（通信与信息系统专业论文）gsmr测试接收机同频干扰检测与抑制算法研究.pdf

中文摘要 摘要： g s m 是全球使用最为广泛的一种无线通信标准，不仅在民用领域，也在铁路 g s m r 等专用领域发挥着极为重要的作用。中国铁路g s m r 系统工作在 8 8 5 8 8 9 9 3 0 9 3 4 m h z 频段范围中，共4 m h z 带宽。该频段曾为铁路g s m r 系统与 中国移动公众移动通信系统按地域共用，现在由g s m r 系统独享该频段。由于 g s m 网络布网较早，g s m r 频段独享后，g s m 与g s m r 网络的共用覆盖问题并 没有全部得到解决，所以中国移动g s m 增补频段的信号源仍是g s m r 网络的主 要干扰之一；同时，由于g s m r 网络的地形复杂，网络内部也存在同频干扰问题。 而g s m r 移动通信系统作为铁路专用移动通信系统，与公众移动通信系统g s m 不同的是它要求系统具有更高的可靠性和q o s 来保障列车的安全运行f 1 1 。因此， 本论文主要讨论如何在g s m r 测试接收机中检测和抑制g s m 网络对g s m r 网 络以及g s m r 网络内部的同频干扰，以实现g s m r 网络的清频。 本文主要是在深入学习研究文献 2 】的基础上，将该文献中的同频干扰检测和 抑制算法引入g s m r 网络，并根据该文献中的公式进行m a t l a b 程序【3 0 1 的编写， 仿真算法在g s m r 网络中的性能。 在研究的过程中，作者所作的贡献主要如下： 1 、同频干扰检测算法的研究与仿真。f r e d m ：在文献 2 】中提出了利用高斯白噪 声的正态性和干扰信号的相关性的两类同频干扰检测算法，作者运用概率论与数 理统计方面的知识对这些算法进行了细致的研究，发现文献中存在一些公式的错 误，并在仿真实现的基础上，对这些纰漏之处做出更正。 2 、对于t e r b i 算法和扩展的抑制同频干扰的v i t e r b i 算法的实现。作者在深 入研究文献 2 】中的t e r b i 算法和扩展的抑制同频干扰的t e r b i 算法原理的基础上 进行实现，并给出了相应的状态转移图和算法实现步骤。仿真对比各种算法在 g s m r 网络中的性能。 3 、同频干扰训练序列和相对载波序列位置的研究与仿真。匹配滤波算法可以 实现载波信号训练序列和位置的估计，f r e d r i k 在文献 2 中提出这种算法也同样适 用于同频干扰信号训练序列和相对载波序列位置的估计。本文中通过仿真加以验 证这种方法的正确性，并对文献中某些实现步骤做出修改，使之表述更为准确也 更利于实现。 4 、从硬件设计和软件设计两方面对u s b 接口的数据传输设计进行讨论，并给 出了详细的程序设计流程图。 关键词：g s m r 测试接收机；同频干扰检测；同频干扰抑制；d s p ；u s b ； 分类号：t n 9 2 9 5 a b s t r a c t a b s l 量己a c i ： g s mi st h ew o r l d sm o s tw i d e l vu s e dw i r e l e s sc o m m u l l i c a t i o ns t a l l d a r d ，n o to n l y u s e di nc i v i l i 锄a r e a s ，b u ta l s op l a yav e 巧i m p o r t a l l tr o l ei nr a i l w a yg s m - ra i l do m e r s p e c i a la r e a s c h i n ar a i l w a yg s m rs y s t 锄w o r k si n8 8 5 - 8 8 9 9 3 0 一9 3 4 m h z 仔e q u e i l c y 砌f l g e ，w i t hat o t a lo f4 m h zb 锄d w i d m ，w h i c hi s s h a r e dw i i ht h ep u b l i cm o b i l e c o m m 吼i c a t i o ns y s t 锄o fc b i n am 0 b i l eb yr e 百o n a st h ec o m m o nu s eo ft h e m ，s 0 g s mi so n eo fm em a i ni n t e r f 打e 1 1 c e st og s m - rn e 觚o r k b e i n gap r i v a t en e 觚o r kf o r r a i l w a ym o b i l ec o 聊m l i l i c a t i o ns y s t 锄，g s m rr e q u i r c sh i 曲e rr e l i a b i l i t ya n dq o s t o g u a r a n t e et l l e s a f eo p e r a t i o no fm en i a i