WO2010021452A2 - 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법 - Google Patents

다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법 Download PDF

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WO2010021452A2
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황인관
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충북대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/22—Multipath-related issues

Definitions

  • the present invention relates to a code tracking device and method, and more particularly, by fixing the time difference between the early-correlator and the late-correlator to 1 to 2 chips, and tracking the minimum point of the output value difference, the cause of the position estimation error is reduced.
  • the present invention relates to a code tracking device and a code tracking method using the same for multipath error elimination which improves code phase tracking accuracy, tracking speed, and tracking area even when various multipath interference signals exist.
  • a global navigation satellite system is a satellite signal transmitted from a navigation satellite traveling in a specific orbit through an antenna of a satellite navigation receiver mounted on the antibody, and based on the satellite signal, the position and velocity of the antibody And it is a system configured to calculate the navigation information, such as time.
  • GPS GlobalPositioning System
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • an early-minus-late ruler is used in a simple noise environment, but if there is a multipath fading signal that is a code tracking error factor, it is a narrow correlator or a multipath signal attenuation technique.
  • the multipath mitigation technique is used.
  • the narrow-band correlator minimizes the time difference between the early correlator and the late correlator, that is, the test code used for code tracking, and minimizes the effect of the multipath fading signal by subtracting the output value of the late correlator from the output of the early correlator.
  • this has the disadvantage that tracking error is inevitable when the multipath delay time is within the time difference between the early correlator and the late correlator.
  • the multipath signal attenuation technique is a collective term for methods of estimating the multipath signal strength included in a received signal and removing it from the received signal using various signal processing techniques.
  • Adaptive Multipath Mitigation Techniques, Multipath Estimating Delay Lock Loop, Modified Rake Delay Lock Loop, etc. are all used to estimate the received noise level in estimating the strength of multipath signals included in the received signal.
  • the performance is good, but assuming that the reception performance should be guaranteed even with a relatively high signal-to-noise ratio (E c / N o ) of -20 dB because the signal received from the satellite is substantially attenuated.
  • E c / N o signal-to-noise ratio
  • the Galileo system developed in Europe as a satellite navigation system is supposed to use the same frequency band as that of the GPS (Global Positioning System), which is different from the GPS modulation method, that is, BOC (m, n) (Binary). Offset Code is used, which has a problem of phase ambiguity.
  • GPS Global Positioning System
  • BOC m, n
  • Offset Code is used, which has a problem of phase ambiguity.
  • An object of the present invention for improving the problem of the background art, the time difference between the early signal and the late signal even in the presence of a multipath fading signal and a multipath interference signal fixed to 1 to 2 chips Multi-path error elimination, which enables accurate, fast, and large tracking areas to be matched with synchronization, using an early-late correlator and a minimum tracker that converges the output of the early-late correlator to minimum values.
  • Multi-path error elimination which enables accurate, fast, and large tracking areas to be matched with synchronization, using an early-late correlator and a minimum tracker that converges the output of the early-late correlator to minimum values.
  • Code tracking device for multi-path error elimination of the present invention in the code tracking device, a code generator, a first variable delay to variably delay the output signal of the code generator, and the fast output from the code generator ( Early)
  • the correlation value (E) between the signal and the received signal is obtained, and the correlation value (L) between the late signal and the received signal 1 to 2 chips later than the early signal output from the code generator is obtained.
  • An early-late correlator for calculating and outputting EmL) a minimum tracker for converging the Early-Late correlator output value (EmL) to a minimum value, and compensating a constant delay time for the minimum point outputted from the minimum tracker.
  • a second variable delay unit controlling the synchronization of the code generator to be exactly matched according to the output signal of the tracking error corrector and the tracking error corrector.
  • the early-late correlator is preferably used to solve the imbalance factor using the early correlator and the late correlator as a single correlator.
  • the Early-Late correlator preferably has a variable integrator to minimize noise effects and convergence time.
  • variable integrator of the early-late correlator variably controls the integration time according to the convergence state of the minimum point.
  • variable integrator of the Early-Late correlator is selectively controlled according to the change of the variable step size to variably control the integration time according to the convergence state of the minimum point.
  • the minimum point tracker uses a variable step size control method and a variable delay time control method according to a code change of a slope of an early-late correlator output value.
  • the minimum point tracker may further include a moving average that minimizes unnecessary variable factors in tracking the minimum point.
  • the code tracking method of the satellite navigation system of the present invention for solving the above technical problem, in the method for removing the multipath error through the code tracking, the correlation between the early signal and the received signal generated by the code generator Calculating a correlation value (L) between a late signal (Late) 1 to 2 chips later than the early signal generated by the value (E) and the code generator and the received signal, and receiving the late signal (Late) and the received signal.
  • the correlation between the early signal and the received signal generated by the code generator Calculating a correlation value (L) between a late signal (Late) 1 to 2 chips later than the early signal generated by the value (E) and the code generator and the received signal, and receiving the late signal (Late) and the received signal.
