文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.03.029
中文引用格式： 江曉磊，張?zhí)祢U，趙軍桃. 窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號(hào)捕獲[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(3)：102-105，109.
英文引用格式： Jiang Xiaolei，Zhang Tianqi，Zhao Juntao. Accurate acquisition method of BOC signals in norrowband interference environment[J].Application of Electronic Technique，2016，42(3)：102-105，109.
0 引言
BOC信號(hào)由于副載波調(diào)制造成自相關(guān)函數(shù)的多峰特性和功率譜的裂譜特性。在目前的通信系統(tǒng)中，除了背景噪聲以外還存在著窄帶干擾，當(dāng)窄帶干擾很強(qiáng)時(shí)將導(dǎo)致通信系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。所以，在進(jìn)行BOC捕獲之前需要將窄帶干擾抑制。
頻域窄帶干擾抑制是當(dāng)前應(yīng)用很廣的干擾抑制方法，依據(jù)是：與擴(kuò)頻信號(hào)和白噪聲的頻譜相比，窄帶干擾的頻譜很窄，容易識(shí)別。在實(shí)際問(wèn)題中需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗪笤龠M(jìn)行DFT運(yùn)算，由此會(huì)造成頻譜泄漏現(xiàn)象。加窗可以減小頻譜泄漏但會(huì)使有用信號(hào)變得扭曲，所以為了解決這種問(wèn)題，采用重疊加窗技術(shù)。加窗損耗隨著重疊比例的增大而減小[1]，但是計(jì)算量會(huì)隨之增大，本文選取了實(shí)際中最常用的重疊加窗技術(shù)[2]。文獻(xiàn)[3]給出了幾種重疊處理算法的比較，文獻(xiàn)[4]詳細(xì)比較了重疊相加和重疊選擇兩種數(shù)據(jù)合成輸出方式，得出重疊相加的損耗更小。同時(shí)文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]還給出了多種窗函數(shù)的比較，研究了不同窗函數(shù)引起的信噪比損耗，指出hanning窗產(chǎn)生損耗最小。對(duì)于捕獲部分，人們已經(jīng)研究了很多方法，如自相關(guān)副峰消除技術(shù)[6]、filtered算法等。文獻(xiàn)[7]提出了單邊帶捕獲算法，但是這種算法對(duì)硬件的要求高，不易實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[8]提出了一種計(jì)算復(fù)雜度很高的馬氏鏈的捕獲算法。文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]提出了相關(guān)重構(gòu)法，相較于前兩種算法性能有很大提高。
目前對(duì)窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號(hào)捕獲研究的文獻(xiàn)幾乎沒(méi)有，但是對(duì)于這種問(wèn)題的研究有很大的實(shí)際作用。為了解決本文所遇問(wèn)題，提出了頻域FFT重疊變換干擾抑制算法和重構(gòu)相關(guān)捕獲法的聯(lián)合方法，該方法先通過(guò)頻域陷波技術(shù)對(duì)干擾進(jìn)行抑制后，再對(duì)抑制后的信號(hào)利用重構(gòu)相關(guān)法進(jìn)行捕獲。利用該算法窄帶干擾信號(hào)能夠很好地被抑制，并且完成BOC信號(hào)的無(wú)模糊捕獲。
1 信號(hào)模型
BOC調(diào)制信號(hào)的數(shù)學(xué)模型可以表示為：
式中，A表示輸入信號(hào)的幅度，d(t)表示數(shù)據(jù)波形，c(t)表示偽碼波形，SC(t)=sgn(sin(2πfs t))表示副載波，fs是副載波頻率。
BOC信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯白噪聲信道以及混入窄帶干擾后，接收信號(hào)為：
2 算法原理
2.1 FFT加窗算法
重疊加窗算法的原理框圖如圖1所示。
圖1中，干擾抑制的門限值定義為：
1/2 FFT重疊加窗算法原理如下：在兩路信號(hào)中，第二路信號(hào)相對(duì)于第一路有N/2的延遲，每一路信號(hào)分別進(jìn)行IFFT后，把前后各N/4個(gè)樣本點(diǎn)丟掉，只保留中間部分的樣點(diǎn)，得到失真較小的信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)合成把兩路信號(hào)合成一路輸出。處理過(guò)程如圖2、圖3所示。
如圖2 所示，將接收的信號(hào)r(n)劃分成長(zhǎng)度為M的數(shù)據(jù)塊，M=N/2。定義3個(gè)連續(xù)的相鄰數(shù)據(jù)塊為數(shù)據(jù)向量rj-1，rj和rj+1。
