KR20130087982A - Compressed sensing based fast gnss and spread spectrum signal acquisition method and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A compression sensing method and a device thereof are provided to reduce the hardware size of a receiver for obtaining a signal. CONSTITUTION: A global navigation satellite system (GNSS) and band spread signal acquisition device includes a signal detecting unit (300). A signal searching unit searches a GNSS positioning signal or a band spread signal. A signal searching unit comprises a parallel correlator (310), a signal generator (320), and a decoding module (330). A signal generator generates a compression sensing matrix including a matrix size (M×L) by using a measurement matrix including a matrix size (M<L) and a correlation matrix including a matrix size (L×L). A parallel correlator executes correlation between a received signal and a compression sensing matrix by constructing the M correlator in parallel. The decoding module obtains a Doppler frequency and a code phase of the received signal by using the compression correlation result of the correlator.

Description

GNSS 및 대역확산 신호의 신속한 신호 획득을 위한 압축 감지 방법 및 그 장치{COMPRESSED SENSING BASED FAST GNSS AND SPREAD SPECTRUM SIGNAL ACQUISITION METHOD AND APPARATUS THEREOF}Compression sensing method and device therefor for fast signal acquisition of NSS and spread signal TECHNICAL FIELD

본 발명의 실시예들은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 및 대역확산(Spread Spectrum) 신호 수신기의 빠른 신호 획득(fast signal acquisition)에 관한 것으로, 특히, 압축 감지 기술을 활용한 신속한 신호 탐색과 획득(search and acquisition) 방법 및 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to fast signal acquisition of Global Navigation Satellite System (GNSS) and Spread Spectrum signal receivers. In particular, fast signal search and search using compression sensing techniques. and acquisition methods and apparatus.

GNSS는 GPS와 같은 위성망을 이용한 측위 시스템을 통칭하며, 위성의 안테나에서 전파가 발신되어 GPS 수신기까지 도착하는데 걸리는 시간(TOA: Time of Arrival)을 측정하는 동시에, 수신된 전파가 위성에서 발신될 때의 위성의 위치를 알아내어 GPS 수신기의 상대 위치를 계산하는 방식이다. 모든 GNSS 위성에서 지상으로 발신하는 신호는 일반적인 무선 통신 시스템에서 활용하는 대역확산 신호이다. 대역확산 신호를 사용하는 모든 통신 및 위성 항법 시스템의 수신기가 시동하는데 있어서 가장 먼저 선행되어야 할 조건은 위성 신호의 탐색과 위성 정보의 획득이다.GNSS collectively refers to a positioning system using a satellite network such as GPS, and measures the time of arrival (TOA) of a radio wave from an antenna of the satellite and arrives at the GPS receiver. This is to calculate the relative position of the GPS receiver by locating the satellites. The signal from the GNSS satellite to the ground is the spread spectrum signal used in a typical wireless communication system. The first requirement for the receiver of all communication and satellite navigation systems using spread spectrum signals to start is the search for satellite signals and the acquisition of satellite information.

GPS 수신기의 초기 위치 획득에 있어서, GPS 수신기가 장기간 (주로 4시간 이상)의 파워 오프(power off)된 상태가 지속되어 과거 수신되었던 모든 GPS위성 관련 데이터의 효용성이 없어진 이후 다시 파워 온(power on)하여 초기 위치 측정을 수행하는 경우를 콜드 스타트(Cold Start)라고 불리며 이때 소요되는 시간을 TTFF(time to first fix)라고 한다. GPS의 경우, L1 (=1.575GHz) 주파수 C/A 코드 신호를 탐지하기 위한 GPS 수신기의 콜드 스타트는 여러 단계를 따라 이루어지는데, 특히 위성 신호의 코드위상 (code phase, 신호의 시간적 지연에 해당) 가설 영역(hypothesis range) 및 도플러 주파수(Doppler frequency) 가설 영역을 탐색하여 실제 수신 신호의 도플러 주파수와 코드위상을 찾아내는 단계는 가장 높은 하드웨어적 복잡도가 요구된다. 부연하면, GPS의 L1주파수에 실려오는 C/A 코드 시퀀스(code sequence)의 경우 1023개의 칩으로 이루어져 있어서 초기화 단계의 수신기가 탐색해야 할 코드 위상은 0.5칩 단위로 총 2046개이며 지상 보행자용 GPS 수신기의 경우 일반적으로 -5KHz에서 +5KHz까지 500Hz마다 도플러 주파수 가설을 설정하므로 총 21가지의 도플러 가설이 발생하므로 모두 442966개 (약 43000개)의 가설을 검증하여야 한다. 1개의 가설 검증은 최소 1msec의 상관길이를 갖는 상관기(correlator)를 통하여 검증하므로 1개의 상관기만을 구비한 수신기는 약 43초의 신호탐색 시간이 필요하며, 반대로 43000개의 상관기를 사용하는 수신기는 약 1msec내에 신호를 탐색할 수 있다. 여기서, 1msec의 상관길이는 수신되는 신호의 세기가 충분히 높은 양호한 경우로서 신호 세기가 양호하지 않는 경우 상관길이는 1msec보다 더 큰 값을 가져야 하며, 이에 따라 도플러 주파수 가설 단위를 500Hz보다 작게 가져가야 하므로 도플러 주파수 가설의 수는 상관기 길이에 반비례하여 증가하게 된다. GPS 수신기가 C/A 신호를 탐색(Search)하고 획득(Acquisition)해야 하는 이유는 현재 순간에 수신되는 GPS 위성 신호를 실시간으로 추적하기 위한 것으로 신호 획득은 다음의 두 가지를 얻는 것이다; (1) 수신되는 위성 신호와 수신기 내부 발생 신호간의 정확한 시각동기(synchronization) - 즉, 코드 동기(code synchronization)와 (2) 수신되는 GPS 위성 신호와 주파수 동기. 일반적인 대역확산 통신 시스템의 수신기도 코드 동기를 맞추기 위해서 각 코드 위상 가설에 대하여 신호 탐색을 수행한다 (지상 시스템에서는 도플러 주파수는 크지 않으므로 대부분 정확한 주파수 동기는 요구되지 않는다).In acquiring the initial position of the GPS receiver, the GPS receiver remains powered off for a long period of time (usually more than 4 hours), and then powers on again after all the GPS satellite related data that has been received has been lost. The initial position measurement is called cold start and the time taken is called TTFF (time to first fix). In the case of GPS, the cold start of the GPS receiver to detect the L1 (= 1.575 GHz) frequency C / A code signal takes several steps, in particular the code phase of the satellite signal (corresponding to the temporal delay of the signal). Searching for hypothesis range and Doppler frequency The finding of the Doppler frequency and code phase of an actual received signal requires the highest hardware complexity. In other words, in the case of the C / A code sequence loaded on the L1 frequency of the GPS, 1023 chips are used, so the code phase to be searched by the receiver in the initial stage is 2046 units in 0.5 chip units. For receivers, the Doppler frequency hypothesis is set every 500Hz from -5KHz to + 5KHz, so a total of 21 Doppler hypotheses are generated, so all 442966 hypotheses (about 43000) have to be verified. One hypothesis verification is verified through a correlator with a correlation length of at least 1 msec, so a receiver with only one correlator requires about 43 seconds of signal search time, whereas a receiver using 43000 correlators is about 1 msec. You can search for a signal within. Here, the correlation length of 1 msec is a good case that the strength of the received signal is sufficiently high, and if the signal strength is not good, the correlation length should have a value larger than 1 msec. Therefore, the Doppler frequency hypothesis unit should be smaller than 500 Hz. The number of Doppler frequency hypotheses increases in inverse proportion to the correlator length. The reason why the GPS receiver must search and acquire the C / A signal is to track the GPS satellite signal received at the present moment in real time. The signal acquisition obtains two things; (1) precise synchronization between the received satellite signal and the signal generated internally in the receiver-ie, code synchronization and (2) frequency synchronization with the received GPS satellite signal. The receiver of a general spread spectrum communication system also performs a signal search for each code phase hypothesis in order to achieve code synchronization. (In a ground system, the Doppler frequency is not large, so most accurate frequency synchronization is not required).

도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설 (1023칩 내에 0.5칩 단위 가설 - 전체 2046개)과 모든 도플러 주파수 가설(-5KHz에서 +5KHz까지 500Hz 단위로, 전체 21개)로 이루어진, 전체 약 43000개의 가설 모두를 탐색한 결과이다. 도 1의 x-y 평면은 42000여 개의 가설 평면이며 가설 평면상의 각 점(각 가설)에 대하여 상관기의 출력 값을 Z축에 나타내고 있다. 상기 상관기의 출력은 각 가설(= 코드 및 도플러 주파수 가설)마다 1msec의 상관 길이를 갖는 상관기(Correlator)를 동작하여 얻은 값이며, 만일 미약한 신호를 탐지하기 위하여 더 긴 상관길이를 갖는 상관기를 사용한다면 도플러 주파수 가설은 더욱 작은 단위로 탐색 되어야 한다.Figure 1 shows all code phase hypotheses (0.5 chip unit hypothesis in 1023 chips-2046 total) and all Doppler frequency hypotheses (-5 Hz to +5 KHz in 500 Hz increments for a typical GPS receiver to search for one satellite signal. This is the result of searching all 43,000 hypotheses. The x-y plane in FIG. 1 is 42000 hypothetical planes, and the output value of the correlator is shown on the Z axis for each point (hypothesis) on the hypothetical plane. The output of the correlator is a value obtained by operating a correlator having a correlation length of 1 msec for each hypothesis (= code and Doppler frequency hypothesis), and using a correlator having a longer correlation length to detect a weak signal. If so, the Doppler frequency hypothesis should be searched in smaller units.

이와 같이 많은 가설을 검증하여 신호 탐색을 수행하고 탐지된 신호를 획득하는 과정은 수신기의 시동 초기에 일순간 집중적으로 많은 하드웨어 리소스(hardware resource)를 사용하게 되므로 매우 비효율적인 과정이다. 이러한 비효율성을 줄이거나 신호 탐지를 더 빠르게 하기 위하여 다양한 기술이 개발되어 왔는데, 가장 단순한 기술은 다수의 병렬상관기를 활용하는 방안이다. 예를 들어, 42000개의 병렬상관기는 1msec 이내에 신속히 신호 탐색을 완료하지만, 단 1회의 사용을 위하여 매우 많은 상관기를 구비하여야 하므로 하드웨어의 비효율성이 높다. 또 다른 방법은 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역(frequency domain)에서 수신신호와 수신기 내부에서 만들어낸 코드(PRN code)를 곱하여 매우 빠른 상관을 수행하는 것인데, 이를 위하여 수신 신호와 수신기 내부에서 만들어진 코드 신호를 모두 주파수 영역으로 푸리에 변환해야 하고 주파수 영역에서 곱해진 결과를 다시 시간 영역(time domain)으로 역푸리에 변환을 해야 하므로 상관기가 필요 없는 대신 계산량(computational load)이 매우 높아진다. 이와 같은 높은 계산량을 갖는 FFT 기반 신호 탐색 방법은 속도가 높은 DSP칩을 활용하여 구현할 수 있지만, DSP칩 때문에 고비용의 문제가 있다.The process of performing signal search and acquiring the detected signal by verifying many hypotheses as described above is very inefficient because it uses a large amount of hardware resources at the beginning of the receiver's startup. Various techniques have been developed to reduce this inefficiency or to speed up signal detection. The simplest technique is to use multiple parallel correlators. For example, 42000 parallel correlators complete signal search quickly in less than 1 msec, but have very high correlators for only one use, resulting in high hardware inefficiency. Another method is to perform a fast correlation by multiplying the received signal with the PRN code generated in the receiver in the frequency domain using the Fast Fourier Transform (FFT). Since all code signals generated in s have to be Fourier-transformed into the frequency domain, and the result multiplied in the frequency domain must be inverse Fourier transformed into the time domain, the computational load is very high. Such a high computational FFT-based signal search method can be implemented using a high speed DSP chip, but there is a problem of high cost due to the DSP chip.

