一种TDD无线通信抗干扰方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种TDD无线通信抗干扰方法及装置。

背景技术

无线通信应用广泛，许多通信网络都是采用无线信道进行组网。比如无线自组网就是一种基于TDD双工方式工作的通信网络，各节点间根据协议自动组成一个网络。该种网络每个节点都具备无线收发功能，网络的各节点具有移动性、多跳性。它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点，在军事和民用方面都具有广阔的应用前景，是网络研究中的热点。

然而同其他无线通信网络一样，自组网也会受到干扰，特别是在战场环境下的恶意带内干扰。这些干扰信号的特征不尽相同，有单音/多音干扰，也有类调制信号干扰。如何在各节点的接收机中对此类干扰进行有效消除对提高接收性能，增强网络在敌方干扰下的生存能力非常有价值和必要。

无线通信的抗干扰技术方兴未艾，有许多技术可以进行干扰抑制，如基于深度学习的方法以及各种智能频谱感知类的方法策略等。但此类策略要求电台具有高的信号处理速度、大存储容量以及反馈通道，对终端类产品特别是手持电台的要求极高。另外此类算法侧重于在数字域进行抑制，其能达到的抑制比有限，收敛速度较慢，对突发的干扰响应时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TDD无线通信抗干扰方法和装置，以解决现有抗干扰技术中对信号处理要求高，硬件复杂度高，干扰抑制小，收敛速度慢，方式单一的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种TDD无线通信抗干扰方法，包括以下步骤：

接收叠加干扰信号S&I(t)；

对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，再进行采样，得到数字信号S1(n)；

对数字信号S1(n)进行特征分析，得到分析结果；根据分析结果，判断叠加干扰信号是单音/多音信号或者非单音/非多音信号；

若叠加干扰信号是单音/多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；在误差信号e(n)收敛时，对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行再生得到再生信号，并对干扰估计信号R_I_w(n)进行调整得到调整信号，再生信号和调整信号两者相加作为干扰信号R_I(n)；

若叠加干扰信号是非单音/非多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到干扰估计信号R_I_w(n)；对干扰估计信号R_I_w(n)进行调整，作为干扰信号R_I(n)；

根据干扰信号R_I(n)和数字信号S1(n)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)。

优选地，对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，再进行采样，得到数字信号S1(n)，具体包括以下步骤：

通过合路器对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，生成合路输出信号S1(t)；

所述合路输出信号S1(t)经过ADC模块采样为数字信号S1(n)。

优选地，若叠加干扰信号是单音/多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；在误差信号e(n)收敛时，对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行再生得到再生信号，并对干扰估计信号R_I_w(n)进行调整得到调整信号，再生信号和调整信号两者相加作为干扰信号R_I(n)，具体包括以下步骤：

若叠加干扰信号是单音/多音信号，则测得数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I；

对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行迭代收敛，生成数字信号S1(n)的幅度A和相位τ，并根据相邻两次迭代干扰信号功率P_I得到功率误差信号E_P；

根据功率误差信号E_P，对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；

在误差信号e(n)收敛时，对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行再生得到再生信号，并对干扰估计信号R_I_w(n)进行速率、大小及相位调整得到调整信号，再生信号和调整信号两者相加作为干扰信号R_I(n)。

优选地，若叠加干扰信号是非单音/非多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；对干扰估计信号R_I_w(n)进行调整，作为干扰信号R_I(n)；具体包括以下步骤：

若叠加干扰信号是非单音/非多音信号，则测得数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I；

对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行迭代收敛，生成数字信号S1(n)的幅度A和相位τ，并根据相邻两次迭代干扰信号功率P_I得到功率误差信号E_P；

根据功率误差信号E_P，对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到干扰估计信号R_I_w(n)；对干扰估计信号R_I_w(n)进行速率、大小及相位调整，作为干扰信号R_I(n)。

优选地，根据干扰信号R_I(n)和数字信号S1(n)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)；具体包括以下步骤：

对干扰信号R_I(n)进行数模信号转换，生成干扰对消信号R_I(t)；

根据干扰对消信号R_I(t)、数字信号S1(n)的幅度A和相位τ，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)，并发送给合路器。

