KR102203894B1 - 추적 오류 추정 기반의 비모호 boc 상관함수 생성 장치 및 이를 이용하는 신호추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예들은 유전자 알고리즘 기반의 상관함수 최적화 방법 및 이를 이용한 신호추적장치에 관한 것이다. 일 예로서, 유전자 알고리즘을 적용한 상관함수를 생성하는 방법은, 부반송파의 분할상관 수 및 각 부반송파의 분할상관 비율이 인코딩된 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성하는 단계와 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 복수의 분할상관함수들을 기반으로 상관함수를 생성하는 단계와 상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 추적오류 표준편차(TESD)를 추정하는 단계와 추정된 TESD를 기반으로 제M세대 유전자를 생성하는 단계와 제M세대 유전자를 기반으로 최적의 상관함수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, M은 2이상 내지 수천회의 자연수로 설정될 수 있다.

Description

추적 오류 추정 기반의 비모호 BOC 상관함수 생성 장치 및 이를 이용하는 신호추적장치{An apparatus of generating unambiguous BOC correlation function based on tracking error estimation and a signal tracking apparatus using the apparatus}

본 발명은 추적 오류 추정 기반의 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법에 관한 것으로서, 특히 유전자 알고리즘 기반의 상관함수 최적화 방법 및 이를 이용하는 신호추적장치에 관한 것이다.

최근 세계적으로 다양한 위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS)이 개발됨에 따라, 주파수 대역을 효율적으로 사용하기 위한 위성 항법 신호들이 함께 개발되고 있다. GNSS은 처음에는 군사적 목적을 위하여 개발되었지만, 그 후에는 민간 사용자들을 위한 측위(positioning) 정보를 제공하는데 사용되고 있다. 또한, 위성 항법 시스템의 수요 및 활용이 증가함에 따라, 갈릴레오(Galileo) 시스템 및 현대화된 위성위치확인시스템(Global Positioning System: GPS)과 같은 새로운 위성 항법 시스템도 개발되었다.

새로운 위성 항법 시스템에서는 여러 신호 중 GPS에서 사용되던 PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식보다 더 높은 측위 정확도를 가지는 이진 옵셋 캐리어(Binary Offset Carrier: BOC) 변조 방식이 사용되며, 여기서 사용되는 신호를 BOC 신호라 부른다. 특히, BOC 신호 가운데 AltBOC(Alternative BOC) 신호는 여러 GNSS들 중 COMPASS B2ab 및 Galileo E5ab 신호에 적용될 수 있다. 또한, BOC 신호에 곱해지는 부반송파의 형태에 따라 서로 다른 주파수 대역을 점유함으로써 기존 주파수 대역을 회피하는 형태로 사용되고 있다.

도 1은 BOC 상관함수의 성질을 설명하기 위한 도면이다.

BOC 신호는 종래의 GNSS에서 사용하던 PSK 신호 대비 더욱 우수한 신호 추적 성능을 보인다. 다만, BOC 신호의 부반송파로 인해 자기 상관 함수에 주변 첨두가 발생한다. 즉, 주변 첨두에서 신호 추적이 완료될 수 있으며, 이로 인해 신호 추적 오류가 발생하는 '모호성 문제'가 제기되었다.

이러한 모호성 문제를 해결하기 위한 노력으로, 부반송파를 분할하고 결합하여 비모호 상관함수를 생성하는 기술들이 다수 개발되어 왔으며, 일반적으로 더욱 첨예한 상관함수를 생성할수록 신호추적 성능이 향상된다는 특징을 지니고 있었다.

예를 들어, BOC 상관함수는 도 1에 도시된 바와 같이 가운데 주 첨두 주위에 주변 첨두를 가진다. 이러한 주변 첨두를 제거하는 종래 방법들은 도 1의 BOC 상관함수를 다수의 분할 상관함수로 나눈 후, 이들 분할 상관함수를 대칭적으로 결합하고, 이들을 모두 합하는 방법들이다.

