应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法和一种接收机与流程

1.本发明涉及通信领域，尤其涉及一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法和一种接收机。


背景技术：

2.基于脉冲超宽带的通信系统具有500mhz以上的频谱带宽，纳秒级脉冲周期，甚至无需传统系统的余弦载波来传送信息，是物联网系统的高数据传输速率、大通信容量、超低功耗和低成本的关键技术之一。
3.但是，由于当前超宽带信号在传输过程中占用极大的频谱带宽，所以必须与现有的窄带通信系统共享资源，然而由于超宽带信号功率远小于这些窄带系统的信号功率，所以，实际的物联网通信场景中，现有的窄带系统常对超宽带系统构成很强的窄带干扰，致使超宽带通信系统性能产生严重的下降。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例公开了一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法以及一种接收机，减轻了外界干扰对超宽带信号传输的影响，提升了超宽带信号的传输质量。
5.本发明实施例公开了一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法，所述方法应用于脉冲超宽带通信系统的接收机，包括：
6.在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；
7.对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
8.基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。
9.可选的，所述基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率，包括：
10.计算所述n阶信号的能量，以及所述n阶信号的直流分量；
11.将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
12.可选的，所述计算n阶信号的直流分量包括：
13.计算所述n阶信号的绝对积分值；
14.计算所述绝对积分值的平均值，得到绝对积分平均值；
15.计算所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值；
16.确定干扰影响因子；
17.基于所述干扰影响因子和所述n阶信号绝对积分平均值的二次方的值计算n阶信号的直流分量。
18.可选的，所述确定干扰影响因子，包括：
19.确定所述n阶信号中n的值；
20.基于所述n的值和预设的因素关系表，确定所述干扰影响因子；所述因素关系表征n与干扰影响因子的关系。
21.可选的，所述n和干扰影响因子的关系是基于脉冲超宽带通信系统的应用的环境进行设置的。
22.可选的，所述n值是基于脉冲超宽带通信系统的应用的环境确定的。
23.本发明实施例还公开了一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制装置，包括：
24.带通滤波单元，用于在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的信号；
25.n阶信号处理单元，用于对滤除了带外干扰的信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
26.降低干扰单元，用于基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。
27.可选的，所述降低干扰单元，包括：
28.计算子单元，用于计算所述n阶信号的能量，以及所述n阶信号的直流分量；
29.干扰处理子单元，用于将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
30.本发明实施例还公开了一种接收机，包括：
31.带通滤波器、n阶信号处理器和非线性能量检测器；
32.所述带通滤波器，用于在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的信号；
33.所述n阶信号处理单元，用于对滤除了带外干扰的信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
34.所述非线性能量检测器，用于基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。
35.可选的，所述非线性能量检测器包括：
36.n阶信号能量检测单元，用于计算所述n阶信号的能量；
37.直流分量计算单元，用于计算所述n阶信号的直流分量；
38.干扰去除单元，用于将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
39.可选的，所述直流分量计算单元，包括：
40.直流分量计算子单元，用于计算所述n阶信号的绝对积分值，并计算所述绝对积分值的平均值，得到绝对积分平均值；
41.干扰因子确定子单元，用于确定干扰影响因子；
42.乘法子单元，用于将干扰影响因子和所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值相乘，得到所述n阶信号的直流分量。
