KR102572948B1 - 로컬 오실레이터를 사용하여 생성된 로컬 신호의 주파수 또는 위상을 정정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

로컬 오실레이터를 사용하여 생성된 로컬 신호의 주파수 또는 위상을 정정하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

GNSS 신호(GNSS signals)와 같은 레인징 신호(ranging signals)를 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나(14, 16)를 포함하는 포지셔닝 장치(positioning device)(4)가 개시되었다. 상기 장치는, 로컬 주파수(local frequency) 또는 위상 기준(phase reference)을 제공하는 로컬 오실레이터(local oscillator)(18)과 상기 장치의 움직임을 측정하기 위한 관성 센서(inertial sensor)(22)를 포함한다. 계산을 수행하기위한 프로세서(36)가 제공된다. 상기 장치는 공지된 또는 예측 가능한 주파수(predictable frequency) 또는 위상(phase)에서 제1 기준 신호(first reference signal)를 수신할 수 있다. 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(local oscillator offset determination module)은 상기 제1 기준 소스의 상기 방향(direction)으로의 상기 수신기의 상기 움직임에 기초하여 상기 수신된 주파수 또는 상기 수신된 위상에 대한 오프셋(offset)을 계산하기 위해 제공된다. 로컬 신호 생성기(local signal generator)(28)는 상기 로컬 오실레이터(18)로부터의 상기 로컬 주파수 또는 상기 위상 기준, 및 상기 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 상기 오프셋을 사용할 수 있고, 로컬 신호 생성기(28)을 사용하여 로컬 신호를 제공할 수 있다. 상기 로컬 신호는 포지셔닝 계산기(positioning calculator)(34)에 의해서 수행된 포지셔닝 계산에 사용하기 위해 수신된 레인징 신호와 상관될 수 있다.

Description

로컬 오실레이터를 사용하여 생성된 로컬 신호의 주파수 또는 위상을 정정하는 방법 및 시스템
본 발명은 로컬 오실레이터(local oscillator) 사용하여 생성된 로컬 신호(local signal)의 주파수 안정성(frequency stability)을 개선하기 위한 포지셔닝 시스템(positioning system) 및 포지셔닝 시스템에서 수행되는 방법에 관한 것이다.
로컬 오실레이터는 GNSS 수신기와 같이 포지셔닝 시스템에서 중요한 구성이다. 로컬 오실레이터는 예를 들어, 쿼츠 크리스탈(quartz crystal)을 포함한 저비용 구성품인 경우가 많다. 이러한 로컬 오실레이터는 아토믹 클락(atomic clock)과 같은 고비용 로컬 오실레이터에 비해 상대적으로 불안정하다. 그러나, GNSS 포지셔닝 계산에서 절대 시간(absolute time)이 보정되며, 저비용 로컬 오실레이터라도 신호가 일관성 있게 통합된 시간 주기보다 긴 시간 주기 동안 안정성을 달성할 수 있기 때문에 많은 포지셔닝 애플리케이션(positioning application)의 경우 이 점은 특별히 중요하지 않다.
일부 포지셔닝 어플리케이션은 로컬 오실레이터에서 높은 안정성을 요구한다. 이는 실내 환경에서 찾을 수 있는 신호와 같이 약한 신호를 감지해야 하는 어플리케이션에서 특히 중요하다. 이러한 약한 신호는 포지셔닝 계산에 사용하기에 충분한 강도로 감지되는 경우 긴 통합 기간(integration period)이 필요하다. 이러한 계산이 효과적이기 위해서는 통합 기간 동안 로컬 오실레이터의 안정성을 달성하는 것이 중요하다.
높은 로컬 오실레이터 안정성을 달성하는 한 가지 방법은 저비용 쿼츠 크리스털을 아토믹 클락과 같은 고비용의 로컬 오실레이터로 대체하는 것이다. 이는 고비용 포지셔닝 장치(positioning device)에 가능하지만 모바일 폰(mobile phone)과 같은 소비자 제품(consumer product)에는 비실용적(impractical)이다.
높은 로컬 오실레이터 안정성을 달성하는 다른 방법은 안정적인 주파수를 갖는 기준 신호(reference signal)를 검출함으로써 로컬 오실레이터의 에러(error)를 식별하고 정정하는 것이다. 예를 들어, 아토믹 클록을 로컬 오실레이터로 사용하는 GNSS 위성(GNSS satellite)으로부터 기준 신호(reference signal)를 수신할 수 있다. 위성 도플러 시프트(satellite Doppler shift) 및 위성 주파수 기준 변동(satellite frequency reference variations)으로 인한 효과를 제거한 후, 수신된 신호는 로컬 오실레이터를 보정할 수 있는 기준으로 작용할 수 있다. 효과적으로, 이것은 포지셔닝 시스템의 로컬 오실레이터가 위성의 로컬 오실레이터에 고정(또는 인덱스(index)에 기초)되도록 할 수 있다. 이 방법은 측량 어플리케이션(surveying application)에 사용되는 정적 수신기(static receiver)에 효과적이다. 그러나, 로컬 움직임이 다른 에러의 소스가 될 수 있기 때문에, 자유롭게 이동할 수 있는 모바일 폰과 같은 소비자 제품에 적용할 때는 효과적이지 않다.
본 발명의 목적은 이러한 문제 중 일부를 극복하고 완화시키는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 포지셔닝 시스템(positioning system)은, 로컬 주파수(local frequency) 또는 위상 기준(phase reference)을 제공하기 위한 로컬 오실레이터(local oscillator); 제1 기준 소스(first reference source)로부터 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖는 제1 기준 신호(first reference signal)를 제1 기준 방향(first reference direction)으로 수신하도록 구성된 수신기(receiver)-제1 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 제1 기준 신호를 제공함-; 제1 기준 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임(assumed movement)을 제공하도록 구성된 모션 모듈(motion module); 제1 기준 방향으로 제1 기준 소스의 움직임(movement)을 제공하도록 구성된 기준 소스 모션 결정 모듈(reference source motion determination module); 제1 기준 방향으로의 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임 및 제1 기준 방향으로의 제1 기준 소스의 움직임에 기초하여 수신된 주파수 또는 수신된 위상에 대한 오프셋(offset)을 계산하도록 구성된 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(local oscillator offset determination module); 및 로컬 오실레이터로부터의 로컬 주파수 또는 위상 기준, 및 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 오프셋을 사용하여 적어도 제1 로컬 신호를 제공하도록 구성된 로컬 신호 생성기(local signal generator)를 포함한다.
이러한 방식으로, 포지셔닝 시스템은 로컬 오실레이터의 불안정성에 의해 제1 로컬 시그널에 도입된 에러를 제거할 수 있다. 제1 기준 방향에서 수신기와 제1 기준 소스의 상대적인 움직임에 기초하여 수신된 위상 또는 수신된 주파수에 도입된 효과를 제거함으로써, 로컬 오실레이터의 에러는 제거(isolate)될 수 있다. 그러므로, 포지셔닝 시스템의 로컬 오실레이터는 제1 기준 소스의 로컬 오실레이터로 고정될 수 있다. 모션 모듈이 로컬 움직임으로 인한 영향을 제거할 수 있기 때문에 무빙 수신기(moving receiver)에서도 이를 달성할 수 있다. 로컬 오실레이터를 사용하여 생성된 로컬 신호의 정확도를 개선함으로써, 무빙 수신기는 다른 것보다 더 긴 코히어런트(coherent)한 신호의 통합을 제공할 수 있다. 즉, 로컬 오실레이터의 주파수 또는 위상을 보정한 후, 수신기의 감도가 크게 향상되어 약한 포지셔닝 신호(positioning signals)가 감지되어 포지셔닝 계산에 사용될 수 있다.
이론적으로, 본 구성(arrangement)은 제1 기준 소스의 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상 및 수신된 주파수 또는 수신된 위상의 보정을 기초하여 로컬 오실레이터의 주파수 또는 위상을 보정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 실제로는 수신된 주파수 또는 수신된 위상 대한 오프셋을 계산하고, 제1 로컬 신호를 생성할 때 이 오프셋을 적용하는 것으로 충분하다.
바람직하게는, 수신기는 제1 포지셔닝 방향으로 제1 포지셔닝 소스로부터 제1 포지셔닝 신호를 수신하도록 구성된다. 상관 유닛(correlation unit)은 제1 로컬 신호를 제1 포지셔닝 신호와 상관(correlating)시킴으로써 제1 상관 신호를 제공할 수 있다. 수신기는 각각의 포지셔닝 소스로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신할 수 있다. 이러한 포지셔닝 소스에 대한 범위(ranges)를 설정함으로써 포지셔닝 시스템은 수신기의 포지션(position)을 계산할 수 있다. 또한, 또는 위치의 대안(alternative)으로, 포지셔닝 시스템은 속도(velocity), 회전(rotation) 또는 시간 좌표(time coordinates)와 같은 출력을 제공할 수 있다.
수신기는 또한 제2 기준 방향(second reference direction)으로 제2 기준 소스(second reference source)로부터 제2 기준 신호(second reference signal)를 수신할 수 있다. 제2 기준 신호의 수신된 주파수 또는 수신된 위상에 대한 오프셋(offset)은 제2 기준 방향에서의 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임(assumed movement) 및 제2 기준 방향에서의 제2 기준 소스의 움직임에 기초하여 계산될 수 있다. 따라서, 로컬 오실레이터의 주파수 또는 위상에 대한 각각의 오프셋 값(offset values)을 계산하기 위해 복수의 기준 소스(reference sources)가 사용될 수 있다. 복수의 기준 소스를 사용하여 달성된 결과는 당업자에게 일어날 수 있는 평균화(averaging) 또는 임의의 다른 수학적 기술(mathematical technique)에 의해 조합될 수 있다.
이 접근 방식은 포지셔닝 시스템에서 로컬 오실레이터가 제공하는 주파수 기준의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 수신된 신호의 코히어런트(coherent)한 통합의 주기에 대응하는 시간 주기 동안 로컬 오실레이터에 대한 오프셋(또는 일련의 오프셋)을 계산 또는 추정함으로써, 1초 이상의 주기 동안 수신된 신호의 코히어런트한 통합을 제공할 수 있다.
수신기는 해당 환경에서 자유롭게 이동할 수 있으며 여전히 로컬 오실레이터 주파수에 대한 오프셋을 제공한다. 바람직하게는, 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임은 적어도 제1 기준 방향으로 가변적이다. 수신기는 주기 동안 제1 기준 방향으로 고정될 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명의 효과적인 동작을 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 수신기는 바람직하게는 그 환경에서 위치에 고정되지 않도록 자유롭게 이동할 수 있다.
로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(local oscillator offset determination module)은 바람직하게는 시간의 함수로서 수신된 주파수 또는 수신된 위상에 대한 복수의 오프셋을 계산하도록 구성된다. 따라서, 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈은 시간 경과에 따른 로컬 오실레이터의 동작의 변화를 나타낼 수 있는 수천 개의 오프셋 값을 포함할 수 있는 벡터(vector)를 계산할 수 있다. 이것은 포지셔닝 신호의 코히어런트한 통합에 필요한 시간 동안 예측할 수 없는 방식으로 변화하는 베어링 주파수 오프셋(varying frequency offset)을 가진 로컬 오실레이터로 인한 에러(errors)를 제거할 수 있다.
바람직하게는, 포지셔닝 시스템은 제1 방향으로 포지셔닝 장치(positioning device)의 측정된 움직임(measured movement)을 제공하도록 구성된 관성 센서(inertial sensor)를 포함한다.
바람직하게는, 포지셔닝 시스템은 제1 포지셔닝 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임에 기초하여 제1 로컬 신호, 제1 로컬 포지셔닝 신호 및 제1 상관 신호 중에서 적어도 하나의 모션 보정(motion compensation)을 제공하도록 구성된 모션 보정 유닛(motion compensation unit)을 더 포함한다.
이러한 방식으로, 모션 보정(motion compensation)은 신호들이 상관(correlated)되기 전에 제1 포지셔닝 신호, 로컬 신호 또는 이들의 조합에 적용될 수 있다. 모션 보정은 상관(correlation)에 따라 상관 신호(correlation signal)에 적용될 수도 있다. 수신기와 제1 포지셔닝 소스 사이에서 확장되는 제1 포지셔닝 방향으로 모션 보정을 제공함으로써, 이 방향을 따라 수신된 신호에 대해 우선 게인(preferential gain)을 달성할 수 있다. 따라서, 수신기와 제1 포지셔닝 소스 사이의 가시선 신호(line-of-sight signal)는 다른 방향으로 수신된 반사된 신호(reflected signal) 보다 우선적으로(preferentially) 게인(gain)을 수신할 것이다. GNSS 수신기(GNSS receiver)에서는 비가시선 신호(non-line-of-sight signals)(예를 들어, 반사된 신호)가 크게 억제되므로 포지셔닝 정확도가 크게 향상될 수 있다. 이 신호의 절대 전력(absolute power)이 비가시선 신호의 절대 전력보다 작더라도, 가시선 신호에 대해 가장 강한 상관이 달성될 수 있다.
제1 기준 소스는 지상파 송신기(terrestrial transmitter) 일 수 있다. 예를 들어, 제1 원격 소스(first remote source)는 셀룰러 송신기(cellular transmitter) 또는 DAB, DVB-T 또는 아날로그 방송(analogue broadcasts)일 수 있다. 중요하게, 제1 기준 소스는 안정적이고 예측 가능한 주파수 또는 위상을 가져야 한다. 제1 기준 소스의 로컬 오실레이터는 적어도 포지셔닝 시스템의 로컬 오실레이터보다 더 안정적이어야 한다.
제1 기준 소스(first reference source)는 제1 위성(first satellite)일 수 있다. 위성(satellite)은 높은 안정성을 갖는 아토믹 로컬 오실레이터를 갖는 GNSS 위성(GNSS satellite) 일 수 있다.
포지셔닝 시스템은 수신기와 제1 기준 소스 사이에 직접적인 가시선(direct line of sight)이 제공될 가능성이 있다는 결정에 기초하여 제1 기준 소스를 선택하도록 구성된 기준 소스 선택 모듈(reference source selection module)을 포함할 수 있다. 다수의 기준 소스가 이용 가능할 수 있고, 다수의 기준 소스가 제1 기준 소스로서 동작할 수 있다. 수신기로의 방해되지 않는 가시선 경로를 갖는 기준 소스를 선택함으로써, 수신된 제1 기준 신호는 주파수 또는 위상에 에러를 유발할 수 있는 반사 또는 다른 효과에 의해 악영향을 받지 않으며, 이는 정량화(quantifiable) 할 수 없다.
기준 소스 선택 모듈(reference source selection module)은 고도각(elevation angle)과 임계값(threshold)의 비교에 기초하여 제1 기준 위성을 선택하도록 구성될 수 있다. 위성은 수신기의 관점(perspective)에서 높은 고도각을 갖는 경우에만 선택되는 것이 바람직하다. 특정 상황에서 특정 고도각의 위성은 수신기와 직접적인 가시선(direct line of sight)을 가질 가능성이 높다. 이것은 도시 협곡(urban canyons)과 같은 까다로운 포지셔닝 환경에서 특히 중요하다. 이러한 환경에서, 지상파 송신기(terrestrial transmitters)에 비해 주파수 기준으로서 고도각이 높은 위성이 선호될 수 있는데, 신호는 그라운드-레벨 수신기(ground-level receiver)에 의해 수신되기 전에 반사될 가능성이 높다. 위성의 선택은 또한 지형 프로파일(terrain profiles) 및 빌딩 데이터를 포함하는 저장된 데이터베이스에 기초하여 수행될 수 있으며, 여기에는 윈도우의 위치를 *?*포함하여 건축 위치(building location), 치수(dimensions) 및 건축 자재(construction materials)에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이는 제1 기준 신호가 방해받지 않는 가시선을 따라 수신될 수 있는 경우 기준 소스 선택 모듈이 제1 기준 위성을 선택할 수 있다. 예를 들어, 기준 소스 선택 모듈은 저장된 데이터베이스의 빌딩 데이터가 이웃 빌딩에 의해 영향을 받지 않는 방해받지 않는 경로(unobstructed path)를 따라 윈도우를 통해 관련 위성을 볼 수 있음을 나타내는 경우, 낮은 고도각의 위성을 선택할 수 있다.