  • the present invention generates a correlation value between a code signal generated by a code generator and a received signal by using an early-late correlator fixed on a 1-chip, and outputs the difference, and the minimum value of the output value even under multipath fading or various noise environments.
  • FIG. 1 is a block diagram of a code tracking device for removing the multi-path error of the present invention.
  • 2 to 4 are graphs illustrating a method of converging an output value of an Early-Late correlator to a minimum point according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of an adaptive algorithm of a minimum point tracker for an output value of an Early-Late correlator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a block diagram of a minimum tracker for the output of the Early-Late correlator according to the present invention.
  • Figure 7 is an embodiment configuration for a variable integrator of the Early-Late correlator according to the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for a control condition for controlling a code tracker according to the present invention to have a variable integration time.
  • Figure 9 is an exemplary implementation of the minimum point tracking algorithm of the minimum point tracker according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a code tracking device for removing multipath errors of the present invention.
  • the present invention relates to a code tracking device of a communication system or a satellite navigation system, comprising: a code generator (1), a first variable delay unit (2), an early-late correlator (3), and a minimum A point tracker 4, a moving averager 5 and a tracking error corrector 6 are included.
  • the code generator 1 generates a late signal and an early signal having a 1-2 chip time difference.
  • the first variable delay unit 2 delays the signal output from the code generator 1 and outputs it to the Early-Late correlator 3.
  • the early-late correlator (3) fixes the time difference between the late signal and the early signal output from the code generator 1 on a 1-chip, and the early signal for the integral time set to the initial value. And obtaining a correlation value (E, L) between the late signal and the received signal and outputting the difference.
  • the early-late correlator (3) obtains the correlation value (E) between the early signal and the received signal output from the code generator, and is 1 to 2 chips late than the early signal output from the code generator. After obtaining the correlation value (L) between the signal and the received signal, the difference (EmL) between the two is calculated and output.
  • the early-late correlator 3 fixes the time difference between the late signal and the early signal on a 1-chip so that the minimum point of the early correlator and the late correlator output difference (Eml) may have a multipath fading signal. Even in this case, the synchronization is exactly matched.
  • the early-late correlator (3) eliminates the imbalance between the early correlator and the late correlator by using the delay circuit as a single correlator without separating the early correlator and the late correlator into two correlators.
  • the early-late correlator 3 also has variable integrators to minimize noise effects and convergence time.
  • the integrating time of the variable integrator is variably controlled according to the convergence state of the minimum point, and is selectively controlled according to the change of the variable step size in order to variably control the integration time according to the convergence state of the minimum point.
  • the minimum tracker (4) receives the Early-Late correlator output value (EmL) to converge to the minimum value using the adaptive algorithm.
  • the minimum point tracker (4) controls the variable step size according to the code change of the slope according to the code state of the output value of the early-late correlator (3) in order to minimize the influence of noise and minimize the convergence time even under various noise environments. And a variable delay time control scheme.
  • the minimum point tracker 4 includes an accumulator 47 as shown in FIG. 6 to be described later.
  • the accumulator 47 (see FIG. 6) has an accumulating function such that the output signal of the code generator 1 is variably delayed in accordance with the output signal of the minimum point tracker 4.
  • the moving averager 5 reduces the influence of catching by taking the moving average in order to minimize the unnecessary variable factor in the minimum point tracker 4 to track the minimum point.
  • the tracking error corrector 6 compensates for a constant delay time for the minimum point output from the minimum point tracker.
  • the second variable delay unit 7 controls the synchronization of the code generator to be exactly matched according to the code compensated by the tracking error corrector 6.
  • the first variable delay unit 2 outputs the code which has been delayed for a predetermined time to the Early-Late correlator 3.
  • the early-late correlator (3) has a late signal of 1 to 2 chips later than the correlation value (E) and the early signal of the early signal and the received signal for the integral time set as the initial value. After obtaining the correlation value L of the received signal, the difference EmL of the correlation values E and L is output.
  • the output value is calculated by using a variable integrator to variably control the integration time, but integrating according to the change of the variable step size in order to variably control the integration time according to the convergence state of the minimum point.
  • the minimum tracker (4) receives the output value (EmL) of the early-late correlator (3) and tracks the minimum point using an adaptive algorithm.
  • the output of the minimum tracker is input to the early-late correlator (3) through the variable delay unit, and the correlation value (EmL) is obtained through the integration process according to the integral length determined by the minimum tracker.
  • the channel environment if the channel environment is good, it may be good to take about 8 ⁇ . However, if the channel environment is not good, the minimum length tracker may be used if the channel length is longer and the cumulative average is obtained. Judging whether it is good or bad, the Early-Late correlator (3) determines how much integration time it takes.
  • the accumulator 47 (see FIG. 6) accumulates so that the output signal of the code generator 1 is variably delayed controlled.
  • the tracking error corrector 6 then compensates for a constant delay time for the tracked minimum.
