李 穎，趙風(fēng)海，李金海，孫金海，閻躍鵬

（1.南開大學(xué) 信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院，天津300071；2.中國(guó)科學(xué)院微電子研究所，北京100029）

0 引 言

目前Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)制方式采用的是BOC以及衍生型BOC調(diào)制技術(shù)，由于此種技術(shù)可以為系統(tǒng)提供更好的捕獲跟蹤性能以及更高的定位導(dǎo)航精度，所以對(duì)其研究成為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化的一大熱點(diǎn)。在Galileo系統(tǒng)的各文獻(xiàn)分析與研究中，文獻(xiàn)［1，2］對(duì)BOC調(diào)制及衍生型BOC調(diào)制信號(hào)的調(diào)制原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并建立了BOC調(diào)制的仿真模型；文獻(xiàn) ［7］中，對(duì)Galileo系統(tǒng)的頻率分配與信號(hào)結(jié)構(gòu)作了理論分析，并給出了各信號(hào)采用的調(diào)制體制。這些理論分析將會(huì)拓寬BOC 調(diào)制的應(yīng)用領(lǐng)域，但有關(guān)于Galileo系統(tǒng)的各頻段信號(hào)的具體產(chǎn)生機(jī)制與整體的軟件信號(hào)源的設(shè)計(jì)方法的分析與研究還較少。文章就此問題，提出了利用matlab作為仿真平臺(tái)搭建Galileo系統(tǒng)軟件信號(hào)源的方法。首先對(duì)Galileo系統(tǒng)的各頻段信號(hào)的BOC調(diào)制參數(shù)與相位選擇進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證調(diào)制方案，然后根據(jù)調(diào)制方案確定各頻段信號(hào)的調(diào)制結(jié)構(gòu)圖與產(chǎn)生步驟，并對(duì)得到的各頻段信號(hào)進(jìn)行仿真分析。通過仿真結(jié)果與現(xiàn)有理論分析的比對(duì)，驗(yàn)證了此軟件信號(hào)源的可行性，同時(shí)為研究相關(guān)信號(hào)的捕獲與跟蹤算法提供了可控信號(hào)源與可靠的方法依據(jù)。

1 Galileo信號(hào)結(jié)構(gòu)與BOC調(diào)制原理

1.1 Galileo信號(hào)結(jié)構(gòu)

國(guó)際無線電聯(lián)盟為Galileo系統(tǒng)分配了3個(gè)頻段，其分別為E5a和E5b 頻段、E6 頻段、E2－L1－E1 頻段。各頻段上的信號(hào)具有自相關(guān)性尖銳、互相關(guān)正交的特點(diǎn)［3］，所以可以通過碼分多址的方式傳輸。Galileo系統(tǒng)的每一顆衛(wèi)星將發(fā)射6 種民用導(dǎo)航信號(hào)，它們分別記作L1F、L1P、E6C、E6P、E5a、E5b［4］。表1 為Galileo系統(tǒng)各信號(hào)的分類與采用的調(diào)制方式。

表1 Galileo信號(hào)及調(diào)制方式

從表1可以看出，信號(hào)所采用的調(diào)制方式大部分都是BOC及衍生BOC 調(diào)制。結(jié)合Galileo的頻譜設(shè)計(jì)，以L1F頻段信號(hào)為例，由于無線電聯(lián)盟為Galileo系統(tǒng)頻段分配的限制，Galileo和GPS必須公用一個(gè)帶寬，最理想的中心頻點(diǎn)已經(jīng)被GPS占了，因此Galileo信號(hào)只能避開GPS信號(hào)?？紤]到能夠和相同頻帶的衛(wèi)星系統(tǒng)既兼容又互不干擾，而把功率譜分裂成兩個(gè)是一個(gè)很好的解決辦法。BOC 信號(hào)的設(shè)計(jì)實(shí)際是一種反推過程，是根據(jù)實(shí)際需要而生成的一種調(diào)制方式，也是一個(gè)頻譜靈活利用的過程。下面簡(jiǎn)要地介紹下BOC調(diào)制的基本原理，這可以對(duì)Galileo系統(tǒng)的信號(hào)源的產(chǎn)生有更系統(tǒng)地理解。

