KR20060128717A

KR20060128717A - Ｇｐｓ 수신기

Info

Publication number: KR20060128717A
Application number: KR1020060051709A
Authority: KR
Inventors: 가즈미 마츠모토; 마호 데라시마
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2006-12-14
Also published as: US7649494B2; JP4186956B2; JP2006343215A; US20060280233A1; KR100796845B1; CN1877358B; CN1877358A; EP1731920A1

Abstract

상관 처리에 앞서 행해지는 코히런트 처리시에, 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고 C/A 코드의 극성 반전을 보정하여 C/A 코드를 누적 가산할 수 있는 GPS 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

GPS 위성으로부터 수신한 GPS 신호를 누적 처리한 후에, 내부에서 생성한 C/A 코드의 레플리카 사용하여 상관 처리를 행하는 GPS 수신기에서, 누적 처리에서, 수신한 GPS 신호에 대해, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여 내부에서 생성한 복수의 적산용 신호를 적산하고, 이 적산의 결과에 대해 누적가산을 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＧＰＳ 수신기{GPS RECEIVER}

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 GPS 수신기의 일부를 도시하는 도면이다.

도 2는, 코히런트 처리부(2)에서, 누적가산 전에 행해지는 처리를 도시하는 도면이다.

도 3은, 코히런트 처리부(2)에서, 누적가산 전에 행해지는 처리를 도시하는 도면이다.

*부호의 설명*

1 안테나 2 코히런트 처리부

본 발명은, GPS 수신기에서 행해지는 처리에 관한 것으로, 특히 상관 처리에 앞서 행해지는 코히런트(coherent) 처리에 관한다.

GPS 수신기에서는, 수신한 GPS 신호를 구성하는 C/A(Clear and Acquisition, 또는 Coarse and Access) 코드에 대해, GPS 수신기의 내부 시계에 기초하여 생성한 C/A 코드를 시간을 이동(shift)하면서 차례로 적산하고, 적산의 결과가 최대가 된 경우에서의 시간의 이동량을 GPS 신호의 도달 시간으로 하는 상관 처리가 행해지고 있다. 그러나, GPS 신호의 강도가 미약한 경우(즉, C/A 코드의 강도가 미약한 경우)에는, 상기 적산의 결과 중 어느 것이 최대인 것인지를 판단할 수 없게 된다. 이 때문에, 고감도의 GPS 수신기에서는, GPS 신호의 강도가 미약한 경우라도 상기 적산의 결과 중 어느 것이 최대인 것인지를 판단할 수 있도록 하기 위해, 상관 처리에 앞서, C/A 코드를 누적 가산하여 크게 하는 코히런트 처리가 행해지고 있다.

그러나, 이 코히런트 처리의 대상인 C/A 코드에는, 알마낙(almanac) 데이터나 에피메리스(Ephemeris) 데이터 등의 항법 메시지가 부호화되어 있다. 그리고, 이 항법 메시지는, C/A 코드의 20 주기분을 1비트로 하고 있다. 따라서, C/A 코드는, 20주기마다 극성 반전할 가능성이 있어, C/A 코드를 단순히 누적 가산하면, 이 극성 반전에 의한 상쇄가 생겨, 고감도를 얻을 수 없게 된다.

그래서, 종래 C/A 코드를 누적 가산하기 전에, 수신한 GPS 신호에 변조되어 있는 항법 메시지 또는 외부로부터 취득한 항법 메시지에 기초하여, C/A 코드의 극성 반전을 보정하는 발명이 제안되었다(특허문헌 1, 특허문헌 2).

(특허문헌 1) 일본국 특허 공개공보 2000-193735호

(특허문헌 2) 일본국 특허 공개공보 2001-349935호

그러나, GPS 신호로부터 항법 메시지를 취득하기 위해서는, 시간이 걸린다.

또한, 예를 들면, 제 3세대 이동통신 방식(3G) 등, GPS 수신기에 외부로부터 항법 메시지가 제공되지 않는 경우가 있다.

그래서, 본 발명은, 상관 처리에 앞서 행해지는 코히런트 처리시에, 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정하여 C/A 코드를 누적 가산할 수 있는 GPS 수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 제1 발명에 의하면, GPS 위성으로부터 수신한 GPS 신호를 누적 처리한 후에, 내부에서 생성한 C/A 코드의 레플리카를 사용하여 상관 처리를 행하는 GPS 수신기에서, 상기 누적 처리에서, 수신한 GPS 신호에 대해, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여 내부에서 생성한 복수의 적산용 신호를 적산하고, 이 적산의 결과에 대해 누적 가산을 행하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기에 의해 달성된다.

