[논문]Time-Division-Multiplexing Tertiary Offset Carrier Modulation for GNSS

Cho, Sangjae; Kim, Taeseon; Kong, Seung-Hyun

doi:10.11003/jpnt.2022.11.3.147

Time-Division-Multiplexing Tertiary Offset Carrier Modulation for GNSS 원문보기

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.11 no.3, 2022년, pp.147 - 156

Cho, Sangjae (Graduate School of Mobility, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , Kim, Taeseon (Graduate School of Mobility, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , Kong, Seung-Hyun (Graduate School of Mobility, Korea Advanced Institute of Science and Technology)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose Time-Division-Multiplexing Tertiary Offset Carrier (TDMTOC), a novel GNSS modulation based on Tertiary Offset Carrier (TOC) modulation. The TDMTOC modulation multiplexes two three-level signals (i.e., -1, 0, and 1) while crossing over time, and is a type of TOC modulation designed specifically for signal multiplexing. The proposed modulation generates TDMTOC subcarriers of two different phases by simply combining two Binary Offset Carrier (BOC) subcarriers by addition or subtraction. TDMTOC has better correlation and spectral properties than conventional BPSK, BOC, and MBOC modulation techniques, and has good power and spectral efficiency since it can multiplex signals without power loss similar to time division multiplexing. To prove this, we introduce the multiplexing process of TDMTOC, and compare TDMTOC with Binary Phase Shift Keying (BPSK), BOC, Composite BOC (CBOC), and Time Multiplexed BOC (TMBOC) that are currently serviced in GNSS by simulations of various aspects. Through the simulation results, we prove that TDMTOC has better correlation property than modulations currently used in GNSS, less intersystem interference due to its wide spectrum property, and robustness in multipath and noise channel environments.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. TDMTOC modulation structure.
그림 Fig. 2. Example of baseband waveforms during 3T_c with D_a(t) and D_b(t)=1.
그림 Fig. 3. Normalized ACF outputs for TDMTOC+(2,1),TDMTOC-(2,1) and all compared modulations.
표 Table 1. Possible baseband waveforms of TDMTOC+(2,1) and TDMTOC-(2,1) during T_c.
그림 Fig. 4. PSD for TDMTOC+(2,1),TDMTOC-(2,1) and all compared
그림 Fig. 5. Comparison of Gabor bandwidth for TDMTOC+(2,1),TDMTOC-(2,1) and all compared moduations with respect to the single sideband bandwidth.
표 Table 2. SSC for TDMTOC+(2,1),TDMTOC-(2,1) and all compared modulations.
그림 Fig. 6. Comparative Performance Ψ of TDMTOC+(2,1),TDMTOC-(2,1) and all compared modulations.
그림 Fig. 7. Tracking error comparison in a two-path channel for TDMTOC+(2,1), TDMTOC-(2,1) and all compared modulations.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서 우리는 새로운 위성 항법 다중화 변조 기법인 TDMTOC를 제안했다. 제안하는 변조 기법은 두 개의 BOC 부반송파의 단순 덧뺄셈으로 합성으로 두 가지의 TDMTOC 신호를 생성하고, 생성된 두 신호를 더하여 TDM과 유사한 방식으로 신호를 다중화 하는 변조 기법이다.

제안 방법

또한, 우리는 TDMTOC가 시분할 다중화 기법과 유사하게 시간에 따라 신호를 교차하기 때문에 2개의 신호를 동위상에서 다중화 하면서 IM을 사용하지 않아 추가적인 전력 손실이 발생하지 않음을 보였다. 그리고, 제안하는 TDMTOC의 우수성을 증명하기 위해, 우리는 TDMTOC를 기존 GNSS 변조 기법들과 상관특성, 스펙트럼, 간섭 영향, 잡음 및 멀티패스 채널 완화 관점에서 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 결과, TDMTOC는 기존 GNSS 변조 기법들보다 상관 특성이 좋고, 시스템간 간섭이 더 적으며 잡음 완화 성능이 우수함을 확인하였다.
우리는 이러한 TDMTOC의 장점들을 TDMTOC에 대한 설명과 시뮬레이션 성능 평가 결과를 기반으로 입증한다.
본 논문에서 우리는 새로운 위성 항법 다중화 변조 기법인 TDMTOC를 제안했다. 제안하는 변조 기법은 두 개의 BOC 부반송파의 단순 덧뺄셈으로 합성으로 두 가지의 TDMTOC 신호를 생성하고, 생성된 두 신호를 더하여 TDM과 유사한 방식으로 신호를 다중화 하는 변조 기법이다. 우리는 TDMTOC 신호 및 부반송파의 파형들을 분석하여 기존 GNSS 변조 기법과 유사하게 매우 간단한 변조 기법임을 보였다.

