Galileo 系统L1P与L1F信号间干扰的分析✴

黄旭方

（广西大学计算机与电子信息学院，南宁530004）

Galileo 系统L1P与L1F信号间干扰的分析✴

黄旭方

（广西大学计算机与电子信息学院，南宁530004）

在L1频段上，Galileo系统的授权服务信号L1P和开放服务信号L1F共用中心频点1 575.42 MHz，它们的功率谱部分重叠，相互之间存在干扰。通过仿真研究L1P和L1F信号间的干扰，对它们的干扰系数、载噪比衰减值进行了详细分析，找出了决定这两种信号间干扰大小的主要因素。仿真结果显示，L1P信号受到来自于L1F信号的最大干扰为0.002 dB，来自于CDMA干扰的最大值为0.26 dB；L1F受到来自于L1P信号的最大干扰几乎为0 dB，来自于CDMA干扰的最大值为0.604 dB。这表明，CDMA干扰是主要干扰源，L1P和L1F信号间的干扰可以忽略。这主要受益于L1P信号采用余弦相位的BOC调制，L1F信号采用CBOC调制，使这两个信号的功率谱重叠部分大大减少，从而干扰系数很小，大大减小了它们间的干扰。

伽利略全球导航卫星系统；系统内部干扰；干扰系数；BOC调制

1 引言

Galileo系统在E2-L1-E1（简称L1）频段上发射授权服务信号L1P和公共服务信号L1F，这两种信号间干扰虽在文献［1］中有过仿真，但其仿真结果是基于2002年的信号体制结构，而Galileo系统在2007年对L1频段上的信号结构进行了修改［2］。L1F信号采用CBOC（6，1，1／11）调制方式［3］，L1P信号采用BOCc（15，2.5）调制方式。Galileo信号结构不断演进的目的是为了探索一种新的信号结构，既能满足与GPS系统信号兼容和互操作的需要，又能进一步提高Galileo系统的性能。为了了解Galileo系统在进行信号结构选择时如何考虑内部干扰，寻找决定内部干扰大小的主要因素，本文对L1P信号分别采用BOCs（14，2）和BOCc（15，2.5）调制方式时受到的内部干扰以及对L1F信号分别采用BOC（1，1）和CBOC（6，1，1／11）时受到的内部干扰进行比较，并把仿真结果与GPS的系统内部干扰进行比较，得出的一些结论有助于“北斗”全球卫星导航系统在考虑内部干扰时如何选择信号结构。

2 理论分析方法

分析卫星导航系统内部干扰的具体方法见文献［4，5］，下面只给出计算L1P信号和L1F信号内部干扰的相关公式。对于L1P信号，接收某一颗可见卫星发射的目标信号时，该信号受到的内部干扰来自于视界内所有卫星发射的L1F信号和除了目标信号之外的其它L1P信号，该信号因内部干扰引起的载噪比衰减值DL1P为

式中，N0是系统热噪声功率谱密度，单位为W／Hz；C1表示总的内部干扰的等效功率谱密度（单位为W／Hz）为

式中，I表示接收机视界内可见卫星颗数，目标信号将受到（I-1）个非目标L1P信号干扰以及I个L1F信号干扰。P（i）P1是第i颗非目标L1P信号的接收功率，P（i）F1是第i颗L1F信号的接收功率；Δf（i）P和Δf（i）

FP分别是第i个非目标L1P信号、第i个L1F信号与目标信号间的频差；k（i）P是第i个非目标L1P信号与目标信号间的干扰系数，单位为1／Hz，由于L1P信号是长码［6］，不考虑伪码序列对功率谱密度的影响，每个L1P信号的功率谱一样，因此干扰系数可以简化（见式（3））。k（i）FP是第i个L1F信号与目标信号间的干扰系数，计算式见式（4）。

式中，H（f）是接收机前端滤波器传输函数；B是接收机前端滤波器带宽，取32 MHz；GP（f）和G（i）F1（f）分别是L1P信号和第i个L1F信号在无穷带宽上的归一化功率谱密度。

L1F信号由数据信道和导航信道构成，这两个信道采用相同的子载波调制方式，功率为总功率的50%，当不考虑伪码序列时，这两个信道的基本参数相同（见表1）。

表1 干扰系数Table 1 Interference coefficient

在分析它们对L1P信号的干扰时，文中把这两个信道合并起来等效为一个信号。当分析它们受到L1P信号的干扰时，需要分别考虑它们各自受到的干扰，只是由于这两个信道的基本参数相同，因此受到的干扰相同，只需对其中一个信道进行干扰分析。下面对导航信道进行分析，对于某一导航信号因内部干扰引起的载噪比衰减值DL1F（单位为dB）为