优选地，所述数字信号S1(n)通过干扰信号特征识别算法进行特征分析，生成分析结果、干扰信号频率f和干扰信号功率P_I。

优选地，干扰信号频率f和干扰信号功率P_I通过模拟对消算法进行迭代收敛，生成幅度A和相位τ，并根据相邻两次迭代干扰信号功率P_I得到功率误差信号E_P。

本发明还提供一种TDD无线通信抗干扰装置，包括：

合路器，用于将对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消；

ADC模块，用于进行采样，得到数字信号S1(n)；

第一控制模块，用于对数字信号S1(n)进行特征分析，得到分析结果；分析结果包括叠加干扰信号是单音/多音信号、或叠加干扰信号是非单音/非多音信号；

第二控制模块，用于对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；

第三控制模块，用于对根据干扰估计信号R_I_w(n)、以及数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I，生成干扰信号R_I(n)；

第四控制模块用于根据干扰信号R_I(n)和数字信号S1(n)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种TDD无线通信带内抗干扰方法及装置，利用系统TDD工作模式，在接收状态利用发射通道生成模拟干扰对消信号，减少了硬件复杂度，提升了抗干扰的响应速度。同时利用数字对消进一步对干扰进行抑制，实现双环路混合干扰对消，提升了干扰信号的抑制度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明一种TDD无线通信抗干扰装置拓扑图；

图2为第一控制模块功能组成框图；

图3为第二控制模块功能组成框图；

图4为第三控制模块功能组成框图；

图5为本发明一种TDD无线通信抗干扰方法流程图；

图6为叠加单音干扰信号频谱；

图7为再生干扰信号频谱；

图8为模拟对消迭代信号频谱；

图9为数字对消迭代收敛信号频谱；

图10为混合对消后信号频谱和时域波形。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本说明书一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书一个或多个实施例。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图1-10对本发明做进一步的详细描述：

本发明提供一种TDD无线通信抗干扰装置，涉及的抗干扰装置由两部分组成，包括数字对消单元和模拟对消单元；

数字对消单元，其包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块；所述第一控制模块负责对数字信号S1(n)进行干扰特征识别、负责产生模拟对消算法、负责产生混合对消流程控制算法。所述第二控制模块负责对数字信号S1(n)进行自适应滤波；所述第三控制模块负责干扰信号再生。

模拟对消单元，其包括信号合路器和第四控制模块；第四控制模块负责接收控制信号Ctrl_3和干扰对消信号R_I(t)，线性改变输出信号的幅度和相位。合路器则负责将接收信号与第四控制模块输出信号进行叠加，实现干扰信号的模拟对消。

其中：

所述第一控制模块对数字信号S1(n)进行特征分析，产生控制信号Ctrl_1、Ctrl_2和Ctrl_3；所述第一控制模块将控制信号Ctrl_1发送给第二控制模块，将控制信号Ctrl_3发送给第四控制模块；所述第一控制模块根据误差信号e(n)判断是否将控制信号Ctrl_2发送给第三控制模块；

所述第二控制模块对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)、干扰估计信号R_I_w(n)和最终模数混合对消后的信号S(n)；所述第二控制模块将误差信号e(n)发送给第一控制模块，将干扰估计信号R_I_w(n)发送给第三控制模块，将最终模数混合对消后的信号S(n)发送给调制解调模块；

所述第三控制模块根据控制信号Ctrl_2和干扰估计信号R_I_w(n)，生成干扰信号R_I(n)，并发送给DAC模块；

所述DAC模块对干扰信号R_I(n)进行数模信号转换，生成干扰对消信号R_I(t)，并将干扰对消信号R_I(t)发送给PA模块和第四控制模块；

所述PA模块对干扰信号R_I(n)进行功率放大，产生发送信号；

所述第四控制模块根据控制信号Ctrl_3和干扰对消信号R_I(t)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)，并发送给合路器；

LNA模块接收到接收信号；

所述LNA模块对接收信号进行低噪声放大，生成叠加干扰信号S&I(t)，并发送给合路器；

所述合路器对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，生成合路输出信号S1(t)，并将合路输出信号S1(t)发送给ADC模块；

所述ADC模块对合路输出信号S1(t)进行采样，生成数字信号S1(n)，并发送给第一控制模块和第二控制模块。

优选地一个实施例，第一控制模块包括干扰信号特征识别算法模块、模拟对消算法模块和混合对消流程控制算法模块；

所述干扰信号特征识别算法模块对数字信号S1(n)进行特征分析，生成干扰信号类型、干扰信号频率f和干扰信号功率P_I；所述干扰信号特征识别算法将干扰信号类型、干扰信号频率f和干扰信号功率P_I发送给混合对消流程控制算法模块；所述干扰信号特征识别算法将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I发送给模拟对消算法模块；所述干扰信号类型包括单音/多音干扰以及非单音/非多音干扰；

