專利名稱：基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法
技術領域：
本發明涉及一種小波包調制系統的多音干擾抑制方法。
背景技術：
寬帶移動通信系統中，傳輸信號在信道中經歷的頻率選擇性衰落和窄帶干擾嚴重影響信號傳輸質量，因此需要采用多載波調制方式。小波包調制(WPM，wavelet packet modulation)方式為多載波調制方式的一種，其靈活多變的樹型結構，使其抗頻率選擇性衰落的同時具有抗窄帶干擾能力。在頻率選擇性衰落和窄帶干擾嚴重的情況下，選擇小波包調制方式來抑制衰落和干擾。
根據窄帶干擾情況變換小波包樹結構能夠在一定程度上抑制窄帶干擾。變換樹型結構的方法從時域和頻域角度減小了干擾信號的干擾范圍，但窄帶干擾仍存在于原始信號中。因此需要一種適用于小波包調制系統的終端信號處理技術，進一步濾除窄帶干擾。這就是小波包調制系統的終端干擾抑制問題。根據窄帶干擾的不同，可分為多音干擾抑制和脈沖干擾抑制。就針對多音干擾抑制方法而言，干擾抑制的目標是濾除存在于小波包調制解調信號中的多音干擾信號，進一步減小干擾帶來的誤碼率。
現有的結合小波變換技術的多音干擾抑制算法均針對非小波包調制系統設計的，具有變換域干擾能量抑制能力。處理過程中干擾信號和原始信號位于同一小波域。由于小波包調制過程采用小波包反變換，將傳輸信號作為小波包基函數的分解系數進行小波包樹樹合成，而接收端的解調過程采用小波包正變換，還原初始傳輸信號，但在解調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的正交系數。小波包調制系統終端的干擾信號和原始信號位于不同域，因此現有的結合小波變換技術的多音干擾抑制方法不可應用于小波包調制系統終端。
發明內容
本發明是為了解決現有用于抑制多音干擾的方法無法應用于小波包調制系統終端而導致多音干擾抑制效果差，系統誤碼率高的問題，從而提出一種基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統接收端的多音干擾抑制方法。
基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，它由以下步驟完成 步驟一、小波包調制系統接收端接收信號，并判斷所述信號是否存在多音干擾，如果判斷結果為否，則執行步驟一一；如果判斷結果為是，則執行步驟二； 步驟一一、對所述信號進行小波包樹分解，獲得分解后的信號，將所述分解后的信號由并行轉換為串行后輸出； 步驟二、根據多音干擾和傳輸信號特性對步驟一所述信號進行小波包樹優選，獲得最優樹信息，并將最優樹信息反饋到發射端； 步驟三、發射端根據反饋回的最優樹信息改變小波包的調制方式，并將調制后的信號發送至信道； 步驟四、接收端接收信號，對所述信號進行小波包樹分解，并將分解后的信號采用LMS自適應濾波法進行濾波；然后將濾波后的信號輸出。
步驟二中所述獲得最優樹信息的方法是 首先根據公式 獲得小波包樹各終端節點處干擾的誤碼率； 其中
為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹根部到終端節點(l，m)的等效小波包函數φl，m*(t)在頻率點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，獲得最優小波包樹信息。
步驟四中所述采用LMS自適應濾波法進行濾波的步驟為 步驟A、初始化濾波器的權值向量、步長、期望值和階數；執行步驟B，采用循環迭代的方法更新權值向量； 步驟B、將權值向量與經小波包樹分解后信號的信號向量相乘，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、根據所述誤差值更新權值向量； 步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果為否，則返回執行步驟B；如果為是，則結束循環迭代，執行步驟F； 步驟F、采用迭代更新后的權值向量對小波包樹分解后的傳輸信號進行濾波，獲得濾波后的信號，將所述濾波后的信號由并行轉換為串行后輸出。
有益效果本發明根據應用于小波包調制系統接收端收到的信號的多音干擾性質以及小波包分解信號產生的誤碼率進行最優樹選擇，并將選擇結果反饋到發射端，用以控制小波包樹的調制形式，達到抑制多音干擾的目的，并將發射端調制并發射后信號在接收端小波包樹分解后采用LMS自適應濾波法進行濾波，進一步抑制多音干擾，抑制效果好，系統誤碼率低。
圖1是本發明的流程結構示意圖；圖2是本發明的LMS自適應濾波法的流程示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本具體實施方式
，基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，它由以下步驟完成 步驟一、小波包調制系統接收端接收信號，并判斷所述信號是否存在多音干擾，如果判斷結果為否，則執行步驟一一；如果判斷結果為是，則執行步驟二； 步驟一一、對所述信號進行小波包樹分解，獲得分解后的信號，將所述分解后的信號由并行轉換為串行后輸出； 步驟二、根據多音干擾和傳輸信號特性對步驟一所述信號進行小波包樹優選，獲得最優樹信息，并將最優樹信息反饋到發射端； 步驟三、發射端根據反饋回的最優樹信息改變小波包的調制方式，并將調制后的信號發送至信道； 步驟四、接收端接收信號，對所述信號進行小波包樹分解，并將分解后的信號采用LMS自適應濾波法進行濾波；然后將濾波后的信號輸出。
步驟二中所述獲得最優樹信息的方法是 首先根據公式 獲得小波包樹各終端節點處干擾的誤碼率； 其中
為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹根部到終端節點(l，m)的等效小波包函數φl，m*(t)在頻率點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，獲得最優小波包樹信息。
