KR20070050144A - Method and apparatus for acquiring signals in cdma receivers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확산 대역 신호를 이용하는 수신기에서의 신호의 동기 획득 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 하드웨어 상관기를 이용하여 상관값을 얻는 종래의 수신기 구조를 그대로 이용하면서도, 전체 또는 일부의 코드 위상에 대하여 구한 상관값을, 전체 범위의 코드 위상에 대하여 이미 계산하여 저장하여 가지고 있는 상관값 테이블에 저장된 값과 처리하여 일치하는 부분을 찾음으로써, 모든 후보 신호에 대한 상관 신호 발생 및 상관 과정이 없이도 모든 수신 신호의 도플러 오프셋과 코드 위상을 확인하여 신호의 동기 획득을 신속하게 이룰 수 있다. The present invention relates to a method and apparatus for synchronizing a signal in a receiver using a spread-band signal, and according to the present invention, while using a conventional receiver structure that obtains a correlation value using a hardware correlator, it is possible to use all or part of a code The correlation values obtained for the phases are processed by finding and matching the values stored in the correlation value table, which is already calculated and stored for the entire range of code phases. Without it, the Doppler offsets and code phases of all received signals can be checked to quickly achieve signal synchronization.
확산 대역 신호, 신호의 동기 획득, 교차 상관, GPS Spread-Band Signals, Signal Acquisition, Cross Correlation, GPS
Description
도1은 종래 기술로서 확산 대역 신호를 이용하는 CDMA 통신 시스템의 논코히어런트 신호 동기 획득 장치의 구성도,1 is a configuration diagram of a non-coherent signal synchronization acquisition device of a CDMA communication system using a spread spectrum signal in the prior art;
도2는 종래 기술에서 하나의 후보 확산 코드에 대하여, 모든 영역의 위상과 도플러 오프셋에 대하여 수신 신호와 상관 신호의 상관값의 도표, 2 is a table of correlation values of a received signal and a correlated signal for phase and Doppler offsets of all regions for one candidate spreading code in the prior art;
도3은 종래 기술로서 FFT를 이용한 신호의 동기 획득 장치의 구성도,3 is a block diagram of a device for obtaining synchronization of a signal using an FFT as a prior art;
도4는 본 발명의 실시예로서 교차 상관값을 이용한 신호의 동기 획득 장치의 구성도, 4 is a block diagram of a device for acquiring synchronization of signals using cross-correlation values according to an embodiment of the present invention;
도5는 본 발명의 또 다른 실시예로서 교차 상관값의 파워를 이용한 신호의 동기 획득 장치의 구성도,5 is a configuration diagram of a signal acquisition apparatus using a power of a cross correlation value as another embodiment of the present invention;
도6은 후보 확산 코드의 모든 종류에 대하여 반송파 없이 코드 위상만을 전 범위에 걸쳐 변화시켜가면서 구한, 후보 확산 코드와 상관 신호와의 교차 상관값의 파워의 도표,Fig. 6 is a diagram of the power of the cross correlation value between the candidate spreading code and the correlation signal obtained by changing only the code phase over the entire range without a carrier for all kinds of candidate spreading codes;
도7a는 상관 신호가 제1 도플러 오프셋의 경우에 상관 신호와 수신 신호와의 교차 상관값의 파워의 도표, 도7b는 상관 신호가 제2 도플러 오프셋의 경우에 상관 신호와 수신 신호와의 교차 상관값의 파워의 도표,7A is a plot of the power of the cross correlation value between the correlation signal and the received signal when the correlation signal is the first Doppler offset, and FIG. 7B is the cross correlation of the correlation signal and the reception signal when the correlation signal is the second Doppler offset. Diagram of power of value,
도8a는 도6과 도7a의 상관 결과 도표, 도8b는 도6과 도7b의 상관 결과 도표.8A is a correlation result chart of FIGS. 6 and 7A, and FIG. 8B is a correlation result chart of FIGS. 6 and 7B.
본 발명은 확산 대역 신호를 이용하는 수신기에서의 신호의 동기 획득 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for synchronizing a signal in a receiver using a spread band signal.
확산 대역 신호를 이용하는 통신 시스템은, 전송하고자 하는 데이터를 확산 부호를 이용하여 광대역으로 확산시켜 전송하고 이를 수신하여 동일한 확산 부호로 역확산하여 광대역의 신호로부터 데이터를 복조하는 통신 방법이다. 이러한 통신 시스템에서는, 확산 부호를 이용하여 역확산하는 과정에서 정보는 광대역에서 협대역으로 역확산되는 반면, 협대역의 노이즈 또는 간섭 신호는 광대역으로 확산되기 때문에 노이즈와 신호 간섭에 강한 장점이 있다. 확산 대역 신호를 이용하는 CDMA 통신 시스템에서, 수신된 신호를 역확산하여 정보를 복조하기 위하여는 전송된 신호의 확산에 사용된 확산 코드와 동일한 코드의 종류를 찾아야 하고, 또한 확산 코드의 주파수 및 위상과 동일한 주파수 및 위상을 찾아야 한다. 이와 같이 확산 코드를 찾고 확산 코드의 주파수 및 위상을 동기시키는 것을 "신호의 동기 획득"이라고 한다. 신호를 동기 획득한 이후에는 확산 신호의 동기를 맞추어 계속해서 역확산 코드를 발생시키는 신호의 추적 작업이 이어지게 되고 이 과정에서 확산 신호에 인가된 정보를 복조한다. A communication system using a spread spectrum signal is a communication method in which data to be transmitted is spread by wideband using a spread code, transmitted, received, despreaded by the same spread code, and demodulated data from a wideband signal. In such a communication system, while information is despread from a wide band to a narrow band in the process of despreading using a spreading code, a narrow band noise or an interference signal is spread to a wide band and thus has a strong advantage in noise and signal interference. In a CDMA communication system using a spread spectrum signal, in order to despread a received signal and demodulate information, it is necessary to find the same code type as the spreading code used for spreading the transmitted signal, and also the frequency and phase of the spreading code. Find the same frequency and phase. Finding the spreading code and synchronizing the frequency and phase of the spreading code in this way is referred to as "acquisition of signal synchronization". After acquiring the signal synchronously, the tracking operation for generating the despreading code is continued following the synchronization of the spread signal, and in this process, the information applied to the spread signal is demodulated.
