KR101056365B1 - 비트 다운 스케일링 방법 및 장치, 지피에스 동기포착방법및 지피에스 수신장치 - Google Patents

비트 다운 스케일링 방법 및 장치, 지피에스 동기포착방법및 지피에스 수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 n-to-m(n>m) 비트다운 스케일링 방법 및 장치와 지피에스 동기포착방법 및 수신장치를 개시한다. 본 발명의 방법은 복수의 n 비트 상관 적분값들의 n-m+1 비트 어림 절대값들을 생성하고, 생성된 n-m+1 비트 어림 절대값들로부터 최대값을 검출하고, 최대값의 유효비트에 응답하여 스케일 레벨을 판정하고, 판정된 스케일 레벨에 응답하여 복수의 n 비트 상관 적분값들을 m 비트 데이터로 다운 스케일링한다. 따라서, 본 발명에서는 복수의 상관 적분값들의 절대값의 크기 비율을 최대한 유지하면서 비트수를 다운스케일링함으로써 정보량을 줄여서 데이터를 저장하는 메모리 사이즈를 감축시킬 수 있다.

Description

비트 다운 스케일링 방법 및 장치, 지피에스 동기포착방법 및 지피에스 수신장치{Method and apparatus for down-scaling from n bits data to m bits data, Method for acquisition synchronization and GPS receiver}
도 1은 본 발명에 관련된 GPS 수신기의 블럭도.
도 2는 도 1의 채널회로의 종래의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 의한 다운 스케일링 방식의 지피에스 수신기의 블록도.
도 4는 도 3의 다운 스케일링부의 바람직한 일 실시예의 블록도.
도 5는 도 4의 스케일 판단부의 바람직한 일 실시예의 구성도.
도 6은 1/2chip 해상도 적용시 기존 방식과 본 발명에 의한 다운 스케일링 방식의 FFT 결과를 비교한 그래프.
도 7은 1/4chip 해상도 적용시 기존 방식과 본 발명에 의한 다운 스케일링 방식의 FFT 결과를 비교한 그래프.
본 발명은 확산 스펙트럼(SS : Spread Spectrum) GPS(Global Positioning System) 수신기에 관한 것으로, 특히 동기 포착을 위한 상관 적분값들을 n-to- m(n>m) 비트 다운스케일링을 통하여 메모리 사이즈를 줄일 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
광역 위치결정 시스템(GPS:Global Positing System)은 일정 궤도에 30개 이상의 위성들 설치하고 특정 위치에서 30개 위성들 중 최대 12개의 위성들이 GPS 수신기로 동시에 볼 수 있다.
GPS 수신기는 가시범위 이내에 있는 몇 개의 위성들로부터 동시에 전송된 신호들의 통과 시간을 계산함으로써 위치를 결정한다. 수신기는 위치를 계산하기 위해서 적어도 네 개의 가시 위성들의 신호를 수신해야 한다.
GPS 시스템의 각 위성은 1575.42MHz의 반송 주파수로 소위 L1 신호를 전송한다. 이 주파수는 또한 154f0로 표시되고, 여기서, f0 = 10.23MHz이다.
위성에서, 신호들은 유사잡음시퀀스로 코드 분할 다중 액세스(CDMA : CODE DIVISION MULTI ACCESS) 방식으로 변조되어 코드 변조 광대역 신호로 형성된다.
L1 신호의 변조를 위해 각각의 위성에 이용된 유사잡음시퀀스들 중 하나는 골드 코드인 C/A 코드(조악/포착 코드)이다. 각 GPS 위성은 고유한 C/A 코드를 이용하여 신호를 전송한다. 코드들은 두 개의 1023비트 이진 시퀀스들의 모듈로2 합으로 형성된다. C/A 코드들은 이진 코드들이며, GPS 시스템에서 그 칩핑 레이트는 1.023MHz이다. C/A 코드는 코드의 반복 시간이 1ms임을 의미하는 1023 칩들을 구비한다.
L1 신호의 반송파는 50bit/s의 비트 레이트의 네비게이션 정보로 더 변조된 다. 네비게이션 정보는 위성의 헬쓰(health), 궤도 및 클럭 데이터 매개변수들 등에 대한 정보를 포함한다.
위성 신호들을 검출하고, 위성들을 식별하기 위해서, 수신기는 동기화 동작을 수행해야 하며, 수신기는 신호로 전송된 데이터가 수신되고 복조될 수 있도록, 각각의 위성들의 신호를 검색하고, 신호와 동기화를 시도한다.
위치결정 수신기는 예컨대, 수신기가 스위치 온 될 경우에, 또한 수신기가 장시간 동안 임의의 위성의 신호를 수신할 수 없게 된 상황에서 동기화를 수행해야 한다. 이와 같은 상황은 예컨대, 디바이스가 움직이고, 디바이스의 안테나가 항상위성들에 관련하여 최적 위치에 있지 않기 때문에, 이동 디바이스들에서 쉽게 발생할 수 있고, 수신기에 도달하는 신호의 세기를 약하게 한다. 도시 지역들에서, 빌딩들은 또한 수신 신호에 영향을 미치고, 부가적으로, 전송 신호가 예컨대, 위성으로부터 일직선인(시선), 또한 빌딩들로부터 반사된 몇 개의 다른 루트들을 통해 수신기에 도달하는 소위 다중경로 전파를 일으킬 수 있다. 이러한 다중경로 전파의 결과로서, 동일한 신호는 다른 위상들을 갖는 몇 개의 신호들로서 수신된다.