n 【1 1 1 e r e f o r e ，t h j sp 印e rf i o c u s e so nh o wt 0 d e t e c ta n ds u p p r e s st h ec o c h 锄e li n t 刊h c i l c ew h i c hi si n 仃0 d u c e db ym eg s m n e t 、) l ，o r ki nag s m rr e c e i v 瓯 t 1 l i sa r t i c l ei sb a s e do na i li n d 印t hs t u d y 锄dr e s e a r c ho ft h el i t e r a t u r e 【2 1 t 1 1 e c o c h a n i l e l i n t 刊衙e n c ed e t e c t i o na n ds u p p r e s s i o na l g o r i 山：i la r ei n t r o d u c e dt 0g s m n e t w o r k s ，a i l dt h e i l 、】l ，d t em em a t l a bp r o 黟a ma c c o r d i n gt o t l l ef o m m l ai nm e l i t e r a n l r e ，s i m u l a t em ea l g o r i t h m sp e r f o m a i l c ei ng s m n e 眦o r k t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h ea n i c l ea r cf o l l o w i n g ： 1 r e s e a r c ha n ds i m u l a t et h ec o c h 锄n e li n t e r f - e r e n c ed e t e c t i o na l g o r i m m 1 1 1m e l i t e r a t u r c【2 ，f r e “kp r o p o s e dt w ot ) ，p e so fc o c h 锄e l i n t e 娟e r e n c ed e t e c t i o n a l g o r i t h m s n ef i r s to n ew a su s e dm en 0 肌a l i t ) ，o ft l l eg a u s s i a i lw l l i t en o i s e ，觚d 锄o t h c r 印p m a c hw 嬲t 0c h e c ki ft h e r ew 嬲a l l yc o v 撕a i l c eb e t w e e i ld i 岱西锄tt i m e1 a 笋 f o rm ei n t e r f 孤c e a r e rr c s e a r c h i n gc a r e 向1 1 yo fm e s ea l g o r i t l l i i l s i nd e t a i l s ，i c o 仃ec t i 甜s o m em i s t a l ( e so ft i l e i i la n ds i m u l a t e dt h ep e r f b m a l l c es i m u l t a l l e o u s l y 2 ，h n p l e m e n tt h ev i t e r b ia l g o r i m ma n di t se x t e n s i o na l g o r i m m st os u p p r e s st h e c o c h 锄e li n t e r l 研e 1 1 c e b 勰e do nt l l ei n d 印t hs t u d yt o 吐l ep r i n c i p l eo fm e s ea l g o r i m n s ， ih a dc o m p a r e dt h ep e r f o 锄柚c eo fv a r i o u sa 1 9 0 r i m m si ng s mn 前o r k 肌dg a v em e c 0 n e s p o n d i n gs t a t et r 锄s i t i o nd i a 鲫la n da l g o r i t l l i i ls t 印s 3 ，e s t i m a t et h ei n t e r f e r e r 旬r a i n i n gs e q u e l l c e 锄dp o s i t i o n f r e d r i kf i 母l r e do u tt l l a t m a t c h e df i l t e ra l g o r i 仉 i lc 锄u s e dt oe s t i m a t et 1 1 ec 0 - c h 锄e li n t 刊衙e i l c es i 印a l s n a i n