KR20020090185A - Ｆｍ ｄａｒｃ와 ｇｐｓ 일체형 수신 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FM DARC와 GPS 일체형 수신기에 관한 것이다. FM DARC 서비스에서 제공하는 DGPS 데이터와 GPS 수신기를 통해 수신되는 GPS 위성의 위치 및 시간 정보를 단일 단말기 내에서 직접 계산하여 정확한 위치정보를 추출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＦＭ ＤＡＲＣ와 ＧＰＳ 일체형 수신{An Integrated Receiver of FM DARC and GPS }

본 발명은 인공 위성을 이용한 측위시스템인 GPS의 각종 오차를 보정하기 위한 고정밀도 위치보정 정보인 DGPS 데이터를 FM DARC 부가방송 서비스를 통해 제공받는 FM DARC 수신기와 GPS 수신기의 집적화에 관한 것이다.

종래의 기술은 GPS 수신기를 이용하여 다수의 위성으로부터 받은 거리 및 시각, 위성 정보를 사용하여 자기의 위치를 파악하였으나 위성과 수신기간의 측정된 거리오차, 위성시계 오차, 위성궤도 오차, 대기권의 전파지연 오차, 수신기 내부 발생 오차 및 기하학적인 오차로 인해 30m 내외의 오차를 가진다. 현재 이러한 오차를 보정하기 위하여 DGPS 신호를 다른 통신 수단을 통하여 제공하고 있다.

이 DGPS 시스템은 위성의 정확한 3차원 좌표를 알고 있는 DGPS 기준국에 DGPS용 GPS 수신기를 설치하고 GPS 위성들로부터 거리 및 시각 정보를 받아 수신기로 계산된 위치를 비교하여 오차항을 계산한다. 계산된 오차항을 주변의 사용자 수신기에 무선망을 통해 일정한 형식에 맞추어 전송하고 사용자는 자신의 수신기에서 계산한 위치값에 수신된 오차항을 적용하여 두 수신기간의 공통 오차를 제거함으로써 GPS 신호만을 이용하였을 경우보다 정확한 위치를 계산할 수 있게 되었다. 이때, DGPS 데이터를 전달하기 위해 사용되는 형식 표준은 RTCM SC-104이다.

종래의 DGPS 데이터를 사용자에게 전달하는 방법에 있어서 기존에는 상용 통신망 혹은 이동통신망을 이용하였다. 하지만, 셀 반경이 작고 넓은 지역을 커버하기 위해서는 많은 중계 기지국이 필요하면 주파수 대역이 높아 전파전파(Wave Propagation) 특성이 취약할 뿐만 아니라 대부분 일대일로 데이터를 전송하거나 단축 메세지 서비스(SMS: Short Message Service)를 이용하기 때문에 데이터 양이 제한되며 통화채널의 점유에 따른 비용의 증가를 초래하게 된다.

상기 제시된 문제점들은 FM DARC 부가방송을 이용함으로써 해결할 수 있게 되었다. FM DARC는 기존의 FM 라디오 채널의 대역폭 내 잔여부분에 디지털 데이터를 포함시켜 보내게 된다. FM DARC는 교통, 증권, 날씨, 뉴스, DGPS, 파일 등을 전송할 수 있다. FM DARC의 중심주파수는 76KHz이고 변조방식은 LMSK이며 대역폭은 6~15KHz 정도이다.

최근에는 FM DARC를 통해 전송되는 DGPS 데이터가 외부의 GPS 수신 단말기로 전송되고 GPS 단말기에서 오차를 보정하여 정확한 측위를 위해 연구가 진행되고 있으나, 두 시스템이 분리되어 있기 때문에 휴대 및 이동성, 가격적인 측면에서 효율적이지 못하다.

본 발명에서는 GPS 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나 혹은 세라믹 안테나와 같은 소형 안테나를 이용하고, FM DARC 수신용 안테나로 움직임이 자유로운 다이폴 안테나를 사용하고, GPS 수신부의 RF 및 IF 부분을 신호처리부와 분리시키고, FM DARC 수신부에 있어서 FM 튜너부를 DARC 신호처리부와 분리시켜 누설전자파로 인해 시스템에 영향을 미치지 않도록 하고, 신호처리부를 GPS와 DARC에 대해 각각 하나의 Chip으로 단일 모듈 내에서 집적화 하여 FM DARC 데이터 수신 및 GPS 데이터 수신을 동시에 하고, GPS 신호처리부에서 계산한 위치값에 FM DARC로부터 얻어진 오차항을 적용하여 DGPS 기준국과 사용자 수신기의 공통 오차를 제거함으로써 GPS 신호만을 이용하였을 경우보다 정확한 위치 계산을 단일 모듈 내에서 할 수 있도록 하고자 한다.

