KR20210154435A - Boc 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 생성하는 모사 신호 생성 단계, 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성하는 시분할 가중치 신호 생성 단계 및 상기 위성 신호 및 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출하는 상관 값 산출 단계를 포함한다.

Description

BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치{BOC TIME DIVISION VARIABLE WEIGHT CORRECTION METHOD FOR BOC SIGNAL AMBIGUITY MITIGATION AND DEVICE OF SAME}
본 발명은 BOC 변조 위성 신호처리를 위한 상관 기법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 신호처리 단계에 따라 모호성 제거 및 다중 경로 영향 완화에 유리하게 시분할 시퀀스를 조절할 수 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
GNSS(Global Navigation Satellite System)는 위성 기반 측위시스템으로 일정한 궤도를 갖는 인공위성으로부터 위성신호를 수신하여 수신기의 위치를 추정하는 시스템이다. GNSS 위성에서 송출된 신호에는 송신한 위성의 궤도 및 항법 시스템의 시각 정보가 포함되어 있으며, 항법 수신기는 이를 활용하여 위성신호의 도달 시각(TOA; Time of Arrival)을 측정한다. 항법 수신기는 항법 위성으로 수신한 위성 신호의 도달 시각 즉, 의사거리 측정치와 항법 위성의 위치, 속도, 가속도, 클럭 옵셋 정보로부터 수신기의 위치, 속도 및 항법 시스템의 시각 정보를 추정할 수 있다. 현재 가장 많이 활용되어지고 있는 GNSS는 1970년대에 개발한 미국의 GPS(Global Positioning System)와 러시아에서 운용 중인 GLONASS가 있다. 또한, 1990년대 후반 개발을 시작해 운용하고 있는 유럽 연합의 Galileo, 최근 중국에서 계발을 시작하여 phase-3 초기 단계의 서비스를 제공하고 있는 BeiDou, 일본에서 GPS기반의 보강항법을 수행하기 위한 QZSS(Quasi-Zenith Satellite System), 인도에서 개발한 NAVIC(Navigation IndianConstellation)가 지속적인 개발 및 운용 중에 있다.
BOC(Binary offset Carrier) 신호는 위성 항법 시스템인 Galileo 시스템 및 GPS(Global Positioning System) 시스템 등에서 사용되고 있다.
BOC 신호를 활용한 대표적인 GNSS 위성 신호로 GPS 현대화계획의 일환으로 설계된 GPS L1C가 TMBOC(6,1,1/11) 신호구조로 송신되고 있으며, Galileo E1 신호가 CBOC(6,1,1/11), E5a/E5B가 AltBOC(15,10) 신호 구조로 송신되고 있다. 또한 최근 BeiDou Phase-3 개발 및 초기 운용을 통해 BeiDou 위성 신호 B1C가 QMBOC(6,1,4/33) 신호 구조로 설계되어 송신 중에 있다.
BOC 변조는 GPS에서 사용중인 BPSK(binary phase shift keying) 방식과는 다르게 대역의 중심부에서 가장자리로 에너지를 이동시키는 특성이 있다. 이러한 특성은 기존의 신호들과의 대역 공유를 쉽게 하여, GPS 시스템과 Galileo 시스템의 주파수 대역 공유를 가능하게 한다.더불어 자기상관함수의 첨두 모양이 뾰족해지는 특성이 있다.
Galileo GNSS에서 가장 중요한 문제 중 하나는 BOC 신호의 획득 및 추적 문제이다. BOC 신호의 자기상관함수는 최대 첨두지점 근처에 여러 개의 주변 첨두를 보이는 모호성을 갖는다. 때문에 획득 및 추적 단계에서 잘못된 고정점(false lock point)에 수렴하거나 불안정 상태에 빠질 우려가 있다.
또한, 위성 항법 시스템에서 다중 경로 오차는 거리 측정 오차와 직결되므로, 다중 경로 영향을 완화하는 것이 위성 항법 시스템 구현에 있어 매우 중요한 요소이다.
