KR101709804B1 - 빔을 형성하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

안테나 어레이의 빔을 형성하는 장치로서, 복수의 공간 분포된 엘리먼트를 갖는 안테나 어레이; 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 상기 엘리먼트를 선택적으로 전환하는 프로세서; 상기 안테나 어레이 및 상기 프로세서와 동작상 연관되어 기준 신호를 생성하고, 상기 인커밍 신호와 수정된 기준신호를 혼합하여 혼합 신호를 생성하고, 및 미리 결정된 기간 동안 상기 혼합 신호를 합산하여 축적 신호를 생성하는 수신기를 포함하고, 제 1 상태에서 상기 엘리먼트는 인커밍 신호를 수신하고, 상기 축적 신호가 상기 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 나타내도록 상기 기준신호는 상기 수신 신호와 혼합되기 전에 수정되는 안테나 어레이의 빔 형성 장치이다.

Description

빔을 형성하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING A BEAM}
본 발명은 일반적으로 포지셔닝(positioning) 시스템에 관한 것이고 구체적으로는 포지셔닝 신호를 수신하는 서브시스템(subsystem)에 관한 것이다.
본 발명은 주로 다중경로 환경에서 포지셔닝 신호를 수신하기 위한 빔(beam)을 형성하기 위해 개발되었으며 이하 이 응용에 기준하여 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이 특정 분야의 사용에 한정되지는 않음을 알아야 할 것이다.
본 명세서에서 종래 기술에 대한 논의는 그러한 종래 기술이 당해 기술분야에서 일반적인 지식으로서 널리 알려져 있거나 또는 그것의 일부를 형성하는 것임을 인정하는 것으로서 간주되어야 하는 것은 아니다.
당해 기술에서 알려진 바와 같이, 포지셔닝 기술은 일반적으로 신호가 신호원으로부터 수신장치까지 도달하는데 걸리는 시간을 측정하여 동작한다. 대부분의 종래 기술 응용에서, 이 측정은 신호가 송신된 시간과 동일한 신호가 수신된 시간을 측정함으로써 이루어진다. GPS와 같은 일반적인 포지셔닝 시스템은 3개 이상의 그와 같은 신호를 사용하고 삼변 측량술(trilateration)을 사용하여 개체의 위치를 계산한다. 측정 계산은 시간에 민감하기 때문에, 소스와 수신기의 시계가 적절히 동기를 이루도록 보장하기 위해 제 4의 신호가 흔히 요구된다.
다중경로(multipath)는 포지셔닝 신호가 벽 및 가구와 같은 다른 물체에 반사되는 현상을 말한다. 이것은 옥내와 같은 폐쇄된 환경에서 특히 우세하지만, 도시와 같은 건물이 많은 지역에서 중요한 문제이기도 하다. 간단히 말하면, 반사된 신호는 소스에서 수신기에 도달하는데 더 긴 시간이 필요하며, 따라서 측정치의 정확성에 영향을 미친다. 또한 수신기는 동일한 소스로부터 발생하여 상이한 시간 정보를 갖는 충돌 신호를 수신한다. 일부 최근의 수신기는 위치 결정에서 사용할 가장 적절한 신호를 결정하기 위해 선택 알고리즘을 사용한다. 그러나 수신기는 통상 진정한 포지셔닝 신호와 다중경로 신호를 어떤 높은 정확도까지 식별하는 것이 불가능하다.
빔을 조향하도록 개별적으로 제어 가능한 다수의 안테나 엘리먼트(element)들로 구성되는 위상 어레이(phase array)가 종래 기술로서 알려져 있다. 전형적인 위상 어레이에서, 각 안테나 엘리먼트에서 수신된 신호는 개별적으로 위상 및 이득이 조작되며, 필요한 빔의 방향에 따라 정확한 조작이 필요하다. 그 다음 각 안테나 엘리먼트로부터의 위상 및 이득 조작된 신호는 빔의 원하는 방향을 얻기 위해 합산된다.
오늘날 사용되는 3개의 주된 형태의 위상 배열 안테나가 존재한다.
a) 고정 빔 형성;
b) 순차 빔 형성; 및
c) 동시 빔 형성.
