KR101184495B1

KR101184495B1 - 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 ｂｏｃ 신호 추적 시스템

Info

Publication number: KR101184495B1
Application number: KR1020110071323A
Authority: KR
Inventors: 이영포; 정다해; 김준환; 강승구; 윤석호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2012-09-19
Also published as: WO2013012133A1; US9817128B2; US20140125522A1

Abstract

본 발명의 다른 실시예에 따른 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법은 부상관함수(

)가 생성되는 S1 단계, 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계 및 R ₀(τ)와 S2 단계에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))가 생성되는 S3 단계를 포함한다. 이때 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것으로, 본 발명은 BOC 신호의 종류에 관계없이 적용이 가능하다.

Description

주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 ＢＯＣ 신호 추적 시스템{GENERATING METHOD FOR CORRELATION FUNCTION WITH NO SIDE-PEAK AND TRACKING SYSTEM FOR BOC SIGNAL}

본 발명은 BOC 신호 추적을 위해 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 이를 이용한 BOC 신호 추적 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n)로 구분되는 BOC 신호의 부반송파 위상의 종류 및 k 값에 관계없이 모든 신호에서 주변 첨두를 제거하기 위한 방법 및 이를 이용한 BOC 신호 추적 시스템에 관한 것이다.

BOC(binary offset carrier)는 차세대 위성 항법 시스템인 (global navigation satellite system) Galileo 시스템 및 GPS (global positioning system) 현대화 시스템 등에서 사용될 예정이다.

위성 항법 시스템에서 시간 동기화 오차가 거리 측정 오차와 직결되므로, BOC 신호에 대한 정확한 동기화는 신뢰성 있는 위성 항법 시스템의 구현에 있어 매우 중요하다.

BOC 변조는 GPS에서 사용중인 BPSK(binary phase shift keying) 방식과는 다르게 대역의 중심부에서 가장자리로 에너지를 이동시키는 특성이 있다. 이러한 특성은 기존의 신호들과의 대역 공유를 쉽게 하여, GPS 시스템과 Galileo 시스템의 주파수 대역 공유를 가능하게 한다. 더불어 자기상관함수의 첨두 모양이 뾰족해지는 특성으로 정확한 동기화가 이루어졌다는 가정 하에서 더욱 정밀한 측위를 가능하게 한다. 이러한 BOC 변조의 장점들을 활용하게 위해 정밀한 동기화가 필요하다. 다시 말해서, 신호 동기화 과정은 자기상관함수의 첨두를 기준으로 수행되게 되어 있는데, 기존의 다른 신호들은 첨두가 하나밖에 생기지 않기 때문에 문제가 없었으나, BOC 신호는 자기상관함수에 여러 개의 첨두가 생김으로 인해서 동기화 과정에서 어려움이 발생하게 된다.

Galileo GNSS에서 가장 중요한 문제 중 하나는 BOC 신호의 추적 문제이다. BOC 신호의 자기상관함수는 여러 개의 주변 첨두를 가지기 때문에 추적 단계에서 잘못된 고정점(false lock point)에 수렴하거나 불안정 상태(unstable state)에 빠질 우려가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.

BOC 신호의 다중 첨두 문제를 해결하기 위해 Julien은 BOC 자기상관함수로부터 BOC 신호와 PRN 신호의 교차상관함수(crosscorrelation)를 감산하여 주변 첨두(side-peak)을 제거하는 방법이 제안되었으나, 이 기법은 BOCsin(n,n)에만 적용이 가능하다(O. Julien, C. Macabiau, M. E. Cannon, and G. Lachapelle, “ASPeCT: unambiguous sine-BOC(n,n) acquisition/tracking technique for navigation applications,” IEEE Trans. Aer. Electron. Syst., vol. 43, no. 1, pp. 150-162, Jan. 2007. 참조)

Burian이 제안한 기법은 주변 첨두의 일부만을 제거하여, 모호성(ambiguity) 문제를 해결하지 못한다(A. Burian, E. S. Lohan, and M. K. Renfors, “Efficient delay tracking methods with sidelobes cancellation for BOC-modulated signals,” EURASIP Journ. Wireless Commun. Network., vol. 2007, article ID. 72626, 2007. 참조)

