KR101863235B1

KR101863235B1 - 코사인 위상 boc 신호를 추적하는 방법 및 코사인 위상 boc 신호에 대한 추적 장치

Info

Publication number: KR101863235B1
Application number: KR1020170025577A
Authority: KR
Inventors: 윤석호; 채근홍
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-06-04

Abstract

코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방은 수신기가 수신한 코사인 위상 BOC 신호와 국소 신호의 상관을 통해 자기상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 자기상관함수에 절대값 연산을 수행하여 절대상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 절대상관함수를 우측으로 시프트하여 우편향 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 좌편향 상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 절대상관함수와 상기 좌편향 상관함수를 조합하여 제1 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수와 상기 우편향 상관함수를 조합하여 제2 상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 제1 상관함수와 상기 제2 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 단계 및 상기 수신기가 상기 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적하는 단계를 포함한다.

Description

코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법 및 코사인 위상 BOC 신호에 대한 추적 장치{TRACKING METHOD FOR COSINE-PHASED BOC SIGNAL AND TRACKING APPARATUS FOR COSINE-PHASED BOC SIGNAL}

이하 설명하는 기술은 코사인 위상을 갖는 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.

BOC 신호 중 대표적인 한 종류는 코사인 위상 BOC 신호로 (cosine-phased BOC signal), 코사인 위상을 지니는 부반송파가 곱해진 신호를 의미한다.

한국공개특허 제10-2013-0046667호

코사인 위상 BOC 신호의 자기상관함수에는 실제 신호 추적에 필요한 주 첨두 뿐 아니라, 신호 추적에 방해가 되는 주변 첨두가 함께 포함되어 있으며, 부반송파 주파수가 향상됨에 따라서 주변 첨두의 개수가 많아지고 그 형태가 더욱 복잡해지게 된다.

이하 설명하는 기술은 코사인 위상 BOC 신호의 동기화를 위해 주변 첨두가 제거된 상관함수를 생성하는 방법을 제공하고자 한다.

코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법은 수신기가 수신한 코사인 위상 BOC 신호와 국소 신호의 상관을 통해 자기상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 자기상관함수에 절대값 연산을 수행하여 절대상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 절대상관함수를 우측으로 시프트하여 우편향 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 좌편향 상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 절대상관함수와 상기 좌편향 상관함수를 조합하여 제1 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수와 상기 우편향 상관함수를 조합하여 제2 상관함수를 생성하는 단계, 상기 수신기가 상기 제1 상관함수와 상기 제2 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 단계 및 상기 수신기가 상기 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적하는 단계를 포함한다.

이하 설명하는 기술은 주변 첨두가 제거된 상관함수를 이용하여 코사인 위상 BOC 신호 추적에서 모호성을 제거하고 정밀한 신호 추적을 가능하게 한다. 이하 설명하는 기술은 모든 코사인 위상 BOC 신호에 대해 복잡도가 낮은 신호 추적을 가능하게 한다.

도 1은 코사인 위상 BOC 신호에 대한 자기상관함에 대한 예이다.
도 2는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 절대상관함수 및 좌/우편향 상관함수를 도시한 예이다.
도 3은 코사인 위상 BOC 신호에 대한 제1 상관함수 및 제2 상관함수를 도시한 예이다.
도 4는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 새로운 상관함수를 도시한 예이다.
도 5는 코사인 위상 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 신호 중 코사인 위상 BOC 신호에 대한 추적 성능을 향상시키기 위하여 주변 첨두가 제거하는 기법에 관한 것이다. 나아가 이하 설명하는 기술은 생성한 상관함수를 이용하여 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 기법에 관한 것이다. 코사인 위상 BOC 신호에서 주변 첨두를 제거하는 과정에 대해 설명한다. 이하 설명하는 과정은 코사인 위상 BOC 신호를 수신하는 수신기(신호 추적 장치)가 수행한다.

BOC 신호는 의사잡음코드와 (pseudo random noise: PRN) 구형 펄스의 부반송파를 곱한 형태로써 나타난다. 코사인 위상의 BOC 신호는 cBOC(kn,n)으로 표현될 수 있다. 여기서 k는 의사잡음코드 (pseudorandom noise: PRN) 전송률과 부반송파 주파수와의 비를 나타내는 양의 정수이고, n은 PRN 코드 전송률과 1.023 MHz와의 비를 나타낸다.

이하 설명의 편의를 위해 코사인 위상 BOC 신호 중 cBOC(2,1) 신호를 기준으로 설명한다. cBOC(2,1) 신호는 신호 부반송파의 주기가 의사잡음코드 (pseudo random noise code: PRN code) 칩 주기의 1/2에 해당하는 신호를 의미한다).

cBOC(2,1) 신호 B(t)는 아래의 수학식 1과 같이 나타내어질 수 있다. 일반적인 cBOC(kn,n) 신호 B(t)도 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서 P는 신호 전력을 나타낸다. e_i ∈ {-1, 1}는 주기가 T인 PRN 코드의 칩이다. T_c는 PRN 코드 칩 주기이다. P_α(t)는 [0,α]에 존재하는 단위 구형파이고, d(t)는 항법 데이터를 의미한다.