43.本发明实施例公开了一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法及一种接收机，包括：当接收到超宽带信号后，滤除频率在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。这样，本实施例中，由于窄带干扰的带宽远小于超宽带信号带宽，通过对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理后，可以将超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频及附近和更高的频段，经过非线性方法处理后，位于零频及附近的窄带干扰基本上被消除，位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰减。基于此，对脉冲超宽带通信系统进行超宽带信号通
信时，对窄带干扰起到了很大程度的抑制作用。除此之外，对于外界环境或者系统运行中产生的一些噪声，通过非线性的方式也降低了噪声功率，即对噪声的抑制也起到了很好的效果。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
45.图1示出了本发明实施例公开的一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法的流程示意图；
46.图2示出了接收到的超宽带信号y(t)的功率谱的示意图；
47.图3示出了n阶信号处理后的功率谱示意图；
48.图4示出了非线性的方法移除干扰中的强直流功率示意图；
49.图5示出了n为一定值时，随着干扰因子的改变误码率改变的示意图；
50.图6示出了本发明实施例提供的一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制装置的结构示意图；
51.图7示出了本发明实施例提供的一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.申请人发现，当前超宽带信号在传输过程中会受到窄带信号的干扰，使得超宽带通信系统传输性能产生严重的下降。为了降低窄带信号对超宽带信号的干扰，申请人发现可以采用低阶信号处理技术，例如线性滤波器组、干扰陷波器、和干扰的数字消除技术等，但是低阶信号处理技术需要估计窄带干扰的先验信息，如中心频率，信号带宽和信号强度，然而这些先验信息是未知和变化的，所以对脉冲超宽带通信系统来说，实现的复杂度较高，并且低阶信号处理技术具有高功率和高采样的要求，对于超宽带通信系统来说，功耗较大。
54.申请人经研究发现，还可以采用非线性信号处理技术来抑制信号的窄带干扰，例如teager-kaiser算子，该方法可以有效的处理窄带干扰，也不会产生较大的功耗，但是teager-kaiser算子采用了超宽带的模拟一阶和二阶微分器，这种结构在物理上实现较为困难。
55.由此，如何达到在提升超宽带通信系统对窄带干扰的抑制能力同时，降低在物理上实现的难度，是目前亟待解决的难题。
56.基于此，申请人经研究发现，可以对超宽带信号进行n阶信号处理，使得超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频及附近和更高的频段，经过非线性方法处理后，位于零频及附近的窄带干扰基本上被消除，并且位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰
减。并且，该种方式也降低了在物理上的实现难度。
57.参考图1，示出了本发明实施例公开的一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制方法的流程示意图，在本实施例中，该方法包括：
58.s101:在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；
59.本实施例中，脉冲超宽带通信系统的发射机发送了超宽带信号后，接收机接收超宽带信号之前，超宽带信号可能会受到环境等因素的影响，从而产生大量的干扰，这些干扰中包含超宽带信号带宽之外的噪声和其他系统干扰，为了提升信号处理的效果，需要先滤除带外的干扰。
60.本实施例中，可以采用多种方式对带外干扰进行滤除，本实施例中不进行限定，例如可以采用带通滤波器bpf滤除超宽带信号带宽之外的干扰。
61.滤除了超宽带信号带宽之外的噪声后，得到的滤波后的超宽带信号，可能仍然包含带内噪声和/或窄带干扰。这些干扰仍然对超宽带信号有很大的影响，为了减小带内噪声和/或窄带干扰对超宽带信号的影响，可以通过如下s102-s103的步骤。
62.s102：对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
63.本实施例中，超宽带信号进行n阶信号处理，可以将超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频及附近和更高的频段，经过非线性的方式处理之后，位于零频及附近的窄带干扰基本上被消除，并且位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰减。为了清楚的理解n阶信号处理的原理，接下来通过推导的方式进行详细的解释：
64.超宽带信号在经过上述s101的处理后，在时域的表达式可以为：
65.1)y(t)＝x(t) n(t) i(t)；
66.其中，y(t)表示携带有干扰的超宽带信号,x(t)表示不存在干扰超宽带信号，n(t)表示噪声信号，i(t)表示窄带干扰信号。
67.那么在频谱域，y(t)的功率谱可以表示为如下的公式2)：
68.2)y(f)＝x(f) n(f) i(f)；
69.相应的，y(t)的功率谱y(f)也包含三部分，分别为超宽带信号功率谱x(f),噪声功率谱n(f)，以及窄带干扰功率谱i(f)。
70.其中，如图2所示，示出了y(t)的功率谱的示意图，其中，uwb表示超宽带信号，noise表示噪声干扰，nbi表示窄带干扰。
71.经过n阶信号处理后，y(t)在时域的表达式为如下的公式3)：
72.3)yn(t)＝[x(t) n(t) i(t)]n；
