一种基于空频编码的压缩感知脉冲干扰抑制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种干扰抑制方法。特别是涉及一种基于空频编码的压缩感知脉冲干 扰抑制系统。
【背景技术】
[0002] L频段数字航空通信系统是民航未来沿陆地航路部署的空-地蜂窝移动通信系 统，该系统主要为陆地航路、终端区及机场的航空器提供空中交通管制、航空公司运营管理 数据通信服务，该系统是民航未来航空移动通信系统的主要技术手段之一。依据国际民航 组织的规划，L频段数字航空通信系统将以内嵌的方式部署在L频段测距仪的波道间，占用 传输带宽500KHZ。由于测距仪与正交频分复用信号频谱存在部分交叠，且测距仪系统发射 功率较高，因此不可避免产生测距仪信号干扰L频段数字航空通信系统正交频分复用接收 机的问题。
[0003] 目前，针对L频段数字航空通信系统测距仪干扰抑制的研究主要集中在单 天线干扰消除及阵列天线干扰抑制两个方面。在单天线干扰消除方面，文献EPPLE U, HOFFMANN FjSCHELL M. Modeling dme interference impact on L-DCASl[C]//IEEE. Integrated Communications, Navigation and Surveillance Conference (ICNS). Herndon, VA:IEEE,2012:G7-1-G7-13。 以及 EPPLE U, BRANDES S, GLIGOREVIC S, et al.Receiver optimization for L-DCASl[C]//DASC'09. IEEE/AIAA 28th. Digital Avionics Systems Conference, 2009. Orlando, FL: IEEE, 2009:4. B. 1-1-4. B. 1-12,利用测 距仪干扰信号在时域呈现脉冲干扰的特点，提出脉冲熄灭干扰抑制法；为解决脉冲熄灭导 致正交频分复用信号产生子载波间干扰的问题，文献[9-11]提出脉冲熄灭子载波间干扰 补偿方法。
[0004] 在基于阵列天线的L频段数字航空通信系统正交频分复用接收机测距仪脉冲干 扰抑制方面，文献刘海涛，刘亚洲，成玮.联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法[J]. (系统工程与电子技术.2015,网络优先出版）首次提出利用正交投影算法消除高强度测距 仪干扰，然后采用盲波束形成方法提取正交频分复用直射径信号的方法；在正交投影消除 脉冲干扰方法基础上。文献刘海涛，刘亚洲，张学军.联合正交投影与CLEAN的测距仪脉冲 干扰抑制方法[J].(信号处理.2015. 6,网络优先出版）进一步提出利用CLEAN算法估计 正交频分复用直射径信号来向的方法，并通过常规波束形成算法提取正交频分复用直射径 信号。
[0005] 正交频分复用接收机脉冲干扰消除的方法主要包括：脉冲熄灭方法、联合脉冲熄 灭与子载波间干扰补偿方法、正交投影与盲波束形成法、正交投影与信号来向估计法，以下 分别叙述这些技术的缺陷与不足。
[0006] 脉冲熄灭方法的基本思想：接收机根据接收信号的幅值，首先确定脉冲干扰信号 出现的位置，然后，将存在脉冲干扰的信号样值设置为零，以消除脉冲干扰的影响。在实际 应用中，该方法存在以下两个方面的问题：脉冲干扰信号出现的位置不易确定、脉冲熄灭后 导致子载波间干扰。在确定脉冲干扰信号出现的位置时，通常采用门限比较的方法，当接收 信号幅值超过设定的门限时，接收机认为这些信号样值包含脉冲干扰，由于正交频分复用 信号自身峰均比（PAPR)较高，且经过多径信道传播，接收机通常不易确定脉冲熄灭门限， 这将导致接收机比特差错性能的损失。另一个方面，接收机采用脉冲熄灭后，使得接收信号 产生子载波间干扰，子载波间干扰最终也将导致接收机比特差错性能的恶化。
[0007] 联合脉冲熄灭与子载波间干扰补偿方法的基本思想：首先利用脉冲熄灭方法消除 脉冲干扰，然后进一步重构子载波间干扰，最后对脉冲熄灭产生的子载波间干扰进行补偿， 从而降低脉冲熄灭法产生子载波间干扰的影响，提高链路传输的可靠性。该方法存在两个 方面的问题，第一脉冲熄灭门限不易确定，第二迭代子载波间干扰重构及补偿的运算复杂 度较高。
[0008] 联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法的基本思想：接收机首先通过将接收 信号矢量投影到干扰信号正交补空间的方法消除高强度测距仪脉冲干扰，然后利用正交频 分复用信号循环前缀的对称特性，基于期望信号与参考信号矢量内积度量最大化准则得到 波束形成权值，并通过波束形成方法提取正交频分复用直射径信号。实际应用中该方法存 在不足：当测距仪干扰较小时，正交投影干扰抑制性能较差。