또한, 실시예에서 노트북이나 PDA에서 사용할 수 있도록 PCMCIA Card Type II의 형태를 실시하였다.

도 1은 FM DARC와 GPS 신호를 동시에 수신하여 하나의 모듈 내에서 DARC 부가서비스 및 DGPS 오차정보와 GPS 정보를 통해 정확한 측위 서비스를 이루기 위해 일체화된 단말기의 내부 구성도를 나타낸다.

도 2는 본 발명에서 제시하는 단말기를 이용하여 DARC 부가서비스 및 DGPS 오차정보를 GPS 정보와 계산하여 정확한 위치 정보를 제공하는 서비스 구성도를 나타낸다.

도 3은 FM DARC로부터 얻어지는 DGPS 신호를 이용하여 수신된 GPS 신호와 계산하여 정확한 위치, 시각, 속도에 대한 정보를 출력하는 집적화 단말기의 내부 블록도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 FM DARC의 표준안에 정의되어 있는 DGPS 전송 Format인 KDGPS의 데이터 블록도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 DGPS 표준인 RTCM SC-104의 모든 Word에 공통으로 부가되는 두 Word Header를 나타내고 있다.

도 6은 본 발명의 집적화를 통해 PCMCIA Card Type II의 표준에 따라 실시한예를 나타내는 그림이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: GPS 안테나2: FM 안테나

3: 증폭기와 Down Converter4: 혼합기(Mixer)

5: 복조기와 Code 제어기6: C/A 코드 발생기

7: 클럭8: GPS 수신기 제어 및 측위 처리기

9: DARC 제어 및 신호 처리10: FM RF 증폭기

11: 국부 발진기(Local Osc.)12: 대역통과필터(BPF), IF 증폭기

13: FM DARC 복호기14: PLL

15: 마이컴16: Flash ROM

17: RAM18: LCD 드라이브

19: LCD20: GPS 위성

21: 부가서비스(교통, 날씨, 증권, 스포츠, 기타)

22: DGPS 감시국(Monitoring Station)23: DGPS 기준국(Reference Station)

24: FM DARC 서비스센터(전송서버, DARC Encoder, FM 변조기, 송출기 등)

25: FM Radio 안테나26: 서비스 수요자

27: FM 튜너28: FM DARC 복호기

29: DGPS 보정신호 검출

30: Format 변환기(FM DARC Format --> RTCM SC-104 Format)

31: GPS 수신모듈(보정된 위치, 시각, 속도 계산)

32: FM Radio 수신용 다이폴 안테나33: FM DARC 튜너 및 RF 및 IF 처리부

34: GPS 용 패치 안테나 및 RF/IF 처리부

35: GPS 신호 처리 및 DGPS를 이용한 보정 측위 시스템

36: FM DARC 신호 처리부

37: 전원공급부 및 외부 인터페이스

본 발명에 있어서 "FM DARC와 GPS 수신용 통합 단말기"에 대한 설명을 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

도 1은 GPS 수신부와 FM DARC 수신기를 집적하기 위한 내부 블록도를 나타내고 있다.

1.5GHz 대역의 GPS 신호는 GPS 안테나(1)를 통해 입사되고, 증폭기와 Down Converter(3)로 전달되어 미약한 신호를 증폭하고 내부발진기를 통하여 10.7MHz로 Down Conversion되어, C/A 코드 발생기(6)에서 C/A 코드를 발생시켜 혼합기(4)로 보내어 지면 BPSK 신호가 복조기와 코드 제어기(5)로 입력되어, GPS 수신기의 제어 및 데이터 처리를 담당하는 GPS 수신기 제어 및 측위 처리기(8)으로 전달되어 최소 4개 이상의 GPS 위성으로부터 전달받은 위성, 위치, 시각 등의 정보를 받아 계산하여 수신기의 위치를 파악하는 GPS 수신부와

