專(zhuān)利名稱(chēng)：基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法。

背景技術(shù)：
寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)在信道中經(jīng)歷的頻率選擇性衰落和窄帶干擾嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，因此需要采用多載波調(diào)制方式。小波包調(diào)制(WPM，wavelet packet modulation)方式為多載波調(diào)制方式的一種，其靈活多變的樹(shù)型結(jié)構(gòu)，使其抗頻率選擇性衰落的同時(shí)具有抗窄帶干擾能力。在頻率選擇性衰落和窄帶干擾嚴(yán)重的情況下，選擇小波包調(diào)制方式來(lái)抑制衰落和干擾。
根據(jù)窄帶干擾情況變換小波包樹(shù)結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上抑制窄帶干擾。變換樹(shù)型結(jié)構(gòu)的方法從時(shí)域和頻域角度減小了干擾信號(hào)的干擾范圍，但窄帶干擾仍存在于原始信號(hào)中。因此需要一種適用于小波包調(diào)制系統(tǒng)的終端信號(hào)處理技術(shù)，進(jìn)一步濾除窄帶干擾。這就是小波包調(diào)制系統(tǒng)的終端干擾抑制問(wèn)題。根據(jù)窄帶干擾的不同，可分為多音干擾抑制和脈沖干擾抑制。就針對(duì)多音干擾抑制方法而言，干擾抑制的目標(biāo)是濾除存在于小波包調(diào)制解調(diào)信號(hào)中的多音干擾信號(hào)，進(jìn)一步減小干擾帶來(lái)的誤碼率。
現(xiàn)有的結(jié)合小波變換技術(shù)的多音干擾抑制算法均針對(duì)非小波包調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，具有變換域干擾能量抑制能力。處理過(guò)程中干擾信號(hào)和原始信號(hào)位于同一小波域。由于小波包調(diào)制過(guò)程采用小波包反變換，將傳輸信號(hào)作為小波包基函數(shù)的分解系數(shù)進(jìn)行小波包樹(shù)樹(shù)合成，而接收端的解調(diào)過(guò)程采用小波包正變換，還原初始傳輸信號(hào)，但在解調(diào)前混入的干擾卻在小波包正變換后成為小波域小波包基函數(shù)的正交系數(shù)。小波包調(diào)制系統(tǒng)終端的干擾信號(hào)和原始信號(hào)位于不同域，因此現(xiàn)有的結(jié)合小波變換技術(shù)的多音干擾抑制方法不可應(yīng)用于小波包調(diào)制系統(tǒng)終端。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有用于抑制多音干擾的方法無(wú)法應(yīng)用于小波包調(diào)制系統(tǒng)終端而導(dǎo)致多音干擾抑制效果差，系統(tǒng)誤碼率高的問(wèn)題，從而提出一種基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端的多音干擾抑制方法。
基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，它由以下步驟完成 步驟一、小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端接收信號(hào)，并判斷所述信號(hào)是否存在多音干擾，如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟一一；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟二； 步驟一一、對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，獲得分解后的信號(hào)，將所述分解后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出； 步驟二、根據(jù)多音干擾和傳輸信號(hào)特性對(duì)步驟一所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)優(yōu)選，獲得最優(yōu)樹(shù)信息，并將最優(yōu)樹(shù)信息反饋到發(fā)射端； 步驟三、發(fā)射端根據(jù)反饋回的最優(yōu)樹(shù)信息改變小波包的調(diào)制方式，并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)送至信道； 步驟四、接收端接收信號(hào)，對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，并將分解后的信號(hào)采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波；然后將濾波后的信號(hào)輸出。
步驟二中所述獲得最優(yōu)樹(shù)信息的方法是 首先根據(jù)公式 獲得小波包樹(shù)各終端節(jié)點(diǎn)處干擾的誤碼率； 其中

為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號(hào)能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹(shù)根部到終端節(jié)點(diǎn)(l，m)的等效小波包函數(shù)φl(shuí)，m*(t)在頻率點(diǎn)f′J處的傅立葉變換； 然后采用小波包剪枝法搜索誤碼率最小的小波包樹(shù)，獲得最優(yōu)小波包樹(shù)信息。
步驟四中所述采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波的步驟為 步驟A、初始化濾波器的權(quán)值向量、步長(zhǎng)、期望值和階數(shù)；執(zhí)行步驟B，采用循環(huán)迭代的方法更新權(quán)值向量； 步驟B、將權(quán)值向量與經(jīng)小波包樹(shù)分解后信號(hào)的信號(hào)向量相乘，獲得向量乘積； 步驟C、比較步驟B獲得的向量乘積與期望值，獲得誤差值； 步驟D、根據(jù)所述誤差值更新權(quán)值向量； 步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果為否，則返回執(zhí)行步驟B；如果為是，則結(jié)束循環(huán)迭代，執(zhí)行步驟F； 步驟F、采用迭代更新后的權(quán)值向量對(duì)小波包樹(shù)分解后的傳輸信號(hào)進(jìn)行濾波，獲得濾波后的信號(hào)，將所述濾波后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出。
有益效果本發(fā)明根據(jù)應(yīng)用于小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端收到的信號(hào)的多音干擾性質(zhì)以及小波包分解信號(hào)產(chǎn)生的誤碼率進(jìn)行最優(yōu)樹(shù)選擇，并將選擇結(jié)果反饋到發(fā)射端，用以控制小波包樹(shù)的調(diào)制形式，達(dá)到抑制多音干擾的目的，并將發(fā)射端調(diào)制并發(fā)射后信號(hào)在接收端小波包樹(shù)分解后采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波，進(jìn)一步抑制多音干擾，抑制效果好，系統(tǒng)誤碼率低。



