黃旭方

（廣西大學(xué)計算機(jī)與電子信息學(xué)院，南寧530004）

Galileo 系統(tǒng)L1P與L1F信號間干擾的分析?

黃旭方

（廣西大學(xué)計算機(jī)與電子信息學(xué)院，南寧530004）

在L1頻段上，Galileo系統(tǒng)的授權(quán)服務(wù)信號L1P和開放服務(wù)信號L1F共用中心頻點1 575.42 MHz，它們的功率譜部分重疊，相互之間存在干擾。通過仿真研究L1P和L1F信號間的干擾，對它們的干擾系數(shù)、載噪比衰減值進(jìn)行了詳細(xì)分析，找出了決定這兩種信號間干擾大小的主要因素。仿真結(jié)果顯示，L1P信號受到來自于L1F信號的最大干擾為0.002 dB，來自于CDMA干擾的最大值為0.26 dB；L1F受到來自于L1P信號的最大干擾幾乎為0 dB，來自于CDMA干擾的最大值為0.604 dB。這表明，CDMA干擾是主要干擾源，L1P和L1F信號間的干擾可以忽略。這主要受益于L1P信號采用余弦相位的BOC調(diào)制，L1F信號采用CBOC調(diào)制，使這兩個信號的功率譜重疊部分大大減少，從而干擾系數(shù)很小，大大減小了它們間的干擾。

伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；系統(tǒng)內(nèi)部干擾；干擾系數(shù)；BOC調(diào)制

1 引言

Galileo系統(tǒng)在E2-L1-E1（簡稱L1）頻段上發(fā)射授權(quán)服務(wù)信號L1P和公共服務(wù)信號L1F，這兩種信號間干擾雖在文獻(xiàn)［1］中有過仿真，但其仿真結(jié)果是基于2002年的信號體制結(jié)構(gòu)，而Galileo系統(tǒng)在2007年對L1頻段上的信號結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改［2］。L1F信號采用CBOC（6，1，1／11）調(diào)制方式［3］，L1P信號采用BOCc（15，2.5）調(diào)制方式。Galileo信號結(jié)構(gòu)不斷演進(jìn)的目的是為了探索一種新的信號結(jié)構(gòu)，既能滿足與GPS系統(tǒng)信號兼容和互操作的需要，又能進(jìn)一步提高Galileo系統(tǒng)的性能。為了了解Galileo系統(tǒng)在進(jìn)行信號結(jié)構(gòu)選擇時如何考慮內(nèi)部干擾，尋找決定內(nèi)部干擾大小的主要因素，本文對L1P信號分別采用BOCs（14，2）和BOCc（15，2.5）調(diào)制方式時受到的內(nèi)部干擾以及對L1F信號分別采用BOC（1，1）和CBOC（6，1，1／11）時受到的內(nèi)部干擾進(jìn)行比較，并把仿真結(jié)果與GPS的系統(tǒng)內(nèi)部干擾進(jìn)行比較，得出的一些結(jié)論有助于“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在考慮內(nèi)部干擾時如何選擇信號結(jié)構(gòu)。

2 理論分析方法

分析衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部干擾的具體方法見文獻(xiàn)［4，5］，下面只給出計算L1P信號和L1F信號內(nèi)部干擾的相關(guān)公式。對于L1P信號，接收某一顆可見衛(wèi)星發(fā)射的目標(biāo)信號時，該信號受到的內(nèi)部干擾來自于視界內(nèi)所有衛(wèi)星發(fā)射的L1F信號和除了目標(biāo)信號之外的其它L1P信號，該信號因內(nèi)部干擾引起的載噪比衰減值DL1P為

式中，N0是系統(tǒng)熱噪聲功率譜密度，單位為W／Hz；C1表示總的內(nèi)部干擾的等效功率譜密度（單位為W／Hz）為

式中，I表示接收機(jī)視界內(nèi)可見衛(wèi)星顆數(shù)，目標(biāo)信號將受到（I-1）個非目標(biāo)L1P信號干擾以及I個L1F信號干擾。P（i）P1是第i顆非目標(biāo)L1P信號的接收功率，P（i）F1是第i顆L1F信號的接收功率；Δf（i）P和Δf（i）

