KR100392137B1

KR100392137B1 - 포착 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치

Info

Publication number: KR100392137B1
Application number: KR10-2001-7000861A
Authority: KR
Inventors: 베르트람 군첼만; 알카디 몰레브-쉬타이만
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2003-07-23
Also published as: WO2000005821A1; CN1149749C; EP1103104A1; US7424049B2; DE59904181D1; CN1309844A; EP1103104B1; KR20010070999A; US20070064777A1; JP3450299B2; JP2002521908A; US7133438B2; DE19832850A1; DK1103104T3; US20010030994A1; ATE232032T1

Abstract

본 발명은 포착 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 데이터 통신, 위치 측정 및 네비게이션에서는 수신기가 다수의 송신기 신호를 수신하고 그리고 나서 송신기가 식별되어야만 하는 문제가 있다. 따라서, 포착 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치가 제공된다. 여기서, 수신 확산 시퀀스는 주파수(f)와 상관되며, f는 입력 확산 시퀀스의 주파수이다. 상기 수신 확산 시퀀스는 저장되고 저장된 수신 확산 시퀀스는 오버샘플링 비율(i*f)에 의해 처리된다. 상기 확산 시퀀스는 i 섹션으로 분할되고 상관은 i 단계로 실행된다.

Description

포착 방법 및 상기 방법을 실시하기 위한 장치 {ACQUISITION METHOD AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD}

기본적인 확산 방법은 직접 시퀀스 방법이다. 여기서, 메시지는 송신 전에 고주파 의사-랜덤 2진 시퀀스에 의해 변조된다. 만약, 수신기가 2진 시퀀스를 알고 있으면, 상기 수신기는 생산된 상기 의사-랜덤 잡음 신호로부터 메시지를 추출할 수 있다.

상기와 같은 방법은 데이터 통신, 위치 측정, 네비게이션에서 사용된다. 상기 방법에서, 수신기가 다수의 송신기로부터 신호를 수신하고 있으며 신호 식별을 위해 상기 신호들의 시간 관계가 결정되어야 한다는 문제점이 있다.

상기와 같은 방법의 중요한 사용 영역은 특히 NAVSTAR GPS(NavigationSystem WithTimingAndRanging,GlobalPositioningSystem) 시스템을 따른 실시간 위성 항법이다. 여기서, 다수의 위성은 지상국 또는 제어국에 의해 제어되는 송신 네트워크로서 사용된다. 수신기의 위치를 3차원으로 측정하기 위해 수신기의 시야(in a receiver's field od view)에 적어도 4 개의 위성이 있어야만 한다. 상기 송신기의 메시지는 수신기에서 해독됨으로써, 그것에 근거하여 필요한 계산이 이루어질 수 있다. 수신기가 위성을 식별하고 상기 위성의 정보를 평가할 수 있기 위해, 상기 수신기는 소정 길이의 주기적인 신호 시퀀스로써 전송되는 송신기 특정 코드(골드 코드)를 알아야만 한다. 코드를 찾기 위해 수신기에 위성의 모든 코드가 저장된다. 통상적으로 우선 임의의 위성의 코드가 생성되어 수신 코드와 비교된다. 소정의 위성이 다루어지지 않을 경우-통상적인 경우-, 저장된 코드와의 비교는 일치가 확인될 때까지 실행되어야만 한다.

또한 도달하는 각각의 신호 위상은 위치는 알려져 있지 않기 때문에, 수신된 코드의 신호는 가능한 매치를 찾기 전 까지 이동되어야 한다. 상기 비교는 동기화가 이루어질 경우, 거의 1이 되는 신호의 상관 함수에 의해 이루어진다. 이러한 탐색 과정동안 가능한 모든 변형을 고려할 경우, 기본적으로 긴 탐색 시간을 감수해야만 한다.

Schroedter, "GPS-Satelliten-Navigation", Franzis-Verlag Muenchen, 1994 에는 포착 시간을 단축시키기 위한 방법이 공지되어 있다. 예컨대 다수의 채널을 갖는 수신기가 사용되며, 상기 수신기는 채널 수에 상응하게 병렬 탐색할 수 있다. 그러나, 그러한 구조는 회로를 상대적으로 복잡하게 한다.

