基于模式搜索的自适应干扰抵消器算法的研究

作者:吴彪;陈南 刊名:计算机测量与控制 上传者:徐叶净

【摘要】由于空间小,设备多,同址干扰在现代通信平台上十分普遍;为了减小同址干扰对接收机性能的影响,设计了一种基于正交矢量合成的自适应干扰抵消器;根据其中DSP控制单元提取出的数据的特点,提出了将模式搜索算法(PSA)作为控制器算法,并对其进行了改进;利用实际测量的数据进行了仿真分析,结果表明,相比于PSA算法、模拟退火算法、遗传算法,改进后的PSA算法具有更快的收敛速度,同时收敛精度相差无几;最后将算法在DSP中实现并在100~500 MHz进行干扰抵消比的测试,大部分频点可达40dB,满足性能要求;可以看出,模式搜索算法具有局部寻优能力强,工程上易于实现的优点,适用于需要快速收敛的寻优过程。

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0引言现代通信中,随着通信平台上单位面积的电子设备越来越多,设备间的电磁干扰也越来越严重,当相距较近的接收机和发射机同时收发时,发射机会对接收机产生同址干扰,严重影响接收机的性能[1-2]。若收发频率相同或接近时,由于发射信号的强度往往较大,因此很有可能超过接收机的接受范围从而造成接收机的阻塞,导致整个通信系统的瘫痪。另外还有可能存在发射机的谐波干扰、接收机的减敏现象、接收机和发射机的互调干扰等[3],而自适应干扰抵消器可以较好地解决这一问题[4]。另外自适应干扰抵消器还可以用于电子干扰机中[5],来抵消本机发射的强干扰信号对接收机造成的干扰。最后随着频谱资源愈加珍贵,自适应干扰抵消技术也将在5G中发挥重要作用[6]。1自适应干扰抵消器1.1基本原理自适应干扰抵消作为自适应滤波器的一种重要应用[7],其原理如图1所示。图1自适应干扰抵消原理图其中:S为接收机收到的来自信号源的有用信号;VS为发射机发射的强干扰信号,它经过空间信道的传播,幅度与相位产生了衰减和偏移产生了信号VR被接收端所接收;V0为对发射信号进行取样得到的信号,对其进行自适应调整后得到V1、VR、S三者合并产生误差信号ε,用于自适应调整。1.2方案框图在此我们采用正交矢量合成的方法[8]设计自适应干扰抵消器,其系统如图2所示。图2自适应干扰抵消器系统框图由于电调衰减器会对通过的信号产生一定的相位偏移,因此导致误差信号与I、Q两路信号的相关值可靠度不高,因此无法采用LMS算法,在此我们仅根据误差自相关值调整控制值。首先我们用裂相器对取样信号进行正交分解,得到UI,UQ两路正交信号。然后UI,UQ经过电调衰减器进行衰减得到WIUI与WQUQ,它们与接收天线接收到的信号一同进入合并器,用于抵消干扰信号,抵消原理如图3所示。合并后得到误差信号ε,再将ε送入功分器分成两路,一路作为抵消输出,另一路送入宽带相关器。利用宽带相关器对ε求自相关得到ε的均方值E[ε2],再将E[ε2]送入控制单元,控制单元根据E[ε2]的变化情况对电调衰减器进行控制。控制单元主要由DSP和16位的AD、DA组成,AD负责对输入的误差相关值进行模数转换,DA负责对输出的控制值进行数模转换,DSP用于实现控制算法。另外还有控制输入信号从外部输入,用于控制何时进行干扰抵消。图3正交矢量合成抵消示意图2控制算法根据上文中的系统框图,我们能够看出:控制算法需要做的就是根据误差均方值模数转换后的结果对两个电调衰减器送出合适的控制值。由AD,DA均为16位,因此I、Q两路的控制值及误差均方值的取值范围均为0~65535,且每送出一对控制值,都可以得到相应的误差均方值。因此我们可以将这样的映射关系看成二维的函数一样,我们需要做的就是找出可以使函数取最小值的那对点。2.1数据采样分析为了找出合适的搜索算法,我们对实际系统中的数据首先进行采样分析。我们遍历控制值并将对应的误差相关值记录下来,再将数据文件导入MATLAB,用于绘图和仿真分析。在实际采集数据时,由于数据量的巨大,我们仅采集一个频点的数据,并以128为间隔,得到512×512个数据,绘图结果如图4。结合图我们可以得出:1)该数据不存在表达式,因此不能采用解析法,另外由于存在不可导点、平滑区域、局部极小点,因此一些利用导数或梯度的方法也不可取;2)由于局部极小点的存在,采用的方法必须具有全局搜索能力;3)由于实际问题的需求,我们希望在保证精度的情况下,收敛速度越快越好,另外算法的实际实现难度也不能过高。这种需求的问题在实际的研究工作和生产实践中比比皆是,模式搜索是解决这一类问

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