도1은 종래 기술로서 확산 대역 신호를 이용하는 CDMA 통신 시스템의 논코히 어런트 신호 동기 획득 장치를 도시한 것이다. 도1에 도시된 논코히어런트 신호 동기 획득 장치는, 코드변환기(101), 위상시프트(102), 도플러시프트(103), 상관신호발생기(104), 상관기(105), 제곱기(107), 판별기(108) 등을 구비한다. 1 shows a noncoherent signal synchronization acquisition apparatus of a CDMA communication system using a spread spectrum signal as a prior art. The non-coherent signal synchronization acquisition apparatus shown in FIG. 1 includes a
먼저, 상관신호발생기(104)는, 코드변환기(101), 위상시프트(102) 및 도플러시프트(103)로부터 각각, 후보 확산 코드의 종류(N), 그 위상(τ) 및 도플러 오프셋(Δω)을 입력받아 후보 확산 코드로 만들어진 상관 신호를 발생시킨다. 이 상관 신호는 상관기(105)를 통하여 수신 신호와 상관한다. 복소 신호의 실수 성분과 허수 성분(I, Q)은 각각 상관한 후 상관 크기를 구하기 위하여 제곱기(107)를 통해 실수와 허수 성분을 각각 제곱하여 더한 후 판별기(108)를 통하여 문턱값과 비교한 후 동기 획득 여부를 판단한다. First, the
일련의 과정을 통하여 동기 획득에 실패하면, 후보 확산 코드의 종류(N) 및 위상(τ) 및 도플러 오프셋(Δω)을 바꾸어가며 동기 획득에 성공할 때까지 판별 과정을 반복한다. If the acquisition fails through a series of processes, the determination process is repeated until the acquisition is successful while changing the type (N), phase (τ), and Doppler offset (Δω) of the candidate spreading code.
예컨대, 하나의 후보 확산 코드(PRN=N)에 대하여, 모든 영역의 위상(τ)과 도플러 오프셋(Δω)에 대하여 수신 신호와 상관 신호의 상관값의 크기를 도시하여 보면 도2와 같은 값들이 얻어진다. 도2에서 높은 상관값을 가지는 부분이, 수신된 신호와 후보 확산 코드로 만들어진 상관 신호의 주파수 및 코드 위상이 대략적으로 일치하는 부분이다. 따라서 높은 상관값을 갖는 때의 코드의 종류, 코드 위상 및 도플러 오프셋을 이용하여 수신 신호에 사용된 확산 코드의 종류, 코드의 위상 및 도플러 오프셋을 알 수 있고, 이로부터 신호의 동기 획득을 이룰 수 있다. For example, for one candidate spreading code PRN = N, the magnitudes of the correlation values of the received signal and the correlated signal with respect to the phase? And the Doppler offset? Obtained. In FIG. 2, a portion having a high correlation value is a portion in which the frequency and code phase of the received signal and the correlation signal made of the candidate spreading code are approximately coincident with each other. Therefore, by using the code type, code phase, and Doppler offset when having a high correlation value, the type of spreading code used in the received signal, the phase of the code, and the Doppler offset can be known, and thus the signal acquisition can be achieved. have.
송신기와 수신기의 상대적인 움직임이 작은 무선 전화 등의 시스템에서는 수신단에서 신호의 도플러 오프셋이 크지 않지만 위성을 이용한 측위 시스템 등에서는 위성의 움직임으로 인하여 수신 신호에 큰 도플러 오프셋이 포함되기 때문에 도플러 오프셋의 변화 범위가 크다. 즉, 여러 개의 도플러 오프셋 후보들 중에서 확산 신호의 도플러 오프셋을 찾아내야 한다. In systems such as wireless telephones where the relative movements of the transmitter and receiver are small, the Doppler offset of the signal is not large at the receiving end. However, in a positioning system using a satellite, the Doppler offset varies because the received signal includes a large Doppler offset due to the satellite movement. Is large. That is, the Doppler offset of the spread signal must be found from among the Doppler offset candidates.
