[发明专利]压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制系统及方法，属于宽带无线通信领域。

背景技术

奈奎斯特采样定理指出：无失真地从离散信号中恢复原信号，其采样速率至少是信号带宽的2倍。压缩感知技术（CS：Compressed Sensing）是一种新兴的信号处理框架。不同于传统的奈奎斯特采样定理，压缩感知理论在远低于奈奎斯特采样定理的采样速率下同时压缩信号。该理论指出：对于任何可压缩或稀疏信号，通过一个观测矩阵将信号投影到一个低维空间上，然后通过一系列的重构算法重构或逼近出原始信号。对应的重构算法包括基追踪算法（BP：Basic Pursuit Algorithm）、匹配追踪算法（MP：Matching Pursuit Algorithm）、正交匹配追踪算法（OMP：Orthogonal Matching Pursuit Algorithm）、子空间追踪算法（SP：Subspace Pursuit Algorithm）等。

脉冲超宽带系统(IR UWB)是一种高速率、低成本、低功耗、保密性好的新兴短距离无线通信技术，可用于无线个域网（WPAN：Wireless Personal Area Network）、无线体域网（WBAN：Wireless Body Area Network）等近距离无线数据网络，也可用于雷达测距、雷达成像等系统。与传统的无线通信技术不同，脉冲超宽带采用频谱重叠方式去共享目前正在使用的频谱资源，即它和现有的窄带无线系统是同时存在的。虽然美国联邦通信委员会（FCC）限制了超宽带系统辐射功率以保证现有窄带无线通信系统的正常运行，但是，由于其他窄带无线通信系统相对于超宽带系统辐射功率很高，其不可避免的对脉冲超宽带系统产生干扰。这些干扰在超宽带带宽内表现为多个窄带干扰的形式。为保证超宽带系统的可靠通信，需要抑制其他通信系统的干扰。一方面，经典的窄带干扰抑制技术是基于奈奎斯特采样定理的陷波干扰抑制技术。这种方法通过FFT变换在频域实现干扰的估计和抑制，然后通过IFFT变回到时域进而完成整个干扰的抑制过程。但基于FFT算法的时频变换需要对射频干扰信号以奈奎斯特速率进行采样，同时由于脉冲超宽带系统的高带宽（Ghz）特性，因此需要极高的采样率。这无疑增加了系统硬件实现的难度和成本。另一方面，近年来，国内外仅有一篇研究将压缩感知理论应用于脉冲超宽带系统窄带干扰估计的文章（徐湛，赵熠飞，周春晖，王京，安建平。“基于压缩传感的脉冲超宽带系统窄带干扰估计算法”，仪器仪表学报，2011年3月第32卷第3期）出现，文章侧重点为针对窄带干扰OMP算法的改进，仅仅简单介绍了一下窄带干扰的估计过程，但却没有对窄带干扰估计和抑制的整个流程进行系统的介绍。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制系统及方法，该方法通过压缩感知技术估计和抑制窄带干扰，降低了接收机的采样率，且具有良好的窄带干扰抑制效果。

为了实现上述目的，该方法包括以下步骤：

压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制系统，包括

宽带滤波器模块，利用宽带滤波器，滤除脉冲超宽带信号中的带外噪声；

压缩感知窄带干扰估计模块，用压缩感知理论，从脉冲超宽带信号中的导频部分中，得到窄带干扰模板；

压缩感知超宽带相关模板估计模块，利用压缩感知窄带干扰估计模块产生的窄带干扰模板，消除导频中窄带干扰的影响，然后利用压缩感知理论，得到超宽带信号相关模板；

信号延迟模块：将负载信号适当延迟，并送往负载窄带干扰抑制模块；

负载观测存储模块：暂存由观测模块获得的负载观测序列，并将各个负载信号的观测序列依次送往窄带干扰估计模板；

负载窄带干扰抑制模块：利用减法器从各负载信号波形中减去由窄带干扰估计模板估计的该负载信号中包含的窄带干扰，并将抑制窄带干扰后的负载信号送往相关解调模块；

相关解调模块：以信号相关模板产生模块产生的信号模板为相关模板，利用相关器和判决器对负载窄带干扰抑制模块输出的抑制窄带干扰后的负载信号进行相关解调。

所述宽带滤波器模块包括：

超宽带天线模块：接收来自无线信道的脉冲超宽带信号，并将该信号送入接收滤波器模块；

接收滤波器模块：对脉冲超宽带信号滤除带外噪声和干扰。

所述压缩感知窄带干扰估计模块包括：

观测模块：对导频符号波形和负载符号波形分别进行观测，并将导频观测序列送往导频观测存储模块，将负载观测序列送往负载观测存储模块；