KR100477619B1 - 어레이 안테나의 널 방향 제어 방법 - Google Patents

어레이 안테나의 널 방향 제어 방법 Download PDF

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Abstract

널(null) 방향 제어 방법은 역행렬을 계산하지 않고서 지정된 널 빔 방향을 형성하는 최적의 안테나 웨이트를 허용한다. N 소자 어레이 안테나에서, 지정된 널 빔 안테나 패턴은, N 소자 어레이 안테나용 안테나 웨이트 백터를 생성하도록 M개의 지정된 널 방향 중의 순차 선택된 하나의 방향으로 널을 형성하는 2 소자 안테나 웨이트 벡터 및 지정된 빔 방향으로 빔을 형성하는 (N-M) 소자 안테나 웨이트 벡터를 처리하여 구해진다. 최종의 안테나 웨이트 벡터는 M개의 지정된 널 방향 중의 순차 선택된 하나의 방향으로 널을 형성할 때마다 워크 안테나 웨이트 벡터의 소자 수를 증분시킴으로써 계산된다.

Description

어레이 안테나의 널 방향 제어 방법{NULL DIRECTION CONTROL METHOD FOR ARRAY ANTENNA}
본 발명은 어레이 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 널 방향 제어용 안테나 웨이트를 계산하는 기술에 관한 것이다.
이동 통신 시스템의 기지국에서, 어레이 안테나의 각각의 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들은 적응 신호 처리함으로써 간섭파의 도래하는 방향으로 널을 형성하고, 간섭을 억제하게 한다. 또한, 수신 신호로부터 얻어진 널 패턴이 신호 송신시에 사용된다.
그러나, ADSL(asymmetric digital subscriber line) 서비스를 사용하는 Web 액세스 등의 비대칭 통신의 경우, 수신 신호로부터 얻어진 널 패턴이 송신시에 항상 최적으로 적합한 것은 아니다. 이 경우, 어느 방식으로든 널 방향을 결정하여 결정된 방향으로 널을 형성할 필요가 있다.
원하는 방향으로 널을 형성하는 안테나 웨이트는 안테나 웨이트 계산시에 형성되고 지정된 방향에서의 신호파 및 간섭파를 수신하는 모델 내의 Howells-Applebaum 어댑티브 어레이 제어 알고리즘을 이용하여 구해질 수 있다. Howells-Applebaum 어댑티브 어레이 제어 알고리즘의 상세는, 예를 들면 Scitech Press의 노부오 기쿠마(Nobuo Kikuma)에 의한 "Adaptive Signal Processing by Array Antenna"의 제4장 MSN 어댑티브 어레이 pp.67∼86에 설명되어 있다.
도 1은 Howells-Applebaum 어댑티브 어레이 제어 알고리즘을 이용한 종래의 널 방향 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 널 및 빔 형성 방향 θbeam, θnull(1), …, θnull(M)이 지정되면, 널 및 빔 형성 방향의 스티어링 벡터 Abeam, Anull(1), …, Anull(M)이 작성된 후, 조합되어 Asum을 생성한다. 조합된 스티어링 벡터 Asum은 공분산(covariance) 행렬 RAA를 계산하는 데 사용된다. RAA 의 역행렬은 어레이 안테나의 최적의 웨이트 Wbeam을 계산하는 데 사용된다.
그러나, 상기 종래 기술에 따른 최적의 웨이트 연산은 역행렬 계산을 필요로 한다. 이는 처리 시간 및 연산량을 증가시켜, 처리 속도가 저하되고 하드웨어의 양이 증가하게 된다.
본 발명의 목적은 역행렬을 계산하지 않고서 지정된 널 빔 방향을 형성하는 최적의 안테나 웨이트를 구할 수 있는 널 방향 제어 방법을 제공하는 것이다.