위성들에 대한 거리는 시간이 수신기에서 정확히 알려져 있지 않기 때문에 유사 범위(pseudo range)들이라 불리운다. 그 경우에 위치 및 시간의 결정은 충분한 정확성이 이루어질 때까지 반복된다.
유사 범위의 계산은 다른 위성 신호들의 평균 통과 시간들을 측정함으로써 수행될 수 있다. 수신기가 수신 신호와 동기화한 후에, 신호로 전송된 정보는 복조된다.
거의 모두 알려진 GPS 수신기들은 유사범위들을 계산하기 위해 상관 방법들을 이용한다. 위성들의 유사 랜덤 시퀀스들은 위치결정 수신기에 국부적으로 저장되거나, 생성된다.
다운 변환이 수신 신호에 대해 수행되고, 수신기는 수신 신호를 저장된(또는 국부적으로 생성된) 유사잡음시퀀스와 승산한다. 승산의 결과로서 형성된 신호는 적분되고 그 결과는 수신 신호가 위성에 의해 전송된 신호를 포함하는지를 표시한다. 수신기에서 실행된 승산은 매 시간 수신기에 저장된 유사잡음시퀀스의 위상이 쉬프팅되도록 반복된다. 정확한 위상은 상관 결과가 가장 높을 경우에, 정확한 위상이 발견되는 방식으로 추정된다. 상관 결과는 또한 GPS 신호로 전송된 정보를 나타내며, 복조 신호임을 의미한다.
상술한 동기화 및 주파수 조정 처리는 수신기에 수신된 각각의 위성 신호에 대해 반복되어야 한다. 따라서, 이러한 처리는 수신 신호들이 약한 상황에서 특히 많은 시간을 소모한다.
일부 종래 기술의 수신기들에서, 몇 개의 상관기들이 이러한 처리를 가속화시키기 위해 이용되며, 그로인해 더 많은 상관 피크들이 동시에 검색될 수 있다. 특정한 응용들에서, 상관기들의 수가 무한하게 증가될 수 없기 때문에, 상관기들의 수를 단순히 증가시킴으로써 동기화 및 주파수 조정 처리를 보다 많이 가속화시킬 수는 없다.
일반적으로 수신기에서는 고속 동기를 위하여 다수의 채널을 가지며, 각 채널은 다중 상관기들로 구성된다. 따라서, 채널 수와 채널당 상관기수에 비례하여 메모리에 저장되는 상관 적분값들의 수도 증가하게 되므로 많은 저장 공간이 요구된다. 또한, 메모리에 저장된 데이터들을 참조하여 프로세서에서 동기 포착을 결정하는 알고리즘을 수행하기 위해서는 프로세서와 메모리 사이의 데이터 억세스량이 그만큼 증가하게 된다.
그러므로 많은 데이터를 메모리에 고속으로 저장하고 다시 이들 데이터를 독출하여 데이터를 처리하기 위해서는 프로세서와 메모리 사이의 하드웨어 설계 부담이 증가하게 된다.
또한, 많은 데이터를 저장하기 위해서는 대용량의 메모리가 요구되므로 메모리가 차지하는 면적이 커지게 되므로 이는 GPS 수신기의 소형화를 방해한다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 상관 적분값들을 메모리에 저장하기 전에 미리 상관 적분값들의 비트수를 다운 스케일링하여 정보량을 줄인 데이터를 메모리에 저장하는 비트 다운 스케일링 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 메모리의 사이즈를 줄이기 위하여 다중 상관방식에서 상관 적분값들을 메모리에 저장하기 전에 상관 적분값들의 비트수를 줄여서 메모리에 저장하는 지피에스 수신기 및 동기포착방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비트 다운 스케일링 방법은 수신된 신호와 복제된 신호 사이의 복수의 상관값들을 구하고 구해진 복수의 n 비트 상관 적분값들의 상위 n-m+1 비트 어림 절대값들을 각각 생성한다. 생성된 상위 n-m+1 비트 어림 절대값들로부터 최대값을 검출하고 검출된 최대값의 유효 비트의 위치에 응답하여 스케일 레벨을 판단한다. 판단된 스케일 레벨에 응답하여 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들을 m 비트 데이터로 다운 스케일링한다.
본 발명에서 스케일 레벨의 판단은 n-m+1 비트의 검출된 최대값의 최상위 자리로부터 처음 나오는 비트 '1', 즉 유효 비트의 위치에 따라 그 레벨을 판정한다. 스케일 레벨은 다운 스케일링이 전혀 이루어지지 않는 '0' 레벨에서부터 최대 n-m 비트만큼 다운 스케일링하는 하는 n-m 레벨까지 총 n-m+1 개의 스케일 레벨을 가진다. 예컨대 n=16이고 m=8일 경우에 9 비트의 검출된 최대값에 따라 0에서 8까지 총 9개의 레벨 중 하나를 선택할 수 있다.
