王淑君，易 翔，孟 建，劉洪喜

(1.電子信息控制國家重點實驗室，四川成都 610036;2.西安電子科技大學(xué)，陜西西安 710071)

0 引言

二進制副載波(BOC)調(diào)制技術(shù)被應(yīng)用于新的GPS系統(tǒng)和GALILEO系統(tǒng)中，它是由偽隨機序列與方波副載波調(diào)制之后的碼作為擴頻序列的一種新型調(diào)制技術(shù)，BOC調(diào)制信號具有多副峰特性［1］，這為準確捕獲、跟蹤BOC信號帶來了干擾，目前已有很多學(xué)者研究了BOC信號的捕獲、跟蹤和解調(diào)算法，但是目前市場上并沒有出現(xiàn)成熟的BOC信號接收機，國內(nèi)在工程上對BOC信號的正確解調(diào)仍然不成熟，因此研究BOC信號抗副峰模糊的軟件解調(diào)算法具有重要意義。［2］

常規(guī)的GPS信號軟件解調(diào)算法不再適用于BOC的解調(diào)，可以使用BPSK-LIKE算法對單邊帶濾波后的信號進行軟件解調(diào)［3］。

通過BPSK解調(diào)算法分別對BOC信號的上、下邊帶信號進行盲解調(diào)，檢測解調(diào)所得的偽碼極性和時延是否一致，從而驗證了BPSK-LIKE算法的合理性和有效性，并仿真實現(xiàn)了BPSK-LIKE算法。

1 BOC信號的調(diào)制模式及信號的頻譜特性

BOC調(diào)制技術(shù)的信號模式［4］如圖1所示。

圖1 BOC信號的調(diào)制模式

BOC技術(shù)不同于傳統(tǒng)的BPSK和QPSK調(diào)制，常用表達形式為BOC(m，n)，其中，m，n分別表示相對于次載波頻率和擴頻碼速率與星載時鐘基準頻率的比值;m與n之比稱為BOC調(diào)制系數(shù)k。在GPS信號中，BOC調(diào)制下次載波頻率Fs=m×1.023 MHz;擴頻碼速率Fc=n ×1.023 MHz，于是有關(guān)系式:

所有的信號都是二進制信號，由此可以寫出BOC調(diào)制下的信號表達式:

其中擴頻符號:

所以，qδTs(t)中包含方波的δ個半周期(Ts)。

當BOC擴頻序列的二進制值為等概率、獨立均勻分布的，可以求出BOC調(diào)制的歸一化基帶功率譜密度為［5］:

從BOC調(diào)制信號的基帶功率譜分析得到:主瓣數(shù)與在主瓣之間的副瓣數(shù)之和等于δ;主瓣寬度是擴頻碼速率的2倍，這與普通的M-PSK調(diào)制相同，而旁瓣寬度等于碼速率，比主瓣窄一半;主瓣的最大值不是發(fā)生在頻率零點，最大值出現(xiàn)在遠離頻率零點的次載波頻率Fs處。

2 BPSK-LIKE算法軟件解調(diào)BOC信號原理

從頻譜上看，BOC信號的上邊帶與下邊帶頻率特性一致，頻帶寬度相同，能量一樣;可單邊帶濾波過后的BOC信號變成了2個獨立的BPSK信號［6］。如果每個邊帶所攜帶的導(dǎo)航電文經(jīng)過帶通濾波過后仍然不變，而且上下邊帶的導(dǎo)航電文完全一樣，并且單邊帶的BPSK信號的相位信息也完全相同，那么BOC信號的軟件解體可以轉(zhuǎn)化為單邊帶的擴頻碼序列解調(diào)。

所以理論上可以通過邊帶濾波過后的BOC信號可以得到其上邊帶或者下邊帶的信號，如果可以證明上下邊帶信號的等效性，那么BOC信號解調(diào)可以簡化為單邊帶的直擴信號的解調(diào)。本文通過對照上下邊帶的BPSK盲解調(diào)的結(jié)果，可以驗證BPSKLIKE 算法的有效性及合理性。［7，8］

3 信號級仿真

3.1 單邊帶處理BOC信號的合理性驗證

驗證算法如圖2所示，圖中所用到的2組帶通濾波器均設(shè)置為80階和相同的群時延，因此確保上、下邊帶解調(diào)出的偽碼具有群時延相同特性，使得偽碼的序列和翻轉(zhuǎn)時延的比較具有可比較性。