N 소자 어레이 안테나에서, 지정된 널 빔 안테나 패턴은 M개의 지정된 널 방향 중의 순차 선택된 하나의 방향으로 널을 형성하는 2 소자 안테나 웨이트 벡터 및 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하도록 지정된 빔 방향으로 빔을 형성하는 (N-M) 소자 안테나 웨이트 벡터를 처리하여 구해진다. 최종의 안테나 웨이트 벡터는 M개의 지정된 널 방향 중의 순차 선택된 하나의 방향으로 널을 형성할 때마다 워크 안테나 웨이트 벡터의 소자 수를 증분시킴으로써 계산된다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 단일 빔 방향 θbeam 및 M 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-2)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 방법으로서, a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 단일 빔 방향으로 빔을 형성하는 단계; b) M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계; c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계; d) 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 웨이트 벡터를 생성하는 단계; e) 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터와 제2 확장 웨이트 벡터를 더하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및 f) M개의 널 방향이 선택될 때까지 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
단계 a)는 다음의 식을 이용하여 워크 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [W beam(1), …, Wbeam(N-M)]를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
δWbeam = exp{-j·k·d·sin(θbeam)},
Wbeam(1) = 1, 및
Wbeam(i) = Wbeam(i-1)·δWbeam (i = 2, 3, …, N-M)
여기서, d는 N 소자 어레이 안테나의 안테나 소자들 간의 간격이고, k는 자유 공간의 전파 상수(k=2π/λ)이며, λ는 자유 공간의 파장이다.
단계 c)는 다음의 식을 이용하여 2 소자 안테나 웨이트 벡터 W null(m) = [Wnull_1(m), Wnull_2(m)]를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
δWnull(m) = -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))},
Wnull_1(m) = 1, 및
Wnull_2(m) = Wnull_1(m)·δWnull(m)
= -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))}
여기서, m = 1, 2, …, M.
단계 d)는 다음의 식을 이용하여 제1 워크 웨이트 벡터 W beam1 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터 W beam2를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
W beam1 = Wnull_1(m)· W pattern = 1· W pattern, 및
W beam2 = Wnull_2(m)· W pattern
= exp{-j·k·d·cos(θnull(m))}· W pattern
단계 e)는, 제1 워크 웨이트 벡터 W beam1의 후미 및 제2 워크 웨이트 벡터 W beam2의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 [ W beam1 , 0] 및 제2 확장 웨이트 벡터 [0, W beam2]를 생성하는 단계; 및 제1 확장 웨이트 벡터와 제2 확장 웨이트 벡터를 더하여 워크 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [ W beam1 , 0] + [0, W beam2]를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-1)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 방법으로서, a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 임의로 준비하는 단계; b) M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계; c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계; d) 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; e) 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 더하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및 f) M개의 널 방향이 선택될 때까지 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 어레이 안테나는 균등하게 이격되고 직선으로 정렬되는 N개의 안테나 소자(1.1∼1.N)로 구성된다. 각각의 안테나 소자(1.1∼1.N)는 N개의 디지털/아날로그(D/A) 변환기(3.1∼3.N)를 통하여 신호 처리기(4)에 차례차례 접속되는 N개의 송신기(2.1∼2.N)에 접속된다.
신호 처리기(4)는 승산기(9.1∼9.N) 및 안테나 웨이트 계산기(5)를 포함한다. 승산기(9.1∼9.N)는 D/A 변환기(3.1∼3.N)에 접속되어, 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N)를 송신 데이터에 각각 할당한다. 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N)는 안테나 웨이트 계산기(5)에 의해 지정된 빔 방향 θbeam 및 널 방향 θnull(1), …, θnull(M)으로부터 계산된다.
승산기(9.1∼9.N) 및 안테나 웨이트 계산기(5)를 포함하는 신호 처리기(4)는 안테나 웨이트 계산 프로그램을 실행하는 디지털 신호 처리기(후술함)에 의해 실현된다.
상기 회로에서, 송신 데이터가 신호 처리기(4)에 입력되면, 승산기(9.1∼9.N)는 안테나 웨이트 계산기(5)에 의해 작성된 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N) 각각과 송신 데이터를 곱한다. 이와 같이, 송신 데이터의 N개의 웨이팅된 스트림이 D/A 변환기(3.1∼3.N)에 의해 디지털로부터 아날로그로 각각 변환된다. 각각의 아날로그 송신 신호는 송신기(2.1∼2.N)에 의해 안테나 소자(1.1∼1.N)를 통하여 송신된다.
안테나 웨이트 계산 (1)
도 3을 참조하면, 빔 형성 방향 θbeam 및 널 형성 방향 θnull(1), …, θnull(M)은 안테나 웨이트 계산기(5)에 입력된다(단계 S101). 여기서, M은 방향이 지정되는 널의 수이고, M은 N-2 이하로 제한된다.
