KR102229695B1 - Boc 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법은 BOC 신호를 수신하는 단계, BOC 신호의 국소 신호를 상관하여 제1 및 제2 부분 상관함수를 획득하는 단계; 제1 및 제2 부분 상관함수들 결합하여 부 비모호 상관함수를 획득하는 단계, 및 부 비모호 상관함수와 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수를 곱하여 비모호 상관함수를 획득하는 단계를 포함한다.

Description

BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 추적장치{An apparatus for unambiguous BOC signal tracking based on symmetric sampling}

본 발명은 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 추적장치에 관한 것이다.

이진옵셋반송파(Binary Offset Carrier; 이하, BOC) 신호는 Galileo, GPS III와 같은 차세대 위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS)의 변조 기법으로 채택되고 있다.

위성 항법 시스템에서는 올바른 의사거리(pseudorange)를 얻기 위해 시간 동기화가 매우 중요하다. BOC 신호를 이용하여 의사거리를 추정하는 과정은 BOC 신호의 주첨두(main-peak)를 추적하여야 하는데, BOC 신호의 자기상관함수(autocorrelation function)는 주첨두 이외에 다수의 다수의 주변 첨두가 (side-peak) 존재한다. 따라서, 신호 추적 과정에서 올바른 추적 지점인 주첨두(main-peak)가 아닌 주변 첨두에서 신호가 추적되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 모호성 문제(ambiguity problem)라고 일컫는다. 모호성 문제는 의사거리 추정 오류를 발생시킬 수 있기 때문에, 모호성이 제거된 상관함수를 신호 추적에 이용하여, 신호 추적 오류를 줄이기 위한 방안이 요구된다.

본 발명은 BOC 신호의 모호성없이 이용할 수 있도록 하는 비모호 상관함수 생성방법을 제공하기 위한 것이다. 특히, 본 발명은 간소화된 과정을 통해서 비모호 상관함수를 생성하는 수단을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법은 BOC 신호를 수신하는 단계, BOC 신호의 국소 신호를 상관하여 제1 및 제2 부분 상관함수를 획득하는 단계; 제1 및 제2 부분 상관함수들 결합하여 부 비모호 상관함수를 획득하는 단계, 및 부 비모호 상관함수와 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수를 곱하여 비모호 상관함수를 획득하는 단계를 포함한다.

본 발명은 자기상관함수에 존재하는 주변 첨두를 제거함으로써 모호성 문제를 개선할 수 있다. 특히, 본 발명은 간단한 방법을 이용하기 때문에, 이를 구현하기 위한 수신기의 복잡도를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 비모호 상관함수 생성방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 BOC 신호의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 및 제2 부분 상관함수를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 및 제2 부분 상관함수를 결합하여 획득한 부 비모호 상관함수를 나타내는 도면이다.
도 5는 자기상관함수를 나타내는 도면이다.
도 6은 부 비모호 상관함수와 자기상관함수를 결합하여 획득한 비모호 상관함수를 나타내는 도면이다.

본 명세서의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 비모호 상관함수 생성방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하여, 비모호 상관함수를 생성하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

제1 단계(S101)에서, BOC 신호를 수신한다. BOC 신호는 일반적으로 부반송파(sub-carrier)의 위상에 따라, 사인 위상 BOC(sinBOC) 및 코사인 위상 BOC(cosBOC), 시간 복합 BOC(TMBOC), 합성 BOC(CBOC), alternative BOC(AltBOC) 등이 될 수 있다.

도 2는 sinBOC의 일례이다.

도 2에 도시된 BOC 부반송파는 sinBOC(4,1) 신호를 나타내고 있다. sinBOC(kn,n)에서 k는 의사잡음코드(pseudorandom noise: PRN) 전송율과 부반송파 주파수와의 비가 를 나타내는 양의 정수이고, n은 PRN 코드 전송율과 1.023MHz와의 비를 나타낸다.

제2 단계(S102)에서, BOC 신호에서 제1 및 제2 국소 신호를 상관하여, 제1 및 제2 부분 상관함수를 획득한다.

