一种基于OFDM的低PAPR多音干扰信号设计方法与流程

本发明属于通信对抗和信号处理领域，涉及一种基于ofdm的低papr多音干扰信号设计方法。

背景技术：

1、在现代军事通信中，保密性是尤为关键的，现代军事通信中大多以跳频通信、扩频通信等多种通信方式实现保密，其频点具有非均匀的特点，为了准确地针对敌方跳频电台的多个目标频率进行干扰，需要快速产生多音干扰信号，技术需求有两点：(1)由于敌方可能随时改变其通信频率，因此，生成多音干扰信号的过程需要尽可能快，以便能够及时对敌方的多个目标频率进行干扰；(2)多音干扰信号papr低，这是由于当干扰信号的papr较高时，意味着信号的瞬时功率远大于平均功率，导致干扰设备中的功率放大器等部件需要更大的动态范围，从而影响效率。通过降低papr，可以提高多音干扰信号的输出功率和效率，同时减少对干扰设备硬件的要求。

2、多音干扰信号是针对多个目标频率进行干扰，其设计方法大都基于正交频分复用(ofdm)技术。ofdm是一种多载波调制技术，可以通过快速傅里叶变换实现ofdm系统的调制与解调，提高了频谱的利用效率，它通过将数据分散到多个相互正交的子载波上进行高速传输，灵活地分配子载波的幅度和相位，便于调整信号特性以适应不同的通信需求。由于在ofdm系统中多个子载波信号叠加，ofdm信号具有papr高的特点。目前，针对ofdm信号的papr降低方法主要包括：(1)最速下降法，”降低频率非等间隔梳状谱干扰信号的峰均功率比研究[j].电子信息对抗技术,2015,30(02):41-44+49.”公开了一种利用数学上的最速下降法负梯度搜索目标函数，计算得到一组最优初始相位，进而降低频率非等间隔梳状谱干扰信号papr的方法。但当子载波个数n>10时，该方法所得到的papr值均在3db以上。

3、(2)免疫算法，”基于免疫算法的非等间隔梳状谱信号峰均功率比抑制研究[j].舰船电子对抗,2013,36(06):61-63+77.doi:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2013.06.023.”

4、公开了一种模拟生物免疫系统的搜索算法,在papr领域用于搜索最优的子载波初始相位组合，以降低信号的papr。但由于需要多次迭代求得最优解，故降低非等间隔干扰信号papr速度较慢。

5、(3)newman相位优化法，”一种降低多载波干扰信号峰均功率比的改进算法[j].火力与指挥控制,2015,40(12):159-162.”公开了一种通过为每个子载波信号设置特定的初始相位来减少信号的papr的方法，采用该方法所得到的papr值可以低至2.6db，但该方法在处理mpsk(m>2)和qam等调制信号时效果不佳，需要在newman相位优化法的基础上级联一个峰值对消单元，以进一步降低papr，调制方法受限。

6、综上所述，ofdm信号的papr降低方法的缺点包括：执行周期长，降低papr值不明显，调制方法受限和计算复杂度高的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是设计一种基于ofdm的低papr多音干扰信号设计方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、步骤1、在发射端，确定载波频段范围，子载波间隔以及子载波个数n，其中任意p个子载波对应所需的干扰信号频谱，其他n-p个子载波设置为0；

4、步骤2、针对这p个子载波，产生一组幅度为1，相位在0,2π区间服从均匀分布的p个信号a0,a1,a2,…,ap-1q；

5、步骤3、将a0,a1,a2,…,ap-1q放置到对应的p个ofdm子载波上，进行n n≥p≥3点ifft变换，得到一组时域信号，计算信号的papr；

6、步骤4、重复步骤2至步骤3整个过程q次，即得到q组时域信号；步骤5、选取q次中papr最小的时域信号为初始干扰信号；

7、步骤6、对上述干扰信号进行上下剪切滤波器处理后得到满足预期可接受频谱泄露下的低papr的多音干扰信号。

8、进一步的，所述步骤1、2具体包括以下步骤：

9、由所需的干扰信号频率确定p个子载波的频点位置；随机生成p个在0，2π区间服从均匀分布的相位并调制到对应的子载波上得到p个信号a0,a1,a2,…,ap-1q。