한국등록특허 제10-1139139(2012.04.16)호
본 발명의 일 실시예는 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 모호성을 효과적으로 제거할 수 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 다중 경로 영향을 완화할 수 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 신호처리 단계에 따라 시분할 시퀀스를 조절하여 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 모호성 및 다중 경로 오차를 상황에 맞게 제거할 수 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법은 위성 신호를 기초로 를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 복수의 BOC(Binary Offset Carrier) 신호들을를 생성하는 BOC모사 신호 생성 단계, 상기 위성 위성 신호의 주기를 의 주기를분할하여 복수의 시분할 BOC BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성하는 시분할 가중치 신호 생성 단계, 및 상기 위성 신호 및 상기 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출하는 상관 값 산출 단계를 포함한다.
상기 모사 신호 생성 단계는 상기 위성 신호의 종류를 기초로 CBOC(Composite BOC), TMBOC(Time Multiplexed BOC) 또는 AltBOC(Alternative BOC) 중 하나를 선택하여 상기 BOC 신호를 결정할 수 있다.
상기 모사 신호 생성 단계는 상기 복수의 BOC 신호들 각각의 생성 과정에서 상기 선택된 하나의 CBOC, TMBOC 또는 AltBOC 신호를 조합한 부 반송파를 상기 BOC 신호로 이용할 수 있다.
상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는 상기 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출하여 추출된 시분할 시퀀스와 상기 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱하여 제1 가중치 신호를 생성하고 추출되지 않은 시분할 시퀀스와 상기 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱한 값에 절대 값을 취하여 제2 가중치 신호를 생성하고 상기 시분할 가중치 신호를 상기 제1 가중치 신호와 상기 제2 가중치 신호를 결합한 값으로 결정할 수 있다.
상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는 상기 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출할 때, 상기 추출된 시분할 시퀀스가 쌍을 이루도록 추출할 수 있다.
상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는 신호처리 단계에 따라 상기 시분할 시퀀스 중 추출되는 시분할 시퀀스를 조절할 수 있다.
상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는 복수의 시분할 시퀀스를 기초로 복수의 중간 신호들을 생성하고 상기 복수의 중간 신호들을 조합하여 상기 시분할 가중치 신호를 생성하고 상기 위성 신호 및 상기 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 상기 시분할 시퀀스와 결합할 수 있다.
실시예들 중에서, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치는 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 생성하는 모사 신호 생성부, 상기 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성하는 시분할 가중치 신호 생성부, 및 상기 위성 신호 및 상기 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출하는 상관 값 산출부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치는 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 모호성을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치는 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 다중 경로 영향을 완화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법 및 이를 이용한 장치는 신호처리 단계에 따라 시분할 시퀀스를 조절하여 BOC 신호를 이용하여 도출되는 상관 값의 모호성 및 다중 경로 오차를 상황에 맞게 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 기반의 위치 추정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 시분할 변환 가중치(TDVW) 상관 개념을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 상관 값을 산출하는 것을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치에서 수행되는 상관 값 도출과정을 설명하는 순서도이다.
도 7은 BOC 신호와 위성 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 CBOC 신호의 동위상과 역위상에 대한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 9는 대역 확산 코드, BOC 신호 및 시분할 시퀀스에 대한 관계를 나타내는 도면이다.
도 10a-10e는 GPS L1 C/A 신호와 BOC(fs,fc) 신호의 시분할 상관값 도출을 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 기반의 위치 추정 시스템(100)을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 위성 신호 기반의 위치 추정 시스템(100)은 사용자 단말(110), BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130) 및 데이터 베이스(150)를 포함할 수 있다.
사용자 단말(110)은 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치에서 수행되는 과정에 관한 정보를 확인할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 스마트폰, 노트북 또는 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 태블릿 PC 등 다양한 디바이스로도 구현될 수 있다. 사용자 단말(110)은 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 복수의 사용자 단말(110)들은 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)와 동시에 연결될 수 있다.
BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 위성 신호에 대한 상관 값을 추출할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 사용자 단말(110)과 블루투스, WiFi, 통신망 등을 통해 무선으로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 사용자 단말(110)과 데이터를 주고받을 수 있다.
