聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測距儀干擾抑制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種L頻段數(shù)字航空通信系統(tǒng)反向鏈路傳輸方法。特別是涉及一種能 夠顯著提高L頻段數(shù)字航空通信系統(tǒng)反向鏈路傳輸可靠性的聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測 距儀干擾抑制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 民航寬帶航空數(shù)據(jù)鏈用于提供民航飛機(jī)與地面基站間高速的話音與數(shù)據(jù)通信服 務(wù)，寬帶航空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)敲窈胶娇针娦啪W(wǎng)的重要組成部分，也是民航未來空中交通管理系統(tǒng) 的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。國際民航組織在2004年提出了一種地空數(shù)據(jù)鏈候選技術(shù)方案:L頻段 數(shù)字航空通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多載波正交頻分復(fù)用傳輸方案，具有頻譜利用率高、抗多徑 能力強(qiáng)、傳輸容量大等優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，為解決L波段頻率資源匱乏的問題，2007年世界無線 電大會(huì)批準(zhǔn)L頻段數(shù)字航空通信系統(tǒng)以內(nèi)嵌方式部署在導(dǎo)航測距儀頻道間，由于測距儀信 號(hào)與L頻段數(shù)字航空通信信號(hào)的頻譜存在部分重疊，且測距儀信號(hào)發(fā)射機(jī)以高功率、突發(fā)脈 沖方式工作，因此針對(duì)L波段航空通信系統(tǒng)反向鏈路中測距儀脈沖信號(hào)干擾正交頻分復(fù)用 接收機(jī)的問題，開展L頻段數(shù)字航空通信系統(tǒng)正交頻分復(fù)用接收機(jī)測距儀脈沖干擾抑制的 方法研究具有重要意義。
[0003] L波段數(shù)字航空通信系統(tǒng)接收機(jī)脈沖干擾消除的方法主要包括四種:脈沖熄滅方 法、脈沖限幅方法、迭代子載波干擾重構(gòu)與消除方法、基于壓縮感知的測距儀脈沖干擾抑制 方法。
[0004] 脈沖熄滅方法由德宇航提出來的，其基本思想是:首先接收機(jī)設(shè)定一個(gè)熄滅門限， 然后將高于熄滅門限的信號(hào)樣值設(shè)置為零，低于熄滅門限的信號(hào)樣值保持不變，從而消除 高強(qiáng)度的脈沖干擾的影響。
[0005] 脈沖限幅方法由德宇航提出來的，其基本思想是:首先接收機(jī)設(shè)定一個(gè)限幅門限， 然后將高于限幅門限的信號(hào)樣值設(shè)置為門限值，低于限幅門限的信號(hào)樣值保持不變，從而 消除高強(qiáng)度的脈沖干擾的影響，且相對(duì)于脈沖熄滅方法不會(huì)把有用信號(hào)置零。
[0006]迭代子載波干擾重構(gòu)與消除方法是由德宇航提出來的，其基本思想是:首先利用 脈沖熄滅方法消除脈沖干擾，然后進(jìn)一步重構(gòu)子載波間干擾，最后對(duì)脈沖熄滅產(chǎn)生的子載 波間干擾進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低脈沖熄滅法產(chǎn)生子載波間干擾的影響，提高鏈路傳輸?shù)目煽?性。
[0007]壓縮感知脈沖干擾消除方法是由南加州大學(xué)的學(xué)者首次提出，其基本思想是:利 用隨機(jī)脈沖干擾時(shí)域的稀疏性，采用凸優(yōu)化的方法進(jìn)行壓縮感知脈沖干擾重構(gòu)并消除。
[0008]脈沖熄滅方法與脈沖限幅方法雖然可以直接且方便的消除脈沖干擾，但在實(shí)際應(yīng) 用中，該方法存在以下兩個(gè)方面的問題:第一是脈沖干擾信號(hào)門限不易確定，由于正交頻分 復(fù)用信號(hào)自身峰均比較高，接收機(jī)通常不易確定脈沖熄滅門限，這將導(dǎo)致接收機(jī)性能降低。 第二個(gè)問題是接收機(jī)采用脈沖熄滅或者限幅之后，正交頻分復(fù)用接收機(jī)產(chǎn)生子載波間干 擾，最終也將導(dǎo)致接收機(jī)性能的惡化。
[0009] 迭代子載波干擾重構(gòu)與消除方法通過重構(gòu)子載波間干擾提高鏈路傳輸?shù)目煽啃浴?但該方法依然存在兩個(gè)方面的問題，第一脈沖熄滅門限不易確定，第二迭代子載波間干擾 重構(gòu)及補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算復(fù)雜度較高。
[0010] 壓縮感知的脈沖干擾抑制方法雖然能夠有效重構(gòu)高強(qiáng)度的脈沖干擾，但是該方法 有存在一個(gè)問題，脈沖信號(hào)重構(gòu)之后會(huì)產(chǎn)生殘留干擾并且殘留的干擾會(huì)顯著惡化接收機(jī)的 性能，影響傳輸鏈路的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測距儀干擾 抑制系統(tǒng)，其在L頻段航空通信系統(tǒng)反向鏈路中可有效抑制測距儀脈沖信號(hào)對(duì)正交頻分復(fù) 用接收機(jī)的干擾，顯著提高L頻段數(shù)字航空通信系統(tǒng)反向鏈路傳輸可靠性。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測距儀干擾抑制系 統(tǒng)，包括有依次串連連接的均衡器、下采樣器、解映射器和解調(diào)器，還設(shè)置有接收同一信號(hào) 的R個(gè)接收支路，連接在R個(gè)接收支路的輸出端用于將R個(gè)接收支路輸出信號(hào)進(jìn)行合并的最 大比值合并器，其中，所述的R為大于1的整數(shù)，所述最大比值合并器的輸出端連接所述均衡 器的輸入端，所述解調(diào)器的輸出端為系統(tǒng)的輸出端。
