KR0143151B1

KR0143151B1 - 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR0143151B1
Application number: KR1019950001095A
Authority: KR
Inventors: 안영복
Original assignee: 이민화; 주식회사메디슨
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1998-08-17
Also published as: KR960029810A

Abstract

다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치는 센서 어레이를 통하여 수신되는 각 채널의 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하고, 이위상신호들로부터 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응이위상신호를 계산한다. 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들은 모든 채널에 대하여 별도로 적산되고, 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호는 센서어레이를 통해 수신된 신호의 포락선을 검출하는데 사용된다. 또한, 이 장치는 디지탈 이위상신호와 이 위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 동위상신호를 각 채널마다 생성하고, 이 동위상신호들로부터 오차가 줄어든 대응 동위상신호를 계산하여 포락선을 검출할 수도 있다. 이 장치는 초음파영상기기 뿐만 아니라, 음파담지기(sonar), 레이더등에서도 사용할 수 있으며 기존의 2차 샘플링방식에 비해 오차가 현격히 줄어든 포락선을 얻을 수 있는 효과를 가져온다.

Description

다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법 및 그 장치

제 1 도는 기존의 2차 샘플링 방식을 설명하기 위한 구성도,

제 2 도는 초음파 영상 장치에서 보통 사용하는 초음파 신호의 한 예를 나타낸 도면,

제 3 도는 2차 샘플링 방식에 의한 샘플링오차를 설명하기 위한 도면,

제 4 도는 본 발명의 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법을 설명하기 위한 개념블럭도,

제 5 도(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 블럭도,

제 5 도(b)는 제 5 도(a)의 장치가 신호의 샘플링에 사용하는 클릭을 나타낸 파형도,

제 6 도는 m=1인 경우의 수신신호의 샘플링 위치을 나타낸 도면,

제 7 도(a)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 블록도이고, 제 7 도(b)는 A/D변환기들(71,72)에서 각각 사용되는 샘플링클럭들을 나타낸 도면,

제 8 도(a)는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 3차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 회로도, 제 8 도(b)는 제 8 도의 회로에서 사용되는 클럭들을 나타낸 타이밍도,

제 9 도 내지 제 13 도는 σ=2.5π인 조건하에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과를 나타낸 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

41,51 : A/D변환기 42,52 : 스위칭회로

43,45,53,55 : 적산기 44,54 : Q-성분연산기

56 : 포락선검출기

본 발명은 디지탈 빔포밍(beamforming)을 위한 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 센서 어레이를 통하여 수신되는 신호를 다차 샘플링하여 디지탈 빔포밍을 이루는 방법 및 장치에 관한 것이다.

음파담지기(sonar), 레이더, 또는 초음파 영상기기등은 산란입자나 인터페이스등에서 반사되는 신호를 센서 어레이를 통하여 수신하고, 수신된 신호로부터 포락선을 검출하여 원하는 물체 등에 관련한 영상정보를 얻고 있다.

의료 진단용으로 사용되는 초음파 영상 장치는, 영상의 해상도를 향상시키기 위하여, 연속적인 다이나믹 포커싱과 스티어링(steering)을 사용한다. 수신 모드에서의 연속적인 다이나믹 포커싱은 트랜스듀서 어레이의 각각의 어레이소자(element) 또는 채널을 통해 수신되어 적절히 지연된 다음 더해지는 신호들을 이용하여 모든 영상지점에 대해 최적의 해상도를 얻는 것이다. 측면 해상도(lateral resolution)는 초음파 영상의 질을 결정하는 가장 중요한 요소중 하나이며, 이는 초음파 빔의 포커싱(focusing)에 의해 결정된다. 포커싱을 잘 하기 위해서는 트랜스듀서 어레이의 소자(또는 채널)의 수를 증가시켜야 한다.

기존의 아나로그 시스템에서는 수신된 신호를 적절히 지연시키기 위하여 LC 지연회로를 이용하였다. 그러나, 이 시스템의 경우, 원하는 각 지점에 대한 포커싱패턴과 각각의 스티어링 방향에 대한 지연패턴을 얻기 위해서는 매우 복잡한 스위치 회로가 요구되어 시스템 전체의 부피가 커지는 문제가 있었다. 그리고, 연속적인 다이나믹 포커싱과 스티어링을 위해 요구되는 정밀도로 LC 지연 회로를 구현하는 것은 경제적으로 어려운 일이다.