각각 판정된 레벨에 따라 다운 스케일링된 m 비트 데이터는 n비트 상관 적분값의 사인 비트와 유효 비트로부터 하위 자리 방향으로 m-1 비트를 포함한다.
또한, 본 발명에서 데이터 복원을 위하여 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 판단된 스케일 레벨을 저장한다. m 비트 데이터를 n 비트 데이터로 복원시에는 상기 스케일 레벨에 따라 m 비트 데이터를 좌측, 즉 상위 자리로 쉬프트함으로써 얻어진다.
따라서, 복원된 n 비트 데이터는 원래의 n 비트 데이터와는 동일한 값을 가지지 않는 어림값을 가진다.
16-to-8 의 경우를 예로들어 정리하면 아래 표1과 같다. 복원값에서 s는 사인비트를 나타낸다.
9비트 검출된
최대값		 스케일 레벨 16비트 누적값에서 선택되는 8비트 복원값
01xx xxxx x 8 [15:8] sxxx xxxx 0000 0000
001x xxxx x 7 [14:7] ssxx xxxx x000 0000
0001 xxxx x 6 [13:6] sssx xxxx xx00 0000
0000 1xxx x 5 [12:5] ssss xxxx xxx0 0000
0000 01xx x 4 [11:4] ssss sxxx xxxx 0000
0000 001x x 3 [10:3] ssss ssxx xxxx x000
0000 0001 x 2 [9:2] ssss sssx xxxx xx00
0000 0000 1 1 [8:1] ssss ssss xxxx xxx0
0000 0000 0 0 [7:0] ssss ssss sxxx xxxx

본 발명의 장치는 수신된 신호와 복제된 신호 사이의 (위상차에 따른) 복수의 상관값들을 구하고 구해진 복수의 n 비트 상관 적분값들을 복수의 m(n > m) 비트 데이터로 비트 다운 스케일링하는 장치에 있어서, 복수의 n 비트 상관 적분값들의 상위 n-m+1 비트 어림 절대값들을 각각 생성하는 절대값 생성기와, 생성된 어림 절대값들 중 최대값을 검출하는 최대값 검출기와, 검출된 최대값의 최상위 자리로부터 처음 나오는 비트 '1', 즉 유효 비트의 위치에 따라 스케일 레벨을 판단하는 스케일 레벨 판정기 와, 판단된 스케일 레벨에 응답하여 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들을 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링기를 포함한다.
본 발명에서 절대값 생성기는 n 비트 상관 적분값들의 부호비트가 음수인 경우에 비트단위 부정(bitwise negation) 또는 비트단위로 1의 보수(bitwise 1's compliment)를 생성하는 논리 연산기로 구성한다.
본 발명에서 스케일 레벨 판정기는 n-m+1 비트의 검출된 최대값의 유효 비트의 위치에 따라 다운 스케일링이 전혀 이루어지지 않는 '0' 레벨에서부터 최대 n-m 비트만큼 다운 스케일링하는 n-m 레벨까지를 스케일 팩터로 하여 룩업 테이블을 구성할 수 있다.
본 발명에서 데이터 복원을 위하여 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 대응하는 다운 스케일링 팩터를 저장하는 저장기를 더 포함한다.
본 발명의 동기포착방법은 할당된 채널을 통하여 신호를 수신하고, 서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 상기 수신된 신호 사이의 상관값을 각 상관기마다 구하고, 각 상관기마다 상기 상관값을 일정 시간동안 적분하여 적분값들을 생성한다. 이어서, 각 상관기마다 상기 n 비트 적분값을 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하고, m 비트 데이터를 메모리에 저장한다. 이어서, 저장된 m 비트 데이터를 리드하여 스케일 레벨에 응답하여 n 비트 데이터로 복원하고, 복원된 n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 그 결과값으로 상관 최대값을 구하는 것에 의해 동기를 포착(acquisition)하게 된다.
본 발명의 동기포착장치는 서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 수신신호 사이의 상관값을 구하는 복수의 상관기들과, 각 상관기마다 상기 상관값을 일정 시간동안 적분하여 적분값들을 생성하는 복수의 적분기들과, 상기 적분값 의 n 비트 데이터를 판정된 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링기와, m 비트를 저장하는 메모리와, 저장된 m 비트 데이터를 리드하여 스케일 레벨에 응답하여 n 비트 데이터로 복원하고, 상기 복원된 n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환하여 그 결과값으로 상관 최대값을 산출하는 최대값 산출부를 포함한다.