FP分別是第i個非目標(biāo)L1P信號、第i個L1F信號與目標(biāo)信號間的頻差；k（i）P是第i個非目標(biāo)L1P信號與目標(biāo)信號間的干擾系數(shù)，單位為1／Hz，由于L1P信號是長碼［6］，不考慮偽碼序列對功率譜密度的影響，每個L1P信號的功率譜一樣，因此干擾系數(shù)可以簡化（見式（3））。k（i）FP是第i個L1F信號與目標(biāo)信號間的干擾系數(shù)，計算式見式（4）。

式中，H（f）是接收機(jī)前端濾波器傳輸函數(shù)；B是接收機(jī)前端濾波器帶寬，取32 MHz；GP（f）和G（i）F1（f）分別是L1P信號和第i個L1F信號在無窮帶寬上的歸一化功率譜密度。

L1F信號由數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)航信道構(gòu)成，這兩個信道采用相同的子載波調(diào)制方式，功率為總功率的50%，當(dāng)不考慮偽碼序列時，這兩個信道的基本參數(shù)相同（見表1）。

表1 干擾系數(shù)Table 1 Interference coefficient

在分析它們對L1P信號的干擾時，文中把這兩個信道合并起來等效為一個信號。當(dāng)分析它們受到L1P信號的干擾時，需要分別考慮它們各自受到的干擾，只是由于這兩個信道的基本參數(shù)相同，因此受到的干擾相同，只需對其中一個信道進(jìn)行干擾分析。下面對導(dǎo)航信道進(jìn)行分析，對于某一導(dǎo)航信號因內(nèi)部干擾引起的載噪比衰減值DL1F（單位為dB）為

式中，C2表示該導(dǎo)航信號受到總的內(nèi)部干擾的等效功率譜密度（單位為W／Hz），計算式為

式中，I表示接收機(jī)視界內(nèi)可見衛(wèi)星顆數(shù)，目標(biāo)信號將受到（I-1）個非目標(biāo)導(dǎo)航信號干擾，以及I個數(shù)據(jù)信號干擾、I個L1P信號干擾，非目標(biāo)導(dǎo)航信號和數(shù)據(jù)信號基本參數(shù)相同，合并起來就是（2I-1）個干擾源；P()iF2是第i顆非目標(biāo)L1F導(dǎo)航信號的接收功率（為總功率的一半）；P（i）P2是第i顆L1P信號的接收功率；Δf（i）F和Δf()iPF分別是第i個非目標(biāo)導(dǎo)航信號、第i個L1P信號與目標(biāo)導(dǎo)航信號間的頻差；k（i）F是第i個非目標(biāo)導(dǎo)航信號與目標(biāo)導(dǎo)航信號間的干擾系數(shù)，假設(shè)導(dǎo)航信號是長碼，干擾系數(shù)可以簡化為式（7）；k()iPF是第i個L1P信號與目標(biāo)導(dǎo)航信號間的干擾系數(shù)，同樣可以簡化。

式中，前端帶寬B取24 MHz；GF(f)是L1F導(dǎo)航信號在無窮帶寬上的歸一化功率譜密度，與式（4）中的G（Fi1）（f）解析式一樣，為

其中，RBase=1.023 Mchip／s。

3 仿真分析

仿真時進(jìn)行以下假設(shè)：

（1）前端濾波器是單位幅度理想線性帶通濾波器；

（2）用Galileo規(guī)定的10°仰角下最大最小接收功率［7，8］作為天線輸入端接收到的功率，L1P信號最大最小接收功率為-158／-154 dBW，L1F信號最大最小接收功率為-157／-154 dBW；

