POCET算法在GPS现代化中的应用

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  摘 要:本文首先概括的介绍了POCET算法的基本原理,然后提出使用POCET算法对GPS现代化中的L1频点的5路信号进行恒包络复用,并使用Matlab进行仿真。同时创新性的提出一种上下左右对称的星座图映射方法,对于32个相位点,仅需搜索8个相位点即可满足要求。事实证明,该方法效率高、可靠性高,并且复用效率高,旁瓣泄露低,充分满足GPS以及我国北斗体制对恒包络复用的要求。
  关键词:POCET;恒包络;复用效率;旁瓣泄露
  随着现代通信技术的发展,各种通信体制不断出现,因而导致无线电频谱资源越来越紧张。解决此问题有两种方案,一种是往高频段进行发展,另一种是采用多路信号复用技术。
  在高频段进行通信对系统本振的输出功率、相位噪声、杂散抑制有着很高的要求,实现起来有着很大的困难。多路信号复用技术是指将多路不相关信号通过某种方式合成一路信号的方式,实现频谱资源的充分利用。多路信号复用技术分为线性复用技术和恒包络复用技术,线性复用技术是将多路信号通过线性叠加的方式合成一路信号,合路信号的包络不恒定。因此,采用恒包络算法是非常合适的,由于其包络相对恒定,末端功放的非线性失真较小。现在卫星导航信号体制中,普遍采用恒包络复用算法。
  一、POCET技术原理
  POCET恒包络复用的基本原理是对包含约束项的目标函数使用某种优化算法来计算出一组最优相位,这组最优相位同时满足功率分配和相位分配条件。然后将这组最优相位存放于相位查找表中,当多路信号进行正交相位调制时,通过查表的方式获取对应的相位。对N路复用信号来说,存在2N个最优相位。复用时,通过输入N路信号的二进制组合,查表输出对应相位θi(0  需要注意的是,使用POCET技术,必须满足以下条件:①N路需要复用的信号互不相关;②各路信号中“0”、“1”电平等概出现。
  第k路信号的2N个分量的加权平均相关函数为:
  对于5路信号来说,使用该方法仍然需要计算16个相位,计算量仍然过大。基于此,本文提出一种上下左右对称的星座图映射方法,即星座图中的某组16个相位点和其余16个相位点的对应相位相差,某组16个相位点中前8个相位点与后8个相位点呈现镜像对称。通过matlab仿真发现,目标函数最后仍能收敛,其最终值达到数量级,功率约束和相位约束均能达到要求,复用效率也较高。由此证明本文提出的方法的高效性、可靠性。
  二、POCET技术实现
  本文对GPS未来现代化后的L1频点的L1CA、L1M、L1PY、L1Cp与L1Cd五路信号进行POCET恒包络复用。这五路信号的接收机最低接收功率分别为:-158.5 dBW、-158 dBW、-161.5 dBW、-158.25 dBW、-163 dBW。为了方便計算,将L1CA路信号的功率归一化为1。则这五路信号的功率分配为[1, 1.12, 0.50, 1.06, 0.35],相位分配为[0, 90, 90, 90, 90]。使用POCET算法进行优化时必须满足这些功率与相位分配关系。
  在POCET实现过程中发现,选取不同的初始相位会得到不同的相位优化结果,我们对不同的相位优化结果进行计算,发现最终的功率分配、相位分配以及优化效率等方面并没有发生变化。由此可以判断出POCET技术的结果一致性是比较理想的,并不会因为初始相位的变化而影响到最终的优化结果做出决策。
  三、结束语
  相对于其他四种恒包络调制技术,POCET可以在满足多路信号功率和相位分配的前提下,很大程度上提高了电源效率和降低了误码率。这种技术的提出,对于以后GPS现代化以及我国的北斗全球信号体制有着很大的指导意义。
  参考文献:
  [1]DAFESH P A, CAHN C R. Phase-Optimized Constant-Envelope Transmission (POCET) Modulation Method for GNSS Signals [C].
  [2]刘赟,李川章,牛会丰.POCET恒包络调制技术的研究与实现[J].无线电通信技术,2013年第39卷第5期.
  作者简介:李堪勃(1988—),男,汉族,河北石家庄人,主要研究方向:软件开发设计。
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