KR101432740B1 - 항법위성 송신기 및 수신기 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 제1 부호 대역폭을 갖는 PRN(pseudo random noise) 코드를 생성하는 코드 생성부, 상기 PRN 코드를 변조 기법에 따른 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환된 변조 심볼을 출력하는 변조부 및 상기 변조 심볼을 설정된 채널을 통하여 출력하는 통신부를 포함하는 항법위성 송신기를 제공한다.

Description

항법위성 송신기 및 수신기{Navigation satellite transmitter and receiver}

실시 예는 항법위성 송신기 및 수신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 의사거리 정확도를 향상시킬 수 있는 항법위성 송신기 및 수신기에 관한 것이다.

근래 항법은 자동차, 항공기, 기타 건축 및 토목 현장 등 많은 분야에서 사용하고 있다.

높은 항법 정확도는 기존 항법 응용 분야에서도 요구되는 사항이며, 더 많은 응용분야를 만들어 낼 수 있다. 그래서 항법 정확도를 높이기 위한 여러가지 방법들이 개발되어 왔다.

그 중 반송파 위상 수신방법과 GPS 현대화에 따른 대역폭 확장이 항법정확도를 높이는데 기여하였다.

최근들어, 수신기 내부의 DLL, FLL 등을 변화시켜 최적의 수신 성능을 갖게하는 방법이나 DGPS, GBAS, SBAS 등의 도움을 통해 다른 오차 원인을 제거하는 방법으로 항법 정확도를 높이기 위한 연구가 진행 중에 있다.

실시 예의 목적은, 의사거리 정확도를 향상시킬 수 있는 항법위성 송신기 및 수신기를 제공함에 있다.

실시 예에 따른 항법위성 송신기는 제1 부호 대역폭을 갖는 PRN(pseudo random noise) 코드를 생성하는 코드 생성부, 상기 PRN 코드를 변조 기법에 따른 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환된 변조 심볼을 출력하는 변조부 및 상기 변조 심볼을 설정된 채널을 통하여 출력하는 통신부를 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 변조 기법은, BW Efficient Modulation인 것을 특징으로 한다.

실시 예에 따른 변조 기법은 8-PSK, 16-QAM 및 QPSK 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

실시 예에 따른 제1, 2 데이터 중 적어도 하나의 제2 부호 대역폭은, 상기 제1 부호 대역폭 대비 0.5배 이하인 것을 특징으로 한다.

실시 예에 따른 대역폭 변조부는, 상기 PRN 코드를 상기 제1, 2 데이터로 변환하는 맵핑부 및 상기 제1, 2 데이터를 상기 변조 심볼로 변조하는 변조부를 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 항법위성 수신기는 임의의 변조 심볼을 설정된 채널을 통하여 입력받는 통신모듈, 상기 변조 심볼을 복조하여 변조 기법에 따른 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환하여 PRN(pseudo random noise) 코드를 출력하는 복조부 및 상기 PRN 코드를 기반으로 의사거리를 산출하는 산출모듈을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 항법위성 송신기 및 수신기는, 종래의 대역폭을 유지하면서 부호위상을 사용함으로써, 거리정확도를 최소 두 배 이상 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 실시 예에 따른 항법위성 시스템을 나타낸 시스템도이다.
도 2는 실시 예에 따른 항법위성 송신기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 3은 실시 예에 따른 항법위성 수신기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 개념적 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

본 명세서의 특허청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 특허청구범위에 의해 정의되는 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 실시 예에 따른 항법위성 시스템을 나타낸 시스템도이다.

도 1을 참조하면, 항법위성 시스템은 항법위성 송신기(100) 및 항법위성 수신기(200)를 포함할 수 있다.

실시 예에서, 항법위성 송신기(100)는 항법 위성(미도시) 및 의사위성 등 TOA(Time Of Arrival)을 이용한 측위시스템의 송신기에 배치되며, 항법위성 수신기(200)는 자동차, 선박 등에 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

실시 예에서, 항법위성 송신기(100) 및 항법위성 수신기(200)는 BW Efficient Modulation 이며, 예를들어, 8-PSK, 16-QAM 및 QPSK 중 적어도 하나의 변조 기법 중 QPSK 기법을 사용한 것으로 설명하며, 이에 한정을 두지 않는다.