Kim 등이 제안한 기법은 주변 첨두들을 모두 완벽히 제거하지만 k > 1인 경우에 대해서는 BOC 자기상관함수에 비해 더 열악한 신호 추적 성능을 보이는 문제가 있다(S. Kim, D. Chong, and S. Yoon, “A new GNSS synchronization scheme,” in Proc. Vehic. Technol. Conf. (VTC), CD-ROM, Barcelona, Spain, Apr. 2009. 참조)

최근 PUDLL(pseudocorrelation function based unambiguous delay lock loop)로 불리우는 새로운 기법이 제안되었으며(Z. Yao, X. Cui, M. Lu, Z. Feng, and J. Yang, “Pseudo-correlation-function-based unambiguous tracking technique for sine-BOC signals,” IEEE Trans. Aer. Electron. Syst., vol. 46, no. 4, pp. 1782-1796, Oct. 2010. 참조), 이 기법은 수신된 BOC 신호와 특별히 설계된 지역(local) 신호의 교차상관함수를 이용하여 주변 첨두를 완벽히 제거하면서도 작은 k값을 가지는 BOC 신호에 대해서는 BOC 자기상관함수에 비해 더 좋은 신호 추적 성능을 보인다. 그러나 이 기법은 k값이 커짐에 따라 BOC 자기상관함수에 비해 점점 더 성능이 저하되는 문제가 있다. 또한 이 기법은 k값이 정수인 BOCsin(kn ,n)에만 적용 가능하다는 한계가 있다.

BOC 신호의 위상 종류와 k 값에 관계없이 범용적으로 적용가능한 주변첨두 제거방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명에 따른 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 BOC 신호 추적 시스템은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫째, BOC 신호 추적을 위하여 BOC 신호의 자기상관함수에서 주변 첨두를 제거하고자 한다.

둘째, BOC 신호 위상 종류에 따라 구분되는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n)에 관계없이 주변 첨두가 제거되는 상관함수를 제공하고자 한다.

셋째, BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n)에서 k 값에 관계없이 주변 첨두가 제거된 상관함수를 제공하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 일 측면에서, 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법은 부상관함수(

)가 생성되는 S1 단계 및 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 다른 측면에서, 부상관함수(

)가 생성되는 S1 단계, 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계 및 R ₀(τ)와 S2 단계에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))가 생성되는 S3 단계를 포함한다.

본 발명의 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부상관함수는

로 표현되는 것을 특징으로 한다.

여기서, P는 신호 전력, N은 부반송파의 펄스 수, h _l은 l번째 부반송파의 펄스 부호, T _s = T _c/N 으로 부반송파 펄스 구간이며 T _c는 PRN 코드의 칩 주기, Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각함수이다.

본 발명에 따른 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N-1(τ))가

식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))는 R ₀(τ)와

가

와 같은 식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 본 발명의 BOC 신호를 추적하는 시스템은 BOC 신호를 수신하는 수신부, 수신부에서 수신된 BOC 신호에 대한 부상관함수(

)를 생성하는 부상관함수 생성부, 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 부상관함수 제1 결합부, 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))와 부상관함수 제1 결합부에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성하는 부상관함수 제2 결합부 및 부상관함수 제2 결합부에서 주변 첨두가 제거된 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 이용하여 신호를 추적하는 판별부를 포함한다.

부상관함수 생성부는

와 같은 식으로 표현되는 부상관함수를 생성하는 것을 특징으로 표현되는 것을 특징으로 한다.

부상관함수 제1 결합부는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N-1(τ))를

와 같은 식으로 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 것을 특징으로 한다.

부상관함수 제2 결합부는 R ₀(τ)와

를

와 같은 식으로 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 BOC 신호 추적 시스템은 BOC 부상관함수들을 생성하고 이를 새로운 방식으로 결합함으로써 새로운 주변 첨두 제거 방법을 제안한다.

