CCRW技術在MBOC調制信號下多徑抑制性能＊

劉 哲，倪少杰，牟衛(wèi)華，唐小妹

（國防科技大學電子科學與工程學院 衛(wèi)星導航定位研發(fā)中心，湖南 長沙410073）

0 引 言

MBOC（multiplexed binary offset carrier）是GPS現(xiàn)代化計劃中L1C信號和Galileo系統(tǒng)E1開放式服務信號采用的一種新的調制方式。MBOC以BOC（1，1）信號為基線，從頻譜上避開了業(yè)已存在的BPSK信號，提高了頻譜復用率，使抗干擾能力大大增強，同時高頻分量BOC（6，1）的存在使信號的跟蹤性能有所改善。隨著GPS現(xiàn)代化計劃的推進和Galileo系統(tǒng)的發(fā)展與成熟，MBOC信號的性能受到廣泛關注。

在GNSS系統(tǒng)中，多徑是由于衛(wèi)星信號經(jīng)物體反射或散射后進入接收機引起的，由于很難通過建模、差分等方法消除，因此多徑一直是GNSS系統(tǒng)中主要誤差源之一。CCRW技術是一種廣泛應用于BPSK信號體制下商用接收機上的多徑抑制算法。通過改變本地復現(xiàn)碼的波形以期獲得更理想的鑒相函數(shù)，從而更好地抑制多徑，CCRW技術在應用于BPSK接收機時取得了很大成功。目前典型的CCRW算法包括窄相關、W1（四相關）、W2、W3、W4CCRW[4]。目前關于 CCRW 技術在BPSK調 制 信 號 下 性 能 的 研 究 比 較 充 分[4，8]，對BOC下的性能研究也較為成熟[7－9]，文獻[2]通過將BPSK調制下的CCRW閘波信號直接應用到BOC（1，1），研究了 W2在 BOC（1，1）中的性能。文獻[6]研究了窄相關及 W1CCRW 在TMBOC下的性能，文獻[3]詳細分析了 W2CCRW 在MBOC下的性能，本文則以 W1、W2、W3、W4 CCRW技術為研究對象，系統(tǒng)研究了其直接移植到MBOC信號時的多徑抑制性能，并與其在BPSK和BOC（1，1）調制下性能進行了比較。

1 MBOC調制

MBOC是GPS現(xiàn)代化計劃和Galileo系統(tǒng)中采用的一種新的信號調制方式。為提高頻譜復用率，在L1頻點，GPS和Galileo決定采用 MBOC（6，1，1／11）的調制方法，以BOC（1，1）作為基線，并增加高頻分量來提高信號的跟蹤性能。MBOC（6，1，1／11）表示該信號的頻譜由1／11的BOC（6，1）和10／11的BOC（1，1）構成?，F(xiàn)有信號體制下有TMBOC和CBOC兩種實現(xiàn)方法，二者功率譜密度相同，均為式（1）所示。

TMBOC是一種類似時分復用的方式，為GPS L1C信號所采用。L1C包括數(shù)據(jù)通道和導頻通道，其能量比為1：3。數(shù)據(jù)通道采用BOC（1，1）調制，導頻信號采用TMBOC（6，1，4／33），在每33個方波中，第1、5、7、30個為BOC（6，1），其余為BOC（1，1）。

CBOC（composite BOC）是根據(jù)BOC（1，1）和BOC（6，1）不同的幅值權重構成的4電平符號來實現(xiàn)的調制，是幅值的復合式實現(xiàn)，為Galileo系統(tǒng)E1OS信號所采用。E1OS同時播發(fā)調制有導航電文的信號和無導航電文的導頻信號，二者能量比為1：1，表達式分別為

由于CBOC中用于跟蹤的主要是導頻通道，因此，主要研究CCRW技術在CBOC導頻通道和TMBOC中的多徑抑制性能。

2 CCRW技術簡介

CCRW技術是廣泛應用于二相相移鍵控（BPSK）信號接收機上的一種多徑抑制技術，世界上許多知名的接收機生產(chǎn)商都采用該技術或發(fā)明過相關專利。該技術中本地參考波形是一系列的閘波信號，閘波信號由一定數(shù)目的基本波形組成，不同閘波波形如圖1所示。基本波形的寬度定義為閘波寬度GW.同BPSK接收機相似，本文研究的MBOC接收機中，閘波信號也是根據(jù)調制副載波之前的偽碼序列產(chǎn)生的。

在接收機基帶數(shù)字信號處理模塊中，來自射頻前端的數(shù)字中頻信號與本地載波相乘后，分別與本地即時碼和本地閘波信號進行相關運算，得到IX、QX、IW、QW，四路信號輸入到鑒別器中，求得載波相位和碼相位跟蹤誤差，從而完成對載波和偽碼的跟蹤。四路信號表達式如式（4）至（7）所示。其中A為信號幅度；D為導航電文；fe為載波頻率跟蹤誤差；T為積分時間；θe為初始載波相位誤差；Ni，X、Nq，X、Ni，W、Nq，W是高斯白噪聲，R（ε）和R（ε）分別表示接收到的衛(wèi)星信號與本地即時碼和本地閘波信號的互相關函數(shù)。