항법위성 송신기(100)는 위성에 배치된 세슘원자시계(미도시)에서 나온 정밀 클럭에 정확히 동기되어 의사 랜덤 노이즈(Pseudo Random Noise, 이하 'PRN'이라 칭함) 코드를 생성하여, 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase Shift Keying, 이하, 'QPSK'이라 칭함) 방식에 따라 상기 PRN 코드를 변환하여 항법위성 수신기(200)로 출력한다.

상기 PRN 코드는 항법 신호의 해독이나 위성과 항법위성 수신기(200) 간의 의사 거리를 측정할 수 있다.

여기서, 상기 항법 신호는 50bps의 항법 정보를 포함하며 상기 PRN 코드로 스펙트럼 확산 변조된 직교 위상 편이 방식 신호이며, 이에 한정을 두지 않는다.

항법위성 송신기(100)는 상기 PRN 코드를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환하여 QPSK 변조하고, 상기 제1, 2 데이터에 대한 복수의 chip을 포함하는 QPSK 심볼을 출력한다.

이때, 상기 QPSK 심볼은 상기 제1, 2 데이터 각각을 부호 위상이 90°차이가 나는 반송파를 곱해서 더하여 무선주파수 변환기(미도시)를 거쳐 송신 안테나(미도시)를 통해 항법위성 수신기(200)로 출력한다.

항법위성 수신기(200)는 항법위성 송신기(100)로부터 전송된 상기 QPSK 심볼 입력시, 상기 QPSK 심볼을 QPSK 복조하여 상기 제1, 2 데이터를 추출하고, 상기 제1, 2 데이터를 기반으로 상기 PRN 코드를 생성하여, 상기 PRN 코드를 기반으로 의사 거리를 산출할 수 있다.

즉, 항법위성 수신기(200)는 하기의 [수학식 1]에 따라 의사거리를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

의사거리 ∝ 부호위상 * (빛의 속도/PRN 코드의 부호 대역폭)

여기서, 상기 부호위상은, 반송파의 위상차를 나타낼 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

항법위성 수신기(200)는 상기 QPSK 심볼에 포함된 복수의 chip에서 항법위성 송신기(100)에서 변환된 상기 제1, 2 데이터를 복조하며, 상기 제1, 2 데이터를 QPSK 변조와 반대되는 QPSK 복조를 통하여 상기 PRN 코드로 변환할 수 있다.

도 2는 실시 예에 따른 항법위성 송신기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.

항법위성 송신기(100)는 코드 생성부(110), QPSK 변조부(120) 및 통신부(130)를 포함할 수 있다.

코드 생성부(110)는 위성에 배치된 세슘원자시계(미도시)에서 나온 정밀 클럭에 정확히 동기되어 PRN 코드를 생성한다.

이때, 코드 생성부(110)는 상기 PRN 코드를 제1 부호 대역폭을 갖도록 생성하여, QPSK 변조부(120)로 전달한다.

여기서, QPSK 변조부(120)는 맵핑부(122) 및 변조부(124)를 포함할 수 있다.

맵핑부(122)는 상기 PRN 코드를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환한다.

즉, 맵핑부(122)는 상기 제1 부호 대역폭을 갖는 상기 PRN 코드를 상기 real 축 및 상기 imaginary 축에 대응하는 제2 부호 대역폭을 갖는 상기 제1, 2 데이터로 변환할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1, 2 데이터는 서로 동일한 상기 제2 부호 대역폭을 갖는 것으로 나타내었으나, 서로 다른 부호 대역폭을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 상기 제2 부호 대역폭은 상기 제1 부호 대역폭 대비 0.5배 일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

상기 제1 부호 대역폭은 2.046 Mbps 이고, 상기 제2 부호 대역폭은 1.023 Mbps일 수 있다.

