KR20220052767A - Gnss 신호 생성 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
GNSS(Global Navigation Satellite System) 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보를 저장하고, 실시간 위성 신호를 수신하고, 상기 실시간 위성 신호에 기초하여 디폴트 캐리어 주파수에 대한 상기 실시간 위성 신호의 주파수 편이 값을 산출하는 수신부; 상기 수신부로부터 상기 GNSS 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보 및 상기 주파수 편이 값에 기초하여 현재 시간 및 현재 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호 정보를 생성하는 적어도 하나의 신호 생성부; 및 상기 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여 의사 GNSS 신호를 생성하고, 상기 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력하는 송신부를 포함하고, 상기 GNSS 항법 정보는 시간에 따른 GNSS 위성의 예상 위치를 나타내는 정보인, GNSS 신호 생성 장치가 제공된다.
Description
본 개시의 실시예들은 GNSS 신호 생성 장치 및 GNSS 신호 생성 방법에 관한 것이다.
GNSS(Global Navigation Satellite System)는 위성으로부터 수신된 정보를 바탕으로 수신기의 위치 정보를 계산하는 기술이다. GNSS 시스템은 예를 들면 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 글로나스(GLONASS), EU(European Union)의 갈릴레오 시스템(Galileo), 중국의 베이더우(Beidou), 일본 준천정위성시스템(QZSS, Quasi-Zenith Satellite System), 인도의 IRNSS(Indian Regional Navigation Satellite System) 등이 있다. GNSS는 위성으로부터 수신된 정보를 이용하기 때문에, 지하 시설 등과 같이 위성과의 직선 거리 통신(LOS, Line of Sight)에 장애가 있는 GNSS 음영 지역에서는 수신기의 위치를 파악하기 어려운 한계가 있다. 이로 인해, 실내에서 GNSS를 이용하여 위치 정보를 제공하고자 하는 경우 정확한 위치 정보를 제공하기 어렵다. 예를 들면, 버스 도착 시간 알림 서비스, 지하 시설 내 항법 안내 시스템과 같이 실내, 지하, 터널 내 등에서 위치 정보 제공을 수반하는 시스템의 경우, GNSS의 한계 때문에 시민들에게 유용한 공공서비스의 질이 떨어지는 문제가 발생한다. 지하 환승 센터 및 긴 터널 내에 버스가 위치할 경우, GNSS 수신이 불가능해 버스의 위치 추적이 불가능하고, 도착 예정 시간 서비스에서 제공되는 버스의 위치 정보 및 도착 예정 시간의 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다.
본 개시의 실시예들은, 지붕 등의 장애물에 의해 인공위성과의 직선 통신이 불가능해, GNSS 신호를 수신할 수 없는 공간(예를 들면, 실내, 지하 등)에서 GNSS 신호를 제공하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 실시예들은, 클라이언트 장치 수신단의 구성의 변경 없이, 범용적인 GNSS 모듈을 이용하여 실내에서 GNSS 신호를 제공하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 개시의 실시예들은, 의사 GNSS 신호를 제공할 때, 실제 위성 신호의 도플러 편이를 반영하여, 실제 GNSS 신호로부터 의사 GNSS 신호로 전환되거나, 의사 GNSS 신호로부터 실제 GNSS 신호로 전환될 때, 클라이언트 장치가 끊김 없이 GNSS 신호를 수신할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 개시의 일 실시예의 일 측면에 따르면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보를 저장하고, 실시간 위성 신호를 수신하고, 상기 실시간 위성 신호에 기초하여 디폴트 캐리어 주파수에 대한 상기 실시간 위성 신호의 주파수 편이 값을 산출하는 수신부; 상기 수신부로부터 상기 GNSS 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보 및 상기 주파수 편이 값에 기초하여 현재 시간 및 현재 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호 정보를 생성하는 적어도 하나의 신호 생성부; 및 상기 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여 의사 GNSS 신호를 생성하고, 상기 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력하는 송신부를 포함하고, 상기 GNSS 항법 정보는 시간에 따른 GNSS 위성의 예상 위치를 나타내는 정보인, GNSS 신호 생성 장치가 제공된다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 수신부는, 상기 의사 GNSS 신호 정보를 반영하여 생성한 로컬 신호와 상기 실시간 위성 신호를 상호 상관(cross-correlation)하여, 상기 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상(Coarse code phase) 값을 산출할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 생성부는, 상기 수신부로부터 수신된 C/A 코드 위상 값을 적용하여 상기 의사 GNSS 신호를 생성할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 생성부는, 상기 주파수 편이 값을 반영하여 산출된 주파수에 대응하는 캐리어 웨이브 상에 상기 의사 GNSS 신호 정보가 반영되어 생성된 IQ 위상 데이터를 생성하고, 상기 IQ 위상 데이터를 상기 송신부에 출력하고, 상기 송신부는, 상기 IQ 위상 데이터를 이용하여 GNSS L1 주파수 대역의 캐리어 신호를 변조하여 방사할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 송신부는, 상기 IQ 위상 데이터를 반영하여 생성된 출력 신호를 증폭하는 신호 증폭부를 포함하고, 상기 신호 증폭부의 증폭률을 조절하여, 상기 출력 신호의 도달 범위를 조절할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 수신부는 소정의 시간 동안의 GNSS 위성의 미래의 예상 위치에 대한 정보를 제공하는 서버로부터 제1 주기로 상기 GNSS 항법 정보를 수신할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 수신부는, 적어도 하나의 서버 및 상기 적어도 하나의 GNSS 신호 생성부와 통신하는 제1 통신부; 메모리; 및 상기 제1 통신부를 통해 적어도 하나의 서버로부터 복수의 GNSS 위성 각각에 대한 상기 GNSS 항법 정보를 수신하고, 상기 수신된 GNSS 항법 정보를 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 GNSS 항법 정보를 상기 제1 통신부를 통해 상기 적어도 하나의 신호 생성부로 전송하는 제1 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 신호 생성부는, 상기 수신부 및 상기 송신부와 통신하는 제2 통신부; 상기 GNSS 항법 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 주파수 편이 값 및 상기 GNSS 항법 정보에 기초하여, 상기 의사 GNSS 신호 정보를 생성하고, 상기 제2 통신부를 통해 상기 의사 GNSS 신호 정보를 상기 송신부로 출력하는 제2 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 송신부는, GNSS 시스템의 주파수 대역의 캐리어 신호를 상기 의사 GNSS 신호 정보에 대응하는 IQ 위상 데이터를 이용하여 변조하여, 상기 의사 GNSS 신호에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 신호 생성부; 상기 적어도 하나의 신호 생성부에서 생성된 상기 아날로그 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 및 상기 증폭된 아날로그 신호를 출력하는 안테나를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 GNSS 항법 정보는, 상기 GNSS 정보 수집 장치에서 수신 가능한 GNSS 신호의 PRN 정보, 코드 주파수, 캐리어 주파수, 캐리어 위상, 코드 위상, 복수의 서브 프레임, 시간에 따른 네비게이션 메시지, 전리층 지연이 반영된 의사 거리, 의사 거리 속도, 방위각, 또는 고도 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 GNSS 항법 정보는 라이넥스 형식(RINEX, Receiver Independent Exchange Format)의 정보일 수 있다.
본 개시의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 항법 정보를 수신하는 단계; 상기 GNSS 항법 정보를 저장하는 단계; 실시간 위성 신호를 수신하는 단계; 상기 실시간 위성 신호에 기초하여 디폴트 캐리어 주파수에 대한 상기 실시간 위성 신호의 주파수 편이 값을 산출하는 단계; 상기 GNSS 항법 정보에 기초하여 현재 시간 및 현재 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호 정보를 생성하는 단계; 상기 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여 의사 GNSS 신호를 생성하는 단계; 및 상기 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력하는 단계를 포함하고, 상기 GNSS 항법 정보는 시간에 따른 GNSS 위성의 예상 위치를 나타내는 정보인, GNSS 신호 생성 방법이 제공된다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 지붕 등의 장애물에 의해 인공위성과의 직선 통신이 불가능해, GNSS 신호를 수신할 수 없는 공간(예를 들면, 실내, 지하 등)에서 GNSS 신호를 제공하는 장치 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시의 실시예들에 따르면, 클라이언트 장치 수신단의 구성의 변경 없이, 범용적인 GNSS 모듈을 이용하여 실내에서 GNSS 신호를 제공하는 장치 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 개시의 실시예들에 따르면, 의사 GNSS 신호를 제공할 때, 실제 위성 신호의 도플러 편이를 반영하여, 실제 GNSS 신호로부터 의사 GNSS 신호로 전환되거나, 의사 GNSS 신호로부터 실제 GNSS 신호로 전환될 때, 클라이언트 장치가 끊김 없이 GNSS 신호를 수신할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS(Global Navigation Satellite system) 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 편이 값의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 클라이언트 장치에서 GNSS 신호로부터 항법 데이터를 획득하는 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라, 수신부에서 실시간 위성 신호를 처리하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부의 획득 처리를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 컴퓨팅 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 의사 GNSS 신호 생성 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 C/A 코드 신호의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라, 송신부를 배치한 모습을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 편이 값의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 클라이언트 장치에서 GNSS 신호로부터 항법 데이터를 획득하는 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라, 수신부에서 실시간 위성 신호를 처리하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부의 획득 처리를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 컴퓨팅 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 의사 GNSS 신호 생성 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 C/A 코드 신호의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라, 송신부를 배치한 모습을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치를 나타낸 도면이다.
본 명세서는 본 개시의 청구항의 권리범위를 명확히 하고, 본 개시의 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시의 실시 예들을 실시할 수 있도록, 본 개시의 실시 예들의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시의 실시 예들이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 개시의 실시 예들, 및 실시 예들의 작용 원리에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS(Global Navigation Satellite system) 시스템을 나타낸 도면이다.