그런데, 초기에 신호를 획득하기 전까지는 어떠한 종류의 데이터로 복조해낼 수 없기 때문에 초기 신호 획득 과정은 매우 중요하며, 또한 초기 신호 획득에 소요되는 시간 역시 시스템의 초기 동작 속도와 관계되기 때문에 매우 중요하다. However, the initial signal acquisition process is very important because it cannot be demodulated with any kind of data until the signal is initially acquired, and the time required for initial signal acquisition is also important because it is related to the initial operating speed of the system. .
위에서 설명한 바와 같이, 종래의 신호 획득 과정은 후보 확산 코드의 종류를 변경하여 가면서 각 확산 코드에 대하여 도플러 오프셋을 변화시키고, 또한 각 도플러 오프셋마다 코드 위상을 변화시켜가며 적분의 제곱값이 문턱값을 넘는가의 여부에 따라 신호 획득 여부를 판별한다. 따라서 수신기는 모든 후보 확산 코드에 대하여 모든 후보 도플러 오프셋 및 모든 코드 위상을 테스트하기 위하여 많은 양의 데이터를 처리하여야 하고, 따라서 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 예컨대, 전 지구 측위 시스템(GPS)의 경우 동기 획득을 위하여 하나의 후보 확산 코드에 대하여 검색하여야 할 도플러 오프셋 및 코드 위상의 범위가 정해져 있다. GPS의 경우 후보 확산 코드 수가 32개이고 일반적인 지상 사용자의 경우 후보 도플러 오프셋의 범위는 -5KHz ∼ +5KHz 정도로 알려져 있으며, 코드의 길이는 총 1023개의 칩으로 이루어져 있다. 일반적인 GPS 수신기의 경우 도플러 오프셋은 500 Hz 단위이고, 위상은 1/2 칩의 단위로 검색하기 때문에 총 검색 후보의 수는 32×21×2046 = 1,374,912개이다. 일반적으로 SNR이 높은 경우 동기 획득 판단을 위한 적분 시간은 코드 한 주기인 1ms 이므로 GPS의 경우 전체 후보군 검색을 위해서는 총 1,374.912초가 소요되며, 일반적인 12채널 수신기의 경우 12개의 채널에서 병렬로 획득을 시도한다고 해도, 약114.576가 소요된다. As described above, the conventional signal acquisition process changes the Doppler offset for each spreading code while changing the type of the candidate spreading code, and also changes the code phase for each Doppler offset, and the square of the integral has a threshold value. Whether or not the signal is acquired is determined according to whether or not it is over. Therefore, the receiver must process a large amount of data to test all candidate Doppler offsets and all code phases for all candidate spreading codes, and thus has a disadvantage of being time consuming. For example, in the case of a global positioning system (GPS), a range of Doppler offsets and code phases to be searched for one candidate spreading code is determined to obtain synchronization. For GPS, the number of candidate spreading codes is 32, and for general terrestrial users, the range of candidate Doppler offsets is known as -5KHz to + 5KHz, and the code length is 1023 chips. In a typical GPS receiver, the Doppler offset is 500 Hz and the phase is searched in units of 1/2 chip, so the total number of candidates is 32 × 21 × 2046 = 1,374,912. In general, when the SNR is high, the integral time for determining the acquisition is 1ms, which is one code period. Therefore, GPS takes 1,374.912 seconds to search the entire candidate group, and in the case of a typical 12-channel receiver, it attempts to acquire in parallel on 12 channels. Even if it takes about 114.576.
한편, 빠른 신호 획득을 위한 종래의 방법으로는 고속 푸리에 변환(FTT)을 이용한 방법이 있다. FTT를 이용한 신호의 동기 획득 방법은 도3에 도시되어 있다. 수신된 신호를 높은 주파수의 샘플러(300)를 이용하여 샘플링한 후 메모리(301)에 저장한다. 일정 시간의 신호가 저장되면 이를 제1 FFT(고속푸리에변환기)(303)를 통하여 푸리에 변환을 하여 주파수 영역으로 변환한다. 상관신호발생기(305)에서는, 코드변환기로(303)부터 인가된 코드의 종류(N)와 도플러시프트(304)로부터 인가된 도플러 오프셋(Δω)을 입력으로 하여 상관신호를 발생시킨다. 이 상관 신호는 제2 FFT(고속푸리에변환기)(306)를 이용하여 주파수 영역으로 변환시키고 Complex Conjugate(311)를 거친다. 이 후 두 개의 주파수 영역 신호를 믹서(307)를 통하여 곱한 후 다시 IFFT(고속푸리에역변환기(308)를 통해 역변환을 하게 되면, 시간 영역에서 입력된 수신 신호와 상관 신호를 모든 코드 위상에 대하여 상관한 것과 같은 효과를 지니므로 코드 위상(τ)을 변환시켜가며 상관하지 않더라도, 모든 코드 위상 영역에 대한 상관 결과를 알 수 있다. 이때 제곱기(309)와 판별기(310)를 통해 문턱값을 넘는 값을 검출하면 그 위치를 이용하여 동기된 위상을 알아낼 수 있다. 따라서 위의 방식으로 신호를 획득하는 경우에는 위상의 변화없이 도플러 오프셋만을 변화시키며 획득 판별이 가능하므로 신호 획득에 소요되는 시간 을 크게 줄일 수 있다. 그러나 고속 푸리에 변환을 이용하는 신호 획득을 위해서는 고속의 샘플링 및 실시간 저장이 가능해야 하며 고속으로 샘플링된 신호를 저장할 수 있는 큰 용량의 메모리가 필요하다. 또한 고속 푸리에 변환을 수행하기 위하여 고성능의 연산기가 필요하다. 이러한 요구 사항은 현재 상용화되어 있는 일반적인 수신기에서는 구조상 불가능한 것이다. Meanwhile, a conventional method for fast signal acquisition includes a method using fast Fourier transform (FTT). A method of obtaining synchronization of a signal using the FTT is shown in FIG. 3. The received signal is sampled using the
본 발명에서는 하드웨어 상관기를 이용하는 기존의 상용 수신기의 구조를 유지하면서도 짧은 시간 내에 축적된 데이터를 이용하여 신호의 빠른 동기 획득을 가능하게 하는 확산 대역 신호를 이용하는 수신기의 신호 동기 획득 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다. The present invention provides a method and apparatus for acquiring signal synchronization of a receiver using a spread spectrum signal which enables fast synchronization acquisition of a signal using data accumulated within a short time while maintaining the structure of a conventional commercial receiver using a hardware correlator. I would like to.
