본 논문에서 우리는 새로운 신호 변조 기법인 차세대 Global Navigation Satellite System (GNSS)를 위한 Variable Binary Offset Carrier (V-BOC)에 대해 제안한다. 제안하는 변조 기법은 구형파를 사용하여 신호의 중간 주파수를 천이 시키는 효 과를 부여하는 BOC 신호와 시간에 따라 주파수를 증가 또는 감소하는 chirp 신호를 기반한다. 제안하는 변조기법에서 적 절한 내부 파라미터 설정으로 변조한 V-BOC 신호의 자기상관함수(ACF) envelope은 기존의 신호 변조기법으로 생성된 신 호들의 ACF envelope보다 매우 첨예하고 secondary peak의 레벨이 매우 낮은 특성을 갖는다. 이러한 특성으로 GNSS 수 신기는 도시지역에서 발생하는 다중채널 환경에서 acquisition과 tracking 단계의 코드 지연 에러를 대폭 낮출 수 있다. 게다 가, 차세대 GNSS 신호는 기존 대역에 진입할 때, 이미 자리하고 있는 신호들로부터 간섭 영향을 받을 가능성이 매우 높 다. 같은 대역을 공유하는 기존 신호들은 신호 간의 간섭 영향을 줄이기 위해 BOC 신호를 사용하여 중간 주파수를 천이 시켜 간섭 영향을 피하고 있다. 그러나 제안하는 기법에서 생성된 신호는 기존 신호들과 달리 일정 짧은 시간 동안 BOC 신호의 주파수를 변화시켜 신호 수집 시간 동안 같은 주파수를 공유하는 시간이 매우 짧아 간섭의 영향이 매우 작다. 이를 증명하기 위해, 우리는 기존 신호들과 V-BOC 신호의 Multipath Error Envelope을 생성하여 다중경로 채널에서 성능을 확인 하고, L1 대역의 신호들을 V-BOC 신호와 Spectral Separation Coefficient (SSC)를 계산하여 간섭 영향을 분석한다. 우리는 이러한 비교 결과를 통해 제안하는 기법이 차세대 GNSS로서 다중경로 채널에서 강인하고, 기존 대역에 제안하는 신호가 진입할 때 간섭 영향이 매우 적음을 입증한다.

Variable BOC Modulation Technique and Performance Analysis for Next-Generation GNSS

Sangjae Cho, Taeseon Kim, Seung-Hwan Chung, Sanguk Lee, Seung-Hyun Kong*

In this paper, we propose a novel signal modulation technique, Variable Binary Offset Carrier (V-BOC) for next-generation Global Navigation Satellite System (GNSS). The proposed modulation technique is based on the BOC signal that shifts the center frequency of the signal using a square wave and the Chirp signal that changes the frequency of the carrier wave over time, which discretely increases and decreases the frequency of the BOC signal over time. The auto-correlation (ACF) envelope of the V-BOC signal that is generated by selecting an adequate internal parameter in the proposed modulation technique shows a much sharper main lobe and a smaller secondary lobe than the conventional modulation technique’s envelopes such as Binary Phase Shift Keying (BPSK) and BOC signals. This characteristic can reduce the possibility of the receiver estimating erroneous code-locks in a signal tracking step in a multipath channel environment in an urban area where the time difference between Line of Sight (LOS) and None Line of Sight (NLOS) is very short. In addition, next-generation GNSS signals are highly likely to be affected by interference from numerous GNSS signals occupying the same band. Since the center frequency of the modulated signal is shifted by changing the frequency of the BOC signal according to time, the interference effect of other GNSS signals sharing the same band is very small. We use the Early-Late (EL) Discriminator, which is widely used in conventional receivers, to compare BPSK, BOC technique with code-lock performance to prove robustness in multipath environment. Moreover, we analyze Spectral Separation Coefficient (SSC) with signals in L1 band for interference effects from other GNSS signals.

Speaker 조상재 한국과학기술원