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基于L-DACS1数据链的航空电信网协同传输关键技术研究

李窦哲  
【摘要】:航空电信网(Aeronautical Telecommunication Network,ATN)作为空中交通管理的基础结构,将在未来20年中逐步向全IP网络演进。同时,ATN的陆上无线通信子网将采用目前最具前景的L波段数字航空通信系统1(L-band Digital Aeronautical Communication System 1,L-DACS1)协议。L-DACS1利用正交频分复用技术,极大地提升了信道带宽和信息速率。但是,为节约频谱资源,L-DACS1通常采用嵌入式部署,其频段位于已有的测距机(Distance Measure Equipment,DME)频段中间,进而受到DME产生的脉冲对的严重干扰。本文在分析当前L-DACS1数据链研究基础上,结合航空信道多场景通信的特点,对L-DACS1物理层展开研究。提出了一种新的不依赖先验信息的航空信道估计、均衡方法。同时,考虑到已有的脉冲干扰抑制方法虽然应用面广泛,但并没有对DME干扰的波形特点进行针对性研究的问题,提出了一种新的时频域结合DME干扰抑制方法,以及三种新的全时域DME干扰抑制方法,有效提高了系统误码率性能。本文研究成果及创新点如下:1、建立了航空信道性能评估模型,评估了L-DACS1在不同调制方式、飞行阶段的误码率性能。并针对现有信道估计方法通常需依赖自相关函数等先验知识的问题,提出了基于多OFDM符号勒让德多项式(Legendre polynomials)基扩展模型的航空信道估计、均衡算法。该方法不依赖于先验知识,更适用于通信场景多变的航空信道。2、提出了一种基于脉冲置零结合未受干扰子载波的DME干扰抑制方法。该方法先从未受干扰子载波获得幅值约束信息,后利用约束最小二乘估计那些受到干扰的子载波,最后采用迭代方式重构并抑制子载波间干扰。结果表明,该方法可有效抑制DME干扰,并优于已有的时-频域联合抑制DME干扰方法。3、提出了一种基于系统辨识及稀疏表示的DME干扰抑制方法。该方法假设已知DME脉冲对的复数值波形,利用有限冲激响应模型对接收机中的滤波器整体特性建模,从而获得接收机中的形变DME脉冲对波形。最后结合稀疏表示算法,将重构的每个形变DME脉冲对从受干扰的信号中减去,其性能优于已有DME干扰抑制方法。4、提出了基于非线性频率估计的DME干扰抑制方法。在仅可获得DME脉冲对的实数值波形时,通过分段线性模型逼近脉冲对的非线性载波,进而重构每个脉冲对。同时,提出了脉冲对波形自动检测方法以增强实用性。通过对接收信号中未重叠的脉冲对进行迭代加权平均,直接获得脉冲对波形,并在利用稀疏表示算法重构脉冲对后,将其从受干扰的信号中减去。


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