王建爭

摘要：本文對GNSS兼容性問題進(jìn)行了研究。介紹了系統(tǒng)兼容性和帶外干擾的研究現(xiàn)狀，在信號結(jié)構(gòu)方面，分析了調(diào)制波形和擴(kuò)頻碼技術(shù)的研究現(xiàn)狀，為GNSS兼容性研究提供了一些理論參考。

關(guān)鍵詞：GNSS，兼容性；信號調(diào)制；擴(kuò)頻碼

中圖分類號：TN76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0059-02

1 引言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）是個綜合性概念，泛指全球所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球?qū)Ш较到y(tǒng)、區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)和星基增強(qiáng)系統(tǒng)[1]。目前GNSS的L頻段集中了BDS、GPS、GLONASS、Galileo等4個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS）、歐洲對地靜止導(dǎo)航服務(wù)（EGNOS）等星基增強(qiáng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的信號中心頻率完全相同或特別接近，導(dǎo)致GNSS之間相互干擾從而引發(fā)兼容性問題。2000年世界無線電通信大會（ICG），C頻段（5010-5030MHz）分配給導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，使得GNSS又多出了一個頻段，但有限頻段同樣也會衍生GNSS的兼容性問題。目前，衛(wèi)星無線電測定服務(wù)（RDSS）使用的S頻段（2483.5～2500MHz）與地面移動通信服務(wù)2.5G以上的頻段已實現(xiàn)天線共用，這同樣也帶來了兼容性問題[2]。

2 兼容性技術(shù)概述

2007年ICG大會，定義兼容性為單獨(dú)和同時使用全球衛(wèi)星系統(tǒng)的導(dǎo)航定位授時服務(wù)時，對各自系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾在可被接受的范圍內(nèi)。

2.1 系統(tǒng)兼容性

在兼容規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上，國際電信聯(lián)盟（ITU）建議使用《工作在1164-1215MHz頻段內(nèi)的所有無線電導(dǎo)航-衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)的航空無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)站上的最大合計等量功率通量密度的評估方法》、《RNSS系統(tǒng)間干擾估計的協(xié)調(diào)方法》等標(biāo)準(zhǔn)或理論，來進(jìn)行GNSS信號兼容評估。

在兼容評估理論上，主要有：（1）美國MITRE公司J.Betz博士在GNSS信號兼容評估和分析上，提出了SSC方法來評估信號頻譜的分離程度。（2）歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)的F.Soualle推導(dǎo)出了CT_SSC方法來評估干擾信號對碼跟蹤的影響情況。（3）慕尼黑國防大學(xué)的S.Wallner分析了擴(kuò)頻碼對功率譜密度（PSD）計算的影響。（4）上海交通大學(xué)的劉莉等對兼容評估模型進(jìn)行了改進(jìn)，并采用改進(jìn)模型在L1頻段評估了BDS II與GPS、Galileo、WAAS以及EGNOS的兼容性。（5）上海交通大學(xué)的劉衛(wèi)等分析了GPS、Galileo、BDS在L1頻段的受干擾情況。

2.2 帶外干擾

2.2.1 L頻段帶外干擾

L頻段上，射電天文（RA）學(xué)科用于恒星起源研究的頻段為：1610.6-1613.8MHz，GLONASS L1頻段頻率范圍是：1598.0625-1604.25MHz，而BDS B1c、GPS L1和Galileo E1頻段的中心頻點均為1575.42MHz，RA與GNSS之間的頻段太過接近同時RA采用被動接收體制，使得GNSS對RA的干擾不可避免。

在GNSS對RA的信號干擾計算上有：（1）法國O.Julien分別創(chuàng)建了GNSS信號處理模塊和RA信號處理模塊，采用了先剝離GNSS信號，后專門處理RA信號的方法。（2）中科院的H.Zhou分析得到了靜止軌道衛(wèi)星（GEO）和非GEO衛(wèi)星的最小功率抑制門限[3]。

在削弱對RA干擾問題上有：（1）美國S.Ellingson提出了利用參數(shù)估計技術(shù)把GLONASS C/A信號從RA信號中消除的方法。（2）由于GNSS信號的相位和幅度具有閉環(huán)關(guān)系，荷蘭F.Briggs根據(jù)這一原理對RA干擾計算方法進(jìn)行了改進(jìn)，校正了RA的頻譜。

2.2.2 C頻段帶外干擾

相較L頻段，C頻段5010-5030MHz具有抗電離層影響和抗多路徑性能好等優(yōu)點，C頻段帶外干擾主要有對RA干擾評估、對精確著陸系統(tǒng)（MLS）干擾評估。

（1）對RA干擾評估：與L頻段的干擾原理相同，GNSS信號C頻段將會對射電望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生干擾。目前研究現(xiàn)狀主要有：FAF的A.Rodriguez等分析了C頻段SPR和PRS兩種服務(wù)的GNSS對RA的干擾情況，評估了GNSS對RA影響程度。（2）對MLS干擾評估：MLS是全天候的精確著陸系統(tǒng)，其工作頻段為：5030-5091MHz，與C頻段GNSS信號比較接近，因此MLS與GNSS之間會產(chǎn)生相互干擾。目前，研究現(xiàn)狀主要有：A.Rodriguez等通過計算落在MLS接收機(jī)接收頻段單位面積內(nèi)的PFD，分析了C頻段GNSS信號對MLS的干擾情況，該方法能方便有效的評估出其影響程度。