i n gs e q u e n c e 锄di t sr e l a t i v ep o s i t i o n iv 舒f i e di tb ys i m u l a t i o n a n dg a v em e i m p l e m e n t a t i o ns t 印st om a k ei tm o r ea o 哪a t ea n d m o r ec o n d u c i v ct 0a c c 伽叩l i s l l i 】 1 e n t 4 ，d e s i g nu s bi n t e r f a c ed a t a 心锄s m i s s i o na n dg a v ead e t a i l e dn o w c h a r to f v p r o g 阳md e s i g n k e y w o r d s ：g s m rt e s tr e c e i v e r ；c o c h 猢e li n t 洳e n c ed e t e c t i o n ；c o - c h a l l n e l i n t 刮衙e i l c es u p p r e s s i o n ；d s p ；u s b c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 致谢 本论文的工作是在我的导师姚冬苹副教授的悉心指导下完成的，姚冬苹副教 授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两 年多来姚老师对我的关心和指导。 姚冬苹老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向姚老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，沈涛、张子淇等同学对我论文中的研究和仿 真工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 综述 1 1 课题的研究背景、内容和意义 全球移动通信g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm 0 b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 是1 9 9 2 年欧 洲标准化委员会推出的统一标准，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通 信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。目前g s m 系统的基础 性研究已经完成，并且随着经济的发展、城市规模的扩大，越来越多的人使用g s m 网络。 g s m 在公网之外也有广泛的应用，铁路综合数字移动通信系统( g s m r ) 借 鉴了公网g s m 技术，保留了g s m 的大体结构，使得从一开始g s m r 系统就是 一个成熟可靠的系统【3 1 。中国铁路g s m r 系统工作在8 8 5 8 8 9 9 3 0 9 3 4 m h z 频段 范围中，共4 m h z 带宽。该频段曾为铁路g s m r 系统与中国移动公众移动通信系 统按地域共用，现在由g s m r 系统独享该频段。铁路g s m r 系统使用该频段的 地域范围是：在直辖市、省会城市和计划单列市的城区，g s m r 系统协调的覆盖 范围应小于铁路轨道两侧各2 k m ，在其他地域协调的覆盖范围应小于铁路轨道两 侧各6 k m 。由于g s m 网络布网较早，g s m r 频段独享后，g s m 与g s m r 网络 的共用覆盖问题并没有全部得到解决，所以中国移动g s m 增补频段的信号源仍是 g s m r 网络的主要干扰之一：同时，由于g s m r 网络的地形复杂，网络内部也 存在同频干扰问题。而g s m r 移动通信系统作为铁路专用移动通信系统，它要求 系统具有更高的可靠性和q o s 来保障列车的安全运行。因此，本论文主要讨论如 何在g s m r 测试接收机中检测和抑制g s m 网络对g s m r 网络以及g s m r 网络 内部的同频干扰，以实现g s m r 网络的清频。 本文讨论的同频干扰检测和抑制算法【2 】具有以下理论和现实意义： 一方面，通过截取空中的g s m 无线信号，利用同频干扰检测算法对基站的信 号进行监测；并通过对干扰信号训练序列的估计定位出接收信号中存在的干扰源， 构建一套预警系统，实现g s m r 网络的清频，来使g s m r 通信更加安全可靠。 另一方面，本文在g s m 系统中对f r a d 缺的文献“h n e f 陆锄c er 句e c t i o na n d c h a n n e ld e t e c t i o ni nm o b i l ec o m m u l l j c a t i o n 冲的扩展t e r b i 等算法进行仿真，通 过g s m r 测试接收机自身的算法大大降低接收信号的误码率，提高接收机的接收 性能。 