依据卫星导航信号的组成,卫星导航信号调制包括扩频调制和载波调制。①扩频调制,扩展频谱调制的简称,包括直接序列扩频、跳频、跳时和线性调频等多种方式。卫星导航信号一般采用直接序列扩频调制,即直接用导航电文数据码与伪随机码进行二进制异或,完成扩频调制。由于伪随机码的速率通常远高于导航电文的数据速率,因而数据码频宽在与伪随机码异或后被展宽。②载波调制,用调制信号去控制载波参数,使载波参数按照调制的信号规律变化。数字通信系统载波调制方式一般包括幅度键控、频移键控和相移键控,卫星导航信号一般采用相移键控。数据码和伪随机码完成扩频调制后,形成基带信号,再与载波进行异或,将基带信号上变频至载波频率,供卫星发射。
现代化导航信号引入了二进制偏移载波(BOC)调制技术,如图所示。BOC调制是在导航信号扩频调制后,增加一个与方波副载波的异或,将导航信号频谱分离于载频的两侧。BOC调制进一步展宽了信号频谱,相比于传统相移键控(PSK)调制信号,可以进一步降低接收机测量噪声,抑制多路径效应影响。
为了解决全球定位系统(GPS)民码和军码频谱重叠问题,1999年第一次引入了BOC调制。GPS在L1和L2频段增加的军码信号L1M和L2M采用BOC(10,5)调制。
这种原先建议作为GPS军用信号的调制技术随后被应用在现代化GPS民用信号和伽利略卫星导航系统(Galileo)、北斗卫星导航系统信号设计中。2004年6月,GPS与Galileo系统就兼容和互操作问题达成了一致意见,将BOC调制作为L1/E1频段上民用信号的共同基准。经美欧双方专家共同努力,于2006年共同推荐了一种扩频调制优化方法,即混合二进制混合偏移载波(MBOC)调制技术。GPS采用时分复用二进制偏移载波(TMBOC)调制,Galileo采用复合二进制偏移载波(CBOC)调制。
BOC调制虽然实现了频谱分离,但是载频左右两侧的频谱能量都来自同一个信号。为了增加BOC信号服务能力,Galileo提出了交替二进制偏移载波(AltBOC)调制,将高低两部分频谱分别调制成两个相互独立的信号成分,从而使得两个主瓣各自都能提供一个信号服务。Galileo E5频段信号即采用AltBOC调制。