2.2.3 S頻段帶外干擾

隨著通信和天線技術(shù)的發(fā)展，S頻段（2483.5-2500MHz）已經(jīng)用來發(fā)展區(qū)域無線電測定服務(wù)，因此在S頻段上GNSS服務(wù)與地面移動通信服務(wù)的融合發(fā)展已成為必然趨勢。S頻段GNSS信號的大量使用，帶來了GNSS信號與移動通信信號的干擾問題。S頻段帶外干擾主要有與全球星系統(tǒng)干擾評估、與FS干擾評估等。

（1）與全球星系統(tǒng)干擾評估：全球星系統(tǒng)（Globalstar）是一種利用LEO衛(wèi)星組成一個連續(xù)覆蓋全球的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。Globalstar的下行通信頻段與S頻段GNSS信號重合。目前，研究現(xiàn)狀主要有：對于GNSS與Globalstar之間的信號干擾問題，I Mateu等提出了載噪比衰減方法，分析了CBOC等調(diào)制波形的GNSS與Globalstar的干擾情況；解放軍理工大學(xué)的趙陽等使用同種方法分析了BPSK、BOC等調(diào)制波形產(chǎn)生的載噪比衰減情況。（2）與FS干擾評估：固定業(yè)務(wù)簡稱FS，主要包括固定網(wǎng)本地電話業(yè)務(wù)、IP電話業(yè)務(wù)、國內(nèi)（際）長途電話業(yè)務(wù)和國際通信設(shè)施服務(wù)業(yè)務(wù)等。FS的頻段為0.1-70GHz，同樣與S頻段GNSS信號重合。目前，研究現(xiàn)狀主要有：CNES的I.Mateu等建立了一種FS系統(tǒng)改進(jìn)參考模型，將落在FS系統(tǒng)基站天線內(nèi)的功率譜密度門限值作為評價指標(biāo)加入系統(tǒng)模型來分析GNSS對FS的干擾。

3 GNSS信號結(jié)構(gòu)研究概述

基于目前L頻段頻譜擁擠的現(xiàn)狀，下一代導(dǎo)航信號的頻譜將逐漸向中心頻率兩邊分裂已成為廣泛接受的趨勢。同時，數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻的分離與定位服務(wù)的細(xì)化導(dǎo)致播發(fā)信號個數(shù)持續(xù)增加。頻率資源受限以及發(fā)射功率受限的現(xiàn)狀對擴(kuò)頻調(diào)制和復(fù)用設(shè)計提出了苛刻的要求[4]。

3.1 調(diào)制波形技術(shù)

GNSS信號由載波信號、調(diào)制波形、擴(kuò)頻碼和導(dǎo)航電文等組成，信號功率譜密度是影響系統(tǒng)兼容性和帶外干擾的主要因素，而信號調(diào)制波形形狀主要決定了信號的功率譜密度。

目前，研究現(xiàn)狀主要有：J.Betz提出了二進(jìn)制偏移載波（BOC）調(diào)制方式并衍生了多種調(diào)制方式，如GPS L1C信號的時分復(fù)用方式、BDS B1C信號的正交復(fù)用方式以及ACE-BOC等；劉衛(wèi)等提出了MSK-BCS、GBOC新調(diào)制方式，在跟蹤、定位精度以及兼容性都具有較好性能。

3.2 擴(kuò)頻碼技術(shù)

GNSS信號的擴(kuò)頻碼是一種偽隨機(jī)序列碼，其具有較好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性。GNSS現(xiàn)代化過程中，擴(kuò)頻碼在原來的主碼上添加了副碼，一個副碼碼片對應(yīng)著主碼的一個碼周期，使得擴(kuò)頻碼相關(guān)周期更長，有利于電文同步和頻譜分離，改善了對窄帶干擾的抑制[4]。在擴(kuò)頻碼的選擇標(biāo)準(zhǔn)方面，F(xiàn).Soualle等提出了Mean Excess Welch Square Distance方法來改善相關(guān)捕獲性能，提出了優(yōu)化因子來改善跟蹤穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

本文對GNSS兼容性問題進(jìn)行了綜述，首先介紹了系統(tǒng)兼容性、帶外干擾技術(shù)的研究現(xiàn)狀。在信號結(jié)構(gòu)方面，從調(diào)制波形和擴(kuò)頻碼技術(shù)兩個方面的進(jìn)行了研究現(xiàn)狀綜述，為提高GNSS的兼容性能提供了一些理論參考。

參考文獻(xiàn)

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[4]Wallner，S.，Avila-Rodriguez，J.-A.，Hein，G.W.，etc.Galileo E1 OS and GPS L1C Pseudo Random Noise Codes-Requirements，Generation，Optimization and Comparison[A].In Proceedings of the 20th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation（ION GNSS 2007）[C]，F(xiàn)ort Worth，TX 2007：1549-1563.