본 개시의 실시예들에 따른 GNSS 시스템(10)은 위성(140)으로부터의 GNSS 신호(142a, 142b)가 전달되지 않는 GNSS 음영 지역(예를 들면, 실내, 터널, 지하 등)에 설치되어, 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 생성하여 출력한다. GNSS 시스템(10)은 예를 들면 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 글로나스(GLONASS), EU(European Union)의 갈릴레오 시스템(Galileo), 중국의 베이더우(Beidou), 일본 준천정위성시스템(QZSS, Quasi-Zenith Satellite System), 또는 인도의 IRNSS(Indian Regional Navigation Satellite System) 중 하나일 수 있다. 실제 GNSS 신호(142a, 142b)는 실내 등의 GNSS 음영 지역으로는 전달되지 않기 때문에, GNSS 음영 지역 내의 클라이언트 장치(150b)로는 GNSS 신호가 전달되지 않아, GNSS 음영 지역 내의 장치(150b)는 GNSS 시스템(10)을 통한 위치 정보를 얻을 수 없다. 본 개시의 실시예들은 마치 위성(140)이 생성하여 출력하는 것과 같은 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 생성하여 GNSS 음영 지역 내의 클라이언트 장치(150b)로 출력한다. 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)는 위성(140)으로부터 출력되는 신호와 동일하게 생성된 신호이기 때문에, 클라이언트 장치(150b)는 GNSS 음영 지역 외부에서 수신한 실제 GNSS 신호(142a)와 동일한 방식으로 처리하여 위치 정보를 얻을 수 있다. 따라서 본 개시의 실시예들에 따르면, 클라이언트 장치(150a, 150b)의 범용 GNSS 모듈을 이용하여, 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 이용해 위치 정보를 획득할 수 있다. 즉, 본 개시의 실시예들에 따르면, 클라이언트 장치(150a, 150b)는 본 개시의 실시예들의 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)의 처리를 위해 장치 구조를 변경할 필요가 없다.
GNSS 시스템(10)은 GNSS 신호 생성 장치(100), 위성(140), 및 서버(160)를 포함한다. GNSS 신호 생성 장치(100)는 위성(140)으로부터 실시간 위성 신호(412b)를 수신하고, 서버(160)로부터 GNSS 항법 정보를 수신한다. 또한, GNSS 신호 생성 장치(100)는 의사 GNSS 신호를 생성하여 방사한다. 클라이언트 장치(150a, 150b)는 위성(140)으로부터 실시간 위성 신호(142a)를 수신하거나, GNSS 신호 생성 장치(100)로부터 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 수신한다. 클라이언트 장치(150a, 150b)는 위성(140)으로부터 신호 수신이 가능한 실외에서는 실시간 위성 신호(142a)를 수신하고, 위성 신호의 수신이 불가능한 음영 지역에서는 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 수신한다. 이와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 GNSS 시스템(10)은 음영 지역에서도 끊김 없이 위성 신호 대신 의사 GNSS 신호(122a, 122b, 122c)를 제공함에 의해, 음영 지역에서도 GNSS 신호에 기초하여 위치 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
GNSS 신호 생성 장치(100)는 수신부(110), 신호 생성부(120), 및 송신부(130)를 포함한다.
수신부(110)는 적어도 하나의 신호 생성부(120)와 연결되어, 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 GNSS 항법 정보를 출력한다. 또한, 수신부(110)는 실시간 위성 신호(142b)를 수신하고, 실시간 위성 신호(142b)의 주파수 편이 값을 측정하여, 주파수 편이 값을 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 출력한다. 신호 생성부(120)는 수신부(110)로부터 GNSS 항법 정보 및 주파수 편이 값을 수신하여, 주파수 편이 값이 반영된 의사 GNSS 신호 정보를 생성한다. 송신부(130)는 생성된 의사 GNSS 신호 정보로부터 의사 GNSS 신호를 생성하여, 의사 GNSS 신호를 방사한다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 수신단(클라이언트 장치)에서 실제 GNSS 신호와 의사 GNSS 신호 간 신호 전환이 필요 없기 때문에, 수신단에서 GNSS 신호 처리 시, GNSS 신호 전환을 위한 시간이 소요되지 않는다. 외부에서 수신된 위성 신호를 전달 받아 실내에서 방사하는 경우 또는 주파수 편이 값을 반영하지 않은 GNSS 신호를 실내에서 방사하는 경우, 수신단은 신호 특성 및 항법 정보의 차이로 인해, 실외에서 실내로 이동할 때, 실제 GNSS 신호와 실내에서 방사된 GNSS 신호 간 전환을 위한 시간이 소요된다. 예를 들면, 수신단이 실제 GNSS 신호와 실내에서 방사된 GNSS 신호 간 전환 시, 신호 특성 및 항법 정보의 차이로 인해 1분 또는 그 이상의 시간(최악의 경우 12분)이 소요될 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따르면, 주파수 편이 값이 반영된 의사 GNSS 신호를 생성하여 실내에서 방사하기 때문에, 수신단이 실외에서 실내로 들어오면서 신호 전환이 발생하더라도, 신호 전환을 위한 처리 시간이 거의 소요되지 않고, 외부에서 수신되는 실제 GNSS 신호와 연속성 있는 의사 GNSS 신호를 제공할 수 있는 효과가 있다.
적어도 하나의 신호 생성부(120)는 GNSS 음영 지역 내에 소정의 간격으로 배치된다. 적어도 하나의 신호 생성부(120)는 각각의 신호 생성부(120)의 신호 커버리지(coverage)를 고려하여, 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 신호 생성부(120)가 직경 50m의 영역을 커버한다면, 신호 생성부(120)는 50m 간격으로 배치될 수 있다. 수신부(110)는 서버(160)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 수신부(110)는 신호 생성부(120)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 본 개시에서, 적어도 하나의 신호 생성부(120)를 통칭하는 참조 번호로 120을 사용하여 설명한다.
수신부(110)는 서버(160)로부터 GNSS 항법 정보를 수신한다. GNSS 항법 정보는 적어도 하나의 위성(140)이 미래의 소정 시점에 어느 위치에 있는지에 대한 정보이다. 서버(160)에서 GNSS 항법 정보는 수초(several seconds), 수분(several minute), 수일(several days), 또는 수주(several weeks) 간격으로 업데이트될 수 있다. 수신부(110)는 GNSS 항법 정보가 업데이트되는 간격과 동일한 주기, 또는 업데이트 간격보다 짧은 주기로 서버(160)로부터 GNSS 항법 정보를 수신하여, 저장된 GNSS 항법 정보를 업데이트할 수 있다. 수신부(110)는 서버(160)로부터 적어도 하나의 위성(140)의 소정의 미래 시간 구간(예를 들면 4주) 동안의 GNSS 항법 정보를 수신한다. 적어도 하나의 위성(140)이 13개인 경우, 수신부(110)는 13개의 위성 각각에 대한 GNSS 항법 정보를 수신한다. 일 실시예에 따르면, 13개의 위성(140) 각각에 대응하는 GNSS 항법 정보를 제공하는 적어도 하나의 서버(160)가 존재하고, 수신부(110)는 적어도 하나의 서버(160) 각각으로부터 GNSS 항법 정보를 수신할 수 있다. 수신부(110)는 수신된 GNSS 항법 정보를 위성 별로 저장하고 관리한다. 수신부(110)는 GNSS 항법 정보가 업데이트될 때마다 신호 생성부(120)로 출력하거나, GNSS 항법 정보가 업데이트되는 주기보다 짧은 주기로 수신된 GNSS 항법 정보 중 일부를 시간에 따라 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다.
GNSS 항법 정보는 예를 들면, RINEX 파일 형태로 저장되어 전달될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 서버(160)는 일 실시예에 따른 GNSS 시스템(10)에 포함된 자체 서버일 수 있다. 서버(160)는 위성(140)으로부터 소정의 기간 동안의 RINEX 파일을 수신하고, 저장한다. 또한, 서버(160)는 RINEX 파일을 수신부(110)로 출력한다. 서버(160)는 GNSS 시스템(10)이 배치되는 위치 주변(예를 들면, 터널 입구)에 배치되어, 위성(140)으로부터 RINEX 파일을 수신하고, 수신부(110)로 전달할 수 있다.
또한, 수신부(110)는 실시간 위성 신호(142b)를 수신하여, 실시간 위성 신호(142b)의 주파수 편이 값을 산출한다. 주파수 편이 값은 위성(140)의 움직임에 따른 도플러 편이 현상에 의해 나타나는 값이다. 주파수 편이 값은 시간에 따라 변화될 수 있으며, 수신부(110)는 실시간 위성 신호(142b)에 기초하여 실시간으로 주파수 편이 값을 산출하고 신호 생성부(120)로 출력한다. 수신부(110)는 실시간 위성 신호(142b)와 디폴트 캐리어 신호의 상호 상관(cross correlation) 연산에 의해 주파수 편이 값을 산출할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 편이 값의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
GNSS 시스템(10)은 미리 설정된 주파수 대역에서 GNSS 신호를 전송한다. 예를 들면, GPS 시스템의 경우, GPS 시스템의 중심 주파수(center (nominal) frequency)인 1575.42MHz 주파수 대역에서 GPS 신호를 방사한다. 그런데 실제 GPS 위성의 경우, 지구(240)를 중심으로 24개의 위성이 빠르게 돌고 있으며, 이러한 움직임에 의해 도플러 편이(Doppler Shift)가 발생한다. 예를 들면, 소정의 위치에 설치된 안테나(434)에서 GPS 신호를 수신하는 경우를 가정한다. 안테나(434)와 가까워지는 방향으로 이동하는 GPS 위성(210)으로부터 GPS 신호를 수신하는 경우, 안테나(434)에서 검출된 GPS 신호는 GPS 신호의 중심 주파수 1575.42MHz로부터 주파수가 증가하는 방향으로 도플러 편이가 발생한다. 반대로, 안테나(434)와 멀어지는 방향으로 이동하는 GPS 위성(220)으로부터 GPS 신호를 수신하는 경우, 안테나(434)에서 검출된 GPS 신호는 GPS 신호의 중심 주파수 1575.42MHz로부터 주파수가 감소하는 방향으로 도플러 편이가 발생한다. 이러한 도플러 편이는 GPS 신호를 수신하는 클라이언트 장치가 이동하는 경우 약 +-10kHz 정도로 발생하고, 클라이언트 장치가 정지상태인 경우 약 +-5kHz 정도로 발생한다.
