К.т.н. Хачатурян А.Б.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Выбор кодовых сигнатур для спектрально-эффективных сигналов ГНСС диапазона L1

По мере насыщения выделенных участков спектра новыми глобальными спутниковыми навигационными системами (ГНСС) все острее становится проблема их бесконфликтного сосуществования как между собой, так и с соседствующими в эфире системами иного назначения. Для ГНСС ГЛОНАСС этот проблема обретает особое значение за счет возможности просачивания ее сигналов в соседний диапазон 1610.6…1613.8 МГц, предназначенный для целей радиоастрономических наблюдений. Согласно Рекомендации ITU-RRA.769 порог суммарной плотности потока мощности сигналов всех космических аппаратов, попадающих в луч радиотелескопа, составляет в полосе 20 кГц. Уложиться в указанные лимиты, не жертвуя массогабаритными и стоимостными показателями оборудования космического аппарата, можно за счет замены стандартной бинарной фазовой модуляции (БФМ) спектрально-эффективными форматами, в частности модуляцией с непрерывной фазой (МНФ), позволяющей существенно сузить занимаемую полосу, не нарушив постоянства амплитуды сигнала. МНФ сигналы в условиях жесткой спектральной регламентации предпочтительны по сравнению со стандартной фазовой манипуляцией предпочтительны с позиции таких ключевых показателей как фильтрация помехи множественного доступа, точность временнóй привязки, точности измерении запаздывания сигнала, искаженного многолучевой помехой и др. Настоящий доклад посвящен выбору кодовых сигнатур для дальномерного сигнала ГНСС, эксплуатирующего МНФ, для параметров, обусловленных электромагнитной совместимостью ГНСС с системой радиоастрономических наблюдений.

В [1] показано, что МНФ может быть с некоторыми оговорками (в случае частичного отклика) сведена к квадратурной ФМ с одиночным импульсом гладкой формы. Таким образом, выбор ансамбля кодовых сигнатур для дальномерного сигнала может быть существенно упрощен за счет использования алгоритма поиска для сигналов с КФМ.

Анализ электромагнитной совместимости модернизированных сигналов ГНСС с соседствующими службами, показал, что в качестве ансамбля сигнатур необходимо использовать минимаксные последовательности длины и объемом . Поскольку среди известных минимаксных последовательностей нет кандидатов необходимой длины, было предложено использовать укороченные ансамбли минимаксных последовательностей, обеспечивающих наилучшие корреляционные характеристики.

Превосходство одного ансамбля над другим определяется величиной, называемой в системах CDMA помехой множественного доступа. ПМД , характеризует степень сходства -го и -го сигналов, смещенных друг относительно друга на позиций по времени и на Гц по частоте и имеет вид [2]

,

где - длина дальномерного кода, , - длина одиночного импульса (чипа). Физически ПМД выражает нормированный отклик фильтра согласованного с -м сигналом на -й, расстроенный на Гц.

Сравнение качественных показателей различных ансамблей производятся на основе максимального пика ПМД, определяемого как

,

где .

Поиск производился следующим образом: формировался исходный минимаксный ансамбль длины , затем в нем выделялся прямоугольник размером , который перемещался по строкам и столбцам исходной матрицы, в результате отыскивалось такое его положение, которое обеспечивало минимальное значение максимального пика взаимной помехи . В поиске были задействованы следующие кандидаты:

1. ансамбль Голда , (, );

2. ансамбль Камалетдинова-1 , (, );

3. ансамбль Камалетдинова-2 , (, );

4. ансамбль Касами , ;

5. ансамбль Кердока , .

Полученные таким образом результаты суммируются табл. 1. Значения таблицы ранжированы по уровню взаимной корреляции сигнатур. Как можно видеть ансамбль укороченных сигнатур на основе кода Кердока обеспечивает минимальное значение пика ПМД при мощности ансамбля вдвое больше заданного, что в свою очередь оставляет резерв для возможного роста количества спутников группировки. Таким образом, в качестве сигнатурного ансамбля модернизированного спектрально-компактного сигнала ГНСС следует выбрать укороченный ансамбль Кердока.

Таблица 1. Уровень ПМД укороченных ансамблей

Исходный ансамбль
Голд (2047, 2049)	2046	60	-20.9218
Камалетдинов-1 (2162, 48)	2046	48	-21.0167
Камалетдинов-2 (2256, 46)	2046	46	-21.3079
Голд (8191,8193)	4092	100	-22.5812
Камалетдинов-1 (4422, 68)	4092	68	-23.6760
Камалетдинов-2 (4556, 66)	4092	66	-23.7411
Касами (4095, 64)	4092	64	-24.0739
Кердок (4094, 2048)	4092	100	-23.8066

Литература:

1. Ипатов В. П., Игнатьев Ф.В., Хачатурян А. Б. Модуляция с непрерывной фазой при наличии памяти: аддитивное разложение и спектральная эффективность. // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2012. № 5. С. 3–8.

2. Ипатов В.П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов. Принципы и приложения. [Текст] Пер. с англ. – М.: Техносфера, 2007. – 487 с.