또 다른 방법은 퀄컴(Qualcomm Inc.)의 A-GPS (Assisted GPS, 또는 통칭하여 Assisted GNSS) 기술이다. 도 2에는 A-GPS 수신기와 기존 GPS 수신기에서 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지(TTFF: Time To First Fix)에 대한 비교도를 보인다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기존 GPS의 경우 TTFF가 최소 30초 (최대 12.5분)이 소요되는 반면, A-GPS 수신기는 이동통신 기지국에 연결된 A-GPS 서버의 도움(Assistance)를 받아 TTFF를 단 수 초 만에 완료할 수 있다. A-GPS는 기존 GPS 기술 대비 뛰어난 성능 향상을 가지고 있지만 다음과 같은 몇 가지 제약과 문제점을 가지고 있다. 먼저, 이동통신망에 연결된 서버로부터 도움정보를 받아야 하므로 이동통신과 무선 연결이 가능한 경우에만 국한되어 구현될 수 있고, GPS 수신기가 탐색해야 하는 코드 위상 범위는 기지국과 핸드폰간의 시각 동기와 핸드폰의 위치 추정 정확도에 따라 달라진다. 따라서, 3세대 또는 3.5세대 및 4세대와 같은 비동기식 이동통신 시스템(Asynchronous Cellular Network)의 경우에 기지국 시각이 부정확하여 코드위상 탐색영역의 크기는 기존 GPS 수신기의 탐색영역인 1023칩 전체가 되어 A-GPS는 기존의 일반적인 GPS와 동일한 신호 탐색을 수행한다.Another method is Qualcomm Inc.'s A-GPS (Assisted GPS, or collectively Assisted GNSS) technology. 2 shows a comparison of time to first fix (TTFF) in cold start in an A-GPS receiver and a conventional GPS receiver. As shown in FIG. 2, in the case of the existing GPS, the TTFF takes at least 30 seconds (up to 12.5 minutes), while the A-GPS receiver receives the TTFF by assisting the A-GPS server connected to the mobile communication base station. It can be completed in just a few seconds. A-GPS has a significant performance improvement over the existing GPS technology, but has some limitations and problems. First, since help information must be obtained from a server connected to a mobile communication network, it can be implemented only when mobile communication and wireless connection are possible, and the code phase range that the GPS receiver must search is based on the time synchronization between the base station and the mobile phone and the location of the mobile phone. It depends on the accuracy. Therefore, in the case of Asynchronous Cellular Networks such as 3rd Generation or 3.5th Generation and 4th Generation, the base station time is inaccurate and the size of the code phase search area becomes the entire 1023 chip which is the search area of the existing GPS receiver. GPS performs the same signal search as conventional GPS.

최근 신호처리 기술에서의 비약적인 발전 중의 하나는 압축 감지(Compressed Sensing) 기술인데, 이는 많은 양의 신호 측정치로부터 신호에 담겨있는 정보를 추출하는 기존의 방식에서 매우 작은 양의 신호 측정치를 얻어내는 것만으로도 신호에 실려 있는 정보를 추출할 수 있는 기술이다. 압축 감지 기술은 현재 영상 처리 및 대용량 데이터를 처리하는 많은 시스템에 활용되고 있지만, 대부분의 기술이 신호 측정치를 얻어내는 방식이 랜덤측정행렬(random measurement matrix)을 사용하므로 얻어낸 신호 측정치(signal measurements)로부터 원래의 신호를 복원하는데 필요한 계산 량이 매우 높아 실시간 시스템으로 활용되지 못하고 있다. 또한, 압축 감지 기술을 응용한 대역확산 시스템에서의 신호 탐지와 획득 기술을 개발된 바가 없다.One of the breakthroughs in recent signal processing technologies is the Compressed Sensing technology, which is a very small amount of signal measurements that can be obtained from traditional methods of extracting information contained in signals from large amounts of signal measurements. FIG. 2 is a technology capable of extracting information contained in a signal. Compression detection techniques are currently used in many systems for processing images and processing large amounts of data.However, most of the techniques for obtaining signal measurements use a random measurement matrix, resulting from signal measurements. The amount of computation required to recover the original signal is so high that it cannot be used as a real-time system. In addition, no signal detection and acquisition techniques have been developed in spread spectrum systems using compression sensing techniques.

본 발명에서는, GNSS 및 대역확산 통신 수신기의 신호 획득에 있어서 수신기 하드웨어의 최소화와 신호획득의 초고속화를 가능하게 하는 기술을 제안한다.The present invention proposes a technique that enables the minimization of receiver hardware and the extremely high speed of signal acquisition in signal acquisition of a GNSS and spread spectrum communication receiver.

본 발명은 하드웨어의 최소화를 위하여 최적의 구조적 압축 감지(structured deterministic compressed sensing) 기법을 GNSS 및 대역확산 수신기에 맞게 구현하는 방안을 제시하여 기존의 GNSS 수신기나 대역확산 신호를 이용하는 통신 단말기의 초기 신호 탐색에 필요한 상관기의 개수를 수 배 이하로 감소시켜 신호탐지에 필요한 하드웨어 자원 낭비를 줄이는 것을 목표로 한다.The present invention proposes to implement an optimal structured deterministic compressed sensing scheme for a GNSS and a spread spectrum receiver to minimize hardware, and to search for an initial signal of a communication terminal using a conventional GNSS receiver or spread spectrum signal. The goal is to reduce the number of correlators needed for the system by reducing the number of hardware resources required for signal detection.

본 발명에서는 일반적인 압축 감지 기술에서 사용하는 랜덤 측정 행렬을 사용하지 않고 구조적 측정 행렬을 제시함으로써 신호탐지에 필요한 계산량을 획기적으로 줄임으로써 신속한 신호 탐지가 가능한 구현 방안을 제공한다.The present invention provides an implementation method capable of rapid signal detection by dramatically reducing the amount of computation required for signal detection by presenting a structural measurement matrix without using a random measurement matrix used in a general compression sensing technique.

본 발명에서 구현하는 압축 감지 기술은 최소한의 측정치로부터 필요한 정보를 신속하게 실시간으로 추출해낼 수 있는 기술로서, 매우 높은 신속도가 요구되는 신호의 탐지와 획득 시스템에 활용할 수 있는 기술과 그 구현 방안을 제공한다.Compression detection technology implemented in the present invention is a technology that can quickly extract the necessary information from the minimum measurement value in real time, a technique that can be utilized in a system for detecting and acquiring a signal requiring very high speed and its implementation method to provide.

본 발명의 일 측면에 따르면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 및 대역확산 신호 획득 장치는 GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호탐색부를 포함하고, 상기 신호탐색부는 [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 신호 생성기; M개의 상관기(correlator)가 병렬로 구성되어 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 병렬 상관기; 및 상기 병렬 상관기의 압축 상관결과를 이용하여 상기 수신 신호의 코드 위상(code phase)과 도플러 주파수를 획득하는 디코딩 모듈을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a global navigation satellite system (GNSS) and a spread spectrum signal acquisition apparatus includes a signal search unit for searching at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal, the signal The search unit uses a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] whose number of rows is smaller than the number of columns. A signal generator for generating a compression sensing matrix having a magnitude; A parallel correlator having M correlators configured in parallel to perform correlation between the received signal and the compression sensing matrix; And a decoding module for obtaining a code phase and a Doppler frequency of the received signal by using the compression correlation result of the parallel correlator.

상기 신호 생성기는 상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성할 수 있다.The signal generator may generate the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix.

상기 상관 행렬의 각 행은 상기 수신 신호의 확산 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어질 수 있다.Each row of the correlation matrix may be a spreading code having a code delay of an arbitrary time unit and the same as a spreading code signal of the received signal.

상기 병렬 상관기는 상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 압축 상관결과를 생성할 수 있다.The parallel correlator may generate the compression correlation result having a matrix size of [M × 1] by performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal.

상기 압축 상관결과의 각 행은 상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열을 상기 상관행렬과 수신 신호를 곱한 결과를 계수로 곱한 후 합하여 얻어지는 형태로서 결과적으로 측정행렬의 모든 열들의 선형 합이 될 수 있다.Each row of the compression correlation result is obtained by multiplying each of the L columns constituting the measurement matrix by the product of the correlation matrix and the received signal by a coefficient, and as a result, may be a linear sum of all columns of the measurement matrix. have.

상기 디코딩 모듈은 모든 도플러 주파수 가설에 대하여 상기 압축 감지 행렬의 M개의 행을 상기 병렬 상관기에 입력하여 상기 병렬 상관기에서 상기 M개의 압축 상관결과를 얻은 후, 상기 병렬 상관기에서 얻어진 상기 M개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 도플러 주파수와 코드 위상을 획득할 수 있다.The decoding module inputs M rows of the compression sensing matrix to the parallel correlator for all Doppler frequency hypotheses, obtains the M compression correlation results from the parallel correlator, and then obtains the M compression correlation results obtained from the parallel correlator. From the Doppler frequency and the code phase of the received signal can be obtained.

상기 신호 생성기는 [M1×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M1×L]의 행렬 크기를 갖는 제1차 압축 감지 행렬을 생성하는 제1차 신호 생성기와, [M2×L](여기서, M1+M2=M)의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M2×L]의 행렬 크기를 갖는 제2차 압축 감지 행렬을 생성하는 제2차 신호 생성기로 구성되고, 상기 병렬 상관기는 M1개의 상관기로 구성되어 상기 제1차 압축 감지 행렬의 M1개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제1차 병렬 상관기와, M2개의 상관기로 구성되어 상기 제2차 압축 감지 행렬의 M2개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제2차 병렬 상관기로 구성될 수 있다.And the first signal generator to the signal generator by using the measurement matrix having a matrix size of [M 1 × L] generating a first compressed sensing matrix having a matrix size of [M 1 × L], [ M 2 × L] (where M 1 + M 2 = M), using a measurement matrix having a matrix size of [M 2 × L] to a second order signal generator that generates a second order compression sensing matrix having a matrix size of [M 2 × L]. And a parallel correlator comprising a M 1 correlator, a first parallel correlator configured to receive M 1 rows of the first compression sensing matrix, and perform correlation with the received signal; and M 2 correlators. And a second order parallel correlator configured to receive M 2 rows of the second order compression sensing matrix and perform correlation with the received signal.

상기 디코딩 모듈은 상기 제1차 병렬 상관기에서 모든 도플러 주파수 가설에 대하여 얻어진 상기 M1개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정한 후, 상기 제2차 병렬 상관기에서 상기 추정된 도플러 주파수에 대하여 얻어진 상기 M2개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 최종 코드 위상을 획득할 수 있다.The decoding module estimates the Doppler frequency closest to the received signal from the M 1 compression correlation result obtained for all Doppler frequency hypotheses in the first parallel correlator, and then estimates the estimated Doppler frequency in the second parallel correlator. The final code phase of the received signal can be obtained from the M 2 compression correlations obtained for the received Doppler frequencies.

