一种WCDMA卫星通信系统同频强干扰抵消及弱信号提取方法技术方案

本发明专利技术公开一种WCDMA卫星通信系统的同频干扰抵消及弱信号提取方法。首先，用本地扰码和接收信号做遍历相关检测同步峰，确定各个信号的帧起始位置和主扰码号；确定帧起始位置以后，首先使用基于导频信道的频偏估计算法进行粗频偏估计并反馈给PLL环路，然后使用PLL环路实时跟踪强干扰WCDMA信号的频偏和相偏，并使用基于导频信道的幅值估计确定强干扰信号的幅值；然后对强干扰信号解码，并对强干扰进行重抵消得到干扰抵消数据；最后使用基于卡尔曼滤波的频偏估计算法估计目标信号的频偏和相偏，并对其进行纠正，然后解码目标信号。本发明专利技术能在同频强干扰的条件下提取微弱的WCDMA期望信号，通过提高参数估计的精度，提高弱信号检测的能力，降低弱信号的误码率。

A method of CO frequency interference cancellation and weak signal extraction for WCDMA satellite communication system

The invention discloses a method of CO frequency interference cancellation and weak signal extraction for WCDMA satellite communication system. First, the local scrambling code and the received signal are used to traverse the correlation detection synchronization peak, and the frame starting position and main scrambling code of each signal are determined. After determining the starting position of the frame, the first frequency offset estimation algorithm based on pilot channel is used to estimate the coarse frequency offset and feedback to the PLL loop, and then the PLL loop is used to track the strong interference WCDMA in real time. The amplitude of the strong jamming signal is determined by the amplitude estimation based on the pilot channel, then the strong jamming signal is decoded, and the strong interference is heavily counteracted to get the interference cancellation data. Finally, the frequency offset and phase deviation of the target signal are estimated by using the Calman filter based frequency offset estimation algorithm. Correct, and then decode the target signal. The invention can extract weak WCDMA expected signal under the condition of strong interference of the same frequency, improve the precision of parameter estimation, improve the ability of weak signal detection and reduce the bit error rate of weak signal.

