KR20030067865A

KR20030067865A - 차량용 지피에스 중계기

Info

Publication number: KR20030067865A
Application number: KR1020020007355A
Authority: KR
Inventors: 김동철; 김영집; 김정현
Original assignee: 주식회사 웨이브컴테크놀로지
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-19

Abstract

본 발명은 차량용 지피에스(GPS: Global Positioning System) 중계기(Repeater)에 관한 것으로서 특히, GPS 인공위성으로부터 수신되는 신호를 증폭한 후, 특정한 신호만을 필터링하여 재전송하도록 하는 것으로서, 차량 내부 또는 기타 음영지역에 설치되어 GPS 신호를 중계하기 위한 것으로서, GPS 인공위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 수신안테나(100)와; 상기 GPS 수신안테나(100)로 수신된 신호를 증폭하는 증폭회로(200)와; 상기 증폭회로(200)의 일측단 또는 양단에 설치되어 특정한 신호만을 필터링하는 밴드 패스 필터(300)와; 상기 증폭되고 필터링된 신호를 재전송하는 GPS 송신안테나(400)로 구성되어, 일반적으로 수신레벨이 낮은 GPS 신호를 수신함에 있어서, 차량의 내부 또는 기타 음영지역 등 사용자가 어느 장소에 있든지 수신할 수 있도록 하여, 사용자가 정확한 위치정보를 수신할 수 있도록 하고, 특히 운전시에 만일의 사고에 대비할 수 있도록 하는 것이다.

Description

차량용 지피에스 중계기 {Global positioning system Repeater for vehicles}

본 발명은 차량용 지피에스(GPS: Global Positioning System) 중계기(Repeater)에 관한 것으로서 특히, GPS 인공위성으로부터 수신되는 신호를 증폭한 후, 특정한 신호만을 필터링하여 재전송하도록 함으로써, 일반적으로 수신레벨이 낮은 GPS 신호를 수신함에 있어서, 차량의 내부 또는 기타 음영지역 등 사용자가 어느 장소에 있든지 수신할 수 있도록 하여, 사용자가 정확한 위치정보를 수신할 수 있도록 하고, 특히 운전시에 만일의 사고에 대비할 수 있도록 하는 차량용 지피에스 중계기에 관한 것이다.

지피에스(GPS)란 Global Positioning System의 줄임말로 지구 궤도상에 떠있는 인공위성을 이용하여 언제, 어디서나, 날씨 등에 상관없이 정확한 위치와 시각을 알려주는 시스템이며 위성 위치 확인 시스템이라고도 한다.

GPS는 위성에서 보내주는 항법 메시지를 받아 수신기에서 위치를 계산함으로써 위치를 파악하게 되는데, 지구 어디에서나 항상 4개 이상의 위성이 시계(視界) 내에 있도록 배치되기 때문에, 이용자는 이들 위성 중에서 적당한 4개를 선택하여그것들로부터의 시각(時刻) 신호를 수신하여 각각의 거리를 측정하게 된다.

상기 4개 위성의 위치는 알려져 있으므로, 이 측정에서 이용자의 위도, 경도, 고도의 3차원의 위치와 시계(時計)의 시각 편차를 알 수 있다.

위성으로부터의 송신 주파수는 L1(1,575.42MHz)과 L2(1,227.6MHz)의 2파이며, 항법 신호는 50 bps(1초에 50bit를 보내는 속도)의 항법 정보를 포함한 CDMA(Code Division Multi Access) 방식을 사용한다.

즉, 수신기에서는 자신이 받은 신호가 어떤 위성으로부터 왔는지를 알아야 하는데 각 위성에서 모두 똑같은 주파수로 각자의 데이터를 실어 보내기 때문에 주파수로 구분이 불가능하며 각 위성마다 부여된 독립적인 ID를 가지고 파악하게 되는 것이다.

수신기는 모든 위성의 ID를 다 가지고 있으면서 신호가 들어오면 가지고 있는 여러 ID중 서로 맞는 ID를 찾아내게 되며 이로부터 항법 데이터를 얻게 되고 위치를 계산하게 된다.

각 위성은 두 가지의 다른 주파수 L1과 L2를 동시에 발생시키는데 이 두 반송파(Carrier)에 중첩되는 정보는 PRN(Pseudo-Random Noise) 코드와 항법 메시지(Navigation Message)로 이루어져 있다. 이 PRN 코드는 다시 P 코드(Precise code)와 C/A(Coarse Acquisition) 코드로 나누어지는데 C/A코드는 민간신호라고도 하며 특별히 허락 받지 않은 개인이나 단체도 이용할 수 있으나 P 코드는 암호화가 되어 있어 이용하기 위해서는 허가가 필요하다. L1 반송파에는 C/A와 P코드가 실려있고, L2 반송파에는 P코드만 실려있다.