（3）系統(tǒng)熱噪聲N0為-201 dBW／Hz；

（4）接收信號相對于衛(wèi)星的多普勒頻偏一樣。

基于這些假設(shè)，對L1P和L1F信號受到的內(nèi)部干擾進(jìn)行仿真分析。在10°仰角時，Galileo系統(tǒng)最多和最少可見衛(wèi)星數(shù)分別為11顆和7顆［9］。

表1給出BOCc（15，2.5）、BOCs（14，2）、BOCs（1，1）和CBOC（6，1，1／11）信號之間的干擾系數(shù)，其中前兩者前端帶寬取32 MHz，后兩者前端帶寬取24 MHz。仔細(xì)觀察這些數(shù)值，并結(jié)合圖1 Galileo L1上信號的功率譜包絡(luò)，可以得出以下結(jié)論：

（1）BOCc（15，2.5）信號的自干擾系數(shù)比BOCs（14，2）信號的略小。這與前者采用余弦相位有關(guān)，余弦相位的BOC信號功率譜旁瓣在中心頻率處衰減比正弦相位快（見圖1）。

圖1 Galileo L1頻段上信號的功率譜包絡(luò)Fig.1 Power spectrum density of Galileo signals in L1 band

（2）CBOC（6，1，1／11）信號的自干擾系數(shù)比BOCs（1，1）信號的略小0.72 dB。仔細(xì)觀察這兩個信號的功率譜會發(fā)現(xiàn)，前者雖然在±6.138 MHz處有兩個高幅度譜瓣，但后者的功率譜包絡(luò)幅度要比前者稍大一點。

（3）當(dāng)CBOC（6，1，1／11）信號為干擾信號時，它與BOCc（15，2.5）信號的干擾系數(shù)比它與BOCs（14，2）信號的干擾系數(shù)小5 dB左右。但當(dāng)它為目標(biāo)信號時，它與BOCc（15，2.5）的干擾系數(shù)減小12 dB左右，它與BOCs（14，2）的干擾系數(shù)減小2 dB左右，而且前者的干擾系數(shù)比后者小15 dB左右。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為干擾信號BOCc（15，2.5）、BOCs（14，2）通過24 MHz的前端帶寬時主瓣被濾除，而且BOCc（15，2.5）的旁瓣衰減得很快，因此它與CBOC（6，1，1／11）的干擾系數(shù)衰減得更快。

（4）當(dāng)BOCc（15，2.5）為目標(biāo)信號時，它與CBOC（6，1，1／11）的干擾系數(shù)比它與BOCs（1，1）的干擾系數(shù)略小0.12 dB。但當(dāng)它為干擾信號時，它與CBOC（6，1，1／11）的干擾系數(shù)反而比它與BOCs（1，1）的干擾系數(shù)大2 dB左右。這與前端帶寬和功率譜包絡(luò)幅度有關(guān)。

表2和表3給出了最壞最好情況下［4］各信號受到的CDMA干擾，以及彼此間干擾造成的最大和最小載噪比衰減值，可見：

（1）在總的載噪比衰減值中，CDMA干擾造成的載噪比衰減值占絕大部分。

（2）相比于BOCs（14，2）調(diào)制信號，BOCc（15， 2.5）使內(nèi)部干擾改善了約0.03 dB；相比于BOCs（1，1）調(diào)制信號，CBOC（6，1，1／11）使內(nèi)部干擾改善了約0.1 dB。

（3）相比于BOCs（14，2）和BOCc（15，2.5）調(diào)制信號，CBOC（6，1，1／11）和BOCs（1，1）信號的CDMA干擾要大出約0.4 dB。

（4）CBOC（6，1，1／11）為目標(biāo)信號時，它與BOCs（14，2）信號間的干擾系數(shù)比它與BOCc（15，2.5）間的干擾系數(shù)大15 dB，但這兩者對其干擾帶來的載噪比衰減值幾乎一樣。這說明，干擾系數(shù)作為中間結(jié)果，只要其絕對值足夠小，雖然兩組信號間的干擾系數(shù)差值很大，但對干擾的影響就已經(jīng)很小了。