일 실시예에서, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 데이터베이스(150)와 연동하여 위성 신호에 대한 상관 값을 추출하는 과정에서 필요한 정보를 저장할 수 있다. 한편, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 도 1과 달리, 데이터베이스(150)를 내부에 포함하여 구현될 수 있다. BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 프로세서, 메모리, 사용자 입출력부 및 네트워크 입출력부를 포함하여 구현될 수 있으며, 이에 대해서는 도 2에서 보다 자세히 설명한다.
일 실시예에서, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 상관 값 및 상관 값 추출을 위해 필요한 시분할 시퀀스에 대한 정보를 데이터베이스(150)와 연동하여 저장할 수 있다.
데이터베이스(150)는 독립적인 장치에 의해 운용 되어 논리적으로 단일 데이터베이스를 구성할 수 있고, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)에서 생성된 데이터를 저장할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 상관 값을 도출하는 과정에서 필요한 각각의 동작을 수행하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 위성 신호 수신부(310), BOC(Binary Offset Carrier) 신호 생성모사 신호 생성부(330310), 시분할 가중치 신호 생성부(350330), 상관 값 산출부(370350) 및 제어부(390370)를 포함할 수 있다.
위성 신호 수신부(310)는 위성 신호를 수신할 수 있다. 위성 신호는 위성으로부터 수신할 수 있는 형태의 신호에 해당할 수 있다.
BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)는 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 생성할 수 있다. BOC 신호는 주로 위성 판별 및 의사거리 산출을 위한 주 코드(Primary Code) 혹은 대역확산(Spreading) 코드의 배수 주파수를 갖도록 설계되며, 이에 따라 주 코드의 대역폭이 유지되며, 추가되는 BOC 신호에 의해 주파수 천이 및 신호 전력의 분할이 발생하게 된다. BOC 변조는 PSK(Phase Shift Keying) 변조에 비해 더 높은 코드 주파수 사용으로 상대적으로 높은 위치 결정 정확도를 갖으며, 기존에 운용하고 있는 GPS(Global Positioning System) L1 C/A 코드기반 위성 항법 신호의 주파수 대역에서 분리가 가능한 장점이 있다. BOC 신호는 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
예를 들어, BOC(1,1)과 GPS L1 C/A 신호의 대역 확산 코드와의 관계는 도 7의 (a)와 같이 나타낼 수 있다. 이는 대역 확산 코드(Spreading Code)가 1.023㎒이고 BOC(1,1) 변조 기법이 적용된 신호를 나타낸다.
도 7의 (b)는 대역 확산 코드(Spreading Code)가 1.023㎒이고 BOC(2,1)의 경우를 나타낸다. 이는 1개의 chip에 2개의 부 반송파(Sub-carrier)가 포함되는 것을 의미한다.
일 실시예에서, BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)는 위성 신호의 종류를 기초로 CBOC(Composite BOC), TMBOC(Time Multiplexed BOC) 또는 AltBOC(Alternative BOC) 중 하나를 선택하여 BOC 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)는 위성 신호가 GPS L1C인 경우에는 BOC 신호를 TMBOC(6,1,1/11)로 결정할 수 있다.
CBOC 신호는 BOC(1,1) 신호와 BOC(6,1) 신호를 설계한 신호 전력 비율에 따라 동위상과 역위상으로 조합한 신호로서 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
CBOC 신호의 동위상과 역위상에 대한 그래프는 도 8과 같이 나타낼 수 있다.
TMBOC 신호는 시간 분할된 2개의 BOC 신호가 결합된 부 반송파로 주파수에 대해서는 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
TMBOC 신호의 시간 t에 대해서는 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
TMBOC 신호의 표시는 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
AltBOC 신호는 두 개의 상위 주 대역(upper main lobes)와 두 개의 하위 주 대역(lower main lobes) 사이의 높은 주파수 독립성(high spectral isolation)을 갖는 특징을 갖는다. 각 주 대역은 다른 대역 확산 코드로 구성되며, 결과적으로 2개씩의 상위 및 하위 주 대역을 갖도록 설계한 경우 4개의 서로 다른 대역 확산 코드가 하나의 변조기법으로 송출되게 된다. 높은 주파수 독립성을 위해 AltBOC 신호의 부 반송파 생성은 복소 신호로 정의된다. AltBOC 신호는 하나의 상위 주 대역 및 하위 주 대역을 갖도록 설계가 가능하고, 이러한 가장 단순한 형태의 AltBOC 신호는 [수학식 6]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
일 실시예에서, BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)는 복수의 BOC 신호들 각각의 생성 과정에서 선택된 하나의 CBOC, TMBOC 또는 AltBOC 신호를 조합한 부 반송파를 BOC 신호로 이용할 수 있다. 예를 들어, BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)는 복수의 BOC 신호를 생성할 때 신호 처리 단계에 따라 BOC 신호를 조합하여 부 반송파로 이용할 수 있다.
