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KR20220129487A - Variable binary offset carrier modulation method with discrete time varying frequency and satellite navigation signal generator - Google Patents

Variable binary offset carrier modulation method with discrete time varying frequency and satellite navigation signal generator Download PDF

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KR20220129487A
KR20220129487A KR1020220032304A KR20220032304A KR20220129487A KR 20220129487 A KR20220129487 A KR 20220129487A KR 1020220032304 A KR1020220032304 A KR 1020220032304A KR 20220032304 A KR20220032304 A KR 20220032304A KR 20220129487 A KR20220129487 A KR 20220129487A
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KR
South Korea
Prior art keywords
vboc
frequency
generating
signal
subcarrier
Prior art date
Application number
KR1020220032304A
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Korean (ko)
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KR102696443B1 (en
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이상욱
공승현
조상재
김태선
정승환
Original Assignee
한국전자통신연구원
한국과학기술원
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Publication date
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Abstract

Disclosed are a method for modulation of a variable binary offset carrier (BOC) having a discrete time-variant frequency and a satellite navigation signal generator using the same. The method for modulation of a VBOC having a discrete time-variant frequency may comprise the steps of: generating navigation message data; generating a carrier; generating a VBOC subcarrier; generating a pseudo-random code; synthesizing the pseudocode and the VBOC subcarrier; and synthesizing a synthesized signal of the pseudocode and the VBOC subcarrier, the carrier, and the navigation message data.

Description

이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법 및 이를 이용하는 위성항법 신호 생성 장치{VARIABLE BINARY OFFSET CARRIER MODULATION METHOD WITH DISCRETE TIME VARYING FREQUENCY AND SATELLITE NAVIGATION SIGNAL GENERATOR}VARIABLE BINARY OFFSET CARRIER MODULATION METHOD WITH DISCRETE TIME VARYING FREQUENCY AND SATELLITE NAVIGATION SIGNAL GENERATOR

본 발명은 위성항법 신호 변조 기법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간에 따라 이산적으로 변하는 주파수를 가진 이진 오프셋 반송파(Binary Offset Carrier, BOC) 주파수를 스윕하여 변조 신호를 생성하는 방법 및 이 방법을 이용하는 위성항법 신호 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a satellite navigation signal modulation technique, and more particularly, a method for generating a modulated signal by sweeping a Binary Offset Carrier (BOC) frequency having a frequency that varies discretely with time, and the method It relates to an apparatus for generating a satellite navigation signal used.

현재 GPS(Global Positioning System)를 비롯한 GNSS(Global Navigation Satellite System)이 널리 사용되고 있다. 기존 GNSS은 CDMA(Code Division Multiple Access) 기반으로 BPSK(BiPhase Shift Keying), BOC(Binary Offset Carrier) 계열 변조 기법으로 항법 메시지를 전송한다.Currently, a global navigation satellite system (GNSS) including a global positioning system (GPS) is widely used. Existing GNSS transmits a navigation message using BPSK (BiPhase Shift Keying) and BOC (Binary Offset Carrier) based modulation techniques based on Code Division Multiple Access (CDMA).

한편, 현재 상용되고 있는 기존 GNSS이나 GNSS 현대화로 계획된 다양한 변조기법으로 인해 항법위성 신호에 할당된 주파수 대역이 포화되고 있으며 기존 위성항법 신호체계 사용에 따른 특허 비용 발생이 예상되고 있다. 즉, 기존 시스템과 상호간의 간섭 영향에 따른 성능저하 및 규제를 피하고 측위 성능이 급격히 떨어지는 도시영역에서 측위 성능을 높이기 위해서 새로운 기법의 위성항법 신호 체계에 대한 연구가 필요하다.Meanwhile, the frequency band allocated to the navigation satellite signal is saturated due to the existing GNSS currently in commercial use or various modulation techniques planned for GNSS modernization, and patent costs are expected to occur due to the use of the existing satellite navigation signal system. In other words, it is necessary to study the satellite navigation signal system of a new technique in order to avoid performance degradation and regulation due to the influence of mutual interference with the existing system and to increase the positioning performance in the urban area where the positioning performance is rapidly falling.

또한, 세계 각국에서 GNSS 위성항법시스템의 개발이 과열되고 있다. 위성항법 신호 대역에 GNSS 신호 진입이 과포화되면서, 신호 간 간섭 영향의 고려가 중요해지고 있다.In addition, the development of GNSS satellite navigation systems in countries around the world is overheating. As GNSS signal entry into the satellite navigation signal band is oversaturated, it is becoming important to consider the effect of interference between signals.

또한, 도시에 사는 현대인들의 증가로 도심환경에서 위치기반서비스가 급격히 증가하는 도시 영역에서 측위 정확도를 높이는 것은 대단히 중요하다.In addition, it is very important to improve positioning accuracy in an urban area where location-based services are rapidly increasing in an urban environment due to the increase of modern people living in cities.

그러나 기존 신호들에 대한 간섭 영향 최소화 및 측위 정확도 향상 기술에 대한 연구 개발 결과가 다수 출현되었지만 위성항법신호 자체를 바꾸려는 시도는 아직까지 존재하고 있지 않는다.However, although many research and development results have appeared on technologies for minimizing the influence of interference on existing signals and improving positioning accuracy, there has been no attempt to change the satellite navigation signal itself.

이와 같이, 기존에 없던 새로운 방향의 위성항법시스템을 개발하지 않는 이상, 기존 GNSS 신호에 초점을 두고 측위 기술을 개발해야 되기 때문에 간섭 영향을 피하면서 측위 성능을 높이는 기술 개발에 대한 한계가 있다.As such, unless a satellite navigation system of a new direction is not developed, there is a limit to the development of a technology that improves positioning performance while avoiding interference effects because positioning technology must be developed focusing on the existing GNSS signal.

본 발명은 전술한 종래 기술의 한계를 극복하고자 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 GNSS 위성항법 신호 변조기법에서 시도하지 않았던 이산적 시변 주파수를 사용하여 간섭 영향 최소화 및 측위 정밀도를 향상시킬 수 있는 가변 이진 오프셋 캐리어 변조 방법을 제공하는데 있다.The present invention was derived to overcome the above-described limitations of the prior art, and an object of the present invention is to minimize interference effects and improve positioning accuracy by using discrete time-varying frequencies that have not been attempted in the existing GNSS satellite navigation signal modulation technique. An object of the present invention is to provide a method for variable binary offset carrier modulation.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 가변 이진 오프셋 캐리어 변조 방법은, 이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법으로서, 항법 메시지 데이터를 생성하는 단계; 반송파를 생성하는 단계; VBOC(Variable Binary Offset Carrier) 부반송파를 생성하는 단계; 의사 코드를 생성하는 단계; 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 단계; 및 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 단계를 포함한다.A variable binary offset carrier modulation method according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem is a variable binary offset carrier modulation method having a discrete time-varying frequency, the method comprising: generating navigation message data; generating a carrier wave; generating a Variable Binary Offset Carrier (VBOC) subcarrier; generating pseudo code; synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and synthesizing the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier, and the carrier and navigation message data.

