基于遗传算法降低超宽带脉冲无线电系统多波段干扰的方法

摘要

本发明涉及一种基于遗传算法降低超宽带脉冲无线电系统多波段干扰的方法，本发明提出通过用遗传算法来寻找系统优化解。遗传算法是一种非线性组合算法，它是以自然选择和遗传理论为基础，将生物进化过程中适者生存规则与群体内部染色体的随机信息交换机制相结合的高效全局寻优搜索算法。本发明方法能有效优化UWB系统中的参数来降低多波段干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于遗传算法降低超宽带脉冲无线电系统多波段干扰的方法，属于UWB(Ultrawideband，超宽带)系统脉冲无线电抗多波段干扰领域。

背景技术

近年来超宽带技术凭借其超宽的信号带宽和较低的发射功耗等特点，广泛应用于高速无线接入和军事通信等领域个人局域网。脉冲无线电技术由于较强的抗多径能力和较低的系统复杂度成为UWB系统的可选方式。它利用持续时间极短的基带脉冲交换信息，因此它所传播的无线电能量分布在很宽的频带上。脉冲无线电利用脉冲调制方式方案来传递信息，通过跳时扩频或者直接序列扩频实现多址接入。但UWB信号极宽的频谱范围同时覆盖了许多常规的无线通信系统。由于UWB信号与其他系统共用频谱，2002年，FCC(Federal CommunicationCommission，美国联邦通信委员会)针对此问题规定了所有UWB设备的辐射限制，因而辐射功率不能对其他系统造成影响，这就造成UWB系统信号检测与接收的困难，因而优化UWB系统参数使其不受已有波段的干扰显得非常重要。

目前对脉冲无线电干扰主要是针对跳时扩频的窄带干扰的研究，而脉冲无线电由于分布在很宽频带上，因此系统会受到来自多个波段的干扰，并且每个干扰的波段可能会比系统带宽更宽。遗传算法(GA)是一种高效全局寻优搜索算法，能优化系统参数来降低系统的多波段干扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种基于遗传算法降低超宽带脉冲无线电系统多波段干扰的方法，优化算法得到优化后的系统参数来降低系统受到的多波段干扰。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于遗传算法降低超宽带脉冲无线电系统多波段干扰的方法，利用遗传算法优化UWB系统参数达到消除减弱多波段间干扰，包括如下步骤：

步骤一：建立UWB系统多波段干扰的数学模型：

$r\left(t\right)=u\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{J}_i\left(t\right)---\left(1\right)$

其中J_i(t)是在M个波段干扰中的第i个波段的干扰，J_i(t)在不同的波段是相互独立的，每个J_i(t)是连续广义平稳随机过程，同时功率谱密度为P_iS_i(f)；J_i(t)在[f_i-B_i/2,f_i+B_i/2]和[-f_i-B_i/2,-f_i+B_i/2]波段是偶对称非负的；

u(t)是理想的脉冲无线电信号表示为：

$u\left(t\right)=\sqrt{P_u{T}_f}\underset{k=-\infty }{\overset{+\infty }{\Sigma }}\underset{l=0}{\overset{N_S-1}{\Sigma }}w(t-{\mathrm{kT}}_b-{\mathrm{lT}}_f-c_{k,l}{T}_c-a_k{T}_d-\tau )---\left(2\right)$

其中P_u是u(t)的平均能量，w(t)是归一化后的短时脉冲，T_b是符号时间，T_f是帧持续时间，N_s是一个符号中含有的脉冲数，T_c是跳时间隔，c_k,l是对应的跳时序列，T_d脉冲调制的位置偏移量，a_k为信息序列；

步骤二：计算输出信号干扰噪声比：

通常脉冲无线电都采用相关接收机来解调r(t)，假设接收过程中完全同步，则τ和c_k,l被当作已知，则u(t)的第k个符号表示为：

$V_k\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{N_S-1}{\Sigma }}v(t-{\mathrm{kT}}_b-{\mathrm{lT}}_f-c_{k,l}{T}_c-\tau )---\left(3\right)$

其中v(t)＝w(t)-w(t-T_d)；

解调后信号能量为N_s²P_uT_f，系统干扰能量IP_i表示为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{IP}}_i=4N_s{P}_i{\int }_{-\infty }^{+\infty }{\sin }^2\left({\mathrm{\pi fT}}_d\right)|W\left(f\right){|}^2{S}_i\left(f\right)C\left(f\right)df---\left(4\right)\\ =8N_s{P}_i{\int }_{f_i-B_i/2}^{f_i+B_i/2}{\sin }^2\left({\mathrm{\pi fT}}_d\right)|W\left(f\right){|}^2{S}_i\left(f\right)C\left(f\right)df---\left(5\right)\end{array}\right)$

其中

则输出信号干扰噪声比表示为：

$SIR=\frac{P_u{T}_b}{IP}---\left(6\right)$

其中

实际中P_i和S_i(f)能通过侦测设备测得，W(f)，P_u，T_d和N_s，T_f，N_h，T_c，T_d的范围都能被系统设计者指定，因此对系统设计者来说找到优化的系统参数{N_s,T_f,N_h,T_c,T_d}来减小IP_i，从而提高输出信号干扰噪声比，保证系统的通信质量；

步骤三：优化问题描述

将上述问题转化为有约束性条件的数学问题，即