임의의 도플러(ω1), 반송파의 위상(φ1), 확산 코드 C1(t)로 구성된 신호(C1(t)sin(ω1t+φ1))를 수신하고, 도플러(ω2), 반송파의 위상(φ2), 후보 확산 코드 C2(t)로 구성된 상관 신호(C2(t)sin(ω2t+φ2))를 이용한다면, 수신 신호와 상관 신호 간의 교차 상관 값은 다음의 수학식 1과 같다. Receives a signal C 1 (t) sin (ω 1 t + φ 1 ) consisting of an arbitrary Doppler ω 1 , the phase of the carrier wave φ 1 , and the spreading code C 1 (t), and receives the Doppler ω 2 ), If the correlation signal C 2 (t) sin (ω 2 t + φ 2 ) consisting of the phase (φ 2 ) of the carrier and the candidate spreading code C 2 (t) is used, the cross correlation between the received signal and the correlation signal The value is shown in
[수학식 1][Equation 1]
이 때, 일반적으로 주파수 f1, f2가 확산 코드의 주기 T에 비하여 매우 크고 T 시간 동안에 f1, f2의 신호는 여러 번의 주기가 반복되기 때문에 I1과 Q1는 거의 0에 가깝다. 만약 일반적인 GPS 수신기의 경우와 같이, T=1ms 의 시스템을 생각한다면, GPS 수신기는, |Δf|〈 250 Hz 정도의 조건을 만족하도록 도플러를 맞추어 주면 1ms 내에서 Δft는 변화가 거의 없다고 생각할 수 있다. 즉, cos(2πΔft+Δφ), sin(2πΔft+Δφ)는 상수에 가깝다. 따라서 아래의 수학식 2가 성립한다. In this case, in general, the frequencies f 1 and f 2 are very large compared to the period T of the spreading code, and during the time T, the signals of f 1 and f 2 are repeated several times, so that I 1 and Q 1 are nearly zero. If we consider a system with T = 1 ms, as in the case of a typical GPS receiver, the GPS receiver can be thought of as having little change in Δft within 1 ms if the Doppler is set to satisfy the condition of ΔΔ | 250 Hz. . That is, cos (2πΔft + Δφ) and sin (2πΔft + Δφ) are close to constants. Therefore,
[수학식 2][Equation 2]
[실시예 1]Example 1
본 발명의 실시예 1에서는 상기 교차 상관값 R12(τ) 를 사용하여 신호의 동기 획득 방법 및 장치를 구성한 것이다. 상기 수학식 2에서 I, Q 값에서 만약 모든 코드 위상에 대하여 φ를 일정하게 유지하면서 I, Q 값을 얻을 수 있는 경우, 교차 상관값 R12(τ)를 이용하여 확산 코드를 찾을 수 있다. In
구체적으로 설명하면, 도플러가 대략적으로 맞은 상황에서 코드 위상 변화에 대하여 얻어진 확산 코드 C1(t)와 상관 신호 C2(t) 간의 교차 상관값 R12(τ)는 τ에 대한 시퀀스 값이 되며, 이는 확산 코드 C1(t)에 따라 고유한 시퀀스가 된다. 따라서, 수신기에서 모든 후보 신호를 발생하여 상관값을 구하는 대신에, 하나의 상관 코드에 대하여 각 도플러 값에서 코드 위상을 변화시켜가며 상관값을 구한 후 이를 각 후보 코드와 상관 코드 간의 교차 상관값에 관한 정보를 저장하는 테이블 값을 토대로 확산 코드를 찾을 수 있다. 예컨대, 비교하여 일치하는 값을 찾아서 확산 코드를 확인할 수 있다. Specifically, the cross correlation value R 12 (τ) between the spreading code C 1 (t) and the correlation signal C 2 (t) obtained for the code phase change under the Doppler approximate fit becomes the sequence value for τ. , Which is a unique sequence according to spreading code C 1 (t). Therefore, instead of generating a correlation value by generating all the candidate signals at the receiver, the correlation value is obtained by changing the code phase at each Doppler value with respect to one correlation code and then applying the correlation value to the cross correlation value between each candidate code and the correlation code. You can find the spreading code based on a table value that stores information about it. For example, the spreading code can be verified by comparing and finding a matching value.