고정 빔 형성 안테나 어레이는 안테나 엘리먼트들 사이에 고정된 위상 관계를 가지며 자신들의 빔을 단일 방향으로만 조향할 수 있다. 빔의 방향이 고정되어 있으므로, 이 유형의 안테나는 GPS 응용의 위성과 같이 포지셔닝 시스템에서 이동하는 신호원을 개별적으로 추적하는데 사용될 수 없다. 고정 빔 형성 안테나는 빔을 전송원 방향으로 조종하기 위해 어떤 기계적 수단과 함께 사용되어야 한다. 기계적 설비의 장기 사용과 관련된 신뢰성 문제 외에, 이 기계적 움직임은 빔이 향하는 방향으로 조정이 이루어져야 한다. 이것은 잠재적 에러의 추가적인 근원을 부가한다.
순차 빔 형성 위상 배열 안테나는 다수의 방향에서 순차적으로 빔을 형성하기 위해 각 안테나 엘리먼트에 부착된 개별 위상 및 이득 회로를 사용한다. 각 안테나 엘리먼트는 개별적으로 제어되어야 하기 때문에 개별 회로가 필요하다. 그러므로, 각 안테나 엘리먼트는 위상 시프터, 가변 이득 증폭기, 및 관련 제어 신호와 같은 자신의 전자부품 세트에 액세스해야 한다. 모든 필요한 개별 회로에서 발생하는 부가 비용과 이 회로들을 필요한 정밀도로 제어하는데 야기되는 문제들은 별론으로 하더라도, 이 방법은 포지셔닝 시스템에 사용될 때 심각하게 제약되는데, 그것은 한 번에 하나의 빔만이 조향될 수 있기 때문이다. 전술한 바와 같이, GPS와 같은 포지셔닝 시스템은 최소 3개의 신호를 추적할 필요가 있으며, 가장 정밀한 결과를 얻기 위해 이들 신호는 동시에 추적되어야 한다. 그러므로 순차 빔 형성 위상 어레이는 하나 이상의 신호를 동시에 추적하는 것이 불가능하기 때문에 포지셔닝 시스템에서 사용하기에는 부적합하다.
동시 빔 형성 위상 배열 안테나 역시 널리 사용된다. 종래의 동시 빔 형성 안테나는 다수의 방향에서 동시에 빔을 형성하기 위해 복잡한 회로를 갖는 큰 안테나 엘리먼트 어레이를 사용한다. 이들 어레이는 각 안테나 엘리먼트를 위한 RF 프런트 엔드(front end) 및 아날로그-디지털 변환기와, 모든 엘리먼트 신호를 함께 결합하기 위한 베이스밴드의 아주 복잡한 디지털 로직 어레이를 필요로 한다. 그와 같은 어레이의 사이즈, 전력 소비, 및 비용은 통상 수백 개의 엘리먼트를 사용하는 아주 대형의 설비, 예컨대 군용 설비로 그 사용이 제한된다. 명백히, 이들 시스템의 사이즈, 복잡성, 전력 소비 및 비용은 포지셔닝 시스템에서 상기 시스템의 사용을 적합하지 않도록 만든다.
추가로 인터페로믹(interferomic) 기법을 사용하는 포지셔닝 시스템에 대해, 종래의 동시 빔 형성 안테나 어레이의 대규모 병렬 처리에 의해 발생된 어떤 라인 바이어스 또는 그룹 지연도 허용될 수 없다. 이들 에러 모두는 센티미터 포지셔닝 정확도를 달성하기 위해 추정되고 시스템으로부터 조정 제거되어야 한다. 이것은 이들 바이어스가 회로 온도, 전압, 및 구성요소 허용오차에 따라 변하기 때문에 사소한 문제가 아니다. 또한, 이것으로 인해 종래의 동시 빔 형성 안테나 어레이는 고정밀도 포지셔닝 시스템에서의 사용이 적합하지 않게 된다.