[0009] 联合正交投影与CLEAN的测距仪脉冲干扰抑制方法的基本思想：接收机首先通过 将接收信号矢量投影到干扰信号正交补空间的方法消除高强度测距仪脉冲干扰，然后利用 正交频分复用信号循环前缀的对称特性，采用CLEAN算法估计信号来向，然后通过常规波 束成形提取正交频分复用直射径信号。实际应用中该方法存在主要不足：当接收正交频分 复用信号功率较低且数据快拍较少时，提出方法的信号来向估计性能较差。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种干扰抑制效果更好的基于空频编码的压 缩感知脉冲干扰抑制系统。
[0011] 本发明所采用的技术方案是：一种基于空频编码的压缩感知脉冲干扰抑制系统， 包括有基于空频编码的正交频分复用发射机和基于空频译码的压缩感知脉冲干扰抑制接 收机。
[0012] 所述基于空频编码的正交频分复用发射机包括有：依次串接的用于对接收信源信 号编码的信道编码器、用于将编码后的信源信号调制成正交相位调制符号的调制器、对正 交相位调制符号进行正交变换的正交变换器、对正交变换的符号进行符号交织的符号交织 器、将符号交织后的信号转换成并行的正交相位调制符号的串并转换器和对并行的每个正 交频分复用符号依次编码生成两路编码后信号的空频编码器，所述的空频编码器分别连接 两个结构相同的用于分别对两路编码后信号进行子载波映射的子载波映射器，所述的每一 个子载波映射器的输出都依次连接有对子载波映射后的信号进行4倍上采样的上采样器、 对4倍上采样后的信号进行傅里叶变换的逆离散傅里叶变换器、用于形成并行的完整正交 频分复用符号的循环前缀添加器、对并行的正交频分复用符号进行并串转换的并串转换 器、对并串转换后的信号进行数模转换并发射的D/A转换及射频发射器以及发射天线；
[0013] 所述的基于空频译码的压缩感知脉冲干扰抑制接收机包括有依次串接的：用于接 收基于空频编码的正交频分复用发射机所发射的信号的接收天线、将所接收的信号依次转 化为模拟基带信号和数字基带信号的射频前端转换器和A/D转换器、用于补偿接收信号的 多普勒频偏的多普勒频偏补偿器、用于移除正交频分复用信号的循环前缀的循环前缀移除 器、对有效的正交频分复用信号进行傅里叶变换的第一离散傅里叶变换器、用于重构出干 扰信号并消除干扰信号的压缩感知干扰消除器、对消除干扰后的信号进行频域采样的频域 下采样器、用于完成空频译码处理的空频译码器、用于对信号进行符号解交织的符号解交 织器、对解交织后的信号进行逆正交变换的逆正交变换器、用于进行数据解调的信号解调 器和用于对解调后的信号恢复出发射比特序列估值的信道译码器，其中，所述射频前端转 换器和A/D转换器的信号输出端还要通过用于估计接收信号的多普勒频偏的多普勒频偏 估计器连接多普勒频偏补偿器，所述频域下采样器的信号输出端还要通过用于估计两个发 射天线分别到接收天线的两个信道频域响应的信道估计器连接空频译码器。
[0014] 所述的射频前端转换器和A/D转换器在模数采样过程中对模拟基带信号采用了 四倍过采样。
[0015] 所述基于空频编码的正交频分复用发射机中的空频编码器的工作过程是：首先将 串并转换器串并转换后的第k个正交频分复用符号矢量表示为：
[0016] X(k) = [X(k，0)，X(k，l)，...，X(k，l)，...，X(k，L-l)]T (I)
[0017] 其中，1^=1，2，...，1(，1=0，1，...，1^-1，1'代表转置运算，乂(1^1)代表第1^个正 交频分复用符号中第1个子载波数据；对第k个正交频分复用符号矢量X (k)编码后得数据 矢量X1 (k)和X2 (k)，其中X1 (k)表示为：
[0018] X1 (k) = [X (k，0)，-X* (k，1)，· · ·，X (k，L-2)，-X* (k，L-1) ]T (2)
[0019] X2 (k)表不为：
[0020] X2 (k) = [X (k，I)，X* (k，0)，· · ·，X (k，L-1)，X* (n，L-2) ]τ (3)
[0021] 其中的具体编码规则为：
[0022] X1Ck, i) = X(k, i)
[0023] X1Gc, i+1) =-X*(k, i+1)
[0024] (4)
[0025] X2 (k, i) = X(k, i+1)
[0026] X2 (k, i+1) = X*(k, i) i = 0, 2, 4, 6,...
[0027] 其中，Xa (k，i)，a = 1，2代表编码矢量中第k个正交频分复用符号的第i个子载 波数据；从而得到对应关系：
[0032] 所述基于空频译码的压缩感知脉冲干扰抑制接收机中的压缩感知干扰消除器包 括有干扰重构器和第二离散傅里叶变换器。
[0033] 所述压缩感知干扰消除器的工作过程是：
[0034] 定义Ω代表频域发射信号矢量的空符号位置序号构成的集合，（·）Ω代表由 集合Ω中序号对应的元素或行构成的子向量或子矩阵；针对频域信号矢量Yk提取空符号 子信道的信号得到：
[0036] 式中，\代表对接收信号矢量傅立叶变换后得到的频域信号矢量，^代表第k个 正交频分复用符号频域发射信号矢量，Λ代表频域信道传输矩阵，F代表离散傅里叶变换 矩阵且为酉矩阵，Nk代表频域噪声信号矢量，i k代表信道输入的测距仪信号矢量；
[0037] 利用测距仪脉冲信号、的时域稀疏特性，使用压缩感知方法重构测距仪脉冲信 号，假设接收机重构的第k个测距仪脉冲干扰信号记为i，进一步通过傅立