一种用于GSM-R的干扰信号空域抑制方法技术

本发明专利技术属于铁路无线通信网干扰源定位技术及阵列信号处理技术领域，涉及一种用于GSM‑R干扰信号空域抑制方法。本发明专利技术主要包括：采用空间分集的GSM‑R基站接收天线，构建均匀线阵，获取均匀线阵的双向空间平滑相关矩阵；根据期望的GSM‑R信号和干扰信号来波方向，构造LCMV波束形成器；采用构造的LCMV波束形成器，使期望的GSM‑R信号通过波束形成器。本发明专利技术能带的有益效果为，仅需检测出干扰信号就可完成对干扰信号的抑制；通过波束形成算法就可对干扰信号进行抑制；适用于对所有类型的干扰信号进行抑制，使用范围更广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于GSM-R(GlobalSystemforMobileCommunications-Railway)干扰信号来波方向DOA估计及空域滤波
，特别是关于一种基于阵列信号处理的GSM-R干扰信号空域滤波方法。
技术介绍
随着现代铁路运输的高速发展，作为专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统，GSM-R也处于高速发展阶段。GSM-R现已成功的应用于青藏铁路、大秦铁路、胶济铁路、武广高铁、京沪高铁、郑西高铁等重要的铁路运输线。在中国铁路部署GSM-R通信系统，成为中国铁路信息化、现代化的重要保障。然而，GSM-R通信系统也存在着许多亟需解决的问题。GSM-R经常受到各种无线电干扰。GSM-R的干扰源可分为系统内部干扰和系统外部干扰。系统内部干扰包括同频干扰、邻频干扰等，是频率规划和小区规划不当等自身原因造成的。外部干扰包括GSM通信干扰，CDMA下行链路对GSM-R上行链路的干扰，全频段或部分频段人为干扰等。无线电对GSM-R通信系统的干扰将影响用户之间的语音通话质量甚至造成通信中断，将影响通信数据的传输质量甚至造成数据业务中断，将影响移动通信的连接造成连接建立失败、连接丢失、切换失败、掉话等故障，将导致通信系统阻塞、中断或其他问题。这些问题都会危及铁路运输安全。因此，亟需一种及时抑制GSN-R干扰信号的方法，排除干扰源对GSM-R通信系统的影响，以保证铁路运输的安全性。现阶段，对GSM-R干扰信号的抑制方法主要包括：利用频率滤波抑制带外强干扰信号，这种方法适用范围十分狭窄；利用盲源分离技术解决混叠在移频信号中的调幅干扰和邻线干扰问题，但是盲源估计算法十分复杂；利用信道估计消除干扰信号，信道估计算法也十分复杂；利用组网配置、小区边界用户检测和基于用户位置的调度算法的结合的方法抑制同频干扰，这种方法需要用户位置信息，需要进行组网配置和小区边界用户检测。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述问题，提出一种使用阵列信号处理技术对干扰信号进行抑制的方法。本专利技术的技术方案是：一种GSM-R干扰信号空域抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.采用空间分集的GSM-R基站接收天线，构建均匀线阵，获取均匀线阵的双向空间平滑相关矩阵；b.根据期望的GSM-R信号和干扰信号来波方向，构造LCMV波束形成器；c.采用构造的LCMV波束形成器，使期望的GSM-R信号通过波束形成器。进一步的，步骤a还包括以下步骤：a1.对均匀线阵进行前/后向空间平滑，构造多个前/后向平滑均匀线阵子阵列；a2.建立每个前/后向平滑均匀线阵子阵列接收信号模型，并计算每个前/后向平滑均匀线阵子阵列的接收信号空间相关矩阵；a3.对每个前/后向平滑均匀线阵子阵列的接收信号空间相关矩阵求平均，得到均匀线阵的双向空间平滑相关矩阵。进一步的，步骤b还包括以下步骤：b1.根据期望GSM-R信号和干扰信号来波方向，计算出接收天线前五个阵元的加权值；b2.根据前五个阵元的加权向量构造LCMV波束形成器。本专利技术能带的有益效果为，本专利技术不需要用户位置信息，不需要进行组网配置和小区边界用户检测，仅需检测出干扰信号就可完成对干扰信号的抑制；本专利技术不需要采用复杂的盲源估计算法和信道估计算法，通过波束形成算法就可对干扰信号进行抑制；本发明从空域上抑制干扰信号，适用于对所有类型的干扰信号进行抑制，使用范围更广。