KR101838406B1

KR101838406B1 - Boc 신호를 추적하는 방법 및 boc 신호 추적 장치

Info

Publication number: KR101838406B1
Application number: KR1020160160994A
Authority: KR
Inventors: 윤석호; 채근홍
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-04-26

Abstract

BOC 신호를 추적하는 방법은 수신기가 BOC 신호를 수신하는 단계, 상기 수신기가 상기 BOC 신호의 자기상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 자기상관함수에 대한 제곱연산을 하여 제곱 상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 자기상관함수와 상기 제곱 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 단계 및 상기 수신기가 상기 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적하는 단계를 포함한다.

Description

BOC 신호를 추적하는 방법 및 BOC 신호 추적 장치{TRACKING METHOD FOR BOC SIGNAL AND TRACKING APPARATUS FOR BOC SIGNAL}

이하 설명하는 기술은 BOC 신호를 추적하는 기법에 관한 것이다.

BOC(binary offset carrier) 신호는 Galileo, GPS III와 같은 차세대 위성 항법 시스템의 (global navigation satellite system: GNSS) 변조 기법으로 채택되고 있다. GNSS에서는 동기화 과정에서 발생하는 시간 오류가 심각한 위치 오류로 나타날 수 있다. 따라서 신뢰성 있는 GNSS 기반 통신을 위해서는 신호 동기화가 매우 중요하다.

한국공개특허 제10-2013-0046667호

이하 설명하는 기술은 BOC 신호에 대해 종료의 상관함수와 새로운 상관함수를 조합하여 주변 첨두가 제거된 새로운 상관함수 생성방법을 제공하고자 한다.

BOC 신호 추적 장치는 BOC 신호를 수신하는 안테나 및 상기 BOC 신호의 자기상관함수에 대한 제곱연산을 하여 제곱 상관함수를 생성하고, 상기 자기상관함수와 상기 제곱 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 조합하여 신호 추적을 위한 새로운 상관함수를 생성하는 연산 장치를 포함한다.

이하 설명하는 기술은 종래 자기상관함수에 존재하던 주변 첨두를 제거하여 모호성 문제를 해결하였다. 나아가 이하 설명하는 기술은 종래 자기상관함수를 그대로 이용하기때문에 종래 수신기에 손쉽게 적용가능하다.

도 1은 TMBOC 신호의 구조를 도시한 도면의 예이다.
도 2는 BOC 신호에 대한 상관함수를 도시한 예이다.
도 3은 BOC 신호를 추적하는 방법에 대한 순서도의 예이다.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 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, 이하 설명하는 기술의 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.

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.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하 설명하는 기술은 BOC 신호에 대한 추적 성능을 향상시키기 위하여 주변 첨두가 제거되고 주 첨두가 첨예한 상관함수를 생성하는 기법에 관한 것이다. 나아가 이하 설명하는 기술은 생성한 상관함수를 이용하여 BOC 신호를 추적하는 기법에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 BOC 신호 중 자기상관함수의 주변 첨두가 주 첨두 양쪽에 하나씩 존재하는 신호에 적용하기 위한 것이다. 따라서 이하 설명하는 기술은 CBOC(composite binary offset carrier), TMBOC(time-multiplexed binary offset carrier), BOC_sin(1,1) 등에 적용 가능하다. 이하 설명하는 과정은 BOC 신호를 수신하는 수신기(신호 추적 장치)가 수행한다. 이하 설명의 편의를 위해 TMBOC 신호를 기준으로 설명한다.

TMBOC(6,1,4/33) 신호의 기저대역 신호 B(t)는 아래의 수학식 1과 같이 나타낸다.

여기서 P는 신호 전력이다. p_i∈ {-1,1}는 주기가 T인 PRN 코드의 i째 칩이다. r_α(t)는 [0,α]에 존재하는 단위 구형파이다. T_c는 PRN 코드 칩 주기이다. d[t]는 항법 데이터이다. s_i(t)는 TMBOC 신호의 i째 PRN 코드 칩에 존재하는 부반송파를 나타낸다. TMBOC(6,1,4/33) 신호는 신호 동기화를 위해 사용되는 파일럿 성분이므로, 신호 동기화 과정에서의 항법 데이터 d(t)는 1로 설정하여, 데이터가 존재하지 않는다고 가정한다. 또한 PRN 코드의 경우 Legendre sequence로부터 결정한 Weil sequence를 적용한다.

도 1은 TMBOC 신호의 구조를 도시한 도면의 예이다. 도 1은 TMBOC 신호의 부반송파를 도시한 예이다. 도 1을 살펴보면 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 부반송파 s_i(t)는 BOCsin(1,1) 신호의 부반송파 s^α _i(t)와 BOCsin(6,1) 신호의 부반송파 s^β _i(t)로 구성된다. 주기는 33 T_c이다. 각각의 부반송파는 아래의 수학식 2와 같은 규칙으로 구성되어 TMBOC(6,1,4/33) 신호의 부반송파를 이룬다.

수학식 2에서 k는 임의의 정수이다. BOCsin(1,1) 신호의 부반송파 s^α _i(t)와 BOCsin(6,1) 신호의 부반송파 s^β _i(t)는 아래의 수학식 3과 같이 나타낸다.

수학식 3에서 T^α _s는 BOCsin(1,1) 신호의 부반송파 펄스 주기이고 T_c/2의 값을 갖는다. T^β _s는 BOCsin(6,1) 신호의 부반송파 펄스 주기이고, T_c/12의 값을 갖는다. 일반적으로 신호 추적에 사용되는 자기상관함수는 아래의 수학식 4와 같다.