1.2 BOC調(diào)制原理

BOC調(diào)制是在原有BPSK 調(diào)制的基礎(chǔ)上，以一個(gè)方波作為子載波，對(duì)信號(hào)進(jìn)行輔助調(diào)制，這種對(duì)信號(hào)的輔助調(diào)制類似于對(duì)信源進(jìn)行編碼。其一般表現(xiàn)形式為BOC（fs，fc），其中參數(shù)fs表示副載波頻率，fc表示碼速率。按照子載波的不同，BOC 調(diào)制大致可以分為五類：正弦相位BOC、余弦相位BOC、交替BOC、時(shí)分復(fù)用型BOC、組合型BOC。通常所指的BOC 信號(hào)為正弦相位BOC，其它BOC調(diào)制統(tǒng)稱為衍生型BOC。子載波調(diào)制方式是現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)信號(hào)體制設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)性能的影響起到舉足輕重的作用。接下來，本文將分別討論下各種BOC 調(diào)制信號(hào)的調(diào)制原理及相關(guān)性分析。

1.2.1 正余弦相位BOC調(diào)制 （BOCsin／cos調(diào)制）

正弦相位BOC調(diào)制的時(shí)域表達(dá)式如下

式中：p——信號(hào)所具有的能量，di——數(shù)據(jù)，ci——擴(kuò)頻碼，sign（sin（2πfst））——BOC 的子載波方波。fs——子載波頻率，sign（）——符號(hào)函數(shù)。余弦相位BOC 調(diào)制的調(diào)制方法與正弦相位BOC 調(diào)制類似，只需把sign（sin（2πfst））變成sign（cos（2πfst））。

子載波的調(diào)制可以把信號(hào)的頻譜分離，從而產(chǎn)生主瓣與副瓣，并且主瓣的能量主要集中在子載波頻率上［3］。BOC 功率譜密度上主瓣及主瓣之間的旁瓣的總數(shù)由子載波頻率fs和擴(kuò)頻碼頻率fc兩個(gè)參數(shù)決定，具體表達(dá)式為n＝2fs／fc，而且主瓣與零頻的距離會(huì)隨著n的增大而增大。

BOC調(diào)制的自相關(guān)函數(shù)［4］的公式如下

式中：Tc——方波周期，n——主瓣和主瓣之間的旁瓣的個(gè)數(shù)，k的表達(dá)式如下

BOC調(diào)制的自相關(guān)函數(shù)的正峰和負(fù)峰的個(gè)數(shù)也由上兩個(gè)參數(shù)決定，具體表達(dá)式為N＝4 fs／fc－1。

圖1和圖2分別為由式 （2）和式 （3）得到的BOCsin（15，2.5）、BOCcos（15，2.5）、BOCsin（10，5）與BOCcos（10，5）信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)與功率波密度。

圖1 正余弦相位BOC自相關(guān)特性

由圖1可以看出，BOC（1，1）的自相關(guān)曲線有一個(gè)正峰和兩個(gè)負(fù)峰，BOC（10，5）的自相關(guān)曲線有3個(gè)正峰和5個(gè)負(fù)峰，所以驗(yàn)證了式 （3）的正確性。而這種多峰性會(huì)引起B(yǎng)OC調(diào)制信號(hào)捕獲的錯(cuò)鎖問題。

由圖2可以看出，BOC（15，2.5）主瓣及主瓣之間旁瓣的總數(shù)為12，BOC（10，5）主瓣及主瓣之間的旁瓣的總數(shù)為4，而且BOC（15，2.5）主瓣與零頻的距離比BOC（10，5）主瓣與零頻的距離要大。至于正余弦相位BOC 調(diào)制的優(yōu)劣性將在后面討論。