제1 발명의 구성에 의하면, 상기 GPS 수신기는, 상관 처리에 앞서, 수신한 GPS 신호에 대해 내부에서 생성한 복수의 적산용 신호를 적산할 수 있다. 상술과 같이, GPS 신호는 항법 메시지에 의해 변조되어 있는 것인데, 복수의 상기 적산용 신호는 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여 생성되어 있고, 어느 하나는 변조 후의 GPS 신호와 일치하도록 되어 있다.

이 때문에, 코히런트 처리시에, GPS 신호의 강도가 미약하더라도, 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정할 수 있다. 따라서, 제1 발명에 의하면, 항법 메시지가 외부로부터 제공되지 않는 경우에도, 고감도의 GPS 수신기를 제공할 수 있다.

상기 목적은, 제2 발명에 의하면, 항법 메시지에 의해 변조된 GPS 신호를 수 신하는 수신수단과, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여, 비트 패턴이 상호 다른 복수의 적산용 신호를, 각각 소정 간격씩 위상을 어긋나게 하여 생성하는 적산용 신호생성 수단과, 상기 수신수단에서 수신한 GPS 신호에 대해, 상기 적산용 신호를 각각 적산하는 적산 수단과, 상기 적산 수단으로부터 출력되는 신호에 대해 누적 가산을 행하는 누적가산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 GPS 수신기에 의해 달성된다.

제2 발명의 구성에 의하면, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여, 비트 패턴이 상호 다른 복수의 적산용 신호가, 각각 소정 간격씩 위상을 어긋나게 하여 생성되고, 이 생성된 복수의 적산용 신호가 수신한 GPS 신호에 대해 적산된다. 상기 적산용 신호 중 어느 하나는, 항법 메시지에 의한 변조 후의 GPS 신호와 비트 패턴이 대략 동일하다.

따라서, 제2 발명의 구성에 의하면, 수신한 GPS 신호에 대해, 이와 비트 패턴이 대략 동일한 신호가 적산되고, 이 경우는, 수신한 GPS 신호를 구성하는 C/A 코드의 극성 반전이 보정된다.

이 때문에, 제2 발명에 의하면, 적산 수단으로부터 출력되는 복수의 신호 중 어느 것인가에 대해서는, 그것을 누적 가산해도 C/A 코드의 상쇄가 생기지 않는다.

이에 의해, 제2 발명의 구성에 의하면, 코히런트 처리시에, 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정할 수 있다. 따라서, 제2 발명에 의하면, 항법 메시지가 외부로부터 제공되지 않는 경우에도, 고감도의 GPS 수신기를 제공할 수 있다.

제3 발명은, 제2 발명의 구성에서, 상기 소정 간격이 C/A 코드의 1주기 이상, 또한 항법 메시지의 1비트 길이 미만인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기이다.

상기 소정 간격이 C/A 코드의 1주기 미만이면, 수신한 GPS 신호에 적산하는 신호의 수가 많아지기 때문에, 코히런트 처리에 걸리는 시간이 길어져, 코히런트 처리가 비효율이 된다. 또한, 상기 소정 간격이 항법 메시지의 1 비트 이상이 되면, 수신한 GPS 신호에 대해, 이와 비트 패턴이 대략 동일한 신호를 생성할 수 없기 때문에, 수신한 GPS 신호와 생성한 신호를 적산해도, 수신한 GPS 신호에서의 C/A 코드의 극성 반전을 보정할 수 없어 시간이 낭비되고, 코히런트 처리가 비효율이 된다. 제3 발명과 같이, 상기 소정 간격을 C/A 코드의 1주기 이상, 또한 항법 메시지의 1비트 길이 미만으로 하면, 효율적으로 코히런트 처리를 행하는 것이 가능해진다.

제4 발명은, 제2 발명 또는 제3 발명의 어느 것인가의 구성에서, 상기 누적가산 수단에 의한 누적가산의 구간이, 항법 메시지의 1비트 길이 이상인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기이다.

제4 발명의 구성에 의하면, 상기 누적가산 수단에 의한 누적 가산의 구간이 항법 메시지의 1비트 길이 이상이 되기 때문에, 수신한 GPS 신호의 강도는, 미약해도, 누적 가산에 의해 커져, 상관을 취하는 것이 가능해진다.

