위성항법 시스템은 일반적인 무선전송시스템과 달리 동일한 주파수에 서로 다른 길이와 시퀀스를 가지는 확산부호로 대역확산된 복수개의 신호를 동시에 전송하며, 동일 위상을 가지는 신호들은 서로 다른 칩 펄스 파형으로 변 조한다. 위성항법 신호의 생성과 수신의 복잡도를 낮추기 위해 대부분의 칩 펄스는 기저대역에서의 절대값이 1개의 값을 갖는 이진위상 (bi-phase) 파형을 가진다. 위성항법 탑재체의 동작환경특성 상 가용전력과 탑재체의 무게 및 부피에 많은 제약이 가해지며, 고출력증폭기의 효율을 최대화하기 위하여 위성항법 신호는 고출력증폭기 입력단에서 상수포락선 (constant envelope)을 가지도록 설계된다. 즉, 동일한 주파수 대역에 전송되는 복수개의 신호 에 대한 다중화기 출력 신호의 샘플 값이 일정한 크기 (magnitude)를 가진다. 그러나, 다중화 대상 신호의 개수가 3개 이상인 경우에는 다중화 대상 신호만의 선형결합으로는 상수포락선을 가질 수 없으며, 상수포락선을 가지도 록 임의로 변형하는 다양한 기법이 연구되어왔다. 본 논문에서는 다중화 대상 신호 외에 다중화 대상 신호간 교차변조 (intermodulation)를 선형결합한 형태의 상수포락선 다중화 방식을 다룬다. 세 개의 동일 전력 이진위상 신호 를 상수포락선 다중화하는 경우에는 신호들의 선형결합으로 구현 가능한 상수포락선 다중화는 달성 가능한 다중화 전력효율이 75%를 넘지 못한다. 그러나, 대부분의 경우 상수포락선 다중화 대상 신호들은 각각의 목적과 서비 스 특성에 따라 서로 다른 신호방식과 파라미터를 가질 수 있으며, 각 신호의 전력은 서비스별 데이터 전송률과 요구 전송성능에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 본 논문에서는 3개의 이진위상 신호를 위한 간단한 상수포락선 다중 화 방식을 제안하고, 다양한 신호별 전력 구성에 대한 예를 제공한다. 본 논문에서 제시되는 상수포락선 다중화 방식은 이진위상을 가지는 어떠한 형태의 신호들에 대해서도 적용 가능하며, 매우 낮은 복잡도로 구현 가능하다.

Design of Constant Envelope Multiplexing as a Linear Combination of Three Bi-Phase Signals and Their Intermodulation

Hyoungsoo Lim*, Sang Uk Lee

Unlike usual wireless transmission systems, a satellite navigation system simultaneously transmits a plurality of spread-spectrum signals with spreading codes of different lengths and sequences at the same frequency and the signals having the same phase are modulated with different chip pulse waveforms. In order to reduce the complexity of the transmitters and the receivers for the satellite navigation signals, most chip pulses have bi-phase waveforms with a single magnitude in the baseband. Since the available power, weight, and volume are strictly restricted due to the operating environment of a satellite navigation payload, the satellite navigation signal is designed to have a constant envelope at the input of the high-power amplifier that the amplifier can run at its maximum efficiency. That is, the multiplexer output samples for the signals in a frequency band have a constant magnitude. However, when three or more signals are multiplexed, it is impossible to have a constant envelope by a simple linear combination of only the signals and various techniques have been studied for arbitrary transformation to constant envelope. In this paper, a constant envelope multiplexing scheme is designed which consists of a linear combination of the signals to be multiplexed as well as their intermodulation. In the case of constant envelope multiplexing of three equal power bi-phase signals, the power efficiency of constant envelope multiplexing cannot exceed 75% using a linear combination of the signals and their intermodulation. However, in most practical cases, the signals to be multiplexed may have different signaling schemes and parameters according to their respective purposes and service characteristics and, thus, the signal powers can be different according to their data rates and the required transmission performance for each service. In this paper, a simple constant envelope multiplexing scheme for three bi-phase signals is presented along with the examples for various signal power compositions. The proposed scheme can be applied to any bi-phase signals and implemented at very low complexity.

Keywords: KPS, constant envelope multiplexing, power efficiency

Speaker 임형수* 한국전자통신연구원