(발명의 요약)
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 적어도 하나를 극복 또는 개선하거나, 유용한 대안을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 다수의 빔을 동시에 생성하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 상기 다수 빔을 동시 형성하기 위해 단일 RF 프런트 엔드를 사용하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 전자적 복잡도를 최소화하는 동시에 비교적 대량의 엘리먼트(일반적으로 32개 엘리먼트 이상)를 사용하여 상대적으로 좁은 빔을 형성하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 전력 소비, 비용 및 복잡도를 감소시키기 위해 표준 포지셔닝 수신기 구성요소/로직 블록을 재사용하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 복잡한 회로 및 조정의 필요를 제거하는 동시에 포지셔닝 시스템을 위해 비교적 대량의 엘리먼트(일반적으로 32개 이상)를 사용하여 상이한 방향에서 다수의 빔을 동시에 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 복수의 공간 분포된 엘리먼트를 갖는 안테나 어레이; 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 상기 엘리먼트를 선택적으로 전환하는 프로세서; 상기 안테나 어레이 및 상기 프로세서와 동작상 연관되어 기준 신호를 생성하고, 상기 인커밍(incoming) 신호와 수정된 기준신호를 혼합하여 혼합 신호를 생성하고, 및 미리 결정된 기간 동안 상기 혼합 신호를 합산하여 축적 신호(accumulated signal)를 생성하는 수신기;를 포함하고,
제 1 상태에서 상기 엘리먼트는 인커밍 신호를 수신하고,
상기 축적 신호가 상기 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 나타내도록 상기 기준신호는 상기 수신 신호와 혼합되기 전에 수정되는, 안테나 어레이의 빔 형성 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 수신기는 상관기를 갖는 하나 이상의 수신 채널을 포함하며, 상기 안테나 어레이와의 동작상 연관은 상기 상관기에 의해 제공된다.
상기 안테나 어레이와 상기 상관기 사이의 동작상 연관은 바람직하게는 제 1 상태로 전환되는 엘리먼트와 실질적 동기를 이루어 상기 기준신호의 위상 및/또는 이득을 선택적으로 조작함으로써 제공된다.
상기 위상 및/또는 이득의 조작은 바람직하게는 상기 기준신호에 위상 및/또는 이득 오프셋을 각각 적용함으로써 달성되고, 상기 위상 및/또는 이득 오프셋의 값은 상기 제 1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트들 중 하나에 종속하여 결정된다.
바람직하게는, 상기 상관기는 캐리어 수치제어 오실레이터(NCO: numerical control oscillator)를 포함하고, 상기 기준신호는 상기 캐리어 NCO에서 합성된다.
상기 위상 및/또는 이득 오프셋의 값은 상기 프로세서에 의해 실시간으로 결정된다. 대안으로, 상기 위상 및/또는 이득 오프셋의 값은 상기 프로세서에 의해 액세스 가능한 데이터베이스에 저장된 미리 결정된 값을 검색함으로써 결정된다.
바람직하게는, 상기 엘리먼트는 상기 제 1 상태에서 활성 상태이고 상기 제 2 상태에서 비활성 상태이다. 상기 엘리먼트는 미리 결정된 순서로 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 전환된다. 상기 미리 결정된 순서는 바람직하게는 제 1 상태로 전환되는 것으로부터 하나 이상의 엘리먼트를 선택적으로 제외한다.
바람직하게는, 상기 안테나 어레이의 구성은 상기 통합기간(integration period)의 전체 기간 동안 하나 이상의 엘리먼트를 제 2 상태로 전환함으로써 동적으로 조정 가능하다.
상기 엘리먼트는 바람직하게는 서브-통합기간 동안 상기 제 1 상태로 전환되고, 상기 서브-통합기간은 상기 미리 결정된 통합기간보다 작은 것이다.
바람직하게는, 상기 미리 결정된 통합기간은 복수의 빔 형성 슬롯(B-슬롯)을 포함한다. 엘리먼트는 바람직하게는 상기 B-슬롯의 전체 기간 동안 상기 제 1 상태로 전환된다.
일 실시예에서, 각 B-슬롯은 상기 인커밍 신호를 저장하기 위해 각각의 어큐뮬레이터(accumulator)를 액세스하고, 상기 각각의 어큐뮬레이터는 상기 수정된 기준신호와 혼합되어 상기 혼합 신호를 생성한다.
