KR100870287B1

KR100870287B1 - 도착 방향 추정을 포함하는 무선 신호 처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100870287B1
Application number: KR1020067006204A
Authority: KR
Inventors: 라크쉬미파티 선더
Original assignee: 인텔 코오퍼레이션
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2008-11-25
Also published as: EP1680870B1; DE602004026904D1; TWI283520B; WO2005029728A1; JP2007506374A; EP1680870A1; ATE466416T1; TW200524319A; US6987482B2; JP4543040B2; KR20060071426A; MY136438A; US20050062646A1; CN1853360A; CN1853360B

Abstract

신호의 도착 방향 추정을 포함하는 무선 신호 처리 방법 및 장치가 설명된다.

도착 방향, 추정, 무선, 신호, 처리, 벡터

Description

도착 방향 추정을 포함하는 무선 신호 처리 방법 및 장치{WIRELESS SIGNAL PROCESSING METHODS AND APPARATUSES INCLUDING DIRECTIONS OF ARRIVAL ESTIMATION}

본 발명은 일반적으로 통신 분야, 특히 무선 통신 분야에 관한 것이다.

집적 회로, 마이크로프로세서, 네트워킹, 텔레커뮤니케이션 및 다른 관련 기술들의 발달은 모바일 무선 "셀" 폰과 같은 무선 통신의 광범위한 확산을 가져왔다. 모바일 무선 "셀" 폰과 같은 무선 통신에 있어서, 모바일 무선 "셀" 폰(모바일 핸드셋이라고도 부름)은 보통, "가까운" 서비스 스테이션(기지국이라고도 불리움) - 모바일 핸드셋을 위한 통신 신호를 중계함 - 과 통신한다. 서비스 스테이션/기지국은 그 범위 영역("셀") 내의 모든 모바일 핸드셋을 위해 중계 서비스를 제공한다. 그러므로, 서비스 스테이션/기지국은 일반적으로 "셀" 내의 많은 모바일 핸드셋으로부터 동시에 통신 신호를 수신하고 처리한다.

모바일 핸드셋으로부터의 통신 신호를 수신하기 위해 서비스 스테이션/기지국에 다수의 안테나를 사용하는 것이 보편화되었는데, 이는 무선 통신의 용량 및 처리량 향상에 있어서 몇 가지 이점을 갖게 되기 때문이다. 수신되는 통신 신호를 처리하기 위해 다양한 신호 처리 기술들이 사용되는데, 그 기술에는 "공간-시간 (space-time)" 처리 기술들이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

공간-시간 처리 기술들 중에서, 빔 형성(beamforming) 기술이, 소망하는 방향으로부터 수신한 신호의 강도를 향상시키기 위한 유망한 관심 영역들 중 하나이다. 하나의 공지된 기술은, 바람직한 방향으로 빔을 형성하기 위한 최적 가중치(weight)를 추정하기 위해 알고 있는 트레이닝 시퀀스를 사용하는 것이다{예컨대, 최소 평균 제곱법(LMS; least mean square)을 이용}. 도착 방향(DOAs; direction of arrival) 추정을 위한 다른 공지 기술로서 바틀릿 프로세서(Bartlett processor)의 사용 또는 다중 신호 분류(MUSIC; multiple signal classification) 기술이 포함된다.

트레이닝은 시스템 처리량에 오버헤드를 초래하는 단점을 갖고, 결정을 내리는 데 사용할 수 있는 시간보다 더 긴 시간이 수렴에 소모되게 될 수 있다. 후자의 기술들은 독립적인 신호 소스로부터 수신된 신호의 상관성(또는 상관성의 부재)를 반영하는 상관 행렬(correlation matrix)를 정확히 추정하기 위해서 다수의 수신 신호의 스냅샷을 필요로 한다.

또한, 각각의 통신 신호는 반사 구조(reflection off structure) 등과 같은 환경적 요인 때문에 일반적으로 많은 수의 다중 경로들을 포함하고 있지만, 일반적으로 이 기술들은 신호의 가장 지배적인(dominant) 다중경로에만 기초하여 DOA를 추정한다.

본 발명의 실시예는 첨부한 도면을 통하여 설명될 것이며, 도면에서 비슷한 참조 번호는 유사한 요소를 나타낸다.

도 1은 한 실시예에 따라 본 발명을 실시하기에 적합한 통신 환경을 도시한 도면.

도 2는 한 실시예에 따라, J개 신호 소스로부터 무선으로 전송된 J개 신호의 도착 방향을 결정하기 위한 동작 흐름 부분을 도시하는 도면.