式中，C2表示该导航信号受到总的内部干扰的等效功率谱密度（单位为W／Hz），计算式为

式中，I表示接收机视界内可见卫星颗数，目标信号将受到（I-1）个非目标导航信号干扰，以及I个数据信号干扰、I个L1P信号干扰，非目标导航信号和数据信号基本参数相同，合并起来就是（2I-1）个干扰源；P()iF2是第i颗非目标L1F导航信号的接收功率（为总功率的一半）；P（i）P2是第i颗L1P信号的接收功率；Δf（i）F和Δf()iPF分别是第i个非目标导航信号、第i个L1P信号与目标导航信号间的频差；k（i）F是第i个非目标导航信号与目标导航信号间的干扰系数，假设导航信号是长码，干扰系数可以简化为式（7）；k()iPF是第i个L1P信号与目标导航信号间的干扰系数，同样可以简化。

式中，前端带宽B取24 MHz；GF(f)是L1F导航信号在无穷带宽上的归一化功率谱密度，与式（4）中的G（Fi1）（f）解析式一样，为

其中，RBase=1.023 Mchip／s。

3 仿真分析

仿真时进行以下假设：

（1）前端滤波器是单位幅度理想线性带通滤波器；

（2）用Galileo规定的10°仰角下最大最小接收功率［7，8］作为天线输入端接收到的功率，L1P信号最大最小接收功率为-158／-154 dBW，L1F信号最大最小接收功率为-157／-154 dBW；

（3）系统热噪声N0为-201 dBW／Hz；

（4）接收信号相对于卫星的多普勒频偏一样。

基于这些假设，对L1P和L1F信号受到的内部干扰进行仿真分析。在10°仰角时，Galileo系统最多和最少可见卫星数分别为11颗和7颗［9］。

表1给出BOCc（15，2.5）、BOCs（14，2）、BOCs（1，1）和CBOC（6，1，1／11）信号之间的干扰系数，其中前两者前端带宽取32 MHz，后两者前端带宽取24 MHz。仔细观察这些数值，并结合图1 Galileo L1上信号的功率谱包络，可以得出以下结论：

（1）BOCc（15，2.5）信号的自干扰系数比BOCs（14，2）信号的略小。这与前者采用余弦相位有关，余弦相位的BOC信号功率谱旁瓣在中心频率处衰减比正弦相位快（见图1）。

图1 Galileo L1频段上信号的功率谱包络Fig.1 Power spectrum density of Galileo signals in L1 band

（2）CBOC（6，1，1／11）信号的自干扰系数比BOCs（1，1）信号的略小0.72 dB。仔细观察这两个信号的功率谱会发现，前者虽然在±6.138 MHz处有两个高幅度谱瓣，但后者的功率谱包络幅度要比前者稍大一点。

（3）当CBOC（6，1，1／11）信号为干扰信号时，它与BOCc（15，2.5）信号的干扰系数比它与BOCs（14，2）信号的干扰系数小5 dB左右。但当它为目标信号时，它与BOCc（15，2.5）的干扰系数减小12 dB左右，它与BOCs（14，2）的干扰系数减小2 dB左右，而且前者的干扰系数比后者小15 dB左右。出现这种现象是因为干扰信号BOCc（15，2.5）、BOCs（14，2）通过24 MHz的前端带宽时主瓣被滤除，而且BOCc（15，2.5）的旁瓣衰减得很快，因此它与CBOC（6，1，1／11）的干扰系数衰减得更快。

（4）当BOCc（15，2.5）为目标信号时，它与CBOC（6，1，1／11）的干扰系数比它与BOCs（1，1）的干扰系数略小0.12 dB。但当它为干扰信号时，它与CBOC（6，1，1／11）的干扰系数反而比它与BOCs（1，1）的干扰系数大2 dB左右。这与前端带宽和功率谱包络幅度有关。

表2和表3给出了最坏最好情况下［4］各信号受到的CDMA干扰，以及彼此间干扰造成的最大和最小载噪比衰减值，可见：

（1）在总的载噪比衰减值中，CDMA干扰造成的载噪比衰减值占绝大部分。

（2）相比于BOCs（14，2）调制信号，BOCc（15， 2.5）使内部干扰改善了约0.03 dB；相比于BOCs（1，1）调制信号，CBOC（6，1，1／11）使内部干扰改善了约0.1 dB。

（3）相比于BOCs（14，2）和BOCc（15，2.5）调制信号，CBOC（6，1，1／11）和BOCs（1，1）信号的CDMA干扰要大出约0.4 dB。

（4）CBOC（6，1，1／11）为目标信号时，它与BOCs（14，2）信号间的干扰系数比它与BOCc（15，2.5）间的干扰系数大15 dB，但这两者对其干扰带来的载噪比衰减值几乎一样。这说明，干扰系数作为中间结果，只要其绝对值足够小，虽然两组信号间的干扰系数差值很大，但对干扰的影响就已经很小了。

