WO2013115481A1 - Compressed sensing method and device for quickly obtaining global navigation satellite system (gnss) and spread spectrum signals - Google Patents

Compressed sensing method and device for quickly obtaining global navigation satellite system (gnss) and spread spectrum signals Download PDF

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WO2013115481A1
WO2013115481A1 PCT/KR2012/010973 KR2012010973W WO2013115481A1 WO 2013115481 A1 WO2013115481 A1 WO 2013115481A1 KR 2012010973 W KR2012010973 W KR 2012010973W WO 2013115481 A1 WO2013115481 A1 WO 2013115481A1
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WO
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signal
matrix
gnss
code
hypothesis
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Application number
PCT/KR2012/010973
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
공승현
Original Assignee
한국과학기술원
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to fast signal acquisition of Global Navigation Satellite System (GNSS) and Spread Spectrum signal receivers.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Spread Spectrum signal receivers In particular, fast signal search and search using compression sensing techniques. and acquisition methods and apparatus.
  • GNSS collectively refers to a positioning system using a satellite network such as GPS, and measures the time of arrival (TOA) of a radio wave from an antenna of the satellite and arrives at the GPS receiver. This is to calculate the relative position of the GPS receiver by locating the satellites. All GNSS satellites transmit signals to the ground which are spread spectrum signals used in general wireless communication systems. The first conditions for starting up the receivers of all communication and satellite navigation systems using spread signals are the search for satellite signals and the acquisition of satellite information.
  • TOA time of arrival
  • the cold start of a GPS receiver to detect GPS L1 frequency C / A signals takes several steps, in particular the code phase of the satellite signal (corresponding to the temporal delay of the signal), the hypothesis range and the Doppler frequency. (Doppler frequency) Searching for a hypothesis region requires the most hardware complexity.
  • the GPS L1 frequency C / A code consists of 1023 codes, so the code phase to be searched is 2046 in 0.5 chip units, and for ground pedestrian GPS receivers, it is generally Doppler every 500 Hz from -5KHz to + 5KHz.
  • the frequency hypothesis Since the frequency hypothesis is set, a total of 21 Doppler hypotheses are generated, and a total of about 42000 hypotheses must be verified.
  • One hypothesis verification is usually performed through a correlator with a correlation length of 1 msec, so a receiver using one correlator requires approximately 42 seconds of signal search time and a receiver using 42000 correlators within approximately 1 msec.
  • You can explore The reason why a GPS receiver should search for and acquire a C / A signal is because the PRN code of the GPS satellite signal received at the present moment and the exact code synchronization and the Doppler frequency of the GPS satellite. To keep track of them without losing them.
  • the receiver of a general spread spectrum communication system also performs a signal search for each code phase hypothesis in order to achieve code synchronization.
  • Figure 1 shows all code phase hypotheses (2046 total) and all Doppler frequency hypotheses (21 total in 500 Hz increments from -5 KHz to +5 KHz), a total of about 42000 hypotheses for a typical GPS receiver to search for one satellite signal. , The result of searching all of them.
  • the x-y plane of FIG. 1 is about 42000 hypothesis planes, and the output value of the correlator is shown on the Z axis for each point (each hypothesis) on the hypothesis plane.
  • the process of performing signal search and acquiring the detected signal by verifying many hypotheses as described above is very inefficient because it uses a large amount of hardware resources at the beginning of the receiver's startup.
  • Various techniques have been developed to reduce this inefficiency or make signal detection faster.
  • the simplest technique is to utilize multiple parallel correlators. For example, 42000 parallel correlators complete signal search quickly in less than 1 msec, but hardware inefficiency is high because only a large number of correlators are used for one time.
  • Another method is to perform a fast correlation by multiplying the received signal with the PRN code generated in the receiver in the frequency domain using the Fast Fourier Transform (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • A-GPS collectively Assisted GNSS
  • 2 shows a comparison of time to first fix (TTFF) in cold start in an A-GPS receiver and a conventional GPS receiver.
  • TTFF time to first fix
  • the A-GPS receiver may finish the TTFF in a few seconds with assistance of an A-GPS server connected to the mobile communication base station.
  • A-GPS has a significant performance improvement over the existing GPS technology, but has some limitations and problems.
  • help information since help information must be obtained from a server connected to a mobile communication network, it can be implemented only when mobile communication and wireless connection are possible, and the code phase range that the GPS receiver must search is based on the time synchronization between the base station and the mobile phone and the location of the mobile phone.
  • FIG. 2 is a technology capable of extracting information contained in a signal.
  • Compression detection technology is currently used in many systems for image processing and processing large amounts of data.However, the technique of obtaining a measurement value from a compressed signal uses a random measurement matrix so that the original signal is obtained from the measurements obtained. The amount of computation required to restore is very high and is not used as a real time system.
  • signal detection and acquisition techniques have not been developed in spread spectrum systems using compression sensing techniques.
  • the present invention proposes a technique for minimizing receiver hardware and speeding up signal acquisition by utilizing a compression sensing technique in signal acquisition and signal tracking of a GNSS and a spread spectrum communication receiver.
  • the present invention proposes to implement an optimal compressed sensing scheme for a GNSS and a spread spectrum receiver to minimize the hardware, so that the correlator required for the initial signal search of a communication terminal using a conventional GNSS receiver or a spread spectrum signal is provided. It aims to reduce the number of hardware resources required for signal detection by reducing the number of times.
  • the second aim of the present invention is to maintain or increase the sensitivity in GNSS signal acquisition and signal tracking.
  • the third object of the present invention is to have a wider linear tracking area in the signal tracker (DLL) of the GNSS and spread spectrum receivers, making it more robust to noise and less signal lost by multipath signals.
  • DLL signal tracker
  • the present invention provides an implementation method capable of rapid signal detection by presenting a structural measurement matrix without using a random measurement matrix used in a general compression detection technique.
  • a signal search unit for searching for at least one received signal of a Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning signal or a spread spectrum signal, wherein the signal search unit comprises a multi-stage As it increases, the compression of the hypothesis decreases and is searched.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Each multi-stage signal searcher can be implemented in two ways, one of which is as follows.
  • a global navigation satellite system (GNSS) and a spread spectrum signal acquisition apparatus includes a signal search unit for searching at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal, the signal
  • Each stage of the search section uses a correlation matrix having a matrix size of [L ⁇ L] and a measurement matrix having a matrix size (M ⁇ L) of [M ⁇ L] where the number of rows is smaller than the number of columns.
  • a signal generator for generating a compression sensing matrix having a matrix size of];
  • a parallel correlator having M correlators configured in parallel to perform correlation between the received signal and the compression sensing matrix;
  • a decoding module for obtaining a code phase and a Doppler frequency of the received signal by using the compression correlation result of the parallel correlator.
  • the signal generator may generate the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix.
  • Each row of the correlation matrix may be a spreading code having a code delay of an arbitrary time unit and the same as a spreading code signal of the received signal.
  • the parallel correlator may generate the compression correlation result having a matrix size of [M ⁇ 1] by performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal.
  • Each row of the compression correlation result is obtained by multiplying each of the L columns constituting the measurement matrix by the product of the correlation matrix and the received signal by a coefficient, and as a result, may be a linear sum of all columns of the measurement matrix. have.
  • the decoding module inputs M rows of the compression sensing matrix to the parallel correlator for all Doppler frequency hypotheses, obtains the M compression correlation results from the parallel correlator, and then obtains the M compression correlation results obtained from the parallel correlator. From the Doppler frequency and the code phase of the received signal can be obtained.
  • a parallel correlator comprising a M 1 correlator, a first parallel correlator configured to receive M 1 rows of the first compression sensing matrix, and perform correlation with the received signal; and M 2 correlators.
  • a second order parallel correlator configured to receive M 2 rows of the second order compression sensing matrix and perform correlation with the received signal.
  • the decoding module estimates the Doppler frequency closest to the received signal from the M 1 compression correlation result obtained for all Doppler frequency hypotheses in the first parallel correlator, and then estimates the estimated Doppler frequency in the second parallel correlator.
  • the final code phase of the received signal can be obtained from the M 2 compression correlations obtained for the received Doppler frequencies.
  • a method for obtaining GNSS and spread spectrum signals for finding at least one received signal among a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal and obtaining a code phase and a Doppler frequency index of the received signal is described in [L ⁇ L].
  • a compression sensing matrix having a matrix size of [M ⁇ L] is generated by using a correlation matrix having a matrix size and a measurement matrix having a matrix size (M ⁇ L) of [M ⁇ L] where the number of rows is smaller than the number of columns.
  • Another implementation method of the multi-stage signal search unit is as follows.
  • Reduced Doppler frequency range predicted by the received signal by performing a single correlation with the received signal on a complex hypothesis including a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phase delays And a primary signal searcher for obtaining an initial code phase delay range; And a final Doppler frequency value and code corresponding to the received signal through correlation with the received signal for each of the Doppler frequency hypothesis and the code phase delay hypothesis belonging to a predetermined hypothesis region including the initial Doppler frequency range and the code phase delay range.
  • a GNSS and a spread spectrum signal acquisition device including a secondary signal searcher for obtaining a phase delay value.
  • the primary signal search unit uses the sum of the carrier signals corresponding to each of the plurality of Doppler frequency hypotheses and the sum of the code signals corresponding to each of the plurality of code phase delay hypotheses to determine the determination variable for the complex hypothesis. After the decision variable is obtained, when the determination variable is larger than the detection threshold, the received signal is determined to be found, and the corresponding Doppler frequency range and code phase delay range are determined by the initial Doppler frequency range and the initial code phase delay. You can output it as a range.
  • the primary signal search unit may include a complex carrier signal obtained by phase-converting a carrier signal corresponding to each of a plurality of Doppler frequency hypotheses (compound Doppler frequency hypotheses) and a plurality of code phase delay hypotheses (compound code phase delay hypotheses). Correlation between the complex correlation signal according to the complex code signal obtained by summing corresponding code signals and the received signal may be performed.
  • the detection threshold may include: Coherent Correaltion Length, Non-Coherent Accumulation Length, Probability of Detection, and Probability of False Alarm. ) May be determined by at least one of the Doppler frequency hypothesis intervals.
  • the primary signal searcher may perform a signal search for a new complex hypothesis by increasing the Doppler frequency or code phase delay when the determination variable is smaller than the detection threshold.
  • the secondary signal searcher may further refine hypotheses belonging to the initial Doppler frequency range and the initial code phase delay range (the Doppler frequency hypotheses belonging to the initial Doppler frequency range and the code phase delay hypotheses belonging to the initial code phase delay range, respectively).
  • the received Doppler frequency value and the code phase delay value are determined by determining that the received signal is found when the decision variable is larger than a detection threshold. It can output as frequency value and code phase delay value.
  • a method of obtaining a code phase (delay) and a Doppler frequency of the received signal by finding at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal may include a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phases.
  • a second signal search step of obtaining a final Doppler frequency value and a code phase delay value.
  • the GNSS and spread spectrum signal acquisition apparatus includes a signal search unit for searching for at least one received signal of a Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning signal or a spread spectrum signal,
  • the signal search unit is configured to perform a single correlation with the received signal on a complex hypothesis including a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phase delays.
  • a primary signal searcher for obtaining a reduced Doppler frequency range) and an initial code phase delay range; And a final Doppler frequency value and code corresponding to the received signal through correlation with the received signal for each of the Doppler frequency hypothesis and the code phase delay hypothesis belonging to a predetermined hypothesis region including the initial Doppler frequency range and the code phase delay range.
  • the primary signal searcher may perform a signal search through a compressed delay lock loop for a complex code signal in which code signals corresponding to each of a plurality of code phase delay hypotheses are added together.
  • a receiver for signal search and signal acquisition is possible because it does not require a communication device like the existing A-GPS and can perform signal search and acquisition several times faster than the receiver technology of the conventional GNSS and spread spectrum communication system. Very little hardware is used, which can be optimized for time and cost.
  • a two-dimensional compression correlator can be applied to a code phase tracker and a phase tracker for signal tracking to have a wider linear characteristic, thereby realizing a system robust to instantaneous signal shaking due to multipath and noise.
  • FIG. 1 shows a result of a typical GPS receiver searching a two-dimensional GPS signal hypothesis search region consisting of all code phase hypotheses and all Doppler frequency hypotheses in order to search for one satellite signal.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a structured compression detection technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a structured compression sensing technique according to another embodiment of the present invention.
  • ACF auto-correlation function
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration of a receiver signal search unit using a conventional GNSS correlator.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an internal configuration of a primary signal search unit in a receiver based on a 2D compression correlation technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an internal configuration of a secondary signal searcher in a receiver based on a 2D compressed correlation technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a brief operation of the primary signal search unit and the secondary signal search unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of implementing a code tracker based on a 2D compression correlation technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a comparison between a code tracking device discriminator value and a conventional E-L correlator discriminator value according to an embodiment of a code tracking device using a compression correlator.
  • GNSS Global Navigation Satellite Systems
  • GPS Global Positioning System
  • Glonass in Russia Galileo in Europe
  • Beidou Beidou in China
  • QZSS QZSS in Japan
  • the GNSS is represented by GPS.
  • the implementation examples of all GNSS receivers are similar to the implementation examples of the GPS receiver, so unless specifically distinguished. Use the same meaning.
  • the receiver of a mobile communication system using a spread spectrum signal performs the same function, the field to which the present invention is applied is utilized in a mobile communication system using a spread spectrum signal, satellite communication, and a navigation system such as GPS (GNSS). Can be.
  • FIG. 3 is a first embodiment of the present invention, based on a compressed sensing technique in which a general GNSS receiver searches for a received GNSS signal and acquires code phase information based on the present invention.
  • a signal searcher An example of the implementation of a signal searcher is shown.
  • the GNSS and the spread spectrum signal acquisition apparatus include a signal search unit 300.
  • the signal search unit 300 includes parallel correlators ( 310, a signal generator 320, and a decoding (signal information search) module 330.
  • the signal received through the antenna 301 of the receiver provided in the GNSS and the spread spectrum signal acquisition device is a chip speed through the frequency down converter (302) and ADC (Analogue to Digital Converter) (303)
  • a sampled signal obtained by sampling at a sampling frequency twice as high as a chip rate is input to the signal search unit 300.
  • the code phase of the signal received at the receiver is searched in units of 0.5 chips, it is assumed in the present invention that the output of the ADC 303 is sampled at 2 chips per chip.
  • the signal input to the signal search unit 300 is first passed through a parallel correlator 310 composed of M correlators and then output to a decoding module 330 which is a digital signal processor as a correlation output of each correlator.
  • the parallel correlator 310 is correlator 1 (311), correlator 2 (312),... Correlator M (313), the correlator input of the parallel correlator 310 according to the present invention is different from the correlation scheme for the search for a conventional conventional spread signal.
  • a correlator for detecting a spread spectrum signal performs a correlation between an internally generated signal and a received signal, and the internally generated signal has the same spreading code as a spreading code of the received signal.
  • a signal made up of a code.
  • a receiver having a parallel correlator generates a plurality of spreading code signals having different time delays (code phases) from the internally generated signals and performs correlation between each signal and the received signal.
  • the correlation scheme according to the invention performs a correlation between the received signal and a special signal produced internally.
  • the particular signal is each row of the A matrix and the A matrix has a magnitude of [M ⁇ L].
  • the internally generated special signal is a signal generated through the signal generator 320 and is made through the following process.
  • the signal generator 320 may include a PN generator 322, ⁇ generator 323, ⁇ generator 324, A generator 325.
  • PN generator 322 Based on the information in block 321, PN generator 322 generates a spreading code signal of the signal to be acquired. Generation of spreading codes is generally implemented using a linear feedback shift register (LFSR).
  • LFSR linear feedback shift register
  • the matrix ⁇ produced by the ⁇ generator 323 via the PN generator 322 is a correlation matrix of a spreading code signal having the Doppler frequency f F (F is the Doppler frequency index). It can be represented as.
  • N >> 1 is the number of codes corresponding to one period of the spreading code.
  • each row of ⁇ 1 represents a spreading code having a different code (phase) delay in units of 0.5T C.
  • f F represents the Doppler frequency of the received signal to be searched, and F is an integer index of the Doppler frequency to be searched.
  • F f is a predetermined small frequency interval ⁇ f. Represented by The reason for increasing the F to search for various Doppler frequencies is because it is impossible to accurately predict the Doppler frequencies of satellite signals received from terrestrial receivers from the beginning.
  • Parallel correlators in conventional receivers receive received signal samples of the same length as each row of ⁇ 1 and perform correlation between the two inputs.
  • the internally generated signal input to each parallel correlator 310 is an A generator ( Generated through 325, the A generator 325 is made of the matrix product of the correlation matrix ⁇ produced above and the measurement matrix ⁇ generated in the ⁇ generator 324 of the following equation (2).
  • wi is an arbitrary Walsh code index ( 1 ⁇ Wi ⁇ M 1 ) and the Walsh code column W wi having wi as the Walsh code index has a size of [M 1 ⁇ 1]. Also, the Walsh code in the last column was repeated a number less than ⁇ to match the number of columns of ⁇ 1 . However, most Walsh code strings forming ⁇ 1 are repeated ⁇ times.
  • Equation 3 the output Y of the (M 1 + M 2 ) parallel correlators is represented by Equation 3 below.
  • M 1 measurements Y 1 for all Doppler frequencies and approximate the final estimated Doppler frequency unlike the method of FIG. 3 (where (M 1 + M 2 ) measurements Y are obtained for all Doppler frequencies).
  • M 2 measurements Y 2 are obtained only once for the code phase delay value. Therefore, in the former case, the correlation function of the total (M 1 + M 2 ) F max times must be driven, while in the latter case, the correlation function of the total M 1 F max + M 2 times can be driven.
  • most elements of the vector X 1 (size [L ⁇ 1]) have a small absolute value, with only three consecutive elements of L having a particularly large absolute value (among others). The middle value has the largest triangle value).
  • X 1 [-0.1, 0.2, 0, -0.1, ... 0.1, 5, 10, 5, -0.1, -0.1, 0.2, ... 0.1].
  • is the frequency phase of the signal.
  • value representing a value to v, and the subsequent value of the absolute value is larger v [V1, V2, V3 ] (
  • ) is expressed as X 1 is v and It is a vector with V mixed together.
  • the receiver is an index (index) where the element V2 is located in the X 1 vector
  • the code phase search is completed by finding.
  • the index value of V2 Is displayed.
  • the Doppler frequency predicted by the receiver does not match the Doppler frequency of the received signal, the signal correlation becomes low, so the values of all elements of X 1 can be expressed as v.
  • Parallel correlation without using a compression detection technique.
  • a receiver with a group uses only the correlation matrix ⁇ and simply finds the element with the largest absolute value in the L correlator outputs X 1 and indexes the element. Find it.
  • information necessary for signal acquisition from a measurement value of a GNSS or a spread spectrum signal obtained by a compression sensing technique according to the present invention for GPS, a received signal in case of a mobile communication system having a code phase value, a Doppler frequency value of a received signal, and a spread spectrum method
  • each row of the matrix A (total M rows) with respect to the Doppler frequency (expressed by the index F) to be searched is assigned to each correlator 311, 312, and 313 of the parallel correlator 310.
  • F) are obtained, then the Doppler frequency and the approximate code phase value are obtained from Y 1 ( ⁇ Y) and Y 2 ( ⁇ Y) is the correct code phase.
  • the Fast Walsh Hadamard Transform (FWHT) function 331 is the correlation output Y of M parallel correlators 310 (measured with A obtained using ⁇ using the Doppler frequency f F value to search).
  • M 1 gae FWHT M 1 point-FWHT
  • M 1 results obtain a value as a result takes the absolute value to a value M 1 of Z 1 (F, wi Get)
  • Z 1 (F, wi) represents the index to the index 1 ⁇ wi ⁇ M 1 F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.
  • the outputs M 1 Z 1 (F, wi) (1 ⁇ wi ⁇ M 1) is that the first decision function (332) a first threshold (TH 1) is compared with the first threshold value becomes equal to or greater than the output (TH 1) Z 1 (F, wi) preset in To judge.
  • the Doppler frequency control function 335 If the first difference is determined to go to board formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 335. If not satisfying the function 332, the Doppler frequency index Is increased by 1 to obtain parallel correlator 310 output Y (1 ⁇ M
  • the detailed detection function 333 has three inputs: (1) Y 2 from the FWHT function 331, (2) Wi from the first decision function 332, and (3) from the signal generator 320. Get input. The detailed detection function 333 first calculates a set Iw having all (maximum ⁇ ) column indices of ⁇ 1 having Wi as the Walsh code index.
  • the set Iw may be expressed as in Equation 4.
  • the set Iw has a maximum maximum ⁇ values between [1, L].
  • the detailed detection function 333 is Y 2 and (We perform correlation between k and take the absolute value of the correlation results to get Z 2 (F, k). (In some cases, we found Nw (> 1) Wis under the influence of noise.) In this case, Iw is a set having all (maximum Nw ⁇ ⁇ ) column indices of ⁇ 1 having all Wi as Walsh code indices.
  • the output is passed to the second decision function 334 to find k that satisfies the second decision formula (Z 2 (F, k)> TH 2 ) with respect to the preset second threshold value TH 2 .
  • the second decision function 334 uses the index k to estimate the code phase of the currently received signal. Doppler frequency estimate of the actual received signal Will print If Z 2 (F, k) that satisfies the second decision equation is not found in the second decision function 334, the Doppler frequency control function 335 is performed to change the Doppler frequency to be searched to change the new Doppler frequency. Repeat the above signal search process.
  • the first embodiment of the present invention with respect to FIG. 3 obtains a correlation output Y of magnitude [M ⁇ 1] every time for all Doppler frequencies, but the determination is performed using only Y 1 in the first determination function 332.
  • Y 2 is input to the detailed detection function 333 only when the first determination is satisfied. Therefore, in most cases Y 2 is not used and the Doppler frequency Is used only if is nearly equal to the actual Doppler frequency received.
  • Figure 4 shows a signal search unit 400 according to a second embodiment of the present invention.
  • Functions 401, 402, 403, 422 and 423 of FIG. 4 perform the same functions as the functions 301, 302, 303, 322 and 323 of FIG.
  • generation of the first compression detection matrix A 1 starts by receiving the following information.
  • the PN code information (PRN number) of the GNSS is received in the case of CDMA or WCDMA mobile communication, and receives the PN code information of the base station to be found.
  • the ⁇ 1 generator 424 generates a measurement matrix ⁇ 1 in which each column of the Walsh matrix WH M1 having the size of [M 1 ⁇ M 1 ] is repeated ⁇ times in succession. Make.
  • the output of the A 1 generator 425 may be expressed as Equation 5 as the product of the correlation matrix ⁇ and ⁇ 1 output from the ⁇ generator 423 as the first compression detection matrix A 1 (where ⁇ ).
  • I a correlation matrix, which is made according to the expression in Equation 1).
  • the output Y 1 of each correlator 411, 412, 413 is the output of the first parallel correlator 410 for any Doppler frequency (index F) to be searched, and is expressed as Y 1 (1 to M 1
  • FWHT function 431 is equal to Y 1 (1 ⁇ M 1
  • Z 1 (F, wi) represents an index wi (1 ⁇ wi ⁇ M 1) for index F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.