바람직하게는, 통합기간 내 각 B-슬롯은 하나 이상의 엘리먼트가 제 1 상태로 전환되는 것으로부터 선택적으로 제외되도록 동적으로 조정 가능하다.
상기 엘리먼트는 바람직하게는 상기 장치가 하나 이상의 차원에서 빔을 형성할 수 있도록 3차원 구성으로 공간 분포된다.
바람직하게는, 각 수신기는 복수의 수신 채널을 포함하고, 각 수신 채널은 하나 이상의 빔을 형성할 수 있다.
제 2 상태로 전환된 엘리먼트는 바람직하게는 상호-결합의 효과가 개선되도록 공진하지 않도록 구성된다.
상기 인커밍 신호의 수신과 상기 인커밍 신호의 혼합 사이에 전파 지연이 발생하고, 상기 전파 지연은 바람직하게는 상기 기준신호의 수정을 지연함으로써 고려된다.
본 발명의 다른 측면으로, a) 상기 안테나 어레이의 공간 분포된 엘리먼트들을 제 2 상태로부터 제 1 상태로 선택적으로 전환하는 단계; b) 상기 제 1 상태로 전환된 상기 엘리먼트에서 인커밍 신호를 수신하는 단계; c) 상기 인커밍 신호와 상관을 위한 기준신호를 상관기에서 생성하는 단계; d) 상기 제 1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트와 실질적 동기를 이루어, 미리 결정된 오프셋을 상기 기준신호에 적용하여 수정된 기준신호를 생성하는 단계; e) 상기 인커밍 신호와 상기 수정된 기준신호를 혼합하여 혼합 신호를 생성하는 단계; 및 f) 통합기간 동안 상기 혼합 신호를 축적하여 축적 신호를 생성하는 단계;를 포함하고,
상기 엘리먼트는 상기 제 1 상태에서 인커밍 신호를 샘플링하고,
상기 축적 신호는 상기 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 나타내는, 안테나 어레이의 빔을 형성하는 방법이 제공된다.
이제 단지 예시로서 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 있어서 포지셔닝 수신기와 접속된 안테나 어레이의 도식적 다이어그램이고,
도 2는 B-슬롯과 통합기간의 관계를 표시하는 타이밍도이고,
도 3은 본 발명의 일 측면에 있어서 빔을 형성하기 위해 수반되는 단계들의 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 측면에 있어서 수정된 상관기(correlator)의 도식적 다이어그램이고,
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 측면에 있어서 2개-안테나 어레이의 도식적 다이어그램이다.
시스템 개요
본 발명에 의하면, 인커밍 포지셔닝 신호(incoming positioning signal)의 방향에서 안테나 어레이의 빔을 형성하는 장치 및 방법이 제공된다. 포지셔닝 신호의 소스의 방향은 미리 결정되기 때문에, 안테나 어레이의 빔은 인커밍 포지셔닝 신호의 방향에서 형성되고, 다른 방향에서 오는 신호를 감쇠하면서 상기 인커밍 포지셔닝 신호의 이득을 최대화하며, 그에 의해 다중경로의 어떤 원치 않는 영향을 완화한다.
도 1을 참조하면, 안테나 어레이에서 빔을 형성하는 장치(102)는 복수의 공간 분포 엘리먼트(106)를 갖는 안테나 어레이(104)를 포함한다. 엘리먼트(106)를 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 미리 결정된 패턴으로 스위치(110)를 통해 선택적으로 전환하기 위해 프로세서(108)가 안테나 어레이(104)에 접속되며, 제 1 상태에서, 엘리먼트들은 인커밍 포지셔닝 신호를 수신하도록 구성되고, 제 2 상태의 엘리먼트들은 인커밍 포지셔닝 신호를 수신하지 않도록 구성된다.