모션 모듈은 로컬 오실레이터의 상대적 안정성(relative stability)의 시간 주기에 대응하는 수신기의 측정된 움직임에 기초하여 제1 시간 주기를 식별하도록 구성될 수 있다. 모션 모듈은 로컬 오실레이터의 상대적 불안정성(relative instability)의 시간 주기에 대응하는 수신기의 측정된 움직임에 기초하여 제2 시간 주기를 식별하도록 구성될 수 있다. 상관 유닛(correlation unit)은 제1 로컬 신호를 제1 포지셔닝 신호와 상관시킴으로써 제1 상관 신호(first correlation signal)를 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 로컬 신호는 제1 시간 주기 동안 제공되고 제1 포지셔닝 신호는 제1 시간 주기 동안 수신된다. 이러한 방식으로, 로컬 오실레이터가 비교적 안정적인 시간 기간 동안 상관된 신호(correlated signals)가 생성되거나 수신될 수 있다. 따라서, 로컬 오실레이터가 상대적으로 불안정한 제2 시간 주기 동안 상관 유닛이 억제될 수 있다.
일 예에서, 모션 모듈은 걷거나 달리기 사용자에 의해 운반되는 수신기에서 힐 스트라이크(heel strikes)에 대응하는 시간 주기를 식별하도록 구성될 수 있다. 이 시간 주기 동안 수신기에 높은 가속(acceleration) 및 높은 포스(force)가 가해질 수 있으며, 이는 로컬 오실레이터의 신뢰성이 떨어지는 일시적인 불안정성을 야기할 수 있다. 이러한 시간 주기를 식별함으로써, 힐 스트라이크와 로컬 오실레이터의 상대적 불안정 기간 사이에 코히어런트하게(coherently) 통합된 신호에 대해 신호 상관(signal correlation)이 수행될 수 있다. 물론, 이것은 로컬 오실레이터가 충격(shock)을 받는 다른 기간 동안 적용될 수 있다. 따라서, 제2 시간 주기는 임계값을 초과하는 가속을 갖는 수신기의 측정된 움직임에 대응할 수 있다.
포지셔닝 시스템은 적어도 2 개의 수신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포지셔닝 시스템은 동일한 로컬 오실레이터를 사용하여 별개의 수신기에 연결된 한 쌍의 안테나를 갖는 차량(vehicle)에 제공될 수 있다. 수신기들 중 하나 또는 둘 모두는 로컬 오실레이터의 주파수 또는 위상에 대한 보정(correction)을 제공하기 위해 제1 기준 소스로부터 제1 기준 신호를 수신하는데 사용될 수 있다. 이 구성에서, 하나의 리서버에 의해 수신된 포지셔닝 신호에 기초하여 로컬 오실레이터에 보정이 적용될 수 있다. 보정된 로컬 오실레이터 신호는 다른 수신기에 의해 수신된 포지셔닝 신호와 로컬 신호의 상관을 위해 사용될 수 있다. 수신기는 싱글 로컬 오실레이터(single local oscillator)를 공유하기 때문에 이러한 구성이 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 포지셔닝 시스템(positioning system)에서 수행되는 방법으로서, 로컬 오실레이터(local oscillator)를 사용하여 로컬 주파수(local frequency) 또는 위상 기준(phase reference)을 제공하는 단계; 제1 기준 소스(first reference source)로부터 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖는 제1 기준 신호(first reference signal)를 제1 기준 방향(first reference direction)으로 수신하는 단계-제1 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 제1 기준 신호를 제공함-; 제1 기준 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임(assumed movement)을 제공하는 단계; 제1 기준 방향으로 제1 기준 소스의 움직임(movement)을 제공하는 단계; 제1 기준 방향으로의 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임 및 제1 기준 방향으로의 제1 기준 소스의 움직임에 기초하여 수신된 주파수 또는 수신된 위상에 대한 오프셋(offset)을 계산하는 단계; 및 로컬 오실레이터로부터의 로컬 주파수 또는 위상 기준, 및 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 오프셋을 사용하여 적어도 제1 로컬 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, 로컬 오실레이터(local oscillator)를 사용하여 로컬 주파수(local frequency) 또는 위상 기준(phase reference)을 제공하는 단계; 제1 기준 소스(first reference source)로부터 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖는 제1 기준 신호(first reference signal)를 제1 기준 방향(first reference direction)으로 수신하는 단계-제1 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 제1 기준 신호를 제공함-; 제1 기준 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임(assumed movement)을 제공하는 단계; 제1 기준 방향으로 제1 기준 소스의 움직임(movement)을 제공하는 단계; 제1 기준 방향으로의 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임 및 제1 기준 방향으로의 제1 기준 소스의 움직임에 기초하여 수신된 주파수 또는 수신된 위상에 대한 오프셋(offset)을 계산하는 단계; 및 로컬 오실레이터로부터의 로컬 주파수 또는 위상 기준, 및 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 오프셋을 사용하여 적어도 제1 로컬 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(computer readable medium)는 다운로드 서버(download server)에 제공될 수 있다. 따라서, 실행 가능한 명령(executable instructions)은 소프트웨어 업그레이드에 의해 포지셔닝 시스템에 의해 획득될 수 있다.
수신된 포지셔닝 신호(positioning signal)는 동일한 패턴의 로컬 카피(local copy)를 사용하는 교차 상관 프로세스(cross-correlation process)에 의해 브로드캐스트 포지셔닝 신호(broadcast positioning signal) 내에서 발견될 수 있는, 디지털 또는 아날로그의 전송 정보의 임의의 공지되거나 알려지지 않은 패턴을 포함할 수 있다. 수신된 신호는 레인징(ranging)에 사용될 수 있는 치핑 코드(chipping code)로 인코딩 될 수 있다. 이러한 수신된 신호의 예는 무선 전송 내에 인코딩된 골드 코드(Gold Code)를 포함하는 GPS 신호를 포함한다. 또 다른 예는 GSM 셀룰러 전송에 사용되는 확장된 트레이닝 시퀀스이다.
통상적으로 수신기와 원격 소스(remote source) 사이의 가시선 경로(line-of-sight path)의 변화로 인한 수신된 포지셔닝 신호의 위상 변화는 포지셔닝 정확도를 감소시키는 방해 요소(nuisance)로 여겨졌다. 모션 보정(motion compensation)의 직관적이지 않은 접근 방식(counter-intuitive approach)은 실제로 이러한 위상 변화를 이용하여 포지셔닝 소스로부터 가시선 신호의 식별을 향상시킬 수 있다.
모션 보정 유닛은 수신된 포지셔닝 신호와 더 밀접하게 일치하도록 로컬 신호에 모션 보정을 제공할 수 있다. 다른 구성에서, 역 모션 보정(inverse motion compensation)은 수신기의 모션의 수신된 신호에 대한 영향을 감소시키기 위해 수신된 포지셔닝 신호에 적용될 수 있다. 유사한 결과는 로컬 신호 및 수신된 포지셔닝 신호 모두에 부분 모션 보정(partial motion compensation)을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이들 기술은 로컬 신호와 수신된 포지셔닝 신호 사이에 상대적인 모션 보정이 적용될 수 있게 한다. 일부 실시 예들에서, 모션 보정은 상관(correlation)과 병행(parallel)하여 수행될 수 있다. 모션 보정은 상관 신호(correlation signal)에 직접 적용될 수도 있다.
실제로, 수신된 포지셔닝 신호는 동 위상(in-phase) 및 직교 성분(quadrature components)을 포함하는 복합 신호(complex signal)로 처리될 수 있다. 로컬 신호도 유사하게 복합(complex)일 수 있다. 상관 유닛도 또한 복합(complex)일 수 있고, 이들 복합 신호들(compex signals) 간의 상관의 척도로서 사용될 수 있는 상관 신호(correlation signal)를 제공하도록 구성될 수 있다.
제1 포지셔닝 방향으로의 측정된 또는 추정된 움직임에 기초하여 로컬 신호 및 수신된 포지셔닝 신호 중 적어도 하나의 모션 보정을 제공함으로써 높은 포지셔닝 정확도를 달성하는 것이 가능할 수 있다. 실제로, GNSS 신호에 적용될 때, 로컬 및 수신된 신호는 주기적으로 반복되는 코드로 인코딩 될 수 있다. 예를 들어, GPS L1 C/A 코드의 경우, 로컬 및 수신 신호는 1023 의사 난수 코드 칩(pseudorandom number code chips)을 포함할 수 있다. 로컬 및 수신된 신호는 무선 샘플링 레이트(radio sampling rate)에서 값을 제공하기 위해 디지털화 될 수 있는 아날로그 파형(analogue waveforms) 일 수 있으며, 이는 1ms 시간 동안 수백만 개의 값이 존재할 수 있음을 의미한다. 로컬 신호 디지털 값들과 수신된 신호 디지털 값들 사이의 상관은, 관련 시간 주기 동안 모션 보정 벡터(motion compensation vector)를 사용하여 어느 한 세트의 값들을 먼저 정정한 후에 계산될 수 있다. 이러한 데이터 포인트는 그 시간 주가 동안 합산될 수 있다. 실제로 이것은 계산 집약적(computationally intensive)이지만 무선 샘플링 주파수에서 작동하기 때문에 정확한 결과(accurate result)를 얻을 수 있습니다.
상관 신호의 모션 보정을 제공함으로써 더 낮은 포지셔닝 정확도가 달성될 수 있다. 위의 예에서, GPS L1 C/A 코드에 적용되는 경우, ~ 1000 개의 복합 상관기 신호(complex correlator signal) 출력을 생성하기 위해 ~ 1000 개의 의사 난수 코드 칩(pseudorandom number code chips) 각각에 대해 독립적으로 상관(correlation)이 수행될 수 있다. 그런 다음 모션 보정 벡터를 이러한 ~ 1000 상관 신호 성분에 적용할 수 있다. 마지막으로, 모션 보정 상관 신호(motion compensated correlation signal)는 상관의 측정을 생성하기 위해서 합성될 수 있다. 따라서, 상관 신호의 모션 보정은 로컬 신호 및 수신된 신호의 모션 보정에 의해 해 달성될 수 있는 결과의 근사치(approximation)를 생성할 수 있다. 그러나 일부 어플리케이션의 경우 정확도 손실은 무시할(negligible) 수 있으며, 계산 부하를 줄일 수 있기 때문에 허용될 수 있다.
수신기는 수신된 신호를 처리하기 위한 안테나 및 전자기기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 모션 모듈은 안테나의 측정되거나 추정된 움직임을 제공하도록 구성된다.
포지셔닝 시스템은 단일 포지셔닝 장치 상에 제공될 수 있다. 포지셔닝 시스템의 다양한 계산 모듈(various calculation modules)이 포지셔닝 시스템이 분산되도록 별도로 제공될 수 있다. 예를 들어, 모션 보정 유닛 및/또는 상관 유닛에 의해 수행된 계산과 같은 특정 계산은 네트워크의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 전자 사용자 장치(electronic user device)는 효율을 고려하여 적절한 경우 네트워크의 다른 프로세서로 계산을 오프로드(offload) 할 수 있다.
바람직한 구성에서, 시스템은 GNSS 포지셔닝 장치를 포함한다. GNSS 포지셔닝 장치를 사용한 포지셔닝은 신호가 약한 실내 및 다중 경로 신호(multipath signals)가 있을 수 있는 도심 협곡(urban canyons)에서 많은 어려움이 발생한다. 원격 소스 방향으로 수신기의 모션으로 인해 수신된 포지셔닝 신호의 위상 변경을 허용함으로써 상관(correlation)이 개선될 수 있다. 또한, 가시선 신호에 대한 우선적인 게인을 제공하는 코히어런트 상관 주기(coherent correlation period)를 증가시키는 것이 가능할 수 있다. GNSS 포지셔닝 장치는 스마트 폰과 같은 전자 사용자 장치에 제공될 수 있다.
바람직하게는, 장치는 포지셔닝 소스의 공지된 또는 예측된 위치(estimated position) 및 수신기의 측정된 또는 추정된 위치(assumed position)로 제1 포지셔닝 방향을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 일부 구성에서, 수신기의 측정된 또는 추정된 위치는 상당히 조잡(fairly crude)할 수 있다. 예를 들어, 수신기의 도시 또는 지역은 지상파 무선 신호(terrestrial radio signal) 또는 마지막 공지 위치(last-known-position)에 기초하여 공지될 수 있다. 기준 또는 포지셔닝 소스는 브로드캐스트 이페머리스(broadcast ephemeris)에 기초하여 공지된 위치를 갖는 GNSS 위성일 수 있다. 가시거리 신호에 우선적인 게인을 제공함으로써 수신기의 포지셔닝 정확도를 상당한 개선할 수 있다. 수신된 신호가 GNSS 비트와 같은 변조된 데이터를 포함하는 경우, 바람직하게는 이들은 예를 들어 셀룰러 네트워크 제공자에게 이용 가능한 표준 보조 기술(standard assistance techniques)을 사용하여 예측 또는 제공, 정렬 및 제거된다. 관성 센서(inertial sensor)는 적어도 하나의 가속도계(accelerometer)를 포함할 수 있다. 또한, 모션 모듈은 수신기의 해발(sea level) 고도를 나타내는 기압 센서(barometric sensor), 수신기의 베어링(bearing)을 나타내는 지자기 센서(geomagnetic sensor), 및 당업자가 이해할 수 있는 다른 모션 센서를 포함할 수 있다.
모션 보정 유닛(motion compensation unit)은 제1 방향으로 측정된 또는 추정된 움직임으로부터 도출된 복수의 벡터에 기초하여, 로컬 신호, 수신된 포지셔닝 신호 및 상관 신호 중 적어도 하나의 모션 보정을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 맥락에서 벡터는 여러 값을 나타내는 행렬 열과 같다. 복수의 벡터는 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임에 의해 수신된 신호에 도입된 진폭(amplitude) 및 위상(phase) 변화를 나타내는 2D 위상 벡터(2D phase vectors)인 위상 벡터의 시퀀스 또는 페이서(phasor) 일 수 있다. 페이서는 일반적으로 제1 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임을 설명하는 진폭 및 각도를 적어도 포함한다. 복수의 벡터는 모션 보정 장치에서 로컬 신호, 수신된 신호 및 상관 신호 중 적어도 하나와 결합되어 로컬 및 수신된 신호 사이의 상대적인 모션 보정을 제공할 수 있다.
복수의 벡터는 시간의 함수로서 제1 포지셔닝 방향으로 측정된 또는 추정된 움직임을 나타낼 수 있다. 따라서, 복수의 벡터는 시간 내에 수신기의 상세한 움직임을 반영할 수 있다. 예를 들어, 복수의 벡터는 조깅, 걷기, 달리기 또는 다른 반복적인 모션을 겪는 동안 사용자의 주머니에 놓여있는 동안 수신기의 움직임을 반영할 수 있다. 이 예에서, 수신기는 각각의 힐 스트라이크(heel strike)에 대응하는 가속도의 피크(peak)가 있는 주기적 모션을 실행할 수 있다.
장치는 로컬 신호, 수신된 포지셔닝 신호 및 상관 신호 중 적어도 하나에 대해 제1 시간에 제공된 모션 보정과 관련된 파라미터 또는 파라미터 세트를 저장하도록 구성된 메모리를 포함할 수 있다. 제2 시간에, 모션 보정 유닛은 저장된 파라미터 또는 파라미터들의 세트에 기초하여 로컬 신호, 수신된 포지셔닝 신호 및 상관 신호 중 적어도 하나의 모션 보정을 제공하도록 구성될 수 있다. 저장된 파라미터 또는 파라미터 세트는 모션 보정된 신호일 수 있다. 대안적으로, 저장된 파라미터 또는 파라미터 세트는 모션 보정된 신호를 생성하기 위해 로컬 신호 및 수신된 포지셔닝 신호 중 적어도 하나와 결합될 수 있는 복수의 벡터일 수 있다.
유리하게는, 파라미터 또는 파라미터 세트는 제1 시간에 수신기의 모션에 기초하여 저장될 수 있다. 그런 다음 파라미터 또는 파라미터 세트는 적절한 경우 제2 시간에 재사용될 수 있다. 일 예에서, 제2 시간의 수신기의 모션이 처음의 수신기의 모션과 유사하다면 파라미터 또는 파라미터 세트의 재사용이 적절할 수 있다.
저장된 파라미터 또는 파라미터 세트를 재사용하는 것은 모든 에포크(epoch)마다 모션 보정이 재 계산되는 시스템에 비해 계산 부하를 유리하게 감소시킬 수 있다. 이것은 또한 시스템에서 전력 소비를 감소시켜 시스템이 전자 사용자 장치에서 구현될 때 배터리 수명을 향상시킬 수 있다.