이들 방향의 입력시, 안테나 웨이트 계산기(5)는 다음의 식 (1)∼(4)를 이용하여 빔 형성 방향 θbeam을 갖는 (N-M) 소자 어레이 안테나에 할당될 안테나 웨이트 벡터 W beam를 계산한다:
W pattern = [Wbeam(1), …, Wbeam(N-M)] (1),
δWbeam = exp{-j·k·d·sin(θbeam)} (2),
Wbeam(1) = 1 (3), 및
Wbeam(i) = Wbeam(i-1)·δWbeam : i = 2, 3, …, N-M (4),
여기서, d는 안테나 소자들 간의 간격이고, k는 자유 공간의 전파 상수(k=2π/λ)이며, λ는 자유 공간의 파장이다(단계 S102). 그 후,
W pattern = W beam (5)
및 m=1 (단계 S103, S104) 및 다음의 단계 S105 ∼ S109가 m=M일 때까지 반복해서 수행된다 (여기서, m은 1, 2, …, M).
단계 S105:
방향 θnull(m)으로 널을 형성하는 2 소자 어레이 안테나의 웨이트 벡터 W null(m)는 다음의 식 (6)∼(9)에 의해 계산된다:
W null(m) = [Wnull_1(m), Wnull_2(m)] (6),
δWnull(m) = -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))} (7),
Wnull_1(m) = 1 (8), 및
Wnull_2(m) = Wnull_1(m)·δWnull(m)
= -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))} (9).
단계 S106:
W pattern 및 W null(m)을 이용하여, (N-M) 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터 W beam1 및 W beam2이 다음의 식 (10) 및 (11)에 의해 계산된다:
W beam1 = Wnull_1(m)· W pattern = 1· W pattern (10), 및
W beam2 = Wnull_2(m)· W pattern
= exp{-j·k·d·cos(θnull(m))}· W pattern (11).
단계 S107:
W beam1의 후미 및 W beam2의 선두에 0을 부가하여, 다음의 식 (12)를 이용하여 (N-M+1) 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 계산하고 가산하여 W pattern 을 생성한다:
W pattern = [ W beam1, 0] + [0, W beam2 ] (12).
그 후, m을 증분하여(단계 S108), m=M인지를 판정한다(단계 S109). m이 M에 도달하지 않은 경우(단계 S109에서 NO), 단계 S105로 되돌아가 단계 S105 ∼ 단계 S108을 m=M일 때까지 반복한다.
이와 같이, 최종 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [ W beam(1) , …, W beam(N)]가 구해지고 이들 안테나 웨이트가 승산기(9.1∼9.N) 각각에 대하여 출력된다. 즉, 각각의 빔 및 널 방향은 단일 콤플렉스 웨이트에 의해 지정되고, 이들 콤플렉스 웨이트를 단지 승산 및 가산하여 지정된 빔 방향 θbeam 및 널 방향 θnull(1), …, θnull(M)을 갖는 최종 안테나 패턴을 생성함으로써, 연산량이 감소된다.
예
예로서, N=6 및 M=3의 경우를 이하에 설명한다. 이 예에서는, 단일 빔 방향 θbeam 및 3개의 널 방향 θnull(1), θnull(2) 및 θnull(3)이 6 소자 어레이 안테나 시스템에 지정된다.
N-M = 3이므로, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 빔 방향 θbeam을 갖는 3 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터 W beam0는 우선 식 (1)∼(4)에 의해 계산된다.
다음에, 식 (6)∼(9)가 방향 θnull(1)으로 널을 형성하는 2 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터 W null(1)를 계산하는 데 우선 사용된다. 이 W null(1) 및 상기 W beam0을 이용하여, 3 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터 W beam1(1) 및 W beam2(1)가 식 (10) 및 (11)에 따라 계산된다. W beam1(1) 의 후미 및 W beam2(1)의 선두에 0을 부가함으로써, 4 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터가 계산되고 가산되어 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 식 (12)를 이용하여 W pattern(1)을 생성한다.