[0073]
根据傅里叶变换的性质，信号在时域相乘，在频域表现为相卷积，由此，yn(t)的功率谱可以表示为如下的公式4)：
[0074]
4)
[0075]
通过上述公式2)可知，y(f)＝x(f) n(f) i(f)，那么，将公式2)带入到公式4)可得：
[0076]
5)
[0077]
其中，f{}表示傅里叶运算符，为卷积运算符，
[0078]
表示自身卷积，表示交叉卷积。
[0079]
为了便于理解，可以以n＝2为例对上述公式5)的结果进行说明，在n＝2时，上述公式5)可以简化为：
[0080]
6)
[0081]
如图3所示，示出了n阶信号处理后的结果，其中，uwb表示超宽带信号，noise表示噪声干扰，nbi表示窄带干扰，cross-term表示交叉分量。
[0082]
其中，图3与公式6)的结果相对应，公式6)中的是uwb分量，表示为图3中的大三角形；是噪声分量，如图3中的小三角形；为干扰分量，如图3中峰值较高的小三角形；和为交叉分量，如图3中的矩形。
[0083]
由此可知，经过n阶信号处理后，窄带干扰信号被搬移到了零频及附近和更高的频段，经过非线性处理单元后，零频信号基本上被消除，位于更高频段的窄带干扰的幅度也得到了很大程度的衰减，大大减低了窄带信号对超宽带信号的干扰。
[0084]
本实施例中，需要说明的是，申请人发现，超宽带通信系统位于相同的环境下，n值不同，会使得抗干扰的效果不同，在不同的环境下，相同的n值也会使得抗干扰的效果不同。为了得到较好的抗窄带干扰的效果，需要基于脉冲超宽带通信系统应用的环境确定n值。
[0085]
s103：基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。
[0086]
本实施例中，经过上述s102的处理后，噪声分量和干扰分量在低频和直流频段会有聚集效应，如图4所示，为了降低干扰，本实施例中，采用非线性的方式对经过n阶信号处理后的超宽带信号进行干扰移除处理。
[0087]
申请人还发发现，在低频和直流频段的干扰，尤其是在直流频段，表现出很强的干扰功率，因此，如何降低直流分量是干扰移除的关键，由此，s103包括：
[0088]
计算所述n阶信号的能量，以及所述n阶信号的直流分量；
[0089]
将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
[0090]
举例说明，n阶信号的能量可以通过如下的公式7)计算：
[0091]
7)
[0092]
其中，[y
i,j
(t)]n表示经过n阶信号处理后的超宽带信号，y
i,j
(t)表示第j帧的第i个时隙的信号。
[0093]
其中，直流信号的计算过程可以包括：
[0094]
计算所述n阶信号的绝对积分值；
[0095]
计算所述绝对积分值的平均值，得到绝对积分平均值；
[0096]
计算所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值；
[0097]
确定干扰影响因子；
[0098]
基于所述噪声影响因子和所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值计算n阶信号的直流分量。
[0099]
本实施例中，可以通过如下的公式8)计算：
[0100]
8)
[0101]
其中，|y
j,i
(t)|n表示经过n阶信号处理后的超宽带信号绝对值，表示干扰影响因子。
[0102]
基于上述的公式7)和公式8)，通过非线性方式降低n阶信号的干扰功率的结果可以表示为公式9)：
[0103]
9)
[0104]
本实施例中，申请人还发现干扰因子对干扰移除的好坏有着很重要的影响，并且在n值不同时，相同的干扰因子对干扰移除的效果不同，也就是说，n也影响着干扰因子的确定。
[0105]
其中，如图5所示，在n为一定值时，随着干扰因子的增加，系统的误码率先减少后增加，例如在n＝2时，为最佳的处理效果。
[0106]
由此可知，在n和干扰影响因子满足一定关系的情况下，选择干扰影响因子取得较佳的值，提升干扰抑制能力。
[0107]
那么干扰影响因子的确定方法可以包括：
[0108]
确定所述n阶信号中n的值；
[0109]
基于所述n的值和预设的因素关系表，确定所述干扰影响因子；所述因素关系表征n与干扰影响因子的关系。
[0110]
其中，通过上述介绍可知，n值和超宽带通信系统应用的环境有关，那么n和干扰影响因子的关系也与脉冲超宽带通信系统应用的环境有关。
[0111]
由此可知，n和干扰影响因子的关系是基于脉冲超宽带通信系统应用的环境进行设置的。
[0112]
本实施例中，当接收到超宽带信号后，滤除频率带宽在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。这样，本实施例中，由于窄带干扰的带宽远小于信号带宽，通过对滤除了带外干扰的
超宽带信号进行n阶信号处理后，可以将超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频和更高的频段，经过非线性处理单元后，位于零频及附近的窄带干扰基本上被消除，位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰减。基于此，对脉冲超宽带通信系统进行超宽带信号通信时，对窄带干扰起到了很大程度的抑制作用。除此之外，对于外界环境或者系统运行中产生的一些噪声通过非线性的方式降低噪声功率，也对噪声的抑制起到了很好的效果。
[0113]
参考图6，示出了本发明实施例提供的一种应用于脉冲超宽带通信系统的干扰抑制装置的结构示意图，在本实施例中，该装置包括：
[0114]
带通滤波单元601，用于在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率带宽在所述超宽带信号带宽之外的干扰信号，得到滤除了带外干扰的信号；