본 발명의 다른 측면에 따르면, GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 찾아 상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법은 [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 단계; 각 도플러 주파수 가설마다 병렬로 구성된 M개의 상관기를 통해 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계; 및 상기 상관 결과로부터 수신되는 신호가 갖는 도플러 주파수를 획득하고 확산 코드의 코드 위상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method for obtaining GNSS and spread spectrum signals for finding at least one received signal among a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal and obtaining a code phase and a Doppler frequency index of the received signal is described in [L × L]. A compression sensing matrix having a matrix size of [M × L] is generated by using a correlation matrix having a matrix size and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] where the number of rows is smaller than the number of columns. Doing; Performing correlation between the received signal and the compression sensing matrix through M correlators configured in parallel for each Doppler frequency hypothesis; And obtaining a Doppler frequency of the signal received from the correlation result and obtaining a code phase of a spreading code.

본 발명의 실시예에 의하면, 기존 A-GPS 처럼 통신 장치를 필요로 하지 않으며 기존 GNSS 및 대역확산 통신 시스템의 수신기 기술 보다 몇 배 이상 빠른 신호 탐색과 획득이 가능하여 신호 탐색과 신호 획득을 위한 수신기의 하드웨어가 매우 적게 소용되므로 시간적으로나 비용적으로나 최적의 수신기를 구현할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to search and acquire signals several times faster than conventional GNSS and receiver technologies of the spread spectrum communication system, It is possible to realize an optimal receiver in terms of time and cost.

도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설과 모든 도플러 주파수 가설로 이루어진 2차원 GPS 신호 가설 탐색 영역을 탐색한 결과를 도시한다.
도 2는 퀄컴의 A-GPS 와 기존 GPS 방식에서 GPS 수신기의 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지 소요 시간을 비교 분석한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 압축 감지 기술에 기반한 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 압축 감지 기술에 기반한 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 일반적인 GPS와 Galileo신호의 ACF(Auto-Correlation Function)를 도시한다.
FIG. 1 shows a result of searching a two-dimensional GPS signal hypothesis search region consisting of all code phase hypotheses and all Doppler frequency hypotheses for a general GPS receiver to search for one satellite signal.
2 is a comparative analysis of the time required for initial position detection at cold start of a GPS receiver in Qualcomm's A-GPS and a conventional GPS method.
3 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a compression sensing technique according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a compression sensing technique according to another embodiment of the present invention.
5 illustrates an auto-correlation function (ACF) of a general GPS and Galileo signal.

이하, 본 발명의 두 가지 대표적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 유사한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, GNSS(Global Navigation Satellite Systems)는 미국의 GPS (Global Positioning System)을 포함하는 모든 종류의 위성 항법 시스템 (미국의 GPS, 러시아의 Glonass, 유럽의 Galileo, 중국의 Beidou, 일본의 QZSS 등)을 포괄적으로 지칭한다.Hereinafter, two exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other similar forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. For example, Global Navigation Satellite Systems (GNSS) has developed a full range of satellite navigation systems including US Global Positioning System (US GPS, Glonass in Russia, Galileo in Europe, Beidou in China, QZSS in Japan, etc.) ).

본 발명에서는 GNSS를 GPS로 대표하여 서술하지만 근본적으로 대부분의 GNSS는 GPS와 동일하게 대역확산(Spread Spectrum) 신호를 사용하므로 대부분의 GNSS 수신기의 구현 예는 GPS 수신기의 구현 예와 유사하므로 특별히 구분하지 않는 한 같은 의미로 사용한다. 뿐만 아니라, 대역확산 신호를 사용하는 이동통신 시스템의 수신기에서도 동일한 기능을 수행하므로 본 발명이 적용되는 분야는 대역확산 신호를 사용하는 이동통신과 위성통신, 그리고 GPS(GNSS)와 같은 항법시스템에서 활용될 수 있다. 한가지 차이점은 대역확산 이동통신 시스템에서는 수신되는 신호의 도플러 주파수 오차는 고려하지 않고 코드 위상(code phase)만 탐색하는 반면, GNSS에서는 수신되는 신호의 코드 위상 탐색뿐만 아니라 수신되는 신호의 도플러 주파수도 탐색한다. 따라서, 본 발명에서는 GNSS 수신기를 보다 일반적인 수신기로 간주하여 그 구현 예 등을 설명하며, 본 발명에서 제시하는 GNSS 수신기의 구현은 대역확산 이동통신 단말기에도 그대로 적용 가능하다.Although GNSS is represented by GPS in the present invention, since most GNSS uses a spread spectrum signal in the same way as GPS, most GNSS receivers are similar in implementation to GPS receivers, Unless otherwise stated. In addition, since the receiver of a mobile communication system using a spread spectrum signal performs the same function, the field to which the present invention is applied is utilized in a mobile communication system using a spread spectrum signal, satellite communication, and a navigation system such as GPS (GNSS). Can be. One difference is that in spread spectrum mobile communication systems, only the code phase is searched without considering the Doppler frequency error of the received signal, while the GNSS searches not only the code phase of the received signal but also the Doppler frequency of the received signal. do. Therefore, in the present invention, the GNSS receiver is regarded as a more general receiver, and an implementation example thereof is described. The implementation of the GNSS receiver proposed in the present invention can be applied to a spread spectrum mobile communication terminal as it is.

따라서, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명하지만 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Accordingly, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. And, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

도 3은 본 발명의 제1실시예로서, 본 발명에 기초하여 일반적인 GNSS 수신기가 수신되는 GNSS 신호를 찾아 코드 위상(code phase) 정보를 획득하는 과정을 수행하는 압축감지(compressed sensing) 기술에 기반한 신호탐색부(Signal Searcher)의 구현 예를 도시한다.FIG. 3 is a first embodiment of the present invention, based on a compressed sensing technique in which a general GNSS receiver searches for a received GNSS signal and acquires code phase information based on the present invention. An example of the implementation of a signal searcher is shown.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1실시예에 따른 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치는 신호탐색부(300)를 포함하여 구성되며, 이때, 신호탐색부(300)는 병렬상관기(Parallel Correlators)(310), 신호생성기(320), 디코딩(신호정보탐색)모듈(330)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the GNSS and the spread spectrum signal acquisition apparatus according to the first embodiment include a signal search unit 300. In this case, the signal search unit 300 includes parallel correlators ( 310, a signal generator 320, and a decoding (signal information search) module 330.

먼저, GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치에 구비된 수신기의 안테나(301)를 통하여 수신되는 신호는 주파수 하향 변환기(Frequency Down Converter)(302)와 ADC(Analogue to Digital Converter)(303)를 거쳐서 칩속도(chip rate) 보다 두 배 높은 샘플링(sampling) 주파수로 표본화 되어 얻어진 샘플신호(sampled signal)는 신호탐색부(300)로 입력된다. 일반적으로 수신기에서 수신되는 신호의 코드 위상(code phase)은 0.5칩 단위로 탐색되므로 본 발명에 있어서 상기 ADC(303)의 출력은 칩당 2개로 표본화됨을 가정한다. 신호탐색부(300)로 입력된 신호는 먼저 M개의 상관기로 구성된 병렬상관기(310)를 거친 후 각 상관기의 상관 출력으로서 디지털 신호 처리부인 디코딩모듈(330)로 출력된다. 이때, 병렬상관기(310)는 상관기1(311), 상관기2(312), …, 상관기M(313)로 구성되며, 본 발명에 따른 병렬상관기(310)의 상관 입력은 일반적인 기존 대역확산 신호의 탐색을 위한 상관 방식과 다르다.First, the signal received through the antenna 301 of the receiver provided in the GNSS and the spread spectrum signal acquisition device is a chip speed through the frequency down converter (302) and ADC (Analogue to Digital Converter) (303) A sampled signal obtained by sampling at a sampling frequency twice as high as a chip rate is input to the signal search unit 300. In general, since the code phase of the signal received at the receiver is searched in units of 0.5 chips, it is assumed in the present invention that the output of the ADC 303 is sampled at 2 chips per chip. The signal input to the signal search unit 300 is first passed through a parallel correlator 310 composed of M correlators and then output to a decoding module 330 which is a digital signal processor as a correlation output of each correlator. At this time, the parallel correlator 310 correlator 1 (311), correlator 2 (312),. Correlator M (313), the correlator input of the parallel correlator 310 according to the present invention is different from the correlation scheme for the search for a conventional conventional spread signal.

이하, 본 발명에 따른 압축감지 기법으로 GPS 또는 대역확산 신호의 측정치를 얻어내는 구체적인 과정을 설명한다.Hereinafter, a specific process of obtaining a measurement value of a GPS or spread spectrum signal by the compression detection technique according to the present invention will be described.

일반적으로 대역확산 신호를 탐지하기 위한 상관기(correlator)는 내부적으로 생성한 신호와 수신되는 신호간의 상관을 수행하는데, 상기 내부적으로 생성한 신호는 수신되는 신호가 갖는 확산코드(spreading code)와 동일한 확산코드로 이루어진 신호이다. 병렬상관기를 구비한 수신기는 상기 내부 발생 신호로 서로 다른 시간 지연(코드위상)을 갖는 다수개의 확산코드 신호를 만들어 각각의 신호와 수신신호간에 상관을 수행한다.In general, a correlator for detecting a spread spectrum signal performs a correlation between an internally generated signal and a received signal, and the internally generated signal has the same spreading code as a spreading code of the received signal. A signal made up of a code. A receiver having a parallel correlator generates a plurality of spreading code signals having different time delays (code phases) from the internally generated signals and performs correlation between each signal and the received signal.

그러나, 본 발명에 따른 상관 방식은 수신되는 신호와 내부적으로 만들어진 특별한 신호 간의 상관을 수행한다. 상기 특별한 신호는 A 행렬의 각 행이며 A 행렬은 [M × L]의 크기를 갖는다. 상기 내부적으로 만들어진 특별한 신호는 신호생성기블록(320)를 거쳐서 만들어지는 신호로서, 다음과 같은 과정을 통하여 만들어진다. 이때, 신호생성기블록(320)은 PN생성기(322), Ψ생성기(323), Φ생성기(324), A생성기(325)로 구성될 수 있다.However, the correlation scheme according to the invention performs a correlation between the received signal and a special signal produced internally. The particular signal is each row of the A matrix and the A matrix has a magnitude of [M × L]. The internally generated special signal is a signal generated through the signal generator block 320 and is made through the following process. At this time, the signal generator block 320 may be composed of a PN generator 322, Ψ generator 323, Φ generator 324, A generator 325.

먼저, 블록321의 정보는 A행렬을 만들기 위한 기본 정보 (A행렬의 크기 및 확산코드 정보)를 포함하는 것으로 신호생성기(320)으로 전달되며, F=1의 값으로 시작한다. 블록321의 정보를 기반으로 PN생성기(322)는 획득(Acquisition)하려는 신호의 확산코드(spreading code) 신호를 발생시킨다. 확산코드의 발생은 일반적으로 LFSR(Linear Feedback Shift Register)을 이용하여 구현된다. PN생성기(322)를 거쳐 Ψ생성기(323)에서 만들어지는 행렬 Ψ는 도플러 주파수

Figure pat00001
(F는 도플러 주파수 인덱스)를 갖는 확산코드 신호의 상관행렬(Correlation Matrix)로서 다음 수학식 1과 같은 압축 행렬로 나타낼 수 있다.First, the information in block 321 is transmitted to the signal generator 320 as including basic information (matrix size of A matrix and spreading code information) for making A matrix, and starts with a value of F = 1. Based on the information in block 321, the PN generator 322 generates a spreading code signal of the signal to be acquired. Generation of spreading codes is generally implemented using a linear feedback shift register (LFSR). The matrix Ψ produced by Ψgenerator 323 via PN generator 322 is the Doppler frequency.
Figure pat00001
F is a correlation matrix of a spreading code signal having a Doppler frequency index and may be represented by a compression matrix shown in Equation 1 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, Ψ1, Ψ2는 다음과 같다.Where Ψ 1 and Ψ 2 are as follows.