제5 발명은, 제2 발명 내지 제4 발명의 어느 것인가의 구성에서, 상기 누적가산 수단으로부터 출력되는 복수의 신호를 이용하여 상관 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기이다.

제5 발명의 구성에 의하면, 코히런트 처리시에, 수신한 GPS 신호의 강도가 미약한 경우라도, 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정할 수 있다. 따라서, 제5 발명에 의하면, 항법 메시지가 외부로부터 제공되지 않는 경우에도, 강도가 미약한 GPS 신호에 대해 상관 처리를 행할 수 있게 되어, 고감도의 GPS 수신기를 제공할 수 있다.

이하에, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 상세히 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관한 GPS 수신기는, 그 일부로서, 안테나(1)와, 코히런트 처리부(2)를 구비하고 있다. 안테나(1)는, 수신수단의 일례이다. 그리고, 코히런트 처리부(2)는, 적산용 신호생성 수단, 적산 수단 및 누적가산 수단의 일례이다.

도 1에 도시하는 GPS 수신기에서는, GPS 위성으로부터 송신된 GPS 신호가 안테나(1)에서 수신되고, 직접 또는 어떠한 구성을 통해, 코히런트 처리부(2)에 입력된다. 상술의 GPS 신호를 구성하는 C/A 코드는, 항법 메시지에 의해 변조되어 있다.

코히런트 처리부(2)에 입력된 GPS 신호는, 도 2에서 설명하는 소정의 처리가 행해진 후, 누적 가산되어, 코히런트 처리부(2)로부터 출력된다. 코히런트 처리부 (2)에 출력된 신호에 대해서는, 상관 처리가 행해진다. 또, 누적가산 방법의 상세에 대해서는, 설명을 생략한다.

GPS 수신기는, GPS 수신기의 내부에서 생성한 C/A 코드의 레플리카와, 코히런트 처리부(2)에서 누적 가산된 결과 사이에서, 상관을 취하는 상관 처리를 행하도록 되어 있다.

도 2 및 도 3은, 코히런트 처리부(2)에서, 누적가산 전에 행해지는 처리를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3은, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해, 항법 메시지가 2 비트로 부호화되어 있고, 또한, 항법 메시지의 1비트 길이가 20밀리초(millisecond)인 것으로 한다.

코히런트 처리부(2)에서는, 누적가산 전에, 수신한 GPS 신호(이하, 「수신신호)라 한다. )에 대해, 도 2에 도시하는 내부에서 생성한 16개의 신호(신호 1, 신호 2, …, 신호 16)가 각각 적산된다. 신호 1 내지 신호 16은, 적산용 신호의 일례이다.

그리고, 수신신호와 신호 1의 적산 결과, 수신신호와 신호 2의 적산 결과, … , 수신신호와 신호 16의 적산 결과의 각각에 대해, 누적 가산이 행해진다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 신호 1∼4, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16은, 비트 패턴이 상호 다르다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 신호 1, 신호 2, 신호 3 및 신호 4는, 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 마찬가지로 신호 5, 신호 6, 신호 7 및 신호 8도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 또한 신호 9, 신호 10, 신호 11 및 신호 12도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 신호 13, 신 호 14, 신호 15 및 신호 16도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있다.

항법 메시지는 2비트로 부호화되어 있으므로, 수신신호의 비트 패턴은 (00), (01), (10), (11)의 어느 하나인데, GPS 수신기는, 수신신호를 안테나(1)로 수신한 시점에서는, 수신신호가 이들의 비트 패턴 중의 어느 비트 패턴을 취하고 있는지를 알 수 없다. 그러나, 도 2 및 도 3에 나타내는 신호 1∼4, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16이라 생각되는 4개의 비트 패턴을, 수신신호에 대해 각각 적산하는 것으로 하면, 신호 1∼4, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16 중의 어느 것인가에 대해서는, 수신신호와 동일한 비트 패턴의 신호로서, 수신신호에 대해 적산되게 된다.

즉, 신호 1 내지 16은, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여 생성되어 있다.

또한, GPS 수신기는, 수신신호를 안테나(1)에서 수신한 시점에서는, 수신신호의 위상을 모른다. 따라서, 신호 1∼16은, 임의의 타이밍으로 수신신호에 대해 적산된다. 그러나, 신호 1∼4는 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 신호 5∼8도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 신호 9∼12도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있고, 신호 13∼16도 5밀리초씩 위상이 어긋나 있다. 따라서, 신호 1∼16 중의 어느 것인가에 대해서는, 수신신호와 위상이 대략 갖추어진 타이밍에서, 수신신호에 대해 적산되는 것이 된다.

