KR100846446B1 - Apparatus for estimation of alternating projection searching and method thereof - Google Patents

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    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming

Abstract

본 발명은 도래각 추정 장치 및 그 방법을 개시한다.The present invention discloses a device for estimating angle of arrival and a method thereof.

입사되는 신호의 도래각을 추정하는 장치에 있어서, 입사되는 신호를 수신하는 수신부, 수신한 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하며, 그 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 제1추정부 및 제1추정부에서 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하고, 그 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 도래각 초기 추정치로 결정하는 제2추정부를 포함하여, 본 발명은 도래각 추정 알고리즘의 계산량 중 많은 부분을 차지하는 탐색 계산량을 줄임으로써 도래각 추정 알고리즘 실행 시간을 감소시키고, 기존의 방식과 달리 특정 범위에서 탐색 간격을 좁게 하여 성능을 개선시키는 효과를 제공한다.A device for estimating the angle of arrival of an incident signal, comprising: a receiver for receiving an incident signal and a cost function of the angle of arrival of the received incident signal as a search interval of a beam width, the optimum cost function being among the cost functions The cost function is obtained by adjusting the search interval so that the beam width is equal to 8 times the search interval, based on the first and second estimate angles determined by selecting the angle as the one-step arrival angle estimate value. The present invention includes a second estimation that selects the angle of arrival representing the optimal cost function from the obtained cost function, determines the angle of arrival, and determines the angle of arrival as an initial estimate of angle of arrival of the incident signal. By reducing the search computation, which takes up a large part of the computation, we reduce the execution time of the angle of arrival estimation algorithm. Otherwise it provides an effect of improving performance by narrowing the search space in the specific range.

Description

도래각 추정 장치 및 그 방법{Apparatus for estimation of alternating projection searching and method thereof}Apparatus for estimation of alternating projection searching and method

도 1은 종래의 공간 스펙트럼 추정 시스템의 개요를 도시한 것이다.1 shows an overview of a conventional spatial spectrum estimation system.

도 2는 본 발명에 따른 도래각 추정 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.2 is a block diagram showing the configuration of the angle of arrival apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 도래각 추정 방법의 흐름을 도시한 것이다.Figure 3 shows the flow of the method of estimating angle of arrival according to the present invention.

도 4는 첫 번째 신호의 도래각 1에 대한 1단계 탐색을 도시한 것이며,4 shows a one-step search for angle of arrival 1 of the first signal,

도 5는 첫 번째 신호의 도래각 1에 대한 2단계 탐색을 도시한 것이며,5 shows a two-step search for angle of arrival 1 of the first signal,

도 6은 두 번째 신호의 도래각 2에 대한 1단계 탐색을 도시한 것이며,6 shows a one-step search for the angle of arrival 2 of the second signal,

도 7은 두 번째 신호의 도래각 2에 대한 2단계 탐색을 도시한 것이다.7 shows a two-step search for the angle of arrival 2 of the second signal.

본 발명은 통신 분야에 대한 것으로, 더 자세히는 전송되는 신호를 분리 추정하는 도래각 추정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of communications, and more particularly, to an apparatus and method for estimating angle of separation for estimating a transmitted signal.

도 1은 원형배열센서를 적용한 종래의 공간 스펙트럼 추정 시스템의 개요를도시한 것이다. Figure 1 shows an overview of a conventional spatial spectrum estimation system applying a circular array sensor.

전파, 음파(수중 또는 대기중), 지진파와 같은 파동의 입사방향을 추정하기 위해서 종래에는 도 1과 같이, 센서를 여러 개 배열한 배열센서부(100)와, 이 센서로부터 신호를 수신하는 신호 수신부(110), 수신된 신호에 알고리즘을 적용하여 공간 스펙트럼을 추정하는 연산처리부(120), 그리고 최종 결과를 도시하는 공간 스펙트럼 표시부(130)로 구성되는 장치를 일반적으로 사용한다. 여기에서 배열센서부(100)의 센서는 전파의 경우에는 안테나, 음파의 경우에는 마이크로폰, 수중 음파의 경우에는 하이드로폰 그리고 지진파의 경우에는 지오폰을 사용한다. In order to estimate the incidence direction of waves such as radio waves, sound waves (underwater or in the air), and seismic waves, as shown in FIG. 1, an array sensor unit 100 having a plurality of sensors arranged therein, and a signal for receiving signals from the sensors The apparatus generally comprises a receiver 110, an arithmetic processing unit 120 for applying an algorithm to the received signal, and an spatial processing unit 120 for estimating a spatial spectrum, and a spatial spectrum display unit 130 showing the final result. Here, the sensor of the array sensor unit 100 uses an antenna for radio waves, a microphone for sound waves, a hydrophone for underwater sound waves, and a geophone for seismic waves.

