L-DACS1系统数字变频器的FPGA设计与实现

L波段数字航空通信系统(L-DACS1)是一种基于正交频分复用(OFDM)技术的多载波传输方案。该系统具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强等优点,适用于信号传输信道更复杂的民用航空地-空通信,并作为未来数字航空通信系统的候选系统之一。研究了L-DACS1系统数字变频器的设计方案,并基于现场可编程门阵列(FPGA)在Apex-CPCI-5610通信开发板上实现了这种方案。测试结果表明,该方案能够正确地实现数字上/下变频,能够满足L-DACS1系统设计要求。

L-DACS1中高速多模式RS编码的FPGA实现

L频段宽带航空数据链系统(L-DACS1)是未来L波段航空数据通信系统的候选方案之一。这里基于L-DACS1系统协议内容,为了降低信道的噪声和畸变与多普勒频移的影响,采用具有良好差错控制能力的多模式RS编码进行信道纠错。通过仿真对多模式RS编码算法性能进行了分析,并通过FPGA实现验证了算法在L-DACS1系统中应用的有效性,结果表明,多模式编码器可以实时地调整模式,高效稳定地进行差错控制,满足高速传输仍保持稳定的要求。

L-DACS1中多速率卷积编码器的设计与FPGA实现

在L波段数字航空通信系统(L-DACS1)中,不同类型的数据采用不同速率传输,为了降低信道的噪声和畸变与多普勒频移的影响,采用具有良好差错控制能力的多速率卷积编码进行信道纠错。通过利用Verilog HDL硬件描述语言完成其FPGA实现与验证,测试结果表明多速率卷积编码器可以实时地调整码率,高效稳定地进行差错控制,满足L-DACS1高速传输仍保持稳定的要求,并且用于实际项目中。

L-DACS1系统定时同步的FPGA设计与实现

针对航空信道的复杂性和对信号干扰较大的问题,利用L-DACS1反向链路随机接入帧结构的特点,研究了粗定时同步与精定时同步的算法,并基于现场可编程门阵列(FPGA)在Apex-CPCI-5610通信开发板上实现了这种算法,应用于实际的项目上。测试结果表明,该方法能够精确得到定时同步的位置且系统工作稳定,能够满足L-DACS1系统的设计要求。

L-DACS1反向链路信道估计的DSP实现

针对航空信道具有复杂性和信号传输受多径效应的影响的问题,利用L-DACS1反向链路超帧中的导频,设计了基于LS算法的信道估计方法,使用数字信号处理芯片TMS320C6713在硬件设计实现了该方法,并应用于实际的项目中。测试结果表明,该方案可以有效的进行信道估计与均衡,满足L-DACS1高速传输中对可靠性的要求。

基于高阶统计量的L-DACS1系统自适应干扰消除技术研究

针对L-DACS1(L-band Digital Aeronautical Communication System Type 1)与DME(Distance Measuring Equipment)信号在时域、频域和低阶统计域干扰抑制不理想的问题,本文将L-DACS1与DME时频域交叠的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,根据两者在高阶统计域的差异特性,提出基于三阶累积量的自适应滤波算法,并引入对数螺线函数改进变步长机制,实现自适应DME干扰消除.仿真结果表明:所提算法具有更高的干扰抑制比和更低的误比特率,但复杂度较高.相关结论可为L-DACS1系统的实际部署提供参考.

基于最大输出信噪比的L-DACS1接收机盲自适应波束形成算法

由于L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communication system1,L-DACS1)和民航测距机(distance measuring equipment,DME)系统的频谱有部分重叠,因此在L-DACS1接收机中需要考虑DME干扰的抑制问题。提出了基于最大输出信噪比的干扰抑制和盲波束形成算法。由于DME脉冲干扰的功率较大,首先采用子空间跟踪算法来得到干扰子空间,然后将接收数据向干扰子空间的正交补空间进行投影以抑制DME干扰。干扰抑制后,接收数据中只剩下正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号和噪声了。为了充分利用阵列天线的优势,采用了输出信噪比最大准则来进行波束形成,将天线方向图的主瓣对准OFDM信号来向,以提高接收机输出信号的信噪比。仿真表明,该方法不需要先验信息就能够在抑制干扰的同时进行盲波束形成,在OFDM信号来向上获得高增益的主瓣,进而提高输出信噪比;另外,所提的波束形成方法在输入信噪比较低的环境下依然能够形成稳定的波束,将主瓣对准信号来向。