이러한 방법들은 수신된 BOC 신호와 동일한 개형의 로컬 BOC 부반송파를 이용한다. 이 로컬 BOC 부반송파를 수 개의 일정한 너비를 지니는 '분할 부반송파'로 나누고, 이 각각의 '분할 부반송파'를 수신된 신호와 상관하여 분할 상관함수를 생성하는 방식이다.

즉, BOC 반송파를 균일한 비율로 나눠 분할 부반송파를 생성하는데, 분할되는 수가 정해진 상태에서 정형화된 상관함수를 생성한다. 기존 방법들은 이러한 상관 함수가 더욱 뽀족할수록 우수한 성능을 지닌다는 원리 아래 기초하여 만들어졌지만, 상관함수 별 결합 방법이 서로 다르기 때문에 뽀족함이 꼭 성능 향상으로 이어지지 않는다.

게다가, 기존의 상관함수 개발은 신호추적 시 발생하는 잡음을 무시한 상관함수 출력만을 고려했기 때문에, 상관함수의 첨예성이 그대로 선형적인 성능 향상으로 반영되지 않는다. 또한, 다양한 분할 및 결합 방식으로 인해 해당 기법이 최적화된 기법인지에 대한 연구는 수행되지 않고 있다.

[비특허문헌]

[1] K. Chae, S. Yoo, S. Y. Kim, G.-I. Jee, D.-J. Yeom, and S. Yoon, "Unambiguous tracking technique based on sub-carrier pulse grouping for TMBOC-modulated signals in GPS," IEEE Access, vol. 4, pp. 7785-7794, Nov. 2016.

[2] K. Chae, S. R. Lee, H. Liu, S. Yoo, S. Y. Kim, G.-I. Jee, D.-J. Yeom, and S. Yoon, "A novel unambiguous composite binary offset carrier(6,1,1/11) tracking based on partial correlations," Computers and Electrical Engineering, vol. 50, pp. 54-66, Feb. 2016.

비특허문헌 [1], [2]는 앞서 설명한 바와 같이 수신된 BOC 신호와 동일한 개형의 로컬 BOC 부반송파를 이용하며, 로컬 BOC 부반송파를 수 개의 일정한 너비를 가지는 분할 부반송파로 나누고, 각 분할 부반송파를 수신된 신호와 상관하여 분할상관함수를 생성하는 방법들이다.

[특허문헌]

1. 대한민국 특허번호 제2016-0116758호: AltBOC 신호 추적을 위한 비모호 상관함수 생성 방법

2. 대한민국 특허번호 제2014-0126788호: 은닉된 시간 동기화 신호를 이용한 위치 측정 시스템 및 이를 이용한 위치 측정 방법

3. 미국 공개 번호 제2005-0179465호: NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY High-speed signal transmission system A

대한민국 특허번호 제2016-0116758호(이하, 선행기술 1)는 '부반송파를 다수로 분할하고, 다수의 부분 상관함수를 획득하며, 다수의 부분 상관함수를 이용하여 비모호 상관함수를 생성하는 내용' 및 'TESD를 이용하여 생성된 비모호 상관함수의 성능을 평가하는 내용'을 개시하고, 대한민국 특허번호 제2014-0126788호(이하, 선행기술 2)는 '유전 알고리즘을 이용하여 위치 측정을 위한 시간 동기화 신호를 생성하고, 상관함수를 이용하여 동기화 신호의 시간지연 값을 계산'하는 내용을 개시하며, 미국 공개 번호 제2005-0179465호(이하, 선행기술 3)는 유전적 알고리즘을 이용하여 소정의 신호를 생성하는 회로를 개시하고 있다.