이러한 배열센서에서 수신한 신호를 이용하여 신호의 방향을 추정하는 알고리즘을 도래각 추정 알고리즘이라고 한다.An algorithm for estimating the direction of a signal using the signal received from the array sensor is called an angle of arrival algorithm.

일반적인 배열 구조의 센서를 이용해서 추정을 하기 위해 ML(Maximum Likelihood) 방법을 적용할 수 있다. 이 ML 방법의 문제점은 최적화를 수행하는 계산량이 매우 많다는 것이며, 계산량 감소를 위하여 AP(Alternating Projection) 방법을 이용한다. 그러나 이와 같은 방법도 계산량을 줄이는데 있어서는 효율적인 방안을 아직 제공하지 못하고 있는 문제점이 있다.The ML (Maximum Likelihood) method can be applied to estimate using a general array of sensors. The problem with this ML method is that the amount of computation that performs optimization is very large, and the alternating projection (AP) method is used to reduce the amount of computation. However, this method also has a problem that does not yet provide an efficient way to reduce the amount of computation.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 상기의 문제점들을 해결하기 위해, The technical problem to be achieved by the present invention, in order to solve the above problems,

본 발명은 원형배열 안테나에 입사하는 다중 경로파 도래각 추정을 위한 ML 알고리즘에 적용되는 AP 초기화 방법의 계산량 감소를 위해 반사파가 있는 다중경로파 환경에서의 도래각 추정 알고리즘을 ML 알고리즘으로 구현할 경우의 도래각 추정을 한다.The present invention is a case of implementing the angle of arrival estimation algorithm in the multipath wave environment with the reflected wave to reduce the computation of the AP initialization method applied to the ML algorithm for the estimation of the angle of arrival of the multipath wave incident on the circular array antenna. Estimate the angle of arrival.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 도래각 추정 장치는, 입사되는 신호의 도래각을 추정하는 장치에 있어서, 상기 입사되는 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신한 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하며, 그 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 제1추정부; 및 상기 제1추정부에서 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하고, 그 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 도래각 초기 추정치로 결정하는 제2추정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for estimating angle of arrival according to the present invention for solving the above technical problem comprises: a receiving unit for receiving the incident signal; A first estimation step of determining a cost function based on the arrival angle of the received incident signal by a search interval of a beam width, selecting a arrival angle representing an optimal cost function from the cost function, and determining the angle of arrival as a one-step arrival angle estimate value; And a cost function is obtained by adjusting the search interval so that the beam width is equal to 8 times the search interval based on the first-stage arrival angle estimate determined by the first estimation unit, and calculating the angle of arrival representing the optimal cost function from the obtained cost function. And a second estimator for selecting a second stage estimate value and selecting the second stage estimate value as an initial angle of arrival of the incident signal.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 도래각 추정 방법은, 입사되는 신호의 도래각을 추정하는 방법에 있어서, (a) 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하는 단계; (b) 상기 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 단계; (c) 상기 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하는 단계; 및 (d) 상기 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 초기 추정치로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method for estimating the angle of arrival of an incident signal, the method of estimating the angle of arrival of the incident signal according to the present invention for solving the other technical problem comprises: (a) calculating a cost function of the angle of arrival of the incident signal as a search interval of a beam width; step; (b) selecting an angle of arrival representing an optimal cost function from the cost function and determining it as a one-step angle of arrival estimate; (c) obtaining a cost function by adjusting the search interval such that the beam width is equal to 8 times the search interval based on the determined one-step arrival angle estimate value; And (d) selecting an angle of arrival representing an optimal cost function from the obtained cost function and determining it as a two-step estimate to determine an initial estimate of the incident signal.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 도래각 추정 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.2 is a block diagram showing the configuration of the angle of arrival apparatus according to the present invention.

이 장치는 입사되는 신호를 수신하는 수신부(200), 상기 수신한 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하며, 그 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 제1추정부(210) 및 제1추정부(210)에서 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하고, 그 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 초기 추정치로 결정하는 제2추정부(220)를 포함한다.The apparatus obtains a cost function using a receiver 200 for receiving an incident signal, the angle of arrival of the received incident signal as a search interval of the beam width, and selects the angle of arrival representing the optimal cost function from the cost function. The cost function is obtained by adjusting the search interval so that the beam width is equal to 8 times the search interval, based on the first-stage arrival angle determined by the first estimation 210 and the first estimation 210 determined as the angle of arrival estimate. And a second estimator 220 for selecting an angle of arrival representing an optimal cost function from the obtained cost function and determining it as a two-step estimate to determine an initial estimate of the incident signal.

도 3은 본 발명에 따른 도래각 추정 방법의 흐름을 도시한 것이다.Figure 3 shows the flow of the method of estimating angle of arrival according to the present invention.