  • the results M 1 Z 1 (F, wi) (1 ⁇ wi ⁇ M 1) is the first decision function (432) is input to a preset first threshold (TH 1) and the first threshold (TH 1) or more Z 1 (F compared, wi Is determined.
  • the Doppler frequency control function 435 If the first proceeds to the first chapan formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 435. If not satisfying the difference determination function 432 doppler The frequency index is increased by 1 to repeat the signal measurement and determination (perform functions 420, 410, 431, 432) for the other Doppler frequency signals. If there exists Z 1 (F, wi) that satisfies the first decision formula (Z 1 (F, wi)> TH 1 ) of the first decision function 432, the index wi is designated as Wi and the current Searched Doppler Frequency Estimates ( ) And Wi to block 451.
  • block 451 information for estimating a detailed code phase value and some basic information for generating a second compression detection matrix A 3 are passed to block 450.
  • Nw (> 1) Wis may be found, where Iw is an index of all (up to Nw ⁇ ⁇ ) columns of ⁇ 1 having all Wis as Walsh code indices.)
  • Information transmitted from the block 451 to the block 450 is the current searched Doppler frequency estimate (the result of the first decision function 432).
  • Iw Information about the size of column indices (Iw), A 3 of all (maximum ⁇ ) columns having Wi as the Walsh code index in the measurement matrix ⁇ 1 -M 3 and L, and PN PRN information of the GNSS for code generation (PN code generation information to be searched by the terminal in case of CDMA and WCDMA mobile communication).
  • the Iw is made as shown in Equation 4.
  • the A 3 generation block 450 first generates a PN code from the PN generator 452 (function 422 is the same as function 322).
  • the generated PN code and the estimated Doppler frequency estimate ( ) Is input to the generator 453 so that the Doppler frequency Create a correlation matrix ⁇ at.
  • the measurement matrix ⁇ 3 consists of zero vectors ( 0 ) of all columns except the column whose element value of Iw is an index, and the rest of the columns are different Walsh codes of length M 3 . Have with heat. Therefore, the ⁇ 3 3 m-th row and Th column ( ) Is expressed as
  • WH M3 is a Walsh-Hadamard matrix having a size of [M 3 ⁇ M 3 ].
  • Iw ⁇ 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ⁇ , and ⁇ 3 is as follows.
  • the compression detection measurement Y 3 assuming an approximate estimate of in the Iw interval, is obtained. (Wherein Y 3 has a size [M 3 ⁇ 1] and may be expressed as Y 3 (1 to M 3
  • the output Y 3 is input again to the FWHT function 431, and the FWHT function 431 performs M 3 -FWHT (M 2 -point Fast Walsh Hadamard Transform) and the FWHT function.
  • M 3 Z 3 (F, k) is obtained by taking the absolute value of the M 3 output results of (431). (Wherein Z 3 (F, k) represents the index of the index F 1 ⁇ k ⁇ M 3 and M 3 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.)
  • the results M 3 Z 3 (F, k) is the a second threshold previously set in the second function determination (434) (TH 3) that is the second threshold value (TH 3) above are compared to the results to determine if the Z 3 (F, k).
  • X 1 shows a triangular shape where the code phase of the signal fits, but since the BOC (Binary Offset Carrier) method is used, the correlation result is not + It takes the form of a sinc function where the value and the -value intersect.
  • 5 shows a correlation result between a general GPS and a Galileo signal.
  • the horizontal axis is a relative code phase difference between a spreading code of a received signal and a spreading code generated internally by a receiver, and a value thereof is expressed in units of chips.
  • M 1 256
  • ⁇ 1 for Galileo signal acquisition is obtained as follows.
  • a separate communication device is not required as in the conventional A-GPS, and signals can be searched and acquired several times faster than the receiver technology of the conventional GNSS and spread spectrum communication systems. Since the hardware of the receiver for searching and signal acquisition is greatly consumed, the optimal receiver can be implemented with minimum time and hardware cost.
  • Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.
  • FIG. 6 illustrates a signal search unit of a conventional GNSS receiver using a correlator.
  • FIG. 6 illustrates a serial search method as a basic example of a method of using a correlator. Since the overall structure of the two-dimensional compression correlation technique proposed in the present invention is similar to the general signal searcher illustrated in FIG. 6, the description of FIG.
  • the GNSS signal received from the antenna is converted into an intermediate frequency (IF) signal through a radio frequency (RF) processing block.
  • IF intermediate frequency
  • RF radio frequency
  • FIG. 6 the received signal which has been converted to IF is described as an input of the signal search unit.
  • the signal received is amplitude A, phase Is the code signal c (t) of satellite s with the center frequency f 1 and the code phase delay t 0 .
  • AWGN Additional White Guassian Noise, white
  • n I (t) and n Q (t) are respectively included in the received signals r I (t) and r Q (t) input to the I and Q channels. Noise
  • the received signals r I (t) and r Q (t) are specific frequencies generated by the receiver in block 204 in the first multipliers 201 and 202. Multiplied by the Carrier signal and the 90-degree phase-shifted Carrier signal, respectively Is a value known to the receiver).
  • the output of the first multiplier generates I IF [nTs] and Q IF [nTs] through band pass filters (BPF: 211 and 212) and samplers (ADC: 621 and 622), respectively.
  • Ts is the interval between samples and n is the time index at each sampling point.
  • the I IF [nTs] and Q IF [nTs] are again code signals c of a specific satellite s having a specific code phase delay (or code phase code phase) k t generated by the receiver in the quadratic multipliers 631 and 632. multiplied by (t)
  • the outputs of the quadratic multipliers 631 and 632 are represented by I [nTs] and Q [nTs], respectively, and N temporal consecutive outputs are accumulated in the accumulators 641 and 642, respectively, to generate Z I and Z Q , respectively. Occurs.
  • the Z I and Z Q are squared in the squarers 651 and 652, respectively, and the values are added in the summer 661 to determine a decision variable.
  • the determination variable Z is a detection threshold in the primary discriminator 662. Is compared to If larger, it is determined that the GNSS signal is found, and the index k f and the code phase delay value k t representing the Doppler frequency value at this time are output.
  • the detection thresholds are Coherent Correaltion Length and Non-Coherent Accumulation Length, Probability of Detection, Probability of False Alarm, and Doppler Frequency Hypothesis Interval. Doppler frequency search step).
  • the current hypothesis (the Doppler frequency hypothesis represented by k f and the code phase delay hypothesis represented by k t ) is judged to be wrong, and the signal search is performed in the new hypothesis by increasing k f or k t by one. .
  • Block 603 is a phase shifter that causes the internally generated Carrier signal generated at block 604 to be phase shifted by 90 degrees.
  • the conventional GNSS signal search unit performs signal correlation for each individual hypothesis representing one Doppler frequency and one code phase delay, and thus, 21 Doppler frequencies and 2046 codes. If phase delay is possible, all 43,000 hypotheses must be tested individually to verify the detection variables in each hypothesis.
  • the primary signal searcher correlates multiple Doppler frequency hypotheses and multiple code phase delay hypotheses once.
  • the first signal search unit first finds the Doppler frequency and the code phase delay of the received signal within the reduced hypothesis range by using these two sequential (first and second) signal searching methods, and then, more specifically and in detail. By detecting and finding the correct Doppler frequency and code phase delay, the overall GNSS signal acquisition time is greatly reduced.
  • the description of the same block will be simplified as much as possible because a number of blocks have the same function as that of FIG. 6.
  • the signals r I (t) and r Q (t) received through the I and Q channels are the same as those of the input signal of FIG. 6, and the functions of the first multipliers 701 and 702 and the phase shifter 703 are respectively shown in FIG.
  • the receiver internally generated carrier signal, which is multiplied with the signal received by being input to the first multipliers 701 and 702, is a combined carrier signal unlike in FIG. 2.
  • Blocks 711 and 712 in FIG. 7 represent the band pass filters BPF 611 and 612 and the samplers ADC 621 and 622 introduced in FIG.
  • the outputs of blocks 711 and 712 are I IF [nTs] and Q IF [nTs], and I IF [nTs] and Q IF [nTs] are again complex codes generated by the receiver in quadratic multipliers (731, 732). It is multiplied by the combined code phase signal c (t) of a particular satellite s with a combined code phase delay.
  • the outputs of the quadratic multipliers 731 and 732 are represented by I [nTs] and Q [nTs] (or I and Q), respectively.
  • N accumulators 741 and 742 output N temporally consecutive quadratic multipliers. Accumulate to generate Z I and Z Q respectively. The and are squared in the squarers 751 and 752, respectively, and summed in the first-order summer 761 to determine the decision variable.
  • the determination variable Z is the 1 st detection threshold in the primary discriminator 762. Is compared to If larger, it is determined that the GNSS signal is found, and the index k f, 1 representing the detected Doppler frequency value at this time and the value k t representing the approximate code phase delay are output (this output is shown in FIG. 8). It is input to the secondary signal search unit and decomposed into detailed hypotheses, and becomes a reference for more detailed signal search.)
  • the first detection threshold (Detection Threshold) An appropriate value is determined by various variables such as the detection threshold of FIG. 6. If the Z value is If it is smaller, it is judged that the current hypothesis is wrong and the signal search in the new complex hypothesis is performed by increasing k f or k t one step further.
  • the Z value in the primary discriminator 762 If it is determined to be smaller, it is determined whether the composite code phase delay hypothesis currently tested in the secondary discriminator 771 includes the last code phase hypothesis. In other words, If not, the PRN signal generator 773 generates a PRN code signal of the GNSS satellite which increases the k t value by K t further and blocks the increased k t value as a code phase delay value at block 772. Let's do it. The output of the PRN signal generator 773 and its output are again [1, 2,... , Pt signals delayed in time by K t -1] Ts are output to the second summer 775.
  • the PRN signals are all added with the same sign so that the output cc (t) of the quadratic summer 775 is c (nk t ) + c (nk t -1) + c (nk t- 2) + .. + c (nk t -K t + 1).
  • signals such as Galileo's BOC (n, n) are added with the sign changed for each time delay value such that the output cc (t) of the quadratic summer 775 is c (nk t ) -c (nk t). -1) + c (nk t -2)-..
  • the carrier signal is then phase-converted in a 180-degree phase-reduced manner and input to the tertiary summer 704. . Therefore, the output signal of the Carrier Block 7853 is the phase difference in K f-phase converter (7863) is reduced by 90 * (f K -1) is input to the third summer 704.
  • the output of the cubic summer is mathematically It can be expressed as.
  • the initial code phase delay and Doppler frequency values of the primary signal search unit shown in FIG. 7 follow the values of blocks 774 and blocks 7831 to 7333.
  • the primary signal searcher of FIG. 7 may have values of K t ⁇ 3 and K f ⁇ 3, at least 9 times faster searching is possible than the signal searcher of FIG. 6.
  • the reason for using the phase shifters 7786 and 7863 for the outputs of the carrier generators 7785 to 7535 is that the carrier signals generated by the carrier generators 7785 to 7855 are accumulated in the accumulators 741 and 742. This is to compensate for the average phase change that occurs.
  • a phase increase of 90 ° occurs in the output signal accumulated at 742.
  • the phase shifters 7802 and 7863 are used to compensate for this and to maximize the size of Z I and Z Q.
  • the phase increase and decrease in the phase shifters 7786 and 7863 must also be appropriately varied.
  • FIG. 8 there is shown a second signal search section ((2 nd Stage Signal Searcher) ) presented in this invention.
  • the basic structure diagram of the secondary signal searcher is very similar to the implementation structure of the signal searcher of the general GNSS receiver described with reference to FIG. 8.
  • blocks 801, 802, 803, 804, 811, 812, 821, 822, 831, 832, 833, 841, 842, 851, 852, 861, and 862 of FIG. 8 are blocks 601, 602, and 603 of FIG. 6, respectively.
  • the secondary signal search unit shown in FIG. 8 receives the outputs k f, 1 and k t of the primary signal search unit of FIG. And Replace with and Performs signal search in the Doppler frequency and code phase delay hypothesis region indicated by.
  • the input and The hypothesis region represented by is expressed by the frequency index k f and the code phase delay index k t .
  • the initial Doppler frequency and code phase delay hypothesis index are respectively Wow It is designated as.
  • Block 804 is a given initial Doppler frequency hypothesis ( Carrier signal is generated and supplied to the first multiplier 801, the same Carrier signal is passed through the phase converter 803 90 degrees phase increase is supplied to the first multiplier 802.
  • Block 833 is a given initial code phase delay hypothesis ( A PRN code signal c s [nk t ] having a code phase delay according to C 1) is generated and supplied to the second multipliers 831 and 832.
  • the determination variable Z thus obtained is the same value as the detection threshold shown in FIG.
  • the secondary signal search unit (Fig. 8) has the same correlation scheme as the signal search unit shown in FIG. That is, since the secondary signal search unit has the same implementation as the signal search unit of the general GNSS receiver, the search performance is the same, and thus the same detection threshold may be used.
  • the difference between the secondary signal searcher of FIG. 8 and the signal searcher of FIG. 2 is that only the secondary signal searcher of FIG.
  • the primary discriminator 862 If it is determined as, the currently verified Doppler frequency and code phase delay values (k f and k t ) are output as the final search result. If it is determined to be, the process proceeds to block 871 to determine whether the current code phase delay k t is the maximum value. therefore, In case of, proceed to block 834 to increase k t by 1 and generate a PRN code signal corresponding to the increased value in block 833. if If is, proceed to block 872 Initialize k t and proceed to tertiary discriminator 881 to determine if the current Doppler frequency k f is the maximum of the given hypothesis range.
  • FIG. 9 shows a brief operation plan of the primary signal search unit and the secondary signal search unit proposed in the present invention.
  • the primary signal search unit shown in FIG. 7 is performed to obtain approximate Doppler frequency and code phase delay information k f, 1 and k t .
  • a hypothesis region for example, to perform a detailed search from the inputted general information
  • the second signal search unit shown in FIG. 8 performs the final Doppler frequency and code phase delay information (k f and k t ).
  • Compression hypothesis can be used for signal acquisition as well as signal tracking.
  • 10 shows an example of a code signal tracking device using a compression correlator. This code phase tracker is the result of applying blocks 773 and 775 of FIG. 7 to the code phase tracker.
  • the value determined by the Code Loop Discriminator 1004 is the pre-time code.
  • the generator 1011 enters an input to generate a pre-time code signal (a code signal that is advanced by a specific phase than a currently estimated code estimate value).
  • the value determined by the code loop discriminator 1004 is input to the rear-view code generator 1012. And generates a back-view code signal (a code signal delayed by a certain phase from the currently received code estimate value).
  • the current code generation block 1003 generates a current code phase estimation value of the received signal, which is also multiplied by the received signal and integrated (1007) and output as a result value of the tracker.
  • n is an odd number of two (1 ⁇ i ⁇ n) is a nonzero real or imaginary number and the delay element Di (1 ⁇ i ⁇ n) may be 1 chip.
  • N is an odd number of 2 (1 ⁇ i ⁇ n) is a nonzero real or imaginary number and the delay element Di (1 ⁇ i ⁇ n) may be 1 chip.
  • the pre-time compression code generation unit 100 linearly combines each of the signals delayed from the early code sequence generator 1011 by multiplying and adding 1031 each specific coefficient 1021. do.
  • PP is the output of 1003 blocks
  • PE is the output of 1001 blocks (output of 1031)
  • the back-view compression code generation unit 1002 also includes, for example, each signal that is delayed from the back-code sequence generator 1012 is multiplied by each specific coefficient 722 and summed (1032). do.
  • PP is the output of 1003 blocks
  • PL is the output of 1002 blocks (output of 1032)
  • n is 3 in 1001 block , , Di (1 ⁇ i ⁇ n) is 1 chip. Also, in a 1002 block, n is 3 , , Di (1 ⁇ i ⁇ n) is 1 chip.
  • the traceable linear section is wider than the conventional E-L correlator, so that it is easy to track in a high-traffic situation.
  • the optimal receiver can be implemented with minimum time and hardware cost.
  • Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.
  • the present invention is applied to Global Navigation Satellite System (GNSS) and Spread Spectrum signal receivers.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • Spread Spectrum signal receivers GNSS and Spread Spectrum signal receivers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Disclosed are a compressed sensing method and device for quickly obtaining global navigation satellite system (GNSS) and spread spectrum signals. The device for obtaining GNSS and spread spectrum signals includes: a signal searching unit for searching either the GNSS signal or the spread spectrum signal, wherein the signal searching unit includes a signal generator for generating a compressed sensing matrix with a size of M × L by using a correlation matrix with a size of L × L and a measuring matrix and a size of M × L; a parallel correlator comprising M correlators arranged in parallel, for performing correlation between a received signal and the compressed sensing matrix; and a decoding module for obtaining a Doppler frequency index and a code phase of the received signal by using the compressed correlation of the parallel correlator.

Description

지엔에스에스 및 대역확산 신호의 신속한 신호 획득을 위한 압축 감지 방법 및 그 장치Compression detection method and device therefor for fast signal acquisition of GS and spread signals
본 발명의 실시예들은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 및 대역확산(Spread Spectrum) 신호 수신기의 빠른 신호 획득(fast signal acquisition)에 관한 것으로, 특히, 압축 감지 기술을 활용한 신속한 신호 탐색과 획득(search and acquisition) 방법 및 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to fast signal acquisition of Global Navigation Satellite System (GNSS) and Spread Spectrum signal receivers. In particular, fast signal search and search using compression sensing techniques. and acquisition methods and apparatus.
GNSS는 GPS와 같은 위성망을 이용한 측위 시스템을 통칭하며, 위성의 안테나에서 전파가 발신되어 GPS 수신기까지 도착하는데 걸리는 시간(TOA: Time of Arrival)을 측정하는 동시에, 수신된 전파가 위성에서 발신될 때의 위성의 위치를 알아내어 GPS 수신기의 상대 위치를 계산하는 방식이다. 모든 GNSS 위성에서 지상으로 발신하는 신호는 일반적인 무선 통신 시스템에서 활용하는 대역확산 신호이다. 대역확산 신호를 사용하는 모든 통신 및 위성 항법 시스템의 수신기가 시동하는데 있어서 가장 먼저 선행되어야 할 조건은 위성 신호의 탐색과 위성 정보의 획득이다.GNSS collectively refers to a positioning system using a satellite network such as GPS, and measures the time of arrival (TOA) of a radio wave from an antenna of the satellite and arrives at the GPS receiver. This is to calculate the relative position of the GPS receiver by locating the satellites. All GNSS satellites transmit signals to the ground which are spread spectrum signals used in general wireless communication systems. The first conditions for starting up the receivers of all communication and satellite navigation systems using spread signals are the search for satellite signals and the acquisition of satellite information.
GPS 수신기의 초기 위치 획득에 있어서, GPS 수신기가 장기간의 파워 오프(power off)된 상태가 된 이후에 다시 파워 온(power on)하여 초기 위치 측정을 수행하는 경우를 콜드 스타트(Cold Start)라고 불리며 이때 소요되는 시간을 TTFF(Time to first fix)라고 한다. GPS L1주파수 C/A 신호를 탐지하기 위한 GPS 수신기의 콜드 스타트는 여러 단계를 따라 이루어지는데, 특히 위성 신호의 코드 위상(code phase, 신호의 시간적 지연에 해당) 가설 영역(hypothesis range) 및 도플러 주파수(Doppler frequency) 가설 영역을 탐색하는 단계는 가장 많은 하드웨어적 복잡도가 요구된다. 부연하면, GPS L1주파수 C/A 코드의 경우 1023개의 code로 이루어져 있어서 탐색해야 할 코드 위상은 0.5칩 단위로 총 2046개이며 지상 보행자용 GPS 수신기의 경우 일반적으로 -5KHz에서 +5KHz까지 500Hz마다 도플러 주파수 가설을 설정하므로 총 21가지의 도플러 가설이 발생하여 총 약 42000개의 가설을 검증하여야 한다. 1개의 가설 검증은 일반적으로 1msec의 상관길이를 갖는 상관기(correlator)를 통하여 검증하므로 1개의 상관기를 사용하는 수신기는 약 42초의 신호탐색 시간이 필요하며 42000개의 상관기를 사용하는 수신기는 약 1msec내에 신호를 탐색할 수 있다. GPS 수신기가 C/A 신호를 탐색(Search)하고 획득(Acquisition)해야 하는 이유는 현재 순간에 수신되는 GPS 위성 신호의 코드(PRN code)와 정확히 코드동기(code synchronization)와 해당 GPS 위성의 도플러 주파수를 잃어버리지 않고 지속적으로 추적하기 위해서이다. 일반적인 대역확산 통신 시스템의 수신기도 코드 동기를 맞추기 위해서 각 코드 위상 가설에 대하여 신호 탐색을 수행한다.In the initial position acquisition of the GPS receiver, the case where the GPS receiver is powered on again after a long power-off state is performed to perform the initial position measurement is called cold start. This time is called TTFF (Time to first fix). The cold start of a GPS receiver to detect GPS L1 frequency C / A signals takes several steps, in particular the code phase of the satellite signal (corresponding to the temporal delay of the signal), the hypothesis range and the Doppler frequency. (Doppler frequency) Searching for a hypothesis region requires the most hardware complexity. In other words, the GPS L1 frequency C / A code consists of 1023 codes, so the code phase to be searched is 2046 in 0.5 chip units, and for ground pedestrian GPS receivers, it is generally Doppler every 500 Hz from -5KHz to + 5KHz. Since the frequency hypothesis is set, a total of 21 Doppler hypotheses are generated, and a total of about 42000 hypotheses must be verified. One hypothesis verification is usually performed through a correlator with a correlation length of 1 msec, so a receiver using one correlator requires approximately 42 seconds of signal search time and a receiver using 42000 correlators within approximately 1 msec. You can explore The reason why a GPS receiver should search for and acquire a C / A signal is because the PRN code of the GPS satellite signal received at the present moment and the exact code synchronization and the Doppler frequency of the GPS satellite. To keep track of them without losing them. The receiver of a general spread spectrum communication system also performs a signal search for each code phase hypothesis in order to achieve code synchronization.
도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설(전체 2046개)과 모든 도플러 주파수 가설(-5KHz에서 +5KHz까지 500Hz 단위로, 전체 21개), 전체 약 42000개의 가설, 모두를 탐색한 결과이다. 도 1의 x-y 평면은 42000여 개의 가설 평면이며 가설 평면상의 각 점(각 가설)에 대하여 상관기의 출력 값을 Z축에 나타내고 있다. 상기 상관기의 출력은 각 가설(= 코드 및 도플러 주파수 가설)마다 1msec의 상관 길이를 갖는 상관기(Correlator)를 동작하여 얻은 값이며, 만일 미약한 신호를 탐지하기 위하여 더 긴 상관길이를 갖는 상관기를 사용한다면 도플러 주파수 가설은 더욱 작은 단위로 탐색 되어야 한다.Figure 1 shows all code phase hypotheses (2046 total) and all Doppler frequency hypotheses (21 total in 500 Hz increments from -5 KHz to +5 KHz), a total of about 42000 hypotheses for a typical GPS receiver to search for one satellite signal. , The result of searching all of them. The x-y plane of FIG. 1 is about 42000 hypothesis planes, and the output value of the correlator is shown on the Z axis for each point (each hypothesis) on the hypothesis plane. The output of the correlator is a value obtained by operating a correlator having a correlation length of 1 msec for each hypothesis (= code and Doppler frequency hypothesis), and using a correlator having a longer correlation length to detect a weak signal. If so, the Doppler frequency hypothesis should be searched in smaller units.