圖1是本發(fā)明的流程結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的LMS自適應(yīng)濾波法的流程示意圖。

具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，它由以下步驟完成 步驟一、小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端接收信號(hào)，并判斷所述信號(hào)是否存在多音干擾，如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟一一；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟二； 步驟一一、對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，獲得分解后的信號(hào)，將所述分解后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出； 步驟二、根據(jù)多音干擾和傳輸信號(hào)特性對(duì)步驟一所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)優(yōu)選，獲得最優(yōu)樹(shù)信息，并將最優(yōu)樹(shù)信息反饋到發(fā)射端； 步驟三、發(fā)射端根據(jù)反饋回的最優(yōu)樹(shù)信息改變小波包的調(diào)制方式，并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)送至信道； 步驟四、接收端接收信號(hào)，對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，并將分解后的信號(hào)采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波；然后將濾波后的信號(hào)輸出。
步驟二中所述獲得最優(yōu)樹(shù)信息的方法是 首先根據(jù)公式 獲得小波包樹(shù)各終端節(jié)點(diǎn)處干擾的誤碼率； 其中

為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號(hào)能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹(shù)根部到終端節(jié)點(diǎn)(l，m)的等效小波包函數(shù)φl(shuí)，m*(t)在頻率點(diǎn)f′J處的傅立葉變換； 然后采用小波包剪枝法搜索誤碼率最小的小波包樹(shù)，獲得最優(yōu)小波包樹(shù)信息。
步驟四中所述采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波的步驟為 步驟A、初始化濾波器的權(quán)值向量、步長(zhǎng)、期望值和階數(shù)；執(zhí)行步驟B，采用循環(huán)迭代的方法更新權(quán)值向量； 步驟B、將權(quán)值向量與經(jīng)小波包樹(shù)分解后信號(hào)的信號(hào)向量相乘，獲得向量乘積； 步驟C、比較步驟B獲得的向量乘積與期望值，獲得誤差值； 步驟D、根據(jù)所述誤差值更新權(quán)值向量； 步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果為否，則返回執(zhí)行步驟B；如果為是，則結(jié)束循環(huán)迭代，執(zhí)行步驟F； 步驟F、采用迭代更新后的權(quán)值向量對(duì)小波包樹(shù)分解后的傳輸信號(hào)進(jìn)行濾波，獲得濾波后的信號(hào)，將所述濾波后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出。
本實(shí)施方式所述的小波包樹(shù)優(yōu)選方法的原理小波包調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)由小波包樹(shù)分解來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)小波包樹(shù)分解的多音干擾信號(hào)形式由原多音干擾信號(hào)特性和小波包樹(shù)結(jié)構(gòu)共同決定。因小波包樹(shù)分解前的多音干擾信號(hào)為頻域脈沖信號(hào)，在某幾個(gè)頻點(diǎn)突發(fā)且通常具有較強(qiáng)的能量。在小波包樹(shù)分解的干擾信號(hào)和原始信號(hào)特性基礎(chǔ)上可以推導(dǎo)出干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)造成的誤碼率。不同的小波包樹(shù)結(jié)構(gòu)代表不同的時(shí)-頻劃分，因此經(jīng)不同小波包樹(shù)分解的干擾信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不同的誤碼率，選擇產(chǎn)生最小誤碼率的小波包樹(shù)是樹(shù)的優(yōu)選過(guò)程。自適應(yīng)小波包樹(shù)變換是根據(jù)多音干擾性質(zhì)進(jìn)行最優(yōu)樹(shù)選擇，將選擇結(jié)果反饋到信號(hào)發(fā)送端，控制小波包調(diào)制方式。
LMS自適應(yīng)濾波法的原理經(jīng)優(yōu)樹(shù)選擇后，小波包調(diào)制系統(tǒng)從時(shí)-頻域變換的角度縮小了受干擾信號(hào)的范圍，但干擾仍存在于原始信號(hào)中，信干比未發(fā)生變化。為了增加信干比，進(jìn)一步減小誤碼率，提出一種基于LMS自適應(yīng)濾波算法的多音干擾抑制方案。方案中將小波包樹(shù)分解后混有多音干擾的信號(hào)送入LMS自適應(yīng)濾波器，計(jì)算濾波器輸出與期望值之間的均方誤差，并根據(jù)信號(hào)特性選擇適當(dāng)?shù)牟介L(zhǎng)。采用均方誤差、步長(zhǎng)和小波包樹(shù)分解信號(hào)的乘積對(duì)初始權(quán)值向量進(jìn)行更新，多次迭代后誤差收斂，產(chǎn)生最佳權(quán)值向量，通過(guò)迭代產(chǎn)生的最佳權(quán)值向量對(duì)小波包分解信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的干擾抑制。