최근에는 디지탈 기술을 이용하여 연속적인 다이나믹 포커싱과 스티어링을 이루는 방법이 주목을 받고 있다. 그 이유는 디지탈 기술을 이용하면 수신 지연 시간을 보다 정확하고 빠르게 조정할 수 있고, 그 결과 어떤 스티어링 방향에 대해서도, 필요한 반사된 신호를 추적할 수 있기 때문이다. 일반적으로, 디지탈 영상 시스템에서는, 각 어레이 소자에서 수신되는 반사된 신호들을 샘플링하여 저장한다. 저장된 데이타는 원하는 지점의 영상을 얻기 위해 시간 지연된 다음 더해진다. 디지탈 빔포밍을 이용하면 초음파 영상을 위한 신호처리의 전 과정을 디지탈화 할 수 있으므로, 초음파 영상장치는 LC 지연회로 없이 간단하게 구현할 수 있다. 디지탈 빔포밍을 구현하는데 있어서 무엇보다 중요한 것은 수신 신호의 포락선을 얻기 위해서 오차가 무시할 만큼 적으면서도 간단한 하드웨어로 구현할 수 있는 샘플링 방법을 구하는 것이다. 특히, 샘플링 회로는 동일한 회로가 트랜스듀서 어레이의 각 소자에 하나씩 사용되므로, 샘플링 회로가 어레이소자의 수 만큼 필요하기 때문에 이 회로의 하드웨어를 줄이는 것은 매우 중요하다. 한편, 높은 샘플링 주파수는 광대역(wide-band) 디지탈 회로와 많은 양의 디지탈 메모리를 요구한다. 따라서, 샘플링 주파수를 낮추기 위해서 대역폭 심플링방식이 사용되며, 그 종류로는 직각(quadrature) 샘플링, 해석신호(analytic-signal) 샘플링, 2차 샘플링 방법등이 있다. 그러나, 직각 샘플링 방식과 해석신호 샘플링 방식은 구현상의 어려움 때문에 초음파 영상 시스템에 적용하기 어렵다. 2차 샘플링 방식은 디지탈 회로만으로 매우 간단하게 만들 수 있다는 장점때문에 디지탈 빔 포밍을 구현하는데 가장 적합한 샘플링 방법으로 제안된 바 있다. 그러나, 2차 샘플링 방식은 디지탈 회로만으로 매우 간단하게 구현할 수 있으나, 수신 신호의 넓은 대역폭을 요구하는 초음파 영상기기 등에서는 포락선 검출에 많은 오차가 발생하여 사용하기 곤란한 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술의 문제점을 해소하기 위하여 2차 샘플링 방법의 여러가지 장점들을 그대로 유지하면서 2차 샘플링에서 발생하는 오차를 크게 줄일 수 있는 새로운 샘플링 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술의 샘플링 방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법은, 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하는 단계; 상기 이위상신호들로부터 상기 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응이위상신호를 계산하는 단계; 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들을 별도로 적산하여 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호를 얻는 단계; 및 상기 적산된 동위상신호와 상기 적산된 이위상신호를 이용하여 포락선을 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치는, 상기 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하는 수단; 상기 이위상신호들로부터 상기 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응이위상신호를 계산하는 수단; 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들을 별도로 적산하여 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호를 얻는 수단; 상기 적산된 동위상신호와 상기 적산된 이위상신호를 이용하여 포락선을 검출하는 수단을 포함한다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 간단한 하드웨어만으로 구성만으로 달성하기 위한 디지탈 빔포밍 장치는, 센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 다차 샘플링을 위하여, 상기 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 아날로그 신호로부터 디지탈 제 1위상신호와 제 1위상신호에 인접하며 상기 제 1위상신호와 이위상(quadrature)의 관계를 갖는 적어도 둘 이상의 디지탈 제 2위상신호를 생성하여, 모든 채널에 대한 제 1위상신호들과 제 2위상신호들을 출력하는 신호생성수단; 상기 신호생성수단으로부터 한 채널에 대한 제1 위상신호와 제2 위상신호들을 수신하여, 그 채널의 제1 위상신호와 제2 위상신호들간의 생성 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응위상신호를 그 채널의 제2 위상신호들을 사용하여 계산하는 다수의 계산부들; 상기 계산부들로부터 각 채널의 제1위상신호들과 대응위상신호들을 인가받아, 각 채널의 제1 위상신호와 대응위상신호를 입력하는 순서대로 저장 및 출력하는 다수의 저장부들; 상기 다수의 저장부들로부터 출력되는 모든 채널의 제1 위상신호와 대응위상신호를 수신하여, 제1위상신호들 및 대응위상신호들을 별도로 적산하고, 적산된 제1 위상신호와 적산된 대응위상신호를 출력하는 적산부; 및 상기 적산부로부터 적산된 제1 위상신호와 적산된 대응위상신호를 수신하여, 포락선을 검출하는 수단을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구현한 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법 및 그 장치를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 초음파 영상기기에서 사용된 기존의 2차 샘플링방식을 제 1 도를 참조하여 설명한다.

제 1 도는 기존의 2차 샘플링방식을 개념적으로 도시한 것이다. 제 1 도에서, 트랜스듀스 어레이(미도시)의 각각의 채널(또는 어레이 소자)를 통해 입력하는 초음파 신호는 전기적 신호로 변환된다. 수신되는 신호[r_i(t)]는 각 채널(또는 어레이 소자)에 대응하는 아래첨자 i에 의해 서로 구분된다. 따라서, 실제의 회로에서는 아래첨자 i에 대응하는 각각의 샘플링기기들이 사용되나, 표현의 간단함을 위해 제 1 도에서는 하나의 채널(또는 어레이 소자)에 대한 샘플링기기들(11,12)만을 도시하였다. 어레이소자로부터 출력되는 신호[r_i(t)]는 서로다른 두개의 경로로 분리되어 샘플링기기(11)와 다른 샘플링기기(12)에 의하여 각각 샘플링된다. 샘플링기기(11)와 샘플링기기(12)의 샘플링 시점간의 시간차는 1/(4f_o)이 된다. 즉, 샘플링기기(11)가 nT의 시간에 신호를 샘플링하면, 샘플링(12)는 nT+1/(4f_o)의 시간에 신호를 샘플링한다. 이러한 샘플링 시점간의 차이에 의해 실수(inphase)성분(이하, 동위상성분이라 함) 및 허수(quadrature)성분(이하, 이위상성분이라 함)에 대한 신호가 얻어진다. 샘플링된 신호들은 적산기 13 및 14에 의하여 개별적으로 누산된다. 적산기(13)는 모든 채널에 대한 동위상신호들을 적산하여 출력하고, 적산기(14)는 모든 채널에 대한 이위상신호들을 적산하여 출력한다. 누산된 신호들을 포락선검출기(15)에 의해 포락선신호[E_n(nT)]로 변환되어 출력된다.