이와 같이 많은 가설을 검증하여 신호 탐색을 수행하고 탐지된 신호를 획득하는 과정은 수신기의 시동 초기에 일순간 집중적으로 많은 하드웨어 리소스(hardware resource)를 사용하게 되므로 매우 비효율적인 과정이다. 이러한 비효율성을 줄이거나 신호 탐지를 더 빠르게 하기 위하여 다양한 기술이 개발되어 있는데, 가장 단순한 기술은 다수의 병렬 상관기를 활용하는 방안이다. 예를 들어, 42000개의 병렬 상관기는 1msec 이내에 신속히 신호 탐색을 완료하지만, 단 1회를 위하여 매우 많은 상관기를 사용하므로 하드웨어의 비효율성이 높다. 또 다른 방법은 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용하여 주파수 영역(frequency domain)에서 수신신호와 수신기 내부에서 만들어낸 코드(PRN code)를 곱하여 매우 빠른 상관을 수행하는 것인데, 이를 위하여 수신 신호와 수신기 내부에서 만들어진 코드 신호를 모두 주파수 영역으로 푸리에 변환해야 하고 주파수 영역에서 곱해진 결과를 다시 시간 영역(time domain)으로 역푸리에 변환을 해야 하므로 상관기가 필요 없는 대신 계산량(computational load)이 매우 높아진다. 이와 같은 높은 계산량을 갖는 FFT 기반 신호 탐색 방법은 속도가 높은 DSP칩을 활용하여 구현할 수 있지만, DSP칩 때문에 고비용의 문제가 있다.The process of performing signal search and acquiring the detected signal by verifying many hypotheses as described above is very inefficient because it uses a large amount of hardware resources at the beginning of the receiver's startup. Various techniques have been developed to reduce this inefficiency or make signal detection faster. The simplest technique is to utilize multiple parallel correlators. For example, 42000 parallel correlators complete signal search quickly in less than 1 msec, but hardware inefficiency is high because only a large number of correlators are used for one time. Another method is to perform a fast correlation by multiplying the received signal with the PRN code generated in the receiver in the frequency domain using the Fast Fourier Transform (FFT). Since all code signals generated in s have to be Fourier-transformed into the frequency domain, and the result multiplied in the frequency domain must be inverse Fourier transformed into the time domain, the computational load is very high. Such a high computational FFT-based signal search method can be implemented using a high speed DSP chip, but there is a problem of high cost due to the DSP chip.
또 다른 방법은 퀄컴(Qualcomm Inc.)의 A-GPS(Assisted GPS, 또는 통칭하여 Assisted GNSS) 기술이다. 도 2에는 A-GPS 수신기와 기존 GPS 수신기에서 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지(TTFF: Time To First Fix)에 대한 비교도를 보인다. 도 2에 도시된 바와 같이, A-GPS 수신기는 이동통신 기지국에 연결된 A-GPS 서버의 도움(Assistance)를 받아 TTFF를 수 초 만에 끝낼 수 있다. A-GPS는 기존 GPS 기술 대비 뛰어난 성능 향상을 가지고 있지만 다음과 같은 몇 가지 제약과 문제점을 가지고 있다. 먼저, 이동통신망에 연결된 서버로부터 도움정보를 받아야 하므로 이동통신과 무선 연결이 가능한 경우에만 국한되어 구현될 수 있고, GPS 수신기가 탐색해야 하는 코드 위상 범위는 기지국과 핸드폰간의 시각 동기와 핸드폰의 위치 추정 정확도에 따라 달라진다. 따라서, 3세대 또는 3.5세대 및 4세대와 같은 비동기식 이동통신 시스템(Asynchronous Cellular Network)의 경우에 기지국 시각이 부정확하여 코드위상 탐색영역의 크기는 기존 GPS 수신기의 탐색영역인 1023칩 전체가 되어 A-GPS는 기존의 일반적인 GPS와 동일한 신호 탐색을 수행한다.Another method is Qualcomm Inc.'s Assisted GPS, or collectively Assisted GNSS (A-GPS) technology. 2 shows a comparison of time to first fix (TTFF) in cold start in an A-GPS receiver and a conventional GPS receiver. As shown in FIG. 2, the A-GPS receiver may finish the TTFF in a few seconds with assistance of an A-GPS server connected to the mobile communication base station. A-GPS has a significant performance improvement over the existing GPS technology, but has some limitations and problems. First, since help information must be obtained from a server connected to a mobile communication network, it can be implemented only when mobile communication and wireless connection are possible, and the code phase range that the GPS receiver must search is based on the time synchronization between the base station and the mobile phone and the location of the mobile phone. It depends on the accuracy. Therefore, in the case of Asynchronous Cellular Networks such as 3rd Generation or 3.5th Generation and 4th Generation, the base station time is inaccurate and the size of the code phase search area becomes the entire 1023 chip which is the search area of the existing GPS receiver. GPS performs the same signal search as conventional GPS.
최근 신호처리 기술에서의 비약적인 발전 중의 하나는 압축 감지(Compressed Sensing) 기술인데, 이는 많은 양의 데이터를 얻어내어 신호에 실려 있는 정보를 추출하는 기존의 방식에서 매우 작은 양의 데이터를 얻어내는 것만으로도 신호에 실려 있는 정보를 추출할 수 있는 기술이다. 압축 감지 기술은 현재 영상 처리 및 대용량 데이터를 처리하는 많은 시스템에 활용되고 있지만, 대부분의 기술이 압축된 신호로부터 측정치를 얻어내는 방식이 랜덤측정행렬을 사용하므로 얻어낸 측정치(measurements)로부터 원래의 신호를 복원하는데 필요한 계산 량이 매우 높아 실시간 시스템으로 활용되지 않고 있다. 또한, 압축 감지 기술을 응용한 대역확산 시스템에서의 신호 탐지와 획득 기술이 개발된 바가 없다.One of the major breakthroughs in recent signal processing technologies is the Compressed Sensing technology, which obtains a large amount of data and extracts a very small amount of data from a conventional method of extracting information contained in a signal. FIG. 2 is a technology capable of extracting information contained in a signal. Compression detection technology is currently used in many systems for image processing and processing large amounts of data.However, the technique of obtaining a measurement value from a compressed signal uses a random measurement matrix so that the original signal is obtained from the measurements obtained. The amount of computation required to restore is very high and is not used as a real time system. In addition, signal detection and acquisition techniques have not been developed in spread spectrum systems using compression sensing techniques.
본 발명에서는, GNSS 및 대역확산 통신 수신기의 신호 획득(signal acquisition) 및 신호 추적(signal tracking)에 있어서 압축 감지 기법를 활용하여 수신기 하드웨어의 최소화와 신호 획득의 고속화 기술을 제안한다.The present invention proposes a technique for minimizing receiver hardware and speeding up signal acquisition by utilizing a compression sensing technique in signal acquisition and signal tracking of a GNSS and a spread spectrum communication receiver.
본 발명은 하드웨어의 최소화를 위하여 최적의 압축 감지(compressed sensing) 기법을 GNSS 및 대역확산 수신기에 맞게 구현하는 방안을 제시하여 기존의 GNSS 수신기나 대역확산 신호를 이용하는 통신 단말기의 초기 신호 탐색에 필요한 상관기의 개수를 수 배 이하로 감소시켜 신호탐지에 필요한 하드웨어 자원 낭비를 줄이는 것을 목표로 한다.The present invention proposes to implement an optimal compressed sensing scheme for a GNSS and a spread spectrum receiver to minimize the hardware, so that the correlator required for the initial signal search of a communication terminal using a conventional GNSS receiver or a spread spectrum signal is provided. It aims to reduce the number of hardware resources required for signal detection by reducing the number of times.
본 발명의 두 번째 목표는 GNSS 신호 획득 및 신호 추적에 있어서 감도(sensitivity)를 유지하거나 더 높이는 것이다.The second aim of the present invention is to maintain or increase the sensitivity in GNSS signal acquisition and signal tracking.
본 발명의 세 번째 목표는 GNSS 및 대역확산 수신기의 신호 추적기 (DLL)에 있어서 더 넓은 선형 추적 영역을 가짐으로써 잡음에 강인하고 다중경로 신호 등에 의한 신호 상실(signal lost)이 적게 만들고자 하는 것이다.The third object of the present invention is to have a wider linear tracking area in the signal tracker (DLL) of the GNSS and spread spectrum receivers, making it more robust to noise and less signal lost by multipath signals.
또한 본 발명에서는 일반적인 압축 감지 기술에서 사용하는 랜덤 측정 행렬을 사용하지 않고 구조적 측정 행렬을 제시함으로써 신속한 신호 탐지가 가능한 구현 방안을 제공한다.In addition, the present invention provides an implementation method capable of rapid signal detection by presenting a structural measurement matrix without using a random measurement matrix used in a general compression detection technique.
본 발명의 일 측면에 따르면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호탐색부를 포함하고, 상기 신호탐색부는, 다단으로 이루어져 단이 증가할수록 가설의 압축도를 감소시켜 탐색한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a signal search unit for searching for at least one received signal of a Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning signal or a spread spectrum signal, wherein the signal search unit comprises a multi-stage As it increases, the compression of the hypothesis decreases and is searched.
다단으로 이루어진 각 신호 탐색부는 두 가지로 구현할 수 있는데, 그 중 한가지 방법은 아래와 같다. Each multi-stage signal searcher can be implemented in two ways, one of which is as follows.
본 발명의 일 측면에 따르면, GNSS(Global Navigation Satellite System) 및 대역확산 신호 획득 장치는 GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호탐색부를 포함하고, 상기 신호탐색부의 각 단은 [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 신호 생성기; M개의 상관기(correlator)가 병렬로 구성되어 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 병렬 상관기; 및 상기 병렬 상관기의 압축 상관결과를 이용하여 상기 수신 신호의 코드 위상(code phase)과 도플러 주파수를 획득하는 디코딩 모듈을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a global navigation satellite system (GNSS) and a spread spectrum signal acquisition apparatus includes a signal search unit for searching at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal, the signal Each stage of the search section uses a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] where the number of rows is smaller than the number of columns. A signal generator for generating a compression sensing matrix having a matrix size of]; A parallel correlator having M correlators configured in parallel to perform correlation between the received signal and the compression sensing matrix; And a decoding module for obtaining a code phase and a Doppler frequency of the received signal by using the compression correlation result of the parallel correlator.
상기 신호 생성기는 상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성할 수 있다.The signal generator may generate the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix.
상기 상관 행렬의 각 행은 상기 수신 신호의 확산 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어질 수 있다.Each row of the correlation matrix may be a spreading code having a code delay of an arbitrary time unit and the same as a spreading code signal of the received signal.
상기 병렬 상관기는 상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 압축 상관결과를 생성할 수 있다.The parallel correlator may generate the compression correlation result having a matrix size of [M × 1] by performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal.
상기 압축 상관결과의 각 행은 상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열을 상기 상관행렬과 수신 신호를 곱한 결과를 계수로 곱한 후 합하여 얻어지는 형태로서 결과적으로 측정행렬의 모든 열들의 선형 합이 될 수 있다.Each row of the compression correlation result is obtained by multiplying each of the L columns constituting the measurement matrix by the product of the correlation matrix and the received signal by a coefficient, and as a result, may be a linear sum of all columns of the measurement matrix. have.
상기 디코딩 모듈은 모든 도플러 주파수 가설에 대하여 상기 압축 감지 행렬의 M개의 행을 상기 병렬 상관기에 입력하여 상기 병렬 상관기에서 상기 M개의 압축 상관결과를 얻은 후, 상기 병렬 상관기에서 얻어진 상기 M개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 도플러 주파수와 코드 위상을 획득할 수 있다.The decoding module inputs M rows of the compression sensing matrix to the parallel correlator for all Doppler frequency hypotheses, obtains the M compression correlation results from the parallel correlator, and then obtains the M compression correlation results obtained from the parallel correlator. From the Doppler frequency and the code phase of the received signal can be obtained.
상기 신호 생성기는 [M1×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M1×L]의 행렬 크기를 갖는 제1차 압축 감지 행렬을 생성하는 제1차 신호 생성기와, [M2×L](여기서, M1+M2=M)의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M2×L]의 행렬 크기를 갖는 제2차 압축 감지 행렬을 생성하는 제2차 신호 생성기로 구성되고, 상기 병렬 상관기는 M1개의 상관기로 구성되어 상기 제1차 압축 감지 행렬의 M1개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제1차 병렬 상관기와, M2개의 상관기로 구성되어 상기 제2차 압축 감지 행렬의 M2개의 행을 입력 받아 상기 수신 신호와의 상관을 수행하는 제2차 병렬 상관기로 구성될 수 있다.And the first signal generator to the signal generator by using the measurement matrix having a matrix size of [M 1 × L] generating a first compressed sensing matrix having a matrix size of [M 1 × L], [ M 2 × L] (where M 1 + M 2 = M), using a measurement matrix having a matrix size of [M 2 × L] to a second order signal generator that generates a second order compression sensing matrix having a matrix size of [M 2 × L]. And a parallel correlator comprising a M 1 correlator, a first parallel correlator configured to receive M 1 rows of the first compression sensing matrix, and perform correlation with the received signal; and M 2 correlators. And a second order parallel correlator configured to receive M 2 rows of the second order compression sensing matrix and perform correlation with the received signal.
상기 디코딩 모듈은 상기 제1차 병렬 상관기에서 모든 도플러 주파수 가설에 대하여 얻어진 상기 M1개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정한 후, 상기 제2차 병렬 상관기에서 상기 추정된 도플러 주파수에 대하여 얻어진 상기 M2개의 압축 상관결과로부터 상기 수신 신호의 최종 코드 위상을 획득할 수 있다.The decoding module estimates the Doppler frequency closest to the received signal from the M 1 compression correlation result obtained for all Doppler frequency hypotheses in the first parallel correlator, and then estimates the estimated Doppler frequency in the second parallel correlator. The final code phase of the received signal can be obtained from the M 2 compression correlations obtained for the received Doppler frequencies.
본 발명의 다른 측면에 따르면, GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 찾아 상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법은 [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 행의 개수가 열의 개수보다 작은 [M×L]의 행렬 크기(M<L)를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 단계; 각 도플러 주파수 가설마다 병렬로 구성된 M개의 상관기를 통해 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계; 및 상기 상관 결과로부터 수신되는 신호가 갖는 도플러 주파수를 획득하고 확산 코드의 코드 위상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method for obtaining GNSS and spread spectrum signals for finding at least one received signal among a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal and obtaining a code phase and a Doppler frequency index of the received signal is described in [L × L]. A compression sensing matrix having a matrix size of [M × L] is generated by using a correlation matrix having a matrix size and a measurement matrix having a matrix size (M <L) of [M × L] where the number of rows is smaller than the number of columns. Doing; Performing correlation between the received signal and the compression sensing matrix through M correlators configured in parallel for each Doppler frequency hypothesis; And obtaining a Doppler frequency of the signal received from the correlation result and obtaining a code phase of a spreading code.
다단으로 이루어진 신호 탐색부의 다른 한가지 구현 방법은 아래와 같다. Another implementation method of the multi-stage signal search unit is as follows.
다수 개의 도플러 주파수와 다수 개의 코드위상지연을 포함하는 복합 가설에 대하여 상기 수신 신호와 한번의 상관(correlation)을 수행하는 방식을 통해 상기 수신 신호로 예측되는 축소된 초기 도플러 주파수 범위(Reduced Doppler frequency range) 및 초기 코드위상지연 범위(Reduced code phase range)을 획득하는 1차 신호탐색부; 및 상기 초기 도플러 주파수 범위 및 코드위상지연 범위를 포함하는 일정 가설 영역 내에 속한 도플러 주파수 가설과 코드위상지연 가설 각각에 대하여 상기 수신 신호와의 상관을 통해 상기 수신 신호에 해당되는 최종 도플러 주파수 값 및 코드위상지연 값을 획득하는 2차 신호탐색부를 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치를 제공한다.Reduced Doppler frequency range predicted by the received signal by performing a single correlation with the received signal on a complex hypothesis including a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phase delays And a primary signal searcher for obtaining an initial code phase delay range; And a final Doppler frequency value and code corresponding to the received signal through correlation with the received signal for each of the Doppler frequency hypothesis and the code phase delay hypothesis belonging to a predetermined hypothesis region including the initial Doppler frequency range and the code phase delay range. Provided are a GNSS and a spread spectrum signal acquisition device including a secondary signal searcher for obtaining a phase delay value.
상기 1차 신호탐색부는, 다수 개의 도플러 주파수 가설 각각에 해당되는 캐리어 신호를 합산한 값, 및 다수 개의 코드위상지연 가설 각각에 해당되는 코드 신호를 합산한 값을 이용하여 상기 복합 가설에 대한 판단변수(decision variable)를 얻은 후, 상기 판단변수가 탐지임계치(detection threshold) 보다 큰 경우 상기 수신 신호를 찾은 것으로 판단하여 해당 도플러 주파수 범위와 코드위상지연 범위를 상기 초기 도플러 주파수 범위 및 상기 초기 코드위상지연 범위로 출력할 수 있다.The primary signal search unit uses the sum of the carrier signals corresponding to each of the plurality of Doppler frequency hypotheses and the sum of the code signals corresponding to each of the plurality of code phase delay hypotheses to determine the determination variable for the complex hypothesis. After the decision variable is obtained, when the determination variable is larger than the detection threshold, the received signal is determined to be found, and the corresponding Doppler frequency range and code phase delay range are determined by the initial Doppler frequency range and the initial code phase delay. You can output it as a range.
상기 1차 신호탐색부는, 다수 개의 도플러 주파수 가설 (복합 도플러 주파수 가설) 각각에 해당되는 캐리어 신호를 위상 변환하여 합산한 복합 캐리어 신호, 및 다수 개의 코드위상지연 가설 (복합 코드 위상지연 가설) 각각에 해당되는 코드 신호를 합산한 복합 코드 신호에 따른 복합 상관신호와 상기 수신 신호 간의 상관을 수행할 수 있다.The primary signal search unit may include a complex carrier signal obtained by phase-converting a carrier signal corresponding to each of a plurality of Doppler frequency hypotheses (compound Doppler frequency hypotheses) and a plurality of code phase delay hypotheses (compound code phase delay hypotheses). Correlation between the complex correlation signal according to the complex code signal obtained by summing corresponding code signals and the received signal may be performed.
상기 탐지임계치는, 상기 상관을 수행하는 상관기의 동위상상관길이(Coherent Correaltion Length), 비동위상누적수(Non-Coherent Accumulation Length), 탐지확률(Probability of Detection), 및 오보확률(Probability of False Alarm), 도플러 주파수 가설 간격(Doppler frequency search step) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.The detection threshold may include: Coherent Correaltion Length, Non-Coherent Accumulation Length, Probability of Detection, and Probability of False Alarm. ) May be determined by at least one of the Doppler frequency hypothesis intervals.
상기 1차 신호탐색부는, 상기 판단변수가 상기 탐지임계치 보다 작은 경우 도플러 주파수 또는 코드위상지연을 증가시켜 새로운 복합 가설에 대하여 신호 탐색을 수행할 수 있다.The primary signal searcher may perform a signal search for a new complex hypothesis by increasing the Doppler frequency or code phase delay when the determination variable is smaller than the detection threshold.
상기 2차 신호탐색부는, 상기 초기 도플러 주파수 범위 및 초기 코드위상지연 범위에 속하는 보다 세분화된 가설들(초기 도플러 주파수 범위에 속하는 도플러 주파수 가설들 및 초기 코드위상지연 범위에 속하는 코드위상지연 가설들 각각의 쌍으로 이루어진 가설들) 각각에 대한 판단변수를 얻은 후, 상기 판단변수가 탐지임계치(detection threshold) 보다 큰 경우 상기 수신 신호를 찾은 것으로 판단하여 해당 도플러 주파수 값과 코드위상지연 값을 상기 최종 도플러 주파수 값 및 코드위상지연 값으로 출력할 수 있다.The secondary signal searcher may further refine hypotheses belonging to the initial Doppler frequency range and the initial code phase delay range (the Doppler frequency hypotheses belonging to the initial Doppler frequency range and the code phase delay hypotheses belonging to the initial code phase delay range, respectively). After the decision variables for each pair of hypotheses are obtained, the received Doppler frequency value and the code phase delay value are determined by determining that the received signal is found when the decision variable is larger than a detection threshold. It can output as frequency value and code phase delay value.
본 발명의 다른 측면에 따르면, GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 찾아 상기 수신 신호의 코드 위상(지연)과 도플러 주파수를 획득하는 방법은, 다수 개의 도플러 주파수와 다수 개의 코드위상(지연)을 포함하는 복합 가설에 대하여 상기 수신 신호와 상관(correlation)을 통해 상기 수신 신호로 예측되는 축소된 초기 도플러 주파수 범위 및 초기 코드위상지연 범위를 획득하는 1차 신호탐색 단계; 및 상기 초기 도플러 주파수 범위 및 상기 초기 코드위상지연 범위를 포함하는 일정 가설 범위 내에서 상기 일정 가설 범위의 도플러 주파수 가설과 코드위상지연 가설 각각에 대하여 상기 수신 신호와의 상관을 통해 상기 수신 신호에 해당되는 최종 도플러 주파수 값 및 코드위상지연 값을 획득하는 2차 신호탐색 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of obtaining a code phase (delay) and a Doppler frequency of the received signal by finding at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal may include a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phases. A first signal search step of obtaining a reduced initial Doppler frequency range and an initial code phase delay range predicted by the received signal through correlation with the received signal with respect to a complex hypothesis including (delay); And the Doppler frequency hypothesis and the code phase delay hypothesis of the predetermined hypothesis range within the predetermined hypothesis range including the initial Doppler frequency range and the initial code phase delay range through correlation with the received signal. And a second signal search step of obtaining a final Doppler frequency value and a code phase delay value.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호탐색부를 포함하고, 상기 신호탐색부는, 다수 개의 도플러 주파수와 다수 개의 코드위상지연을 포함하는 복합 가설에 대하여 상기 수신 신호와 한번의 상관(correlation)을 수행하는 방식을 통해 상기 수신 신호로 예측되는 축소된 초기 도플러 주파수 범위(Reduced Doppler frequency range) 및 초기 코드위상지연 범위(Reduced code phase range)을 획득하는 1차 신호탐색부; 및 상기 초기 도플러 주파수 범위 및 코드위상지연 범위를 포함하는 일정 가설 영역 내에 속한 도플러 주파수 가설과 코드위상지연 가설 각각에 대하여 상기 수신 신호와의 상관을 통해 상기 수신 신호에 해당되는 최종 도플러 주파수 값 및 코드위상지연 값을 획득하는 2차 신호탐색부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 1차 신호탐색부는, 다수 개의 코드위상지연 가설 각각에 해당되는 코드 신호가 합산된 복합 코드 신호에 대한 동기 추적(compressed delay lock loop)을 통해 신호 탐색을 수행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the GNSS and spread spectrum signal acquisition apparatus includes a signal search unit for searching for at least one received signal of a Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning signal or a spread spectrum signal, The signal search unit is configured to perform a single correlation with the received signal on a complex hypothesis including a plurality of Doppler frequencies and a plurality of code phase delays. A primary signal searcher for obtaining a reduced Doppler frequency range) and an initial code phase delay range; And a final Doppler frequency value and code corresponding to the received signal through correlation with the received signal for each of the Doppler frequency hypothesis and the code phase delay hypothesis belonging to a predetermined hypothesis region including the initial Doppler frequency range and the code phase delay range. It may include a secondary signal searcher for obtaining a phase delay value. In this case, the primary signal searcher may perform a signal search through a compressed delay lock loop for a complex code signal in which code signals corresponding to each of a plurality of code phase delay hypotheses are added together.