사용되는 상관 신호는, 후보 확산 코드 중 어느 하나로 설정할 수도 있고, 후보 확산 코드가 아닌 것으로 설정할 수도 있다. 상관 신호를 후보 확산 코드가 아닌 것으로 설정하는 경우, 상관 신호는 후보 확산 코드와 같은 길이 및 특성을 가지는 코드군(family)에서 설정하는 것이 바람직하다. The correlation signal to be used may be set to any one of the candidate spreading codes or may be set to something other than the candidate spreading code. When the correlation signal is set to not the candidate spreading code, the correlation signal is preferably set in a code family having the same length and characteristics as the candidate spreading code.
이와 같이, 상관 신호의 종류를 변화시키지 않고, 특정 도플러 오프셋에 대하여 위상 교차 상관 값인 R12(τ) 를 랜덤 시퀀스와 같이 이용하여 신호를 획득하는 장치가 도4에 도시되어 있다. As such, an apparatus for acquiring a signal using R 12 (τ), which is a phase cross-correlation value, as a random sequence with respect to a specific Doppler offset is shown in FIG. 4 without changing the type of correlation signal.
도4에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른, 교차 상관값을 이용한 신호의 동기 획득 장치는, 위상 시프트(401)에 의한 코드 위상(τ)과 도플러 시프트(402)에 의한 도플러 오프셋(Δω)을 입력받아서 상관 신호를 생성하는 상관 신호 발생기(403), 수신 신호와 상관 신호간의 교차 상관값을 구하는 상관기(404), 상기 상관기(404)의 출력인 I값과 Q값을 각각 저장하는 제1 저장 장치(405), 반송파는 무시하고, 즉 도플러 오프셋을 0으로 두고 각각의 후보 코드에 대하여 코드 위상을 변화시켜가며, 상관신호발생기(403)로부터 발생될 상관신호와의 상관값들에 관한 정보를 테이블에 미리 저장하고 있는 제2 저장장치(406), 제2 저장장치(406)에 저장된 테이블 값과 제1 저장장치에 저장된 교차 상관값의 I값과 Q값을 처리하여 동기 획득 여부를 판단하기 위한 판별기(408) 등으로 구성된다. According to an embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the apparatus for acquiring a signal using a cross correlation value includes a code phase τ by a
도4에 도시된 신호의 동기 획득 장치의 동작은 다음과 같다. 먼저, 상관 신호 발생기(403)에 생성할 상관 신호의 종류를 정한다. 그런 다음, 후보 확산 신호의 모든 종류에 대하여(예컨대, GPS의 경우 PRN이 1 에서 32까지의 32개의 후보 확산 코드), 반송파 없이(즉, 도플러 오프셋, Δω을 0으로 하여), 코드 위상만을 전 범위에 걸쳐 변화시켜가면서, 위에서 정하여진 상관 신호와의 교차 상관값(즉, R12(τ))을 구하여 그 정보를 제2 저장장치(406)에 저장한다. 이와 같이 저장된 값은 후보 확산 신호의 종류와 코드 위상에 따라 다른 값을 가지는 하나의 테이블을 형성하게 된다. 이때 제2 저장장치(406)에 저장되는 테이블은 상관 신호의 종류가 정하여지면 결정되는 값이므로, 미리 계산된 값을 통신 수단을 통하여 제공받을 수도 있다. The operation of the apparatus for acquiring synchronization of the signal shown in FIG. 4 is as follows. First, the type of correlation signal to be generated in the correlation signal generator 403 is determined. Then, for all kinds of candidate spreading signals (e.g., 32 candidate spreading codes from 1 to 32 in the case of GPS), without carrier (i.e., Doppler offset, Δω = 0), only the code phase is transmitted. While varying over a range, a cross correlation value (ie, R 12 (τ)) with the correlation signal determined above is obtained, and the information is stored in the
위와 같이 준비된 상태에서, 수신 신호를 처리하여 확산 코드를 찾는 절차는 다음과 같이 진행된다. 하나의 후보 도플러 오프셋을 정하여, 정하여진 후보 도플러 오프셋에 대하여, 코드 위상을 달리하여 상관 신호 발생기(403)로부터 발생된 상관 신호(상관 신호의 종류는 준비 단계에서 정하여진 것과 동일함)와 수신 신호와의 상관값을 상관기(404)를 통해 구하고, 이를 제1 저장장치(405)에 저장한다. 이때, 하나의 후보 도플러 오프셋에 대하여, 모든 범위 또는 일부 범위의 코드 위상을 변화시켜가며 교차 상관값을 구하여 제1 저장 장치(405)에 저장하는 것을 반복한다. In the prepared state as described above, the process of searching for a spreading code by processing the received signal proceeds as follows. One candidate Doppler offset is determined, and the correlation signal generated from the correlation signal generator 403 with different code phases with respect to the determined candidate Doppler offset (the type of correlation signal is the same as that determined in the preparation step) and the received signal. The correlation value with is obtained through the
그런 다음 이렇게 구하여 제1 저장장치(405)에 저장된 교차 상관값과 제2 저장장치(406)에 저장된 테이블의 값을 처리하여 판별기(408)를 통해 판별하는데, 예컨대, 문턱값을 넘는 상관값이 구해지면, 제2 저장장치(406)의 테이블에 저장된 바에 의하여 확산 코드 종류(즉, PRN 값)과 코드 위상을 확인하고, 그 때의 도플러 오프셋을 확인하면, 수신 신호의 확산 코드를 찾아낼 수 있다. Then, the cross correlation value stored in the
하나의 도플러 오프셋에 대하여 상기 과정이 완료되면 다음 검색 도플러 오프셋에 대하여 동일한 과정을 반복함으로써 모든 도플러 영역에서의 신호 검색을 실행한다. When the above process is completed for one Doppler offset, the same process is repeated for the next search Doppler offset to perform signal search in all Doppler regions.
