一种OFDM信号中短时脉冲干扰的识别抑制方法与流程
本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种ofdm信号中短时脉冲干扰的识别抑制方法。
背景技术：
正交频分复用技术(ofdm)由于具有较高的频谱利用效率，已经成为了很多有线或无线通信系统所采用的通信技术。通信系统在通信过程中，不可避免会受到各种类型干扰的影响，短时脉冲干扰是其中很常见的一种干扰方式，在无线通信系统中更为常见，如车载通信、智能电网通信、水下通信、蜂窝通信等。脉冲干扰的来源多样，包括汽车的点火装置、电器设备的开关、大气中的闪电等。
脉冲干扰在时域上具有随机突发性、持续时间短、干扰幅值高等特点，对于短时脉冲干扰，目前常规的应对策略是信号发送方采用信道交织和信道编码，其核心机制是通过对短时脉冲造成的连续错误信息的分散和错误纠正来提高译码性能。但是对采用ofdm体制的通信系统而言，在对接收信号进行傅里叶变换的过程中，仅在时域上占据较小比例的脉冲干扰信号的能量会扩散到所有的频域信号上，从而造成较大区域的译码错误，使得接收信号的译码性能急剧下降，导致出现比其他单载波通信系统更加严重的性能衰减；除此之外，如果脉冲干扰信号正好位于承载了导频信号的ofdm符号上，还会严重影响该符号及其附近一些符号的信道估计的精确性，进一步恶化信号接收性能。因此如何抑制ofdm系统中的脉冲干扰已成为近年来通信领域的研究热点。
由于短时脉冲干扰信号会造成通信信号的局部信号的幅度较大，因此通过阈值来进行脉冲干扰信号的能量抑制是一种行之有效的方法，但是由于ofdm信号在时域上具有高峰均比，且信号在信道上的多径传输、无线信道的时变性和接收机内在噪声等因素会给脉冲干扰的存在性和时域位置的定位带来较大的干扰，难以获得最优的阈值计算结果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可以提高接收信号译码性能的ofdm信号中短时脉冲干扰的识别抑制方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种ofdm信号中短时脉冲干扰的识别抑制方法，包括以下步骤：
s1、脉冲干扰识别步骤；
a.接收端接收信号，接收信号中含有k个ofdm符号，将接收信号去掉循环前缀后得到时域信号，对时域信号进行傅里叶变换，得到对应的频域信号，分别计算k个ofdm符号的频域信号的能量值；
b.从第1个ofdm符号开始，依次计算相邻的两个ofdm符号的频域信号之间的能量比以及均方误差值；
c.将k个ofdm符号的频域信号的能量值按从大到小的顺序进行排序，将排在后一半位次的ofdm符号判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号；
d.基于被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号，对其余未被判决的ofdm符号进行判决，判断其中是否存在被脉冲干扰的符号，判决过程如下：
对于某个被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号，分别判断与其相邻的两个ofdm符号是否受到脉冲干扰，位于该未受到脉冲干扰的ofdm符号左侧的ofdm符号，判断其是否受到脉冲干扰的条件为：
重复以上判决过程，直至所有被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号的左侧和右侧都没有未判决的符号；
s2、干扰抑制步骤；如果接收端接收到的所有k个ofdm符号都判决为无干扰符号，则认为本次信号接收失败，将接收失败的结果进行报送，如果接收到的ofdm符号中存在被判决为有干扰的ofdm符号，对所有被判决为有干扰的ofdm符号执行脉冲干扰抑制，步骤如下：
对于某个被判决为有干扰的ofdm符号，按以下方法进行削峰去噪处理：
所有被判决为有干扰的ofdm符号都经过去噪处理后，得到新的接收信号，接收端将新的接收信号重新进行信道估计和信道译码，将译码结果进行报送。
更具体的，当所有被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号的左侧和右侧都没有未判决的ofdm符号，但仍存在未判决的ofdm符号时，对于某个未判决的ofdm符号，假设其为第a个ofdm符号，按以下判断条件进行判决：
更具体的，相邻的两个ofdm符号的频域信号之间的均方误差值