본 발명의 실시예에 의하면, 기존 A-GPS 처럼 통신 장치를 필요로 하지 않으며 기존 GNSS 및 대역확산 통신 시스템의 수신기 기술 보다 몇 배 이상 빠른 신호 탐색과 획득이 가능하여 신호 탐색과 신호 획득을 위한 수신기의 하드웨어가 매우 적게 소용되므로 시간적으로나 비용적으로나 최적의 수신기를 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a receiver for signal search and signal acquisition is possible because it does not require a communication device like the existing A-GPS and can perform signal search and acquisition several times faster than the receiver technology of the conventional GNSS and spread spectrum communication system. Very little hardware is used, which can be optimized for time and cost.
본 발명의 실시예에 의하면, 2차원압축상관기를 신호 추적을 위한 코드위상 추적기 및 위상추적기 등에 적용하여 더 넓은 선형특성을 갖도록 함으로써 다중경로 및 잡음에 의한 순간적인 신호 흔들림에 강인한 시스템을 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a two-dimensional compression correlator can be applied to a code phase tracker and a phase tracker for signal tracking to have a wider linear characteristic, thereby realizing a system robust to instantaneous signal shaking due to multipath and noise. .
도 1은 일반적인 GPS 수신기가 1개의 위성 신호를 탐색하기 위하여 모든 코드 위상 가설과 모든 도플러 주파수 가설로 이루어진 2차원 GPS 신호 가설 탐색 영역을 탐색한 결과를 도시한다.FIG. 1 shows a result of a typical GPS receiver searching a two-dimensional GPS signal hypothesis search region consisting of all code phase hypotheses and all Doppler frequency hypotheses in order to search for one satellite signal.
도 2는 퀄컴의 A-GPS 와 기존 GPS 방식에서 GPS 수신기의 콜드 스타트에서의 초기 위치 탐지 소요 시간을 비교 분석한 것이다.2 is a comparative analysis of the time required for initial position detection at cold start of a GPS receiver in Qualcomm's A-GPS and a conventional GPS method.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 구조적 압축 감지 기술에 기반한 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a structured compression detection technique according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 구조적 압축 감지 기술에 기반한 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram illustrating an internal configuration of a signal search unit based on a structured compression sensing technique according to another embodiment of the present invention.
도 5는 일반적인 GPS와 Galileo신호의 ACF(Auto-Correlation Function)를 도시한다.5 illustrates an auto-correlation function (ACF) of a general GPS and Galileo signal.
도 6은 기존 GNSS 상관기를 이용한 수신기 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating an internal configuration of a receiver signal search unit using a conventional GNSS correlator.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 2차원 압축 상관 기술에 기반한 수신기에서 1차 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating an internal configuration of a primary signal search unit in a receiver based on a 2D compression correlation technique according to an embodiment of the present invention.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 2차원 압축 상관 기술에 기반한 수신기에서 2차 신호탐색부의 내부 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram illustrating an internal configuration of a secondary signal searcher in a receiver based on a 2D compressed correlation technique according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 1차 신호탐색부와 2차 신호탐색부의 간략한 운용방안을 도시한 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a brief operation of the primary signal search unit and the secondary signal search unit according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 2차원압축상관 기술에 기반한 코드 추적기를 구현한 블록도이다.FIG. 10 is a block diagram of implementing a code tracker based on a 2D compression correlation technique according to an embodiment of the present invention.
도 11은 압축상관기를 이용한 코드추적장치의 실시예에 따른 코드추적장치 판별기 값과 기존 E-L 상관기 판별기 값을 비교한 것이다11 illustrates a comparison between a code tracking device discriminator value and a conventional E-L correlator discriminator value according to an embodiment of a code tracking device using a compression correlator.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 유사한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, GNSS(Global Navigation Satellite Systems)는 미국의 GPS (Global Positioning System)을 포함하는 모든 종류의 위성 항법 시스템 (미국의 GPS, 러시아의 Glonass, 유럽의 Galileo, 중국의 Beidou, 일본의 QZSS)을 포괄적으로 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other similar forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. For example, Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are all types of satellite navigation systems, including the Global Positioning System (GPS) in the United States (GPS in the United States, Glonass in Russia, Galileo in Europe, Beidou in China, and QZSS in Japan). Is referred to generically.
본 발명에서는 GNSS를 GPS로 대표하여 서술하지만 근본적으로 모든 GNSS는 GPS와 동일하게 대역확산(Spread Spectrum) 신호를 사용하므로 모든 GNSS 수신기의 구현 예는 GPS 수신기의 구현 예와 유사하므로 특별히 구분하지 않는 한 같은 의미로 사용한다. 뿐만 아니라, 대역확산 신호를 사용하는 이동통신 시스템의 수신기에서도 동일한 기능을 수행하므로 본 발명이 적용되는 분야는 대역확산 신호를 사용하는 이동통신과 위성통신, 그리고 GPS(GNSS)와 같은 항법시스템에서 활용될 수 있다.In the present invention, the GNSS is represented by GPS. However, since all GNSSs use spread spectrum signals in the same manner as the GPS, the implementation examples of all GNSS receivers are similar to the implementation examples of the GPS receiver, so unless specifically distinguished. Use the same meaning. In addition, since the receiver of a mobile communication system using a spread spectrum signal performs the same function, the field to which the present invention is applied is utilized in a mobile communication system using a spread spectrum signal, satellite communication, and a navigation system such as GPS (GNSS). Can be.
따라서, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명하지만 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Accordingly, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. And, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 3은 본 발명의 제1실시예로서, 본 발명에 기초하여 일반적인 GNSS 수신기가 수신되는 GNSS 신호를 찾아 코드 위상(code phase) 정보를 획득하는 과정을 수행하는 압축감지(compressed sensing) 기술에 기반한 신호탐색부(Signal Searcher)의 구현 예를 도시한다.FIG. 3 is a first embodiment of the present invention, based on a compressed sensing technique in which a general GNSS receiver searches for a received GNSS signal and acquires code phase information based on the present invention. An example of the implementation of a signal searcher is shown.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1실시예에 따른 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치는 신호탐색부(300)를 포함하여 구성되며, 이때, 신호탐색부(300)는 병렬상관기(Parallel Correlators)(310), 신호생성기(320), 디코딩(신호정보탐색)모듈(330)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the GNSS and the spread spectrum signal acquisition apparatus according to the first embodiment include a signal search unit 300. In this case, the signal search unit 300 includes parallel correlators ( 310, a signal generator 320, and a decoding (signal information search) module 330.
먼저, GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치에 구비된 수신기의 안테나(301)를 통하여 수신되는 신호는 주파수 하향 변환기(Frequency Down Converter)(302)와 ADC(Analogue to Digital Converter)(303)를 거쳐서 칩속도(chip rate) 보다 두 배 높은 샘플링(sampling) 주파수로 표본화 되어 얻어진 샘플신호(sampled signal)는 신호탐색부(300)로 입력된다. 일반적으로 수신기에서 수신되는 신호의 코드 위상(code phase)은 0.5칩 단위로 탐색되므로 본 발명에 있어서 상기 ADC(303)의 출력은 칩당 2개로 표본화됨을 가정한다. 신호탐색부(300)로 입력된 신호는 먼저 M개의 상관기로 구성된 병렬상관기(310)를 거친 후 각 상관기의 상관 출력으로서 디지털 신호 처리부인 디코딩모듈(330)로 출력된다. 이때, 병렬상관기(310)는 상관기1(311), 상관기2(312),…, 상관기M(313)로 구성되며, 본 발명에 따른 병렬상관기(310)의 상관 입력은 일반적인 기존 대역확산 신호의 탐색을 위한 상관 방식과 다르다.First, the signal received through the antenna 301 of the receiver provided in the GNSS and the spread spectrum signal acquisition device is a chip speed through the frequency down converter (302) and ADC (Analogue to Digital Converter) (303) A sampled signal obtained by sampling at a sampling frequency twice as high as a chip rate is input to the signal search unit 300. In general, since the code phase of the signal received at the receiver is searched in units of 0.5 chips, it is assumed in the present invention that the output of the ADC 303 is sampled at 2 chips per chip. The signal input to the signal search unit 300 is first passed through a parallel correlator 310 composed of M correlators and then output to a decoding module 330 which is a digital signal processor as a correlation output of each correlator. At this time, the parallel correlator 310 is correlator 1 (311), correlator 2 (312),... Correlator M (313), the correlator input of the parallel correlator 310 according to the present invention is different from the correlation scheme for the search for a conventional conventional spread signal.
이하, 본 발명에 따른 압축감지 기법으로 GPS 또는 대역확산 신호의 측정치를 얻어내는 구체적인 과정을 설명한다.Hereinafter, a specific process of obtaining a measurement value of a GPS or spread spectrum signal by the compression detection technique according to the present invention will be described.
일반적으로 대역확산 신호를 탐지하기 위한 상관기(correlator)는 내부적으로 생성한 신호와 수신되는 신호간의 상관을 수행하는데, 상기 내부적으로 생성한 신호는 수신되는 신호가 갖는 확산코드(spreading code)와 동일한 확산코드로 이루어진 신호이다. 병렬상관기를 구비한 수신기는 상기 내부 발생 신호로 서로 다른 시간 지연(코드위상)을 갖는 다수개의 확산코드 신호를 만들어 각각의 신호와 수신신호간에 상관을 수행한다.In general, a correlator for detecting a spread spectrum signal performs a correlation between an internally generated signal and a received signal, and the internally generated signal has the same spreading code as a spreading code of the received signal. A signal made up of a code. A receiver having a parallel correlator generates a plurality of spreading code signals having different time delays (code phases) from the internally generated signals and performs correlation between each signal and the received signal.
그러나, 본 발명에 따른 상관 방식은 수신되는 신호와 내부적으로 만들어진 특별한 신호 간의 상관을 수행한다. 상기 특별한 신호는 A 행렬의 각 행이며 A 행렬은 [M × L]의 크기를 갖는다. 상기 내부적으로 만들어진 특별한 신호는 신호생성기(320)를 거쳐서 만들어지는 신호로서, 다음과 같은 과정을 통하여 만들어진다. 이때, 신호생성기(320)은 PN생성기(322), Ψ생성기(323), Φ생성기(324), A생성기(325)로 구성될 수 있다.However, the correlation scheme according to the invention performs a correlation between the received signal and a special signal produced internally. The particular signal is each row of the A matrix and the A matrix has a magnitude of [M × L]. The internally generated special signal is a signal generated through the signal generator 320 and is made through the following process. In this case, the signal generator 320 may include a PN generator 322, Ψ generator 323, Φ generator 324, A generator 325.
먼저, 블록 (321)의 정보는 A행렬을 만들기 위한 기본 정보 (A행렬의 크기 및 확산코드 정보)를 포함하는 것으로 신호생성기(320)으로 전달되며, F=1의 값으로 시작한다. 블록 (321)의 정보를 기반으로 PN생성기(322)는 획득(Acquisition)하려는 신호의 확산코드(spreading code) 신호를 발생시킨다. 확산코드의 발생은 일반적으로 LFSR(Linear Feedback Shift Register)을 이용하여 구현된다. PN생성기(322)를 거쳐 Ψ생성기(323)에서 만들어지는 행렬 Ψ는 도플러 주파수 fF (F는 도플러 주파수 인덱스)를 갖는 확산코드 신호의 상관행렬(Correlation Matrix)로서 다음 수학식 1과 같은 압축 행렬로 나타낼 수 있다.First, the information in block 321 is passed to the signal generator 320 as including basic information (matrix size of A matrix and spreading code information) for making the matrix A, starting with a value of F = 1. Based on the information in block 321, PN generator 322 generates a spreading code signal of the signal to be acquired. Generation of spreading codes is generally implemented using a linear feedback shift register (LFSR). The matrix Ψ produced by the Ψ generator 323 via the PN generator 322 is a correlation matrix of a spreading code signal having the Doppler frequency f F (F is the Doppler frequency index). It can be represented as.
[수학식 1][Equation 1]
Ψ=Ψ1·Ψ2, Ψ = Ψ 1 · Ψ 2,
여기서here
Figure PCTKR2012010973-appb-I000001
Figure PCTKR2012010973-appb-I000001
Figure PCTKR2012010973-appb-I000002
Figure PCTKR2012010973-appb-I000002
수학식 1에서 p[k]는 탐색하려는 신호의 확산코드(spreading code)의 k번째 칩(코드)의 값(k=1,2,3,...N)으로서 +1 또는 -1의 값을 갖는다. 여기서 N(>>1)은 확산코드의 한 주기에 해당하는 코드 개수이다. (참고로, GPS L1신호의 C/A 코드는 알려진 바와 같이, N=1023이며, IS-95 (CDMA) 방식의 이동통신에서는 N=32768이며 3세대 이동통신 WCDMA에서는 38400이다.) 수학식 1에서 p[k]가 2개씩 반복되어 있는 이유는 수신기가 수신된 신호로부터 칩당 2개의 샘플(2 samples per chip)을 만들어내는 것에 동기를 맞추기 위해서 이다. 즉, 확산코드 1칩의 시간 길이를
Figure PCTKR2012010973-appb-I000003
라고 할 때 (RC는 chip rate), 상기 Ψ1의 각 행은 0.5TC단위의 서로 다른 코드(위상)지연을 갖는 확산코드를 나타낸다. 상기 Ψ1은 크기 [L×L]을 가지며, 이하 L=2N을 나타낸다. 또한, fF는 현재 탐색하고자 하는 수신신호의 도플러 주파수를 나타내며, F는 탐색하고자 하는 도플러 주파수의 정수 인덱스로서, f0를 가장 작은 도플러 주파수 값이라고 할 때, 미리 정해진 작은 주파수 간격 δf에 대하여
Figure PCTKR2012010973-appb-I000004
로 나타낸다. 이렇게 F를 증가시켜 다양한 도플러 주파수를 탐색하려는 이유는 지상 수신기에 수신되는 위성 신호의 도플러 주파수를 처음부터 정확히 예측할 수 없기 때문이다. 일반적으로 지상 GPS 수신기가 탐색하는 도플러 주파수 범위는 주로 -5KHz에서 +5KHz까지 10KHz 대역이고 1ms의 상관길이(correlation length)를 가정할 때 δf가 500Hz가 되므로, f0를 -5KHz로 한다면 F는 0~21까지의 정수 값을 갖는다. 그러나, δf의 값은 수신기의 상관길이(correlation length)에 따라서 달라지므로 (반비례) 이하에서는 F=1,2,3,…,Fmax로 표현한다.
In Equation 1, p [k] is the value of the kth chip (code) of the spreading code of the signal to be searched (k = 1, 2, 3, ... N), and a value of +1 or -1. Has Where N (>> 1) is the number of codes corresponding to one period of the spreading code. (For reference, the C / A code of the GPS L1 signal is known as N = 1023, N = 32768 in IS-95 (CDMA) mobile communication, and 38400 in 3G mobile communication WCDMA.) The reason why p [k] is repeated two times in order to synchronize the receiver to generate two samples per chip from the received signal. That is, the time length of one chip of the spreading code
Figure PCTKR2012010973-appb-I000003
(R C is the chip rate), each row of Ψ 1 represents a spreading code having a different code (phase) delay in units of 0.5T C. Ψ 1 has a size [L × L], hereinafter L = 2N. Also, f F represents the Doppler frequency of the received signal to be searched, and F is an integer index of the Doppler frequency to be searched. When f 0 is the smallest Doppler frequency value, F f is a predetermined small frequency interval δ f.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000004
Represented by The reason for increasing the F to search for various Doppler frequencies is because it is impossible to accurately predict the Doppler frequencies of satellite signals received from terrestrial receivers from the beginning. In general, the Doppler frequency range searched by terrestrial GPS receivers is mainly in the 10KHz band from -5KHz to + 5KHz and assumes a correlation length of 1ms, so that δf becomes 500Hz, so if f 0 is -5KHz, F is 0. It has an integer value up to 21. However, since the value of δf varies depending on the correlation length of the receiver (inversely), F = 1, 2, 3,... Expressed by, F max .
기존의 일반적인 수신기에서의 병렬상관기(Parallel Correlators)는 상기 Ψ1의 각 행(row)과 같은 길이의 수신 신호 샘플을 입력 받아 두 입력 간의 상관을 수행한다. 그러나, 본 발명의 일실시예(도 3)에 따른 압축 감지 기법을 이용한 GNSS 또는 대역확산 신호의 신호탐색부(300) 구현에 있어서 각 병렬상관기(310)에 입력되는 내부 발생 신호는 A생성기(325)를 통해 생성되는 것으로, A생성기(325)는 위에서 만들어진 상관행렬 Ψ와 다음 수학식 2의 Φ생성기(324)에서 생성된 측정행렬 Φ의 행렬 곱으로 만들어진다.Parallel correlators in conventional receivers receive received signal samples of the same length as each row of Ψ 1 and perform correlation between the two inputs. However, in the implementation of the signal search unit 300 of the GNSS or spread spectrum signal using the compression detection technique according to an embodiment of the present invention (in Fig. 3), the internally generated signal input to each parallel correlator 310 is an A generator ( Generated through 325, the A generator 325 is made of the matrix product of the correlation matrix Ψ produced above and the measurement matrix Φ generated in the Φ generator 324 of the following equation (2).
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2012010973-appb-I000005
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000005
,
여기서 행렬 Φ1의 m1번째 행과
Figure PCTKR2012010973-appb-I000006
번째 열에 위치한 원소 값과 Φ2 의 m2번째 행과
Figure PCTKR2012010973-appb-I000007
번째 열에 위치한 원소 값은 다음과 같이 표현된다.
Where m 1st row of matrix Φ 1 and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000006
2 m-th row of the elements and the value Φ 2 in the second column and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000007
The element value located in the first column is expressed as follows.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000008
Figure PCTKR2012010973-appb-I000008
이며 ,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000009
, 및
Figure PCTKR2012010973-appb-I000010
(여기서 M01 및 M02는 양의 정수),
Figure PCTKR2012010973-appb-I000011
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000012
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000013
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000014
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000015
는 0보다 큰 실수 (주로 3~7 사이의 값)이고 WHM1는 [M1×M1]의 크기를 갖는 Walsh-Hadamard 행렬이며
Figure PCTKR2012010973-appb-I000016
는 천장값함수(ceil function)이다. 따라서 Φ1은 [M1×M1] 크기의 월쉬(Walsh) 행렬의 각 열(column)이 β번 연속으로 반복된 형태의 행렬이다. 예를 들어 β=8이고 L=2046인 경우, M1=256가 되므로 Φ1은 다음과 같이 구해진다. (일반적으로 β≥4을 사용한다.)
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000009
, And
Figure PCTKR2012010973-appb-I000010
Where M 01 and M 02 are positive integers,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000011
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000012
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000013
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000014
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000015
Is a real number greater than zero (usually a value between 3 and 7) and WH M1 is a Walsh-Hadamard matrix with a size of [M 1 × M 1 ]
Figure PCTKR2012010973-appb-I000016
Is the ceiling function. Therefore, Φ 1 is a matrix in which each column of the Walsh matrix having the size [M 1 × M 1 ] is repeated β times in succession. For example, when β = 8 and L = 2046, since M 1 = 256, Φ 1 is obtained as follows. (Generally use β≥4.)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000017
Figure PCTKR2012010973-appb-I000017
여기서, wi는 임의의 월쉬코드 인덱스 (1≤Wi≤M1)이며 wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 월쉬코드 열(column) Wwi는 [M1×1]의 크기를 갖는다. 또한, 마지막 열에 있는 월쉬코드
Figure PCTKR2012010973-appb-I000018
은 Φ1의 열 개수에 맞추기 위하여 β보다 작은 회수로 반복되었다. 그러나, Φ1을 이루는 월쉬코드 열들은 대부분 β번 반복된다.
Here, wi is an arbitrary Walsh code index ( 1 ≦ Wi ≦ M 1 ) and the Walsh code column W wi having wi as the Walsh code index has a size of [M 1 × 1]. Also, the Walsh code in the last column
Figure PCTKR2012010973-appb-I000018
Was repeated a number less than β to match the number of columns of Φ 1 . However, most Walsh code strings forming Φ 1 are repeated β times.
결과적으로 상기 측정행렬 Φ는 [(M1+M2)×L] 크기의 행렬이 된다 (여기서, (M1+M2)<<L). 따라서, 최종 생성되는 압축감지행렬 A (=ΦΨ)는 [(M1+M2)×L]의 행렬 크기를 갖게 된다. 수신되는 신호 r(t)의 칩당 2회씩 표본화(샘플링)하여 얻은 [L×1]크기의 수신 신호를 X = [r(1), r(2), r(3), …, r(L)]T (여기서
Figure PCTKR2012010973-appb-I000019
는 transpose)라고 할 때, M(=M1+M2)개의 병렬상관기(310)를 구성하는 각 상관기(311~313)는 상기 압축감지행렬 A의 모든 행(row)과 수신되는 신호 간의 상관을 수행하여 측정치(Y)를 얻는다. 즉, 측정치 벡터는 Y=AX으로서, Y는 [(M1+M2)×1]의 크기를 갖는다.
As a result, the measurement matrix Φ becomes a matrix of size [(M 1 + M 2 ) × L] (wherein (M 1 + M 2 ) << L). Therefore, the finally generated compression sensing matrix A (= ΦΨ) has a matrix size of [(M 1 + M 2 ) × L]. The received signal of size [L × 1] obtained by sampling (sampling) twice per chip of the received signal r (t) is X = [r (1), r (2), r (3),... , r (L)] T (where
Figure PCTKR2012010973-appb-I000019
Is a transpose, each correlator 311 to 313 constituting M (= M 1 + M 2 ) parallel correlators 310 correlates between all rows of the compression sensing matrix A and the received signal. Is performed to obtain the measured value Y. That is, the measurement vector is Y = AX, and Y has a size of [(M 1 + M 2 ) × 1].
