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KR101467348B1 - 부분상관함수에 기초한 ｔｍｂｏｃ(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, ｔｍｂｏｃ 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템 - Google Patents

부분상관함수에 기초한 ｔｍｂｏｃ(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, ｔｍｂｏｃ 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템 Download PDF

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KR101467348B1
KR101467348B1 KR1020130135012A KR20130135012A KR101467348B1 KR 101467348 B1 KR101467348 B1 KR 101467348B1 KR 1020130135012 A KR1020130135012 A KR 1020130135012A KR 20130135012 A KR20130135012 A KR 20130135012A KR 101467348 B1 KR101467348 B1 KR 101467348B1
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KR
South Korea
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boc
correlation function
rti
correlation
partial
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Application number
KR1020130135012A
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English (en)
Inventor
채근홍
윤석호
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
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Abstract

TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연에 따라 지연된 지연 신호를 생성하는 단계, 전체 시간에 관하여 수신 신호와 지연 신호의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, BOC(1,1) 부분상관함수들 및 BOC(6,1) 부분상관함수들을 각각 생성하는 단계, BOC(1,1) 부분상관함수들을 각각 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수를 생성하는 단계, 12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들 중에서 첫 번째 및 12 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들을 소거 연산하여 제1 중간상관함수를 얻고, 두 번째 내지 11 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들과 제1 중간상관함수를 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 중간상관함수들을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들을 모두 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수를 생성하는 단계 및 BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수를 합산하여 주상관함수 를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

부분상관함수에 기초한 ＴＭＢＯＣ(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, ＴＭＢＯＣ 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템{METHOD FOR GENERATING UNAMBIGUOUS CORRELATION FUNCTION FOR TMBOC(6,1,4/33) SIGNAL BASED ON PARTIAL CORRELATION FUNCTIONS, APPARATUS FOR TRACKING TMBOC SIGNALS AND SATELLITE NAVIGATION SIGNAL RECEIVER SYSTEM}
본 발명은 위성 항법 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 위성 항법 기술에 이용되는 이진 옵셋 반송파 신호 추적 기법에 관한 것이다.
위성 항법 기술은 복수의 항법 위성들이 각 위성의 현재 위치와 시간이 담긴 위성 항법 신호를 지상으로 무작위적으로 송출하면, 지상의 위성 항법 수신기가 복수의 위성 항법 신호들을 수신하고 복수의 항법 위성들의 현재 위치 좌표들 및 신호들의 도달 시간을 계산함으로써 삼각 측량법에 의해 위성 항법 수신기가 자신의 지구좌표계에서 3차원적 위치를 결정하는 기술이다.
위성 항법 수신기가 자신의 경도, 위도 및 높이를 파악하려면, 이론상 적어도 3 개의 위성 신호가 필요하고, 위성 간의 시간 오차를 제거하여 정확도를 높이기 위해 하나의 위성 신호가 더 필요하여, 최소한 4 개의 위성이 필요하다.
전 세계적으로 정치적, 경제적, 군사적 이유로 여러 국가들이 독자적인 위성 항법 시스템을 구축하고 있다. 미국의 GPS 시스템이 가장 널리 사용되고 유명하지만, EU는 갈릴레오 시스템, 러시아의 GLONASS, 중국의 COMPASS 시스템, 일본의 QZSS 시스템(추후 JRANS 시스템으로 확대)도 추진되고 있다.
위성 항법 신호는 간섭이나 전파 방해에 강해야 하므로, 다양하고 정교한 변조 기법들이 채택되고 있는데, 차세대 위성 항법 시스템들 중에 다수가 기존의 PSK(Phase shift keying) 변조 방식을 대체하거나 또는 이에 추가적으로 이진 옵셋 반송파(BOC, binary Offset Carrier) 변조 방식을 채택하고 있다는 점은 주목할 만하다. PSK 변조 방식에 비해, BOC 변조 방식은 자기 상관 함수의 주 첨두의 폭이 좁기 때문에 좀더 좋은 신호 추적 성능을 보여준다.
또한 BOC 변조 방식은 PSK 변조 방식과 달리, 스펙트럼이 분리되고 대역의 중심부에서 가장자리로 에너지를 이동시키는 특성이 있어서, 기존의 변조 방식을 이용 중이던 대역에 추가로 적용할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 차세대 위성 항법 시스템들이 PSK 변조 방식과 함께 BOC 방식을 이용할 수 있어서, 성능 향상과 함께 과거 호환성을 보장할 수 있다.
BOC 신호는 의사 잡음 부호(pseudo random noise, PRN)와, 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 위상의 구형(rectangular) 부반송파(sub-carrier)의 곱이라 표현되는 신호이다. 부반송파의 종류에 따라 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n)으로 표현된다. k는 PRN 코드 칩 주기와 부반송파 주기의 비를 나타내는 양의 정수이고, n은 PRN 코드 칩 전송율과 C/A 코드의 클럭 주파수인 1.023 MHz의 비율을 나타낸다.
BOC 신호는 신호 추적 성능이 좋고 기존의 PSK 변조 방식과 호환성이 우수하지만, 첨두가 하나인 PSK 방식과 달리, 자기 상관 함수가 최고치를 가지는 주 첨두 주변에 여러 주변 첨두를 가지는 문제가 있다. 주변 첨두로 인해 BOC 신호 추적 시에 주 첨두 대신에 주변 첨두에 동기화되는, 이른바 모호성 문제가 발생할 수 있다.
한편, 과거 호환성을 유지하면서 GPS 시스템을 현대화하고 또한 GPS 시스템과 갈릴레오 시스템과의 호환성을 제공하기 위해, 복합 이진 옵셋 반송파(multiplexed BOC) 변조 방식이 제안되었고, 미국과 유럽 당국은 논의 끝에 최종적으로 BOCsin(1,1) 신호와 BOCsin(6,1) 신호가 전력 분리 비율 1/11로 결합되는 이른바 MBOC(6,1,1/11) 변조 방식을 채택하기로 결정하였다.
흥미롭게도, 미국 측과 유럽 측은 MBOC(6,1,1/11) 변조 방식의 전력 스펙트럼 밀도를 만족할 수 있는 부반송파 신호들 BOC(1,1)과 BOC(6,1)의 합성 방식을 서로 다르게 구현하였다. 먼저 미국 측은 시간 영역에서 두 부반송파 BOC(1,1)과 BOC(6,1)을 서로 중첩되지 않게 이용하는 시간 다중화 복합 반송파(time-multiplexed BOC, TMBOC)로 구현하였다. 반면에 유럽 측은 부반송파 BOC(1,1)에 BOC(6,1)을 시간 축에서 합산하여 합성 이진 옵셋 반송파(Composite BOC, CBOC)로 구현하였다.
한편, TMBOC 변조 신호는 75%의 전력이 파일럿(pilot) 성분에, 25%의 전력은 데이터 성분에 실림으로써 높은 부반송파 주파수로부터 이점이 없는 데이터를 위해 BOC(1,1) 확산 심볼들이 이용되도록 하였다. 반면에 파일럿 성분을 29/33의 BOC(1,1) 확산 심볼들과 4/33의 BOC(6,1) 확산 심볼들로 구성함으로써, 부반송파의 높은 주파수로 인한 이점이 파일럿 성분에서 얻어지고 신호 추적 성능도 향상되도록 하였다.
나아가, TMBOC 변조 신호의 파일럿 성분은 매 33 개 칩들 중 1번, 5번, 7번 및 30번의 네 개의 칩 위치에서 BOC(6,1) 확산 심볼이 각각 위치하고 나머지 29 개의 칩 위치에서 BOC(1,1) 확산 심볼들이 위치하도록 규정(TMBOC(6,1,4/33)이라 표현)되었고, 이러한 33 개 칩 패턴이 310번 반복되어, 확산 코드가 10230 칩 길이가 되도록 하였다.
TMBOC(6,1,4/33) 신호는 BOCsin(6,1) 신호 성분을 33 칩들 중 4 칩의 비율로 포함하는데, BOCsin(6,1) 신호 성분의 자기상관함수의 주 첨두는 BOCsin(1,1) 신호 성분의 자기상관함수의 주 첨두보다 더 첨예하므로 좀더 우수한 측위 정확도를 제공할 수 있다.
