CN103560799A - 一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，所述装置在去CP模块和FFT转换器之间设置干扰信号重构及消除模块，所述脉冲干扰信号重构及消除模块对接收到的OFDM系统某子载波支路信号进行阈值判断后，对削峰后的待处理信号进行分块，同时还优化并分块原始测量矩阵，通过重构DME脉冲干扰信号，从接收到的待处理信号中消去干扰信号，将得到的有用信号输出。本发明能够以高概率重构有用信号带宽内测距仪干扰信号；能够有效抑制接收机内待处理信号中的有用信号带宽内的干扰信号，继而提高正确接收有用信号的概率，改善接收机系统安全性。

Description

一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置

技术领域

本发明涉及一种正交频分复用接收机装置，具体是指一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置。

背景技术

近几年空中交通量激增，航空通信在提高数据传输速率、提升频谱利用率、增大航空通信网容量等方面面临新的挑战和要求。然而在过去70年里被广泛应用的VHF频段（118-136MHZ）已趋于饱和，设计并应用新一代航空通信系统迫在眉睫。2007年由国际电信联盟（ITU）组织的世界无线电通信会议通过了分配部分用于航空无线电导航服务的L波段的频率（960MHz～1164MHz）给新一代航空通信系统使用的决定。这个新一代数字空地航空通信系统就是L-DACS（L-Digital Aeronautical Communication System）。L-DACS分为两套独立的系统L-DACS1和L-DACS2，两个系统采用不同的通信技术，由现有的通信系统演化而来。

L-DACS1系统工作在L波段(960MHz-1164MHz)上，但是这一频段主要被导航测距仪（测距仪，Distance Measure Equipment）系统占用着。测距仪系统在民航设备中起着重要作用，主要用来测量飞机与地面测距信标台之间的斜距。为了在不开辟新频段，节省频段资源的情况下传输信号，L-DACS1采用了频段非连续内插技术。这是因为L-DACS1自身频段带宽为625kHz，而相邻测距仪信号频段之间有大约1MHz的空间，因此可以把L-DACS1系统的工作频谱段内插在相邻测距仪信号的频道空隙中。

但是测距仪信号的旁瓣能量仍然可以对L-DACS1系统信号产生干扰，所以需要研究抑制干扰信号的有效办法以使得新一代航空宽带通信系统能够顺利、安全地部署在飞行器上，满足对数据传输率和航空通信网容量的要求。

发明内容

本发明提供一种用于减少中等强度测距仪DME信号干扰影响的OFDM（正交频分多路复用技术，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）接收机。本发明的OFDM接收机包括天线、射频接收前端、A/D转换器、数字下变频（DDC）器、S/P变换器、去CP模块、FFT转换器、信道估计器、均衡器、解调器和P/S变换器，还包括干扰信号重构及消除模块，所述干扰信号重构及消除模块设置在去CP模块和FFT转换器之间，用于对脉冲干扰信号进行重构和消除。

所述脉冲干扰信号重构及消除模块包括信号预处理模块、干扰信号估计模块、残差计算模块和信号分离模块；

所述信号预处理模块，用于对接收到的OFDM系统某子载波支路信号进行阈值判断后，对削峰后的待处理信号进行分块，同时还优化并分块原始测量矩阵，输出给所述干扰信号估计模块及残差计算模块；

所述干扰信号估计模块，用于重构DME脉冲干扰信号，将得到的重构DME脉冲干扰信号传送给所述残差计算模块和信号分离模块；

所述残差计算模块，用于计算信号预处理模块输出的采样信号y与使用干扰重构方法后的干扰信号估计值的差值，输出给干扰信号估计模块中的相关性计算模块；

所述信号分离模块，利用减法器，从接收信号中减去脉冲干扰信号，得到有用信号并输出。

本发明的优点在于：

（1）本发明能够以高概率重构有用信号带宽内测距仪干扰信号。

（2）本发明能够有效抑制接收机内待处理信号中的有用信号带宽内的干扰信号，继而提高正确接收有用信号的概率，改善接收机系统安全性。

附图说明

图1为本发明提供的抑制测距仪脉冲干扰正交频分复用系统组成框图；

图2为本发明中干扰重构及消除模块组成和功能示意图；

图3为本发明中信号预处理模块组成示意图；

图4为本发明中干扰信号估计模块示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

由图1所示，本发明提供一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，所述接收机装置包括天线、射频接收前端、A/D转换器、数字下变频（DDC）器、S/P变换器、去CP模块、FFT转换器、信道估计器、均衡器、解调器和P/S变换器，还包括干扰信号重构及消除模块。

