文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.03.029
中文引用格式： 江曉磊，張?zhí)祢U，趙軍桃. 窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號捕獲[J].電子技術應用，2016，42(3)：102-105，109.
英文引用格式： Jiang Xiaolei，Zhang Tianqi，Zhao Juntao. Accurate acquisition method of BOC signals in norrowband interference environment[J].Application of Electronic Technique，2016，42(3)：102-105，109.
0 引言
BOC信號由于副載波調(diào)制造成自相關函數(shù)的多峰特性和功率譜的裂譜特性。在目前的通信系統(tǒng)中，除了背景噪聲以外還存在著窄帶干擾，當窄帶干擾很強時將導致通信系統(tǒng)無法正常運行。所以，在進行BOC捕獲之前需要將窄帶干擾抑制。
頻域窄帶干擾抑制是當前應用很廣的干擾抑制方法，依據(jù)是：與擴頻信號和白噪聲的頻譜相比，窄帶干擾的頻譜很窄，容易識別。在實際問題中需要對輸入信號進行截斷后再進行DFT運算，由此會造成頻譜泄漏現(xiàn)象。加窗可以減小頻譜泄漏但會使有用信號變得扭曲，所以為了解決這種問題，采用重疊加窗技術。加窗損耗隨著重疊比例的增大而減小[1]，但是計算量會隨之增大，本文選取了實際中最常用的重疊加窗技術[2]。文獻[3]給出了幾種重疊處理算法的比較，文獻[4]詳細比較了重疊相加和重疊選擇兩種數(shù)據(jù)合成輸出方式，得出重疊相加的損耗更小。同時文獻[4]和文獻[5]還給出了多種窗函數(shù)的比較，研究了不同窗函數(shù)引起的信噪比損耗，指出hanning窗產(chǎn)生損耗最小。對于捕獲部分，人們已經(jīng)研究了很多方法，如自相關副峰消除技術[6]、filtered算法等。文獻[7]提出了單邊帶捕獲算法，但是這種算法對硬件的要求高，不易實現(xiàn)。文獻[8]提出了一種計算復雜度很高的馬氏鏈的捕獲算法。文獻[9]和文獻[10]提出了相關重構法，相較于前兩種算法性能有很大提高。
目前對窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號捕獲研究的文獻幾乎沒有，但是對于這種問題的研究有很大的實際作用。為了解決本文所遇問題，提出了頻域FFT重疊變換干擾抑制算法和重構相關捕獲法的聯(lián)合方法，該方法先通過頻域陷波技術對干擾進行抑制后，再對抑制后的信號利用重構相關法進行捕獲。利用該算法窄帶干擾信號能夠很好地被抑制，并且完成BOC信號的無模糊捕獲。
1 信號模型
BOC調(diào)制信號的數(shù)學模型可以表示為：
式中，A表示輸入信號的幅度，d(t)表示數(shù)據(jù)波形，c(t)表示偽碼波形，SC(t)=sgn(sin(2πfs t))表示副載波，fs是副載波頻率。
BOC信號經(jīng)過高斯白噪聲信道以及混入窄帶干擾后，接收信號為：
2 算法原理
2.1 FFT加窗算法
重疊加窗算法的原理框圖如圖1所示。
圖1中，干擾抑制的門限值定義為：
1/2 FFT重疊加窗算法原理如下：在兩路信號中，第二路信號相對于第一路有N/2的延遲，每一路信號分別進行IFFT后，把前后各N/4個樣本點丟掉，只保留中間部分的樣點，得到失真較小的信號，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)合成把兩路信號合成一路輸出。處理過程如圖2、圖3所示。
如圖2 所示，將接收的信號r(n)劃分成長度為M的數(shù)據(jù)塊，M=N/2。定義3個連續(xù)的相鄰數(shù)據(jù)塊為數(shù)據(jù)向量rj-1，rj和rj+1。
式中，triα(x/y)表示以x為變量、α為中心、y為寬度、峰值為1的三角形函數(shù)。圖4所示的是BOC(1，1)的重構示意圖。
3 仿真試驗及分析
3.1 不同干擾條件下的誤碼率分析
根據(jù)本文的干擾抑制方法對不同干擾強度、不同干擾頻率以及不同干擾個數(shù)的窄帶干擾信號進行抑制，采用BOC(1，1)信號進行試驗，基準速率為1.023 MHz，采樣率為Sa=32 bit/chip，窗長為10 912。
(1)不同強度的窄帶干擾抑制效果對比
由圖5可知，當SIR=-30 dB，SIR=-40 dB時誤碼率最小，且當SNR=10 dB時，干擾抑制效果最好。當干擾強度減小，門限值隨之減小，超過門限值的有用信號被抑制，形成較大的誤碼；隨著強度的繼續(xù)增大，超過了系統(tǒng)的抗干擾容限，窄帶干擾不能被有效抑制，誤碼率也將隨之增大。
(2)不同干擾頻率和個數(shù)的窄帶干擾抑制效果對比
在譜分析時一般會引入頻率分辨率的概念[11]，即兩個離散的譜線間最小間隔。當干擾的頻率不是分辨率的整數(shù)倍時，將會產(chǎn)生較大的附加損失。BOC信號是在直擴信號的基礎上進行了副載波調(diào)制，所以由文獻[2]得到BOC(1，1)信號譜線間隔為1/2NTc。對有用信號混入兩個窄帶干擾，其中一個干擾角頻率為ω=0.2 rad/s，ω=0.3 rad/s，ω=0.5 rad/s，另一個干擾角頻率為ω=0.6 rad/s。仿真結果如圖6所示。
由圖6(a)、(b)可知，當干擾頻率為離散譜線間隔的整數(shù)倍時，干擾的抑制效果最好，在此條件下增加干擾的個數(shù)對干擾抑制效果基本沒有影響。