하지만 TMBOC(6,1,4/33) 신호는 여전히 자기상관함수의 주 첨두 주변에 주변 첨두들을 가지므로, 모호성은 여전히 문제된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 부분상관함수에 기초한 TMBOC(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, TMBOC 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존에 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 신호에 적용되는 BOC 신호 추적 기법들을 발전시켜 TMBOC(6,1,4/33) 신호에 대해 비모호 상관함수를 생성할 수 있는 방법, TMBOC 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존에 BOC 신호를 위해 개발된 상관함수 생성 기법을 이용하지 않고 TMBOC 신호의 독자적인 특성을 기반으로 개발되는 TMBOC(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, TMBOC 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 지연 고정 루프는,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
Figure pat00001
의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00002
및
Figure pat00003
를 생성하는 국소 신호 생성부;
전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
Figure pat00004
와 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00005
및
Figure pat00006
의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00007
및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00008
과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00009
및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00010
을 각각 생성하는 선행 및 후행 자기상관부;
선행 및 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00011
및
Figure pat00012
을 각각 소거 연산하여 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00013
및
Figure pat00014
를 생성하는 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부;
12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00015
중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00016
및
Figure pat00017
을 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00018
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00019
과 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00020
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00021
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00022
을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00023
를 생성하는 선행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부;
12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00024
중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00025
및
Figure pat00026
을 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
Figure pat00027
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00028
과 제1 후선행 중간상관함수
Figure pat00029
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00030
을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00031
을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00032
를 생성하는 후행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부;
선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00033
와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00034
를 합산하여 선행 주상관함수
Figure pat00035
를 생성하고, 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00036
와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00037
를 합산하여 후행 주상관함수
Figure pat00038
를 생성하는 선행 및 후행 결합부; 및
상기 선행 주상관함수 및 후행 주상관함수의 값들에 기초한 판별 함수의 판별 출력에 기초하여, 상기 수신 신호에 대한 위상 지연 τ을 결정하고, 결정된 위상 지연 τ을 상기 국소 신호 생성부에 출력하는 수치 제어 발진기를 포함하고,
상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00039
및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00040
과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00041
및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00042
은, 다음 수학식
Figure pat00043
에 기초하며,
여기서, P는 TMBOC 변조 신호의 전력, hi∈{-1,1}는 주기가 T인 PRN 코드의 i번째 칩, Tc는 PRN 코드 칩의 주기,
Figure pat00044
는 [0, Tc]에 존재하는 단위 구형파,
Figure pat00045
및
Figure pat00046
는 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 두 개의 BOC(1,1) 부분 부반송파 성분들
Figure pat00047
과 12 개의 BOC(6,1) 부분 부반송파 파형 성분들
Figure pat00048
일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00049
또는 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00050
는 다음 수학식
Figure pat00051
에 기초하여 각각 생성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00052
및 제1 후행 중간상관함수
Figure pat00053
은 다음 수학식
Figure pat00054
에 기초하여 생성되고,
상기 제2 내지 제11 선행 및 후행 중간상관함수들
Figure pat00055
및 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00056
은 다음 수학식
Figure pat00057
에 기초하여 생성되며, 상기 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00058
및 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00059
는 다음 수학식
Figure pat00060
에 기초하여 각각 생성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 판별 함수는 다음 수학식
Figure pat00061
에 따라 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 TMBOC 신호 추적 방법은,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
Figure pat00062
의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00063
및
Figure pat00064
를 생성하는 단계;
전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
Figure pat00065
와 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00066
및
Figure pat00067
의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00068
및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00069
과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00070
및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00071
을 각각 생성하는 단계;
선행 및 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00072
및
Figure pat00073
을 각각 소거 연산하여 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00074
및
Figure pat00075
를 생성하는 단계;
12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00076
중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00077
및
Figure pat00078
을 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00079
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00080
과 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00081
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00082
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00083
을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00084
를 생성하는 단계;
12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00085
중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00086
및
Figure pat00087
을 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
Figure pat00088
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00089
과 제1 후선행 중간상관함수
Figure pat00090
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00091
을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00092
을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00093
를 생성하는 단계;
선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00094
와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00095
를 합산하여 선행 주상관함수
Figure pat00096
를 생성하고, 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00097
와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00098
를 합산하여 후행 주상관함수
Figure pat00099
를 생성하는 단계; 및
상기 선행 주상관함수 및 후행 주상관함수의 값들에 기초한 판별 함수의 판별 출력에 기초하여, 상기 수신 신호에 대한 위상 지연 τ을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 TMBOC(6,1,4/33) 상관함수 생성 방법은,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호 의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ에 따라 지연된 지연 신호
Figure pat00101
를 생성하는 단계;
전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
Figure pat00102
와 지연 신호
Figure pat00103
의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00104
및 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00105
을 각각 생성하는 단계;
BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00106
및
Figure pat00107
을 각각 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00108
를 생성하는 단계;
12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00109
중에서 첫 번째 및 12 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00110
및
Figure pat00111
을 소거 연산하여 제1 중간상관함수
Figure pat00112
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00113
과 제1 중간상관함수
Figure pat00114
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 중간상관함수들
Figure pat00115
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00116
을 모두 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00117
를 생성하는 단계; 및
BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00118
와 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00119
를 합산하여 주상관함수
Figure pat00120
를 생성하는 단계를 포함하며,
상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산일 수 있다.
일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치는,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호에 대해, 반송파 주파수 보정 값을 기초로 반송파 주파수에 대한 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 출력하는 주파수 오차 보정부;
코드 위상 지연 값에 따라 지연 보정된 국소 코드를 생성하는 국소 코드 생성부;
지연이 보정된 국소 코드와 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 믹싱하는 믹서;
상기 지연이 보정된 국소 신호와 상기 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 상관하여 얻은 상관 값이 상관함수의 주 첨두의 꼭지점에 위치하도록 하는 코드 위상 지연 값을 반복적으로 추적하여 산출하고, 산출된 상기 코드 위상 지연 값을 상기 국소 코드 생성부에 제공하는 지연 고정 루프;
추적되는 코드 위상 지연 값에 따른 국소 코드의 자기 상관 값에 기초하여 반송파 신호의 위상 오차를 최소화할 수 있도록 반송파 주파수 보정 값을 반복적으로 산출하고, 상기 반송파 주파수 보정 값을 상기 주파수 오차 보정부에 제공하는 위상 고정 루프; 및
상기 지연이 보정된 국소 코드와 상기 보정 수신 신호의 믹싱된 신호로부터 확산 데이터를 추출하는 데이터 추출부를 포함하고,
상기 지연 고정 루프는,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들 중 BOC(1,1) 성분의 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수를 생성하고, BOC(6,1) 성분의 첫 번째 및 12번째 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 제1 중간상관함수와, BOC(6,1) 성분의 두 번째부터 11번째 부분상관함수와 제1 중간상관함수를 소거 연산하여 생성되는 제2 내지 제11 중간상관함수들을 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수를 생성하며, BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수를 합쳐 주상관함수를 획득하며,
상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산일 수 있다.
일 실시예에 따라,
상기 데이터 추출부는 상기 위성 항법 데이터를 추출하며, 추출된 항법 데이터에 의해 의사거리를 추정하도록 동작할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 위성 항법 신호 수신 시스템은,
안테나에서 수신된 공간 무선 신호로부터 TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호를 출력하는 프론트엔드부;
출력된 수신 신호에 대해 지연 고정 루프를 이용하여 코드 위상 지연 값을 획득 및 추적하고, 위상 고정 루프를 이용하여 반송파 주파수 오차를 보정하며, 코드 위상 지연이 보정된 국소 코드 및 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호로부터 탑재 데이터를 추출하는 기저 대역 처리부; 및
추출된 탑재 데이터에 기초하여 소정의 응용 기능을 수행하는 응용 기능 처리부를 포함하고,
상기 기저 대역 처리부는,
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
Figure pat00121
의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ에 따라 지연된 지연 신호
Figure pat00122
를 생성하고,
전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
Figure pat00123
와 지연 신호
Figure pat00124
의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00125
및 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00126
을 각각 생성하며,
BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00127
및
Figure pat00128
을 각각 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00129
를 생성하고,
12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00130
중에서 첫 번째 및 12 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00131
및
Figure pat00132
을 소거 연산하여 제1 중간상관함수
Figure pat00133
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00134
과 제1 중간상관함수
Figure pat00135
을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 중간상관함수들
Figure pat00136
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00137
을 모두 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00138
를 생성하며; 및
BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00139
와 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00140
를 합산하여 주상관함수
Figure pat00141
를 생성하고,
상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산일 수 있다.