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 1에서 p[k]는 탐색하려는 신호의 확산코드(spreading code)의 k번째 칩(코드)의 값(k=1,2,3,...N)으로서 +1 또는 -1의 값을 갖는다. 여기서 N(>>1)은 확산코드의 한 주기에 해당하는 코드 개수이다. (참고로, GPS L1신호의 C/A 코드는 알려진 바와 같이, N=1023이며, IS-95 (CDMA) 방식의 이동통신에서는 N=32768이며 3세대 이동통신 WCDMA에서는 38400이다.) 수학식 1에서 p[k]가 2개씩 반복되어 있는 이유는 수신기가 수신된 신호로부터 칩당 2개의 샘플(2 samples per chip)을 만들어내는 것에 동기를 맞추기 위해서이다. 즉, 확산코드 1칩의 시간 길이를

Figure pat00004
라고 할 때(Rc는 chip rate), 상기 Ψ1의 각 행은 0.5Tc 단위의 서로 다른 코드(위상)지연을 갖는 확산코드를 나타낸다. 상기 Ψ1은 크기 [L×L]을 가지며, 이하 L=2N을 나타낸다. 또한,
Figure pat00005
는 현재 탐색하고자 하는 수신신호의 도플러 주파수를 나타내며, F는 탐색하고자 하는 도플러 주파수의 정수 인덱스로서,
Figure pat00006
를 가장 작은 도플러 주파수 값이라고 할 때, 미리 정해진 작은 주파수 간격
Figure pat00007
에 대하여
Figure pat00008
로 나타낸다. 이렇게 F를 증가시켜 다양한 도플러 주파수를 탐색하려는 이유는 지상 수신기에 수신되는 위성 신호의 도플러 주파수를 처음부터 정확히 예측할 수 없기 때문이다. 일반적으로 지상 GPS 수신기가 탐색하는 도플러 주파수 범위는 주로 -5KHz에서 +5KHz까지 10KHz 대역이고 1ms의 상관길이(correlation length)를 가정할 때
Figure pat00009
가 500Hz가 되므로,
Figure pat00010
를 -5KHz로 한다면 F는 0~21까지의 정수 값을 갖는다. 그러나,
Figure pat00011
의 값은 수신기의 상관길이(correlation length)에 따라서 달라지므로 (반비례) 이하에서는 F=1,2,3,…, Fmax로 표현한다.In Equation 1, p [k] is the value of the kth chip (code) of the spreading code of the signal to be searched (k = 1, 2, 3, ... N), and a value of +1 or -1. Has Where N (>> 1) is the number of codes corresponding to one period of the spreading code. (For reference, the C / A code of the GPS L1 signal is known as N = 1023, N = 32768 in IS-95 (CDMA) mobile communication, and 38400 in 3G mobile communication WCDMA.) The reason why p [k] is repeated two times in order to synchronize the receiver to generate two samples per chip from the received signal. That is, the time length of one chip of the spreading code
Figure pat00004
(R c is the chip rate), each row of Ψ 1 is 0.5T c Represents a spreading code with different code (phase) delays in units. Ψ 1 has a size [L × L], hereinafter L = 2N. Also,
Figure pat00005
Is the Doppler frequency of the received signal to be searched, F is the integer index of the Doppler frequency to be searched,
Figure pat00006
Is the smallest Doppler frequency value, the predetermined small frequency interval
Figure pat00007
about
Figure pat00008
Respectively. The reason for increasing the F to search for various Doppler frequencies is because it is impossible to accurately predict the Doppler frequencies of satellite signals received from terrestrial receivers from the beginning. In general, the Doppler frequency range searched by terrestrial GPS receivers is mainly in the 10KHz band from -5KHz to + 5KHz and assumes a correlation length of 1ms.
Figure pat00009
Becomes 500 Hz,
Figure pat00010
If is set to -5KHz, F has an integer value from 0 to 21. But,
Figure pat00011
Since the value of depends on the correlation length of the receiver (inversely), F = 1,2,3,. Expressed as F max .

기존의 일반적인 수신기에서의 병렬상관기(Parallel Correlators)는 상기 Ψ1의 각 행(row)과 같은 길이의 수신 신호 샘플을 입력 받아 두 입력 간의 상관을 수행한다. 또한, 본 발명의 일반적인 GNSS 수신기의 구현 예에 적용한다면 상기 Ψ=Ψ1으로만 사용하고 Ψ2는 GNSS 수신기의 RF 블록에서 수신되는 신호에 직접 곱해지는 형태로 활용할 수 있어서 상기 Ψ=Ψ1만을 가정할 수 있다.(즉, Ψ2 의 역할은 수신되는 GNSS 신호의 도플러 주파수를 보정하는 것이므로 RF 수신부에서 전처리를 통하여 구현할 수 있다.) 그러나, 본 발명의 일실시예(도 3)에 따른 압축 감지 기법을 이용한 GNSS 또는 대역확산 신호의 신호탐색부(300) 구현에 있어서 각 병렬상관기(310)에 입력되는 내부 발생 신호는 A생성기(325)를 통해 생성되는 것으로, A생성기(325)는 위에서 만들어진 상관행렬 Ψ와 다음 수학식 2의 Φ생성기(324)에서 생성된 측정행렬 Φ의 행렬 곱으로 만들어진다.Parallel correlators in conventional receivers receive received signal samples of the same length as each row of Ψ 1 and perform correlation between the two inputs. In addition, if applied to the embodiment of the general GNSS receiver of the present invention, only Ψ = Ψ 1 and Ψ 2 can be utilized in the form of being directly multiplied by the signal received in the RF block of the GNSS receiver, so that only Ψ = Ψ 1 is used. (I.e., the role of Ψ 2 is to correct the Doppler frequency of the received GNSS signal so that the RF receiver can be implemented through preprocessing.) However, the compression according to an embodiment of the present invention (Fig. 3) is performed. In the implementation of the signal search unit 300 of the GNSS or spread spectrum signal using a detection technique, an internally generated signal input to each parallel correlator 310 is generated through the A generator 325, and the A generator 325 is The correlation matrix Ψ is made and the matrix product of the measurement matrix Φ generated in the Φ generator 324 of the following equation (2).

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서, 행렬 Φ1의 m1번째 행과 번째 열에 위치한 원소 값과 Φ2의 m2번째 행과 번째 열에 위치한 원소 값은 다음과 같이 표현된다.Here, matrix m 1 th row and l-th column in the element value and the m-th row and l 2 in the second column the value of the elements of Φ 2 Φ 1 is expressed as follows.

Figure pat00013
Figure pat00013

그리고,

Figure pat00014
,
Figure pat00015
(여기서, M01 및 M02는 양의 정수),
Figure pat00016
는 0보다 큰 실수(주로 3~7 사이의 값)이고, WHM1는 [M1×M1]의 크기를 갖는 Walsh-Hadamard 행렬이며
Figure pat00017
는 천장값함수(ceil function)이다. 따라서 Φ1은 [M1×M1] 크기의 월쉬(Walsh) 행렬의 각 열(column)이 β번 연속으로 반복된 형태의 행렬이다. 예를 들어 β=8이고 L=2046인 경우, M1=256가 되므로 Φ1은 다음과 같이 구해진다. (일반적으로
Figure pat00018
을 사용한다.)And,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
Where M 01 and M 02 are positive integers,
Figure pat00016
Is a real number greater than 0 (usually between 3 and 7), and WH M1 is a Walsh-Hadamard matrix with the size [M 1 × M 1 ]
Figure pat00017
Is the ceiling function. Therefore, Φ 1 is a matrix in which each column of the Walsh matrix having the size [M 1 × M 1 ] is repeated β times in succession. For example, when β = 8 and L = 2046, since M 1 = 256, Φ 1 is obtained as follows. (Generally
Figure pat00018
Is used.)

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서, wi는 임의의 월쉬코드 인덱스 (1≤Wi≤M1)이며 wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 월쉬코드 열(column) Wwi는 [M1×1]의 크기를 갖는다. 또한, 마지막 열에 있는 월쉬코드

Figure pat00020
은 Φ1의 열 개수에 맞추기 위하여 β보다 작은 회수로 반복되었다. 그러나, Φ1을 이루는 월쉬코드 열들은 대부분 β번 반복된다.Here, wi is an arbitrary Walsh code index ( 1 ≦ Wi ≦ M 1 ) and the Walsh code column W wi having wi as the Walsh code index has a size of [M 1 × 1]. Also, the Walsh code in the last column
Figure pat00020
Was repeated a number less than β to match the number of columns of Φ 1 . However, most Walsh code strings forming Φ 1 are repeated β times.

결과적으로 상기 측정행렬 Φ는 [(M1+M2)×L] 크기의 행렬이 된다 (여기서, (M1+M2)<<L). 따라서, 최종 생성되는 압축감지행렬 A (=ΦΨ)는 [(M1+M2)×L]의 행렬 크기를 갖게 된다. 수신되는 신호 r(t)의 칩당 2회씩 표본화(샘플링)하여 얻은 [L×1]크기의 수신 신호를

Figure pat00021
(여기서
Figure pat00022
는 transpose)라고 할 때, M(=M1+M2)개의 병렬상관기(310)를 구성하는 각 상관기(311~313)는 상기 압축감지행렬 A의 모든 행(row)과 수신되는 신호 간의 상관을 수행하여 측정치(Y)를 얻는다. 즉, 측정치 벡터는 Y=AX으로서, Y는 [(M1+M2)×1]의 크기를 갖는다.As a result, the measurement matrix Φ becomes a matrix of size [(M 1 + M 2 ) × L] (wherein (M 1 + M 2 ) << L). Therefore, the finally generated compression sensing matrix A (= ΦΨ) has a matrix size of [(M 1 + M 2 ) × L]. The received signal of [L × 1] size obtained by sampling (sampling) twice per chip of the received signal r (t)
Figure pat00021
(here
Figure pat00022
Is a transpose, each correlator 311 to 313 constituting M (= M 1 + M 2 ) parallel correlators 310 correlates between all rows of the compression sensing matrix A and the received signal. Is performed to obtain the measured value Y. That is, the measurement vector is Y = AX, and Y has a size of [(M 1 + M 2 ) × 1].

상기 샘플링된 수신신호 X에 대한 Ψ의 상관 출력을 X1이라고 표현하면, (M1+M2)개의 병렬상관기의 출력 Y는 수학식 3으로 표현된다.When the correlation output of Ψ with respect to the sampled received signal X is expressed as X 1 , the output Y of the (M 1 + M 2 ) parallel correlators is represented by Equation 3 below.

