專利名稱：一種導航信號調制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號體制設計與信號生成領域，特別是上下邊帶承載不同服務的導航信號恒包絡調制方法。
背景技術：
信號體制是衛(wèi)星導航系統(tǒng)體制的核心，決定了導航系統(tǒng)的先天性能。倘若信號體制設計存在缺陷，即使地面段、空間段和用戶段的設備再好，系統(tǒng)的性能仍會存在先天不足，妨礙導航系統(tǒng)的推廣與應用。調制方式是導航信號體制研究的重點，它決定了導航信號的功率譜包絡，對導航系統(tǒng)的定位測速授時精度、兼容和互操作性、抗干擾能力等關鍵性能和指標起著決定性的作用。在GPS現(xiàn)代化和伽利略(felileo)信號設計過程中，調制方式設計是業(yè)界關注的焦點。目前，衛(wèi)星導航信號調制已經(jīng)由第一代GPS采用的BPSK調制擴展到了 B0C、CB0C、TMB0C、 AltBOC等多種新的調制方式并存的格局。其中，AltBOC調制方式具備在上下邊帶承載不同服務的能力，既可獨立接收處理單邊帶信號達到傳統(tǒng)BPSK信號性能，也可聯(lián)合處理以實現(xiàn)更高的定位精度，已經(jīng)被COMPASS全球系統(tǒng)采納為B2頻點下行信號的調制方式基線。AltBOC是一種上下邊帶可以調制不同偽碼的類BOC調制方式，它的概念最早于 2000年提出，目的是為了滿足在El、E2頻帶上共用一個高功放傳送兩路導航信號的需求。 然而，由于非恒包絡問題以及Ll頻帶的信號規(guī)劃調整，AltBOC調制方式并未在Ll頻帶上得到采用。2001年，法國航天局(CNES)提出了 4偽碼恒包絡AltBOC調制方式，并被采納為 GalileoE5a, E5b頻帶導航信號的調制方式。在北斗(COMPASS)系統(tǒng)中，采用中心頻率為1191.795MHz的AltBOC(15，10)調制方式，下邊帶中心頻率為1176. 45MHz，上邊帶中心頻率為1207. 14MHz，既可實現(xiàn)與 GalileoE5, GPSL5C信號的互操作，又可兼顧與COMPASS區(qū)域系統(tǒng)B2信號的兼容問題。然而，為了實現(xiàn)4偽碼恒包絡調制，Galileo提出的AltBOC調制方式將基帶波形的轉換速率提升到了子載波的8倍，子載波的電平數(shù)提升為4電平，并且插入了乘積項?；鶐мD換速率和子載波電平數(shù)的增加，無疑會成倍增加信號產(chǎn)生、接收的復雜度。乘積項的引入，使得復用效率降低，從一定程度上降低了信號性能。CNES通過巧妙的設計使得子載波頻率附近的信號分量未降低，使得當接收機僅接收主瓣功率的情況下性能無損失。但是，由于子載波的諧波分量僅調制了無用的乘積信號，降低了大帶寬接收條件下的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種導航信號調制方法，該方法具有信號接收處理靈活、 多路復用效率更高、信號產(chǎn)生和接收處理復雜度低的優(yōu)點。—種導航信號調制方法，具體為(1)對控制時鐘CLKO分頻得到偽碼生成驅動時鐘CLKl和時分復用控制時鐘 CLK2，控制時鐘CLKO的頻率為二進制子載波頻率的4倍，偽碼生成驅動時鐘CLKl的頻率為碼速率的1/2，時分復用控制時鐘CLK2的頻率等值于碼速率；(2) CLKl驅動產(chǎn)生上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼cBD、下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼( 和導頻通道偽碼cP，CLKO驅動產(chǎn)生二進制正弦子載波SCB, sin和二進制余弦子載波SCB,。。s ；(3)下邊帶數(shù)據(jù)dA調制Cad得到下邊帶數(shù)據(jù)通道基帶信號分量Ca ；上邊帶數(shù)據(jù)波形dB調制cBD得到上邊帶數(shù)據(jù)通道基帶信號分量Cb ；(4)子載波調制Ca取反后與Cb相加，再與SCB,sin相乘，得到數(shù)據(jù)通道在Q支路的信號分量；CA 與Cb相加，再與SCB,。。