본 발명의 TMBOC(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, TMBOC 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템에 따르면, 기존에 BOCsin(kn,n) 신호 또는 BOCcos(kn,n) 신호에 기반함으로써 BOC(6,1) 신호의 이점을 활용하기 어려웠던 종래의 TMBOC 신호 추적 기법들의 단점을 해소하여 TMBOC(6,1,4/33) 신호에 최적으로 적용할 수 있다.
본 발명의 TMBOC(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, TMBOC 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템에 따르면, 주변 첨두를 완전히 제거할 수 있고, 제안된 비모호 상관함수는 자기상관함수보다 더 첨예하고 더 높다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 신호 수신 시스템을 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치의 지연 고정 루프(DLL)를 예시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호에서, 33 개 칩 주기의 파일럿 성분을 구성하는 펄스들을 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호의 BOC(1,1) 성분의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들(partial correlation functions)과 BOC(1,1) 부상관함수를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호의 BOC(6,1) 성분의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들의 매칭된 쌍들과 BOC(6,1) 부상관함수를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호의 BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수들을 합산하여 생성된 주상관함수를 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호에 대해 도 7과 같이 생성된 주상관함수와 자기상관함수를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 방법을 예시한 순서도이다.
도 10는 본 발명의 실시예들에 따른 TMBOC 신호 추적 장치 및 방법의 성능을 예시한 그래프이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 항법 신호 수신 시스템을 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 위성 항법 신호 수신 시스템(10)은 안테나, 프론트엔드부(Front end)(11), 기저 대역 처리부(12) 및 항법 기능 처리부(13)를 포함한다.
항법 위성에서 방출되어 안테나에서 수신된 공간 무선 신호(SIS, signal in space)는 프론트엔드부(11)에서 주파수 동조(tuning), 하향 변환(down conversion), 필터링(filtering), 증폭(amplifying) 및 디지털 샘플링을 거쳐 디지털 수신 신호로 출력된다.
기저 대역 처리부(12)는 출력된 수신 신호에 대해 신호 상관 기법에 기초하여 신호 동기를 획득 및 추적하는 지연 고정 루프(DLL, delay lock loop)을 이용하여 코드 위상 지연(code delay)를 획득 및 추적하고, 페이딩(fading)이나 도플러 효과(doppler effect)를 보정하기 위해 위상 고정 루프(PLL, Phase lock loop)를 이용하여 반송파 주파수 오차를 보정하며, 코드 위상 지연이 보정된 국소 신호 및 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호로부터 동기화된 위성 항법 데이터를 추출할 수 있다.
특히, 기저 대역 처리부(12)는 위성 항법 데이터로부터, 위성으로부터 위성 항법 신호 수신 시스템(10)까지의 의사거리(pseudorange)를 생성하여 출력할 수 있다.
나아가, 기저 대역 처리부(12)는 의사거리 외에도, 보정 수신 신호로부터 위상 측정 데이터, 위성 위치 데이터(almanac), 위성 클럭 정보(satellite clock information), 위성 궤도 데이터(ephemeris) 등을 추출할 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 위성 항법 신호 수신 시스템(10)의 기저 대역 처리부(12)는, 아래에 설명될 바와 같이, TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들 중 BOC(1,1) 성분의 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 BOC(1,1) 부상관함수와, BOC(6,1) 성분의 첫 번째 및 12번째 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 제1 중간상관함수, BOC(6,1) 성분의 두 번째부터 11번째 부분상관함수와 제1 중간상관함수를 소거 연산하여 생성되는 제2 내지 제11 중간상관함수들을 합산하여 생성된 BOC(6,1) 부상관함수를 결합하여 주상관함수를 생성하며, 주 첨두만 가지는 주상관함수에 기초하여 코드 위상 지연을 정확히 획득 및 추적할 수 있다.
항법 기능 처리부(13)는 복수의 위성들에 대해 제공된 의사거리들에 기초하여 수신 시스템(10)의 좌표와 움직임을 산출할 수 있다.
이 경우에, 예를 들어, 항법 기능 처리부(13)는 세 개의 위성에 대해 얻은 의사거리들로부터 위성 항법 신호 수신 시스템(10)의 2차원 좌표를 산출하며, 적어도 네 개의 위성에 대해 얻은 의사거리들로부터 3차원 좌표를 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 예시한 블록도이다.
도 1의 위성 항법 신호 수신 시스템(10)의 기저 대역 처리부(12)는 도 2의 TMBOC 신호 추적 장치(20)와 같은 회로들을 이용하여 코드 위상 지연을 획득하고 추적할 수 있다.
도 2를 참조하면, TMBOC 신호 추적 장치(20)는 주파수 오차 보정부(21), 국소 코드(local code) 생성부(22), 믹서(23), 지연 고정 루프(DLL)(24), 위상 고정 루프(PLL)(25) 및 데이터 추출부(26)를 포함할 수 있다.
TMBOC 신호 추적 장치(20)가 TMBOC 수신 신호를 수신하려면 TMBOC 수신 신호가 수신 시스템(10)까지 도달하는 데에 시간이 필요하고, 또한 무선 신호가 전파하는 동안 페이딩이나 또는 도플러 효과로 인해 반송파 주파수 오차가 일어나기 때문에, TMBOC 수신 신호를 정확히 추적하고 복조하려면 코드 위상 지연 값과 반송파 주파수 오차를 알아내야 한다.
TMBOC 수신 신호를 처음 수신할 때에는 이러한 코드 위상 지연 값과 주파수 오차 값을 알 수 없거나 부정확하게 추정할 수 밖에 없기 때문에, 이와 같은 지연 고정 루프(24) 또는 위상 고정 루프(25)를 통해 각각 코드 위상 지연 값을 알아내거나 반송파 주파수를 보정하여야 한다.
먼저, 주파수 오차 보정부(21)는 TMBOC 수신 신호에 대해 위상 고정 루프(25)에서 제공된 반송파 주파수 보정 값을 기초로 반송파 주파수에 대한 페이딩 또는 도플러 효과에 의한 주파수 오차를 보정한 보정 수신 신호를 출력한다. 최초에는 산출된 반송파 주파수 오차를 보정하기 위한 정보가 없기 때문에 디폴트 값이 적용되거나 과거의 추정치가 적용될 수 있다.
국소 코드 생성부(22)는 지연 고정 루프(24)에서 산출된 코드 위상 지연 값에 따라 지연이 보정된 국소 코드를 생성한다. 최초에는 산출된 코드 위상 지연 값이 없기 때문에 디폴트 값이 적용되거나 과거의 추정치가 적용될 수 있다.
믹서(23)는 지연 보정된 국소 코드와 주파수 편이가 보정된 보정 수신 신호를 믹싱한다.
지연 고정 루프(24)는 보정 수신 신호와 소정의 코드 위상 지연 값에 따라 지연된 수신 신호에 관하여 소정의 상관 연산을 처리하여 얻은 상관 값이 주상관함수의 주 첨두에 위치하도록 만드는 코드 위상 지연 값을 반복적으로 추적하여 산출하고, 산출된 코드 위상 지연 값을 국소 코드 생성부(22)에 제공한다.
좀더 구체적으로, 지연 고정 루프(24)는 아래에서 좀더 상세하게 설명되겠지만, TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들 중 BOC(1,1) 성분의 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 BOC(1,1) 부상관함수와, BOC(6,1) 성분의 첫 번째 및 12번째 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 제1 중간상관함수, BOC(6,1) 성분의 두 번째부터 11번째 부분상관함수와 제1 중간상관함수를 소거 연산하여 생성되는 제2 내지 제11 중간상관함수들을 합산하여 생성된 BOC(6,1) 부상관함수를 결합하여 주상관함수를 획득할 수 있다.