위 실시예 1의 조건으로서, 상기 수학식 2에서 I, Q 값에서 φ를 일정하게 하는 것을 설명한다. As a condition of the first embodiment, it is described that φ is constant in I and Q values in
만약 수신기에 전체 코드 위상 개수와 동일한 또는 그 이상의 상관기가 존재한다면, 모든 상관기의 상관 신호 발생기에서 동일한 반송파 위상을 갖도록 하고 코드 위상만 일정 간격만큼씩 차이가 나도록 신호를 발생시켜 수신 신호와의 상관값을 구한다면, 각 상관기로 전달되는 수신 신호는 동일하기 때문에 위의 수학식 2에서의 φ값은 전체 코드 위상에서 동일해진다. If there is a correlator equal to or greater than the total number of code phases in the receiver, the correlation signal generators of all correlators have the same carrier phase and generate a signal such that only the code phases are separated by a predetermined interval so as to correlate with the received signal. In this case, since the received signal to each correlator is the same, the value of φ in
그러나, 만약 수신기의 모든 채널에 존재하는 모든 상관기의 수가 전체 코드 위상의 개수보다 작은, 예컨대 N개라고 하면, N개의 상관 신호 발생기에서 반송파위상은 동일하고 코드 위상만을 일정 간격으로 달리하는 상관 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 N개의 상관 신호와 동시에 수신된 신호와의 상관 결과는 상기 수학식 2에서의 φ값이 모두 같아지게 된다. However, if the number of all correlators present in all channels of the receiver is less than the total number of code phases, e.g. N, then in the N correlated signal generators the correlation signals are identical and the code phases differ only at regular intervals. Can be generated. The correlation result between the N correlation signals generated and the signal received at the same time is the same as φ in Equation (2).
이와 같이 φ값이 같은 N개의 상관값 I, Q와 테이블 상의 교차 상관값 R12(τ)값에 관한 정보와의 N개의 부분 상관값을 구하면 다음의 수학식 3과 같다. 즉, 수학식 3은 N개의 상관기에서 반송파 위상을 같도록 상관 신호를 생성한 후 구한 상관값 I, Q와 상관 테이블 간의 부분 상관 결과이다. In this manner, N partial correlation values between N correlation values I and Q having the same φ value and information about the cross correlation value R 12 (τ) value on the table are obtained as in
[수학식 3][Equation 3]
위와 같이 구해진 부분 상관값 QI(T), QQ(T)를 제곱하여 더하면 수신 신호이 상관값과 테이블 상의 상관값과의 상관 파워를 구할 수 있다. 이러한 방식으로 전체 코드 위상 영역을 N개씩 묶어 M개의 부분으로 나눌 수 있고, 각각 N개씩의 상관값과 테이블값과이 부분 상관 파워를 구하고 이렇게 구한 M개의 부분 상관 파워값을 더함으로써 전체 상관 파워를 구할 수 있다. By multiplying the partial correlation values Q I (T) and Q Q (T) obtained as described above, the received signal can obtain the correlation power between the correlation value and the correlation value on the table. In this way, the entire code phase region can be grouped by N and divided into M parts. The total correlation power can be obtained by adding the N correlation values, the table values and the partial correlation powers, and adding the M partial correlation power values thus obtained. Can be.
[실시예 2]Example 2
실시예 2는 실시예 1에서와 같이 여러 개의 상관기에서 동일한 φ값을 갖는 상관값을 얻기 어려운 상황에서 사용한다. Example 2 is used in a situation where it is difficult to obtain a correlation value having the same? Value in several correlators as in Example 1.
상기 수학식 2에서 φ 값에 독립적인 교차 상관값을 얻기 위하여, I, Q를 제곱하여 다음의 수학식 4와 같은 결과를 얻을 수 있다. In order to obtain a cross correlation value independent of the value of φ in
[수학식 4][Equation 4]
이 경우, R12 2(τ) 값은 코드 위상 τ의 값에 따라 다른 값을 갖게 되고, 두 개의 신호에 대한 R12 2(τ) 값은 그 자체로 하나의 랜덤 시퀀스와 같이 이용될 수 있다. 즉, 각 도플러 오프셋에 대하여, 상관 신호 C2(t)와 수신 신호의 교차 상관값의 파워인 R12 2(τ) 값은, 도플러가 맞을 경우, 상관 신호의 반송파 위상과 무관하게 코드 위상 τ에 관련된 값이 된다. 따라서, 상관 신호를 변환할 필요가 없이, 하나의 상관 신호에 대하여, 각 도플러 오프셋에 대하여 위상을 변화시켜가면서 교차 상관값의 제곱을 구하는 방식을 사용할 수 있다. In this case, the R 12 2 (τ) value has a different value depending on the value of the code phase τ, and the R 12 2 (τ) value for the two signals may be used as one random sequence by itself. . That is, for each Doppler offset, the value of R 12 2 (τ), which is the power of the cross correlation value of the correlation signal C 2 (t) and the received signal, is equal to the code phase τ regardless of the carrier phase of the correlation signal when Doppler fits. Will be the value associated with. Therefore, a method of obtaining the square of the cross correlation value while changing the phase with respect to each Doppler offset for one correlation signal without having to convert the correlation signal can be used.