再者，作者发现f r e d r i k 在文献“i n t e r 衙e l l c er e j e c t i o na i l dc h 锄e 1d e t e c t i o ni i l m o b i l ec o m 彻m i c a t i o n 中有许多纰漏和语焉不详之处。这会给后来的研究者带来 一定的困难。本论文将尽可能准确详细的说明各种理论以及实现方法。 1 2 国内外关于干扰检测和抑制的研究现状 国外g s m 系统的研究起步很早，在上世纪9 0 年代就已经建立了g s m 商用通 信系统。国内的起步稍晚。g s m 的特殊领域应用国外也走在前列，我国近年来也 开始大力发展特殊领域如g s m r 网络的研究。 对于同频干扰的检测，文献 4 】 5 】讨论了b c c h 扫频和b s i c 解码技术，该技 术是通过连续扫描所有b c c h 频点并跟踪每一个频点上b s i c 的解码情况来判断 两个同频复用的基站是否会相互干扰。如果某一个频点在某一个较小的距离内解 出两个不同的b s i c ，则判定为有同频干扰。该技术并不是从接收业务信号中检验 同频干扰的存在，准确度不够。针对统计量是否服从正态分布，j a r q u e 和b e r a 在 文献【6 】中提出了的b e r a - j a r q u e 检验，k o l m o g o r o v 和s m i m o v 在文献 7 】中提出了 k o l m o g o r o v - s m i m o v 检验方法，s s s h 印i r o 与m b 、聃l k 在文献中 8 】中提出了 s h a p i i l k 检验法。f r e d m ：在文献“i i l t e r f e r e i l c er e j e c t i o n 锄dc h a n n e ld e t e c t i o n i nm o b i l ec o 蚴硼i c a t i o n ”【2 】中将上述方法与高斯白噪声的正态分布特性相结合，提 出了在e d g e 系统中运用j 下态分布检验方法实现对同频干扰的检测，同时，还提 出了利用同频干扰信号的相关性的协方差函数检验方法。 对于同频干扰的抑制，文献 9 】 1 0 】采用自适应天线方法，文献 1 l 】运用了天线 下倾技术，文献 1 2 】 1 3 】提到了功率控制方法，文献 1 4 】【1 5 】 1 6 】阐述了不连续发射 和扇区化等方法。这些技术对于网络中的同频干扰起到了一定的抑制效果，不同 程度上降低了网络的干扰，但这些技术都是在基站端进行的。州e s 于1 9 9 5 年在 文献 1 7 提出了联合信道估计和联合v i t e r b i 均衡算法来抑制网络中的同频干扰， f r e d 斌于2 0 0 5 年在文献“i n t e r 陆e n c cr e j e c t i o na l l dc h a n n dd e t e c t i o ni nm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ”【2 】中将之详细阐述，并将之运用于e d g e 系统中，比较了各种方法 的性能。 1 3 g s m 系统的帧结构和存在同频干扰的信道模型 g s m 系统采用统一的帧结构【1 8 】【9 1 ，这种统一的帧结构可以让终端开机后及时 入网和进行业务的传输。 1 3 1 g s m 系统的业务信道帧结构 2 g s m 时隙结构包含高帧、超帧、复帧、t d m a 帧和时隙5 个层面。时隙是构成 物理信道的基本单元；由时隙组成的t d m a 帧是占据频道带宽的基本单元；由 t d m a 帧构成的复帧是业务信道和控制信道进行组合的基本单元；由复帧构成的 超帧的时长是两类复帧的最小公倍数，因此两类复帧是超帧的基本单元。 1 高帧= 2 0 4 8 超帧= 2 7 1 5 6 4 8 t d m a 帧，高帧时长为3 h 2 8 m i n 5 3 s 7 6 0 m s 。 l 超帧= 1 3 2 6 个t d m a 帧，超帧时长为6 1 2 s 。 复帧有两种结构，一种是由5 1 个t d m a 帧构成的复帧，用于控制信道；一种 是由2 6 个t d m a 帧构成的复帧，用于业务信道。 图1 1 g s m 时隙结构 f i g u r e l 1s l o ts t m c 劬eo fg s m 本文主要研究的是业务信号的干扰，因此将主要介绍与之相关的业务信道。 在业务信道的时隙中传送的脉冲序列信号叫正常突发( n b ) 。n b 是g s m 系统中 最常用的突发，包括2 6 比特的训练序列和5 7 宰2 比特的信息位。训练序列具有良好 的自相关特性，用来做信道估计及其它一些参数的估计。 o 工廿型“划三 霹盛墨 、2 6 侣黜瓣复帧 匿剧蝈型捆、时。燃隅 ，。、- 。- 、i - _ - - ，- ，。_ ， ， _ - ， 、- - 、 7 ，、 ，7 7。