本實(shí)施方式的典型的應(yīng)用環(huán)境 本實(shí)施方式可以應(yīng)用于寬帶移動(dòng)通信環(huán)境中，該方法解決了傳統(tǒng)為非小波包調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的窄帶干擾抑制算法不適應(yīng)小波包調(diào)制系統(tǒng)的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)小波包分解后的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，解決了小波包樹(shù)優(yōu)選后信號(hào)中信干比沒(méi)有變化的問(wèn)題，減小了干擾為系統(tǒng)帶來(lái)的誤碼率，進(jìn)一步抑制了系統(tǒng)中的多音干擾。通過(guò)小波包分解與LMS自適應(yīng)濾波算法結(jié)合，改變?yōu)V波器輸入信號(hào)的自相關(guān)矩陣奇異值分布，提高了自適應(yīng)濾波算法收斂速度，解決了LMS自適應(yīng)濾波算法收斂速度問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，其特征是它由以下步驟完成
步驟一、小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端接收信號(hào)，并判斷所述信號(hào)是否存在多音干擾，如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟一一；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟二
步驟一一、對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，獲得分解后的信號(hào)，將所述分解后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出；
步驟二、根據(jù)多音干擾和傳輸信號(hào)特性對(duì)步驟一所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)優(yōu)選，獲得最優(yōu)樹(shù)信息，并將最優(yōu)樹(shù)信息反饋到發(fā)射端；
步驟三、發(fā)射端根據(jù)反饋回的最優(yōu)樹(shù)信息改變小波包的調(diào)制方式，并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)送至信道；
步驟四、接收端接收信號(hào)，對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，并將分解后的信號(hào)采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波；然后將濾波后的信號(hào)輸出。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，其特征在于步驟二中所述獲得最優(yōu)樹(shù)信息的方法是
首先根據(jù)公式
獲得小波包樹(shù)各終端節(jié)點(diǎn)處干擾的誤碼率；
其中
為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號(hào)能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹(shù)根部到終端節(jié)點(diǎn)(l，m)的等效小波包函數(shù)φl(shuí)，m*(t)在頻率點(diǎn)f′J處的傅立葉變換；
然后采用小波包剪枝法搜索誤碼率最小的小波包樹(shù)，獲得最優(yōu)小波包樹(shù)信息。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，其特征在于步驟四中所述采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波的步驟為
步驟A、初始化濾波器的權(quán)值向量、步長(zhǎng)、期望值和階數(shù)；執(zhí)行步驟B，采用循環(huán)迭代的方法更新權(quán)值向量；
步驟B、將權(quán)值向量與經(jīng)小波包樹(shù)分解后信號(hào)的信號(hào)向量相乘，獲得向量乘積；
步驟C、比較步驟B獲得的向量乘積與期望值，獲得誤差值；
步驟D、根據(jù)所述誤差值更新權(quán)值向量；
步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果判斷結(jié)果為否，則返回執(zhí)行步驟B；如果判斷結(jié)果為是，則結(jié)束循環(huán)迭代，執(zhí)行步驟F；
步驟F、采用迭代更新后的權(quán)值向量對(duì)小波包樹(shù)分解后的傳輸信號(hào)進(jìn)行濾波，獲得濾波后的信號(hào)，將所述濾波后的信號(hào)由并行轉(zhuǎn)換為串行后輸出。
全文摘要
基于最小均方自適應(yīng)濾波法的小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法，它涉及一種小波包調(diào)制系統(tǒng)的多音干擾抑制方法。它解決了現(xiàn)有用于抑制多音干擾的方法無(wú)法應(yīng)用于小波包調(diào)制系統(tǒng)終端而導(dǎo)致多音干擾抑制效果差，系統(tǒng)誤碼率高的問(wèn)題。其方法，小波包調(diào)制系統(tǒng)接收端接收信號(hào)，并判斷是否存在多音干擾，如果否，則輸出；如果是，則進(jìn)行小波包樹(shù)優(yōu)選，并將最優(yōu)樹(shù)信息反饋到發(fā)送端；發(fā)射端根據(jù)反饋回的最優(yōu)樹(shù)信息改變小波包的調(diào)制方式并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)送至信道；接收端接收調(diào)制后的信號(hào)，并對(duì)所述調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行小波包樹(shù)分解，分解后的信號(hào)采用LMS自適應(yīng)濾波法進(jìn)行濾波；然后將濾波后的信號(hào)輸出。本發(fā)明適用于寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸過(guò)程。
文檔編號(hào)H04L25/03GK101610228SQ20091007250
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者仲偉志, 慶 郭, 琰 郭, 肖麗萍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)