마찬가지로, 식 (6)∼(9)가 방향 θnull(2)으로 널을 형성하는 2 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터 W null(2)를 계산하는 데 사용된다. 이 W null(2) 및 상기 W pattern(1)을 이용하여, 4 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터 W beam1(2) 및 W beam2(2)가 식 (10) 및 (11)에 따라 계산된다. W beam1(2) 의 후미 및 W beam2(2)의 선두에 0을 부가함으로써, 5 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터가 계산되고 가산되어 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이 식 (12)를 이용하여 W pattern(2)를 생성한다.
m이 M=3에 도달하지 않기 때문에, 식 (6)∼(9)가 방향 θnull(3)으로 널을 형성하는 2 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터 W null(3)를 계산하는 데 마찬가지로 사용된다. 이 W null(3) 및 상기 W pattern(2)를 이용하여, 5 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터 W beam1(3) 및 W beam2(3)가 식 (10) 및 (11)에 따라 계산된다. W beam1(3)의 후미 및 W beam2(3)의 선두에 0을 부가함으로써, 6 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터가 계산되고 가산되어 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이 식 (12)를 이용하여 W pattern(3)을 생성한다.
이와 같이, 최종 안테나 웨이트 벡터 W pattern(3) = [Wbeam(1), …, Wbeam(6)]가 구해지고, 이들 안테나 웨이트 Wbeam(1), …, Wbeam(6)가 승산기(9.1∼9.6) 각각에 대하여 출력되어, 송신 데이터의 진폭 및 위상이 제어된다. 따라서, 지정된 빔 방향 θbeam을 갖는 단일 빔 및 방향 θnull(1), θnull(2) 및 θnull(3)을 갖는 3개의 널이 역행렬 계산없이 구해질 수 있다. 이 예에서는, 3개의 콤플렉스 웨이트 W null(1) , W null(2), W null(3)가 각각의 널 방향을 지정하는 데 사용된다.
도 5a ∼ 도 5d는 도 4의 (a), (b), (c), 및 (d)에 나타낸 바와 같이 3 소자, 4 소자, 5 소자, 및 6 소자 어레이 안테나의 각 스테이지에 대응하는 안테나 패턴을 나타낸다. 도 5a ∼ 도 5d에서, 점선은 식 (6)에 대응하는 안테나 패턴을 나타내고, 실선은 식 (5) 및 (12)에 대응하는 안테나 패턴을 나타낸다.
이와 같이, 최종 콤플렉스 안테나 웨이트 W pattern = [Wbeam(1), …, Wbeam(6)]가 구해지고, 이들 안테나 웨이트가 승산기(9.1∼9.6) 각각에 대하여 출력된다. 즉, 각각의 빔 및 널 방향은 단일 콤플렉스 웨이트에 의해 지정되고, 이들 콤플렉스 웨이트가 단지 승산 및 가산되어 지정된 빔 방향 θbeam 및 널 방향 θnull(1), θnull(2) 및 θnull(3)을 갖는 최종 안테나 패턴을 생성한다. 따라서, 역행렬 연산이 필요없어, 연산량이 감소된다.
안테나 웨이트 계산 (2)
도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예에서는, 널 방향 θnull(1), …, θnull(M)만을 지정하여 지정된 널 방향을 형성하는 안테나 웨이트를 생성한다.
도 6을 참조하면, 널 형성 방향 θnull(1), …, θnull(M)이 안테나 웨이트 계산기(5)에 입력된다(단계 S201). 여기서, M은 방향이 지정되는 널의 수이고, N-1 이하로 제한된다.
그 후, 다음의 식 (13)으로 표현되는 바와 같이 임의의 안테나 웨이트 벡터 W beam를 (N-M) 소자 어레이 안테나에 할당한다(단계 S202):
W beam = [Wbeam(1), …, Wbeam(N-M)] (13).
그 후, W pattern = W beam 및 m=1 (단계 S203, S204), 및 m=M (여기서, m=1, 2, …, M)일 때까지 다음의 단계 S205 ∼S209가 반복해서 수행된다.
단계 S205:
방향 θnull(m)으로 널을 형성하는 2 소자 어레이 안테나의 웨이트 벡터 W null(m)는 다음의 식 (14)∼(17)에 의해 계산된다:
W null(m) = [Wnull_1(m), Wnull_2(m)] (14),
δWnull(m) = exp{-j·k·d·cos(θnull(m))} (15),
Wnull_1(m) = 1 (16), 및
Wnull_2(m) = Wnull_1(m)·δWnull(m)
= exp{-j·k·d·cos(θnull(m))} (17).