88MHz~108MHz의 FM 라디오 주파수 대역의 FM DARC 신호는 FM 안테나(2)를 통해 입사되고, RF 증폭기(10)을 통하여 미약한 신호가 증폭되고, 내부의 국부 발진기(11)를 통해 10.7MHz의 중간주파수로 변환되고, 중심주파수가 10.7MHz이고 -3dB 대역폭이 230KHz인 대역통과필터와 IF 증폭기(12)를 통하여 디지털 데이터가 포함되어 있는 FM DARC 대역의 LMSK 신호만을 출력하고, FM DARC 복호기(13)을 통하여 LMSK 신호로부터 디지털 데이터를 출력하고 이를 DARC 제어 및 신호처리기(9)로 전달되어 원하는 데이터를 복원하고, DARC 제어 및 신호처리기(9)로부터 DARC 수신부의 제어를 위해 앞단에 마이컴(15)을 두고, 동기 및 주파수 조절을 위하여 PLL(14)를 두며, 신호처리를 위한 프로그램 및 수신부 제어 프로그램을 F-ROM(16)에 저장하고 입력되는 데이터를 임시로 저장하기 위해 RAM(17)을 배치하여 FM DARC 수신부를 구성하고,

FM DARC 수신부에서 얻어진 DARC Format의 DGPS 데이터를 RTCM SC-104 Format으로 변환하여 GPS 수신 제어 및 측위 처리기(8)로 보내어 GPS 위성만을 통해 얻은 위치정보에 DGPS 데이터의 오차항과 계산하여 정확한 위치를 얻도록 하고,

GPS 수신부로부터는 위치, 속도, 시각 정보를 FM DARC 수신부로부터는 교통, 증권, 날씨, 항만, 스포츠 등의 부가서비스를 제공받아서 LCD 드라이브(18)로 전달하여 LCD(19)를 통하여 정보를 제공하는 단일 모듈의 시스템으로 구성되어 있다.

도 2는 FM DARC를 통해 DGPS 정보와 교통, 증권, 날씨 등의 부가정보를 서비스하는 서비스 구성도를 나타내고 있다. FM DARC 서비스 센터(24)에서는 교통, 날씨, 뉴스 등의 부가서비스(21)를 수집 및 가공하고, DGPS 기준국(23)과 감시국(22)를 두어 RTCM SC-104 Format의 DGPS 정보를 DARC Format의 DGPS정보로 변환하여 DARC Encoder를 통하여 LMSK 신호를 FM 라디오 신호화 함께 FM 변조하여 FM 반송 주파수와 합성하여 송출함으로써 일반 사용자 및 차량 사용자에게 제공하는 서비스를 구성할 수 있다.

도 3은 단일 모듈 내에서 DGPS 정보를 활용하는 블록도를 나타내고 있다. FM안테나(2)를 통해 입사된 FM DARC 신호가 FM 튜너(27)를 통해 LMSK 신호가 출력되고 FM DARC 복호기(28)를 통해 DGPS 보정신호(29)가 출력되어 DARC Format을 RTCM SC-104 Format으로 변환하는 Format 변환기(30)를 거쳐 GPS 수신모듈로 데이터를 전송하고 오차항을 이용하여 정확한 위치, 시각에 대한 정보를 추출하고 부가적으로 속도 정보를 계산하여 출력하는 블록에 대한 구성이다.

도 4는 FM DARC Format을 나타내고 있다. FM DARC 전송프레임에서 DGPS 데이터는 첫번째 블록에는 16비트의 BIC, 16비트의 프리픽스, 6비트의 Message Type과 13비트의 Modified Z-Count 및 5비트의 Length of Frame이 총 24비트의 Data Header를 구성하고, DGPS 데이터는 1비트의 Scale Factor, 5비트의 Satellite ID, 14비트의 PRC(Pseudorange Corrections), 7비트의 RRC(Rangerate Corrections), 8비트의 IODE(Issue Of Data Ephemeris)이 총 35비트의 DGPS Data를 구성하고, 오류수정을 위한 14비트의 CRC와 82비트의 Parity로 구성되어 있고,

두번째 블록에는 16비트의 BIC, 16비트의 프리픽스,첫번째 블록의 마지막 데이터가 31비트로 끝났기 때문에 4비트의 데이터가 추가 삽입되고, 나머지 35비트의 데이터가 4개 부가되며, 16비트의 CRC가 첨가되며, 14비트의 CRC와 82비트의 Parity로 구성된다.

도 5는 RTCM SC-104의 모든 데이터 타입에 공통으로 삽입되는 2 Word Header를 나타내고 있다. 우선 8비트의 Preamble과 메세지 타입이 확정(Fixed)/임시(Tentative)/보류(Reserved)/미정의(Undefined)/폐지(Retired)를 구분하기 위해 14비트의 Message Type 혹은 Frame ID, DGPS 기준국의 구분하기 위한 Station ID, 6비트의 Parity로 첫번째 Word Header를 구성하고,

메세지 정보의 기준 시각을 나타내는 13비트의 Modified Z-count, Frame 동기를 위해 3비트의 응답 번호(Sequence Number), Frame의 길이를 나타내는 5비트의 Length of Frame, 기준국의 역할 수행 가능 여부를 나타내는 3비트의 Station Health로 구성된다.