제2 시간에, 모션 보정 유닛은 제1 시간에 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임을 제1 시간의 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임과 비교하고, 비교에 기초하고, 저장된 파라미터 또는 파라미터들의 세트에 기초하여, 로컬 신호, 수신된 포지셔닝 신호 및 상관 신호 중 적어도 하나의 모션 보정을 제공하도록 구성될 수 있다. 수신기의 움직임은 종종 다른 시간 주기에서 매우 유사하다. 자동차에서 속도와 베어링(bearing)은 특히 고속도로 상황(motorway condition)에서 몇 초 로 구분되는 시간 주기에 걸쳐 유사할 수 있다. 유사하게, 수신기가 조깅하는 사람에 의해 잡혀 있을 때, 일반적으로 예측 가능한 움직임의 패턴을 가질 것이다; 사용자의 속도 및 베어링이 변하지 않으면, 패턴은 몇 초 이상으로 분리된 시간 주기로 반복될 수 있다. 이러한 상황에서, 비교는 제1 시간에 움직임과 제2 시간에 움직임 사이의 실질적인 유사성을 나타낼 수 있다. 따라서, 수신기가 초기 에포크(epoch)에 대해 계산된 벡터 또는 페이저와 같은 파라미터를 재사용하는 것이 효율적일 수 있다. 이러한 파라미터는 계산 부하를 줄이고 배터리 자원을 보존하면서, 제2 시간에 효과적인 모션 보정을 제공하는 데 사용될 수 있다.
포지셔닝 시스템의 특징은 방법 특징으로서 제공될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명의 실시 예는 이제, 예를 들어, 도면을 참조하여 설명된다:
도 1은 디지털 신호와 상관 코드(correlation code)를 상관시키기 위한 시스템의 일를 도시한 도면이고;
도 2는 모션 보정된 상관 시퀀스(motion-compensated correlation sequence)에 기초하여 모션 보정 상관을 사용하지 않는 디지털 신호와 상관 코드를 상관시키기 위한 시스템의 일례를 도시한 도면이고;
도 3은 디지털 신호와 상관 코드의 모션 보정된 상관을 위한 시스템의 처리 시스템에 사용하기에 적합한 상관 시스템의 예를 도시한 도면이고;
도 4는 모션 보정된 상관기의 일 예를 도시한 도면이고;
도 5는 모션 보정된 페이저 생성기(motion-compensated phasor generator)에 의해 수행되는 방법의 예를 개략적으로 도시한 도면이고;
도 6A 및 6B는 쓰기 작업 중인(도 6A) 및 읽기 작업 중인(도 6B) 모션 보정 상관 시퀀스 저장 시스템의 예를 도시하고, 도 6c는 모션 보정 상관 시퀀스 저장 시스템에 의해 수행되는 방법을 도시한 도면이고;
도 7A는 모션 보정된 상관 시퀀스 (MCCS) 재사용 시스템의 예를 도시한 도면이고;
도 7B는 방법의 예를 도시한 도면이고;
도 8은 모션 보정된 상관기의 일 예를 도시한 도면이고;
도 9는 긴 상관 코드 생성기의 예를 도시한 도면이고,
도 10은 긴 디지털 신호 버퍼의 예를 도시한 도면이고;
도 11은 모션 보정된 상관기의 일 예를 도시한 도면이고;
도 12는 모션 보정된 상관기의 일 예를 도시한 도면이고;
도 13은 모션 보정된 상관 코드 생성기의 예를 도시한 도면이고;
도 14A 및 도 14B는 움직임 신호를 생성하기 위한 수신기 모션 모듈의 다른 예를 도시한 도면이고;
도 15는 기록 매체의 일 예를 도시한 도면이고;
도 16A는 제어기의 예를 도시한 도면이고;
도 16b는 컴퓨터 프로그램의 예를 도시한 도면이고;
도 17은 칩셋의 예를 도시한 도면이고;
도 18A, 도 18B, 도 18C는 원격 장치와 원격 처리 시스템 사이에 상이한 기능 분포를 갖는 원격 장치 및 원격 처리 시스템을 포함하는 시스템의 예를 도시한 도면이고;
도 19A 및 도 19는 본 발명의 실시 예에서 신호가 결합될 수 있는 상이한 기술을 도시한 도면이고;
도 20은 까다로운 포지셔닝 환경에서 포지셔닝 장치를 유지하는 사용자의 개략도이고;
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포지셔닝 장치의 개략도이고; 및
도 22는 본 발명의 일 실시 예에서 수행될 수 있는 일련의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 20은 도시 환경(도전적인 포지셔닝 환경을 나타내기 위해)에서 포지셔닝 장치(4)를 들고 있는 사용자(2)의 개략적인 도면이다. 이 예에서, 포지셔닝 장치(4)는 제1, 제2 및 제3 포지셔닝 위성(6, 8, 10)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 포지셔닝 장치(4)는 또한 지상파 송신기(12)로부터 신호를 수신할 수 있다. 위성(6) 및 지상파 송신기(12)로부터의 신호는 건물을 통해 수신된다. 이러한 신호는 건물의 재질에 의해 감쇠되므로, 특히 멀리 떨어진 위성(6)에서 수신된 신호의 경우 신호 강도가 낮을 *?*수 있음을 의미한다. 일부 경우에, 신호가 비교적 긴 시간의 주기(아마도 1 초 이상)에 걸쳐 통합되지 않는 한, 신호 세기는 포지셔닝 계산에 사용하기에 너무 낮을 수 있다. 수신된 신호는 추가적인 복잡성을 나타내는 다중 경로의 대상이 될 수 있다. 도 20에서 위성(8, 10)으로부터의 신호는 가시선을 따라 직접 수신되거나 이웃한 건물로부터 반사될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포지셔닝 장치(4)의 개략도이다. 이 예에서, 포지셔닝 장치(4)는 한 쌍의 안테나(14, 16)를 포함한다. 일반적으로 간단하고 저렴한 단일 로컬 오실레이터(18)가 제공된다. 예를 들어, 로컬 오실레이터(18)는 쿼츠 크리스털(quartz crystal)로 구성될 수 있다. 포지셔닝 장치(4)는 또한 관성 센서(inertial sensor)(22)를 포함하는데, 이것은 복수의 개별 모션 센서를 포함할 수 있다. 다양한 모듈이 프로세서(36)에 개별적으로 또는 함께 제공된다. 이러한 모듈은 단일 장치로 제공되거나 네트워크를 통해 분산된 방식(distributed fashion)으로 제공될 수 있다. 프로세서(36)는 로컬 신호 생성기(local signal generator)(28), 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(local oscillator offset determination module)(26), 기준 소스 선택 모듈(reference source selection module)(20), 기준 소스 모션 결정 모듈(reference source motion determination module)(24), 상관기(correlator)(30), 모션 보정 모듈(motion compensation module)(32), 수신기 모션 결정 모듈(receiver motion determination module)(21) 및 포지셔닝 계산기(positioning calculator)(34)를 포함한다.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에서 포지셔닝 시스템에서 수행될 수 있는 단계들을 도시한 흐름도이다. 사용시에, S100단계에서, 안테나(14, 16) 중 하나는 하나 이상의 잠재적 기준 소스로부터 신호를 수신한다. 잠재적인 기준 소스는 위성(6, 8, 10) 또는 지상파 송신기(terrestrial transmitters)(12) 일 수 있다. 중요하게는, 잠재적 기준 소스는 각각 매우 안정적인 로컬 오실레이터를 가지며, 이는 포지셔닝 장치(4)의 로컬 오실레이터(18) 보다 적어도 더 안정적이다.
S102단계에서, 수신된 신호에 기초하여 기준 소스 선택 모듈(20)을 사용하여 기준 소스가 선택된다. 특히, 기준 소스 선택 모듈(20)은 신호 품질과 관련된 다수의 기준을 만족시킬 수 있는 기준 신호를 선택한다. 기준 신호는 신호 강도가 최소 신호 세기 보다 높고 직접 가시선(반사 없음)을 따라 수신될 수 있고, 기준 소스와 수신기 사이의 상대적 모션이 잘 알려져 있거나 추정된 경우 선택된다. 이러한 조건(criteria)은 지상파 송신기(12) 또는 위성(6, 8, 10)에 의해 충족될 수 있다. 기준 소스가 위성인 경우, 이러한 조건(criteria)은 특정 고도각(elevation angle)를 가진 특정 시나리오에서 더 잘 충족될 수 있다. 도 20에서, 위성(8, 10)은 고도각이 높고, 방해받지 않는 경로를 따라 신호를 수신할 수 있기 때문에 기준 소스에 대한 최상의 후보 일 가능성이 있다. 이 오버 헤드 위성은 가시선 벡터를 따라 안테나(14)에 작은 구성 요소로 동작한다. 또한, 이 위성들은 안테나(14)에 직접적인 가시선 및 높은 신호 세기를 제공할 가능성이 높다. 일 구성에서, 기준 소스 선택 모듈(20)은 그것의 고도각이 임계값 이상인 경우에만, 약 80도 일 수 있는 위성을 기준 소스로서 선택한다.
기준 소스 선택 모듈(20)은 기준 신호를 선택할 때 위치에 관한 정보를 이용할 수 있다. 일 예에서, 사용자가 매우 높은 건물들 사이의 극단적인 도시 환경에 위치한다는 것을 나타내는 데이터가 결정될 수 있다. 이것은 예를 들어 셀 타워 포지셔닝(cell tower positioning)으로부터 결정될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 기준 소스 선택 모듈은 위성의 고도각에 대한 높은 임계값을 제공할 수 있고, 위성이 약 80 도보 다 큰 고도 각도를 갖는 경우에만 위성을 선택할 수 있다. 다른 시나리오에서 데이터는 사용자가 교외 환경(suburban environment)에 위치하고 있음을 나타낼 수 있다. 기준 소스 선택 모듈(20)은 약 60 도 보다 큰 고도각을 갖는 위성을 선택하여 더 낮은 임계 값을 적용하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다.
다른 구성에서, S102단계에서, 기준 소스 선택 모듈(20)은 3 차원 맵 데이터(three-dimensional map data)를 이용하면서 기준 소스를 선택할 수 있다. 3 차원 맵 데이터는 건물의 모양(shape) 및 규격(dimension)에 대한 정보뿐만 아니라 산 및 다른 지리적 특징에 관한 정보를 포함할 수 있다. 기준 소스 선택 모듈(20)은 건물 또는 다른 특징과 교차하지 않는 방해받지 않는 경로를 따라 기준 신호를 제공할 수 있는 기준 소스를 선택할 수 있다.
S104단계에서, 관성 센서(inertial sensor)(22)는 수신기(4)의 측정된 움직임을 제공한다. S104단계에서, 수신기의 모션은 복수의 모션 결정 센서들로부터의 측정들을 포함할 수 있는 관성 센서(22)에 의해 이루어진 측정들을 사용하여 수신기 모션 결정 모듈(receiver motion determination module)(21)에서 결정된다. 관성 센서(22)는 안테나(14)를 기준으로 고정된다. 따라서, 관성 센서(22)의 측정된 움직임은 수신기 모션 결정 모듈(21)에 의해 안테나(14)의 측정된 움직임으로 해석될 수 있다. 수신기 모션 결정 모듈(21)은 선택된 기준 소스의 방향에 있는 측정된 움직임의 성분을 결정할 수 있다.
S106단계에서, 기준 소스 모션 결정 모듈(reference source motion determination module)(24)은 기준 소스의 모션을 결정한다. 특히, 기준 소스 모션 결정 모듈(24)은 안테나(14, 16)와 선택된 기준 사이의 가시선 방향에 있는 기준 소스(지상에 고정될 수 있음)의 모션의 성분을 결정할 수 있다.
수신기 모션 결정 모듈(21) 및 원격 소스 모션 결정 유닛(remote source motion determination unit)(24)은 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(local oscillator offset determination module)(26)에 입력을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(26)은 수신기(4)와 선택된 기준 소스의 상대적인 움직임을 이들을 연결하는 벡터를 따라 결정할 수 있다. 이것은 수신기(4)의 위치 및 기준 소스의 위치에 대한 대략적인 인식(rough awareness)에 기초하여 초기에 결정될 수 있다. 수신기 및/또는 선택된 기준 소스의 위치가 더 정확하게 알려지면, 수신기(4)와 선택된 기준 소스의 상대적 움직임이 개선될 수 있다.
S108단계에서, 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(26)은 기준 소스와 수신기(4)의 상대적인 움직임으로 인해 수신된 기준 신호(6, 8, 10, 12)에 도입되는 주파수 또는 위상 에러를 계산할 수 있다. 수신된 기준 신호는 알려진 안정된 주파수 또는 위상에서 기준 소스에 의해 제공된다. 따라서, 도플러 에러(Doppler error)가 제거되면, 기준 소스의 알려진 주파수 또는 위상과 실제로 수신된 주파수 또는 위상 사이의 나머지 차이는 로컬 오실레이터(18)에 의해 제공된 주파수 또는 위상 기준의 에러에 기인할 수 있다. 이를 기초로, 오실레이터 오프셋 결정 모듈(26)은 로컬 오실레이터(18)에 의해 제공되는 주파수 또는 위상 기준에 대한 오프셋을 계산하도록 구성된다.
S110단계에서, 로컬 신호 생성기(local signal generator)(28)는 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(26)에 의해 계산된 오프셋과 함께 로컬 오실레이터(18)에 의해 제공된 주파수 또는 위상 기준을 사용하여 로컬 신호를 생성한다. 이러한 방식으로, 로컬 오실레이터(18)의 정확도는 기준 소스의 로컬 오실레이터의 정확도와 일치될 수 있다. 따라서, 로컬 신호는 보다 큰 안정성을 제공받을 수 있다. 이는 수신기(4)가 위성 또는 다른 소스로부터 포지셔닝 신호를 일관되게 통합하는 능력을 향상시키며, 이들 신호는 더 높은 안정성을 갖는 로컬 신호와 상관될 수 있기 때문이다.
S112단계에서, 모션 보정 모듈(motion compensation module)(32)은 로컬 신호 및 수신된 포지셔닝 신호 중 적어도 하나의 모션 보정을 제공하도록 구성된다. 이것은 수신기 동작 결정 모 (21)을 사용하여 포지셔닝 소스의 방향으로 안테나(14, 16)의 움직임을 제공함으로써 달성된다. 포지셔닝 소스가 GNSS 위성이라면, 수신기 모션 결정 모듈(21)은 안테나와 위성 사이의 가시선 방향을 따라 안테나(14)의 움직임을 제공한다. 이러한 방식으로, 신호들이 상관되기 전에 수신된 포지셔닝 신호, 로컬 신호 또는 이들의 조합에 모션 보정이 적용될 수 있다. 상관에 따라 모션 보정이 상관 신호에 적용될 수도 있다. 수신기와 포지셔닝 소스 사이에서 연장되는 방향으로 모션 보정을 제공함으로써, 이 방향을 따라 수신된 신호에 대해 우선적인 게인을 달성할 수 있다. 따라서, 수신기와 포지셔닝 소스 사이의 가시선 신호는 다른 방향으로 수신된 반사된 신호보다 우선적으로 게인을 수신할 것이다. GNSS 수신기에서는 비 가시선 신호(예를 들어, 반사된 신호)가 크게 억제되므로 위치 정확도가 현저히 증가하고 신호 위상을 더 잘 예측할 수 있다. 이 신호의 절대 전력이 비가시선 신호의 절대 전력보다 작더라도, 가시선 신호에 대해 가장 높은 상관이 달성될 수 있다.
S114단계에서, 상관기(30)는 로컬 신호를 GNSS 위성(6, 8, 10) 또는 다른 측위 소스로부터 수신된 포지셔닝 신호와 상관시키도록 구성된다. 수신된 포지셔닝 신호는 디지털 또는 아날로그 중 하나에서 전송된 정보의 알려진 또는 알려지지 않은 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 패턴의 존재는 동일한 패턴(로컬 신호)의 로컬 카피(local copy)를 사용하는 상호 상관 프로세스(cross-correlation process)에 의해 결정될 수 있다. 수신된 포지셔닝 신호는 레인징(ranging)을 위해 사용될 수 있는 치핑 코드(chipping code)로 인코딩 될 수 있다. 이러한 수신된 신호의 예는 무선 전송 내에 인코딩된 골드 코드를 포함하는 GPS 신호를 포함한다. 또 다른 예는 GSM 셀룰러 전송에 사용되는 확장된 트레이닝 시퀀스이다.
S116단계에서, 포지셔닝 계산기(positioning calculator)(34)는 이전 계산에 기초하여 수신기(4)에 대한 위치를 출력하도록 구성된다. 이것은 적어도 3 개의 포지셔닝 소스에 대한 레인지(range)를 설정하고 수학적 필터를 사용하여 위치를 결정함으로써 공지된 방식으로 달성될 수 있다. 수신기(4)에 의해 출력된 위치는 당업계에 알려진 바와 같이 매우 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다.