여기서, 소거 연산은, 수학식 5와 관련하여 후술하듯이, 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐, 어떤 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 이고, AB>0이면, |A|+|B|-|A-B|>0인 대수학적 관계식에 관한 연산을 의미한다.
본 발명에 따른 주상관함수는 주 첨두를 제외한 주변 첨두들이 모두 제거되고, 자기상관함수에 비해 중심부에서 좀더 첨예하고, 주 첨두의 높이가 좀더 높기 때문에, 추적 성능을 항상시킬 수 있다.
위상 고정 루프(25)는 추적되는 코드 위상 지연 값에 따른 국소 코드의 자기 상관 값에 기초하여 반송파 신호의 위상 오차를 최소화할 수 있도록 반송파 주파수를 반복적으로 보정하고, 반송파 주파수 보정 값을 주파수 오차 보정부(21)에 제공한다.
데이터 추출부(26)는, 보정 수신 신호가 적절하게 획득(aquisition)되어 추적(tracking)된 이후부터는, 지연이 보정된 국소 코드와 주파수 편이가 보정된 보정 수신 신호의 믹싱된 신호로부터, 예를 들어 위성 측에서 PRN 코드로 변조된 위성 항법 데이터와 같은 동기화된 데이터를 정확하게 추출할 수 있다.
나아가, 데이터 추출부(26)는 추출된 위성 항법 데이터에 의해 위성까지의 의사거리를 추정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치의 지연 고정 루프(DLL)를 예시한 블록도이다.
지연 고정 루프(24)는 구체적으로 국소 신호 생성부(31), 선행 및 후행 믹서(32a, 32b), 선행 및 후행 자기상관부(33a, 33b), 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부(34a, 34b), 선행 및 후행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부(35a, 35b), 선행 및 후행 결합부(36a, 36b), 판별기 믹서(37), 루프 필터(loop filter)(38) 및 수치 제어 발진기(Numerical control oscillator, NCO)(39)를 포함한다.
종래에 TMBOC 신호 추적 장치는 TMBOC 신호의 확산 코드 및 그 동기를 획득하는 단계에서는 국소 코드 생성부에서 제공되는 사전에(a priori) 알고 있는 확산 코드들을 수신 신호와 상관 연산하여 가장 상관 값이 큰 확산 코드 및 그 동기를 획득하고, 획득 이후에 코드 위상 지연을 추적하는 단계에서는 국소 코드 생성부에서 지연된 수신 신호를 출력하여 수신 신호와 자기상관하여 상관 값이 가장 큰 주 첨두를 보이는 코드 지연 위상을 찾는다.
상술하였듯이, TMBOC 신호의 자기상관함수는 복수의 주변 첨두들을 가지는데, 이를 해결하기 위해, 먼저, 본 발명의 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부(34a, 34b)는, 수신 신호의 자기상관함수를 그대로 이용하는 대신에, 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 두 부분상관함수들을 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수를 얻는다.
이어서, 본 발명의 선행 및 후행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부(35a, 35b)는, 마찬가지로 수신 신호의 자기상관함수를 그대로 이용하는 대신에, 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 열 두 개의 부분상관함수들 중 첫 번째 및 12번째 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 제1 중간상관함수, BOC(6,1) 성분의 두 번째부터 11번째 부분상관함수의 각각과 제1 중간상관함수를 각각 소거 연산하여 생성되는 제2 내지 제11 중간상관함수들을 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수를 얻는다.
다음으로, 본 발명의 선행 및 후행 결합부(36a, 36b)는, BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수를 중첩하여 주 첨두만 가지는 주상관함수를 제공할 수 있다.
여기서, 자기 상관 연산이란, 어느 한 신호 X(t)에 대해 이 신호 X(t)의 지연 시간 τ을 조금씩 변경해가면서 샘플링한 신호 X(t+τ)와 신호 X(t)를 곱하는 연산이다. 통상적으로, 신호 X(t)가 특정 패턴을 반복할 때에, X(t)와 X(t+τ)의 자기 상관 값은 τ가 패턴의 주기와 같을 때에 확연히 크게 나타나고, 그렇지 않으면 작게 나타나기 때문에(즉 상관함수가 첨두 모양으로 나타나기 때문에), 자기 상관 연산의 결과가 가장 크게 나타나는 시간 지연을 찾으면 그 시간 지연 값 τ이 곧 신호 X(t)의 주기이다.
만약 신호 X(t)가 동기화된 신호의 시작을 알리는 프리엠블(preamble)이라면 자기 상관 연산으로 신호 동기를 대략적으로(coarsely) 획득(acquisition)할 수 있다.
나아가, 신호 동기를 획득한 다음에는, 자기 상관 연산을 통해 좀더 세밀하게(finely) 신호 동기를 추적(tracking)할 수 있다.
또한 통상적으로 상관함수의 첨두의 꼭지점을 추적하는 판별법에는 몇 가지 기법이 있는데, 예를 들어, 현재 적용된 지연 시간에 따른 현재 상관(Prompt correlation)과 그보다 선행 및 후행하는 선행 상관(Early correlation) 및 후행 상관(Late correlation)의 값들의 변화 양상을 이용하는 기법이 있다.
예를 들어, 만약 상관값이 선행 상관, 현재 상관 및 후행 상관 순서로 나타나거나 또는 그 역순이라면 현재 상관은 첨두의 경사 부분에 있는 것이라고 볼 수 있다. 만약, 현재 상관의 상관값이 가장 크고 선행 상관 및 후행 상관은 그보다 작다면, 현재 상관이 첨두의 꼭지점 근처에 있음을 의미한다.
앞서 설명한 대로, TMBOC (6,1,4/33) 변조 기법에서, 25%의 전력은 데이터 신호 성분에 할당되고, 75%의 전력은 파일럿 신호 성분에 할당된다. 데이터 신호 성분은 BOCsin(1,1) 신호만을 포함하며, TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호는 파일럿 신호 성분에만 이용된다.
TMBOC(6,1,4/33) 변조된 기저대역의 수신 신호 m(t)는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00142
여기서, P는 TMBOC 변조 신호의 전력, hi∈{-1,1}는 주기가 T인 예를 들어 PRN 코드의 i번째 칩(chip), Tc는 PRN 코드 칩의 주기,
Figure pat00143
는 [0, Tc]에 존재하는 단위 구형파, d(t)는 항법 데이터이다. 다만, 파일럿 신호 성분은 데이터를 가지지 않으므로, 항법 데이터 d(t)는 1로 간주된다.
psc(t)는 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 PRN 코드 칩 하나에 존재하는 부반송파(sub-carrier)의 파형이다. 앞서 설명하였듯이, PRN 코드는 각각 주기가 Tc인 33 개 심볼들 중에 1번, 5번, 7번 및 30번의 네 개의 칩 위치의 심볼들이 BOC(6,1) 부반송파 파형으로 변조되고, BOC(1,1) 부반송파 파형으로 나머지 29 개 심볼이 변조되고 된다.
부반송파 psc(t)을 구성하는 BOC(1,1) 부반송파 파형과 BOC(6,1) 부반송파 파형을 각각 다음 수학식 2와 같이
Figure pat00144
및
Figure pat00145
라고 하면, 부반송파 psc(t)는 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00146
Figure pat00147
여기서,
Figure pat00148
는 BOC(1,1) 부반송파 파형의 한 펄스 주기로서
Figure pat00149
이고,
Figure pat00150
는 BOC(6,1) 부반송파 파형의 한 주기로서
Figure pat00151
이다. k는 정수이다.
부반송파 psc(t)의 펄스 파형을 좀더 구체적으로 예시하기 위해 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호에서, 33 개 칩 주기의 파일럿 성분을 구성하는 펄스들을 예시한다.
TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호에서 반복되는 33 개 칩들을 관찰하면, i=0, 4, 6, 29인 구간에서만 BOC(6,1) 부반송파 파형들
Figure pat00152
이 나타나고, 나머지 구간들에서는 BOC(1,1) 부반송파 파형들
Figure pat00153
이 나타난다.
