联合压缩感知与接收分集的测距仪干扰抑制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种L频段数字航空通信系统反向链路传输方法。特别是涉及一种能 够显著提高L频段数字航空通信系统反向链路传输可靠性的联合压缩感知与接收分集的测 距仪干扰抑制系统。
【背景技术】
[0002] 民航宽带航空数据链用于提供民航飞机与地面基站间高速的话音与数据通信服 务，宽带航空数据链是民航航空电信网的重要组成部分，也是民航未来空中交通管理系统 的重要基础设施之一。国际民航组织在2004年提出了一种地空数据链候选技术方案:L频段 数字航空通信系统，该系统采用多载波正交频分复用传输方案，具有频谱利用率高、抗多径 能力强、传输容量大等优势。与此同时，为解决L波段频率资源匮乏的问题，2007年世界无线 电大会批准L频段数字航空通信系统以内嵌方式部署在导航测距仪频道间，由于测距仪信 号与L频段数字航空通信信号的频谱存在部分重叠，且测距仪信号发射机以高功率、突发脉 冲方式工作，因此针对L波段航空通信系统反向链路中测距仪脉冲信号干扰正交频分复用 接收机的问题，开展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的 方法研究具有重要意义。
[0003] L波段数字航空通信系统接收机脉冲干扰消除的方法主要包括四种:脉冲熄灭方 法、脉冲限幅方法、迭代子载波干扰重构与消除方法、基于压缩感知的测距仪脉冲干扰抑制 方法。
[0004] 脉冲熄灭方法由德宇航提出来的，其基本思想是:首先接收机设定一个熄灭门限， 然后将高于熄灭门限的信号样值设置为零，低于熄灭门限的信号样值保持不变，从而消除 高强度的脉冲干扰的影响。
[0005] 脉冲限幅方法由德宇航提出来的，其基本思想是:首先接收机设定一个限幅门限， 然后将高于限幅门限的信号样值设置为门限值，低于限幅门限的信号样值保持不变，从而 消除高强度的脉冲干扰的影响，且相对于脉冲熄灭方法不会把有用信号置零。
[0006]迭代子载波干扰重构与消除方法是由德宇航提出来的，其基本思想是: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。
[0007]压缩感知脉冲干扰消除方法是由南加州大学的学者首次提出，其基本思想是:利 用随机脉冲干扰时域的稀疏性，采用凸优化的方法进行压缩感知脉冲干扰重构并消除。
[0008]脉冲熄灭方法与脉冲限幅方法虽然可以直接且方便的消除脉冲干扰，但在实际应 用中，该方法存在以下两个方面的问题:第一是脉冲干扰信号门限不易确定，由于正交频分 复用信号自身峰均比较高，接收机通常不易确定脉冲熄灭门限，这将导致接收机性能降低。 第二个问题是接收机采用脉冲熄灭或者限幅之后，正交频分复用接收机产生子载波间干 扰，最终也将导致接收机性能的恶化。
[0009] 迭代子载波干扰重构与消除方法通过重构子载波间干扰提高链路传输的可靠性。 但该方法依然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。
[0010] 压缩感知的脉冲干扰抑制方法虽然能够有效重构高强度的脉冲干扰，但是该方法 有存在一个问题，脉冲信号重构之后会产生残留干扰并且残留的干扰会显著恶化接收机的 性能，影响传输链路的可靠性。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种联合压缩感知与接收分集的测距仪干扰 抑制系统，其在L频段航空通信系统反向链路中可有效抑制测距仪脉冲信号对正交频分复 用接收机的干扰，显著提高L频段数字航空通信系统反向链路传输可靠性。
[0012] 本发明所采用的技术方案是:一种联合压缩感知与接收分集的测距仪干扰抑制系 统，包括有依次串连连接的均衡器、下采样器、解映射器和解调器，还设置有接收同一信号 的R个接收支路，连接在R个接收支路的输出端用于将R个接收支路输出信号进行合并的最 大比值合并器，其中，所述的R为大于1的整数，所述最大比值合并器的输出端连接所述均衡 器的输入端，所述解调器的输出端为系统的输出端。