제 1 도에 관련하여 설명된 2차 샘플링방식에 의해 발생되는 오차를 분석하면 다음과 같다. 초음파 영상기에서 수신되는 초음파신호를 r(t)라 하고 이를 수식으로 표현하면,

여기서, g(t)는 가우시안(gaussian) 포락선, w_o= 2πf_o, θ는 위상, 그리고 f_o는 중심 주파수이다. 가우시안 포락선은

이며, 여기서 σ는 상수로서 포락선의 대역폭을 결정하는 값이다. 제 2 도는 초음파 영상 장치에서 보통 사용하는 초음파 신호 r(t)(실선)와 그 신호의 포락선(점선)을 보인 것으로서, f = 3.5 MHz와 σ=2.5π를 사용하였다. 식 (1)에 2차 샘플링 방법에 따른 샘플링 함수 Σδ(nT)와 Σδ(nT + α)을 각각 곱하고 α=1/(4f_o)로 하면 다음과 같다.

식 (3)을 동위상신호라고 한다면 식 (4)는 이위상신호가 된다. 포락선 E(nT)은

식 (5)는 2차 샘플링 방법에 의해 최종적으로 포락선을 추출하는 수식이다.

그러나, 식 (5)에서는

를 가정하고 있다. 따라서, 2차 샘플링에서 오차를 줄이는 것은 식 (6)의 우변의 값이 좌변의 값에 대하여 얼마나 근사한 값을 갖는 지에 달려있다. 오차 분석을 쉽게 이해하기 위하여 g(nT + α)를 테일러(Tayler)급수 전개하여 2번째 항 까지를 취하면,

식 (7)에서 오른족의 두번째 항이 2차 샘플링에서 구한 이위상신호의 오차이다. 이 오차는 t = nT에서의 포락선의 기울기와 샘플링 간격 α에 의해 결정된다. 따라서, 동위상신호를 얻은 후 이위상신호를 얻는데 까지 걸리는 시간 α가 크면 클 수록 오차가 심하게 된다. 또한, 포락선의 기울기가 크면, 이위상신호를 얻는 지점의 포락선의 값은 동위상신호를 얻을 때의 포락선 값과 크게 달라져 오차가 커진다. 오차를 더 자세히 분석하기 위해서 식 (7)을 식 (5)에 대입하여 정리하면 다음과 같다.

g(t)의 첫 번째 미분 g'(t)는 다음과 같다.

식 (8)과 식 (9)를 식 (7)에 대입하면,

식 (10)에서, 제곱근 안의 두번째 항은 g(nT + α)가 g(n)와 같지 않기 때문에 발생하는 오차를 나타내며, 이는 수신 신호의 주파수와 관게가 있다.

제 3 도는 이상적인 포락선(실선), 그리고 2차 샘플링을 컴퓨터로 시뮬레이션해서 얻은 포락선(점선)을 보여준다. 제 3 도에서 점선으로 표시된 포락선은 f_o= 3.5 MHz, σ = 2.5π인 조건하에서 얻어진 것이다. 식 (10)과 제 3 도에서 볼 수 있듯이 2차 샘플링의 오차는 sine성분을 가져 주기적인 파형으로 나타난다. 또한, sine 함수가 0가 되는 지점마다 오차가 전혀 없음을 알 수 있다. 그러나, 일반적으로 반사된 초음파신호의 위상을 알 수 없으므로 sine함수가 0이 되는 지점을 알 수가 없다. 요약하면, 2차 샘플링을 이용해서 보통 사용하는 초음파 신호의 포락선을 얻으면 제 3 도에서 보인 바와 같이 큰 오차가 발생함을 알 수 있다. 2차 샘플링에서의 오차는 동위상신호를 구하는 시각에서 이위상신호를 구할 수 없는데에 기인한다. 이러한 오차는 초음파 영상에 변형을 일으키기 때문에 포락선 검출에 2차 샘플링을 사용하는 것은 부적당하다.

그러므로, 본 발명에서는 이위상신호에 위한 샘플링오차를 줄일 수 있는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법을 제시한다. 본 발명에 의해 제시된 다차 샘플링 방법을 설명하면 다음과 같다.

식 (3)과 같이 t = nT에서 얻은 동위상신호에 대해 ±(90°+180°·l)의 위상차를 갖는 위치에서 이위상신호를 얻기 위해 수신신호를 t = nT + (1-2l) α에서 샘플링한다. 이때 l은 정수이고 α= 1/(4f_o)이다. 이와 같이 얻은 이위상신호는 아래의 식으로 나타내어 진다.

식 (15)의 이위상신호는 식 (3)에 나타낸 동위상신호에 대응하는 신호이지만, 오차를 포함하고 있으며, 샘플링되는 위치를 나타내는 l값에 따라 부호가 바뀌고 크기도 달라진다. 오차가 가장 적은 이위상신호는 l=1일 때 얻어지며 그 값은 식 (4)와 같다. 식 (4) 처럼 얻어진 이위상신호가 초음파 영상 장치에서 그대도 사용하기에는 오차가 너무 크다는 것은 앞에서 제 3 도에 관련하여 언급되었다. 식 (15)에 포함된 오차를 분석하기 위해 g[nT + (1-2l)α]를 m차 미분항까지 테일러 급수 전개하면 다음과 같다.

정확한 이위상신호는 g(nT)sin(w_onT+θ)가 되어야 하지만 실제로 얻은 이위상신호에는 식 (16)에서와 같이 m개의 미분항으로 표시되는 오차가 포함되어 있다. 본 발명에서는 이러한 오차항들을 제거하여 오차가 상당히 줄어든 이위상신호를 구하고자 한다.

m의 값에 따라 정수 l의 범위를 다음과 같이 정한다.

m이 홀수인 경우,

m이 작수인 경우,

먼저, m이 홀수인 경우에 l의 모든 값을 식 (16)에 대입하여 그에 대응하는 식들을 다음과 같이 구한다.

이를 행렬로 표시하면 다음과 같다.

여기서 R과 G는 (m+1) × 1 행렬로써 다음과 같이 표시된다.

A는 (m+1)×(m+1) 행렬로써 다음과 같이 표시된다.