이러한 도플러 편이에 의한 주파수 변화로 인해, 클라이언트 장치는 통신의 대상이 되는 위성 신호로 주파수를 고정(lock)하고, 해당 위성의 주파수를 트랙킹하면서, 해당 위성과 통신을 유지한다. 정밀한 클라이언트 장치의 경우, 주파수 차이에 의해 해당 GNSS 신호가 실제 GNSS 신호인지 의사 GNSS 신호인지 구분한다. 이러한 경우, 클라이언트 장치는 실제 GNSS 신호를 받다가 의사 GNSS 신호로 전환 수신할 때, 도플러 편이로 인한 주파수 차이로 인해, 수신된 GNSS 신호가 연속적인 신호가 아니라고 인식하고, 이로 인해 클라이언트 장치에서 연속 수신 및 신호 추적(tracking)이 끊긴다. 이와 같은 핸드오버(handover)에 따라 GNSS 신호에 고정되는 시간 TTFF(Time to first fix)가 아무리 감소하여도 일반적인 클라이언트 장치의 사용자는 연속적인 측위의 끊김을 경험하게 된다. 예를 들면, 의사 GNSS 신호에 도플러 효과가 반영되지 않은 경우, 클라이언트 장치는 GNSS 위성에 고정되고, 의사 GNSS 신호는 실제 GNSS 위성과 다른 캐리어 주파수를 가져, 캐리어 트래킹 과정에서 GNSS 신호를 잃어버릴 수 있다.
본 개시의 실시예들은 의사 GNSS 신호를 생성할 때, 해당 위치에서의 도플러 편이를 의사 GNSS 신호에 반영하여, 클라이언트 장치가 실내 또는 GNSS 수신이 어려운 음영 지역에 진출입할 때, 측위의 연속성을 제공한다. 또한, 본 개시의 실시예들에 따른 GNSS 신호 생성 장치(100)에 의하면, 의사 GNSS 신호에 실시간 위성 신호의 도플러 편이가 반영되어, 클라이언트 장치는 연속적인 주파수 및 위상에서 GNSS 신호를 수신함에 의해, 핸드오버 시 동일 위성(또는 동일 위성의 주파수 대역)에 연속적으로 고정(lock)되어 TTFF가 제거됨에 의해, 실내외에서 연속적인 측위가 가능한 효과가 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 클라이언트 장치에서 GNSS 신호로부터 항법 데이터를 획득하는 구성을 나타낸 도면이다.
클라이언트 장치는 GNSS 신호를 수신하면, 캐리어 웨이브와 PRN(Pseudo Random Number) 코드를 제거하여 항법 데이터를 획득한다. PRN 코드는 C/A 코드에 대응되는 값이며, C/A PRN 코드라고 지칭되기도 한다. 이를 위해, 클라이언트 장치는 GNSS 신호에 복제 캐리어 신호를 곱하여 입력된 GNSS 신호를 베이스 밴드로 변환한다. 또한, 클라이언트 장치는 캐리어 신호가 제거된 캐리어 제거 신호에 복제 PRN 코드를 코릴레이션하여 캐리어 제거 신호로부터 PRN 코드를 제거한다. PRN 코드는 GNSS 신호 상에서 위상 정보로 나타난다. 이러한 처리에 의해 클라이언트 장치는 캐리어 신호 및 PRN 코드가 제거된 항법 데이터를 획득한다.
클라이언트 장치는, GNSS 신호를 수신하면, 획득 처리, 및 트랙킹 처리를 거쳐, 캐리어 주파수 및 PRN 코드 위상 정보를 얻는다. 이후에 GNSS 신호로부터 항법 데이터를 추출하고, 항법 데이터에 기반하여 의사 거리를 산출한 후, 다변측량법(multilateration)을 통해 위치를 측량한다.
클라이언트 장치는 캐리어 주파수 및 PRN 코드 위상 정보를 알기 위해, GNSS 신호를 수신하는 동안, GNSS 신호의 캐리어 주파수 및 PRN 코드 위상을 획득하는 처리 및 트랙킹하는 처리를 수행한다. 클라이언트 장치는 트랙킹 처리에 의해 획득된 캐리어 주파수 및 PRN 코드 위상을 이용하여 GNSS 신호로부터 캐리어 주파수 및 PRN 코드를 제거하여 항법 데이터를 획득한다. 그런데 GNSS 신호 비음영 지역으로부터 음영 지역으로 이동하여 실제 GNSS 신호로부터 의사 GNSS 신호로 핸드오버가 일어나는 경우, 또는 그 반대의 경우에 캐리어 주파수 트랙킹 처리 및 PRN 코드 위상 트랙킹 처리의 실패 가능성이 높아진다. 본 개시의 실시예들은 의사 GNSS 신호를 생성할 때, 도플러 효과로 인한 캐리어 주파수의 주파수 편이 값 및 PRN 코드 위상의 변화를 반영하여, GNSS 신호의 핸드오버 시, 클라이언트 장치에서 주파수 트랙킹 또는 PRN 코드 위상 트랙킹을 실패할 가능성을 현저하게 감소시킨다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치(100a)는 수신부(110), 신호 생성부(120), 및 송신부(130)를 포함한다.
수신부(110)는 제1 통신부(410), 제1 프로세서(412), 및 메모리(414)를 포함한다.
제1 프로세서(412)는 수신부(110) 전반의 동작을 제어한다. 제1 프로세서(412)는 하나 또는 그 이상의 프로세서로 구현될 수 있다. 제1 프로세서(412)는 메모리(414)에 저장된 인스트럭션 또는 커맨드를 실행하여 소정의 동작을 수행할 수 있다.
메모리(414)는 수신부(110)의 동작에 필요한 데이터 및 명령어를 저장할 수 있다. 메모리(414)는 휘발성 저장 매체 또는 비휘발성 저장 매체 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 메모리(414)는 다양한 형태의 저장매체로 구현될 수 있다. 메모리(414)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(414)는 클라우드 저장공간에 대응될 수 있다. 예를 들면, 메모리(414)는 클라우드 서비스를 통해 구현될 수 있다.
메모리(414)는 서버(160)로부터 수신된 GNSS 항법 정보를 저장한다.
제1 통신부(410)는 유선 또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있다. 제1 통신부(410)는 서버(160) 및 적어도 하나의 신호 생성부(120)와 통신한다. 또한, 제1 통신부(410)는 위성(140)으로부터 실시간 위성 신호를 수신한다.
제1 통신부(410)는 서버(160), 신호 생성부(120), 및 위성(140)과 서로 다른 통신 방식으로 통신할 수 있다. 제1 통신부(410)는 근거리 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들면, 블루투스, BLE(Bluetooth Low Energy), 근거리 무선 통신 (Near Field Communication), WLAN(와이파이), 지그비(Zigbee), 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), Ant+ 통신 등을 이용할 수 있다. 다른 예로서, 제1 통신부(410)는 이동 통신을 이용할 수 있으며, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.
제1 통신부(410)는 소정의 신호 대역에서 적어도 하나의 위성(140)과 통신한다. 예를 들면, 제1 통신부(410)는 1575.42MHz L1 신호 대역에서 적어도 하나의 GPS 위성(140)과 통신할 수 있다. 또한, 제1 통신부(410)는 복수의 위성(140)으로부터 실시간 위성 신호를 수신할 수 있다.
제1 프로세서(412)는 제1 통신부(410)가 서버(160)로부터 GNSS 항법 정보를 수신하도록 제어한다. 제1 프로세서(412)는 소정의 주기마다 서버(160)에 GNSS 항법 정보를 요청하고, 수신한다. 제1 프로세서(412)는 예를 들면, 1주일 주기, 1달 주기 등 다양하게 정의된 주기마다 GNSS 항법 정보를 서버(160)로부터 수신할 수 있다. 제1 프로세서(412)는 복수의 위성(140)에 대한 GNSS 항법 정보를 수신하기 위해 복수의 서버(160)에 접속하여 GNSS 항법 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 제1 프로세서(412)는 제1 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 제1 서버로부터 수신하고, 제2 위성(140)에 대한 GNSS 항법 정보를 제2 서버로부터 수신할 수 있다. GNSS 항법 정보를 수신하는 시점 및 주기는 서버마다 다를 수 있다. 예를 들면 제1 위성에 대한 GNSS 항법 정보는 1주일 간격으로 매주 월요일 오전 9시에 수신하고, 제2 위성에 대한 GNSS 항법 정보는 10일 간격으로 매 1일 오전 10시에 수신할 수 있다.
메모리(414)는 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 제공하는 서버 정보, 업데이트 주기, 및 업데이트 시간에 대한 정보를 저장한다. 제1 프로세서(412)는 메모리(414)에 저장된 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 제공하는 서버 정보, 업데이트 주기, 및 업데이트 시간에 대한 정보를 이용하여, GNSS 항법 정보를 서버(160)로부터 획득할 수 있다. GNSS 항법 정보를 제공하는 서버 정보는, 예를 들면, 서버 명칭, 서버 접근 주소, 서버에 접속하기 위한 인증 정보, 서버와 통신하는 프로토콜, 서버 운용 주체 등을 포함할 수 있다.