表2 L1P信号的载噪比衰减值Table 2 CNR degradation of L1P signal

表3 L1F信号的载噪比衰减值Table 3 CNR degradation of L1F signal

4 Galileo与GPS系统在L1频段上的内部干扰比较

且GPS在L1频段上信号源较多，信号间干扰增多。另外，GPS的最大发射功率普遍略高于Galileo的。

将Galileo与GPS的内部干扰［4］进行比较，得到以下结论：

（1）最坏情况下，L1F导航信号受系统内干扰引起的最大载噪比衰减值约为0.6 dB，比GPS L1C导航信号的最大载噪比衰减值（1.19 dB）小0.59 dB左右；最好情况下，前者最小载噪比衰减值约为0.2 dB，比后者的最小载噪比衰减值（0.3 dB）小0.1 dB左右；

（2）最坏情况下，L1P信号受系统内干扰引起的最大载噪比衰减值约为0.262 3 dB，比GPSM码的最大载噪比衰减值（0.398 dB）小0.1 dB左右。

可见，GPS系统内部干扰比Galileo系统内部干扰严重，这与GPS的C／A码是短码［6］密切相关，而

5 结论

通过本文的分析，可以得出以下结论：

（1）Galileo系统的L1P信号与L1F信号间的干扰很小，它们受到的内部干扰主要是CDMA干扰；

（2）Galileo系统在进行信号结构选择时，L1P信号通过采用余弦相位的BOC调制方式，以及提高子载波速率和码速率，使其与L1F信号的功率谱进一步错开，显著减小了干扰系数，达到了减小内部干扰的目的；L1F信号则采用复合的BOC调制方式，通过适当选择子载波速率和码速率，也达到了改善系统内部干扰的目的，而且，这两种调制方式还有效提高了系统的码跟踪精度和抗多径干扰能力［9］；

（3）“北斗”全球导航卫星系统的信号结构［10］在L1频段上采用BOCs（14，2）和MBOC（6，1，1／11）调制方式，与Galileo系统的信号结构很接近，因此，“北斗”系统除了要考虑内部干扰，还要谨慎对待系统间干扰，这将另文探讨。

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Interference Analysis between L1F Signals and L1P Signals of Galileo System

HUANGXu-fang
（Department of Computer and Electronic Information，Guangxi University，Nanning 530004，China）

The Galileo system transmits L1P signal（for public regulated service）and L1F signal（for open service）ata center frequency of1 575.42 MHz in L1 band.The interference between each other is inevitable due to power spectrum overlap.In this paper，the interference between L1F and L1Psignal is researched，the interference coefficient and the CNR（Carrier-to-Noise Ratio）degradation are analysed，and themain factors determing the strength of the two types of signal are found out.Simulation results show that，the L1P signal suffers about0.002 dB themaximum interference created by the L1F signal，and about0.26 dB by themaximum Code Division Multiple Access（CDMA）interference；the L1F signal suffers almost negligible interference from the L1P signal and about0.604 dB themaximum CDMA interference.The result indicates that，the CDMA interference is preponderantand drives the total degradation of intra-system degradation，and the interference between L1P and L1F signal is almostnegligible.Thismainly benefits from L1P signal using cosine phase of Binary offset Carrier（BOC）modulation，and L1F signal using Composited Binary offset Carrier（CBOC）modulation，so that the power spectrum of the two signals overlap greatly reduces，the interference coefficient is very small，greatly reducing the interference between them.

Galileo system；intra-system interference；interference coefficient；BOCmodulation

The National Natural Science Foundation of China（No.61004123）；The Natural Science Foundation of Guangxi（2011GXNSFA018155）；The Scientific Research Foundation of GuangxiUniversity（XB2090844，XGL090032）

the Ph.D.degree in 2009. She is now an associate professor and also the instructor of graduate students.Her research interests include satellite navigation and wireless communication theory.

1001-893X（2011）09-0044-05

2011-04-29；

2011-07-22

国家自然科学基金资助项目（61004123）；广西自然科学基金资助项目（2011GXNSFA018155）；广西大学科研基金资助项目（XB2090844，XGL090032）

TN961

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.009

黄旭方（1977—），女，广西河池人，2009年获博士学位，现为副教授、硕士生导师，主要研究方向为卫星导航、无线通信理论。

Email：hxf-andalan＠163.com

HUANG Xu-fang was born in Hechi，Guangxi Zhuang Autonomous Region，in 1977.She