일실시예에서, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계는, 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는 것을 포함할 수 있다.In an embodiment, the generating of the VBOC subcarrier may include multiplying the original signal by a square wave having a specific fixed frequency.

일실시예에서, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계는, 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다.In an embodiment, the generating of the VBOC subcarrier may include discretely increasing or decreasing the frequency of a Binary Offset Carrier (BOC) signal according to time during a specific period.

일실시예에서, 상기 BOC 신호의 주파수의 시작 주파수, 종단 주파수 및 주파수 간격은 VBOC 변조를 위해 설정되는 조절 파라미터가 될 수 있다.In one embodiment, the start frequency, end frequency and frequency interval of the frequency of the BOC signal may be adjustment parameters set for VBOC modulation.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 위성항법 신호 발생 장치는, 이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파(Variable Binary Offset Carrier, VBOC) 변조를 수행하는 위성항법 신호 발생 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로그램 명령은 상기 프로세서가: 항법 메시지 데이터를 생성하는 단계; 반송파를 생성하는 단계; VBOC 부반송파를 생성하는 단계; 의사 코드를 생성하는 단계; 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 단계; 및 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 단계를 수행하도록 구성된다.A satellite navigation signal generator according to another aspect of the present invention for solving the above technical problem is a satellite navigation signal generator for performing Variable Binary Offset Carrier (VBOC) modulation having a discrete time-varying frequency, processor; and a memory storing program instructions executed by the processor, wherein when executed by the processor, the program instructions cause the processor to: generate navigation message data; generating a carrier wave; generating a VBOC subcarrier; generating pseudo code; synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and synthesizing the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier with the carrier and the navigation message data.

일실시예에서, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계에서, 상기 프로세서가 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는 것을 수행할 수 있다.In an embodiment, in the generating of the VBOC subcarrier, the processor may perform multiplying the original signal by a square wave having a specific fixed frequency.

일실시예에서, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계에서, 상기 프로세서가 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는 것을 수행할 수 있다.In an embodiment, in the generating of the VBOC subcarrier, the processor may perform discretely increasing or decreasing the frequency of a Binary Offset Carrier (BOC) signal according to time for a specific period.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 위성항법 신호 발생 장치는, 이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파(Variable Binary Offset Carrier, VBOC) 변조를 수행하는 위성항법 신호 발생 장치로서, 항법 메시지 데이터를 생성하는 항법 메시지 처리부; 반송파를 생성하는 반송파 생성부; VBOC 부반송파를 생성하는 부반송파 생성부; 의사 코드를 생성하는 의사 코드 생성부; 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 제1 합성부; 및 상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 제2 합성부를 포함할 수 있다.A satellite navigation signal generator according to another aspect of the present invention for solving the above technical problem is a satellite navigation signal generator for performing Variable Binary Offset Carrier (VBOC) modulation having a discrete time-varying frequency. , a navigation message processing unit for generating navigation message data; a carrier wave generator generating a carrier wave; a subcarrier generator generating a VBOC subcarrier; a pseudo code generator for generating pseudo code; a first synthesizer for synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and a second synthesizer that synthesizes the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier, the carrier, and the navigation message data.

일실시예에서, 상기 항법 메시지 처리부, 반송파 생성부, 부반송파 생성부, 의사 코드 생성부, 제1 합성부 및 제2 합성부는 프로세서에 탑재되는 수단이나 이러한 수단에 상응하는 기능을 수행하는 구성부로 구현될 수 있다.In one embodiment, the navigation message processing unit, carrier generation unit, subcarrier generation unit, pseudo code generation unit, first combining unit and second combining unit are implemented as means mounted on a processor or a component performing a function corresponding to these means. can be

일실시예에서, 상기 항법 메시지 처리부, 반송파 생성부, 부반송파 생성부, 의사 코드 생성부, 제1 합성부 및 제2 합성부는 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈이나 프로그램 명령으로 구현될 수 있다.In an embodiment, the navigation message processor, carrier generator, subcarrier generator, pseudo code generator, first combiner, and second combiner may be implemented as software modules or program instructions executed by a processor.

일실시예에서, 상기 부반송파 생성부는, 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는 동작이나 작업을 수행할 수 있다.In an embodiment, the subcarrier generator may perform an operation or operation of multiplying an original signal by a square wave having a specific fixed frequency.

일실시예에서, 상기 부반송파 생성부는, 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는 동작이나 작업을 수행할 수 있다.In an embodiment, the subcarrier generator may perform an operation or operation of discretely increasing or decreasing the frequency of a Binary Offset Carrier (BOC) signal according to time during a specific period.

본 발명에 의하면, 기존의 전역 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 수신기뿐만 아니라 새로 출시되는 대부분의 GNSS 수신기에서 측위 성능을 크게 높일 수 있다.According to the present invention, positioning performance can be significantly improved in most newly released GNSS receivers as well as existing Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers.

특히, 일정 주기 동안 이산적으로 변화하는 주파수를 찾는 알고리즘을 사용하여 기존의 BOC 신호를 약속된 일정한 시간 간격으로 최대 주파수까지 증가시키거나 최소 주파수까지 감소시켜 1회 추론으로 변화하는 주파수 패턴을 쉽게 추정할 수 있고, 이에 의해 종래 기술 대비 송신기 및 수신기의 복잡도가 매우 낮으면서 유사 또는 개선된 성능을 갖는 가변 이진 오프셋 캐리어(Binary Offset Carrier, BOC) 변조 방법을 제공할 수 있다.In particular, it is easy to estimate the changing frequency pattern by one-time inference by increasing the existing BOC signal to the maximum frequency or decreasing it to the minimum frequency at a predetermined constant time interval using an algorithm that finds the frequency that varies discretely during a certain period. In this way, it is possible to provide a variable binary offset carrier (BOC) modulation method having similar or improved performance while having very low complexity of a transmitter and a receiver compared to the prior art.