제1 프로세서(412)는 제1 통신부(410)를 통해 수신한 GNSS 항법 정보를 메모리(414)에 저장하고 관리한다. 제1 프로세서(412)는 예를 들면, 메모리(414)에 저장된 GNSS 항법 정보의 마지막 업데이트 시간, 언제까지의 GNSS 항법 정보를 보유하고 있는지에 대한 정보, GNSS 항법 정보의 출처, 현재 메모리(414)로부터 GNSS 항법 정보를 이용 가능한 위성의 종류 및 개수 등의 정보를 메모리(414)에 저장하고 관리할 수 있다. 제1 프로세서(412)는 서버(160)로부터 수신된 GNSS 항법 정보를 업데이트할 때마다, 메모리(414)에 GNSS 항법 정보 관리 정보를 저장하고 업데이트할 수 있다.
제1 프로세서(412)는 메모리(414)에 저장된 GNSS 항법 정보를 제1 통신부(410)를 통해 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 전송한다. 제1 프로세서(412)는 메모리(414)에 저장된 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 순차적으로 전송한다. 적어도 하나의 신호 생성부(120)로의 전송은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행될 수 있다. 또한, 복수의 위성 각각에 대한 GNSS 항법 정보는 하나의 패킷으로 전송되거나, 별도의 패킷을 이용하여 순차적으로 전송될 수 있다.
제1 프로세서(412)는 적어도 하나의 신호 생성부(120)에 대한 정보, 및 접속 경로에 대한 정보를 메모리(414)에 저장하고 관리할 수 있다. 또한, 제1 프로세서(412)는 적어도 하나의 신호 생성부(120)의 상태 정보를 적어도 하나의 신호 생성부(120)로부터 수신하고, 적어도 하나의 신호 생성부(120)의 상태를 관리할 수 있다. 제1 프로세서(412)는 주기적으로 적어도 하나의 신호 생성부(120)의 상태 정보를 수신하거나, 적어도 하나의 신호 생성부(120)에서 오류 등의 이벤트가 발생한 경우, 적어도 하나의 신호 생성부(120)로부터 상태 정보를 수신할 수 있다. 적어도 하나의 신호 생성부(120)의 상태 정보는 예를 들면, 신호 생성부(120)의 전원 온/오프 상태, 동작 모드(예를 들면, 노멀 모드, GNSS 항법 정보 업데이트 모드, 비정상 모드 등) 등을 포함할 수 있다.
또한, 제1 프로세서(412)는 위성(140)으로부터 수신한 실시간 위성 신호를 이용하여 주파수 편이 값을 산출한다. 제1 프로세서(410)는 미리 설정된 디폴트 캐리어 주파수에 대응하는 디폴트 캐리어 신호와 실시간 위성 신호 간의 주파수 편이 값을 측정할 수 있다. 디폴트 캐리어 주파수는 GNSS 시스템의 종류에 따라 결정되며, GPS 시스템의 경우 1575.42MHz로 결정된다. 일 실시예에 따르면, 제1 프로세서(412)는 SDR(Software defined radio)를 이용하여 캐리어 주파수에 대한 실시간 위성 신호의 주파수 편이를 측정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 수신부(110)는 주파수 편이 값을 측정하기 위한 아날로그 회로를 포함하고, 제1 프로세서(412)는 주파수 편이 값을 측정하기 위한 아날로그 회로를 이용하여 주파수 편이 값을 획득할 수 있다. 제1 프로세서(412)는 주파수 편이 값을 제1 통신부(410)를 통해 실시간으로 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 프로세서(412)는 위성(140)으로부터 수신한 실시간 위성 신호를 이용하여 C/A 코드 위상을 산출한다. C/A 코드는 PRN 코드에 대응되는 값으로, 위성 신호의 위상에 의해 나타내는 값이다. C/A 코드는 GNSS 항법 정보에 저장된 값이다. 제1 프로세서(412)는 실시간 위성 신호로부터 실제 C/A 코드 위상을 산출하고, 수신된 GNSS 항법 정보와 실제 C/A 코드 위상의 위상 차를 산출하여, C/A 코드 위상 차 값을 생성할 수 있다. 제1 프로세서(412)는 산출된 C/A 코드 위상 차 값을 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 제1 통신부(410)를 통해 전송한다. 본 실시예에 따르면, 수신부(110)는 실시간 위성 신호로부터 산출된 주파수 편이 값과 C/A 코드 위상 차 값을 함께 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다. 다른 예로서, 수신부(110)는 주파수 편이 값과 C/A 코드 위상 값을 함께 적어도 하나의 신호 생성부(120)로 전송할 수 있다.
적어도 하나의 신호 생성부(120)는 각각 식별 정보를 가질 수 있다. 수신부(110)는 적어도 하나의 신호 생성부(120)의 식별 정보, 위치 정보 등을 저장하고 관리할 수 있다.
신호 생성부(120)는 제2 프로세서(420), 제2 통신부(422), 메모리(224)를 포함한다.
제2 프로세서(420)는 신호 생성부(120) 전반의 동작을 제어한다. 제2 프로세서(420)는 하나 또는 그 이상의 프로세서로 구현될 수 있다. 제2 프로세서(420)는 메모리(224)에 저장된 인스트럭션 또는 커맨드를 실행하여 소정의 동작을 수행할 수 있다.
제2 통신부(422)는 유선 또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있다. 제2 통신부(422)는 수신부(110)와 통신한다. 일 실시예에 따르면, 제2 통신부(422)는 다른 신호 생성부(120)와 통신할 수 있다. 제2 통신부(422)는 근거리 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들면, 블루투스, BLE(Bluetooth Low Energy), 근거리 무선 통신 (Near Field Communication), WLAN(와이파이), 지그비(Zigbee), 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), Ant+ 통신 등을 이용할 수 있다. 다른 예로서, 제2 통신부(422)는 이동 통신을 이용할 수 있으며, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.
메모리(224)는 신호 생성부(120)의 동작에 필요한 데이터 및 명령어를 저장할 수 있다. 메모리(224)는 수신부(110)로부터 수신된 GNSS 항법 정보를 저장한다. 메모리(224)는 휘발성 저장 매체 또는 비휘발성 저장 매체 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 메모리(224)는 다양한 형태의 저장매체로 구현될 수 있다. 메모리(224)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
신호 생성부(120)는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전원부는 제2 프로세서(420), 제2 통신부(422), 및 메모리(424)에 전원을 공급한다. 일 실시예에 따르면 전원부는 배터리를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 전원부는 태양광 패널과 같은 자체 발전 시설을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면 전원부는 유선으로 전력을 공급받을 수 있다.
제2 프로세서(420)는 GNSS 항법 정보에 기초하여, 신호 생성부(120)의 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호의 IQ 위상 데이터를 생성한다. 우선 제2 프로세서(420)는 GNSS 항법 정보에 나타난 시간에 따른 GNSS 위성의 추산 위치에 기초하여, 신호 생성부(120)의 위치에서 수신 가능한 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다. 이와 같이 신호 생성부(120)의 위치에서 수신 가능한 GNSS 신호가 의사 GNSS 신호에 대응된다. 신호 생성부(120)는 소정의 소프트웨어 알고리즘을 이용하여, 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다. 의사 GNSS 신호에 대한 정보는 각 위성에 대해 각각 생성된다. 일 실시예에 따르면, 제2 프로세서(420)는 각 위성에 대한 신호 처리 채널을 생성하고, 각 채널에서 각 위성에 대한 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다.
제2 프로세서(420)는 수신부(110)로부터 수신한 주파수 편이 값을 이용하여, 캐리어 신호의 주파수 조정한다. 수신부(110)는 디폴트 캐리어 신호에 수신된 주파수 편이 값을 적용하여, 캐리어 신호를 정의한다. 제2 프로세서는 정의된 캐리어 신호에 기초하여 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다.
일 실시예에 따르면, 제2 프로세서(420)는 수신부(110)로부터 C/A 코드 위상 차 값을 수신하고, 수신된 C/A 코드 위상 차 값을 적용하여, 의사 GNSS 신호를 정의하고, 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다.
제2 프로세서(420)는 시간에 따른 의사 GNSS 신호에 대한 정보에 기초하여, 각 위성에 대한 IQ 위상 데이터를 생성한다. IQ 위상 데이터는 직교 진폭 변조(QAM, Quadrature Amplitude Modulation)를 위해 이용되는 동상(in-phase) 반송파와 직각 위상(quadrature) 반송파에 대한 진폭과 위상에 대한 정보를 포함하는 데이터이다. 제2 프로세서(420)는 IQ 위상 데이터를 생성하여 아날로그 신호 생성부(430)로 출력하고, 아날로그 신호 생성부(430)는 IQ 위상 데이터를 이용하여 아날로그 신호를 변조하여 시간에 따른 각 위성의 의사 GNSS 신호를 생성한다.
송신부(130)는 신호 생성부(120)로부터 IQ 위상 데이터를 수신하여, 의사 GNSS 신호를 생성하여 방사한다. 송신부(130)는 아날로그 신호 생성부(430), 신호 증폭부(432), 및 안테나(434)를 포함한다. 송신부(130)는 하나의 신호 생성부(120)에 대해 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다. 또한, 하나의 송신부(130)는 하나 이상의 안테나(434)를 포함할 수 있다.