10、进一步的，所述步骤3、4、5具体包括以下步骤：ifft公式为n＝0,1,2，…,n-1,其中xrand k为第k个子载波的发送符号，通过ifft运算，得到一组时域信号；确定可接受的信号papr的最大值为δ，当q∈λ1,λ2时，干扰信号papr最小值小于δ的概率在区间95％，99.9％之内，并且随着λ的增大，概率也随之变大。重复步骤2至步骤3整个过程q次，即产生q组a0,a1,a2,…,ap-1q，将每一组a0,a1,a2,…,ap-1q分别放置到对应的ofdm子载波上进行ifft计算得到q组时域信号，q组时域信号中papr最小值为β，则确定papr＝β时所对应的一组时域信号为初始干扰信号。其中，最小化papr是防止由于papr过高导致上下剪切过程中频谱泄露较大。

11、进一步的，对ifft变换信号进行上下剪切的方法包括以下步骤：步骤6.1、确定信号上剪切阈值为ε1，下剪切阈值为ε2；

12、步骤6.2、将信号超过上下阈值的部分进行剪切；

13、步骤6.3、测试信号剪切后的papr值以及频谱泄露所占比例，若频谱泄露超过或不足预期，则重复步骤6.1-6.3，直至找到满足预期可接受频谱泄露下的低papr多音干扰信号。

14、本发明的有益效果为：

15、(1)本发明的提供的方法具有实现结构简单的优点，多音干扰信号的设计只需由一个随机相位生成器以及一个长度为n的ifft模块构成，如需考虑提高射频功率放大器的效率，还可以额外增加一个信号上下剪切滤波器模块，三个模块的构建和实现过程都极为简便。

16、(2)本发明的方法，在发射端生成服从均匀分布的随机相位调制在子载波上得到信号，进行少量的重复搜索即可获取papr最小时对应的初始干扰信号。结合统计学的搜索法的运用减少了计算量，可以快速对准目标频谱产生多音干扰信号。此外，搜索到的papr值小于预期值的概率虽然未达到100％，但不小于95％的概率已提供了足够的统计显著性，其错误风险是可接受的，即使出现错误，通过上下剪切滤波器仍然可以纠正。并且，利用上下剪切滤波器可以继续将初始干扰信号的papr值降低至1db附近，即使干扰信号被上下剪切后，其频谱泄露是可接受的，干扰信号的能量仍然在集中在干扰的频谱范围内。

技术特征：

1.一种基于ofdm的低papr多音干扰信号设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于OFDM的低PAPR多音干扰信号设计方法，多音干扰信号是针对多个目标频率进行干扰，且干扰信号的谱峰为非等间隔排列，涉及多载波系统与电子战系统，属于无线通信电子对抗领域，包括以下步骤：令OFDM有N个子载波，其中任意P个子载波对应所需的干扰信号频谱，发送干扰信号，其他N‑P个子载波设置为0；针对这P个子载波，首先随机产生Q组幅度为1，相位在0，2π区间服从均匀分布的P个信号a<subgt;0</subgt;,a<subgt;1</subgt;,a<subgt;2</subgt;,…,a<subgt;P‑1</subgt;<supgt;q</supgt;，其中q∈1,Q，将每一组a<subgt;0</subgt;,a<subgt;1</subgt;,a<subgt;2</subgt;,…,a<subgt;P‑1</subgt;<supgt;q</supgt;分别放置到对应的OFDM子载波上，进行IFFT计算得到Q组时域信号，分别计算Q组时域信号的PAPR，选出Q组中最小PAPR的时域信号，确定为初始干扰信号；然后在可接受的频谱泄露下，对初始干扰信号通过上下剪切滤波器进行处理，以进一步降低PAPR。本发明提供的方法可以快速产生所需要的干扰信号，在频谱泄露不超过15％的情况下，多音干扰信号的PAPR接近1dB。

技术研发人员：孔德进,陈小丫,张冰,史敏辰,梅钰圣,罗霜
受保护的技术使用者：陈小丫
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30