1.2.2 復(fù)用型BOC調(diào)制 （MBOC）

圖2 正余弦相位BOC信號(hào)功率譜密度

在伽Galileo 系統(tǒng)中，E1 信號(hào)采用的調(diào)制方式為MBOC調(diào)制。MBOC （multiplexed binary offset carrier）是BOC子載波調(diào)制信號(hào)的一種復(fù)用方式。目前經(jīng)過優(yōu)選，主要討論應(yīng)用的是BOC（1，1）和BOC（6，1）的組合。MBOC具體時(shí)域?qū)崿F(xiàn)形式有兩種分別為CBOC （composite BOC）和TMBOC （time－multiplexed BOC），并且信號(hào)有兩個(gè)通道包括數(shù)據(jù)通道和導(dǎo)頻通道。具體根據(jù)兩通道的功率分配要求，以及采取具體的調(diào)制方式的不同，可以有多種時(shí)域組合方案，但其功率譜密度是統(tǒng)一的。

CBOC通過BOC（1，1）和BOC（6，1）不同的功率（幅值）分配構(gòu)成4電平符號(hào)從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制，具體表達(dá)式為CBOC＝√a BOC（1，1）＋√b BOC（6，1），其中√a、√b分別表示BOC（1，1）和BOC（6，1）幅值權(quán)重，且a＋b＝1。

TMBOC （time－multiplexed BOC）是 一 種 類 似 時(shí) 分 復(fù)用的調(diào)制方式，規(guī)定一組碼片的長(zhǎng)度，在這組碼片里固定的幾個(gè)位置是BOC（6，1），其它位置都是BOC（1，1）。兩種方式都能滿足功率譜分配的要求，只是具體時(shí)域?qū)崿F(xiàn)形式不同而已。TMBOC信號(hào)模型如下

式中：A1——BOC（1，1）為副載波的時(shí)間段，A2——BOC（6，1）為副載波的時(shí)間段。P——A2的長(zhǎng)度與擴(kuò)頻碼總長(zhǎng)度的比值［5］。

若采用MBOC（6，1，1／11），其功率譜密度如下

CBOC自相關(guān)函數(shù)如下

式中：RBOC（1，1）（τ）、RBOC（6，1）（τ）、RBOC（1，1）BOC（6，1）（τ）——BOC（1，1）、BOC（6，1）的自相關(guān)函數(shù)，BOC（1，1）與BOC（6，1）的互相關(guān)函數(shù)。根據(jù)上述理論，產(chǎn)生了碼速率為f0的擴(kuò)頻碼與子載波，整體采樣頻率為80f0，通過傅里葉變換得到MBOC（6，1，1／11）的功率譜密度，其中f0為基準(zhǔn)頻率1.023MHz。如圖3為復(fù)用型BOC 調(diào)制的功率譜密度與不同參數(shù)的自相關(guān)函數(shù)。

圖3 MBOC （6，1，1／11）功率譜密度與自相關(guān)性

由圖3可以看出，BOC（6，1）的加入可以提高信號(hào)高頻頻點(diǎn)處的幅值與瓣寬，不同的TMBOC／CBOC 的相關(guān)函數(shù)波形的總體趨勢(shì)與BOC（1，1）相同，這說明MBOC 起主導(dǎo)作用的是BOC（1，1）成分。復(fù)用型BOC 調(diào)制的自相關(guān)函數(shù)的波形更尖銳，這為信號(hào)跟蹤提供更高的跟蹤效率。但隨著BOC（6，1）所占比重的增加，TMBOC／CBOC 相關(guān)函數(shù)的主峰出現(xiàn)了嚴(yán)重的畸變。

1.2.3 交替BOC調(diào)制 （AltBOC）

E5信號(hào)采用的調(diào)制方式即為AltBOC （alternate binary offset carrier）調(diào)制，這是Galileo系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所產(chǎn)生的一種很有意義并且很有發(fā)展性的調(diào)制方式，它能夠?qū)?個(gè)信號(hào)調(diào)制在一個(gè)頻點(diǎn)上，并且增加了4個(gè)互調(diào)項(xiàng)信號(hào)以保證合成信號(hào)的恒包絡(luò)特性。此時(shí)的子載波是一個(gè)復(fù)合的子載波。E5信號(hào)以1191.795MHZ為中心，帶寬至少為70MHZ，偽碼速率為10.23MHZ，子載波速率為15.345MHZ。具體的常數(shù)包絡(luò)AltBOC信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式如下