Figure pat00023
Figure pat00023

도 3과는 달리 도 4에 도시한 본 발명의 제2실시예에 있어서, 구현 알고리즘에 따라서 A의 (M1+M2)개의 행을 모두 사용하지 않고, A의 M1개의 행만을 먼저 사용하여 도플러 주파수와 대강의 코드위상(approximate code phase)를 추정하고 나중에 A의 나머지 M2개의 행을 사용함으로써 좀더 빠르게 신호 탐색을 수행하는 것도 가능하다. 즉, Φ1Ψ으로 만들어진 M1개의 행을 서로 다른 도플러 주파수에 대한 측정치 Y1(F) (=도플러 주파수

Figure pat00024
에서의 Y1측정치)을 얻는데 사용하고, 모든 도플러 주파수에 대하여 얻어진 Fmax개의 Y1으로부터 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정한 후, 추정된 도플러 주파수에 대해서만 Φ2Ψ로부터 얻은 M2개의 행을 이용하여 Y2을 얻어 보다 정확한 코드위상을 추정해낸다. 이렇게 되면, 도 3의 방식 (모든 도플러 주파수에 대하여 (M1+M2)개의 측정치 Y을 얻는 방식)과는 달리 모든 도플러 주파수에 대하여 M1개의 측정치 Y1을 얻고 최종 추정된 도플러 주파수와 대략적 코드 위상 지연 값에 대해서만 1회에 한하여 M2개의 측정치 Y2을 얻는다. 따라서, 전자의 경우 총합 (M1+M2)Fmax번의 상관함수를 구동해야 하지만, 후자의 경우에는 총합 M1Fmax+M2번의 상관함수를 구동하는 것이 가능하다.Unlike FIG. 3, in the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4, only M 1 rows of A are used first without using all (M 1 + M 2 ) rows of A according to an implementation algorithm. It is also possible to estimate the Doppler frequency and approximate code phase and perform signal search faster by using the remaining M 2 rows of A later. That is, M 1 rows made of Φ 1 Ψ measured for different Doppler frequencies Y 1 (F) (= Doppler frequency
Figure pat00024
Was used to obtain the Y 1 measurement) in, and estimates a received signal and the frequency is closest to the Doppler frequency from the F max of Y 1 obtained for all Doppler frequencies, only the estimated Doppler frequency obtained from Φ 2 Ψ M 2 Use Y rows to get Y 2 to estimate the more accurate code phase. This results in M 1 measurements Y 1 for all Doppler frequencies and approximate the final estimated Doppler frequency, unlike the scheme of FIG. 3 (where (M 1 + M 2 ) measurements Y are obtained for all Doppler frequencies). M 2 measurements Y 2 are obtained only once for the code phase delay value. Therefore, in the former case, the correlation function of the total (M 1 + M 2 ) F max times must be driven, while in the latter case, the correlation function of the total M 1 F max + M 2 times can be driven.

기존의 일반적인 병렬상관기를 사용하는 수신기는 모든 도플러 주파수 (총 Fmax개)에 대하여 L(=2N)개의 병렬상관기를 모두 사용하여 총합 LFmax개의 상관 측정치(correlation measurement)를 얻어야 하지만, 본 발명에 따른 압축감지 기술을 이용한 신호탐색부(300)에서는 최소 M1Fmax+M2개의 병렬 압축상관기만으로 측정치를 얻는 것으로도 같은 기능을 수행할 수 있다는 것이다(여기서, M1, M2<<L). 본 발명에서 M1 및 M2는 L의 10~25%의 작은 값이므로 본 발명에 따른 수신기는 기존의 일반적인 수신기보다 약 4~10배 가량 적은 수의 병렬상관기를 사용하여 수신되는 GNSS(GPS) 또는 대역확산(Spread Spectrum)방식의 통신신호를 탐지하고 획득할 수 있다.Conventional receivers using conventional parallel correlators should use L (= 2N) parallel correlators for all Doppler frequencies (F max total) to obtain a total of LF max correlation measurements. in the signal search section 300 using a compression technique in accordance with detected that it can also perform the same function as a measure for obtaining a minimum M 1 + M 2 F max parallel compression Any deception (wherein, M 1, M 2 << L). In the present invention, since M 1 and M 2 is a small value of 10-25% of L, the receiver according to the present invention receives GNSS (GPS) received using about 4-10 times fewer parallel correlators than conventional receivers. Alternatively, a spread spectrum communication signal may be detected and acquired.

예를 들어 수신되는 GPS신호에서 도플러 주파수에 의한 주파수 오차가 없다고 가정하면 (또는 수신기가 수신 신호의 도플러 주파수에 맞는 주파수를 선택한 경우), X1(=ΨX)는 기존 수신기에서 사용하는 L개의 병렬상관기 출력으로 볼 수 있으므로 벡터 X1 (크기 [L×1])의 대부분의 원소(element)들은 작은 절대 값을 갖게 되며, L개 중에서 오직 3개의 연이은 원소들이 특별히 큰 절대 값을 갖는다(그 중에서도 중간의 값이 가장 큰 삼각형 형태의 값을 갖는다). 예를 들면,

Figure pat00025
과 같은 형식이 된다. 여기서, α는 수신 신호의 강도에 관계되는 실수이며 θ는 신호의 주파수 위상으로
Figure pat00026
이다. (만약, 칩 당 1회의 샘플링 주파수를 갖는 수신기라면 상기 L의 크기는 2N이 아니라 N이 되며 X1의 원소들 중에서는 3개가 아닌 오직 1개의 원소만이 특별히 큰 절대 값을 갖는다.) 상기 절대 값이 작은 값들을 v로 표현하고 절대 값이 큰 연이은 값들을
Figure pat00027
로 표현하면 X1은 v와 V가 섞여있는 벡터가 된다. 이때, 수신기는 X1벡터에서 원소 V2가 위치한 인덱스(index)
Figure pat00028
를 찾아냄으로써 코드위상 탐색을 완료하게 된다. (이하의 설명에서 V2의 인덱스 값을
Figure pat00029
라고 표시한다. 또한 수신기가 예측한 도플러 주파수가 수신되는 신호의 도플러 주파수와 맞지 않는 경우에는 신호 상관도가 낮아지므로 X1의 모든 요소의 값이 v로 표현될 수 있다.) 압축감지 기술을 사용하지 않고 병렬상관기를 구비한 일반적인 수신기에서는 상관행렬 Ψ만을 사용하므로 L개의 상관기 출력 X1에서 단순히 가장 절대 값이 큰 원소를 찾고 그 원소의 인덱스(index)
Figure pat00030
를 찾는다.For example, suppose there is no frequency error due to the Doppler frequency in the received GPS signal (or if the receiver selects a frequency that matches the Doppler frequency of the received signal), then X 1 (= ΨX) is the L parallels used by the existing receiver. As seen from the correlator output, most elements of the vector X 1 (size [L × 1]) have a small absolute value, with only three consecutive elements of L having a particularly large absolute value (among others). The middle value has the largest triangle value). For example,
Figure pat00025
Is of the form Where α is a real number related to the strength of the received signal and θ is the frequency phase of the signal
Figure pat00026
to be. (If a receiver has one sampling frequency per chip, the size of L is N, not 2N, and only one element of X 1 has a particularly large absolute value, not three.) Represent successive values with small values as v and absolute values
Figure pat00027
X 1 is a mixture of v and V. In this case, the receiver is an index (index) where the element V2 is located in the X 1 vector
Figure pat00028
The code phase search is completed by finding. (In the description below, the index value of V2
Figure pat00029
Is displayed. In addition, if the Doppler frequency predicted by the receiver does not match the Doppler frequency of the received signal, the signal correlation becomes low, so the values of all elements of X 1 can be expressed as v.) Parallel correlation without using a compression detection technique. In general, a receiver with a group uses only the correlation matrix Ψ and simply finds the element with the largest absolute value in the L correlator outputs X 1 and indexes the element.
Figure pat00030
Find it.

이하, 본 발명에 따른 압축감지 기법으로 얻어진 GNSS 또는 대역확산 신호의 측정치로부터 신호 획득에 필요한 정보 (GPS의 경우 수신 신호의 코드 위상 값과 도플러 주파수 값, 대역확산방식의 이동통신 시스템인 경우 수신 신호의 코드 위상 값)를 얻어내는 디코딩모듈(330)의 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, information necessary for signal acquisition from a measurement value of a GNSS or a spread spectrum signal obtained by a compression sensing technique according to the present invention (for GPS, a received signal in case of a mobile communication system having a code phase value, a Doppler frequency value of a received signal, and a spread spectrum method) The algorithm of the decoding module 330 that obtains the code phase value of &quot;

먼저, 도 3의 제1실시예는 탐색하려는 도플러 주파수(인덱스 F로 표현)에 대하여 A행렬의 각 행(총 M개 행)을 병렬상관기(310)의 각 상관기(311, 312, 313)에 입력하여 수신되는 샘플 신호(sampled signal)와의 상관을 수행함으로써 M개의 상관출력 Y(1~M|F)를 얻은 후에

Figure pat00031
으로부터 도플러 주파수와 대략적인 코드위상 값을 얻고
Figure pat00032
로부터 정확한 코드위상을 얻는 방식이다. 제일 먼저, FWHT(Fast Walsh Hadamard Transform)함수(331)는 (탐색하는 도플러 주파수 값을 사용한 Ψ를 이용하여 얻어진 A로 측정한) M개의 병렬상관기(310) 상관출력 Y(크기 [M×1])를 입력 받고 그 중 Y1에 대한 M1개 FWHT (M1 point-FWHT)를 수행하여 M1개 결과 값을 얻고 그 결과 값에 절대값을 취하여 M1개의 Z1(F,wi)을 얻는다. (여기서 Z1(F,wi)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M1개의 FWHT 출력 결과에 대한 인덱스 1≤wi≤M1를 나타낸다.) 상기 M1개의 출력 Z1(F,wi) (1≤wi≤M1)은 제1차판정함수(332)에서 미리 설정된 제1임계치(TH1)과 비교되어 제1임계치(TH1) 이상이 되는 출력 Z1(F,wi)이 있는지 판단한다. 만일 제1차판정함수(332)의 판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 없는 경우 도플러주파수조절함수(335)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 병렬상관기(310) 출력Y(1~M|F)을 얻는다. 만일 제1차판정함수(332)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 존재하는 경우, 그 FWHT 출력 인덱스 wi를 Wi로 지정한다. 상세탐지함수(333)은 다음의 세 가지 입력: (1) FWHT함수(331)으로부터 Y2를 (2) 제1차판정함수(332)로부터 Wi를 (3) 상기 신호생성기(320)으로부터
Figure pat00033
를 입력 받는다. 상세탐지함수(333)은 제일 먼저 입력 받은 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로하는 집합 Iw를 계산한다.First, in the first embodiment of FIG. 3, each row of the matrix A (total M rows) with respect to the Doppler frequency (expressed by the index F) to be searched is assigned to each correlator 311, 312, and 313 of the parallel correlator 310. After M correlation outputs Y (1 ~ M | F) are obtained by performing correlation with the sampled signal input and received
Figure pat00031
From the Doppler frequency and the approximate code phase
Figure pat00032
This is how to get the correct code phase from. Firstly, the Fast Walsh Hadamard Transform (FWHT) function 331 is the correlation output Y of M parallel correlators 310 (measured with A obtained using Ψ using Doppler frequency values to search). ) And M 1 FWHT (M 1 for Y 1 ) point-FWHT) to obtain the M 1 result and take the absolute value of the M 1 to obtain Z 1 (F, wi). (Wherein Z 1 (F, wi) represents the index to the index 1≤wi≤M 1 F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The outputs M 1 Z 1 (F, wi) (1≤wi≤M 1) is that the first decision function (332) a first threshold (TH 1) is compared with the first threshold value becomes equal to or greater than the output (TH 1) Z 1 (F, wi) preset in To judge. If the first difference is determined to go to board formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 335. If not satisfying the function 332, the Doppler frequency index Is increased by 1 to obtain parallel correlator 310 output Y (1 ~ M | F) for another Doppler frequency signal. If there exists Z 1 (F, wi) that satisfies the first decision formula (Z 1 (F, wi)> TH 1 ) of the first decision function 332, the FWHT output index wi is designated as Wi. do. The detailed detection function 333 has three inputs: (1) Y 2 from the FWHT function 331, (2) Wi from the first decision function 332, and (3) from the signal generator 320.
Figure pat00033
Get input. The detailed detection function 333 first calculates a set Iw having all (maximum β) column indices of Φ 1 having Wi as the Walsh code index as an element.