변조부(124)는 맵핑부(122)에서 변환된 상기 제1, 2 데이터를 QPSK 변조한 복수의 chip 을 포함하는 QPSK 심볼을 출력한다.

즉, 변조부(124)는 상기 제1, 2 데이터 각각을 부호 위상이 90°차이가 나는 반송파를 곱해서 더하여 상기 QPSK 심볼을 생성하여, 통신부(130)로 전달한다.

통신부(130)는 변조부(124)에서 생성된 상기 QPSK 심볼을 무선 주파수 변환기를 거쳐 송신 안테나를 통해 항법위성 수신기(200)로 출력한다.

도 3은 실시 예에 따른 항법위성 수신기의 제어구성을 나타낸 제어블록도이다.

도 3을 참조하면, 항법위성 수신기(200)는 통신모듈(210), QPSK 복조부(220) 및 산출모듈(230)을 포함할 수 있다.

통신모듈(210)은 항법위성 송신기(100)로부터 출력된 상기 QPSK 심볼을 설정된 채널을 통하여 수신한다.

이후, 통신모듈(210)은 상기 QPSK 심볼을 QPSK 복조부(220)로 전달한다.

QPSK 복조부(220)는 상기 QPSK 심볼을 QPSK 복조하여 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)의 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환하여 PRN 코드를 출력한다.

즉, QPSK 복조부(220)는 상기 QPSK 심볼을 제1, 2 데이터로 복조하는 복조부(222) 및 상기 제1, 2 데이터를 기반으로 PRN 코드를 추출하는 디맵핑부(224)를 포함할 수 있다.

여기서, 복조부(222)는 도 2에서 상술한 변조부(124)와 반대되는 동작을 수행하여, 상기 QPSK 심볼에 포함된 복수의 chip 각각에서 상기 제1, 2 데이터로 복조할 수 있다.

디맵핑부(224)는 도 2에서 상술한 맵핑부(122)와 반대되는 동작을 수행하여, 복조부(222)에서 생성된 상기 제1, 2 데이터를 기반으로 PRN 코드를 추출할 수 있다.

산출모듈(230)은 QPSK 복조부(220)에서 추출된 상기 PRN 코드를 기반으로 [수학식 1]을 이용하여 의사 거리를 산출할 수 있다.

여기서, 산출모듈(230)은 상기 PRN 코드의 부호 위상 및 부호 대역폭을 이용하여 의사 거리를 산출함을 알 수 있다.

실시 예에 따른 위상 검출 장치 및 그 동작방법이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 항법위성 송신기
200: 항법위성 수신기

Claims (6)

1. 제1 대역폭을 갖는 PRN(pseudo random noise) 코드를 생성하는 코드 생성부;
   상기 PRN 코드를 변조 기법에 따른 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환된 변조 심볼을 출력하는 대역폭 변조부; 및
   상기 변조 심볼을 설정된 채널을 통하여 출력하는 통신부;를 포함하는 항법 위성 송신기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변조 기법은,
   BW Efficient Modulation인 것을 특징으로 하는 항법 위성 송신기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 변조 기법은,
   8-PSK, 16-QAM 및 QPSK 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 항법 위성 송신기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1, 2 데이터 중 적어도 하나의 제2 대역폭은,
   상기 제1 대역폭 대비 0.5배 이하인 것을 특징으로 하는 항법위성 송신기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 변조부는,
   상기 PRN 코드를 상기 제1, 2 데이터로 변환하는 맵핑부; 및
   상기 제1, 2 데이터를 상기 변조 심볼로 변조하는 변조부;를 포함하는 항법 위성 송신기.
6. 임의의 변조 심볼을 설정된 채널을 통하여 입력받는 통신모듈;
   상기 변조 심볼을 복조하여 변조 기법에 따른 real 축에 대한 제1 데이터 및 imaginary 축에 대한 제2 데이터로 변환하여 PRN(pseudo random noise) 코드를 출력하는 복조부; 및
   상기 PRN 코드를 기반으로 의사거리를 산출하는 산출모듈;을 포함하는 항법 위성 수신기.

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