본 기술은 수신기(4)가 그 환경 내에서 자유롭게 이동할 수 있더라도, 유리하게도 수신기(4)가 수신된 포지셔닝 신호를 장기 간에 걸쳐 통합할 수 있게 한다. 이것은 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈(26)에 의해 계산된 오프셋과 함께 로컬 오실레이터(18)를 사용하여 생성된 로컬 신호의 안정성을 향상시킴으로써 달성된다. 이것은 로컬 오실레이터(18)의 본질적인 불안정성(inherent instability)으로 인한 에러를 발생시키지 않고, 수신된 포지셔닝 신호가 1 초 이상의 기간에 걸쳐 코히어런트(coherently)하게 통합될 수 있게 한다.
일 실시 예에서, 관성 센서(22)는 안테나(14)의 가속도를 측정하도록 구성된다. 안테나의 가속도가 임계값을 초과하는 것으로 결정되면, 수신기(4)로부터의 출력이 억제될 수 있다. 　이는 로컬 오실레이터(18)가 충격 움직임(jolting movement)으로 인해 경험될 수 있는 높은 가속 기간 동안 특히 불안정하다는 것이 결정되었기 때문에 제공된다. 달리거나 걷는 사용자의 경우 힐 스트라이크(heel strike) 중에 이러한 높은 가속이 발생할 수 있다. 수신기(4)로부터의 출력은 힐 스트라이크 사이에서 수신된 신호에 제공될 수 있고, 힐 스트라이크 동안 수신된 신호에 대한 출력이 효과적으로 억제될 수 있다. 사실상, 이는 포지셔닝 신호가 힐 스트라이크 사이에 우선적으로 코히런트(coherent)하게 통합됨을 의미한다. 이것은 실내 환경에서 약한 신호를 감지하는 장치의 능력을 향상시킬 수 있다. 다른 구성에서, 추가적인 로컬 오실레이터 오프셋은 해당 주기로부터 데이터를 거부하기 보다는 로컬 오실레이터(18)에 작용하는 포스(force)에 기초하여 계산될 수 있다. 일부 구성에서, 이러한 포스는 예측 가능한 주파수 오프셋을 야기할 수 있으며, 이는 로컬 신호 생성기(28)에 적용될 수 있다.
본 실시 예에서 수신기(4)는 2 개의 안테나(14, 16)를 제공한다. 안테나(14, 16)들 중 하나 또는 둘 모두는 선택된 기준 소스로부터 기준 신호를 수신하는데 사용될 수 있다. 로컬 오프셋 계산기(26)에 의해 계산된 오프셋은 다른 안테나(16)로부터 수신된 포지셔닝 신호에 대한 상관에 사용되는 로컬 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 2 개의 안테나(14, 16)가 공통 오프셋을 갖는 단일 로컬 오실레이터(18)를 공유하기 때문에 가능하다.
다른 구성에서, 2개의 개별 수신기가 사용될 수 있다. 제1 수신기는 자신의 로컬 오실레이터 신호 대신에 제2 수신기에 의해 제공된 로컬 오실레이터 신호를 사용할 수 있다. 따라서, 제1 수신기는 자신의 보정을 결정할 필요없이 제2 수신기에 의해 제공되는 로컬 오실레이터 신호에 의존할 수 있다. 제1 및 제2 수신기는 함께 장착되거나 별도로 제공될 수 있다.
통신 채널에서 발생할 수 있는 노이즈의 한 형태는 다중 경로 효과에서 발생한다. 수신기에서 수신된 신호는 경로 길이와 같은 각각 다른 특성을 갖는 다수의 상이한 경로를 통해 수신기에 도달했을 수 있다. 따라서, 수신된 다중 경로 신호는 일반적으로 상이한 시간에 수신되고, 감쇠 특성(attenuation characteristic) 및 위상이 다를 수 있다. 따라서, 각각의 다중 경로 신호는 다른 다중 경로 신호 각각과 관련하여 노이즈로 작용할 수 있다. 다중 경로 조건이 널리 퍼져 있는 상황에서 이는 심각한 문제가 될 수 있습니다.
다중 경로 조건이 보편화되지 않은 예를 들어, 수신기에서 클럭 드리프트(clock drift), 주파수에서 도플러 시프트(Doppler shift)를 야기하는 수신기의 움직임, 송신기와 수신기 사이의 타이밍 불일치(timing misalignment), 전자기 간섭(timing misalignment) 및 고의적인 방해(intentional jamming)와 같은 경우, 같은 다른 소스에서 노이즈가 발생할 수 있다. 신호는 또한 환경(예를 들어, 전파 채널(propagation channel)의 장애물(obstruction), 수신된 신호의 신호대 잡음비(signal to noise ratio)의 저하)에 의해 감쇠(attenuate)될 수 있다.
디지털 신호와 상관 코드의 상관을 개선하는 것이 바람직 할 것이다.
본 발명자들은 모션 보정된 상관을 수행함으로써 수신된 디지털 신호와 상관 코드의 상관을 상당히 개선할 수 있다는 것을 깨달았다. 예를 들어, 수신기의 이동 방향을 따라 모션 보정된 상관을 수행함으로써, 수신된 디지털 신호와 상관 코드 사이의 상관은 수신기의 이동 방향을 따라 수신된 디지털 신호와 상관 코드의 상관으로 상당히 편향(biase)된다. 따라서, 특정 방향으로 수신기의 움직임을 보정함으로써, 특정 방향으로부터 수신된 신호의 게인은 향상되는 반면, 그 방향에서 수신되지 않는 신호(예를 들어, 송신기를 향하지 않는 방향으로부터 수신기에 도달하는 반사된 신호)의 게인은 감소한다. 따라서, 수신기에서 송신기로의 가시선 벡터를 따라 구체적으로 모션 보정된 상관을 수행함으로써, 모션 보정된 방향에 맞춰 수신된 신호의 신호 대 잡음비가 증가하고, 신호 도달 시간(signal arrival time)의 측정 정확도 개선된다. 또한, 모션 보정된 상관을 수행함으로써 송신기의 모션을 보정하는 것을 포함하여 도플러 시프트(Doppler shift)의 영향을 감소시키거나 제거함으로써 가능하다.
본 발명자들은 모션 보정된 상관을 수행하는데 사용될 수 있는 새로운 유형의 모션 보정된 상관 시퀀스(슈퍼상관기라 칭함)를 생성하였다. 모션 보정된 상관 시퀀스는 저장되고 재사용 될 수 있다.
모션 보정된 상관을 사용하는 것의 또 다른 이점은 더 긴 상관 기간이 상관 게인을 개선하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 더 긴 상관 기간을 사용하면 상관 게인이 크게 향상되어 수신기가 훨씬 더 민감해진다.
모션 보정된 상관의 또 다른 장점은 수신기가 움직이는 동안 긴 코히어런트 통합을 수행할 수 있다는 것이다.
이 문서에서는 다음 정의가 사용된다.
상관 코드(correlation code)는 특정 자기 상관 특성(specific autocorrelation properties)을 갖는 것으로 알려진 특정 심볼 시퀀스(certain sequence of symbols)이다.
상관 시퀀스는 상관 동안 디지털 신호와 상관되는 심볼 시퀀스이다. 심볼은 하나 이상의 비트의 정수를 나타낸다. 상관 시퀀스는 실수(real number) 시퀀스 또는 복소수(complex number) 시퀀스의 형태로 표현될 수 있다.
모션 보정된 상관은 모션 보정된 상관 시퀀스를 사용하는 상관입니다.
모션 보정된 상관 시퀀스는 수신기의 움직임(가정 또는 측정)에 따라 위상 보정된 상관 시퀀스이다.
본 명세서에서 모션 보정된 상관 시퀀스는 모션 보정된 페이저 시퀀스(motion-compensated phasor sequence) 또는 모션 보정된 상관 코드(motion-compensated correlation code)를 지칭하기 위해 사용된다. 실제로, 모션 보정된 상관 시퀀스는 모션 보정된 페이저 시퀀스를 사용하여 구성된다.
모션 보정된 페이저 시퀀스는 수신기의 움직임 (가정 또는 측정)에 따라 위상 보정된 페이저 시퀀스이다.
모션 보정된 상관 코드는 수신기의 움직임(가정 또는 측정)에 따라 위상 보정된 페이저의 시퀀스에 의해 보정된 상관 코드이다. 모션 보정된 상관 코드는, 예를 들어, 상관 코드와 모션 보정된 페이저 시퀀스의 조합에 의해 형성될 수 있다.
위상 보정은 또한 상관 시퀀스와 관련된 시간 주기 동안 로컬 오실레이터의 불안정성에 의해 야기된 임의의 에러를 선택적으로 고려할 수 있다. 위상 보정은 또한 예를 들어 위성 기반 송신기의 경우 송신기의 모션을 선택적으로 고려할 수 있다
모션 보정은 직접 측정, 모델링/예측/예상 행동, 또는 가능한 속도 범위에 대한 최적화 프로세스와 같은 간접적인 방법을 통해 제공될 수 있다.
코히어런트 통합(coherent integration)은 입력 시퀀스의 위상 관계를 유지하는 방식으로 심볼의 시퀀스의 합계이고, 시퀀스의 섹션이 진폭과 위상 모두에서 구조상으로 함께 추가될 수 있다.
도 1은 디지털 신호(222)와 상관 코드(341)를 상관시키기 위한 시스템(100)의 예를 도시한 도면이다. 시스템(100)은 수신기 시스템(수신기)(200) 및 처리 시스템(250)을 포함한다.
수신기(200)는 아날로그 신호(212)를 생성하기 위해서, 신호(201)를 수신하기 위한 안테나 또는 안테나(202)들을 포함한다. 이 예에서, 반드시 모든 예는 아니지만, 아날로그 신호(212)는 프리-엠플리파이어(pre-amplifier)(204)에 의해 증폭되지만, 이 단계는 선택적이다. 다음 예에서, 아날로그 신호(212)는 반드시 모든 예는 아니지만, 다운 컨버터(down-converter)(210)에 의해 더 낮은 주파수 아날로그 신호로 다운 변환된다. 그러나, 이 단계도 선택 사항이다. 아날로그 신호(212)는 그 후 디지털 신호(222)를 생성하기 위해 아날로그-디지털 변환기(analogue to digital converter)(220)에 의해 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환된다. 이것은 수신된 디지털 신호이다. 수신된 디지털 신호(222)는 처리 시스템(250)에 제공된다.
처리 시스템(250)은 상관 시스템(252)을 포함하고, 또한 반드시 모든 예에서 필요한 것은 아니지만 이 예에서 제어 시스템(254)을 포함한다. 상관 시스템(252)은 수신된 디지털 신호(222)를 상관 코드(341)와 상관시킨다. 제어 시스템(254)이 존재한다면, 상관 시스템(252)을 제어하는데 사용될 수 있다.
도 2는 디지털 신호(222)와 상관 코드(341)를 상관시키기 위한 처리 시스템(250)의 예를 도시한 도면이다. 이 예는 모션 보정된 상관 시퀀스에 기초한 모션 보정된 상관 관계를 사용하지 않으며, 모션 보정된 상관 시퀀스를 사용하지 않기 때문에 모션 보정된 상관 관계 시퀀스를 사용하는 모션 보정된 상관과 모션 보정되지 않은 상관 간의 차이를 증명하기 위한 것이다.
초기에 위상 조정 모듈(260)은 수신된 디지털 신호(222)의 위상을 조정한다. 이 위상 조정은 동 위상 디지털 신호(I)와 직교 위상 디지털 신호(Q)를 생성한다. 이들 복합 디지털 신호(complex digital signal)는 위상 조정된 디지털 신호(phase-adjusted digital signal)를 상관 코드(341)와 상관시키는 상관 모듈(262)에 제공된다. 상관 모듈(262)의 결과는 상관 시스템(252)으로부터 제어 시스템(254)으로 출력된다. 제어 시스템(254)은 상관 결과를 이용하여 폐쇄 루프 위상 조정 신호(closed loop phase adjustment signal)(271)를 위상 조정 모듈(phase adjustment module)(260)에 제공하고 폐쇄 루프 코드 조정 신호(closed loop code adjustment signal)(273)를 상관 코드(correlation code)(341)를 생성하는데 사용되는 코드 생성 모듈(code generation module)(272)에 제공한다.
코드 위상 정렬(Code-phase alignment)은 예를 들어 지연 고정 루프(delay locked loop)의 일부를 형성할 수 있는 폐쇄 루프 코드 조정 신호(273)를 사용하여 상관 코드(341)를 조정함으로써 달성될 수 있다. 반송파 위상 정렬(Carrier-phase alignment)은 위상 고정 루프(phase locked loop)의 일부일 수 있는 폐쇄 루프 위상 조정 신호(271)를 통해 수신된 디지털 신호의 위상을 조정함으로써 달성될 수 있다.
신호 대 잡음 레벨이 충분히 높고 폐쇄 제어 루프(closed control loop)의 잠금이 유지되는 동안, 폐쇄 제어 루프는 안테나(202)와 수신된 디지털 신호(222)의 소스 사이의 상대적 움직임으로 인해 발생하는 도플러 쉬프트(Doppler shift)를 자동으로 보정한다. 그러나, "잠금(lock)"은 획득 위상 동안 없거나, 예를 들어, 일시적인 신호 손실 또는 낮은 신호 대 잡음 레벨로 인해 손실될 수 있다.
본 발명자들은 도 1에 도시된 시스템에서 사용하기에 적합한, 도 3 도시된 새로운 처리 시스템(250)을 개발하였다.
새로운 처리 시스템은 모션 보정된 상관 시퀀스에 기초하여 모션 보정된 상관을 사용함으로써 수신된 디지털 신호(222) 및 상관 코드(341)의 개선된 상관을 제공한다.
도 3의 처리 시스템(250)은, 도 2의 처리 시스템(250)과 대조적으로, 개방 루프 제어(350)를 사용하여 상관기(310)에서 사용된 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성하여 수신된 디지털 신호(222)와 상관한다는 것을 인식해야 한다.
도 3에 도시된 처리 시스템(250)은 예를 들어, 도 2에 도시된 처리 시스템(250)을 영구적으로 대체할 수 있거나 도 2에 도시된 처리 시스템(250)에 대한 대안으로서 일시적으로 사용될 수 있다.
도 3의 처리 시스템(250)의 개방 루프 제어(350)는 수신기(200)의 추적된 또는 측정된 움직임(361)에 기초하고 임의의 상관 결과로부터의 피드백(루프 폐쇄)에 기초하지 않는다.
수신된 디지털 신호(222)와 상관 코드(341)의 모션 보정된 상관을 위한 처리 시스템(250)은 다수의 상이한 애플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들어, 시간 및/또는 주파수 동기화 및/또는 채널 추정 및/또는 채널 분리에 사용될 수 있다.
사용된 상관 코드(341)는 애플리케이션 별로 특정적일 수 있다. 예를 들어, 처리 시스템(250)이 CDMA 모바일 통신 수신기와 같은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 통신 시스템(direct sequence spread spectrum communication system)의 일부인 경우, 상관 코드(치핑 코드)는 의사-랜덤 노이즈 코드(pseudo-random noise code)이다. 예를 들어, 수신기(200)가 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)의 수신기 인 경우, 상관 코드는 의사 랜덤 노이즈 코드, 예를 들어 골드 코드이다. 예를 들어, 수신기(200)가 통신 시스템을 위한 수신기 인 경우, 상관 코드는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: orthogonal frequency division multiplexing), 롱 텀 에볼루션(LTE: long term evolution) 및 디지털 비디오 방송(DVB: digital video broadcasting) 표준에 사용되는 것과 같은 훈련 또는 파일럿 심볼 시퀀스(training or pilot symbol sequence) 일 수 있다..
일부 예들에서, 상관 코드(341)는 코드 분할 다중 액세스(code division multiple access)를 통해 통신 채널을 다른 코드 분할 채널들로 분리하는 디지털 신호(222)의 송신기의 아이덴티티(identity)에 의존할 수 있다.
일부 상황에서, 디지털 신호(222)는 데이터(예를 들어, GNSS 시스템의 내비게이션 바이트)로 변조된다. 그러나, 다른 예들에서, 디지털 신호(222)는 예를 들어 훈련 또는 파일럿 시퀀스일 때와 같은 데이터로 변조되지 않는다.
도 3은 디지털 신호(222)와 상관 코드(341)의 모션 보정된 상관을 위한 시스템(100)의 처리 시스템(250)에 사용하기에 적합한 상관 시스템(252)의 예를 도시한 도면이다. 모션 보정된 상관 시스템(252)은 상관기(310) 및 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)를 포함하는 모션 보정된 상관기(300)를 제공한다.
수신기 모션 모듈(receiver-motion module)(360)은 모션 보정된 상관기(300)의 일부를 형성하거나 형성하지 않을 수 있으며, 수신기(200)의 움직임을 나타내는 움직임 신호(361)를 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)에 제공한다.
