陈相登， 雷 菁， 刘 伟

（国防科学技术大学 电子与工程学院，湖南 长沙 410073）

0 引言

MF-TDMA[1]体制采用频分和时分相结合的二维多址方式，利用频率跳变发送和接收、变速率以及虚电路技术可以实现大小终端间针对不同种类业务的灵活组网[2]，极大地提高了通信链路的利用率。终端在网络控制中心分配给自身的每一个时隙内，以突发的形式进行数据传输。

在组网通信时，各个终端的回传的MF-TDMA信号在主站接收端叠加在一起，文中提出了如何在多路混叠的MF-TDMA信号分离出各单路信号并对各单路MF-TDMA信号进行参数估计的方法。

1 MF-TDMA信号的特点及仿真生成

MF-TDMA按组网方式的不同，可以分为时隙和带宽固定的 Fixed-slot MF-TDMA系统以及时隙和带宽按需分配的 Dynamic-slot MF-TDMA系统[1]，两种MF-TDMA组网方式具有一定的相同点，主要有以下几个方面：一是每个时隙内不同用户在不同的载波上，每个用户在同一时隙内只能占用一个载波；二是同一用户在相邻的时隙内载波可以跳变；三是所有用户的载波频率集是相同的。但也有明显的不同点：Fixed-slot MF-TDMA方式下,每个时隙长度相同，接收端收到的信号都是不同终端信号在相同长度的时隙内的叠加，叠加后信号的持续时间能够反映系统的时隙分配情况；Dynamic-slot MF-TDMA方式下，由于每个载波上的时隙分配不一致，叠加后信号的持续时间不能够反映系统的时隙分配情况。如图1所示（假设有两个终端在通信）。

图1 两种MF-TDMA模式下终端的跳频图案

每个时隙都由 3部分组成：包括保护时间（Guard Time）、前导符(Preamble)和净负荷(Payload)[3]，如图2所示。

图2 时隙的构成

文中按照MF-TDMA信号的形成原理在simulink中实现了较低频率下的两种MF-TDMA信号的仿真[4]。其中Dynamic-slot MF-TDMA信号仿真参数如表1所示。根据仿真参数，在simulink中搭建了仿真平台，如图3所示。

仿真平台利用PN Sequence Generator控制每一路信号每个时隙信号的有无,利用fr_control变量实现突发信号格式形成的控制，并确保在每个时隙的保护时间内没有数据发出。跳频载波由M-FSK模块产生，数据调制方式采用π/4QPSK。调制后的π/4QPSK信号和跳频载波相乘，得到 MF-TDMA信号，每路信号都在scope里进行显示。由于文中只涉及到对MF-TDMA信号的分离与估计，没有涉及到对信号的解调，preamble和payload都用随机数来代替，这并不影响文中所提出的信号分离和估计方法的使用。

表1 dynamic-slot MF-TDMA信号simulink仿真参数

图3 MF-TDMA信号仿真平台

根据以上仿真参数和仿真平台，对两种MF- TDMA信号进行了仿真生成。由于篇幅关系，文中只给出Dynamic-slot MF-TDMA信号的仿真图，如图4所示。

图4 Dynamic-slot MF-TDMA信号

2 基于ICA分离的MF-TDMA信号分离

一般情况下接收到的MF-TDMA信号是多路信号的混叠，还不能确定混叠后的信号分别来自哪些终端，所以要进行信号分离。而信号的有无检测是进行信号分离的前提，信号的有检测算法主要有能量检测算法、双滑动窗口法、自适应调整门限算法、短时自相关法和一种利用信号前导字的实时的频域检测算法[5]，由于篇幅的关系，文中不做介绍。接收端要在没有任何源信号的先验知识的的基础上对混合信号进行分离。独立分量分析（ICA，Independent Component Analysis）是为了解决信号分离问题而发展起来的，使用条件是各个源信号彼此是相互独立的，多路MF-TDMA信号中各个终端发出的 MF-TDMA信号之间是统计独立的，因此文中提出用ICA算法进行源分离。

若同一时刻有两个接收机同时记录下了两个终端的信号，则每个接收机所获得的信号形式应该为两个信号的线性加权和。令两个接收机记录的信号为 )2,1)(( =itxi，两个不同方位的终端信号为，则：

ICA算法目前有快速算法，FastICA算法适宜于实时处理场合，计算量小，收敛速度较快，所以文中采用FastICA算法进行信号分离。

对混叠的两路MF-TDMA信号进行源分离后结果如图5所示（横坐标表示采样点数，单位为10 000点）。从图中可以看出，ICA信号处理的方法存在两个不确定性：尺度不确定，即分离信号的幅度会和原信号有所出入；次序不确定性，即分离信号的次序在缺乏先验知识的情况下, 无法与原信号一一对应。但是这两个不确定性并不会影响到后续对信号特征的提取与识别[6]。

ICA的任务就是寻找一个解混矩阵 B，使得

图5 FICA算法对Dynamic-slot MF-TDMA混叠信号的分离

3 MF-TDMA信号的特征提取与识别

分离后的信号都是独立的各终端的跳频信号，对跳频信号的检测和参数提出的方法有 STFT,SPWVD和小波变换等。SPWVD和小波变换虽然精度较高，但是的实时性不是很高。对于STFT来说，它最大的好处是计算速度快，只要窗长合适，对频率值的估计精度较髙，但是，由于受到窗长对时间分辨率的影响，对于跳变时刻的估计不够准确。这个不足，可以再次对每路信号采用短时能量算法来进行弥补。

对分离后的两路MF-TDMA信号进行STFT变换，窗口长度为128，步长为64，仿真结果如图6所示（图6中的频率单位为10 000 Hz，时间单位为s）。从图 6(d)上可以看出，终端信在 0～0.2 s内载波是500 Hz,在0.2～0.4 s内载波是4 500 Hz,在0.6～0.8内是6 500 Hz,在1.2～1.4 s内载波是1 500 Hz,在1.4～1.6 s内是2 500 Hz。

图6 分离后其中一路MF-TDMA信号的时频分析

4 结语

文中对MF-TDMA信号的特点进行了分析，对两种体制的MF-TDMA信号进行了深入的研究[7-8]。利用simulik工具，对两种MF-TDMA的信号进行了仿真。对仿真信号生成的基础上，利用 FICA算法对多路MF-TDMA混重叠信号进行了分离，并利用STFT算法对分离后的单路MF-TDMAW信号进行了参数估计，通过对分离后的终端信号进行时频分析，估计出了跳频参数。

[1] ETSI. Digital Video Broadcasting (DVB),Interaction channel for satellite distribution systems[EB/OL].(2009-05-01) [2012-10-10]. http://pda.etsi.org/pda/queryform.asp.

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[3] ETSI. Digital Video Broadcasting (DVB);Interaction channel for Satellite Distribution Systems;Guidelines for the use of EN 301 790[EB/OL].(2009-07-20)[2012-10-15].http://pda.etsi.org/pd a/queryform. asp.

[4] 周靖宇,田书林.利用Simulink及AWG产生扩跳频通信信号的方法[J].中国测试,2011,37(01):74-76.

[5] 郑金良.卫星突发信号解调技术研究与实现[D].南京:中国人民解放军信息工程大学,2006.

[6] 岳峰巍.跳频通信网台分选方法的研究与仿真实现[D].成都:电子科技大学,2010.

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