가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스(TDS: Time Division Sequence)를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 대역 확산 코드에 BOC 신호가 적용된 신호를 대상으로 n개(n은 자연수)의 시간 분할로 구성된 시분할 시퀀스를 결정할 수 있다. 시분할 시퀀스는 대역 확산 코드 위상 변화를 1주기로 분할되도록 설계할 수 있다. 대역 확산 코드, BOC 신호 및 시분할 시퀀스에 대한 관계는 도 9와 같이 표현할 수 있다.
도 9는 모사 신호(Replica Signal) 및 시분할 시퀀스(TDS) 신호의 시간 축 상의 관계를 나타낸 것으로, 대역 확산 코드(Spreading Code)가 1.023㎒, BOC(1,1) 변조 기법이 적용된 신호를 대상으로 총 n개의 시간 분할로 구성된 경우에 대해 도시하였다.
여기에서, 시분할 시퀀스 TDS1에서 TDSn까지 n개의 시분할 시퀀스(TDS)는 대역 확산 코드 위상 변화를 1주기로 분할될 수 있고 이를 통해 부 반송파가 적용되더라도 대역 확산 코드를 기준으로 상관 특성을 도출할 수 있다.
또한 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 각 시분할 시퀀스가
Figure pat00007
에서
Figure pat00008
으로 정의되는 상관 가중치를 가지도록 하여, 설정한 상관 가중치에 따라 상관 값에 반영되는 상관 특성에 차이를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출하여 추출된 시분할 시퀀스와 시분할 BOC 신호를 곱하여 제1 가중치 신호를 생성하고 추출되지 않은 시분할 시퀀스와 시분할 BOC 신호를 곱한 값에 절대 값을 취하여 제2 가중치 신호를 생성하고 시분할 가중치 신호를 제1 가중치 신호와 제2 가중치 신호를 결합한 값으로 결정할 수 있다. 제1 가중치 신호는 선택된 시분할 시퀀스와 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱하여 계산할 수 있고, 제2 가중치 신호는 선택되지 않은 시분할 시퀀스와 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱하여 계산할 수 있는데, 제1 가중치 신호 및 제2 가중치 신호의 합인 시분할 가중치 신호를 다음 [수학식 7]로 정의할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00009
일 실시예에서, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출할 때, 추출된 시분할 시퀀스가 쌍을 이루도록 추출할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 n 분할 된 시분할 시퀀스에 대해서 2개의 시분할 시퀀스를 추출하는 경우, 첫번째 시분할 시퀀스와 마지막 시분할 시퀀스를 추출할 수 있다. 다른 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 n 분할 된 시분할 시퀀스에 대해서 4개의 시분할 시퀀스를 추출하는 경우, 첫번째와 두번째 시분할 시퀀스 및 마지막과 마지막 바로 전의 시분할 시퀀스를 추출할 수 있다. n 분할 된 시분할 시퀀스의 양 끝 1개씩을 추출한 경우를 'ele2'라 하고 n 분할 된 시분할 시퀀스의 양 끝 2개씩을 추출한 경우를 'ele4'라 한다. 일 실험에 따른 GPS L1 C/A 신호와 BOC(1,1) 4분할된 신호에 대해서 상관값은 도 10a와 같이 도출된다. 도 10a에서 확인할 수 있듯이, 상관값은 부 반송파 특성과 대역 확산 코드의 상관값 특성이 결합된 형태로 부 반송파가 갖는 오 결정점 특성과 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 상관값 특성이 결합된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 도출된 상관값은 기존 BOC 신호 상관값에 비해 BPSK 상관값과 더 유사하여 BOC 신호에 따른 모호성이 감소하는 특성을 갖는다.