포지셔닝 수신기는 기준 신호를 생성하기 위해 안테나 어레이 및 프로세스와 동작상 연계되어 있고, 각각의 제 1 상태로 전환되어 있는 각 엘리먼트와 실질적 동기를 이루어 기준 신호의 위상 및/또는 이득을 선택적으로 조작함으로서 제공된다. 이것은 수정된 기준 신호를 생성하며, 그 다음 이것은 수신된 포지셔닝 신호와 혼합되어 혼합된 신호를 생성한다. 그 다음 이 혼합된 신호는 미리 결정된 통합 기간 통안 축적되고, 그리하여 상기 축적된 신호는 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 지시한다.
일 실시예에서, 후속 처리를 위해 포지셔닝 수신기에 전달하기 전에 상기 필요한 축적된 신호를 생성하기 위해 믹서, 오실레이터 및 어큐뮬레이터를 이용하는회로에서 개별 컴포넌트/로직 블록이 사용된다.
그러나 바람직한 실시예는 본 발명의 빔 형성 방법을 도 4에 도시된 바와 같이 표준 포지셔닝 수신기에 병합하는 것이다. 이것은 본 발명에 따라 빔을 형성하기 위해 필요한 회로의 많은 부분이 이미 표준 포지셔닝 수신기 아키텍처의 일부이고, 단지 동시 빔 형성을 위해 약간의 수정이 필요할 뿐이기 때문이다. 이 필요한 회로는, 당업자가 이해하고 있는 바와 같이, 믹서, 오실레이터(oscillator) 및 어큐뮬레이터(accumulator)를 포함하는 상관기 내에 구현된다. 상기 상관기의 이들 구성요소들은 개별 컴포넌트 대신에 이용될 수 있다. 이것은 비용과 소비전력 외에 수신기 장치의 소형화, 통합 및 휴대성에서도 부가적인 이점을 제공한다.
다시 도 1을 참조하면, 포지셔닝 시스템에서 사용된 포지셔닝 수신기(114)가 바람직한 실시예로서 도시되어 있다. 포지셔닝 수신기(114)는, 안테나 어레이(104) 및 프로세서(108)와 동작상 연관되어 있는 적어도 하나의 상관기(118)를 갖는 적어도 하나의 수신 채널(116)을 포함하는 기존 컴포넌트를 이용한다. 각 상관기(118)는 기준 신호를 생성하기 위한 캐리어(carrier) 수치 제어 오실레이터(NCO: numerically controlled oscillator)를 포함한다. 이 기준 신호는 제 1 상태로 전환되어 있는 각각의 엘리먼트와 실질적 동기를 이루어 프로세서(108)에 의해 위상 및/또는 이득이 수정되어, 수정된 기준 신호를 생성한다. 수신된 포지셔닝 신호는 이후 이 수정된 기준 신호와 혼합되어 혼합 신호를 생성한다. 이 혼합 신호는 그 다음에 표준 상관기 처리에 따라 코드 NCO 기준 신호와 혼합되고, 후속적으로 소정의 통합 기간 동안 축적되어 축적된 신호를 생성한다. 그러므로 이렇게 축적된 신호는 안테나 어레이(104)로부터 상관기(118) 내에 형성된 빔(122)의 방향 및 크기를 가리킨다. 각 소정의 통합 기간의 종료 시에, 상관기 잠금 루프(lock loop)는 정상적인 상관기 동작에 따라 위상 및/또는 이득 조작에 의해 교란되지 않고 동작한다.
기준 신호의 수정
상기 기준 신호가 캐리어 NCO에 의해 합성된 후, 기준 신호는 제 1 상태로 전환되어 있는 엘리먼트와 실질적 동기를 이루어 기준 신호의 위상 및/또는 이득을 선택적으로 조작함으로써 수정된다. 구체적으로, 위상 및/또는 이득의 조작은 기준 신호에 위상 및/또는 이득 오프셋을 적용함으로써 달성되며, 상기 위상 및/또는 이득 오프셋의 값은 제 1 상태로 전환되는 각각의 엘리먼트 및 형성되는 빔의 원하는 방향에 따라서 결정된다.
안테나 어레이(104)는 상관기 회로 내에 각각의 위상 및/또는 이득 오프셋을 삽입함으로써 상관기(118)와 동작상 연관된다. 이하에서는 도 4를 참조하여 상관기의 동작과 위상 및/또는 이득 오프셋의 삽입이 더욱 상세하게 설명된다.