이에 따라, TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호를 특정 펄스들의 집합으로 분해하면 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
먼저, BOC(1,1) 부반송파 파형
Figure pat00154
은 데이터가 1일 때 매 주기마다
Figure pat00155
동안은 +1이고 나머지
Figure pat00156
동안은 -1인 파형을 가진다.
따라서, BOC(1,1) 부반송파 파형
Figure pat00157
은 매 칩주기 앞
Figure pat00158
동안 +1인 펄스
Figure pat00159
의 열인 제1 BOC(1,1) 부분 부반송파 성분과, 매 칩주기의 나머지
Figure pat00160
동안 -1인 펄스
Figure pat00161
의 열인 제2 BOC(1,1) 부분 부반송파 성분으로 각각 나누어 표현될 수 있다.
또한 BOC(6,1) 부반송파 파형
Figure pat00162
은 매 칩주기 첫
Figure pat00163
동안 +1인 펄스
Figure pat00164
의 열인 제1 BOC(6,1) 부분 부반송파 성분과, 매 칩주기 두 번째
Figure pat00165
동안 -1인 펄스
Figure pat00166
의 열인 제2 BOC(6,1) 부분 부반송파 성분을 시작으로, 매 칩주기 11 번째
Figure pat00167
동안 +1인 펄스
Figure pat00168
의 열인 제11 BOC(6,1) 부분 부반송파 성분과 매 칩주기 마지막
Figure pat00169
동안 -1인 펄스
Figure pat00170
의 열인 제12 BOC(6,1) 부분 부반송파 성분들로 각각 나누어 표현될 수 있다.
이러한 두 개의 BOC(1,1) 부분 부반송파 성분들
Figure pat00171
과 12 개의 BOC(6,1) 부분 부반송파 파형 성분들
Figure pat00172
에 의해, TMBOC(6,1,4/33) 신호의 정규화된 자기상관함수 R(τ)는 다음 수학식 4와 같이 2 개의 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00173
과 12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00174
의 단순 중첩으로 표현될 수 있다.
Figure pat00175
여기서, P는 수신 신호 m(t)의 전력(power)이고, T는 의사 잡음 코드의 주기이다. 의사 잡음 코드의 칩에서 +1 또는 -1의 부호가 동일한 확률 분포로 나타난다고 가정하고, 또한 의사 잡음 코드의 주기 T는 칩 주기 Tc보다 훨씬 크다고 할 수 있다.
이어서, 2 개의 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00176
(여기서 x는 0부터 1까지의 정수)과 12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00177
(여기서 y는 0부터 11까지의 정수)을 소거 연산 및 조합하여 비모호 주상관함수를 아래와 같이 얻는다.
특히, 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 소거 연산은 다음 수학식 5와 같은 대수학적 관계식을 지칭하는데, 이러한 부분상관함수들을 소거 연산함으로써, 주 첨두로 남길 중앙의 첨두 조각들을 제외한 나머지 파형들을 제거할 수 있다.
Figure pat00178
여기서, 수학식 5의 실수 A와 B의 소거 연산은 간단하게 A
Figure pat00179
B로 표시할 수도 있다.
먼저, BOC(1,1) 부분상관함수들을 기초로 주상관함수에 이르기 위한 BOC(1,1) 부상관함수를 얻는 과정을 예시하기 위해 잠시 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호 중 BOC(1,1) 성분의 자기상관함수를 구성하는 2 개의 BOC(1,1) 부분상관함수들과 BOC(1,1) 부상관함수를 예시한다.
도 5에서, 2 개의 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00180
과
Figure pat00181
의 소거 연산에 따라 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00182
를 얻는다.
BOC(1,1) 부분상관함수
Figure pat00183
는
Figure pat00184
에서 원점에 가장 가까운 부호 변환점을 가지고, 나머지 BOC(1,1) 부분상관함수
Figure pat00185
는
Figure pat00186
에서 원점에 가장 가까운 부호 변환점을 가진다. 두 BOC(1,1) 부분상관함수들의 곱
Figure pat00187
Figure pat00188
은
Figure pat00189
구간에서만 양의 값이고, 나머지 구간에서는 0 또는 음의 값을 가짐을 관찰할 수 있다.
이에 따라, 2 개의 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00190
과
Figure pat00191
에 대해 수학식 6과 같이 소거 연산하면,
Figure pat00192
구간에서만 소정의 양의 값을 가지고, 나머지 구간에서는 0이 된다.
Figure pat00193
좀더 구체적으로, BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00194
는
Figure pat00195
구간에서는
Figure pat00196
이고,
Figure pat00197
구간에서는
Figure pat00198
인 주 첨두를 가지며, 그외의 구간에서는 모두 0이어서, 주변 첨두를 전혀 가지지 않는다.
이어서, BOC(6,1) 부분상관함수들을 기초로 주상관함수에 이르기 위한 BOC(6,1) 부상관함수를 얻는 과정을 예시하기 위해 잠시 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호의 BOC(6,1) 성분의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들의 매칭된 쌍들과 BOC(6,1) 부상관함수를 예시한다.
도 6에서, 12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00199
에 대해, 다음 수학식 7과 같이 첫 번째(y=0) 및 마지막(y=11)의 부분상관함수 쌍
Figure pat00200
및
Figure pat00201
의 소거 연산에 따라 제1 중간상관함수
Figure pat00202
가 생성된다.
Figure pat00203
첫 번째 BOC(6,1) 부분상관함수
Figure pat00204
는
Figure pat00205
에서 원점에 가장 가까운 부호 변환점을 가지고, 12번째 BOC(6,1) 부분상관함수
Figure pat00206
는
Figure pat00207
에서 원점에 가장 가까운 부호 변환점을 가진다. 두 BOC(6,1) 부분상관함수들의 곱
Figure pat00208
Figure pat00209
은
Figure pat00210
구간에서만 양의 값이고, 나머지 구간에서는 0 또는 음의 값을 가짐을 관찰할 수 있다.
이에 따라, 두 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00211
과
Figure pat00212
에 대해 수학식 7과 같이 소거 연산하면,
Figure pat00213
구간에서만 소정의 양의 값을 가지고, 나머지 구간에서는 0이 된다.
따라서, 제1 중간상관함수
Figure pat00214
는
Figure pat00215
구간에서는
Figure pat00216
이고,
Figure pat00217
구간에서는
Figure pat00218
인 주 첨두를 가지며, 그외의 구간에서는 모두 0이어서, 주변 첨두를 전혀 가지지 않는다.
비록 이 제1 중간상관함수
Figure pat00219
가 첨예한 주 첨두를 가지기는 하지만, BOC(6,1) 신호 성분이 전체 파일럿 신호 성분의 4/33에 불과한데다, 제1 중간상관함수
Figure pat00220
는 BOC(6,1) 신호 성분의 12개 펄스들 중에서 두 펄스들의 상관함수에 관한 정보만 가지고 산출되기 때문에, 나머지 부분상관함수들의 정보들을 손실한 채 제1 중간상관함수
Figure pat00221
만 가지고 최종적인 주상관함수를 생성하는 것은 바람직하지 않다.
그러나, 나머지 두 번째부터 11번째 부분상관함수들
Figure pat00222
에 대해서는, 부분상관함수들끼리 소거 연산하는 것으로는 주변 첨두를 완전히 제거할 수 없다.
이에 따라, 본 발명은 두 번째부터 11번째 부분상관함수들로부터 주변 첨두들을 제거하고 각 부분상관함수들에서 원점의 첨두가 가지는 정보만을 최대한 확보하기 위해, 다음 수학식 8과 같이 두 번째 내지 11 번째 부분상관함수들
Figure pat00223
을 제1 중간상관함수
Figure pat00224
와 소거 연산하여 제2 내지 제11 중간상관함수들
Figure pat00225
을 얻는다.
Figure pat00226
여기서 n은 1부터 10이다.
BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00227
는 다음 수학식 9와 같이 제1 내지 제11 중간상관함수들
Figure pat00228
을 합산하여 얻을 수 있다.
Figure pat00229
최종적으로 본 발명이 제안하는 주상관함수
Figure pat00230
는 다음 수학식 10과 같이 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00231
와 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00232
의 합산으로 얻을 수 있다.
Figure pat00233
주상관함수
Figure pat00234
의 생성을 도식적으로 설명할 수 있도록 잠시 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호의 BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수를 합산하여 생성된 주상관함수를 예시한다.