表2 L1P信號的載噪比衰減值Table 2 CNR degradation of L1P signal

表3 L1F信號的載噪比衰減值Table 3 CNR degradation of L1F signal

4 Galileo與GPS系統(tǒng)在L1頻段上的內(nèi)部干擾比較

且GPS在L1頻段上信號源較多，信號間干擾增多。另外，GPS的最大發(fā)射功率普遍略高于Galileo的。

將Galileo與GPS的內(nèi)部干擾［4］進(jìn)行比較，得到以下結(jié)論：

（1）最壞情況下，L1F導(dǎo)航信號受系統(tǒng)內(nèi)干擾引起的最大載噪比衰減值約為0.6 dB，比GPS L1C導(dǎo)航信號的最大載噪比衰減值（1.19 dB）小0.59 dB左右；最好情況下，前者最小載噪比衰減值約為0.2 dB，比后者的最小載噪比衰減值（0.3 dB）小0.1 dB左右；

（2）最壞情況下，L1P信號受系統(tǒng)內(nèi)干擾引起的最大載噪比衰減值約為0.262 3 dB，比GPSM碼的最大載噪比衰減值（0.398 dB）小0.1 dB左右。

可見，GPS系統(tǒng)內(nèi)部干擾比Galileo系統(tǒng)內(nèi)部干擾嚴(yán)重，這與GPS的C／A碼是短碼［6］密切相關(guān)，而

5 結(jié)論

通過本文的分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）Galileo系統(tǒng)的L1P信號與L1F信號間的干擾很小，它們受到的內(nèi)部干擾主要是CDMA干擾；

（2）Galileo系統(tǒng)在進(jìn)行信號結(jié)構(gòu)選擇時，L1P信號通過采用余弦相位的BOC調(diào)制方式，以及提高子載波速率和碼速率，使其與L1F信號的功率譜進(jìn)一步錯開，顯著減小了干擾系數(shù)，達(dá)到了減小內(nèi)部干擾的目的；L1F信號則采用復(fù)合的BOC調(diào)制方式，通過適當(dāng)選擇子載波速率和碼速率，也達(dá)到了改善系統(tǒng)內(nèi)部干擾的目的，而且，這兩種調(diào)制方式還有效提高了系統(tǒng)的碼跟蹤精度和抗多徑干擾能力［9］；

（3）“北斗”全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號結(jié)構(gòu)［10］在L1頻段上采用BOCs（14，2）和MBOC（6，1，1／11）調(diào)制方式，與Galileo系統(tǒng)的信號結(jié)構(gòu)很接近，因此，“北斗”系統(tǒng)除了要考慮內(nèi)部干擾，還要謹(jǐn)慎對待系統(tǒng)間干擾，這將另文探討。

［1］Godet J，DeMateo JC，Erhard P，etal.Assessing the Radio Frequency Compatibility between GPSand Galileo［C］／／Proceedings of the 15th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation.Portland，OR：ION，2002：1260-1269.

［2］Avila-Rodriguez JA，Hein GW，Wallner S，et al.The MBOCmodulation：the final touch to the Galileo frequency and signal plan［C］／／Proceedings of the 20th International TechnicalMeeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation.FortWorth：ION，2007：1515-1529.

［3］黃旭方，胡修林，陳曉翔.BOC、MBOC和CBCS三種子載波調(diào)制方式的性能分析［J］.電訊技術(shù)，2008，48（10）：63-68. HUANG Xu-fang，HUXiu-lin，CHENXiao-xiang.Performance analysis of BOC，MBOC and CBCSmodulation［J］. Telecommunication Engineering，2008，48（10）：63-68.（in Chinese）

［4］黃旭方，覃團(tuán)發(fā)，唐秋玲.GPSL1頻段上的系統(tǒng)內(nèi)干擾的研究［J］.宇航學(xué)報，2010，31（10）：2402-2406. HUANG Xu-fang，QIN Tuan-fa，TANG Qiu-ling.Study of intra-system interference in GPSL1 band［J］.Journal of Astronautics，2010，31（10）：2402-2406.（in Chinese）

［5］Titus L BM，Betz JW，Hegarty C J，etal.Intersystem and intrasystem interference analysismethodology［C］／／Proceedings of the 16th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation.Portland，OR：ION，2003：9-12.

