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：可以實現(xiàn)頻段共用，同時實現(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)合二進制偏移載波)調(diào)制其實是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)計團隊和John W．Betz領(lǐng)導(dǎo)的Galileo信號設(shè)計團隊共同提出的一種調(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。
作為一種信號復(fù)用的統(tǒng)稱，MBOC的實現(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現(xiàn)的調(diào)制，是幅值的復(fù)合式實現(xiàn)；而TMBOC則是一種類似時分復(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)副載波時的時間段；S2是用BOC(6，1)副載波時的時間段。S2的長度是擴頻碼長度的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)。大部分接收機都是利用導(dǎo)頻信道進行跟蹤的，因為它們具有更強的相位跟蹤性能和較長的連續(xù)積分時間。
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，如頻譜分離，抗干擾能力強，測距精度高等，同時又不像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是帶寬過寬，在實現(xiàn)和接收時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不產(chǎn)生非線性失真，對AltBOC信號進行調(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(tǒng)的QPSK調(diào)制；
(3)同時接收整個頻段信號，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)及其擴展技術(shù)做了介紹，并用Matlab軟件對頻譜特性進行了較為詳細的仿真分析，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，這對進一步研究導(dǎo)航信號現(xiàn)代化具有重要意義。