_ ， 图1 2 g s m 正常突发结构 3 f i g u r e l 2 n o m a lb 啪ts 仃u c n 鹏f o fg s m 协议为n b 规定了8 种不同的训练序列，用t s c 0 7 来表示，序列如表1 1 所列。 相邻小区使用不同的训练序列。n b 的尾比特为全0 ，其用途是帮助均衡器判断起始 位和终止位。 表1 1 j 下常突发脉冲的8 种训练比特 t a b l e l 1e i g l l t 仃a i n i n gs e q u e n c e so f n b 序号训练比特序列 o 001o 0101 l1o0 0 o100 o1ool01 1l 】 1 o01o1 l01 1101 11 1oo 01o1 10l 11 】 2 01o o0 01 1101 l1o1oo10 o001 11o 】 3 【o1o 0o1 1l 101 1010o 0looo1 11 lo 】 4 oo0l lo1ol 1 lo o1o0 00 o1 10l01l 】 5 010 01 1lo1o1 1oo 00 oloo1 ll0lo 6 【lo10 01 11 1 lo1 10o0101oo1 11 11 7 1 1 101 11 1oo o10 o101 110111 1oo 】 1 3 2 存在同频干扰的g s m 系统信道模型 当信号从g s m 基站全向发射时【2 1 ，接收机中不仅能收到从基站发出的直射信 号，更有经过建筑物、i j j 体后的反射信号和绕射信号，这些信号经过不同的衰减 和延时到达接收机中，共同构成一个无线信道。图1 3 中给出了一个典型的信道模 型图。 图1 3 无线信道典型图例 f i g l l r e l 3 a nt y p i c a le x a m p l eo f r a d i oc h a 衄e l 4 图1 3 中接收信号可以表示成 少( f ) = p ( f ) 矗o f 矽f ( 1 1 ) o 其中 ( f ) = 矗：艿( f r 。) 是信道的冲激响应，i i l ：反应了某一径信号的衰落和相 位的改变，万。一t ) 反应相应的时延。h ( f ) 是从基站而来的发送信号，下文中称 之为载波信号。 该模型的离散形式为 y 。：羔咖州 ( 1 2 ) ，= 0 在此假定移动终端中只有一根天线，并且接收信号以符号率进行抽样。式中h 表示信道长度，与最大时延有关。 移动通信系统中的信道并不是理想信道，其中还存在各种随机噪声，包括大 气噪声、模型误差、基站收发信台和移动终端的电子噪声等。在本文的描述中， 将这些独立的随机噪声用随机信号吼表示，其中q n 【o ，盯：) 。同时因为频率复用， 相同频率的其他基站和移动终端也会对接收机信号造成干扰。这种干扰称之为同 频干扰。加入同频干扰和噪声的信道模型应表示为： y 七；如，笠三鼓夕，v 黔“ 户。 州- l 户o ( 1 3 ) 式1 3 中m 表示干扰源的数目，影) 是从干扰源发送的离散信号形式， g ，= o ，三汐一1 表示每一径干扰信道的衰减。通常情况下干扰是非常微弱的，将 之归入噪声占。进行处理，而在市区环境中因为对系统的高容量要求而使基站紧密 分布，形成同频信号间的强干扰。本文的目的就是降低这些强干扰的影响，更准 确的检测到发送基站的载波信号z j i ，借此提高通信链路的质量。 在本文的研究中，将离发送基站较远而相对较弱的同频干扰信号归入噪声s 七 中，而只考虑离发送基站较近的一个强干扰。这样信道模型简化为 y i = 篷么，阱，+ 1 9 ，班一，+ “ ( 1 4 ) j = 曲 = 岛 此公式中引入g m s k 调制的线性近似和解旋的概念，经过解旋后，信号的符号 集合为f l ，1 ，因此可将高斯滤波、无线信道以及接收机中的匹配滤波均归入信 道 ，g ，中，v 七牺七，而y 七为解旋后的接收数据。关于线性近似和解旋的相 关理论和仿真请参见论文 2 0 】。 本论文中，假定干扰基站至少2 0 次连续正常突发都采用相同的训练序列并且 干扰信号与载波信号间的相对位置变化很慢，处理中假定相对位置不变。另外， 在本论文中假定已经实现了位同步。 5 对于正常突发信号，由于g s m 系统的统一帧结构，载波信号与干扰信号采用 的突发结构相同，但相对位置关系可以分成以下三种情况： 坚兰二旌三匿黼号 障了忑一 1 ：二磊： 1 ：五二i 一网同频干扰信号 陵： 竺竺! 竺上罡竺竺竺+ _ 竺攀竺剧同颏十玩佰亏 r 嚯互三三三三二二二二曰i 基三三二口三三三三 载波信号 b ! 址竺悭竺山竺竺刖载波信号 j 巫 正三三】 麟干扰信号 l ：比i 5 7 位加密比特川桃谢练序刖滟加密比特l ! 载波信号 一i 熊l ui 壁 i： v 障可二二五i i i 二；i _ t 磊：五- 1 同频干扰信号 1 尾比15 7 位加密比特i l2 6 位谢练序列2j 1 l5 7 位加密比特l 尾比l l j ，哭- v u l 日7 恒一l 一一一一i l 一一l l 一一一一 i ! j 图1 5 载波训练序列与干扰训练序列的相对位置 f i g u r e l 5 t h ed i 您渊1 tp o s s i b i l i t i e sf o rt h er c l a t i v ep o s i t i o no f m et r a i n i n g s e q u c e so f l ec a r f i e r 锄dt h ei n t e r f e r e r 在图1 5 中，显示了载波信号j 下常突发和干扰信号正常突发的三种相对位置关 系。