모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(motion-compensated correlation sequence generator)(320)는 움직임 신호(361)를 수신하고 모션 보정된 페이저 시퀀스(motion-compensated phasor sequence)(332)를 생성하는 모션 보정된 페이저 생성기(motion-compensated phasor generator)(330)를 포함한다.
모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 상관 코드(341)를 생성하는 상관 코드 생성기(340)를 추가로 포함한다.
모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 도 19a에 도시된 바와 같이 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 상관 코드(341)를 결합하여 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성하는 결합기(믹서)(336)를 추가로 포함한다. 이러한 신호를 결합하기 위한 대체 기술은 도 19에나타내고 있다.
모션 보정된 상관 코드(322)는 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)에 의해 상관기(310)에 제공되고, 상관기(310)는 모션 보정된 상관 코드(322)를 수신된 디지털 신호(222)와 상관시켜 상관 출력(312)을 생성한다.
모션 보정된 상관기(300)는 수신기 모션 모듈(360)로부터 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)를 통해 상관기(310)로의 개방 루프(open loop)(350)를 포함한다. 상관 출력(312)으로부터 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)로의 피드백이 없으므로 개방 루프 시스템이다.
따라서 상관기(310)는 다음 방법을 수행한다는 것이 이해될 것이다: 수신기(200)에 의해 제공된 디지털 신호(222)를 모션 보정된 상관 코드(322)와 상관 시키는데, 여기서, 모션 보정된 상관 코드(322)는 수신기(200)의 추정된 도는 측정된 움직임에 따라 하나 이상의 페이저를 사용하여 상관 전에 보정된 상관 코드(341)이다. 상관 코드(341)는 상관 코드(341)를 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 결합함으로써 상관 전에 수신기(200)의 움직임에 대해 보정된다. 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)는 수신기(200)가 디지털 신호(222)를 수신하는 시간 동안 수신기(200)의 추정되거나 측정된 움직임에 의존한다.
따라서, 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 수신기(200)에 의해 제공되는 디지털 신호 (222)와 모션 보정된 상관 코드(322)를 상관시키는 것으로 이해 될 것이며, 여기서 모션 보정된 상관 코드(322)는 수신기의 추정된 또는 측정된 움직임에 의존하는 하나 이상의 페이저(phasor)를 사용하여 상관 전에 보정된 상관 코드(341)이다.
모션 보정된 상관을 제어하기 위한 개방 루프(350)의 사용은 예를 들어, 제어가 선행 상관의 결과에 기초하지 않기 때문에 빠르다는 장점을 가진다. 모션 보정된 상관을 수행하기 위해 개방 루프 제어를 사용함으로써 상관기(310)는 낮은 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)의 상황에서 동작 할 수 있다.
도 3의 수신기 모션 모듈(360)에서, 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320) 및 상관기(310)는 모션 보정된 상관기(300)의 일부로서 도시되어 있지만, 다른 예에서는 상관기(310) 만이 모션 보정된 상관기(300)의 일부가 아닌 모션 보정된 상관 생성기(320)에 의해 모션 보정된 상관기(300)에 모션 보정된 상관 코드(322)가 제공되는 상관 시스템의 일부일 수 있다. 다른 예들에서, 상관기(310) 및 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320) 만이 모션 보정된 상관기(300)에 움직임 신호(361)를 제공하는 수신기 모션 모듈(360)을 갖는 모션 보정된 상관기(300)의 일부일 수 있다.
이 예에서, 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기는(320)는 모션 보정된 페이저 생성기(330), 상관 코드 생성기(340) 및 결합기(믹서)(336)를 포함하는 단일 엔티티로서 도시되어 있지만, 이들은 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)와 구별되는 컴포넌트이거나 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320) 내에 도시된 것 이외의 컴포넌트로서 조합될 수 있음을 이해해야 한다.
도 3에 도시된 모션 보정된 상관기(300)는 상관 코드(341)가 우수한 교차 상관 결과(excellent cross-correlation result)를 위해 신중하게 설계되었지만 상관 전에 상관 코드(341)를 수정함으로써 반 직관적인 접근법(counter-intuitive approach)을 채택한다는 점에서 이전에 수행되었던 것 들로부터 중요하고 주목할 만한 출발이라는 것이라고 당업자에게 의해 인식될 것이다.
도 3에 도시된 모션 보정된 상관기(300)는 영구적으로 기능하거나 일시적으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 이는 GNSS 수신기에서 위성 획득 단계 동안 및/또는 신호 손실이 있을 때 및/또는 낮은 신호 대 잡음 레벨이 있을 때 기능할 수 있다. 모션 보정된 상관기(300)는 디지털 신호(222)의 위상 코히런스(coherence)를 유지할 수 있으며, 더 긴 간섭 코히런스 통합 시간(longer coherent integration times)을 허용한다.
도 4는 도 3에 도시된 모션 보정된 상관기(300)의 예를 도시한 도면이다. 이 도면은 상관기(310)의 잠재적 하위 구성 요소 및 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)를 도시한 도면이다.
이 예에서, 모션 보정된 페이저 생성기(330)는 동 위상 성분(in-phase component)(I) 및 직교 위상 성분(a quadrature phase component)(Q)를 포함하는 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 생성한다. 동 위상 성분(I)과 직교 위상 성분(Q)은 모션 보정된 상관 코드(322)로서 동 위상 성분(I)과 직교 위상 성분을 생성하기 위해 코드 생성기(340)에 의해 생성된 동일한 상관 코드(341)와 혼합(313) 된다. 상관기(320)는 모션 보정된 상관 코드(322)의 동 위상 성분을 수신된 디지털 신호(222)와 혼합하고(312), 결과에 대해 통합(integration) 및 덤프(dump)(314)를 수행하여 동 위상 상관 결과(in-phase correlation result)(312)를 생성한다. 상관기(310)는 직교 위상 모션 보정된 상관 코드(quadrature phase motion-compensated correlation code)(322)를 동일한 수신된 디지털 신호(222)와 혼합하고(312), 그 결과에 대해 통합 및 덤프(314)를 수행하여 직교 위상 상관 결과(312)를 생성한다.
모션 보정된 페이저 시퀀스(332)가 생성될 때 동 위상 및 직교 위상 신호의 생성이 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 내에서 발생한다는 것에 유의해야 하는 것이 중요하다. 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 상관 코드(341)의 조합(믹싱)은 상관 출력(312)을 생성하기 위해 수신된 디지털 신호(222)와 상관되는 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성한다.
상관기(310) 내에서 수행된 통합은 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 생성하기 위해 사용된 움직임 신호(361)와 상관되는 수신된 디지털 신호(222)에 대해 양의 게인(positive gain)을 생성한다. 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 생성하는데 사용된 움직임 신호(361)와 상관되지 않은 수신된 디지털 신호(222)는 모션 보정된 상관 코드(322)와의 불량한 상관을 가진다. 따라서, 모션 보정된 상관기(300)에 의해 움직임 신호(361)의 움직임과 정렬되지 않은 방향으로 수신되는 디지털 신호(222)와 비교하여 모션 보정된 위상 시퀀스(332)를 생성하는데 사용된 움직임 신호(361)의 움직임과 정렬된 방향으로 수신되는 디지털 신호(222)에 적용되는 차동 게인이 있다. 따라서, 모션 보정된 상관기(300)는 다중 경로 환경에서 상관 성능을 상당히 개선시킨다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 5는 모션 보정된 페이저 생성기(330)에 의해 수행되는 방법(400)의 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 402블록에서, 속도가 결정된다. 이 속도는 수신기 모션 모듈(360)에 의해 제공되는 움직임 신호 (361)로부터 모션 보정된 페이저 생성기(330)에 의해 결정되거나, 수신기 모션 모듈(360)에 의해 제공될 수 있다. 속도는 상관되는 디지털 신호(222)를 수신할 때 수신기(200)의 속도이다. 속도는 특정 방향, 예를 들어, 송신기의 가시선 또는 강한 신호가 예상되는 방향을 따라 정렬될 수 있다. 404블록에서, 도플러 주파수 쉬프트(Doppler frequency shift)는 도플러 주파수 쉬프트를 결정하기 위해 속도(v)를 사용하여 계산된다. 406 블록에서, 도플러 주파수 시프트는 시간이 지남에 따라 통합되어 위상 보정값(ΔΦ (t))을 결정한다. 페이저 X(t)는 수학식 exp (iΔΦ(t))에 따라 408블록에서 결정된다.
수신기(200)에 의해 제공되는 디지털 신호(222)의 샘플링 시간에 대응하여, 각 시간 주기(tn)에 대해 방법(400)을 수행함으로써, 페이저{X(tn)}의 시퀀스를 생성할 수 있다. 각각의 페이저는 디지털 신호(222)의 샘플과 동일한 지속 시간을 가지며, 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)에서 디지털 신호(222)의 샘플 및 상관 코드(341)의 샘플과 동일한 수의 페이저 X(tn)가 존재한다. 상관 코드(341)는 일련의 순차적 상관 코드 워드(correlation code word) 일 수 있고, 디지털 신호(222)의 지속 시간 및 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 일치하도록 연결된다. 각각의 페이저 X(t)는 상관 코드(341)의 대응하는 샘플에 적용되는 시간(t)에서의 수신기의 모션에 기초한 위상 보정을 나타낸다. 이러한 방식으로, 상관 코드(341)는 상관 코드(341)가 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 결합될 때 모션 보정된다.
페이저 X(t)는 위상 공간(phase space)에서의 변환이고 콤플렉스 값(complex value)을 가지며, 실제 값(real value)을 통해 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)의 동 위상 성분 및 허수 값(imaginary value)을 통해 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)의 직교 위상 성분을 생성한다. 페이저 X(t)는 순환 페이저(cyclic phasor)이며, 예를 들어, 실제 축(real axis)으로부터의 시계 방향 회전 또는 허수 축(imaginary axis)으로부터의 반 시계 방향 회전 등 다수의 상이한 방식으로 표현될 수 있다. 이 예에서, 페이저 X(t)는 모션 보정된 페이저 시퀀스(332) 내에서 일정한 진폭(amplitude)을 갖지만, 다른 예에서, 페이저는 단지 회전이 아니라 회전 및 진폭의 변화 둘 모두를 나타낼 수 있다. 그러나, 도시된 것과 같은 다른 예에서, 페이저는 회전만을 위한 것이다.
도 6A 및 도6B는 쓰기 동작 동안(도 6A) 및 읽기 동작 동안(도 6B) 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(motion-compensated correlation sequence storage system)(420)의 예를 도시하고, 도 6C는 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)에 의해 수행되는 방법(470)을 도시한다. 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)은 어드레서블 메모리(addressable memory)(430)에 쓰고 읽도록 구성된 저장 제어 모듈(storage control module)(426)을 포함한다. 어드레서블 메모리(430)는 일부 예들에서 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)의 일부일 수 있고, 다른 예들에서는 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)과 분리될 수 있다.
도 6A에서, 저장 제어 시스템(426)은 움직임 신호(361) 및 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 수신한다. 저장 제어 시스템(426)은 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 어드레서블 메모리(430) 안에 움직임 신호(361)에 의해 인덱스된 데이터 구조(432)에 저장한다. 즉, 움직임 신호(361)에 의존하는 인덱스는 어드레서블 메모리(430)로부터 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 액세스하고 검색하는데 사용될 수 있다.
도 6A는 저장 제어 시스템(426)이 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 메모리에 기록하여 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와 관련된 모션 인덱스에 대응하는 모션 정보(361)에 의존하는 인덱스를 통해 나중에 액세스될 수 있도록 쓰기 동작을 도시한다는 것을 이해할 것이다.
도 6B는 저장 제어 시스템(426)에 의해 수행되는 읽기 액세스의 예를 도시한 도면이다. 이 예에서 저장 제어 시스템(426)은 움직임 신호(361)를 수신하고 이를 사용하여 어드레서블 메모리(430)로 전송되는 인덱스(436)를 생성한다. 어드레서블 메모리(430)가 수신된 인덱스와 관련된 데이터 구조(422)를 저장하면, 응답 신호(reply signal)(438)를 통해 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 저장 제어 시스템(426)으로 반환한다. 저장 제어 시스템(426)은 반환된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 반환된 모션 보정된 상관 시퀀스를 사용하여 모션 보정된 상관 코드(322)를 제공하는 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)에 제공한다.
어떤 경우에는 모션 보정된 상관 시퀀스가 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)일 수 있음을 인식해야 한다.
일부 예들에서 모션 보정된 상관 시퀀스는 모션 보정된 상관 코드(322)일 수 있음을 인식해야 한다.
도 6C는 처음에 472 블록에서, 방법(470)이 모션 보정된 상관 시퀀스를 어드레서블 메모리(430)에 저장하는 방법(470)의 예를 도시한 도면이다. 그 후, 474블록에서, 방법(470)은 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스를 획득하기 위해 메모리의 어드레싱(addressing)을 야기하고; 476블록에서, 방법(470)은 획득된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 사용하여 상관 코드와 디지털 신호의 모션 보정된 상관을 야기한다.
모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 수신기(200)의 움직임(추정된 또는 측정된)에 따라 위상 보정된 상관 시퀀스이다. 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 수신기(200)의 움직임(추정된 또는 측정된)에 따라 위상 보정된 시퀀스의 페이저 시퀀스를 포함하는 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)일 수 있다. 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 수신기(200)의 움직임(추정된 또는 측정된)에 따라 위상 보정된 위상의 시퀀스에 의해 보정된 상관 코드(341)인 모션 보정된 상관 코드(322)일 수 있다.
이 예에서, 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 메모리(430)의 데이터 구조(432) 내에 저장된다. 일부 예들에서, 데이터 구조(432)는 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)에 의해 생성될 수 있고, 도 6A에 도시된 예에 따라 저장을 위해 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)에 제공될 수 있다. 그러나, 모션 보정된 상관 저장 시스템(420)이 상이한 메커니즘을 통해 데이터 구조(432)를 획득하는 것이 가능하다. 예를 들어, 데이터 구조(432)는 스토리지 제어 시스템(426) 또는 메모리(430) 내에 별도로 제공되거나 미리 저장될 수 있다.
데이터 구조(432)는 도 6B와 관련하여 설명된 바와 같이 모션-종속 인덱스(motion-dependent index)를 사용하여 읽기 액세스를 위해 주소 지정 가능한 어드레서블 데이터 구조(addressable data structure)이다. 데이터 구조(432)가 모션 보정된 상관 코드(322)인 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 포함하는 경우, 모션 보정된 상관 코드(322)는 예를 들어 정의된 프로세스에 의해 생성된 기준 또는 표준 상관 코드에 기초할 수 있다(예를 들어, 교차-상관 특성(cross-correlation characteristic)이 정의된 골드 코드(Gold code) 또는 바커 코드(Barker code).). 기준 또는 표준 상관 코드는 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)와 결합되어 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성한다.
도 7A는 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 재사용 시스템(450)의 예를 도시한 도면이다.
MCCS 재사용 시스템(MCCS re-use system)(450)은 수신된 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관을 위해 현재 사용중인 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 재사용되어야 하는지 여부(재사용 현재 MCCS 블록460), 및/또는 수신된 디지털 신호(222)의 모션-보정된 상관을 위해 이전 사용된/저장된 모션-보정된 상관 시퀀스(422)가 재사용/사용되어야 하는지의 여부(MCC 액세스 블록 462), 및/또는 수신된 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관에 대해 새로운 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 생성되어야 하는지의 여부(MCCS 생성 블록 464), 및/또는 수신된 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관이 중단되어야 하는지의 여부(MCCS 일시 중단 블록 466)를 결정하는데 사용되는 움직임 신호(361)를 입력으로서 수신한다.
MCCS 재사용 시스템(450)은 상관될 디지털 신호(222)를 수신하는 동안 수신기(200)의 움직임을 나타내는 움직임 신호(361)를 이용하여 수신된 디지털 신호(222)에 대해 어떤 모션 상관이 수행되어야 하는지 여부를 결정한다.
이 예에서 MCCS 재사용 시스템(450)은 재사용 현재 MCCS 블록(460), MCCS 액세스 블록(462), MCCS 생성 블록(464) 및 MCCS 일시 중단 블록(466)을 포함하지만, 일부 예에서는 MCCS 재사용 시스템(450)은 더 많은 블록을 포함한다. 일부 예에서, MCCS 재사용 시스템(450)은 하나 이상의 블록(460, 462, 464, 466)의 임의의 서브 세트일 수 있는 블록(460, 462, 464, 466)의 서브 세트만을 포함한다.
