BOC調制信號頻譜特性及仿真分析

BOC信號調制技術具有以下優點：可以實現頻段共用，同時實現頻譜分離；具有更好的相關函數性能，其相關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調制技術簡介
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，復合二進制偏移載波)調制其實是BOC副載波調制信號的一種復用方式。這是由Guenter W．Hein領導的GPS信號設計團隊和John W．Betz領導的Galileo信號設計團隊共同提出的一種調制方式。目前經過優選，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，具體可參考相關文獻。
作為一種信號復用的統稱，MBOC的實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。簡單說來，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實現的調制，是幅值的復合式實現；而TMBOC則是一種類似時分復用的方式，即規定一組碼片的長度，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(開發服務)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，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調制
AltBOC(Alternative BOC，交替二進制偏移載波)是一種和BOC調制信號類似的新型信號調制方式，它主要用于伽利略系統中的E5頻帶的開放服務(OS)信號的傳輸。AltBOC調制技術具有一般BOC信號的所有優點，如頻譜分離，抗干擾能力強，測距精度高等，同時又不像BOC調制信號那樣，兩個主瓣傳輸相同的信息。具體說來，在AltBOC調制中，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信號為非恒包絡信號，為了在傳輸過程中通過飽和大功率放大器時不產生非線性失真，對AltBOC信號進行調整，使之成為恒包絡的8PSK—AltBOC信號。
AltBOC調制方式的優點如下：
(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，將等效為傳統的QPSK調制；
(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 結語
本文從基本原理、信號形式、自相關函數、功率譜以及調制特性等方面對BOC信號調制技術及其擴展技術做了介紹，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信號調制技術具有其他衛星導航信號調制方法所不具備的特殊性質，因此是目前最合適的用于實現頻譜共用與頻譜分離的衛星導航信號調制方法，這對進一步研究導航信號現代化具有重要意義。