基于頻譜信息的網絡多缺陷干擾抑制系統設計

周琦 李明

摘? 要： 為了克服現有干擾抑制系統存在抑制效果差的問題，文章提出并設計基于頻譜信息的網絡多缺陷干擾抑制系統。系統硬件的主要芯片為TMS320C6713B芯片，采用EMIF接口完成硬件設備的連接，采用AIC23B與DSP芯片完成系統數據傳輸。軟件部分首先對干擾的影響進行分析，依據影響情況，分析加窗與頻譜泄漏的關系。基于頻譜信息實現多缺陷干擾抑制，完成抑制系統的設計。實驗結果表明，在強干擾下，該系統可以有效抑制接收信號所存在的干擾，具有極高的干擾抑制能力。

關鍵詞： 多缺陷干擾抑制; 設備連接; 干擾分析; 系統設計; 數據傳輸; 相關性分析

中圖分類號： TN711?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）18?0089?03

Abstract： A network multi?defect interference suppression system based on spectrum information is proposed and designed to improve the suppression effect in the existing interference suppression system. In the system hardware， the TMS320C6713B chip is used as the main chip，? the EMIF interface is used to complete the connection of hardware equipment， and AIC23B and DSP chips are used to complete the data transmission of the system. In the software part， the influence of interference is analyzed， and the relationship between windowing and spectrum leakage is analyzed according to the influence. The multi?defect interference suppression is realized based on the spectrum information， and the design of the suppression system is completed. The experimental results show that， under the condition of strong interference， the system can effectively suppress the interference existing in the received signals， which has extremely high interference suppression ability.

Keywords： multi?defect interference suppression; device connection; interference analysis; system design; data transmission; correlation analysis

0? 引? 言

在網絡普及的現在，由于網絡使用環境的不同，導致網絡出現多種缺陷，需要及時對其造成的干擾進行抑制[1?2]。雖然現有網絡自身均進行抗干擾設計，但其抗干擾能力與網絡存在的缺陷種類密切相關，通常情況下網絡缺陷越多，抗干擾能力越差。通過降低網絡缺陷來提高網絡抗干擾能力，代價是需要增加網絡自身性能及對外界環境的適應能力[3?5]。

李勝男等提出基于非連續抽頭模型的干擾抑制系統，采用平移替代法與網絡信號產生隨機映射，基于非連續抽頭模型產生跳頻信號，對通信網絡中的干擾信號進行抑制，但該系統存在使用受限的問題[6]。黎海濤等提出基于通道失衡的干擾抑制系統，通過對通信通道失衡造成的鏡像干擾進行分析，預測接收機的干擾率，完成干擾系統研究，但該方法只能去除一種干擾，對于其他干擾并不能完全抑制[7]。李方提出采用多端處理方法設計干擾抑制系統，抑制系統由激勵端、檢測端和處理端組成，激勵端進行信號放大處理，檢測端進行干擾源檢測與定位，處理端將檢測端檢測到的干擾信號進行干擾濾除處理，完成抑制系統的設計，但是該抑制系統的抑制效果并不是十分理想[7]。

為了解決上述抑制干擾方法存在的問題，提出并設計了基于頻譜信息的網絡多缺陷干擾抑制系統，實現對干擾的有效抑制。

1? 系統硬件設計

1.1? 系統硬件結構

為了提高系統的干擾抑制性能，設計系統硬件組成如圖1所示。

1.2? TMS320C6713B芯片介紹

TMS320C6713B芯片是目前應用領域最為廣泛的功能型芯片之一，其程序的總線帶寬為256 bit。取指令的上限為8條，并且每條指令執行過程均會形成單獨的功能單元[8]。

