北斗得与失（1-二次编码的缺点）

北斗得与失（1-二次编码的缺点）

《北斗得与失》系列主要讨论北斗二代卫星导航系统民用信号的优缺点。不吹不黑。

摘要：北斗B1I信号在D1导航电文中引入现代化GPS和Galileo系统常用的二次编码调制，但却没有深入理解二次编码的应用场景。在现阶段，北斗系统不具备应用二次编码条件的情况下，这“画虎不成反类猫”的“借鉴”，降低了系统的捕获灵敏度。

1. 北斗二次编码简介

北斗的二次编码是指D1导航电文上速率为1kbps的NH编码[1]：

2. 二次编码的优点

在GPS现代化和Galileo卫星导航系统的研制过程中提出和发展了二次编码的技术。有很多文章分析了二次编码的优点[2]：

1. 改善卫星信号之间的互相关特性。
2. 改善窄带抗干扰能力
3. 改善比特同步

3. 二次编码的缺点：北斗捕获灵敏度降低

3.1 相干积分与捕获灵敏度

GNSS信号捕获的一条经验准则是：信号经过积分后的SNR>14dB时，具有较好的捕获性能。那么，在相同的捕获时间内（1s），以14dB为限，不同的相干/非相干积分组合所达到的捕获灵敏度如下表（已考虑50bps的数据调制）。

积分组合	捕获灵敏度(dBm)
1ms*1000	-148.71
2ms*500	-150.14
4ms*250	-151.54
10ms*100	-153.23

3.2 二次编码对北斗的捕获灵敏度影响

参考上表，在1s的捕获时间内，北斗的二次编码使得接收机必须采用1ms×1000的相干积分，而对于GPS（L1 C/A）信号则可使用10ms×100的相干积分。即相比GPS信号，二次编码导致北斗的捕获灵敏度比GPS低4.5dB。然而这只是笼统的说法，因为实际的捕获可分为多种模式：

捕获方式	灵敏度特点
冷启动捕获	没有任何先验知识，都采用1ms相干方式， 所以GPS和北斗具有相同的捕获灵敏度，如-148dBm。
温/热启动捕获	北斗由于二次编码，采用1ms相干方式， GPS则可使用较长相干方式（如10ms）。 所以北斗比GPS的捕获灵敏度低4.5dB。
重捕获	通过准确的预测可剥离北斗的二次编码， 都可采用长相干积分方式（如20ms）， 所以GPS和北斗具有相同的捕获灵敏度，如-160dBm。

4. 原因讨论

二次编码导致北斗的捕获灵敏度下降，那为何GPS现代化信号和Galileo信号却仍然采用二次编码呢？原因在于：

1. 现代化的GNSS信号具有数据和导频两个通道。二次编码应用在导频通道上，替代了数据调制，同时二次编码速率不高，仍能采用较长的相干积分。
2. 现代化的GNSS信号具有多个频率的信号。主频率信号（如L1）用来快速捕获，其他频率信号（如L5）可使用辅助的方式剥离二次编码，仍能采用较长的相干积分。

综上，北斗系统在设计时，借鉴了GPS和Galileo的二次编码，但却没有深入的理解二次编码的应用场景。因为现阶段北斗不具备应用二次编码的条件（B1I是北斗系统的主频率信号，且只有一路信号，不分数据和导频通道），突兀的加入二次编码反而降低了系统的捕获灵敏度。

5. 参考文献

[1] 北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号(2.0版)[S]//中国卫星导航系统管理办公室. 2013.12.
[1] 吴晓东. GNSS二次编码分析[C]// 中国卫星导航学术年会电子. 2011.