성상도 최적화를 통한 다중 위성항법 신호의 상수 포락선 획득 기법에 대한 연구 :A Study on Constant Envelope Multiplexing Technique for Signals of Satellite Navigation System via Constellation Tailoring

신장환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신장환 (충남대학교, 忠南大學校大學院)

지도교수: 안재민

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

성상도 최적화를 통한 다중 위성항법 신호의 상수 포락선 획득 기법에 대한 연구

신장환 전자전파정보통신공학과 2021.01 학위논문

2020

성상도 재단 기반 위성항법 신호의 상수 포락선 다중화 기법

신장환 , 임덕원 , 안재민 제어로봇시스템학회 논문지 2020.03 학술저널

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본 논문에서는 위성항법 신호에 오버헤드 신호를 추가 전송함으로써 다중화 신호의 포락선 크기를 입력 이진 수열의 조합과는 관계없이 항상 일정하게 유지시키는 기법을 새롭게 제안하였다. 오버헤드 신호의 추가 전송은 직교 좌표계 상에서 다중화 신호의 좌표를 원점을 중심으로 하는 동심원 상으로 위치시키는 효과를 가져오기 때문에 제안하는 기법을 변조 성상도 재단을 통한 위성항법 신호의 상수 포락선 다중화 기법이라 명명하기로 한다. 제안하는 기법은 위성항법 신호의 미래 활용성 증대 차원에서 최대 5개의 신호를 다중화하는 상황에도 적용될 수 있을 뿐만 아니라 재난 및 전쟁과 같은 비상 상황에서 신호 간 송신 전력 비율의 재분배가 요구되는 Flex Power 기술의 구현도 가능하도록 고안되었다. 제안하는 기법에서는 다중화로 인해 필연적으로 발생하는 서비스 별 신호 전력 크기의 변동과 전력 손실을 최소화하기 위한 최적화 과정이 포함된다. 최적화는 다중화 신호가 상수 포락선 특성을 갖도록 하는 이동량 파라미터로 서비스 별 신호의 전력 편차와 전력 손실 비율을 계산하고 이를 기준 값 이하로 제한함으로써 최적의 성능을 보이는 파라미터를 선별한다. 또한 다중화 신호에 포함된 상호 변조 신호의 존재로 인하여 원신호가 겪는 간섭 영향의 증대 수준을 분석하기 위하여 다중화 전후 신호의 상관기 출력을 비교함으로써 최적화 결과의 성능을 검증하였다. 이러한 검증을 통하여 제안하는 기법이 위성항법 신호의 다중화에 적용된다면 다중화 이후 상관기 출력의 변동을 최소화시켜 신호 획득 성능의 열화를 줄일 뿐만 아니라 위성탑재 전력증폭기의 효율적인 운용이 가능함을 확인하였다. 수치적 시뮬레이션을 통한 최적화 결과로부터 다중화 대상 신호의 개수와는 관계 없이 전력 편차의 기준 값이 작을수록 전력 손실 비율이 증가하는 것을 확인하였다. 특별히 Flex Power 기술이 적용된 상황에서는 전력 편차의 기준 값을 0.1 dB의 작은 값으로 제한한다 하더라도 최대 13.57 %의 전력 손실 비율이 나타나며 이는 제안하는 기법이 GPS의 Interplex 기법 보다 전력 손실을 줄이는 측면에서 우수한 성능을 보임을 확인하였다. 다중화 전후 신호의 상관기 출력의 비교로부터 다중화 신호의 총 전력 중 상호 변조 신호가 차지하는 비율이 증가한다 할지라도 전력 편차를 최소화하는 파라미터를 선별할 수 있다면 다중화 이후 상관기 출력의 변동 수준이 작아짐을 확인하였다. 이러한 최적화 결과와 상관기 출력의 비교 결과로 볼 때 최적화 수행 시 전력 편차와 전력 손실의 제한 값 설정에 있어서 타협점 분석을 통하여 적절한 기준이 제시된다면 제안하는 기법이 위성탑재 전력 증폭기의 효율적인 운용을 실현시킴으로써 한국형 위성항법시스템의 위성항법 신호에 적용될 독자적 다중화 기법으로 자리매김할 수 있을 것으로 기대한다.

In this paper, a new technique was proposed to keep the envelope size of the multiplexed signal constant regardless of the combination of the input binary sequence by additionally transmitting the overhead signal to the satellite navigation signal. Since the additional transmission of the overhead signal has the effect of positioning the coordinates of the multiplexed signal on a concentric circle centered on the origin in a Cartesian coordinate system, the proposed technique is called a constant envelope multiplexing technique of a satellite navigation signal via modulation constellation tailoring. The proposed technique can be applied not only to multiplexing of up to five signals in order to increase the future utility of satellite navigation signals, but also to the Flex Power technology that requires redistribution of the transmission power ratio between signals in emergency situations such as disasters and wars. The proposed technique includes an optimization process to minimize the fluctuation of the signal power and power loss for each service, which inevitably occurs due to multiplexing. Optimization selects a parameter that shows optimal performance by calculating the power deviation and power loss ratio of each service signal as a movement amount parameter that makes the multiplexed signal have a constant envelope characteristic, and limiting it to a reference value or less. In addition, the performance of the optimization result was verified by comparing the correlator outputs of the signals before and after multiplexing to analyze the level of increase in the interference influence experienced by the original signal due to the presence of the IM component included in the multiplexed signal. Through this verification, it was confirmed that if the proposed technique is applied to the multiplexing of satellite navigation signals, not only the deterioration of signal acquisition performance is reduced by minimizing the fluctuation of the output of the correlator after multiplexing, but also the efficient operation of the satellite-mounted power amplifier is possible. From the results of optimization through numerical simulation, it was confirmed that the power loss ratio increases as the reference value of the power deviation is smaller, regardless of the number of signals to be multiplexed. In particular, when Flex Power technology is applied, even if the reference value of the power deviation is limited to a small value of 0.1 dB, a maximum power loss ratio of 13.57% appears, and the proposed method has superior performance in terms of reducing power loss than the GPS Interplex method. From the comparison of the correlator outputs of the signals before and after multiplexing, it was confirmed that even if the ratio of the IM component of the total power of the multiplexed signal increases, if a parameter that minimizes power deviation can be selected, the level of fluctuation of the correlator output after multiplexing is small. From these optimization results and the comparison results of the correlator outputs, the proposed technique enables the efficient operation of the satellite-mounted power amplifier if an appropriate criterion is presented through compromise point analysis in setting the limit value of power deviation and power loss when performing optimization. It is expected that it will be able to establish itself as an independent multiplexing technique to be applied to the satellite navigation signal of the satellite navigation system for Korea Positioning System.

제 1 장 서 론 1
1.1 개요 1
1.2 배경 3
1.3 목적 5
제 2 장 성상도 최적화를 통한 상수 포락선 획득 기법 7
2.1 개요 7
2.2 포락선 이득의 결정과 상호 변조 신호의 생성 방법 13
2.2.1 3개 신호의 다중화 13
2.2.2 4개, 5개 신호의 다중화 18
2.3 최적화 파라미터 결정 23
2.4 최적화 결과 분석 25
제 3 장 상관기 출력 분석 38
3.1 위성항법 신호의 생성 38
3.2 수신기 구조 42
3.2.1 정합 필터 42
3.2.2 상관기 44
3.3 상관기 출력비 비교 45
제 4 장 결론 50
참 고 문 헌 52
ABSTRACT* 53

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