步驟四中所述采用LMS自適應濾波法進行濾波的步驟為 步驟A、初始化濾波器的權值向量、步長、期望值和階數；執行步驟B，采用循環迭代的方法更新權值向量； 步驟B、將權值向量與經小波包樹分解后信號的信號向量相乘，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、根據所述誤差值更新權值向量； 步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果為否，則返回執行步驟B；如果為是，則結束循環迭代，執行步驟F； 步驟F、采用迭代更新后的權值向量對小波包樹分解后的傳輸信號進行濾波，獲得濾波后的信號，將所述濾波后的信號由并行轉換為串行后輸出。
本實施方式所述的小波包樹優選方法的原理小波包調制系統的解調由小波包樹分解來實現，經小波包樹分解的多音干擾信號形式由原多音干擾信號特性和小波包樹結構共同決定。因小波包樹分解前的多音干擾信號為頻域脈沖信號，在某幾個頻點突發且通常具有較強的能量。在小波包樹分解的干擾信號和原始信號特性基礎上可以推導出干擾信號對系統造成的誤碼率。不同的小波包樹結構代表不同的時-頻劃分，因此經不同小波包樹分解的干擾信號會產生不同的誤碼率，選擇產生最小誤碼率的小波包樹是樹的優選過程。自適應小波包樹變換是根據多音干擾性質進行最優樹選擇，將選擇結果反饋到信號發送端，控制小波包調制方式。
LMS自適應濾波法的原理經優樹選擇后，小波包調制系統從時-頻域變換的角度縮小了受干擾信號的范圍，但干擾仍存在于原始信號中，信干比未發生變化。為了增加信干比，進一步減小誤碼率，提出一種基于LMS自適應濾波算法的多音干擾抑制方案。方案中將小波包樹分解后混有多音干擾的信號送入LMS自適應濾波器，計算濾波器輸出與期望值之間的均方誤差，并根據信號特性選擇適當的步長。采用均方誤差、步長和小波包樹分解信號的乘積對初始權值向量進行更新，多次迭代后誤差收斂，產生最佳權值向量，通過迭代產生的最佳權值向量對小波包分解信號進行濾波，實現進一步的干擾抑制。
本實施方式的典型的應用環境 本實施方式可以應用于寬帶移動通信環境中，該方法解決了傳統為非小波包調制系統設計的窄帶干擾抑制算法不適應小波包調制系統的問題。通過對小波包分解后的信號進行自適應濾波，解決了小波包樹優選后信號中信干比沒有變化的問題，減小了干擾為系統帶來的誤碼率，進一步抑制了系統中的多音干擾。通過小波包分解與LMS自適應濾波算法結合，改變濾波器輸入信號的自相關矩陣奇異值分布，提高了自適應濾波算法收斂速度，解決了LMS自適應濾波算法收斂速度問題。
權利要求
1、基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，其特征是它由以下步驟完成
步驟一、小波包調制系統接收端接收信號，并判斷所述信號是否存在多音干擾，如果判斷結果為否，則執行步驟一一；如果判斷結果為是，則執行步驟二
步驟一一、對所述信號進行小波包樹分解，獲得分解后的信號，將所述分解后的信號由并行轉換為串行后輸出；
步驟二、根據多音干擾和傳輸信號特性對步驟一所述信號進行小波包樹優選，獲得最優樹信息，并將最優樹信息反饋到發射端；
步驟三、發射端根據反饋回的最優樹信息改變小波包的調制方式，并將調制后的信號發送至信道；
步驟四、接收端接收信號，對所述信號進行小波包樹分解，并將分解后的信號采用LMS自適應濾波法進行濾波；然后將濾波后的信號輸出。
2、根據權利要求1所述的基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，其特征在于步驟二中所述獲得最優樹信息的方法是
首先根據公式
獲得小波包樹各終端節點處干擾的誤碼率；
其中
為干擾功率，fJ為干擾頻率，El，m為傳輸信號能量，Φl，m*(f′J)為從小波包樹根部到終端節點(l，m)的等效小波包函數φl，m*(t)在頻率點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，獲得最優小波包樹信息。
3、根據權利要求1所述的基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，其特征在于步驟四中所述采用LMS自適應濾波法進行濾波的步驟為
步驟A、初始化濾波器的權值向量、步長、期望值和階數；執行步驟B，采用循環迭代的方法更新權值向量；
步驟B、將權值向量與經小波包樹分解后信號的信號向量相乘，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、根據所述誤差值更新權值向量；
步驟E、判斷步驟C獲得的誤差值是否收斂，如果判斷結果為否，則返回執行步驟B；如果判斷結果為是，則結束循環迭代，執行步驟F；
步驟F、采用迭代更新后的權值向量對小波包樹分解后的傳輸信號進行濾波，獲得濾波后的信號，將所述濾波后的信號由并行轉換為串行后輸出。
全文摘要
基于最小均方自適應濾波法的小波包調制系統的多音干擾抑制方法，它涉及一種小波包調制系統的多音干擾抑制方法。它解決了現有用于抑制多音干擾的方法無法應用于小波包調制系統終端而導致多音干擾抑制效果差，系統誤碼率高的問題。其方法，小波包調制系統接收端接收信號，并判斷是否存在多音干擾，如果否，則輸出；如果是，則進行小波包樹優選，并將最優樹信息反饋到發送端；發射端根據反饋回的最優樹信息改變小波包的調制方式并將調制后的信號發送至信道；接收端接收調制后的信號，并對所述調制后的信號進行小波包樹分解，分解后的信號采用LMS自適應濾波法進行濾波；然后將濾波后的信號輸出。本發明適用于寬帶移動通信系統中的信號傳輸過程。
文檔編號H04L25/03GK101610228SQ20091007250
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者仲偉志, 慶 郭, 琰 郭, 肖麗萍 申請人:哈爾濱工業大學