제안하는 방법은 일반적인 BOCsin(kn ,n) 및 BOCcos(kn ,n)에 적용이 가능하며, 기존의 방법들에 비해 더 좋은 신호 추적 성능을 보인다. 또한 어떠한 보조의 신호도 필요로 하지 않기 때문에 수신기에서 간단히 구현이 가능하다. 본 발명에서 제안한 주변 첨두 제거 방법을 통해 신뢰성 있는 BOC 신호 추적을 수행할 수 있으며, 새로운 위성 항법 시스템의 거리 측정 오차를 크게 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 BOCsin(n,n)의 경우에 따른 부상관함수(

)에서 S ₀(τ) 및 S ₁(τ)를 도시하고, S ₀(τ) 및 S ₁(τ)를 결합한 상관함수의 일 예를 도시한다.
도 2는 BOCsin(kn ,n)의 경우에 따른 부상관함수와 이 부상관함수를 본 발명에 따라 결합한 상관함수의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 BOC 신호 추적 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 noncoherent BOC 신호 추적을 위하여 주변 첨두가 제거된 본 발명의 상관함수를 이용하여 DLL(delay lock loop)구조의 일 예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 자기 상관함수를 사용한 경우의 효과를 종래 기법과 비교한 그래프로서, 도 6(a)는 CNR(carrier-to-noise ratio)가 30dB-Hz인 경우 k에 따른 TESD(tracking error standard deviation) 성능을 도시하고, 도 6(b)는 k=4인 경우 CNR에 따른 TESD 성능을 도시한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하면서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법 및 BOC 신호 추적 시스템(100)에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 BOC 신호 추적 시스템(100)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 4와는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.

먼저 본 발명에서 사용되는 부상관함수 및 부상관함수의 결합으로 주변 첨두가 제거되는 원리에 대해 살펴보고자 한다.

BOC신호의 기저 대역 등가 신호는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 P는 신호 전력, T _C는 PRN(pseudo random noise) 코드의 칩 주기이며,

는 주기가 T인 PRN 코드의 i번째 칩을 나타내고,

는 [0, α) 구간에 존재하는 단위 구형 펄스이며, d _j는 j번째 항법 데이터이고,

는 x보다 크지 않은 최대의 정수를 나타낸다.

또한

는 구형 부반송파이다. 여기서 N은 부반송파 펄스의 수,

는

번째 부반송파 펄스의 부호이고, T _S = T _C/N은 부반송파 펄스 구간을 나타낸다. BOCsin(kn ,n) 및 BOCcos(kn ,n)에 대해 집합

는 각각

과

이며, 여기서

는 x보다 작지 않은 최소의 정수를 나타낸다.

본 특허의 바람직한 실시 예에서는 PRN 부호는 +1과 -1의 값을 동일한 확률로 가지는 독립적인 확률 변수이고, 부호의 주기 T는 chip period 에 비해 충분히 크다고 가정한다. 또한 신호 추적을 위한 파일럿(pilot) 채널을 가정함으로써 신호 추적 과정에서는 데이터 변조가 없다고 가정한다(즉, 모든 i에 대해

으로 가정함).

정규화된 BOC 자기상관함수는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각(triangular) 함수이고,

는

번째 부상관함수라 명명한다. 상기 수학식 2로부터 BOC 자기상관함수는 N개의 톱니 모양의 부상관함수들

의 합으로 구성되며, 따라서 다수의 주변 첨두를 가지며 결국 신호 추적 단계에서 모호성(ambiguity) 문제를 야기시킨다.

본 발명에 따른 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법은 BOC 신호에서 주변 첨두가 제거된 상관함수를 생성하는 것이다. 전술한 바와 같이, 이를 위해 다양한 연구들이 있었으나, 본 발명은 부상관함수를 획득하고 이를 본 발명에서 제안하는 방식으로 결합하여 주변 첨두가 제거된 최종 상관함수를 생성한다.

이하 본 발명에서 사용될 상관함수에 대해 용어를 정리하고자 한다. 결합이 수행되기 전 부상관함수로 구성된 자기상관함수를 최초 자기상관함수라고 명명하고, 결합이 수행된 후의 상관함수를 최종 상관함수라고 명명한다. 후술하겠지만, 본 발명에서는 부상관함수 간 두 번의 결합이 가능한데, 첫 번째 결합으로 생성된 상관함수를 제1 최종 상관함수라고 명명하고, 두 번째 결합으로 생성된 상관함수를 제2 최종 상관함수라고 명명한다.