[0115]
n阶信号处理单元602，用于对滤除了带外干扰的信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
[0116]
降低干扰单元603，用于基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。
[0117]
可选的，所述降低干扰单元，包括：
[0118]
计算子单元，用于计算所述n阶信号的能量，以及所述n阶信号的直流分量；
[0119]
直流干扰处理子单元，用于将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
[0120]
可选的，直流干扰处理子单元，包括：
[0121]
第一计算单元，用于计算所述n阶信号的平均值；
[0122]
第二计算子单元，用于计算所述绝对积分值的平均值，得到绝对积分平均值；
[0123]
第三计算子单元，用于计算所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值；
[0124]
干扰影响因子确定子单元，用于确定干扰影响因子；
[0125]
第四计算子单元，用于基于所述干扰影响因子和所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值计算n阶信号的直流分量。
[0126]
可选的，干扰影响因子确定单元，包括：
[0127]
n值确定子单元，用于确定所述n阶信号中n的值；
[0128]
干扰影响因子确定子单元，基于所述n的值和预设的因素关系表，确定所述干扰影响因子；所述因素关系表征n与干扰影响因子的关系。
[0129]
可选的，所述n和干扰影响因子的关系是基于脉冲超宽带通信系统应用的环境进行设置的。
[0130]
可选的，所述n值是基于脉冲超宽带通信系统应用的环境确定的。
[0131]
本实施例的装置，当接收到超宽带信号后，滤除频率带宽在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。这样，本实施例中，由于窄带干的带宽远小于信号带宽，通过对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理后，可以将超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频和更高的频段，经过非线性方法处理后，位于零频及附近的窄带干扰基本上被消除，位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰减。基于此，对脉冲超宽带通信系统进行超宽带信号通信时，对窄带干扰起到了很大程度的抑制作用。除此之外，对于外界环境或者系统运行中产生的一些噪声通过非线性的方式降低噪声功率，也对噪声的抑制起到了很好的效果。
[0132]
参考图7，示出了本发明实施例提供的一种接收机的结构示意图，在本实施例中，
该接收机包括：
[0133]
带通滤波器701、n阶信号处理器702和非线性能量检测器703；
[0134]
所述带通滤波器701，用于在接收到超宽带信号的情况下，滤除频率带宽在所述超宽带信号带宽之外的干扰信号，得到滤除了带外干扰的信号；
[0135]
所述n阶信号处理单元702，用于对滤除了带外干扰的信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；
[0136]
所述非线性能量检测器703，用于基于非线性方法降低n阶信号的干扰功率。
[0137]
可选的，所述非线性能量检测器包括：
[0138]
n阶信号能量检测单元，用于计算所述n阶信号的能量；
[0139]
直流分量计算单元，用于计算所述n阶信号的直流分量；
[0140]
直流干扰去除单元，用于将所述n阶信号的能量减去所述n阶信号的直流分量。
[0141]
可选的，所述直流分量计算单元，包括：
[0142]
直流分量计算子单元，用于计算所述n阶信号的绝对积分值，并计算所述绝对积分值的平均值，得到绝对积分平均值；
[0143]
干扰因子确定子单元，用于确定干扰影响因子；
[0144]
乘法子单元，用于将干扰影响因子和所述n阶信号的绝对积分平均值的二次方的值相乘，得到所述n阶信号的直流分量。
[0145]
可选的，基于所述n的值和预设的因素关系表，确定所述干扰影响因子；所述因素关系表征n与干扰影响因子的关系。
[0146]
可选的，所述n和干扰影响因子的关系是基于脉冲超宽带通信系统应用的环境进行设置的。
[0147]
可选的，所述n值是基于脉冲超宽带通信系统应用的环境确定的。
[0148]
本实施例的接收机，当接收到超宽带信号后，滤除频率带宽在所述超宽带信号带宽之外的干扰，得到滤除了带外干扰的超宽带信号；对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理，得到n阶信号；其中，n为大于等于2的正整数；基于非线性的方式降低n阶信号的干扰功率。这样，本实施例中，由于窄带干扰带宽远小于信号带宽，通过对滤除了带外干扰的超宽带信号进行n阶信号处理后，可以将超宽带信号中的窄带干扰搬移到零频和更高的频段，经过非线性处理单元后，位于零频的窄带干扰基本上被消除，位于更高频段的窄带干扰的幅度会得到很大程度的衰减。基于此，对脉冲超宽带通信系统进行超宽带信号通信时，对窄带干扰起到了很大程度的抑制作用。除此之外，对于外界环境或者系统运行中产生的一些噪声通过非线性的方式降低噪声功率，也对噪声的抑制起到了很好的效果。
[0149]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0150]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。