(여기서, 집합 Iw는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.Here, the set Iw can be expressed as Equation 4.

Figure pat00034
Figure pat00034

이때, 집합 Iw는 [1,L]사이의 연속된 최대 β개 값들을 갖는다.At this time, the set Iw has a maximum maximum β values between [1, L].

그리고, 상세탐지함수(333)은 Y2

Figure pat00035
간의 상관(correlation)을 수행하고 그 상관 결과들의 절대 값을 취하여 Z2(F,k)를 얻는다. (경우에 따라서는 잡음(Noise)의 영향으로 상기 Wi가 Nw(>1)개 발견될 수 있는데 이때, Iw는 모든 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 Nw×β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로 하는 집합이 된다.) 상기 상세탐지함수(333)의 출력은 제2차판정함수(334)로 전달되어 미리 설정된 제2임계치(TH2)에 대하여 제2차판정식 (Z2(F,k)>TH2)을 만족하는 k를 찾는다. 이때, 제2차판정식을 만족하는 Z2(F,k)가 발견되면 제2차판정함수(334)는 그 인덱스 k를 현재 수신되는 신호의 코드위상(code phase) 추정 값
Figure pat00036
으로 출력하고 현재 탐색한 도플러 주파수를 실제 수신신호의 도플러 주파수 추정 값
Figure pat00037
으로 출력한다. 상기 제2차판정함수(334)에서 제2차판정식을 만족하는 Z2(F,k)가 발견되지 않는 경우에, 도플러주파수조절함수(335)로 진행하여 탐색하려는 도플러 주파수를 바꿔 새로운 도플러 주파수에서 위의 신호탐색 과정을 반복 수행한다.And, the detailed detection function 333 is Y 2 and
Figure pat00035
Correlation is performed and Z 2 (F, k) is obtained by taking absolute values of the correlation results. (In some cases, due to the influence of noise, Nw (> 1) Wis may be found, where Iw is an index of all (up to Nw × β) columns of Φ 1 having all Wis as Walsh code indices.) And the output of the detailed detection function 333 is transferred to the second determination function 334 so as to generate a second threshold value TH 2 for a preset second threshold value TH 2 . Find k that satisfies (Z 2 (F, k)> TH 2 ). At this time, if Z 2 (F, k) is found that satisfies the second decision equation, the second decision function 334 uses the index k to estimate the code phase of the currently received signal.
Figure pat00036
Doppler frequency estimate of the actual received signal
Figure pat00037
Will output If Z 2 (F, k) that satisfies the second decision equation is not found in the second decision function 334, the Doppler frequency control function 335 is performed to change the Doppler frequency to be searched to change the new Doppler frequency. Repeat the above signal search process.

상기 도 3에 대한 본 발명의 제1실시예는 모든 도플러 주파수에 대하여 매번 크기 [M×1]의 상관출력 Y를 얻지만, 제1판정함수(332)에서는 Y1만을 이용하여 판정을 수행하므로 Y2는 제1판정식을 만족하는 경우에만 상세탐지함수(333)에 입력된다. 따라서, 대부분의 경우 Y2는 사용되지 않고 도플러 주파수

Figure pat00038
가 실제 수신되는 도플러 주파수와 거의 같은 경우에만 사용된다.The first embodiment of the present invention with respect to FIG. 3 obtains a correlation output Y of magnitude [M × 1] every time for all Doppler frequencies, but the determination is performed using only Y 1 in the first determination function 332. Y 2 is input to the detailed detection function 333 only when the first determination is satisfied. Therefore, in most cases Y 2 is not used and the Doppler frequency
Figure pat00038
Is used only if is nearly equal to the actual Doppler frequency received.

이와 같은 불필요한 측정치를 줄이기 위하여, 도 4에는 본 발명의 제2실시예에 따른 신호탐색부(400)를 도시한다. 도 4의 함수 401, 402, 403, 422 및 423은 도 3의 함수 301, 302, 303, 322 및 323과 각각 동일한 기능을 수행하므로 구체적인 설명을 생략한다.In order to reduce such unnecessary measurement, Figure 4 shows a signal search unit 400 according to a second embodiment of the present invention. Functions 401, 402, 403, 422 and 423 of FIG. 4 perform the same functions as the functions 301, 302, 303, 322 and 323 of FIG.

먼저, 제1차압축감지행렬 A1생성은 다음과 같은 정보를 입력받아 시작한다. Stage를 1로 지정하고, Ψ와 Φ1의 크기를 각각 [L×L] 및 [M1×L]로 하며, 탐색하고자 하는 도플러 주파수를 정하기 위하여 도플러 주파수 인덱스 값을 지정한다(처음엔 F=1로 시작). 또한, 생성될 PN코드 정보를 지정하기 위하여 GNSS의 경우 PRN코드 번호(PRN number)를 CDMA나 WCDMA 이동통신인 경우엔 찾고자 하는 기지국의 PN코드 정보를 입력 받는다. Φ1생성기(424)는 수학식 2에 나타낸 바와 같이 [M1×M1] 크기의 월쉬(Walsh) 행렬 WHM1의 각 열(column)이 β번 연속으로 반복된 형태의 측정행렬 Φ1을 만든다. 따라서, A1생성기(425)의 출력은 제1차압축감지행렬(A1)로서 Ψ생성기(423)에서 출력된 상관행렬 Ψ와 Φ1의 곱으로 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다(여기서 Ψ는 상관행렬로서 수학식 1의 표현식에 따라 만든다).First, generation of the first compression detection matrix A 1 starts by receiving the following information. Set Stage to 1, and set Ψ and Φ 1 to [L × L] and [M 1 × L], respectively, and specify the Doppler frequency index value to determine the Doppler frequency to be searched. Start with 1). In addition, in order to specify the PN code information to be generated, the PN code information (PRN number) of the GNSS is received in the case of CDMA or WCDMA mobile communication, and receives the PN code information of the base station to be found. The Φ 1 generator 424 generates a measurement matrix Φ 1 in which each column of the Walsh matrix WH M1 having the size of [M 1 × M 1 ] is repeated β times in succession. Make. Accordingly, the output of the A 1 generator 425 may be expressed as Equation 5 as the product of the correlation matrix Ψ and Φ 1 output from the Ψ generator 423 as the first compression detection matrix A 1 (where Ψ). Is a correlation matrix, which is made according to the expression in Equation 1).

Figure pat00039
Figure pat00039

상기 제1차압축감지행렬의 각 행(row)은 도 3의 경우와 같이 [1×L]의 크기를 가지며 제1차병렬상관기(410)의 각 상관기(411, 412, 413)에 각각 입력되어 샘플링(sampling)된 수신 신호 (샘플 신호 크기= [1×L])와 상관된다. 상기 각 상관기(411, 412, 413)의 출력 Y1은 탐색하고자 하는 임의의 도플러 주파수 (인덱스 F)에 대한 제1차병렬상관기(410) 출력으로서 Y1(1~M1|F)로 표현하며 [M1×1]의 크기를 갖는다. FWHT함수(431)는 도 3의 제1실시예에서와 동일하게 Y1(1~M1|F)를 입력 받아 M1개-FWHT(M1-point Fast Walsh Hadamard Transform)를 수행하고 상기 M1개-FWHT의 M1개 출력 결과에 절대값을 취하여 Z1(F,wi)을 얻는다. (여기서 Z1(F,wi)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M1개의 FWHT 출력에 대한 인덱스 wi (1≤wi≤M1)를 나타낸다.) 상기 M1개의 결과 Z1(F,wi) (1≤wi≤M1)은 제1차판정함수(432)로 입력되어 미리 설정된 제1임계치(TH1)과 비교되어 제1임계치(TH1) 이상이 되는 Z1(F,wi)이 있는지 판정 받는다. 만일 제1차판정함수(432)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 없는 경우 도플러주파수조절함수(435)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 신호측정과 판정(함수 420, 410, 431, 432 수행)을 반복한다. 만일 제1차판정함수(432)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 존재하는 경우, 그 인덱스 wi를 Wi로 지정하고 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값

