AltBOC导航信号调制技术研究

第二届中国卫星导航学术年会CSNC2011 Study On AltBOC Navigation Signal TechnologyWang Lu1,Li Peng,Liu ChonghuaBeijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing,Ghinaroadlu@Abstract:AltBOC signal is a modulation technology designed for Galileo system by CNES(French Space Agency).It has all benefits of traditional BOC signals,such as split spectrum,good performance onanti-jamming and measure precision.On the other hand,AltBOC can transform different signals on itsdifferent main spectrum,not liking traditional BOC signals;and it spends more spectrum,which will bring difficulties for the wide band filters.The traditional AltBOC signal is not a constant envelope one,which will bring distortions when through HPA.For solving this problem,a8PSK-AltBOC signal is designed byadjusting the AltBOC signal.This paper introduces the modulation technology of AltBOC and8PSK-AltBOC, analyses and simulates the signals’autocorrelation function and power spectrum density.This paper isvaluable for the Chinese navigation to research the signal system.Keywords:AltBOC;8PSK-AltBOC;navigation;modulationAltBOC导航信号调制技术研究王璐1，李鹏，刘崇华中国空间技术研究院总体部，北京，中国，100094roadlu@【摘要】AltBOC调制方法作为法空局为Galileo系统设计的导航信号，具有一般BOC信号的所有优点，如频谱分离、抗干扰能力强、测距精度高，同时又不像BOC信号一样两个主瓣传输相同的信息，可令一个主瓣边带传输一路信号，对频谱的利用率更高，带来的缺点是带宽过宽，在实现和接收时受滤波器带宽限制较大。

理论的AltBOC信号为非恒包络信号，为了在传输过程中通过饱和大功率放大器时不产生非线性失真，对AltBOC信号进行调整，使之成为恒包络的8PSK-AltBOC信号。

本文对AltBOC和8PSK-AltBOC信号的生成原理进行介绍，对其自相关函数、功率谱密度进行仿真分析。

该项研究对我国导航信号体制的研究有重要的参考价值。

【关键词】AltBOC；8PSK-AltBOC；导航；调制1概述AltBOC信号是由法空局（CNES）发明的一种类似BOC信号的新型信号调制方式，用于Galileo系统中E5频带的开放服务（OS）信号的传输。

其优点如下：(1)频谱利用率高，同BOC信号相比，等效于BOC上边带与下边带传输不同信号。

(2)接收灵活。

在接收端，既可以将整频段信号作为整体接收，然后采用AltBOC接收技术进行处理，也可以上下频段信号单独接收处理。

若单独接收，将等效于传统的QPSK调制。

(3)同时接收整频段信号，其损耗低于分别接收上下频段信号。

(4)可改善抗码噪声、码多径、载波多径的性能，同时可降低电离层的影响，具有很好的码跟踪性能。

本文对AltBOC信号的生成方法和性能进行分析，对一般的AltBOC信号和无损恒包络AltBOC信号进行介绍和比对分析。

2AltBOC信号调制方法AltBOC调制是传统BOC调制的一种变换形式，其实现类似于一般的BOC信号；但如果使用一般的BOC信号，其两个主瓣所含信息一致；而使用AltBOC 信号，不同主瓣可以携带不同的信息。

与BOC信号一样，AltBOC也记为AltBOC(m,n)，其中，fs=m*1.023为副载波频率，fc=n*1.023为扩频码速率。

对传统的BOC信号，其副载波频谱为对称的双边带频谱，而AltBOC信号的副载波频谱为单边带频谱，调制扩频信号后，BOC信号即为对称的双边带谱，而AltBOC可成为单边带谱，如图1所示。

从图中可以看出，AltBOC信号可以认为是BOC信号的一般形第二届中国卫星导航学术年会CSNC2011式，当两个相同的扩频信号调制到2个对称的AltBOC 副载波上时，两个组合的AltBOC 信号就是BOC 信号。

m [S x (f)](a)the spectrum of BOC signal(a)BOC 信号的频谱(b)the spectrum of AltBOC signal(b)AltBOC 信号的频谱Figure 1.the spectrum of BOC and AltBOC signals 图1.BOC 信号和AltBOC 信号的频谱示意图ALtBOC 的副载波信号c s 为复信号，可用下式表示：()sign[cos(2)]sign[sin(2)]()()s s s r r c t f t j f t c t js t ππ=+=+\*MERGEFORMAT (1)c rs rFigure 2.the AltBOC subcarrier waveform 图2.AltBOC 信号副载波时域波形图2为AltBOC 信号的副载波时域波形图，其中，Ts 为副载波周期，Ts =1/fs 。

