北斗B1C信號(hào)及導(dǎo)航電文的特點(diǎn)分析與比較

章林鋒，何海波，李琳，鄭 沖

（1 中國(guó)人民解放軍32021部隊(duì)，北京 100094；2 北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094）

0 引言

我國(guó)已于 2012年建成北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域系統(tǒng)，面向亞太地區(qū)連續(xù)提供導(dǎo)航、定位、授時(shí)服務(wù)，在國(guó)防、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中發(fā)揮著巨大作用。目前，北斗全球系統(tǒng)建設(shè)已啟動(dòng)，預(yù)計(jì)在 2020年左右建成覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。屆時(shí)，全球民用導(dǎo)航用戶將會(huì)同時(shí)接收北斗、GPS、Galileo、GLONASS四大系統(tǒng)提供的民用導(dǎo)航信號(hào)，導(dǎo)航性能將得到大幅提升。

為了讓全球用戶在獲得最好服務(wù)性能的同時(shí)，最大限度地降低終端成本，我國(guó)與美國(guó)、歐盟開(kāi)展了長(zhǎng)期的研究和協(xié)調(diào)，在民用互操作信號(hào)上達(dá)成了系列合作協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了北斗B1C和B2a公開(kāi)信號(hào)分別與GPS L1C和L5、Galileo E1OS和E5a之間的用戶級(jí)互操作。

2017年12月27日，中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室在北斗網(wǎng)公布了《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件公開(kāi)服務(wù)信號(hào) B1C（1.0版）》。本文基于該文件，重點(diǎn)對(duì)北斗B1C信號(hào)及導(dǎo)航電文進(jìn)行介紹，并對(duì)其信號(hào)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和導(dǎo)航電文應(yīng)用模式進(jìn)行分析，同時(shí)與GPS L1C和Galileo E1OS互操作信號(hào)進(jìn)行比較，便于讀者更好理解和應(yīng)用北斗B1C互操作信號(hào)。

1 北斗B1C信號(hào)設(shè)計(jì)分析與比較

北斗將在MEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星上播發(fā)B1C信號(hào)。B1C信號(hào)與GPS的L1C信號(hào)和Galileo的E1OS信號(hào)具有相同的中心頻點(diǎn)和頻譜結(jié)構(gòu)。北斗B1C信號(hào)、GPS L1C信號(hào)和Galileo E1OS信號(hào)的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。從表中可看出，B1C信號(hào)的設(shè)計(jì)方案與L1C信號(hào)比較相似。

表1 BDS B1C、GPS L1C和Galileo E1OS信號(hào)參數(shù)[1][2][3]

下面將分別從信號(hào)支路、調(diào)制方式、擴(kuò)頻碼、信息/符號(hào)速率和接收功率等幾個(gè)方面，對(duì) B1C信號(hào)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和比較。

1.1 信號(hào)支路

B1C信號(hào)與L1C和E1OS信號(hào)一樣，采用了“數(shù)據(jù)支路+導(dǎo)頻支路”的設(shè)計(jì)方案，即只在數(shù)據(jù)支路上播發(fā)導(dǎo)航電文，導(dǎo)頻支路上不播發(fā)電文。這一方案可提高信號(hào)的整體跟蹤性能。因?yàn)閷?dǎo)頻支路上不調(diào)制電文，在設(shè)計(jì)其跟蹤環(huán)路時(shí)，不用考慮導(dǎo)航電文翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的載波相位半周期模糊度問(wèn)題，所以可以舍棄傳統(tǒng)的對(duì)導(dǎo)航電文翻轉(zhuǎn)不敏感的Costas鎖相環(huán)，改為選用性能更優(yōu)的純鎖相環(huán)[4]。Costas鎖相環(huán)與純鎖相環(huán)的主要區(qū)別在于環(huán)路鑒相器，兩者的鑒相曲線對(duì)比如圖1所示[4]。從圖1中可看出，Costas鎖相環(huán)鑒相器的牽入范圍僅為±90度，而純鎖相環(huán)鑒相器的牽入范圍達(dá)到±180度，更大的牽入范圍意味著更強(qiáng)的跟蹤誤差容忍能力，也意味著可以實(shí)現(xiàn)更低的跟蹤門(mén)限。相比Costas鎖相環(huán)，純鎖相環(huán)的跟蹤靈敏度要提高6dB。假設(shè)數(shù)據(jù)支路和導(dǎo)頻支路的功率各占50%，則“數(shù)據(jù)+導(dǎo)頻”支路的設(shè)計(jì)方案，相比傳統(tǒng)的單數(shù)據(jù)支路設(shè)計(jì)方案（如北斗 B1I和GPS L1 C/A信號(hào)），跟蹤門(mén)限可以提高3dB。