도 3은 한 실시예에 따라, J개 신호 소스로부터 무선으로 전송된 J개 신호의 L개 다중경로의 도착 방향을 결정하기 위한 동작 흐름 부분을 도시하는 도면.

도 4는 한 실시예에 따라, 도 2-3의 신호 처리 방법 중 하나 또는 그 이상에서, 하나 또는 그 이상의 양태를 실행하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 도시하는 도면.

본 발명의 실시예는 무선으로 전송되는 많은 신호의 도착 방향을 결정하는 방법 및 장치를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 또한 무선으로 전송되는 많은 신호의 다중 경로의 도착 방향을 결정하는 방법 및 장치를 포함한다.

이하 설명에서, 본 발명의 실시예에 대한 다양한 양태들이 기술될 것이다. 그러나, 여기서 설명된 양태의 일부 또는 모두에 의해서 당업자가 다른 실시예를 실시할 수 있음은 명백하다. 실시예의 확실한 이해를 돕기 위해 구체적인 수, 재료 및 환경이 설명을 목적으로 제시된다. 그러나, 구체적인 세부사항 없이도 다른 실시예를 실행할 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 다른 예에서, 설명을 모호 하게 하지 않도록 잘 알려진 특징들은 생략되거나 단순화되었다.

실시예를 이해하기에 가장 좋은 방법으로, 다양한 동작들이 순서대로 다수의 개별 동작들로서 설명될 것이나, 이러한 동작들이 반드시 그 순서에 의존해야하는 것으로 설명 순서를 고려해서는 안 된다. 특히 이 동작들은 제시된 순서대로 수행될 필요가 없다.

"한 실시예에서"라는 구문은 반복해서 사용된다. 이 구문은 일반적으로 동일한 실시예를 뜻하는 것이 아니지만 동일한 실시예를 뜻할 수도 있다. 문맥에서 다르게 지시되는 경우가 아니라면, "구성하는", "갖는" 및 "포함하는"의 용어는 동의어이다.

이제 도 1을 참조하면, 한 실시예에 따라 본 발명을 실시하기에 적합한 통신 환경에 대한 개관이 도시되어 있다. 상기 실시예에 대해 도시된 바와 같이, 통신 환경(100)은 J개 모바일 핸드셋(102a-102j) 및 기지국(106)을 포함하고 있으며 이들은 통신적으로 서로 결합되어 있다. 기지국(106)은 모바일 핸드셋(102a-102j)을 위한 통신 신호를 중계하며, 이는 핸드셋에 의해 무선 전송된 수신 신호를 포함한다. 그 중에서도, 수신된 신호는 처리되어, 기지국(106)이 결합된 무선 통신 서비스 네트워크의 다른 신호처리 노드(도시되지 않음) 및/또는 공중 교환 전화망(PSTN: Public Switched Telephone Network)의 신호 처리 노드(도시되지 않음)로 보내질 수 있다.

상기 실시예에서, 기지국(106)은 도시된 바와 같이 서로 결합된, N개 안테나(108a-108n), RF 유닛(Radio Frequency Unit; 110), 및 신호 처리 유닛(110)을 포 함한다. 안테나(108a-108n)는 모바일 핸드셋(102a-102j)으로 신호를 전송하고, 모바일 핸드셋으로부터 신호를 수신하는데 사용된다. 또한, 안테나(108a-108n)는 다른 목적을 위해 사용될 수도 있다. 안테나(108a-108n)는 센서로도 언급될 수 있다. 본 출원의 목적의 관점에서, 상기 두 용어는 동의어이다.

RF 유닛(110)은 안테나(108a-108n)에 의해 수신된 RF 신호를 기저대역(baseband) 신호로 다운 컨버트하거나, 안테나(108a-108n)에 의한 전송을 위해 기저대역 신호를 RF 신호로 업 컨버트하는데 사용된다.

신호 처리 유닛(110)은 다운 컨버트된 기저대역 신호를 처리하는데 사용되고, 업 컨버트를 위해 아웃바운드 신호를 처리하는데 사용된다. 이 실시예에서, 신호 처리 유닛(110)은 특히 DOA 추정 유닛(DOA estimation unit; 112)과 빔 형성 유닛(Beamforming unit; 114)을 포함하는데, 이 둘은 서로 결합되어 있으며 도시된 바와 같이 RF 유닛(110)에도 결합된다.