MCCS 재사용 시스템(450)은 MCCS 재사용 제어 블록(452)에서 움직임 신호(361)를 처리하여 블록(460, 462, 464, 466) 중 어느 블록을 사용해야 하는지 결정하기 위한 하나 이상의 테스트를 수행한다. 예를 들어, MCCS 재사용 제어 블록(452)은 블록(460, 462, 464, 466)들 중 어느 것이 사용되어야 하는지를 결정하기 위해 수신기 움직임 분석 테스트(receiver-movement analysis test)를 수행할 수 있다. 예를 들어, 재사용 제어 블록(452)은 입력 움직임 신호(361)로 표현된 수신기(200)의 움직임과 블록(460, 462, 464, 466)들 중 어떤 블록을 사용해야 하는지 결정하기 위한 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와 연관된 수신기의 이전 움직임을 비교하여 수신기 움직임 비교 테스트를 수행 할 수 있다.
모든 예는 아니지만 일부 예에서, 입력 움직임 신호(input movement signal)(361)가 수신기(200)의 직전 움직임(immediately preceding movement)과 동일하거나 이에 상응하는 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임을 나타내는 것으로 결정되면, 수신기(200)의 궤적이 변하지 않고(반복됨) 현재 사용된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 재사용 현재 MCCS 블록(re-use current MCCS block)(460)을 통해 재사용 될 수 있다고 재사용 제어 블록(re-use control block)(452)에 의해 결정될 수 있다.
모든 예는 아니지만 일부 예에서, 입력 움직임 신호(361)가 저장된 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임과 동일하거나 이에 상응하는 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임을 나타내는 것으로 결정되면, 수신기 움직임과 연관된 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 존재하는 경우, MCCS 재사용 제어 블록(452)에 의해 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 존재하는 수신기 궤적이 있다고 결정하고, 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 어드레서블 메모리(430)에서 액세스되고 MCCS 액세스 블록(462)을 통해 사용된다. 액세스된 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 이전에 사용된 및/또는 이전에 생성된 모션 보정된 상관 시퀀스(422) 일 수 있다.
MCCS 재사용 제어 블록(452)은 현재/이전/저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 사용하는 것이 바람직하지 않거나 가능하지 않다고 결정할 수 있다. 예를 들어, MCCS 재사용 제어 블록(452)은 재사용 현재 MCCS 블록(460)을 사용하지 않고 MCCS 액세스 블록(MCCS access block)(462)을 사용하지 않기로 결정할 수 있다.
MCCS 재사용 제어 블록(452)이 여전히 모션 보정된 상관을 사용하는 것이 바람직하다고 결정하면, MCCS 재사용 제어 블록(452)은 MCCS 생성 블록(MCCS generation block)(464)을 통해 새로운 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 생성하게 한다. 새로 생성된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 모션 보정된 상관에 사용되며, 또한 상술한 바와 같이 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)에 의해 추후 액세스를 위해 저장될 수 있다.
그러나, MCCS 재사용 제어 블록(452)이 조건들이 모션 보정된 상관에 적합하지 않다고 결정하면, 모션 보정된 상관은 MCCS 일시 중단 블록(MCCS suspend block)(466)에서 정지되고,　개방 루프 제어(350)를 통해 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임으로부터 결정된 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 사용하지 않고, 수신된 디지털 신호(222)와 상관 코드(341) 사이에서 상관이 수행된다.
도 7B는 방법(480)을 도시하고, 482블록에서, 제1 시간(first time) 동안 수신기(200)의 제1 추정된 또는 측정된 움직임에 따라 제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와 함께 제1 시간 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제1 디지털 신호(222)의 상관을 야기 또는 수행하고; 및
484블록에서, 제1 모션 보정된 상관 시퀀스와, 제1 시간과 겹치지 않고 제2 시간 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제2 디지털 신호(222)의 상관을 야기하거나 수행한다.
제2 시간 동안 수신기(200)의 제2 추정된 또는 측정된 움직임은 어드레서블 메모리(430)로부터 제1 모션 보정된 상관 시퀀스(222)에 액세스하는데 사용될 수 있다.
다른 예에서, 방법(480)은 486블록에서 추가로, 액세스된 제1 모션 보정된 상관 시퀀스를 가지고, 제1 시간 및 제2 시간과 겹치지 않고, 제3 시간 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제3 디지털 신호(222)의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다(도 7A의 460블록 또는 462블록). 방법(480)은 어드레서블 메모리로부터 제1 모션 보정된 상관 시퀀스에 액세스 하기 위해서 제3 시간 동안 수신기(200)의 제3 추정된 또는 측정된 움직임의 사용을 야기하거나 수행할 수 있다(도 7A의 462블록).
다른 예에서, 방법(480)은 488블록에서, 제3 시간 동안 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임에 의존하고, 제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와 다른 제2 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 갖고, 제1 시간 및 제2 시간과 겹치지 않고, 제3 시간 주기 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제3 디지털 신호(222)의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다(도 7A의 464블록). 방법(480)은 제3 시간 동안 수신기의 추정된 또는 측정된 움직임에 의존하여 제2 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 생성을 야기하거나 수행할 수 있다 (도 7A의 464블록).
방법(480)은 수신기(200)의 제1 추정된 또는 측정된 움직임과 제3 추정된 또는 측정된 움직임을 비교하는 비교 테스트를 야기하거나 수행할 수 있다. 제1 움직임 및 제3 움직임이 비교 테스트를 통과한 것으로 결정되면, 방법(480)은 제3 시간 동안 수신기에서 수신된 제3 디지털 신호와 제1 모션 보정된 시퀀스의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다. 제1 움직임 및 제3 움직임이 비교 테스트를 통과하지 않은 것으로 결정되면, 방법(480)은 제3 시간 동안 수신기에서 수신된 제3 디지털 신호와 제2 모션 보정된 시퀀스의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다.
방법(480)은 제4 디지털 신호(222)가 수신되는 제 4 시간 동안 수신기의 제1 추정된 또는 측정된 움직임과 제4 추정된 또는 측정된 움직임을 비교하는 비교 테스트를 유발하거나 수행할 수 있다(도 7B에 미도시된). 제1 움직임 및 제4 움직임이 비교 테스트를 통과하지 않은 것으로 결정되면, 방법(480)은 제4 디지털 신호와 제4 움직임 또는 상관 코드(341)에 의존하는 모션 보정된 상관 시퀀스의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다. 제1 움직임 및 제4 움직임이 비교 테스트를 통과한 것으로 결정되면, 방법(480)은 제4 디지털 신호와 제1 모션 보정된 상관 시퀀스의 상관을 야기하거나 수행할 수 있다.
제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 제1 모션 보정된 페이저 신호에 의해 보정되는 상관 코드(341)를 나타내는 제1 모션 보정된 상관 코드(322)인 경우, 제2 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 제2의 상이한 모션 보정된 페이저 신호에 의해 보정되는 동일한 상관 코드(341)일 수 있다.
제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 제1 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)인 경우, 제2 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 제2의 상이한 모션 보정된 페이저 시퀀스이다. 그러나, 제1 모션 보정된 페이저 시퀀스(332) 및 제2 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)는 상이한 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성하기 위해 동일한 상관 코드(341)를 보정하기 위해 사용할 수 있다.
이러한 방식으로, 기존의 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 연장된 시간 주기 동안 재사용 할 수 있다. 지상파 무선 송신기(terrestrial radio transmitters) 또는 정지 위성(geostationary satellites)과 같은 정적 신호 소스(static signal source)의 경우, 시간 주기는 제한이 없을 수 있다. GNSS 위성과 같은 이동 송신기의 경우 신호의 도플러 시프트가 MCCS에 기록된 것과 비교하여 변화함에 따라 재사용성은 시간이 지남에 따라 감소한다. 이 경우, 시퀀스는 아마도 10 초 이상 동안 재사용될 수 있다. 상관 코드(341)의 길이가 1ms 인 경우, 이는 상관 코드(341)의 10,000주기보다 긴 지속 시간이다.
재사용을 위한 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 저장은 모션 보정된 상관을 수행하는 데 필요한 계산 부하를 상당히 감소시킬 수 있다는 것으로 인식될 것이다.
도 7A와 관련하여 설명된 바와 같이, 모션 보정된 상관 시퀀스 재사용 시스템(450)은 모션 보정된 상관을 수행할지 여부, 모션 보정된 상관을 수행하는 경우 새로운 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 생성할 것인지 또는 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용할 것인지 여부, 및 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용하는 경우 현재 사용된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용해야 하는지 또는 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용해야 하는지의 여부를 지능적으로 결정할 수 있다. 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 재사용은 수신기(200)가 연속적(continual)이든 간헐적(intermittent)이든 상관없이 주로 동일한 모션에 관여하는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 보행자(pedestrian)가 특정 방향으로 그리고 특정 걸음 걸이(gait)로 걷고 있다면, 이는 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용할지 여부를 결정하기 위해 움직임 신호(361)로서 검출되고 사용될 수 있다. 보행자 걷는 모션의 힐 스트라이크(heel strike)와 같은 모션 데이터의 특정이 잘 정의된 트리거를 사용하여 모션 보정된 상관 시퀀스의 재사용 가능한 섹션의 시작을 표시하고 섹션을 재사용할 수 있는 미래의 순간을 감지할 수 있다. 나침반 방향(compass heading), 방향(orientation), 속도(speed) 등과 같은 다른 측면도 유사성을 테스트할 수 있다. 따라서, 사람이 동일한 궤적(trajectory), 즉 동일한 베어링(bearing) 및 걷는 속도를 유지하면서 동일한 방향으로 걷는 동안 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용할 수 있다. 베어링, 보폭 길이, 걸음 걸이 또는 보폭 속도의 변화의 검출은 재사용 시스템(450)에서 인터럽트를 야기할 수 있고, 이는 재사용 현재 MCCS 블록(460)을 사용하는 것에서 블록(462, 464, 466)들 중 하나 이상을 사용하는 것으로 전환될 수 있다.
도 8은 앞서 설명한 대로. 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 저장 시스템(420), 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 재사용 시스템(450) 및 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 생성기(320)를 포함하는 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 시스템(500)을 포함하는 모션 보정된 상관기(300)를 도시한 도면이다. 시스템(500)은 모션 보정된 상관을 수행할지 여부를 결정하기 위해 재사용 시스템(450)을 사용하고, 모션 보정된 상관을 수행하는 경우 새로운 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 생성할 것인지 또는 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 재사용 할 것인지를 결정한다. 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스를 재사용하는 경우, 재사용 시스템(450)은 시스템(500)에 의해 수신된 움직임 신호(361)를 저장 시스템(420)에 제공하여, 어드레서블 메모리(430)에 대한 읽기 액세스를 수행하여 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 획득한다. 메모리(430)로부터 판독된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)가 상관기(310)에 대한 모션 보정된 상관 코드(322)를 생성하는 것이 모션 보정된 페이저 시퀀스인 경우 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)에 제공되거나, 또는 모션 보정된 상관 코드(322)인 경우 직접 상관기(310)에 제공된다. 새로운 모션 보정된 상관 시퀀스 422)가 생성될 필요가 있을 때, 재사용 시스템(450)은 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)를 제어하여 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 생성하고 그 시퀀스를 디지털 신호(222)의 상관에 사용한다. 생성된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 어드레서블 메모리(430)에 저장하기 위해 저장 시스템(420)에 제공될 수 있다.
도 9는 상술한 바와 같이 모션 보정된 상관에 사용될 수 있는 상관 코드(341)를 제공하는 상관 코드 생성기(340)의 예를 도시한 도면이다. 상관 코드(341)는 후술하는 바와 같이 긴 상관 코드이다. 짧은 코드 생성기(short code generator)(470)는 상관 코드(341')를 생성한다. 긴 코드 생성기(long code generator)(472)는 상관 코드(341')를 여러 번 연결하여 긴 상관 코드(341)를 생성한다. 긴 상관 코드는 다수의 상관 코드(341')의 연결을 일시적으로 저장하기에 충분한 크기의 버퍼 메모리(474)에 저장될 수 있다. 도 10은 상술한 바와 같이 모션 보정된 상관에 사용될 수 있는 수신된 디지털 신호(222)를 일시적으로 저장하는 긴 디지털 신호 버퍼(480)의 예를 도시한 도면이다. 이것은 긴 상관 코드(341)만큼 지속 시간을 갖는 수신된 디지털 신호(222)를 일시적으로 저장하기에 충분한 크기의 버퍼 메모리(buffer memory)(474)이다.
디지털 신호(222)는 긴 디지털 신호이고, 상관 코드(341)는 긴 상관 코드이고, 모션 보정된 상관 코드(322)는 긴 모션 보정된 상관 코드이다.
긴 디지털 신호(222), 긴 상관 코드(341) 및 긴 모션 보정된 상관 코드(322)는 동일한 길이를 갖는다. 각각은 상관 코드 워드(correlation code word)의 길이보다 긴 지속 시간을 갖는다(예를 들어, GPS의 경우 1ms 이상, GALILEO의 경우 4ms 이상). 예를 들어, 지속 시간은 N*1ms 또는 M*4ms 일 수 있으며, 여기서 N, M은 1보다 큰 자연수이다. 일부 예에서, 예를 들어 수신기 모션 측정의 신뢰도에 따라 지속 시간을 변경할 수 있다. 일부 예에서 N 또는 M을 증가 및/또는 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, 지속 시간 N*1ms 또는 M*4ms를 갖는 것을 선택할 수 있다. 지속 시간이 길수록 상관 시간이 증가하여 더 나은 게인을 제공한다.
긴 상관 코드(341)는 동일한 제1 상관 코드(341')의 다수의 연결 코드이다.
제1 상관 코드(341')는 예를 들어 표준 또는 참조 코드 일 수 있다(예를 들어, 골드 코드, 바터 코드 또는 고정 기간　T 및 기설정된 교차 상관 속성을 가진 유사 코드).
긴 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 수퍼 상관 시퀀스(supercorrelation sequence)로 지칭될 수 있다. 수퍼 상관 시퀀스는 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스 또는 긴 모션 보정된 상관 코드(페이저 조정)일 수 있다.
도 11은 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 저장 시스템(420)을 선택적으로 포함하고, 선택적으로 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 재사용 시스템(450)을 포함하고, 다수의 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 생성기(320)를 포함하는 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 시스템(500)을 포함하는 모션 보정된 상관기(300)의 예를 도시한 도면이다.
다수의 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 각각은 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임에 따른 동일한 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(long motion-compensated phasor sequence)(332)를 사용하여 상관 전에 보정된 긴 상관 코드(long correlation code)(341)인 긴 모션 보정된 상관 코드(long motion-compensated correlation code)(322)를 생성한다.
다수의 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 중 첫번째 것은 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 현재 움직임과 초기로 시프트된 시간에 따른 동일한 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 사용하여 상관 전에 보정된 긴 상관 코드(long correlation code)(341)인 초기 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(early long motion-compensated correlation code)(322)를 생성한다.
다수의 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 중 두번째 것은 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 현재 움직임에 따른 동일한 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 사용하여 상관 전에 보정된 긴 상관 코드(341)인 현재(프롬프트) 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(present (prompt) long motion-compensated correlation code)(322)를 생성한다.
다수의 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 중 세번째 것은 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 현재 움직임과 마지막(late)으로 시프트된 시간에 따른 동일한 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)를 사용하여 상관 전에 보정된 긴 상관 코드(long correlation code)(341)인 마지막 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(late long motion-compensated correlation code)(322)를 생성한다.
초기 롱 모션 보정된 상관 코드, 현재(프롬프트) 롱 모션 보정된 상관 코드 및 마지막 롱 모션 보정된 상관 코드 각각은 동일한 긴 디지털 신호(222)와 개별적으로 상관된다.
모션 보정된 상관기(300)는 수신된 디지털 신호(222)가 GNSS 위성에 의해 전송되는 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GNSS: global navigation satellite system)에 사용하기에 적합하다. 모션 보정된 상관기(300)는 GNSS 수신기(200)의 일부일 수 있다.
반드시 모든 예는 아니지만 일부 예에서, 디지털 신호(222)를 생성하기 위해 아날로그에서 디지털로 변환 전에 수신된 신호의 다운 변환(down-conversion)이 발생하지만, 다른 예에서는 그렇지 않다. 디지털 신호(222)를 생성하기 위해 아날로그에서 디지털로 변환 전에 수신된 신호의 다운 변환이 발생하는 경우, 반드시 그렇지는 않지만 일부 예에서, 다운 변환은 수신기(200)의 측정된 움직임과 무관하며, 수신된 신호의 수신기(200)의 측정된 움직임에 따라 제어되지 않는다.