상기와 같은 GPS는 많은 부분에 응용이 되고 있는데, 핸드폰과 같은 모바일(mobile) 통신분야에서는 지도와 함께 자신의 위치를 보여주고 근처의 여러 교통, 쇼핑, 식당 등의 정보가 제공되며, 또한 생명을 구하는 위급한 상황에서도 활용되고 있으며, 자동차 안에 부착된 네비게이터를 통해 가고자 하는 곳의 위치를 찾아갈 수 있도록 하는 자동차 네비게이션 시스템에도 이용되고 있고, 이 외에도 군사용, 항공운항 제어 등에 많이 응용이 되고 있다.

한편, 최근 미국의 911 테러의 영향으로 인해 GPS를 통한 위치확인의 이용이 급격히 증가하고 있고, 실제로 2002년부터 미국에서 판매되는 핸드폰(cellular phone)에서는 GPS의 장착이 의무화되고 있다.

그러나, 일반적으로 GPS 위성들로부터 수신되는 L1 반송파(1,575.42 MHz)는 수신 레벨이 약 -133 dBm 정도로 거의 잡음 수준에 가까워 위성이 가려진 차량 안이나 건물 내에서는 위성신호를 받을 수 없어, 사용자의 위치확인이 불가능하게 되어 만일의 사태에 대처하지 못하고 큰 재난으로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 일반적으로 수신레벨이 낮은 GPS 신호를 수신함에 있어서, 소형 및 저전력의 중계기를 장착함으로써, 차량의 내부 또는 기타 음영지역 등 사용자가 어느 장소에 있든지 수신할 수 있도록 하여, 사용자가 정확한 위치정보를 수신할 수 있도록 하고, 특히 운전시에 만일의 사고에 대비할 수 있도록 하는 차량용 지피에스 중계기를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 차량 내부 또는 기타 음영지역에 설치되어 GPS 신호를 중계하기 위한 것으로서, GPS 인공위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 수신안테나와; 상기 GPS 수신안테나로 수신된 신호를 증폭하는 증폭회로와; 상기 증폭회로의 일측단 또는 양단에 설치되어 특정한 신호만을 필터링하는 밴드 패스 필터와; 상기 증폭되고 필터링된 신호를 재전송하는 GPS 송신안테나로 구성함으로써 달성된다.

도 1은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 블럭도,

도 2는 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 회로도,

도 3은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 증폭도를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 출력단에서의 임피던스 정합

정도를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 입력단에서의 임피던스 정합

정도를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 증폭도와 잡음특성을 나타내는

그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : GPS 수신안테나 200 : 증폭회로

210 : 제 1증폭부 220 : 제 2증폭부

230 : 레귤레이터 240 : 정합부

300 : 밴드 패스 필터 400 : GPS 송신안테나

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 회로도로서, 본 발명은, 차량 내부 또는 기타 음영지역에 설치되어 GPS 신호를 중계하기 위한 것으로서, GPS 인공위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 수신안테나(100)와; 상기 GPS 수신안테나(100)로 수신된 신호를 증폭하는 증폭회로(200)와; 상기 증폭회로(200)의 일측단 또는 양단에 설치되어 특정한 신호만을 필터링하는 밴드 패스 필터(band pass filter: 300)와; 상기 증폭되고 필터링된 신호를 재전송하는 GPS 송신안테나(400)로 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기 밴드 패스 필터(300)는 GPS 신호 중에서 L1 반송파(1,575.42 MHz)만을 필터링하여 전송하도록 하며, 이 L1 반송파에는 민간신호라고도 하는 C/A 코드와 암호화 되어있는 P 코드가 실려있다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 증폭회로(200)는, 저잡음 증폭을 위한제 1증폭부(210)와; 상기 제 1증폭부(210)에서 잡음이 제거되는 동시에 증폭된 신호를 상대적으로 크게 증폭하기 위한 제 2증폭부(220)와; 상기 제 1증폭부(210)와 제 2증폭부(220)에 안정된 전원을 공급하는 레귤레이터(230)로 구성되며, 이는 LNA (low noise amplifier: 저잡음 증폭기)라고도 한다.

또한, 상기 제 1증폭부(210)와 제 2증폭부(220) 사이에는, 마이크로 스트립라인과 캐패시터가 직렬 연결된 정합부(240)를 구성하여, 제 1증폭부(210)와 제 2증폭부(220) 사이를 정합시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제 1증폭부(210)는, 증폭기(트랜지스터)의 입력단과 출력단 사이에, 캐패시터와 마이크로 스트립라인과 저항이 직렬로 연결되어 피드백(feedback) 되도록 하는 궤환부(211)를 구성함으로써, 광대역 특성 및 안정화를 실현하도록 하는 것이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기를 이용한 측정 데이터를 나타내는 도로서, 이하, 상기 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 각 위성들로부터 오는 미약한 신호가 GPS 수신안테나(100)로 수신된다. 상기 GPS 수신안테나(100)를 거친 신호는 증폭회로(200)로 들어오게 되며, 여기에서 제 1증폭부(210)를 거치며 잡음을 크게 낮추고, 제 2증폭부(220)를 거치면서 증폭도를 20 ~ 30 dB 정도 증폭하게 된다.

