BOC調(diào)制信號頻譜特性及仿真分析

BOC信號調(diào)制技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)頻段共用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻譜分離；具有更好的相關(guān)函數(shù)性能，其相關(guān)函數(shù)相對于相同碼速率的BPSK調(diào)制方式而言更為陡峭，從而具有更高的碼跟蹤精度和更好的多徑分辨能力。

3 其他BOC調(diào)制技術(shù)簡介
BOC調(diào)制主要包括基本的正弦調(diào)制SinBOC，余弦調(diào)制CosBOC；復(fù)用調(diào)制MBOC，包括復(fù)合調(diào)制CBOC和時(shí)分調(diào)制TMBOC；交替載波調(diào)制AltBOC等。
3．1 MBOC調(diào)制
MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier，復(fù)合二進(jìn)制偏移載波)調(diào)制其實(shí)是BOC副載波調(diào)制信號的一種復(fù)用方式。這是由Guenter W．Hein領(lǐng)導(dǎo)的GPS信號設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和John W．Betz領(lǐng)導(dǎo)的Galileo信號設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)共同提出的一種調(diào)制方式。目前經(jīng)過優(yōu)選，主要討論和設(shè)計(jì)應(yīng)用的是BOC(1，1)和BOC(6，1)的組合。根據(jù)數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻通道的功率分配要求，以及采取具體的調(diào)制方式不同，這種組合可以有很多種，具體可參考相關(guān)文獻(xiàn)。
作為一種信號復(fù)用的統(tǒng)稱，MBOC的實(shí)現(xiàn)方法目前主要有兩種，即CBOC(Composite BOC)和TMBOC(Time-Multiplexed BOC)。前者用于歐盟Galileo系統(tǒng)的L1 OS信號，后者用于美國GPS系統(tǒng)的L1C信號。簡單說來，CBOC是根據(jù)BOC(1，1)和BOC(6，1)不同的功率(幅值)權(quán)重構(gòu)成的四電平符號來實(shí)現(xiàn)的調(diào)制，是幅值的復(fù)合式實(shí)現(xiàn)；而TMBOC則是一種類似時(shí)分復(fù)用的方式，即規(guī)定一組碼片的長度，在這組碼片里固定的幾個位置里是BOC(6，1)，其他位置都是BOC(1，1)。
3．1．1 伽利略系統(tǒng)的CBOC信號
如果BOC(6，1)被用于數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道，則基帶OS(開發(fā)服務(wù))部分可以表示為：
Sos(t)=CD(t)d(t)[Px(t)+Qy(t)]+CP(t)[Px(t)+Q(t)]
式中：CD和CP分別是數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道的擴(kuò)頻碼序列；d是導(dǎo)航信息；x和y分別是BOC(1，1)和BOC(6，1)的副載波波形；
分別表示BOC(1，1)和BOC(6，1)的波形的權(quán)重。
3．1．2 GPS L1C信號的TMBOC調(diào)制信號
TMBOC調(diào)制信號模型可以表示為如下形式：

式中：S1是用BOC(1，1)副載波時(shí)的時(shí)間段；S2是用BOC(6，1)副載波時(shí)的時(shí)間段。S2的長度是擴(kuò)頻碼長度的P％。GPS L1C信號的導(dǎo)頻信道占總能量的75％，數(shù)據(jù)信道占25％。而且僅有導(dǎo)頻信道包含BOC(6，1)成分，也就是說，數(shù)據(jù)信號是純粹的BOC(1，1)信號，導(dǎo)頻信號是TMBOC(6，1，4／33)。大部分接收機(jī)都是利用導(dǎo)頻信道進(jìn)行跟蹤的，因?yàn)樗鼈兙哂懈鼜?qiáng)的相位跟蹤性能和較長的連續(xù)積分時(shí)間。
以上這兩種方式都能滿足功率譜分配的要求，但在功率譜函數(shù)的形狀上有所不同。這樣，在熱噪聲和多徑效應(yīng)存在的情況下，可以用這兩種方法通過在遠(yuǎn)離中心頻率處增加一些功率來改善跟蹤性能。
3．2 AltBOC調(diào)制
AltBOC(Alternative BOC，交替二進(jìn)制偏移載波)是一種和BOC調(diào)制信號類似的新型信號調(diào)制方式，它主要用于伽利略系統(tǒng)中的E5頻帶的開放服務(wù)(OS)信號的傳輸。AltBOC調(diào)制技術(shù)具有一般BOC信號的所有優(yōu)點(diǎn)，如頻譜分離，抗干擾能力強(qiáng)，測距精度高等，同時(shí)又不像BOC調(diào)制信號那樣，兩個主瓣傳輸相同的信息。具體說來，在AltBOC調(diào)制中，可以做到使一個主瓣的邊帶傳輸一路信號，這樣對頻譜的利用率更高，而這種方法帶來的缺點(diǎn)是帶寬過寬，在實(shí)現(xiàn)和接收時(shí)受濾波器帶寬限制較大。此外，理論的AltBOC信號為非恒包絡(luò)信號，為了在傳輸過程中通過飽和大功率放大器時(shí)不產(chǎn)生非線性失真，對AltBOC信號進(jìn)行調(diào)整，使之成為恒包絡(luò)的8PSK—AltBOC信號。
AltBOC調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)如下：
(1)頻譜利用率高：與BOC信號相比，等效于BOC的上邊帶和下邊帶傳輸不同的信號；
(2)接收比較靈活：在信號接收端，既可以將整個頻段信號作為整體接收，然后采用AltBOC接收技術(shù)進(jìn)行處理，也可以上下頻段信號單獨(dú)接收處理。若單獨(dú)接收，將等效為傳統(tǒng)的QPSK調(diào)制；
(3)同時(shí)接收整個頻段信號，其損耗低于分別接收上下頻段信號；
(4)可改善抗碼噪聲、碼多徑、載波多徑的性能，同時(shí)可降低電離層的影響，具有很好的碼跟蹤性能。

4 結(jié)語
本文從基本原理、信號形式、自相關(guān)函數(shù)、功率譜以及調(diào)制特性等方面對BOC信號調(diào)制技術(shù)及其擴(kuò)展技術(shù)做了介紹，并用Matlab軟件對頻譜特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的仿真分析，從這些分析可以看出，BOC信號調(diào)制技術(shù)具有其他衛(wèi)星導(dǎo)航信號調(diào)制方法所不具備的特殊性質(zhì)，因此是目前最合適的用于實(shí)現(xiàn)頻譜共用與頻譜分離的衛(wèi)星導(dǎo)航信號調(diào)制方法，這對進(jìn)一步研究導(dǎo)航信號現(xiàn)代化具有重要意義。