图1 5 中a 情况表示载波训练序列和干扰训练序列完全重叠，情况b 表示载波训 练序列与干扰训练序列部分重叠，情况c 表示载波训练序列与干扰训练序列完全不 重叠。另外，如图1 5 所示，本文只考虑载波信号和干扰信号训练序列不相同的情 况。 1 4 论文主要贡献和章节安排 本论文主要是将同频干扰检测和抑制理论【2 】与g s m 系统的特点相结合，寻找适 合在g s m r 测试接收机实现的干扰检测和抑制方法。主要贡献如下： 同频干扰检测算法的研究与仿真。f r e d r i k 在文献 2 】中提出了利用高斯白噪声 的正态性和干扰信号的相关性的两类同频干扰检测算法，作者运用概率论与数 理统计方面的知识对这些算法进行了细致的研究，发现文献中存在一些公式的 错误，并在仿真实现的基础上，对这些纰漏之处做出更正。 夺对于v i t e r b i 算法和扩展的抑制同频干扰的v i t e r b i 算法的实现。作者在深入研 究文献【2 】中的t e r b i 算法和扩展的抑制同频干扰的t e r b i 算法原理的基础上 对其进行实现，并给出了相应的状态转移图和算法实现步骤。仿真对比各种算 6 法在g s m 网络中的性能。 同频干扰训练序列和相对载波序列位置的研究与仿真。匹配滤波算法可以实现 载波信号训练序列和位置的估计，f r e d r i k 在文献 2 】中提出这种算法也同样适 用于同频干扰信号训练序列和相对载波序列位置的估计。本文中通过仿真加以 验证这种方法的正确性，并对文献中某些实现步骤做出修改，使之表述更为准 确也更利于实现。 u s b 接口的数据传输设计。针对已开发的测试接收机，需要将数据从d s p 端输 出到p c 端，以便进行数据的检测。本文从硬件设计和软件设计两方面对u s b 接口的数据传输设计进行讨论，并给出了详细的程序设计流程图。 论文分成以下六个主要部分： 第l 章简述国内外干扰检测和抑制技术的发展现状，课题研究的内容、背景与 意义和论文的主要工作，并给出了存在同频干扰的g s m 系统信道模型。 第2 章详细介绍了文献 2 】中提出的正态分布检验和利用干扰数据相关性的协方 差函数检验两类方法。讨论并仿真比较了在上述两类方法的基础上衍生出的8 种检 测方法的性能，以便选择性能优越的方法用于g s m r 测试接收机中实现同频干扰 的检测。 第3 章首先阐述了t e r b i 算法，t e r b i 算法只是在有码间干扰情况下具有最小差 错概率的一种解调方案，当网络中存在同频干扰时，文献 2 中对该算法进行扩展， 提出了联合v i t e r b i 算法和带反馈判决的联合t e r b i 算法，本章中详细说明了这两种 方法的具体实现方法，最后仿真比较这3 种方法的性能。 第4 章中采用匹配滤波的方法对干扰的训练序列和相对位置进行估计，因为载 波信号的干扰作用，扩展的算法中将载波信号信息从接收信号中消去，以提高估 计的准确性。 第5 章从硬件设计和软件设计两个方面对于u s b 数据传输进行阐述，详细介绍 了数据的处理流程，经过测试，调试后的程序能够实现数据的传输。 第6 章总结了本文已经完成的工作，并指出下一步有待完成的工作。 7 2 同频干扰的检测理论与仿真 在进行干扰抑制之前，首要解决的问题是对干扰信号的检测。如果通过干扰 检测算法能够肯定干扰不存在，则不需要进行应对干扰的抑制算法，从而减少功 率的损耗。另外，如果能够肯定干扰不存在，就不需要在信道模型中引入g j 一， 以避免带来更多的误差。 7 本章讨论了文献 2 】中提出的两种类型干扰检测方法。第一类方法是鉴定余项 耽一衙1 五，“七一，的正态性。如果该余项服从高斯分布，那么接收信号中就不存在 干扰项锤i l g ，v t 一，。第二类方法是鉴定信号的互相关性。如果接收信号与之延迟 信号的互相关函数比载波信号项钶1 ，“| 一，的自相关函数大或者余项 y 七一苗1j l l ，“t 一，具有相关性，则由高斯白噪声的不相关特性能判断出于扰的存在。 本章运用很多概率论的知识，具体请参见文献 2 1 】【2 2 】。本章给出两个相互对 立的假设： 日o ：不存在干扰， g i = o ，= o ，厶；一1 日l ：存在干扰， j g i o ，= o ，上g 一1 2 1 正态分布检验 早在上世纪7 0 年代，就已经出现检测统计数据是否服从j 下态分布的方法【2 3 1 ， 但并没有将之运用于干扰检测领域。f r e d d k 在文献“i n t 棚c er e j e c t i o na n d c h a l l l l e ld e t e c t i o ni nm o b i l ec o 删1 l u n i c a t i o n ”【2 j 中将正态分布检验方法与e d g e 通 信系统的信号相结合，提出对接收信号与估计信号的余项 旷驴笞伽纠2 簪以_ ，+ 挚一州协 ( 2 1 ) 进行正态分布检验，验证干扰信号的存在与否。