GPS系统TMBOC调制的FPGA实现

2012-06-23李勇

电子科技 2012年10期

李勇

(西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 710071)

由于Galileo E1信号和GPS L1信号共用相同的载波频率1575.42 MHz，为使导航信号具有较好的兼容性和互操作性，美国和欧洲专家组成的联合设计机构推荐MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier)作为GPS L1和 Galileo E1共用的民用信号调制方式［1］。MBOC调制分为TMBOC(Time multiplexed Binary Offset Carrier)和 CBOC(Composite Binary Offset Carrier)两种调制方式，其中GPS L1频带采用了TMBOC调制方式。文中首先对TMBOC调制过程进行介绍，对该信号的时频特性进行分析，在理论分析的基础上完成基于FPGA硬件平台的TMBOC调制，并给出仿真波形。

1 TMBOC调制的生成方式及频谱特性

TMBOC调制为时分多副载波调制形式，即在数据通道使用单一BOC(1，1)调制，在导频通道使用BOC(1，1)和 BOC(6，1)混合调制，且 BOC(6，1)占导频通道总功率的4/33，则混合调制的副载波记为TMBOC(6，1，4/33)。

TMBOC导频通道和数据通道时域表达式如下:

导频通道信号

数据通道信号

图1 TMBOC副载波时域波形图

数据通道和导频支路的功率谱密度计算如下

其中，BOC(m，n)的功率谱密度计算公式如下

其中，fc=1.023 MHz。

两个通道信号叠加后得TMBOC的功率谱密度为

从式(6)中可以看出，BOC(1，1)频谱分量占总功率的10/11，BOC(6，1)频谱分量占总功率的 10/11，满足MBOC(6，1，1/11)调制的要求。TMBOC的功率谱如图2所示。

图2 TMBOC功率谱包络图

从图2可以看出，由于叠加BOC(6，1)频谱成分，TMBOC的功率谱与BOC(1，1)相比，在±6 MHz和±18 MHz附近出现小主峰。凸出的地方是BOC(6，1)主瓣的地方。如提高BOC(6，1)所占的功率比，则凸出的小主峰的峰值也随之变大。由于MBOC通过在BOC(1，1)的频谱上增加少部分的高频分量，从而获得更窄的自相关峰曲线，提高伪码跟踪精度，且在一定程度上缓解了多径干扰［2］。

2 用FPGA实现TMBOC调制

2.1 基带TMBOC信号的产生

FPGA(Field Programmable Gate Array逻辑电路具有编程灵活、易修改、速度快、性能稳定可靠、设计开发周期短、设计制造成本低等优点，已广泛应用于通信、数据处理、网络、芯片设计、军事和航空航天等众多领域［3］。设计使用Xilinx公司的ISE10.1集成开发软件进行设计，用ModelSim6.5进行硬件仿真，使用VHDL语言实现系统硬件设计。

图3为TMBOC基带信号调制方框图。其中clk为外部晶振提供的122.76 MHz时钟信号，经过分频电路产生12.276 MHz的副载波生成时钟、2.046 MHz的副载波生成时钟和1.023 MHz的扩频码时钟，这些时钟具有相同的起始点。数据信号和产生的扩频码进行扩频得到扩频信号，扩频信号再与副载波产生器产生的1.023 MHz方波副载波进行调制得到数据通道的基带信号。码片选择器对副载波产生器产生的6.138 MHz副载波和1.023 MHz副载波进行选择，得到时分副载波信号，把时分副载波信号与另一扩频序列产生器产生的扩频信号进行调制就得到导频通道的基带信号。把两路的基带信号进行合路得到TMBOC基带信号。基带调制中需要对数据通道副载波和导频通道副载波分别乘以系

图3 TMBOC中频信号调制图

下面对调制过程的主要模块进行介绍:

(1)扩频序列产生模块。扩频序列产生器用来产生导数据通道和导频通道的扩频码。TMBOC调制的扩频码主要使用m序列，由一10级反馈移位器构成，生成码片长度为1023。

(2)副载波产生模块。数据通道使用单一BOC(1，1)的副载波作为副载波，而导频通道使用BOC(1，1)副载波和BOC(6，1)副载波混合混合生成的副载波。导频通道副载波由码片选择器控制产生。码片选择器的原理是产生一周期为33个时钟周期的信号选择序列，在第1、5、7和30时钟周期取高电平，其他时钟周期取低电平。把信号选择序列和其反相序列分别与 BOC(6，1)和 BOC(1，1)副载波相乘(与运算)，得到的两路信号再相加(或运算)，这样就生产导频支路的副载波。导频通道副载波生成仿真波形如图4所示［5］。