s相乘，得到數(shù)據(jù)通道在I支路的信號分量；Cp乘以2，再與SCB,。。s相乘，得到導頻通道在I支路的信號分量；(42)當CLK2處于奇數(shù)碼片時隙內(nèi)，則將數(shù)據(jù)通道在Q支路的信號分量作為基帶信號Q支路信號分量，以及將數(shù)據(jù)通道在I支路的信號分量作為基帶信號I支路信號分量；當 CLK2處于偶數(shù)碼片時隙內(nèi)，則將零信號作為基帶信號Q支路信號分量，以及將導頻通道在I 支路的信號分量作為基帶信號I支路信號分量；(5)基帶信號Q支路信號分量調制正弦相位載波，基帶信號I支路信號分量調制余弦相位載波，兩支路的調制結果合成得到調制射頻信號。所述步驟(4)依據(jù)當前的CA、Cb和Cp值在調制映射表中查詢其對應的基帶信號Q 支路分量和基帶信號I支路分量；所述調制映射表的構建方法為將所有可能的CA、CB和Cp 值進行組合，對每一個組合按照步驟Gl) 處理，得到每個組合對應的基帶信號Q支路分量和基帶信號I支路分量，記錄每個組合及其對應的的Q支路分量和I支路分量，構建得到調制映射表。實現(xiàn)所述導航信號調制方法的調制系統(tǒng)，包括順序相接的第一乘法器3、第一減法器4、第二乘法器7、第一時分復用器11 ；及順序相接的第四乘法器2、第二加法器5、第五乘法器8、第二時分復用器12 ；及順序相接的第七乘法器6和第八乘法器9 ；及分別連接第一乘法器3、第四乘法器2和第七乘法器6的偽碼生成器1 ；及連接偽碼生成器1的第一分頻器17 ；及分別連接第二乘法器7、第五乘法器8和第五乘法器9的子載波生成器；及分別連接第一時分復用器11和第二時分復用器12的第二分頻器18 ；所述第一乘法器3連接第二加法器5，第四乘法器2連接第一減法器4，所述第八乘法器9連接第二時分復用器12，所述第一時分復用器11和第二時分復用器12連接射頻調制器，所述第一時分復用器11還接收零信號輸入；實現(xiàn)所述導航信號調制方法的調制系統(tǒng)，包括相接的分頻器M和偽碼生成器19，偽碼生成器19通過第一異或器20連接基帶調制模塊26的第一輸入端，偽碼生成器19通過第二異或器21連接基帶調制模塊沈的第二輸入端，偽碼生成器19還連接基帶調制模塊沈的第三輸入端，TD-AltBOC基帶調制模塊 26的兩個輸出端連接射頻調制器。本發(fā)明的技術效果體現(xiàn)在本發(fā)明TD-AltBOC調制信號的時域特征如下，在奇數(shù)時隙內(nèi)，I、Q支路基帶波形由上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼Cbd和下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼Cad決定，當Cbd = 0，Cad = 0時，I支路基帶波形表現(xiàn)為二進制余弦子載波，Q支路基帶波形為0 ；當Cbd = 0，Cad = 0時，I支路基帶波形表現(xiàn)為反相二進制余弦子載波，Q支路基帶波形為0 ；當Cbd = 0，Cad = 1時，I支路基帶波形為0，Q支路基帶波形表現(xiàn)為二進制正弦子載波；當Cbd = 1，Cad = 0時，I支路基帶波形為0，Q支路基帶波形表現(xiàn)為反相二進制正弦子載波。在偶數(shù)時隙內(nèi)，Q支路基帶波形為0，I支路基帶波形由導頻通道偽碼Cp決定，當Cp = 0時，I支路基帶波形表現(xiàn)為二進制余弦子載波，當Cp = 1時，I支路基帶波形表現(xiàn)為反相二進制余弦子載波。TD-AltBOC調制信號的基帶波形如圖5所示。TD-AltBOC(15，10)調制的基帶信號波形如圖5所示，TD-AltBOC調制信號的功率譜包含兩個主瓣，一個主瓣的譜峰位于載波頻率加子載波頻率處，主要為上邊帶信號分量，另一個主瓣的譜峰位于載波頻率減子載波頻率處，主要為下邊帶信號分量。TD-AltBOC(15，10)調制信號的歸一化功率譜如圖6所示。TD-AltBOC調制信號具有良好的接收靈活性。上邊帶信號可以看作中心頻率數(shù)值等于載波頻率加子載波頻率的BPSK(Rc)調制信號，下邊帶信號可以看作中心頻率數(shù)值等于載波頻率減子載波頻率的BPSK(Rc)調制信號。