도 6은 본 발명의 FM DARC과 GPS 수신모듈의 집적화를 통하여 노트북이나 PDA와 같은 휴대용 단말기에 적용하기 위해 PCMCIA Card Type II의 사양에 맞게 실시한 예를 나타낸다. FM 수신을 위해 전방향으로 움직임이 자유로운 접이식 다이폴 안테나(32)를 이용하고, 수신된 FM RF 신호를 DARC 튜너(33)를 통해 DARC 신호를 분리하고, 분리된 DARC 신호를 DARC 부(36)에서 원래의 데이터를 출력하여 외부 인터페이스(37)을 통해 외부로 출력하고,

마이크로스트립 패치나 세라믹 안테나와 같은 소형 안테나의 형태로 GPS 안테나(34)를 실장하고 그 아래층에 GPS 신호의 RF성분을 받아 증폭하고 중간주파수로 낮춰 GPS 부(35)로 데이터를 전달하는 GPS 안테나 & GPS RF & IF 처리부(34)를 장착하고 전달된 신호는 GPS 부(35)를 통해 GPS 위성신호를 통해 단독으로 하였을 경우에 대한 위치, 시각 등의 정보를 얻고, 동일 PCMCIA Card에 내장되어 있는 DARC 수신 모듈로부터 DGPS 데이터를 입력받아서 오차항을 이용하여 이전의 위치,시각 등의 정보를 보정하여 단독으로 사용하였을 경우보다 정확한 정보를 얻을 수 있도록 하였으며, 인터페이스(37)을 통해 외부 Display 단말기와 연결되어 출력되도록 구성되어 있다.

본 발명을 통하여 PCMCIA Card Type뿐만 아니라 CF(Compact Flash) Card Type으로도 응용이 가능할 것이다.

이와 같이 본 발명은 기존의 FM 방송을 이용하여 DGPS 신호를 전달함으로써 별도의 무선망을 구축할 필요가 없으며, 기존의 이동통신망을 이용할 경우 부담하여야 하는 서비스 요금을 전혀 부담하지 않아도 되며, 기존의 FM DARC 부가방송을 통하여 제공받을 수 있는 부가서비스(교통, 날씨, 증권, 등)를 받는 것은 물론 DGPS 정보를 하나의 단말기 내에서 동시에 사용함으로써 보다 정확한 서비스의 제공은 물론 두 단말기를 사용하지 않으므로 수신 장비의 추가 구매로 인한 부담이 없으며, 이동성이나 휴대성이 우수하고, 집적화 기술을 사용하여 소형화 하기 때문에 생산 비용이 줄어들어 수신기의 가격을 저렴하게 공급할 수 있을 것이다.

또한, 향후 FM DARC 서비스의 DAB 서비스로의 전환에 따른 변화에 있어서도 DAB Format에 따라 DGPS 데이터를 제공할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. GPS 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나 혹은 세라믹 안테나와 같은 소형 안테나를 이용하고,

   FM DARC 수신용 안테나로 움직임이 자유로운 다이폴 안테나를 사용하고,

   GPS 수신부의 RF 및 IF 부분을 신호처리부와 분리시키고,

   FM DARC 수신부에 있어서 FM 튜너부를 DARC 신호처리부와 분리시켜 누설전자파로 인해 시스템에 영향을 미치지 않도록 하고,

   신호처리부를 GPS와 DARC에 대해 각각 하나의 Chip으로 하여 단일 모듈 내에서 집적화 하여 FM DARC 데이터 수신 및 GPS 데이터 수신을 동시에 하고,

   GPS 신호처리부에서 계산한 위치값에 FM DARC로부터 얻어진 오차항을 적용하여 DGPS 기준국과 사용자 수신기의 공통 오차를 제거함으로써 GPS 신호만을 이용하였을 경우보다 정확한 위치 계산을 단일 모듈 내에서 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 FM DARC와 GPS 수신용 통합 단말기에 관한 것이다.
2. 제 1항의 집적화 기술을 통하여 노트북이나 PDA에서 사용할 수 있도록 PCMCIA Card 및 CF Card 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 FM DARC와 GPS 수신용 통합 단말기에 관한 것이다.