BOC調制信號頻譜特性及仿真分析

BOC信號調制技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現頻段共用，同時(shí)實(shí)現頻譜分離；具有更好的相關(guān)函數性能，其相關(guān)函數相對于相同碼速率的BPSK調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調制技術(shù)簡(jiǎn)介
BOC調制主要包括基本的正弦調制SinBOC，余弦調制CosBOC；復用調制MBOC，包括復合調制CBOC和時(shí)分調制TMBOC；交替載波調制AltBOC等。
3．1 MBOC調制
MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier，復合二進(jìn)制偏移載波)調制其實(shí)是BOC副載波調制信號的一種復用方式。這是由Guenter W．Hein領(lǐng)導的GPS信號設計團隊和John W．Betz領(lǐng)導的Galileo信號設計團隊共同提出的一種調制方式。目前經(jīng)過(guò)優(yōu)選，主要討論和設計應用的是BOC(1，1)和BOC(6，1)的組合。根據數據通道和導頻通道的功率分配要求，以及采取具體的調制方式不同，這種組合可以有很多種，具體可參考相關(guān)文獻。
作為一種信號復用的統稱(chēng)，MBOC的實(shí)現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系統的L1 OS信號，后者用于美國GPS系統的L1C信號。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，CBOC是根據BOC(1，1)和BOC(6，1)不同的功率(幅值)權重構成的四電平符號來(lái)實(shí)現的調制，是幅值的復合式實(shí)現；而TMBOC則是一種類(lèi)似時(shí)分復用的方式，即規定一組碼片的長(cháng)度，在這組碼片里固定的幾個(gè)位置里是BOC(6，1)，其他位置都是BOC(1，1)。
3．1．1 伽利略系統的CBOC信號
如果BOC(6，1)被用于數據信道和導頻信道，則基帶OS(開(kāi)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分別是數據信道和導頻信道的擴頻碼序列；d是導航信息；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)的波形的權重。
3．1．2 GPS L1C信號的TMBOC調制信號
TMBOC調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(cháng)度是擴頻碼長(cháng)度的P％。GPS L1C信號的導頻信道占總能量的75％，數據信道占25％。而且僅有導頻信道包含BOC(6，1)成分，也就是說(shuō)，數據信號是純粹的BOC(1，1)信號，導頻信號是TMBOC(6，1，4／33)。大部分接收機都是利用導頻信道進(jìn)行跟蹤的，因為它們具有更強的相位跟蹤性能和較長(cháng)的連續積分時(shí)間。
以上這兩種方式都能滿(mǎn)足功率譜分配的要求，但在功率譜函數的形狀上有所不同。這樣，在熱噪聲和多徑效應存在的情況下，可以用這兩種方法通過(guò)在遠離中心頻率處增加一些功率來(lái)改善跟蹤性能。
3．2 AltBOC調制
AltBOC(Alternative BOC，交替二進(jìn)制偏移載波)是一種和BOC調制信號類(lèi)似的新型信號調制方式，它主要用于伽利略系統中的E5頻帶的開(kāi)放服務(wù)(OS)信號的傳輸。AltBOC調制技術(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，測距精度高等，同時(shí)又不像BOC調制信號那樣，兩個(gè)主瓣傳輸相同的信息。具體說(shuō)來(lái)，在A(yíng)ltBOC調制中，可以做到使一個(gè)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(lái)的缺點(diǎn)是帶寬過(guò)寬，在實(shí)現和接收時(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(guò)程中通過(guò)飽和大功率放大器時(shí)不產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，對AltBOC信號進(jìn)行調整，使之成為恒包絡(luò )的8PSK—AltBOC信號。
AltBOC調制方式的優(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(gè)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接收處理。若單獨接收，將等效為傳統的QPSK調制；
(3)同時(shí)接收整個(gè)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 結語(yǔ)
本文從基本原理、信號形式、自相關(guān)函數、功率譜以及調制特性等方面對BOC信號調制技術(shù)及其擴展技術(shù)做了介紹，并用Matlab軟件對頻譜特性進(jìn)行了較為詳細的仿真分析，從這些分析可以看出，BOC信號調制技術(shù)具有其他衛星導航信號調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)現頻譜共用與頻譜分離的衛星導航信號調制方法，這對進(jìn)一步研究導航信號現代化具有重要意義。