[논문]RF Compatibility Analysis of GNSS and KPS Signals at L6/S-band

Lee, Subin; Han, Kahee; Won, Jong-Hoon

doi:10.11003/jpnt.2021.10.1.21

[국내논문] RF Compatibility Analysis of GNSS and KPS Signals at L6/S-band 원문보기

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.10 no.1, 2021년, pp.21 - 28

Lee, Subin (Autonomous Navigation Lab., Inha University) , Han, Kahee (Autonomous Navigation Lab., Inha University) , Won, Jong-Hoon (Autonomous Navigation Lab., Inha University)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to develop a Korea Positioning System (KPS) as part of key national infrastructure, independent navigation signal design is essential. The designed signal candidates must coexist with existing or planned GNSS signals within the limited frequency band. This requires a RF compatibility assessment, which can be performed using the Spectral Separation Coefficient (SSC) and Effective Carrier to Noise Density Ratio (Effective C/N0), for navigation signals. Thus, in this paper, the analysis of RF compatibility between the designed signal candidates and the existing GNSS signals is carried out based on analytical and numerical techniques.

Keyword

표/그림 (12)

표 Table 1. Test scenario configurations.
그림 Fig. 1. Legacy signal PSD in L6/S band: L6 band (left), S band (right).
그림 Fig. 2. Legacy signal PSD and scenario signal PSD: (a) L6 band, (b) S band.
그림 Fig. 3. Analytical simulator GUI.
그림 Fig. 4. Numerical simulator GUI.
표 Table 2. Spectral separation coefficients in L6 band [dB/Hz]: analytical (numerical).
표 Table 3. Spectral separation coefficients in S band [dB/Hz]: analytical (numerical).
표 Table 4. Equivalent noise density in L6 band [dBW/Hz]: analytical.
표 Table 5. Equivalent noise density in S band [dBW/Hz]: analytical.
그림 Fig. 5. Effective C/N₀ degradation in L6/S band: L6 band (left), S band (right).
그림 Fig. 6. E6 CS effective C/N₀ degradation: E6 CS-B (a), E6 CS-C (b).
그림 Fig. 7. SPS-S effective C/N₀ degradation.

AI 본문요약
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제안 방법

KPS 신호 후보군이 아직 설정되지 않은 이유로 GNSS/KPS 신호 호환성 결과를 확인하기 위해 KPS 신호에 대한 임의의 시나리오를 정의한 후 이에 대해 시뮬레이션을 수행한다. 본 논문에서는 신호의 혼잡도가 크지 않은 L6, S 대역을 기준으로 새로운 신호를 설계하였으며 시나리오로써 기존 항법 신호도 함께 고려한다.
시나리오 중심 주파수 선정을 위해 각 주파수대역에 존재하는 기존 위성 항법 신호의 PSD를 확인하고 비교적 신호 전력이 비어 있는 곳을 파란색 원 A, B, C, D로 표시하였다. 파란색 원을 기준으로, 설계한 신호 전력이 집중되고 1.023 MHz 또는 10.23 MHz의 배수가 될 수 있도록 중심 주파수를 선정한 후 중심 주파수에 따라 BPSK 또는 BOC 변조 기법을 선택하여 기존 위성 항법 신호와의 호환성을 확인하였다. S1 ~ S4는 L6 대역에 대한 시나리오이며, S5 ~ S8는 S 대역에 대한 시나리오이다.

대상 데이터

KPS 신호 후보군이 아직 설정되지 않은 이유로 GNSS/KPS 신호 호환성 결과를 확인하기 위해 KPS 신호에 대한 임의의 시나리오를 정의한 후 이에 대해 시뮬레이션을 수행한다. 본 논문에서는 신호의 혼잡도가 크지 않은 L6, S 대역을 기준으로 새로운 신호를 설계하였으며 시나리오로써 기존 항법 신호도 함께 고려한다. 각 신호들의 특성은 Table 1에 정의하였다.

