In this dissertation work we propose four kinds of efficient adaptive digital filters for narrow-band interference cancelling in direct sequence spread spectrum systems, and analyze their performances. Particularly, we are concerned with the reduction of computational complexities of these filters since in a DS spread spectrum filtering the desired wide-band signal corrupted by narrow-band interference requires very high speed of computation.
First, we propose a combined structure for simultaneous interference rejection and PN correlation, and present an exact performance analysis. The number of arithmetic operations required to implement the structure is reduced significantly as compared to the existing algorithms. Compared with the performance of the system studied by Li and Milstein, our proposed system yields improved mean-squared error, especially in the high range of signal-to-Gaussian noise ratio, and also its convergence speed is faster. This combined structure is almost independent on the jamming frequency and on the kind of PN sequence used.
Second, we investigate an efficient time-domain adaptive block algorithm for suppressing narrow-band interference in a DS spread spectrum system. Since the proposed time-domain block algorithm utilizes a concept of parallel processing, the DS receiver with this fitler is appropriate for VLSI implementation. We analyze the performances of the proposed time-domain block and the existing algorithms assuming the perfect randomness of the PN sequence. In the DS receiver with the proposed time-domain block processing filter, the computational complexity is reduced significantly and an improved steady state performance is obtained.
Third, we study an efficient zero-phase constrained frequency-domain block LMS algorithm that has the reduced computational complexity and the fast convergence speed for highly correlated input signals. We apply this algorithm to narrow-band interference rejection in a DS spread spectrum system. The convergence speed of the proposed algorithm is much faster than that of the LMS algorithm because the narrow-band interference input is a highly correlated signal. The filter transfer function can be known directly from the frequency-domain tap weights, and the computational complexity is significantly reduced for a large number of taps. The steady state performance of the proposed algorithm is better than that of the existing algorithms. We show that the proposed algorithm can be applied to the linear-phase or the constant group-delay constrained frequency-domain block LMS algorithms.
Finally, we propose an efficient frequency-domain block LMS algorithm without decision feedback for rejecting narrow-band interference in the DS spread spectrum system. Since this algorithm need not the exact desired values as the existing algorithms, it can be implemented independently of the PN correlator. The convergence speed of the proposed algorithm is faster than that of the LMS algorithm because the narrow-band interference input is a highly correlated signal. The filter transfer function can be known directly from the frequency-domain tap weights and the computational complexity is significantly reduced for a large number of taps. We prove the convergence of the proposed algorithm to the optimum solution. Also we show that the self-orthogonal algorithm for fast convergence speed with a convergence factor normalized by the estimated input signal cannot be applicable, which is different from the frequency-domain block LMS algorithm with decision feedback. The proposed algorithm can be applied to the constant modulus algorithm with the same advantages.
본 논문에서는 direct sequence (DS) 주파수 대역 확산 방식에서 좁은 대역의 간섭 신호를 제거하기 위한 효과적인 적응 digital filter 를 네가지 제안하며 그들의 성능을 분석하였다. DS 주파수 대역 확산 방식에서 좁은 대역의 간섭 신호에 의해 변형된 광대역 신호를 filtering 하는데에 매우 빠른 계산 능력이 필요하므로 filter의 계산량 감소에 특히 관심을 가졌다.
첫째, PN 복조와 간섭 신호 제거를 동시에 수행하는 복합 구조를 제안하여 그 성능을 정확히 분석하였다. 제안한 구조에 사용되는 계산량은 기존의 방식에 비해 상당히 줄었다. Li 와 Milstein 이 제안한 방식에 비해서, 이 복합 구조는 특히 입력 신호 대 잡음 비가 큰 범위에서 성능이 우수하다. 이 복합 구조의 성능은 간섭 신호의 주파수나 사용된 PN sequence 의 종류에 거의 무관하다.
둘째, time-domain block 적응 방식을 제안하였다. 이 구조는 병렬 처리 개념을 사용하였으므로 VLSI 로 구현하는데 적합하다. PN sequence 의 완전 random 을 가정하여 제안한 구조의 성능과 기존 방식의 성능을 분석 비교하였다. 이 구조 역시 계산량이 줄고 정상 상태에서 성능이 향상되었다.
셋째, 효과적인 zero-phase 제한을 갖는 frequency-domain block LMS (FBLMS) 방식을 제안하였다. 이 방식은 적은 계산량을 가지며 correlation 이 큰 입력 신호에도 수렴 속도가 빠르다. 이 방식을 이용하면, 간섭 신호의 특성을 frequency-domain tap weight로 부터 바로 알 수 있으며 정상 상태에서의 성능이 향상된다. 이 방식은 또한 선형 위상이나 constant group delay 제한을 갖는 FBLMS 방식에도 적용될 수 있다.
마지막으로, decision feedback 이 없는 효과적인 FBLMS 방식을 제안하였다. 이 방식은 PN 복조기와 독립적으로 구현할 수 있는 장점이 있다. 이 방식을 사용하면 correlation 이 매우 큰 좁은 대역 간섭 신호 입력에도 수렴 속도가 빠르며, 간섭 신호의 특성을 frequency-domain tap weight로부터 바로 알 수 있다. 이 방식은 constant modulus algorithm 에 적용될 수 있다.