본 발명의 지피에스 수신기는 지에스피 신호를 수신하는 고주파 수신부와, 서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 상기 지에스피 수신신호 사이의 상관값을 일정 시간동안 적분하여 n 비트 적분값을 발생하는 상관부와, 상관부의 n 비트 데이터를 판정된 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링부와, n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환하여 그 결과값을 산출하는 고속 푸리에 변환부와, 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 고속 푸리에 결과값을 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부와 다운스케일링부 및 고속푸리에 변환부 사이의 데이터 전송을 제어하는 메모리 제어부와, 상기 각 부를 제어하고, 상기 메모리에 저장된 고속 푸리에 결과값으로 상관 최대값을 산출하여 상기 상관부의 동기포착을 제어하는 시스템 제어부를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하고자 한다. 이 실시예는 이 기술에 숙련된 자들이 본 발명을 실시할 수 있게 충분히 상세하게 기술한다.
도 1은 일반적인 GPS 수신장치의 구성을 나타낸다. GPS 수신장치(100)는 GPS 위성들로부터 전송된 1575.42MHz의 무선주파수신호를 GPS 안테나(102)를 통하여 수신한다. 수신된 무선주파수신호는 무선주파수 컨버터(104)에서 국부발진기(106)로부터 제공되는 국부발진신호와 믹싱되어 중간주파수신호로 다운컨버팅된다. 무선주파수 컨버터(104)는 저잡음 증폭기, 필터, 믹서, 중간주파수증폭기, 직교믹서(quadrature mixer)를 통해 동위상 및 직교위상 중간주파수신호로 분리되어 출력된다.
동위상 및 직교위상 중간주파수신호는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통하여 각각 디지털 데이터신호로 변환되고 변환된 디지털 데이터신호는 복수의 채널 회로(110)에 전달된다. 각 채널회로(110)에서는 선택된 위성으로부터 제공된 GPS 신호의 동기포착 및 트래킹을 위한 코드상관관계를 수행하여 상관 최대값을 탐색한다. 탐색처리기(112)에서는 탐색된 상관 최대값을 가지고 동기포착 및 트래킹 동작을 수행하여 각 위성들로부터의 유사범위를 산출한다. 제어부(114)에서는 탐색처리기(112)로부터 제공된 복수의 유사범위들을 사용하여 수신기의 위치값을 산출하고 산출된 위치값을 표시부(116)에 표시한다.
도 2를 참조하면, 종래의 채널회로(110)는 각 채널마다 선택된 위성신호의 C/A(coarse/acquisition)코드 및 반송파 주파수를 포착하기 위하여 2차원 탐색과정을 수행한다.
중간주파수신호(I, Q)에는 도플러 주파수가 존재한다. 캐리어 수치제어발진기(140)를 통해 도플러 주파수를 발생시켜 이를 동위상발생기(136) 및 직교위상 발생기(138)를 통하여 동위상 및 직교위상신호로 각각 발생한다. 발생된 동위상 및 직교위상신호는 동위상 승산기(132) 및 직교위상 승상기(134)에서 동위상 중간주파수신호(I)와 직교위상 중간주파수신호(Q)와 각각 승산된다.
승산된 신호는 다중 상관기를 통하여 복제된 신호와 각각 상관처리된다.
복수의 상관기들(142)에는 동상 및 직교상 신호가 공급되고, 서로 다른 지연특성을 가진 복제된 신호들이 각각 공급된다. 서로 다른 지연특성을 가진 복제된 신호들은 코드 쉬프터(150)에 의해 발생된다. 코드 쉬프터(150)는 유사잡음코드 발 생기(148)로부터 하나의 유사잡음코드를 입력하여 순차적으로 지연하고 각 상관기로 지연된 복제코드를 각각 발생한다. 유사잡음코드 발생기(148)는 코드 수치제어발진기(147)로부터 제공된 클럭신호에 동기되어 선택된 위상의 수신코드로부터 복제된 복제 코드를 발생한다.
각 상관기들(142)은 각각 수신된 신호와 복제된 신호의 상관값을 구하고 구해진 상관값은 전검출(pre-detection) 적분시간, 즉 샘플타임동안 적분기(144)에서 적분된다. 샘플주기마다 각 적분기(144)에서 적분된 상관 적분값들은 메모리(146)에 저장된다.
따라서 채널당 상관기 수가 n개라면 n개의 상관 적분값[샘플값]들이 매 샘플주기마다 메모리에 저장되게 된다.
탐색처리기(112)에서는 상관기의 적분값이 FFT point수만큼 메모리에 저장되었을 때, 즉 16 point FFT를 수행한다면 샘플타임이 16번 지났을 때, 메모리에 저장된 각 상관기의 16개의 적분값들을 가져다가 16 point FFT 연산을 하여 FFT 연산 결과값 중에 임계값을 초과하는 값이 있으면 수신신호와 복제신호가 동일하므로 해당 위성의 신호를 포착한 것으로 판단하고 이에 대한 확인절차, 즉 트래킹동작을 수행한다. 반대로 임계값 미만이면 동일하지 않고 수신된 신호가 잡음만 있는 것으로 판단하여 탐색범위, 즉 위상과 주파수를 변경한다. 즉, 코드수치제어발진기(147) 및 캐리어 수치제어발진기(140)의 값이 변경되도록 제어한다.