圖1 Costas鎖相環(huán)與純鎖相環(huán)的鑒相曲線

導(dǎo)頻支路在跟蹤環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供了一種提取原始觀測(cè)量和解調(diào)導(dǎo)航電文的新思路[5]：用完整的純鎖相環(huán)路鎖定導(dǎo)頻支路，以獲得較低的跟蹤門(mén)限，并提取原始觀測(cè)量；基于導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)支路之間的相位關(guān)系，用前者的載波相位和碼相位輔助后者完成相干積分和電文符號(hào)提取，這樣數(shù)據(jù)支路只需用一個(gè)相關(guān)器就完成了電文解調(diào)，而且無(wú)需檢驗(yàn)相位是否翻轉(zhuǎn)，減少了處理步驟并節(jié)省了硬件資源。

在數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路的功率分配上，B1C與 L1C信號(hào)相同，數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路的功率各占25%和75%，而E1OS的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路的功率各占50%。這兩種功率分配方案各有優(yōu)劣：25/75的功率分配方案相比 50/50的分配方案，跟蹤門(mén)限改善達(dá) 1.8dB，考慮到50/50方案相比100/0方案的3dB跟蹤門(mén)限改善，總的跟蹤門(mén)限改善可達(dá)4.8dB[5]；50/50的分配方案相比25/75的分配方案，數(shù)據(jù)支路的功率占比更高，具有更低的電文解調(diào)誤碼率。

為解決因數(shù)據(jù)支路功率下降引起的電文解調(diào)誤碼增多這一問(wèn)題，B1C與L1C信號(hào)都在信道編碼環(huán)節(jié)選擇了強(qiáng)大的前向錯(cuò)誤控制（Forward Error Control，F(xiàn)EC）編碼技術(shù)，其中，B1C選擇了 64進(jìn)制LDPC編碼方案，L1C選擇了二進(jìn)制LDPC編碼方案。這些編碼方案的編碼增益都在6dB以上[5]，足以彌補(bǔ)因數(shù)據(jù)支路功率下降引起的電文解調(diào)性能的損失。

1.2 調(diào)制方式

B1C、L1C和E1OS三個(gè)信號(hào)都使用了混合二進(jìn)制偏移載波（Multiplexed Binary Offset Carrier，MBOC）調(diào)制方式[6]，只是實(shí)現(xiàn)方式不同。MBOC調(diào)制方式是GPS和Galileo的兼容與互操作工作組為在 L1頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互操作而共同推薦的一種優(yōu)化擴(kuò)頻調(diào)制方法，其功率譜由BOC(1,1)信號(hào)和BOC(6,1)信號(hào)功率譜混合而成，其中BOC(1,1)信號(hào)功率占總功率的10/11，BOC(6,1)信號(hào)功率占總功率的1/11。未經(jīng)任何帶限濾波的MBOC調(diào)制信號(hào)功率譜密度函數(shù)的表達(dá)式見(jiàn)式（1），其形狀如圖2所示[7]。從圖中可看出，相比于純 BOC(1,1)信號(hào)，MBOC信號(hào)在高頻處具有更多的信號(hào)功率，使得MBOC信號(hào)具備更優(yōu)的跟蹤、抗干擾和抗多徑性能。