성능/효과

이론적 및 수치적 SSC 결과는 설계 신호와 간섭신호 사이의 메인 로브가 최대한 겹치지 않으면서 PSD의 유사도가 떨어지는 경우 SSC 값이 작은 값을 가졌다. 이러한 이유로 L6의 B3I 신호가 같은 대역의 E6 CS, E6 PRS 신호와 비교하여 중심 주파수가 상대적으로 멀어 비교적 낮은 SSC 값을 가짐을 확인할 수 있다.
이론적 및 수치적 SSC 결과는 설계 신호와 간섭신호 사이의 메인 로브가 최대한 겹치지 않으면서 PSD의 유사도가 떨어지는 경우 SSC 값이 작은 값을 가졌다. 이러한 이유로 L6의 B3I 신호가 같은 대역의 E6 CS, E6 PRS 신호와 비교하여 중심 주파수가 상대적으로 멀어 비교적 낮은 SSC 값을 가짐을 확인할 수 있다. E6 CS 신호의 경우 다른 신호에 비해 self-SSC가 높고, L6 대역 안에서 가장 높은 SSC 값을 가진다.
E6 CS 신호의 경우 다른 신호에 비해 self-SSC가 높고, L6 대역 안에서 가장 높은 SSC 값을 가진다. 시나리오와 기존 항법신호 간 SSC 값을 비교하였을 때는 1288.980 MHz의 중심 주파수 값을 가지는 S3 및 S4 시나리오가 모든 기존 항법신호에 대해 전반적으로 낮은 SSC 값을 가짐을 확인하였다. 또한, 시나리오에 의한 SSC 값보다 기존 항법신호들 사이의 SSC 값이 더 높음을 확인할 수 있다.
980 MHz의 중심 주파수 값을 가지는 S3 및 S4 시나리오가 모든 기존 항법신호에 대해 전반적으로 낮은 SSC 값을 가짐을 확인하였다. 또한, 시나리오에 의한 SSC 값보다 기존 항법신호들 사이의 SSC 값이 더 높음을 확인할 수 있다. S 대역의 SPS-S의 경우 E6 CS 신호와 동일하게 상대적으로 높은 self-SSC를 가지며, S 대역 내에서 가장 높은 SSC 값을 가진다.
S 대역의 SPS-S의 경우 E6 CS 신호와 동일하게 상대적으로 높은 self-SSC를 가지며, S 대역 내에서 가장 높은 SSC 값을 가진다. S 대역에서 시나리오 신호와 기존 항법신호 간 SSC 값을 비교하였을 때는 BOC 변조기법을 사용하여 비교적 PSD가 기존 항법신호와 겹치지 않는 S7 및 S8 시나리오가 모든 기존 항법신호에 대해 전반적으로 낮은 SSC 값을 가짐을 확인하였다. 이론적 SSC 값과 수치적 SSC 값을 비교하였을 때는 수치적 SSC가 이론적 SSC보다 대체적으로 높았으며, 값의 차이는 있지만 SSC 값이 동일한 양상을 띄우는 것을 알 수 있다.
S 대역에서 시나리오 신호와 기존 항법신호 간 SSC 값을 비교하였을 때는 BOC 변조기법을 사용하여 비교적 PSD가 기존 항법신호와 겹치지 않는 S7 및 S8 시나리오가 모든 기존 항법신호에 대해 전반적으로 낮은 SSC 값을 가짐을 확인하였다. 이론적 SSC 값과 수치적 SSC 값을 비교하였을 때는 수치적 SSC가 이론적 SSC보다 대체적으로 높았으며, 값의 차이는 있지만 SSC 값이 동일한 양상을 띄우는 것을 알 수 있다. 이때, SPS-S의 경우 다른 기존 항법신호나 시나리오 신호에 비해 이론적 SSC와 수치적 SSC 값의 차이가 약 13 dB/Hz로 값의 차이가 큰데 이는 다른 신호들에 비해 SPS-S의 코드 길이가 1023 chip으로 짧은 코드 길이를 갖고 데이터 속도가 25 bps로 매우 낮기 때문이다.
SSC의 경우 설계 신호와 간섭신호 사이의 메인 로브가 최대한 겹치지 않으면서 PSD의 유사도가 떨어지는 경우 SSC 값이 작은 값을 가졌다. L6 대역에서는 E6 CS와 E6 CS 사이의 SSC가 가장 컸으며, B3I와 S1 사이의 SSC가 가장 작았다.
SSC의 경우 설계 신호와 간섭신호 사이의 메인 로브가 최대한 겹치지 않으면서 PSD의 유사도가 떨어지는 경우 SSC 값이 작은 값을 가졌다. L6 대역에서는 E6 CS와 E6 CS 사이의 SSC가 가장 컸으며, B3I와 S1 사이의 SSC가 가장 작았다. S 대역에서는 SPS-S와 SPS-S 사이의 SSC가 가장 컸으며, RS-S와 S5 사이의 SSC가 가장 작았다.
L6 대역에서는 E6 CS와 E6 CS 사이의 SSC가 가장 컸으며, B3I와 S1 사이의 SSC가 가장 작았다. S 대역에서는 SPS-S와 SPS-S 사이의 SSC가 가장 컸으며, RS-S와 S5 사이의 SSC가 가장 작았다. 해석적 SSC와 수치적 SSC 사이의 값 차이는 있었으나 두 시뮬레이션에서 나온 값의 경향이 동일했다.
S 대역에서는 SPS-S와 SPS-S 사이의 SSC가 가장 컸으며, RS-S와 S5 사이의 SSC가 가장 작았다. 해석적 SSC와 수치적 SSC 사이의 값 차이는 있었으나 두 시뮬레이션에서 나온 값의 경향이 동일했다. 단, PRN 길이가 짧거나 데이터 속도가 너무 낮은 경우는 수치적으로 계산한 값과 해석적으로 계산한 값의 차이가 컸다.
해석적 SSC와 수치적 SSC 사이의 값 차이는 있었으나 두 시뮬레이션에서 나온 값의 경향이 동일했다. 단, PRN 길이가 짧거나 데이터 속도가 너무 낮은 경우는 수치적으로 계산한 값과 해석적으로 계산한 값의 차이가 컸다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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