본 발명은 주파수(f)로 도달하는, m 비트를 갖는 2진 코딩 확산 시퀀스가 상기 수신된 확산 시퀀스를 기준으로 다수의 국부적으로 발생한 확산 시퀀스를 위상 시프트(shift)하여 국부적으로 생성된 확산 시퀀스와 상관되는 통신 포착 방법에 관한 것이다. 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 GPS-네비게이션 시스템을 위한 공지된 수신기의 개략도,

도 2는 도 1에 따른 수신기의 세부도, 및

도 3은 도 2에 따른 회로 장치의 세부도로서 도시된, 가산기 배치의 개략도.

본 발명의 목적은 상기 공지된 방법 및 장치가 가지고 있는 상기 언급한 단점들을 극복하는 통신 포착 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 상응하는 방법에 관련된 상기 목적은,주파수(f)로 도달하는, m 비트를 갖는 2진 코딩 확산 시퀀스가 상기 수신된 확산 시퀀스를 기준으로 다수의 국부적으로 발생한 확산 시퀀스를 위상 시프트(shift)하여 국부적으로 생성된 확산 시퀀스와 상관하는 단계;수신된 확산 시퀀스와 국부적으로 발생한 확산 시퀀스를 주파수 f로 상관하는 단계;수신된 확산 시퀀스를 저장되고 상기 저장된 수신 확산 시퀀스를 오버샘플링 속도(i*f)로 처리하는 단계; 및

저장된 수신 확산 시퀀스를 i 섹션으로 분할하고 상관관계가 i 단계로 실행되는 단계를 포함함으로써 제공된다.

본 발명에 상응하는 장치에 관련된 상기 목적은, 피드백에 의해 수신 신호 시퀀스를 순차적으로 저장하며 오버샘플링 속도로 클럭하기 위한 시프트 레지스터로, 상기 시프트 레지스터에서 레지스터 지점들은 연속적으로 판독된 다수의 시프트 레지스터 내용을 저장하기 위한 메모리의 입력부에 병렬 접속되며, 상기 메모리의 출력측은 시프트 레지스터에 병렬 접속되는 시프트 레지스터, 기준 신호 시퀀스를 저장하기 위한 부가의 메모리, 그리고 오버샘플링 비율로 메모리 내용과 부가 메모리의 내용을 비교하기 위한 비교기가 제공됨으로써 달성된다.

본 발명의 장점은 종래 기술 분야에서 동기화가 순차적으로 진행되는 것과 비교하여 확장된 오버샘플링 속도만큼 송신 동기화 및 수신 코드와 저장된 코드 간의 일치에 대한 확신이 빨리 실행될 수 있다는 것이다. 예컨대 32 배의 오버샘플링 비율로 동작될 경우, 동기화 과정은 종래 방법 보다 32 배 더 빨리 이루어진다.

간단하고 신속한 처리를 위해, 섹션 변형(variant)의 최상위 비트가 후속하는 섹션 변형의 최하위 비트 지점으로 이동되는 방식으로, 오버샘플링 비율(i*f)로 상기 수신된 확산 시퀀스를 비트 단위로 각각 m 비트를 갖는 k 섹션 변형 내에서 k 사이클 동안에 시프트된다. k 사이클 후에, 최하위 비트는 수신 확산 시퀀스의 후속하는 비트로 대체되고 이러한 과정이 (m-1) 번 반복된다. 국부적으로 생성된 확산 시퀀스는 각각 n 비트를 갖는 k 섹션들로 분할되고 각각의 섹션들은 한 사이클 내에서 수신된 확산 시퀀스의 섹션 변형과 비교된다. 모든 매치가 카운팅되고 카운팅 결과가 저장된다. 최종적으로 모든 카운팅 결과에 대한 최대 탐색이 실행된다.

이러한 방식으로 신호 시퀀스는 데이터 워드 길이로 분할되며, 상기 데이터 워드 길이는 간단한 방식으로 시프트 레지스터, 메모리등과 같은 통상적인 데이터 처리 모듈에 의해 처리될 수 있다. 이는 또한 수신 신호 시퀀스의 각 비트들이 FIFO-메모리와 결합한 단일의 단락된 시프트 레지스터를 통해 전달될 수 있다는 장점을 갖는다.