1.3? 數據與控制接口

抑制系統硬件采用AIC23B數據接口進行連接。在AIC23B數據接口工作過程中，共具備4種工作模式[9]，當工作模式為DSP模式，其更加適用于網絡信號的緩存串口連接。建立[AIC23B]與[DSP]的數據連接采用[IIS]或[DSP]模式在數據通信中區別不大。[DSP]模式下的幀同步信號寬要結合連接的[DSP]的音頻緩沖串行接口來設置[9]。

2? 系統軟件設計

2.1? 缺陷干擾的影響分析

如果成功地捕獲跟蹤到網絡信號，網絡數據的判定是通過[I]路累加數和背景噪聲大小相比較來決定的。無缺陷干擾下的跟蹤結果如圖2所示。

在該場景下，捕獲結果如圖3所示。接收機已無法對網絡信號進行捕獲。

2.2? 加窗與頻譜泄漏

當運用FFT求頻譜時，對時域采樣點進行截斷操作且沒有按照整數倍的周期采取截斷[10]。觀測窗口數據會存在間斷現象，這種現象是“頻譜泄漏”。正弦信號與截斷信號序列如圖4所示。

2.3? 發送端干擾抑制預編碼技術

采用破零波束成形技術，以容量最大化為目標，就是要有1組預編碼[wk，k=1，2，…，K]，最大化每個用戶的信干比。第[k]個用戶的接收信號計算公式為：

式中：[hk]表示通信信道矢量值，[vk]表示破零波束成形矢量值;[sk]表示基站發送信號;[Pk]與[nk]分別表示發送給用戶[k]的信噪功率、接收噪聲。用戶[k]的接收信噪比可以表示為：

為了能夠使其他用戶的接收信號不再受到當前用戶信號干擾，用戶的波束需要滿足[11]：

這樣就可以消除式（3）之間的用戶干擾。

3? 系統性能驗證

實驗在Matlab平臺上進行，實驗數據長度為1 000 MB。以I路與Q路的跟蹤情況與干擾抑制效果為實驗指標，將所提系統與文獻[6]、文獻[7]系統進行對比，具體實驗過程如下。

3.1? I路跟蹤結果

在強干擾下，所設計系統用于3種不同濾波器的I路跟蹤，跟蹤結果如圖5所示。

分析圖5可知，在所設計系統的抑制下，3種濾波器的I路跟蹤結果與無干擾下的跟蹤結果相同，說明所設計抑制系統可有效抑制強干擾造成的影響。

3.2? Q路跟蹤結果

為了使系統驗證更加充分，同樣在強干擾下驗證3種濾波器的Q路跟蹤結果，如圖6所示。

從圖6中可以明顯看出，在所提系統抑制下，3種濾波器的Q路跟蹤結果基本未出現受干擾情況，與未干擾狀態下的跟蹤結果基本一致。

3.3? 干擾抑制對比

為了使系統的抑制性能得到更加充分的驗證，選取存在強干擾的接收信號，分別采用所提系統與文獻[6]、文獻[7]系統進行抑制。接收信號干擾抑制前的頻譜域如圖7所示。

采用3種系統對上述干擾抑制前的接收信號進行抑制，抑制結果分別如圖8～圖10所示。

對比分析圖8～圖10可知，經文獻[6]系統抑制后，接收信號仍然存在較大的幅值波動。從文獻[7]系統抑制后的放大結果可知，接收信號存在斷裂現象。而所提系統的抑制效果較好，抑制后接收信號幅值變化趨于穩定，充分說明所設計的基于頻譜信息的網絡多缺陷干擾抑制系統具有較好的抑制性能。

4? 結? 論

為了提高對網絡多缺陷干擾的抑制能力，文章提出一種基于頻譜信息的網絡多缺陷干擾抑制系統。為了提高系統的抑制能力，針對性地設計系統硬件與軟件結構，在系統軟件設計部分，分析加窗與頻譜泄漏關系，完成軟件設計。實驗結果表明，與現有干擾抑制系統相比，所設計的系統抗干擾能力較強，對信號干擾抑制的結果十分理想，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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