일 실시예에서, 위상 및/또는 이득 오프셋의 값은 프로세서에 의해 액세스 가능한 데이터베이스(120) 내에 저장된 소정의 값을 검색하여 결정된다. 아래의 설명예에서 제시된 테이블과 같은 오프셋 테이블이 데이터베이스(120) 내에 저장되고 프로세서(108)에 의해 선택적으로 액세스 가능하다. 소정 오프셋 값들의 저장된 데이터베이스는 선호되는 방법이지만, 대안적인 실시예에서 위상 및/또는 이득 오프셋은 프로세서(108)에 의해 실시간으로 계산되는 것도 가능하다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
안테나 엘리먼트
도 1에 도시된 일 실시예에서, 패치(patch) 엘리먼트들은 3x3 어레이로 표시되어 있다. 그러나 다른 실시예에서는 단극(monopole), 이극(dipole) 또는 다른 적당한 안테나 엘리먼트가 이용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한 본 발명은 다차원을 갖는 안테나 어레이에 배치된 안테나 엘리먼트들에 동등하게 적용된다는 것을 이해할 것이다. 사실, 다수의 실제 응용에서, 안테나 엘리먼트들은 3차원 형상으로 공간적으로 분포된다.
본 명세서와 청구항들에 있어서, "제 1 상태"는 엘리먼트가 활성(active) 상태인 경우를 가리키고 "제 2 상태"는 엘리먼트가 비활성(inactive) 상태인 것을 가리킨다. 비활성 상태의 실제 실행은 사용된 엘리먼트의 유형에 따라 바뀌며, 기생 (parasitics) 또는 상호-결합의 효과를 경감시키기 위해 엘리먼트들이 공진하지 않도록 하는데 초점이 놓인다. 예를 들면, 1/4λ 단극 엘리먼트는 제 2 상태에서 개방으로 전환되지만 패치 엘리먼트는 제 2 상태에서 그라운드로 전환된다. 어떤 실시예에서는, 상기 전환은 또한 제 2 상태에서 50Ω과 같은 저항에 접속을 제공한다. 당업자는 제 2 상태에서는 반응성 부하(reactive load)와 같은 다른 조건으로의 전환도 가능하다는 것을 이해할 것이다.
빔 형성 슬롯
바람직한 실시예에서, 소정의 통합기간 동안 한 번에 하나의 엘리먼트(106)만이 제 1 상태에 있고, 다른 모든 엘리먼트들은 제 2 상태에 있다. 즉, 형성된 각 빔에 대해서, 상기 소정의 통합 기간 내 임의의 순간에 오직 하나의 엘리먼트(106)만이 인커밍 신호를 수신하는 것이 가능하다. 각 엘리먼트(106)는 소위 서브-통합기간 동안 제 1 상태로 전환되며, 서브(sub)-통합기간은 상기 소정의 통합기간보다 작다. 일 실시예에서, 이들 서브-통합기간은 "빔 형성 슬롯"(B-슬롯)으로 알려져 있다.
B-슬롯과 통합 기간 사이의 관계는 도 2에 잘 도시되어 있다. 도 2의 예에서, B-슬롯(202)은 각각 1 ㎲의 길이이고 통합 기간은 N ㎲ 길이이다. 본질적으로, 통합 기간의 길이는 단순히 동일한 길이를 갖는 다수의 B-슬롯으로 분할된다. 그러므로 하나의 B-슬롯은 단지 제 1 상태로 전환되는 관련된 엘리먼트가 인커밍 포지셔닝 신호를 수신하는 기간이다.
일 실시예에서, 엘리먼트(106)는 동적으로 B-슬롯에 할당된다. 이하에서 설명되는 명측(bright-side) 스캔 모드 동작과 같은 특정 응용에서, 안테나 어레이의 엘리먼트의 일부만이 빔을 형성할 필요가 있다. 이것은 원치않는 엘리먼트들을 통합기간의 전체 동안 제 2 상태로 전환 유지하여 달성될 수 있으며, 신호들은 그러한 엘리먼트들로부터 수신되지 않고 따라서 축적되지 않는다. 대안으로, B-슬롯의 길이는 엘리먼트의 일부만이 B-슬롯에 할당되도록 확대될 수 있고, 따라서 상기 엘리먼트의 일부로부터 수신된 신호만이 축적된다.