입사되는 신호의 입사각을 추정하는 이 방법에서, 제1추정부(210)는 수신부(200)를 통해 수신된 신호의 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하여 공간 스펙트럼을 1차로 계산한다(300 단계). 그리고 상기 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정한다(310 단계).In this method of estimating the incidence angle of the incident signal, the first estimator 210 obtains the cost function of the angle of arrival of the incident signal of the signal received through the receiver 200 as the search interval of the beam width, and firstly space-spectrum spectrum. Calculate (step 300). The angle of arrival representing the optimal cost function is selected from the cost function and determined as a one-step angle of arrival estimate (step 310).

제2추정부(220)는 상기 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하여 공간 스펙트럼을 2차로 계산한다(320 단계). 그리고 상기 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 초기 추정치로 최종 결정한다(330 단계).The second estimation unit 220 calculates the spatial spectrum in quadratic by obtaining a cost function by adjusting the search interval such that the beam width is equal to 8 times the search interval based on the determined one-step angle of arrival estimate (step 320). The arrival angle representing the optimal cost function is selected from the obtained cost function and determined as a two-step estimate value, and finally determined as an initial estimate of the incident signal (step 330).

입사되는 신호가 더 있는 경우(340 단계), 300 단계부터 다시 반복하여 더 있는 입사되는 신호의 도래각을 다시 추정한다.If there are more incident signals (step 340), the process is repeated again from step 300 to estimate the angle of arrival of the more incident signals.

이하의 설명에서 입사각과 도래각은 별도 구분할 필요가 없는 이상 실질적으로 동일한 의미로 사용된다.In the following description, the angle of incidence and angle of arrival are used in substantially the same sense unless otherwise indicated.

일반적으로 등간격으로 배열된 M개의 안테나로 이루어진 반지름 r 인 원형배열 안테나의 위치를 나타내는 벡터는 다음과 같이 주어진다.In general, a vector representing a position of a circular array antenna having a radius r composed of M antennas arranged at equal intervals is given as follows.

Figure 112007013808933-pat00001
Figure 112007013808933-pat00001

방위각

Figure 112007013808933-pat00002
, 앙각
Figure 112007013808933-pat00003
의 방향에서 입사하는 신호에 대한 방향벡터는 다음과 같이 주어진다.azimuth
Figure 112007013808933-pat00002
, Elevation
Figure 112007013808933-pat00003
The direction vector for the signal incident in the direction of is given by

Figure 112007013808933-pat00004
Figure 112007013808933-pat00004

따라서, 배열 안테나간의 위상차는 다음과 같이 구해진다.Therefore, the phase difference between array antennas is calculated as follows.

Figure 112007013808933-pat00005
Figure 112007013808933-pat00005

위상차를 이용하여 원형 안테나의 어레이매니폴드를 구하면 다음과 같이 주어진다.The array manifold of the circular antenna using the phase difference is given as follows.

Figure 112007013808933-pat00006
Figure 112007013808933-pat00006

도래각의 개수를 d, 배열을 구성하는 안테나 개수를 M으로 나타낼 때, 배열 안테나에 수신된 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.When the number of angles of arrival is d and the number of antennas constituting the array is represented by M, the signal received by the array antenna may be represented as follows.

Figure 112007013808933-pat00007
Figure 112007013808933-pat00007

Snapshot의 개수가 N이라고 가정하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.Assuming that the number of snapshots is N, it can be expressed as follows.

Figure 112007013808933-pat00008
Figure 112007013808933-pat00008

신호 s(ti) 와 잡음 n(ti)를 독립적(independent), 평균 0 (zero mean), The signal s (ti) and noise n (ti) are independent, mean zero,

복소정규분포를 갖는 랜덤 과정 (complex Gaussion random process)으로 가정하면 다음이 성립한다.Assuming a complex Gaussion random process with complex normal distribution,

Figure 112007013808933-pat00009
Figure 112007013808933-pat00009

배열 공분산(array covariance)은 다음과 같이 주어진다.Array covariance is given by

Figure 112007013808933-pat00010
Figure 112007013808933-pat00010

ML (Maximum Likelihood) 추정법은 Likelihood를 정의한 후, likelihood 함수를 최대화하는 미지의 인자의 값을 인자에 대한 추정치로 취한다. 관측되는 데이터의 가능성을 가장 높게 하는 인자를 선택하는 방법이다. 신호를 Gaussian random process로 모델하는 Stochastic ML(SML)과 신호를 미지의 정해진(deterministic) 양으로 모델하는 Deterministic ML(DML) 방법이 있다.The ML (Maximum Likelihood) estimation method defines Likelihood and then takes as an estimate of the factor the value of an unknown factor that maximizes the likelihood function. This method selects the factor that gives the highest probability of observed data. Stochastic ML (SML), which models signals in a Gaussian random process, and Deterministic ML (DML), which models signals in unknown deterministic quantities.

