Long spreading code and various modulation techniques are used in the next generation Global Navigation Satellite System (GNSS) to improve positioning performance and to reduce inter-GNSS interference. However, the signal acquisition process of a GNSS receiver can take longer time and require additional hardware resources as compared to legacy Global Positioning System receivers. Moreover, in the next-generation GNSS environment, a large number of satellites are visible due to their increased increased number. Fast acquisition of strong signals is therefore a more important issue than the acquisition of weak signals in outdoor environments for the next-generation GNSS.
To deal with this problem, this paper presents a two-dimensional compressed correlator (TDCC) technique for fast, low-computational acquisition of next generation GNSS signals. In the proposed TDCC technique, signal power in neighboring code phase hypotheses and Doppler frequency hypotheses can be coherently combined and reduce the total number of hypotheses to test. TDCC techniques for serial search schemes and parallel search schemes are respectively proposed, and TDCC techniques for binary phase shift keying modulated signal and binary offset carrier modulated signals are also respectively proposed.
The performance of the proposed techniques has been analyzed and demonstrated with various simulations. To minimize the mean acquisition time (MAT) and mean acquisition computation (MAC) for the TDCC, optimal detection thresholds are obtained and analyzed via a numerical evaluation for widely used detection strategies, such as threshold crossing (TC), maximum threshold crossing (MTC), and maximum-to-second-maximum-ratio (MTSMR), in the serial and parallel search schemes. It has been shown that the proposed technique has strong advantages over the conventional acquisition techniques in high carrier-to-noise-density ratio ($C/N_0$). Since there are a number of satellite signals arriving at a receiver with high $C/N_0$ (i.e., $C/N_0$ > 44dB-Hz) in most outdoor environments, the proposed technique can be useful for receivers with limited computational resources to quickly acquire the next generation GNSS signals using long Pseudo-random-noise code.
본 논문에서는 신속하고 계산량이 적은 GNSS 신호 획득 기술이 제안되었다. 제안된 압축 상관기 기반 탐지 기술은 실제 가설에 이웃하는 코드 가설 및 도플러 주파수 가설에 무시할 수 없는 에너지가 분포한다는 사실에 기반하여 제안되었다. 제안된 기술은 신호 대 잡음비의 손실을 최소화하면서 이웃하는 가설들을 결합 가능하도록 가설을 압축한다. 가설을 압축하여 탐색해야 하는 총 가설의 수를 줄임으로써 빠른 신호 획득이 가능하게 한다.
제안된 기술은 BPSK 및 BOC 복조 신호에 대해 제안되었으며 또한 직렬 탐색기술 및 FFT기반의 병렬 탐색 기술의 형태로 제안되었다. 제안된 기술의 성능이 분석되었고, 그 성능의 우수성이 기존 기술들과 비교되어 증명되었다. 제안된 기술은 좋은 신호 대 잡음비 환경에서 기존 기술보다 50\% 이상의 신호 획득 시간을 감소시켰으며 또한 50\% 이상의 획득 계산량을 감소시켰다.
제안된 기술의 신호 획득 시간 및 획득 계산량에 대하여 최적의 탐지 임계치를 구하기 위하여 여러가지 탐지 전략에 대한 분석이 이루어졌다. 제안된 기술의 성능이 탐지 임계치, 신호 대 잡음비, 압축률에 의존하기 때문에 각 신호 대 잡음비와 압축률에 대하여 최적의 탐지 임계치가 결정되었으며 최적의 탐지 임계치로부터 얻어진 신호 획득 시간 및 획득 계산량은 일정 오경보 확률 방법을 기반으로 얻어진 값보다 적은 것을 확인하였다.
위성 시스템이 차세대 GNSS로 발전되어 가면서 위성의 수가 증가하여 대부분의 외부 환경에서는 신호 대 잡음비가 좋은 환경의 신호가 많이 존재하게 되며, 따라서 제안된 기술은 한정된 하드웨어의 수신기에서 매우 유용하게 적용될 수 있다. 특히 긴 PRN 코드를 사용하는 차세대 GNSS에서는 제안된 기술이 더욱 유용하게 될 것이다.