아날로그 신호 생성부(430)는 의사 GNSS 신호를 생성한다. 아날로그 신호 생성부(430)는 IQ 데이터에 기초하여, 의사 GNSS 신호를 생성한다. 아날로그 신호 생성부(430)는 IQ 신호에 기초하여, GNSS L1 반송파 신호를 생성한다. L1 반송파의 L1 주파수는, GPS의 경우 1575.42Mhz, 글로나스의 경우 1602.0 내지 1615.5MHz, Beidou의 경우 1561.1 MHz, QZSS의 경우 1575.42MHz, IRNSS의 경우 1176.45MHz로 결정된다. 아날로그 신호 생성부(430)는 아날로그 신호를 생성 및 처리하는 아날로그 회로, 또는 마이크로 컨트롤러(Microcontroller) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 아날로그 신호 생성부(430)는 예를 들면, FPGA 기반의 송수신 장치(BladeRF 등), ARM 코어 기반의 송수신 장치(HackRF 등), Intel 코어 기반의 송수신 장치, AMD 코어 기반의 송수신 장치와 같은 RF 송수신기가 있는 SDR(software-defined radio) 장치 등의 형태로 구현될 수 있다. 아날로그 신호 생성부(430)는 의사 GNSS 신호를 생성하여 신호 증폭부(432)로 출력한다.
신호 증폭부(432)는 아날로그 신호 생성부(430)로부터 생성된 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력한다. 신호 증폭부(432)는 저 잡음 증폭기를 통해 GNSS 신호 주파수 대역인 1575.42Mhz에 대한 신호를 증폭시킨다. 이를 통해, 신호 증폭부(432)는 의사 GNSS 신호만을 증폭시켜 SNR을 향상시킬 수 있다. 또한, 신호 증폭부(432)는 신호 증폭의 게인을 조절하여 방사되는 신호의 도달 범위를 결정할 수 있다. 신호 증폭부(432)는 제2 프로세서(420)로부터 입력되는 게인 제어 신호에 기초하여 신호 증폭의 게인을 조절한다. 신호 증폭부(432)는 신호 증폭을 위한 아날로그 증폭 회로 또는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다.
안테나(434)는 신호 증폭부(432)에서 출력된 증폭된 신호를 방사한다. 안테나(434)는 GNSS 신호 주파수 대역대인 1575.42Mhz의 주파수를 포함하는 동작 주파수대를 가질 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라, 수신부에서 실시간 위성 신호를 처리하는 동작을 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 수신부(110)는 실시간 위성 신호를 수신하여, 실시간 위성 신호 처리(500)를 수행한다. 실시간 위성 신호 처리(500)는 제1 프로세서(412)에 의해 수행될 수 있다. 제1 프로세서(412)는 메모리(414)에 저장된 컴퓨터 프로그램 명령어에 기초하여, 실시간 위성 신호 처리(500)를 수행한다.
실시간 위성 신호 처리(500)는 실시간 위성 신호로부터 캐리어 주파수를 및 C/A 코드 위상을 검출하는 획득 처리(510)와, 획득된 캐리어 주파수 및 C/A 코드 위상을 트랙킹하는 트랙킹 처리(520)를 포함한다. 도 6을 참조하여 획득 처리(510)를 설명한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부의 획득 처리를 나타낸 도면이다.
획득 처리(510)는 C/A 코드 위상과 캐리어 주파수를 산출한다. GNSS 위성 신호는 각자 고유의 캐리어 주파수 및 PRN 코드를 가지고 있다. PRN 코드는 C/A 코드에 대응된다. 획득 처리(510)에서는 수신된 실시간 위성 신호와 로컬에서 생성된 로컬 신호와의 상호 상관을 통해 캐리어 주파수 및 C/A 코드 위상을 획득한다.
획득 처리(510)는 GNSS 항법 정보를 이용하여 로컬 신호를 생성하는 처리를 포함한다. GNSS 항법 정보는 C/A 코드 위상 정보를 포함하고, 획득 처리(510)는 디폴트 캐리어 주파수의 캐리어 신호에 C/A 코드 위상을 적용하여 로컬 신호를 생성한다.
획득 처리(510)는 로컬 신호가 생성되면, 실시간 위성 신호와 로컬 신호를 상호 상관(610)하여, 상호 상관 결과 값(622)을 획득한다. 획득 처리(510)는 주파수 및 위상에 대해 상호 상관 처리를 수행한다.
획득 처리(510)는 상호 상관 결과 값(622)으로부터 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 산출한다(620). 획득 처리(510)는 상호 상관 결과 값(622)에서 피크 값(624)을 결정하고, 피크 값(624)에 대응하는 주파수 편이 값과 C/A 코드 위상 차 값을 결정한다. 획득 처리(510)는 피크 값(624)에 대응하는 주파수 편이 값과 C/A 코드 위상 차 값을 출력한다.
다음으로 도 5를 참조하여 트래킹 처리(520)를 설명한다.
획득 처리(510)에서 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값이 산출되면, 트래킹 처리(520)는 산출된 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값에 기초하여 캐리어 주파수 및 C/A 코드 위상을 트래킹한다. 트래킹 처리(520)는 위성의 이동에 의해 변화하는 캐리어 주파수와 C/A 코드 위상을 PLL(phase lock loop) 방식, FLL(Frequency lock loop) 방식, 또는 DLL(Delay lock loop) 방식을 이용하여 캐리어 트래킹 처리(522) 및 코드 위상 트래킹 처리(524)를 수행한다.
일 실시에에 따르면, 획득 처리(510)는 주기적으로 수행되고, 트래킹 처리(520)는 주기적인 획득 처리(510)의 결과 값에 기초하여 캐리어 트래킹 처리(522) 및 코드 위상 트래킹 처리(524)를 수행할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 획득 처리(510)는 초기의 캐리어 주파수 값 및 C/A 코드 위상 값을 획득하기 위해 수행되고, 이후에는 트래킹 처리(520)에서 트래킹에 실패한 경우, 또는 새로운 종류의 위성 신호(예를 들면, 다른 위성으로부터 송출된 위성 신호)가 검출된 경우 등 미리 정의된 경우에만 수행될 수 있다.
트래킹 처리(520)는 캐리어 트래킹 처리(522)와 코드 위상 트래킹 처리(524)를 포함한다. 캐리어 트래킹 처리(522)는 획득 처리(510)에서 획득된 주파수 편이 값에 기초하여, 캐리어 주파수를 트래킹하는 처리를 수행한다. 캐리어 트래킹 처리(522)는 디폴트 캐리어 주파수에 주파수 편이 값을 적용하여 캐리어 주파수 트래킹을 수행한다. 따라서 주파수 트래킹 처리(522)에서 결정된 캐리어 주파수 값은 도플러 편이가 반영된 캐리어 주파수 값이다. 코드 위상 트래킹 처리(524)는 획득 처리(510)에서 획득된 C/A 코드 위상 차 값에 기초하여, C/A 코드 위상을 트래킹하는 처리를 수행한다. 코드 위상 트래킹 처리(524)는 로컬 신호의 C/A 코드 위상에 C/A 코드 위상 차 값을 적용하여 코드 위상 트래킹을 수행한다. 따라서 코드 위상 트래킹 처리(524)에서 결정된 C/A 코드 위상 값은 위성의 이동에 따라 변화하는 실시간 위성 신호의 C/A 코드 위상을 반영한 값이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 컴퓨팅 모듈의 구조를 나타낸 도면이다. 도 7의 컴퓨팅 모듈(700)은 도 4의 신호 생성부(120)의 제2 프로세서(420) 및 메모리(424)에 대응된다. 일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 모듈(730)은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구현되어 신호 생성부(120)에 장착될 수 있다.
컴퓨팅 모듈(700)은 메모리(424) 및 제2 프로세서(420)를 포함한다. 제2 프로세서(420)는 각 위성에 대한 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성하는 복수의 채널(720) 및 IQ 위상 데이터 생성부(740)를 포함한다.
메모리(424)는 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보에 대응하는 라이넥스 파일(RINEX file)을 저장한다. 라이넥스 파일은 로(raw) 위성 항법 시스템 데이터에 대한 데이터 교환 가능한 포맷이다. 라이넥스 파일은 사용자가 더 정확한 결과를 생성하기 위해 수신된 데이터를 후처리 할 수 있도록 한다. 따라서 라이넥스 파일을 수신한 신호 생성부(120)는 라이넥스 파일의 정보를 현재 위치에 따라 수정할 수 있다.
복수의 채널(720)은 메모리(424)에 저장된 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 읽어와서, 신호 생성부(120)의 위치에 기초하여 GNSS 항법 정보로부터 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다. 복수의 채널(720)은 각 위성에 대응되는 채널 1(722a), 채널 2(722b), 내지 채널 N(722c)를 포함한다. 각 채널(722a, 722b, 722c)는 각 위성에 대응되는 GNSS 항법 정보를 처리하여, 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성한다.
GNSS 항법 정보는, 수신부(110)에서 수신 가능한 GNSS 신호의 PRN 정보, 코드 주파수, 캐리어 주파수, 캐리어 위상, 코드 위상, 복수의 서브 프레임, 시간에 따른 네비게이션 메시지, 전리층 지연이 반영된 의사 거리, 의사 거리 속도, 방위각, 또는 고도(AZEL) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, GNSS 항법 정보는 의사잡음부호(PRN, Pseudo-Random Noise), C/A 코드(Coarse/Acquisition code 또는 Standard code), P 코드(Precision code), 반송파 위상, 네비게이션 메시지 등의 정보를 포함한다.
전리층은 이온화되어 전기적 성격을 지닌 입자(Ionized gas)들이 이루는 층으로 약 50km에서부터 1,000km 이상까지 넓게 위치한다. 이 입자들의 전기적 성격 때문에 전리층에서 전파의 속도가 변화된다. 이러한 전리층 오차는 전파가 전리층을 통과하는 시간이 길수록, 이온화된 입자들이 많을수록 커진다. 또한, 위성이 지평선에 가까울수록 전파가 이온층을 통과하는 시간의 비율이 길어지고, 태양광의 세기가 센 낮에 입자들의 이온화가 더 많이 이루어지므로 전리층에 의한 오차는 낮에 수평선에 가까운 위성에서 매우 크게 나타난다. 이러한 오차에 의해 위성 신호의 전송 과정에서 전리층 지연이 나타나며, GNSS 항법 정보는 전리층 지연이 반영된 의사 거리 정보를 포함하여, 수신부(110)와 위성(140) 사이의 정확한 거리를 측정할 수 있도록 한다.