도 1은 비교예의 위성항법 신호 생성 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위성항법 신호 생성 장치의 구조와 이 장치에 의해 생성된 VBOC 부반송파를 예시한 도면이다.
도 3은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에 의해 이용가능한 가변 BOC(Variable BOC, VBOC) 신호와 비교예의 이진 오프셋 캐리어(Binary Offset Carrier, BOC)를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에서 생성되는 VBOC 신호의 정규화된 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density, PSD)와 비교예의 GNSS 신호의 PSD를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2의 위성항법 신호 생성 장치의 VBOC 변조에 채용할 수 있는 자기상관 앤벌로프(Autocorrelation Envelopes)를 표현한 예시도이다.
도 6은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치의 VBOC 변조에 채용할 수 있는 다중경로 에러 앤벌로프(Multipath Error Envelopes)를 표현한 예시도이다.
도 7은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에 채용할 수 있는 주요 장치 구성에 대한 블록도이다.
1 is a block diagram of an apparatus for generating a satellite navigation signal according to a comparative example.
2 is a diagram illustrating a structure of a satellite navigation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention and a VBOC subcarrier generated by the apparatus.
FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a Variable BOC (VBOC) signal usable by the satellite navigation signal generating apparatus of FIG. 2 and a Binary Offset Carrier (BOC) of a comparative example.
4 is a graph illustrating a comparison between the normalized power spectrum density (PSD) of the VBOC signal generated by the satellite navigation signal generating apparatus of FIG. 2 and the PSD of the GNSS signal of the comparative example.
FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating autocorrelation envelopes that can be employed for VBOC modulation of the apparatus for generating a satellite navigation signal of FIG. 2 .
FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating multipath error envelopes that can be employed for VBOC modulation of the apparatus for generating a satellite navigation signal of FIG. 2 .
FIG. 7 is a block diagram of a configuration of a main device that can be employed in the satellite navigation signal generating device of FIG. 2 .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.In embodiments of the present application, “at least one of A and B” may mean “at least one of A or B” or “at least one of combinations of one or more of A and B”. Also, in the embodiments of the present application, “at least one of A and B” may mean “at least one of A or B” or “at least one of combinations of one or more of A and B”.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system) 또는 메모리 시스템(memory system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템 또는 메모리 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.A communication system or a memory system to which embodiments according to the present invention are applied will be described. A communication system or memory system to which embodiments according to the present invention are applied is not limited to the contents described below, and embodiments according to the present invention may be applied to various communication systems. Here, a communication system may be used in the same meaning as a communication network (network).

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate the overall understanding, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 1은 비교예의 위성항법 신호 생성 장치에 대한 블록도이다.1 is a block diagram of an apparatus for generating a satellite navigation signal according to a comparative example.

도 1을 참조하면, 비교예의 위성항법 신호 생성 장치(100)는 위성 송신기 등에 사용되며, 확산 코드 생성 유닛(141)에서 생성된 N 확산 코드를 음성데이터 선택적 합성기(130)를 통해 1을 더하거나(true) 0을 더한(false) 후에 서브 첩 1(142-1)이나 서브 첩 2(142-2)으로 입력하고, 서브 첩 1(142-1)과 서브 첩 2(142-2)에서 나오는 다운 첩 및 업 첩 신호를 RRC(Root Raised Cosine) 윈도우(143)를 통과시켜 서명코드를 생성한다. 서명코드 생성기(140)에서 생성된 서명코드는 합성기(150)을 통해 항법 메시지(110)를 대역확산하는데 이용된다. 여기서 서브 첩 1(142-1) 및 서브 첩 2(142-2)의 2개의 서브 첩은 하이 밴드에서 로우 밴드로 스윕하는 다운첩과 로우 밴드에서 하이 밴드로 스웝하는 업 첩으로 구성된다.Referring to FIG. 1 , the satellite navigation signal generating apparatus 100 of the comparative example is used for a satellite transmitter, etc., and adds 1 to the N spreading code generated by the spreading code generating unit 141 through the voice data selective synthesizer 130 ( true) After adding 0 (false), it is input as sub-chirp 1 (142-1) or sub-chirp 2 (142-2), and down from sub-chirp 1 (142-1) and sub-chirp 2 (142-2) A signature code is generated by passing the chirp and up-chirp signals through a root raised cosine (RRC) window 143 . The signature code generated by the signature code generator 140 is used to spread the navigation message 110 through the synthesizer 150 . Here, the two sub-chips of the sub-chirp 1 142-1 and the sub-chirp 2 142-2 are composed of a down chirp sweeping from a high band to a low band and an up chirp swiping from a low band to a high band.

첩신호의 경우, 시간에 따라 사용하는 주파수가 변하기 때문에 그 간섭 영향이 일반적인 위성항법 신호들에 비해 현저히 작다. 하지만, 첩신호는 연속적으로 주파수를 스윕하기 때문에 해당 신호를 수신할 때 높은 샘플링 주파수를 지원하는 고가의 수신기가 필요하며 저가 수신기에서는 오차가 크거나, 사용할 수 없는 한계가 있다.In the case of a chirp signal, since the frequency used varies according to time, the interference effect is significantly smaller than that of general satellite navigation signals. However, since the chirp signal continuously sweeps the frequency, an expensive receiver supporting a high sampling frequency is required when receiving the corresponding signal, and the low-cost receiver has a large error or cannot be used.

또한, 확산코드에 따라 두 종류의 서브 첩을 사용하는 경우, 수신기에서 두 서브 첩에 대한 도플러 주파수 검출을 각각 처리해야 되는 구조를 가져야 되며, 따라서 연속적인 주파수 스윕에 대한 추가적인 주파수 위상 검출 알고리즘이 필요하다.In addition, when two types of sub-chirps are used according to the spreading code, the receiver must have a structure in which Doppler frequency detection for the two sub-chirps must be processed respectively, so an additional frequency phase detection algorithm for continuous frequency sweep is required. do.

예를 들어, BOC 변조 기법으로 생성된 BOC 부반송파는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 신호와 곱해져 기존 BPSK 신호의 중간주파수를 천이시키는 효과를 부여한다. BOC 부반송파는 칩 지속시간(Chip duration) TC(TC=TC0/n, 여기서 TC0는 10-3/1023[s])의 구형파 fS (fS=m/TC0[Hz])에 따라 달리 생성된다. 이때, 생성된 BOC 부반송파는 구형파의 위상에 따라 SinBOC(BOCS(m,n)) 또는 CosBOC(BOCC(m,n))로 나뉜다. BOC 신호는 BPSK 칩 지속시간 동안 여러 구형파를 포함하고 있어 BPSK의 자기상관함수(Auto-correlation Function, ACF) 앤벌로프(envelope)와 달리 2(2m/n-1)개의 피크(peak)를 갖는 ACF 앤벌로프를 보여준다. 메인 피크(Main peak)을 제외한 세컨더리 피크(secondary peak)은 다중경로 에러 앤벌로프(multipath error envelope)의 에러(error)를 발생시켜 다중 경로에 대한 수신기의 안정성을 감소시킨다. 그러므로, 다중경로 채널에서 발생하는 오차를 줄이기 위해, 세컨더리 피크의 신호 레벨을 낮추거나 그 수를 줄이는 신호 변조 기법이 요구되고 있다.For example, the BOC subcarrier generated by the BOC modulation technique is multiplied with a BPSK (Binary Phase Shift Keying) signal to give an effect of shifting the intermediate frequency of the existing BPSK signal. The BOC subcarrier is a square wave f S (f S =m/T C0 [Hz]) of the chip duration T C (T C =T C0 /n, where T C0 is 10 -3 /1023[s]) generated differently according to At this time, the generated BOC subcarrier is divided into SinBOC(BOC S (m,n)) or CosBOC(BOC C (m,n)) according to the phase of the square wave. The BOC signal contains several square waves for the duration of the BPSK chip, so the ACF has 2 (2m/n-1) peaks, unlike the BPSK auto-correlation function (ACF) envelope. Show the envelope. Secondary peaks other than the main peak generate an error of a multipath error envelope, thereby reducing the stability of the receiver for multipath. Therefore, in order to reduce an error occurring in a multipath channel, a signal modulation technique for lowering the signal level or reducing the number of secondary peaks is required.