이상 설명한 바와 같이, GPS 수신기는, 안테나(1)에서 수신신호를 수신한 시점에서는, 수신신호의 비트 패턴 및 위상을 모르다. 그러나, 신호 1∼16 중의 적어 도 하나의 신호는, 수신신호와 비트 패턴이 동일하고, 수신신호에 위상이 대략 갖추어진 신호이다. 이 때문에, 신호 1∼16을 수신신호에 대해 각각 적산하면, 16개의 적산 중의 적어도 하나의 적산에서는, 수신신호와 비트 패턴이 동일하고 수신신호에 위상이 갖추어진 신호와, 수신신호와의 곱을 계산하고 있는 것이 된다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 16개의 적산 결과 중의 적어도 하나에서는, C/A 코드의 극성 반전이 보정되어 있게 된다. 따라서, 16개의 적산 결과를 각각 누적 가산한 경우, 그 중의 적어도 하나에 대해서는, C/A 코드가 상쇄되는 일없이 누적 가산된 것이 되기 때문에, 코히런트 처리부(2)로부터 출력되는 누적가산 후의 16개의 신호 중의 적어도 하나에 대해서는, C/A 코드의 상쇄를 억제한 형으로 코히런트 처리되어 있게 된다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관한 GPS 수신기는, 상관 처리에 앞서, 수신한 GPS 신호에 대해 내부에서 생성한 복수의 신호를 각각 적산하고, 이 적산 결과에 대해 누적 가산을 행함으로써, 수신한 GPS 신호로 변조되어 있는 항법 메시지 또는 외부로부터 취득한 항법 메시지를 사용하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정한다. 따라서, 본 실시형태에 관한 GPS 수신기에 의하면, 항법 메시지가 외부로부터 제공되지 않는 경우에도, 고감도의 GPS 수신기를 실현할 수 있다.

또, 상기에서는, 신호 1∼4, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16이라 생각되는 4개의 비트 패턴을, 수신신호에 대해 각각 적산하는 것으로 했다. 그러나, 신호 1∼4와 신호 13∼16은, 극성이 반대로 되어 있을 뿐이다. 따라서, 신호 1∼4 와 수신신호의 적산 결과와, 신호 13∼16와 수신신호의 적산 결과는, 극성이 반대가 될 뿐이므로, 신호 1∼4와 신호 13∼16의 어느 한쪽만을 이용하면, 상관 처리에서 상관을 취할 수 있다. 이 점은, 신호 5∼8과 신호 9∼12에 대해서도 동일하다. 신호 1∼4와 신호 5∼8의 어느 한쪽 및 신호 9∼12와 신호 13∼16의 어느 한쪽의 2개의 비트 패턴을 수신신호에 적산하는 것으로 하면, 신호 1∼4, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16이라는 4개의 비트 패턴을, 수신신호에 대해 각각 적산하는 경우와 비교하여, GPS 수신기에서의 계산처리의 양을 적게 할 수 있으므로, GPS 수신기에 대한 부하를 경감하는 것이 가능해진다.

또한, 상기에서는, 동일한 비트 패턴을 취하는 복수의 신호를 5밀리초씩 위상을 어긋나게 하여 4개의 신호로 하고 있는데, 이와 같이 하면, 1밀리초씩 어긋나게 한 경우와 비교하여, GPS 수신기에서 큰 처리능력을 갖는 CPU나 큰 용량을 갖는 메모리를 형성하지 않고, C/A 코드의 극성 반전을 보정하는 것이 가능해진다. 무엇보다도, 이 경우는, 적산의 타이밍이 5밀리초씩 어긋나게 되어, 비트의 반전이 매회 발생하는 경우에는, 최대 -3dB의 열화가 된다. 그러나, 실제로는, 비트 패턴이 변화하지 않는 경우도 있어, 이 확률을 50%로 하면 열화는 약 -2dB이 된다. 또한, 적산의 타이밍의 어긋남도 평균으로 봐서 2.5밀리초로 하면, 열화는 -0.9dB이 되어, 전체적으로는 약 +5dB의 효과가 얻어진다.

또, 이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 쉽게 하는 관점에서 설명된 것으로, 본 발명이 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 항법 메시지가 2비트로 부호화되어 있는 것으로 했지만, 본 발명에서, 항법 메시지는 몇 비트로 부호화되어 있어도 된다. 본 발명에서는, 항법 메시지를 N비트로 부호화하는 것으로 한 경우, 2^N개의 비트 패턴 신호의 각각을 소정 간격씩 위상을 어긋나게 하여, 수신신호에 대해 적산하게 된다.