上、下邊帶信號可以分別接收，獲得與 BPSK(Rc)相當?shù)慕邮招阅?；上、下邊帶信號也可以?lián)合接收，獲得與B0C(fs，Re)相當?shù)慕邮招阅?。TD-AltBOC調制信號具有100%的復用效率。采用時分技術，實現(xiàn)了上下邊帶的4 個信號分量的恒包絡復用，沒有引入乘積信號分量，不存在復用損耗。復雜度方面，TD-AltBOC的上下邊帶導頻通道共用偽碼，雙邊帶聯(lián)合接收等價為余弦BOC調制，導頻信號跟蹤所需的偽碼產(chǎn)生器和相關器數(shù)目可以降低一半；TD-AltBOC 的子載波符號轉換速率為子載波頻率的四倍，而AltBOC的子載波符號轉換速率為子載波頻率的八倍，信號生成所需的基帶處理速率降低一半；TD-AltBOC的子載波波形為2電平， AltBOC的子載波波形為4電平，匹配接收時單個相關器消耗的硬件資源更低；TD-AltBOC調制信號的數(shù)據(jù)通道和導頻通道分時出現(xiàn)，一些消耗硬件資源較大的基本單元(如乘法器) 可以實現(xiàn)分時復用，從而提高資源利用率、降低硬件資源消耗。因此，TD-AltBOC信號的產(chǎn)生和接收復雜度遠低于AltBOC信號。


圖ITD-AltBOC信號分量傳送時序關系。圖2TD_AltB0C調制信號生成框圖。圖3TD_AltB0C調制信號生成實施方案。圖4為TD-AltBOC調制星座圖及信號波形。
圖5為TD-AltBOC(15，10)調制的基帶信號波形圖。 圖6為TD-AltBOC(15，10)調制信號的歸一化功率譜。
具體實施例方式本發(fā)明結合逐碼片時分復用方式和2信號AltBOC調制方式，解決了 4信號的恒包絡調制問題，命名為時分Al tBOC方式，簡寫為TD-Al tBOC。一、TD-AltBOC 原理TD-AltBOC (m, η)調制的參數(shù)定義m表示子載波頻率相對基準頻率f0的倍數(shù)，即 fs = HiXftl, η表示碼速率相對基準頻率f0的倍數(shù)，即R。= nXf^。
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TD-AltBOC調制將信號傳送時間分為奇、偶兩個時隙，時隙寬度等于偽碼碼片寬度，奇數(shù)時隙傳送上、下邊帶的數(shù)據(jù)通道信號分量，偶數(shù)時隙傳送上、下邊帶的導頻通道信號分量。信號分量傳送的時序關系如圖1所示。圖1中，B2b_D表示上邊帶數(shù)據(jù)通道信號分量，B2b_P表示上邊帶導頻通道信號分量，B2a_D表示下邊帶數(shù)據(jù)通道信號分量，B2a_P表示下邊帶導頻通道信號分量。TD-AltBOC調制基帶信號的數(shù)學表達式為s (t) = [dA (t) cAD (t) +cAP (t) ] [SCB, cos (t) - jSCB, sin (t)]+ [dB (t) cBD (t) +cBP (t) ] [SCB, cos (t) + jSCB, sin (t)]式中，dA(t)為下邊帶數(shù)據(jù)通道調制的數(shù)據(jù)位波形，Cad (t)為下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼波形，cAP(t)為下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼波形，dB(t)為上邊帶數(shù)據(jù)通道調制的數(shù)據(jù)位波形， cBD (t)為上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼波形，cBP (t)為上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼波形，SCB,。。s(t)為二進制余弦子載波，SCB,sin(t)為二進制正弦子載波。它們分別為
^ NAD -1cAD{t)=Y ￡ CAD{k)p{t-{2NADl + 2k)Tc)