圖2 MBOC信號(hào)的功率譜密度

在 MBOC調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式上，三個(gè)信號(hào)互有差別。差別主要體現(xiàn)在三方面[1][2][3]：一是數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路功率配比，二是各支路調(diào)制的信號(hào)類(lèi)型，三是 BOC(1,1)和 BOC(6,1)信號(hào)的混合方式。在功率配比和調(diào)制的信號(hào)類(lèi)型方面，B1C和L1C信號(hào)的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路功率配比都為1:3，且在數(shù)據(jù)支路上只播發(fā)BOC(1,1)信號(hào)，在導(dǎo)頻支路混合播發(fā)BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)，而E1OS信號(hào)的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路功率配比為1:1，且都混合播發(fā)BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)。在BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)的混合方式上，B1C導(dǎo)頻支路采用 QMBOC(6,1,4/33)混合方式，BOC(1,1)與 BOC(6,1)信號(hào)以相位正交的方式混合，兩者功率之比為 29:4；L1C導(dǎo)頻支路采用TMBOC(6,1,4/33)混合方式，BOC(1,1)與 BOC(6,1)信號(hào)以時(shí)分復(fù)用的方式混合，兩者功率之比同樣是29:4（如圖 3所示）；E1OS兩條支路都采用CBOC(6,1,1/11)混合方式，將BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)按照10:1的功率比線性疊加（如圖4所示），在數(shù)據(jù)支路上以同相方式疊加，記為CBOC(6,1,1/11,’+’)，在導(dǎo)頻支路上以反相方式疊加，記為 CBOC(6,1,1/11,’-’)。CBOC 調(diào)制與 QMBOC 和TMBOC調(diào)制的一個(gè)主要區(qū)別是前者的擴(kuò)頻符號(hào)是多電平的，而后兩者是雙電平，多電平的擴(kuò)頻符號(hào)提高了用戶機(jī)匹配接收的難度。

圖3 GPS L1C信號(hào)導(dǎo)頻支路BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)時(shí)分復(fù)用示意圖

圖4 Galileo E1OS信號(hào)E1-B和E1-C支路子載波時(shí)域波形圖[3]

圖5 MBOC信號(hào)導(dǎo)頻支路的歸一化自相關(guān)函數(shù)[7]

MBOC信號(hào)混合播發(fā) BOC(1,1)和 BOC(6,1)信號(hào)，可為不同性能需求的用戶帶來(lái)更大的選擇空間。對(duì)于定位精度要求較高的用戶（如測(cè)量型用戶），可選擇寬帶型射頻前端，以充分利用 MBOC調(diào)制中BOC(6,1)分量的優(yōu)越性能，來(lái)提高偽距測(cè)量精度和定位精度；對(duì)于定位精度要求不高的普通用戶（如海量的中、低端接收機(jī)），可選擇較窄的射頻前端，僅接收處理MBOC調(diào)制中的BOC(1,1)分量，這樣雖然會(huì)損失掉一定的接收功率，但在不影響用戶使用的前提下可達(dá)到節(jié)約成本的目的。圖5給出了單 BOC(1,1)信號(hào)、TMBOC信號(hào)和 CBOC(6,1,1/11,’-’)信號(hào)的歸一化自相關(guān)峰對(duì)比圖（QMBOC信號(hào)的自相關(guān)峰與 TMBOC信號(hào)相同）。從圖中可看出，因?yàn)锽OC(6,1)分量的存在，TMBOC和CBOC信號(hào)的自相關(guān)峰在某些區(qū)段比單 BOC(1,1)信號(hào)更“陡峭”，當(dāng)寬帶接收機(jī)在這些區(qū)段鎖定信號(hào)時(shí)，將獲得比窄帶接收機(jī)更高的偽距測(cè)量精度和抗多徑性能。

1.3 擴(kuò)頻碼

B1C、L1C和E1OS三個(gè)信號(hào)的擴(kuò)頻碼都使用了分層碼結(jié)構(gòu)，即碼序列由主碼和子碼相異或構(gòu)成。子碼的碼元寬度與主碼的周期相同，子碼碼元起始時(shí)刻與主碼第一個(gè)碼元的起始時(shí)刻嚴(yán)格對(duì)齊，時(shí)序關(guān)系如圖6所示。使用分層碼結(jié)構(gòu)主要帶來(lái)以下好處：一是有效擴(kuò)展擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度，提高了擴(kuò)頻碼的自相關(guān)和互相關(guān)性能；二是子碼周期與導(dǎo)航電文幀周期相等且保持同步，如B1C和L1C信號(hào)的導(dǎo)頻支路子碼周期均為 18s，與一幀電文周期相等且起始時(shí)刻嚴(yán)格對(duì)齊，通過(guò)搜索導(dǎo)頻支路的子碼相位，可以加快實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)支路的幀同步。