도 2는 BOC 신호에 대한 상관함수를 도시한 예이다. 수학식 4의 자기상관함수는 도 2에 나타낸 바와 같이, 2개의 주변 첨두를 지니며, 그 주변 첨두의 값은 음수이다. 이 두 음수값을 지니는 주변 첨두를 제거하기 위해, 아래와 같은 주변 첨두 제거 방법을 제안한다.

먼저 상관함수의 조합에 사용되는 결합 연산을 설명한다. 제안하는 결합 연산은 아래의 수학식 5와 같다.

상기 수학식 5의 결합 연산은 만약 두 상관함수 A와 B의 부호가 같을 경우, 결과 X의 값은 양수를 갖게하고, 만약 A와 B의 부호가 다르거나 A와 B 중 0의 값을 가지는 상관함수가 있을 경우 그 값의 크기에 무관하게 X의 값은 항상 0을 갖게 한다.

따라서, 음수 값을 가지는 주변 첨두를 제거하기 위하여, 수신기는 아래의 수학식 6과 같이 자기상관함수를 제곱하여 제곱 상관함수를 얻는다.

도 2에 나타낸 바와 같이 제곱 상관함수는 주변 첨두 부분에서는 그 값이 양수로 바뀐다는 점을 확인할 수 있다.

최종적으로 수신기는 기존의 자기상관함수와 위 제곱 상관함수를 아래의 수학식 7과 같이 결합함으로써 비모호 상관함수를 생성할 수 있다.

도 2에서 나타낸 바와 같이, 최종적인 제안한 상관함수는 더 이상 주변 첨두를 지니지 않음을 알 수 있다.

도 3은 BOC 신호를 추적하는 방법(100)에 대한 순서도의 예이다. 수신기는 BOC 신호를 수신한다(110). 수신기는 BOC 신호의 자기상관함수를 생성한다(120). 수신기는 자기상관함수에 대한 제곱 연산을 하여 제곱 상관함수를 생성한다(130). 수신기가 자기상관함수와 제곱 상관함수에 대한 상관 연산을 수행하여 새로운 상관함수를 생성한다(140). 수신기는 최종적으로 새로운 함수를 이용하여 신호를 추적할 수 있다(150).

신호 추적 장치인 수신기는 TMBOC 신호를 수신하는 안테나 및 수신한 신호를 전술한 바와 같이 처리하는 연산 장치 및 생성한 상관한수를 이용하여 신호를 추적하는 판별기를 포함할 수 있다. 연산 장치가 전술한 바와 같이 자기상관함수와 제곱 상관함수를 조합하여 신호 추적을 위한 새로운 상관함수를 생성한다.

생성된 새로운 상관함수는 지연 고정 루프 (delay lock loop: DLL) 입력으로 사용되어, 최종적으로 신호 추적에 이용된다. TMBOC(6,1,4/33) 신호 추적을 위한 판별기 출력은 (discriminator output) 아래의 수학식 8과 같이 나타낸다.

판별기 출력은 지연 고정 루프의 (delay lock loop) 수치 제어된 오실레이터에 의해 (numerically controlled oscillator) τ가 0이 될 때까지 동작한다.

지금까지 TMBOC 신호를 기준으로 주변 첨두의 제거 방법을 설명하였다. 그러나, 전술한 바와 같이 사인 위상을 갖는 BOC(1,1) 신호, 합성 이진 옵셋 반송파 (CBOC) 신호 등도 자기상관함수가 하나의 주 첨두와 양편의 대칭인 음수의 주변 첨두를 가지도록 나타나기 때문에, 전술한 방법으로 주변 첨두를 제거할 수 있다.

본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims

수신기가 BOC(Binary Offset Carrier, 이하 BOC라고 함) 신호를 수신하는 단계;
상기 수신기가 상기 BOC 신호의 자기상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 자기상관함수에 대한 제곱연산을 하여 제곱 상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 자기상관함수와 상기 제곱 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 단계; 및
상기 수신기가 상기 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적하는 단계를 포함하는 BOC 신호를 추적하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 BOC 신호는 CBOC 신호, TMBOC 신호 또는 BOC_sin(1,1) 신호인 BOC 신호를 추적하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 아래의 수식을 사용하여 상기 새로운 상관함수를 생성하는 BOC 신호를 추적하는 방법.

(여기서 R_p(τ)는 상기 새로운 상관함수, R_s(τ)는 상기 제곱 상관함수, R(τ)는 상기 상관함수임)
BOC 신호를 수신하는 안테나; 및
상기 BOC 신호의 자기상관함수에 대한 제곱연산을 하여 제곱 상관함수를 생성하고, 상기 자기상관함수와 상기 제곱 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 조합하여 신호 추적을 위한 새로운 상관함수를 생성하는 연산 장치를 포함하는 BOC 신호 추적 장치.
제4항에 있어서,
상기 BOC 신호는 CBOC 신호, TMBOC 신호 또는 BOC_sin(1,1) 신호인 BOC 신호 추적 장치.
제4항에 있어서,
상기 연산장치 아래의 수식을 사용하여 상기 새로운 상관함수를 생성하는 BOC 신호 추적 장치.

(여기서 R_p(τ)는 상기 새로운 상관함수, R_s(τ)는 상기 제곱 상관함수, R(τ)는 상기 상관함수임)