A=

m이 짝수인 경우에 대해서도 m이 홀수일 경우와 비슷한 방법으로 식을 전개하면 행렬 G는 식 (24)와 같고 행렬 R과 A는 다음과 같이 얻어진다.

식 (22)를 G에 대하여 풀면,

여기서, 행렬 A의 역행렬을 행렬 B로 정의하면, 행렬 B는 아래와 같이 표현될 수 있다.

오차가 줄어든 이위상신호는 식 (24)의 행렬 G에서 첫번째 행에 있는 값으로써 m이 홀수일 때는 식 (23), (24), (28) 및 (29)로 부터 다음과 같이 구해진다.

또한, m이 짝수일 때는 식 (24), (26), (27) 및 (28)로 부터 다음과 같이 구해진다.

식 (30) 이나 (31)로 부터 얻은 이위상신호는 식 (4)에서 얻는 이위상신호에 비해 오차가 매우 작다. 이는 식(4)로 부터는 g(nT) 대신 g(nT +α)가 얻어지는 반면에 식 (30)으로 부터는 g(nT +α)내의 m 번째 미분항 까지를 제거하여 g(nT)에 더 가가운 값을 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, m이 클수록 더욱 정확한 값을 얻을 수 있다. 즉, 데이타가 많으면 많을 수록 행렬 A를 이용하여 더욱 정확한 g(nT)를 추정할 수 있다. 그러나, 이 경우, 이를 구현하기 위한 하드웨어가 복잡해 진다.

m = 1인 경우, l은 0과 1의 값을 가지며 행렬식 (22)는 아래와 같이 표시된다.

위의 식(32)를 식 (28)에서와 같이 행렬 G에 대해서 풀면,

그러므로, 오차가 줄어든 이위상신호는 다음과 같이 얻어진다.

식 (34)는 t=nT에서 동위상신호를 얻었을 때 t=nT±α의 두 위치에서 샘플링해서 얻은 값의 차를 내어 2로 나누면 ag(nT)항에 해당되는 오차만큼 줄어든 이위상신호를 얻을 수 있다는 것을 의미이다.

한편, m = 2인 경우, l의 값은 -1, 0, 1이 된다. m = 2인 경우, 행렬식 (22)는 다음과 같이 표시된다.

행렬 G에 대해서 풀면 다음과 같다.

그러므로 오차가 줄어든 이위상신호는 다음과 같다.

식(37)에서 얻은 이위상신호는

에 해당하는 오차가 줄어든 것이며, 따라서 식(34)에서 구한 결과보다 더 정확하다.

제 4 도는 본 발명의 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법을 설명하기 위한 개념 블럭도를 보여준다. 트렌스듀스 어레이(미도시)의 각각의 채널(또는 어레이 소자)를 통해 입력하는 초음파 신호는 전기적 신호로 변환된다. 수신되는 신호[r_i(t)]는 각 채널(또는 어레이 소자)에 대응하는 아래첨자 i에 의해 서로 구분된다. 하나의 채널(i)은 하나의 어레이소자를 통해 입력하는 신호에 관련된다. 제 4 도에서는 표현의 간편함을 위해 한 채널에 대응하는 A/D변환기, 스위칭회로, Q-성분연산기를 표시하였으나, 각 채널에는 이러한 회로들이 동일하게 사용된다. 그리고, A/D변환기 및 스위칭회로는 각 채널에 적합하도록 설계된다. 이것은 산란입자에서 반사된 초음파신호가 각 어레이소자(또는 채널)마다 수신되는 시점이 서로 다르기 때문이다. i채널을 통해 어레이로 수신되는 신호[r_i(t)]는 아날로그-디지탈변환기(ADC)(41)로 인가된다. A/D변환기(41)는 어레이소자로부터 인가되는 신호들을 아날로그-디지탈 변환하여 출력한다. A/D변환기(41)는 t = nT에서 얻은 수신되는 신호[r_i(t)]의 동위상신호[r_i(t)]에 대해 ±(90°+180°·l)의 위상차를 갖는 위치에서 이위상신호들[r_i,_Q(t)]을 얻기 위해 수신신호를 t = nT + (1-2l)α에서 샘플링한다. 이때 l은 정수이고, α = 1/(4f_o) 이다. 스위칭회로(42)는 A/D변환기(41)의 출력신호들을 적산기(43)와 Q-성분연산기(44)로 공급한다. 스위칭부(42)는 각 채널에 대응하는 스위치들을 구비하며, 각 스위치들은 동위상신호[r_i,_Q(nT)]의 주변에 위치한 이위상신호[r_i,_Q(t)]를 몇 개 사용하여 I-성분신호에 대응하는 적절한 이위상신호[r_i,_Q(nT)]를 구하는 지에 따라 그 스위칭 동작이 결정된다. 이러한 스위칭회로(42)의 동작은 그 일 예를 다음의 제 5 도와 함께 설명한다. 적산기(43)는 A/D변환기(41)로부터 인가되는 동위상신호[r_i,I(nT)]와 다른 채널들에 대하여 얻어진 동위상신호들을 적산한다. Q-성분연산기(44)는 상술의 식 (30)또는 (31)에 따라 구현된 것으로서, 스위칭회로(42)를 통해 인가되는 신호로부터 i채널에 대한 이위상신호[r_i,_Q(t)]를 발생한다. Q-성분연산기(44)로부터 출력하는 신호와 다른 채널에 대해 얻어진 해당 신호들은 적산기(45)에서 적산된다. 상술한 바와 같이, 반사물체로부터 어레이의 각 채널들간의 신호 도달거리들이 서로 다르므로, 어레이의 각 소자들이 동일한 시점에 반사물체로에서 반사되는 초음파신호를 서로 다른 시점에 수신하게 된다. 적산기(43, 또는 45)는 입력되는 신호들을 적산하여 각 어레이 소자들에서의 초음파신호의 수신 시점들간의 차이를 해소할 수 있게 된다. 포락선검출기(46)는 적산기들(43,45)로부터 입력하는 신호들(I,Q)을 이용하여 수신되는 초음파신호에 대한 포락선 신호[E(nT)]을 검출한다. 제 4 도의 장치는 상술한 식 (6)에 관련하여 설명한 샘플링오차를 제 1 도와 같은 기존의 2차 샘플링 방식보다 더 많이 줄인 포락선신호[E(nT)]를 얻을 수 있게 한다.