如果信号估计误差 。篁，一j ；，弦女一知小于高斯噪声忙。 ，那么在不存在干扰的情况下，余项近似服从 高新分布。反之，如果在信道估计足够准确的情况下，余项不服从高斯分布，那 么就可以假定干扰存在。 基于以上理论，论文中在干扰不存在的情况下，运用各种检验方法计算出各 种统计量在o 1 和0 0 5 置信水平下的分位点值，当接收信号余项在各种检验方法 下的统计量超过了其分位点值，则判定该信号中存在同频干扰。 2 1 1 b e r a _ ja r i q u e 检验 8 b e r a j a r q u e 检验是由j a r q u e 和b e r a 在1 9 8 7 年提出的【6 1 ，j a r q u e 和b e m 证明 了在正态性假定下，统计量b 渐进的服从自由度为2 的卡方分布。若b 超过了某 显著性水平下的分位点值，则拒绝正态分布h 。假设，反之，接受h 。假设。 b e r a j a r q u e 检验考察的是数据的三阶中心距和四阶中心距。假定。是随机变 量x 。，后= 1 ，n 的m 阶中心距。则 m = 研( x 一研x t ) “】，竹2 ，七= l ， ( 2 2 ) x 。在本论文中表示的是余项n ，在不存在干扰以及信道估计足够准确的情况 下，x 。服从高斯分布( o ，仃：) ，即有研x 。 - o ，v 尼。那么。就可以表示成： 1 丘用2 专舌嚣 ( 2 3 ) 假定 6 l = 景6 2 = 笔一3 22 ( 2 4 ) 对于独立同分布的高斯随机变量x t ( o ，盯2 ) ，可以由中心极限定理和 s l u t s k y 理论得出6 l ( o ，6 忉，6 2 ( o ，2 4 忉，那么对于统计变量 b = 詈两芝+ 主三6 2 2 【，i e s t - i 】 ( 2 5 ) 由随机变量x 七的对称性可知p ，近似于o ，因此可以形成新的统计量 b s y i i i2 云6 2 z 【t e s t i i 】 ( 2 6 ) 由卡方分布的定义可知b 服从自由度为2 的卡方分布，b 一服从自由度为1 的卡方分布。 t e s t i 和t e s t i i 都依赖于大量的样本数据，但由于训练序列和突发长度的限 制，本论文中采用m o n t e - c 砌。方法【2 4 】来替代。本文中采用循环1 0 6 次的m o n t e c 砌。 方法，分别找出显著性水平为o 1 和o 0 5 时统计变量b 和b 。啪的分位点值，当实 际数据形成的统计变量值超过分位点值时，拒绝正态分布h o 假设，即判定系统中 存在同频干扰。 9 6 5 4 罢 蒿 3 a 3 2 b 51 03 0 5 01 3 s a m p i es - z e 图2 1 b e r a j a r q u e 检验仿真数据以及卡方分布数据的分位点值 f i g u r e 2 1s i m u l a t e da 1 1 da s y r i l p t o t i cq u a l l t i l e sf o rb e r a - j a r q u et e s t 图2 1 中横坐标表示样本数据的个数，纵坐标表示分位点值。图中b 表示的是 t e s t i 的仿真结果，横线表示的是自由度为2 的卡方分布在显著性水平为0 1 和o 0 5 下的分位点值，曲线表示的是统计变量b 在显著性水平为o 1 和o 0 5 下的分位点 值。图中b 。v m 表示的是t e s t i i 的仿真结果。横线表示的是自由度为1 的卡方分布 在显著性水平为0 1 和o 0 5 下的分位点值，曲线表示的是统计变量b 。啪在显著性 水平为0 1 和0 0 5 下的分位点值。 仿真显示在不存在干扰的情况下，统计量渐近的服从卡方分布，并且随着统 计变量数目的增加，统计量的逼近程度更甚，也进一步证明了b e r a j a r q u e 检验适 用于g s m 系统同频干扰的检测。 2 1 2 k o l m o g o r o v s m i m o v “l l i e f o r s 校验 本节的检验方法是基于文献 2 5 】所提出的l i l l i e f o r 检验方法的，而l i l l i e f o r 检 验方法是k o l m 0 9 0 r o v s m i m o v 检验【7 】方法的引申。k d l m o g o r o v - s m i m 0 v 检验是检 验样本数据是否服从某一分布，而l i l l i e f o r 检验方法是检验样本数据是否服从正态 分布。这两种方法都是通过数据的经验累积分布和某一确定分布函数的最大距离 来实现的，当样本数据的经验累积分布函数逼近于某一确定分布函数时，就认为 数据服从该种分布。 l o 由于高斯白噪声的对称分布和期望为0 的特点，文献 2 】中对“1 l i e f o r 检验方 法做出修改，用随机变量x 的绝对值i x i 的概率密度函数来代替x ，这种修改可以 使检验的准确度更高。