또한, 대부분의 GNSS 수신기에는 관련 알고리즘이 포함되어 있지 않다. 또한 연속적인 주파수 변화를 탐지하기 위해서는 매우 높은 샘플링 주파수를 갖는 고가의 수신기가 요구되므로 사용 영역이 상당히 제한된다.Also, most GNSS receivers do not include an associated algorithm. In addition, since an expensive receiver with a very high sampling frequency is required to detect a continuous frequency change, the use area is considerably limited.

이에 시간에 따라 주파수를 연속적으로 스윕하여 신호의 자기 상관 특성을 극대화하는 비교예의 첩 확산 기법과 이산적으로 주파수를 의사 난수적으로 변화시켜 시간에 따라 이산적으로 주파수를 달리하는 주파수 호핑 기법의 장점을 결합하는 방안에 관심을 갖고, 구형 부반송파를 원신호에 곱하여 중간주파수를 분할하는 BOC 변조 기법이 정현파와 유사하게 주파수를 천이시키는 효과를 갖는 것에 착안하여 본 발명을 구현하게 되었다.Therefore, the advantages of the chirp spreading technique of the comparative example, which maximizes the autocorrelation characteristic of a signal by continuously sweeping the frequency according to time, and the frequency hopping technique, which varies the frequency discretely according to time by discretely changing the frequency pseudorandomly. The present invention was implemented based on the fact that the BOC modulation technique of dividing the intermediate frequency by multiplying the original signal by multiplying the spherical subcarrier has the effect of shifting the frequency similarly to the sine wave.

본 발명에서는 기존 GNSS 위성항법시스템에서 신호 간 간섭 영향을 피하고자 적용했던 BOC 부반송파를 기반으로 한다. BOC 부반송파는 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는 변조기법이다. 본 발명의 가변 BOC 변조 기법은 특정 주기 동안의 시간에 따라 BOC 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시켜 신호의 자기상관 특성을 높이고 간섭 영향을 기존 신호들보다 상대적으로 적게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 시간에 따라 신호의 고유한 상관 특성을 보이기 때문에, 노이즈 및 다중 경로에 강건할 수 있다.In the present invention, it is based on the BOC subcarrier applied to avoid the effect of interference between signals in the existing GNSS satellite navigation system. The BOC subcarrier is a modulation technique that multiplies the original signal by a square wave with a specific fixed frequency. The variable BOC modulation technique of the present invention can increase or decrease the frequency of the BOC signal discretely according to time for a specific period, thereby increasing the autocorrelation characteristic of the signal and reducing the interference effect relatively less than that of existing signals. In addition, the present invention can be robust against noise and multipath because it exhibits inherently correlated properties of signals with time.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위성항법 신호 생성 장치의 구조와 이 장치에 의해 생성된 VBOC 부반송파를 예시한 도면이다. 도 3은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에 의해 이용가능한 가변 BOC(Variable BOC, VBOC) 신호와 비교예의 이진 오프셋 캐리어(Binary Offset Carrier, BOC)를 나타낸 예시도이다.2 is a diagram illustrating a structure of a satellite navigation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention and a VBOC subcarrier generated by the apparatus. FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a Variable BOC (VBOC) signal usable by the satellite navigation signal generating apparatus of FIG. 2 and a Binary Offset Carrier (BOC) of a comparative example.

도 2를 참조하면, 위성항법 신호 생성 장치(200)는 위성 수신기 등에 사용될 수 있다. 위성항법 신호 생성 장치(200)는 항법 메시지 처리부(10), 반송파 생성부(20), 부반송파 생성부(30), 의사 코드 생성부(40), 제1 합성부(50) 및 제2 합성부(60)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the apparatus 200 for generating a satellite navigation signal may be used for a satellite receiver or the like. The satellite navigation signal generating apparatus 200 includes a navigation message processing unit 10 , a carrier generating unit 20 , a subcarrier generating unit 30 , a pseudo code generating unit 40 , a first combining unit 50 , and a second combining unit. (60).

항법 메시지 처리부(10)는 항법 메시지 데이터를 생성한다. 반송파 생성부(20)는 반송파를 생성한다. 부반송파 생성부(30)는 VBOC 부반송파를 생성한다. VBOC 부반송파는 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하여 생성될 수 있다. 이러한 VBOC 부반송파 변조 방법은 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시켜 신호의 자기상관 특성을 높인다.The navigation message processing unit 10 generates navigation message data. The carrier wave generator 20 generates a carrier wave. The subcarrier generator 30 generates a VBOC subcarrier. The VBOC subcarrier may be generated by multiplying an original signal by a square wave having a specific fixed frequency. This VBOC subcarrier modulation method increases or decreases the frequency of the BOC signal with time for a specific period to increase the autocorrelation characteristic of the signal.

의사 코드 생성부(40)는 의사 코드를 생성한다. 제1 합성부(50)는 의사 코드와 VBOC 부반송파를 합성한다. 그리고 제2 합성부(60)는 의사 코드와 VBOC 부반송파의 합성 신호와 반송파 및 항법 메시지를 합성하여 VBOC 변조된 대역확산 항법메시지 신호를 생성한다.The pseudo code generator 40 generates a pseudo code. The first synthesizer 50 synthesizes the pseudo code and the VBOC subcarrier. In addition, the second synthesizer 60 generates a VBOC-modulated spread spectrum navigation message signal by synthesizing a synthesized signal of a pseudo code and a VBOC subcarrier, a carrier wave, and a navigation message.

본 실시예의 이산 시변 주파수는 주파수 호핑과는 다르게 일정한 주파수 간격을 두고 증가하거나 또는 감소하는 패턴을 갖는다. 이때, 시작 및 종단 주파수와 주파수 간격은 본 실시예의 변조 방법에서 설정할 수 있는 조절 파라미터가 될 수 있다.Unlike frequency hopping, the discrete time-varying frequency of the present embodiment has a pattern of increasing or decreasing at regular frequency intervals. In this case, the start and end frequencies and the frequency interval may be control parameters that can be set in the modulation method of the present embodiment.

이와 같이 본 실시예의 항법위성 신호 생성 장치는 GNSS 신호의 BOC 변조에서 고정 주파수를 갖는 구형파가 아닌 이산 시변 주파수를 갖는 구형파 즉, VBOC 신호를 사용하여 VBOC 변조된 확산 신호를 생성할 수 있다. BOC 신호는 도 3의 왼쪽 또는 위쪽 신호를, VBOC 신호는 도 3의 오른쪽 또는 아래쪽 신호를 각각 참조할 수 있다. 여기서, VBOC는 VBOC(1:1:6,1) (즉, Mlist = {1:1:6}, 칩 속도가 1.023㎒)일 수 있고, 이것은 L1 대역에서 현재 서비스되고 있는 GNSS 신호를 고려한 것이다.As described above, the apparatus for generating a navigation satellite signal according to the present embodiment may generate a VBOC-modulated spread signal using a square wave having a discrete time-varying frequency, that is, a VBOC signal, rather than a square wave having a fixed frequency in BOC modulation of the GNSS signal. The BOC signal may refer to the left or upper signal of FIG. 3 , and the VBOC signal may refer to the right or lower signal of FIG. 3 , respectively. Here, VBOC may be VBOC(1:1:6,1) (ie, M list = {1:1:6}, chip rate 1.023 MHz), which considers the GNSS signal currently being serviced in the L1 band. will be.