  • the minimum variable tracker 4 calculates the moving average in order to minimize the unnecessary variable in tracking and tracking the minimum point, so that the second variable delay unit 7 tracks the tracking error corrector ( According to the output signal of 6), control the code generator to be synchronized exactly.
  • 2 to 4 are graphs illustrating a method for converging an output value of an early-late correlator to a minimum point using a code tracking device for multipath error cancellation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) shows the autocorrelation function when the time difference between the 0.25-chip early-correlator and the 0.25-chip late-correlator is fixed to 0.5-chip when a multipath signal is received
  • FIG. 2 (b) Shows the output of the Early-Late correlator.
  • FIG. 3 (a) shows the autocorrelation function when the time difference between the 0.5 chip Early-correlator and the 0.5 chip Late-correlator is fixed to 1 to 2 chips when the multipath signal is received. b) shows the output of the Early-Late correlator.
  • FIG. 4 (a) shows the autocorrelation function when the time difference between the 0.75 chip Early-correlator and the 0.75 chip Late-correlator is fixed at 1.5-chip when the multipath signal is received
  • FIG. 4 (b) Shows the output of the Early-Late correlator.
  • the point of synchronization coincides with the point of 0.5-1 chip delay from the minimum point of the difference between the early-correlator and late-correlator output values, regardless of the presence of the multipath signal.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of an adaptive algorithm of a minimum tracker with respect to an output value of a 0-chip Early-1 chip late correlator according to an exemplary embodiment of the present invention, and shows a process where a slope of an output value becomes a minimum point.
  • the minimum point tracker According to the variable step size control method according to the change of the sign of the slope according to the minimum point, and finally Is output to the first variable delay unit (2) or the moving average (5).
  • L (n-1) represents the value stored in the accumulator 47
  • S 0 represents the approximate positive slope of the correlator output value EmL in the state where the influence of noise is excluded.
  • FIG. 6 is a block diagram of a minimum point tracker for the output of the Early-Late correlator according to the present invention.
  • reference numerals 41a and 41b denote input signals for calculating slopes of an output value of an early-late correlator and an output of a minimum point tracker.
  • reference numerals 42a, 42b, 42c, and 42d denote input / output signals for controlling the noise when generated according to various noise environments of the system
  • reference numeral 43 denotes input signals of the variable controller 1 and the moving averager 5.
  • Reference numerals 44a and 44b denote input / output signals for controlling the variable step size
  • reference numeral 45 denotes that the output signal of the code generator 1 is variably controlled according to the output signal of the minimum point tracker 4.
  • An input of the accumulator 47 (see FIG. 6) is shown.
  • variable integrator 46 outputs a signal for selectively controlling the variable integrator of the early-late correlator.
  • FIG. 7 is an embodiment configuration diagram of a variable integrator of the Early-Late correlator according to the present invention.
  • reference numerals 21 to 25 perform variable integration functions to minimize adaptive convergence time and have accurate code tracking in the process of tracking the minimum point by the minimum point tracker according to various noise environments. .
  • Reference numeral 26 denotes a switch function for selecting an integrator according to a control input signal, and also allows an early-late correlator to use only one correlator instead of two correlators, thereby allowing an early correlator to be located between an early correlator and a late correlator. It has the advantage of eliminating the imbalance.
  • the minimum point tracker determines whether the channel environment is good or bad, and takes a correlation value of about 8ms when the channel environment is good, and when the channel environment is not good, increases the integration length and accumulates the average for a long time. Since it is possible to increase the integration length, it is desirable.
  • FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating a control condition for controlling a code tracker according to the present invention to have a variable integration time.
  • the magnitude of the output signal 46 shown in FIG. 6 has a smaller value as it converges to the minimum point, and according to the magnitude of the output signal, that is, at the beginning of operation, an integrator having a small integration time is obtained. As it is used and converged, it is controlled to use an integrator with a larger integration time so that it can operate stably without being affected by noise.
  • the difference between the output values of the early-correlator and the late-correlator is taken into account according to various multipath fading signals and noise environments according to the adaptive algorithm of the minimum point tracker. It was implemented.
  • the present invention is a method of fundamentally solving the disadvantages of the existing multipath mitigation technique, and the phase ambiguity in the Galileo system as well as the GPS system is BPSK-like. If the solution is solved, the code tracking function can be improved for the Galileo system, and the location estimation performance can be improved to be practically used for various application services.
  • the present invention relates to an early-late correlator and an early-late correlator for fixing a time difference between an early signal and a late signal on one or two chips even when a multipath fading signal and a multipath interference signal exist.
  • the minimum point tracker which allows the output to converge to the minimum value, ensures accurate, fast, and large trace area tracking of synchronization-matched features, minimizing unwanted effects of noise, and improves the accuracy and speed of code tracking.
  • the trace area can be increased to improve reliability.