L-DACS1系统干扰抑制与循环自适应波束形成方法

为了解决L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communication system,L-DACS1)正交频分复用(orthogonal frequency division multiplex,OFDM)接收机遭受测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出了正交投影干扰抑制与循环自适应波束形成的空域滤波方法。首先,利用正交投影算法抑制DME信号干扰;然后,利用OFDM信号的循环平稳特性,构建循环自相关矩阵,通过奇异值分解得到波束形成的最优权矢量;最后,利用最优权矢量进行空域滤波。仿真研究表明,该方法可以在OFDM期望信号上形成稳定的主波束,同时能够抑制DME信号干扰。且所提方法具有复杂度较低、低信噪比情况下波束形成算法鲁棒的优势。

一种基于L-DACS1系统上行链路帧同步方法

针对未来民航空地宽带通信系统,国际民航组织(ICAO)推荐了一种由德国宇航局研究中心起草的运作于L波段的航空数字通信系统1(L-DACS1)方案。但是,当前运行于该波段的无线电导航设备会对L-DACS1系统产生剧烈干扰,对同步系统的影响尤为显著。文章提出了一种新颖的针对该系统上行链路的帧同步方法,在测距仪强烈干扰的航空高速移动环境下能实现准确、快速、高效的帧同步。

DME Interference mitigation for L-DACS1 based on system identification and sparse representation

L-band digital aeronautical communication system 1(L-DACS1) is a promising candidate data-link for future air-ground communication, but it is severely interfered by the pulse pairs(PPs) generated by distance measure equipment. A novel PP mitigation approach is proposed in this paper. Firstly, a deformed PP detection(DPPD) method that combines a filter bank, correlation detection, and rescanning is proposed to detect the deformed PPs(DPPs) which are caused by multiple filters in the receiver. Secondly, a finite impulse response(FIR) model is used to approximate the overall characteristic of filters, and then the waveform of DPP can be acquired by the original waveform of PP and the FIR model. Finally, sparse representation is used to estimate the position and amplitude of each DPP, and then reconstruct each DPP. The reconstructed DPPs will be subtracted from the contaminated signal to mitigate interference. Numerical experiments show that the bit error rate performance of our approach is about 5 dB better than that of recent works and is closer to interference-free environment.

L-DACS1系统时域加窗算法及其FPGA实现

L频段宽带航空数据链系统(L-DACS1)是未来L波段航空数据通信系统的候选方案之一。针对L-DACS1系统协议规范,提出了一种基于正交频分复用技术(OFDM)的时域加窗算法来抑制L-DACS1系统的带外功率辐射,改善系统的载波间干扰(ICI)。通过仿真对算法性能进行了分析,并通过FPGA实现验证了算法在L-DACS1系统中应用的有效性。结果表明,算法可以有效抑制L-DACS1系统的带外功率辐射,降低系统的频偏敏感性,明显改善系统性能。

L-DACS1系统随机接入信道设计与实现

L波段航空数字通信系统(L-DACS,L-band Digital Aeronautical Communication System)是为解决民航地空通信需求,由国际民航组织(ICAO)提出的未来航空通信系统。这里基于L-DACS1系统协议内容,给出了系统随机接入(RA,Random Access)信道物理层传输方案。传输方案设计主要参照正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplex)系统结构,详细介绍了物理层参数及RA信号类型,给出接收端定时、载波同步和信道估计等关键模块算法。最后分别使用MATLAB和FPGA对方案进行仿真,仿真结果表明该方案设计的系统具有可行性。

基于L频段数字航空通信系统1的F-OFDM波形设计

随着航空飞行器种类和数量的激增以及第五代(5G)移动通信系统和物联网(Io T)时代的到来,下一代航空无线通信系统面临着高安全性、大传输容量、低延时、强鲁棒性、高灵活性和综合业务提供等新的挑战。为此,提出了一种基于L频段数字航空通信系统1(L-DACS1)的滤波正交频分复用(F-OFDM)波形设计方法并探讨了可能的技术演进路径。首先引入了认知无线电、非连续载波干涉码OFDM和滤波器的思想,然后针对不同航空飞行器用户动态自适应配置波形参数。仿真结果表明,该方法得到的系统波形具有较低的带外辐射功率、优良的块误码率性能和较高的吞吐量增益。