이하 도 2를 참조하여 더 자세히 설명될 다양한 실시예에서, DOA 추정 유닛(112)은 J개 신호의(J는 정수) DOA를 추정한다. 이 실시예들에서, 빔 형성 유닛(114)은 DOA 추정 유닛(112)에 의해 추정된 J개 신호의 DOA에 적어도 부분적으로 기초하여, 대응하는 가중된 출력 신호(corresponding weighted ouput signal)를 형성한다.

도 3을 참조하여 더 자세히 설명될 다른 실시예에서, DOA 추정 유닛(112)은 J개 신호의 L개 다중경로의(L은 정수) DOA를 추정한다. 일부 실시예는 도 2 및 3을 참조하여 설명될 두 방법 중 하나를 지원한다. 다른 실시예는 둘 모두를 지원 한다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같은 두 방법 모두를 지원하는 실시예에서, 실시예는 또한 두 방법 중 하나의 환경을 현재의 동작 방법으로 지원할 수 있다. 상기 환경은 정적 또는 동적 접근을 통해 지원될 수 있다.

후자의 실시예에서, 빔 형성 유닛(114)은 DOA 추정 유닛(112)에 의해 추정된 J개 신호의 L개 다중경로의 DOA에 적어도 부분적으로 기초하여, 대응되는 출력 신호를 형성한다. 보다 구체적으로, 빔 형성 유닛(114)은 DOA 추정 유닛(112)에 의해 추정된 J개 신호의 L개 다중경로의 가중된 기여도에 적어도 부분적으로 기초하여, 많은 수의 대응하는 가중치를 결정하고 대응하는 출력 신호를 형성한다.

기지국(106)이 신호(104a-104j)를 획득하는 유리한 방법을 제외하면, 모바일 핸드셋(102a-102j) 및 RF 유닛(110)은 이러한 넓은 범위의 요소들을 나타낼 수 있다. DOA 추정 유닛(112) 및 빔 형성 유닛(114)의 소프트웨어 구현을 수용하기 적합한 컴퓨터 시스템은 이하 도 4를 참조하여 더 설명될 것이다. 소프트웨어 구현은 프로그래밍 언어 중 임의의 한 언어 또는 여러 언어들을 사용하여 개발될 수 있다. 그러나, 본 발명은 DOA 추정 유닛(112) 및 빔 형성 유닛(114)의 모두 또는 일부분이 하드웨어로도 구현될 수 있으며 - 예컨대 하나 이상의 주문형 반도체(ASIC) 또는 FPLD(Field Promgrammable Logic device)를 사용하여 - 당업자는 본 명세서에 기초하여 그렇게 구현할 수 있을 것이다.

이하 남아있는 설명 및 청구항에 대해서, 아래의 규칙이 사용된다.

- A, M과 같은 볼드체 대문자는 행렬이나 부분 공간을 나타내고,

- v와 같은 볼드체 소문자는 벡터를 나타내며,

- "s"와 같은 비볼드체 문자는 스칼라를 나타낸다.

이제 도 2를참조하면, 한 실시예에 따라 J개 신호의 DOA들을 결정하기 위한 DOA 추정 유닛(112)의 동작 흐름을 나타내는 흐름도가 도시된다. 상기 실시예는 다음 내용을 가정한다:

J개의 독립적 신호는 J개의 별개 방향 θ ₁ ,...θ _J 에서 N개 안테나 어레이와 충돌하게 되며, 상기 각들 θ_J은 엔드파이어 방향(endfire direction)에 대하여 측정된다.

수신 신호의 단일한 스냅샷에 대한 출력 신호 벡터는 다음과 같이 주어진다.

x(t)는 N x 1 열 벡터로서 다음과 같다.

여기서, A는 N x J 방향 응답 행렬이다.

는 신호 방향 벡터들이며, 각각의 a(θ _j ) 벡터는 N x 1의 차원(dimension)을 갖는다.

여기서, s(t)는 J개 독립적인 소스에의해 전송된 J개 신호를 보유하는 J x 1 벡터이다.

여기서, f ₀는 중심 주파수, c는 전자기파의 속도, k는 파장, d는 안테나 요소들 사이의 간격이고, t는 시간 인덱스에 대응된다.

그러므로, x(t)는 J개의 선형적으로 독립적인 반더몬데 벡터(linearly independent Vandermonde vector) - 각각은 소스 방향에 대응됨 - 의 선형적 조합이고, x(t)는 다음과 같이 생각될 수 있다.

방정식 (3)에서, 행렬 A는, x(t)가 속해있는 J차원의 부분공간을 생성하는 기저(basis)를 나타낸다. 따라서, 분해된 x(t)는 그 요소로서 방향 벡터 중 하나를 갖는다.