更具体的，判断阈值c等于所有均方误差值中最小值的2倍。
由以上技术方案可知，本发明方法在信号接收端的信号处理过程中引入了短时脉冲干扰信号的识别和抑制不住，基于相邻ofdm符号的频域信号的能量比值和频域信号的均方误差值的变化情况来综合对接收信号中的短时脉冲干扰信号的存在性和时域位置进行高准确性的识别，并据此实现基于自适应阈值的脉冲干扰能量的抑制，从而提高接收信号的译码性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为两个被判决为有干扰的ofdm符号之间存在未判决ofdm符号的示意图；
图2为对本发明方法进行仿真时接收到的时域信号的幅度情况图；
图3为对本发明方法进行仿真时16个ofdm符号的相邻符号之间的能量大小比值曲线图；
图4为对本发明方法进行仿真时16个ofdm符号的相邻符号之间的mse值曲线图；
图5为采用本发明方法所得到的去噪限幅阈值情况图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
对于采用相位调制技术(psk)的ofdm通信系统来说，一个ofdm符号中具有n个子载波，其在频域上的发送信号为x＝(x1,x2,…,xn)t，(·)t表示向量转置，发送端的频域信号x经过逆傅里叶变换后，转换为时域上的ofdm信号x＝f*x＝(x1,x2,…,xn)，其中，f表示归一化后的离散傅里叶变化矩阵，f*表示矩阵f的共轭转置操作。发送端的时域信号x插入长度为m的循环前缀后信号后记为
接收端接收到的接收信号
从接收端的频域信号r的表达式可以看出，短时脉冲干扰信号i虽然在时域上持续时间短，但接收端在没有进行去噪的情况下对接收信号进行傅里叶变换时，脉冲干扰能量将扩散至所有频域信号上，从而导致信号译码性能的下降。
从理论上说，由于短时脉冲干扰信号i会造成接收信号在时域上的局部位置出现大量幅度较大的点，因此对这个区域上信号进行削峰处理是一个简单有效的去噪机制。但是在实际应用过程中必须解决如下问题：
1、ofmd信号具有高峰均比特性，因此其时域发送信号自身就可能出现幅度起伏的情况，给脉冲干扰的存在性判断带来影响；
2、信号的多径传输以及接收机噪声会进一步加剧接收信号的幅度起伏情况；
3、无线信道一般具有较强的时变性，而脉冲信号的出现次数和瞬时幅值都是一个随机过程，因此基于固定阈值的去噪机制灵活性差，去噪效果不理想；
4、在信道情况变化较快的情况下，如果信号长度较长，则在时间轴上相差较远的信号的衰落情况差异较大，导致在没有受到脉冲干扰的情况下，不同ofdm符号也可能出现明显的能量起伏情况，因此单一依靠能量大小来判断接收符号是否受到脉冲干扰的准确性较差。
对于可能受到短时脉冲干扰且采用相位调制的ofdm通信系统，一个没有受到脉冲干扰的ofdm符号和一个受到脉冲干扰的ofdm符号在频域信号幅度上存在差异性，本发明方法在接收端的信号处理流程中利用相邻ofdm符号之间的能量比值和频域信号之间的均方误差值的变化情况来综合判断脉冲干扰的存在性，并据此实现自适应阈值的去噪。在接收端，如果某次接收的分组信号的crc检测结果为错误，则认为其可能受到短时脉冲干扰，则对其进行短时脉冲干扰的识别和噪声抑制。
下面对本发明的ofdm信号中短时脉冲干扰的识别抑制方法做进一步的说明，本发明方法包括以下步骤：
s1、脉冲干扰识别步骤；
a.接收端接收到的接收信号中含有k个ofdm符号(k≥2)，将接收信号去掉循环前缀后，得到时域信号
b.以1个ofdm符号为基本处理单位，从第1个ofdm符号开始，分别计算相邻的两个ofdm符号的频域信号之间的能量比rk以及计算相邻的两个ofdm符号的频域信号之间的均方误差值msek，相邻的两个ofdm符号的频域信号之间的均方误差值msek在一定程度上表示了这两个ofdm符号的频域信号(第k个ofdm符号的频域信号和第k+1个ofdm符号的频域信号)之间的平均差异，该数值越大说明两个信号之间的差异越大；如果两个相邻的ofdm符号都没有受到脉冲干扰，由于相邻时间较近，两个符号在相同子载波上的衰落值比较接近，则对应的msek会相对较小，如果两个信号中只有一个信号受到脉冲干扰，则对应的msek相对较大，如果两个信号都受到脉冲干扰，考虑不同信号上干扰信号的非相关性，则对应的msek也应该相对较大；
c.将k个ofdm符号的频域信号的能量按从大到小的顺序进行排序，考虑到脉冲信号在时域上具有稀疏特性，可以认为接收信号中只有较低比例的ofdm符号可能受到了脉冲干扰，因此将从大到小排序后，排在后一半的ofdm符号判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号，对这些ofdm符号进行编号，index_no＝[i1,i2,…,ik/2]；