圖6 B1C信號(hào)主碼、子碼時(shí)序關(guān)系示意圖

在主碼碼族的選擇上，B1C和L1C都選擇了基于Legendre序列的Weil碼，而E1OS選擇了基于偽隨機(jī)存儲(chǔ)碼序列的Random碼。Weil碼有碼發(fā)生器，可以在接收機(jī)中實(shí)時(shí)生成，也可以事先存儲(chǔ)進(jìn)接收機(jī)以供實(shí)時(shí)讀取，而Random碼沒(méi)有碼發(fā)生器（由ICD直接給出完整的碼序列），只能事先存儲(chǔ)進(jìn)接收機(jī)以供讀取。

在主碼碼長(zhǎng)的設(shè)計(jì)上，三個(gè)信號(hào)都采用了比傳統(tǒng)擴(kuò)頻碼更長(zhǎng)的碼序列。如B1C和L1C信號(hào)的主碼周期都為10230碼片，是傳統(tǒng)擴(kuò)頻碼序列長(zhǎng)度的5～10倍（相比B1I信號(hào)和L1 C/A信號(hào)）。更長(zhǎng)的碼序列提供了更好的偽碼自相關(guān)和互相關(guān)性能，也帶來(lái)了更強(qiáng)的抗互相關(guān)干擾能力。更長(zhǎng)的碼序列也需要消耗更多的硬件資源和時(shí)間進(jìn)行偽隨機(jī)碼捕獲。為了避免該問(wèn)題，對(duì)于GPS可先快速捕獲L1 C/A碼，進(jìn)而引導(dǎo)捕獲L1C。對(duì)于北斗則可先快速捕獲B1I信號(hào)，進(jìn)而引導(dǎo)捕獲B1C。

1.4 信息/符號(hào)速率

三個(gè)信號(hào)都使用了比傳統(tǒng)信號(hào)更高的符號(hào)速率：B1C和L1C的符號(hào)速率為100sps，是傳統(tǒng)B1I信號(hào)（非GEO衛(wèi)星）和L1 C/A信號(hào)的2倍，而E1OS的符號(hào)速率更是高達(dá) 250sps。更高的符號(hào)速率受益于更高的信號(hào)發(fā)射功率，也意味著在單位時(shí)間內(nèi)可以播發(fā)更多的有用信息，這為擴(kuò)充電文播發(fā)內(nèi)容、縮短接收機(jī)首次定位時(shí)間和提高系統(tǒng)的完好性指標(biāo)等奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.5 接收功率

從北斗系統(tǒng)縱向?qū)Ρ葋?lái)看，B1C信號(hào)的最低接收功率達(dá)到了-158.5dBW（MEO衛(wèi)星）和-160.3dBW（IGSO衛(wèi)星），相對(duì)于傳統(tǒng)的B1I信號(hào)（-163dBW），分別提高了4.5dB和2.7dB。接收功率的提高將給用戶機(jī)的指標(biāo)設(shè)計(jì)預(yù)留出更多的余量。

從各GNSS橫向?qū)Ρ葋?lái)看，B1C信號(hào)的最低接收功率比L1C和E1OS信號(hào)弱1.5dB（MEO衛(wèi)星）和3.3dB（IGSO衛(wèi)星），僅達(dá)到GPS L1C/A信號(hào)的水平。在調(diào)制方式和接收處理方法相似的前提下，最低接收功率的差距將帶來(lái)接收性能的差距。

2 B-CNAV1電文設(shè)計(jì)分析

B1C信號(hào)播發(fā)B-CNAV1結(jié)構(gòu)的導(dǎo)航電文信息。B-CNAV1包括基本導(dǎo)航信息和全球基本完好性信息。本節(jié)將從結(jié)構(gòu)編排、電文內(nèi)容、編碼方案和播發(fā)順序四個(gè)方面，對(duì)B-CNAV1電文的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2.1 結(jié)構(gòu)編排