하나의 반사 경로로 다중경로 채널 환경에서 부호락(code-lock) 성능을 분석하는 일반적인 방법은 다중경로 에러 앤벌로프(Multipath Error Envelope)를 생성하는 것이다. 다중경로 에러 앤벌로프는 주어진 부호 판별기(Code Discriminator) 예컨대 EL(Early-Late) 판별기로 얻은 최대 부호 위상 에러(code phase error)를 각 반사 경로 지연(초과 지연) 값에 대해 제공하여 표현할 수 있다.A common method to analyze code-lock performance in a multipath channel environment with a single reflection path is to generate a multipath error envelope. The multipath error envelope can be expressed by providing, for each reflected path delay (excess delay) value, the maximum code phase error obtained with a given code discriminator, such as an early-late (EL) discriminator. .

도 4는 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에서 생성되는 VBOC(1:1:6,1) 신호의 정규화된 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectrum Density, PSD)와 비교예의 GNSS 신호의 PSD를 비교하여 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a comparison between the normalized power spectrum density (PSD) of the VBOC (1:1:6,1) signal generated by the satellite navigation signal generating apparatus of FIG. 2 and the PSD of the GNSS signal of a comparative example. to be.

도 4는 GNSS 신호로서 제안한 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1) 신호가 L1 대역에 배치된다고 가정할 때, L1 대역에서 운용중인 타 GNSS 시스템의 신호들과의 비교를 위해 VBOC(1:1:6,1) 신호를 20㎒ 대역폭 전체에 걸쳐 전력이 1이 되도록 정규화하고, 이를 L1 대역에 나타낸 것이다. 즉, 도 4에서는 대역폭(B) 20㎒와 칩 간격(chip spacing, Δ) 0.1×TC0를 갖는 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1) 신호와 비교예의 BPSK(1), CBOC(6,1,1/11), PBPSK(10), MBOC(10,5) 및 BOC 신호들의 다중경로 에러 앤벌로프를 보여준다.4 shows the VBOC(1:1:6,1) signal of the present embodiment proposed as a GNSS signal for comparison with signals of other GNSS systems operating in the L1 band, assuming that it is disposed in the L1 band. :1:6,1) The signal is normalized so that the power becomes 1 over the entire 20 MHz bandwidth, and this is shown in the L1 band. That is, in FIG. 4, the VBOC (1:1:6,1) signal of the present embodiment having a bandwidth (B) of 20 MHz and a chip spacing (Δ) of 0.1 × T C0 and the BPSK (1), CBOC ( 6,1,1/11), PBPSK(10), MBOC(10,5) and BOC signals multipath error envelopes are shown.

VBOC(1:1:6,1) 신호의 정규화된 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 보면, L1 대역의 중간주파수를 제외한 거의 모든 영역에 걸쳐 영향을 주는 것을 알 수 있다. 한편, VBOC(1:1:6,1) 신호는 비교예의 타 위성항법 시스템의 신호와 달리 시간에 따라 차지하는 주파수 대역이 서로 다르고 전역이 대역 전체에 고루 분포하고 있어 특정 GNSS 시스템에 간섭의 영향이 강하지 않을 것으로 예상된다. 주파수 대역에서 신호간 주파수 중첩이 얼마나 되는지를 나타내는 SSC(Spectrum Separate Coefficient)를 이용하여 수치적으로 표현하면, SSC는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Looking at the normalized power spectral density (PSD) of the VBOC (1:1:6,1) signal, it can be seen that it affects almost all areas except the intermediate frequency of the L1 band. On the other hand, the VBOC (1:1:6,1) signal, unlike the signals of other satellite navigation systems of the comparative example, has different frequency bands over time and is evenly distributed throughout the band, so the influence of interference on a specific GNSS system is reduced. It is not expected to be strong. When expressed numerically using a Spectrum Separate Coefficient (SSC) indicating how much frequency overlap between signals in a frequency band is, the SSC may be expressed as in Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서,

Figure pat00002
는 해당 신호,
Figure pat00003
는 상대할 신호의 PSD이며,
Figure pat00004
는 해당 신호와 상대신호 간의 SSC를 나타낸다.In Equation 1,
Figure pat00002
is the corresponding signal,
Figure pat00003
is the PSD of the signal to be dealt with,
Figure pat00004
represents the SSC between the corresponding signal and the counterpart signal.

L1 대역에 운용 중인 다른 신호들이 있지만 CosBOC(15,2.5)의 경우, PSD가 이전에 정한 20㎒ 대역폭 밖에 배치되어 있으므로 SSC가 현저히 낮을 것이 예상되어 고려하지 않았다. 따라서, VBOC(1:1:6,1) 신호가 간섭 영향을 받을 수 있을 것으로 기대되는 20㎒ 대역폭 안에 존재하는 신호들을 대상으로 SSC를 분석하고, 그 분석 결과를 나타내면 표 1과 같다.There are other signals operating in the L1 band, but in the case of CosBOC (15, 2.5), since the PSD is placed outside the previously set 20 MHz bandwidth, the SSC is expected to be significantly lower, so it was not considered. Therefore, the SSC is analyzed for signals existing within the 20 MHz bandwidth where the VBOC (1:1:6,1) signal is expected to be affected by interference, and the results of the analysis are shown in Table 1.

Figure pat00005
Figure pat00005

전술한 바와 같이, 본 실시예의 위성항법 신호 생성 장치는 VBOC 부반송파의 주파수를 증가시킬 때와 감소시킬 때의 주파수 간격 및 최소 최대 주파수를 변경할 수 있다. 이를 전력 스펙트럼 밀도로 표현하면 도 4와 같이 나타낼 수 있다. 도 4는 현재 GNSS 신호가 가장 많이 진입한 L1 대역에 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1) 신호를 추가한 전력 스펙트럼 밀도에 해당한다. 전력 스펙트럼 밀도에 표현된 VBOC(1:1:6,1) 신호의 경우, L1 대역에서 가장 넓은 주대역폭을 갖는 CBOC(6,1,1/11) 신호를 고려하여 1㎒부터 6㎒까지 1㎒씩 이산적으로 변화할 수 있다.As described above, the satellite navigation signal generating apparatus of the present embodiment may change the frequency interval and the minimum maximum frequency when increasing and decreasing the frequency of the VBOC subcarrier. This can be expressed as a power spectral density as shown in FIG. 4 . FIG. 4 corresponds to the power spectrum density obtained by adding the VBOC (1:1:6,1) signal of the present embodiment to the L1 band where the current GNSS signal enters the most. In the case of VBOC(1:1:6,1) signal expressed in power spectral density, considering CBOC(6,1,1/11) signal having the widest main bandwidth in L1 band, 1 MHz to 6 MHz It can vary discretely by MHz.