본 발명은 도면에 도시된 하기 실시예에 의해 더 자세히 기술된다.

도 1에는 예컨대 데이터 통신, 이동 무선 통신 및 위치 측정 및 네비게이션에서 사용될 수 있는 확산 방법을 실시하는 수신기가 도시된다. GPS-위치 측정 및 네비게이션 시스템에서 사용되는 상기 수신기의 구조 및 기능은 다음에 설명되어 있다. 왜냐하면, 그러한 작동이 확산 방법에 사용되는 모든 다른 수신기에 적용되는 전형적인 작동의 예이기 때문이다. 여기서, 이는 특정 송신기의 신호 이외에도 모든 다른 유효 송신기의 정보들을 포함하는 수신 신호로부터, 다시 말해 전체 신호의 잡음 레벨로부터 발견된다.

안테나(도시되지 않음)로부터 확산 시퀀스로서 들어오는 전체 신호는 직각 변조되고 직각 변조기에 의해 베이스밴드로 혼합된다. 직각 컴포넌트(Q) 및 동상 컴포넌트(I)는 워드 폭(1 비트)을 갖는 각각의 아날로그/디지털 변환기(도시되지 않음)로 양자화된다.

그리고 나서, 신호들은 동일한 구조의 두 분기의 상관기(2 또는 2')로 공급되며, 상기 상관기(2 또는 2')에서 각각 관련 위성의 골드 코드는 전체 신호의 잡음 레벨로부터 발견된다. 상기 상관기(2, 2')의 출력 신호는 전력 측정기(30)로 공급되며, 상기 전력 측정기(30)에서 양 분기에 있는 값의 제곱이 각각 유닛(3, 3')에 의해 계산되고 가산기(4)에서 가산된다. 유닛(5)에서 가산된 신호로부터 근이 계산되고 최종적으로 검출된 결과에 대한 신뢰도를 높이기 위해 어큐뮬레이터(6,accumulator)에서 신호 강도가 M 번 어큐뮬레이트된다.

골드 코드 발생기(8)는 탐색시 사용되는 골드 코드를 상관기(2, 2')에 제공한다.

도 2는 도 1에 따른 상관기(2)의 세부도를 나타낸다. 양 상관기는 구조가 동일하기 때문에, 본 명세서는 상관기(2)만을 설명한다.

m=1023 비트의 길이를 갖는, 칩이라고도 부르는 생성된 각각의 골드 코드는 데이터 메모리(24)에 저장되어 탐색 시간동안 유지된다. 여기서, 상기 골드 코드는 각각 n=32 비트를 갖는 k=32 섹션으로 분할됨으로써, 32 기억 장소에서 각각 32 비트(또는 31 비트)가 저장된다. 도달 신호(I)는 싱글 비트 레지스터(20)를 통해 예컨대 1 MHz의 제 1 주파수(f)로 FIFO-시프트 레지스터(21) 내로 한 비트씩 클락된다. 상기와 같은 경우 FIFO-시프트 레지스터(21)는 32개의 레지스터 지점을 갖는다. 상기 시프트 레지스터(21)는 i*f, 다시 말해 32 MHz의 오버샘플링 비율로 동작한다.

데이터 메모리(23, 24)는 어드레스 포인터를 가지며, 상기 어드레스 포인터는 제어 장치(32)에 의해 독입(read-in) 및 독출(read-out)을 제어하며, 32 개의 비트 워드가 연대순(chronological)으로 저장된다. 상관은 가장 최근의 32 비트 워드에서 시작되어 가장 오래된 32 비트 워드에서 끝난다.

32 비트 워드 내에 각각 가장 현재의, 다시 말해 최후로 독입된 비트는 최하위 지점에 위치하고, 그리고 가장 오래된 비트는 최상위 지점에 위치한다.

FIFO 시프트 레지스터(21)는 연속적으로 32 비트 워드들을 생성하기 위해 사용되며, 상기 각각의 32 비트 워드는 최하위 지점으로부터 최상위 지점으로 1 비트만큼 이동됨으로써 이전의 32 비트 워드와는 구별된다.