도 1은 BOCsin(n,n)의 경우에 따른 부상관함수(

)에서 S ₀(τ) 및 S ₁(τ)를 도시하고, S ₀(τ) 및 S ₁(τ)를 결합한 상관함수의 일 예를 도시한다.

도 1은 BOCsin(n,n) (즉 k = 1) 신호에 대한 P로 정규화된 부상관함수들 S ₀(τ) 와 S ₁(τ)를 나타내며, 여기서 주변 첨두들은 영역 I과 II에 존재한다는 것을 명확히 알 수 있다. 도 1로부터 (i) 영역 I에서는 S ₀(τ)S ₁(τ)< 0 이고, (ii) 영역 II에서는 S ₀(τ)S ₁(τ) = 0 임을 확인할 수 있다. 따라서 주변 첨두를 완벽히 제거하기 위해 xy ≤ 0 일 때 ｜x｜+｜y｜-｜x - y｜= 0 임을 이용하여 S ₀(τ) 와 S ₁(τ)를 아래의 수학식 3과 같이 결합한다.

상기 수학식 3에 따른 결합 결과는 도 1의 우측에 도시하였는데, 주변 첨두가 완벽히 제거되었음을 확인할 수 있다.

BOCsin(kn ,n)에서 주변 첨두를 제거하기 위해 전술한 방법을 확장할 수 있다. 도 2는 BOCsin(kn ,n)의 경우에 따른 부상관함수와 이 부상관함수를 본 발명에 따라 결합한 상관함수의 일 예를 도시한다.

k가 2이상인 경우에는 아래의 수학식 4와 같이 S ₀(τ)와 S _N _-1(τ)을 결합하여 주변 첨두를 제거하게된다. R ₀(τ)는 제1 최종 상관함수이다.

나아가 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 이용하여 추가적인 부상관함수의 결합을 통해 보다 신호 추적 정확도가 높은 상관함수를 생성할 수 있다. 이를 통해 생성되는 제2 최종 상관함수는 본 발명의 다른 실시예에 해당된다.

R ₀(τ)는 주변 첨두는 없지만 R ₀(τ)를 이용하는 경우 BOC 자기상관함수를 사용한 경우에 비해 k = 1인 경우에만 더 높은 신호 추적 정확도를 얻을 수 있다. 이는 k ≥ 1.25인 경우 R ₀(τ)의 피크(peak) 기울기의 절대값

이 BOC 자기상관함수 주된 피크(main-peak)의 기울기 절대값

에 비해 작기 때문이다. 따라서 더 큰 피크 기울기의 절대값을 가지는 주변 첨두가 없는 상관함수를 얻기 위해 남아있는 부상관함수들

을 이용한다: R ₀(τ)는 영역 I과 II에서 0의 값을 가지며,

의 주변 첨두들은 영역 I과 II에서 0이 아닌 값들을 가지므로

의 각각을 R ₀(τ)와 수학식 3에서와 같이 결합함으로써 N-2 개의 주변 첨두가 없는 상관함수들을 생성할 수 있다. 상기의 N-2개의 나머지 주변 첨두가 없는 상관함수들은 R ₀(τ)에 더해짐으로써 아래의 수학식 5에서와 같이 주변 첨두가 없으며, 주된 피크의 크기가 큰 새로운 상관함수를 얻을 수 있다. 이 새로운 상관함수가 제2 최종 상관함수이다.

도 2로부터 상기 R _proposed(τ)의 피크 기울기 절대값이

임을 쉽게 알 수 있으며, 이는 어떠한 k에 k ∈ {1, 1.5, 2, 2.5, ...}대해서도 BOC 자기상관함수의 주된 피크 기울기 절대값에 비해 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 R _proposed(τ)를 이용함으로써 모호성(ambiguity) 문제를 해결할 수 있으며, BOC 자기상관함수를 이용한 경우에 비해 더 좋은 신호 추적 성능을 얻을 수 있다.