鑒別器分為相干和非相干兩種，實際中應用較多的是非相干鑒別器，其鑒相函數(shù)如式（8）所示。

圖1 不同閘波信號波形

3 CCRW技術在MBOC下的多徑抑制性能分析

主要采用基于多徑誤差包絡的多徑抑制性能分析方法[5]，分析比較不同閘波信號的多徑抑制性能。

理想無限帶寬情況下不同閘波波形在閘寬為1／12（單位：碼片，下同）的鑒相函數(shù)如圖2所示?？梢钥闯觯琈BOC調制下鑒相函數(shù)有以下特點：

1）鑒相函數(shù)在延遲為零附近并不是線性的，這是由MBOC中存在的BOC（6，1）分量造成的；

2）各鑒相函數(shù)均有多個過零點，因此使用類似Bump－jumping的輔助校驗技術來保證碼跟蹤環(huán)路的正確鎖定是十分有必要的；

3）CBOC調制中四種技術的牽引范圍相同，都是[－0.08 0.08]。TMBOC中 W1、W2、W3的牽引范圍為[－0.08 0.08]，W4的牽引范圍較大，為[－0.08 0.17]。

不同調制方式下各閘波信號多徑誤差包絡如圖3和圖4所示。為了分析方便，仿真所用多徑為單路鏡面反射模型，多徑信號幅度為直達信號的0.5倍，射頻前端簡化為－3dB帶寬為20M、阻帶為30M的帶通濾波器，圖3中閘寬為1／12，圖4中閘寬為1／16。

由誤差包絡可以得出以下結論：

1）在 MBOC調制下，W2、W3、W4CCRW技術能較好地抑制延遲較大的多徑，而對短延遲多徑不能完全抑制，這與BPSK和BOC（1，1）下結論類似。同時TMBOC調制下，延遲大于0.5碼片的多徑信號仍有一定影響，這是因為鑒相函數(shù)在延遲小于－0.4碼片時仍有一定起伏。W1CCRW性能較BPSK調制變差，雖然在延遲為一個碼片附近的多徑抑制能力優(yōu)于BPSK，但對0.5碼片之內的多徑抑制作用有限，而在實際中，由于較大延遲的多徑在傳播過程中能量損耗較大，我們更關心的是延遲小于0.5碼片的多徑；

2）類似于BPSK和BOC（1，1），MBOC調制下，閘寬越小，多徑誤差包絡越理想，其包絡面積、包絡極值、有效包絡區(qū)間長度等都隨閘寬的降低而減??；

3）MBOC調制下 W2、W3、W4CCRW 誤差包絡形狀并不規(guī)則，載波延遲為0和π時誤差包絡并不對稱，這與鑒相函數(shù)線性程度和對稱性較低有關。W2與W4多徑誤差包絡較為相似，W3則有較大不同，有效包絡區(qū)間長度較大，包絡面積也大于W2和W4CCRW，但三者的性能均優(yōu)于W1。

圖4 不同調制方式中各閘波信號在閘寬為1／16碼片時多徑誤差包絡

以BPSK調制下 W2CCRW在閘寬為1／12時的包絡面積為準，測得不同條件下各多徑誤差包絡面積如表1。通過表1可知：

1）W2、W3、W4在閘寬為1／12條件下，在TMBOC下面積與在BPSK和BOC（1，1）下基本相等，在CBOC下則小得多，W2和W4在CBOC下面積約為在BPSK下的58%，W3約為85%；

2）W2、W3、W4在閘寬為1／16條件下，多徑誤差的包絡面積大小關系為：TMBOC＞BPSK≈BOC（1，1）＞CBOC。這是由于在TMBOC信號下應用CCRW技術時沒有考慮BOC（6，1）分量，對BOC（6，1）采用了和 BOC（1，1）相同的處理方式，因此沒有發(fā)揮出高頻分量的跟蹤優(yōu)勢，造成在TMBOC信號下性能有所下降；

3）W1在閘寬為1／12時，面積大小關系為CBOC＞BOC（1，1）＞TMBOC＞BPSK，在閘寬為1／16時，面積大小關系為BOC（1，1）＞BPSK＞TMBOC＞CBOC.

表1 不同條件下不同閘寬歸一化誤差包絡面積統(tǒng)計

4 結 論

介紹了 W1、W2、W3、W4CCRW四種技術的基本原理，并從誤差包絡面積、包絡極值、有效包絡區(qū)間長度等幾個方面比較了這幾種技術在MBOC調制信號下的性能。雖然以上幾種閘波信號都是針對BPSK信號設計的，但其在CBOC調制下的性能優(yōu)于BPSK調制。由于MBOC信號特性與BPSK并不相同，因此針對MBOC信號的特點來設計閘波波形是提高MBOC信號接收機多徑抑制性能的一種可行思路，這部分工作還需進一步深入研究。

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