그러나, 선행기술 1 내지 선행기술 3은 부반송파에 대응하는 비모호 상관함수를 생성하여 BOC 신호를 추적하거나, 유전적 알고리즘을 이용하여 소정의 신호를 생성한다는 개념적 내용만을 개시하고 있을 뿐, 이하 상술할 본 발명의 실시예들과 같이 비모호 상관함수를 생성함에 있어서 유전적 알고리즘을 이용하여 각 세대에서 생성된 비모호 상관함수 중 가장 우수한 함수가 다음 세대에서 계속 살아남도록 설정하는 방법에 대해서는 개시하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 신호 추적 오류량의 추정을 통해 최소의 신호 추적 오류량을 나타내는 상관함수를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유전자 알고리즘 기반의 준최적 탐색 장치를 통해 최적의 상관함수 생성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상관 함수의 분할 수 및 상관 함수의 분할 비율을 유전자에 인코딩하여 최적의 상관 함수를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비모호 상관함수 중 채널 환경에 따라 어떤 비모호 상관함수가 최적인지를 판정하는 유전자 알고리즘 기반 최적화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예들로서 추적 오류 추정 기반의 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법들, 특히 유전자 알고리즘 기반의 상관함수 최적화 방법 및 이를 이용한 신호추적장치에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예로서 유전자 알고리즘을 적용한 상관함수를 생성하는 방법은, 부반송파의 분할상관 수 및 각 부반송파의 분할상관 비율이 인코딩된 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성하는 단계와 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 복수의 분할상관함수들을 기반으로 상관함수를 생성하는 단계와 상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 추적오류 표준편차(TESD)를 추정하는 단계와 추정된 TESD를 기반으로 제M세대 유전자를 생성하는 단계와 제M세대 유전자를 기반으로 최적의 상관함수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, M은 2이상 내지 수천회의 자연수로 설정될 수 있다.

제1세대 유전자는 분할상관 수가 인코딩되는 제1공간 및 분할상관 비율이 인코딩되는 제2공간을 포함할 수 있다.

상관함수는 복수의 분할상관함수들이 대칭결합되어 생성될 수 있다. 이때, 분할상관 수는 대칭결합을 위해 자연수 또는 짝의 자연수로 설정될 수 있다.

제M세대 유전자는 유전자 알고리즘에서 TESD에 따라 기설정된 자연선택 비중을 받도록함으로써 생성될 수 있다.

상관함수는 비모호 BOC(Binary Offset Carrier) 상관함수일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서 유전자 알고리즘을 적용한 상관함수를 생성하는 신호추적장치는, 유전자 생성부, 상관함수 생성부 및 지연고정 루프부를 포함할 수 있다.

이때, 신호추적장치는 유전자 생성부를 제어하여 부반송파의 분할상관 수 및 각 부반송파의 분할상관 비율이 인코딩된 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성하고, 상관함수 생성부를 제어하여 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 복수의 분할상관함수들을 기반으로 상관함수를 생성하고; 지연고정 루프부를 제어하여 상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 추적오류 표준편차(TESD)를 추정하고; 유전자 생성부를 제어하여 추정된 TESD를 기반으로 제M세대 유전자를 생성하며; 상관함수 생성부를 제어하여 제M세대 유전자를 기반으로 최적의 상관함수를 생성하도록 구성될 수 있다.

이때, M은 2이상 내지 수천회의 자연수로 설정될 수 있다.

신호추적장치는 무선 주파수(RF) 모듈을 더 포함하고, RF 모듈을 제어하여 최적의 비모호 상관함수를 이용하여 신호를 추적할 수 있다.

제1세대 유전자는 분할상관 수가 인코딩되는 제1공간 및 분할상관 비율이 인코딩되는 제2공간을 포함할 수 있다.

준최적의 상관함수는 복수의 분할상관함수들이 대칭결합되어 생성될 수 있다. 이때, 분할상관 수는 대칭결합을 위해 짝의 자연수로 설정될 수 있다.

제M세대 유전자는 유전자 알고리즘에서 TESD에 따라 기설정된 자연선택 비중을 받도록함으로써 생성될 수 있다.

상관함수는 비모호 BOC(Binary Offset Carrier) 상관함수일 수 있다.

상술한 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예들은 최소의 신호 추적 오류 편차를 제공하는 준최적 상관함수 생성을 통해 기존 발명이 제시하지 못했던 상관 함수 최적화 문제에 대한 해결책을 제시한다.

또한, 이러한 상관함수 생성 방법들을 모두 아울러 가장 정밀한 측위 성능을 얻을 수 있다.