상기 샘플링된 수신신호 X에 대한 Ψ의 상관 출력을 X1이라고 표현하면, (M1+M2)개의 병렬상관기의 출력 Y는 수학식 3으로 표현된다.When the correlation output of Ψ with respect to the sampled received signal X is expressed as X 1 , the output Y of the (M 1 + M 2 ) parallel correlators is represented by Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
Figure PCTKR2012010973-appb-I000020
Figure PCTKR2012010973-appb-I000020
도 3과는 달리 도 4에 도시한 본 발명의 제2실시예에 있어서, 구현 알고리즘에 따라서 A의 (M1+M2)개의 행을 모두 사용하지 않고, A의 M1개의 행만을 먼저 사용하여 도플러 주파수와 대강의 코드위상(approximate code phase)를 추정하고 나중에 A의 나머지 M2개의 행을 사용함으로써 좀더 빠르게 신호 탐색을 수행하는 것도 가능하다. 즉, Φ1Ψ으로 만들어진 M1개의 행을 서로 다른 도플러 주파수에 대한 측정치 Y1(F)(=도플러 주파수 fF에서의 Y1측정치)을 얻는데 사용하고, 모든 도플러 주파수에 대하여 얻어진 Fmax개의 Y1으로부터 수신 신호와 주파수가 가장 가까운 도플러 주파수를 추정한 후, 추정된 도플러 주파수에 대해서만 Φ2Ψ로부터 얻은 M2개의 행을 이용하여 Y2을 얻어 보다 정확한 코드위상을 추정해낸다. 이렇게 되면, 도 3의 방식(모든 도플러 주파수에 대하여 (M1+M2)개의 측정치 Y을 얻는 방식)과는 달리 모든 도플러 주파수에 대하여 M1개의 측정치 Y1을 얻고 최종 추정된 도플러 주파수와 대략적 코드 위상 지연 값에 대해서만 1회에 한하여 M2개의 측정치 Y2을 얻는다. 따라서, 전자의 경우 총합 (M1+M2)Fmax번의 상관함수를 구동해야 하지만, 후자의 경우에는 총합 M1Fmax+M2번의 상관함수를 구동하는 것이 가능하다.Unlike FIG. 3, in the second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4, only M 1 rows of A are used first without using all (M 1 + M 2 ) rows of A according to an implementation algorithm. It is also possible to estimate the Doppler frequency and approximate code phase and perform signal search faster by using the remaining M 2 rows of A later. That is, M 1 rows made of Φ 1 Ψ are used to obtain measurements Y 1 (F) for different Doppler frequencies (= Y 1 measurements at Doppler frequency f F ) and F max values obtained for all Doppler frequencies. After estimating the Doppler frequency closest to the received signal and the frequency from Y 1 , we obtain Y 2 using M 2 rows obtained from Φ 2 Ψ only for the estimated Doppler frequency to estimate the more accurate code phase. This results in M 1 measurements Y 1 for all Doppler frequencies and approximate the final estimated Doppler frequency, unlike the method of FIG. 3 (where (M 1 + M 2 ) measurements Y are obtained for all Doppler frequencies). M 2 measurements Y 2 are obtained only once for the code phase delay value. Therefore, in the former case, the correlation function of the total (M 1 + M 2 ) F max times must be driven, while in the latter case, the correlation function of the total M 1 F max + M 2 times can be driven.
기존의 일반적인 병렬상관기를 사용하는 수신기는 모든 도플러 주파수 (총 Fmax개)에 대하여 L(=2N)개의 병렬상관기를 모두 사용하여 총합 LFmax개의 상관 측정치(correlation measurement)를 얻어야 하지만, 본 발명에 따른 압축감지 기술을 이용한 신호탐색부(300)에서는 최소 M1Fmax+M2개의 병렬 압축상관기만으로 측정치를 얻는 것으로도 같은 기능을 수행할 수 있다는 것이다(여기서, M1, M2<<L). 본 발명에서 M1 및 M2는 L의 10~25%의 작은 값이므로 본 발명에 따른 수신기는 기존의 일반적인 수신기보다 약 4~10배 가량 적은 수의 병렬상관기를 사용하여 수신되는 GNSS(GPS) 또는 대역확산(Spread Spectrum)방식의 통신신호를 탐지하고 획득할 수 있다.Conventional receivers using conventional parallel correlators should use L (= 2N) parallel correlators for all Doppler frequencies (F max total) to obtain a total of LF max correlation measurements. in the signal search section 300 using a compression technique in accordance with detected that it can also perform the same function as a measure for obtaining a minimum M 1 + M 2 F max parallel compression Any deception (wherein, M 1, M 2 << L). In the present invention, since M 1 and M 2 is a small value of 10-25% of L, the receiver according to the present invention receives GNSS (GPS) received using about 4-10 times fewer parallel correlators than conventional receivers. Alternatively, a spread spectrum communication signal may be detected and acquired.
예를 들어 수신되는 GPS신호에서 도플러 주파수에 의한 주파수 오차가 없다고 가정하면 (또는 수신기가 수신 신호의 도플러 주파수에 맞는 주파수를 선택한 경우), X1(=ΨX)는 기존 수신기에서 사용하는 L개의 병렬상관기 출력으로 볼 수 있으므로 벡터 X1(크기 [L×1])의 대부분의 원소(element)들은 작은 절대 값을 갖게 되며, L개 중에서 오직 3개의 연이은 원소들이 특별히 큰 절대 값을 갖는다(그 중에서도 중간의 값이 가장 큰 삼각형 형태의 값을 갖는다). For example, suppose there is no frequency error due to the Doppler frequency in the received GPS signal (or if the receiver selects a frequency that matches the Doppler frequency of the received signal), then X 1 (= ΨX) is the L parallels used by the existing receiver. As seen from the correlator output, most elements of the vector X 1 (size [L × 1]) have a small absolute value, with only three consecutive elements of L having a particularly large absolute value (among others). The middle value has the largest triangle value).
예를 들면, X1 =
Figure PCTKR2012010973-appb-I000021
[-0.1, 0.2, 0, -0.1, ...0.1, 5, 10, 5, -0.1, -0.1, 0.2, ...0.1]과 같은 형식이 된다. 여기서,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000022
는 수신 신호의 강도에 관계되는 실수이며 θ는 신호의 주파수 위상으로
Figure PCTKR2012010973-appb-I000023
Figure PCTKR2012010973-appb-I000024
이다. (만약, 칩 당 1회의 샘플링 주파수를 갖는 수신기라면 상기 L의 크기는 2N이 아니라 N이 되며 X1의 원소들 중에서는 3개가 아닌 오직 1개의 원소만이 특별히 큰 절대 값을 갖는다.) 상기 절대 값이 작은 값들을 v로 표현하고 절대 값이 큰 연이은 값들을 V = [V1, V2, V3] (|V2|>|V1|, |V2|>|V3|)로 표현하면 X1은 v와 V가 섞여있는 벡터가 된다. 이때, 수신기는 X1벡터에서 원소 V2가 위치한 인덱스(index)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000025
를 찾아냄으로써 코드위상 탐색을 완료하게 된다. (이하의 설명에서 V2의 인덱스 값을
Figure PCTKR2012010973-appb-I000026
라고 표시한다. 또한 수신기가 예측한 도플러 주파수가 수신되는 신호의 도플러 주파수와 맞지 않는 경우에는 신호 상관도가 낮아지므로 X1의 모든 요소의 값이 v로 표현될 수 있다.) 압축감지 기술을 사용하지 않고 병렬상관기를 구비한 일반적인 수신기에서는 상관행렬 Ψ만을 사용하므로 L개의 상관기 출력 X1에서 단순히 가장 절대 값이 큰 원소를 찾고 그 원소의 인덱스(index)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000027
를 찾는다.
For example, X 1 =
Figure PCTKR2012010973-appb-I000021
[-0.1, 0.2, 0, -0.1, ... 0.1, 5, 10, 5, -0.1, -0.1, 0.2, ... 0.1]. here,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000022
Is the real number related to the strength of the received signal, and θ is the frequency phase of the signal.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000023
And
Figure PCTKR2012010973-appb-I000024
to be. (If a receiver has one sampling frequency per chip, the size of L is N, not 2N, and only one element of X 1 has a particularly large absolute value, not three.) value representing a value to v, and the subsequent value of the absolute value is larger v = [V1, V2, V3 ] (| V2 |> | V1 |, | V2 |> | V3 |) is expressed as X 1 is v and It is a vector with V mixed together. In this case, the receiver is an index (index) where the element V2 is located in the X 1 vector
Figure PCTKR2012010973-appb-I000025
The code phase search is completed by finding. (In the description below, the index value of V2
Figure PCTKR2012010973-appb-I000026
Is displayed. In addition, if the Doppler frequency predicted by the receiver does not match the Doppler frequency of the received signal, the signal correlation becomes low, so the values of all elements of X 1 can be expressed as v.) Parallel correlation without using a compression detection technique. In general, a receiver with a group uses only the correlation matrix Ψ and simply finds the element with the largest absolute value in the L correlator outputs X 1 and indexes the element.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000027
Find it.
이하, 본 발명에 따른 압축감지 기법으로 얻어진 GNSS 또는 대역확산 신호의 측정치로부터 신호 획득에 필요한 정보 (GPS의 경우 수신 신호의 코드 위상 값과 도플러 주파수 값, 대역확산방식의 이동통신 시스템인 경우 수신 신호의 코드 위상 값)를 얻어내는 디코딩모듈(330)의 알고리즘을 설명한다.Hereinafter, information necessary for signal acquisition from a measurement value of a GNSS or a spread spectrum signal obtained by a compression sensing technique according to the present invention (for GPS, a received signal in case of a mobile communication system having a code phase value, a Doppler frequency value of a received signal, and a spread spectrum method) The algorithm of the decoding module 330 that obtains the code phase value of &quot;
먼저, 도 3의 제1실시예는 탐색하려는 도플러 주파수(인덱스 F로 표현)에 대하여 A행렬의 각 행(총 M개 행)을 병렬상관기(310)의 각 상관기(311, 312, 313)에 입력하여 수신되는 샘플 신호(sampled signal)와의 상관을 수행함으로써 M개의 상관출력 Y(1~M|F)를 얻은 후에 Y1(⊂Y)으로부터 도플러 주파수와 대략적인 코드위상 값을 얻고 Y2(⊂Y)로부터 정확한 코드위상을 얻는 방식이다. 제일 먼저, FWHT(Fast Walsh Hadamard Transform)함수(331)는 (탐색하는 도플러 주파수 fF값을 사용한 Ψ를 이용하여 얻어진 A로 측정한) M개의 병렬상관기(310) 상관출력 Y(크기 [M×1])를 입력 받고 그 중 Y1에 대한 M1개 FWHT (M1 point-FWHT)를 수행하여 M1개 결과 값을 얻고 그 결과 값에 절대값을 취하여 M1개의 Z1(F,wi)을 얻는다. (여기서 Z1(F,wi)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M1개의 FWHT 출력 결과에 대한 인덱스 1≤wi≤M1를 나타낸다.) 상기 M1개의 출력 Z1(F,wi) (1≤wi≤M1)은 제1차판정함수(332)에서 미리 설정된 제1임계치(TH1)과 비교되어 제1임계치(TH1) 이상이 되는 출력 Z1(F,wi)이 있는지 판단한다. 만일 제1차판정함수(332)의 판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 없는 경우 도플러주파수조절함수(335)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 병렬상관기(310) 출력Y(1~M|F)을 얻는다. 만일 제1차판정함수(332)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 존재하는 경우, 그 FWHT 출력 인덱스 wi를 Wi로 지정한다. 상세탐지함수(333)은 다음의 세 가지 입력: (1) FWHT함수(331)으로부터 Y2를 (2) 제1차판정함수(332)로부터 Wi를 (3) 상기 신호생성기(320)으로부터
Figure PCTKR2012010973-appb-I000028
를 입력 받는다. 상세탐지함수(333)은 제일 먼저 입력 받은 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로 하는 집합 Iw를 계산한다. 여기서, 집합 Iw는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
First, in the first embodiment of FIG. 3, each row of the matrix A (total M rows) with respect to the Doppler frequency (expressed by the index F) to be searched is assigned to each correlator 311, 312, and 313 of the parallel correlator 310. By correlating with the sampled signal that is input and received, M correlation outputs Y (1 ~ M | F) are obtained, then the Doppler frequency and the approximate code phase value are obtained from Y 1 (⊂Y) and Y 2 ( ⊂Y) is the correct code phase. Firstly, the Fast Walsh Hadamard Transform (FWHT) function 331 is the correlation output Y of M parallel correlators 310 (measured with A obtained using Ψ using the Doppler frequency f F value to search). 1]) to the receiving input to perform a M 1 gae FWHT (M 1 point-FWHT) to that of the Y 1, M 1 results obtain a value as a result takes the absolute value to a value M 1 of Z 1 (F, wi Get) (Wherein Z 1 (F, wi) represents the index to the index 1≤wi≤M 1 F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The outputs M 1 Z 1 (F, wi) (1≤wi≤M 1) is that the first decision function (332) a first threshold (TH 1) is compared with the first threshold value becomes equal to or greater than the output (TH 1) Z 1 (F, wi) preset in To judge. If the first difference is determined to go to board formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 335. If not satisfying the function 332, the Doppler frequency index Is increased by 1 to obtain parallel correlator 310 output Y (1 ~ M | F) for another Doppler frequency signal. If there exists Z 1 (F, wi) that satisfies the first decision formula (Z 1 (F, wi)> TH 1 ) of the first decision function 332, the FWHT output index wi is designated as Wi. do. The detailed detection function 333 has three inputs: (1) Y 2 from the FWHT function 331, (2) Wi from the first decision function 332, and (3) from the signal generator 320.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000028
Get input. The detailed detection function 333 first calculates a set Iw having all (maximum β) column indices of Φ 1 having Wi as the Walsh code index. Here, the set Iw may be expressed as in Equation 4.
[수학식 4][Equation 4]
Figure PCTKR2012010973-appb-I000029
Figure PCTKR2012010973-appb-I000029
이때, 집합 Iw는 [1,L]사이의 연속된 최대 β개 값들을 갖는다.At this time, the set Iw has a maximum maximum β values between [1, L].
그리고, 상세탐지함수(333)은 Y2
Figure PCTKR2012010973-appb-I000030
(k간의 상관(correlation)을 수행하고 그 상관 결과들의 절대 값을 취하여 Z2(F,k)를 얻는다. (경우에 따라서는 잡음(Noise)의 영향으로 상기 Wi가 Nw(>1)개 발견될 수 있는데 이때, Iw는 모든 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 Nw×β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로 하는 집합이 된다.) 상기 상세탐지함수(333)의 출력은 제2차판정함수(334)로 전달되어 미리 설정된 제2임계치(TH2)에 대하여 제2차판정식 (Z2(F,k)>TH2)을 만족하는 k를 찾는다. 이때, 제2차판정식을 만족하는 Z2(F,k)가 발견되면 제2차판정함수(334)는 그 인덱스 k를 현재 수신되는 신호의 코드위상(code phase) 추정 값
Figure PCTKR2012010973-appb-I000031
으로 출력하고 현재 탐색한 도플러 주파수를 실제 수신신호의 도플러 주파수 추정 값
Figure PCTKR2012010973-appb-I000032
으로 출력한다. 상기 제2차판정함수(334)에서 제2차판정식을 만족하는 Z2(F,k)가 발견되지 않는 경우에, 도플러주파수조절함수(335)로 진행하여 탐색하려는 도플러 주파수를 바꿔 새로운 도플러 주파수에서 위의 신호탐색 과정을 반복 수행한다.
And, the detailed detection function 333 is Y 2 and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000030
(We perform correlation between k and take the absolute value of the correlation results to get Z 2 (F, k). (In some cases, we found Nw (> 1) Wis under the influence of noise.) In this case, Iw is a set having all (maximum Nw × β) column indices of Φ 1 having all Wi as Walsh code indices. The output is passed to the second decision function 334 to find k that satisfies the second decision formula (Z 2 (F, k)> TH 2 ) with respect to the preset second threshold value TH 2 . If Z 2 (F, k) is found to satisfy the second decision, the second decision function 334 uses the index k to estimate the code phase of the currently received signal.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000031
Doppler frequency estimate of the actual received signal
Figure PCTKR2012010973-appb-I000032
Will print If Z 2 (F, k) that satisfies the second decision equation is not found in the second decision function 334, the Doppler frequency control function 335 is performed to change the Doppler frequency to be searched to change the new Doppler frequency. Repeat the above signal search process.
상기 도 3에 대한 본 발명의 제1실시예는 모든 도플러 주파수에 대하여 매번 크기 [M×1]의 상관출력 Y를 얻지만, 제1판정함수(332)에서는 Y1만을 이용하여 판정을 수행하므로 Y2는 제1판정식을 만족하는 경우에만 상세탐지함수(333)에 입력된다. 따라서, 대부분의 경우 Y2는 사용되지 않고 도플러 주파수
Figure PCTKR2012010973-appb-I000033
가 실제 수신되는 도플러 주파수와 거의 같은 경우에만 사용된다.
The first embodiment of the present invention with respect to FIG. 3 obtains a correlation output Y of magnitude [M × 1] every time for all Doppler frequencies, but the determination is performed using only Y 1 in the first determination function 332. Y 2 is input to the detailed detection function 333 only when the first determination is satisfied. Therefore, in most cases Y 2 is not used and the Doppler frequency
Figure PCTKR2012010973-appb-I000033
Is used only if is nearly equal to the actual Doppler frequency received.
이와 같은 불필요한 측정치를 줄이기 위하여, 도 4에는 본 발명의 제2실시예에 따른 신호탐색부(400)를 도시한다. 도 4의 함수 401, 402, 403, 422 및 423은 도 3의 함수 301, 302, 303, 322 및 323과 각각 동일한 기능을 수행하므로 구체적인 설명을 생략한다.In order to reduce such unnecessary measurement, Figure 4 shows a signal search unit 400 according to a second embodiment of the present invention. Functions 401, 402, 403, 422 and 423 of FIG. 4 perform the same functions as the functions 301, 302, 303, 322 and 323 of FIG.
먼저, 제1차압축감지행렬 A1생성은 다음과 같은 정보를 입력받아 시작한다. Stage를 1로 지정하고, Ψ와 Φ1의 크기를 각각 [L×L] 및 [M1×L]로 하며, 탐색하고자 하는 도플러 주파수를 정하기 위하여 도플러 주파수 인덱스 값을 지정한다(처음엔 F=1로 시작). 또한, 생성될 PN코드 정보를 지정하기 위하여 GNSS의 경우 PRN코드 번호(PRN number)를 CDMA나 WCDMA 이동통신인 경우엔 찾고자 하는 기지국의 PN코드 정보를 입력 받는다. Φ1생성기(424)는 수학식 2에 나타낸 바와 같이 [M1×M1] 크기의 월쉬(Walsh) 행렬 WHM1의 각 열(column)이 β번 연속으로 반복된 형태의 측정행렬 Φ1을 만든다. 따라서, A1생성기(425)의 출력은 제1차압축감지행렬(A1)로서 Ψ생성기(423)에서 출력된 상관행렬 Ψ와 Φ1의 곱으로 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다(여기서 Ψ는 상관행렬로서 수학식 1의 표현식에 따라 만든다).First, generation of the first compression detection matrix A 1 starts by receiving the following information. Set Stage to 1, and set Ψ and Φ 1 to [L × L] and [M 1 × L], respectively, and specify the Doppler frequency index value to determine the Doppler frequency to be searched. Start with 1). In addition, in order to specify the PN code information to be generated, the PN code information (PRN number) of the GNSS is received in the case of CDMA or WCDMA mobile communication, and receives the PN code information of the base station to be found. The Φ 1 generator 424 generates a measurement matrix Φ 1 in which each column of the Walsh matrix WH M1 having the size of [M 1 × M 1 ] is repeated β times in succession. Make. Accordingly, the output of the A 1 generator 425 may be expressed as Equation 5 as the product of the correlation matrix Ψ and Φ 1 output from the Ψ generator 423 as the first compression detection matrix A 1 (where Ψ). Is a correlation matrix, which is made according to the expression in Equation 1).
[수학식 5][Equation 5]
A1= Φ1ΨA 1 = Φ 1 Ψ
상기 제1차압축감지행렬의 각 행(row)은 도 3의 경우와 같이 [1×L]의 크기를 가지며 제1차병렬상관기(410)의 각 상관기(411, 412, 413)에 각각 입력되어 샘플링(sampling)된 수신 신호 (샘플 신호 크기= [1×L])와 상관된다. 상기 각 상관기(411, 412, 413)의 출력 Y1은 탐색하고자 하는 임의의 도플러 주파수 (인덱스 F)에 대한 제1차병렬상관기(410) 출력으로서 Y1(1~M1|F)로 표현하며 [M1×1]의 크기를 갖는다. FWHT함수(431)는 도 3의 제1실시예에서와 동일하게 Y1(1~M1|F)를 입력 받아 M1개-FWHT(M1-point Fast Walsh Hadamard Transform)를 수행하고 상기 M1개-FWHT의 M1개 출력 결과에 절대값을 취하여 Z1(F,wi)을 얻는다. (여기서 Z1(F,wi)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M1개의 FWHT 출력에 대한 인덱스 wi (1≤wi≤M1)를 나타낸다.) 상기 M1개의 결과 Z1(F,wi) (1≤wi≤M1)은 제1차판정함수(432)로 입력되어 미리 설정된 제1임계치(TH1)과 비교되어 제1임계치(TH1) 이상이 되는 Z1(F,wi)이 있는지 판정 받는다. 만일 제1차판정함수(432)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 없는 경우 도플러주파수조절함수(435)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 신호측정과 판정(함수 420, 410, 431, 432 수행)을 반복한다. 만일 제1차판정함수(432)의 제1차판정식(Z1(F,wi)>TH1)을 만족하는 Z1(F,wi)이 존재하는 경우, 그 인덱스 wi를 Wi로 지정하고 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값 (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000034
)과 Wi를 블록 (451)로 출력한다. 블록 (451)에서는 상세한 코드위상(code phase) 값을 추정하기 위한 정보와 제2차압축감지행렬 A3를 생성하기 위한 몇 가지 기본 정보를 블록 (450)으로 전달한다. (경우에 따라서는 잡음(Noise)의 영향으로 상기 Wi가 Nw(>1)개 발견될 수 있는데 이때, Iw는 모든 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 Φ1의 모든 (최대 Nw×β개의) 열 인덱스들(column indices)을 원소로 하는 집합이 된다.) 상기 블록 (451)에서 블록 (450)으로 전달되는 정보는 상기 제1차판정함수(432)의 결과인 현재 탐색된 도플러 주파수 추정값(
Figure PCTKR2012010973-appb-I000035
)과 상기 측정행렬 Φ1에서 Wi를 월쉬코드 인덱스로 갖는 모든 (최대 β개) 열들의 열 인덱스(column indices)들의 집합(Iw), A3의 크기에 대한 정보 - M3 및 L, 그리고 PN코드생성을 위한 GNSS의 PRN정보 (CDMA 및 WCDMA이동통신의 경우 단말기가 탐색하고자 하는 PN코드 생성정보) 등으로 이루어진다. 상기 Iw는 수학식 4와 같이 만들어진다. 또한, 블록 (451)에서 변수 'Stage'는 2로 그 값이 지정된다(Stage=2). 상기 블록 (451)로부터 입력된 정보를 기반으로 A3생성블록(450)에서는 먼저 PN생성기(452)로부터 PN코드를 생성한다(함수 422는 함수 322와 동일). 상기 생성된 PN코드와 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값 (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000036
)은 Ψ생성기(453)로 입력되어 도플러 주파수
Figure PCTKR2012010973-appb-I000037
에서의 상관행렬 Ψ를 만든다. 상기 블록 (451)로부터 입력된 Iw의 총 원소 개수를 NI라고 할 때, Iw는 Φ3생성기(454)로 입력되고 측정행렬 Φ3는 [M3×L]의 크기를 가지며 (여기서 M3=2X로서 x는 2X≥ NI가 되는 최소 양의 정수(smallest positive integer)) 다음과 같이 만들어진다. 측정행렬 Φ3는 Iw의 원소 값을 인덱스로 갖는 열(column)을 제외한 모든 열(column)이 제로벡터(0)로 구성되어 있으며, 나머지 열(column)들은 길이 M3의 서로 다른 월쉬코드를 열로 갖는다. 따라서, Φ3의 m3 번째 행과
Figure PCTKR2012010973-appb-I000038
번째 열 (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000039
)은 다음과 같이 표현된다.