단계 S206:
W pattern 및 W null(m)을 이용하여, (N-M) 소자 어레이 안테나의 2개의 안테나 웨이트 벡터 W beam1 및 W beam2가 다음의 식 (18) 및 (19)에 의해 계산된다:
W beam1 = Wnull_1(m)· W pattern = 1· W pattern (18), 및
W beam2 = Wnull_2(m)· W pattern
= exp{-j·k·d·cos(θnull(m))}· W pattern (19).
단계 S207:
W beam1의 후미 및 W beam2의 선두에 0을 부가하고, 다음의 식 (20)를 이용하여 (N-M+1) 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 계산하고 가산하여 W pattern 을 생성한다:
W pattern = [ W beam1, 0] + [0, W beam2 ] (20).
그 후, m을 증분하여(단계 S208), m=M인지를 판정한다(단계 S209). m이 M에 도달하지 않은 경우(단계 S209에서 NO), 단계 S205로 되돌아가 단계 S205 ∼ 단계 S208을 m=M일 때까지 반복한다.
이와 같이, 최종 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [Wbeam(1), …, W beam(N)]가 구해지고 이들 안테나 웨이트가 승산기(9.1∼9.N) 각각에 대하여 출력된다. 즉, 각각의 빔 및 널 방향은 단일 콤플렉스 웨이트에 의해 지정되고, 이들 콤플렉스 웨이트를 단지 승산 및 가산하여 지정된 널 방향 θnull(1), …, θnull(M)을 갖는 최종 안테나 패턴을 생성함으로써, 연산량이 감소된다.
도 7을 참조하면, 어레이 안테나는 균등하게 이격되고 직선으로 정렬되는 N개의 안테나 소자(1.1∼1.N)로 구성된다. 각각의 안테나 소자(1.1∼1.N)는 N개의 아날로그/디지털(A/D) 변환기(7.1∼7.N)를 통하여 신호 처리기(8)에 차례차례 접속되는 N개의 수신기(6.1∼6.N)에 접속된다.
신호 처리기(8)는 N개의 승산기(9.1∼9.N), 안테나 웨이트 계산기(5), 및 합성기(10)를 포함한다. 승산기(9.1∼9.N)는 A/D 변환기(7.1∼7.N) 및 합성기(10)를 접속하고, 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N)를 수신 데이터 스트림 각각에 대하여 각각 할당한다. 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N)는 안테나 웨이트 계산기(5)에 의해 지정된 빔 방향 θbeam 및 널 방향 θnull(1), …,θnull(M)으로부터 계산된다. 안테나 웨이트 계산 방법은 제1 실시예의 것과 동일하므로 그의 상세한 설명은 생략한다.
승산기(9.1∼9.N) 및 안테나 웨이트 계산기(5)를 포함하는 신호 처리기(8)는 안테나 웨이트 계산 프로그램을 실행하는 디지털 신호 처리기에 의해 실현된다.
상기 회로에서, N개의 안테나 소자(1.1∼1.N)를 통하여 N개의 수신기(6.1∼ 6.N)에 의해 수신된 N개의 수신 신호는 N개의 A/D 변환기(7.1∼7.N)에 의해 아날로그로부터 디지털로 각각 변환된다. 각각의 수신 데이터 스트림은 안테나 웨이트 Wbeam(1) ∼ Wbeam(N)에 따라 승산기(9.1∼9.N)에 의해 웨이팅된다 웨이팅된 수신 데이터 스트림을 합성기(10)로 합성하여 수신 데이터를 생성한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 지정된 빔 널 방향 패턴을 형성하는 안테나 웨이트를 역행렬을 계산할 필요없이 구할 수 있어, 연산량을 상당히 감소시킬 수 있다.
도 1은 Howells-Applebaum 어댑티브 어레이 제어 알고리즘을 이용하는 종래의 널 방향 제어 방법을 나타낸 플로우차트.
도 2는 본 발명에 따른 널 방향 제어 방법을 채용하는 송신 디지털 빔 형성 장치를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 널 방향 제어 방법을 나타낸 플로우차트.