제 5 도(a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 블록도로서, 3차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍장치를 보여준다. 즉, 테일러 급수전개의 미분항의 차수(m)가 1인 상술의 식 (34)를 이용하는 경우의 회로도이다. 제 5 도(b)는 제 5 도(a)의 회로가 신호의 샘플링에 이용하는 클럭을 나타낸 파형도이다. 제 6 도는 m=1인 경우의 수신신호의 샘플링 위치를 보여준다. 제 5 도(a)에서, 적산기들(53,55) 이전의 회로는 제 4 도와 마찬가지로 각 채널에 대하여 동일한 구성을 가진다.

제 5 도(a)에서, i채널을 통해 어레이로 수신되는 신호[r_i(t)]는 아날로그-디지탈변환기(51)로 인가된다. A/D변환기(51)는 입력되는 신호를 제 5 도(b)에 도시된 샘플링클럭(Ss)에 따라 샘플링 및 아날로그-디지탈 변환하여 출력한다. 샘플링클럭(Ss)은 수신신호가 갖는 중심주파수(f_o)에 대하여 T/4(=1/[4f_o])이 주기를 갖는다. 보다 상세하게는, A/D변환부(51)는 t = nT에서 얻은 동위상신호(I_i)와, 동위상신호에 대해 t = nT ±α인 두 위치에서 얻어지는 이위상신호들(Ql_i,Q2_i)을 출력한다. 채널 i에 대하여, Ql_i은 식 (34)의 [r_Q(nT-α)] 이고, Q2_i은 r_Q(nT-α)이다. 스위칭회로(52)는 A/D변환기(51)의 출력신호들을 세개의 출력단(A, B, 또는 C)을 통하여 선택적으로 출력한다. 스위칭회로(52)는 동위상신호(I_i)보다 앞선 t = nT-α의 이위상신호(Q1_i)가 인가되면 출력단 A를 통하여 출력하며, t = nT의 동위상신호(I_i)가 입력되면 출력단 B를 통하여 출력하고, t = nT-α의 이위상신호(Q2_i)가 인가되면 출력단 C를 통하여 출력한다. Q-성분연산기(54)는 처음과 세번째 샘플링 값인 이위상신호(Ql_i과 Q2_i)를 인가받아, 두 신호간의 차이를 구한 다음 이를 2로 나누어 동위상신호(I_i)에 대응하는 이위상신호(Q1_i)를 구한다. 보다 상세하게는, Q-성분연산기(54)는 (Q2_i-Q1_i)/2 연산을 수행하여 이위상신호(Q_i)를 구한다. Ql_i과 Q2_i의 위치는 제 6 도에 도시되었다. 적산기(53)는 어레이의 모든 소자에 대한 동위상신호들을 적산하여 출력하고, 적산기(55)는 어레이의 모든 소자에 대한 이위상신호들을 적산하여 출력한다. 포락선검출기(56)는 적산기(53)로부터의 동위상신호(I)와 적산기(55)로부터의 이위상신호(Q)를 각각 제곱하여 제곱근을 취하여 포락선신호[E(nT)]를 생성한다.

직각 샘플링이나 힐버트(Hilbert) 샘플링 방식에서는 각 채널에 대해 2개의 A/D 변환기가 필요하지만 제 5 도의 회로는 하나의 A/D 변환기만을 사용하기 때문에 하드웨어가 크게 줄어들며 경제적이다. 뿐만 아니라, 이 회로는 위의 두 방법과는 달리 아나로그 회로를 사용하지 않으므로, 구현하기 쉽고 성능이 우수하며 디지탈 회로만으로 포커싱을 할 수 있는 전 디지탈 시스템이다.

그러나, A/D 변환기의 샘플링 주파수를 낮추고자 한다면 제 5 도의 장치를 제 7 도와 같이 2 개의 A/D 변환기를 사용하여 변형할 수 있다.

제 7 도(a)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 블럭도이다. 제 7 도(a)의 장치는 각 채널에 대해 2개의 A/D변환기들(71,72)을 사용한다. A/D변환기들(71,72)에서 각각 사용되는 샘플링클럭들은 제 7 도(b) 및 (c)에 도시되었다. 제 7 도(a)의 장치는 제 5 도(a)의 장치와 동일한 블럭들(53, 54, 55 및 56)을 가진다. 제 5 도(a)의 블럭들과 동일한 참조번호를 갖는 블럭들은 모두 제 5 도(a)의 대응 블럭들과 동일한 기능을 수행한다. A/D 변환기(71)는 제 7 도(b)에 도시된 샘플링클럭(S_I)에 따라 동작하며, A/D 변환기(72)는 제 7 도(c)에 도시된 샘플링클럭(S_Q)에 따라 동작한다. 샘플링클럭 S_I와 S_Q는 동일한 주파수를 갖는 별개의 클럭이나, A/D 변환기들(71 및 72)에 인가되는 시점이 1/(4f_o)만큼 서로 다르다. 그리고, 서로 인접한 두개의 샘플링클럭 S_Q사이에 샘플링클럭 S_I이 위치하게 된다. 이런 이유로, 샘플링클럭 S_I와 S_Q는 제 5 도(a)의 장치에서 사용하는 샘플링클럭의 1/2의 주파수를 갖는다. 즉, A/D 변환기(71 및 72)의 속도는 2f_o가 되어 A/D 변환기에 대한 조건을 완화할 수 있다. A/D 변환기(71)는 i채널의 신호를 A/D 변환하여 동위상신호(I_i)를 생성하며, A/D 변환기(72)는 A/D 변환기(71)에 의해 출력되는 동위상신호(I_i)에 대응하는 이위상신호들(Ql_i,Q2_i)을 생성하여 출력한다. 스위칭회로(73)는 Q-성분연산기(54)가 정확한 연산을 수행할 수 있도록 이위상신호들(Ql_i,Q2_i)을 Q-성분연산기(54)로 출력한다. 이하의 신호처리는 제 5 도(a)의 장치와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