Each row of the first compression detection matrix has a size of [1 × L] as shown in FIG. 3 and is input to each correlator 411, 412, 413 of the first parallel correlator 410, respectively. It is correlated with the sampled received signal (sample signal magnitude = [1 × L]). The output Y 1 of each correlator 411, 412, 413 is the output of the first parallel correlator 410 for any Doppler frequency (index F) to be searched, and is expressed as Y 1 (1 to M 1 | F). Has a size of [M 1 × 1]. FWHT function 431 is equal to Y 1 (1 ~ M 1 | F) in the first embodiment of Figure 3 receives the M 1 perform gae -FWHT (M 1 -point Fast Walsh Hadamard Transform), and the M Z 1 (F, wi) is obtained by taking the absolute value of M 1 output of 1 -FWHT. (Wherein Z 1 (F, wi) represents an index wi (1≤wi≤M 1) for index F and M 1 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The results M 1 Z 1 (F, wi) (1≤wi≤M 1) is the first decision function (432) is input to a preset first threshold (TH 1) and the first threshold (TH 1) or more Z 1 (F compared, wi Is determined. If the first proceeds to the first chapan formal (Z 1 (F, wi)> TH 1) Z 1 (F, wi), the Doppler frequency control function 435. If not satisfying the difference determination function 432 doppler The frequency index is increased by 1 to repeat the signal measurement and determination (perform functions 420, 410, 431, 432) for the other Doppler frequency signals. If there exists Z 1 (F, wi) that satisfies the first decision formula (Z 1 (F, wi)> TH 1 ) of the first decision function 432, the index wi is designated as Wi and the current Searched Doppler Frequency Estimates (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000034
) And Wi to block 451. In block 451, information for estimating a detailed code phase value and some basic information for generating a second compression detection matrix A 3 are passed to block 450. (In some cases, due to the influence of noise, Nw (> 1) Wis may be found, where Iw is an index of all (up to Nw × β) columns of Φ 1 having all Wis as Walsh code indices.) Information transmitted from the block 451 to the block 450 is the current searched Doppler frequency estimate (the result of the first decision function 432).
Figure PCTKR2012010973-appb-I000035
Information about the size of column indices (Iw), A 3 of all (maximum β) columns having Wi as the Walsh code index in the measurement matrix Φ 1 -M 3 and L, and PN PRN information of the GNSS for code generation (PN code generation information to be searched by the terminal in case of CDMA and WCDMA mobile communication). The Iw is made as shown in Equation 4. Also, in block 451 the variable 'Stage' is assigned a value of 2 (Stage = 2). Based on the information input from the block 451, the A 3 generation block 450 first generates a PN code from the PN generator 452 (function 422 is the same as function 322). The generated PN code and the estimated Doppler frequency estimate (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000036
) Is input to the generator 453 so that the Doppler frequency
Figure PCTKR2012010973-appb-I000037
Create a correlation matrix Ψ at. When the total number of elements of Iw input from the block 451 is N I , Iw is input to the Φ 3 generator 454 and the measurement matrix Φ 3 has a size of [M 3 × L] (where M 3 As x = 2 X , x is a smallest positive integer such that 2 X ≥ N I. The measurement matrix Φ 3 consists of zero vectors ( 0 ) of all columns except the column whose element value of Iw is an index, and the rest of the columns are different Walsh codes of length M 3 . Have with heat. Therefore, the Φ 3 3 m-th row and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000038
Th column (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000039
) Is expressed as
[수학식 6][Equation 6]
Figure PCTKR2012010973-appb-I000040
Figure PCTKR2012010973-appb-I000040
여기서, WHM3는 [M3×M3]의 크기를 갖는 Walsh-Hadamard 행렬이다. Here, WH M3 is a Walsh-Hadamard matrix having a size of [M 3 × M 3 ].
예를 들어,E.g,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000041
Figure PCTKR2012010973-appb-I000041
이고, Wi가 2인 경우, Iw={9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16}이 되며,Φ3는 다음과 같다.When Wi is 2, Iw = {9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16}, and Φ 3 is as follows.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000042
Figure PCTKR2012010973-appb-I000042
여기서,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000043
은 WHM3의 n번째 열을 나타낸다.
here,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000043
Represents the nth column of WH M3 .
최종적으로 A3생성기(455)에서는 제2차압축감지행렬 A3를 측정행렬 Φ3과 상관행렬 Ψ의 곱으로 만든다(A33Ψ). 상기 제2차압축감지행렬 A3의 모든 행(row)들은 제2차병렬상관기(440)으로 입력되어 A3의 각 행(row)과 수신된 샘플 신호간의 상관이 수행되고 그 병렬 상관의 결과로 (현재 탐색하는 도플러 주파수
Figure PCTKR2012010973-appb-I000044
와 수신 신호의 코드위상
Figure PCTKR2012010973-appb-I000045
의 대략적 추정을 Iw 구간 내로 가정했을 때의) 압축감지 측정치 Y3를 얻는다. (여기서 Y3는 크기 [M3×1]를 가지며 Y3(1~M3|F,Iw)과 같이 표현할 수 있다. 또한, 상기 제2차병렬상관기(440)은 앞의 제1차병렬상관기(410)으로 대체될 수 있다.) 상기 출력 Y3는 다시 FWHT함수(431)로 입력되고 FWHT함수(431)은 M3개-FWHT (M2-point Fast Walsh Hadamard Transform)를 수행하고 상기 FWHT함수(431)의 M3개 출력 결과에 절대값을 취하여 M3개의 Z3(F,k)를 얻는다. (여기서 Z3(F,k)은 탐색하는 도플러 주파수를 나타내는 인덱스 F와 M3개의 FWHT 출력의 인덱스 1≤k≤M3를 나타낸다.) 상기 M3개의 결과 Z3(F,k)는 제2차판정함수(434)에서 미리 설정된 제2임계치(TH3)과 비교되어 제2임계치(TH3) 이상이 되는 결과 Z3(F,k)가 있는지 판단한다. 만일 제2차판정함수(434)의 제2차판정식(Z3(F,k)>TH3)을 만족하는 Z3(F,k)가 없는 경우 도플러주파수조절함수(435)로 진행하여 도플러 주파수 인덱스를 1만큼 증가시켜 다른 도플러 주파수 신호에 대한 신호측정과 판정을 다시 반복한다(함수 420, 410, 431, 432를 수행). 만일 제2차판정함수(434)의 제2차판정식(Z3(F,k)>TH3)을 만족하는 Z3(F,k)가 존재하는 경우, 그 FWHT 출력 인덱스 k를 현재 수신되는 신호의 코드위상(code phase) 추정치
Figure PCTKR2012010973-appb-I000046
로 지정하고 현재 탐색한 도플러 주파수 추정값 (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000047
)과
Figure PCTKR2012010973-appb-I000048
를 최종 신호 획득 결과로 출력한다.
Finally, the A 3 generator 455 makes the second compression detection matrix A 3 the product of the measurement matrix Φ 3 and the correlation matrix Ψ (A 3 = Φ 3 Ψ). All rows of the second compression detection matrix A 3 are input to the second parallel correlator 440 to perform correlation between each row of A 3 and the received sample signal and as a result of the parallel correlation. Doppler frequency currently searching
Figure PCTKR2012010973-appb-I000044
And phase of received signal
Figure PCTKR2012010973-appb-I000045
The compression detection measurement Y 3 , assuming an approximate estimate of in the Iw interval, is obtained. (Wherein Y 3 has a size [M 3 × 1] and may be expressed as Y 3 (1 to M 3 | F, Iw). Also, the second parallel correlator 440 may be the first parallel correlator 440). 410). The output Y 3 is input again to the FWHT function 431, and the FWHT function 431 performs M 3 -FWHT (M 2 -point Fast Walsh Hadamard Transform) and the FWHT function. M 3 Z 3 (F, k) is obtained by taking the absolute value of the M 3 output results of (431). (Wherein Z 3 (F, k) represents the index of the index F 1≤k≤M 3 and M 3 of FWHT output indicating a Doppler frequency of searching.) The results M 3 Z 3 (F, k) is the a second threshold previously set in the second function determination (434) (TH 3) that is the second threshold value (TH 3) above are compared to the results to determine if the Z 3 (F, k). Ten thousand and one second control proceeds to the second chapan formal (Z 3 (F, k) > TH 3) Z 3 when there is no (F, k), the Doppler frequency adjustment function (435) that satisfies the difference determination function 434 doppler The frequency index is increased by 1 to repeat the signal measurement and determination on another Doppler frequency signal (perform functions 420, 410, 431, 432). If there exists Z 3 (F, k) that satisfies the second determination formula (Z 3 (F, k)> TH 3 ) of the second determination function 434, the FWHT output index k is currently received. Code phase estimate of the signal
Figure PCTKR2012010973-appb-I000046
And the currently searched Doppler frequency estimate (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000047
)and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000048
Is output as a final signal acquisition result.
유럽의 갈릴레오(Galileo)와 같은 신호의 경우, GPS에서는 X1이 신호의 코드 위상이 맞는 부분에서 삼각형의 형태를 보이지만, BOC (Binary Offset Carrier) 방식을 사용하므로 상관결과가 삼각형의 형태가 아닌 +값과 -값이 교차하는 sinc 함수의 형태를 띄게 된다. 도 5에는 일반적인 GPS와 Galileo신호의 상관결과를 나타낸다. 도 5에서 수평축은 수신되는 신호의 확산코드와 수신기가 내부적으로 발생시킨 확산코드의 상대적인 코드위상 차(relative code phase)이고 그 값은 칩(chip) 단위로 표현되어 있다. 본 발명에서 제시하는 GPS 및 대역확산 신호의 압축감지기술을 이용한 신호획득 기법은 일반적인 GNSS 신호에서 그대로 활용할 수 있지만, 가장 일반적인 BOC(1,1)를 사용하는 Galileo 항법위성의 신호를 획득하고자 하는 경우 0.5칩(TC) 단위로 만들어지는 2N(=L)개의 열을 갖는 모든 측정행렬 Φ (즉, 도 3 및 도 4에서 제시한 Φ1, Φ2 및 Φ3등)의 모든 홀수열(odd columns) 또는 모든 짝수열(even columns)에 -1을 곱하여 사용한다. 예를 들어 도 3의 구현 예로서 β=8이고 L=2046인 경우, M1=256가 되므로 Galileo 신호 획득을 위한 Φ1은 다음과 같이 구해진다.In the case of signals such as Galileo in Europe, in GPS, X 1 shows a triangular shape where the code phase of the signal fits, but since the BOC (Binary Offset Carrier) method is used, the correlation result is not + It takes the form of a sinc function where the value and the -value intersect. 5 shows a correlation result between a general GPS and a Galileo signal. In FIG. 5, the horizontal axis is a relative code phase difference between a spreading code of a received signal and a spreading code generated internally by a receiver, and a value thereof is expressed in units of chips. Although the signal acquisition technique using the compression detection technique of GPS and spread spectrum signal proposed in the present invention can be used as it is in the general GNSS signal, but if you want to acquire the signal of the Galileo navigation satellite using the most common BOC (1,1) All odd rows of all measurement matrices Φ (ie, Φ 1 , Φ 2, and Φ 3, etc. as shown in FIGS. 3 and 4) with 2N (= L) rows made in units of 0.5 chips (T C ) multiply -1 by columns or all even columns. For example, when β = 8 and L = 2046 as an implementation example of FIG. 3, M 1 = 256, and Φ 1 for Galileo signal acquisition is obtained as follows.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000049
Figure PCTKR2012010973-appb-I000049
또는 or
Figure PCTKR2012010973-appb-I000050
Figure PCTKR2012010973-appb-I000050
가 되며, 상기 도 4의 설명에서 예시한 Φ3의 구현 예에서는 다음과 같이 변형하여 사용한다.In the embodiment of Φ 3 illustrated in the description of FIG. 4, the present invention is modified as follows.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000051
Figure PCTKR2012010973-appb-I000051
또는 or
Figure PCTKR2012010973-appb-I000052
Figure PCTKR2012010973-appb-I000052
가 된다. 즉, 0.5칩(TC) 단위로 L(=2N)개의 열을 갖는 측정행렬의 짝수 또는 홀수 열에 -1을 곱하여 생성한다. 따라서, BOC(1,1)를 이용하는 Galileo 신호의 경우 도 3 및 도 4의 구현에서 모든 측정행렬 Φ(Φ1, Φ2 및 Φ3등)의 모든 홀수열(odd columns) 또는 모든 짝수열(even columns)에 -1을 곱하면 된다.Becomes That is, it is generated by multiplying -1 by an even or odd column of a measurement matrix having L (= 2N) columns in units of 0.5 chips (T C ). Thus, for Galileo signals using BOC (1,1), all odd columns or all even columns of all measurement matrices Φ (Φ 1 , Φ 2 and Φ 3, etc.) in the implementations of FIGS. even columns).
이와 같이, 본 발명의 두 가지 실시예에 따르면, 기존 A-GPS 처럼 별도의 통신 장치를 필요로 하지 않으며 기존 GNSS 및 대역확산 통신 시스템의 수신기 기술 보다 몇 배 이상 빠른 신호 탐색과 획득이 가능하여 신호 탐색과 신호 획득을 위한 수신기의 하드웨어가 크게 적게 소모되므로 최소의 시간과 하드웨어가 소요되는 비용이 최소가 되는 최적의 수신기를 구현할 수 있다.As such, according to two embodiments of the present invention, a separate communication device is not required as in the conventional A-GPS, and signals can be searched and acquired several times faster than the receiver technology of the conventional GNSS and spread spectrum communication systems. Since the hardware of the receiver for searching and signal acquisition is greatly consumed, the optimal receiver can be implemented with minimum time and hardware cost.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. In addition, the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.
압축 감지 기법의 또 다른 실시예는 아래와 같이 설명될 수 있다. Another embodiment of a compression sensing technique can be described as follows.
도 6은 상관기(correlator)를 이용하는 기존 GNSS 수신기의 신호탐색부를 도시하고 있다. 또한, 도 6에서는 상관기를 사용하는 방식의 가장 기본적인 예로써 직렬탐색(Serial Search) 방식을 도시한다. 본 발명에서 제시하는 2차원 압축상관기법의 구현은 도 6에 도시한 일반적인 신호탐색부와 전체적인 구조는 유사하므로 도 6의 설명을 선행한다.6 illustrates a signal search unit of a conventional GNSS receiver using a correlator. In addition, FIG. 6 illustrates a serial search method as a basic example of a method of using a correlator. Since the overall structure of the two-dimensional compression correlation technique proposed in the present invention is similar to the general signal searcher illustrated in FIG. 6, the description of FIG.
먼저 안테나로부터 수신된 GNSS신호는 RF(radio frequency) 처리블록을 거쳐서 IF(intermediate frequency)신호로 전환된다. 도 6에서는 IF로 이미 전환된 수신신호를 신호탐색부의 입력으로 묘사하고 있다. 수신되는 신호는 진폭 A, 위상
Figure PCTKR2012010973-appb-I000053
, 중심주파수 f1, 코드위상지연 t0을 갖는 위성 s의 코드신호 c(t)이다. 도시하는 바와 같이, I채널 및 Q 채널로 입력되는 수신신호 rI(t), rQ(t)에는 각각 nI(t), nQ(t)로 표현되는 AWGN (Additive White Guassian Noise, 백색잡음)가 포함되어 있다. 상기 수신신호 rI(t), rQ(t)는 1차 곱셈기(201, 202)에서 수신기가 블록 204에서 생성한 특정 주파수
Figure PCTKR2012010973-appb-I000054
를 갖는 Carrier신호 및 90도 위상 변환된 Carrier 신호와 각각 곱해진다 (여기서
Figure PCTKR2012010973-appb-I000055
는 수신기가 알고 있는 값). 상기 1차곱셈기의 출력은 각각 대역통과필터(BPF: 211 및 212)와 샘플러(ADC: 621 및 622)를 거쳐 IIF[nTs]와 QIF[nTs]를 발생시킨다. (여기서 Ts는 샘플의 간격이고 n은 각 샘플링 시점의 시간 인덱스). 상기 IIF[nTs]와 QIF[nTs]는 다시 2차곱셈기 (631, 632)에서 수신기가 생성한 특정 코드위상지연(또는, 코드위상 code phase) kt를 갖는 특정 위성 s의 코드신호 c(t)와 곱해진다. 상기 2차곱셈기(631, 632)의 출력은 각각 I[nTs]와 Q[nTs]로 표시되며 누적기(641, 642)에서 N개의 시간적으로 연속된 출력이 누적되어 각각 ZI와 ZQ를 발생한다. 상기 ZI와 ZQ는 각각 제곱기(651, 652)에서 제곱되고 합산기(661)에서 그 값이 합해져서 판단변수(Decision Variable)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000056
를 만든다. 상기 판단변수 Z는 1차판별기(662)에서 탐지임계치(Detection Threshold)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000057
와 비교되어 Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000058
보다 큰 경우에는 GNSS 신호를 찾은 것으로 판단하여 이때의 도플러 주파수 값을 나타내는 인덱스 kf와 코드위상지연 값 kt를 출력한다. 상기 탐지임계치는 상관기의 동위상상관길이(Coherent Correaltion Length) 및 비동위상누적수(Non-Coherent Accumulation Length), 탐지확률(Probability of Detection), 오보확률(Probability of False Alarm) 및 도플러 주파수 가설 간격 (Doppler frequency search step)등에 따라 결정된다. 만일, Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000059
보다 작은 경우에는 현재의 가설 (kf로 표현되는 도플러 주파수 가설과 kt로 표현되는 코드위상지연 가설)이 틀린 것으로 판단하고 kf 또는 kt 를 하나 증가하여 새로운 가설에서의 신호 탐색을 수행한다. 이러한 신호 탐색은 일반적으로
Figure PCTKR2012010973-appb-I000060
의 도플러 주파수 가설 구간과 1≤kt≤KT의 코드 위상 지연 가설 구간에 대하여 이루어진다. (GPS L1 C/A 신호를 이용하는 GPS 수신기라면 일반적으로 1msec의 상관길이를 가지는데, 칩당 2회 샘플링을 하고 C/A 신호의 주기가 1023이므로, KF=5KHz, Δf=500Hz, KT=2046이 된다).
First, the GNSS signal received from the antenna is converted into an intermediate frequency (IF) signal through a radio frequency (RF) processing block. In FIG. 6, the received signal which has been converted to IF is described as an input of the signal search unit. The signal received is amplitude A, phase
Figure PCTKR2012010973-appb-I000053
Is the code signal c (t) of satellite s with the center frequency f 1 and the code phase delay t 0 . As shown, AWGN (Additive White Guassian Noise, white) represented by n I (t) and n Q (t) are respectively included in the received signals r I (t) and r Q (t) input to the I and Q channels. Noise) is included. The received signals r I (t) and r Q (t) are specific frequencies generated by the receiver in block 204 in the first multipliers 201 and 202.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000054
Multiplied by the Carrier signal and the 90-degree phase-shifted Carrier signal, respectively
Figure PCTKR2012010973-appb-I000055
Is a value known to the receiver). The output of the first multiplier generates I IF [nTs] and Q IF [nTs] through band pass filters (BPF: 211 and 212) and samplers (ADC: 621 and 622), respectively. Where Ts is the interval between samples and n is the time index at each sampling point. The I IF [nTs] and Q IF [nTs] are again code signals c of a specific satellite s having a specific code phase delay (or code phase code phase) k t generated by the receiver in the quadratic multipliers 631 and 632. multiplied by (t) The outputs of the quadratic multipliers 631 and 632 are represented by I [nTs] and Q [nTs], respectively, and N temporal consecutive outputs are accumulated in the accumulators 641 and 642, respectively, to generate Z I and Z Q , respectively. Occurs. The Z I and Z Q are squared in the squarers 651 and 652, respectively, and the values are added in the summer 661 to determine a decision variable.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000056
Make The determination variable Z is a detection threshold in the primary discriminator 662.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000057
Is compared to
Figure PCTKR2012010973-appb-I000058
If larger, it is determined that the GNSS signal is found, and the index k f and the code phase delay value k t representing the Doppler frequency value at this time are output. The detection thresholds are Coherent Correaltion Length and Non-Coherent Accumulation Length, Probability of Detection, Probability of False Alarm, and Doppler Frequency Hypothesis Interval. Doppler frequency search step). If Z is
Figure PCTKR2012010973-appb-I000059
If it is smaller, the current hypothesis (the Doppler frequency hypothesis represented by k f and the code phase delay hypothesis represented by k t ) is judged to be wrong, and the signal search is performed in the new hypothesis by increasing k f or k t by one. . This signal search is typically
Figure PCTKR2012010973-appb-I000060
For the Doppler frequency hypothesis interval and the code phase delay hypothesis interval 1≤k t ≤K T. (For GPS receivers using GPS L1 C / A signals, they usually have a correlation length of 1 msec. Since sampling is performed twice per chip and the C / A signal period is 1023, K F = 5KHz, Δf = 500Hz, K T = 2046).