또한, 매우 정밀한 신호 추적이 요구되는 수신기 설계에 효과적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되고, 첨부된 도면들은 본 발명에 대한 다양한 실시예들을 제공한다. 또한, 첨부된 도면들은 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시 형태들을 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 BOC 상관함수의 성질을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따라, 신호추적장치에서 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용되는 유전자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서 신호추적장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 상관함수생성장치(20)와 신호추적장치(10)가 별개로 구성되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 대한 효과를 나타내기 위한 도면으로, 비모호 BOC 상관함수의 세대 별 적합도 및 적합도 평가를 통해 얻어진 최종 상관함수를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 대한 효과를 나타내기 위한 도면으로, 제안된 방법에 따른 상관함수와 기존 상관함수의 추적오류 표준편차 성능을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들로서 추적 오류 추정 기반의 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법들, 특히 유전자 알고리즘 기반의 상관함수 최적화 방법 및 이를 이용한 신호추적장치에 대해서 설명한다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 부분, 장치 및/또는 구성 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 부분, 장치 및/또는 구성 또한 기술하지 아니하였다. 또한, 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하여 지칭하는 부분은 장치 구성 또는 방법에서 동일한 구성 요소 또는 단계를 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부" 또는 "??기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 특정(特定) 용어들 및/또는 기호들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

예를 들어, 첨두란 그래프의 기울기의 부호가 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 변하는 지점, 그 지점의 위치 또는 그 지점에서의 값을 나타낸다. 첨두라는 용어는 피크로도 지칭될 수 있다. 그리고, 주 첨두(main peak)란 정규화된 자기상관함수의 중심 시간축에 위치한 첨두를 의미하고, 주변 첨두(side-peak)란 주 첨두가 아닌 첨두를 의미할 수 있다. 영교차시점(zero crossing point)이란, 그래프가 가로축을 통과하는 영점(zero point)을 의미할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

1. 유전자 알고리즘

유전자 알고리즘이란 진화의 핵심 원리인 자연 선택과 유전자의 개념을 이용한 최적화 기법을 의미한다. 예를 들어, 주어진 문제에 대한 해답(solution)을 무작위로 생성한 뒤 이 해답 집단을 진화시켜 좋은 해답을 찾는다.

유전자 알고리즘은 집단 기반의 최적화 기법인 진화 알고리즘의 한 종류로서 집적 회로 설계, 리보핵산(Ribo-Nucleic Acid: RNA) 구조 예측, 인공 신경망 학습 등 매우 다양한 분야의 최적화 및 탐색(search) 문제에 적용되고 있다.

유전자 알고리즘에서 문제의 해답은 고정된 길이의 문자열(또는, 비트열)로 표현되며, 이는 다음 세대를 생성할 때 교차 및 돌연변이 과정의 적용을 용이하게 한다. 해답의 좋고 나쁨의 정도는 최적화 문제의 목적(objective) 함수에 의해 평가되는데, 이를 적합도(fitness) 함수라고 한다.

유전자 알고리즘을 구성하는 주요 연산은 '선택(selection)', '교차(crossover)', '돌연변이(mutation)'이다. 선택은 현재 세대에서 다음 세대를 생성할 때 사용하는 해답들을 결정하는 연산으로써 적합도에 따라 확률적으로 결정된다. 교차는 두 해답을 결합해 새로운 해답을 만드는 과정으로 생물의 염색체 교차를 모사한 것이다. 이를 이용하여 서로 다른 두 해답의 좋은 점을 모두 취하는 새로운 해답을 만들 수 있다. 돌연변이는 해답의 일부분을 무작위로 변형하는 것으로, 지역 최적 해답(local optimum solution)에 빠질 가능성을 줄여 준다.

본 발명의 실시예들에서 유전자 알고리즘이 적용되는다는 의미는 상술한 바와 같은 선택, 교차, 돌연변이 등의 연산이 본 발명의 실시예들에 적합하게 적용된다는 의미이다.

이하에서는 비모호 상관함수 중 채널 환경에 따라 어떤 비모호 상관함수가 최적인지를 판정하기 위해, 상술한 유전자 알고리즘을 기반으로 상관함수에 대한 최적화 방법 및 이를 구현하는 장치에 대해서 설명한다.