其中用于AltBOC 調(diào)制的四級(jí)副載波函數(shù)分別為式（8）與式 （9）

當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，常數(shù)包絡(luò)的AltBOC 信號(hào)的功率譜密度［6］如下式

常數(shù)包絡(luò)的AltBOC 信號(hào)是一個(gè)典型的8－PSK 調(diào)制，其實(shí)現(xiàn)方式可以構(gòu)造類似8PSK 的查找表。其功率譜密度可以由圖10的E5信號(hào)可以看出，兩主瓣之間有一個(gè)旁瓣，它展示了上下邊帶組成的一個(gè)復(fù)合信號(hào)的功率譜，并且可以分別跟蹤或同時(shí)跟蹤復(fù)合信號(hào)的一個(gè)成分。

2 Galileo系統(tǒng)各頻段信號(hào)產(chǎn)生原理

2.1 BOC調(diào)制參數(shù)分析

本文在1.1節(jié)中分析了L1F調(diào)制方式的選擇原因，其它信號(hào)的調(diào)制參數(shù)與相位選擇不盡相同，根據(jù)Galileo系統(tǒng)調(diào)制方式選擇過程可知，E2－L1－E1頻段民用信號(hào)的調(diào)制方式由BOC（2，2）轉(zhuǎn)變?yōu)锽OC（1，1），E6頻段管理信號(hào)的調(diào)制方式由BOC（14，2）轉(zhuǎn)變?yōu)锽OC（15，2.5），這兩路信號(hào)頻譜之間是GPS 軍用M 碼信號(hào)［7］，M 碼信號(hào)也采用BOC調(diào)制方法［8］。文獻(xiàn) ［7］只給出這樣的結(jié)論，但是相關(guān)原因并未給出分析，因此本文將分別討論仿真信號(hào)的自相關(guān)性與抗干擾性，通過對(duì)比來分析轉(zhuǎn)變?cè)颉?/p>

我們根據(jù)自相關(guān)公式分別畫出BOC（15，2.5）與BOC（14，2）的自相關(guān)曲線。然后分析抗干擾性，為了更直觀的反應(yīng)多徑延遲與測(cè)距誤差的關(guān)系，將碼片延遲處理成距離延遲。由于擴(kuò)頻碼速率為1.023MHz，所以對(duì)應(yīng)于每個(gè)碼片延遲的實(shí)際等效距離為293.3m［9］。如圖4為各信號(hào)的自相關(guān)曲線與抗干擾性。

圖4 BOC（14，2）、BOC（15，2.5）、BOC（2，2）、BOC（1，1）自相關(guān)性與多徑誤差

由圖4可以看出，BOC（15，2.5）自相關(guān)曲線的波形較BOC（14，2）更尖銳，可以說明在自相關(guān)方面，BOC（15，2.5）要優(yōu)于BOC（14，2）。當(dāng)BOC（15，2.5）多徑延遲達(dá)到270m 時(shí)基本不會(huì)引起測(cè)距誤差，而BOC（14，2）的多徑延遲要達(dá)到320m 時(shí)才不會(huì)引起測(cè)距誤差，這可以說明BOC（15，2.5）的抗干擾性能優(yōu)于BOC（14，2），同理，BOC（2，2）的抗干擾性能優(yōu)于BOC（1，1）。

所以通過仿真驗(yàn)證可以知道無論從自相關(guān)性能還是抗干擾性能，BOC（2，2）要優(yōu)于BOC（1，1），BOC（15，2.5）優(yōu)于BOC（14，2）。而一個(gè)是性能由優(yōu)轉(zhuǎn)為差，另一個(gè)由差轉(zhuǎn)為優(yōu)，其原因是這樣的轉(zhuǎn)變可以讓Galileo系統(tǒng)的頻譜更加遠(yuǎn)離M 碼的頻譜，更加降低對(duì)GPS 軍用M 碼的干擾。

2.2 BOC調(diào)制相位的選擇

子載波既可以用正弦相位也可以用余弦相位，但在Galileo系統(tǒng)中，E2－L1－E1頻段和E6頻段的信號(hào)都是采用余弦相位。

由圖1和圖2可以看出，余弦相位BOC 調(diào)制的主瓣與旁瓣的比例更大，并且其自相關(guān)尖峰更陡峭，更容易被識(shí)別。這表明余弦相位BOC調(diào)制在降低與中心頻率附近信號(hào)干擾方面要優(yōu)于之前采用的正弦相位BOC調(diào)制［10］。