d.基于被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号，对另一半未被判决的ofdm符号(即从大到小排序后，排在前一半的ofdm符号)进行判决，判断其中是否存在被脉冲干扰的符号，判决过程如下：
对于1个被判决为未受到脉冲干扰的ofdm符号(假设该未受到脉冲干扰的ofdm符号为第k个ofdm符号)，分别判断与其相邻的两个ofdm符号是否受到脉冲干扰，对于位于该未受到脉冲干扰的ofdm符号左侧的ofdm符号(第k-1个ofdm符号)，判断其是否受到脉冲干扰的条件为：
以上判决过程完成后，仍可能存在一些符号仍未判决，即位于两个被判决为有干扰的ofdm符号之间的未判决ofdm符号(如图1)，对于某个未判决的ofdm符号，假设其为第a个ofdm符号，按以下判断条件进行判决：
s2、干扰抑制步骤；如果接收端接收到的所有k个ofdm符号都判决为无干扰符号，则认为本次信号接收失败，将接收失败的结果进行报送，如果存在被干扰的ofdm符号，则依次对这些被干扰的ofdm符号执行脉冲干扰抑制，方法如下：
对于某个被判决为有干扰的ofdm符号，假设其为第c个ofdm符号，其是根据未受脉冲干扰的第d个ofdm符号进行判决的，即在脉冲干扰识别步骤的子步骤d中，是通过第d个ofdm符号判决出第c个ofdm符号为有干扰符号，该第d个ofdm符号为与第c个ofdm符号对应的判决符号；
根据前面的判决条件可知，当一个ofdm符号有干扰时，受到干扰的ofdm符号的能量值和无干扰的ofdm符号的能量值的比值大于2，即
用去噪处理后的时域信号
从脉冲干扰识别步骤可以看出，本发明的脉冲干扰识别的设计思想是，短时脉冲干扰虽然具有随机突发性，但其在时间轴上具有稀疏性，因此在一次分组信号发送中，受到短时脉冲干扰的符号比例较低(如果较高，则即使正确识别且进行噪声阈值抑制，仍会超出一般信道编码的纠错能力，无法改变译码错误的结果。)，因此默认接收信号能量较小的一半符号没有受到干扰，然后利用相邻符号相同子载波的频域衰落系数比较趋同的特性，利用在时间轴比较接近的无干扰符号和待判决符号之间的能量比值和均方误差值来判决符号是否受到脉冲干扰，从而保证算法对脉冲干扰的存在性和时域位置判断的高准确性。
在干扰抑制步骤中，去噪方法的基本思路是利用临近无干扰的符号的能量作为基准，对受到脉冲干扰的区域信号进行幅度削峰处理，处理后的新信号的能量值和无干扰信号保持相同，从而最大程度的抑制脉冲干扰的信号能量，降低了有干扰信号对无干扰信号的信道估计和译码影响，提升了信号整体的接收性能。
下面使用matlab软件的仿真工具对本发明方法的脉冲干扰识别和自适应阈值去噪的效果进行验证。
仿真的信号参数为：采用bpsk调制，子载波格式512个，循环长度为1/8个符号，一次分组信号发送含16个ofdm符号，信道为awgn信道，分组信号在时域上的某两处分别受到长度为发送信号5％比例的脉冲干扰信号干扰，干扰信号满足高斯分布，其中无干扰区域的信噪比为0db，受到脉冲干扰的区域的信噪比为-8db和-10db。受到2处短时脉冲干扰的接收到的时域信号的幅度情况如图2所示，干扰信号的起始位置分别为2000和7000。
而针对上述信号，16个ofdm符号的相邻符号之间的能量大小比值情况如图3所示，16个ofdm符号的相邻符号之间的mse值情况如图4所示。从图3和图4的结果可以看出，接收信号中的两处短脉冲干扰信号导致相邻符号之间的能量比值和mes值都出现了局部极大值和局部极小值，而在那些无干扰符号之间，相关值则基本趋同。图5为采用本发明方法所得到的去噪限幅阈值情况图。根据以上仿真结果综合表明，同无干扰符号之间相比，短时脉冲干扰信号会导致无干扰符号和有干扰符号之间的能量比值和mse值出现差异，而基于两个特征来综合进行干扰识别的方法具有较强的适应性，从而保证了判决方法的高准确性，同时采用自适应机制的去噪阈值可以灵活应对不同强度和经历快速变化的时变信道的接收信号，既可以有效去除脉冲干扰区的干扰能量，同时没有对未干扰区的信号产生影响。
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范围。
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