일반적으로 GNSS 수신기는 설정된 도플러 주파수 가설 내에서 모든 신호의 코드위상지연 가설을 검증하는 방식으로 구현된다. 따라서, 상기 1차판별기(662)에서 Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000061
보다 작은 것으로 판정되면, 2차판별기(671)에서 현재 시험된 코드위상지연 가설이 마지막 가설인지 판별한다. 즉, kt=KT인지 그 여부를 판별하고 그렇지 않은 경우(kt≠KT)에는 다음 코드위상(지연) 가설을 시험해보도록 블록634에서 kt 값을 하나 더 증가시키고 증가된 kt 값을 현재의 코드위상지연 값으로 갖는 GNSS 위성의 PRN 코드신호를 블록633에서 발생시킨다. (참고로, 초기 도플러 주파수 및 코드위상지연 가설은 블록605에서 지정하는 바와 같이 kf=1및 kt=1이다.) 따라서, 현재 시각 t=nTs에서 발생되는 신호는 도시하는 바와 같이, Cs[n-kt]로 표현될 수 있다. 만일 2차판별기에서 kt=KT로 판별된 경우에는 블록 272에서 kt=0으로 초기화 하고 블록634로 진행한다. 동시에 2차판별기에서 kt=KT로 판별된 경우에는, 3차판별기(681)로 진행하여 kf=KF인지 그 여부를 판별하는데, 만일 kf≠KF인 경우에는 블록635로 진행하여 kf 값을 1만큼 더 증가시켜 새로운 도플러 주파수 가설에서 신호 탐색을 시작하도록 만든다. 만일 kf=KF인 경우에는 블록682에서 kf=0으로 초기화 시키고 블록635로 진행한다. 블록603은 블록604에서 발생한 내부 생성 Carrier신호가 90도 위상 변환되도록 만드는 위상변환기이다.
In general, the GNSS receiver is implemented by verifying the code phase delay hypothesis of all signals within the set Doppler frequency hypothesis. Therefore, the Z value in the primary discriminator 662
Figure PCTKR2012010973-appb-I000061
If it is determined to be smaller, the secondary discriminator 671 determines whether the code phase delay hypothesis currently tested is the last hypothesis. That is, k t = K T if the case whether or not to determine the, otherwise (k t ≠ K T), the following code-phase (delay) of one or more increases the k t value at block 634 to see test the hypothesis is increased k t value In block 633, a PRN code signal of a GNSS satellite having a current code phase delay value is generated. (Note that the initial Doppler frequency and code phase delay hypotheses are k f = 1 and k t = 1, as specified in block 605.) Thus, the signal generated at the current time t = nTs is C, as shown. s [nk t ]. If it is determined in the secondary discriminator that k t = K T , it initializes to k t = 0 in block 272 and proceeds to block 634. At the same time, if it is determined that k t = K T in the secondary discriminator, it proceeds to the tertiary discriminator 681 to determine whether k f = K F , and if k f ≠ K F , block 635 Proceed to increase the value of k f by one more to start searching for signals in the new Doppler frequency hypothesis. If k f = K F , initialize block f 682 to k f = 0 and proceed to block 635. Block 603 is a phase shifter that causes the internally generated Carrier signal generated at block 604 to be phase shifted by 90 degrees.
상기 도 6에 설명한 바와 같이, 기존의 GNSS 신호탐색부는 1개의 도플러 주파수와 1개의 코드 위상 지연을 나타내는 개별 가설(individual hypothesis) 각각에 대하여 신호 상관을 수행하기 때문에, 21개의 도플러 주파수와 2046개의 코드 위상 지연이 가능한 경우 약 43000개의 모든 가설을 각각 시험하여 각 가설에서의 탐지변수를 검증하는 절차를 거쳐야 하는 구조를 갖는다.As described in FIG. 6, the conventional GNSS signal search unit performs signal correlation for each individual hypothesis representing one Doppler frequency and one code phase delay, and thus, 21 Doppler frequencies and 2046 codes. If phase delay is possible, all 43,000 hypotheses must be tested individually to verify the detection variables in each hypothesis.
도 7은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 1차신호탐색부(1st Stage Signal Searcher)를 도시한다. 1차신호탐색부는 도7에서와 같이 일반적인 GNSS 수신기처럼 매번 단 1개의 도플러 주파수와 코드 위상 지연 가설 쌍을 탐지하는 것과는 달리, 다수개의 도플러 주파수 가설과 다수개의 코드위상지연 가설을 한번의 상관(correlation)으로 탐색하는 것이 가능한 2차원압축상관기를 이용한 신호탐색부(Signal Searcher)를 사용한다. 본 발명에서는 도 7의 구현 방안에 따라 찾아진 도플러 주파수(Doppler frequency)와 코드위상지연(code phase)은 대략적인 값으로부터 도 8의 2차신호탐색부를 추가로 수행하는 방식을 제시한다. 본 발명에서는 이러한 두 가지 순차적(1차, 2차) 신호탐색 방식으로 1차신호탐색부에서 먼저 대략적으로 수신신호의 도플러 주파수와 코드위상지연을 축소된 가설 범위 내로 찾아내고, 이후 보다 구체적이고 상세히 탐지하여 정확한 도플러 주파수와 코드위상지연을 찾는 방식으로써 전체적인 GNSS 신호 획득 시간(Acquisition Time)을 크게 단축한다. 이하 설명에서, 도 3의 구현을 설명하면서 다수 개의 블록이 도 6의 것과 동일한 기능을 갖기 때문에 동일한 블록에 대한 설명은 최대한 간략화 한다.7 illustrates a 1 st stage signal searcher according to a specific embodiment of the present invention. Unlike the conventional GNSS receiver, which detects only one Doppler frequency and code phase delay hypothesis pair each time, as shown in FIG. 7, the primary signal searcher correlates multiple Doppler frequency hypotheses and multiple code phase delay hypotheses once. A signal searcher using a two-dimensional compression correlator that can be searched by In the present invention, the Doppler frequency and the code phase found according to the implementation method of FIG. 7 provide a method of additionally performing the secondary signal search unit of FIG. 8 from an approximate value. In the present invention, the first signal search unit first finds the Doppler frequency and the code phase delay of the received signal within the reduced hypothesis range by using these two sequential (first and second) signal searching methods, and then, more specifically and in detail. By detecting and finding the correct Doppler frequency and code phase delay, the overall GNSS signal acquisition time is greatly reduced. In the following description, while describing the implementation of FIG. 3, the description of the same block will be simplified as much as possible because a number of blocks have the same function as that of FIG. 6.
먼저 I채널 및 Q채널로 수신되는 신호 rI(t) 및 rQ(t)는 도 6의 입력신호와 동일하며 1차곱셈기(701, 702)와 위상변환기(703)의 기능은 각각 도 2에서 보인 1차곱셈기(601, 602)와 위상변환기(603)와 동일하다. 상기 1차곱셈기(701, 702)에 입력되어 수신되는 신호와 곱해지는 수신기 내부 발생 Carrier신호는 도 2와는 다르게 복합적Carrier신호(Combined carrier signal)이다. 도 7에서의 블록711과 블록712는 도 6에서 소개한 대역통과필터(BPF: 611 및 612)와 샘플러(ADC: 621 및 622)를 단순히 2개의 블록으로 축약하여 표현한 것이다. 따라서, 블록 711 및 712의 출력은 IIF[nTs]와 QIF[nTs]이며, IIF[nTs]와 QIF[nTs]는 다시 2차곱셈기(731, 732)에서 수신기가 생성한 복합코드위상(combined code phase) 지연을 갖는 특정 위성 s의 복합코드신호 (Combined code phase signal) c(t)와 곱해진다. 상기 2차곱셈기(731, 732)의 출력은 각각 I[nTs]와 Q[nTs](또는 I와 Q)로 표시되며 누적기(741, 742)에서 N개의 시간적으로 연속된 2차곱셈기 출력이 누적되어 각각 ZI와 ZQ를 발생한다. 상기 와 는 각각 제곱기(751, 752)에서 제곱되고 1차합산기(761)에서 합산되어 판단변수(Decision Variable)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000062
를 만든다.
First, the signals r I (t) and r Q (t) received through the I and Q channels are the same as those of the input signal of FIG. 6, and the functions of the first multipliers 701 and 702 and the phase shifter 703 are respectively shown in FIG. The first multipliers 601 and 602 and the phase shifter 603 shown in FIG. The receiver internally generated carrier signal, which is multiplied with the signal received by being input to the first multipliers 701 and 702, is a combined carrier signal unlike in FIG. 2. Blocks 711 and 712 in FIG. 7 represent the band pass filters BPF 611 and 612 and the samplers ADC 621 and 622 introduced in FIG. Thus, the outputs of blocks 711 and 712 are I IF [nTs] and Q IF [nTs], and I IF [nTs] and Q IF [nTs] are again complex codes generated by the receiver in quadratic multipliers (731, 732). It is multiplied by the combined code phase signal c (t) of a particular satellite s with a combined code phase delay. The outputs of the quadratic multipliers 731 and 732 are represented by I [nTs] and Q [nTs] (or I and Q), respectively. N accumulators 741 and 742 output N temporally consecutive quadratic multipliers. Accumulate to generate Z I and Z Q respectively. The and are squared in the squarers 751 and 752, respectively, and summed in the first-order summer 761 to determine the decision variable.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000062
Make
상기 판단변수 Z는 1차판별기(762)에서 1차탐지임계치(1st Detection Threshold)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000063
과 비교되어 Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000064
보다 큰 경우에는 GNSS 신호를 찾은 것으로 판단하여 이때의 탐지된 대략적인 도플러 주파수 값을 나타내는 인덱스 kf,1와 대략적인 코드위상지연을 나타내는 값 kt를 출력한다 (이 출력은 도 8에 도시하는 2차신호탐색부로 입력되어 세밀한 가설로 분해된 후 좀더 세밀한 신호 탐색을 위한 기준이 된다.) 상기 1차탐지임계치(Detection Threshold)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000065
는 도 6의 탐지임계치와 같이 다양한 변수에 의하여 적절한 값이 결정된다. (반복 설명 생략) 만일, Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000066
보다 작은 경우에는 현재의 가설이 틀린 것으로 판단하고 kf 또는 kt를 한 단계 더 증가시켜 새로운 복합 가설에서의 신호 탐색을 수행한다. 상기 1차판별기(762)에서 Z값이
Figure PCTKR2012010973-appb-I000067
보다 작은 것으로 판정되면, 2차판별기(771)에서 현재 시험된 복합코드위상지연 가설이 마지막 코드위상지연 가설(last code phase hypothesis)을 포함하는지 판별한다. 즉,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000068
인지 여부를 판별하고 그렇지 않은 경우에는 블록 772에서 kt 값을 Kt만큼 더 증가시키고 그 증가된 kt값을 코드위상지연 값으로 갖는 GNSS 위성의 PRN 코드신호를 PRN 신호발생기(773)에서 발생시킨다. 상기 PRN 신호발생기(773)의 출력과 그 출력이 다시 [1, 2, …, Kt-1]Ts 만큼 시간적으로 지연된 PRN신호들이 모두 2차합산기(775)로 출력된다. 여기서 GPS와 같은 BPSK(Binary Phase Shift Keying)을 갖는 신호의 경우 상기 PRN신호들은 모두 갖은 부호로 더해져서 상기 2차합산기(775)의 출력 cc(t)는 c(n-kt)+c(n-kt-1) +c(n-kt-2)+.. +c(n-kt- Kt+1)로 표현할 수 있다. 이와는 다르게, Galileo의 BOC(n,n)과 같은 신호들은 각 시간 지연 값마다 부호가 바뀌어 더해져서 상기 2차합산기(775)의 출력 cc(t)는 c(n-kt)-c(n-kt-1)+c(n-kt-2)-.. +(-1) Kt-1c(n-kt-Kt+1)로 표현할 수 있다. 따라서, 상기 2차합산기(775)의 출력은 연속된 서로 다른 코드위상지연을 갖는 다수개의 PRN신호가 합산된 복합신호이다. 만일, 상기 2차판별기(771)에서
Figure PCTKR2012010973-appb-I000069
로 판별된 경우에는 블록 774에서 kt=1으로 초기화 하고 PRN신호발생기(773)로 진행한다. 또한, 동시에 3차판별기(781)로 진행하여
Figure PCTKR2012010973-appb-I000070
여부를 판별한다. 만일
Figure PCTKR2012010973-appb-I000071
인 경우에는 블록 7821, 7822 그리고 7823으로 진행하여 복합신호의 주파수 인덱스
Figure PCTKR2012010973-appb-I000072
의 값들을 모두 Kf만큼 증가시키고 각각 4차판별기(7841, 7842, 7843)으로 진행하여
Figure PCTKR2012010973-appb-I000073
값들이 KF보다 작은지 판별한다. 만일 KF보다 큰 값을 갖는 주파수 인덱스가 있다면, 해당 도플러 주파수를 갖는 Carrier 신호는 발생하지 않는다. 따라서, 도시하는 바와 같이, 주파수 인덱스가 KF보다 작은 경우 블록7851 또는 블록7852 또는 블록7853로 진행하여 Carrier발생기(Carrier Generator)에서 입력된 주파수 인덱스(
Figure PCTKR2012010973-appb-I000074
등)에 해당하는 Carrier신호들을 발생시킨다. 상기 블록7851 또는 블록7852 또는 블록7853에서 발생된 Carrier 신호들은 블록7862 및 블록7863에 도시된 바와 마찬가지로 블록3851의 출력 Carrier신호는 위상 증감없이 3차합산기(704)로 입력되고 블록3852의 출력 Carrier신호는 1차위상변환기(7862)에서 90도 위상감소 되어 3차합산기(704)로 입력되며 그 다음 Carrier신호는 180도 위상감소 되는 방식으로 위상변환 시켜 3차합산기(704)로 입력한다. 따라서, 블록7853의 출력 Carrier신호는 Kf차위상변환기(7863)에서 위상이 90*(Kf-1)만큼 감소되어 3차합산기(704)로 입력된다. 결과적으로, 상기 3차합산기의 출력은 수학적으로
Figure PCTKR2012010973-appb-I000075
으로 표현될 수 있다. 참고로, 도 7에 도시하는 1차 신호탐색부의 초기 코드위상지연 및 도플러 주파수 값은 블록774와 블록7831~7833의 값을 따른다. 참고로, 도 7의 1차신호탐색부에서 Kt≥3, Kf≥3의 값을 가질 수 있으므로 일반적인 도 6의 신호탐색부보다 최소 9배 이상의 빠른 탐색이 가능하다.
The determination variable Z is the 1 st detection threshold in the primary discriminator 762.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000063
Is compared to
Figure PCTKR2012010973-appb-I000064
If larger, it is determined that the GNSS signal is found, and the index k f, 1 representing the detected Doppler frequency value at this time and the value k t representing the approximate code phase delay are output (this output is shown in FIG. 8). It is input to the secondary signal search unit and decomposed into detailed hypotheses, and becomes a reference for more detailed signal search.) The first detection threshold (Detection Threshold)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000065
An appropriate value is determined by various variables such as the detection threshold of FIG. 6. If the Z value is
Figure PCTKR2012010973-appb-I000066
If it is smaller, it is judged that the current hypothesis is wrong and the signal search in the new complex hypothesis is performed by increasing k f or k t one step further. The Z value in the primary discriminator 762
Figure PCTKR2012010973-appb-I000067
If it is determined to be smaller, it is determined whether the composite code phase delay hypothesis currently tested in the secondary discriminator 771 includes the last code phase hypothesis. In other words,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000068
If not, the PRN signal generator 773 generates a PRN code signal of the GNSS satellite which increases the k t value by K t further and blocks the increased k t value as a code phase delay value at block 772. Let's do it. The output of the PRN signal generator 773 and its output are again [1, 2,... , Pt signals delayed in time by K t -1] Ts are output to the second summer 775. In the case of a signal having Binary Phase Shift Keying (BPSK), such as GPS, the PRN signals are all added with the same sign so that the output cc (t) of the quadratic summer 775 is c (nk t ) + c (nk t -1) + c (nk t- 2) + .. + c (nk t -K t + 1). Alternatively, signals such as Galileo's BOC (n, n) are added with the sign changed for each time delay value such that the output cc (t) of the quadratic summer 775 is c (nk t ) -c (nk t). -1) + c (nk t -2)-.. + (-1) Kt-1 c (nk t -K t +1). Accordingly, the output of the quadratic summer 775 is a composite signal in which a plurality of PRN signals having different successive code phase delays are summed. If, in the secondary discriminator 771
Figure PCTKR2012010973-appb-I000069
If it is determined to be, in block 774 k t = 1 is initialized and proceeds to the PRN signal generator 773. In addition, at the same time proceed to the third discriminator (781)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000070
Determine whether or not. if
Figure PCTKR2012010973-appb-I000071
If, then proceed to blocks 7821, 7822, and 7823, the frequency index of the composite signal.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000072
Increase the values of K by all K f and proceed to the fourth order discriminator (7841, 7842, 7843), respectively.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000073
Determine if the values are less than K F. If there is a frequency index with a value greater than K F , no Carrier signal with that Doppler frequency is generated. Therefore, as shown in the figure, when the frequency index is smaller than K F , the process proceeds to block 7181 or block 7272 or block 7535 and the frequency index inputted from the Carrier Generator (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000074
Etc.) to generate Carrier signals. Carrier signals generated in the block 7785 or block 7702 or block 7755 are inputted to the third-order summer 704 without increasing or decreasing the output carrier signal of the block 3851 as shown in the block 7786 and the block 7703. The signal is phase-decreased by 90 degrees in the primary phase converter 7802 and input to the tertiary summer 704. The carrier signal is then phase-converted in a 180-degree phase-reduced manner and input to the tertiary summer 704. . Therefore, the output signal of the Carrier Block 7853 is the phase difference in K f-phase converter (7863) is reduced by 90 * (f K -1) is input to the third summer 704. The As a result, the output of the cubic summer is mathematically
Figure PCTKR2012010973-appb-I000075
It can be expressed as. For reference, the initial code phase delay and Doppler frequency values of the primary signal search unit shown in FIG. 7 follow the values of blocks 774 and blocks 7831 to 7333. For reference, since the primary signal searcher of FIG. 7 may have values of K t ≥ 3 and K f ≥ 3, at least 9 times faster searching is possible than the signal searcher of FIG. 6.
상기 Carrier발생기(7851~7853)의 출력에 대하여 위상변환기(7862 및 7863)를 사용하는 이유는 상기 Carrier발생기(7851~7853)에서 발생된 Carrier신호가 상기 누적기(741, 742)에서 누적되는 동안 발생하는 평균적인 위상 변화를 보상하기 위한 것이다. 본 발명에서는 Δf=500Hz 그리고 1msec의 상관길이를 예를 들었으므로, Δf만큼의 상대적 도플러 주파수 차이를 가지고 있는 상기 Carrier발생기(7851~7853)에서 발생된 이웃하는 Carrier신호들은, 상기 누적기(741, 742)에서 누적되는 출력신호에 90o씩의 위상 증가가 발생한다. 이를 보상하고 ZI, ZQ의 크기가 최대가 되도록 하기 위하여 상기 위상변환기(7862 및 7863)를 사용하는 것이다. 따라서, 만일 상기 Carrier발생기(7851~7853)에서 발생된 이웃하는 Carrier신호들의 상대적 도플러 주파수 편차 Δf와 상기 누적기(741, 742)의 시간적 누적길이의 곱이 본 발명의 예제(각각 500Hz, 1msec)와는 달리 0.5가 되지 않는다면 상기 위상 변환기(7862, 7863)에서의 위상 증감도 적절하게 달라져야 한다.The reason for using the phase shifters 7786 and 7863 for the outputs of the carrier generators 7785 to 7535 is that the carrier signals generated by the carrier generators 7785 to 7855 are accumulated in the accumulators 741 and 742. This is to compensate for the average phase change that occurs. In the present invention, since the correlation length of Δf = 500 Hz and 1 msec is taken as an example, neighboring Carrier signals generated by the Carrier generators 7785 to 7855 having a relative Doppler frequency difference of Δf are included in the accumulator 741. A phase increase of 90 ° occurs in the output signal accumulated at 742. The phase shifters 7802 and 7863 are used to compensate for this and to maximize the size of Z I and Z Q. Therefore, if the product of the relative Doppler frequency deviation Δf of the neighboring Carrier signals generated by the Carrier generators 7785 to 7855 and the temporal cumulative length of the accumulators 741 and 742 is different from the example of the present invention (500 Hz and 1 msec, respectively) Unless otherwise 0.5, the phase increase and decrease in the phase shifters 7786 and 7863 must also be appropriately varied.
도 8에는 본 발명에서 제시하는 2차신호탐색부((2nd Stage Signal Searcher))가 도시되어 있다. 2차신호탐색부의 기본 구조도는 도 8에서 설명한 일반적인 GNSS 수신기의 신호탐색부의 구현 구조도와 매우 유사하다. 예를 들어, 도 8의 블록801,802, 803, 804, 811, 812, 821, 822, 831, 832, 833, 841, 842, 851, 852, 861, 862는 각각 도 6의 블록601, 602, 603, 604, 611, 612, 621, 622, 631, 632, 633, 641, 642, 651, 652, 661, 662과 각각 동일하므로 그 설명은 생략한다.8, there is shown a second signal search section ((2 nd Stage Signal Searcher) ) presented in this invention. The basic structure diagram of the secondary signal searcher is very similar to the implementation structure of the signal searcher of the general GNSS receiver described with reference to FIG. 8. For example, blocks 801, 802, 803, 804, 811, 812, 821, 822, 831, 832, 833, 841, 842, 851, 852, 861, and 862 of FIG. 8 are blocks 601, 602, and 603 of FIG. 6, respectively. , 604, 611, 612, 621, 622, 631, 632, 633, 641, 642, 651, 652, 661, 662, respectively, the description thereof is omitted.
도 8에 도시한 2차신호탐색부는 도 7의 1차 신호탐색부의 출력(kf,1과 kt)을 입력 받아 그 값을 각각
Figure PCTKR2012010973-appb-I000076
Figure PCTKR2012010973-appb-I000077
로 치환하고
Figure PCTKR2012010973-appb-I000078
Figure PCTKR2012010973-appb-I000079
가 나타내는 도플러 주파수와 코드위상지연 가설 영역에서의 신호탐색을 수행한다. 이때, 입력된
Figure PCTKR2012010973-appb-I000080
Figure PCTKR2012010973-appb-I000081
가 나타내는 가설 영역은 주파수 인덱스 kf및 코드위상지연 인덱스 kt로 표현할 때,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000082
Figure PCTKR2012010973-appb-I000083
이므로, 블록805에서 도시하는 바와 같이 초기 도플러 주파수와 코드위상지연 가설 인덱스는 각각
Figure PCTKR2012010973-appb-I000084
Figure PCTKR2012010973-appb-I000085
로 지정된다. 블록804는 주어진 초기 도플러 주파수 가설(
Figure PCTKR2012010973-appb-I000086
)에 해당하는 Carrier신호를 생성하여 1차곱셈기(801)에 공급하며, 같은 Carrier신호가 위상변환기(803)을 통과하여 90도 위상증가 된 후 1차곱셈기(802)로 공급된다. 블록833은 주어진 초기 코드위상지연 가설(
Figure PCTKR2012010973-appb-I000087
)에 따른 코드위상지연(code phase)를 갖는 PRN코드신호 cs[n-kt]를 발생하여 2차곱셈기(831 및 832)에 공급한다. 이렇게 하여 얻어진 판단변수 Z는 도2에서 도시한 탐지임계치(Detection Threshold)와 동일한 값
Figure PCTKR2012010973-appb-I000088
과 비교될 수 있는데, 이는 2차신호탐색부(도 8)는 도 6에 도시한 신호탐색부와 동일한 상관 방식을 갖기 때문이다. 즉, 2차신호탐색부는 일반적인 GNSS 수신기가 갖는 신호탐색부와 동일한 구현방식을 갖기 때문에 탐색 성능도 동일하므로 같은 탐지임계치를 사용할 수 있다. (도 8의 2차신호탐색부와 도 2의 신호탐색부가 다른 점은 단지 도 8의 2차신호탐색부는 주어진 좁은 2차원 가설영역에서만 신호를 탐색한다는 것이다.) 1차판별기(862)에서
Figure PCTKR2012010973-appb-I000089
으로 판별이 난 경우에는 현재 검증한 도플러 주파수와 코드위상지연 값 (kf과 kt)을 최종 탐색결과로 출력하고
Figure PCTKR2012010973-appb-I000090
로 판별이 난 경우에는 블록871로 진행하여 현재의 코드위상지연 kt가 최대치인지를 파악한다. 따라서,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000091
인 경우에는 블록834로 진행하여 kt를 1만큼 증가시키고 블록 833에서 증가된 값에 해당하는 PRN코드신호가 발생되도록 한다. 만일
Figure PCTKR2012010973-appb-I000092
인 경우에는 블록 872로 진행하여
Figure PCTKR2012010973-appb-I000093
로 kt를 초기화 시키고 동시에 3차판별기(881)로 진행하여 현재의 도플러 주파수 kf가 주어진 가설 범위의 최대치인지를 파악한다. 따라서,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000094
인 경우에는 블록882로 진행하여 kf를 1만큼 증가시키고 오실레이터(804)에서 증가된 kf값에 해당하는 Carrier신호가 발생되도록 한다. 만일,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000095
인 경우에는 모든 가설 영역에서의 탐색을 완료한 것이므로 탐색을 종료한다.