Abstract

본 발명은 Early-상관기와 Late-상관기의 시간차를 1~2 chip 으로 고정시키고, 출력값 차의 최소점을 추적함으로써, 위치 추정 오차의 원인이 되는 다중경로 간섭 신호가 다양하게 존재하는 경우에도 코드 위상 추적 정확도와 추적 속도 및 추적 영역을 향상시키는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법에 관한 것이다.

Description

다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법
본 발명은 코드 추적 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, Early-상관기와 Late-상관기의 시간차를 1~2 chip으로 고정시키고, 출력값 차의 최소점을 추적함으로써, 위치 추정 오차의 원인이 되는 다중경로 간섭 신호가 다양하게 존재하는 경우에도 코드 위상 추적 정확도와 추적속도 및 추적영역을 향상시키는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System)이란 특정 궤도에서 운행되는 항법위성으로부터 송신된 위성신호를 항체에 탑재된 위성항법수신기의 안테나를 통해 수신하여 상기 위성신호를 바탕으로 항체의 위치, 속도 및 시각 등과 같은 항법정보를 연산할 수 있도록 구성된 시스템이다.
이러한 위성항법시스템에 따르면, 전세계를 불문하고 기상상황에 관계없이 항법수행이 가능함은 물론이며 오차가 누적되지 않는 장점이 있어 사용량이 지속적으로 증가하고 있으며, 대표적인 위성항법수신기로는 GPS(GlobalPositioning System) 수신기, GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기 등이 있다.
위성항법 시스템의 위치 추적을 위해서는 코드의 동기를 정확히 맞추어야 하며, 이를 위해서는 먼저 한 칩 이내로 코드를 동기화 시키는 코드획득 (code acquisition) 과정과 이후에 보다 정밀하게 동기를 맞추는 코드 추적 (code tracking)과정을 거치게 된다.
기본적으로 단순한 잡음 환경하에서는 Early-minus-Late 판결기가 사용되고 있으나 코드추적의 오차요인이 되는 다중경로 페이딩 (multipath fading) 신호가 있는 경우에는 협대역 상관기(narrow correlator), 또는 다중경로 신호 감쇄기법(adaptive multipath mitigation technique)을 사용하고 있다.
협대역상관기는 Early 상관기와 Late 상관기 간의 시간차, 즉 코드추적을 위해 사용되는 시험코드 간의 시간차를 매우 작게 하고, Early 상관기의 출력값에서 Late 상관기의 출력값을 빼어 줌으로서 다중경로 페이딩 신호의 영향을 최소화하고자 하고 있으나, 이는 다중경로의 지연시간이 Early 상관기와 Late 상관기 간의 시간차 이내에 존재하는 경우에는 추적오차를 피할 수 없는 단점을 갖게 된다.
다중경로 신호 감쇄 기법은 다양한 신호처리 기법을 이용하여 수신신호에 포함되어 있는 다중경로 신호세기를 추정(estimation)한 후 이를 수신신호로부터 제거시키는 방법들을 통칭하는 것으로서 이들 방법으로는, 적응식 선형여파기 기법을 이용하는 Adaptive Multipath Mitigation Technic, Multipath Estimating Delay Lock Loop, Modified Rake Delay Lock Loop, 등이 있는데 이들 기법은 모두 수신신호에 포함되어 있는 다중경로(multipath) 신호의 세기를 추정함에 있어서 수신잡음 레벨이 미약한 경우에는 양호한 성능을 보이나, 실질적으로 위성으로부터 수신되는 신호가 상당히 큰 감쇠가 이루어지기 때문에 상대적으로 신호대잡음비(Ec/No)가 -20dB인 경우에도 수신 성능이 보장되어야 하는 것을 가정한다면 위치추적이 정확하지 못한 단점을 갖게 된다.
그리고 위성항법시스템으로서 유럽에서 개발하고 있는 Galileo 시스템은 GPS (Global Positioning System)의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 사용하기로 되어 있어 GPS의 변조방식과 상이한 변조방식, 즉 BOC (m,n) (Binary Offset Code)를 사용하고 있어 위상 모호성(phase ambiguity) 문제점을 갖고 있다.
상기 배경기술의 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 다중경로 페이딩 신호와 다중경로 간섭신호가 존재하는 경우에도 빠른(Early) 신호 및 늦은(Late) 신호와의 시간차를 1~2 칩에 고정시키는 Early-Late 상관기와, Early-Late 상관기의 출력을 최소값에 수렴하도록 하는 최소점 추적기를 이용해서 동기가 일치하는 경우의 특징을 정확하고 빠르며 추적 영역을 크게 추적할 수 있도록 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 및 그를 이용한 코드 추적 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치는 코드 추적 장치에 있어서, 코드발생기와, 상기 코드발생기의 출력신호가 가변적으로 지연제어되도록 하는 제 1 가변지연기와, 상기 코드발생기에서 출력되는 빠른(Early) 신호와 수신신호의 상관값(E)을 구하고, 코드발생기에서 출력되는 빠른(Early) 신호보다 1~2 칩 Late된 늦은 신호와 수신신호의 상관값(L)을 구하여 그 둘의 차(EmL)를 계산하여 출력하는 Early-Late 상관기와, 상기 Early-Late 상관기 출력값(EmL)을 최소값에 수렴하도록 하는 최소점추적기와, 상기 최소점추적기에서 출력되는 최소점에 대하여 일정한 지연 시간을 보상하는 추적오차보정기 및 상기 추적오차보정기의 출력 신호에 따라 상기 코드발생기의 동기가 정확히 일치하도록 제어하는 제 2 가변지연기를 포함한다.
