｉｎｃ【 （ ） 一１ Ｊ （５）

由于 （ｔ）本身是帶限信號(hào)，根據(jù)頻域卷積定

理可知：Ｐ（ｔ）的傅里葉變換應(yīng)是一帶限信號(hào)。若

（ｔ）帶限于［一 ，Ｗ］，ｈ（ｔ）帶限于［ ， ］，則

Ｐ（ｔ）的單邊頻譜應(yīng)帶限于［ 一 ， ＋ ］。根

據(jù)頻譜感知技術(shù)構(gòu)建的自適應(yīng)輻射掩蔽對(duì)授權(quán)用

戶所在頻段的描述，可以調(diào)整參數(shù)使脈沖工作頻

帶符合特定的頻譜要求或者避讓開(kāi)某些干擾頻

段，從而實(shí)現(xiàn)ＵＷＢ系統(tǒng)與窄帶系統(tǒng)的共存。即：

若檢測(cè)到的授權(quán)用戶所在頻段為［ ， ］，脈沖寬

度 和帶寬 ，則：

＝ ＋ ＝ 一Ｗ （６）

將得到的 和矗代入式（５），就可以得到避

開(kāi)窄帶干擾的脈沖波形。

若ＵＷＢ工作頻帶內(nèi)有Ⅳ個(gè)窄帶系統(tǒng)正在使

用，則將ＵＷＢ帶寬劃分為』、ｒ＋１個(gè)子帶，頻率間

隔較近的窄帶系統(tǒng)可看作是同一個(gè)窄帶系統(tǒng)。在

各個(gè)子帶上設(shè)計(jì)ＡＰＳＷＦ脈沖，然后進(jìn)行疊加，得

到實(shí)現(xiàn)多個(gè)窄帶干擾抑制的脈沖波形。

３仿真實(shí)現(xiàn)