도 7에서, BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00235
의 주 첨두의 밑변 폭은
Figure pat00236
이고, BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00237
의 주 첨두의 밑변의 폭은
Figure pat00238
이다.
따라서, BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00239
와 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00240
의 합산으로 얻어지는 주상관함수
Figure pat00241
의 주 첨두는 밑변 폭이
Figure pat00242
이면서
Figure pat00243
인 구간에서 더욱 첨예해지는 형태를 보인다.
주상관함수
Figure pat00244
의 형태와 상대적인 이점을 설명하기 위해 도 8을 잠시 참조하면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치를 위한 TMBOC(6,1,4/33) 수신 신호에 대해 도 7과 같이 생성된 주상관함수와 자기상관함수를 비교한 그래프이다.
도 8에서, TMBOC(6,1,4/33) 신호의 자기상관함수는 주변 첨두가 두드러지지는 않지만, 주 첨두의 기울기가 일정하지 않고 크게 변동한다.
반면에, 본 발명에서 제안된 주상관함수
Figure pat00245
는 기본적으로 주변 첨두들이 모두 제거되었고 주 첨두의 높이가 약 1.1로서 높아졌을 뿐 아니라, 특히 원점에 근접하여서는 주 첨두의 기울기가 더욱 첨예해지므로, 추적 성능이 개선될 수 있다.
다시 도 3으로 돌아가서, 이러한 주상관함수를 이용하는 지연 고정 루프(24)를 좀더 구체적으로 설명한다.
통상적으로 지연 고정 루프는 원하는 지연 값을 중심으로 선행하는 선행(Early) 지연 값과 후행하는 후행(Late) 지연 값이 각각 적용된 두 개의 상관 값들을 기초로, 지연 값을 조금씩 변경하면서 루프를 구동하는 동안 선행 지연 값 및 후행 지연 값에 따른 두 상관 값들이 주 첨두의 꼭지점을 지났는지 판별한다.
좀더 예시적으로는, 예를 들어 코드 위상 지연 값을 -1 chip에서 +1 chip 까지 조금씩 변경할 경우에, 현재 지연 값보다 좀더 큰 선행 지연 값을 가지는 선행 지연 신호에 의한 선행 상관 값은 현재 지연 값보다 좀더 작은 후행 지연 값을 가지는 후행 지연 신호에 의한 후행 상관 값에 비해 좀더 빨리 주 첨두의 왼쪽 경사에 도달하고 좀더 빨리 꼭지점을 넘어간다.
만약 선행 상관 값과 후행 상관 값의 차이를 추적한다면, 그 차이는 선행 상관 값이 주 첨두의 왼쪽 경사에 있을 때 꾸준히 양의 값을 가지다가, 선행 상관 값이 꼭지점을 넘어갈 때부터 점점 줄어들며, 선행 상관 값과 후행 상관 값이 꼭지점을 사이에 두고 대칭인 점에 있을 때에는 0이 될 것이고, 선행 상관 값이 주 첨두의 오른쪽 경사로 더 내려가면 음의 값을 갖게 될 것이다.
이러한 관찰에 의해, 선행 상관 값과 후행 상관 값의 차이가 0을 지나는, 즉 제로크로싱하는 점에서 현재 상관 값이 꼭지점에 이르게 된다고 말할 수 있다.
선행 상관 값과 후행 상관 값의 차이와 같이, 현재 상관 값의 상태를 판별할 수 있는 판별 함수를 통상적으로 판별기(discriminator)라고 하며, 판별기를 위한 판별 함수는 다양하게 고안될 수 있지만, 예시적으로 수학식 11과 같은 판별 함수 D(τ)가 이용될 수 있다.
Figure pat00246
여기서 Δ는 선행 지연 값과 후행 지연 값의 차이이다.
즉, 이러한 판별 함수에 의해 선행 주상관함수의 결과의 제곱에서 후행 주상관함수의 결과의 제곱을 뺀 값의 변화를 추적하다가, 제로 크로싱이 감지되면, 그 지연 값에서 주상관함수가 주 첨두의 꼭지점에 도달하였다고 판정할 수 있다.
이어서, 지금까지의 논의에 기초하여 지연 고정 루프(24)의 동작을 설명한다.
먼저, 국소 신호 생성부(31)는 TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
Figure pat00247
의 신호 펄스열에 대해, 수치 제어 발진기(39)가 제공하는 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00248
및
Figure pat00249
를 각각 생성하여, 각각 선행 및 후행 믹서(32a, 32b)에 제공한다.
선행 및 후행 믹서(32a, 32b)는 수신 신호
Figure pat00250
에 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00251
및
Figure pat00252
를 각각 곱한 선행 및 후행 믹싱 신호 쌍들을 선행 및 후행 자기상관부(33a, 33b)에 각각 출력한다.
선행 및 후행 자기상관부(33a, 33b)는 전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 선행 및 후행 믹싱 신호 쌍들의 자기 상관 연산을 수학식 4와 같이 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00253
및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00254
과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00255
및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00256
을 각각 생성한다.
선행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부(34a)는, 두 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00257
을 수학식 6과 같이 소거 연산하여 선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00258
를 생성한다.
이와 유사하게, 후행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부(34b)는, 두 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00259
을 수학식 6과 같이 소거 연산하여 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00260
를 생성한다.
선행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부(35a)는 12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00261
중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00262
및
Figure pat00263
을 수학식 7과 같이 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00264
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00265
과 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00266
을 수학식 8과 같이 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00267
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00268
을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00269
를 생성한다.
이와 유사하게, 후행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부(35b)는 12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00270
중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00271
및
Figure pat00272
을 수학식 7과 같이 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
Figure pat00273
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00274
과 제1 후선행 중간상관함수
Figure pat00275
을 수학식 8과 같이 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00276
을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00277
을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00278
를 생성한다.
선행 결합부(36a)는 선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00279
와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00280
를 합산하여 선행 주상관함수
Figure pat00281
를 생성하고, 후행 결합부(36b)는 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00282
와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00283
를 합산하여 후행 주상관함수
Figure pat00284
를 생성할 수 있다.
선행 및 후행 주상관함수들
Figure pat00285
및
Figure pat00286
의 주 첨두는 각각 높이가 약 1.10이고 밑변 폭이
Figure pat00287
이면서 주 첨두의 중심에서
Figure pat00288
인 구간에서 더욱 첨예해지는 형태를 보인다.
판별기 믹서(37)는 예를 들어 수학식 11과 같은 소정의 판별 함수에 따라 선행 주상관함수
Figure pat00289
의 제곱에서 후행 주상관함수
Figure pat00290
의 제곱을 뺀 판별 출력 값을 출력한다.
루프 필터(38)는 판별기 믹서(37)의 판별 출력의 노이즈 성분을 필터링할 수 있다.
수치 제어 발진기(39)는 필터링된 판별 출력에 기초하여, 수신 신호에 대한 지연 신호의 위상 지연 τ을 결정하고, 결정된 위상 지연 τ을 국소 신호 생성부(31)에 출력한다.
예를 들어, 수치 제어 발진기(39)는 판별 출력이 소정의 문턱값보다 큰 양의 값이면, 선행 상관 값이 후행 상관 값보다 더 크다는 것이고, 주상관함수의 주 첨두의 형상에 비추어 볼 때 적용된 위상 지연 τ이 주 첨두의 꼭지점에 상응하는 위상 지연보다 작다는 의미이므로, 위상 지연 τ을 소정 간격만큼 증가시켜서 국소 신호 생성부(31)에 출력할 수 있다.
나아가, 수치 제어 발진기(39)는 만약 필터링된 판별 출력에 기초하여 위상 지연 τ에 따른 주상관함수 값이 주 첨두의 꼭지점에 있다고 판정되면, 그때의 위상 지연 τ의 값을 코드 위상 지연 값으로서 국소 코드 생성부(22)에 출력한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 방법을 예시한 순서도이다.
먼저, 단계(S91)에서, TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
Figure pat00291
의 신호 펄스열에 대해, 수치 제어 발진기(39)가 제공하는 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00292
및
Figure pat00293
를 각각 생성한다.