상기 Early-Late 상관기는 Early 상관기와 Late 상관기를 단일 상관기로 이용하여 불균형 요인을 해소함이 바람직하다.
상기 Early-Late 상관기는 잡음 영향과 수렴 시간을 최소화하도록 가변적분기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 Early-Late 상관기의 가변적분기는 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간을 가변적으로 제어함이 바람직하다.
상기 Early-Late 상관기의 가변적분기는 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간을 가변적으로 제어하기 위하여 가변 스텝 크기의 변화에 따라 선택적으로 제어된다.
상기 최소점추적기는 Early-Late 상관기 출력값의 기울기의 부호변화에 따른 가변 스텝 크기 제어 방식 및 가변지연시간 제어 방식을 이용한다.
상기 최소점추적기가 최소점을 추적하여 감에 있어서 불필요한 가변 요인을 최소화하는 이동평균기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 위성항법 시스템의 코드 추적 방법은, 코드 추적을 통해 다중경로 오차를 제거하는 방법에 있어서, 코드생성기에서 생성된 빠른(Early) 신호와 수신 신호의 상관값(E)과 코드생성기에서 생성된 빠른(Early) 신호보다 1~2 칩 Late된 늦은 신호(Late)와 수신 신호의 상관값(L)을 계산하는 단계와, 상기 늦은 신호(Late)와 수신 신호의 상관값(L)과 빠른(Early) 신호와 수신 신호의 상관값(E)의 차(EmL)를 계산하여 출력하는 단계와, 상기 각 상관값(E,L)의 차(EmL)를 적응알고리즘을 이용하여 상관값(E,L)의 차(EmL)를 최소값에 수렴하도록 하는 단계와, 상기 적응알고리즘에 의해 수렴된 적분시간에 따라 상관값(L)의 차(EmL)를 계산하여 수신 신호에 대한 오차를 측정하는 단계와, 상기 수렴된 최소값을 일정하게 위상 쉬프트하여 코드를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 코드발생기가 발생하는 코드 신호와 수신신호 사이의 상관값을 1-칩에 고정된 Early-Late 상관기로 생성하여 그 차이를 출력하며, 다중경로 페이딩 또는 다양한 잡음환경하에서도 이 출력값의 최소값에 수렴하도록 함으로써, 잡음에 의한 불필요한 영향을 최소화함으로써, 코드 추적의 정확도와 추적 속도 및 추적 영역을 높여 신뢰성을 향상시킬 수 있게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 구성도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 Early-Late 상관기의 출력값을 최소점에 수렴하는 방법을 설명한 그래프도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Early-Late 상관기 출력값에 대한 최소점추적기의 적응알고리즘에 대한 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 Early-Late 상관기 출력에 대한 최소점추적기의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 Early-Late 상관기의 가변적분기에 대한 실시예 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 코드추적기가 가변적으로 적분시간을 갖도록 제어하기 위한 제어조건에 대한 설명도.
도 9는 본 발명에 따른 최소점추적기의 최소점 추적 알고리즘의 구현예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 코드발생기
2 : 제 1 가변지연기
3 : Early-Late 상관기
4 : 최소점추적기
5 : 이동평균기
6 : 추적오차보정기
7 : 제 2 가변지연기
도 1은 본 발명의 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 통신시스템 또는 위성항법 시스템의 코드 추적 장치에 관한 것으로서, 코드발생기(1)와, 제 1 가변지연기(2)와, Early-Late 상관기(3)와, 최소점추적기(4)와, 이동 평균기(5) 및 추적오차보정기(6)를 포함한다.
코드발생기(1)는, 1~2 칩 시간차를 가지는 늦은(Late) 신호와 빠른(Early) 신호를 발생한다.
제 1 가변지연기(2)는 코드발생기(1)에서 출력되는 신호를 지연시켜 Early-Late 상관기(3)로 출력한다.
Early-Late 상관기(3)는 코드발생기(1)에서 출력되는 늦은(Late) 신호와 빠른(Early) 신호의 시간차를 1-칩에 고정시킨 것으로서, 초기값으로 설정된 적분시간 동안 빠른(Early) 신호 및 늦은(Late) 신호와 수신신호의 상관값(E,L)을 구하여 그 차를 출력한다.
즉, Early-Late 상관기(3)는 코드발생기에서 출력되는 빠른(Early) 신호와 수신신호의 상관값(E)을 구하고, 코드발생기에서 출력되는 빠른(Early) 신호보다 1~2 칩 Late된 늦은 신호와 수신신호의 상관값(L)을 구한 다음, 그 둘의 차(EmL)를 계산하여 출력한다.