각 채널(722a, 722b, 722c)은 GNSS 항법 정보를 처리하기 위해, PRN 할당 블록(724), 의사 영역 산출 블록(726), 네비게이션 메시지 생성 블록(728), C/A 코드 위상 산출 블록(730), 반송파 위상 산출 블록(732), 및 신호 게인 산출 블록(734)을 포함한다. PRN 할당 블록(724)은 신호 생성부(120)의 현재 위치에 기초하여 PRN을 할당한다. 의사 영역 산출 블록(726)은 GNSS 항법 정보에 포함된 시간 지연 정보에 기초하여, 의사-영역을 산출한다. 네비게이션 메시지 생성 블록(728)은 현재의 시간 및 위치에 기초하여 네비게이션 메시지를 생성한다. 예를 들면, 네비게이션 메시지는 복수의 프레임을 포함하고, 각 프레임은 위성 궤도 정보 등의 위성에 대한 정보를 포함한다. C/A 코드 위상 산출 블록(730)은 신호 생성부(120)의 현재 위치 및 시간에 기초하여 C/A 코드 위상을 산출하여 출력한다. 의사 거리에 따라 C/A 코드 위상이 업데이트된다. 반송파 위상 산출 블록(732)은 신호 생성부(120)의 현재 위치 및 시간에 기초하여 반송파 위상을 산출하여 출력한다. 신호 게인 산출 블록(734)은 의사 GNSS 신호의 출력 범위에 기초하여 신호 게인을 산출하여 출력한다. 예를 들면, GNSS 신호의 출력 범위가 반경 50m인 경우, 반경 50m를 커버하기 위한 신호 게인을 산출하여 출력한다. 신호 게인은 경로 오차 및 AZEL 정보를 통해 계산된다.
C/A 코드 위상 산출 블록(730)은 수신부(110)로부터 수신된 C/A 코드 위상 값을 반영하여 C/A 코드 위상을 결정한다. 이를 위해, C/A 코드 위상 산출 블록(732)은 수신된 C/A 코드 위상 값을 이용하여 라이넥스 파일로부터 생성된 의사 GNSS 신호 정보의 C/A 코드 위상 값을 조절할 수 있다.
반송파 위상 산출 블록(732)은 수신부(110)로부터 수신된 주파수 편이 값을 반영하여 반송파 주파수 및 위상을 결정한다. 이를 위해, 반송파 위상 산추 ㄹ블록(732)은 수신된 주파수 편이 값을 이용하여 라이넥스 파일로부터 생성된 의사 GNSS 신호 정보의 캐리어 주파수를 조절할 수 있다.
IQ 위상 데이터 생성부(740)는 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여, 신호 게인 값과 각 채널의 C/A 코드 값을 합성하여 IQ 위상 데이터를 생성한다. 생성된 IQ 위상 데이터는 메모리(424) 또는 별도의 버퍼에 저장된다. 제2 프로세서(420)는 저장된 IQ 위상 데이터를 송신부(130)에 시간에 따라 스트리밍한다.
각 채널(722a, 722b, 722c)에서 생성된 의사 GNSS 신호에 대한 정보는 IQ 위상 데이터 생성부(740)로 출력된다. IQ 위상 데이터 생성부(740)는 각 위성에 대응하는 IQ 위상 데이터를 생성하여 출력한다.
복수의 채널(720) 및 IQ 위상 데이터 생성부(740)는 소정의 신호 생성 알고리즘을 수행하는 소프트웨어 블록에 대응될 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 의사 GNSS 신호 생성 처리 과정을 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, GNSS 신호 생성 장치(100)는 복수의 위성으로부터 위성 신호를 수신하고, 복수의 위성에 대응하는 의사 GNSS 신호를 생성할 수 있다. GNSS 신호 생성 장치(100)는 복수의 위성 각각에 대응하는 신호 처리 채널들(810a, 810b, 810c)을 통해 복수의 위성 각각에 대한 실시간 위성 신호 처리 및 의사 GNSS 신호 생성 처리를 진행한다. 신호 처리 채널들(810a, 810b, 810c)의 신호 처리는 서로 병렬적으로 수행될 수 있다.
의사 GNSS 신호 생성 처리(800)는 실시간 위성 신호 처리(820) 및 IQ 신호 생성 처리(830)를 포함한다. 각각의 신호 처리 채널(810a, 810b, 810c)은 해당 채널에 대응되는 위성에 대해, 실시간 위성 신호 처리(820) 및 IQ 신호 생성 처리(830)를 수행한다. 실시간 위성 신호 처리(820)는 수신부(110)에 의해 수행되는 실시간 위성 신호 처리(810)에 대응되고, IQ 신호 생성 처리(830)는 신호 생성부(120)의 컴퓨팅 모듈(700)에 의해 수행된다. IQ 신호 생성 처리(830)는 앞서 설명된 바와 같이, 의사 GNSS 신호 정보 생성 처리(832) 및 IQ 위상 데이터 생성 처리(834)를 포함한다. 의사 GNSS 신호 정보 생성 처리는 라이넥스 파일에 저장된 GNSS 항법 데이터로부터 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성하여, 출력한다. IQ 위상 데이터 생성 처리(834)는 의사 GNSS 신호에 대한 정보로부터 IQ 위상 데이터를 생성한다.
일 실시예에 따르면, 실시간 위성 신호 처리(820) 및 의사 GNSS 신호 정보 생성 처리(832)는 각 위성에 대해 각 채널(810a, 810b, 810c)별로 병렬로 수행되고, IQ 신호 생성 처리(830)는 각 위성에 대해 직렬로 처리될 수 있다. 또한, IQ 신호 생성 처리(830)에 의해 생성된 IQ 위상 데이터는 송신부(130)로 출력되고, 송신부(130)는 IQ 위상 데이터로부터 의사 GNSS 신호를 생성하여 방사한다.
일 실시예에 따르면, 송신부(130)는 각 위성에 대한 의사 GNSS 신호를 순차적으로 생성하여 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신부(130)는 신호 프레임을 시분할하여, 각 위성에 대한 의사 GNSS 신호를 각 시분할 구역에서 생성하여 방사할 수 있다.
다른 실시예예 따르면, 송신부(130)는 복수의 신호 생성 채널을 구비하고, 복수의 위성에 대한 의사 GNSS 신호를 병렬적으로 생성하여 방사할 수 있다. 병렬적으로 복수의 위성에 대한 의사 GNSS 신호를 생성하고 방사하는 경우, 송신부(130)는 각 채널에 대응하는 아날로그 신호 생성부(430), 신호 증폭부(432), 및 안테나(434)를 각각 구비할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 신호 생성 채널을 구비하는 경우, 송신부(130)는 3개의 신호 생성 채널을 구비하고, 송신부(130)는 3개의 위성에 대한 IQ 위상 데이터로부터 3개의 위성에 대응하는 의사 GNSS 신호를 생성하여 방사할 수 있다. 이러한 경우, 의사 GNSS 신호 생성 처리(800)도 3개의 신호 처리 채널(810a, 810b, 810c)을 구비하고, 3개의 위성에 대한 IQ 위상 데이터를 생성하여 송신부(130)로 출력할 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다. 도 9에서는 신호 생성부가 2개 구비된 예를 도시하였지만, 신호 생성부의 개수는 실시예에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 수신부(110)는 서버(160)로부터 제1 주기(T1)로 GNSS 항법 정보를 수신한다. 수신부(110)는 GNSS 항법 정보 수신 세션에 서버(160)와 통신하여 GNSS 항법 정보를 수신한다.
수신부(110)는 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 수신된 GNSS 항법 정보를 전송한다. 수신부(110)는 일 실시예에 따르면, 수신부(110)는 제1 주기(T1)로 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 GNSS 항법 정보를 전송한다.
제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)는 의사 GNSS 신호 생성 및 출력 세션에 의사 GNSS 신호 정보를 생성하여 출력한다. 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)는 제2 주기(T2)로 의사 GNSS 신호 정보를 생성하여 출력한다. 제2 주기(T2)는 1초 미만의 시간이고, 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)는 실시간으로 의사 GNSS 신호를 생성하여 출력한다. 제2 주기(T2)는 제1 주기(T1)보다 짧은 시간 구간이다. 예를 들면, 제2 주기(T2)는 1/60초이고, 제1 주기(T1)는 1주일일 수 있다.
수신부(110)는 GNSS 항법 정보와 별도로, 실시간 위성 신호를 수신하여, 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 산출하여 제1 신호 생성부(120a) 및 제2 신호 생성부(120b)에 송신한다. 수신부(110)가 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 생성하여 송신하는 주기는, 제1 주기(T1)보다 짧다. 또한, 수신부(110)가 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 생성하여 송신하는 주기는, 제2 주기(T2)와 같거나 짧을 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부 및 적어도 하나의 신호 생성부 간의 통신 동작을 나타낸 도면이다. 도 10에서는 신호 생성부가 2개 구비된 예를 도시하였지만, 신호 생성부의 개수는 실시예에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
도 10의 실시예에 따르면, 수신부(110)는 제1 주기(T1)로 서버(160)로부터 GNSS 항법 정보를 수신하고, 제3 주기(T3)로 GNSS 항법 정보를 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 전송한다. 제3 주기(T3)는 제1 주기(T1)보다 짧고, 제2 주기(T2)보다 긴 시간이다. 수신부(110)는 수신된 GNSS 항법 정보를 메모리(214)에 저장하고, 제3 주기(T3)로 다음 시간 구간에 대응하는 GNSS 항법 정보를 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 전송한다. 수신부(110)가 GNSS 항법 정보를 제1 주기(T1)보다 짧은 시간 구간으로 분할하여 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 전송함에 의해, 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)에서 요구되는 저장 공간을 감소시켜, 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)의 제조 원가를 절감할 수 있다.
