다중대역 GNSS 신호 동시 수신을 위한 직접 RF 표본화 수신기 설계 및 성능

Abstract

이 논문에서는 GNSS(global navigation satellite system) 신호를 RF(radio frequency) 대역에서 표본화하여 디지털 영역에서 복조하는 직접 RF 표본화 수신기를 설계하고 그 성능을 살펴보고자 한다. 직접 RF 표본화 방식은 IF(intermediate frequency) 대역에서 AD(analog to digital) 변환을 하고 복조하는 기존의 IF 변환 방식과 다르게, 아날로그 믹서(mixer)를 전혀 사용하지 않고 안테나 출력인 통과대역 신호를 직접 AD 변환하여 이후의 수신기의 모든 과정을 디지털 영역에서 처리하는 기술이다. IF 변환 방식과 비교하면 하드웨어 구조가 덜 복잡하고 전송환경 변화에 따른 재구성이 가능하며 하나의 AD 변환기를 사용하여 여러 대역의 신호를 동시에 변환할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 재구성 기능과 동시 수신 기능은 특정 대역의 신호가 적으로부터 전파방해를 받았을 때 후속시스템으로의 빠른 전환이 필요한 군용 시스템에서 매우 중요한 역할을 한다. 한편 여러 대역의 신호를 한 번에 AD 변환하려면 수신하고자 하는 신호의 반송파 주파수, 대역폭, 표본화 후의 중간주파수 그리고 보호 대역 등을 고려하여 표본화 주파수를 정하는 것이 중요하다. 이 논문에서는 GPS L1, GLONASS G1 및 G2 등의 GNSS 신호를 동시에 수신할 수 있는 표본화 주파수를 선택하고 이를 적용한 직접 RF 표본화 수신기를 설계한다. 또한 설계한 수신기를 상용 AD 변환기와 소프트웨어를 사용하여 구현한 후 실제 신호의 수신시험을 통해 수신 성능을 살펴본다. In this paper, we design a direct radio frequency (RF) sampling receiver for multiband GNSS signals and demonstrate its performance. The direct RF sampling is a technique that does not use an analog mixer, but samples the passband signal directly, and all receiver processes are done in digital domain, whereas the conventional intermediate frequency (IF) receiver samples the IF band signals. In contrast to the IF sampling receiver, the RF sampling receiver is less complex in hardware, reconfigurable, and simultaneously converts multiband signals to digital signals with an analog-to-digital (AD) converter. The reconfigurability and simultaneous reception are very important in military applications where rapid change to other system is needed when a system is jammed by an enemy. For simultaneous reception of multiband signals, the sampling frequency should be selected with caution by considering the carrier frequencies, bandwidths, desired intermediate frequencies, and guard bands. In this paper, we select a sampling frequency and design a direct RF sampling receiver to receive multiband global navigation satellite system (GNSS) signals such as GPS L1, GLONASS G1 and G2 signals. The receiver is implemented with a commercial AD converter and software. The receiver performance is demonstrated by receiving the real signals.