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术实施例的GSM-R基站空间分集天线构成的均匀圆阵天线阵列示意图；图3为本专利技术实施例的GSM-R基站接收的期望GSM-R信号和干扰信号的来波方向示意图；图4为本专利技术实施例的采用的均匀线阵前向平滑子阵列示意图；图5为本专利技术实施例的采用的均匀线阵后向平滑子阵列示意图；图6为本专利技术实施例的GSM-R基站空间分集天线构成波束形成器示意图；图7为GSM-R基站的阵列方向图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述GSM-R系统主要用于客运专线或高速线，多处在乡村开阔地。在这些地区，GSM-R系统采用空间分集的天线，天线左右平行放置，可看作水平放置的均匀线阵天线阵列。本专利技术采用阵列信号处理技术，使用多天线阵列对，根据干扰信号的来波方向使用空域滤波器滤除干扰信号。如图1所示，本专利技术的GSM-R干扰信号空域抑制方法，首先考虑同频信号之间可能相干的情况，采用空间分集的GSM-R基站接收天线，使用均匀线阵空间平滑算法消除同频相干信号对波束形成器的影响。然后，在知道期望GSM-R信号和干扰信号来波方向情况下，采用LCMV波束形成器，通过GSM-R基站接收天线波束形成方法，在干扰信号来波方向形成增益零陷点，抑制干扰信号。实施例如图2所示，GSM-R基站空间分集天线的10个天线左右均匀排列于同一水平面。因为中国铁路GSM-R系统工作在885-889/930-934MHz频段范围中，所以选取900MHz作为典型频率来设置天线阵元间距，天线阵元间距设为(0.5×3×108)/(900×106)＝0.15m。阵元间距远小于阵元与干扰源之间的距离，可认为干扰信号到各个阵元的入射角相同。信号入射方向与均匀线阵法线方向的夹角为θ，当信号从法线左侧射入均匀线阵时θ∈(0°,90°)，当信号从法线右侧射入均匀线阵时θ∈(-90°,0°)。如图3所示，GSM-R基站的空间分集天线位于坐标A(0m,0m)处，期望GSM-R发射机位于坐标O(45m,5m)处，干扰源位于坐标C(50m,50m)处。实验过程中GSM-R基站的位置已知，GSM-R基站估计的期望GSM-R信号来波方向为θ1＝-83.64°，干扰信号来波方向为θ2＝-45.02°。根据θ1和θ2，采用LCMV波束形成器，在期望GSM-R信号来波方向形成单位天线增益使期望GSM-R信号无失真通过空域滤波器，并在干扰信号方向形成零陷点以抑制干扰信号。GSM-R基站接收信号数据为：x(t)=x1(t)x2(t)...x5(t)T=As(t)+n(t)]]>其中，s(t)＝[s1(t)s2(t)]T为期望GSM-R信号和干扰信号，n(t)＝[n1(t)n3(t)…n10(t)]T10个阵元的阵列接收噪声，噪声方差为σ2，A＝[a(θ1)a(θ2)]为阵列导向矩阵，a(θi)=1e-jβi...e-9jβiT]]>为信号si(t)的导向向量，βi＝2πdsinθi/λ为信号si(t)到达两...

【技术保护点】
一种用于GSM‑R的干扰信号空域抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.采用空间分集的GSM‑R基站接收天线，构建均匀线阵，获取均匀线阵的双向空间平滑相关矩阵；b.根据期望的GSM‑R信号和干扰信号来波方向，构造LCMV波束形成器；c.采用构造的LCMV波束形成器，使期望的GSM‑R信号通过波束形成器。

【技术特征摘要】
1.一种用于GSM-R的干扰信号空域抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用空间分集的GSM-R基站接收天线，构建均匀线阵，获取均匀线阵的双向空间平滑
相关矩阵；
b.根据期望的GSM-R信号和干扰信号来波方向，构造LCMV波束形成器；
c.采用构造的LCMV波束形成器，使期望的GSM-R信号通过波束形成器。
2.根据权利要求1所述的一种用于GSM-R的干扰信号空域抑制方法，其特征在于，步骤a
还包括以下步骤：
a1.对均匀线阵进行前/后向空间平滑，构造多个前/后向平滑均匀线阵子...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐元成，张俊辉，黄际彦，
申请(专利权)人：中国铁建电气化局集团北方工程有限公司，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14