来自天线的含测距仪干扰的射频信号通过射频接收前端，所述射频接收前端包括带通滤波器和升余弦反卷叠滤波器，用于减小频道偏移量较大的测距仪干扰信号的影响；接着由于测距仪信号的带宽大于正交频分复用系统信号的带宽，使用正交频分复用系统信号适用的奈奎斯特采样频率采样会引起干扰信号周期性地与正交频分复用系统信号发生混叠，A/D转换器将射频接收前端的输出转换为数字射频信号，采样频率为L-DACS1系统采样频率625kHz的4倍；数字下变频器将数字射频信号转换为数字基带信号，继而经过S/P变换器变换成64个并行数据流后，通过去CP模块消去循环前缀送入脉冲信号重构及干扰消除模块实现脉冲干扰消除。干扰消除后信号通过FFT转换器转换为频域信号，并通过均衡器送入解调器。同时信道估计器结合所述频域信号为均衡器提供信道信息和噪声方差估计值。所述均衡器利用信道信息和噪声方差估计值对信号进行均衡，即消除由信道带给信号的不良影响，为后续的信号处理提供正确的接收信号。P/S变换器合并各载波解调后的信号后与MAC层交互，送与上层。

如图2所示，所述脉冲干扰信号重构及消除模块包括：信号预处理模块、干扰信号估计模块、残差计算模块和信号分离模块。

所述信号预处理模块，用于对接收到的OFDM系统某子载波支路信号进行阈值判断后，对削峰后的待处理信号进行分块，同时还优化并分块原始测量矩阵，输出给所述干扰信号估计模块及残差计算模块；

所述干扰信号估计模块，用于重构DME脉冲干扰信号，将得到的重构DME脉冲干扰信号传送给所述残差计算模块和信号分离模块；

所述残差计算模块，用于计算去除干扰方法误差，输出给所述干扰信号估计模块；

所述信号分离模块，用于从接收到的待处理信号中消去干扰信号，将得到的有用信号输出。

如图3所示，所述信号预处理模块包括信号阈值判断削峰模块、信号分块模块、测量矩阵处理模块及采样模块，用于对接收信号x[k]及测量矩阵Φ进行处理，输出给所述干扰信号估计模块及残差计算模块；

其中，信号阈值判断削峰模块通过对接收信号x[k]采样点幅值进行阈值判断，将大于阈值的采样点幅值设置为零，并从接收信号x[k]中消去，将此时得到信号x_I[k]输出给信号分块模块。所述阈值选择为μ*x[k]，μ∈(0，0.6)。

其中，信号分块模块通过使用分块向量处理信号阈值判断削峰模块的输出信号x_I[k]，得到分块后的待处理信号x′_I[k]。

其中，测量矩阵处理模块通过使用优化算法及分块向量对测量矩阵进行优化、分块处理，得到具有块结构的优化测量矩阵Φ′，从而提高干扰信号重构率以及提高干扰消除成功率。

其中，采样模块通过使用具有块结构的优化测量矩阵Φ′对分块后的待处理信号x′_I[k]进行采样，得到采样信号y：

其中L为分块后的测量矩阵、分块后的待处理信号矩阵中块结构数量的和。

如图4所示，所述干扰信号估计模块包括相关性计算模块、最优支撑矩阵更新模块及最小二乘计算模块，用于重构DME脉冲干扰信号，传送给残差计算模块及信号分离模块。

其中，相关性计算模块用于在每次迭代中对具有块结构的优化测量矩阵的各子块与残差进行相关性计算，具体操作为：在每次迭代中，将具有块结构的优化测量矩阵的每一子块与残差进行内积运算，然后取其欧几里德范数，最后选取拥有最大值的子块对应于优化测量矩阵的块索引值，并输出给最优支撑矩阵更新模块。

其中，最优支撑矩阵更新模块用于在每次迭代中，将相关性计算模块输出的块索引值并入到信号支撑块集合I（信号支撑块集合指的是信号矩阵中其欧几里德范数不为零的块的索引值的集合）中并将这些相关性计算模块输出的块索引值对应的优化测量矩阵中的列，并入上次迭代得到的最优支撑矩阵中，并输出给残差计算模块。