단계(S92)에서, 수신 신호
Figure pat00294
에 선행 및 후행 지연 신호 쌍
Figure pat00295
및
Figure pat00296
를 각각 곱한 선행 및 후행 믹싱 신호 쌍들을 각각 출력한다.
단계(S93)에서, 전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 선행 및 후행 믹싱 신호 쌍들의 자기 상관 연산을 수학식 4와 같이 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00297
및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00298
과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00299
및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00300
을 각각 생성한다.
단계(S94)에서, 두 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00301
을 수학식 6과 같이 소거 연산하여 선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00302
를 생성하고, 두 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
Figure pat00303
을 수학식 6과 같이 소거 연산하여 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00304
를 생성한다.
이어서, 단계(S95)에서, 12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00305
중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00306
및
Figure pat00307
을 수학식 7과 같이 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00308
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00309
과 제1 선행 중간상관함수
Figure pat00310
을 수학식 8과 같이 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00311
을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
Figure pat00312
을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00313
를 생성한다.
또한 단계(S96)에서, 12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00314
중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00315
및
Figure pat00316
을 수학식 7과 같이 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
Figure pat00317
을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
Figure pat00318
과 제1 후선행 중간상관함수
Figure pat00319
을 수학식 8과 같이 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00320
을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
Figure pat00321
을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00322
를 생성한다.
단계(S97)에서, 선행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00323
와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00324
를 합산하여 선행 주상관함수
Figure pat00325
를 생성하고, 후행 BOC(1,1) 부상관함수
Figure pat00326
와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
Figure pat00327
를 합산하여 후행 주상관함수
Figure pat00328
를 생성할 수 있다.
선행 및 후행 주상관함수들
Figure pat00329
및
Figure pat00330
의 주 첨두는 각각 높이가 약 1.10이고 밑변 폭이
Figure pat00331
이면서 주 첨두의 중심에서
Figure pat00332
이내의 구간에서 더욱 첨예해지는 형태를 보인다.
단계(S98)에서, 예를 들어 수학식 11과 같은 소정의 판별 함수에 따라 선행 주상관함수
Figure pat00333
의 제곱에서 후행 주상관함수
Figure pat00334
의 제곱을 뺀 판별 출력 값을 출력한다.
단계(S99)에서, 판별 출력의 노이즈 성분을 필터링할 수 있다.
단계(S910)에서, 필터링된 판별 출력에 기초하여, 수신 신호에 대한 지연 신호의 위상 지연 τ을 결정할 수 있다.
나아가, 단계(S911)에서, 필터링된 판별 출력에 기초하여 만약 위상 지연 τ에 따른 주상관함수 값이 주 첨두의 꼭지점에 있다고 판정되면, 그때의 위상 지연 τ의 값을 코드 위상 지연 값으로서 출력한다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMBOC 신호 추적 장치 및 방법의 성능을 예시한 그래프이다.
성능 지수는 추적 오류 표준편차로서, TMBOC(6,1,4/33) 신호의 자기상관함수의 추적 오류 표준편차와 본 발명의 주상관함수를 이용한 추적 오류 표준편차(TESD, Tracking Error Standard Deviation)를 소정의 반송파 대 잡음비(CNR, carrier to noise ratio) 범위 내에서 모의실험한 것이다.
CNR을 가변하면서 추적 오류 표준편차를 조사하였을 때에, 모든 관심 범위의 CNR에서, 자기상관함수를 이용하여 추적하는 경우에 비해 본 발명의 주상관함수를 이용한 추적 시에 오류 표준 편차가 더 낮아, 우수한 성능 지수를 보이는 것을 알 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, 광학 디스크, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 비휘발성 메모리 등을 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
10 위성 항법 신호 수신 시스템
11 프론트엔드부
12 기저 대역 처리부
13 항법 기능 처리부
20 TMBOC 신호 추적 장치
21 주파수 오차 보정부
22 국소 코드 생성부
23 믹서
24 지연 고정 루프(DLL)
25 위상 고정 루프(PLL)
26 데이터 추출부
31 국소 신호 생성부
32a, 32b 선행 및 후행 믹서
33a, 33b 선행 및 후행 자기상관부
34a, 34b 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관신호 생성부
35a, 35b 선행 및 후행 BOC(6,1) 부상관신호 생성부
36a, 36b 선행 및 후행 결합부
37 판별기 믹서
38 루프 필터
39 수치 제어 발진기(NCO)

Claims (10)

  1. TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
    Figure pat00335
    의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
    Figure pat00336
    및
    Figure pat00337
    를 생성하는 국소 신호 생성부;
    전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
    Figure pat00338
    와 선행 및 후행 지연 신호 쌍
    Figure pat00339
    및
    Figure pat00340
    의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00341
    및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00342
    과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00343
    및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00344
    을 각각 생성하는 선행 및 후행 자기상관부;
    선행 및 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00345
    및
    Figure pat00346
    을 각각 소거 연산하여 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00347
    및
    Figure pat00348
    를 생성하는 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수 생성부;
    12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00349
    중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00350
    및
    Figure pat00351
    을 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
    Figure pat00352
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00353
    과 제1 선행 중간상관함수
    Figure pat00354
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00355
    을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00356
    을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00357
    를 생성하는 선행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부;
    12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00358
    중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00359
    및
    Figure pat00360
    을 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
    Figure pat00361
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00362
    과 제1 후선행 중간상관함수
    Figure pat00363
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
    Figure pat00364
    을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
    Figure pat00365
    을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00366
    를 생성하는 후행 BOC(6,1) 부상관함수 생성부;
    선행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00367
    와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00368
    를 합산하여 선행 주상관함수
    Figure pat00369
    를 생성하고, 후행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00370
    와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00371
    를 합산하여 후행 주상관함수
    Figure pat00372
    를 생성하는 선행 및 후행 결합부; 및
    상기 선행 주상관함수 및 후행 주상관함수의 값들에 기초한 판별 함수의 판별 출력에 기초하여, 상기 수신 신호에 대한 위상 지연 τ을 결정하고, 결정된 위상 지연 τ을 상기 국소 신호 생성부에 출력하는 수치 제어 발진기를 포함하고,
    상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0이고, AB>0이면 |A|+|B|-|A-B|>0인 대수학적 관계식에 관한 연산인 것을 특징으로 하는 지연 고정 루프.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00373
    및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00374
    과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00375
    및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00376
    은, 다음 수학식
    Figure pat00377

    에 기초하며,
    여기서, P는 TMBOC 변조 신호의 전력, hi∈{-1,1}는 주기가 T인 PRN 코드의 i번째 칩, Tc는 PRN 코드 칩의 주기,
    Figure pat00378
    는 [0, Tc]에 존재하는 단위 구형파,
    Figure pat00379
    및
    Figure pat00380
    는 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 두 개의 BOC(1,1) 부분 부반송파 성분들
    Figure pat00381
    과 12 개의 BOC(6,1) 부분 부반송파 파형 성분들
    Figure pat00382
    인 것을 특징으로 하는 지연 고정 루프.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 선행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00383
    또는 후행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00384
    는 다음 수학식
    Figure pat00385

    에 기초하여 각각 생성되는 것을 특징으로 하는 지연 고정 루프.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 선행 중간상관함수
    Figure pat00386
    및 제1 후행 중간상관함수
    Figure pat00387
    은 다음 수학식
    Figure pat00388

    에 기초하여 생성되고,
    상기 제2 내지 제11 선행 및 후행 중간상관함수들
    Figure pat00389
    및 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
    Figure pat00390

    은 다음 수학식
    Figure pat00391

    에 기초하여 생성되며, 상기 선행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00392
    및 후행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00393
    는 다음 수학식
    Figure pat00394

    에 기초하여 각각 생성되는 것을 특징으로 하는 지연 고정 루프.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 판별 함수는 다음 수학식
    Figure pat00395

    에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는 지연 고정 루프.