2. 비모호 BOC 상관 함수 생성 방법

본 발명의 일 실시예로서 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법에 대해서 설명한다.

먼저, 부반송파의 분할 상관 수 및 각 부반송파의 분할 상관 비율이 인코딩된 유전자(예를 들어, 제1세대 유전자)를 랜덤하게 생성한다.

다음으로, 랜덤하게 생성된 유전자를 디코딩하고 이를 바탕으로 상관함수를 생성한다.

이후, 추적오류표준편차(Tracking Error Standard Deivation: TESD)를 추정한다.

추정된 TESD를 적합도 함수로 삼고, 유전자들 중 낮은 TESD를 지닐수록 높은 자연선택 비중을 받도록하여 다음 세대의 유전자(예를 들어, 제2세대 또는 제M세대 (M은 2 이상의 자연수) 유전자)를 생성한다.

다음으로, 생성된 유전자를 바탕으로 비모호 BOC 상관함수를 생성하여 신호 추적을 수행할 수 있다.

즉, 상술한 실시예는 비모호 상관함수 중 채널 환경에 따라 어떤 비모호 상관함수가 최적인지를 판정하는 유전자 알고리즘 기반의 최적화 방법에 관한 것으로, 부반송파의 분할 상관 수 및 분할 상관 비율이 인코딩된 유전자를 랜덤하게 생성한 후, 점차 우성인 유전자만이 남겨지게 되는 유전자 알고리즘의 특성을 이용하여 준최적 상관함수를 도출하고 이를 신호 추적 시 사용하도록 하는 방법이다. 이러한 실시예는 수신기 내에 실시간(real-time)으로 사용될 수도 있고, 또는 수신기 설계자가 준최적 수신기를 설계하기 위한 용도로도 이용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따라, 신호추적장치에서 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예들은 기존의 비모호 상관함수 생성 장치 대비 우수한 신호추적 성능을 얻는데 초점을 맞추어, 유전자 알고리즘 기반 준최적 상관함수를 생성하는 방법에 관한 것이다. 도 2에서 설명하는 실시예는 도 1에서 도시된 BOC(n,n) 상관함수를 고려하여 고안된 것으로 도 3과 같이 나타낸 유전자 구조를 사용한다.

도 2를 참조하면, 신호추적장치는 비모호 BOC 상관함수를 생성하는 방법의 첫 단계로서 BOC 부반송파 분할상관 수 및 분할상관 비율이 인코딩되는 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성한다 (S201).

S201 단계 및 다른 실시예들에서, 유전자는 한 공간에 0 또는 1을 지니는 이진수로 표현된다. 유전자에 대해서는 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용되는 유전자를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 첫 번째 부분은 "부분상관 수" 공간(또는 제1공간)으로 BOC 부반송파를 분할하는 횟수를 의미한다. 이때, 부분상관 수는 상관함수 생성 시 서로 대칭적인 결합을 수행해야 한다는 특성을 고려해 짝수만 가지도록 인코딩될 수 있다. 도 3에서는 부분상관 수 공간에 총 5개의 공간을 할당하여 분할 수를 2, 4, 6, ..., 64를 가지도록 설정하였다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐이며 BOC 부반송파를 분할하는 횟수는 이에 한정되지 않으며, 유전자 길이는 설정에 따라 바뀔 수 있다. 예를 들어, 분할 횟수는 홀수로 설정될 수 있으며, 이를 기반으로 대칭 결합을 수행하되, 마지막에 남는 상관 함수는 준최적의 상관함수를 결정시 고려하지 않을 수 있다.

