일본의 Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) Centimeter Level Augmentation System (CLAS)은 Precise Point Positioning–Real-Time Kinematic (PPP-RTK) 기술을 지원하는 상용 위성기반 정밀 보강 시스템 으 로, 일본 전역에 센티미터급 정밀 측위 서비스를 제공한다. QZSS CLAS는 오차 요소별 보정정보를 전역 보정정보(common correction)와, 지역 보정정보(local correction)로 구분하여 제공하며, 일반적으 로 위성 관련 오차 성분은 사용자 위치와 무관하게 전역에 동일한 값으로 제공되어야 한다. 그러나 QZSS CLAS의 경우 위성 위상 바이어스를 네트워크별 지역 보정정보로 제공하고 있으며, 해당 오차 성분 은 위성뿐만 아니라 주파수별로도 상이하므로 전체 메시지 중 높은 데이터 비율을 차지하고 있다. 이러한 구조는 PPP-RTK의 핵심 장점인 대역폭 효율성을 저하시킬 수 있으며, 위성군 및 네트워크 확장 시 서 비스 확장성을 제한할 수 있다. 이를 개선하기 위해 본 논문의 선행연구에서는 L1 주파수와 다른 주파수 간 위상 바이어스 차이를 전역 공통 값으로 제공하는 Common Inter-Frequency Phase Bias (IFPB) 포 맷을 제안함으로써 데이터 전송 효율을 향상시키는 방안을 제안한 바 있다. 그러나 기준국 분포가 협소할 경우 위성 궤도 오차가 정밀하게 추정되지 않을 수 있으며, 보정정보 추정 시 남은 잔여오차가 위성 위상 바이어스 내에 포함될 가능성이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 위성 궤도 잔여오차가 Common IFPB 형식의 보정정보에 미치는 영향을 수식적으로 분석하고, 네트워크별 적용 시 정확도 변화와 성능 저하를 실증적으로 평가한다.

Performance Analysis of Common IFPB Format for Optimizing Bandwidth Efficiency of Satellite Phase Bias in PPP-RTK

Yebin Lee, Yongrae Jo, Jaeyoung Song, Sul Gee Park, Sang Hyun Park, Byungwoon Park*

The Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) Centimeter Level Augmentation System (CLAS) is a satellite-based precise augmentation system that supports Precise Point Positioning–Real-Time Kinematic (PPP- RTK) technology. QZSS CLAS provides GNSS correction data for each component as globally common corrections or network-specific local corrections. Typically, satellite-related error components should be estimated independently of user location and thus provided as global common values. However, in QZSS CLAS, satellite phase biases are provided as local corrections. Since these errors depend on both the satellite and the signal frequency, they account for a substantial portion of the overall message bandwidth. This approach can diminish one of PPP-RTK’s key advantages, its bandwidth efficiency, and potentially limit the scalability of services as satellite constellations and coverage areas expand. To address this issue, our previous study proposed the Common Inter-Frequency Phase Bias (IFPB) format, which transmits the phase bias differences between the L1 frequency and other frequencies as a global common value, thereby enhancing data bandwidth efficiency. However, when measurements used to generate corrections are collected from a geographically limited distribution of reference stations, orbit errors might be estimated less precisely, and residual errors in the orbit corrections can be absorbed into the satellite phase biases. Therefore, this study analytically investigates the impact of residual orbit errors on the Common IFPB corrections and empirically evaluates the performance degradation across different networks.

Keywords: GNSS, PPP-RTK, QZSS CLAS, bandwidth efficiency

Speaker 이예빈 세종대학교