所述混合对消流程控制算法模块将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I作为控制信号Ctrl_2，当误差信号e(n)收敛时，将控制信号Ctrl_2发送给第三控制模块；所述混合对消流程控制算法模块根据功率误差信号E_P，生成控制信号Ctrl_1发送给第二控制模块进行启动。

所述模拟对消算法模块对干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行迭代收敛，生成幅度A和相位τ，并根据相邻两次迭代干扰信号功率P_I得到功率误差信号E_P；所述模拟对消算法模块将幅度A和相位τ作为控制信号Ctrl_3发送给第四控制模块；所述模拟对消算法模块将功率误差信号E_P发送给混合对消流程控制算法模块；

在本实施例中，干扰信号特征识别算法对输入信号进行特征分析，识别出干扰信号类型，并将结果告知混合对消流程控制算法，后者根据干扰信号类型启动模拟对消算法和第二控制模块，并产生控制信号Ctrl_1～3，控制对消流程。模拟对消算法主要完成模拟对消的迭代收敛及向混合对消流程控制算法输出相邻两次迭代的功率误差信号E_P。第一控制模块的功能框图如图2所示。

优选地一个实施例，第二控制模块负责对输入信号S1(n)进行自适应滤波，输出误差信号e(n)、干扰估计信号R_I_w(n)和最终模数混合对消后的信号S(n)。第二控制模块的功能框图如图3所示。

优选地一个实施例，第三控制模块负责干扰信号再生。其接收第一控制模块的控制信号Ctrl_2，产生单音/多音再生干扰信号或者接收第二控制模块的干扰估计信号R_I_w(n)，然后对信号进行速率、大小及相位调整，输出给DAC生成干扰对消信号。第三控制模块的功能框图如图4所示。

进一步地，数字对消单元主要包含第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块。具体功能如下：

1)、第一控制模块负责对输入信号进行干扰特征识别；负责产生模拟对消算法；负责产生混合对消流程控制算法。

2)、第二控制模块负责对输入信号S1(n)进行自适应滤波，输出误差信号e(n)、干扰估计信号R_I_w(n)和最终模数混合对消后的信号S(n)。模块的功能框图如图3所示。

3)、第三控制模块负责干扰信号再生。其接收第一控制模块的控制信号Ctrl_2，产生单音/多音再生干扰信号或者接收第二控制模块的干扰估计信号R_I_w(n)，然后对信号进行速率、大小及相位调整，输出给DAC生成干扰对消信号。功能框图如图4所示。

本发明还提供一种TDD无线通信抗干扰方法，包括以下步骤：

接收叠加干扰信号S&I(t)；

对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，再进行采样，得到数字信号S1(n)；

对数字信号S1(n)进行特征分析，得到分析结果；根据分析结果，判断叠加干扰信号是单音/多音信号或者非单音/非多音信号；

若叠加干扰信号是单音/多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；在误差信号e(n)收敛时，对数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行再生，并对干扰估计信号R_I_w(n)进行调整，两者相加作为干扰信号R_I(n)；

若叠加干扰信号是非单音/非多音信号，则对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)和干扰估计信号R_I_w(n)；对干扰估计信号R_I_w(n)进行速率、大小及相位调整，作为干扰信号R_I(n)；

根据干扰信号R_I(n)和数字信号S1(n)的幅度A和相位τ，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)。

进一步的，一种TDD无线通信抗干扰方法具体包括以下步骤：

电台处于接收状态，接收的叠加干扰信号S&I(t)进入模拟对消单元中的合路器，合路器对幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)和叠加干扰信号S&I(t)进行叠加对消，生成合路输出信号S1(t)；其中，刚开始第一次第四控制模块无输出，合路器的合路输出信号S1(t)＝S&I(t)；合路输出信号S1(t)经过ADC模块采样为数字信号S1(n)，再将数字信号S1(n)发送给第一控制模块和第二控制模块，并由第一控制模块的干扰信号特征识别算法模块对数字信号S1(n)进行特征分析，得到分析结果；

若分析结果为干扰信号是单音/多音信号，则测得此时数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I，并将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I送给混合对消流程控制算法模块；

混合对消流程控制算法模块将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I发送给模拟对消算法模块，模拟对消算法模块对干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行迭代收敛，生成幅度A和相位τ，并根据相邻两次迭代干扰信号功率P_I得到功率误差信号E_P；