SML 방법에서 신호는 정규분포를 가진 정적인(stationary), stochastic 과정으로 가정하며, 2차 모멘트 특성은 다음과 같다.In the SML method, the signal is assumed to be a stationary, stochastic process with a normal distribution.

Figure 112007013808933-pat00011
Figure 112007013808933-pat00011

이 때, 한 번의 관측 x(ti)에 대한 likelihood 함수는 다음과 같이 주어진다.At this time, the likelihood function for one observation x (ti) is given by

Figure 112007013808933-pat00012
Figure 112007013808933-pat00012

Snapshot 사이의 관측이 독립적이고 동일하게 분포한다고 가정하면 전체 관측에 대한 likelihood 함수는 다음과 같다.Assuming the observations between the snapshots are independent and equally distributed, the likelihood function for the entire observation is

Figure 112007013808933-pat00013
Figure 112007013808933-pat00013

따라서,

Figure 112007013808933-pat00014
에 대한 SML 방법에 의한 추정치는 다음 식으로부터 구해진다.therefore,
Figure 112007013808933-pat00014
The estimate by the SML method for is obtained from the following equation.

Figure 112007013808933-pat00015
Figure 112007013808933-pat00015

위의 식에서

Figure 112007013808933-pat00016
는 다음과 같이 주어진다.In the above expression
Figure 112007013808933-pat00016
Is given by

Figure 112007013808933-pat00017
Figure 112007013808933-pat00017

따라서,

Figure 112007013808933-pat00018
에 대한 SML 추정치는 다음 식으로부터 구해진다.therefore,
Figure 112007013808933-pat00018
The SML estimate for is obtained from

Figure 112007013808933-pat00019
Figure 112007013808933-pat00019

위의 식으로부터 유도과정을 거쳐, SML 방법을 이용한

Figure 112007013808933-pat00020
에 대한 최종 추정치는 다음 식으로부터 주어진다. After deriving from the above equation,
Figure 112007013808933-pat00020
The final estimate for is given by

Figure 112007013808933-pat00021
Figure 112007013808933-pat00021

DML 방법은 송신신호원을 미지의 결정적 신호로 모델링한다. 따라서, 송신신호원의 2차 모멘트는 다음과 같이 주어진다. The DML method models a transmitted signal source as an unknown deterministic signal. Therefore, the secondary moment of the transmission signal source is given as follows.

Figure 112007013808933-pat00022
Figure 112007013808933-pat00022

전체 snapshot 관측에 대한 likelihood 함수는 다음과 같다.The likelihood function for a full snapshot observation is

Figure 112007013808933-pat00023
Figure 112007013808933-pat00023

따라서,

Figure 112007013808933-pat00024
에 대한 DML 추정치는 다음 식으로부터 구해진다.therefore,
Figure 112007013808933-pat00024
The DML estimate for is obtained from

Figure 112007013808933-pat00025
Figure 112007013808933-pat00025

위의 식을 정리하면 DML 방법을 이용한

Figure 112007013808933-pat00026
에 대한 최종 추정치는 다음과 같이 주어진다. In summary, the DML method
Figure 112007013808933-pat00026
The final estimate for is given by

Figure 112007013808933-pat00027
Figure 112007013808933-pat00027

공분산 행렬에 대한 eigen-decomposition 은 다음과 같이 주어진다. The eigen-decomposition for the covariance matrix is given by

Figure 112007013808933-pat00028
Figure 112007013808933-pat00028

여기서,

Figure 112007013808933-pat00029
은 고유치로 구성된 행렬,
Figure 112007013808933-pat00030
은 신호고유벡터로 구성된 행렬,
Figure 112007013808933-pat00031
은 잡음고유벡터로 구성된 행렬을 나타낸다. 신호고유벡터로 구성된 행렬의 열공간(column space)는 실제 신호의 신호고유벡터 입사각에 해당하는 어레이매니폴드로 구성된 행렬의 열공간에 포함된다.here,
Figure 112007013808933-pat00029
Is a matrix of eigenvalues,
Figure 112007013808933-pat00030
Is a matrix of signal inherent vectors,
Figure 112007013808933-pat00031
Denotes a matrix of noise intrinsic vectors. The column space of the matrix composed of the signal inherent vectors is included in the column space of the matrix composed of array manifolds corresponding to the incidence angles of the signal inherent vectors of the actual signal.