그러므로, x(t)에 의해 생성된(spanned) 1 차원 부분 공간(단일한 스냅샷에 대한 출력 신호 벡터)과 J-신호 방향 백터 중 임의의 벡터와의 교집합(intersection)이 0이 되지 않도록 상관 관계(correlation)가 존재하게 된다.

그러므로, θ _i 가 진정한 소스 방향 중 하나에 대응하지 않는 경우, 즉

인 경우, x(t)와 a(θ _i )의 교집합은 0이 될 것이다.

따라서, 계산화 문제는 다음과 같이 공식화된다.

D(t) = [x(t),a(θ _i )]로 공식화된 N x 2 행렬은

인 경우, 랭크 부족(rank deficiency)을 갖거나 랭크 부족에 가깝게 될 것이다.

그러므로, J개 신호 θ ₁ ,...θ _J 의 DOA를 결정함에 있어서, 도 2의 과정은 우선 신호 소스 j, ~θ _i 에 대한 시도 방향(trial direction)을 선택한다{블록(202)}.

시도 방향을 선택하고나서 바로, 다음을 계산하는 과정이 진행된다.

제1 계수(coefficient)

, 및

제1 직교정규 벡터(orthonormal vector)

{블록(204)}.

제1 계수 및 제1 직교정규 벡터를 계산하고나서 바로, 다음을 계산하는 과정이 진행된다.

제2 계수

,

제2 직교정규 벡터

, 및

제3 계수

{블록(206)}.

그 다음, ~θ _i 에 대해 함수

,

를 평가하는 단계로 진행하고, 상기 평가가 함수에 대해 피크 값을 산출하는지 결정한다. 피크 값을 산출하는 경우, 상기 시도 방향은 J개 신호의 DOA 중 하나로 간주된다.

블록(210)에서, 추가적인 방향이 결정되어야할 지 여부를 결정하는 과정이 진행된다. 추가적인 방향이 결정되어야 한다면, 과정은 블록(202)으로 돌아가 앞서 설명한 바와 같이 그곳에서부터 과정을 계속한다. 그렇지 않다면, 과정은 종료된다.

이제 도 3을 참조하면, 한 실시예에 따라 J개 신호의 L개 코히런트(coherent) 다중경로의 DOA를 결정하기 위한 DOA 추정 유닛(112)의 동작 흐름을 나타내는 흐름도가 도시된다. 이 실시예는 J개 신호의 DOA를 초기 결정하는 것을 포함하고, 그 다음 J개 신호의 결정된 DOA는, J개 신호의 L개 다중경로의 DOA를 결정하기 위해 다른 정보와 함께 사용된다.

기지국에서 j번째 소스 및 L개 코히런트 다중경로에 대응하는 신호는 다음과 같이 주어진다.

위 방정식을 N-요소 안테나 어레이에 대해 확장하면, 다음과 같은 관계가 얻어진다.

,

는 jl번째 다중경로 컴포넌트에 대한 어레이 응답 벡터이다. 위 방정식의 표기는 다음의 의미를 갖는다.

R _jl 은 l번째 다중경로의 신호 강도 또는 진폭이다.

f _d Cosθ _jl 은 jl번째 다중경로의 도플러 시프트이다.

τ _jl = r _jl /c 는 jl번째 다중경로의 시간 지연이다.

r _jl 은 jl번째 다중경로의 범위이다.

c는 전자기파의 속도이다.

θ _jl 은 jl번째 다중경로에 대응하는 DOA이다.

L은 j번째 소스에 대한 지배적인(domianat) 다중경로의 수이다.

다중경로 지연 스프레드가

(여기서, B는 신호의 대역폭임).

라는 가정하에서, j번째 소스의 기저대역 신호 s _j (t)는 협대역 신호, 즉

(여기서,

)로 모델링될 수 있다.

x _j (t)는 또한

(여기서

)

로 쓰여질 수 있다.

더 나아가, 모바일기기로부터의 모든 다중경로들은 기지국 어레이에 평균 도착 각도 θ _J 에서 ±△ 내의 범위에 균일하게 도착한다.

더 나아가, 신호가 협대역이라고 가정하면, 복소 기저대역 신호 벡터는

로 쓰여질 수 있고 더 나아가

를, j번째 소스에 대응하는 L개 코히런트 다중경로에 대한 어레이 응답 벡터로 둘 수 있다.