상기 수학식 5의 R _proposed(τ)는 k = 1인 경우뿐만 아니라, 일반적인 BOCcos(kn,n)에 적용이 가능하다. BOCcos(kn ,n)에 대한 본 발명에서 제안한 자기상관함수는 피크 기울기 절대값이

로서 BOC 자기상관함수 주된 피크의 기울기 절대값

에 비해 어떠한 k에 k ∈ {1, 1.5, 2, 2.5, ...}대해서도 더 큰 값을 가진다는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법에 대한 개략적인 순서도이다. 아래의 실시예 1은 도 3에서의 S1과 S2 단계만으로 구성되고, 실시예 2는 도 3에서의 S1, S2 및 S3 단계로 구성된다.

실시예 1

본 발명의 일 실시예에 따른 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법은 부상관함수들(

) 이 생성되는 S1 단계 및 상기 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계를 포함한다. 즉 BOCsin(kn,n) 및 BOCcos(kn,n) 신호에 적용가능한 주변 첨두 제거 방법에 해당한다.

이때 최초 자기상관함수는

로 표현되고, 부상관함수인

는

로 표현되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, P는 신호 전력, N은 부반송파의 펄스 수, h _l은 l번째 부반송파의 펄스 부호, T _s = T _c/N 으로 부반송파 펄스 구간이며 T _c는 PRN 코드의 칩 주기, Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각함수이다.

제1 최종 상관함수(R ₀(τ))는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N- ₁(τ))가 아래와 같은 식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.

실시예 2

본 발명의 다른 실시예에 따른 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법은 부상관함수(

)가 생성되는 S1 단계, 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계 및 R ₀(τ)와 S2 단계에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))가 생성되는 S3 단계를 포함한다. 이때 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것으로, 본 발명은 BOC 신호의 종류에 관계없이 적용이 가능하다. 또한 실시예 2는 k 값에도 관계없이 적용이 가능하다.

부상관함수(

), 및 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))는 실시예 1과 동일하다.

제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))는 R ₀(τ)와

가

와 같은 식으로 결합하여 생성된다.

결국 본 발명은 부상관함수가 단순히 가산되어 생성되는 상관함수를 사용하는 것이 아니라, 부상관함수를 본 발명에서 제안하는 방법으로 결합하여 주변 첨두가 없는 새로운 상관함수를 생성하는 방법을 제안한다.

도 4는 본 발명에 따른 BOC 신호 추적 시스템(100)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 본 발명의 BOC 신호 추적 시스템(100)은 전술한 주변 첨두 제거방법을 적용한 시스템이다.

본 발명의 일 예에 따른 BOC 신호 추적 시스템(100)은 BOC 신호를 수신하는 수신부(110), 수신부(110)에서 수신된 BOC 신호에 대한 부상관함수(

)를 생성하는 부상관함수 생성부(120), 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 부상관함수 제1 결합부(130) 및 부상관함수 제1 결합부(130)에서 주변 첨두가 제거된 제1 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 이용하여 신호를 추적하는 판별부(150)를 포함한다. 전술한 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법의 실시예 1에 대응되는 구성이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 BOC 신호 추적 시스템(100)은 BOC 신호를 수신하는 수신부(110), 수신부(110)에서 수신된 BOC 신호에 대한 부상관함수(

)를 생성하는 부상관함수 생성부(120), 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 부상관함수 제1 결합부(130), 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))와 부상관함수 제1 결합부(130)에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성하는 부상관함수 제2 결합부(140) 및 부상관함수 제2 결합부(140)에서 주변 첨두가 제거된 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 이용하여 신호를 추적하는 판별부(150)를 포함한다. 전술한 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법의 실시예 2에 대응되는 구성이다.

이때 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 즉 BOC 위상에 관계없이 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 수신부(110)에서 수신된 BOC 신호는 부반송파가 싸인(sine) 위상이거나 코싸인(cosine) 위상이다.