수신부(110)는 GNSS 항법 정보 수신 세션 및 GNSS 항법 정보 전달 세션에 GNSS 항법 정보를 제1 신호 생성부(120a)와 제2 신호 생성부(120b)로 전송한다. 제3 주기(T3)는 하루, 수 시간 등 제2 주기(T2)보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.
수신부(110)는 GNSS 항법 정보와 별도로, 실시간 위성 신호를 수신하여, 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 산출하여 제1 신호 생성부(120a) 및 제2 신호 생성부(120b)에 송신한다. 수신부(110)가 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 생성하여 송신하는 주기는, 제1 주기(T1)보다 짧다. 또한, 수신부(110)가 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 차 값을 생성하여 송신하는 주기는, 제2 주기(T2)와 같거나 짧을 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 C/A 코드 신호의 구조를 나타낸 도면이다.
모든 위성들은 L1 C/A 신호를 방사한다. L1 신호는 1575.42 MHz 주파수를 이용한다. C/A 신호는 복수의 프레임들(1110)을 포함한다. 복수의 프레임들(1110)의 각 프레임(1112)은 하나의 위성에 대응된다. 각 프레임(1112)은 복수의 서브 프레임(1122a, 1122b, 1122c, 1122d, 1122e)를 포함한다. 각 서브 프레임(1122a, 1122b, 1122c, 1122d, 1122e)은 소정의 할당된 정보를 저장한다. 예를 들면, Subframe 1(1122a)은 위성 클럭 및 헬스 데이터를 포함하고, Subframe 2(1122b) 및 Subframe 3(1122c)는 위성 궤도 정보와 이력 정보(Ephemeris)를 포함하고, Subframe 4(1122d)는 위성 궤도 정보 및 상태 정보(almanac) 중 일부 및 다른 데이터들을 포함하고, Subframe 5(1122e)는 위성 궤도 정보 및 상태 정보(almanac)을 포함한다. 또한, 각 서브 프레임(1122a, 1122b, 1122c, 1122d, 1122e)은 TLM(Telemetry Word, 1130) 및 HOW(Handover Word, 1140)를 포함한다. TLM(1130)은 원격 측정 신호로서, 수신기가 각 서브 프레임의 시작점을 탐색할 수 있도록 하고 항법 서브프레임을 시작하는 시간을 수신기 시간으로 결정하게 한다. HOW(1140)은 GNSS 시간(다음 서브 프레임의 첫 번째 비트가 전송될 실제 시간)을 제공하고 전체 프레임 중에서 특정 서브 프레임을 식별할 수 있도록 한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라, 송신부를 배치한 모습을 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 수신부(R), 신호 생성부, 및 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)가 실내 공간에 배치된다. 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)는 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)의 커버리지에 기초하여 결정된 소정의 간격으로 배치된다. 예를 들면, 각각의 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)는 직경 100m의 커버리지를 갖고, 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)는 100m 간격으로 배치될 수 있다.
송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)는 최적화된 안테나 방사각을 갖도록 배치될 수 있다. 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)의 방사각은 실내 공간 내의 모든 위치에서 소정 세기 이상의 GNSS 신호가 수신되도록 설정된다. 또한, 실내 공간 내에 GNSS 신호 음영 지역이 발생하지 않도록 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)의 방사각이 결정된다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6) 각각의 안테나는 지향성 안테나(방향성 안테나, directional 안테나)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6) 각각의 지향성 안테나의 각도를 조절하여, 클라이언트 장치의 위치 결정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 클라이언트 장치는 지향성 안테나로부터 방사된 의사 GNSS 신호를 수신하여, 클라이언트 장치와 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6) 간의 거리를 측정할 수 있어, 클라이언트 장치의 위치 검출의 정확도를 보다 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 터널에 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)가 설치되는 경우, 지향성 안테나의 신호 출력 각도를 30 내지 60도 범위에서 조절함에 의해, 클라이언트 장치는 수신된 의사 GNSS 신호로부터 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)까지의 거리를 산출할 수 있다. 반면에, 무방향성 안테나(omni-directional antenna)는 클라이언트 장치에서, 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)와 클라이언트 장치 사이의 거리를 측정하기 어렵다.
클라이언트 장치는 RINEX 정보를 이용하여 산출된 시간 지연 정보 및 안테나로부터의 도달 시간을 이용하여 위성까지의 거리를 산출할 수 있다. 안테나로부터의 도달 시간은 송신부(T1, T2, T3, T4, T5, 및 T6)로부터 클라이언트 장치까지의 도달 시간을 나타낸다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 지향성 안테나를 기울여서 설치함에 의해, 클라이언트 장치에서 안테나로부터의 도달 시간을 산출하는 것이 가능하다. 클라이언트 장치는 RINEX 정보를 이용하여 산출된 시간 지연 정보와 함께 안테나로부터의 도달 시간까지 이용함에 의해, 보다 정확한 위치 정보를 얻을 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 흐름도를 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 방법은 다양한 GNSS 시스템에 의하여 수행될 수 있다. 본 명세서에서는 도 1 내지 도 12를 이용하여 설명된 GNSS 신호 생성 장치(100)에 의해 GNSS 신호 생성 방법이 수행되는 실시예를 중심으로 설명된다. 따라서 GNSS 신호 생성 장치(100)에 대해 설명된 실시예들은 GNSS 신호 생성 방법에 대한 실시예들에 적용 가능하고, 반대로 GNSS 신호 생성 방법에 대해 설명된 실시예들은 GNSS 신호 생성 장치(100)에 대한 실시예들에 적용 가능하다. 개시된 실시예들에 따른 GNSS 신호 생성 방법은 본 명세서에 개시된 GNSS 신호 생성 장치(100)에 의해 수행되는 것으로 그 실시예가 한정되지 않고, 다양한 형태의 GNSS 시스템에 의해 수행될 수 있다.
GNSS 신호 생성 장치는 위성으로부터 GNSS 항법 정보를 수신한다(S1302). GNSS 신호 생성 장치는 각 위성에 대한 GNSS 항법 정보를 제공하는 서버로부터 GNSS 항법 정보를 소정 주기마다 수신한다.
GNSS 신호 생성 장치는 수신된 GNSS 항법 정보를 메모리에 저장한다(S1304). GNSS 신호 생성 장치는 저장된 GNSS 항법 정보를 이용하여, 의사 GNSS 신호를 생성한다(S1306). GNSS 신호 생성 장치는 GNSS 항법 정보로부터 각 위성의 각 시점에서의 의사 GNSS 신호에 대한 정보를 생성하고, 의사 GNSS 신호에 대한 정보에 기초하여 IQ 위상 데이터를 생성한다. GNSS 신호 생성 장치는 IQ 위상 데이터를 이용하여 의사 GNSS 신호를 생성한다.
또한, GNSS 신호 생성 장치는 실시간 위성 신호를 수신한다(S1306). GNSS 신호 생성 장치는 위성 신호를 수신 가능한 실외에 수신부를 설치하여 실시간 위성 신호를 수신한다. GNSS 신호 생성 장치는 복수의 위성으로부터 실시간 위성 신호를 수신할 수 있다.
GNSS 신호 생성 장치는 실시간 위성 신호로부터 주파수 편이 값을 산출하여 획득한다(S1308). 또한, 일 실시예에 따르면, GNSS 신호 생성 장치는 실시간 위성 신호로부터 주파수 편이 값과 함께 C/A 코드 위상 값을 산출하여 획득한다. GNSS 신호 생성 장치는 수신된 GNSS 항법 정보를 이용하여 로컬 신호를 생성하고, 로컬 신호와 실시간 위성 신호를 상호 상관하여 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상 값을 산출할 수 있다.
다음으로, GNSS 신호 생성 장치는 산출된 주파수 편이 값과 C/A 코드 위상 값을 반영하여, 저장된 GNSS 항법 데이터로부터 의사 GNSS 신호 정보를 생성한다(S1310). GNSS 신호 생성 장치는 주파수 편이 값을 반영하여 의사 GNSS 신호 정보의 캐리어 주파수를 결정하고, C/A 코드 위상 값을 반영하여 의사 GNSS 신호 정보의 C/A 코드 위상 값을 결정한다. 의사 GNSS 신호 정보는 IQ 위상 데이터의 형태로 변환되어 출력될 수 있다. GNSS 신호 생성 장치는 복수의 위성에 대해 각각의 의사 GNSS 신호 정보를 생성할 수 있다.
다음으로 GNSS 신호 생성 장치는 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여, 의사 GNSS 신호를 생성한다(S1312). GNSS 신호 생성 장치는 SDR을 이용하여 의사 GNSS 신호를 생성하거나, 별도의 아날로그 신호 생성 회로를 이용하여 의사 GNSS 신호를 생성할 수 있다. GNSS 신호 생성 장치는 IQ 위상 데이터로부터 의사 GNSS 신호를 생성할 수 있다.