式中，triα(x/y)表示以x為變量、α為中心、y為寬度、峰值為1的三角形函數(shù)。圖4所示的是BOC(1，1)的重構(gòu)示意圖。
3 仿真試驗(yàn)及分析
3.1 不同干擾條件下的誤碼率分析
根據(jù)本文的干擾抑制方法對(duì)不同干擾強(qiáng)度、不同干擾頻率以及不同干擾個(gè)數(shù)的窄帶干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，采用BOC(1，1)信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)，基準(zhǔn)速率為1.023 MHz，采樣率為Sa=32 bit/chip，窗長(zhǎng)為10 912。
(1)不同強(qiáng)度的窄帶干擾抑制效果對(duì)比
由圖5可知，當(dāng)SIR=-30 dB，SIR=-40 dB時(shí)誤碼率最小，且當(dāng)SNR=10 dB時(shí)，干擾抑制效果最好。當(dāng)干擾強(qiáng)度減小，門限值隨之減小，超過(guò)門限值的有用信號(hào)被抑制，形成較大的誤碼；隨著強(qiáng)度的繼續(xù)增大，超過(guò)了系統(tǒng)的抗干擾容限，窄帶干擾不能被有效抑制，誤碼率也將隨之增大。
(2)不同干擾頻率和個(gè)數(shù)的窄帶干擾抑制效果對(duì)比
在譜分析時(shí)一般會(huì)引入頻率分辨率的概念[11]，即兩個(gè)離散的譜線間最小間隔。當(dāng)干擾的頻率不是分辨率的整數(shù)倍時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的附加損失。BOC信號(hào)是在直擴(kuò)信號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了副載波調(diào)制，所以由文獻(xiàn)[2]得到BOC(1，1)信號(hào)譜線間隔為1/2NTc。對(duì)有用信號(hào)混入兩個(gè)窄帶干擾，其中一個(gè)干擾角頻率為ω=0.2 rad/s，ω=0.3 rad/s，ω=0.5 rad/s，另一個(gè)干擾角頻率為ω=0.6 rad/s。仿真結(jié)果如圖6所示。
由圖6(a)、(b)可知，當(dāng)干擾頻率為離散譜線間隔的整數(shù)倍時(shí)，干擾的抑制效果最好，在此條件下增加干擾的個(gè)數(shù)對(duì)干擾抑制效果基本沒(méi)有影響。
3.2 干擾抑制性能分析
在接收到的信號(hào)中加入兩個(gè)單音干擾信號(hào)：SIR=-30 dB，SNR=15 dB，θ=5，圖7給出了干擾抑制前后信號(hào)的頻域?qū)Ρ葓D。
由圖7可知，干擾被有效抑制，恢復(fù)出原始信號(hào)，圖7(a)中的幅值較高的4條線是由干擾引起，由此驗(yàn)證了本文重疊加窗算法抑制干擾的有效性。
3.3 重構(gòu)原理捕獲過(guò)程仿真
對(duì)BOC 信號(hào)利用重構(gòu)原理進(jìn)行捕獲，偽碼偏移點(diǎn)數(shù)設(shè)置為5 000點(diǎn),仿真結(jié)果由圖8所示。
由圖8可知，經(jīng)過(guò)干擾抑制后再經(jīng)過(guò)重構(gòu)，自相關(guān)函數(shù)的副峰幾乎完全消除，達(dá)到了消除模糊性的目的，提高了捕獲精度，在信噪比為15 dB的情況下，在第5 000個(gè)采樣點(diǎn)處出現(xiàn)了一個(gè)峰值，這與設(shè)置的碼偏移的位置是一致的。
3.4 捕獲算法性能比較仿真
將本文算法和無(wú)偏算法、filtered算法、文獻(xiàn)[12]提出的算法在沒(méi)有受窄帶干擾影響的情況下進(jìn)行了比較，仿真結(jié)果如圖9所示。
由圖9可知，在4種算法中，本文提出的重構(gòu)捕獲算法捕獲精度明顯高于其他幾種算法，為接下來(lái)的跟蹤提供了有利的條件。
3.5 主峰比例均值比較仿真
仿真中使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)，首先利用本文的干擾抑制算法對(duì)窄帶干擾進(jìn)行抑制，在此基礎(chǔ)上對(duì)本文的捕獲算法、無(wú)偏算法、文獻(xiàn)[12]算法的主峰比例均值進(jìn)行了比較，同時(shí)給出了不同干擾強(qiáng)度下的仿真對(duì)比圖。仿真結(jié)果如圖10所示。
由圖10可知，本文干擾抑制算法比其他幾種算法主峰比例均值高，當(dāng)SIR=-30 dB時(shí)主峰比例峰值基本不變；當(dāng)干擾強(qiáng)度繼續(xù)增大超出系統(tǒng)抗干擾容限時(shí)，受干擾影響較大。實(shí)驗(yàn)證明了本文所提算法在BOC信號(hào)中窄帶干擾抑制的有效性和適用性。
4 結(jié)論
針對(duì)在窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號(hào)的捕獲問(wèn)題，本文詳細(xì)敘述了一種基于FFT重疊變換的窄帶干擾抑制方法與相關(guān)重構(gòu)捕獲結(jié)合的算法，理論分析和仿真結(jié)果均表明算法的有效性和適用性。本文算法在信噪比為10 dB、信干比為-30 dB條件下能有效抑制窄帶干擾，且消除了由于BOC自身的裂譜性所造成的捕獲模糊性，為跟蹤提供了有利的條件。
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