Figure 112007013808933-pat00032
Figure 112007013808933-pat00032

위의 식으로부터,

Figure 112007013808933-pat00033
를 만족하는 행렬 T가 존재한다. 따라서,
Figure 112007013808933-pat00034
에 대한 WSF(Weighted Subspace Fitting) 추정치는 다음으로부터 구해진다.From the above equation,
Figure 112007013808933-pat00033
There is a matrix T that satisfies. therefore,
Figure 112007013808933-pat00034
The WSF (weighted subspace fitting) estimate is obtained from

Figure 112007013808933-pat00035
Figure 112007013808933-pat00035

여기서,

Figure 112007013808933-pat00036
행렬은 지정해야 할 가중치 행렬이다. 위의 식을 정리하면, WSF 방법을 이용한
Figure 112007013808933-pat00037
에 대한 최종 추정치는 다음과 같이 주어진다. here,
Figure 112007013808933-pat00036
The matrix is a weight matrix to specify. In summary, using the WSF method
Figure 112007013808933-pat00037
The final estimate for is given by

Figure 112007013808933-pat00038
Figure 112007013808933-pat00038

신호가 2 개 입사할 경우

Figure 112007013808933-pat00039
이고, 그에 따른 어레이매니폴드는
Figure 112007013808933-pat00040
이다. When two signals are incident
Figure 112007013808933-pat00039
And the resulting array manifold
Figure 112007013808933-pat00040
to be.

입사 신호가 2개인 경우에 대한 기존의 통상적인 AP 초기화 방법은 다음과 같다. 사용되는 알고리즘에 따라 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중 하나가 비용함수로 이용된다. 첫 번째 입사신호의 도래각을 0도부터 360도까지 일정한 탐색간격(

Figure 112007013808933-pat00041
= 빔폭/4)으로 변화하며 비용함수를 구한다. 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 첫 번째 입사신호에 대한 초기 추정치로 결정한다. 이 과정을 식으로 표현하면 다음과 같다.The conventional AP initialization method for the case of two incident signals is as follows. Depending on the algorithm used, one of the SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function is used as the cost function. The search angle of the first incident signal from 0 to 360
Figure 112007013808933-pat00041
= Beamwidth / 4) and obtain the cost function. The angle of arrival, which represents the optimal cost function, is chosen to determine the initial estimate of the first incident signal. The process is expressed as follows.

Figure 112007013808933-pat00042
Figure 112007013808933-pat00042

첫 번째 입사신호의 초기 추정값으로 첫 도래각을 고정한 후, 두 번째 입사신호의 도래각을 0도부터 360도까지 일정한 탐색간격(

Figure 112007013808933-pat00043
= 빔폭/4)으로 변화하며 비용함수를 구한다. 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 두 번째 입사신호에 대한 초기 추정값으로 결정한다. 이 과정을 식으로 표현하면 다음과 같다.After fixing the first angle of arrival as the initial estimated value of the first incident signal, set the angle of arrival of the second incident signal from 0 to 360 degrees
Figure 112007013808933-pat00043
= Beamwidth / 4) and obtain the cost function. The angle of arrival, which represents the optimal cost function, is chosen to determine the initial estimate of the second incident signal. The process is expressed as follows.

Figure 112007013808933-pat00044
Figure 112007013808933-pat00044

기존의 AP 초기화 방법에서는 이런 과정을 통하여 두 개의 입사신호 도래각에 대한 초기 추정치

Figure 112007013808933-pat00045
를 구한다.In the conventional AP initialization method, the initial estimates for the angles of incidence of two incident signals are obtained through this process.
Figure 112007013808933-pat00045
Obtain

본 발명에 따른 밑에서의 예는 입사 신호가 2개인 경우에 대한 것이며, 본 발명에 따라 입사 신호가 2개인 경우에 대한 개선된 AP 초기화 방법은 다음과 같다. The following example according to the present invention is for the case of two incident signals, and the improved AP initialization method for the case of two incident signals according to the present invention is as follows.

첫 번째 입사신호의 도래각을 0도부터 360도까지 일단계 탐색 간격(4

Figure 112007013808933-pat00046
=빔폭)으로 변화시키며, 도 4와 같이 각 지점에 해당하는 비용함수를 구하고, 그 중 가장 작은 값을 찾는다. 그리고 나서, 그 값에 해당하는
Figure 112007013808933-pat00047
을 일단계 추정값으로 결정하고, 이와 같이 결정된 추정값을 기준으로 빔폭 이내의 범위를 이단계 탐색범위로 결정한다.The angle of arrival of the first incident signal, from 0 to 360 degrees,
Figure 112007013808933-pat00046
= Beam width), the cost function corresponding to each point is obtained as shown in FIG. 4, and the smallest value is found. Then, corresponding to that value
Figure 112007013808933-pat00047
Is determined as the one-step estimate value, and a range within the beam width is determined as the two-step search range based on the determined value.