가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 'ele k'에서 k 값을 조절할 수 있고, k 값이 증가하면 상관 값의 다중 경로 오차에 따른 코드 위상 오차의 개선을 기대할 수 있다. 위상 오차의 개선은 도 10b 내지 도 10d를 통해 확인할 수 있다. 도 10b는 GPS L1 C/A 위성 신호와 BOC(1,1) 8분할된 신호에 'ele2'의 시분할 시퀀스를 적용하여 상관 값을 도출한 것이고, 도 10c는 GPS L1 C/A 위성 신호와 BOC(1,1) 8분할된 신호에 'ele4'의 시분할 시퀀스를 적용하여 상관 값을 도출한 것이다. 도 10d는 BOC(1,1) 신호를 16분할하고 ele 값을 상이하게 하였을 때 다중 경로 오차에 따른 추정 코드 위상 오차를 나타낸 것이다. 도 10d에 의하면 'ele 8'의 위상오차가 가장 작은 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 신호처리 단계에 따라 시분할 시퀀스 중 추출되는 시분할 시퀀스를 조절할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성신호의 처리 단계에 따라 위성 신호의 모호성 제거, 다중경로 영향 완화를 가변적으로 수행할 수 있다. 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성 신호를 획득할 때에는 모호성 제거를 위해 'ele 0'으로 시분할 시퀀스를 추출할 수 있고, 위성 신호 추적 초기 에는 'ele k'에서 k 값을 점차 늘려가면서 모호성을 완화시키면서 동시에 다중경로 영향을 완화시킬 수 있고 위성 신호 추적이 안정되는 경우 다중경로 영향 완화에 집중하기 위해 'ele k'에서 k 값을 최대치로 결정할 수 있다. 도 10d를 참고하면 'ele k'에서 k 값의 상승에 따라 다중경로 영향이 완화됨을 확인할 수 있다. 다만, 'ele k'에서 k 값이 상승하게 되면 첨두치 편차가 늘어나 모호성 완화 특성이 열화될 수 있는데, 도 10e를 보면 확인할 수 있다.
도 10d는 16분할 된 BOC(1,1) 신호에 대한 가중치 상관 값을 나타내는 그래프로서, 'ele k'에서 k 값이 상승함에 따라 첨두치의 편차가 커짐을 확인할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 도 10d와 같이 위성 신호를 획득할 때에는 0.5chip 간격의 16분할된 BOC(1,1) 신호를 이용해 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있고, 신호 추적 초기에는 0.25chip 간격의 16분할된 BOC(1,1) 'ele 5' 신호를 이용해 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있고, 신호 추적이 안정된 경우 0.125chip 간격의 16분할된 BOC(1,1) 'ele 8'신호를 이용해 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 복수의 시분할 시퀀스를 기초로 복수의 중간 신호들을 생성하고 복수의 중간 신호들을 조합하여 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성 신호의 종류에 따라 사용자가 가변적으로 시분할 시퀀스를 결정할 수 있고 각각의 시분할 시퀀스에 따라 도출된 중간 신호를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성 신호 및 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 시분할 시퀀스와 결합할 수 있다. 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 복수의 시분할 BOC 신호에만 시분할 시퀀스를 적용하는 것이 아니라 위성 신호에도 시분할 시퀀스를 결합할 수 있다. 다른 예를 들어, 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)는 위성 신후 및 복수의 시분할 BOC 신호들 각각에 다른 시분할 시퀀스를 결합할 수 있다.
도 4는 시분할 변환 가중치(TDVW) 상관 개념을 나타내는 도면이고, 도 5는 일 실시예에 따른 상관 값을 산출하는 것을 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상관 값 산출부(370)상관 값 산출부(350)는 위성 신호 및 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 상관 값 산출부(370)상관 값 산출부(350)는 위성 신호 및 시분할 가중치 신호를 결합하여 상관 값을 도출할 수 있다.