若c L 表示上边带扩频码信号，c U 表示下边带扩频码信号，则调制两个数据码的AltBOC 信号可用下式表示：()()*()ALtBOC L s U s s t c c t c c t =+\*MERGEFORMAT (2)从式中可以看出，将c L 码与副载波信号c s 相乘，使扩频码频谱被搬移到下边带(-fs)；将c U 码与副载波信号c s 的共轭相乘，使扩频码频谱被搬移到上边带(+fs)。

如果c L 码和c U 码均为BPSK(n)信号，则上式所示即为恒包络信号。

如果c L 码和c U 码均由两个正交的数据码和引导码组成，AltBOC 可由下式表示：()()()()*()D P D P ALtBOC L L s U Us s t c jc c t c jc c t =+++\*MERGEFORMAT (3)其中，c D 为数据码，c P 为引导码。

上式所表示的信号包括复副载波信号和复数据信号，包括6个二进制非归零码信号进行乘法和加法运算，得到的信号为非恒包络信号，具有9种状态，其星座图如图3所示。

Figure 3.Scattered plots for AltBOC signal图3.AltBOC 信号星座图由图中可看出，这种AltBOC 调制方式为非恒包络调制方式。

对2m/n 为偶数的AltBOC 信号，其功率谱密度函数为：2222sin 8()1cos 2cos 2even c c AltBOC s s f f f f G f f f f f ππππΦ⎛⎞⎜⎟⎡⎤⎛⎞⎝⎠=−⎢⎥⎜⎟⎛⎞⎝⎠⎣⎦⎜⎟⎝⎠\*MERGEFORMAT (4)对2m/n 为奇数的AltBOC 信号，其功率谱密度函数为：2222cos 8()1cos 2cos 2odd c c AltBOC s s f f f f G f f f f f ππππΦ⎛⎞⎜⎟⎡⎤⎛⎞⎝⎠=−⎢⎥⎜⎟⎛⎞⎝⎠⎣⎦⎜⎟⎝⎠\*MERGEFORMAT (5)第二届中国卫星导航学术年会CSNC201138PSK-AltBOC 调制方法从图3看出，AltBOC 信号不是恒包络信号，在通过饱和大功率非线性放大器时会产生不期望的AM 到AM 、AM 到PM 的失真，因此，通过对图3所示的AltBOC 星座图进行修正，将状态2、4、6、8处的幅度由4变为0，从而使信号变为恒包络信号，这种信号与8PSK 调制的星座图一致，记为8PSK-AltBOC 信号。

改进后的星座图如图4所示。

Figure 4.Scattered plots for 8PSK-AltBOC signal图4.8PSK-AltBOC 信号星座图改进后的信号可用下式表示：8()()4()()4()()()4()()4D P s L L d d D P s U U d d PSK ALtBOC D P s L L p p D P s U U p p T c jc sc t jsc t T c jc sc t jsc t s t T c jc sc t jsc t T c jc sc t jsc t −⎧⎡⎤⎛⎞+−−+⎪⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦⎪⎪⎡⎤⎛⎞⎪++−+⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎪⎣⎦=⎨⎡⎤⎛⎞⎪+−−+⎜⎟⎢⎥⎪⎝⎠⎣⎦⎪⎪⎡⎤⎛⎞++−⎪⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦⎩\*MERGEFORMAT (6)其中，Ts 为副载波周期，且有：D P D P P D P DL U U L L U U L D D P P P D D P U L U LU U L Lc c c c c c c c c c c c c c c c ====\*MERGEFORMAT (7)数据信号和导频信号的副载波分别为：()2()sign cos 2441sign cos 222sign cos 24d s s s sc t f t f t f t πππππ⎡⎤⎛⎞=−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦+⎡⎤⎣⎦⎡⎤⎛⎞++⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦\*MERGEFORMAT (8)()2()sign cos 2441sign cos 222sign cos 244p s s s sc t f t f t f t πππππ⎡⎤⎛⎞=−−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦+⎡⎤⎣⎦⎡⎤⎛⎞−+⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦\*MERGEFORMAT (9)可以看出，标准的AltBOC 的副载波信号如图2所示，为虚部的正弦方波副载波和实部的余弦方波副载波；经改进的8PSK-AltBOC 信号，其实部和虚部的副载波都有一定的变化，是超前、滞后和原余弦方波副载波的混合波形，如图5所示。