FFT 기반 타이밍 옵셋 추정 기법이 적용된 VDES R-Mode 수신기의 Range

Abstract

VHF Data Exchange System (VDES)는 해상 Very High Frequency (VHF) 무선 주파수 대역을 통해 해안 기지국, 선박, 위성 간의 데이터 교환을 수행하는 해상 무선통신시스템이다. VDES Ranging Mode (R-Mode)는 선박에서 Positioning, Navigation, and Timing (PNT) 정보를 얻기 위해 Global Navigation Satellite System (GNSS)에 의존하였던 기존 환경에서 벗어나 전파 교란에 의한 GNSS의 취약성에 대 비하기 위한 백업 PNT 서비스로서 유럽을 중심으로 연구개발 중에 있다. VDES R-Mode에서는 기본적으로 International Association of marine aids to navigation and Lighthouse Authorities (IALA)의 G1158 표준에 정의된 Ranging Sequence를 통한 항법 해를 제공하기 위해 Correlation 기반 수신기의 사용을 고려할 수 있다. 그러나 Correlation 기반 수신기는 IALA에서 권고하는 백업 항법시스템의 항만 접근 요구 성능의 수평 위치 정확도를 달성하기 위해서 샘플링 주파수와 요구 Signal-to-Noise Ratio (SNR)이 높아지는 한계가 있다. 본 논문에서는 Fast Fourier Transform (FFT) 기반 타이밍 옵셋 추정 기법이 적용된 VDES R-Mode 수신기의 구조를 제시하고 시뮬레이션을 통한 추정 샘플 오차의 분석 결과를 서술한다. FFT 기반 수신기는 기존 Correlation 기반 수신기와는 달리 약 300 kHz의 낮은 샘플링 주파 수에서 동작하고 위상 추정 시 잡음에 의한 오차 요소를 제거하기 위한 방법으로 Least Square Method 알고리즘이 적용된 Linear Curve Fitting 과정을 수행한다. 시뮬레이션 결과를 통해 30 dB 이상의 SNR 환경에서 FFT 기반 수신기의 추정 샘플 오차 성능이 IALA 권고 수평 위치 정확도를 만족함을 확인하였다.