도 4는 부상관함수 제2 결합부(140)까지 구성으로 포함하는 BOC 신호 추적 시스템(100)이 도시된다. 부상관함수 제1 결합부(130) 및 부상관함수 제2 결합부(140)는 최종 상관함수 생성부라는 구성에 포함된다. 최종 상관함수 생성부를 구성하는 '부상관함수 제1 결합부(130)' 또는 '부상관함수 제1 결합부(130) 및 부상관함수 제2 결합부(140)'의 작동 여부에 따라 각각 k = 1 인경우 또는 k ≥ 1인 경우에 유효하게 적용가능하다.

전술한 본 발명의 BOC 신호 추적 시스템(100)에서 부상관함수 생성부(120)는

으로 표현되는 부상관함수(

)를 생성한다.

부상관함수 제1 결합부(130)는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N _-1(τ))를

와 같은 식으로 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성한다.

본 발명의 부상관함수 제2 결합부(140)는 R ₀(τ)와

를

와 같은 식으로 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성한다.

도 5는 noncoherent BOC 신호 추적을 위하여 주변 첨두가 제거된 본 발명의 상관함수를 이용하여 구성되는 DLL(Delay Lock Loop)구조의 일 예를 도시한다.

여기서 τ는 수신 BOC 신호와 지역(local) BOC 신호의 시간차를 나타내며, Δ는 판별기의 선후간격을 나타낸다. 실제 환경에서는 도 5의 가장 왼쪽의 기저 대역 등가 신호(b(t))에 잡음이 더해진 형태로 나타난다.

수신 BOC 신호는 먼저 수신기에서 생성된 BOC 신호의 early 형태 b(t + τ + Δ/2) 및 late 형태인 b(t + τ - Δ/2)가 곱해지고, 상관을 획득하여 매 T _S마다 샘플링된다.

이후 T/T _C 샘플들은 각각의 N개의 branch에 모여 더해진다.

이를 통해 부상관함수들

의 early 형태

와 late 형태인

를 얻을 수 있으며, 수학식 5에서와 같이 R _proposed(τ)의 early 형태인

와 late 형태인

를 얻는다. 마지막으로 판별기 출력인

는 루프(loop) 필터에 적용되어 NCO(numerically controlled oscillator)를 동작시키며, NCO는 τ = 0이 될 때까지 지역(local) 신호 생성기의 클럭을 조절한다.

이하 본 발명에 다른 자기상관함수와 종래 기법에 다른 효과를 실험적으로 비교한 데이터를 설명하고자 한다.

본 발명에서 제안한 자기상관함수를 이용한 경우의 신호 추적 성능을 확인하기 위하여 여러 기법들과 TESD 성능을 비교하였다. TESD는

로 정의되며 여기서 σ는

의 표준편차, B _L은 루프필터 대역폭, T _I는 적분 시간, G는 판별기 이득

이다. 본 발명에 대한 실험에서는 T = 4ms, Δ = T _S/2 B _L = 1과 같이 파라미터를 설정하였다.

도 6은 본 발명에 따른 자기상관함수를 사용한 경우의 효과를 종래 기법과 비교한 그래프로서, 도 6(a)는 CNR(carrier-to-noise ratio)가 30dB-Hz인 경우 k에 따른 TESD 성능을 도시하고, 도 6(b)는 k=4인 경우 CNR에 따른 TESD 성능을 도시한다. 여기서 CNR은 P/N ₀ 로 정의되며 N ₀는 잡음의 전력 밀도이다.

도 6(a)를 살펴보면, PUDLL은 k가 정수인 BOCsin(kn ,n)에만 유효하게 적용되므로 k가 정수인 경우에만 나타내었으며, best-tuned local 신호를 적용하여 그 TESD 성능을 나타내었다. 도 6으로부터 본 발명에서 제안한 자기상관함수(*로 표시하였음)는 일반 BOC 자기상관함수(△로 표시하였음)와 PUDLL(○로 표시하였음)에 비해 더 좋은 TESD 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.

도 6(b)를 살펴보면, 본 발명에서 제안한 상관함수는 실제 BOC 신호 추적에 있어서 관심 CNR 영역인 20 ~ 50 dB-Hz에서 일반 BOC 자기상관함수와 PUDLL에 비해 더 좋은 TESD 성능을 보임을 확인할 수 있다.