Figure pat00040
과 Wi를 블록 (451)로 출력한다. 블록 (451)에서는 상세한 코드위상(code phase) 값을 추정하기 위한 정보와 제2차압축감지행렬 A3를 생성하기 위한 몇 가지 기본 정보를 블록 (450)으로 전달한다. (경우에 따라서는 잡음(Noise)의 영향으로 상기 Wi가 Nw(>1)개 발견될 수 있는데 이때, Iw는 모든 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 Nw×β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로 하는 집합이 된다.) 상기 블록 (451)에서 블록 (450)으로 전달되는 정보는 상기 제1차판정함수(432)의 결과인 현재 탐색된 도플러 주파수 추정값
Figure pat00041
과 상기 측정행렬 Φ1에서 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 모든 (최대 β개) 열들의 열 인덱스(column indices)들의 집합(Iw), A3의 크기에 대한 정보 - M3 및 L, 그리고 PN코드생성을 위한 GNSS의 PRN정보 (CDMA 및 WCDMA이동통신의 경우 단말기가 탐색하고자 하는 PN코드 생성정보) 등으로 이루어진다. 상기 Iw는 수학식 4와 같이 만들어진다. 또한, 블록 (451)에서 변수 'Stage'는 2로 그 값이 지정된다(Stage=2). 상기 블록 (451)로부터 입력된 정보를 기반으로 A3생성블록(450)에서는 먼저 PN생성기(452)로부터 PN코드를 생성한다 (함수 422는 함수 322와 동일). 상기 생성된 PN코드와 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값
Figure pat00042
은 Ψ생성기(453)로 입력되어 도플러 주파수
Figure pat00043
에서의 상관행렬 Ψ를 만든다. 상기 블록 (451)로부터 입력된 Iw의 총 원소 개수를 NI라고 할 때, Iw는 Φ3생성기(454)로 입력되고 측정행렬 Φ3는 [M3×L]의 크기를 가지며 (여기서 M3=2x로서 x는
Figure pat00044
가 되는 최소 양의 정수(smallest positive integer)) 다음과 같이 만들어진다. 측정행렬 Φ3는 Iw의 원소 값을 인덱스로 갖는 열(column)을 제외한 모든 열(column)이 제로벡터(0)로 구성되어 있으며, 나머지 열(column)들은 길이 M3의 서로 다른 월쉬코드를 열로 갖는다. 따라서, Φ3의 m3번째 행과 l번째 열
Figure pat00045
은 다음과 같이 표현된다.Each row of the first compression detection matrix has a size of [1 × L] as shown in FIG. 3 and is input to each correlator 411, 412, 413 of the first parallel correlator 410, respectively. It is correlated with the sampled received signal (sample signal magnitude = [1 × L]). The output Y 1 of each correlator 411, 412, 413 is the output of the first parallel correlator 410 for any Doppler frequency (index F) to be searched, and is expressed as Y 1 (1 to M 1 | F). Has a size of [M 1 × 1]. FWHT function 431 is equal to Y 1 (1 ~ M 1 | F) in the first embodiment of Figure 3 receives the M 1 perform gae -FWHT (M 1 -point Fast Walsh Hadamard Transform), and the M Z 1 (F, wi) is obtained by taking the absolute value of M 1 output of 1 -FWHT. (Wherein Z 1 (F, wi) represents an index wi (1≤wi≤M 1) for index F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The results M 1 Z 1 (F, wi) (1≤wi≤M 1) is the first decision function (432) is input to a preset first threshold (TH 1) and the first threshold (TH 1) or more Z 1 (F compared, wi Is determined. If the first proceeds to the first chapan formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 435. If not satisfying the difference determination function 432 doppler The frequency index is increased by 1 to repeat the signal measurement and determination (perform functions 420, 410, 431, 432) for the other Doppler frequency signals. If there exists Z 1 (F, wi) that satisfies the first decision formula (Z 1 (F, wi)> TH 1 ) of the first decision function 432, the index wi is designated as Wi and the current Searched Doppler Frequency Estimates
Figure pat00040
And Wi to block 451. In block 451, information for estimating a detailed code phase value and some basic information for generating a second compression detection matrix A 3 are passed to block 450. (In some cases, due to the influence of noise, Nw (> 1) Wis may be found, where Iw is an index of all (up to Nw × β) columns of Φ 1 having all Wis as Walsh code indices.) Information transmitted from the block 451 to the block 450 is a current searched Doppler frequency estimate that is a result of the first decision function 432.
Figure pat00041
And information on the size of the column indices (Iw), A 3 of all (maximum β) columns having Wi as the Walsh code index in the measurement matrix Φ 1 , M 3 and L, and the PN code. PRN information of the GNSS for generation (in the case of CDMA and WCDMA mobile communication, PN code generation information to be searched by the terminal). The Iw is made as shown in Equation 4. Also, in block 451 the variable 'Stage' is assigned a value of 2 (Stage = 2). Based on the information input from the block 451, the A 3 generation block 450 first generates a PN code from the PN generator 452 (function 422 is the same as function 322). The generated PN code and the estimated Doppler frequency estimate
Figure pat00042
Is input to generator 453 so that the Doppler frequency
Figure pat00043
Create a correlation matrix Ψ at. When the total number of elements of Iw input from the block 451 is N I , Iw is input to the Φ 3 generator 454 and the measurement matrix Φ 3 has a size of [M 3 × L] (where M 3 = 2 x where x is
Figure pat00044
Where the smallest positive integer is The measurement matrix Φ 3 consists of zero vectors ( 0 ) of all columns except the column whose element value of Iw is an index, and the rest of the columns are different Walsh codes of length M 3 . Have with heat. Therefore, the Φ 3 3 m-th row and l-th column
Figure pat00045
Is expressed as:

Figure pat00046
Figure pat00046

여기서, WHM3는 [M3×M3]의 크기를 갖는 Walsh-Hadamard 행렬이다. 예를 들어,

Figure pat00047
이고, Wi가 2인 경우,
Figure pat00048
이 되며, Φ3는 다음과 같다.Here, WH M3 is a Walsh-Hadamard matrix having a size of [M 3 × M 3 ]. E.g,
Figure pat00047
, If Wi is 2,
Figure pat00048
Φ 3 is as follows.

Figure pat00049
Figure pat00049

여기서,

Figure pat00050
은 WHM3의 n번째 열을 나타낸다.here,
Figure pat00050
Represents the nth column of WH M3 .

최종적으로 A3생성기(455)에서는 제2차압축감지행렬 A3를 측정행렬 Φ3과 상관행렬 Ψ의 곱으로 만든다

Figure pat00051
. 상기 제2차압축감지행렬 A3의 모든 행(row)들은 제2차병렬상관기(440)으로 입력되어 A3의 각 행(row)과 수신된 샘플 신호간의 상관이 수행되고 그 병렬 상관의 결과로 (현재 탐색하는 도플러 주파수
Figure pat00052
와 수신 신호의 코드위상
Figure pat00053
의 대략적 추정을 Iw 구간 내로 가정했을 때의) 압축감지 측정치 Y3를 얻는다. (여기서 Y3는 크기 [M3×1]를 가지며 Y3(1~M3|F,Iw)과 같이 표현할 수 있다. 또한, 상기 제2차병렬상관기(440)은 앞의 제1차병렬상관기(410)으로 대체될 수 있다.) 상기 출력 Y3는 다시 FWHT함수(431)로 입력되고 FWHT함수(431)은 M3개-FWHT (M2-point Fast Walsh Hadamard Transform)를 수행하고 상기 FWHT함수(431)의 M3개 출력 결과에 절대값을 취하여 M3개의 Z3(F,k)를 얻는다. (여기서 Z3(F,k)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M3개의 FWHT 출력의 인덱스 1≤k≤M3를 나타낸다.) 상기 M3개의 결과 Z3(F,k)는 제2차판정함수(434)에서 미리 설정된 제2임계치(TH3)과 비교되어 제2임계치(TH3) 이상이 되는 결과 Z3(F,k)가 있는지 판단한다. 만일 제2차판정함수(434)의 제2차판정식(Z3(F,k)>TH3)을 만족하는 Z3(F,k)가 없는 경우 도플러주파수조절함수(435)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 신호측정과 판정을 다시 반복한다(함수 420, 410, 431, 432를 수행). 만일 제2차판정함수(434)의 제2차판정식(Z3(F,k)>TH3)을 만족하는 Z3(F,k)가 존재하는 경우, 그 FWHT 출력 인덱스 k를 현재 수신되는 신호의 코드위상(code phase) 추정치
Figure pat00054
로 지정하고 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값
Figure pat00055
Figure pat00056
를 최종 신호 획득 결과로 출력한다.Finally, the A 3 generator 455 makes the second compression detection matrix A 3 the product of the measurement matrix Φ 3 and the correlation matrix Ψ.
Figure pat00051
. All rows of the second compression detection matrix A 3 are input to the second parallel correlator 440 to perform correlation between each row of A 3 and the received sample signal and as a result of the parallel correlation. Doppler frequency currently searching
Figure pat00052
And phase of received signal
Figure pat00053
The compression detection measurement Y 3 , assuming an approximate estimate of in the Iw interval, is obtained. (Wherein Y 3 has a size [M 3 × 1] and may be expressed as Y 3 (1 to M 3 | F, Iw). Also, the second parallel correlator 440 may be the first parallel correlator 440). 410). The output Y 3 is input again to the FWHT function 431, and the FWHT function 431 performs M 3 -FWHT (M 2 -point Fast Walsh Hadamard Transform) and the FWHT function. M 3 Z 3 (F, k) is obtained by taking the absolute value of the M 3 output results of (431). (Wherein Z 3 (F, k) represents the index of the index F 1≤k≤M 3 and M 3 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The results M 3 Z 3 (F, k) is the a second threshold previously set in the second function determination (434) (TH 3) that is the second threshold value (TH 3) above are compared to the results to determine if the Z 3 (F, k). Ten thousand and one second control proceeds to the second chapan formal (Z 3 (F, k) > TH 3) Z 3 when there is no (F, k), the Doppler frequency adjustment function (435) that satisfies the difference determination function 434 doppler The frequency index is increased by 1 to repeat the signal measurement and determination on another Doppler frequency signal (perform functions 420, 410, 431, 432). If there exists Z 3 (F, k) that satisfies the second determination formula (Z 3 (F, k)> TH 3 ) of the second determination function 434, the FWHT output index k is currently received. Code phase estimate of the signal
Figure pat00054
Doppler frequency estimate currently specified and
Figure pat00055
and
Figure pat00056
Is output as a final signal acquisition result.

유럽의 갈릴레오(Galileo)와 같은 신호의 경우, GPS에서는 X1이 신호의 코드 위상이 맞는 부분에서 삼각형의 형태를 보이지만, BOC (Binary Offset Carrier) 방식을 사용하므로 상관결과가 삼각형의 형태가 아닌 (+) 값과 (-) 값이 교차하는 sinc 함수의 형태를 띄게 된다. 도 5에는 일반적인 GPS와 Galileo신호의 상관결과를 나타낸다. 도 5에서 수평축은 수신되는 신호의 확산코드와 수신기가 내부적으로 발생시킨 확산코드의 상대적인 코드위상 차(relative code phase)이고 그 값은 칩(chip) 단위로 표현되어 있다. 본 발명에서 제시하는 GPS 및 대역확산 신호의 압축감지기술을 이용한 신호획득 기법은 일반적인 GNSS 신호에서 그대로 활용할 수 있지만, 가장 일반적인 BOC(1,1)를 사용하는 Galileo 항법위성의 신호를 획득하고자 하는 경우 0.5칩(Tc) 단위로 만들어지는 2N(=L)개의 열을 갖는 모든 측정행렬 Φ (즉, 도 3 및 도 4에서 제시한 Φ1, Φ2 및 Φ3 등)의 모든 홀수열(odd columns) 또는 모든 짝수열(even columns)에 -1을 곱하여 사용한다. 예를 들어 도 3의 구현 예로서 β=8이고 L=2046인 경우, M1=256가 되므로 Galileo 신호 획득을 위한 Φ1은 다음과 같이 구해진다.In the case of signals such as Galileo in Europe, in GPS, X 1 shows a triangular shape where the code phase of the signal fits, but since the BOC (Binary Offset Carrier) method is used, the correlation result is not triangular ( It takes the form of a sinc function where the +) and (-) values intersect. 5 shows a correlation result between a general GPS and a Galileo signal. In FIG. 5, the horizontal axis is a relative code phase difference between a spreading code of a received signal and a spreading code generated internally by a receiver, and a value thereof is expressed in units of chips. Although the signal acquisition technique using the compression detection technique of GPS and spread spectrum signal proposed in the present invention can be used as it is in the general GNSS signal, but if you want to acquire the signal of the Galileo navigation satellite using the most common BOC (1,1) All odd rows of all measurement matrices Φ (ie, Φ 1 , Φ 2 and Φ 3, etc. as shown in FIGS. 3 and 4) with 2N (= L) rows made in 0.5 chip (T c ) units multiply -1 by columns or all even columns. For example, when β = 8 and L = 2046 as an implementation example of FIG. 3, M 1 = 256, and Φ 1 for Galileo signal acquisition is obtained as follows.

Figure pat00057
또는
Figure pat00058
가 되며, 상기 도 4의 설명에서 예시한 Φ3의 구현 예에서는 다음과 같이 변형하여 사용한다.
Figure pat00057
or
Figure pat00058
In the embodiment of Φ 3 illustrated in the description of FIG. 4, the present invention is modified as follows.