［6］黃旭方，胡修林，唐祖平，等.導(dǎo)航系統(tǒng)中短碼受到系統(tǒng)內(nèi)干擾的分析方法［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，37（3）：46-49. HUANGXu-fang，HU Xiu-lin，TANG Zu-ping，et al. Methodology for analyzing intrasystem interference of shortcode in navigation systems［J］.Journal of Huazhong Universityof Science＆Technology（Natural Science Edition），2009，37（3）：46-49.（in Chinese）

［7］Strodl K，Trautenberg H L，Weber T.GALILEO system architecture［C］／／Proceedings of the16th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute ofNavigation.Portland，OR：ION，2003：549-566.

［8］Rebeyrol E，Julien O，Macabiau C，et al.Galileo civil signal modulations［J］.GPSSolutions，2007，11（3）：159-171.

［9］Simsky A，Mertens D，Sleewaegen JM，etal.Multipath and tracking performance of Galileo ranging signals transmitted by GIOVE-A［C］／／Proceedingsof the21st International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation.FortWorth：ION，2007：1525-1536.

［10］ICGWorking Group.COMPASS view on compatibility and interoperability［EB／OL］.（2009-10-21）［2011-07-22］http：／／www.unoosa.org／pdf／icg／2009／workgroupinterop／04.pdf.

Interference Analysis between L1F Signals and L1P Signals of Galileo System

HUANGXu-fang
（Department of Computer and Electronic Information，Guangxi University，Nanning 530004，China）

The Galileo system transmits L1P signal（for public regulated service）and L1F signal（for open service）ata center frequency of1 575.42 MHz in L1 band.The interference between each other is inevitable due to power spectrum overlap.In this paper，the interference between L1F and L1Psignal is researched，the interference coefficient and the CNR（Carrier-to-Noise Ratio）degradation are analysed，and themain factors determing the strength of the two types of signal are found out.Simulation results show that，the L1P signal suffers about0.002 dB themaximum interference created by the L1F signal，and about0.26 dB by themaximum Code Division Multiple Access（CDMA）interference；the L1F signal suffers almost negligible interference from the L1P signal and about0.604 dB themaximum CDMA interference.The result indicates that，the CDMA interference is preponderantand drives the total degradation of intra-system degradation，and the interference between L1P and L1F signal is almostnegligible.Thismainly benefits from L1P signal using cosine phase of Binary offset Carrier（BOC）modulation，and L1F signal using Composited Binary offset Carrier（CBOC）modulation，so that the power spectrum of the two signals overlap greatly reduces，the interference coefficient is very small，greatly reducing the interference between them.

Galileo system；intra-system interference；interference coefficient；BOCmodulation

The National Natural Science Foundation of China（No.61004123）；The Natural Science Foundation of Guangxi（2011GXNSFA018155）；The Scientific Research Foundation of GuangxiUniversity（XB2090844，XGL090032）

the Ph.D.degree in 2009. She is now an associate professor and also the instructor of graduate students.Her research interests include satellite navigation and wireless communication theory.

1001-893X（2011）09-0044-05

2011-04-29；

2011-07-22

國家自然科學(xué)基金資助項目（61004123）；廣西自然科學(xué)基金資助項目（2011GXNSFA018155）；廣西大學(xué)科研基金資助項目（XB2090844，XGL090032）

TN961

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.009

黃旭方（1977—），女，廣西河池人，2009年獲博士學(xué)位，現(xiàn)為副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航、無線通信理論。

Email：hxf-andalan＠163.com

HUANG Xu-fang was born in Hechi，Guangxi Zhuang Autonomous Region，in 1977.She