본 발명은 GPS, 갈릴레오, 네비게이션 등의 부호 획득 시스템에 사용이 가능하며, 지능형 차량 통제 시스템, 선박 및 항공기의 위치 제어 등과 같이 GPS 및 갈릴레오 신호를 사용할 모든 분야에 적용 가능함은 물론이다.

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 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

100 : BOC 신호 추적 시스템 110 : 수신부
120 : 부상관함수 생성부 130 : 부상관함수 제1 결합부0)
140 : 부상관함수 제2 결합부 150 : 판별부

Claims

BOC(Binary Offset Carrier) 신호 추적을 위해 자기상관함수에서 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법에 있어서,
부상관함수 생성부에 의해, 정규화된 BOC 자기상관함수에서 부상관함수(
)가 생성되는 S1 단계; 및
부상관함수 제1 결합부에서 상기 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 부상관함수는 아래의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.

(여기서, P는 신호 전력, N은 부반송파의 펄스 수, h _l은 l번째 부반송파의 펄스 부호, T _s = T _c/N 으로 부반송파 펄스 구간이며 T _c는 PRN 코드의 칩 주기, Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각함수임)
제2항에 있어서,
상기 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N- ₁(τ))가 아래와 같은 식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.
BOC(Binary Offset Carrier) 신호에서 자기상관함수를 생성하는 방법에 있어서,
부상관함수 생성부에 의해, 정규화된 BOC 자기상관함수에서 부상관함수(
)가 생성되는 S1 단계;
부상관함수 제1 결합부에서 상기 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))가 생성되는 S2 단계; 및
부상관함수 제2 결합부에서 상기 R ₀(τ)와 상기 S2 단계에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))가 생성되는 S3 단계를 포함하되,
상기 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.
제4항에 있어서,
상기 부상관함수인
는 아래의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.

(여기서, P는 신호 전력, N은 부반송파의 펄스 수, h _l은 l번째 부반송파의 펄스 부호, T _s = T _c/N 으로 부반송파 펄스 구간이며 T _c는 PRN 코드의 칩 주기, Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각함수임)
제5항에 있어서,
상기 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N- ₁(τ))가 아래와 같은 식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))는 R ₀(τ)와
가 아래와 같은 식으로 결합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 주변 첨두가 제거된 상관함수 생성 방법.
BOC 신호를 동기화시키기 위하여 BOC 신호를 추적하는 시스템에 있어서,
상기 BOC 신호를 수신하는 수신부;
상기 수신부에서 수신된 BOC 신호에 대한 부상관함수(
)를 정규화된 BOC 자기상관함수에서 생성하는 부상관함수 생성부;
상기 부상관함수 중 일부를 결합하여 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 부상관함수 제1 결합부;
상기 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))와 상기 부상관함수 제1 결합부에서 결합에 사용되지 않은 나머지 부상관함수를 결합하여 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성하는 부상관함수 제2 결합부; 및
상기 부상관함수 제2 결합부에서 주변 첨두가 제거된 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 이용하여 신호를 추적하는 판별부를 포함하되,
상기 BOC 신호는 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 BOC 신호 추적 시스템.
제8항에 있어서,
상기 부상관함수 생성부는 아래 식으로 표현되는 부상관함수를 생성하는 것을 특징으로 표현되는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 추적 시스템.

(여기서, P는 신호 전력, N은 부반송파의 펄스 수, h _l은 l번째 부반송파의 펄스 부호, T _s = T _c/N 으로 부반송파 펄스 구간이며 T _c는 PRN 코드의 칩 주기, Λ _x(ㆍ)는 높이가 x이고 넓이가 x²인 삼각함수임)
제9항에 있어서,
상기 부상관함수 제1 결합부는 첫번째(0) 부상관함수(S _o(τ))와 마지막(N-1) 부상관함수(S _N-1(τ))를 아래와 같은 식으로 결합하여 상기 제1 최종 상관함수(R ₀(τ))를 생성하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 추적 시스템.
제10항에 있어서,
상기 부상관함수 제2 결합부는 R ₀(τ)와
를 아래와 같은 식으로 결합하여 상기 제2 최종 상관함수(R _proposed(τ))를 생성하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 추적 시스템.