제 8 도(a)는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 3차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치를 나타낸 회로도이다. 제 8도(b)는 제 8 도의 회로에서 사용되는 클럭들(S_CK,S_CLS,SF)을 각각 보여준다. 제 8 도(a)의 회로는 동위상성분과 이위상성분을 별도로 처리하지 않고, 하나의 경로 또는 채널을 이용하여 신호를 처리하는 점에서 상술한 제 5 도(a) 또는 제 7 도(a)의 장치와 구분된다. 제 8 도(a)의 회로는 한 채널에 대한 A/D 변환기(81), I 및 Q성분 연산기(82), 및 FIFO메모리(83)를 보여준다. 디지탈 빔포밍장치에서 허용하는 모든 채널들의 신호는 상술한 블럭들과 동일한 블럭들에 의하여 처리되며, 적산기(84)로 입력된다. 제 8 도(a)에서, i채널을 통해 입력되는 신호[r_i(t)]는 A/D 변환기(81)로 입력한다. A/D 변환기(81)는 제 8 도(b)의 제 1클럭(S_CK)에 따라 입력신호[r_i(t)]를 8비트의 디지탈 신호로 출력한다. I 및 Q성분 연산기(82)는 래치들(821, 823, 825), 및 감산기(827)로 구성된다. 래치들(821, 823, 825)은 동일한 클럭에 따라 동작하며, 제 2래치(823) 및 제 3 래치(24)는 제 8 도(b)에 도시된 클리어신호(S_CLS)를 인가받는다. 클럭 S1에 의해 제 1래치(821)로부터 Q1이 출력되면, Q1은 감산기(827)의 +입력단으로 입력된다. 이때 제 3래치(82)는 클리어신호(S_CLS)에 의해 클리어되므로 감산기(827)의 -입력단으로 0을 출력한다. 결과적으로, 감산기(827)는 클럭(S1)이 인가되는 순간에는 Q1을 출력한다. 써넣기신호(SF)는 클럭 S1에 대응하는 클럭을 갖지 않으므로, 클럭 S1에 의해 발생된 데이타 Q1은 FIFO메모리(83)에 저장되지 않게된다. 클럭 S2가 인가되면, 감산기(827)는 동위상신호(I_i)를 출력하고, FIFO메모리(83)는 입력하는 동위상신호(I_i)를 써넣기신호(SF)의 클럭에 따라 저장한다. 클럭 S3가 인가되면, 감산기(827)는 동위상신호(I_i)에 인접하는 두 이위상신호들(Q2_i,Q1_i) 간의 차이를 2로 나눈 값 Ql_i(=[Q2_i-Ql_i]/2)를 출력한다. 상술의 감산기(827)가 9비트 감산기라면, 2로 나누는 연산은 Q2_i-Ql_i의 상위 8비트를 출력하는 동작으로 이루어 진다. FIFO메모리(83)는 감산기(827)로부터 인가되는 이위상신호(Q_i)를 써넣기신호(SF)의 클럭에 따라 저장한다. 다시 말하면, 클럭들(S2 및 S3)에 따라 생성되는 동위상신호(I_i)와 이위상신호(Q_i)는 감산기(827)로부터 출력되는 순서대로 FIFO메모리(83)에 저장된다. 따라서, FIFO메모리(83)는 감산기(827)로부터 연속적으로 출력하는 동위상신호와 이위상신호를 교대로 저장하게 된다. I 및 Q성분 연산기(82)의 동작을 요약하면 다음의 표1과 같다.

적산기(85)는 모든 채널의 FIFO메모리들로부터 순차적으로 인가되는 동위상신호들과 이위상신호들을 각 성분별로 적산한다. 적산된 동위상신호와 이위상신호는 포락선검출기(미도시)로 인가되어 포락선검출에 사용된다.

제 8 도(a)의 회로는 어레이의 각 채널에 대해 하나의 A/D변환기와 하나의 FIFO메모리를 사용하므로써, 두개의 A/D변환기와 두개의 FIFO메모리를 요구하는 직교샘플링이나 해석신호 샘플링에 비하여 회로를 간단히 할 수 있는 효과를 가져오면서, 기존의 2차 샘플링보다 정확하게 이위상신호를 검출할 수 있는 효과를 가져온다.