도 4의 (a)∼(d)는 제1 실시예에 따른 널 방향 제어 방법을 6 소자 어레이 안테나에 적용한 경우의 단일 빔 및 3개의 널을 발생시키는 흐름을 나타낸 개략도.
도 5a는 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 3 소자 어레이 안테나 스테이지의 안테나 패턴을 나타낸 그래프.
도 5b는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 4 소자 어레이 안테나 스테이지의 안테나 패턴을 나타낸 그래프.
도 5c는 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이 5 소자 어레이 안테나 스테이지의 안테나 패턴을 나타낸 그래프.
도 5d는 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이 6 소자 어레이 안테나 스테이지의 안테나 패턴을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 널 방향 제어 방법을 나타낸 플로우차트.
도 7은 본 발명에 따른 널 방향 제어 방법을 채용하는 수신 디지털 빔 형성 장치를 나타낸 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1.1 ∼ 1.N : 어레이 안테나 소자
2.1 ∼ 2.N : 송신기
3.1 ∼ 3.N : D/A 변환기
4, 8 : 신호 처리기
5 : 안테나 웨이트 계산기
6.1 ∼ 6.N : 수신기
7.1 ∼ 7.N : A/D 변환기
9.1 ∼ 9.N : 승산기
10 : 합성기

Claims (12)

  1. 단일 빔 방향 θbeam 및 M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-2)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 방법으로서,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 단일 빔 방향으로 빔을 형성하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 상기 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 a)는 다음의 식,
    δWbeam = exp{-j·k·d·sin(θbeam)},
    Wbeam(1) = 1, 및
    Wbeam(i) = Wbeam(i-1)·δWbeam (i = 2, 3, …, N-M)
    (여기서, d는 N 소자 어레이 안테나의 안테나 소자들 간의 간격이고, k는 자유 공간의 전파 상수(k=2π/λ)이며, λ는 자유 공간의 파장임),
    을 이용하여 상기 워크 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [Wbeam(1), …, Wbeam(N-M)]를 계산하는 단계를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 c)는 다음의 식,
    δWnull(m) = -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))},
    Wnull_1(m) = 1, 및
    Wnull_2(m) = Wnull_1(m)·δWnull(m)
    = -exp{-j·k·d·sin(θnull(m))}
    (여기서, m = 1, 2, …, M),
    을 이용하여 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터 W null(m) = [Wnull_1(m) , Wnull_2(m)]를 계산하는 단계를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 d)는 다음의 식,
    W beam1 = Wnull_1(m)· W pattern = 1· W pattern, 및
    W beam2 = Wnull_2(m)· W pattern
    = exp{-j·k·d·cos(θnull(m))}· W pattern
    을 이용하여 상기 제1 워크 웨이트 벡터 W beam1 및 상기 제2 워크 안테나 웨이트 벡터 W beam2를 계산하는 단계를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 e)는,
    상기 제1 워크 웨이트 벡터 W beam1의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터 W beam2의 선두에 0을 부가하여 상기 제1 확장 웨이트 벡터 [ W beam1 , 0] 및 상기 제2 확장 웨이트 벡터 [0, W beam2]를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 상기 워크 안테나 웨이트 벡터 W pattern = [ W beam1, 0] + [0, W beam2]를 생성하는 단계
    를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  6. M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-1)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 방법으로서,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 임의로 준비하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 안테나 웨이트 벡터 생성 방법.
  7. 단일 빔 방향 θbeam 및 M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-2)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하기 위해서 컴퓨터에 지시하는 프로그램을 기억하는 기억 매체로서,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 단일 빔 방향으로 빔을 형성하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 상기 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 프로그램을 기억하는 기억 매체.
  8. M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-1)을 갖는 지정된 안테나 패턴을 형성하도록 N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터를 생성하기 위해서 컴퓨터에 지시하는 프로그램을 기억하는 기억 매체로서,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 임의로 준비하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계
    를 포함하는 프로그램을 기억하는 기억 매체.