제1 국소 신호는 제1 샘플링 포인트(SP1)를 기준으로 소정의 샘플링 길이를 갖는 신호이고, 제2 국소 신호는 제2 샘플링 포인트(SP2)를 기준으로 소정의 샘플링 길이(Ts)를 갖는 신호이다. 샘플링 길이는 국소 신호를 상관하는 시간 간격에 해당하고, 제1 및 제2 국소 신호의 샘플링 길이는 동일하게 설정된다. 본 명세서에서 샘플링 길이는 구형파 펄스의 폭(Ts)으로 설정된 실시 예를 중심으로 설명되지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 다양한 실시 예로 구현될 수 있다.

구체적으로 제1 국소 신호(L1(t)) 및 제2 국소 신호(L2(t))는 다음과 같은 [수학식 1]로 표현될 수 있다.

[수학식 1]

이때, L1(t)는 제1 국소신호를 지칭하고, L2(t)는 제2 국소신호를 지칭한다. P는 제1 및 제2 국소 신호의 전력을 지칭하고, Pi는 PN 코드 칩 값을 지칭하며, Tc는 PN 코드칩 간격을 지칭한다. rTc는 Tc의 폭을 갖는 구형파 신호를 지칭하고, W는 제1 및 제2 국소신호의 샘플링 길이를 지칭한다. M[a,B)는 A이상 B미만의 시간에 대해 1의 값을 지니는 펄스를 지칭한다.

도 3은 도 2에 도시된 BOC 신호의 제1 부분 상관함수(PR1) 및 제2 부분 상관함수(PR2)를 나타내고 있다.

도 3에 도시된 제1 부분 상관함수(PR1) 및 제2 부분 상관함수(PR2)를 획득하기 위한 제1 및 제2 샘플링 포인트(SP1,SP2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 PRN 코드 칩 주기(Tc) 내에서, 첫 번째 구형 펄스의 시작점을 제1 샘플링 포인트(SP1)로 하고, 마지막 구형 펄스의 시작점을 제2 샘플링 포인트로(SP2)로 할 수 있다. 제1 및 제2 부분 상관함수(PR2)를 획득하는 과정에서 상관 시간 길이는 구형파 펄스의 폭(Ts)으로 설정될 수 있다. 본 발명에 의한 샘플링 포인트 및 상관 시간 길이는 이에 한정되지 않고, 적분되는 간격이 서로 동일하고 샘플링 된 펄스가 대칭인 조건에서 다양하게 선택될 수 있다.

제3 단계(S103)에서, 제1 및 제2 부분 상관함수들(PR1,PR2)을 서로 결합하여, 부 비모호 상관함수를 획득한다.

도 4는 제3 단계(S103)에서 획득한 부 비모호 상관함수(SRF)를 도시하고 있다.

부 비모호 상관함수(SRF)를 획득하기 위한 결합 방법은 제1 부분 상관함수(PR1) 및 제2 부분 상관함수(PR2)를 서로 곱할 수 있다. 결과적으로, 제1 및 제2 부분 상관함수(PR1,PR2)를 획득하기 위한 샘플링 과정과, 제1 및 제2 부분 상관함수(PR1,PR2)를 곱셈 연산만을 통해서 도 4에 도시된 부 비모호 상관함수(SRF)를 획득할 수 있다. 이러한 과정으로 획득된 부 비모호 상관함수(SRF)는 도 4에서와 같이, 주변 첨두가 확연히 제거된 것을 알 수 있다. 이를 도 5에 도시된, 자기상관함수와 대비하면 더욱 확연하게 알 수 있다. 도 5는 도 2에 도시된 BOC 신호의 자기상관함수를 나타내고 있다. 살펴본 바와 같이, 본 발명은 간단한 과정만으로 주변 첨두를 제거할 수 있다.

부 비모호 상관함수(SRF)를 획득하기 위한 결합 방법은 다음과 같은 절대값의 합과 차분 연산을 이용할 수 있다. 구체적으로, 제3 단계(S103)는 다음의 [수학식 2]와 같은 결합 방식을 이용할 수도 있다.