이때, Early-Late 상관기(3)는 늦은(Late) 신호와 빠른(Early) 신호의 시간차를 1-칩에 고정시킴으로써, Early 상관기와 Late 상관기 출력값차(Eml)의 최소점이 다중 경로 페이딩 신호가 있을 경우에라도 동기가 정확하게 일치하게 한다.
여기서, Early-Late 상관기(3)는 Early 상관기와 Late 상관기를 두 개의 상관기로 분리하지 않고 지연회로를 이용하여 단일 상관기로 사용함으로써, Early 상관기와 Late 상관기 사이에 있을 불균형적인 요인을 해소한다.
그리고, Early-Late 상관기(3)는 잡음 영향과 수렴 시간을 최소화하도록 가변적분기를 갖는다.
이때, 가변적분기는 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간이 가변적으로 제어되며, 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간이 가변적으로 제어하기 위하여 가변 스텝 크기의 변화에 따라 선택적으로 제어된다.
한편, 최소점추적기(4)는 Early-Late 상관기 출력값(EmL)을 입력받아서 적응알고리즘을 이용하여 최소값에 수렴하도록 한다.
최소점추적기(4)는 다양한 잡음환경하에서도 잡음에 따른 영향을 최소화하고 수렴시간을 최소화하기 위하여, Early-Late 상관기(3) 출력값의 부호 상태에 따라 기울기의 부호변화에 따른 가변 스텝 크기 제어 방식 및 가변지연시간 제어 방식을 사용한다.
그리고, 최소점추적기(4)에는 후술하는 도 6에 도시된 바와 같이 누산기(47)를 포함한다.
이에 따라, 누산기(47;도 6참조)는 최소점추적기(4)의 출력신호에 따라 코드발생기(1)의 출력신호가 가변적으로 지연제어되도록 누산기능을 한다.
그리고, 이동평균기(5)는 최소점추적기(4)가 최소점을 추적하여 감에 있어서 불필요한 가변 요인을 최소화하기 위하여 이동 평균을 취해서 잡을의 영향을 줄인다.
추적오차보정기(6)는 최소점 추적기에서 출력되는 최소점에 대하여 일정한 지연 시간을 보상한다.
제 2 가변지연기(7)는 추적오차보정기(6)에서 보상해준 코드에 따라 코드발생기의 동기가 정확히 일치하도록 제어한다.
이러한 구성에 따른 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치를 이용한 코드추적 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 코드발생기에서 빠른(Early)신호 코드와 늦은(Late) 신호 코드를 출력하면, 제 1 가변지연기(2)가 일정 시간 지연된 코드를 Early-Late 상관기(3)로 출력한다.
그러면, Early-Late 상관기(3)는 초기값으로 설정된 적분시간 동안 빠른(Early) 신호와 수신 신호의 상관값(E) 및 빠른(Early) 신호보다 1~2 칩 Late된 늦은(late) 신호와 수신신호의 상관값(L)을 구한 후에, 그 상관값(E,L)의 차(EmL)를 출력한다.
이때, 출력값 계산은 가변적분기를 이용하여 적분 시간을 가변적으로 제어하되, 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간이 가변적으로 제어하기 위하여 가변 스텝 크기의 변화에 따라 적분을 한다.
그리고, 최소점추적기(4)는 Early-Late 상관기(3)의 출력값(EmL)을 입력받아 적응알고리즘을 이용하여 최소점을 추적한다.
이어서, 최소점추적기의 출력을 가변지연기를 통해 Early-Late 상관기(3)가 입력받아 최소점추적기에 의해 결정된 적분길이에 따라 적분 과정을 통해 상관값(EmL)을 구한다.
이때, 채널 환경이 좋은 경우에는 8㎳ 정도만 상관을 취해도 좋은 결과가 나오지만 채널 환경이 좋지 않은 경우 적분 길이를 늘려 오랫동안 누적해서 평균을 취할 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있으므로, 최소점추적기가 채널 환경이 좋은지 안좋은지 판단하여 Early-Late 상관기(3)가 적분 시간을 얼마만큼 취할지를 결정하는 것이다.
즉, 최소점추적기(4)의 최소점 출력 신호에 따라 누산기(47;도6 참조)가 코드발생기(1)의 출력신호가 가변적으로 지연 제어되도록 누산 한다.
이후, 추적오차보정기(6)는 추적된 최소점에 대하여 일정한 지연 시간을 보상한다.
이때, 최소점추적기(4)가 최소점을 추적하여 감에 있어서 불필요한 가변 요인을 최소화하기 위하여 이동평균기(5)가 이동평균을 산출하여, 제 2 가변지연기(7)가 추적오차보정기(6)의 출력 신호에 따라 코드발생기의 동기가 정확히 일치하도록 제어한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치를 이용하여 Early-Late 상관기의 출력값을 최소점에 수렴하는 방법을 설명한 그래프도이다.