그러므로, 종래의 수신기에서는 메모리에 저장되는 적분값, 즉, 샘플 데이터 들의 수가 채널수, 채널당 상관기수, FFT point수 의 곱으로 정해지게 되므로 대용량의 저장장소가 필요하게 된다. 따라서 메모리 사이즈가 증가하게 되므로 칩화시 칩 사이즈 감소를 방해하는 요인으로 작용하게 된다.
다량의 샘플들을 메모리에 라이팅하고 라이팅된 데이터를 리딩하는 동작을 고속으로 수행하여야 하므로, 하드웨어 개발자나 설계자 입장에서 탐색처리기와 메모리 사이의 신호 인터페이싱을 위한 하드웨어 설계부담이 증가되게 된다.
동기포착 및 트래킹 시간을 줄이기 위하여 상관기수가 증가하면 그에 비례하여 메모리 인터페이싱을 위한 하드웨어 설계부담도 따라서 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 메모리 인터페이싱 설계부담을 줄이기 위하여 메모리에 저장되는 상관 적분값의 비트를 다운 스케일링함으로써 기존 문제점을 해결한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 GPS 수신기(200)의 일예를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 GPS 수신기(200)는 고주파 수신부(210), 상관부(220), 다운 스케일링부(230), 메모리 제어부(240), 메모리부(250), 고속 푸리에 변환부(FFT ; Fast Fourier Transform)(260), 시스템 제어부(270)를 포함한다.
상관부(220)는 p 개의 채널을 포함하고, 고주파 수신부(210)를 통하여 획득된 지피에스신호를 시스템 제어부로부터 제어된 각 채널의 기준신호들과 각각 상관시키고 상관값을 일정 시간동안 누적 또는 적분한 n 비트 적분값 또는 샘플값을 각 채널 별로 생성한다.
메모리 제어부(240)는 다운 스케일링부(230)로부터 다운 스케일링된 m 비트 데이터를 메모리부(250)에 저장하는 동작을 제어하고, FFT(260)에 메모리에 저장된 데이터를 제공하고 FFT로부터 결과값을 받아서 저장하고, 시스템 제어부(270)에 메모리에 저장된 FFT 결과값을 제공하는 동작을 제어한다.
시스템 제어부(270)는 각 부를 제어하고 FFT 결과값을 임계값과 비교하여 전 채널에 대해 상관 최대값을 구하고 그 결과에 응답하여 상관 최대값이 검출된 채널의 상관기의 수치제어발진값을 상관도가 더 높아지는 방향으로 제어하여 동기포착 동작을 수행한다. 또한, 동기포착시 트레킹동작과 위치연산을 통하여 현재 위치값을 생성하는 연산동작을 수행하고 그 결과를 유저 인터페이스를 통하여 디스플레이한다.
도 4를 참조하면, 도 3의 다운 스케일링부(230)는 멀티플렉서(232), 다운스케일링 처리기(234), 스케일 판단부(236), 스케일 레지스터(238)를 포함한다.
상관부(220)에서는 p 개의 채널(222)들로부터 채널 선택신호(CHS)에 응답하여 멀티플렉서(224)로 선택된 채널을 다운 스케일링부(230)에 연결한다. p 개의 채널들은 각각 대응하는 GPS 위성의 신호를 처리한다.
멀티플렉서(232)는 누적기 선택신호(ASS)에 응답하여 한 채널 내의 q 개의 적분기 또는 누적기들로부터 제공된 q 개의 n 비트 상관 적분값들을 선택한다. 선택된 n 비트 샘플 데이터는 다운 스케일링 처리기(234)에 제공되어 스케일 팩터에 따라 m 비트 데이터로 비트 다운 스케일링된다.
스케일 판단부(236)는 q 개의 누적기들로부터 제공된 q 개의 n 비트 데이터들로부터 스케일을 판단한다. 판단된 스케일 팩터 또는 스케일 레벨은 스케일 레지 스터(238)에 저장되고, 다운 스케일링 처리기(234)에 제공된다.
따라서, q 개의 m 비트 데이터에 대해 1개의 스케일 팩터가 존재하게 된다.
다운 스케일링된 m 비트 데이터는 메모리 제어부(240)를 통하여 메모리부(250)에 저장된다.
도 5를 참조하면, 스케일 판단부(236)는 각 채널(222)에 포함된 q 개의 누적기들(ACC)로부터 제공된 q 개의 n 비트 상관 적분값들의 상위 n-m+1 비트의 어림 절대값을 취하는 q 개의 절대값 생성기(ABS)들과, 최대값 검출기(AMD)와, 스케일 판단기(SD)를 포함한다.