【技术实现步骤摘要】
一种WCDMA卫星通信系统同频强干扰抵消及弱信号提取方法
本专利技术涉及移动通信
，特别涉及一种WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法。
技术介绍
WCDMA移动通信系统被广泛应用于军事通信的各个方面。WCDMA信号不仅速率高，抗多径干扰能力强，而且有良好的低功率谱密度发射的隐密性以及伪随机编码的保密能力，相当数量的国家和地区将WCDMA等第三代系统作为应急条件下军事通信系统的有效补充，故WCDMA移动通信系统的信号截获及分析处理在军事乃至反恐等领域有着重要的意义。此外，由于WCDMA是一个宽带直接序列扩频码分多址系统，具有同步支持多速率服务、有效利用多径传播、减少干扰和频率复用系数大等优点，使之成为卫星通信中很具有吸引力的体制。WCDMA卫星通信系统的抗干扰能力取决于干扰容限，而干扰容限由系统的扩频增益决定。扩频增益越大，系统的抗干扰能力也越强，理论上可以通过提高系统的扩频增益来对抗任意强度的干扰，代价是传输频带的增加和系统复杂度提高。但是在实际应用中，可用的频率资源和发射接收机复杂度、发射功率等因素限定了扩频增益不可能无限增大，当干扰信号的功率超过扩频通信的抗干扰容限时，扩频增益就不足以保证对有用信号的可靠译码，通信的性能必然会急剧下降。这时，就需要引入相应的抗干扰技术来消除干扰信号对通信系统的影响。在接收端借助信号处理的方式对接收信号进行一定的处理可以显著增加系统的抗干扰能力。由于卫星通信的路径损耗大、接收功率低，容易受到大功率信号的干扰，从而使解扩后的干扰电平提高，系统性能下降。现有研究对卫星通信系统中的窄带干扰的抑制技术相对成熟，而对干扰信号带宽占有用信号带宽20％以上即宽带干扰的研究起步较晚。而随着信号传输速率越来越快，信号带宽也越来越宽，卫星通信中宽带干扰信号对系统通信质量的影响越来越引起人们的重视。国内外对于同频干扰分离的研究，特别是扩频系统同频干扰分离的研究主要是针对DS-CDMA系统的。研究的重点集中在多用户检测干扰抵消技术，RAKE机接收技术，信道均衡等相关技术上。并且现有资料解决多址干扰主要针对多个混合信号功率差较小，其中各个WCDMA信号都可以解码的情况，主要目的是降低误码率，而针对信号功率差较大导致弱信号无法解码的情况，并没有资料提出有效的解决方案。本文详细说明了一种WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法，对于重构抵消过程涉及到的参数估计算法，包括多个信号的同步检测，强干扰WCDMA信号的频偏相偏估计、幅值估计算法，以及目标信号的频偏相偏估计算法进行详细描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于在强弱WCDMA卫星信号功率差相差20dB时，采用干扰抵消的方法实现对弱信号的解码，该方法能提高弱信号正确解码的概率，降低弱信号的误码率。本方法基于对强干扰的准确参数估计，包括以下步骤：步骤一(一)、将接收到的信号r(n)和本地扰码做遍历相关运算，其中n代表主扰码号，i代表滑动相关移位的码片数，M代表相关长度。主扰码号的遍历取值为1,2…512，步骤一(二)、根据下式确定每次遍历相关的最大相关值，并对这些值排序取前两个值，从而确定干扰信号和目标信号的帧起始位置和主扰码号，上式中，代表帧起始位置，代表主扰码号；步骤二(一)、采用基于导频信道的信道估计值对频偏进行粗估计，并反馈给PLL环路；步骤二(二)、对空中信号的数据S(t)＝Icos(ωmt+θ1)+Qsin(ωmt+θ1)，采用相位分别为0,的四路载波对接收信号进行解调并通过低通滤波器得到：v1≈0.5(I·sinθe+Q·cosθe)v2≈0.5(I·sin(θe+π/4)+Q·cos(θe+π/4))v3≈0.5(I·cos(θe)-Q·sin(θe))v4≈0.5(I·cos(θe+π/4)-Q·sin(θe+π/4))步骤二(三)、将相互正交的载波解调的信号组合成复数形式并用指数形式表示，即v1和v3，v2和v4两两组合成复数信号，并进一步乘相应的扰码和扩频码进行解扰解扩得到v31_sin，v42_sin：进一步剥离扰码和扩频码：步骤二(四)、将步骤二(三)得到的两个解扰解扩以后的数据拆分为I、Q两路，即实部和虚部，可得：Re31＝A′cos(φ+θe)，Im31＝A′sin(φ+θe)Re42＝A′cos(φ+θe+π/4)，Im42＝A′sin(φ+θe+π/4)为了提取相位差计算k1＝Re31·Im31·Re42·Im42＝(A′)4/8·sin(4φ+4θe)，由于信号采用QPSK调制方式，即数据相位φ＝π/4+nπ/2，则有4φ＝π+2nπ。因此，k1＝(A′)4/8·sin(4θe)，从而可以提取出相位差θe＝arcsin(8k1/(A′)4/)/4。步骤三(一)、对导频信道的信道估计值取一个无线帧计算平均值，并将均值作为一个帧的幅值估计，从而得到接收数据的导频信道的幅值估计；步骤三(二)、利用不同信道的功率配比，计算各个信道与导频信道的幅值之比；步骤三(三)、利用各个信道与导频信道的幅值之比计算出各个信道的幅值。步骤四、解码强干扰信号获取强干扰信息，利用前面()的参数估计对强干扰信号进行重构并抵消，得到减弱干扰的信号。步骤五(一)、在接收端，根据步骤一(二)确定的帧起始位置截取长度为L的数据，用主扰码进行解扰，再对数据用信道码Cch,256,1解扩，得到导频信道解扩后的导频数据为data_PCPICH_receive；步骤五(二)、本地构造长度为L的导频数据data_PCPICH，取值均为1+j，将本地导频数据和接收的解扰解扩以后的导频信道数据进行共轭点乘得到信道估计fre(n)，即fre(n)＝data_PCPICH(n).*conj(data_PCPICH_receive(n))。因为卫星信道为恒参信道，所以卫星信道的信道估计可以用ej(2πnΔfTs+ΔΦ)来表示。fre_off1(n)＝angle(fre)＝2πnΔfTs+ΔΦ，其中，n＝1,2,3…L；步骤五(三)、利用fre_off1(n)的数据拟合一条直线，其中横坐标为nTs，因为目标信号功率较小，所以拟合的直线受噪声干扰较严重，所以对拟合的数据使用卡尔曼滤波进行处理。处理以后得到拟合直线的斜率为k，截距为b。由步骤五(二)可知k＝2πΔf1，由此可得：Δφ＝b；步骤五(四)、利用得到的频偏相偏值对接收的基带数据进行频偏补偿s(n)为抵消以后的基带数据。步骤六、利用步骤一得到的目标信号的主扰码号和经过步骤五频偏补偿以后的数据进行解扰解扩及解码过程，从而得到目标信号的信息。附图说明图1是本专利技术方法的流程框图图2是本专利技术方法的PLL跟踪环路框图具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对技术的实施作进一步的详细描述。参照说明书附图1，本专利技术提出的WCDMA卫星通信系统的同频干扰抵消及弱信号提取方法工作原理如下：首先，将接收数据乘本地载波将数据从中频转换到基带；然后用扰码遍历相关检测确定强干扰和目标信号的帧起始位置和主扰码号；确定帧起始位置以后，首先使用基于导频信道的频偏估计算法进行粗频偏估计并补偿，然后使用改进的PLL环路实时跟踪强干扰WCDMA信号频偏相偏，并使用基于信道估计的幅值估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一、利用接收数据和本地扰码遍历相关实现WCDMA卫星信号检测和同步，从而确定各个WCDMA卫星信号的帧起始位置和主扰码号；步骤二、基于导频信道的信道估计进行频偏粗估计，反馈给PLL环路；再利用PLL环路实时跟踪强干扰信号的频偏和相偏，并对其进行补偿；步骤三、利用导频信道的信道估计值估计导频信道幅值，并利用各个信道的功率配比计算其它信道的幅值；步骤四、解码强干扰信号获取强干扰信息，利用步骤二和步骤三的参数估计值对强干扰信号进行重构并抵消，得到干扰抵消以后的数据；步骤五、利用基于卡尔曼滤波的频偏估计算法对目标信号的频偏进行估计，并对其进行补偿，然后解码弱信号。