도 3에서 두 번째 공간(또는, 제2공간)은 BOC 부반송파가 나눠지는 비율 즉, 각 분할상관의 비를 나타낸다. 하나의 분할상관 별로 4개의 공간을 할당하여 십진수 기준 0~15의 값을 가지도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 분할 수가 2일 경우 분할상관 2개에 대한 비율을 나타내야 하므로 8개의 공간을 이용해 분할 상관비를 나타내며, 두 공간의 숫자 비율이 만약 1:2라면, 분할상관이 지니는 비율이 1:2가 되도록 조정한다. 분할상관이 지니는 비율이 1:2인 경우라도, BOC 부분 부반송파 중 일부만 사용하고 일부는 사용하지 않을 수 있다. 이러한 경우를 인코딩에 포함하여 2개의 분할상관을 표현할 시 3개의 비율 공간을 필요로 한다. 이때 이들의 수의 비율을 1:2:3이라고 하면 (각각 분할상관 1: 분할상관 2: 빈 공간에 대한 비율), 두 분할상관은 1:2의 비율을 가지고, 사용되는 분할 상관과 사용하지 않는 부반송파의 너비는 1:1의 비율을 가지도록 인코딩된다.

다시 도 2를 참조하면, 신호추적장치는 생성한 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 이들을 대칭결합하여 준최적의 비모호 상관함수를 생성하는 단계를 수행한다 (S203).

S203 단계에서, 신호추적장치는 S201 단계에서 인코딩 결과에 따라 복수의 분할상관함수들을 생성한 후, 생성된 복수의 분할상관함수들을 대칭결합하여 준최적의 비모호 상관함수를 생성한다. 예를 들어, BOC 부반송파에 대해서 N개의 분할상관이 생성된 경우, 첫 번째 상관함수 및 마지막 N째 상관함수를 각각의 절대값의 합에 각각의 분할상관을 차분한 값의 절대값을 차분해주는 형태로 결합한다. 나머지 2~N-1째 분할상관에 대해서는 이들을 각각 1~N째 부분상관의 결합 결과와 결합한 후, 이들을 총합하여 준최적의 비모호 상관함수를 생성한다.

이후, 신호추적장치는 준최적의 비모호 상관 함수에 랜덤 잡음을 가한 후 추적 오류 표준 편차(TESD)를 추정하는 단계를 수행한다 (S205).

S205 단계에서, 신호추적장치는 준최적의 비모호 상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 채널 환경을 조성한 후, 가상 지연 고정 루프(Delay Lock Loop: DLL) 장치를 구성하여 신호추적오류에 대한 표준 편차를 시뮬레이션할 수 있다. BOC 상관함수 생성 장치는 DLL 장치를 통해 도출된 추적 오류 표준 편차를 그 역수가 적합도 함수로 반영되어, 더 작은 오류를 지닐수록 유전자 알고리즘 다음 세대에서 자연선택의 비중이 높아지도록 설계할 수 있다.

이후, 신호추적장치는 유전자 알고리즘을 적용시 추정된 TESD를 적합도 함수로 삼고, TESD에 따라 높은 자연선택 비중을 받도록 하여 제M세대(이때, M은 2 이상 수천회 이하의 자연수) 유전자를 생성하는 단계를 수행한다 (S207).

S207 단계에서 이러한 유전자를 통해 각 세대에서 생성된 상관함수 중 가장 우수한 상관함수는 다음 세대에서 계속 살아남도록 설정하며, 이를 통해 여러 세대를 거쳐 가장 우수한 적합도를 지니는 유전자를 선택한다. 예를 들어, 1절에서 설명한 유전자 알고리즘을 반복 적용하여 제1세대 유전자로부터 제M세대 유전자를 생성할 수 있다.

또한, S207 단계에서 높은 자연선택 비중은 기설정된 값으로 구성될 수 있으며, 이는 미리 신호추적장치에 입력되어 있거나, 필요한 경우 시그널링될 수 있다.

신호추적장치는 제M세대 유전자를 기반으로 최적의 비모호 상관함수를 생성한다 (S209).

이후, 신호추적장치는 생성된 최적의 비모호 상환함수를 이용하여 신호를 추적할 수 있다 (S211).