절대값 생성기(ABS)는 n 비트 데이터의 최상위 자리로부터 m-1 자리까지의 상위 n-m+1 비트에 대해서 사인비트가 1인 경우에 상위 n-m+1 비트를 비트단위 부정 연산하고, 사인 비트가 0인 경우에는 바이패스시켜서 어림 절대값을 생성한다. 여기서, 비트단위 부정 논리 연산은 "~" 연산자로 표시하고 예를 들면 다음과 같다. 즉 이진수 a = 1111 0011 1001 0001 이라면 a의 비트 단위 부정 연산 ~a = 0000 1100 0110 1110 으로 획득된다. 즉, a의 1의 보수인 ~a가 얻어지게 되는 것이다.
최대값 검출기(AMD)는 q 개의 어림 절대값들 중 최대값의 최상위 자리로부터 처음 나오는 비트 '1', 즉 유효 비트의 위치를 검출하기 위하여 비트단위 논리합(bitwise inclusive or) 연산 처리한다. 비트단위 논리합은 "|" 연산자로 표시하고 예를 들면 다음과 같다.
즉 이진수 a = 0001 0011 1001 0001와 b = 0000 0001 1111 1000 이라면 a와 b의 비트 단위 논리합 연산 a|b = 0001 0011 1111 1001 으로 획득된다. 즉, 각 자리수마다 1이 하나라도 있으면 그 자리의 비트값은 1로 획득된다.
따라서, 비트단위 논리합 연산 결과(tap_sum)는 입력 값들 중 최대값의 유효비트가 비트단위 논리합 연산 결과값의 유효비트로 얻어지게 된다.
스케일 판단기(SD)는 상기 어림 최대값 검출기의 결과값의 유효비트의 위치에 대응하여 상기 표1과 같은 스케일 레벨을 판단하고, 스케일 레벨값을 스케일 팩터로 발생한다.
발생된 스케일 팩터는 스케일 레지스터((238)에 저장되고, 다운 스케일링 처리기(234)에 제공된다.
다운 스케일링 처리기(234)는 해당 스케일 팩터에 응답하여 멀티플렉서(232)를 통하여 제공된 n 비트 샘플 데이터들을 m 비트 데이터로 표1에 나타낸 바와 같이 비트 다운 스케일링 처리한다.
예를들면, 표 2 및 표 3에 도시한 바와 같이 비트 다운 스케일링 처리한다.
상기 표 2에서는 스케일 레벨이 8이므로 사인비트를 포함한 msb로부터 상위 8비트값이 다운 스케일링 값으로 획득된다.
상기 표 3에서는 스케일 레벨이 6이므로 사인비트를 포함한 msb-2로부터 상위 8비트값이 다운 스케일링 값으로 획득된다.
누적기 샘플값 10진수 어림 절대값 b-or 스케일
레벨		 비트 다운
스케일링된 적분값
누적기1 0010 0100 1100 0000 +9,408 0010 0100 1 0111 1111 1 8 0010 0100
누적기2 0001 0010 0000 0000 +4,608 0001 0010 0 0001 0010
누적기3 0001 1001 0001 1111 +6,431 0001 1001 0 0001 1001
누적기4 1000 0011 0001 1010 -31,974 0111 1100 1 1000 0011
누적기 샘플값 10진수 어림 절대값 b-or 스케일
레벨		 비트 다운
스케일링된
적분값
누적기1 0001 0100 1100 0000 +5,312 0001 0100 1 0001 1111 1 6 0 1 0100 11
누적기2 0000 1010 0000 0000 +2,560 0000 1010 0 0 0 1010 00
누적기3 0001 1001 0001 1111 +6,431 0001 1001 0 0 1 1001 00
누적기4 1111 1101 0001 1010 -742 0000 0010 1 1 1 1101 00
< 시뮬레이션 1 >
12 채널, 각 채널당 16탭, 16 비트 누적기, 8비트 다운 스케일링, 버퍼 타임 3.747ms, 샘플타임 2.34ms(버퍼 타임/FFT-point수), 27번 SV(space vehicle No.), +3kHz 도플러 주파수, 1/2chip 해상도, 16포인트 FFT 조건으로 시뮬레이션한 결과 peak가 발생한 상관기인 Tap15의 상관 적분값에 대한 FFT 결과값과 오차는 다음 표 4와 같다.
Tap번호 point 번호 종래방식 fft 결과 본 발명의 fft 결과 오차 오차율(%)
15 0 24880 25071 191 0.77
1 7182 7210 28 0.39
2 7422 7384 -38 -0.51
3 5261 5264 3 0.06
4 4617 4696 79 1.71
5 3764 3723 -41 -1.09
6 4753 4759 6 0.13
7 1742 1702 -40 -2.30
8 4252 4247 -5 -0.12
9 5450 5447 -3 0.06
10 5532 5510 -22 0.40
11 3451 3423 -28 0.81
12 5231 5205 -26 0.50
13 5321 5337 16 0.30
14 8044 8002 -42 0.52
15 21982 21975 -7 0.03
도 6의 시뮬레이션 1의 그래프를 보면 기존방식과 본 발명의 다운 스케일링 방식 모두에서 채널 5, 탭 15의 포인트 0에서 피크가 발생한다. 즉 다운 스케일링 방법을 사용하여도 피크의 위치를 정확히 찾아냄을 알 수 있다. 다운 스케일링 방법을 사용하였을 때 각각의 FFT 결과값들의 오차도 대략 2% 내외이기 때문에 동기포착 동작에 영향을 미치지 않는다.