3.2 干擾抑制性能分析
在接收到的信號中加入兩個單音干擾信號：SIR=-30 dB，SNR=15 dB，θ=5，圖7給出了干擾抑制前后信號的頻域對比圖。
由圖7可知，干擾被有效抑制，恢復出原始信號，圖7(a)中的幅值較高的4條線是由干擾引起，由此驗證了本文重疊加窗算法抑制干擾的有效性。
3.3 重構原理捕獲過程仿真
對BOC 信號利用重構原理進行捕獲，偽碼偏移點數(shù)設置為5 000點,仿真結果由圖8所示。
由圖8可知，經(jīng)過干擾抑制后再經(jīng)過重構，自相關函數(shù)的副峰幾乎完全消除，達到了消除模糊性的目的，提高了捕獲精度，在信噪比為15 dB的情況下，在第5 000個采樣點處出現(xiàn)了一個峰值，這與設置的碼偏移的位置是一致的。
3.4 捕獲算法性能比較仿真
將本文算法和無偏算法、filtered算法、文獻[12]提出的算法在沒有受窄帶干擾影響的情況下進行了比較，仿真結果如圖9所示。
由圖9可知，在4種算法中，本文提出的重構捕獲算法捕獲精度明顯高于其他幾種算法，為接下來的跟蹤提供了有利的條件。
3.5 主峰比例均值比較仿真
仿真中使用的實驗數(shù)據(jù)參考3.1節(jié)實驗，首先利用本文的干擾抑制算法對窄帶干擾進行抑制，在此基礎上對本文的捕獲算法、無偏算法、文獻[12]算法的主峰比例均值進行了比較，同時給出了不同干擾強度下的仿真對比圖。仿真結果如圖10所示。
由圖10可知，本文干擾抑制算法比其他幾種算法主峰比例均值高，當SIR=-30 dB時主峰比例峰值基本不變；當干擾強度繼續(xù)增大超出系統(tǒng)抗干擾容限時，受干擾影響較大。實驗證明了本文所提算法在BOC信號中窄帶干擾抑制的有效性和適用性。
4 結論
針對在窄帶干擾環(huán)境下的BOC信號的捕獲問題，本文詳細敘述了一種基于FFT重疊變換的窄帶干擾抑制方法與相關重構捕獲結合的算法，理論分析和仿真結果均表明算法的有效性和適用性。本文算法在信噪比為10 dB、信干比為-30 dB條件下能有效抑制窄帶干擾，且消除了由于BOC自身的裂譜性所造成的捕獲模糊性，為跟蹤提供了有利的條件。
參考文獻
[1] 鄒寧，徐松濤，劉明園，等.一種重疊加窗頻域抑制窄帶干擾算法及研究[J].現(xiàn)代防御技術，2010，38(3)：120-125.
[2] 白娟，張?zhí)祢U，余熙，等.窄帶干擾環(huán)境下直擴信號偽碼周期估計[J].計算機仿真，2012，29(2)：109-115.
[3] 馬劉海，張?zhí)鞓?，劉芹?GNSS頻域抗干擾中重疊加窗處理的優(yōu)化設計[J].電子世界，2014(5)：139-140.
[4] 曾祥華，李崢嶸，王飛雪，等.擴頻系統(tǒng)頻域窄帶干擾抑制算法加窗損耗研究[J].電子與信息學報，2004，26(8)：1276-1281.
[5] HARRIS F J.On the use of Windows for harmonic analysis with discrete fourier transform[J].Proceedings of the IEEE，1978，66(1)：51-83.
[6] JULIEN O，MACABIAU C，CANNON M E，et al.ASPeCT：unambiguous sine-boc(n，n) acquisition/tracking technique for navigation applications[J].IEEE Transactions on Aerospace & Electronic Systems，2007，43(1)：1509-1627.
[7] FENG Y X，DING C.The research on synchronization ac quisition technology for BOCsin and BOCcos phase modulation signals[C].Intelligent Networks and Intelligent Systems，2010：622-625.
[8] FADOUA B，THIERRY C，OLIVIER R.An MCMC algorithm for BOC and AltBOC signaling acquisition in multipath environments[C].IEEE/ION Conference on Position，Location and Navigation Symposium，2008：424-432.
[9] 楊力，潘成勝，薄煜明，等.基于相關重構的BOC調(diào)制信號捕獲新方法[J].宇航學報，2009，30(4)：1675-1679.
[10] 張?zhí)祢U，張亞娟，吳旺軍，等.基于改進Rake模型的多徑BOC信號精確捕獲方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術，2015，37(3)：492-497.
[11] 張?zhí)炱?，許斌，郝建華，等.直接序列擴頻通信系統(tǒng)的窄帶干擾抑制仿真[J].電子元器件應用，2009(12)：77-80.
[12] WANG W，WANG J，DONG W，et al.A new unambiguous acquisition algorithm for BOC(n，n) signals[C].IEEE International Conference on Signal Processing(ICSP)，2014，12：94-97.