通過上述對(duì)信號(hào)特性的仿真驗(yàn)證，可以得出第1.1 節(jié)所述的結(jié)論：L1F 信號(hào)采用BOCsin（1，1）調(diào)制。L1P 信號(hào)采用BOCcos（15，2.5）調(diào)制，E6P 信號(hào)采用BOCcos

（10，5）。

2.3 各頻段信號(hào)的產(chǎn)生原理

上文介紹與分析了各BOC調(diào)制的基本原理，對(duì)此新型信號(hào)已有更深入地理解。并且通過仿真驗(yàn)證了Galileo系統(tǒng)中BOC參數(shù)與相位選擇的原因。由于很少文獻(xiàn)詳細(xì)分析各頻段信號(hào)的產(chǎn)生原理，文章將在此基礎(chǔ)上分別討論Galileo信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)制，并通過matlab 軟件對(duì)各信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)仿真。

2.3.1 E1、L1信號(hào)產(chǎn)生原理

Galileo系統(tǒng)的E1信號(hào)采用的調(diào)制方式為CBOC（6，1，1／11）調(diào)制。它分為兩個(gè)通 道［11］即 數(shù)據(jù) 通道sE1－B（t）和導(dǎo)頻通道sE1－C（t）。具體的調(diào)制方案如圖5所示。設(shè)基準(zhǔn)頻率f0＝1.023MHz，整體采樣速率為fsampl。

圖5 Galileo系統(tǒng)E1信號(hào)調(diào)制結(jié)構(gòu)

步驟1 分別產(chǎn)生f0碼率擴(kuò)頻碼CE1－B（t）、CE1－C（t）以及250Hz的導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE1－B（t）；

步驟2 產(chǎn)生子載波scE1－B（t）與scE1－C（t）（√10／11＊sign（sin（2＊π＊f0＊t））＋√1／11＊sign（sin（2＊π＊6＊f0＊t））；

步驟3 將擴(kuò)頻碼CE1－B（t）、導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE1－B（t）與子載波scE1－B（t）相 乘 得 到sE1－B（t）信 號(hào)，將 擴(kuò) 頻 碼CE1－C（t）與子載波scE1－C（t）相乘得到sE1－C（t）信號(hào)；

步驟4 將兩個(gè)通道信號(hào)加起來即形成E1信號(hào)。

根據(jù)上述分析可以得到E1信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式

Galileo系統(tǒng)的L1信號(hào)分為3 個(gè)通道即L1F 數(shù)據(jù)通道sL1F－d（t）、L1F導(dǎo)頻通道sL1F－p（t）和L1P通道sL1P（t）。具體調(diào)制方案如圖6所示，L1F信號(hào)采用的調(diào)制方式為BOCsin（1，1），L1F 信號(hào)采用的調(diào)制方式為BOCcos（15，2.5），整體采樣速率為fsample。

步驟1 分別產(chǎn)生f0碼率的擴(kuò)頻碼CL1F－d（t）、CL1F－p（t）、2.5f0碼率的擴(kuò)頻碼CL1P（t）以及250Hz的導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DL1F（t）與DL1P（t）；

步驟2 產(chǎn)生f0的符號(hào)型正弦函數(shù)作為L(zhǎng)1F通道上子載波scL1F－d（t）、scL1F－p（t）（sign（sin（2＊π＊f0＊t））），產(chǎn)生15 f0的符號(hào)型余弦函數(shù)作為L(zhǎng)1P 通道上子載波scL1P（t）（sign（sin（2＊π＊f0＊t）））；

圖6 Galileo系統(tǒng)L1信號(hào)調(diào)制結(jié)構(gòu)

步驟3 將擴(kuò)頻碼CL1F－d（t）、導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DL1F（t）與子載波scL1F－d（t）相乘得到sL1F－d（t）信 號(hào)，將擴(kuò)頻 碼CL1F－p（t）與子載波scL1P－d（t）相乘得到sL1P－d（t）信號(hào)，將擴(kuò)頻碼CL1P（t），導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DL1P（t）與子載波scL1P（t）三者相乘得到sL1P（t）信號(hào)；