도 2의 (a)는 다중경로 신호가 수신되는 경우, 0.25칩 Early-상관기와 0.25칩 Late-상관기와의 시간차를 0.5-chip으로 고정시킨 경우 자기상관함수를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 Early-Late 상관기의 출력을 나타낸 것이다.
도 3의 (a)는 다중경로 신호가 수신되는 경우, 0.5칩 Early-상관기와 0.5칩 Late-상관기와의 시간차를 1~2 chip으로 고정시킨 경우의 자기상관함수를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 Early-Late 상관기의 출력을 타나낸 것이다.
도 4의 (a)는 다중경로 신호가 수신되는 경우, 0.75칩 Early-상관기와 0.75칩 Late-상관기와의 시간차를 1.5-chip으로 고정시킨 경우의 자기상관함수를 나타낸 것이고, 도 4(b)는 Early-Late 상관기의 출력을 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, Early-상관기와 Late-상관기와의 시간차를 1~2 칩으로 고정시킨 경우인 도 3에서 다중경로 페이딩 신호가 존재하더라도, Early-상관기와 Late-상관기 출력값들의 차의 최소점이 동기가 일치하는 시점보다 항시 0.5~1 칩 늦게 발생하고 있는 것을 볼 수 있다.
즉, 동기가 일치하는 시점은 다중경로 신호의 존재 유무에 관계없이 Early-상관기와 Late-상관기 출력값들의 차의 최소점보다 0.5~1 chip 지연된 시점과 항상 일치하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 0칩 Early- 1칩 Late 상관기 출력값에 대한 최소점추적기의 적응알고리즘에 대한 설명도로서, 출력값의 기울기가 극소점이 되는 지점을 과정을 도시하고 있다.
그런데, 출력값의 기울기가 불연속적이기 때문에 일반적인 적응알고리즘이 아닌 수정된 알고리즘을 적용해야 한다.
즉, Early-상관기와 Late-상관기 출력값의 기울기는
Figure PCTKR2009002985-appb-I000001
를 따른다. 여기서, Y(n)은 Early-Late 상관기의 출력을 나타내고, L(n)은 최소점추적기(4)의 출력을 나타낸다.
그리고, 출력값의 기울기가 불연속적이기 때문에 최소점추적기는
Figure PCTKR2009002985-appb-I000002
에 따라 기울기의 부호 변화에 따른 가변 스텝 크기 제어 방식으로 최소점을 추적하고, 최종적으로
Figure PCTKR2009002985-appb-I000003
에 의한 값을 제 1 가변지연기(2) 또는 이동평균기(5)로 출력한다.
여기서, L(n-1)은 누산기(47)에 저장된 값을 나타내고, S0는 잡음의 영향이 배제된 상태에서의 상관기 출력값(EmL)의 개략적인 양의 기울기를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 Early-Late 상관기 출력에 대한 최소점추적기의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 참조번호 41a,41b는 Early-Late 상관기 출력값과 최소점추적기의 출력에 대한 기울기를 산출하기 위한 입력신호를 나타낸다.
또한, 참조번호 42a,42b,42c,42d는 시스템의 다양한 잡음 환경에 따라 발생되는 경우 이를 제어하기 위한 입출력신호를, 참조번호 43은 가변제어기(1)와 이동평균기(5)의 입력 신호를, 참조번호 44a, 44b는 가변 스텝 크기를 제어하기 위한 입출력 신호를, 참조번호 45는 최소점추적기(4)의 출력신호에 따라 코드발생기(1)의 출력신호가 가변적으로 지연시간이 제어되도록 하는 누산기(47; 도6 참조)의 입력을 나타낸다.
그리고, 46은 Early-Late 상관기의 가변적분기를 선택적으로 제어하기 위한 신호를 출력한다.
도 7은 본 발명에 따른 Early-Late 상관기의 가변적분기에 대한 실시예 구성도이다.
도 7을 참조하면, 참조번호 21 내지 25는 다양한 잡음 환경에 따라 최소점추적기가 최소점을 추적하는 과정에 있어서 적응수렴시간을 최소화하고 정확한 코드추적 기능을 갖을 수 있도록 가변적인 적분기능을 수행한다.
참조번호, 26은 제어입력 신호에 따라 적분기를 선택하는 스위치 기능을 수행하며, 또한 Early-Late 상관기를 두 개의 상관기를 사용하지 않고 한 개의 상관기 만을 사용하게 함으로써, Early 상관기와 Late 상관기 간에 있을 수 있는 불균형적인 요인을 해소할 수 있는 장점을 갖게 한다.