도 4에서의 비용함수는 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각 다음과 같이 나타낼 수 있다.The cost function in FIG. 4 may use any one of an SML cost function, a DML cost function, and a WSF cost function, and the SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function may be represented as follows.

Figure 112007013808933-pat00048
Figure 112007013808933-pat00048

앞에서 구한 이단계 탐색 범위에서 탐색 간격을 이단계 탐색 간격 (

Figure 112007013808933-pat00049
/2=빔폭/8)으로 변화하며 도 5와 같이 각 지점에 해당하는 비용함수를 구하고, 그 중 가장 작은 값을 찾는다. 그리고 나서, 그 값에 해당하는
Figure 112007013808933-pat00050
을 이단계 추정값으로 결정한다. 이 추정값을 첫 번째 입사신호에 대한 초기추정치로 결정한다.In the two-step navigation range obtained earlier, the navigation interval is the two-step navigation interval (
Figure 112007013808933-pat00049
/ 2 = beam width / 8), and obtain a cost function corresponding to each point as shown in FIG. 5, and find the smallest value among them. Then, corresponding to that value
Figure 112007013808933-pat00050
Is determined as a two-step estimate. This estimate is determined as the initial estimate for the first incident signal.

도 5에서의 비용함수도 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 그 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각 각 다음과 같이 정의될 수 있다.The cost function in FIG. 5 may also use any one of an SML cost function, a DML cost function, and a WSF cost function, and the SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function may be defined as follows.

Figure 112007013808933-pat00051
Figure 112007013808933-pat00051

첫 번째 입사신호의 초기 추정치로 첫 번째 도래각을 고정한 후, 두 번째 입사신호의 도래각을 0도부터 360도까지 일단계 탐색 간격 빔폭으로 변화하며 도 6과 같이 각 지점에 해당하는 비용함수를 구하고, 그 중 가장 작은 값을 찾는다. 그리고 나서, 그에 해당하는

Figure 112007013808933-pat00052
를 일단계 추정값으로 결정하고, 이 값을 기준으로 빔폭 이내의 범위를 이단계 탐색범위로 결정한다.After fixing the first angle of arrival as the initial estimate of the first incident signal, the angle of arrival of the second incident signal is changed by one-step search interval beamwidth from 0 to 360 degrees, and the cost function corresponding to each point is shown in FIG. To find the smallest value. Then, corresponding
Figure 112007013808933-pat00052
Is determined as a one-step estimate value, and a range within the beam width is determined as a two-step search range based on this value.

도 6에서의 비용함수도 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 그 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각 다음과 같이 정의될 수 있다.In the cost function of FIG. 6, one of the SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function may be used, and the SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function may be defined as follows.

Figure 112007013808933-pat00053
Figure 112007013808933-pat00053

앞에서 구한 이단계 탐색 범위에서 탐색간격을 이단계 탐색 간격 (

Figure 112007013808933-pat00054
/2=빔폭/8)으로 변화하며 도 7과 같이 각 지점에 해당하는 비용함수를 구하고, 그 중 가장 작은 값을 찾는다. 그리고 나서, 그 값에 해당하는
Figure 112007013808933-pat00055
를 이단계 추정값으로 결정한다. 이 추정된 값을 두 번째 입사신호에 대한 초기추정치로 결정한다.In the two-step search range obtained earlier, the search interval is the two-step search interval (
Figure 112007013808933-pat00054
/ 2 = beam width / 8), and the cost function corresponding to each point is obtained as shown in FIG. 7, and the smallest value is found. Then, corresponding to that value
Figure 112007013808933-pat00055
Is determined as a two-step estimate. This estimated value is determined as the initial estimate for the second incident signal.

도 7에서의 비용함수도 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며, 그 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각 다음과 같이 정의될 수 있다.The cost function in FIG. 7 may also use any one of an SML cost function, a DML cost function, and a WSF cost function. The SML cost function, the DML cost function, and the WSF cost function may be defined as follows.

Figure 112007013808933-pat00056
Figure 112007013808933-pat00056

본 발명에 따라 개선된 AP 초기화 방법에서는 이런 과정을 통하여 두 개의 입사신호 도래각에 대한 초기 추정치

Figure 112007013808933-pat00057
를 구하게 된다.In the improved AP initialization method according to the present invention, an initial estimate of two incident signal arrival angles through this process is obtained.
Figure 112007013808933-pat00057
Will be obtained.

본 발명은 원형배열 안테나를 이용한 다중경로파 신호의 입사 도래각 추정 알고리즘을 개선한 것이며, 이를 통해 계산량을 줄일 수 있는 방안을 제공한 것이다.The present invention is an improvement of an algorithm for estimating the incident angle of incidence of a multipath wave signal using a circular array antenna, thereby providing a method of reducing the amount of calculation.