3. 유전자 알고리즘을 적용한 신호추적장치

도 4는 본 발명의 실시예로서 신호추적장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 신호추적장치(10)에서는 가장 우수한 적합도를 지니는 것으로 추정한 상관함수를 이용해 신호추적을 수행한다. 즉, 본 신호추적장치(10)는 수신된 신호를 판별하여 유전자를 생성하는 유전자 생성부(100), 생성한 유전자를 통해 BOC 상관함수를 생성하는 상관함수 생성부(200), 해당 상관함수를 이용하여 신호 추적을 수행하는 지연 고정 루프부(300) 및 신호를 무선 및/또는 유선상으로 송신 및/또는 수신하기 위한 RF (Radio Frequency) 모듈(400)을 포함할 수 있다. 신호추적장치(10)는 위성항법 수신기 내에서 하나의 모듈로 설계되어 탑재될 수 있다.

도 4에서 설명한 유전자 생성부(100)는 도 2의 S201 단계 및 S207 단계를 수행하며, 도 3과 같은 형태의 유전자를 생성할 수 있다. 또한, 유전자 생성부(100)는 상관함수 생성부(200) 및 지연 고정 루프부(300)와 연동하여 동작한다. 상관함수 생성부(200)는 도 2의 S203 단계 내지 S209 단계를 수행한다. 이때, 상관함수 생성부(200)는 S203 및 S207 단계를 수행하는 경우에는 유전자 생성부(100)와 연계하여 동작하며, S205 단계를 수행하는 경우에는 지연 루프 고정부(300)와 연계하여 동작한다.

또한, 지연 루프 고정부(300)는 S205 단계에서 비모호 상관 함수에 랜덤 잡음을 가하여 실제 채널 환경을 조성함으로써, 신호추적장치에서 보다 정확하게 다음 세대 유전자를 생성할 수 있다.

도 4(b)는 신호추적장치가 실제로 동작하는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 4(b)를 참조하면, 신호추적장치에서 도 2 내지 도 3에서 설명한 방법을 기반으로 최적의 상관함수를 생성하여 GNSS 위성으로부터 송출되는 신호를 추적하여 수신할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예로서 상관함수생성장치(20)와 신호추적장치(10)가 별개로 구성되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 신호추적장치(10)는 상관함수생성장치(20)에서 생성된 최적화된 상관함수를 RF 모듈(400)을 통해 수신받을 수 있다. 즉, 도 5에서 설명하는 신호추적장치(10)는 최적화된 상관함수를 직접 생성할 필요가 없으므로 도 4(a)에서 설명한 유전자 생성부(100), 상관함수 생성부(200) 및 지연 루프 고정부(300)가 포함되지 않을 수 있다. 이러한 경우 신호추적장치(10)는 신호추적장치(10) 자체를 제어하기 위한 프로세서(미도시) 및 수신한 최적의 상관함수를 저장하기 위한 메모리(미도시)를 기반으로, 위성으로부터 GNSS 위성으로부터 전송되는 신호를 추적하여 수신할 수 있다.

이와 관련하여, 상관함수생성장치(20)는 앞서 설명한 도 4(a)의 유전자 생성부(100), 상관함수 생성부(200) 및 지연 루프 고정부(300)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우 도 2 내지 3에서 설명한 방법들은 신호추적장치가 아닌 상관함수생성장치(20)에서 수행되고, 최종적으로 생성된 최적의 상관함수를 신호추적장치(10) 로 전달할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 대한 효과를 나타내기 위한 도면으로, 비모호 BOC 상관함수의 세대 별 적합도 및 적합도 평가를 통해 얻어진 최종 상관함수를 나타낸다.

도 6은 종래 신호추적방법과 비교한 본 발명의 신호추적 성능으로, 종래 방법 대비 모든 부반송파 대 잡음비(carrier-to-noise ratio: CNR)에서 크게 향상된 신호추적 오류 성능을 보임을 알 수 있다.

도 6(a)를 참조하면, 유전자 세대가 증가함에 따라 적합도는 점차 증가한다. 예를 들어, 유전자가 300 세대까지 생성된 경우(M=300) 적합도는 2.5 정도에 불과하지만, 유전자가 대략 1100 세대까지 생성된 경우(M=1100) 적합도는 대략 50에 근접한다.