즉, 최소점추적기가 채널 환경이 좋은지 좋지 않은지를 판단하여 채널 환경이 좋은 경우 8㎳ 정도만 상관값을 취하도록 하고, 채널 환경이 좋지 않은 경우 적분 길이를 늘려 오랫동안 누적해서 평균을 취할 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있으므로, 적분 길이를 늘리는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 코드추적기가 가변적으로 적분시간을 갖도록 제어하기 위한 제어조건을 설명한 하나의 예시도이다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 도 6에 나타난 출력신호(46)의 크기는 최소점에 수렴할수록 작은 값을 갖게 되는데, 이 출력신호의 크기에 따라, 즉 동작 초기에는 작은 적분시간의 적분기를 사용하고 수렴할수록 잡음에 대한 영향을 받지 않고 안정적으로 동작할 수 있도록 보다 큰 적분시간의 적분기가 사용되도록 제어한다.
도 9는 본 발명에 따른 최소점추적기의 최소점 추적 알고리즘의 구현예시도로서, Early-상관기와 Late-상관기 출력값들의 차를 최소점추적기의 적응알고리즘에 따라 다양한 다중경로 페이딩 신호 및 잡음환경을 고려하여 구현하였다.
이와 같이 본 발명은 기존의 다중 경로 완화(multipath mitigation) 기술이 갖는 단점을 근본적으로 해결하는 방법으로서, GPS 시스템 뿐만 아니라, 갈릴레오 시스템(Galileo System)에서의 위상 모호성(phase ambiguity)이 BPSK-like 방식으로 해결된다면, 갈릴레오 시스템에 대해서도 코드 추적 기능을 개선하여, 위치추정 성능을 개선하여 다양한 응용서비스에 실질적으로 활용할 수 있다.
본 발명은 다중경로 페이딩 신호와 다중경로 간섭신호가 존재하는 경우에도 빠른(Early) 신호 및 늦은(Late) 신호와의 시간차를 1~2 칩에 고정시키는 Early-Late 상관기와, Early-Late 상관기의 출력을 최소값에 수렴하도록 하는 최소점 추적기를 이용해서 동기가 일치하는 경우의 특징을 정확하고 빠르며 추적 영역을 크게 추적할 수 있도록 하는 등 잡음에 의한 불필요한 영향을 최소화하여 코드 추적의 정확도와 추적 속도 및 추적 영역을 높여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 코드 추적 장치에 있어서,
    코드발생기:
    상기 코드발생기의 출력신호가 가변적으로 지연 제어되도록 하는 제 1 가변지연기;
    상기 코드발생기에서 출력되는 빠른(Early) 신호와 수신신호의 상관값(E)을 구하고, 코드발생기에서 출력되는 1~2 칩 Late된 늦은(Late) 신호와 수신신호의 상관값(L)을 구하여 그 둘의 차(EmL)를 계산하여 출력하는 Early-Late 상관기;
    상기 Early-Late 상관기 출력값(EmL)을 최소값에 수렴하도록 하는 최소점추적기;
    상기 최소점추적기에서 출력되는 최소점에 대하여 일정한 지연 시간 및 하드웨어적인 오차 요인을 보상하는 추적오차보정기; 및
    상기 추적오차보정기의 출력 신호에 따라 상기 코드발생기의 동기가 정확히 일치하도록 제어하는 제 2 가변지연기를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Early-Late 상관기는 Early 상관기와 Late 상관기를 단일 상관기로 이용하여 불균형 요인을 해소함을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 Early-Late 상관기는 잡음 영향과 수렴 시간을 최소화하도록 가변적분기를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 Early-Late 상관기의 가변적분기는 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간이 가변적으로 제어됨을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 Early-Late 상관기의 가변적분기는 최소점의 수렴 상태에 따라 적분 시간이 가변적으로 제어하기 위하여 가변 스텝 크기의 변화에 따라 선택적으로 제어됨을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 최소점추적기는 Early-Late 상관기 출력값의 부호 상태에 따라 기울기의 부호변화에 따른 가변 스텝 크기 제어 방식 및 가변지연시간 제어 방식을 이용함을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 최소점추적기가 최소점을 추적하여 감에 있어서 불필요한 가변 요인을 최소화하는 이동평균기를 더 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 장치.
  8. 다중경로 오차를 제거하는 방법에 있어서,
    코드생성기에서 생성된 빠른(Early) 신호와 수신 신호의 상관값(E)과 코드생성기에서 생성된 1~2 칩 Late된 늦은 신호(Late)와 수신 신호의 상관값(L)을 계산하는 단계와,
    상기 빠른(Early) 신호와 수신 신호의 상관값(E)과 1~2 칩 Late된 늦은 신호(Late)와 수신 신호의 상관값(L)의 차(EmL)를 계산하여 출력하는 단계와,
    상기 각 상관값(E,L)의 차(EmL)를 적응알고리즘을 이용하여 상관값(E,L)의 차(EmL)를 최소값에 수렴하도록 하는 단계와,
    상기 적응알고리즘에 의해 수렴된 적분시간에 따라 상관값(E,L)의 차(EmL)를 계산하여 수신 신호에 대한 오차를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 오차에 따라 수렴된 최소값을 일정하게 위상 쉬프트하여 코드를 발생시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 다중 경로 오차 제거를 위한 코드 추적 방법.
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