그리하여 상기 증폭회로(200)를 거쳐 증폭된 신호는 밴드 패스 필터(300)를통하여 원하는 대역의 신호(여기에서는 L1 반송파)만을 가지게 된다.

이후, 원하는 GPS 신호는 GPS 송신안테나(400)를 거쳐 음영지역의 사용자들에게 전송되게 된다.

도 3은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 증폭도(Gain)를 나타내는 그래프로서(그래프의 S21은 입력단(port1)에서 출력단(port2)까지를 나타내는 것을 의미한다.), 도시하는 바와 같이, 주파수 1.57 GHz에서 30.259 dB의 증폭도를 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 신호가 10 dB로 입력되면, 출력은 30 dB를 증폭한 40 dB가 출력되는 것이다.

도 4와 도 5는 각각 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 출력단(신호 출력측의 밴드 패스 필터측)에서의 임피던스 정합 정도와, 입력단(신호 입력측의 밴드 패스 필터측)에서의 임피던스 정합 정도를 나타내는 그래프를 나타내는 것으로, 해당 주파수에서 그 값이 낮을 수록 우수한 정합정도를 나타낸다.

그래프의 값은 리턴 로스(Return Loss)를 나타내는 것으로, 이는 V.S.W.R(voltage standing wave ratio: 전압정재파비)로 나타낼 수 있으며, 도 4에서 보는 바와 같이, Return Loss가 -25 dB이면, V.S.W.R로는 약 1.05 : 1로서(V.S.W.R이 1.0 : 1이면 가장 이상적인 상태로 손실이 전혀 없는 상태를 나타낸다.), 손실이 매우 적은 우수한 정합 정도를 나타내고 있다.

도 5에서 나타내는 입력단의 값은 Return Loss가 -11.5 dB 정도로, V.S.W.R로는 2.0 : 1 정도가 된다.

도 6은 본 발명의 차량용 지피에스 중계기의 증폭도와 잡음특성을 나타내고있으며, 상측의 데이터가 증폭도이고, 하측의 데이터가 잡음특성을 나타내고 있다.

본 발명의 잡음특성의 잡음(noise)은 상기 증폭회로(200)의 제 1증폭부(210)의 잡음이 대부분을 차지하며 이 잡음특성의 값은 상기 제 1증폭부(210) 전단의 밴드 패스 필터(300)의 인서션 로스(Insertion Loss)를 포함한 값이 된다.

상기 밴드 패스 필터(300)는 약 0.6 dB 정도의 Insertion Loss를 가지게 되고, 이는 잡음특성에 그대로 작용하게 된다.

마찬가지로, 증폭도는 약 30 dB 임을 알 수 있고, 이는 상기 도 3의 경우와 일치함을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 일반적으로 수신레벨이 낮은 GPS 신호를 수신함에 있어서, 차량의 내부 또는 기타 음영지역 등 사용자가 어느 장소에 있든지 수신할 수 있도록 하여, 사용자가 정확한 위치정보를 수신할 수 있도록 하고, 특히 운전시에 만일의 사고에 대비할 수 있도록 하는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims

차량 내부 또는 기타 음영지역에 설치되어 GPS 신호를 중계하기 위한 것으로서,

GPS 인공위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 수신안테나와;

상기 GPS 수신안테나로 수신된 신호를 증폭하는 증폭회로와;

상기 증폭회로의 일측단 또는 양단에 설치되어 특정한 신호만을 필터링하는 밴드 패스 필터와;

상기 증폭되고 필터링된 신호를 재전송하는 GPS 송신안테나로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 중계기.
제 1항에 있어서, 상기 밴드 패스 필터는,

GPS 신호 중에서 L1 반송파만을 필터링하도록 함을 특징으로 하는 차량용 지피에스 중계기.
제 1항에 있어서, 상기 증폭회로는,

저잡음 증폭을 위한 제 1증폭부와;

상기 제 1 증폭부에서 잡음이 감소되는 동시에 증폭된 신호를 상대적으로 크게 증폭하기 위한 제 2증폭부와;

상기 제 1증폭부와 제 2증폭부에 안정된 전원을 공급하는 레귤레이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 지피에스 중계기.
제 3항에 있어서, 상기 증폭회로에는,

상기 제 1증폭부와 제 2증폭부 사이에는,

마이크로 스트립라인과 캐패시터가 직렬 연결된 정합부가 추가 구성됨을 특징으로 하는 차량용 지피에스 중계기.
제 3항에 있어서, 상기 제 1증폭부는,

그 입력단과 출력단 사이에, 캐패시터와 마이크로 스트립라인과 저항이 직렬로 연결되어 피드백 되도록 함으로써,

광대역 특성 및 안정화를 실현하도록 함을 특징으로 하는 차량용 지피에스 중계기.