상관은 하기와 같이 이루어진다. 즉,

수신 확산 시퀀스 또는 수신 신호(I')의 새로운 비트가 최하위 레지스터 지점(20)으로 독입되기 전에, 현재의 32 비트 워드는 최하위 지점 방향으로 이동되며, 최상위 비트는 지연 회로로서 사용되는 버퍼 레지스터(33) 내로 독입된다. 이제, 수신 신호(I')의 비트는 최하위 지점 내로 기록되며, 버퍼 레지스터에 있는 비트는 삭제된다. 그리면, FIFO-시프트 레지스터(21)는 최하위 레지스터 지점에 새로운 수신 비트를 포함하고, 나머지 레지스터 지점에 더 오래된 32 비트 워드의 31의 최하위 비트를 포함한다. 동시에 합산기(28)는 0으로 리세트된다. 상기 새로운 32 비트 워드는 선행하는 32 비트 워드가 판독되었던 데이터 메모리(23)의 상기 어드레스에 저장되며, 상기 데이터 메모리(23)는 RAM이다.

데이터 메모리(23)에 남아있는 모든 메모리 지점에 있어서 각각 연속적으로 메모리 내용들이 판독되고 XOR-비교기(27)에서 RAM으로 형성된 데이터 메모리의 상응하는 메모리 내용들과 비교되며, 상기 비교기(27)는 32 비트 길이의 결과를 전달한다. 다음에 연결된 가산기(29)에서 32 비트 워드의 모든 논리 1값의 합계가 결정된다.

동시에 데이터 메모리(23)로부터 나온 현재의 32 비트 워드는 FIFO(21)로 기록되고 1 비트씩 최하위 지점으로부터 최상위 지점으로 이동된다. 레지스터(33)에 미리 일시 저장된 비트는 현재 FIFO-시프트 레지스터(21)의 최하위 지점(20)으로 독입된다. 이러한 방식으로 생성된 새로운 워드는 그것의 이전 어드레스로 데이터 메모리(23)에 저장된다. 그리고 나서, 위에 기술된 바와 같이 재차 데이터 메모리(24)에 저장된 골드 코드와 상응하는 섹션의 비교가 실행된다.

이러한 방식으로 데이터 메모리(23)에 저장된 모든 32 워드가 32 사이클 내에 처리될 경우, 상관 결과는 합산기(28)에 의해 계산된다.

FIFO-시프트 레지스터(21)의 내용은 버스(34)를 통해 32 MHz로 데이터 메모리(RAM 24)의 제 1 어드레스에 평행하게 저장된다. 그리고 나서, RAM(23)의 어드레스 포인터는 한 지점씩 증가되고, FIFO-시프트 레지스터(21)는 32 비트 길이의 데이터 워드에 의해 새롭게 로딩되고 상관 과정은 앞에서부터 시작된다.

RAM(23)과 마찬가지로 각각 32 비트를 갖는 32 개의 기억 장소를 갖는 부가의 데이터 메모리(RAM 24) 내에, 골드 코드 제네레이터(8)(도 1)에 의해 생성된 골드 코드가 저장된다. 수신 칩 열의 소정 칩 길이(n=32)의 섹션이 RAM(23)에 저장된 것과 동일한 방식으로 부가의 RAM(24) 내에 저장된 골드 코드가 소정 길이(n=32)의 섹션으로 분할되고 32의 연속 어드레스로 저장된다. 상기 두 RAM(23, 24)의 출력부는 각각 32 비트의 폭을 갖는 병렬 버스(25 또는 26)에 의해 XOR-비교기(27)로 공급되고 거기에서 비트별로 일치에 대해 검사된다. 일치를 지시하는 비트는 비트 아날로그 가산기(29)에서 가산되어 32 사이클동안 어큐뮬레이터(28)에서 가산된다.

도 3에는 도 2에 따른 비트 아날로그 가산기(29)에 대해 특히 신속하게 작동하는 예가 도시된다. 상기 비트 아날로그 가산기(29)는 케스케이드로 상호 접속된 2 비트 가산기(ADD)를 포함하며, 각각 두 가산기(ADD)의 출력부는 부가 단계의 후속하는 가산기(ADD)의 입력부에 접속된다. 따라서, 하기예에서 32 비트를 가산하기 위해 제 1 단계에서는 16개의 가산기(ADD)가 요구된다. 제 2 단계는 16개의 가산기(ADD)를 갖는다.