[0013] 所述的接收支路包括有：
[0014] 射頻模塊，用于將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的基帶信號(hào)；
[0015] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，連接在所述射頻模塊的輸出端，用于將模擬的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字 的基帶信號(hào)；
[0016] 循環(huán)前綴移除器，連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，用于刪除信號(hào)的循環(huán)前綴； [0017]壓縮感知重構(gòu)模塊，連接在所述循環(huán)前綴移除器的輸出端，用于輸出重構(gòu)的干擾 信號(hào)；
[0018] 干擾消除器，分別連接在所述循環(huán)前綴移除器的輸出端和壓縮感知重構(gòu)模塊的輸 出端，用于消除循環(huán)前綴移除器輸出的干擾信號(hào)；
[0019] 快速傅里葉變換器，連接在所述干擾消除器的輸出端，用于將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻 域信號(hào)，并分別輸出給最大比值合并器和信道估計(jì)器；
[0020] 所述信道估計(jì)器用于產(chǎn)生信道的頻率響應(yīng)輸出給最大比值合并器。
[0021 ]所述的壓縮感知重構(gòu)模塊的重構(gòu)方法包括如下步驟：
[0022] 1)首先通過離散傅立葉變換將接收信號(hào)矢量yr轉(zhuǎn)換到頻域：
[0023] Yr = Fyr (10)
[0024] = Λ rX0V+Fir+Nr,r = 1, . . . R
[0025] 其中，Yr為頻域信號(hào)矢量，Ar表示對(duì)角矩陣，X°V為頻域上采樣信號(hào)，i r表示第r個(gè)接 收支路接收到的測距儀干擾信號(hào)，Nr代表nr的傅里葉變換，n r表示第r個(gè)接收支路接收到的 噪聲，
[0026] 2)將頻域信號(hào)矢量Yr中空符號(hào)子信道表示為：
[0027] (Yr)Q=(F)Qir+(Nr)Q (11)
[0028] 其中，Ω表示頻域發(fā)射信號(hào)矢量Yr的空符號(hào)位置序號(hào)構(gòu)成的集合，（·、表示由集 合Ω中序號(hào)對(duì)應(yīng)的元素構(gòu)成的子矩陣；
[0029] 3)利用壓縮感知凸優(yōu)化方法最終重構(gòu)出稀疏測距儀信號(hào)ξ.，表示為：
[0030]
(15)
[0031] 其中，/ = ，ε為非負(fù)誤差項(xiàng)。
[0032] 所述的最大比值合并器是采用下述公式進(jìn)行合并：
(7)
[0033]
[0034] f為最大比值合并器的輸出信號(hào)，為快速傅里葉變換器輸出的頻域信號(hào)。
[0035] 本發(fā)明的聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測距儀干擾抑制系統(tǒng)，在L頻段航空通信系 統(tǒng)反向鏈路中可有效抑制測距儀脈沖信號(hào)對(duì)正交頻分復(fù)用接收機(jī)的干擾，顯著提高L頻段 數(shù)字航空通信系統(tǒng)反向鏈路傳輸可靠性。本發(fā)明與脈沖熄滅干擾抑制方法相比，不存在脈 沖熄滅門限設(shè)置問題，不存在子載波間干擾的問題，本發(fā)明可直接利用壓縮感知算法重構(gòu) 測距儀脈沖信號(hào)并并在時(shí)域消除，從而有效抑制測距儀脈沖信號(hào)。與脈沖限幅方法干擾抑 制方法相比，本發(fā)明不存在脈沖限幅門限設(shè)置問題，本發(fā)明具有更好的鏈路差錯(cuò)傳輸性能。 與迭代子載波干擾重構(gòu)與消除方法相比，本發(fā)明不需要增加額外的迭代過程，復(fù)雜度較低。 與基于壓縮感知的脈沖干擾抑制方法相比，本發(fā)明有更好的傳輸性能，且本發(fā)明與L-DACS1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完全兼容，在L波段航空通信系統(tǒng)的反向鏈路中有較好的可實(shí)現(xiàn)性。因此，本發(fā)明 實(shí)用性更好，應(yīng)用前景更廣。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的聯(lián)合壓縮感知與接收分集的測距儀干擾抑制系統(tǒng)模型構(gòu)圖；
[0037] 圖中
[0038] 1:接收支路 2:最大比值合并器
[0039] 3:均衡器 4:下采樣器
[0040] 5:解映射器 6:解調(diào)器
[0041 ] 11:射頻模塊 12:模數(shù)轉(zhuǎn)換器
[0042] 13:循環(huán)前綴移除器 14:壓縮感知重構(gòu)模塊
[0043] 15:干擾消除器 16:快速傅里葉變換器
[0044] 17:信道估計(jì)器
[0045] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的聯(lián)合壓縮感知與接收分集的正交頻分復(fù)用發(fā)射機(jī)系統(tǒng)模型； [0046]圖3a是原始的測距儀脈沖干擾信號(hào)波形；
[0047]圖3b是壓縮感知重構(gòu)出的測距儀脈沖干擾信號(hào)波形；
[0048]圖4是濾波后測距儀脈沖重構(gòu)的歸一化均方誤差；
[0049] 圖5是壓縮感知重構(gòu)殘留干擾；
[0050] 圖6是接收天線數(shù)目對(duì)差錯(cuò)性能的影響曲線；<