B-CNAV1電文使用了一種結(jié)合幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)的新的編排格式（如圖7所示）。

圖7 B-CNAV1電文幀結(jié)構(gòu)

從圖7中可看出，新結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)幀為基本格式，每幀周期為 18s，與導(dǎo)頻支路的子碼周期相同，可以用導(dǎo)頻支路的子碼相位來(lái)輔助數(shù)據(jù)支路完成幀同步。每個(gè)數(shù)據(jù)幀包含3個(gè)長(zhǎng)度不同的子幀，其中子幀1固定播發(fā)衛(wèi)星編號(hào)和小時(shí)內(nèi)秒計(jì)數(shù)，子幀2固定播發(fā)星鐘參數(shù)和星歷參數(shù)等基本導(dǎo)航信息，子幀3基于頁(yè)面類(lèi)型播發(fā)變化的數(shù)據(jù)塊信息。

B-CNAV1電文的編排格式集中了幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)勢(shì)：一方面，固定子幀播發(fā)順序，確保子幀2中的基本導(dǎo)航信息播發(fā)周期固定，播發(fā)內(nèi)容不變，為接收機(jī)在弱信號(hào)條件下使用多幀累加策略降低電文誤碼率創(chuàng)造了條件，同時(shí)也為接收機(jī)在正常條件下使用拼接相鄰幀策略降低冷啟動(dòng)首次定位時(shí)間創(chuàng)造了條件（降到約 18秒，低于北斗B1I和GPS L1 C/A信號(hào)的約30秒）；另一方面，子幀3采用基于頁(yè)面類(lèi)型的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要播發(fā)不同的頁(yè)面類(lèi)型，提高了數(shù)據(jù)內(nèi)容擴(kuò)充的靈活性以及播發(fā)內(nèi)容的隨機(jī)性。

2.2 電文內(nèi)容

與北斗區(qū)域系統(tǒng)的 D1和 D2導(dǎo)航文相比，B-CNAV1導(dǎo)航電文在播發(fā)內(nèi)容方面進(jìn)行了一系列改進(jìn)，包括增加了一些電文參數(shù)，同時(shí)對(duì)已有的電文參數(shù)進(jìn)行了完善。播發(fā)內(nèi)容的改進(jìn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）提高了星歷參數(shù)精度，包括增加大部分星歷參數(shù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，增加了衛(wèi)星軌道類(lèi)型參數(shù)SatType，增加了衛(wèi)星平均運(yùn)動(dòng)速率與計(jì)算值之差的變化率參數(shù)Δn˙0，不再直接播發(fā)軌道長(zhǎng)半軸，改為播發(fā)其相對(duì)某一固定參考值的差值及其變化率。

（2）改進(jìn)了歷書(shū)參數(shù)，提供中等精度歷書(shū)（Midi Almanac）和簡(jiǎn)約歷書(shū)（Reduced Almanac）兩種類(lèi)型歷書(shū)。中等精度歷書(shū)在D1、D2電文歷書(shū)參數(shù)的基礎(chǔ)上，增加了衛(wèi)星編號(hào) PRNa、衛(wèi)星軌道類(lèi)型SatType、參考時(shí)刻周計(jì)數(shù)WNa和衛(wèi)星健康信息Health等參數(shù)，歷書(shū)的計(jì)算方法完全一樣，但各參數(shù)占用的比特?cái)?shù)有所降低（1bit~8bit）。簡(jiǎn)約歷書(shū)中只包含PRNa、SatType、Health、軌道半長(zhǎng)軸改正量、軌道升交點(diǎn)經(jīng)度和緯度幅角6個(gè)參數(shù)，而且參數(shù)長(zhǎng)度比中等精度歷書(shū)更短。簡(jiǎn)約歷書(shū)雖然相比中等精度歷書(shū)損失了數(shù)據(jù)精度，但同時(shí)也縮短了播發(fā)周期，可縮短啟動(dòng)狀態(tài)或其它特殊場(chǎng)景用戶對(duì)歷書(shū)數(shù)據(jù)的收集時(shí)間，更好地滿足不同用戶的需求[8]。

