中國(guó)第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將分為區(qū)域系統(tǒng)和全球系統(tǒng)兩個(gè)階段逐步完成[1]。北斗B1頻段區(qū)域信號(hào)的中心頻點(diǎn)在1 561.098 MHz，采用QPSK(2)調(diào)制；出于與GPS和Galileo系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作的需求，北斗B1頻段全球信號(hào)的中心頻點(diǎn)在1 575.42 MHz，包括公開(kāi)服務(wù)信號(hào)和授權(quán)服務(wù)信號(hào)。由于北斗系統(tǒng)建設(shè)是逐步完成的，需要在一段時(shí)期內(nèi)保持區(qū)域信號(hào)和全球信號(hào)的共存。因此，研發(fā)多路導(dǎo)航信號(hào)的復(fù)用優(yōu)化方案成為北斗信號(hào)體制設(shè)計(jì)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

    本文針對(duì)北斗B1頻段導(dǎo)航信號(hào)的多路復(fù)用方式及其性能開(kāi)展分析研究。為了確保所提出的復(fù)用方案的全面性與最優(yōu)性，根據(jù)所需復(fù)用的不同信號(hào)數(shù)量和信號(hào)間不同的相位約束關(guān)系，提出了相應(yīng)的多路復(fù)用優(yōu)化方案，并以信號(hào)間的功率分配比為參數(shù)對(duì)相應(yīng)的復(fù)用策略及復(fù)用效率進(jìn)行評(píng)估，以期找到在復(fù)用性能上最優(yōu)的方案，同時(shí)也為未來(lái)進(jìn)一步在衛(wèi)星載荷實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上的權(quán)衡提供更全面的參考。
1 北斗系統(tǒng)的平穩(wěn)過(guò)渡問(wèn)題
    由于北斗兩個(gè)階段的系統(tǒng)建設(shè)是逐步完成的，為了保障北斗能夠在提供持續(xù)、可靠的區(qū)域定位服務(wù)的同時(shí)，完成全球系統(tǒng)的衛(wèi)星組網(wǎng)部署，全球系統(tǒng)的信號(hào)體制必須兼容區(qū)域系統(tǒng)的信號(hào)體制，盡可能降低信號(hào)體制過(guò)渡的風(fēng)險(xiǎn)。這就需要在一段時(shí)期內(nèi)保持區(qū)域信號(hào)和全球信號(hào)的共存來(lái)實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)建設(shè)的平穩(wěn)過(guò)渡。
    因此，在北斗B1導(dǎo)航頻段上，導(dǎo)航衛(wèi)星需要同時(shí)發(fā)射低頻端的區(qū)域信號(hào)和高頻端的全球信號(hào)。一種信號(hào)生成方案是通過(guò)兩條獨(dú)立的發(fā)射鏈路分別產(chǎn)生區(qū)域信號(hào)和全球信號(hào)，但是該方法會(huì)增加星上功率放大器的個(gè)數(shù)和發(fā)射載荷的設(shè)計(jì)難度。所以希望將區(qū)域信號(hào)和全球信號(hào)恒包絡(luò)復(fù)用在同一載波上,通過(guò)一條鏈路發(fā)射其復(fù)用信號(hào)。
　    針對(duì)多路導(dǎo)航信號(hào)的互復(fù)用問(wèn)題,參考文獻(xiàn)[2-4]分別給出了POCET相位優(yōu)化恒包絡(luò)、多數(shù)表決邏輯和Inter-Vote復(fù)用方法，通過(guò)增加額外的互調(diào)分量實(shí)現(xiàn)復(fù)用信號(hào)的包絡(luò)恒定化。但這些方法只能實(shí)現(xiàn)同頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)的多路復(fù)用，并不能解決當(dāng)信號(hào)分量調(diào)制在不同頻點(diǎn)的恒包絡(luò)復(fù)用問(wèn)題。另外，上述方法只給出了針對(duì)確定的信號(hào)功率分配比的結(jié)果，而未分析復(fù)用效率與信號(hào)功率分配之間的關(guān)系以及復(fù)用效率最大化的信號(hào)功率配置方式。
    由于北斗系統(tǒng)的區(qū)域信號(hào)與全球信號(hào)中心頻率不一致，提出采用一路復(fù)子載波（即兩路正交的實(shí)子載波）實(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)以1 575.42 MHz為中心頻點(diǎn)的單邊帶調(diào)制，可表示為：

   由圖3可知，當(dāng)區(qū)域信號(hào)B1I和B1Q同時(shí)與全球信號(hào)共用信號(hào)生成與發(fā)射鏈路時(shí)，方案12和方案14在B1I信號(hào)的接收功率比B1C低3 dB時(shí)的最小復(fù)用損耗分別為-1.83 dB和-1.60 dB。可見(jiàn)，由于所需復(fù)用的信號(hào)數(shù)量達(dá)到7路，導(dǎo)致最優(yōu)的復(fù)用效率比只保留區(qū)域信號(hào)B1I的情況有較大的下降。而當(dāng)B1I信號(hào)的接收功率比B1C高2 dB時(shí)，方案13是最優(yōu)選擇，此時(shí)最小復(fù)用損耗為-1.45 dB。
    針對(duì)北斗系統(tǒng)建設(shè)面臨的平穩(wěn)過(guò)渡問(wèn)題，本文探討了北斗B1頻段導(dǎo)航信號(hào)的多路復(fù)用策略。在所需復(fù)用的不同信號(hào)數(shù)量和信號(hào)間不同的相位約束條件下，提出了相應(yīng)的多路復(fù)用解決方案。通過(guò)分析復(fù)用效率與信號(hào)功率分配之間的關(guān)系，確定了在復(fù)用性能上最優(yōu)的適用方案。本文的研究結(jié)果為確定我國(guó)自主的導(dǎo)航信號(hào)體制設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論支撐和可行的參考方案，對(duì)未來(lái)北斗系統(tǒng)建設(shè)中靈活的導(dǎo)航載荷設(shè)計(jì)有著重要的參考意義。
參考文獻(xiàn)
[1] United Nations Office for Outer Space Affairs. Current and Planned Global and Regional Navigation Satellite Systems[R].  and Satellite-based Augmentations Systems,V.10-51608 Vienna, Austria: International Committee on Global Navigation Satellite Systems, 2010.
[2] DAFESH P A, CAHN C R. Phase optimized constant envelope transmission (POCET) modulation Method for GNSS Signals [C].  ION GNSS 22nd International Technical Meeting of the Satellite Division. Savannah, GA, USA, 2009:2860-2866.
[3] United States Patent 7154962. Methods and apparatus for generating a constant-envelope composite trnsmission signal. Inventors: Cangiani; Gene L. (Parsippany, NJ), Assignee:ITT Manufacturing Enterprises, Inc. (Wilmington,DE), Appl. No.: 09/963669, Filed: September 27, 2001.
[4] SPILKER J J, RICHARD S O. Code multiplexing via majority Logic for GPS Modernization [C]. ION GPS 11th In ternational Technical Meeting of the Satellite Division. Nashville, Tennessee, USA, 1998:265-273.
[5] FAN T, LIN V S, WANG G H, et al. Study of signal combining methodologies for future GPS flexible navigation payload(PartII)[C]. Proceeding of IEEE/ION PLANS 2008, May 6-8,2008.
[6] KAPLAN E D, HEGARTY C J. Understanding GPS: Principles and applications[M]. 2nd Ed. Boston, MA, USA: Artech House, 2006.