【技术特征摘要】
1.一种WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一、利用接收数据和本地扰码遍历相关实现WCDMA卫星信号检测和同步，从而确定各个WCDMA卫星信号的帧起始位置和主扰码号；步骤二、基于导频信道的信道估计进行频偏粗估计，反馈给PLL环路；再利用PLL环路实时跟踪强干扰信号的频偏和相偏，并对其进行补偿；步骤三、利用导频信道的信道估计值估计导频信道幅值，并利用各个信道的功率配比计算其它信道的幅值；步骤四、解码强干扰信号获取强干扰信息，利用步骤二和步骤三的参数估计值对强干扰信号进行重构并抵消，得到干扰抵消以后的数据；步骤五、利用基于卡尔曼滤波的频偏估计算法对目标信号的频偏进行估计，并对其进行补偿，然后解码弱信号。2.根据权利要求1所述的WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法，其特征在于步骤一包括以下步骤：步骤一(一)、将接收到的信号r(j)和本地扰码做遍历相关运算其中n代表主扰码号，i代表做滑动相关时移位的码片数，M代表相关长度，主扰码号的遍历取值为1,2,…512，确定每次遍历相关的最大相关值；步骤一(二)、对步骤一(一)得到的每次遍历相关的最大相关值排序并取前两个最大值，从而确定干扰信号和目标信号的帧起始位置和主扰码号。3.根据权利要求1所述的WCDMA卫星通信系统同频干扰抵消及弱信号提取方法，其特征在于步骤二包括以下步骤：步骤二(一)、采用基于导频信道的信道估计值对频偏进行粗估计，并反馈给PLL环路；步骤二(二)、对空中信号的数据S(t)，采用相位分别为的四路载波对接收信号进行解调并通过低通滤波器得到v1，v2，v3，v4四路解调后的数据；步骤二(三)、将相互正交的载波解调的信号组合成复数形式并用指数形式表示，即v1和v3，v2和v4两两组合成复数信号，并进一步乘相应的扰码和扩频码进行解扰解扩得到v31_sin，v42_sin；步骤二(四)、将步骤二(三)得到的两个解扰解扩以后的数据拆分为I、Q两路，得到Re31，Im31，Re42，Im42为了提取相位差计算四者的乘积得到k1＝(A′)4/...

【专利技术属性】
技术研发人员：田增山，姚玉佳，李伟光，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50