步驟4 將3個(gè)通道的信號(hào)相乘得到修正十六項(xiàng)調(diào)制中的互調(diào)產(chǎn)物sL1，int（t）；

步驟5 L1F信號(hào)調(diào)制到載波的同相分量上，L1P信號(hào)與互調(diào)信號(hào)調(diào)制到載波的正交分量上，此復(fù)用信號(hào)即為L(zhǎng)1信號(hào)。

根據(jù)上述分析可以得到L1信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下

式中：sL1，int（t）＝sL1F－d（t）·sL1F－p（t）·sL1P（t）——修 正十六相調(diào)制中的互調(diào)產(chǎn)物，可以使載波信號(hào)具有恒包絡(luò)特性，系數(shù)αL1、βL1、γL1用來調(diào)整4個(gè)分量的相對(duì)功率。

2.3.2 E6信號(hào)產(chǎn)生原理

Galileo系統(tǒng)的E6信號(hào)分為3個(gè)通道即E6C 數(shù)據(jù)通道sE6C－d（t）、E6C導(dǎo)頻通道sE6C－p（t）和E6P通道sE6P（t）。具體的調(diào)制方案如圖7 所示，E6C 信號(hào)采用的調(diào)制方式為BPSK－R（5），E6P信號(hào)采用的調(diào)制方式為BOCcos（10，5），整體采樣速率為fsample。

步驟1 分別產(chǎn)生5f0碼率的擴(kuò)頻碼CE6C－d（t）、CE6C－p（t）與CE6P（t）以及1000Hz的導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE6C（t）與頻率自設(shè)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE6P（t）；

步驟2 產(chǎn)生10 f0的符號(hào)型余弦函數(shù)作為E6P通道上子載波scE6P（t）（sign（cos（2＊π＊10＊f0＊t）））；

步驟3 E6C 數(shù)據(jù)通道上，將擴(kuò)頻碼CE6C－d（t）與導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE6C（t）相 乘 得 到sE6C－d（t）信 號(hào)，擴(kuò) 頻 碼CE6C－p（t）即為sE6C－p（t）信號(hào)，將擴(kuò)頻碼CE6P（t）、導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE6P（t）與子載波scE6P（t）三者相乘得sE6P（t）信號(hào)；

圖7 Galileo系統(tǒng)E6信號(hào)調(diào)制結(jié)構(gòu)

步驟4 將3個(gè)通道的信號(hào)相乘得到修正十六項(xiàng)調(diào)制中的互調(diào)產(chǎn)物sE6，int（t）；

步驟5 E6C信號(hào)調(diào)制到載波的同相分量上，E6P信號(hào)與互調(diào)信號(hào)調(diào)制到載波的正交分量上，此復(fù)用信號(hào)即為E6信號(hào)。

根據(jù)上述分析可以得到E6信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下

式中：sE6，int（t）＝sE6C－d（t）·sE6C－p（t）·sE6P（t）。

2.3.3 E5信號(hào)產(chǎn)生原理

Galileo系統(tǒng)的E5信號(hào)包含4個(gè)通道［12］即E5a數(shù)據(jù)通道sE5a－d（t）、E5a導(dǎo)頻通道sE5a－p（t）、E5b數(shù)據(jù)通道sE5b－d（t）與E5b導(dǎo)頻通道sE5b－p（t）。具體調(diào)制方式如圖8所示。系統(tǒng)將采用AltBOC（15，10）調(diào)制方式復(fù)用這4個(gè)通道的信號(hào)，將前兩路調(diào)制到以1176.45MHz為中心頻率的E5a子頻段，將另外兩路調(diào)制到以1207.14MHz為中心頻率的E5b子頻段，整體采樣速率為fsample。

圖8 Galileo系統(tǒng)E5信號(hào)調(diào)制結(jié)構(gòu)