MUSIC과 같은 통상적인 알고리즘의 사용으로 동일한 방향 θ _J 의 추정에 이르게 되는데, 이는 그 소스에 대응하는 모든 L개의 다중경로들이 코히런트하기 때문이다.

따라서 θ _jl 은 θ _j 로 대체될 수 있다.

그러한 경우 위의 방정식은

(여기서,

임)

으로 근사될 수 있다.

J명의 사용자에게 있어, 어레이에 있는 신호 벡터는

로 주어진다.

n(t)는 노이즈 벡터(열)이며, 노이즈는 공간적이고 시간적으로 백색이라고 가정된다.

R은 상관 행렬(correlation matrix)이며, 수신 신호와 노이즈 벡터 x(t)의 외적으로부터 얻어지며, 몇 개 스냅샷에 걸쳐 평균된다.

평균은 E로 표시된다.

H는 '에르미트{전치 행렬 및 켤레(transpose and conjugate)}'를 나타낸다.

A는 NxJ 크기의 행렬이다(N-안테나, J-소스);

σ²은 노이즈의 분산이다.

I는 NxN 단위 행렬이고,

는 JxJ 소스 공분산 행렬이며,

s(t)는 φ의 대각선(diagonal) 요소를 따라 놓인 기저대역 신호 전력이다.

그 크기는 JxJ이며, J는 소스의 개수이다. 노이즈 공분산은

로 주어진다.

그러므로 R의 고유값을 λ₁≥λ₂≥,...≥λ_N으로 표시하여 내림차순으로 배열하고, 또한 u ₁,...,u _N을 대응하는 고유벡터로 정의하면 - 여기서 고유값 λ_n은

으로 주어짐-

U _s = [u ₁,...,u _J ]는 신호 부분 공간으로 생각될 수 있고,

U _n = [u _J ₊₁,...,u _N ]는 노이즈 부분 공간으로 생각될 수 있다.

j = 1,...,J에 대해서 U _n v( θ _j ) = 0, 그 외의 경우는 U _n v( θ _j ) ≠ 0 이다.

본 실시예는 추정된 고유벡터 U _s = [u ₁,...,u _J ]에 의해 생성된 부분 공간이 J-진정 소스 방향에 의해 생성된 공간에 대응된다고 가정한다. j번째 고유벡터는 j번째 소스 때문에 L-코히런트 다중경로에 대응된다는 점에 유의하여야 한다. j번 째 소스 방향 θ _J 의 추정은 MUSIC과 같은 임의의 잘 알려진 방법을 통해 이루어질 수 있다. 본 실시예는 j번째 소스의 L개 다중경로를 결정하기 위해, j번째 소스의 결정된 DOA θ _J 를 중심으로 θ _j _± △의 방향 범위 내에서 검색한다.

그러므로, 신호 벡터 x _j (t)는 다음과 같이 생각될 수 있다.

그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 세트 Θj = (θ _j1 ,θ _j2 ,...,θ _jL )

- θ _jL ∈ (θ _j _± △),l = 1,2,...,L 임 - 를 검색하는 과정은 j번째 소스의 L개 다중경로에 대한 시도 방향 세트

를 처음으로 선택하는 과정으로 시작된다{블록(302)}.

Θ = Θ _j , 즉

임을 찾는 과정이 아래에 설명된다.

첫째 단계로,

를 랜덤하게 선택한다.

둘째 단계로, 아래의 행렬을 만든다.

셋째 단계로, 아래의 관계를 계산한다.

여기서,

는 벡터의 2-노름(2-norm)이다.

이와 유사하게, 아래의 계수 및 벡터에 대해 계산한다.

l=L+1, 즉 r _L+1 , _L+1 을 얻을 때까지 이 계산은 계속 수행된다.

그 다음, 블록(308)에서, 함수

를 계산한다.

만약 B(Θ _j )의 결과가 "새로운" 피크 값의 세트를 산출하는 경우, 시도 방향 세트 Θ는 L개 강력한 다중경로의 도착 방향으로 설정된다.

블록(310)에서, 과정을 반복할 것인지에 대한 결정이 이루어진다. 반복 시 도 횟수는 운영 효율에 따라 사전결정될 수 있고, 한계 개선(marginal improvement)을 줄이는 사전결정된 경계값에 기초할 수도 있다.

다른 시도 세트가 평가되는 경우, 블록(302)의 과정으로 돌아온다.

결과적으로, 추정 과정을 종료하는 기준이 충족되면, 과정이 종료된다. 그 다음, L개 다중경로 방향의 현재 추정치

는 다음과 같이 조합된 신호 z(t)(도 1 참조)를 얻는데 사용된다.