Figure pat00059
또는
Figure pat00060
가 된다. 즉, 0.5칩(Tc) 단위로 L(=2N)개의 열을 갖는 측정행렬의 짝수 또는 홀수 열에 -1을 곱하여 생성한다. 따라서, BOC(1,1)를 이용하는 Galileo 신호의 경우 도 3 및 도 4의 구현에서 모든 측정행렬 Φ(Φ1, Φ2 및 Φ3 등)의 모든 홀수열(odd columns) 또는 모든 짝수열(even columns)에 -1을 곱하면 된다.
Figure pat00059
or
Figure pat00060
. That is, it is generated by multiplying -1 by an even or odd column of a measurement matrix having L (= 2N) columns in units of 0.5 chips (T c ). Thus, for Galileo signals using BOC (1,1), all odd columns or all even columns of all measurement matrices Φ (Φ 1 , Φ 2 and Φ 3, etc.) in the implementations of FIGS. even columns).

이와 같이, 본 발명의 두 가지 실시예에 따르면, 기존 A-GPS 처럼 별도의 통신 장치를 필요로 하지 않으며 기존 GNSS 및 대역확산 통신 시스템의 수신기 기술 보다 몇 배 이상 빠른 신호 탐색과 획득이 가능하여 신호 탐색과 신호 획득을 위한 수신기의 하드웨어가 크게 적게 소모되므로 최소의 시간과 하드웨어가 소요되는 비용이 최소가 되는 최적의 수신기를 구현할 수 있다.As such, according to two embodiments of the present invention, a separate communication device is not required as in the conventional A-GPS, and signals can be searched and acquired several times faster than the receiver technology of the conventional GNSS and spread spectrum communication systems. Since the hardware of the receiver for searching and signal acquisition is greatly consumed, the optimal receiver can be implemented with minimum time and hardware cost.

본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. In addition, the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

300, 400: 신호탐색부
310: 병렬상관기
320: 신호생성기
330, 430: 디코딩모듈
410: 제1차병렬상관기
440: 제2차병렬상관기
300, 400: signal search unit
310: parallel correlator
320: signal generator
330, 430: decoding module
410: first parallel correlator
440: second parallel correlator

Claims (16)

GNSS(Global Navigation Satellite System) 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호탐색부를 포함하고,
상기 신호탐색부는,
[L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 신호 생성기;
M개의 상관기(correlator)가 병렬로 구성되어 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 병렬 상관기; 및
상기 병렬 상관기의 압축 상관결과를 이용하여 상기 수신 신호의 코드 위상(code phase)과 도플러 주파수를 획득하는 디코딩 모듈
을 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
A signal search unit for searching for at least one received signal of a global navigation satellite system (GNSS) positioning signal or a spread spectrum signal,
The signal search unit,
A matrix size of [M × L] is determined by using a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] where the number of rows is smaller than the number of columns. A signal generator for generating a compression sensing matrix having;
A parallel correlator having M correlators configured in parallel to perform correlation between the received signal and the compression sensing matrix; And
A decoding module for acquiring a code phase and a Doppler frequency of the received signal using the compression correlation result of the parallel correlator
GNSS and spread spectrum signal acquisition device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 신호 생성기는,
상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 1,
The signal generator,
Generating the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
제1항에 있어서,
상기 상관 행렬의 각 행은 상기 수신 신호의 확산 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 1,
Wherein each row of the correlation matrix is made up of a spreading code having a code delay of an arbitrary unit of time equal to a spreading code signal of the received signal
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
제1항에 있어서,
상기 병렬 상관기는,
상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 압축 상관결과를 생성하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 1,
The parallel correlator,
Performing the correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal to generate the compression correlation result having a matrix size of [M × 1]
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
제4항에 있어서,
상기 압축 상관결과의 각 행은,
상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열을 상기 상관행렬과 수신 신호를 곱한 결과를 계수로 곱한 후 합하여 얻어지는 형태로서 결과적으로 측정행렬의 모든 열들의 선형 합이 되는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
5. The method of claim 4,
Each row of the compression correlation result is
Wherein the L columns of the measurement matrix are obtained by multiplying the result of multiplying the correlation matrix and the received signal by a coefficient, resulting in a linear sum of all columns of the measurement matrix.
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
제1항에 있어서,
상기 디코딩 모듈은,
모든 도플러 주파수 가설에 대하여 상기 압축 감지 행렬의 M개의 행을 상기 병렬 상관기에 입력하여 상기 병렬 상관기에서 상기 M개의 압축 상관결과를 얻은 후, 상기 병렬 상관기에서 얻어진 상기 M개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 도플러 주파수와 코드 위상을 획득하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 1,
The decoding module includes:
M rows of the compression sensing matrix are input to the parallel correlator for all Doppler frequency hypotheses to obtain the M compression correlation results in the parallel correlator, and then the received signals from the M compression correlation results obtained in the parallel correlator. Obtaining the Doppler frequency and code phase of
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
제1항에 있어서,
상기 신호 생성기는,
[M1×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M1×L]의 행렬 크기를 갖는 제1차 압축 감지 행렬을 생성하는 제1차 신호 생성기와,
[M2×L](여기서, M1+M2=M)의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M2×L]의 행렬 크기를 갖는 제2차 압축 감지 행렬을 생성하는 제2차 신호 생성기
로 구성되고,
상기 병렬 상관기는,
M1개의 상관기로 구성되어 상기 제1차 압축 감지 행렬의 M1개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제1차 병렬 상관기와,
M2개의 상관기로 구성되어 상기 제2차 압축 감지 행렬의 M2개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제2차 병렬 상관기
로 구성되는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 1,
The signal generator,
Using a measuring matrix having a matrix size of [M 1 × L] and the first signal generator for generating a first compressed sensing matrix having a matrix size of [M 1 × L],
Second order to generate a second order compression sensing matrix having a matrix size of [M 2 × L] using a measurement matrix having a matrix size of [M 2 × L], where M 1 + M 2 = M Signal generator
&Lt; / RTI &gt;
The parallel correlator,
The first parallel correlator that M is configured as a single correlation receiving the first M 1 rows in the compression sensing matrix performing a correlation with the received signal,
M consists of a group of two correlation receiving the second row of the M 2 matrix compression sensing the second parallel correlator for performing a correlation with the received signal
GNSS and spread spectrum signal acquisition device consisting of.
제7항에 있어서,
상기 디코딩 모듈은,
상기 제1차 병렬 상관기에서 모든 도플러 주파수 가설에 대하여 얻어진 상기 M1개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정한 후, 상기 제2차 병렬 상관기에서 상기 추정된 도플러 주파수에 대하여 얻어진 상기 M2개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 최종 코드 위상을 획득하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.
The method of claim 7, wherein
The decoding module includes:
After estimating the Doppler frequency closest to the received signal and the frequency from the M 1 compression correlation results obtained for all Doppler frequency hypotheses in the first parallel correlator, the second parallel correlator estimates the Doppler frequency. Obtaining the final code phase of the received signal from the M 2 compression correlation results obtained for
And the GNSS and spread-spectrum signal acquisition apparatus.
GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 찾아 상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 방법에 있어서,
[L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 단계;
각 도플러 주파수 가설마다 병렬로 구성된 M개의 상관기를 통해 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계; 및
상기 상관 결과로부터 수신되는 신호가 갖는 도플러 주파수를 획득하고 확산 코드의 코드 위상을 획득하는 단계
를 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
A method of obtaining a code phase and a Doppler frequency index of a received signal by finding at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal,
A matrix size of [M × L] is determined by using a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] where the number of rows is smaller than the number of columns. Generating a compressed sense matrix having;
Performing correlation between the received signal and the compression sensing matrix through M correlators configured in parallel for each Doppler frequency hypothesis; And
Obtaining a Doppler frequency of the received signal from the correlation result and obtaining a code phase of a spreading code
GNSS and spread spectrum signal acquisition method comprising a.
제9항에 있어서,
상기 압축 감지 행렬을 생성하는 단계는,
상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Generating the compression sensing matrix,
Generating the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix
GNSS and spread spectrum signal acquisition method characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 상관 행렬의 각 행은 상기 수신 신호의 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어지는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Each row of the correlation matrix is composed of a spreading code equal to a code signal of the received signal and having a code delay of an arbitrary time unit
GNSS and spread spectrum signal acquisition method characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계는,
상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 상관 결과를 생성하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Performing correlation between the received signal and the compression detection matrix,
Generating the correlation result having a matrix size of [M × 1] by performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal
GNSS and spread spectrum signal acquisition method characterized in that.
제12항에 있어서,
상기 압축 상관결과의 각 행은,
상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열을 상기 상관행렬과 수신 신호를 곱한 결과를 계수로 곱한 후 합하여 얻어지는 형태로서 결과적으로 측정행렬의 모든 열들의선형 합이 되는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
The method of claim 12,
Each row of the compression correlation result is
Wherein the L columns of the measurement matrix are obtained by multiplying the result of multiplying the correlation matrix and the received signal by a coefficient, resulting in a linear sum of all columns of the measurement matrix.
GNSS and spread spectrum signal acquisition method characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 단계는,
모든 도플러 주파수 가설에 대하여 상기 압축 감지 행렬의 M개의 행을 상기 M개의 상관기에 입력하여 상기 M개의 상관기에서 상기 M개의 압축 상관결과를 얻은 후, 상기 M개의 상관기에서 얻어진 상기 M개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 도플러 주파수와 코드 위상을 획득하는 것
을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Acquiring a code phase and a Doppler frequency index of the received signal,
For every Doppler frequency hypothesis, M rows of the compression sensing matrix are input to the M correlators to obtain the M compressed correlation results in the M correlators, and then from the M compressed correlation results obtained in the M correlators. Acquiring Doppler frequency and code phase of the received signal
GNSS and spread spectrum signal acquisition method characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 압축 감지 행렬을 생성하는 단계는,
[M1×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M1×L]의 행렬 크기를 갖는 제1차 압축 감지 행렬을 생성하는 단계; 및
[M2×L](여기서, M1+M2=M)의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M2×L]의 행렬 크기를 갖는 제2차 압축 감지 행렬을 생성하는 단계
를 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Generating the compression sensing matrix,
Using a measuring matrix having a matrix size of [M 1 × L] comprising: generating a first compressed sensing matrix having a matrix size of [M 1 × L]; And
Generating a second order compression sensing matrix having a matrix size of [M 2 × L] using a measurement matrix having a matrix size of [M 2 × L], where M 1 + M 2 = M
GNSS and spread spectrum signal acquisition method comprising a.
제15항에 있어서,
상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 단계는,
모든 도플러 주파수 가설에 대하여 상기 제1차 압축 감지 행렬의 M1개의 행을 상기 M개의 상관기 중 M1개의 상관기에 입력하여 상기 M1개의 상관기에서 얻어진 M1개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 도플러 주파수에 대하여 상기 제2차 압축 감지 행렬의 M2개의 행을 상기 M개의 상관기 중 M2개의 상관기에 입력하여 상기 M2개의 상관기에서 얻어진 M2개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 최종 코드 위상을 획득하는 단계
를 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.
16. The method of claim 15,
Acquiring a code phase and a Doppler frequency index of the received signal,
All Doppler frequency hypotheses the first compression detection matrix of M M 1 compression correlation frequency as the received signal from the result obtained for one line from the M one correlator to the input to the M correlators of the M single correlator with respect to Estimating the nearest Doppler frequency; And
The M 2 rows of the second order compression sensing matrix are input to M 2 correlators of the M correlators with respect to the estimated Doppler frequency, and the received signals are obtained from the M 2 compression correlation results obtained from the M 2 correlators. Obtaining the final code phase
GNSS and spread spectrum signal acquisition method comprising a.
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