[수학식 2]

|PR1| + |PR2| - |PR1-PR2|

즉, [수학식 2]에 표현된 결합방식은 다음과 같다.

제3-1 단계에서, 제1 부분 상관함수(PR1)의 절대값과 상기 제2 부분 상관함수(PR2)의 절대값을 결합한다. 그리고, 제3-2 단계에서, 제1 부분 상관함수(PR1)와 제2 부분 상관함수(PR2)를 차분하여 차분값을 획득하고, 차분값의 절대값을 획득한다. 제3-3 단계에서, 제3-1 단계의 결과값에 제3-2 단계의 결과값을 차분한다.

[수학식 2]과 같은 방법으로 획득한 부 비모호 상관함수는 잔존하는 작은 주변 첨두까지도 제거할 수 있다.

제4 단계(S104)에서, 부 비모호 상관함수(SRF)와 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수(RF)를 결합하여, 비모호 상관함수(FRF)를 획득한다.

제3 단계(S103)에서 획득한 부 비모호 상관함수(SRF)는 도 2에 도시된 BOC 신호의 국소 신호를 이용하여 획득한 것이다. 따라서, 도 4에 도시된 부 비모호 상관함수(SRF)를 이용하여 신호추적을 할 경우에, 도 2에 도시된 BOC 신호에서 상관되지 않은 부분은 신호추적에 활용되지 않는다. BOC 신호의 국소 신호만을 이용하여 신호추적을 하면 신호를 추적하는 성능이 저하될 수 있다. 제4 단계(S104)는 이처럼 국소 신호만을 이용할 경우에 신호추적 성능이 저하되는 것을 방지한다.

부 비모호 상관함수(SRF)와 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수(RF)를 결합하는 방법은 곱셈 결합을 이용할 수 있다.

또는 다음과 같은 [수학식 3]을 이용하여, 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)를 결합할 수 있다.

[수학식 3]

|SRF| + |RF| - |SRF-RF|

즉, [수학식 3]에 표현된 결합방식은 다음과 같다.

제4-1 단계에서, 부 비모호 상관함수(SRF)의 절대값과 자기상관함수(RF)의 절대값을 결합한다. 그리고, 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)를 차분하여 차분값을 획득하고, 차분값의 절대값을 획득한다. 제4-3단계에서, 제4-1 단계의 결과값에 제4-2 단계의 결과값을 차분한다.

제4 단계(S104)는, 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)의 높이를 동일하게 한 상태에서 수행된다. 이는 부 비모호 상관함수(SRF)는 BOC 신호를 샘플링하여 획득한 것이기 때문에 자기상관함수(RF)의 진폭에 대비하여 작은 진폭을 갖기 때문에, 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)의 결합이 수월하지 않기 때문이다. 예컨대, 도 3에 도시된 제1 및 제2 부분 상관함수(PR2)와 도 4에 도시된 부 비모호 상관함수(SRF)는 모두 정규화 된(nomalized) 상관함수들이기 때문에 높이가 '1'로 표시되어 있다. 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)의 높이를 동일하게 하기 위해서, 부 비모호 상관함수(SRF)의 높이를 자기상관함수(RF)의 높이로 높인다. 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)의 높이의 비율은 PRN 코드 칩 주기에 대비한 샘플링되어 적분된 신호의 간격을 바탕으로 산출될 수 있다.

