A Novel Scheme for Code Tracking Bias Mitigation in Band-Limited Global Navigation Satellite Systems

The global navigation satellite system (GNSS), which is the core technique for the location based service, adopts the direct sequence/spread spectrum (DS/SS) as its modulation method. The success of a DS/SS system depends on the synchronization between the received and locally generated pseudo noise (PN) signals. As a step in the synchronization process, the tacking scheme performs fine adjustment to bring the phase difference between the two PN signals to zero. The most widely used tracking scheme is the delay locked loop with early minus late discriminator (EL-DLL). In the ideal case, the EL-DLL is the best estimator among various DLL. However, in the band-limited multipath environment, the EL-DLL has tracking bias. In this paper, the timing offset range of correlation function is divided into advanced offset range (AOR) and delayed offset range (DOR) centering around the correct synchronization time point. The tracking bias results from the following two reasons: symmetry distortion between correlation values in AOR and DOR, and mismatch between the time point corresponding to the maximum correlation value and the synchronization time point. The former and latter are named as the type I and type II tracking bias, respectively. In this paper, when the receiver has finite bandwidth in the presence of multipath signals, it is shown that the type II tracking bias becomes a more dominant error factor than the type I tracking bias, and the correlation values in AOR are not almost changed. Exploiting these characteristics, we propose a novel tracking bias mitigation scheme and demonstrate that the tracking accuracy of the proposed scheme is higher than that of the conventional scheme, both in the presence and absence of noise.

위성 기반 측위 시스템에서의 부호 추적편이 완화 기법

위성 기반 측위 시스템은 (global navigation satellite system, GNSS) 위치 기반 기술의 핵심 기술로서, 통신 물리계층으로 직접수열 확산대역 (direct sequence spread spectrum, DS/SS) 시스템을 사용한다. DS/SS 시스템의 성능은 송수신기에서 사용하는 확산 부호의 정확한 동기에 따라 크게 좌우된다. 본 논문은 DS/SS 시스템의 동기기법 가운데 부호 추적 기법에 초점을 맞춘다. 가장 널리 알려진 부호 추적 기법은 이른-늦은 판별기를 사용하는 EL-DLL이다 (delay lock loop with early minus late discriminator). 이상적인 환경에서 EL-DLL은 최적 부호 추정기이다. 그러나 대역 제한된 다중경로 환경에서 EL-DLL은 추적을 통해 정확한 동기시점을 결정한 후에도 여전히 추적편이가 남게 된다. 본 논문에서는 대역 제한된 다중경로 환경에서 EL-DLL의 추적편이 특성 분석을 위해 상관 값이 나타나는 영역을 이른 상관시간 옵셋 영역과 (advanced offset range, AOR) 늦은 상관시간 옵셋 영역으로 (delayed offset range, DOR) 나누어 분석하였다. 분석 결과 대역 제한된 다중경로 환경에서 EL-DLL의 추적편이는 정확한 동기시점을 기준으로 AOR과 DOR에서 상관 값의 대칭성이 왜곡되어 발생하는 제 1형 추적편이와 최고 상관 값이 나타나는 시점이 정확한 동기시점에서 벗어나서 발생하는 제 2형 추적편이로 구별할 수 있으며, 이 가운데 제 2형 추적편이가 추적편이의 대부분을 차지함을 보였다. 또한 AOR과 DOR에서 상관 값 추이 분석을 통해 AOR에서의 상관 값이 DOR에서의 상관 값에 비해 다중경로신호에 의해 덜 왜곡되는 특성을 보였으며, 이를 바탕으로 대역 제한된 GNSS에 적합한 새로운 부호 추적편이 완화 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 대역 제한된 다중경로 환경에서 EL-DLL에 비해 정확한 추적이 가능함을 보였다.