일반적으로 위성 항법 시스템에서는 동기화를 위한 별도의 파일럿 채널을 제공한다. 이하 설명에서는 신호 동기화를 위해 신호 추적 동안 데이터가 존재하지 않는 파일럿 채널을 가정한다. c_i(t)는 i 번째 부반송파로 PRN 코드 한 개의 칩 안에서 폭 T_s를 갖는 N개의 구형파 펄스로 구성된다.

일반적으로 수신기는 수신 신호와 국소 신호의 상관을 통해 아래의 수학식 2와 같은 자기상관함수를 얻는다.

상기 수학식 2를 이용하여 수신기가 획득하는 자기상관함수를 도 1에 도시하였다. 도 1은 코사인 위상 BOC 신호에 대한 자기상관함에 대한 예이다.

수신기는 자기상관함수에 절대값 연산을 한다. 절대값 연산을 하여 생성한 상관함수를 절대상관함수라고 명명한다. 도 2는 절대상관함수의 예를 도시한다. 수신기는 주변 첨두를 제거하기 위하여 절대상관함수를 각각 좌측과 우측으로 지연(시프트)하여 좌편향 상관함수와 우편향 상관함수를 생성한다. 도 2는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 절대상관함수 및 좌/우편향 상관함수를 도시한 예이다.

예컨대, 수신기는 절대상관함수에서 가장 우측 첨두와 가장 우측에서 2번째 첨두 사이 존재하는 제로 크로싱(zero-crossing)이, 주 첨두 바로 왼쪽의 제로 크로싱과 일치하도록 좌측으로 시프트하여 좌편향 상관함수를 생성할 수 있다. 이와 동일한 방식으로 수신기는 절대상관함수에서 가장 좌측 첨두와 가장 좌측에서 2번째 첨두 사이 존재하는 제로 크로싱이 주 첨두의 바로 오쪽족의 제로 크로싱에 일치하도록 우측으로 시프트하여 우편향 함수를 생성할 수 있다.

또는 수신기는 좌편향 함수의 가장 오른쪽 첨두가 절대상관함수의 주 첨두에 중첩되도록 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 좌편향 함수를 생성할 수 있다. 동일한 방식으로 수신기는 우편향 함수의 가장 왼쪽 첨두가 절대상관함수의 주 첨두에 중첩되도록 절대상관함수를 우측으로 시프트하여 우편향 함수를 생성할 수 있다. 이때 수신기가 절대상관함수를 동일한 길이(크기)로 시프트하여 좌편향 함수와 우편향 함수를 생성하는 것이 바람직하다.

한편 수신기는 좌/우편향 상관함수를 과정에서 절대상관함수를 시프트하는 길이를 코사인 BOC 신호의 종류에 따라 다르게 할 수 있다.

도 2를 살펴보면, 절대상관함수의 주 첨두를 포함한 우측 부분만이 우편향 상관함수와 양의 값으로 겹치고, 절대상관함수의 주 첨두를 포함한 좌측 부분만이 좌편향 상관함수와 양의 값으로 겹쳐진다. 이와 같은 점에 착안하여, 아래 수학식 3을 이용해 주변 첨두를 제거한다.

주변 첨두를 제거하기 위하여 아래의 수학식 3과 같은 연산을 이용한다. 설명의 편의를 위해 아래의 수학식 3과 같은 연산을 결합 연산이라고 명명한다.

상기 수학식 3의 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.

이와 같은 성질로부터 좌편향 상관함수와 절대상관함수를 결합할 경우, 좌측의 첨두만 남는다. 또한 우편향 상관함수와 절대상관함수를 결합할 경우 우측의 첨두만 남는다. 수신기는 아래의 수학식 4와 같은 결합 연산을 하여 제1 상관함수를 생성한다. 수신기는 아래의 수학식 5와 같은 결합 연산을 하여 제2 상관함수를 생성한다.

R₁(τ)은 제1 상관함수, R_l(τ)은 좌편향 상관함수, R_abs(τ)은 절대상관함수이다.

R₂(τ)은 제2 상관함수, R_r(τ)은 우편향 상관함수, R_abs(τ)은 절대상관함수이다.

도 3은 코사인 위상 BOC 신호에 대한 제1 상관함수 및 제2 상관함수를 도시한 예이다. 도 3을 살펴보면, 제1 상관함수와 제2 상관함수는 서로 대칭이며, 주 첨두에서만 양의 값으로 겹쳐진다. 이는 제1 상관함수 및 제2 상관함수를 생성하면서 각각 좌측 및 우측 첨두만이 남았기 때문이다.

수신기는 아래 수학식 6을 이용하여 제1 상관함수와 제2 상관함수를 결합하여 최종적인 상관함수를 생성할 수 있다. 최종적인 상관함수를 이하 새로운 상관함수라고 명명한다.