본 실시예에서는 차세대 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 위한 VBOC(Variable Binary Offset Carrier) 변조 방법을 제공한다. 본 실시예의 변조 방법은 구형파를 사용하여 신호의 중간 주파수를 천이시키는 효과를 부여하는 BOC신호와 시간에 따라 주파수를 증가시키거나 감소시키는 첩(chirp) 신호를 기반으로 한다.The present embodiment provides a Variable Binary Offset Carrier (VBOC) modulation method for a next-generation Global Navigation Satellite System (GNSS). The modulation method of the present embodiment is based on a BOC signal giving an effect of shifting the intermediate frequency of a signal using a square wave and a chirp signal increasing or decreasing the frequency according to time.

또한, 본 실시예의 변조 방법은 적절한 내부 파라미터 설정으로 변조한 VBOC신호의 자기상관함수(Auto-correlation Function, ACF) 앤벌로프(envelope)를 기존의 신호 변조 기법으로 생성된 신호들의 ACF 앤벌로프보다 매우 첨예하고 세컨더리 피크의 레벨이 매우 낮은 특성을 갖는다. 이러한 특성으로 GNSS 수신기는 도시지역에서 발생하는 다중채널 환경에서 탐지(acquisition) 단계와 추적(tracking) 단계의 코드 지연 에러를 대폭 낮출 수 있다.In addition, in the modulation method of this embodiment, the auto-correlation function (ACF) envelope of the VBOC signal modulated with an appropriate internal parameter setting is significantly higher than the ACF envelope of signals generated by the conventional signal modulation technique. It has a characteristic of being sharp and the level of the secondary peak is very low. With these characteristics, the GNSS receiver can significantly reduce code delay errors in the acquisition and tracking phases in a multi-channel environment occurring in urban areas.

게다가, 차세대 GNSS 신호는 기존 대역에 진입할 때, 이미 자리하고 있는 신호들로부터 간섭 영향을 받을 가능성이 매우 높다. 같은 대역을 공유하는 기존 신호들은 신호 간의 간섭 영향을 줄이기 위해 BOC 신호를 사용하여 중간 주파수를 천이(offset)시켜 간섭 영향을 피하고 있다. 그러나 본 실시예의 변조 방법에 의해 생성된 신호는 기존 신호들과 달리 일정 짧은 시간 동안 BOC 신호의 주파수를 변화시키기 때문에 신호 수집 시간 동안 같은 주파수를 공유하는 시간이 매우 짧아 간섭의 영향이 매우 작다.In addition, when a next-generation GNSS signal enters an existing band, it is highly likely to be affected by interference from existing signals. Existing signals sharing the same band avoid the interference effect by using the BOC signal to offset the intermediate frequency in order to reduce the interference effect between the signals. However, since the signal generated by the modulation method of the present embodiment changes the frequency of the BOC signal for a certain short time unlike the existing signals, the time for sharing the same frequency during the signal collection time is very short, so the influence of interference is very small.

이를 확인하기 위해, 기존 신호들과 본 실시예의 VBOC 신호의 다중경로 에러 앤벌로프(Multipath Error Envelope)를 생성하여 다중경로 채널에서 성능을 확인하고, L1 대역의 신호들을 VBOC 신호와 SSC(Spectral Separation Coefficient)를 계산하여 간섭 영향을 분석할 수 있다.In order to confirm this, the performance is checked in the multipath channel by generating a multipath error envelope of the existing signals and the VBOC signal of the present embodiment, and the signals of the L1 band are combined with the VBOC signal and the SSC (Spectral Separation Coefficient) ) can be calculated to analyze the interference effect.

전술한 본 실시예의 위성항법 신호 생성 장치가 VBOC 변조된 확산 신호를 생성하는 과정을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.A process of generating the VBOC-modulated spread signal by the apparatus for generating a satellite navigation signal according to the present embodiment described above will be described in more detail as follows.

Chip 구간을 고려하면, BOC 변조기법의 구형파는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.Considering the Chip section, the square wave of the BOC modulation technique can be defined as in Equation 2.

Figure pat00006
Figure pat00006

본 실시예의 VBOC 신호는 정수배의 TCO 동안 m을 증가시키거나 감소시킨다. VBOC 신호는 BOC(Mlist,n)로 정의될 수 있으며, Mlist는 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.The VBOC signal of this example increases or decreases m for an integer multiple of TCO. The VBOC signal may be defined as BOC(M list ,n), and M list may be defined as in Equation (3).

Figure pat00007
Figure pat00007

그리고 BOC 신호를 기반으로 표현한 VBOC 신호 yVBOC 또는 yV-BOC(t)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.And the VBOC signal y VBOC or y V-BOC (t) expressed based on the BOC signal may be expressed as Equation (4).

Figure pat00008
Figure pat00008

VBOC 신호는 TCO 동안 (f-s)/q개의 Mlist 배열 요소가

Figure pat00009
개씩 각
Figure pat00010
동안 동일한 생성 파라미터 (Mlist(x),n)을 갖고 l번 중간 주파수의 증가 및 감소를 반복하는 BOC 신호들의 조합으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 소정의 샘플링 주파수가 20㎒의 전체 1㎳ 동안 시간에 따라 다양한 조합의 Mlist 배열, 예컨대 {1:1:6}, {1:2:5}와 같은 VBOC 생성 파라미터(m)의 변화 값을 이용할 수 있다.The VBOC signal is (fs)/q M list array elements during T CO
Figure pat00009
each by
Figure pat00010
It can be generated as a combination of BOC signals that have the same generation parameter (M list (x), n) while repeating the increase and decrease of the l-th intermediate frequency. For example, an M list array of various combinations according to time for a total of 1 ms of 20 MHz with a predetermined sampling frequency, for example, VBOC generation parameters (m) such as {1:1:6}, {1:2:5} You can use the change value of .

즉, 본 실시예의 VBOC 변조 방법은 GNSS 수신기의 하드웨어 사양이나 주파수 할당 조건에 따라 최적의 성능을 내는 Mlist 조합의 VBOC 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가장 단순한 조합인 Mlist={1:1:6}(예컨대, VBOC(1:1:6,1))의 본 실시예의 VBOC 신호와 비교예들의 BPSK, BOC(1,1), BOC(6,1), CBOC(6,1,1/11)의 정규화된 ACF 앤벌로프를 표현하면 도 5와 같다. 도 5는 도 2의 위성항법 신호 생성 장치의 VBOC 변조에 채용할 수 있는 자기상관 앤벌로프(Autocorrelation Envelopes)를 표현한 예시도이다.That is, the VBOC modulation method of the present embodiment can generate the VBOC signal of the M list combination that provides optimal performance according to the hardware specification or frequency allocation condition of the GNSS receiver. For example, the simplest combination of the VBOC signal of this embodiment of M list = {1:1:6} (eg, VBOC(1:1:6,1)) and the BPSK, BOC(1,1) of the comparative examples The normalized ACF envelope of , BOC(6,1), and CBOC(6,1,1/11) is expressed as shown in FIG. 5 . FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating autocorrelation envelopes that can be employed for VBOC modulation of the apparatus for generating a satellite navigation signal of FIG. 2 .