최대 값을 탐색하기 위한 방법은 어큐뮤레이터(6)에서 모든 신호에 대한 최대값을 탐색하기 위해 계산 유닛(31)을 사용하는 것이다.

Claims

주파수(f)로 도달하는, m 비트를 갖는 2진 코딩 확산 시퀀스가 상기 수신된 확산 시퀀스를 기준으로 다수의 국부적으로 발생한 확산 시퀀스를 위상 스프트(shift)하여 국부적으로 생성된 확산 시퀀스와 상관하는 단계;

수신된 확산 시퀀스와 국부적으로 발생한 확산 시퀀스를 주파수 f로 상관하는 단계;

수신된 확산 시퀀스를 저장되고 상기 저장된 수신 확산 시퀀스를 오버샘플링 속도(i*f)로 처리하는 단계; 및

저장된 수신 확산 시퀀스를 i 섹션으로 분할하고 상관관계가 i 단계로 실행되는 단계를 포함하는 통신 포착 방법.
제 1항에 있어서,

섹션 변형(variant)의 최상위 비트가 후속하는 섹션 변형의 최하위 비트 지점으로 이동되는 방식으로, 오버샘플링 비율(i*f)로 상기 수신된 확산 시퀀스를 비트단위로 각각 m 비트를 갖는 k 섹션 변형 내에서 k 사이클 동안에 시프트하는 단계;

k 사이클 후에, 최하위 비트는 수신 확산 시퀀스의 후속하는 비트로 대체되고 이러한 과정이 (m-1) 번 반복되는 단계;

국부적으로 생성된 확산 시퀀스는 각각 n 비트를 갖는 k 섹션들로 분할되고 각각의 섹션들은 한 사이클 내에서 수신된 확산 시퀀스의 섹션 변형과 비교되는 단계;

모든 매치가 카운팅되고 카운팅 결과가 저장되는 단계; 및

최종적으로 모든 카운팅 결과에 대한 최대 탐색이 실행되는 단계를 더 포함하는 통신 포착 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

미리 주어진 길이의 섹션의 수가 k=32이고 섹션의 칩 길이가 n=32인 통신 포착 방법.
제 1항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,

메모리 입력과 메모리 출력을 가지고 있으며, 콘텐츠(content)를 입력하고 출력하는 FIFO 메모리;

수신된 신호 시퀀스를 순차적인 형태로 유지하기 위해 피드백을 가지고 있으며, 오버샘플링 비율로 클럭 제어되는 시프트 레지스터로서, 상기 시프트 레지스터의 레지스터 지점이 연속적으로 판독된 다수의 시프트 레지스터 콘탠츠의 병렬 저장을 위해 FIFO-메모리의 입력부에 병렬 접속되며, 상기 FIFO-메모리의 출력측이 시프트 레지스터로의 병렬 데이터 전송을 위해 시프트 레지스터 지점에 병렬 접속되는 시프트 레지스터;

기준 신호 시퀀스를 저장하기 위한 부가적인 메모리; 및

상기 오버샘플링 비율로 상기 FIFO-메모리 콘탠츠와 상기 부가적인 메모리의 콘탠츠를 비교하기 위한 비교기를 포함하는 통신 포착 방법을 실시하는 장치.
제 4항에 있어서, 상기 비교기는 비교기 출력과 덧셈기(adder)를 포함하는데, 상기 덧셈기는 케스케이드된 상호 접속의 형태로 구성된 2 비트 덧셈기들을 포함하며, 상기 각 2비트 덧셈기들은 적어도 2개의 입력들과 1개의 출력을 가지고 있으며, 상기 각 2비트 덧셈기의 출력은 후속하는 덧셈기의 적어도 하나의 입력으로 연결되며, 상기 덧셈기는 상기 비교기의 출력에 연결되고 비트 지점들을 매칭하여 비트 단위로 비교하는 동안에 생산된 논리 값들을 합산하도록 구성된 덧셈기를 포함하는 통신 포착 방법을 실시하는 장치