（3）增加了地球定向參數(shù)(EOP)，包括X軸和Y軸方向在參考時(shí)刻的極移值和極移率，以及參考時(shí)間UT1與UTC之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，基于這些參數(shù)，可以將地心地固（ECEF）坐標(biāo)系中的衛(wèi)星天線相位中心轉(zhuǎn)換到地心慣性（ECI）坐標(biāo)系中的衛(wèi)星天線相位中心，同時(shí)將協(xié)調(diào)世界時(shí) UTC轉(zhuǎn)換成世界時(shí)UT1。

（4）更換了電離層延遲改正模型。D1和 D2電文里使用的是 8參數(shù)的 Klobuchar模型，而B(niǎo)-CNAV1電文中使用的是改進(jìn)的 9參數(shù)球諧函數(shù)模型，后者對(duì)電離層延遲的改正性能更好。

（5）改進(jìn)了用戶距離精度(URA)指數(shù)，將過(guò)去的URA指數(shù)（ICD 1.0版中改稱(chēng)為“空間信號(hào)精度指數(shù)”）細(xì)分為衛(wèi)星軌道切向和法向精度（SISAoe）指數(shù)、衛(wèi)星軌道徑向和衛(wèi)星鐘差精度（SISAoc）指數(shù)，其中，SISAoc又進(jìn)一步細(xì)分為衛(wèi)星軌道的徑向及衛(wèi)星鐘固定偏差精度（SISAocb）指數(shù)、衛(wèi)星鐘頻偏精度（SISAoc1）指數(shù)和衛(wèi)星鐘頻漂精度（SISAoc2）指數(shù)三部分。

2.3 編碼方案

北斗區(qū)域系統(tǒng)的D1和D2電文使用的編碼方案是 BCH(15，11，1)和 15×2 的交織編碼，BCH(15，11，1)編碼只能糾正1個(gè)誤碼，糾錯(cuò)能力較弱，而15×2的交織編碼也只能抵抗短時(shí)突發(fā)錯(cuò)誤和短時(shí)信道衰落。

北斗全球系統(tǒng)在總結(jié)北斗區(qū)域系統(tǒng)電文設(shè)計(jì)的不足、并充分學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)電文設(shè)計(jì)先進(jìn)理念的基礎(chǔ)上，提出了B-CNAV1電文的編碼方案。B-CNAV1電文中，子幀1使用了BCH(21，6)+BCH(51，8)的編碼方案，糾錯(cuò)譯碼能力大幅提高；子幀2和子幀3先分別進(jìn)行64進(jìn)制LDPC(200，100)編碼和64進(jìn)制LDPC(88，44)編碼，然后再共同進(jìn)行48×36的塊交織編碼，糾正隨機(jī)誤碼以及檢測(cè)和抵抗突發(fā)誤碼的能力都顯著提升。

將64進(jìn)制LDPC編碼引入導(dǎo)航電文設(shè)計(jì)是北斗全球系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)，其信道編碼/譯碼方案都具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在碼長(zhǎng)及編碼效率相當(dāng)?shù)那闆r下，64進(jìn)制LDPC編碼方案與二進(jìn)制LDPC編碼方案（L1C電文中使用）相比，編碼復(fù)雜度基本一致，譯碼復(fù)雜度約為后者的4~6倍，其編碼增益也有所提高。兩種編碼方案在不同誤碼水平下的編碼增益見(jiàn)表2，從表中可看出，多進(jìn)制LDPC碼性能優(yōu)于二進(jìn)制 LDPC碼，在誤碼率為 10-6時(shí)，能提供約0.6~0.8dB的額外編碼增益。