仿真１：設(shè)脈寬Ｔ＝ｌｎｓ，帶寬Ｗ＝０．２ＧＨｚ，感

賈占彪，陳紅，蔡曉霞

基于認(rèn)知的ＵＷＢ窄帶干擾抑制

投稿郵箱：ｄｚｘｘｄｋｊｓ＠１２６．ｃｏｒｎ

ｅｗ＠ｍｅｉ２９．ｓｃ ．ｏ眥ｎ

知授權(quán)頻段為衛(wèi)星通信ｃ波段的下行頻段（３．７ 率譜如圖２所示。可以看出：隨著脈寬 增大，

４．２ＧＨｚ）和Ｕ．ＮＩＩ上端的ＩＳＭ頻段（５．７２５

陷波深度增加。

５．８５ＧＨｚ）。需要把３．１～１０．６ＧＨｚ劃分為３個(gè)頻

段，則相應(yīng)可以得到：

ｌ＝３．１＋０．２＝３．３ＧＨｚ

１＝３．７—０．２＝３．５

蠹

Ａ２：４．２＋０．２＝４．４ＧＨｚ

馨

＝

５．７２５—０．２＝５．５２５ＧＩ－Ｉｚ

Ａ３＝５．８２５＋０．２＝６．０２５ＧＨｚ

ｆ．３＝１０．６—０．２＝１０，４ＧＨｚ

０ Ｏ Ｏ ０ 加

將 －和 －、 ｚ和 、 ３和ｆ．３分別代人式

（ａ）脈沖波形

（４）后疊加，仿真可得脈沖波形和脈沖功率譜如圖

１所示。

由圖１看出，ＡＰＳＷＦ脈沖具有極強(qiáng)的靈活

性，通過(guò)調(diào)整其相關(guān)參數(shù)使ＵＷＢ系統(tǒng)避開(kāi)正在使

用的授權(quán)頻段，從而達(dá)到共存的效果。

仿真２：如何使脈沖功率譜的陷波深度滿足

ｌ ８ ６ ４ ２ Ｏ ２ ４ ６ ８ １

０ ｏ ０ ０ 加 一

動(dòng)態(tài)輻射掩蔽的要求，是需要進(jìn)一步研究的關(guān)鍵

問(wèn)題。分別對(duì)脈寬７１和帶寬 進(jìn)行定量分析，研

究它們對(duì)窄帶抑制的影響。

設(shè) ＝０．２ＧＨｚ，Ｔ分別為１ｎｓ，２ｎｓ，３ｎｓ，干擾

頻段為５ＧＨｚ，則得到不同脈寬下的脈沖波形和功

（ｂ）功率譜

圖１窄帶干擾抑制的自適應(yīng)脈沖波形和功率譜

之

倒

§

馨 馨

一

（ａ）脈沖波形

（ｂ）脈沖功率譜

圖２帶寬相同、脈寬不同的自適應(yīng)脈沖波形和功率譜

８２ 基于認(rèn)知的ＵＷＢ窄帶干擾抑制

賈占彪，陳紅，蔡曉霞

投稿郵箱：ｄｚｘｘｄｋｊｓ＠１２６．ｃｏｎｌ

ｅｗ＠ｍｅｉ２９．ｓｃ ．ｃｏｒｎ

（上接第７７頁(yè)）

態(tài)，信號(hào)處理系統(tǒng)擁有５０ｄＢ以上對(duì)雜波（地雜波、 波導(dǎo)提出了應(yīng)對(duì)措施。海洋大氣環(huán)境中普遍存在

海雜波）的改善因子時(shí)，都能較好的抑制大氣波導(dǎo)

對(duì)雷達(dá)探測(cè)性能影響。

蒸發(fā)波導(dǎo)，如何讓岸基雷達(dá)裝備適應(yīng)復(fù)雜多變的

海洋大氣環(huán)境，使其在不同的情況下都能發(fā)揮最

大作戰(zhàn)效能，是下一步研究的方向，也是當(dāng)前從事

雷達(dá)設(shè)計(jì)的工程人員亟待解決的一個(gè)重要課題。

參考文獻(xiàn)：

ｌ１］ＪＥＲＲＹ Ｒ Ｈ．Ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｄｕｃｔｉｎｇ ｏｎ Ｃｏｖｅｒｔ

４．４優(yōu)化信號(hào)處理

大氣波導(dǎo)條件下的遠(yuǎn)區(qū)強(qiáng)雜波會(huì)造成大量周

期外折疊回波，有些甚至是多周期折疊回波，這些

折疊回波對(duì)雷達(dá)來(lái)說(shuō)類似于大量非同步干擾，因

此，信號(hào)處理需要增加專門(mén)的抗折疊回波設(shè)計(jì)，這

對(duì)于雷達(dá)正常工作就很有必要。

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［ｃ］／／ＭＩＬＣＯＭ ２００７一ＩＥＥＥ Ｍｉｌｉｔａｒｙ

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１２ｊ ＣＨＡ Ｈａｏ，ＳＨＩ Ｊｉａｎ—ｗｅｉ，ＺＨＯＵ Ｍｏ，ｅｔ ａ１．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

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Ｐ波段 ＝１ｍ

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圖５避開(kāi)蒸發(fā)波導(dǎo)的最低天線高度仿真結(jié)果

［６］焦林，張永剛．大氣波導(dǎo)條件下雷達(dá)電磁盲區(qū)的研

究［Ｊ］．西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，２（１０４，３１（５）：８１５—

５結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)大氣波導(dǎo)效應(yīng)及其特性進(jìn)行了詳細(xì)分

析，針對(duì)主要影響岸基雷達(dá)低空探測(cè)性能的蒸發(fā)

８２０．

［７］顧慶輝，閆抒升，王鶴磊，等．沿海對(duì)空情報(bào)雷達(dá)避

開(kāi)蒸發(fā)波導(dǎo)的一種方法［Ｊ］．空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報(bào)，

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