즉, j번째 소스에 대해 DOA 추정 유닛(112)에서 설정된 L-다중경로 방향 세트를 추정한 후에는, 안테나 요소에서 수신된 신호들은 방정식(32)에 주어진 것 처럼 적절하게 가중된다.

이 과정은 안테나 요소에서 수신된 모든 J개 신호 소스 - 각각의 소스 신호는 L-다중경로에 대응하는 계수로 가중됨 - 에 대해 반복된다.

이제 도 4를 참조하면, DOA 추정 유닛(112) 및 빔 형성 유닛(114)의 소프트웨어 구현을 수용하기 적합한 예시적 컴퓨터 시스템을 나타내는 블럭도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 연산 장치(400)는 시스템 버스(412)를 통해 서로 결합된 하나 이상의 프로세서(402), 시스템 메모리(404), 대용량 저장 장치(406), 기타 I/O 장치(408) 및 네트워크 통신 인터페이스(410)를 포함한다.

프로세서(402)는 DOA 추정(112) 및 빔 형성(114)의 소프트웨어 구현을 실행 하는데 사용된다. 프로세서(402)는 본 기술 분야에서 주지된 또는 이후 설계될 많은 프로세서중 임의의 하나가 될 수 있다. 적절한 프로세서의 예로서 캘리포니아 산타클라라의 인텔 코퍼레이션에서 입수가능한 마이크로프로세서들이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

시스템 메모리(404)는 추정(112) 및/또는 빔 형성(114)의 작업본(working copy) 및 운영체제 서비스를 저장하는데 사용된다. 시스템 메모리(404)는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 동기식 DRAM(SDRAM) 또는 다른 유사 메모리 장치가 될 수 있다.

대용량 저장 장치(406)는, 데이터 - 예컨대 추정(112) 및/또는 빔형성(114)의 지속적인 사본을 포함함 - 를 지속적으로 저장하는데 사용된다. 대용량 저장 장치(406)의 예로서 하드 디스크, CDROM, DVDROM 등이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

기타 I/O 장치(408)는 입력/출력의 다른 양태들을 용이하게 하기 위해 사용된다. 기타 I/O 장치(408)의 예로서 키패드, 커서 컨트롤, 비디오 디스플레이 등이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

네트워크 통신 인터페이스(410)는 다른 장치와의 네트워크 통신을 용이하게 하기 위해 사용된다. 네트워크 통신 인터페이스(410)는 유선 기반 또는 무선일 수 있다. 다양한 실시예에서, 네트워크 통신 인터페이스(410)는 다양한 범위의 네트워킹 프로토콜 중 임의의 것을 지원할 수 있다.

다른 실시예에서, 연산 시스템은 멀티-프로세서 시스템, 대규모 병렬 연산 노드의 어레이를 포함하는 네트워크화된 컴퓨터들의 클러스터가 될 수도 있다.

따라서, J개 신호의 DOA를 결정하고/또는 J개 신호의 L개 다중경로의 DOA를 결정하기 위한 다양한 새로운 방법 및 장치들이 있을 수 있다(J개 신호는 소스에 의해 무선으로 전송됨).

본 발명이 상기 실시예들에 의해 설명되었으나, 당업자는 본 발명이 상기 실시예들에 한정되지 않음을 인정할 것이다. 첨부된 특허청구범위의 사상과 범주 내에서 변경 및 대체를 통해 다른 실시예가 실시될 수 있다. 따라서, 여기에서의 설명은 제한적 의미가 아니라 예시적 의미로 받아들여져야 할 것이다.

Claims

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시스템에서의 무선 신호 처리 방법으로서,

복수의 센서를 사용하여, 복수의 신호 소스에 의해 무선으로 전송되는 복수의 신호를 수신하는 단계;

상기 복수의 신호 중 제1 신호에 대한 도착 방향을 결정하는 단계;

상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을 결정하는 단계 - 상기 결정하는 단계는, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을, 상기 제1 신호의 결정된 도착 방향을 중심으로 하는 방향의 범위에서 검색하는 단계를 포함함 - ; 및

상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대해 결정된 복수의 제1 도착 방향에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제1 신호를 획득하는 단계

를 포함하는 방법.
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제11항에 있어서,

상기 방법은, 상기 신호들에 대한 상관 행렬을 결정하는 단계, 및 상기 신호들에 대응하는 상기 상관 행렬의 복수의 고유벡터를 결정하는 단계를 더 포함하고,

