背景

通信设备和系统生存于纷繁复杂的电磁环境中，随着电子设备间的密度与日俱增，导致所占用的电磁频谱越来越宽，所传输的信息量越来越大，面临的电磁干扰也日益严重。

在民用场合一般可以通过分配频率资源、限制发射功率、增加通信设备间距离等方式来解决这种问题。但是，在舰船、路基通信站、通信车和军用指挥飞机等军事场合，通常装有多部电台，并需要它们同时工作，致使空间的限制天线间不得不离得很近，导致大功率发射天线对敏感度很高的接收天线、同频带发射天线对接收天线等都将产生强烈的干扰，而空间隔离、屏蔽等许多其它环境中行之有效的方法都无法使用，如果不采取适当的措施将导致设备和系统的性能下降，甚至失效。

从电磁干扰信号频谱宽度，可以将电磁干扰分为宽带干扰源和窄带干扰源。无线通信系统中，远小于系统带宽的频带就可以认为是窄带了。许多时候由于受到扩频带宽的限制，仅靠扩频增益已不足以对干扰进行抑制，特别是在强窄带干扰的场合，必须采取其它措施进一步提高扩频通信的抗干扰能力。

基本原理

1.抗窄带干扰原理

随着对移动通信和个人通信服务需求的迅速增长，扩频通信为日益拥挤的频谱提供了一种很有前途的解决方案。直扩-CDMA与窄带通信系统共存既可以看作是频谱效率的改善，也可以看作是与现有窄带系统共享频谱资源。在两系统共存的情况下，直扩-CDMA信号扩展在很宽的频带内，功率谱密度非常低，所以对窄带通信系统性能的影响相当小。另一方面，直扩-CDMA系统在解扩时将窄带干扰扩展在很宽的频带内，所以系统自身具有具有抗窄带干扰的能力。但是，直扩-CDMA系统自身能够抗窄带干扰的条件是，假设直扩-CDMA信号的功率与窄带干扰相比大得多。然而实际应用当中，直扩-CDMA信号的发射功率应该不对窄带通信系统造成不良影响，所以其发射功率是受限的，这样的直扩-CDMA信号不再经得起来自窄带系统的干扰。为了保证直扩-CDMA信号发射的性能，必须消除直扩-CDMA系统和窄带通信系统之间的干扰。

2.抗窄带干扰技术

扩频通信干扰抑制技术的研究起源于20世纪70年代末期。过去的大量研究工作一直关注于扩频系统中有效的窄带干扰抑制技术的开发应用，发展至今仍是众多学者研究的热门课题。干扰抑制技术的实现方法很多，从最简单的信号处理技术到一些最先进的处理方法，已建立了丰富的方法论体系。这些技术包括利用了扩频信号和窄带信号谱特性的线性预测方法；利用了信号的谱特性和一阶概率分布的非线性预测方法；利用感兴趣的信号的扩展码和窄带干扰的二阶统计量的线性码辅助方法以及基本上利用了有用信号和窄带干扰信号的所有信息的最大似然码辅助技术。

已有的窄带干扰抑制技术基本可分为3类：预测技术；变换域技术和码辅助技术。

（1）基于预测的窄带干扰抑制技术

基于预测的窄带干扰抑制技术的基本思想是利用窄带信号和宽带信号在可预测性上的差异，得到一个窄带干扰的精确复制，然后再接收信号中消除足够的信号，从而达到抑制窄带干扰的目的。因为窄带干扰是非高斯的，样值间有很强的相关性，可以从过去样值来估计当前样值；而扩频信号频谱平坦，以chip率取样的样值之间几乎不相关。当接收信号同时包含宽带成分时，如果产生了一个接收信号的预测值，那么预测值中将主要是窄带信号的预测值。所以在解扩之前从当前信号中减去预测值，将显著减小接收信号中的窄带成分，再将信号与PN码进行相关解扩，就可以大大提高直扩通信系统的性能。

这类技术包括了线性预测干扰抑制滤波器与非线性预测干扰抑制滤波器，以及基于HMM的干扰抑制方法。

线性预测滤波器的两种基本结构是干扰基于状态空间的Kalman-Bucy预测器和抽头延迟线结构的有限脉冲响应（FIR）线性预测器。内插器也可以用来产生预测值，线性内插滤波器可看作是对线性预测滤波器的改进形式，它对干扰的估计不仅利用过去的输入值，同时利用将来的输入值，已达到更高精度的干扰估计。图1所示为线性预测滤波器。图2所示为线性内插滤波器。通常线性双边内插器比单边预测器性能要好。

图1 线性预测滤波器

图2. 线性内插滤波器

线性预测方法是利用有用数据信号的宽带特性抑制干扰，这样的处理只利用了扩频数据信号的谱结构特点。如果能利用更多的有用信号的结构特点，对线性预测方法进行改进，可以获得更好的抑制效果。当背景噪声是高斯白噪声时，线性预测技术是最优的。而当面临的噪声是非高斯噪声时，为了获得更好的性能，需要求助于某些非线性技术。直扩序列是独立同分布的二进制序列，是非高斯的，所以即使窄带干扰和背景噪声假设是高斯的，这时的最优滤波也应是非线性的。利用直扩信号的非高斯结构，可以获得非线性滤波器，这种滤波器在非高斯成分占主要地位的情况，可以获得比线性滤波器更好的窄带干扰抑制效果。推广到非线性内插滤波器，使其干扰抑制性能得到了进一步提高。图3为非线性预测滤波器结构框图。

图3 非线性预测滤波器结构框图

非线性预测滤波器是利用过去的输入值对干扰的当前值进行估计，滤波器抽头的间距是相等的，都等于取样间隔Tc。一种最小冗余线性预测滤波器的抽头间距根据最小冗余结构来选取，使其干扰抑制性能得到了提高。将最小冗余结构应用到非线性预测滤波器，得到了最小冗余非线性预测滤波器。分析结果表明，最小冗余非线性预测滤波器的性能明显优于标准非线性预测滤波器。图4所示为最小冗余非线性预测滤波器结构框图。