BOC调制信号频谱特性及仿真分析

时间:2013-01-18来源:网络

为了验证以上结论,对一些典型的BOC调制信号的功率谱密度进行仿真,结果如图4所示。

g.JPG


BOC信号调制技术具有以下优点:可以实现频段共用,同时实现频谱分离;具有更好的相关函数性能,其相关函数相对于相同码速率的BPSK调制方式而言更为陡峭,从而具有更高的码跟踪精度和更好的多径分辨能力。

3 其他BOC调制技术简介
BOC调制主要包括基本的正弦调制SinBOC,余弦调制CosBOC;复用调制MBOC,包括复合调制CBOC和时分调制TMBOC;交替载波调制AltBOC等。
3.1 MBOC调制
MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier,复合二进制偏移载波)调制其实是BOC副载波调制信号的一种复用方式。这是由Guenter W.Hein领导的GPS信号设计团队和John W.Betz领导的Galileo信号设计团队共同提出的一种调制方式。目前经过优选,主要讨论和威廉希尔 官网app 的是BOC(1,1)和BOC(6,1)的组合。根据数据通道和导频通道的功率分配要求,以及采取具体的调制方式不同,这种组合可以有很多种,具体可参考相关文献。
作为一种信号复用的统称,MBOC的实现方法目前主要有两种,即CBOC(Composite BOC)和TMBOC(Time-Multiplexed BOC)。前者用于欧盟Galileo系统的L1 OS信号,后者用于美国GPS系统的L1C信号。简单说来,CBOC是根据BOC(1,1)和BOC(6,1)不同的功率(幅值)权重构成的四电平符号来实现的调制,是幅值的复合式实现;而TMBOC则是一种类似时分复用的方式,即规定一组码片的长度,在这组码片里固定的几个位置里是BOC(6,1),其他位置都是BOC(1,1)。
3.1.1 伽利略系统的CBOC信号
如果BOC(6,1)被用于数据信道和导频信道,则基带OS(开发服务)部分可以表示为:
Sos(t)=CD(t)d(t)[Px(t)+Qy(t)]+CP(t)[Px(t)+Q(t)]
式中:CD和CP分别是数据信道和导频信道的扩频码序列;d是导航信息;x和y分别是BOC(1,1)和BOC(6,1)的副载波波形;
i.JPG分别表示BOC(1,1)和BOC(6,1)的波形的权重。
3.1.2 GPS L1C信号的TMBOC调制信号
TMBOC调制信号模型可以表示为如下形式:
j.JPG
式中:S1是用BOC(1,1)副载波时的时间段;S2是用BOC(6,1)副载波时的时间段。S2的长度是扩频码长度的P%。GPS L1C信号的导频信道占总能量的75%,数据信道占25%。而且仅有导频信道包含BOC(6,1)成分,也就是说,数据信号是纯粹的BOC(1,1)信号,导频信号是TMBOC(6,1,4/33)。大部分接收机都是利用导频信道进行跟踪的,因为它们具有更强的相位跟踪性能和较长的连续积分时间。
以上这两种方式都能满足功率谱分配的要求,但在功率谱函数的形状上有所不同。这样,在热噪声和多径效应存在的情况下,可以用这两种方法通过在远离中心频率处增加一些功率来改善跟踪性能。
3.2 AltBOC调制
AltBOC(Alternative BOC,交替二进制偏移载波)是一种和BOC调制信号类似的新型信号调制方式,它主要用于伽利略系统中的E5频带的开放服务(OS)信号的传输。AltBOC调制技术具有一般BOC信号的所有优点,如频谱分离,抗干扰能力强,测距精度高等,同时又不像BOC调制信号那样,两个主瓣传输相同的信息。具体说来,在AltBOC调制中,可以做到使一个主瓣的边带传输一路信号,这样对频谱的利用率更高,而这种方法带来的缺点是带宽过宽,在实现和接收时受滤波器带宽限制较大。此外,理论的AltBOC信号为非恒包络信号,为了在传输过程中通过饱和大功率放大器时不产生非线性失真,对AltBOC信号进行调整,使之成为恒包络的8PSK—AltBOC信号。
AltBOC调制方式的优点如下:
(1)频谱利用率高:与BOC信号相比,等效于BOC的上边带和下边带传输不同的信号;
(2)接收比较灵活:在信号接收端,既可以将整个频段信号作为整体接收,然后采用AltBOC接收技术进行处理,也可以上下频段信号单独接收处理。若单独接收,将等效为传统的QPSK调制;
(3)同时接收整个频段信号,其损耗低于分别接收上下频段信号;
(4)可改善抗码噪声、码多径、载波多径的性能,同时可降低电离层的影响,具有很好的码跟踪性能。

4 结语
本文从基本原理、信号形式、自相关函数、功率谱以及调制特性等方面对BOC信号调制技术及其扩展技术做了介绍,并用Matlab软件对频谱特性进行了较为详细的仿真分析,从这些分析可以看出,BOC信号调制技术具有其他卫星导航信号调制方法所不具备的特殊性质,因此是目前最合适的用于实现频谱共用与频谱分离的卫星导航信号调制方法,这对进一步研究导航信号现代化具有重要意义。

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关键词: 卫星导航系统 二进制偏移载波 调制 频谱特性 导航信号

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