R_pro(τ)은 새로운 상관함수, R₁(τ)은 제1 상관함수, R₂(τ)은 제2 상관함수이다. 도 4는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 새로운 상관함수를 도시한 예이다. 새로운 상관함수는 주변 첨두가 완전하게 제거된 상태이다.

도 5는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법(100)에 대한 순서도의 예이다. 수신기는 코사인 위상 BOC 신호를 수신한다(110). 수신기는 수신한 코사인 위상 BOC 신호와 국소 신호의 상관을 통해 자기상관함수를 생성한다(120).

수신기는 자기상관함수에 절대값 연산을 적용한 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 좌편향 상관함수를 생성하고, 절대상관함수를 우측으로 시프트하여 우편향 상관함수를 생성한다(130).

수신기는 절대상관함수와 좌편향 상관함수를 결합하여 제1 상관함수를 생성하고, 절대상관함수와 우편향 상관함수를 결합하여 제2 상관함수를 생성한다(140).

수신기는 제1 상관함수와 제2 상관함수를 결합하여 새로운 상관함수를 생성한다(150). 최종적으로 수신기는 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적할 수 있다(160).

신호 추적 장치인 수신기는 코사인 위상 BOC 신호를 수신하는 안테나 및 수신한 신호를 전술한 바와 같이 처리하는 연산 장치 및 생성한 상관한수를 이용하여 신호를 추적하는 판별기를 포함할 수 있다. 연산 장치는 전술한 과정을 통해 새로운 상관함수를 생성한다.

생성된 새로운 상관함수는 지연 고정 루프 (delay lock loop: DLL) 입력으로 사용되어, 최종적으로 신호 추적에 이용된다. 사인 위상 BOC 신호 추적을 위한 판별기 출력은 (discriminator output) 아래의 수학식 7과 같이 나타낸다.

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

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 수신한 코사인 위상 BOC 신호와 국소 신호의 상관을 통해 자기상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 자기상관함수에 절대값 연산을 수행하여 절대상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 절대상관함수를 우측으로 시프트하여 우편향 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 좌편향 상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 절대상관함수와 상기 좌편향 상관함수를 조합하여 제1 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수와 상기 우편향 상관함수를 조합하여 제2 상관함수를 생성하는 단계;
상기 수신기가 상기 제1 상관함수와 상기 제2 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 단계; 및
상기 수신기가 상기 새로운 상관함수를 이용하여 신호를 추적하는 단계를 포함하는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 상기 우편향 상관함수의 가장 좌측 첨두가 상기 절대상관함수의 주 첨두에 중첩되도록 상기 절대상관함수를 시프트하여 상기 우편향 상관함수를 생성하고,
상기 절대상관함수가 우측으로 시프트된 길이만큼 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 상기 좌편향 상관함수를 생성하는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 아래 수식을 이용하여 상기 제1 상관함수를 생성하는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법.

(R₁(τ)은 상기 제1 상관함수, R_l(τ)은 상기 좌편향 상관함수, R_abs(τ)은 상기 절대상관함수임)
제1항에 있어서,
상기 수신기는 아래 수식을 이용하여 상기 제2 상관함수를 생성하는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법.

(R₂(τ)은 상기 제2 상관함수, R_r(τ)은 상기 우편향 상관함수, R_abs(τ)은 상기 절대상관함수임)
제1항에 있어서,
상기 수신기는 아래 수식을 이용하여 상기 새로운 상관함수를 생성하는 코사인 위상 BOC 신호를 추적하는 방법.

(R_pro(τ)은 상기 새로운 상관함수, R₁(τ)은 상기 제1 상관함수, R₂(τ)은 상기 제2 상관함수임)
사인 위상 BOC 신호를 수신하는 안테나; 및
상기 사인 위상 BOC 신호와 국소 신호의 상관을 통해 생성하는 자기상관함수에 대한 절대값 연산을 하여 절대상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트한 좌편향 상관함수 및 상기 절대상관함수를 조합하여 제1 상관함수를 생성하고, 상기 절대상관함수를 우측으로 시프트한 우편향 상관함수 및 상기 절대상관함수를 조합하여 제2 상관함수를 생성하고, 상기 제1 상관함수 및 상기 제2 상관함수를 조합하여 새로운 상관함수를 생성하는 연산 장치를 포함하는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 추적 장치.
제6항에 있어서,
상기 연산 장치는 상기 우편향 상관함수의 가장 좌측 첨두가 상기 절대상관함수의 주 첨두에 중첩되도록 상기 절대상관함수를 시프트하여 상기 우편향 상관함수를 생성하고,
상기 절대상관함수가 우측으로 시프트된 길이만큼 상기 절대상관함수를 좌측으로 시프트하여 상기 좌편향 상관함수를 생성하는 코사인 위상 BOC 신호에 대한 추적 장치.