본 발명에 의한 비모호 신호를 생성하는 수단은 다음과 같이 구현될 수 있다. 비모호 상관함수를 생성하는 장치는 지연회로루프(Delay Lock Loop; DLL)에 포함되어, 비모호한 추적루프(tracking loop)를 설계할 수 있다. 자기상관함수는 상관기를 통해서 획득할 수 있다. 제1 및 제2 부분 상관함수들(PR1,PR2)을 서로 결합하거나, 부 비모호 상관함수(SRF)와 자기상관함수(RF)를 결합하는 동작은 결합기를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 부분 상관함수들(PR1,PR2)을 획득하는 과정에서 샘플링은 샘플러를 이용할 수 있다. 비모호 신호를 생성하는 수단은 지연회로루프의 출력에 대한 영점을 도출하기 위한 루프필터 및 오실레이터를 포함할 수 있다. 또한, 비모호 신호를 생성하는 수단은 로컬 신호를 생성하는 로컬 신호 생성기를 포함한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

PR1, PR2: 제1 및 제2 부분 상관함수
SRF: 부 비모호 상관함수 RF: 자기상관함수
FRF: 비모호 상관함수

Claims (9)

1. BOC 신호를 수신하는 제1 단계;
   상기 BOC 신호와 제1 국소 신호를 상관하여 제1 부분 상관함수를 획득하고, 상기 BOC 신호와 제2 국소 신호를 상관하여 제2 부분 상관함수를 획득하는 제2 단계;
   상기 제1 및 제2 부분 상관함수들을 서로 결합하여, 부 비모호 상관함수를 획득하는 제3 단계; 및
   상기 부 비모호 상관함수와 상기 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수를 결합하여 비모호 상관함수를 획득하는 제4 단계를 포함하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 부분 상관함수를 획득하는 단계는 하나의 PRN 코드 칩 주기 내의 구형파 펄스들 중에서 첫 번째 펄스의 시작점에 해당하는 제1 샘플링 포인트를 바탕으로 상기 제1 국소 신호를 상관하는 단계를 포함하고,
   상기 제2 부분 상관함수를 획득하는 단계는 상기 PRN 코드 칩 주기 내에서 상기 구형파 펄스들 중에서 마지막 펄스의 시작점에 해당하는 제2 샘플링 포인트를 바탕으로 상기 제2 국소 신호를 상관하여 획득되는 단계를 포함하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 국소 신호를 상관하는 시간 간격은 상기 구형파 펄스의 폭으로 설정되는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 부분 상관함수는 아래와 같은 수학식으로 표현되는 제1 및 제2 국소신호를 상관하여 획득되는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
   

   

   
   (이때, L1(t)는 제1 국소신호, L2(t)는 제2 국소신호, P는 제1 및 제2 국소 신호의 전력, Pi는 PN 코드 칩 값, Tc는 PN 코드칩 간격, rTc는 Tc의 폭을 갖는 구형파 신호, W는 제1 및 제2 국소신호의 샘플링 길이, M[a,B)는 A이상 B미만의 시간에 대해 1의 값을 지니는 펄스.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 단계는
   상기 제1 부분 상관함수와 상기 제1 부분 상관함수를 서로 곱셈 연산하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 단계는
   상기 제1 부분 상관함수의 절대값과 상기 제2 부분 상관함수의 절대값을 결합하는 제3-1 단계;
   상기 제1 부분 상관함수와 상기 제2 부분 상관함수를 차분하여 차분값을 획득하고, 상기 차분값의 절대값을 획득하는 제3-2 단계; 및
   상기 제3-1 단계의 결과값에 상기 제3-2 단계의 결과값을 차분하는 제3-3 단계를 포함하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4 단계는
   상기 부 비모호 상관함수와 상기 BOC 신호를 자기 상관한 자기상관함수를 곱셈 연산하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4 단계는
   상기 부 비모호 상관함수의 절대값과 상기 자기상관함수의 절대값을 결합하는 제4-1 단계;
   상기 부 비모호 상관함수와 상기 자기상관함수를 차분하여 차분값을 획득하고, 상기 차분값의 절대값을 획득하는 제4-2 단계; 및
   상기 제4-1 단계의 결과값에 상기 제4-2 단계의 결과값을 차분하는 제4-3 단계를 더 포함하는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제4 단계는
   상기 부 비모호 상관함수와 상기 자기상관함수의 높이를 동일하게 조절한 상태에서 수행되는 BOC 신호를 위한 대칭형 샘플링 기반 비모호 상관함수 생성방법.

Images