성능/효과

특히, TDMTOC는 BOC보다 ACF의 주변 피크영향이 적어 다중경로 완화 성능이 비교하는 기존 GNSS 변조 기법들보다 월등히 뛰어났다. 따라서, 우리는 TDMTOC가 매우 실용적이고 효율적임을 입증하며, 기존에 서비스되고 있는 GNSS 변조 기법보다 우수함을 보였다.
우리는 TDMTOC 신호 및 부반송파의 파형들을 분석하여 기존 GNSS 변조 기법과 유사하게 매우 간단한 변조 기법임을 보였다. 또한, 우리는 TDMTOC가 시분할 다중화 기법과 유사하게 시간에 따라 신호를 교차하기 때문에 2개의 신호를 동위상에서 다중화 하면서 IM을 사용하지 않아 추가적인 전력 손실이 발생하지 않음을 보였다. 그리고, 제안하는 TDMTOC의 우수성을 증명하기 위해, 우리는 TDMTOC를 기존 GNSS 변조 기법들과 상관특성, 스펙트럼, 간섭 영향, 잡음 및 멀티패스 채널 완화 관점에서 성능을 비교하였다.
그리고, 제안하는 TDMTOC의 우수성을 증명하기 위해, 우리는 TDMTOC를 기존 GNSS 변조 기법들과 상관특성, 스펙트럼, 간섭 영향, 잡음 및 멀티패스 채널 완화 관점에서 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 결과, TDMTOC는 기존 GNSS 변조 기법들보다 상관 특성이 좋고, 시스템간 간섭이 더 적으며 잡음 완화 성능이 우수함을 확인하였다. 특히, TDMTOC는 BOC보다 ACF의 주변 피크영향이 적어 다중경로 완화 성능이 비교하는 기존 GNSS 변조 기법들보다 월등히 뛰어났다.
제안하는 변조 기법은 두 개의 BOC 부반송파의 단순 덧뺄셈으로 합성으로 두 가지의 TDMTOC 신호를 생성하고, 생성된 두 신호를 더하여 TDM과 유사한 방식으로 신호를 다중화 하는 변조 기법이다. 우리는 TDMTOC 신호 및 부반송파의 파형들을 분석하여 기존 GNSS 변조 기법과 유사하게 매우 간단한 변조 기법임을 보였다. 또한, 우리는 TDMTOC가 시분할 다중화 기법과 유사하게 시간에 따라 신호를 교차하기 때문에 2개의 신호를 동위상에서 다중화 하면서 IM을 사용하지 않아 추가적인 전력 손실이 발생하지 않음을 보였다.
시뮬레이션 결과, TDMTOC는 기존 GNSS 변조 기법들보다 상관 특성이 좋고, 시스템간 간섭이 더 적으며 잡음 완화 성능이 우수함을 확인하였다. 특히, TDMTOC는 BOC보다 ACF의 주변 피크영향이 적어 다중경로 완화 성능이 비교하는 기존 GNSS 변조 기법들보다 월등히 뛰어났다. 따라서, 우리는 TDMTOC가 매우 실용적이고 효율적임을 입증하며, 기존에 서비스되고 있는 GNSS 변조 기법보다 우수함을 보였다.

후속연구

향후 연구 계획으로, 직교 위상에서 4개 이상의 TDMTOC를 동시에 송출하거나, TDMTOC에서 사용하는 BOC이 아닌 시변 주파수를 가지는 BOC 계열의 부반송파를 사용하는 다중화 변조 기법 연구가 추가적으로 고려될 수 있다.

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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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