이와 같이, 상관 신호의 종류를 변화시키지 않고, 특정 도플러 오프셋에 대하여 위상 교차 상관 값의 파워 R12 2(τ) 를 랜덤 시퀀스와 같이 이용하여 신호를 획득하는 장치가 도5에 도시되어 있다. As shown in FIG. 5, an apparatus for acquiring a signal using a power R 12 2 (τ) of a phase cross correlation value as a random sequence with respect to a specific Doppler offset without changing the type of correlation signal is shown in FIG. 5.
도5에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른, 교차 상관값의 파워를 이용한 신 호의 동기 획득 장치는, 위상시프트(501)에 의한 코드 위상과 도플러시프트(502)에 의한 도플러 오프셋을 입력받아 상관 신호를 생성하는 상관신호발생기(503), 수신 신호와 상관 신호간의 교차 상관값을 구하는 상관기(504), 상기 상관기(504)의 출력인 교차 상관값의 파워를 구하는 제곱기(505), 이 교차 상관값의 파워를 저장하는 제1 저장장치(506), 각각의 도플러 오프셋에 대하여, 위상을 변화시켜가면서 상관신호발생기(503)로부터 발생된 상관신호와 후보 확산 신호와의 상관값들의 파워에 관한 정보를 테이블로 미리 저장하고 있는 제2 저장장치(507), 제2 저장장치에 저장된 테이블 값과 제1 저장장치에 저장된 값을 처리하여 동기획득 여부를 판단하기 위한 판별기(509) 등으로 구성된다. According to an embodiment of the present invention shown in FIG. 5, the apparatus for acquiring a signal using the power of the cross correlation value receives a code phase by the
도5에 도시된 신호의 동기 획득 장치의 동작은 다음과 같다. 먼저, 상관신호발생기(503)에서 생성할 상관 신호의 종류를 정한다. 그런 다음, 후보 확산 신호의 모든 종류에 대하여(예컨대, GPS의 경우 PRN이 1 에서 32까지의 32개의 후보 확산 코드), 반송파 없이(즉, 도플러 오프셋, Δω을 0으로 하여), 코드 위상만을 전 범위에 걸쳐 변화시켜가면서, 위에서 정하여진 상관 신호와의 교차 상관값의 파워를 구하여 그 정보를 제2 저장장치(507)에 저장한다. The operation of the apparatus for acquiring synchronization of the signal shown in FIG. 5 is as follows. First, the type of correlation signal to be generated by the
이와 같이 저장된 값은, 후보 확산 신호의 종류와 코드 위상에 따라 다른 값을 가지는 하나의 테이블을 형성하게 된다. 예를 들어서, 도6에 도시된 것이 바로 제2 저장장치(507)에 저장된 테이블의 일 예이다. 이때 제2 저장장치(507)에 저장되는 테이블은 상관 신호의 종류가 정하여지면 결정되는 값이므로, 미리 계산된 값을 통신 수단을 통하여 제공받을 수도 있다. The values stored in this manner form one table having different values depending on the type of candidate spread signal and the code phase. For example, shown in FIG. 6 is an example of a table stored in the
위와 같이 준비된 상태에서, 수신 신호를 처리하여 확산 코드를 찾는 절차가 다음과 같이 진행된다. 하나의 후보 도플러 오프셋을 정하여, 정하여진 후보 도플러 오프셋에 대하여, 코드 위상을 달리하여 상관 신호 발생기(503)로부터 발생된 상관 신호(상관 신호의 종류는 준비 단계에서 정하여진 것과 동일함)와 수신 신호와의 상관값을 상관기(504)를 통해 구하고, 제곱기(505)를 통하여 파워를 구하여 그 값을 제1 저장장치(506)에 저장한다. 이때, 하나의 후보 도플러 오프셋에 대하여, 코드 위상을 일정 범위 동안 변화시켜가며 교차 상관값의 파워를 구하여 제1 저장 장치(506)에 저장하는 것을 반복한다. In the prepared state as described above, a procedure for searching for a spreading code by processing a received signal is performed as follows. One candidate Doppler offset is determined, and the correlation signal (correlation signal type is the same as that determined in the preparation step) and the received signal generated from the
제1 저장장치(506)에 저장되는 교차 상관값의 파워는 예컨대, 도7a 또는 도7b와 같다. 도7a와 도7b는 서로 다른 후보 도플러 오프셋에 대한 값이다. The power of the cross correlation value stored in the
그런 다음 이렇게 구하여 제1 저장장치(506)에 저장된 교차 상관값의 파워와 제2 저장장치(507)에 저장된 테이블의 값을 처리하여, 판별기(509)를 통해 판별하는데, 예컨대, 문턱값을 넘는 상관값이 구해지면, 제2 저장장치(507)의 테이블에 저장되었던 확산 코드 종류(즉, PRN 값)과 코드 위상을 확인하고, 그 때의 도플러 오프셋을 확인하면, 수신 신호의 확산 코드를 찾아낼 수 있다. Then, the power of the cross-correlation value stored in the
하나의 도플러 오프셋에 대하여 상기 과정이 완료되면 다음 검색 도플러 오프셋에 대하여 동일한 과정을 반복함으로써 모든 도플러 영역에서의 신호 검색을 실행한다. When the above process is completed for one Doppler offset, the same process is repeated for the next search Doppler offset to perform signal search in all Doppler regions.