表2 64進(jìn)制LDPC碼與二進(jìn)制LDPC碼性能比較

B-CNAV1電文中綜合使用了多種編碼方案，給不同使用環(huán)境下的接收機(jī)提供了靈活的譯碼選擇。對(duì)于在露天接收條件下工作的接收機(jī)來(lái)說(shuō)，發(fā)生誤碼的概率較低，可以選擇只做交織譯碼和CRC校驗(yàn)，而不做復(fù)雜度較高的LDPC譯碼；而對(duì)于在弱信號(hào)條件下工作的接收機(jī)來(lái)說(shuō)，電文解調(diào)的誤碼率較高，可以通過(guò)增加一定的硬件或軟件開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)LDPC譯碼，以獲得滿意的電文譯碼性能。

2.4 播發(fā)順序

B-CNAV1電文以子幀號(hào)順序播發(fā)電文，其中子幀1和子幀2在固定的時(shí)間內(nèi)重復(fù)播發(fā)，子幀3分頁(yè)面類(lèi)型播發(fā)各數(shù)據(jù)塊，其播發(fā)不按某一固定規(guī)律排列，而是隨機(jī)的、任意的。這一播發(fā)策略既保證了用戶能在固定間隔的固定位置接收到星鐘、星歷等重要電文參數(shù)，又達(dá)到了根據(jù)不同階段應(yīng)用需求靈活調(diào)整電文播發(fā)內(nèi)容和頻度的目的。

B-CNAV1電文的歷書(shū)播發(fā)順序也比北斗區(qū)域系統(tǒng)的D1和D2電文更靈活。D1和D2電文中，將每一顆衛(wèi)星的歷書(shū)參數(shù)固定在特定子幀的特定頁(yè)面，播發(fā)順序和播發(fā)頻率都不能靈活調(diào)整。而B(niǎo)-CNAV1電文中給每一組歷書(shū)參數(shù)都配備了一個(gè)衛(wèi)星編號(hào) PRNa，這樣可以根據(jù)衛(wèi)星在軌情況和用戶需求靈活調(diào)整各顆衛(wèi)星的歷書(shū)播發(fā)順序和頻度。

B-CNAV1和B-CNAV2電文還使用交叉播發(fā)的策略。如在B-CNAV1電文的子幀2中，播發(fā)了B2a信號(hào)的群延遲修正參數(shù)TGDB2ap，其目的是讓雙頻用戶只解調(diào)單頻信號(hào)電文就能完成雙頻電離層修正，從而免去另一頻點(diǎn)信號(hào)電文解調(diào)甚至是數(shù)據(jù)支路跟蹤的開(kāi)銷(xiāo)，降低了用戶機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。同時(shí)，B-CNAV2電文的信息類(lèi)型30中，也播發(fā)了B1C信號(hào)的群延遲修正參數(shù)TGDB1cp，以及 B1C信號(hào)的衛(wèi)星完好性狀態(tài)標(biāo)識(shí)SIF、DIF和AIF。其目的是利用B-CNAV2電文更新頻度高的優(yōu)勢(shì)，縮短B1C信號(hào)的異常告警時(shí)間，提高了B1C信號(hào)的完好性指標(biāo)。

3 小結(jié)

北斗民用信號(hào)B1C的信號(hào)和導(dǎo)航電文編排，在參考GPS L1C和Galileo E1OS信號(hào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。B1C的信號(hào)與 GPS的 L1C信號(hào)和Galileo的E1OS信號(hào)具有相同的中心頻點(diǎn)和頻譜結(jié)構(gòu)，也采用了“數(shù)據(jù)支路+導(dǎo)頻支路”、混合二進(jìn)制偏移載波調(diào)制、分層碼結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)編排和電文內(nèi)容也與GPS L1C較為相近，實(shí)現(xiàn)與GPS L1C、Galileo E1OS之間的互操作。同時(shí)B1C的信號(hào)和導(dǎo)航電文編排也具有自身特點(diǎn)，如在BOC(1,1)和BOC(6,1)信號(hào)的混合方式上，B1C導(dǎo)頻支路采用 QMBOC(6,1,4/33)混合方式;導(dǎo)航電文采用了64進(jìn)制LDPC編碼。相對(duì)于北斗B1I信號(hào)，北斗B1C信號(hào)具有更好的弱信號(hào)跟蹤、更短的首次定位時(shí)間等服務(wù)性能。

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