다음으로 GNSS 신호 생성 장치는 의사 GNSS 신호를 출력한다(S1314). GNSS 신호 생성 장치는 안테나를 통해 의사 GNSS 신호를 방사한다. GNSS 신호 생성 장치는 의사 GNSS 신호를 증폭하여 방사할 수 있다. 이 때, GNSS 신호 생성 장치는 의사 GNSS 신호의 증폭률을 조절하여 신호의 도달 범위를 조절할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 GNSS 신호 생성 장치를 나타낸 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, GNSS 신호 생성 장치(100b)은 위성(140)으로부터 신호를 수신할 수 있는 외부 위치에 수신부(110)를 배치한다. 수신부(110)는 위성(140)으로부터의 위성 신호를 수신하여, TTFF를 고려하여 GNSS의 최신 상태(hot status)를 유지한다. TTFF는 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)에서 위치 파악에 걸리는 실제 시간이다. TTFF는 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)의 운영 상태와 마지막으로 위치를 수정한 때부터의 시간, 마지막으로 수정한 위치, 및 특정 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)의 설계에 의해 결정된다. TTFF는 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d), 클라이언트 장치 등 GNSS 신호를 수신하는 장치에 의해 산출될 수 있다. 운영 상태는 복수의 상태로 정의될 수 있다. 예를 들면, 운영 상태는 Hot state, Warm state, 및 Cold state를 포함할 수 있다. Hot state에서는 GNSS 신호를 수신한 장치가 위성 정보, Almanac 등의 데이터를 가지고 있을 때, 이 정보에 포함된 위성들로 빠르게 고정할 수 있는 상태이다. Warm state는 GNSS 신호를 수신한 장치가 위성 정보, Almanac, UTC 등을 가지고 있지만, 이 정보에 포함된 위성으로부터 신호를 수신할 수 없는 상태이다. Cold state는 GNSS 신호를 수신한 장치가 3일 이상 미사용 상태이거나, 마지막으로 GNSS 신호를 수신한 위치로부터 일정 거리 이상 떨어진 곳에서 다시 GNSS 신호를 수신하는 상태이다. Cold state에서는 다시 GNSS 신호를 수신하여 위치를 파악하는데 최대 12분까지 걸릴 수 있다.
수신부(110)는 TTFF 정보를 바탕으로 3D 보정(3D fix)이 될 가능성이 높은 위성(140)을 예측하여, 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)로 해당 정보를 반영한다. 3D 보정이 될 가능성이 높은 위성(140)은 TTFF 기준으로, 가장 빠르게 GNSS 신호를 수신할 수 있는 위성으로, 신호를 수신할 수 있는 위성 중, 사용 중인 상태(Hot state)에 있는 위성들의 우선순위가 높다. 복수의 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)는 3D 보정이 될 가능성이 높은 위성(140)에 대한 예측된 정보를 이용하여, 위성 리스트를 업데이트한다. 복수의 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)는 위성 리스트에 3D 보정이 될 가능성이 높은 위성(140)에 대한 정보를 기입하고, 3D 보정이 될 가능성이 소정 기준 값 이상인 위성(140)을 선택하여, 선택된 위성(140)에 대해 의사 GNSS 신호를 생성하고 출력한다. 복수의 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)는 생성된 의사 GNSS 신호를 안테나(130a, 130b, 130c, 130d)를 통해 클라이언트 장치(150)로 출력한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, GNSS 신호 생성 장치(100b) 내의 복수의 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d) 각각은 복수의 서로 다른 위성(140)의 의사 GNSS 신호를 출력한다. 즉, 제1 신호 생성부(120a)에서 복수의 서로 다른 위성(140)의 의사 GNSS 신호를 출력하고, 제2 신호 생성부(120b)에서 복수의 서로 다른 위성(140)의 의사 GNSS 신호를 출력한다. 복수의 서로 다른 위성(140)의 의사 GNSS 신호는 서로 다른 위성 식별 정보를 갖는다. 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)는 각각 위성 리스트를 저장하고, 저장된 위성 리스트는 앞서 설명한 바와 같이 수신부(110)에 의해 업데이트된다. 의사 GNSS 신호는 각 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)에 구비된 안테나(130a, 130b, 130c, 130d)를 통해 출력된다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 의사 GNSS 신호는 GPS, 글로나스 등 기존의 GNSS 시스템의 신호 대역 및 프로토콜을 그대로 이용하여 생성된다. 복수의 신호 생성부(120a, 120b, 120c, 120d)는 기존의 GNSS 시스템의 L1 주파수 및 프로토콜을 이용하여 의사 GNSS 신호를 생성한다. 본 개시의 실시예들은 이와 같은 구성에 의해, 의사 위성을 위한 기지국을 별도로 만들 필요가 없고, 기존 GNSS 시스템의 GNSS 신호와 충돌을 막기 위해 프로토콜이나 주파수 대역을 다르게 설정할 필요가 없다.
한편, 개시된 실시 예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시 예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시 예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시 예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10
GNSS 시스템
100 GNSS 신호 생성 장치
110 수신부
120 신호 생성부
130 송신부
140 위성
150a, 150b 클라이언트 장치
160 서버
100 GNSS 신호 생성 장치
110 수신부
120 신호 생성부
130 송신부
140 위성
150a, 150b 클라이언트 장치
160 서버
Claims (12)
- GNSS(Global Navigation Satellite System) 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보를 저장하고, 실시간 위성 신호를 수신하고, 상기 실시간 위성 신호에 기초하여 디폴트 캐리어 주파수에 대한 상기 실시간 위성 신호의 주파수 편이 값을 산출하는 수신부;
상기 수신부로부터 상기 GNSS 항법 정보를 수신하고, 상기 GNSS 항법 정보 및 상기 주파수 편이 값에 기초하여 현재 시간 및 현재 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호 정보를 생성하는 적어도 하나의 신호 생성부; 및
상기 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여 의사 GNSS 신호를 생성하고, 상기 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력하는 송신부를 포함하고,
상기 GNSS 항법 정보는 시간에 따른 GNSS 위성의 예상 위치를 나타내는 정보인, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 수신부는, 상기 의사 GNSS 신호 정보를 반영하여 생성한 로컬 신호와 상기 실시간 위성 신호를 상호 상관(cross-correlation)하여, 상기 주파수 편이 값 및 C/A 코드 위상(Coarse code phase) 값을 산출하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제2항에 있어서,
상기 신호 생성부는, 상기 수신부로부터 수신된 C/A 코드 위상 값을 적용하여 상기 의사 GNSS 신호를 생성하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 신호 생성부는, 상기 주파수 편이 값을 반영하여 산출된 주파수에 대응하는 캐리어 웨이브 상에 상기 의사 GNSS 신호 정보가 반영되어 생성된 IQ 위상 데이터를 생성하고, 상기 IQ 위상 데이터를 상기 송신부에 출력하고,
상기 송신부는, 상기 IQ 위상 데이터를 이용하여 GNSS L1 주파수 대역의 캐리어 신호를 변조하여 방사하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제4항에 있어서,
상기 송신부는, 상기 IQ 위상 데이터를 반영하여 생성된 출력 신호를 증폭하는 신호 증폭부를 포함하고, 상기 신호 증폭부의 증폭률을 조절하여, 상기 출력 신호의 도달 범위를 조절하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 수신부는 소정의 시간 동안의 GNSS 위성의 미래의 예상 위치에 대한 정보를 제공하는 서버로부터 제1 주기로 상기 GNSS 항법 정보를 수신하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서
상기 수신부는,
적어도 하나의 서버 및 상기 적어도 하나의 GNSS 신호 생성부와 통신하는 제1 통신부;
메모리; 및
상기 제1 통신부를 통해 적어도 하나의 서버로부터 복수의 GNSS 위성 각각에 대한 상기 GNSS 항법 정보를 수신하고, 상기 수신된 GNSS 항법 정보를 상기 메모리에 저장하고, 상기 메모리에 저장된 GNSS 항법 정보를 상기 제1 통신부를 통해 상기 적어도 하나의 신호 생성부로 전송하는 제1 프로세서를 포함하는, 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 신호 생성부는,
상기 수신부 및 상기 송신부와 통신하는 제2 통신부;
상기 GNSS 항법 정보를 저장하는 메모리; 및
상기 주파수 편이 값 및 상기 GNSS 항법 정보에 기초하여, 상기 의사 GNSS 신호 정보를 생성하고, 상기 제2 통신부를 통해 상기 의사 GNSS 신호 정보를 상기 송신부로 출력하는 제2 프로세서를 포함하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 송신부는,
GNSS 시스템의 주파수 대역의 캐리어 신호를 상기 의사 GNSS 신호 정보에 대응하는 IQ 위상 데이터를 이용하여 변조하여, 상기 의사 GNSS 신호에 대응하는 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 신호 생성부;
상기 적어도 하나의 신호 생성부에서 생성된 상기 아날로그 신호를 증폭하는 신호 증폭부; 및
상기 증폭된 아날로그 신호를 출력하는 안테나를 포함하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 GNSS 항법 정보는, 상기 GNSS 정보 수집 장치에서 수신 가능한 GNSS 신호의 PRN 정보, 코드 주파수, 캐리어 주파수, 캐리어 위상, 코드 위상, 복수의 서브 프레임, 시간에 따른 네비게이션 메시지, 전리층 지연이 반영된 의사 거리, 의사 거리 속도, 방위각, 또는 고도 중 적어도 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, GNSS 신호 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 GNSS 항법 정보는 라이넥스 형식(RINEX, Receiver Independent Exchange Format)의 정보인, GNSS 신호 생성 장치. - GNSS(Global Navigation Satellite System) 항법 정보를 수신하는 단계;
상기 GNSS 항법 정보를 저장하는 단계;
실시간 위성 신호를 수신하는 단계;
상기 실시간 위성 신호에 기초하여 디폴트 캐리어 주파수에 대한 상기 실시간 위성 신호의 주파수 편이 값을 산출하는 단계;
상기 GNSS 항법 정보에 기초하여 현재 시간 및 현재 위치에 대응되는 의사 GNSS 신호 정보를 생성하는 단계;
상기 의사 GNSS 신호 정보에 기초하여 의사 GNSS 신호를 생성하는 단계; 및
상기 의사 GNSS 신호를 증폭하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 GNSS 항법 정보는 시간에 따른 GNSS 위성의 예상 위치를 나타내는 정보인, GNSS 신호 생성 방법.
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| E601 | Decision to refuse application | ||
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