[0013] 所述的接收支路包括有：
[0014] 射频模块，用于将接收到的射频信号转换为模拟的基带信号；
[0015] 模数转换器，连接在所述射频模块的输出端，用于将模拟的基带信号转换为数字 的基带信号；
[0016] 循环前缀移除器，连接在所述模数转换器的输出端，用于删除信号的循环前缀； [0017]压缩感知重构模块，连接在所述循环前缀移除器的输出端，用于输出重构的干扰 信号；
[0018] 干扰消除器，分别连接在所述循环前缀移除器的输出端和压缩感知重构模块的输 出端，用于消除循环前缀移除器输出的干扰信号；
[0019] 快速傅里叶变换器，连接在所述干扰消除器的输出端，用于将时域信号转换为频 域信号，并分别输出给最大比值合并器和信道估计器；
[0020] 所述信道估计器用于产生信道的频率响应输出给最大比值合并器。
[0021 ]所述的压缩感知重构模块的重构方法包括如下步骤：
[0022] 1)首先通过离散傅立叶变换将接收信号矢量yr转换到频域：
[0023] Yr = Fyr (10)
[0024] = Λ rX0V+Fir+Nr,r = 1, . . . R
[0025] 其中，Yr为频域信号矢量，Ar表示对角矩阵，X°V为频域上采样信号，i r表示第r个接 收支路接收到的测距仪干扰信号，Nr代表nr的傅里叶变换，n r表示第r个接收支路接收到的 噪声，
[0026] 2)将频域信号矢量Yr中空符号子信道表示为：
[0027] (Yr)Q=(F)Qir+(Nr)Q (11)
[0028] 其中，Ω表示频域发射信号矢量Yr的空符号位置序号构成的集合，（·、表示由集 合Ω中序号对应的元素构成的子矩阵；
[0029] 3)利用压缩感知凸优化方法最终重构出稀疏测距仪信号ξ.，表示为：
[0030]
(15)
[0031] 其中，/ = ，ε为非负误差项。
[0032] 所述的最大比值合并器是采用下述公式进行合并：
(7)
[0033]
[0034] f为最大比值合并器的输出信号，为快速傅里叶变换器输出的频域信号。
[0035] 本发明的联合压缩感知与接收分集的测距仪干扰抑制系统，在L频段航空通信系 统反向链路中可有效抑制测距仪脉冲信号对正交频分复用接收机的干扰，显著提高L频段 数字航空通信系统反向链路传输可靠性。本发明与脉冲熄灭干扰抑制方法相比，不存在脉 冲熄灭门限设置问题，不存在子载波间干扰的问题，本发明可直接利用压缩感知算法重构 测距仪脉冲信号并并在时域消除，从而有效抑制测距仪脉冲信号。与脉冲限幅方法干扰抑 制方法相比，本发明不存在脉冲限幅门限设置问题，本发明具有更好的链路差错传输性能。 与迭代子载波干扰重构与消除方法相比，本发明不需要增加额外的迭代过程，复杂度较低。 与基于压缩感知的脉冲干扰抑制方法相比，本发明有更好的传输性能，且本发明与L-DACS1 标准规范完全兼容，在L波段航空通信系统的反向链路中有较好的可实现性。因此，本发明 实用性更好，应用前景更广。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的联合压缩感知与接收分集的测距仪干扰抑制系统模型构图；
[0037] 图中
[0038] 1:接收支路 2:最大比值合并器
[0039] 3:均衡器 4:下采样器
[0040] 5:解映射器 6:解调器
[0041 ] 11:射频模块 12:模数转换器
[0042] 13:循环前缀移除器 14:压缩感知重构模块
[0043] 15:干扰消除器 16:快速傅里叶变换器
[0044] 17:信道估计器
[0045] 图2是现有技术的联合压缩感知与接收分集的正交频分复用发射机系统模型； [0046]图3a是原始的测距仪脉冲干扰信号波形；
[0047]图3b是压缩感知重构出的测距仪脉冲干扰信号波形；
[0048]图4是滤波后测距仪脉冲重构的归一化均方误差；
[0049] 图5是压缩感知重构残留干扰；
[0050] 图6是接收天线数目对差错性能的影响曲线；<