도 5를 참조하면, ACF의 주된 피크(peak)는 BOC(6,1)이 가장 첨예하지만 VBOC(1:1:6,1)과 큰 차이를 보이고 있지 않다. 그러나 BOC(6,1)의 경우 ACF 출력의 레벨이 0.1을 초과하는 세컨더리 피크(secondary peak)가 22

Figure pat00011
개지만, 그에 반해 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1)의 경우에는 0.1을 초과하는 세컨더리 피크가 없다. ACF 출력에서 세컨더리 피크의 크기가 작을 수록 탐색(acquisition)과 추적(tracking) 단계에서 부호 위상(code phase) 오차가 작아지기 때문에 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1) 신호의 부호락(code-lock) 성능이 비교예들 대비 더 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , the main peak of ACF is the sharpest in BOC(6,1), but does not show a significant difference from VBOC(1:1:6,1). However, in the case of BOC(6,1), the secondary peak where the level of the ACF output exceeds 0.1 is 22.
Figure pat00011
On the other hand, in the case of VBOC (1:1:6,1) of this embodiment, there is no secondary peak exceeding 0.1. The smaller the size of the secondary peak in the ACF output, the smaller the code phase error in the acquisition and tracking steps. It can be seen that the code-lock) performance is better than that of the comparative examples.

도 6은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치의 VBOC(1:1:6,1) 변조에 채용할 수 있는 다중경로 에러 앤벌로프(Multipath Error Envelopes)를 표현한 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary diagram illustrating multipath error envelopes that can be employed for VBOC (1:1:6,1) modulation of the apparatus for generating a satellite navigation signal of FIG. 2 .

도 6을 참조하면, 본 실시예의 VBOC(1:1:6,1) 신호는 비교예의 BPSK(1), BOC(1,1), BOC(6,1), CBOC(6,1,1/11) 신호들보다 짧은 다중경로 지연(Multipath delay>40m)에서 매우 작은 에러(error), 즉 대략 약 1m 내외를 갖음으로써 비교예의 신호들보다 훨씬 더 좋은 변조 기법임을 보여준다.6, the VBOC(1:1:6,1) signal of this embodiment is BPSK(1), BOC(1,1), BOC(6,1), CBOC(6,1,1/) of the comparative example. 11) It shows a much better modulation technique than the signals of the comparative example by having a very small error, that is, about 1 m at a shorter multipath delay (Multipath delay > 40 m) than the signals.

이와 같이, 본 실시예의 변조 방법은 차세대 GNSS로서 다중경로 채널에서 강인하고, 기존 대역에 제안하는 신호가 진입할 때 간섭 영향이 매우 적음을 확인할 수 있다. 또한, 본 실시예의 변조 방법은 다양한 내부 파라미터에 따른 VBOC 신호의 성능을 분석하여 최적의 파라미터 선정하여 사용할 수 있고, 아울러 차세대 GNSS가 진입하게 될 L6와 S 대역에 대한 성능 향상에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.As such, it can be confirmed that the modulation method of the present embodiment is robust in a multipath channel as a next-generation GNSS and has very little interference effect when a proposed signal enters an existing band. In addition, the modulation method of this embodiment can be used by analyzing the performance of the VBOC signal according to various internal parameters to select and use the optimal parameters, and it is expected that it will also contribute to the improvement of the performance of the L6 and S bands where the next-generation GNSS will enter. do.

도 7은 도 2의 위성항법 신호 생성 장치에 채용할 수 있는 주요 장치 구성에 대한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram of a configuration of a main device that can be employed in the satellite navigation signal generating device of FIG. 2 .

도 7을 참조하면, 위성항법 신호 생성 장치(300)는 위성송신기, 위성수신기 또는 위성송수신기에 연결되거나 탑재될 수 있다. 위성항법 신호 생성 장치(300)는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다. 또한, 위성항법 신호 생성 장치(300)는 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 주파수 공유 장치(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the satellite navigation signal generating apparatus 300 may be connected to or mounted on a satellite transmitter, a satellite receiver, or a satellite transmitter/receiver. The satellite navigation signal generating apparatus 300 may include at least one processor 310 , a memory 320 , and a transceiver 330 connected to a network to perform communication. In addition, the satellite navigation signal generating apparatus 300 may further include an input interface device 340 , an output interface device 350 , a storage device 360 , and the like. Each component included in the frequency sharing device 300 may be connected by a bus 370 to communicate with each other.

프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.The processor 310 may execute a program command stored in at least one of the memory 320 and the storage device 360 . The processor 310 may mean a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present invention are performed.

메모리(320) 및 저장 장치(360) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.Each of the memory 320 and the storage device 360 may be configured as at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium. For example, the memory 320 may be configured as at least one of a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).

송수신 장치(330)는 위성과의 통신 연결을 지원하는 서브통신시스템이나, 범용 기지국과의 유선 또는 무선 통신을 지원하는 서브통신시스템이나, 모바일 에지 코아 네트워크나 코아 네트워크(core network)와의 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 넌(non)-아이디얼 백홀 링크의 연결을 위한 서브통신시스템을 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(310)는 VBOC 변조된 확산 신호를 생성하고 생성된 VBOC 변조 확산 신호를 송수신 장치(330)를 통해 위성으로 전송하고, 위성으로부터 송수신 장치(330)를 통해 수신되는 VBOC 변조 확산 신호를 처리하여 항법 메시지를 획득할 수 있다.The transceiver 330 is a sub-communication system supporting a communication connection with a satellite, a sub-communication system supporting wired or wireless communication with a general-purpose base station, or an ideal backhaul link with a mobile edge core network or a core network. (ideal backhaul link) or non- (non) may include a sub-communication system for the connection of the ideal backhaul link. Here, the processor 310 generates a VBOC-modulated spread signal, transmits the generated VBOC-modulated spread signal to the satellite through the transceiver 330, and receives the VBOC-modulated spread signal received from the satellite through the transceiver 330. It can be processed to obtain a navigation message.

입력 인터페이스 장치(340)는 키보드, 마이크, 터치패드, 터치스크린 등의 입력 수단들에서 선택되는 적어도 하나와 적어도 하나의 입력 수단을 통해 입력되는 신호를 기저장된 명령과 매핑하거나 처리하는 입력 신호 처리부를 포함할 수 있다.The input interface device 340 includes at least one selected from input means such as a keyboard, a microphone, a touch pad, and a touch screen and an input signal processing unit that maps or processes a signal input through at least one input means with a pre-stored command. may include

출력 인터페이스 장치(350)는 프로세서(310)의 제어에 따라 출력되는 신호를 기저장된 신호 형태나 레벨로 매핑하거나 처리하는 출력 신호 처리부와, 출력 신호 처리부의 신호에 따라 진동, 빛 등의 형태로 신호나 정보를 출력하는 적어도 하나의 출력 수단을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 출력 수단은 스피커, 디스플레이 장치, 프린터, 광 출력 장치, 진동 출력 장치 등의 출력 수단들에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The output interface device 350 includes an output signal processing unit that maps or processes the signal output under the control of the processor 310 to a pre-stored signal type or level, and a signal in the form of vibration, light, etc. according to the signal of the output signal processing unit. I may include at least one output means for outputting the information. The at least one output means may include at least one selected from output means such as a speaker, a display device, a printer, an optical output device, and a vibration output device.