원형 배열안테나에 다중경로파가 입사할 경우 ML 알고리즘을 이용해야 한다. ML 알고리즘은 본질적으로 다변수 최적화 문제이며, 초기값을 반드시 구해야 하는데, 본 발명은 이와 같은 초기값을 구하는 효과적인 방안을 제공한 것이다.If multipath wave is incident on circular array antenna, ML algorithm should be used. The ML algorithm is essentially a multivariate optimization problem, and an initial value must be obtained, and the present invention provides an effective way to obtain such an initial value.

상기의 설명에 개시된 것과 같이 본 발명은 각각의 입사신호에 대해서 이단계로 이루어진다. 일단계는 탐색 간격을 빔폭과 같게 적용하여 초기값을 구하고, 이단계는 일단계에서 구한 초기값 중심으로 빔폭이내의 범위에서 빔폭이 8배의 탐색 간격과 같게 적용하여 최종 초기값을 정한다. As disclosed in the above description, the present invention consists of two steps for each incident signal. In the first step, the initial value is obtained by applying the search interval to be equal to the beam width, and in this step, the final initial value is determined by applying the beam width equal to 8 times the search interval in the range of the beam width to the center of the initial value obtained in the first step.

상기의 설명들과 같이 본 발명에 의하면, 기존의 탐색 간격 선택법보다 계산량을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.According to the present invention as described above, it provides an effect that can reduce the amount of calculation than the conventional search interval selection method.

상기의 설명과 같이 본 발명을 통해 탐색간격을 늘려서 계산되는 양을 줄이게 되어, 입사신호에 대한 입사각 또는 도래각을 계산하는 시간을 대폭 줄일 수 있다는 것을 알 수 있으며, 탐색 간격을 줄였지만 계산의 정밀도는 떨어지지 않도록 새로운 계산식을 제시하여 결과적으로 종래의 경우에 비해 계산량을 줄어들게 하는 효과를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다.As described above, the present invention can reduce the amount calculated by increasing the search interval, so that it is possible to drastically reduce the time for calculating the incidence angle or the arrival angle of the incident signal. It can be seen that by providing a new calculation formula so as not to fall as a result can provide the effect of reducing the amount of calculation compared to the conventional case.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 상기의 설명에 포함된 예들은 본 발명에 대한 이해를 위해 도입된 것이며, 이 예들은 본 발명의 사상과 범위를 한정하지 않는다. 상기의 예들 외에도 본 발명에 따른 다양한 실시 태양이 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술 분야에 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. Examples included in the above description are introduced for the understanding of the present invention, and these examples do not limit the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments in accordance with the present invention in addition to the above examples are possible. The scope of the present invention is shown not in the above description but in the claims, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

또한 본 발명에 따른 상기의 각 단계는 일반적인 프로그래밍 기법을 이용하여 소프트웨어적으로 또는 하드웨어적으로 다양하게 구현할 수 있다는 것은 이 분야에 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 알 수 있는 것이다.In addition, it can be easily understood by those skilled in the art that each of the above steps according to the present invention can be variously implemented in software or hardware using a general programming technique.

그리고 본 발명의 일부 단계들은, 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, CD-RW, 자기 테이프, 플로피디스크, HDD, 광 디스크, 광자기 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.And some steps of the invention may also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, CD-RW, magnetic tape, floppy disks, HDDs, optical disks, magneto-optical storage devices, and carrier wave (eg, Internet It also includes the implementation in the form of). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

입사되는 신호의 입사각을 추정하는 장치에 있어서, 입사되는 신호를 수신하는 수신부, 수신한 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하며, 그 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 제1추정부 및 제1추정부에서 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하고, 그 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 초기 추정치로 결정하는 제2추정부를 포함하여, 본 발명은 도래각 추정 알고리즘의 계산량 중 많은 부분을 차지하는 탐색 계산량을 줄임으로써 도래각 추정 알고리즘 실행 시간을 감소시키고, 기존의 방식과 달리 특정 범위에서 탐색 간격을 좁게 하여 성능을 개선시키는 효과를 제공한다. An apparatus for estimating an incident angle of an incident signal, comprising: a receiver for receiving an incident signal, a cost function of which the angle of arrival of the received incident signal is obtained as a search interval of a beam width, and an arrival angle representing an optimal cost function among the cost functions Select the cost estimate by adjusting the search interval so that the beam width is equal to 8 times the search interval, based on the first and second estimate angles determined by the first-level arrival angle estimate. The present invention includes a second estimation that selects an angle of arrival representing an optimal cost function from the obtained cost function, determines a two-step estimate, and determines an initial estimate of the incident signal. By reducing the amount of search computation that takes part, we reduce the execution time of the angle estimation algorithm and, unlike the conventional method, Narrowing the search space in the positive range, and provides an effect of improving performance.