상관 값은 [수학식 8]로 정의할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00010
여기에서, Tc는 시분할 시퀀스(TDS)에 따른 상관값 도출을 위한 대역 확산 코드 전체 1주기를, TDSi는 i번째 시분할 시퀀스를 각각 의미하며, 상관값 RTDVW는 n개의 시분할 시퀀스에 따라 결정된다.
제어부(390)제어부(370)는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 위성 신호 수신부(310), BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310), 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330) 및 상관 값 산출부(370)상관 값 산출부(350) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 6은 도 1에 있는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치에서 수행되는 상관 값 도출과정을 설명하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 BOC 신호 생성부(330)모사 신호 생성부(310)를 통해 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 생성할 수 있다(S610).
BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 가중치 신호 생성부(350)시분할 가중치 신호 생성부(330)를 통해 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성할 수 있다(S630).
BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치(130)는 상관 값 산출부(370)상관 값 산출부(350)를 통해 위성 신호 및 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출할 수 있다(S650).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 위성 신호 기반의 위치 추정 시스템
110: 사용자 단말
130: BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 모사 신호 생성부 330: 시분할 가중치 신호 생성부
350: 상관 값 산출부 370: 제어부

Claims (8)

  1. 상기 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 복수의 BOC(Binary Offset Carrier) 신호들을를 생성하는 BOC 신호 생성부모사 신호 생성 단계;
    상기 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성하는 시분할 가중치 신호 생성부생성 단계; 및
    상기 위성 신호 및 상기 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출하는 상관 값 산출 단계부를 포함하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모사 신호 생성 단계BOC 신호 생성부는
    상기 위성 신호의 종류를 기초로 CBOC(Composite BOC), TMBOC(Time Multiplexed BOC) 또는 AltBOC(Alternative BOC) 중 하나를 선택하여 상기 복수의 BOC 신호들 각각을를 결정하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 모사 신호 생성 단계는상기 BOC 신호 생성부는
    상기 복수의 BOC 신호들 각각의 생성 과정에서 상기 선택된 하나의 CBOC, TMBOC 또는 AltBOC 신호를 조합한 부 반송파를 상기 복수의 BOC 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시분할 가중치 신호 생성 단계가중치 신호 생성부는
    상기 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출하여 추출된 시분할 시퀀스와 상기 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱하여 제1 가중치 신호를 생성하고 추출되지 않은 시분할 시퀀스와 상기 시분할 BOC 신호 및 상기 위성 신호를 곱한 값에 절대 값을 취하여 제2 가중치 신호를 생성하고 상기 시분할 가중치 신호를 상기 제1 가중치 신호와 상기 제2 가중치 신호를 결합한 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시분할 가중치 신호 생성 단계가중치 신호 생성부는
    상기 시분할 시퀀스 중 전부 또는 일부만을 추출할 때, 상기 추출된 시분할 시퀀스가 쌍을 이루도록 추출하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는가중치 신호 생성부는
    신호처리 단계에 따라 상기 시분할 시퀀스 중 추출되는 시분할 시퀀스를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시분할 가중치 신호 생성 단계는가중치 신호 생성부는
    복수의 시분할 시퀀스를 기초로 복수의 중간 신호들을 생성하고 상기 복수의 중간 신호들을 조합하여 상기 시분할 가중치 신호를 생성하고 상기 위성 신호 및 상기 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 상기 시분할 시퀀스와 결합하는 것을 특징으로 하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 방법.
  8. 위성 신호를 기초로 스프레딩 코드, 반송파 및 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 생성하는 모사 신호 생성부;
    상기 위성 신호의 주기를 분할하여 복수의 시분할 BOC 신호들 각각을 배치하고, 각각은 해당 BOC 신호에 시분할 시퀀스를 결합하여 시분할 가중치 신호를 생성하는 시분할 가중치 신호 생성부; 및
    상기 위성 신호 및 상기 시분할 가중치 신호를 기초로 상관 값을 산출하는 상관 값 산출부를 포함하는 BOC 신호 수신 모호성 제거를 위한 시분할 변환 가중치 상관 장치.
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