< 시뮬레이션 2 >
12 채널, 각 채널당 16탭, 16 비트 누적기, 8비트 다운 스케일링, 버퍼 타임 3.747ms, 샘플타임 2.34ms(버퍼 타임/FFT-point수), 27번 SV(space vehicle No.), +3kHz 도플러 주파수, 1/4chip 해상도, 16포인트 FFT 조건으로 시뮬레이션한 결과 peak가 발생한 상관기인 Tap14의 상관 적분값에 대한 FFT 결과값과 오차는 다음 표 5와 같다.
Tap번호 point 번호 종래방식 fft 결과 본 발명의 fft 결과 오차 오차율(%)
14 0 24880 25084 204 0.82
1 7182 7229 47 0.65
2 7422 7406 -16 -0.22
3 5261 5286 25 0.48
4 4617 4716 99 2.14
5 3764 3725 -39 -1.04
6 4753 4737 -16 0.34
7 1742 1680 -62 -3.56
8 4252 4226 -26 -0.61
9 5450 5435 -15 0.28
10 5532 5503 -29 0.52
11 3451 3487 36 1.04
12 5231 5218 -13 -0.25
13 5321 5360 39 0.73
14 8044 8024 -20 -0.25
15 21982 21972 -10 -0.05

도 7의 시뮬레이션 1의 그래프를 보면 기존방식과 본 발명의 다운 스케일링 방식 모두에서 채널 7, 탭 14의 포인트 0에서 피크가 발생한다. 즉 다운 스케일링 방법을 사용하여도 피크의 위치를 정확히 찾아냄을 알 수 있다. 1/4 chip 해상도를 적용한 경우에서 다운 스케일링 방법을 사용하였을 때 각각의 FFT 결과값들의 오차도 대략 2% 내외이기 때문에 동기포착 동작에 영향을 미치지 않는다.
따라서, 16비트 데이터를 본 발명의 다운 스케일링 알고리즘에 의해 8비트 어림수로 저장하여도 동기포착을 정확하게 수행할 수 있으면서도 메모리 사이즈를 대폭적으로 줄일 수 있음을 알 수 있다.
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.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 복수의 누적기들로부터 제공되어 메모리에 저장되는 상관 적분값들의 모든 비트를 저장하는 것이 아니라 복수의 누적기들의 상관 적분값들의 절대값 크기 비율을 최대한 유지하면서 스케일 팩터에 따라 어림수로 비트 다운스케일링하여 저장함으로써 동기포작 동작에 영향을 주지않으면서도 메모리 저장용량을 대폭적으로 줄일 수 있어서 지피에스 수신기의 하드웨어 설계를 용이하게 하고 경박단소화를 가능하게 한다.

Claims (14)

  1. 수신된 신호와 복제된 신호 사이의 (서로 다른 지연특성에 따른) 복수의 상관값들을 구하고 구해진 복수의 n 비트 상관 적분값들을 복수의 m(n > m) 비트 데이터로 비트 다운 스케일링하는 방법에 있어서,
    절대값 생성기에서, 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들의 상위 n-m+1 비트 어림 절대값들을 생성하는 단계;
    최대값 검출기에서, 상기 생성된 n-m+1 비트 어림 절대값들로부터 최대값을 검출하는 단계;
    스케일 판단기에서, 상기 최대값의 유효비트의 위치에 따라서 스케일 레벨을 판정하는 단계;
    다운 스케일링 처리기에서, 상기 판정된 스케일 레벨에 응답하여 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들을 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 단계를 구비하되, 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들 각각에서 사인비트 및 상기 유효비트로부터 하위자리 방향으로 m-1 비트를 선택하여 상기 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 생성된 n-m+1 비트 어림 절대값들로부터 최대값을 검출하는 단계는 n-m+1 비트 어림 절대값들을 비트단위 논리합 연산에 의해 최대값을 검출하는 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스케일 레벨은
    상기 검출된 n-m+1 비트의 검출된 최대값의 최상위 자리로부터 처음 나오는 비트 '1', 즉 유효 비트의 위치에 따라 n-m+1 개의 레벨을 가진 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 다운 스케일링된 m 비트 데이터는
    n 비트 상관 적분값의 사인 비트와 유효 비트로부터 하위 자리 방향으로 m-1 비트를 포함한 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  6. 제1항 및 제3 항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 n은 16이고 m은 8인 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  7. 제1항에 있어서, 방법은
    메모리 컨트롤러에서, 상기 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 상기 판정된 스케일 레벨을 메모리에 저장하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링방법.