또한, 예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 신호 1∼4의 위상을 각각 5밀리초씩 어긋나게 하였는데, 이는 항법 메시지의 1비트 길이를 20밀리초로 한 것, 또한, C/A 코드의 상쇄 억제의 효과와 코히런트 처리에 요하는 시간과의 조화를 고려한 것으로, 본 발명은, 신호 1∼4에서의 위상의 어긋남을 한정하는 것은 아니다. 신호 1∼4에서의 위상의 어긋남은, C/A 코드의 1주기 이상, 또한, 항법 메시지의 1비트 길이 미만인 것이, C/A 코드의 상쇄억제의 효과와 코히런트 처리에 요하는 시간과의 조화의 관점에서는 바람직하지만, 본 발명에서는, 어떤 비트 패턴의 신호를 위상을 어긋나게 하여 수신신호에 대해 적산하고 있는 모든 GPS 수신기가 포함된다. 이는, 신호 5∼8, 신호 9∼12 및 신호 13∼16에 대해서도 동일하게 말할 수 있다. 또, 예를 들면, 동일한 비트 패턴의 신호를 4밀리초씩 어긋나게 하는 것으로 하면, 20개의 신호(신호 1a 내지 20a라 한다)가 생성되게 된다. 이 경우, 신호 1a∼5a는 동일한 비트 패턴으로 위상이 4밀리초씩 어긋나 있고, 신호 6a∼10a는 동일한 비트 패턴으로 위상이 4밀리초씩 어긋나 있고, 신호 11a∼15a는 동일한 비트 패턴으로 위상이 4밀리초씩 어긋나 있고, 신호 16a∼20a는 동일한 비트 패턴으로 위상이 4밀리초씩 어긋나 있다.

또한, 본 발명은, 누적가산의 구간을 조금도 한정하는 것은 아니지만, 이 구간을 항법 메시지의 1비트 길이 이상으로 하면, 수신한 GPS 신호는, 그 강도가 미약해도, 누적가산에 의해 커지기 때문에, 상관을 취하는 것이 가능해진다. 또, 예를 들면, 본 실시형태에서, 항법 데이터의 1비트 길이가 20밀리초로 하여, 누적가산의 구간을 40밀리초로 하면, 누적가산의 구간을 10밀리초로 한 경우와 비교하여, 감도가 6dB(4배) 향상하고, 코히런트의 시간이 16분의 1이 된다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 누적가산의 단위를 항법 메시지의 2비트 길이로 해도, C/A 코드의 극성 반전이 보정되어 있기 때문에, 코히런트 처리를 종래보다 단시간으로 충분히 행할 수 있다. 이 때문에, GPS 수신기에서의 회로 규모나, 동작 주파수나, 메모리 사이즈 등을 절약할 수 있고, 이들과 비례하여 비용이나 소비전력 등을 삭감하는 것이 가능해진다.

Claims

GPS 위성으로부터 수신한 GPS 신호를 누적 처리한 후에, 내부에서 생성한 C/A 코드의 레플리카(replica)를 사용하여 상관 처리를 행하는 GPS 수신기에서,

상기 누적 처리에서, 수신한 GPS 신호에 대해, 항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여 내부에서 생성한 복수의 적산용 신호를 적산하고, 이 적산의 결과에 대해 누적 가산을 행하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
항법 메시지에 의해 변조된 GPS 신호를 수신하는 수신수단과,

항법 메시지에 의한 GPS 신호의 변조를 예상하여, 비트 패턴이 상호 다른 복수의 적산용 신호를, 각각 소정 간격씩 위상을 어긋나게 하여 생성하는 적산용 신호생성 수단과,

상기 수신수단에서 수신한 GPS 신호에 대해, 상기 적산용 신호를 각각 적산하는 적산 수단과,

상기 적산 수단으로부터 출력되는 신호에 대해 누적 가산을 행하는 누적가산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
청구항 2에 있어서,

상기 소정 간격이, C/A 코드의 1주기 이상, 또한 항법 메시지의 1비트 길이 미만인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
청구항 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 누적가산 수단에 의한 누적가산의 구간이, 항법 메시지의 1비트 길이 이상인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
청구항 2 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 누적가산 수단으로부터 출력되는 복수의 신호를 이용하여 상관 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.