제 9 도 내지 제 13 도는 σ=2.5π인 조건하에서 컴퓨터 시뮬레이선을 통해 얻어진 결과를 보여준다. σ의 값을 2.5π로 고정한 것은 컴퓨터 시뮬레이션에서 사용되는 신호의 대역폭이 초음파 영상 장치에서 흔히 사용되는 신호의 대역폭으로 두기 위해서이다. 제 9 도는 초음파신호의 이상적인 포락선(점선)과 본 발명의 3차 샘플링 방법으로 구한 포락선(실선)을 보여준다. 제 9 도에서 실선으로 표시된 포락선은, f=3.5MHz, m이 1인 경우에, 본 발명의 3차 샘플링방법을 이용하여 구한 포락선이다. 본 발명의 3차 샘플링 방법에 의한 신호-대-잡음비와 기존의 2차 샘플링방법에 의한 신호-대-잡음비를 제 10 도에 도시하였다. 제 10 도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 3차 샘플링 방법은 제 3 도와 같은 기존의 2차 샘플링방식에 의하여 발생하는 오차를 현저하게 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 제 11 도와 제 12 도는 중심주파수(f)의 변동에 따른 오차를 분석한 결과이다. 분석에 사용된 신호의 f는 제 11 도의 경우 6MHz, 제 12 도의 경우 10MHz이다. 제 11 도와 제 12 도를 비교하여 보면, 본 발명에서 제안된 방법이 중심주파수의 변동에 별로 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다. 제 13 도는 4차 샘플링방식, 즉 m=2인 경우로 식 (37)에서 ag(nT)에 의한 오차를 추가로 제거한 방식을 사용하여 포락선을 구한 것이다. m=2인 경우는 m=1인 경우와 비슷한 하드웨어로 구성할 수 있다. 그러나, 이위상신호를 얻기 위해서 신호를 샘플링하는 위치가 t=nT±α, nT+3α의 세 곳이며 식 (24)대신에 식 (37)의 연산을 해야한다는 점이 다르다. 이 방법은 g'(nT)를 제거하는 방법보다 오차를 줄일 수 있으나 3개의 데이타를 처리하여야 하기 때문에 하드웨어가 상대적으로 복잡하다. 그러나 ASIC(Application Specified Integrated Circuit) chip을 이용하면 실시간 처리에도 사용될 수 있으리라 기대된다.

상술의 설명에서는 동위상신호를 기준하여 2개 이상의 이위상신호를 얻어 동위상신호에 대응하는 이위상신호를 계산하였으나, 이위상신호를 기준하여 2개 이상의 동위상신호를 얻어 이위상신호에 대응하는 동위상신호를 계산하는 변형 실시예도 구현 가능하다.

상술한 바와 같이, 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 시스템은 매우 간단한 디지탈 하드웨어를 추가하므로써, 초음파 영상장치에서 일반적으로 사용되는 전체 주파수 대역에서 기존의 2차 샘플링 방법보다 포락선 검출의 오차를 크게 줄여 주기 때문에 초음파 영상 장치에서 신호의 포락선 검출에 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims

센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 디지탈 빔포밍 방법에 있어서, 상기 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하는 단계; 상기 이위상신호들로부터 상기 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응이위상신호를 계산하는 단계; 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들을 별도로 적산하여 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호를 얻는 단계; 및 상기 적산된 동위상신호와 상기 적산된 이위상신호를 이용하여 포락선을 검출하는 단계를 포함하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 동위상신호 및 이위상신호 생성단계는 동위상신호에 대한 위상차가 ±90°, ±270°, ±450°…인 위치의 신호들중에서 상기 동위상신호와 위상차가 가장 적은 적어도 둘 이상의 이위상신호를 얻기 위한 샘플링신호를 각 채널마다 발생하는 단계; 및 채널의 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호를 대응 샘플링신호에 따라 샘플링하여 동위상신호 및 적어도 둘 이상의 이위상신호들을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
제 2항에 있어서, 상기 대응이위상신호 계산단계는 동위상신호보다 90°만큼 앞선 제 1이위상신호와 상기 동위상신호부터 90°만큼 뒤진 제 2이위상신호의 차를 2로 나누어 상기 대응이위상신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 이위상신호에 대응하는 적어도 둘 이상의 동위상신호들로부터 대응동위상신호를 얻어 디지탈 빔포밍을 이룰 수 있는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
초음파 영상시스템의 트렌스듀스 어레이로 수신되는 신호의 디지탈 빔포밍 방법에 있어서, 상기 센세 어레이로부터 인가되는 각 채널의 반사 초음파 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하는 단계; 상기 이위상신호들로부터 상기 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응이위상신호를 계산하는 단계; 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들을 별도로 적산하여 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호를 얻는 단계; 및 상기 적산된 동위상신호와 상기 적산된 이위상신호를 이용하여 포락선을 검출하는 단계를 포함하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
제 5항에 있어서, 상기 동위상신호 및 이위상신호 생성단계는 동위상신호에 대한 위상차가 ±90°, ±270°, ±450°…인 위치의 신호들중에서 상기 동위상신호와 위상차가 가장 적은 적어도 둘 이상의 이위상신호를 얻기 위한 샘플링신호를 각 채널마다 발생하는 단계; 및 채널의 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호를 대응 샘플링신호에 따라 샘플링하여 동위상신호 및 적어도 둘 이상의 이위상신호들을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
제 6항에 있어서, 상기 대응이위상신호 계산단계는 동위상신호보다 90°만큼 앞선 제 1이위상신호와 상기 동위상신호보다 90°만큼 뒤진 제 2이위상신호의 차를 2로 나누어 상기 대응이위상신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 방법.
센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 디지탈 빔포밍 장치에 있어서, 상기 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 신호로부터 하나의 디지탈 동위상(inphase)신호와 이 동위상신호에 인접하는 적어도 둘 이상의 디지탈 이위상(quadrature)신호를 각 채널마다 생성하는 수단; 상기 이위상신호들로부터 상기 동위상신호와 이위상신호들을 얻는 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응위상신호를 계산하는 수단; 각 채널마다 얻어진 대응이위상신호들과 각 채널마다 얻어진 동위상신호들을 별도로 적산하여 적산된 동위상신호와 적산된 이위상신호를 얻는 수단; 및 상기 적산된 동위상신호와 상기 적산된 이위상신호를 이용하여 포락선을 검출하는 수단을 포함하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 8항에 있어서, 상기 동위상신호 및 이위상신호 생성수단은, 동위상신호에 대한 위상차가 ±90°, ±270°, ±450°…인 위치의 신호들중에서 상기 동위상신호와 위상차가 가장 적은 적어도 둘 이상의 이위상신호 및 상기 동위상신호를 얻기 위한 각 채널마다 샘플링신호에 응답하여, 동위상신호 및 적어도 둘 이상의 이위상신호를 산출하는 다수의 A/D변환부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 9항에 있어서, 상기 다수의 A/D변환부들 각각은 하나의 동위상신호와 그에 대응하는 두 개의 이위상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 9항에 있어서, 상기 다수의 A/D변환부들 각각은 입력신호의 주기(T)에 대하여 T/4의 간격으로 3개의 샘플링클럭들을 갖는 샘플링신호에 따라 상기 하나의 동위상신호와 그에 대응하는 두 개의 이위상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 10항에 있어서, 대응이위상신호 계산수단은 동위상신호보다 위상이 90°만큼 앞선 제 1이위상신호와 상기 동위상신호보다 위상이 90°만큼 뒤진 제 2이위상신호의 차를 2로 나누어 각 채널마다 상기 대응이위상신호를 생성하는 이위상성분연산기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 12항에 있어서, 상기 포락선 검출수단은 각 채널에 대응하는 각각의 A/D변환부로부터 입력되는 동위상신호들을 적산하는 제 1적산기; 각 채널에 대응하는 각각의 이위상성분연산기로부터 입력되는 각 채널마다의 대응이위상신호들을 적산하는 제 2적산기; 및 상기 적산기들의 출력신호들로부터 포락선 크기를 계산하는 포락선크기계산기를 포함하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 13항에 있어서, 각 채널의 A/D변환부의 출력신호들을 인가받아 동위상신호는 상기 제 1적산기로 출력하며 이위상신호들은 상기 이위상성분연산기로 출력하는 스위칭회로를 추가로 구비함을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 9항에 있어서, 상기 다수의 A/D변환부들 각각은 제 1샘플링신호에 응답하여 입력신호로부터 동위상신호를 얻기 위한 제 1A/D변환기; 및 제 2샘플링신호에 응답하여 입력신호로부터 두 개의 이위상신호를 얻기 위한 제 2A/D변화기를 포함하며, 상기 제 1샘플링신호와 제 2샘플링신호는 입력신호의 주기(T)에 대하여 T/2의 간격을 갖는 샘플링클럭을 가지며, 제 2샘플링신호의 인접하는 2개의 샘플링클럭사이에 제 1샘플링신호의 하나의 샘플링클럭이 위치하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔 포밍 장치.
제 15항에 있어서, 상기 대응이위상신호 계산수단은 제 2A/D변환기의 출력신호로부터 대응이위상신호를 계산하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔 포밍 장치.
센서 어레이를 통하여 수신되는 신호의 디지탈 빔포밍 장치에 있어서, 상기 센서 어레이로부터 인가되는 각 채널의 아날로그 신호로부터 디지탈 제 1위상신호와 제 1위상신호에 인접하며 상기 제 1위상신호와 이위상(quadrature)의 관계를 갖는 적어도 둘 이상의 디지탈 제 2위상신호를 생성하여, 모든 채널에 대한 제 1위상신호들과 제 2위상신호들을 출력하는 신호생성 수단; 상기 신호생성수단으로부터 한 채널에 대한 제 1위상신호와 제 2위상신호들을 수신하여, 그 채널의 제 1위상신호와 제 2위상신호들간의 생성 시점의 차이에 의한 오차를 줄인 대응위상신호를 그 채널의 제 2위상신호들을 사용하여 계산하는 다수의 계산부들; 상기 계산들로부터 각 채널의 제 1위상신호들과 대응위상신호들을 인가받아, 각 채널의 제 1위상신호와 대응위상신호를 입력하는 순서대로 저장 및 출력하는 다수의 저장부들; 상기 다수의 저장부들로부터 출력되는 모든 채널의 제 1위상신호와 대응위상신호를 수신하여, 제 1위상신호들 및 대응위상신호들을 별도로 적산하고, 적산된 제 1위상신호와 적산된 대응위상신호를 출력하는 적산부; 및 상기 적산부로부터 적산된 제 1위상신호와 적산된 대응위상신호를 수신하여, 포락선을 검출하는 수단을 포함하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 17항에 있어서, 상기 신호생성수단은 해당 채널의 아날로그신호를 그 채널에 대하여 기설정된 샘플링신호에 따라 아날로그-디지탈변환하여 제 1위상신호와 제 2위상신호들을 생성하여 출력하는 A/D변환기들을 구비함을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 18항에 있어서, 상기 A/D변환기들 각각은 하나의 제 1위상신호에 대하여 2개의 제 2위상신호를 생성하며, 제 2위상신호 제 1위상신호 그리고 제 2위상신호의 순서로 출력하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.
제 19항에 있어서, 상기 다수의 계산부들 각각은 해당 채널의 A/D변환기로부터의 출력신호를 인가받는 제 1래치; 상기 제 1래치의 출력신호를 인가받는 제 2래치; 및 상기 제 2래치의 출력신호를 인가받는 제 3래치를 구비하며, 상기 감산기는 상기 제 1래치의 출력단에 연결된 가산입력단과 상기 제 3래치의 출력단에 연결된 감산입력단을 구비하고, 상기 각각의 래치는 기설정된 샘플링신호에 들어있는 연속하는 세 개의 클럭펄스에 따라 입력하는 신호를 저장하며, 상기 감산기는 세 개의 클럭펄스중의 첫번째 클럭펄스에 따라 상기 제 1래치로부터 출력하는 제 2위상신호를 그대로 출력하며, 그 두 번째 클럭펄스에 따라 상기 제 1래치로부터 출력하는 제 1위상신호를 그대로 출력하고, 그 세 번째 클럭펄스에 따라 상기 제 1래치 및 제 3래치로부터 인가되는 제 2위상신호들의 경우, 상기 제 1래치로부터 출력하는 신호로부터 상기 제 3래치로부터 출력하는 신호를 감산한 다음 2로 나누어 출력하는 것을 특징으로 하는 다차 샘플링을 이용한 디지탈 빔포밍 장치.