基于高阶统计量的L-DACS1系统自适应干扰消除技术研究

摘要

L波段数字航空通信系统（L-DACS，L-band Digital Aeronautical System）是未来航空通信地空数据链的候选技术，包含L-DACS1和L-DACS2两种备选方案。L-DACS1采用频分双工和多载波调制而具有更优的频谱利用率、频谱扩展性以及抗突发脉冲噪声能力。L-DACS1以非连续内插方式工作在相邻测距机（DME， Distance Measurement Equipment）信号1MHz的频谱间隙内实现地空宽带数据传输。DME信号时域是大功率双高斯脉冲对，频域包络为高斯型脉冲。这将导致L-DACS1与DME信号严重的时频域交叠与加性共信道干扰。因此如何消除DME信号对L-DACS1信号的干扰是L-DACS1系统部署面临的首要问题。该问题可等效为OFDM系统中脉冲干扰抑制问题。传统的时域和频域干扰消除技术因产生符号间干扰和子载波间干扰，而不能有效消除DME脉冲干扰。二阶统计域的自适应滤波算法采用先估计再相减的间接干扰消除策略，其代价函数为二阶统计量（如最小均方误差），二阶统计量对 L-DACS1信号（可建模为高斯有色噪声）敏感而难以精确估计DME信号，导致干扰抑制性能恶化。因此本文针对L-DACS1与DME信号在时域、频域和低阶统计域干扰抑制效果不理想的问题，提出基于高阶统计量的 CE-LMS算法，该算法利用高阶统计量抑制高斯有色噪声的特性能够提高L-DACS1抗DME干扰的能力。
　　主要研究内容如下：
　　①将 L-DACS1与DME时频域交叠干扰场景建模为确定性信号叠加高斯有色噪声的干扰量化模型，根据两者的三阶累积量差异特性，建立基于误差信号三阶自累积量平方的代价函数和对数螺线变步长机制的CE-LMS算法，提出横向与格型滤波器结构的两种实现方式，推导误差参数的均方误差上界和克拉美罗界。
　　②对比分析时域加窗、脉冲消隐、基于三阶累积量的MMSE算法和CE-LMS算法的数据传输性能和信道容量变化情况，以评估干扰抑制和误差收敛性能。仿真结果表明：CE-LMS算法在复杂度增加的前提下，干扰抑制比更高，误比特率更低，接收基带信号功率谱带内平坦衰落和带外衰减特性更好，归一化信道容量更高，误差均方根和误差方差曲线下降更快，稳态误差波动范围更小，归一化系数误差曲线更低，表明CE-LMS算法的误差收敛和跟踪性能更好。
　　相关算法及结论可为L-DACS1系统与DME系统共存时的抗干扰研究提供参考，为L-DACS1的实际部署提供保障。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文结构安排

2 L-DACS1与DME系统概述与相关理论基础

2.1 L-DACS1与DME系统概述

2.2 相关理论基础

2.3本章小结

3 基于高阶统计量的L-DACS1自适应滤波算法

3.1 L-DACS1与DME的高阶统计特性分析

3.2 CE-LMS算法的系统模型

3.3 CE-LMS算法的代价函数

3.4 CE-LMS算法的变步长机制

3.5 CE-LMS算法实现与计算复杂度

3.6 误差参数统计分析

3.7 本章小结

4 算法仿真与性能分析

4.1 仿真环境搭建

4.2 仿真结果分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2未来研究展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表和撰写的论文

B 作者在攻读学位期间申请的发明专利

C 作者在攻读学位期间参加的科研项目

D 作者在攻读学位期间获得的荣誉奖励