또한, 프로세서(310)가 실행하는 프로그램 명령은 항법 메시지 데이터를 생성하는 명령, 반송파를 생성하는 명령, VBOC 부반송파를 생성하는 명령, 의사 코드를 생성하는 명령, 의사 코드와 VBOC 부반송파를 합성하는 명령, 의사 코드와 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 반송파 및 항법 메시지를 합성하는 명령 등을 포함할 수 있다.In addition, the program instructions executed by the processor 310 include instructions for generating navigation message data, instructions for generating carriers, instructions for generating VBOC subcarriers, instructions for generating pseudo code, instructions for synthesizing pseudo code and VBOC subcarriers, It may include a command for synthesizing a synthesized signal of a pseudo code and a VBOC subcarrier, a carrier wave, and a navigation message.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The methods according to 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, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer readable medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable media include hardware devices specially configured to store and carry out program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as at least one software module to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to the above embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. will be able

Claims (12)

이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법으로서,
항법 메시지 데이터를 생성하는 단계;
반송파를 생성하는 단계;
VBOC(Variable Binary Offset Carrier) 부반송파를 생성하는 단계;
의사 코드를 생성하는 단계;
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 단계; 및
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 단계를 포함하는 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법.
A method for modulating a variable binary offset carrier wave having discrete time-varying frequencies, the method comprising:
generating navigation message data;
generating a carrier wave;
generating a Variable Binary Offset Carrier (VBOC) subcarrier;
generating pseudo code;
synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and
and synthesizing the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier, and the carrier and navigation message data.
청구항 1에 있어서,
상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계는, 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는 것을 포함하는, 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법.
The method according to claim 1,
The generating the VBOC subcarrier comprises multiplying the original signal by a square wave having a specific fixed frequency.
청구항 1에 있어서,
상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계는, 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는 것을 포함하는, 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법.
The method according to claim 1,
The generating the VBOC subcarrier comprises discretely increasing or decreasing a frequency of a Binary Offset Carrier (BOC) signal according to time during a specific period.
청구항 3에 있어서,
상기 BOC 신호의 주파수의 시작 주파수, 종단 주파수 및 주파수 간격은 변조를 위해 설정되는 조절 파라미터가 되는, 가변 이진 오프셋 반송파 변조 방법.
4. The method of claim 3,
and the start frequency, end frequency and frequency interval of the frequency of the BOC signal become adjustment parameters set for modulation.
이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파(Variable Binary Offset Carrier, VBOC) 변조를 수행하는 위성항법 신호 발생 장치로서,
프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로그램 명령은 상기 프로세서가:
항법 메시지 데이터를 생성하는 단계;
반송파를 생성하는 단계;
VBOC 부반송파를 생성하는 단계;
의사 코드를 생성하는 단계;
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 단계; 및
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 단계를 수행하도록 구성되는, 위성항법 신호 발생 장치.
A satellite navigation signal generator for performing Variable Binary Offset Carrier (VBOC) modulation having a discrete time-varying frequency, comprising:
processor; and a memory for storing program instructions executed by the processor;
When executed by the processor, the program instructions cause the processor to:
generating navigation message data;
generating a carrier wave;
generating a VBOC subcarrier;
generating pseudo code;
synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and
and synthesizing the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier with the carrier and the navigation message data.
청구항 5에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계에서, 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는, 위성항법 신호 발생 장치.
6. The method of claim 5,
In the step of generating, by the processor, the VBOC subcarrier, the original signal is multiplied by a square wave having a specific fixed frequency.
청구항 5에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 VBOC 부반송파를 생성하는 단계에서, 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는, 위성항법 신호 발생 장치.
6. The method of claim 5,
The processor, in generating the VBOC subcarrier, discretely increases or decreases the frequency of the BOC (Binary Offset Carrier) signal according to time for a specific period.
청구항 7에 있어서,
상기 BOC 신호의 주파수의 시작 주파수, 종단 주파수 및 주파수 간격은 변조를 위해 설정되는 조절 파라미터가 되는, 위성항법 신호 발생 장치.
8. The method of claim 7,
A start frequency, an end frequency, and a frequency interval of the frequency of the BOC signal become adjustment parameters set for modulation.
이산적 시변 주파수를 가지는 가변 이진 오프셋 반송파(Variable Binary Offset Carrier, VBOC) 변조를 수행하는 위성항법 신호 발생 장치로서,
항법 메시지 데이터를 생성하는 항법 메시지 처리부;
반송파를 생성하는 반송파 생성부;
VBOC 부반송파를 생성하는 부반송파 생성부;
의사 코드를 생성하는 의사 코드 생성부;
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파를 합성하는 제1 합성부; 및
상기 의사 코드와 상기 VBOC 부반송파와의 합성 신호와 상기 반송파 및 항법 메시지 데이터를 합성하는 제2 합성부;
를 포함하는 위성항법 신호 발생 장치.
A satellite navigation signal generator for performing Variable Binary Offset Carrier (VBOC) modulation having a discrete time-varying frequency, comprising:
a navigation message processing unit generating navigation message data;
a carrier wave generator generating a carrier wave;
a subcarrier generator generating a VBOC subcarrier;
a pseudo code generator for generating pseudo code;
a first synthesizing unit for synthesizing the pseudo code and the VBOC subcarrier; and
a second synthesizing unit synthesizing the synthesized signal of the pseudo code and the VBOC subcarrier, the carrier, and the navigation message data;
A satellite navigation signal generator comprising a.
청구항 9에 있어서,
상기 부반송파 생성부는, 원신호에 특정 고정 주파수를 갖는 구형파를 곱하는, 위성항법 신호 발생 장치.
10. The method of claim 9,
The subcarrier generating unit multiplies the original signal by a square wave having a specific fixed frequency.
청구항 9에 있어서,
상기 부반송파 생성부는, 특정 주기 동안 시간에 따라 BOC(Binary Offset Carrier) 신호의 주파수를 이산적으로 증가시키거나 감소시키는, 위성항법 신호 발생 장치.
10. The method of claim 9,
The subcarrier generating unit discretely increases or decreases the frequency of a BOC (Binary Offset Carrier) signal according to time during a specific period.
청구항 11에 있어서,
상기 BOC 신호의 주파수의 시작 주파수, 종단 주파수 및 주파수 간격은 변조를 위해 설정되는 조절 파라미터가 되는, 위성항법 신호 발생 장치.
12. The method of claim 11,
A start frequency, an end frequency, and a frequency interval of the frequency of the BOC signal become adjustment parameters set for modulation.
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