其中，最小二乘计算模块利用最优支撑矩阵更新模块输出的最优支撑矩阵V，进行最小二乘计算：

$\underset{{\hat{S}}_I\left[i\right],i\∈I}{\min }\left|\right|y-{\mathrm{\Σ}}_{i\∈I}V\left[i\right]s_I\left[i\right]\left|\right|,$

得到对干扰信号i的估计值

并输送到信号分离模块。

所述残差计算模块用于计算信号预处理模块输出的采样信号y与使用干扰重构方法后的干扰信号估计值的差值(即残差)，输出给相关性计算模块。所述信号分离模块利用减法器，从接收信号中减去脉冲干扰信号，得到有用信号并输出。

Claims (4)

1.一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，包括天线、射频接收前端、A/D转换器、数字下变频器、S/P变换器、去CP模块、FFT转换器、信道估计器、均衡器、解调器和P/S变换器，其特征在于：还包括干扰信号重构及消除模块，所述干扰信号重构及消除模块设置在去CP模块和FFT转换器之间，用于对脉冲干扰信号进行重构和消除。

2.根据权利要求1所述的一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，其特征在于：所述脉冲干扰信号重构及消除模块包括信号预处理模块、干扰信号估计模块、残差计算模块和信号分离模块；

所述信号预处理模块，用于对接收到的OFDM系统某子载波支路信号进行阈值判断后，对削峰后的待处理信号进行分块，同时还优化并分块原始测量矩阵，输出给所述干扰信号估计模块及残差计算模块；

所述干扰信号估计模块，用于重构DME脉冲干扰信号，将得到的重构DME脉冲干扰信号传送给所述残差计算模块和信号分离模块；

所述残差计算模块，用于计算信号预处理模块输出的采样信号y与使用干扰重构方法后的干扰信号估计值的差值，输出给干扰信号估计模块中的相关性计算模块；

所述信号分离模块，利用减法器，从接收信号中减去脉冲干扰信号，得到有用信号并输出。

3.根据权利要求2所述的一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，其特征在于：所述信号预处理模块包括信号阈值判断削峰模块、信号分块模块、测量矩阵处理模块及采样模块；其中，信号阈值判断削峰模块通过对接收信号x[k]采样点幅值进行阈值判断，将大于阈值的采样点幅值设置为零，并从接收信号x[k]中消去，将此时得到信号x_I[k]输出给信号分块模块；信号分块模块通过使用分块向量处理信号阈值判断削峰模块的输出信号x_I[k]，得到分块后的待处理信号x′_I[k]；测量矩阵处理模块通过使用优化算法及分块向量对测量矩阵进行优化、分块处理，得到具有块结构的优化测量矩阵Φ′；采样模块通过使用具有块结构的优化测量矩阵Φ′对分块后的待处理信号x′_I[k]进行采样，得到采样信号y。

4.根据权利要求2所述的一种有效抑制中等强度测距仪脉冲干扰的正交频分复用接收机装置，其特征在于：所述干扰信号估计模块包括相关性计算模块、最优支撑矩阵更新模块及最小二乘计算模块；所述相关性计算模块用于在每次迭代中对具有块结构的优化测量矩阵的各子块与残差进行相关性计算，具体操作为：在每次迭代中，将具有块结构的优化测量矩阵的每一子块与残差进行内积运算，然后取其欧几里德范数，最后选取拥有最大值的子块对应于优化测量矩阵的块索引值，并输出给最优支撑矩阵更新模块；

最优支撑矩阵更新模块用于在每次迭代中，将相关性计算模块输出的块索引值并入到信号支撑块集合中并将这些相关性计算模块输出的块索引值对应的优化测量矩阵中的列，并入上次迭代得到的最优支撑矩阵中，并输出给残差计算模块；

最小二乘计算模块利用最优支撑矩阵更新模块输出的最优支撑矩阵V_l，进行最小二乘计算：

$\underset{{\hat{S}}_I\left[i\right],i\∈I_l}{\min }\left|\right|y-{\mathrm{\Σ}}_{i\∈I_l}{V}_l\left[i\right]s_I\left[i\right]\left|\right|,$

得到对干扰信号i的估计值

并输送到信号分离模块。

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