상기 제1 신호의 도착 방향을 결정하는 상기 단계는, 상기 신호들에 대응하는 상관 행렬의 결정된 고유벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여 수행되는 방법.
제13항에 있어서,

상기 상관 행렬을 결정하는 단계는, 상기 센서들에 의해 탐지된 상기 신호들의 복수의 대응하는 스냅샷에 기초하여 결정된 노이즈 벡터들과 복수의 신호의 복수의 외적 세트를 평균하는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 복수의 신호를 수신하는 단계는, N개 센서를 사용하여, J개 신호 소스 에 의해 무선으로 전송된 J개 신호를 수신하는 단계 - J 및 N은 각각 1보다 큰 정수 - 를 포함하고;

상기 j번째 전송 신호는
- 여기서,
는 기저밴드 신호이고, 그리고
는 초기 위상임 -

으로 모델링 되며;

j번째 수신 신호는

- 여기서 R _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 신호 강도이고,

f _d cosθ _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도플러 시프트이고,

f는 캐리어 주파수이고,

s()는 기저밴드 신호이고,

τ _jl = r _jl /c 은 j번째 신호의 l번째 다중경로의 시간 지연(time delay)이고,

r _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 범위이고,

c는 전자기파의 속도이고,

θ _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도착 방향임 -

으로 주어지는 방법.
제15항에 있어서,

N개의 센서에서 각도 θ로 충돌하는 신호에 대한 반응 벡터는

로 주어지고;

각도 θ _jl 로 충돌하는 j번째 신호의 l번째 다중경로에 대응하는 기저밴드 신호 벡터는

로 주어지는 방법.
제16항에 있어서,

상기 검색단계는, 검색 벡터
- 여기서,
은 검색 각도임 -,

- 여기서,
는 상기 벡터의 2-노름(2-norm)임 -

에 대해 연산하는 단계를 포함하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 검색 단계는,

를 연산하는 단계를 더 포함하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 검색 단계는,

함수
가 피크 값을 산출하는지 결정하고, 피크 값을 갖는경우 Θ _j = {θ_j1,...,θ_jL }를 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로의 제1 도착 방향으로 설정하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 수신 신호를 획득하는 단계는, 상기 제1 수신 신호의 L-다중경로의 결정된 도착 방향에 기초하여

- 여기서, z(t)는 가중 신호이고,

x_n 은 가중 계수이고,

L은 다중경로 방향들의 수이고,

N은 센서들의 수이고,

k는 파장(wavelength)이고,

d는 상기 N개의 센서들 사이의 간격이고,

은 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도착 방향임 -

와 같이 z(t)를 얻는 단계를 포함하는 방법.
삭제
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삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
무선 신호 처리 장치로서,

상기 장치로 하여금,

복수의 센서를 사용하여 수신되는 복수의 신호 중 제1 신호에 대한 도착방향을 결정하고 - 상기 신호들은 복수의 신호 소스에 의해 무선으로 전송됨 - ,

상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을 결정하고 - 상기 복수의 제1 도착 방향의 결정은, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을, 상기 제1 신호의 결정된 도착 방향을 중심으로 하는 방향의 범위에서 검색하는 것을 포함함 - ,

상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대해 결정된 복수의 제1 도착 방향에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 신호를 획득하게 하도록 설계된

복수의 프로그램 명령을 갖는 저장 매체; 및

상기 프로그램 명령을 실행하기 위해 상기 저장 매체에 결합된 하나 이상의 프로세서

를 포함하는 장치.
삭제
제31항에 있어서,

상기 프로그램 명령은, 상기 장치로 하여금 상기 신호들에 대한 상관 행렬을 결정하고, 상기 신호들에 대응하는 상기 상관 행렬의 복수의 고유벡터를 결정할 수 있도록 더 설계되고;

상기 프로그램 명령은, 상기 신호들에 대응하는 상기 상관 행렬의 결정된 고유벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제1 신호의 도착 방향 결정을 수행하도록 설계된 장치.
제33항에 있어서,

상기 프로그램 명령은 상기 센서들에 의해 탐지된 상기 신호들의 복수의 대응하는 스냅샷에 기초하여 결정된 노이즈 벡터들과 복수의 신호의 복수의 외적 세트를 평균함으로써 상기 상관 행렬 결정을 수행하도록 설계된 장치.
제31항에 있어서,

상기 복수의 신호 수신은, N개 센서를 사용하여, J개 신호 소스에 의해 무선으로 전송된 J개 신호를 수신하는 것 - J 및 N은 각각 1보다 큰 정수 - 을 포함하고;