  9. 지정된 안테나 패턴을 형성하기 위한 장치로서,
    균등하게 이격되고 직선으로 정렬된 N개의 안테나 소자를 갖는 N 소자 어레이 안테나;
    상기 N개의 안테나 소자의 각각에 접속된 N개의 송신기;
    송신 데이터의 대응하는 스트림을, 대응하는 송신기로 출력되는 아날로그 신호로 각각 변환하는 N개의 디지털/아날로그 변환기; 및
    상기 송신 데이터를 처리하여, N개의 안테나 웨이트에 따라 웨이팅되는 송신 데이터의 N개의 스트림을 각각 생성하는 신호 처리기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는,
    단일 빔 방향 θbeam 및 M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-2)을 입력하고,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 단일 빔 방향으로 빔을 형성하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 상기 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 수행하는, 지정된 안테나 패턴 형성 장치.
  10. 지정된 안테나 패턴을 형성하기 위한 장치로서,
    균등하게 이격되고 직선으로 정렬된 N개의 안테나 소자를 갖는 N 소자 어레이 안테나;
    상기 N개의 안테나 소자의 각각에 접속된 N개의 송신기;
    송신 데이터의 대응하는 스트림을, 대응하는 송신기로 출력되는 아날로그 신호로 각각 변환하는 N개의 디지털/아날로그 변환기; 및
    상기 송신 데이터를 처리하여, N개의 안테나 웨이트에 따라 웨이팅되는 송신 데이터의 N개의 스트림을 각각 생성하는 신호 처리기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는,
    M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-1)을 입력하고,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 임의로 준비하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 포함하는, 지정된 안테나 패턴 형성 장치.
  11. 지정된 안테나 패턴을 형성하기 위한 장치로서,
    균등하게 이격되고 직선으로 정렬된 N개의 안테나 소자를 갖는 N 소자 어레이 안테나;
    상기 N개의 안테나 소자의 각각에 접속되어, 대응하는 수신 신호를 각각 생성하는 N개의 수신기;
    대응하는 수신 신호를 수신 데이터의 스트림으로 각각 변환하는 N개의 아날로그/디지털 변환기; 및
    N개의 안테나 웨이트의 각각에 따라 수신 데이터의 N개의 스트림을 웨이팅하여 수신 데이터를 생성하는 신호 처리기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는,
    단일 빔 방향 θbeam 및 M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-2)을 입력하고,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 단일 빔 방향으로 빔을 형성하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 상기 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 수행하는, 지정된 안테나 패턴 형성 장치.
  12. 지정된 안테나 패턴을 형성하기 위한 장치로서,
    균등하게 이격되고 직선으로 정렬된 N개의 안테나 소자를 갖는 N 소자 어레이 안테나;
    상기 N개의 안테나 소자의 각각에 접속되어, 대응하는 수신 신호를 각각 생성하는 N개의 수신기;
    대응하는 수신 신호를 수신 데이터의 스트림으로 각각 변환하는 N개의 아날로그/디지털 변환기; 및
    N개의 안테나 웨이트의 각각에 따라 수신 데이터의 N개의 스트림을 웨이팅하여 수신 데이터를 생성하는 신호 처리기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는,
    M개의 널 방향 θnull(1) ∼ θnull(M) (1 ≤ M ≤ N-1)을 입력하고,
    a) (N-M) 소자 어레이 안테나의 워크 안테나 웨이트 벡터를 임의로 준비하는 단계;
    b) 상기 M개의 널 방향 중의 하나의 방향을 순차 선택하는 단계;
    c) 2 소자 어레이 안테나의 2 소자 안테나 웨이트 벡터를 생성하여 상기 선택된 널 방향으로 널을 형성하는 단계;
    d) 상기 2 소자 안테나 웨이트 벡터의 제1 웨이트 및 제2 웨이트와 상기 워크 안테나 웨이트 벡터를 곱하여 제1 워크 웨이트 벡터 및 제2 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계;
    e) 상기 제1 워크 웨이트 벡터의 후미 및 상기 제2 워크 웨이트 벡터의 선두에 0을 부가하여 제1 확장 웨이트 벡터 및 제2 확장 웨이트 벡터를 생성하고, 제1 확장 웨이트 벡터와 상기 제2 확장 웨이트 벡터를 가산하여 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계; 및
    f) 상기 M개의 널 방향이 선택될 때까지 상기 단계 c) ∼ e)를 반복하여, N 소자 어레이 안테나의 안테나 웨이트 벡터로서의 최종 워크 안테나 웨이트 벡터를 생성하는 단계를 포함하는, 지정된 안테나 패턴 형성 장치.
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