圖2 單邊帶處理BOC信號合理性的驗證流程圖

實驗仿真處理的信號是根據(jù)BOC信號的生成模式生成的BOC(10，5)的中頻信號，信號的輸入載噪比為95 dB-Hz(信噪比13 dB)，信號的載波中頻頻率為71.61 MHz，其信號的擴頻碼是隨機生成的偽隨機序列(碼速率Fc為5.115 MHz)，方波副載波頻率 Fs為 10.23 MHz，信 號 的 采 樣 率 是286.44 MHz。提高采樣率是為了更仔細地觀察濾波前后解調(diào)的符號翻轉(zhuǎn)沿的時延是否一樣。

用BPSK解調(diào)算法對BOC(10，5)濾波后的上、下邊帶分別進行解調(diào)，解調(diào)信號的長度為3 ms(信號中含有3個完整的碼片周期);記錄下符號翻轉(zhuǎn)沿(從穩(wěn)定解調(diào)后開始記錄，隨意抽取記錄下結(jié)果)的時延在表1中，解調(diào)得到的偽碼相關(guān)特性測試如圖3所示。

表1 BPSK解調(diào)出的偽碼翻轉(zhuǎn)時延

將上邊帶解調(diào)出的偽碼與下邊帶解調(diào)出的碼做互相關(guān)(如圖3中(a)所示)，相關(guān)最大值為5115，并且在上邊帶與下邊帶完全對齊的時候才出現(xiàn)相關(guān)峰。由此可知上邊帶解調(diào)出的偽碼與下邊帶解調(diào)出的偽碼完全相同。由圖3中(b)中所示:將上邊帶解調(diào)出的偽碼與實驗所用的偽碼分別做互相關(guān)，可以看出解調(diào)到的單邊帶中所含的偽碼就是BOC信號初始調(diào)制的偽碼，并且出現(xiàn)相關(guān)峰的時延完全一樣。其次可以從表1中看出，上邊帶信號的符號跳變邊沿時刻與下邊帶信號的幾乎一致，從而可以知道上、下邊帶信號的相位具有完全等效的特性。

圖3 解調(diào)出的偽碼相關(guān)特性測試

綜上所述，可以說明在GPS信號解調(diào)中，BOC信號單邊帶解調(diào)到的信息碼極性和時延都各自一樣，從而可以推斷，單邊帶處理得到的偽距和衛(wèi)星位置是一樣的。所以可以驗證BOC信號在解調(diào)過程中，可以選擇只解調(diào)BOC信號的任一個邊帶來獲得正確的導(dǎo)航電文和偽距，也可以完成導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算從而精確定位。

3.2 BPSK-LIKE跟蹤算法的信號級仿真

基于上述驗證，也同樣證明了BPSK-LIKE算法的合理有效性，以下通過仿真實現(xiàn)BPSK-LIKE跟蹤BOC(10，5)信號。仿真硬件平臺和仿真對象同上，BOC(10，5)信號采樣率為95.48 MHz，此時的信號載噪比為45dB-Hz(信噪比為-31 dB);BPSK-LIKE跟蹤算法仿真結(jié)果如圖4所示，當BOC信號經(jīng)過單邊濾波之后，可按照CA碼信號的簡單直擴(DSSS)信號來進行解調(diào)，這就是BPSK-LIKE算法的核心思想。從圖4中可以看出用BPSK-LIKE算法跟蹤解調(diào)的BOC信號可以得到相同的解調(diào)數(shù)據(jù)。

圖4 單邊帶跟蹤結(jié)果

4 結(jié)束語

從頻譜上推導(dǎo)了BPSK-LIKE算法跟蹤BOC信號的合理性和有效性，并通過仿真創(chuàng)新性地驗證了BPSK-LIKE跟蹤算法的合理有效性。從驗證結(jié)果可以看出，單邊帶解調(diào)到的信息碼的符號和時延都相同，定位的結(jié)果同樣有效，所以可以解調(diào)任意1個邊帶或者分別解調(diào)2個邊帶得到導(dǎo)航電文和偽距，從而進行衛(wèi)星定位。

在實際跟蹤過程中，如果使用BPSK-LIKE算法來跟蹤BOC信號時，必須考慮合適的輸入信號的載噪比(C/N0)，確保單邊帶濾波后的信號功率依然可以滿足正確解調(diào)的要求，后期還將對其影響單邊帶解調(diào)算法的因子進行研究。

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