상기 j번째 전송 신호는
- 여기서
는 기저밴드 신호이고,
는 초기 위상임 -

으로 모델링 되며;

j번째 수신 신호는

- 여기서, R _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 신호 강도이고,

f _d cosθ _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도플러 시프트이고,

f는 캐리어 주파수이고,

s()는 기저밴드 신호이고,

τ _jl = r _jl /c 은 j번째 신호의 l번째 다중경로의 시간 지연이고,

r _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 범위이고,

c는 전자기파의 속도이고,

θ _jl 는 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도착 방향임 -

으로 주어지는 장치.
제35항에 있어서,

상기 N개의 센서에서 각도 θ로 충돌하는 신호에 대한 반응 벡터는

로 주어지고;

각도 θ _jl 로 충돌하는 j번째 신호의 l번째 다중경로에 대응하는 기저밴드 신호 벡터는

로 주어지는 장치.
제36항에 있어서, 상기 프로그램 명령은,

검색 벡터
- 여기서,
은 검색 각도임 -,

- 여기서,
는 상기 벡터의 2-노름(2-norm)임 -

에 대한 연산을 상기 검색의 일부로서 수행하도록 설계된 장치.
제37항에 있어서, 상기 프로그램 명령은

를 연산하는 것을 상기 검색의 일부로서 수행하도록 설계된 장치.
제38항에 있어서, 상기 프로그램 명령은

함수
가 피크 값을 갖는지 결정하고, 피크 값을 갖는경우 세트 Θ_j = {θ _j1 ,...,θ _jL }를 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로의 제1 도착 방향으로 설정하는 것을, 상기 검색의 일부로서 수행하도록 설계된 장치.
제31항에 있어서, 상기 프로그램 명령은

상기 제1 수신 신호의 L-다중경로의 결정된 도착 방향에 기초하여

- 여기서, z(t)는 가중 신호이고,

x_n 은 가중 계수이고,

L은 다중경로 방향들의 수이고,

N은 센서들의 수이고,

k는 파장이고,

d는 상기 N개의 센서들 사이의 간격이고,

은 j번째 신호의 l번째 다중경로의 도착 방향임 -

와 같이 z(t)를 얻음으로써 상기 제1 수신 신호를 얻게 수행되도록 설계된 장치.
삭제
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무선 신호 처리 시스템으로서,

복수의 신호 소스에 의해 무선으로 전송되는 복수의 신호를 수신하는 복수의 안테나;

상기 안테나들에 결합되어 상기 수신 신호들을 다운 컨버트하는 RF 유닛; 및

상기 RF 유닛에 결합되어, 복수의 신호 소스에 의해 무선으로 전송되는 복수의 수신 신호 중 제1 수신 신호에 대한 도착 방향을 결정하고, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을 결정하며 - 상기 복수의 제1 도착 방향의 결정은, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을, 상기 제1 신호의 결정된 도착 방향을 중심으로 하는 방향의 범위에서 검색하는 것을 포함함 - , 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대해 결정된 복수의 제1 도착 방향에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 신호를 획득하는 도착 방향 추정 유닛

을 포함하는 시스템.
삭제
제45항에 있어서, 상기 도착 방향 추정 유닛은

상기 신호들에 대한 상관 행렬을 결정하고, 상기 신호들에 대응하는 상기 상관 행렬의 복수의 고유벡터를 결정하며;

상기 신호들에 대응하는 상관 행렬의 결정된 고유벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 제1 신호의 도착 방향을 결정하는 시스템.
제47항에 있어서, 상기 도착 방향 추정 유닛은

상기 수신 신호들의 복수의 대응하는 스냅샷에 기초하여 결정된 노이즈 벡터들과 복수의 신호의 복수의 외적 세트를 평균함으로써 상기 상관 행렬을 결정하는 시스템.
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무선 신호 처리를 위한 복수의 프로그램 명령을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체로서, 상기 복수의 프로그램 명령은,

장치로 하여금, 복수의 신호 소스에 의해 무선으로 전송되는 복수의 신호 중 제1 신호에 대한 도착 방향을 결정하고, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을 결정하며 - 상기 복수의 제1 도착 방향의 결정은, 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대한 복수의 제1 도착 방향을, 상기 제1 신호의 결정된 도착 방향을 중심으로 하는 방향의 범위에서 검색하는 것을 포함함 - , 상기 제1 신호의 복수의 제1 다중경로에 대해 결정된 복수의 제1 도착 방향에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 신호를 획득할 수 있도록 설계된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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