基于变换域窄带干扰抑制技术研究及FPGA实现

摘要

直接序列扩频技术是宽带通信中比较重要的通信方式,由于具有很多优点被很多现在的和未来的蜂窝通信系统所采用,应用于全球卫星定位系统(GPS)、卫星通信、短距离无线通信等领域中。虽然直接序列扩频技术具有一定的抗窄带干扰能力,它的窄带干扰抑制能力主要由扩频增益和信干比来确定,而直扩通信系统的伪随机序列周期由于硬件实现等因素限制不能过大,使得在接收端的解扩模块中不能简单地使用带通滤波器抑制频谱扩展后的窄带干扰。因此,研究直接序列扩频系统中的窄带干扰抑制算法来减少窄带干扰对系统正常通信的影响是很有必要的。
　　本文主要研究变换域窄带干扰抑制技术,主要过程是将时域信号投影到频域中,采用一定的措施检测出窄带干扰信号并消除它,最后通过反变换恢复原始信号。深入研究了基于FFT变换和小波包变换的窄带干扰抑制技术,并选取前一种作为工程实现,使用Verilog HDL语言在FPGA芯片上实现了该抑制算法的硬件电路。
　　首先,研究了基于FFT变换域窄带干扰抑制技术,利用扩频信号的频谱表现比较平坦而窄带干扰幅度较大且频带相对较窄的不同特性,在精确判别窄带干扰在频带中驻留的位置的前提下,对含有窄带干扰的子带实施置零处理,以达到抑制窄带干扰目的。重点讨论了各种加窗函数与信噪比损失的关系,重叠复用法减轻由于截断数据带来的信号扭曲程度,随后还研究了常见的一些阀值处理算法:分段门限法、中值滤波算法、λ算法。MATLAB仿真结果表明该算法在对窄带干扰驻留子带精确定位的前提下,采用合理的阀值算法,可以完全滤除直扩系统中的窄带干扰。
　　其次,小波包变换自身有抑制干扰信号的能力,但是处理过程中连同有用信号一起剔除,损失了有用信号。本文采取的抑制算法是将小波包变换与 LMS算法结合在一起,小波包变换等同于理想滤波器组,实现输入信号的二叉树分解,引入能量聚集度和左右节点功率比快速判断受干扰的子带位置,并采用LMS算法根据窄带干扰能量大小自适应地调整滤波器抽头系数来达到目的。MATLAB仿真结果表明该算法运算时间长,实现过程较为复杂、计算量也较大,但干扰定位比较精确,抑制效果非常明显。
　　最后,基于FFT变换域抑制算法的FPGA硬件电路主要由海明窗模块、FFT/IFFT模块、自适应干扰门限模块组成,用Verilog HDL语言实现各模块。仿真分析表明该电路能达到了预期的性能指标,能有效地抑制窄带干扰,并且对比仿真结果验证了其正确性。

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第一章 绪论

1.1 课题的目的和意义

1.2 窄带干扰抑制技术的研究现状和发展趋势

1.3 论文的主要内容和章节安排

第二章 扩频通信技术

2.1 扩频通信系统概述

2.2 DSSS的工作原理及关键技术

2.3 窄带干扰类型

2.4 本章小结

第三章 基于FFT变换域窄带干扰抑制技术研究

3.1变换域窄带干扰抑制基本原理

3.2 基于FFT变换的窄带干扰抑制技术

3.3 Matlab仿真及结果分析

3.4 本章小结

第四章 基于小波包变换窄带干扰抑技术研究

4.1 小波变换基本理论

4.2 小波包变换干扰抑制技术

4.3 自适应干扰门限算法

4.4 仿真结果对比分析

4.5 本章小结

第五章 基于FFT变换域窄带干扰抑制算法的FPGA实现

5.1 FPGA技术

5.2 系统电路设计

5.3 硬件测试结果及分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历及攻读硕士学位期间发表的学术论文

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