예컨대, 도7a의 값은, 제1 도플러 오프셋(Δω1)의 경우에 구한 교차 상관값 의 파워로 제1 저장장치(505)에 저장된 값이다. 이 경우, 제1 저장장치(506)에 저장된 도7a의 값과, 제2 저장장치(507)에 이미 저장된 도6의 값을 상관하였더니, 도8a와 같은 결과가 나왔다. 도8a를 보면, 문턱값을 넘는 경우가 없다. 도8a와 같은 결과로부터 제1 도플러 오프셋(Δω1)은 수신 신호의 도플러 오프셋이 아니라는 것을 알 수 있다. For example, the value of FIG. 7A is a value stored in the
다른 예로, 도7b는 제2 도플러 오프셋(Δω2)의 경우, 상관 신호의 교차 상관값의 파워로 제1 저장장치(506)에 저장된 것이다. 이 경우, 제1 저장장치(506)에 저장된 도7b의 값과, 제2 저장장치에 이미 저장된 도6의 값을 상관하였더니, 도8b와 같은 결과가 나왔다. 도8b를 보면 문턱값을 넘는 경우가 있다. 이 때의 신호의 종류(즉, PRN 값)와 코드 위상으로부터, 확산 코드의 신호의 종류 및 코드 위상을 확인할 수 있고, 이때의 도플러 오프셋 값인 제2 도플러 오프셋(Δω2)이 바로 수신 신호 중에 존재하는 해당 PRN 신호의 도플러 오프셋이 된다. As another example, FIG. 7B is stored in the
따라서, 본 발명에서는 준비 과정에서 결정된 하나의 상관 신호에 대해서만 실제 수신 신호와의 상관 과정이 필요할 뿐, 나머지 모든 후보 상관 신호와의 상관 과정은 수신 신호가 없이, 하나의 상관 신호에 대하여 구한 상관값과 테이블에 미리 저장되어 있는 테이블값과의 소프트웨어적인 처리 과정만 필요하므로, 동기 획득에 필요한 신호 데이터 양 및 신호 수신 시간을 크게 줄여 초기 구동 시간 및 신호 획득을 위한 신호 수신에 필요한 전력을 크게 줄일 수 있다. Therefore, in the present invention, only one correlation signal determined in preparation is required to be correlated with the actual received signal, and the correlation with all other candidate correlation signals is obtained without correlation with the received signal. Only software processing with the table values pre-stored in the table is required, which greatly reduces the amount of signal data required for synchronization acquisition and signal reception time, greatly reducing the initial driving time and power required for signal acquisition for signal acquisition. have.
또한 본 발명은 고속 푸리에 변환을 이용한 신호 획득 과정처럼 수신 신호를 그대로 샘플링하여 모두 저장하는 과정이 필요한 것이 아니라 종래 수신기의 동작 과정에서 하드웨어 상관기로부터 얻어진 상관 결과 I, Q 값을 저장하여 사용하기 때문에 종래의 FFT 방법 등과 같이 복잡한 하드웨어 구조를 필요로 하지 않다. In addition, the present invention does not require a process of sampling and storing all received signals as they are, such as a signal acquisition process using fast Fourier transform, but stores and uses correlation results I and Q values obtained from a hardware correlator during operation of a conventional receiver. It does not require complex hardware structures such as FFT method.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 확산 대역 신호를 이용하는 수신기의 신호 동기 획득 방법 및 그 장치에 따르면, 특정 도플러 오프셋과 코드 위상을 갖는 상관 신호와의 상관값을 얻는 종래의 수신기 구조를 그대로 이용하면서도, 상관값을 전체 범위의 코드 위상에 대하여 저장하여 이미 가지고 있는 상관값에 관한 정보에 대한 테이블값을 처리하여 확산 코드를 찾을 수 있으므로, 모든 후보 신호에 대한 상관 신호 발생 및 상관 과정이 없이도 모든 수신 신호의 도플러 오프셋과 코드 위상을 확인하여 신호의 빠른 동기 획득을 이룰 수 있다. As described above, according to the method and apparatus for acquiring signal synchronization of a receiver using a spread spectrum signal according to the present invention, a conventional receiver structure for obtaining a correlation value between a specific Doppler offset and a correlation signal having a code phase is used as it is. At the same time, the correlation values can be stored for the entire range of code phases, so that the spreading code can be found by processing the table values for the correlation values that you already have. The Doppler offset and code phase of the received signal can be checked to achieve fast synchronization acquisition of the signal.
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