模拟对消算法模块将幅度A和相位τ作为控制信号Ctrl_3发送给第四控制模块进行启动；

模拟对消算法模块将功率误差信号E_P发送给混合对消流程控制算法模块；混合对消流程控制算法模块根据功率误差信号E_P，生成控制信号Ctrl_1并发送给第二控制模块进行启动。

第二控制模块对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)、干扰估计信号R_I_w(n)和最终模数混合对消后的信号S(n)；第二控制模块将误差信号e(n)发送给第一控制模块的混合对消流程控制算法模块，将干扰估计信号R_I_w(n)发送给第三控制模块，将最终模数混合对消后的信号S(n)发送给调制解调模块；

混合对消流程控制算法模块根据误差信号e(n)判断是否将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I作为控制信号Ctrl_2发送给第三控制模块，若误差信号e(n)收敛，则将控制信号Ctrl_2发送给第三控制模块进行启动；此时再生信号由第一控制模块估计给出，第三控制模块对干扰信号频率f和干扰信号功率P_I进行速率、大小及相位调整，再对干扰估计信号R_I_w(n)进行再生，两者相加生成干扰信号R_I(n)，并发送给DAC模块；

DAC模块对干扰信号R_I(n)进行数模信号转换，生成干扰对消信号R_I(t)，并将干扰对消信号R_I(t)发送给PA模块和第四控制模块；PA模块对干扰信号R_I(n)进行功率放大，产生发送信号；第四控制模块根据控制信号Ctrl_3和干扰对消信号R_I(t)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)，并发送给合路器；

若分析结果为干扰信号是非单音/非多音信号，则测得此时数字信号S1(n)的干扰信号频率f和干扰信号功率P_I，并将干扰信号频率f和干扰信号功率P_I送给混合对消流程控制算法模块；

模拟对消算法模块将幅度A和相位τ作为控制信号Ctrl_3发送给第四控制模块进行启动；

模拟对消算法模块将功率误差信号E_P发送给混合对消流程控制算法模块；混合对消流程控制算法模块根据功率误差信号E_P，生成控制信号Ctrl_1并发送给第二控制模块进行启动。

第二控制模块对数字信号S1(n)进行自适应滤波，得到误差信号e(n)、干扰估计信号R_I_w(n)和最终模数混合对消后的信号S(n)；第二控制模块将误差信号e(n)发送给第一控制模块的混合对消流程控制算法模块，将干扰估计信号R_I_w(n)发送给第三控制模块，将最终模数混合对消后的信号S(n)发送给调制解调模块；

第三控制模块对干扰估计信号R_I_w(n)进行再生，生成干扰信号R_I(n)，并发送给DAC模块；DAC模块对干扰信号R_I(n)进行数模信号转换，生成干扰对消信号R_I(t)，并将干扰对消信号R_I(t)发送给PA模块和第四控制模块；PA模块对干扰信号R_I(n)进行功率放大，产生发送信号；第四控制模块根据控制信号Ctrl_3和干扰对消信号R_I(t)，生成幅度相位受控信号A*R_I(t-τ)，并发送给合路器；

在混合干扰对消流程控制算法的控制下，最终使得迭代收敛，干扰抑制达到最大。

下面给出一种TDD无线通信抗干扰方法及装置的设计方案实例；

实例1：

设算例已知条件要素如下：

a)、通带中心频率fc：70MHz；

b)、带宽BW：5.2MHz；

c)、信号速率：7.68Mbps；

d)、调制方式：QPSK；

e)、单音干扰信号频率：70MHz；

f)、C/I：-14dB。

第一步：干扰信号特征识别。对信号进行分析，获得信号频率功率表。启动干扰信号特征识别算法，获得干扰信号类型为单音，频率70MHz，大小为9.943dBm。如图6所示；

第二步，启动第三控制模块，生成对消信号，信号频率70MHz，功率10dBm。如图7所示；

第三步，对消迭代。第一控制模块启动模拟对消算法，控制第四控制模块调整对消信号的幅相。获得功率误差信号E_P。如图8所示；

第四步，对消收敛判断。ΔE_P趋近于0时，判断为收敛。

第五步，启动第二控制模块，进行数字对消。并对数字对消收敛性进行判断。如图9所示；

第六步，获得对消收敛后的信号。如图10所示。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块、模组或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元、模组或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

特别地，根据本发明公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本发明的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线段、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。