  6. TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
    Figure pat00396
    의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ 및 지연 값 차이 Δ에 따라 각각 선행 및 후행 지연된 선행 및 후행 지연 신호 쌍
    Figure pat00397
    및
    Figure pat00398
    를 생성하는 단계;
    전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
    Figure pat00399
    와 선행 및 후행 지연 신호 쌍
    Figure pat00400
    및
    Figure pat00401
    의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, 선행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00402
    및 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00403
    과, 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00404
    및 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00405
    을 각각 생성하는 단계;
    선행 및 후행 BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00406
    및
    Figure pat00407
    을 각각 소거 연산하여 선행 및 후행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00408
    및
    Figure pat00409
    를 생성하는 단계;
    12 개의 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00410
    중에서 첫 번째 및 12 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00411
    및
    Figure pat00412
    을 소거 연산하여 제1 선행 중간상관함수
    Figure pat00413
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 선행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00414
    과 제1 선행 중간상관함수
    Figure pat00415
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00416
    을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00417
    을 모두 합산하여 선행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00418
    를 생성하는 단계;
    12 개의 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00419
    중에서 첫 번째 및 12 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00420
    및
    Figure pat00421
    을 소거 연산하여 제1 후행 중간상관함수
    Figure pat00422
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 후행 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00423
    과 제1 후선행 중간상관함수
    Figure pat00424
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 후행 중간상관함수들
    Figure pat00425
    을 얻으며, 제1 내지 제11 후행 중간상관함수들
    Figure pat00426
    을 모두 합산하여 후행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00427
    를 생성하는 단계;
    선행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00428
    와 선행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00429
    를 합산하여 선행 주상관함수
    Figure pat00430
    를 생성하고, 후행 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00431
    와 후행 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00432
    를 합산하여 후행 주상관함수
    Figure pat00433
    를 생성하는 단계; 및
    상기 선행 주상관함수 및 후행 주상관함수의 값들에 기초한 판별 함수의 판별 출력에 기초하여, 상기 수신 신호에 대한 위상 지연 τ을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0 인 대수학적 관계식에 관한 연산인 것을 특징으로 하는 TMBOC(6,1,4/33) 신호 추적 방법.
  7. TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
    Figure pat00434
    의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ에 따라 지연된 지연 신호
    Figure pat00435
    를 생성하는 단계;
    전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
    Figure pat00436
    와 지연 신호
    Figure pat00437
    의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00438
    및 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00439
    을 각각 생성하는 단계;
    BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00440
    및
    Figure pat00441
    을 각각 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00442
    를 생성하는 단계;
    12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00443
    중에서 첫 번째 및 12 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00444
    및
    Figure pat00445
    을 소거 연산하여 제1 중간상관함수
    Figure pat00446
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00447
    과 제1 중간상관함수
    Figure pat00448
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 중간상관함수들
    Figure pat00449
    을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00450
    을 모두 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00451
    를 생성하는 단계; 및
    BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00452
    와 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00453
    를 합산하여 주상관함수
    Figure pat00454
    를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0이고, AB>0이면 |A|+|B|-|A-B|>0인 대수학적 관계식에 관한 연산인 것을 특징으로 하는 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 상관함수 생성 방법.
  8. TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호에 대해, 반송파 주파수 보정 값을 기초로 반송파 주파수에 대한 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 출력하는 주파수 오차 보정부;
    코드 위상 지연 값에 따라 지연 보정된 국소 코드를 생성하는 국소 코드 생성부;
    지연이 보정된 국소 코드와 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 믹싱하는 믹서;
    상기 지연이 보정된 국소 신호와 상기 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호를 상관하여 얻은 상관 값이 상관함수의 주 첨두의 꼭지점에 위치하도록 하는 코드 위상 지연 값을 반복적으로 추적하여 산출하고, 산출된 상기 코드 위상 지연 값을 상기 국소 코드 생성부에 제공하는 지연 고정 루프;
    추적되는 코드 위상 지연 값에 따른 국소 코드의 자기 상관 값에 기초하여 반송파 신호의 위상 오차를 최소화할 수 있도록 반송파 주파수 보정 값을 반복적으로 산출하고, 상기 반송파 주파수 보정 값을 상기 주파수 오차 보정부에 제공하는 위상 고정 루프; 및
    상기 지연이 보정된 국소 코드와 상기 보정 수신 신호의 믹싱된 신호로부터 확산 데이터를 추출하는 데이터 추출부를 포함하고,
    상기 지연 고정 루프는,
    TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호의 자기상관함수를 구성하는 부분상관함수들 중 BOC(1,1) 성분의 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수를 생성하고, BOC(6,1) 성분의 첫 번째 및 12번째 부분상관함수 쌍을 소거 연산하여 생성되는 제1 중간상관함수와, BOC(6,1) 성분의 두 번째부터 11번째 부분상관함수와 제1 중간상관함수를 소거 연산하여 생성되는 제2 내지 제11 중간상관함수들을 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수를 생성하며, BOC(1,1) 부상관함수와 BOC(6,1) 부상관함수를 합쳐 주상관함수를 획득하며,
    상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0이고, AB>0이면 |A|+|B|-|A-B|>0인 대수학적 관계식에 관한 연산인 것을 특징으로 하는 TMBOC 신호 추적 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 데이터 추출부는 위성 항법 데이터를 추출하며, 추출된 위성 항법 데이터에 의해 의사거리를 추정하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 TMBOC 신호 추적 장치.
  10. 안테나에서 수신된 공간 무선 신호로부터 TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호를 출력하는 프론트엔드부;
    출력된 수신 신호에 대해 지연 고정 루프를 이용하여 코드 위상 지연 값을 획득 및 추적하고, 위상 고정 루프를 이용하여 반송파 주파수 오차를 보정하며, 코드 위상 지연이 보정된 국소 코드 및 주파수 오차가 보정된 보정 수신 신호로부터 탑재 데이터를 추출하는 기저 대역 처리부; 및
    추출된 탑재 데이터에 기초하여 소정의 응용 기능을 수행하는 응용 기능 처리부를 포함하고,
    상기 기저 대역 처리부는,
    TMBOC(6,1,4/33) 변조된 수신 신호
    Figure pat00455
    의 신호 펄스열에 대해, 위상 지연 τ에 따라 지연된 지연 신호
    Figure pat00456
    를 생성하고,
    전체 시간 T(0≤t≤T)에 관하여 수신 신호
    Figure pat00457
    와 지연 신호
    Figure pat00458
    의 자기 상관 연산을 각각 수행하여, BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00459
    및 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00460
    을 각각 생성하며,
    BOC(1,1) 부분상관함수들
    Figure pat00461
    및
    Figure pat00462
    을 각각 소거 연산하여 BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00463
    를 생성하고,
    12 개의 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00464
    중에서 첫 번째 및 12 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00465
    및
    Figure pat00466
    을 소거 연산하여 제1 중간상관함수
    Figure pat00467
    을 얻고, 두 번째 내지 11 번째 BOC(6,1) 부분상관함수들
    Figure pat00468
    과 제1 중간상관함수
    Figure pat00469
    을 각각 소거 연산하여 생성된 제2 내지 제11 중간상관함수들
    Figure pat00470
    을 얻으며, 제1 내지 제11 선행 중간상관함수들
    Figure pat00471
    을 모두 합산하여 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00472
    를 생성하며,
    BOC(1,1) 부상관함수
    Figure pat00473
    와 BOC(6,1) 부상관함수
    Figure pat00474
    를 합산하여 주상관함수
    Figure pat00475
    를 생성하고,
    필터링된 판별 출력에 기초하여 만약 위상 지연 τ에 따른 주상관함수
    Figure pat00476
    의 값이 주 첨두의 꼭지점에 있다고 판정되면, 그때의 위상 지연 τ의 값을 코드 위상 지연 값으로서 출력하도록 동작하며,
    상기 소거 연산은, 실수 A, B가 AB≤0이면, |A|+|B|-|A-B|=0이고, AB>0이면 |A|+|B|-|A-B|>0인 대수학적 관계식에 관한 연산인 것을 특징으로 하는 위성 항법 신호 수신 시스템.
KR1020130135012A 2013-11-07 2013-11-07 부분상관함수에 기초한 ｔｍｂｏｃ(6,1,4/33) 신호를 위한 비모호 상관함수 생성 방법, ｔｍｂｏｃ 신호 추적 장치 및 이를 이용한 위성 항법 신호 수신 시스템 KR101467348B1 (ko)

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