반드시 모든 예는 아니지만 일부 예들에서 변조 제거 블록(modulation removal block)(510)은 모션 보정된 상관기를 사용하여 코히어런트 하게 통합된 신호들에 변조된 임의의 데이터를 제거할 수 있다. 이 예는 수신된 GNSS 디지털 신호(222')로부터 네비게이션 비트(navigation bit)를 제거하여 모션 보정된 상관기(300)에 의해 처리된 디지털 신호(222)를 생성하는 것이다.
이 예에서, 긴 상관 코드(341)를 생성하기 위해 연결된 상관 코드는 치핑 코드(의사 난수 노이즈 코드)이다. 예를 들어 골드 코드 일 수 있다.
일부 예들에서 각각의 GNSS 위성은 상이한 긴 상관 코드(341)를 사용할 수 있다. 다수의 모션 보정된 상관기(300)가 제공될 수 있고 상이한 위성에 할당될 수 있다. 모션 보정된 상관기(300)는 할당된 GNSS 위성에 대해 모션 보정된 상관을 수행한다.
도 5를 다시 참조하면, 속도 v는 할당된 위성을 향한 수신기(200)의 가시선 속도일 수 있다. 모션 보정된 상관기(300)는 가시선을 따라 위성으로부터 수신된 디지털 신호(222)에 대해 선택적으로 증가된 게인(selective increased gain)을 갖는다.
일부 예에서, 할당된 위성의 움직임은 수신기(200)와 할당된 위성 사이의 가시선 상대 속도(line of sight relative velocity)를 속도 v로서 사용함으로써 보정될 수 있다. 다른 예들에서, 할당된 위성의 움직임은 도 12에 도시된 바와 같이 폐쇄 제어 루프를 사용함으로써 보정될 수 있다. 수신기(200)에 의해 제공되는 디지털 신호(222)를 긴 모션 보정된 상관 코드(322)와 상관시키는 것은 코드 위상 정렬(code-phase alignment) 및/또는 캐리어 위상 정렬(carrier-phase alignment)(620)의 유지를 위해 하나 이상의 폐쇄 제어 루프(610, 620)를 추가로 사용한다.
제어 시스템(254)은 모션 상관된 상관(motion-correlated correlation)의 결과(312)를 사용하여 폐쇄 루프 제어 신호(closed-loop control signal)(610) 및/또는 폐쇄 루프 제어 신호(closed loop control signal)(620)를 제공한다.
폐쇄 루프 제어 신호(610)는 반송파 위상 정렬(carrier phase alignment)을 유지하기 위해 모션 보정된 상관 코드(322)의 위상을 조정하도록 위상 조정 모듈(phase adjust module)(600)을 제어한다.
폐쇄 루프 제어 신호(closed-loop control signal)(620)는 코드 위상 정렬을 유지하기 위해 위성에 대한 다수의 모션 보정된 상관 코드 생성기(320) 각각을 제어한다. 도 13은 모션 보정된 상관 코드 생성기(320)가 폐쇄 루프 제어 신호(620)를 통해코드 위상 정렬을 유지하는 방법의 예를 도시한 도면이다. 수치 제어된 오실레이터(632)는 제어 신호(620)를 수신하고, 짧은 코드 생성기(short code generator)(470)와, 긴 상관 코드(341)를 버퍼링하고 동시에 특정 위성에 사용되는 다중 모션 보정된 상관 코드 생성기(320)에 대한 긴 코드 생성기(472) 및 긴 코드 버퍼(474)로서 동작하는 시프트 레지스터(shift register)(634)를 이용해서 긴 상관 코드 생성기(long correlation code generator)(340)를 제어한다.
도 14A 및 도 14B는 특정 시간 기간 동안 수신기(200)의 움직임을 나타내는 움직임 신호(361)를 생성하기 위한 수신기 모션 모듈(360)의 상이한 예를 도시한 도면이다. 도 14A에 도시된 수신기 모션 모듈(360)은 수신기(200)의 측정된 움직임을 나타내는 움직임 신호(361)를 생성한다. 도 14B에 도시된 수신기 모션 모듈(360)은 수신기(200)의 추정된 움직임을 나타내는 움직임 신호 (361)를 생성한다.
움직임 신호(361)는 하나 이상의 파라미터 세트에 의해 정의된 파라미터화된 신호(parameterized signal)일 수 있다.
수신기 모션 모듈(360)은 예를 들어 보행자 또는 차량의 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다
도 14A에 도시 된 바와 같이 수신기 움직임을 측정하는 수신기 모션 모듈(360)은 보행자 사망 추정 시스템(pedestrian dead reckoning system), 관성 측정 시스템(inertial measurement system), 시각적 추적 시스템(visual tracking system) 또는 무선 포지셔닝 시스템(radio positioning system)과 같은 수신기(200)의 모션을 추적하는 로컬 네비게이션 또는 포지셔닝 시스템을 가질 수 있다.
관성 측정 시스템(inertial measurement system)은 일반적으로 다축 가속도계 및 자이로스코프(gyroscopes)와 같은 관성 센서로부터 가속도 측정을 통합하여 속도를 계산한다.
보행자 사망 추정 시스템은 예를 들어 힐 스트라이크(heel strike), 스텝/스트라이드 길이 추정, 헤딩 추정, 및 2D 위치 결정으로부터 스텝을 검출할 수 있다.
무선 포지셔닝 시스템은 예를 들어 Wi-Fi 포지셔닝 및/또는 블루투스 포지셔닝을 사용할 수 있다.
도 14B에 도시된 수신기 움직임을 추정하는 수신기 모션 모듈(360)은 특정 시간에서의 특정 위치와 같은 수신기(200)의 컨텍스트(context)를 검출하고 동일한 컨텍스트에서 수신기 속도의 과거 이력에 대한 수신기 속도를 결정하는 컨텍스트 검출 시스템(context detection system)을 가질 수 있다. 학습 알고리즘은 수신기 속도가 예측 가능할 때 재발생 컨텍스트를 식별하고 그 컨텍스트를 검출하여 수신기 속도를 추정하는데 사용될 수 있다.
도 15는 데이터 구조(432)를 저장하는 휴대용 메모리 장치(portable memory device)와 같은 기록 매체(700)의 예를 도시한다. 데이터 구조(432)는 (긴) 상관 코드(341)와 (긴) 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)의 조합 또는 (긴) 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)인 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 포함한다. 기록 매체(700) 및 데이터 구조(432)는 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 전송을 가능하게 한다. 데이터 구조(432)는 모션 종속 인덱스(motion-dependent index)를 사용하여 읽기 액세스를 위해 어드레스블(addressable) 데이터 구조로 구성될 수 있다.
반드시 모든 예는 아니지만 일부 예에서, 긴 모션 보정된 상관 시퀀스(422)는 긴 상관 코드(341)와 긴 모션 보정된 페이저 시퀀스(332)의 조합이고 긴 상관 코드(341)는 동일한 표준 상관 코드의 다수의 것의 결합이다.
제어기(800)는 상술한 방법 중 하나 이상, 상술한 블록 및 모션 보정된 상관기(300)의 전부 또는 일부를 수행하는 데 사용될 수 있다.
제어기(800)의 구현은 제어기 회로 일 수 있다. 제어기(800)는 하드웨어 단독으로 구현될 수 있고, 펌웨어(firmware)만을 포함하는 소프트웨어의 특정 측면을 갖거나 또는 하드웨어 및 소프트웨어(펌웨어 포함)의 조합 일 수 있다.
도 16A에 도시된 바와 같이, 제어기(800)는 예를 들어 프로세서(810)에 의해 실행되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(디스크, 메모리 등)에 저장될 수 있는 범용 또는 특수 목적 프로세서(810)에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령(710)을 사용함으로써 하드웨어 기능을 가능하게 하는 명령을 사용하여 구현될 수 있다.
프로세서(810)는 메모리(820)로부터 읽고 쓸 수 있다. 프로세서(810)는 또한 데이터 및/또는 명령이 프로세서(810)에 의해 출력되는 출력 인터페이스 및 데이터 및/또는 명령이 프로세서(810)에 입력되는 입력 인터페이스를 포함할 수 있다.
메모리(820)는 프로세서(810)에 로딩될 때 모션 보정된 상관기(300)의 전부 또는 일부의 동작을 제어하는 컴퓨터 프로그램 명령(컴퓨터 프로그램 코드)을 포함하는 컴퓨터 프로그램(710)을 저장한다. 컴퓨터 프로그램(710)의 컴퓨터 프로그램 명령은 장치가 도 3 및 도 18에 도시된 방법을 수행할 수 있게 하는 논리 및 루틴을 제공한다. 프로세서(810)는 메모리 (820)를 읽어 컴퓨터 프로그램 (710)을 로드하여 실행할 수 있다.
따라서 제어기를 포함하는 장치는 다음을 포함할 수 있다:
적어도 하나의 프로세서(810); 및 컴퓨터 프로그램 코드(710)를 포함하는 적어도 하나의 메모리(820), 적어도 하나의 메모리(820)와 컴퓨터 프로그램 코드(710)는 적어도 하나의 프로세서 (810)와 함께 장치가 적어도 다음을 수행하게 하도록 구성된다:
(i) 수신기(200)에 의해 제공되는 디지털 신호(222)와 모션 보정된 상관 코드(322)와의 상관을 야기하며, 여기서 모션 보정된 상관 코드(322)는 수신기(200)의 추정된 또는 측정된 움직임에 따라 하나 이상의 페이저(332)를 사용하여 상관 전에 보정된 상관 코드(341)이다;
및/또는
(ii) 제1 시간에, 어드레서블 메모리(430)에 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 저장을 야기하거나 수행하는 단계;
나중에(later time), 메모리(430)를 어드레싱(addressing)하여 저장된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)의 획득을 야기하거나 수행하는 단계; 및
획득된 모션 보정된 상관 시퀀스(422)를 이용하여 상관 코드(341)와 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관을 야기하거나 수행하는 단계;
및/또는
(iii) 제1 시간 동안 수신기(200)의 제1 추정된 또는 측정된 움직임에 의존하는 제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와 함께 제1 시간 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제1 디지털 신호(222)의 상관을 야기하거나 수행하는 단계; 및
제1 모션 보정된 상관 시퀀스(422)와, 제1 시간과 겹치지 않고 제2 시간 동안 수신기(200)에 의해 수신된 제2 디지털 신호(222)의 상관을 야기하거나 수행하는 단계;
및/또는
(iv) 긴 상관 코드와 긴 디지털 신호의 상관을 야기 또는 수행하는 단계, 여기서, 긴 디지털 신호와 긴 상관 코드는 동일한 길이이고 긴 상관 코드는 동일한 제1 상관 코드의 연결되고, 긴 상관 코드는 수신기의 추정된 또는 측정된 움직임에 의존하는 하나 이상의 페이저를 사용하여 상관 전에 모션 보정된다.
도 16B에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 프로그램(710)은 임의의 적절한 전달 메커니즘(delivery mechanism)(700)을 통해 장치(800)에 도달할 수 있다. 전달 메커니즘(700)은 예를 들어 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 컴퓨터 프로그램 제품, 메모리 장치, CD-ROM(compact disc read-only memory) 또는 디지털 다용도 디스크(DVD: digital versatile disc), 또는 솔리드 스테이트 메모리(solid state memory), 컴퓨터 프로그램 (710)을 유형적으로 구현하는 제조 물품과 같은 기록 매체 일 수 있다. 전달 메커니즘은 컴퓨터 프로그램(710)을 신뢰성 있게 전송하도록 구성된 신호일 수 있다. 장치(800)는 컴퓨터 프로그램(710)을 컴퓨터 데이터 신호로서 전파 또는 전송할 수 있다.
메모리(820)는 단일 구성 요소/회로로서 도시되어 있지만, 일부 또는 전부가 통합/제거 가능 및/또는 영구(permanent)/반영구(semi-permanent)/동적(dynamic)/캐시된 저장장치(cached storage)를 제공할 수 있는 하나 이상의 개별 구성 요소/회로로서 구현될 수 있다.
프로세서(810)는 단일 컴포넌트/회로로서 도시되어 있지만, 일부 또는 전부가 통합/제거 가능한 하나 이상의 개별 컴포넌트/회로로서 구현될 수 있다. 프로세서(810)는 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서 일 수 있다.
'컴퓨터 판독 가능 저장 매체', '컴퓨터 프로그램 제품', '실제로 구현 된 컴퓨터 프로그램' 등 또는 '제어기', '컴퓨터', '프로세서' 등은 서로 다른 아키텍처를 가진 컴퓨터 뿐만 아니라 단일/다중 프로세서 아키텍처 및 순차(Von Neumann) / 병렬 아키텍처와 같이 FPGA(Field-Programmable Gate Array), ASIC(application specific circuits), 신호 처리 장치 및 기타 처리 회로와 같은 특수 회로도 포함됩니다. 컴퓨터 프로그램, 명령어, 코드 등에 대한 참조는 프로세서에 대한 명령이든 고정 기능 장치, 게이트 어레이 또는 프로그램 가능한 논리 장치 등에 대한 구성 설정과 같은 하드웨어 장치의 프로그램 가능 컨텐츠와 같은 프로그램 가능 프로세서 또는 펌웨어 용 소프트웨어를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 칩셋(chip set)(840)은 제어기(800)의 기능을 제공하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 모션 보정된 상관기(300)의 전부 또는 일부를 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 18까지에 도시된 블록은 컴퓨터 프로그램(710)에서의 방법 및/또는 코드 섹션의 단계를 나타낼 수 있다. 블록들에 대한 특정 순서의 예시는 반드시 블록들에 대해 요구되거나 바람직한 순서가 있음을 의미하는 것은 아니며 블록의 순서 및 배열이 변경될 수 있다. 또한, 일부 블록이 생략될 수 있다.
상술한 방법 중 하나 이상을 수행하는 데 필요한 장치 또는 시스템의 구성 요소, 상술한 블록들 및/또는 모션 보정된 상관기(300)의 전부 또는 일부는 배치(collocate)될 필요가 없으며, 데이터는 하나 이상의 통신 링크를 통해 컴포넌트들 간에 공유될 수 있다.
도 18A는 원격 장치(remote device)(1000) 및 원격 처리 시스템(remote processing system)(2000)을 포함하는 시스템의 일례를 도시한다. 원격 장치(1000)는 수신기(200) 및 수신기 모션 모듈(360)을 포함한다. 수신기 모션 모듈(360)은 수신기 모션 센서 데이터를 움직임 신호(361)로서 제공하는 수신기 모션 센서를 포함한다. 원격 장치(1000)는 제어기(800)를 포함하는 원격 처리 시스템(2000)으로부터 물리적으로 떨어져 있다. 원격 장치(1000) 및 원격 장치(2000)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 통신한다. 통신 링크(들)(1500)는 예를 들어 무선 통신(예를 들어, WiFi, BLE, 셀룰러 전화, 위성 통신), 케이블 통신(예를 들어, 이더넷, 유선 전화, 광섬유 케이블), 구성 요소 간에 이동할 수 있는 물리적 저장 매체(예를 들어, 솔리드 스테이트 메모리(solid state memory), CD-ROM) 또는 그 조합으로 구성될 수 있다.
디지털 신호(222)는 원격 장치(1000)에 의해 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 처리 시스템(2000)에 제공된다. 수신기 모션 센서 데이터는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 처리 시스템(2000)에 원격 장치(1000)에 의해 움직임 신호(361)로서 제공된다.
원격 처리 시스템(2000)의 제어기(800)는 상관기(310) 및 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)를 포함하는 모션 보정된 상관기(300)를 포함한다.
모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 움직임 신호(361)의 처리로부터 모션 보정된 상관 시퀀스(322)를 생성하고, 상관기(310)는 모션 보정된 상관 시퀀스(322)를 이용하여 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관을 수행하여 상관 결과(312)를 생성한다.
모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 선택적으로 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 시스템(500)의 일부일 수 있고 모션 보정된 상관 시퀀스(322)는 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템 (420)에 의해 재사용을 위한 원격 처리 시스템(430)의 어드레서블 메모리(430)에 선택적으로 저장될 수 있다.
반드시 모든 예는 아니지만 일부 예에서, 상관 결과(312)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 장치(1000)로 리턴된다.
반드시 모든 예는 아니지만 일부 예에서, 모션 보정된 상관 시퀀스(322)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 장치 (1000)로 리턴된다.
반드시 그렇지는 않지만 일부 예에서, 제어기(800)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 장치(1000)로 전송되는 더 높은 값의 출력(higher-value output)(801)(예를 들어, GNSS 의사 거리 또는 GNSS 신호로부터의 위치 고정)을 도출하기 위해 상관 결과(312)의 추가적인 사후 처리(post-processing)를 수행한다.