另外，还将统计量最大距离乘以，使统计量更快的趋于 稳定。 当风为真时，x ( o ，盯2 ) ，i x i 的概率密度函数和分布函数为 ， 一王 几l ( x ) 2 赢产2 x o2 i ( 加2 ( 言) 。1 卅一咖( 去) o q 名 其中( x ) 表示标准正态分布的概率分布函数。 统计量为砒= 万m a x i i ( x ) 一墨( z ) l 【t e s t i i l l ( 2 9 ) 其中s ( 力表示y 的经验累积分布函数，y = f x i s ，s 为随机变量x 。的样本标 准差。 本文采用循环1 0 6 次的m o n t e c a l l o 方法，仿真结果显示，当样本值大于7 时， 统计变量趋于稳定。 旦 = c 侣 3 o 图2 2 k o l m o g o r o v s m i m o v l i l l i e f o r s 检验仿真数据的分位点值 f i g u r c 2 2 s i m u l a t e dq u a n t i l e sf o rk o l m 0 9 0 r 0 v - s m i m o v - l i l l i e f o r st e s t 图2 2 中横坐标表示样本数据的个数，纵坐标表示分位点值。曲线表示的统计 变量汛在显著性水平为o 1 和o 0 5 下的分位点值。 2 1 3 s h a p i r o w i l k 检验 s h a p i r o w i l k 检验法【8 1 是s s s h 印i r o 与m b w i l k 在1 9 6 5 年提出的，采用顺 序统计量w 来检验分布的j 下态性。对研究的对象总体，先提出假设认为总体服从 正态分布，再将样本量为n 的样本按大小顺序排列编秩以，然后计算样本量为n 时所对应的系数b ，根据特定公式计算出检验统计量w 。当正态性假设矾成立时， w 的值应接近于l ，如果w 的值接近于0 ，则可以拒绝正态性假定凰。 ，、2 l 钆以l 统计量形= 坐l 百 t e s t - i v 】 ( 2 1 0 ) ，、 。 。 l k 一孑) i 式子中i 表示样本均值，s h a p i 倚j w j l k 检验的原理比较复杂，文献【2 6 2 7 】将 之简化，简化后的系数6 ：善，其中矩阵m 的第k 个向量朋七为 所t ：一1 ( 后( + 1 ) ) ，七：k ，$ ( x ) 是标准正态分布的概率分布函数。 本检测方法采用循环1 0 6 次的m o n t e c 训。方法，仿真结果图2 3 所示： o 言 c 3 a 0 9 8 351 02 03 05 01 0 02 0 03 0 0 s a m d i es i z e 图2 3 s h a p i r o - 、矾l k 检验仿真数据的分位点值 f i g u r e 2 3s i m u l a t e dq u a “1 e s 如rs h 印i r 0 - w i l kt e s t 图2 3 中横坐标表示样本数据的个数，纵坐标表示分位点值。曲线表示的统计 1 2 变量w 在显著性水平为0 1 和0 0 5 下的分位点值。 如图2 3 所示，当n = 7 时，出现低谷值，文献 2 中也出现同种情况，但没有给 出相关解释。作者查找国内外相关文献，并试图从高等数学的知识做出解释，但 由于水平有限，目前为止仍未找到合理解释。 2 1 4 利用g m s k 信号特征的检验 在g m s k 系统中，可以利用g m s k 调制的线性近似和解旋的概念1 2 0 1 ，将高斯 滤波、无线信道以及接收机中的匹配滤波均归入信道j j l ，g ，中，从而可以近似于 “t ，1 ，七助豇。而无线信道中，信号的能量集中在主径中，因此本检验方法中【2 l 将 之简化，只考虑干扰信号的主径信息g o 来代替。 当信道估计非常准确时( 日= 日) ，余项可表示为 铲y 七一篆1 枷圹刚i i + l 和，一枷q 协_ g o ”驴g 。 卜七 ( 2 1 1 ) 因为靠( o ，2 ) ，余项倍的概率密度函数为 壁遂 一! ! ，g o 兰 厂r ( 曲：f p 弛2 + f p2 吁，x 尺 ( 2 1 2 ) j 2 c r s j 2 兀j 2 r o s n j 2 靠 余项临的绝对值的概率密度函数为 一! 兰二野! 三一( x + g o ) 三 水) = 赤p2 蠢+ 赤p 2 町砧。 ( 2 1 3 ) 当干扰不存在时，g o = 0 ，因此有 刺：警和砌删：掣 成 圭述夏一统计量可以用| _ j = 铂印s j = 志剖刊；4 进行估计。当样本数 据的个数n 很大时，由中心极限定堙可得 ( e m 砌删聊 ( 2 1 4 ) 锦( 加 ( 2 1 5 ) 由式2 1 4 和t 检验的知谢1 3 】可形成统计量 小揣船 t - 眩 由式2 1 5 和卡方检验的知识【1 3 1 可形成统计量 1 3 一2 =鼎一 硼叫 相应的接受域和拒绝域分别为 嚣： ? 者妻毋和嚣：l ? 老妻荔 仿真采用循环1 0 6 次的