I=-OO k=0 GO NAP -1 ⑴=ΣΣ CAp{k)p{t-{2NAPl + 2k + \)Tc)
I=-OO k=0
^ NBD -ιcBD { =Y ￡ CBD{k)p(t-{2NBDl + 2k)Tc)
=-οο k=0 GO Nbp -1cBH J CBP{k)p{t-{2NBP+2k + \)Tc)
l=-oo k=0SCB, cos (t) = sign (cos (2 Ji fst))SCB,sin(t) = sign (sin (2 π fst))式中，Cad為下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼序列(取值為士 1)，Cap為下邊帶導頻通道偽碼序列，Cbd為上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼序列，Cbp為上邊帶導頻通道偽碼序列，NmNfN-Nm分別為
Cap、Cap、Cbp的碼長，Tc為偽碼碼片寬度，為矩形脈沖，sign( ·)表示符號運算，fs 為子載波頻率(B2信號為15 X 1. 023MHz)。MO定義如下
,、il 0<t<T；,TD-AltBOC調制信號的星座圖及信號波形如圖4所示。圖4中，CA、CB分別表示某一時隙傳送的下邊帶偽碼和上邊帶偽碼。在當前時隙為奇數(shù)時隙時，Ca = dACAD，CB = dBCBD，在當前時隙為偶數(shù)時隙時，Ca = CAP,CB = CBP。實線描繪的信號波形為同相支路波形，虛線描繪的信號波形為正交支路波形。若上下邊帶采用相同碼序列，即Cap = Cbp時，TD-AltBOC調制基帶信號的表達式為s(t) = [dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, cos (t)+ j [-dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, sin (t)+2cBP(t)SCBjC0S(t)S卩，偶數(shù)時隙只可能在同相支路上出現(xiàn)二進制余弦子載波。若上下邊帶采用相反碼序列，即Cap = -Cbp時，TD-AltBOC調制基帶信號的表達式為s(t) = [dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, cos (t)
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+ j [-dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, sin (t)+2jcBP(t)SCB,sin(t)S卩，偶數(shù)時隙只可能在正交支路上出現(xiàn)二進制正弦子載波。為了降低信號接收處理復雜度并優(yōu)化接收性能，本發(fā)明采用上下邊帶導頻通道偽碼相同的TD-AltBOC方案。數(shù)學表達式為s(t) = [dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, cos (t)+ j [-dA (t) cAD (t) +dB (t) cBD (t) ] SCB, sin (t) (1)+2cP(t)SCBjC0S(t)當2fs · Tc為奇數(shù)時，TD-AltBOC信號的歸一化功率譜為
權利要求
1.一種導航信號調制方法，具體為(1)對控制時鐘CLKO分頻得到偽碼生成驅動時鐘CLKl和時分復用控制時鐘CLK2，控制時鐘CLKO的頻率為二進制子載波頻率的4倍，偽碼生成驅動時鐘CLKl的頻率為碼速率的1/2，時分復用控制時鐘CLK2的頻率等值于碼速率；(2)CLKl驅動產(chǎn)生上邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼cBD、下邊帶數(shù)據(jù)通道偽碼cAD和導頻通道偽碼 Cp, CLKO驅動產(chǎn)生二進制正弦子載波SCB, sin和二進制余弦子載波SCB,。。