The secondary signal search unit shown in FIG. 8 receives the outputs k f, 1 and k t of the primary signal search unit of FIG.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000076
And
Figure PCTKR2012010973-appb-I000077
Replace with
Figure PCTKR2012010973-appb-I000078
and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000079
Performs signal search in the Doppler frequency and code phase delay hypothesis region indicated by. At this time, the input
Figure PCTKR2012010973-appb-I000080
and
Figure PCTKR2012010973-appb-I000081
The hypothesis region represented by is expressed by the frequency index k f and the code phase delay index k t .
Figure PCTKR2012010973-appb-I000082
And
Figure PCTKR2012010973-appb-I000083
As shown in block 805, the initial Doppler frequency and code phase delay hypothesis index are respectively
Figure PCTKR2012010973-appb-I000084
Wow
Figure PCTKR2012010973-appb-I000085
It is designated as. Block 804 is a given initial Doppler frequency hypothesis (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000086
Carrier signal is generated and supplied to the first multiplier 801, the same Carrier signal is passed through the phase converter 803 90 degrees phase increase is supplied to the first multiplier 802. Block 833 is a given initial code phase delay hypothesis (
Figure PCTKR2012010973-appb-I000087
A PRN code signal c s [nk t ] having a code phase delay according to C 1) is generated and supplied to the second multipliers 831 and 832. The determination variable Z thus obtained is the same value as the detection threshold shown in FIG.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000088
This is because the secondary signal search unit (Fig. 8) has the same correlation scheme as the signal search unit shown in FIG. That is, since the secondary signal search unit has the same implementation as the signal search unit of the general GNSS receiver, the search performance is the same, and thus the same detection threshold may be used. (The difference between the secondary signal searcher of FIG. 8 and the signal searcher of FIG. 2 is that only the secondary signal searcher of FIG. 8 searches for a signal in a given narrow two-dimensional hypothesis region.) In the primary discriminator 862
Figure PCTKR2012010973-appb-I000089
If it is determined as, the currently verified Doppler frequency and code phase delay values (k f and k t ) are output as the final search result.
Figure PCTKR2012010973-appb-I000090
If it is determined to be, the process proceeds to block 871 to determine whether the current code phase delay k t is the maximum value. therefore,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000091
In case of, proceed to block 834 to increase k t by 1 and generate a PRN code signal corresponding to the increased value in block 833. if
Figure PCTKR2012010973-appb-I000092
If is, proceed to block 872
Figure PCTKR2012010973-appb-I000093
Initialize k t and proceed to tertiary discriminator 881 to determine if the current Doppler frequency k f is the maximum of the given hypothesis range. therefore,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000094
In case of, proceed to block 882 to increase k f by 1 and generate a carrier signal corresponding to the increased k f value in the oscillator 804. if,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000095
In the case of, since the search in all hypothesis areas is completed, the search ends.
도 9에는 본 발명에서 제시하는 1차신호탐색부와 2차신호탐색부의 간략한 운용방안을 나타낸다. 먼저 블록901에서는 도 7에 도시한 1차신호탐색부를 수행하여 대략적인 도플러 주파수와 코드위상지연 정보(kf,1과 kt)를 얻는다. 이후, 블록902에서는 입력된 대략적인 정보로부터 상세 탐색을 수행할 가설영역(
Figure PCTKR2012010973-appb-I000096
Figure PCTKR2012010973-appb-I000097
)을 찾아내어 블록903으로 전달하고 블록903에서는 도 8에서 도시하는 2차신호탐색부를 수행하여 정확한 도플러 주파수와 코드위상지연 정보(kf과 kt)를 최종 출력한다.
9 shows a brief operation plan of the primary signal search unit and the secondary signal search unit proposed in the present invention. First, in block 901, the primary signal search unit shown in FIG. 7 is performed to obtain approximate Doppler frequency and code phase delay information k f, 1 and k t . Thereafter, in block 902, a hypothesis region (for example, to perform a detailed search from the inputted general information)
Figure PCTKR2012010973-appb-I000096
And
Figure PCTKR2012010973-appb-I000097
) Is transferred to block 903. In block 903, the second signal search unit shown in FIG. 8 performs the final Doppler frequency and code phase delay information (k f and k t ).
압축가설기법은 신호 획득뿐만 아니라 신호 추적에서도 사용될 수 있다. 도 10은 압축 상관기를 이용한 코드신호추적장치의 일례를 보여주고 있다. 본 코드위상 추적기는 도 7의 블록 773 및 775 를 코드위상 추적기에 적용한 결과이다Compression hypothesis can be used for signal acquisition as well as signal tracking. 10 shows an example of a code signal tracking device using a compression correlator. This code phase tracker is the result of applying blocks 773 and 775 of FIG. 7 to the code phase tracker.
선시각 압축코드 생성부(Early Compressed Code generation block) (1001)의 출력이 수신신호와 곱해지고 적산된 후(1005) 코드 루프 판별기(Code Loop Discriminator) (1004)에서 판별된 값이 선시각 코드 생성기(1011) 입력으로 들어가 선시각 코드신호(현재 수신되는 코드 추정 값보다 특정 위상만큼 앞선 코드신호)를 생성한다. 후시각 압축코드 생성부(Late Compressed Code generation block) (1002)의 출력 또한 수신신호와 곱해지고 적산된 후(1006) 코드 루프 판별기(1004)에서 판별된 값이 후시각 코드 생성기(1012) 입력으로 들어가 후시각 코드신호(현재 수신되는 코드 추정 값보다 특정 위상만큼 지연된 코드신호)를 생성한다. 현시각 코드 생성부 (Prompt code generation block) (1003) 에서는 수신되고 있는 신호의 현재 코드위상 추정 값이 생성되며 이 또한 수신 신호와 곱해지고 적산된 후(1007) 추적기의 결과 값으로 출력된다. After the output of the Early Compressed Code generation block 1001 is multiplied and integrated with the received signal (1005), the value determined by the Code Loop Discriminator 1004 is the pre-time code. The generator 1011 enters an input to generate a pre-time code signal (a code signal that is advanced by a specific phase than a currently estimated code estimate value). After the output of the Late Compressed Code Generation block 1002 is also multiplied and integrated with the received signal (1006), the value determined by the code loop discriminator 1004 is input to the rear-view code generator 1012. And generates a back-view code signal (a code signal delayed by a certain phase from the currently received code estimate value). The current code generation block 1003 generates a current code phase estimation value of the received signal, which is also multiplied by the received signal and integrated (1007) and output as a result value of the tracker.
1001블록에서 n은 2 이상의 홀수이고
Figure PCTKR2012010973-appb-I000098
(1≤i≤n)는 0이 아닌 실수 또는 허수이며 지연 소자 Di (1≤i≤n)는 1 chip이 될 수 있다. 1002블록에서도 n은 2 이상의 홀수이고
Figure PCTKR2012010973-appb-I000099
(1≤i≤n)는 0이 아닌 실수 또는 허수이며 지연 소자 Di (1≤i≤n)는 1 chip이 될 수 있다.
In block 1001, n is an odd number of two
Figure PCTKR2012010973-appb-I000098
(1 ≦ i ≦ n) is a nonzero real or imaginary number and the delay element Di (1 ≦ i ≦ n) may be 1 chip. N is an odd number of 2
Figure PCTKR2012010973-appb-I000099
(1 ≦ i ≦ n) is a nonzero real or imaginary number and the delay element Di (1 ≦ i ≦ n) may be 1 chip.
선시각 압축코드 생성부 (1001)는 일례로 선시각 코드 생성기 (Early code sequence generator) (1011)로부터 지연되어 나온 각각의 신호들이 각각의 특정 계수(1021)와 곱해지고 합산되어(1031) 선형결합 된다. PP가 1003 블록의 출력이고, PE가 1001 블록의 출력(1031의 출력)이며 D=Di=1chip일 때 수식은 아래와 같다. The pre-time compression code generation unit 1001, for example, linearly combines each of the signals delayed from the early code sequence generator 1011 by multiplying and adding 1031 each specific coefficient 1021. do. When PP is the output of 1003 blocks, PE is the output of 1001 blocks (output of 1031), and D = Di = 1chip, the equation is as follows.
수학식 7
Figure PCTKR2012010973-appb-M000001
Equation 7
Figure PCTKR2012010973-appb-M000001
후시각 압축코드 생성부 (1002) 또한 일례로 후시각 코드 생성기 (Late code sequence generator) (1012)로부터 지연되어 나온 각각의 신호들이 각각의 특정 계수(722)와 곱해지고 합산되어(1032) 선형결합 된다. PP가 1003 블록의 출력이고, PL가 1002 블록의 출력(1032의 출력)이며 D=Di=1chip일 때 수식은 아래와 같다. The back-view compression code generation unit 1002 also includes, for example, each signal that is delayed from the back-code sequence generator 1012 is multiplied by each specific coefficient 722 and summed (1032). do. When PP is the output of 1003 blocks, PL is the output of 1002 blocks (output of 1032), and D = Di = 1chip, the equation is as follows.
수학식 8
Figure PCTKR2012010973-appb-M000002
Equation 8
Figure PCTKR2012010973-appb-M000002
수학식 (7)과 (8)로부터 선시각 코드 생성기(1011) 출력이 Pe이고 현시각 코드 생성부(1003) 출력이 PP일 때, 관계식은 아래와 같다.When the output of the pre-time code generator 1011 is Pe and the output of the current-time code generator 1003 is PP from equations (7) and (8), the relation is as follows.
수학식 9
Figure PCTKR2012010973-appb-M000003
Equation 9
Figure PCTKR2012010973-appb-M000003
또한 후시각 코드 생성기(1012) 출력이 Pl이고 현시각 코드 생성부(1003) 출력이 PP일 때, 관계식은 아래와 같다.In addition, when the output of the rear-view code generator 1012 is Pl and the output of the current-time code generator 1003 is PP, the relational expression is as follows.
수학식 10
Figure PCTKR2012010973-appb-M000004
Equation 10
Figure PCTKR2012010973-appb-M000004
본 발명에서 제안하는 선형결합의 바람직한 일례로 1001 블록에서 n은 3이며
Figure PCTKR2012010973-appb-I000100
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000101
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000102
이고, Di (1≤i≤n)는 1 chip이 된다. 또한 1002 블록에서 n은 3이며
Figure PCTKR2012010973-appb-I000103
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000104
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000105
이고, Di (1≤i≤n)는 1 chip 이 된다.
As a preferred example of the linear combination proposed in the present invention n is 3 in 1001 block
Figure PCTKR2012010973-appb-I000100
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000101
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000102
Di (1≤i≤n) is 1 chip. Also, in a 1002 block, n is 3
Figure PCTKR2012010973-appb-I000103
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000104
,
Figure PCTKR2012010973-appb-I000105
Di (1≤i≤n) is 1 chip.
도 11에서 보이는 것과 같이 압축상관기를 이용한 코드추적장치를 적용하였을 때, 추적 가능한 선형 구간이 기존의 E-L 상관기에 비해 넓어져 고기동 상황에서의 추적이 용이하다.When the code tracking device using the compression correlator is applied as shown in FIG. 11, the traceable linear section is wider than the conventional E-L correlator, so that it is easy to track in a high-traffic situation.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기존 GNSS 및 대역확산 통신 시스템의 수신기 기술 보다 몇 배 이상 빠른 신호 탐색과 획득이 가능하여 신호 탐색과 신호 획득을 위한 수신기의 하드웨어가 크게 적게 소모되므로 최소의 시간과 하드웨어가 소요되는 비용이 최소가 되는 최적의 수신기를 구현할 수 있다.As described above, according to an exemplary embodiment of the present invention, since the signal search and acquisition can be performed several times faster than the receiver technology of the existing GNSS and spread spectrum communication system, the hardware of the receiver for signal search and signal acquisition is greatly consumed. The optimal receiver can be implemented with minimum time and hardware cost.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. In addition, the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.
본 발명은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 및 대역확산(Spread Spectrum) 신호 수신기에 적용된다.The present invention is applied to Global Navigation Satellite System (GNSS) and Spread Spectrum signal receivers.

Claims (22)

  1. GNSS(Global Navigation Satellite System) 측위 신호 또는 대역확산 신호(Spread Spectrum) 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호 탐색부를 포함하고,A signal search unit for searching for at least one received signal of a global navigation satellite system (GNSS) positioning signal or spread spectrum signal,
    상기 신호 탐색부는,The signal search unit,
    [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 [M×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 신호 생성기;A signal generator for generating a compression sensing matrix having a matrix size of [M × L] using a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size of [M × L];
    M개의 상관기(correlator)가 병렬로 구성되어 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 병렬 상관기; 및A parallel correlator having M correlators configured in parallel to perform correlation between the received signal and the compression sensing matrix; And
    상기 병렬 상관기의 압축 상관결과를 이용하여 상기 수신 신호의 코드 위상(code phase)과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 디코딩 모듈을 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.And a decoding module for obtaining a code phase and a Doppler frequency index of the received signal using the compression correlation result of the parallel correlator.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 신호 생성기는,The signal generator,
    상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.And generating the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 상관 행렬의 각 행은,Each row of the correlation matrix is
    상기 수신 신호에 해당되는 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.And a spreading code having a code delay of a predetermined time unit and the same as the code signal corresponding to the received signal.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 병렬 상관기는,The parallel correlator,
    상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 압축 상관결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.And performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal to generate the compression correlation result having a matrix size of [M × 1].
  5. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 압축 상관결과의 각 행은,Each row of the compression correlation result is
    상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열과 상기 수신 신호를 계수로 하는 선형 합인 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.And a linear sum of each of the L columns forming the measurement matrix and the received signal as a coefficient.
  6. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 디코딩 모듈은,The decoding module,
    모든 도플러 주파수 인덱스에 대하여 상기 M개의 상기 압축 상관결과에 기반한 코드 위상에 의해 찾아진 신호와 이외의 신호 성분의 비율인 SNR을 계산한 후, 상기 SNR이 가장 큰 도플러 주파수 인덱스를 획득하고 및 상기 획득한 도플러 인덱스에 해당되는 코드 위상을 획득하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치.Computing an SNR that is a ratio of the signal found by the code phase based on the M compression coefficients and other signal components for all Doppler frequency indices, and then obtaining and obtaining the Doppler frequency index having the largest SNR. GNSS and spread spectrum signal acquisition device, characterized in that to obtain a code phase corresponding to one Doppler index.
  7. GNSS 측위 신호 또는 대역확산신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호 탐색부를 포함하고,A signal search unit for searching for at least one received signal of the GNSS positioning signal or spread spectrum signal,
    상기 신호 탐색부는 다단으로 이루어진 신호 탐색부로 단이 증가할수록 압축 가설의 압축도를 감소시켜 탐색하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치The signal search unit is a multi-stage signal search unit, and the GNSS and spread spectrum signal acquisition device that searches for decreasing the compression degree of the compression hypothesis as the stage increases
  8. 제 7항에 있어서, The method of claim 7, wherein
    신호 탐색부의 다단 중 적어도 한 개의 단에서 다수 개의 개별 주파수 가설과 다수 개의 개별 코드위상지연 가설을 포함하는 압축가설에 대하여 탐색하여 이전 단보다 축소된 초기 주파수 범위 및 초기 코드위상지연 범위를 획득하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치A GNSS that searches for a compressed hypothesis that includes a plurality of individual frequency hypotheses and a plurality of individual code phase delay hypotheses in at least one of the stages of the signal searcher to obtain a reduced initial frequency range and an initial code phase delay range than the previous stage. And spread signal acquisition device
  9. 제 7항에 있어서The method of claim 7,
    압축 가설은 선택된 다수 개의 개별 주파수 가설과 다수 개의 개별 코드위상지연 가설을 선형결합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치Compression hypothesis is a GNSS and spread signal acquisition device, characterized in that by generating a linear combination of a plurality of selected individual frequency hypothesis and a plurality of individual code phase delay hypothesis
  10. 제 7항에 있어서The method of claim 7,
    압축 가설은 연속된 다수 개의 개별 주파수 가설과 다수 개의 개별 코드위상지연 가설을 선형결합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치Compression hypothesis is a GNSS and spread signal acquisition device, characterized in that by generating a linear combination of a plurality of consecutive individual frequency hypothesis and a plurality of individual code phase delay hypothesis
  11. GNSS 측위 신호 또는 대역확산신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 탐색하는 신호 탐색부를 포함하고,A signal search unit for searching for at least one received signal of the GNSS positioning signal or spread spectrum signal,
    상기 신호 탐색부는 압축 가설을 사용하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치The signal search unit GNSS and spread spectrum signal acquisition device using a compression hypothesis
  12. 제 11항에 있어서, The method of claim 11,
    압축된 가설로 대략적인 신호획득을 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치GNSS and Spread Spectrum Acquisition Device for Approximate Signal Acquisition with Compressed Hypothesis
  13. 제 11항에 있어서The method of claim 11
    압축 가설은 선택된 다수 개의 개별 주파수 가설과 다수 개의 개별 코드위상지연 가설을 선형결합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치Compression hypothesis is a GNSS and spread signal acquisition device, characterized in that by generating a linear combination of a plurality of selected individual frequency hypothesis and a plurality of individual code phase delay hypothesis
  14. 제 11항에 있어서, The method of claim 11,
    압축 가설은 연속된 다수 개의 개별 주파수 가설과 다수 개의 개별 코드위상지연 가설을 선형결합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 장치Compression hypothesis is a GNSS and spread signal acquisition device, characterized in that by generating a linear combination of a plurality of consecutive individual frequency hypothesis and a plurality of individual code phase delay hypothesis
  15. GNSS 측위 신호 또는 대역확산신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 추적하는 신호 추적부를 포함하고,A signal tracking unit for tracking at least one received signal of the GNSS positioning signal or spread spectrum signal,
    상기 신호 추적부는 선시각 압축코드 상관기 및 후시각 압축코드 상관기를 사용하는 GNSS 및 대역확산 신호 추적 장치The signal tracking unit is a GNSS and spread spectrum tracking device using a pre-time compressed code correlator and a post-view compressed code correlator
  16. 제 15항에 있어서, The method of claim 15,
    압축코드는 연속된 다수 개의 개별 코드위상신호를 선형결합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 추적 장치Compression code is a GNSS and spread spectrum tracking device characterized in that to generate a linear combination of a plurality of consecutive individual code phase signals
  17. GNSS 측위 신호 또는 대역확산 신호 중 적어도 하나의 수신 신호를 찾아 상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 방법에 있어서,A method of obtaining a code phase and a Doppler frequency index of a received signal by finding at least one received signal of a GNSS positioning signal or a spread spectrum signal,
    [L×L]의 행렬 크기를 가지는 상관 행렬과 [M×L]의 행렬 크기를 가지는 측정 행렬을 이용하여 [M×L]의 행렬 크기를 갖는 압축 감지 행렬을 생성하는 단계;Generating a compression sensing matrix having a matrix size of [M × L] using a correlation matrix having a matrix size of [L × L] and a measurement matrix having a matrix size of [M × L];
    병렬로 구성된 M개의 상관기를 통해 상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계; 및Performing correlation between the received signal and the compression sensing matrix through M correlators configured in parallel; And
    상기 상관 결과로부터 상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 단계를 포함하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.And obtaining a code phase and a Doppler frequency index of the received signal from the correlation result.
  18. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 압축 감지 행렬을 생성하는 단계는,Generating the compression sensing matrix,
    상기 상관 행렬과 상기 측정 행렬의 행렬 곱에 의해 상기 압축 감지 행렬을 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.And generating the compression sensing matrix by matrix multiplication of the correlation matrix and the measurement matrix.
  19. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 상관 행렬의 각 행은 상기 수신 신호에 해당되는 코드 신호와 동일하며 임의 시간 단위의 코드 지연을 갖는 확산 코드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.Wherein each row of the correlation matrix is a spreading code having a code delay of a predetermined time unit and the same as a code signal corresponding to the received signal.
  20. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 수신 신호와 상기 압축 감지 행렬 간의 상관을 수행하는 단계는,Performing correlation between the received signal and the compression detection matrix,
    상기 압축 감지 행렬을 이루는 상기 M개의 행과 상기 수신 신호 간의 상관을 수행하여 [M×1]의 행렬 크기를 갖는 상기 상관 결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.And performing correlation between the M rows constituting the compression sensing matrix and the received signal to generate the correlation result having a matrix size of [M × 1].
  21. 제20항에 있어서,The method of claim 20,
    상기 상관 결과의 각 행은,Each row of the correlation result is
    상기 측정 행렬을 이루는 상기 L개의 각 열과 상기 수신 신호를 계수로 하는 선형 합인 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.And a linear sum of each of the L columns forming the measurement matrix and the received signal as a coefficient.
  22. 제20항에 있어서,The method of claim 20,
    상기 수신 신호의 코드 위상과 도플러 주파수 인덱스를 획득하는 단계는,Acquiring a code phase and a Doppler frequency index of the received signal,
    모든 도플러 주파수 인덱스에 대하여 상기 M개의 상기 상관 결과에 기반한 코드 위상에 의해 찾아진 신호와 이외의 신호 성분의 비율인 SNR을 계산한 후, 상기 SNR이 가장 큰 도플러 주파수 인덱스를 획득하고 및 상기 획득한 도플러 인덱스에 해당되는 코드 위상을 획득하는 것을 특징으로 하는 GNSS 및 대역확산 신호 획득 방법.Computing an SNR, which is the ratio of the signal found by the code phase based on the M correlation results and other signal components for all Doppler frequency indices, obtaining the Doppler frequency index with the largest SNR and obtaining the obtained And obtaining a code phase corresponding to the Doppler index.
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