  8. 수신된 신호와 복제된 신호 사이의 (위상차에 따른) 복수의 상관값들을 구하고 구해진 복수의 n 비트 상관 적분값들을 복수의 m(n > m) 비트 데이터로 비트 다운 스케일링하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 n 비트 상관 적분값들의 n-m+1 비트 어림 절대값들을 각각 생성하는 절대값 생성수단;
    상기 생성된 n 비트 어림 절대값들중 최대값을 검출하는 최대값 검출수단;
    상기 검출된 최대값의 유효비트의 위치에 따라서 스케일 레벨을 판정하는 스케일 판단수단;
    상기 판정된 스케일 레벨에 응답하여 상기 복수의 n 비트 상관 적분값들을 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링 수단을 구비하되, 상기 다운 스케일링 수단은 상기 n 비트 상관 적분값들 각각에서 사인비트 및 상기 유효비트로부터 하위자리 방향으로 m-1 비트를 선택하여 상기 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 절대값 생성수단은
    상기 n 비트 상관 적분값들의 부호비트가 음수인 경우에, 최상위 비트로부터 m-1 자리까지 n-m+1 비트들을 비트단위 부정 또는 비트단위 1의 보수를 생성하는 논리연산기인 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스케일 판단수단은
    상기 n-m+1 비트의 검출된 최대값의 유효 비트의 위치에 따라 다운 스케일링이 전혀 이루어지지 않는 '0' 레벨에서부터 최대 n-m 비트만큼 다운 스케일링하는 하는 n-m 레벨까지를 스케일 팩터로 하여 룩업 테이블을 구성한 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 장치는
    상기 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 대응하는 스케일링 팩터를 저장하는 저장수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 n-to-m 비트 다운 스케일링장치.
  12. 상관부에서, 할당된 채널을 통하여 신호를 수신하는 단계;
    상기 상관부에서, 서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 상기 수신된 신호 사이의 상관값을 각 상관기마다 구하는 단계;
    상기 상관부에서, 상기 각 상관기마다 상기 상관값을 일정 시간동안 적분하여 적분값들을 생성하는 단계;
    다운 스케일링부에서, 상기 적분값의 n 비트 데이터를 판단된 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 단계(상기 스케일 레벨은 상기 각 적분값의 어림 절대값들 중 최대값의 유효 비트의 위치에 따라서 판정되고, 상기 다운 스케일링부는 상기 각 적분값의 사인비트 및 상기 유효비트로부터 하위자리 방향으로 m-1 비트를 선택하여 상기 m 비트 데이터로 다운 스케일링함);
    메모리 제어부에서, 상기 m 비트 데이터를 메모리에 저장하는 단계;
    최대값 산출부에서, 상기 저장된 m 비트 데이터를 리드하여 스케일 레벨에 응답하여 n 비트 데이터로 복원하는 단계; 및
    상기 최대값 산출부에서, 상기 복원된 n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환하여 그 결과값으로 상관 최대값을 구하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 지피에스신호의 동기포착방법.
  13. 서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 수신신호 사이의 상관값을 구하는 복수의 상관기들;
    상기 상관기들 각각의 상기 상관값을 일정 시간동안 적분하여 적분값들을 생성하는 복수의 적분기들;
    상기 적분값의 n 비트 데이터를 판정된 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링 수단(상기 스케일 레벨은 상기 각 적분값의 어림 절대값들 중 최대값의 유효 비트의 위치에 따라서 판정되고, 상기 다운 스케일링 수단은 상기 각 적분값의 사인비트 및 상기 유효비트로부터 하위자리 방향으로 m-1 비트를 선택하여 상기 m 비트 데이터로 다운 스케일링함);
    상기 m 비트 데이터를 저장하는 메모리;
    상기 저장된 m 비트 데이터를 리드하여 스케일 레벨에 응답하여 n 비트 데이터로 복원하고, 상기 복원된 n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환하여 그 결과값으로 상관 최대값을 산출하는 최대값 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 지피에스신호의 동기포착장치.
  14. 지피에스 신호를 수신하는 고주파 수신부;
    서로 다른 지연특성을 가진 복수의 복제된 신호들 각각과 상기 지피에스 수신신호 사이의 상관적분값인 n 비트 데이터를 발생하는 상관부;
    상기 상관부의 n 비트 데이터를 판정된 스케일 레벨에 응답하여 m 비트 데이터로 다운 스케일링하는 다운 스케일링(상기 스케일 레벨은 상기 각 적분값의 어림 절대값들 중 최대값의 유효 비트의 위치에 따라서 판정되고, 상기 다운 스케일링부는 상기 각 적분값의 사인비트 및 상기 유효비트로부터 하위자리 방향으로 m-1 비트를 선택하여 상기 m 비트 데이터로 다운 스케일링함);
    n 비트 데이터를 고속 푸리에 변환하여 그 결과값을 산출하는 고속 푸리에 변환부;
    상기 다운 스케일링된 m 비트 데이터와 고속 푸리에 결과값을 저장하는 메모리부;
    상기 메모리부와 다운스케일링부 및 고속푸리에 변환부 사이의 데이터 전송을 제어하는 메모리 제어부; 및
    상기 각 부를 제어하고, 상기 메모리에 저장된 고속 푸리에 결과값으로 상관 최대값을 산출하여 상기 상관부의 동기포착을 제어하는 시스템 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 지피에스 수신장치.
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