s ；(3)下邊帶數(shù)據(jù)dA調制cAD得到下邊帶數(shù)據(jù)通道基帶信號分量Ca；上邊帶數(shù)據(jù)波形dB 調制cBD得到上邊帶數(shù)據(jù)通道基帶信號分量Cb ；(4)子載波調制(41)Ca取反后與Cb相加，再與i^CB,sin相乘，得到數(shù)據(jù)通道在Q支路的信號分量；CA與Cb 相加，再與SCb, _相乘，得到數(shù)據(jù)通道在I支路的信號分量；Cp乘以2，再與SCb, _相乘，得到導頻通道在I支路的信號分量；(42)當CLK2處于奇數(shù)碼片時隙內(nèi)，則將數(shù)據(jù)通道在Q支路的信號分量作為基帶信號 Q支路信號分量，以及將數(shù)據(jù)通道在I支路的信號分量作為基帶信號I支路信號分量；當 CLK2處于偶數(shù)碼片時隙內(nèi)，則將零信號作為基帶信號Q支路信號分量，以及將導頻通道在I 支路的信號分量作為基帶信號I支路信號分量；(5)基帶信號Q支路信號分量調制正弦相位載波，基帶信號I支路信號分量調制余弦相位載波，兩支路的調制結果合成得到調制射頻信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的導航信號調制方法，其特征在于，所述步驟(4)依據(jù)當前的 CA、Cb和Cp值在調制映射表中查詢其對應的基帶信號Q支路分量和基帶信號I支路分量；所述調制映射表的構建方法為將所有可能的CA、CB和Cp值進行組合，對每一個組合按照步驟Gl) ^幻處理，得到每個組合對應的基帶信號Q支路分量和基帶信號I支路分量，記錄每個組合及其對應的的Q支路分量和I支路分量，構建得到調制映射表。
3.實現(xiàn)權利要求1所述導航信號調制方法的調制系統(tǒng)，包括順序相接的第一乘法器(3)、第一減法器0)、第二乘法器(7)、第一時分復用器(11)；及順序相接的第四乘法器O)、第二加法器(5)、第五乘法器(8)、第二時分復用器(12)；及順序相接的第七乘法器(6)和第八乘法器(9)；及分別連接第一乘法器(3)、第四乘法器⑵和第七乘法器(6)的偽碼生成器⑴；及連接偽碼生成器(1)的第一分頻器(17)；及分別連接第二乘法器(7)、第五乘法器(8)和第五乘法器(9)的子載波生成器；及分別連接第一時分復用器(11)和第二時分復用器(1 的第二分頻器(18)； 所述第一乘法器C3)連接第二加法器(5)，第四乘法器( 連接第一減法器，所述第八乘法器(9)連接第二時分復用器(12)，所述第一時分復用器(11)和第二時分復用器 (12)連接射頻調制器，所述第一時分復用器(11)還接收零信號輸入；
4.實現(xiàn)權利要求2所述導航信號調制方法的調制系統(tǒng)，包括相接的分頻器04)和偽碼生成器(19)，偽碼生成器(19)通過第一異或器00)連接基帶調制模塊06)的第一輸入端，偽碼生成器(19)通過第二異或器連接基帶調制模塊(26)的第二輸入端，偽碼生成器(19)還連接基帶調制模塊06)的第三輸入端，TD-AltBOC 基帶調制模塊06)的兩個輸出端連接射頻調制器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種導航信號調制方法，具體為將上下邊帶數(shù)據(jù)通道差信號與正弦二進制子載波相乘得到Q支路奇數(shù)時隙基帶信號，上下邊帶數(shù)據(jù)通道和信號與余弦二進制子載波相乘得到數(shù)據(jù)通道I支路奇數(shù)時隙基帶信號；將上下邊帶導頻通道差信號與正弦二進制子載波相乘得到Q支路偶數(shù)時隙基帶信號，上下邊帶導頻通道和信號與余弦二進制子載波相乘得到I支路偶數(shù)時隙基帶信號；對I、Q支路基帶信號進行QPSK調制得到TD-AltBOC調制信號。通過本發(fā)明，可以實現(xiàn)在兩個相鄰頻帶傳送不同的導航業(yè)務，每個導航業(yè)務包含數(shù)據(jù)通道和導頻通道，每個子帶的導航信號可以獨立接收，也可聯(lián)合接收上下邊帶信號獲得高精度導航性能。
文檔編號G01S19/01GK102209056SQ20111009497
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者嚴濤, 唐祖平, 陳朝輝, 魏蛟龍 申請人:華中科技大學