도 6(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 BOC 상관함수 역시 종래 방법들 통해 생성 가능한 상관함수에 비해 더욱 우수한 개형을 보임을 알 수 있다. 도 5(b)에서 파란색 선(점선)은 종래 방법에 따른 상관함수의 개형을 나타내고, 빨간색 선(실선)은 본발명의 실시예에 따른 비모호 BOC 상관함수 생성방법에 따른 상관함수의 개형을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시예들에 대한 효과를 나타내기 위한 도면으로, 제안된 방법에 따른 상관함수와 기존 상관함수의 추적오류 표준편차 성능을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 BOC 상관함수를 이용한 추적오류 표준편차 성능은 빨간색선(실선)으로 도시되어 있고, 기존 상관함수를 이용한 추적오류 표준편차 성능은 파란색선(점선)으로 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 BOC 상관함수를 이용한 추적오류 표준편차 성능이 기존 상관함수를 이용한 추적오류 표준편차 성능 대비 월등한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (11)

1. 유전자 알고리즘을 적용한 상관함수를 생성하는 방법은,
   부반송파의 분할상관 수 및 각 부반송파의 분할상관 비율이 인코딩된 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성하는 단계;
   상기 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 상기 복수의 분할상관함수들을 기반으로 제1상관함수를 생성하는 단계;
   상기 제1상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 추적오류 표준편차(TESD)를 추정하는 단계;
   상기 추정된 TESD를 기반으로 제M세대 유전자를 생성하는 단계; 및
   상기 제M세대 유전자를 기반으로 제2상관함수를 생성하는 단계를 포함하되, M은 2이상의 자연수인, 상관함수 생성방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1세대 유전자는 상기 분할상관 수가 인코딩되는 제1공간 및 상기 분할상관 비율이 인코딩되는 제2공간을 포함하는, 상관함수 생성방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1상관함수는 상기 복수의 분할상관함수들이 대칭결합되어 생성되는, 상관함수 생성방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제M세대 유전자는 상기 유전자 알고리즘에서 상기 TESD에 따라 기설정된 자연선택 비중을 받도록함으로써 생성되는, 상관함수 생성방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1상관함수 및 상기 제2상관함수는 비모호 BOC(Binary Offset Carrier) 상관함수인, 상관함수 생성방법.
6. 유전자 알고리즘을 적용한 상관함수를 생성하는 신호추적장치는,
   유전자 생성부;
   상관함수 생성부; 및
   지연고정 루프부를 포함하되,
   상기 신호추적장치는,
   상기 유전자 생성부를 제어하여 부반송파의 분할상관 수 및 각 부반송파의 분할상관 비율이 인코딩된 제1세대 유전자를 랜덤하게 생성하고;
   상기 상관함수 생성부를 제어하여 상기 제1세대 유전자를 기반으로 복수의 분할상관함수들을 생성하고, 상기 복수의 분할상관함수들을 기반으로 제1상관함수를 생성하고;
   상기 지연고정 루프부를 제어하여 상기 제1상관함수에 랜덤 잡음을 가하여 추적오류 표준편차(TESD)를 추정하고;
   상기 유전자 생성부를 제어하여 상기 추정된 TESD를 기반으로 제M세대 유전자를 생성하며;
   상기 상관함수 생성부를 제어하여 상기 제M세대 유전자를 기반으로 제2상관함수를 생성하도록 구성되되, M은 2이상의 자연수인, 신호추적장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 신호추적장치는,
   무선 주파수(RF) 모듈을 더 포함하고,
   상기 RF 모듈을 제어하여 상기 제2상관함수를 이용하여 신호를 추적하는, 신호추적장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1세대 유전자는 상기 분할상관 수가 인코딩되는 제1공간 및 상기 분할상관 비율이 인코딩되는 제2공간을 포함하는, 신호추적장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 제1상관함수는 상기 복수의 분할상관함수들이 대칭결합되어 생성되는, 신호추적장치.
10. 제6항에 있어서,
    상기 제M세대 유전자는 상기 유전자 알고리즘에서 상기 TESD에 따라 기설정된 자연선택 비중을 받도록함으로써 생성되는, 신호추적장치.
11. 제6항에 있어서,
    상기 제1상관함수 및 상기 제2상관함수는 비모호 BOC(Binary Offset Carrier) 상관함수인, 신호추적장치.

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