步驟1 分別產(chǎn)生10 f0的擴(kuò)頻碼CE5a－d（t）、CE5a－p（t）、CE5b－d（t）與CE5b－p（t）以及50Hz的導(dǎo) 航數(shù)據(jù)流DE5a（t）與250Hz的DE5b（t）；

步驟2 產(chǎn)生15 f0的符號(hào)型正余弦函數(shù)ss＝sign（sin（2＊π＊15＊f0＊t））與sc＝sign（cos（2＊π＊15＊f0＊t）），將其組合成復(fù)合型子載波s1與s2，分別為sc－j＊ss與ss＋j＊sc；

步驟3 將擴(kuò)頻碼CE5a－d（t）、導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE5a（t）與復(fù)合型子載波s1相乘得到EaI信號(hào)，將擴(kuò)頻碼CE5a－p（t）與復(fù)合型子載波s1相乘得到EaQ 信號(hào)，將擴(kuò)頻碼CE5b－d（t）、導(dǎo)航數(shù)據(jù)流DE5b（t）與復(fù)合型子載波s2 相乘得到EbI信號(hào)，將擴(kuò)頻碼CE5b－p（t）與復(fù)合型子載波s2相乘得到EaQ 信號(hào)；

步驟4 EaI信號(hào)與EbI信號(hào)調(diào)制到載波的同相分量上，EaQ 信號(hào)與EbQ 信號(hào)調(diào)制到載波的正交分量上，此復(fù)用信號(hào)即為E5信號(hào)。

根據(jù)上述分析得到E5信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式下

式中：fscE5——E5信號(hào)的子載波頻率。

3 Galileo系統(tǒng)信號(hào)源的仿真驗(yàn)證

基于第二節(jié)中講述的各頻段信號(hào)產(chǎn)生的步驟與結(jié)構(gòu)圖，并利用matlab 平臺(tái)對(duì)各信號(hào)進(jìn)行軟件仿真，從而搭建了Galileo系統(tǒng)軟件信號(hào)源。這種軟件的方式可以徹底脫離傳統(tǒng)的硬件方式，不僅可以更深入地理解信號(hào)發(fā)生機(jī)制，而且可以更有效率地探究其捕獲和跟蹤方法。

利用matlab將分別產(chǎn)生E1、L1、E6、E5頻段的信號(hào)，如圖9、圖10所示。

圖9為E1信號(hào)與L1信號(hào)的功率譜密度仿真圖，E1信號(hào)采用CBOC（6，1，1／11）的調(diào)制方式，L1I路采用BOCsin（1，1）的調(diào)制方式，Q 路采用BOCcos（15，2.5）的調(diào)制方式；圖10 為E6 信號(hào)與E5 信號(hào)功率譜密度仿真圖，E6I路采用BPSK（5）的調(diào)制方式，Q 路采用BOCcos（10，5）的調(diào)制方式，E5信號(hào)的I路與Q 路的功率譜密度是一樣的，所以只給出了一個(gè)的仿真圖，E5 信號(hào)采用AltBOC（15，10）的調(diào)制方式。

通過以上Galileo各頻段信號(hào)的仿真圖與文獻(xiàn) ［7］中的完全確定的Galileo系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制體制圖相比較，與理論相一致，所以可以為Galileo系統(tǒng)的研究提供基于軟件的信號(hào)發(fā)生源，它具有靈活性和可控性，可以設(shè)置采樣速率、調(diào)制方式以及加入噪聲等，并以此為基礎(chǔ)研究相應(yīng)的快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤算法。

4 結(jié)束語

在總結(jié)了Galileo系統(tǒng)新型信號(hào)體制及調(diào)制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于軟件的Galileo系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生源的設(shè)計(jì)方法。首先分析了各調(diào)制方式的基本原理，然后確定各調(diào)制方案的基本結(jié)構(gòu)，最后通過軟件得出各頻段的信號(hào)源以及功率譜密度。此軟件設(shè)計(jì)方法不僅解決了一般信號(hào)源的不靈活性與難以控制的問題，而且可以更深入地理解新型信號(hào)的具體調(diào)制過程，分析它的頻譜與相關(guān)性能。同時(shí)為其捕獲與跟蹤算法的研究提供可控的信號(hào)源與可靠方法依據(jù)。

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