도 18B는 원격 장치(1000) 및 원격 처리 시스템(2000)을 포함하는 시스템의 다른 예를 도시한다. 원격 장치(1000)는 수신기(200) 및 수신기 모션 모듈(360)을 포함한다. 수신기 모션 모듈(360)은 수신기 모션 센서 데이터를 움직임 신호(361)로서 제공하는 수신기 모션 센서를 포함한다. 원격 장치(1000)는 제어기(800)를 포함하는 원격 처리 시스템(2000)으로부터 물리적으로 떨어져 있다. 원격 장치(1000) 및 원격 장치(2000)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 통신한다. 통신 링크(들)(1500)는 예를 들어 무선 통신(예를 들어, WiFi, BLE, 셀룰러 전화, 위성 통신), 케이블 통신(예를 들어, 이더넷, 유선 전화, 광섬유 케이블), 구성 요소 간에 이동할 수 있는 물리적 저장 매체(예를 들어, 솔리드 스테이트 메모리(solid state memory), CD-ROM) 또는 그 조합으로 구성될 수 있다.
수신기 모션 센서 데이터는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 처리 시스템(2000)에 원격 장치(1000)에 의해 움직임 신호(361)로서 제공된다.
모션 보정된 상관기(300)(상관기(310))의 일부는 원격 장치(1000)에 있고 일부(모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320))는 원격 처리 시스템(2000)에 있다.
원격 처리 시스템(2000)에서의 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 수신된 움직임 신호(361)의 프로세싱으로부터 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(322)를 생성한다. 모션 보정된 상관 시퀀스(322)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 처리 시스템(2000)으로부터 원격 장치(100)로 전송된다.
디지털 신호(222)는 통신 링크(들)(1500)를 통해 원격 장치(1000)에 의해 원격 처리 시스템(2000)에 제공되지 않는다. 대신에 그것은 원격 장치(1000)의 상관기(310)에 제공된다. 상관기(310)는 전달된 모션 보정된 상관 시퀀스(322)를 사용하여 디지털 신호(222)의 모션 보정된 상관을 수행하여 상관 결과(312)를 생성한다.
원격 장치(1000)에서, 모션 보정된 상관 시퀀스(322)는 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)에 의해 원격 처리 시스템(1000)의 어드레서블 메모리(430)에 재사용을 위해 선택적으로 저장될 수 있다.
상술한 예의 변형에서, 수신기 모션 모듈(360)은 움직임 신호(361)로서 제공되는 측정된 또는 추정된 수신기 모션 값(assumed receiver motion value)을 도출하기 위해 수신기 모션 센서 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다. 처리된 움직임 신호(361)는 미가공 수신기 모션 센서 데이터(raw receiver motion sensor data) 대신에 원격 처리 시스템(2000)으로 전달될 수 있고, 수신기 모션 센서 데이터로부터 수신기 모션을 계산하기 위한 원격 처리 센서(remote processing system)(2000)에 대한 필요성을 제거한다.
상술한 예의 변형에서, 수신기 모션 모듈(360)은 원격 장치(1000)에 위치되지 않을 수 있지만, 예를 들어 원격 처리 시스템(2000) 또는 다른 곳에 위치될 수 있다.
도 18C는 원격 장치(1000) 및 원격 처리 시스템(2000)을 포함하는 시스템의 다른 예를 도시한다. 이 시스템은 도 18A에 도시된 것과 유사하지만, 상관 결과(312)(및/또는 더 높은 값 출력(801))는 원격 장치(1000)에 제공되지 않는다. 상관 결과(312)(및/또는 더 높은 값의 출력(801))는 원격 처리 시스템(2000)에서 활용(utilised)/저장되거나, 추가 사용/처리/저장을 위해 통신 링크(들)(2500)를 통해 원격 제3자 클라이언트(remote third-party client)(3000)에 제공된다.
상기 예들은 모두 복수의 통신 링크(1500/2500)에 의해 연결된 복수의 원격 장치(1000) 및/또는 복수의 원격 처리 시스템(2000) 및/또는 복수의 원격 제3자 클라이언트(3000)를 포함하도록 추가로 수정될 수 있음이 이해되어야 한다.
앞서 설명되고 도시된 수신기(200) 및 모션 보정된 상관기(300)는 예를 들어 GNSS 시스템, 무선 시스템(radio system)(예를 들어, OFDM, DVB-T, LTE), 소나 시스템(sonar system), 레이저 시스템(laser system), 지진 시스템(seismic system) 등에 사용될 수 있다.
청구 범위에 나타난 '원인 또는 수행(causing or performing)'이라는 용어는 야기하지만 수행되지 않음, 수행하지만 야기되지 않음 또는 야기하고 수행되는 것을 의미할 수 있다.
엔티티가 액션(action)을 발생시키는 경우, 엔티티가 제거되면 조치가 발생하지 않음을 의미한다. 엔터티가 액션을 수행(perform)하면, 엔터티가 액션을 캐리 아웃(carrie out) 한다.
도면에서 항목들의 상호 연결(interconnection)은 작동 결합(operational coupling)을 나타내며, 임의의 수 또는 중간 요소(intervening element)의 조합이 존재할 수 있다(중간 요소를 없음 포함).
구조적 특징이 설명된 경우, 그 특징 또는 기능이 명시적(explicitly)으로 또는 암시적(implicitly)으로 설명되는지에 상관없이 구조적 특징의 하나 이상의 기능을 수행하기 위한 수단으로 대체될 수 있다.
여기에서 사용된 '하드웨어 모듈'은 최종 제조업체 또는 사용자가 추가할 특정 부품/구성 요소를 제외하는 물리적 장치 또는 장치를 나타낸다. 모션 보정된 상관기(300)는 하드웨어 모듈 일 수 있다. 모션 보정된 상관 시퀀스 생성기(320)는 하드웨어 모듈이거나 그 일부일 수 있다. 모션 보정된 페이저 생성기(330)는 하드웨어 모듈이거나 하드웨어 모듈의 일부일 수 있다. 상관 코드 생성기(340)는 하드웨어 모듈 일 수 있거나 하드웨어 모듈의 일부일 수 있다. 수신기 모션 모듈(360)은 하드웨어 모듈이거나 하드웨어 모듈의 일부일 수 있다. 상관기(310)는 하드웨어 모듈 일 수 있거나 하드웨어 모듈의 일부일 수 있다. 모션 보정된 상관 시퀀스 저장 시스템(420)은 하드웨어 모듈 일 수 있거나 하드웨어 모듈의 일부일 수 있다. (MCCS) 재사용 시스템(450)은 하드웨어 모듈이거나 그 일부일 수 있다. 모션 보정된 상관 시퀀스(MCCS) 시스템(500)은 하드웨어 모듈이거나 그 일부일 수 있다.
이 문서에서 '포함(comprise)'이라는 용어는 배타적 의미가 아닌 포괄적 인 의미로 사용됩니다. 즉, Y를 포함하는 X에 대한 임의의 참조는 X가 하나의 Y만을 포함하거나 하나 이상의 Y를 포함할 수 있음을 나타낸다. 독점적 의미로 '포함하다'를 사용하려는 경우, "하나만 포함하는 것" 또는 "구성된(consisting)"을 사용하여 문맥에서 명확 해집니다.
이 간단한 설명에서, 다양한 예들이 참조되었다. 예와 관련된 특징 또는 기능의 설명은 그러한 특징 또는 기능이 그 예에 존재함을 나타낸다. 텍스트에서 '예(example')' 또는 '예를 들어(for example)' 또는 '할 수 있다(may')' 라는 용어의 사용은, 명시적으로 언급되어 있든 없든, 그러한 특징 또는 기능이 예로써 설명되든 아니든, 적어도 기술된 예에 존재한다는 것을 나타내며, 그리고 그것들이 일부 또는 모든 다른 예에 존재할 수 있지만 반드시 그런 것은 아닙니다. 따라서 예(example')', '예를 들어(for example)' 또는 '할 수 있다(may')''는 예를 들어 특정 클래스(particular instance)를 나타낸다. 인스턴스(instance)의 속성은 해당 인스턴스의 속성 또는 클래스의 속성 또는 클래스의 모든 인스턴스가 아닌 일부를 포함하는 클래스의 하위 클래스 속성 일 수 있습니다. 그러므로, 하나의 예를 참조하여 설명되었지만 다른 예를 참조하여 설명되지 않은 특징들은 가능한 다른 예에서 사용될 수 있지만 반드시 다른 예에서 사용될 필요는 없음을 암시적으로 개시한다.
본 발명의 실시 예가 다양한 예를 참조하여 앞 단락에서 설명되었지만, 주어진 예에 대한 수정은 청구된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
전술 한 설명에서 설명된 특징들은 명시적으로 설명된 조합 이외의 조합으로 사용될 수 있다.
기능들은 특정 특징들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 기능들은 설명 여부에 관계없이 다른 특징들에 의해 수행될 수 있다.
특징은 특정 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 특징은 설명 여부에 관계없이 다른 실시 예에도 존재할 수 있다.
상술한 명세서에서 특히 중요하다고 여겨지는 본 발명의 특징에 주의를 기울이려고 노력하는 동안, 출원인은 특정한 강조가 있었는지 여부와 관련하여 상기에 언급 및/또는 도면에 도시된 임의의 특허 가능한 특징 또는 특징들의 조합에 대한 보호를 청구하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 포지셔닝 시스템에 있어서,
    로컬 주파수 또는 위상 기준을 제공하기 위한 로컬 오실레이터;
    기준 방향으로 기준 소스로부터 기준 신호를 수신하도록 구성된 수신기 - 상기 기준 신호는 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖고, 상기 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 상기 기준 신호를 제공함 -;
    상기 기준 방향에서 상기 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임을 제공하도록 구성된 모션 모듈;
    상기 기준 방향으로 상기 기준 소스의 움직임을 제공하도록 구성된 기준 소스 모션 결정 모듈;
    상기 기준 방향으로의 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임 및 상기 기준 방향으로의 상기 기준 소스의 상기 움직임에 기초하여 상기 수신된 주파수 또는 상기 수신된 위상에 대한 오프셋을 계산하도록 구성된 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈;
    상기 로컬 오실레이터로부터의 상기 로컬 주파수 또는 상기 위상 기준, 및 상기 상기 오프셋을 사용하여, 적어도 로컬 신호를 제공하도록 구성된 로컬 신호 생성기;
    상관 유닛; 및
    모션 보정 유닛
    을 포함하고,
    상기 수신기는,
    포지셔닝 방향으로 포지셔닝 소스로부터 포지셔닝 신호를 수신하도록 구성되고,
    상기 상관 유닛은,
    상기 로컬 신호를 상기 포지셔닝 신호와 상관시킴으로써 상관 신호를 제공하도록 구성되고,
    상기 모션 보정 유닛은,
    상기 포지셔닝 방향이 아닌 방향을 따라서 수신된 신호와 비교하여, 상기 포지셔닝 방향을 따라서 수신된 신호에 대해 우선 게인(preferential gain)을 제공하기 위하여, 상기 포지셔닝 방향에서 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임에 기초하여 상기 로컬 신호, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 상관 신호 중 적어도 하나에 대한 모션 보정을 제공하도록 구성되는
    포지셔닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모션 모듈은,
    상기 기준 방향으로 상기 수신기의 측정된 움직임을 제공하도록 구성된 관성 센서를 포함하는
    포지셔닝 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 소스는,
    지상파 송신기인
    포지셔닝 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 소스는,
    기준 위성인
    포지셔닝 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    고도각과 임계값의 비교에 기초하여 상기 기준 위성을 선택하도록 구성된 기준 소스 선택 모듈
    를 포함하는 포지셔닝 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기준 소스가 상기 수신기에 대하여 방해받지 않는 가시선(line of sight) 경로를 가지도록, 상기 기준 소스를 선택하도록 구성된 기준 소스 선택 모듈
    을 포함하는 포지셔닝 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모션 모듈은,
    상기 로컬 오실레이터의 상대적 안정성의 시간 주기에 대응하는 상기 수신기의 측정된 움직임에 기초하여 제1 시간 주기를 식별하고;
    상기 모션 모듈은,
    상기 로컬 오실레이터의 상대적 불안정성의 시간주기에 대응하는 상기 수신기의 측정된 움직임에 기초하여 제2 시간 주기를 식별하고;
    상기 상관 유닛은,
    상기 로컬 신호를 상기 포지셔닝 신호와 상관시킴으로써 상기 상관 신호를 제공하도록 구성되고,
    상기 로컬 신호는,
    상기 제1 시간 주기 동안 제공되고,
    상기 포지셔닝 신호는,
    상기 제1 시간 주기 동안 수신되는
    포지셔닝 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 시간 주기는
    임계값을 초과하는 가속도를 갖는 상기 수신기의 측정된 움직임에 대응하는
    포지셔닝 시스템.
  11. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 수신기를 포함하는
    포지셔닝 시스템.
  12. 제1항, 제2항 또는 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로컬 오실레이터 결정 모듈은,
    시간의 함수로서 상기 수신된 주파수 또는 상기 수신된 위상에 대한 복수의 오프셋을 계산하도록 구성되는
    포지셔닝 시스템.
  13. 포지셔닝 시스템에서 수행되는 방법에 있어서,
    로컬 오실레이터를 사용하여 로컬 주파수 또는 위상 기준을 제공하는 단계;
    기준 소스로부터 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖는 기준 신호를 기준 방향으로 수신하는 단계 - 상기 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 상기 기준 신호를 제공함 -;
    포지셔닝 방향으로 포지셔닝 소스로부터 포지셔닝 신호를 수신하는 단계;
    상기 기준 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임을 제공하는 단계;
    상기 기준 방향으로 상기 기준 소스의 움직임을 제공하는 단계;
    상기 기준 방향으로의 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임 및 상기 기준 방향으로의 상기 기준 소스의 상기 움직임에 기초하여 상기 수신된 주파수 또는 상기 수신된 위상에 대한 오프셋을 계산하는 단계;
    상기 로컬 오실레이터로부터의 상기 로컬 주파수 또는 상기 위상 기준, 및 상기 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 상기 오프셋을 사용하여 적어도 로컬 신호를 제공하는 단계;
    상기 로컬 신호를 상기 포지셔닝 신호와 상관시킴으로써 상관 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 포지셔닝 방향이 아닌 방향을 따라서 수신된 신호와 비교하여, 상기 포지셔닝 방향을 따라서 수신된 신호에 대해 우선 게인(preferential gain)을 제공하기 위하여, 상기 포지셔닝 방향에서 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임에 기초하여 상기 로컬 신호, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 상관 신호 중 적어도 하나에 대한 모션 보정을 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체에 있어서,
    컴퓨터에 의하여 실행되는 경우, 상기 컴퓨터로 하여금,
    로컬 오실레이터를 사용하여 로컬 주파수 또는 위상 기준을 제공하는 단계;
    기준 소스로부터 수신된 주파수와 수신된 위상을 갖는 기준 신호를 기준 방향으로 수신하는 단계 - 상기 기준 소스는 공지된 또는 예측 가능한 주파수 또는 위상에서 상기 기준 신호를 제공함 -;
    포지셔닝 방향으로 포지셔닝 소스로부터 포지셔닝 신호를 수신하는 단계;
    상기 기준 방향에서 수신기의 측정된 또는 추정된 움직임을 제공하는 단계;
    상기 기준 방향으로 상기 기준 소스의 움직임을 제공하는 단계;
    상기 기준 방향으로의 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임 및 상기 기준 방향으로의 상기 기준 소스의 상기 움직임에 기초하여 상기 수신된 주파수 또는 상기 수신된 위상에 대한 오프셋을 계산하는 단계;
    상기 로컬 오실레이터로부터의 상기 로컬 주파수 또는 상기 위상 기준, 및 상기 로컬 오실레이터 오프셋 결정 모듈에 의해 계산된 상기 오프셋을 사용하여 적어도 로컬 신호를 제공하는 단계;
    상기 로컬 신호를 상기 포지셔닝 신호와 상관시킴으로써 상관 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 포지셔닝 방향이 아닌 방향을 따라서 수신된 신호와 비교하여, 상기 포지셔닝 방향을 따라서 수신된 신호에 대해 우선 게인(preferential gain)을 제공하기 위하여, 상기 포지셔닝 방향에서 상기 수신기의 상기 측정된 또는 추정된 움직임에 기초하여 상기 로컬 신호, 상기 포지셔닝 신호 및 상기 상관 신호 중 적어도 하나에 대한 모션 보정을 제공하는 단계
    를 포함하는 단계들을 수행하도록 하는 실행가능한 명령들을 저장하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
KR1020207001897A 2017-07-06 2018-06-28 로컬 오실레이터를 사용하여 생성된 로컬 신호의 주파수 또는 위상을 정정하는 방법 및 시스템 KR102572948B1 (ko)

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