基于Yun SDR的L⁃DACS1系统前向链路平台的设计与实现

针对L频段数字航空通信系统接收机DME信号干扰抑制算法缺乏真实验证平台这一问题,利用软件无线电技术搭建L⁃DACS1的原型系统。按照L⁃DACS1系统前向链路的技术参数和超帧结构,设计实现了基于Yun SDR320和Matlab的L⁃DACS1系统前向链路发射机和接收机的原型构建,在真实的无线信道环境下实现信号的发送与接收。测试结果表明,所设计的L⁃DACS1系统前向链路平台符合系统规范、工作稳定,该平台可以用作未来DME干扰抑制算法的验证平台。

联合压缩感知与干扰白化的脉冲干扰抑制方法

针对L频段数字航空通信系统1(L-DACS1)以内嵌方式部署在航空无线电导航频段而产生的测距仪脉冲干扰(DME)正交频分复用(OFDM)接收机的问题,提出联合压缩感知与残留干扰白化的测距仪脉冲干扰抑制方法.首先接收机通过空子载波信道来观测测距仪脉冲干扰,并利用测距仪脉冲干扰在时域的稀疏特性,基于l1范数最小化约束的凸优化方法重构测距仪脉冲干扰;然后将重构的脉冲干扰转换到频域进行干扰消除;最后,接收机通过信号解交织器与逆正交变换器将残留的脉冲干扰转换为高斯白噪声,避免了残留干扰信号造成的突发性解调错误.仿真研究表明:联合干扰抑制方法可有效消除测距仪脉冲信号干扰,显著提高L-DACS1系统链路传输的可靠性.

基于小波变换的测距仪脉冲干扰抑制方法

为解决L频段数字航空通信系统以内嵌方式部署在L频段测距仪频道间而产生的测距仪系统干扰宽带航空数据链接收机的问题,基于小波变换去噪方法提出L-DACS1系统测距仪脉冲干扰抑制接收机,利用LDACS1及测距仪脉冲干扰信号特性,基于小波变换去噪方法重构测距仪脉冲信号,然后在时域内消除测距仪脉冲干扰信号。计算机仿真结果显示:在高斯白噪声信道与多径信道环境下,所提出L-DACS1接收机方案可有限消除测距仪脉冲干扰,提高链路传输的可靠性。

联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法

针对L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communications system 1,L-DACS1)以内嵌方式部署在航空无线电导航频段而产生的高强度测距仪脉冲信号干扰正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)接收机的问题,提出联合正交投影与盲波束形成的干扰抑制方法。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OFDM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OFDM直射径信号。计算机仿真表明:论文提出方法可有效克服测距仪脉冲及OFDM散射径信号的干扰,提高L频段数字航空通信系统1的链路传输的可靠性。

基于BSBL-BO算法的DME脉冲干扰抑制方法

针对测距仪(distance measure equipment,DME)信号干扰L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communication system 1,L-DACS1)正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)接收机的问题,提出基于块稀疏贝叶斯学习边界优化(block sparsEbayesian learning-thEbound optimization,BSBL-BO)算法的DME脉冲干扰抑制方法。首先,利用OFDM接收机空子载波不传输有用信号的特点构造针对DME脉冲干扰信号的压缩感知模型;然后基于BSBL-BO算法重构DME脉冲干扰信号;最后在时域进行干扰消除。仿真结果表明,该方法比已有的脉冲干扰抑制方法具有更高的重构精度和更快的运算速度,进一步降低了OFDM接收机的误比特率,提高了L-DACS1系统前向链路传输性能。

载波偏置测距仪信号的循环平稳特性

针对L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communications system 1,L-DACS1)中存在的载波偏置测距仪脉冲干扰信号,首先建立测距仪(distance measure equipment,DME)脉冲信号模型,证明了载波偏置测距仪信号是循环平稳信号;随后理论分析并推导给出其循环自相关函数和循环谱的数学表示;最后仿真验证了载波偏置测距仪信号具有循环平稳特性的正确性。

联合NLS与CS信号重构的DME干扰抑制方法

L频段数字航空通信系统1(L-DACS1)以内嵌方式工作在测距仪(DME)波道间,会产生测距仪信号干扰正交频分复用(OFDM)接收机的问题,针对此提出联合非线性最小二乘法(NLS)与压缩感知(CS)信号重构的测距仪干扰抑制方法(简称联合DME干扰抑制方法)。首先,接收机通过非线性最小二乘法重构DME信号,并在时域消除DME信号;然后,通过低通滤波器进一步消除残留DME信号及带外噪声的影响;最后,利用压缩感知方法重构残留DME信号,并转换到频域消除残留的DME信号。仿真结果表明:所提出的联合干扰抑制方法可衰减DME信号功率达45 d B,显著地提高了OFDM系统链路传输可靠性。