Claims (7)

입사되는 신호의 도래각을 추정하는 장치에 있어서,In the apparatus for estimating the angle of arrival of the incident signal, 상기 입사되는 신호를 수신하는 수신부;A receiver which receives the incident signal; 상기 수신한 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하며, 그 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 제1추정부; 및A first estimation step of determining a cost function based on the arrival angle of the received incident signal by a search interval of a beam width, selecting a arrival angle representing an optimal cost function from the cost function, and determining the angle of arrival as a one-step arrival angle estimate value; And 상기 제1추정부에서 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하고, 그 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 도래각 초기 추정치로 결정하는 제2추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 장치.The cost function is obtained by adjusting the search interval so that the beam width is equal to 8 times the search interval based on the first-stage arrival angle estimate determined by the first estimation unit, and the arrival angle representing the optimal cost function is selected from the obtained cost function. And a second estimator determining the initial angle of arrival angle of the incident signal by determining it as a two-step estimation value. 입사되는 신호의 도래각을 추정하는 방법에 있어서,In the method for estimating the angle of arrival of the incident signal, (a) 입사신호의 도래각을 빔폭의 탐색 간격으로 비용함수를 구하는 단계;(a) obtaining a cost function from the angle of arrival of the incident signal at a search interval of the beam width; (b) 상기 비용함수 중에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하여 일단계 도래각 추정값으로 결정하는 단계;(b) selecting an angle of arrival representing an optimal cost function from the cost function and determining it as a one-step angle of arrival estimate; (c) 상기 결정된 일단계 도래각 추정값을 중심으로 빔폭이 탐색 간격의 8배와 같도록 탐색 간격을 조정하여 비용함수를 구하는 단계; 및(c) obtaining a cost function by adjusting the search interval such that the beam width is equal to 8 times the search interval based on the determined one-step arrival angle estimate value; And (d) 상기 구해진 비용함수에서 최적의 비용함수를 나타내는 도래각을 선택하 여 이단계 추정값으로 결정하여 상기 입사되는 신호의 초기 추정치로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.and (d) selecting the angle of arrival representing the optimal cost function from the obtained cost function and determining it as a two-step estimate to determine an initial estimate of the incident signal. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 (a) 단계에서의 탐색은 입사신호의 도래각을 0도부터 360도까지의 범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.The search in the step (a) is a method of estimating angle of arrival characterized in that the angle of arrival of the incident signal is carried out in the range from 0 to 360 degrees. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 (a) 단계에서의 비용함수는 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며,The cost function in step (a) may use any one of the SML cost function, DML cost function, WSF cost function, 상기 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각,The SML cost function, DML cost function, WSF cost function, respectively
Figure 112007013808933-pat00058
Figure 112007013808933-pat00058
 인 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.A method of estimating angle of arrival, characterized in that. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 (c) 단계의 비용함수는 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며,The cost function of step (c) may use any one of SML cost function, DML cost function, WSF cost function, 상기 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각,The SML cost function, DML cost function, WSF cost function, respectively
Figure 112007013808933-pat00059
Figure 112007013808933-pat00059
 인 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.A method of estimating angle of arrival, characterized in that. 제2항, 제4항 또는 제5항 중의 어느 항에 있어서,The method according to any one of claims 2, 4 or 5, 상기 입사된 신호가 2개인 경우 첫 번째 신호에 대해 상기 (a) 내지 (d) 단계를 실행하여 첫 번째 신호에 대한 입사각을 추정한 후에, 두 번째 신호에 대해서도 상기 (a) 내지 (d) 단계를 실행하여 두 번째 신호에 대한 입사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.When the incident signals are two, after performing steps (a) to (d) for the first signal to estimate an incident angle with respect to the first signal, steps (a) to (d) for the second signal as well. And estimating the incident angle with respect to the second signal. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 두번째 신호에 대한 상기 (a) 단계에서의 비용함수는 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며,The cost function in step (a) for the second signal may use any one of an SML cost function, a DML cost function, and a WSF cost function. 상기 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각,The SML cost function, DML cost function, WSF cost function, respectively
Figure 112007013808933-pat00060
Figure 112007013808933-pat00060
 이며, , 상기 두번째 신호에 대한 상기 (c) 단계의 비용함수는 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수 중의 어느 하나를 사용할 수 있으며,The cost function of step (c) for the second signal may use any one of an SML cost function, a DML cost function, and a WSF cost function. 상기 SML 비용함수, DML 비용함수, WSF 비용함수는 각각,The SML cost function, DML cost function, WSF cost function, respectively
Figure 112007013808933-pat00061
Figure 112007013808933-pat00061
 인 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.A method of estimating angle of arrival, characterized in that.
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