그러나 또 다른 실시예에서, 필요한 B-슬롯의 최소 수는 안테나 어레이(104)에 공간적으로 분산된 엘리먼트(106)의 수에 상응한다. 예를 들면, 안테나 어레이가 2개의 엘리먼트만을 포함하는 실시예에서, 필요한 B-슬롯의 최소 수는 2개이다. 각 엘리먼트(106)는 할당된 B-슬롯의 전체 기간 동안 제 1 상태로 전환된다.
추가의 실시예에서, 10개의 엘리먼트가 안테나 어레이 내에 공간 분산되어 있고 10개의 B-슬롯이 각 엘리먼트에 하나씩 제공된다. 표준 GPS 수신기의 전형적인 통합기간인 1000㎲의 통합기간을 사용할 때, 엘리먼트들은 각각 100㎲의 주기 동안 소정의 방식으로(순차적으로 또는 의사 랜덤하게) 제 1 상태로 전환된다. 제 1 엘리먼트가 제 1 상태로 전환되는 경우, 프로세서는 또한 어레이 내의 제 1 엘리먼트의 위치와 포지셔닝 수신기에 의해 필요한 빔의 방향에 대응하여, 기준 신호에 적용될 필요가 있는 위상 및/또는 이득 오프셋을 결정하고, 상기 오프셋을 할당된 제 1 B-슬롯의 전체 기간 기준 신호에 적용한다. 후속 100㎲ B-슬롯에서, 제 2 엘리먼트가 제 1 상태로 전환되고 제 1 엘리먼트와 다른 모든 엘리먼트들은 제 2 상태로 전환된다. 다시, 프로세서는 어레이 내의 제 2 엘리먼트의 위치와 포지셔닝 수신기에 의해 필요한 빔의 방향에 대응하는 위상 및/또는 이득 오프셋을 결정하고, 상기 위상 및/또는 이득 오프셋을 제 2 B-슬롯의 전체 기간 동안 적용한다. 순차 전환 기법을 사용하는 이 예에서, 제 3 엘리먼트는 제 3 B-슬롯에서 제 1 상태로 전환되고 다른 엘리먼트들은 제 2 상태로 전환되며, 상기 통합기간 내 후속 B-슬롯에 대해 동일하게 적용된다. 1000㎲의 통합기간의 완료 시에, 10개의 100㎲ B-슬롯 모두는 필요한 위상 및/또는 이득 오프셋으로 축적되어 포지셔닝 수신기에 의해 필요한 원하는 빔을 생성한다.
안테나 어레이(104) 내의 개별 엘리먼트(106)들은 제 1 상태로 전환될 때만 수신기에 액세스하는 것이 가능하다. 형성되는 빔의 방향이 선험적으로 알려지기 때문에, 그에 따라 엘리먼트들은 빔이 원하는 방향으로 형성되도록 기준 신호의 위상 및/또는 이득의 적절한 조작과 실질적 동기를 이루어 제 1 상태로 전환되어야 한다. 또한, 할당된 B-슬롯의 완전한 이익을 획득하기 위해, 위상 및/또는 이득 조작은 할당된 B-슬롯의 전체를 통해 기준 신호에 적용되어야 한다.
빔 형성 방법론
본 명세서에서 개시된 장치를 사용하여 빔을 형성하는 다음의 단계들은 도 3의 흐름도에서 그림으로 표현되어 있다. 상기 단계들의 설명은 다음과 같다.
a) 단계 301에서, 안테나 어레이에서 공간적으로 분산된 엘리먼트들 중 하나가 선택되어 제 1 B-슬롯 동안에 제 1 상태로 전환된다.
b) 단계 302에서, 단계 301에서 제 1 상태에 전환된 엘리먼트는 인커밍 신호를 수신한다.
c) 단계 304에서, 상기 인커밍 신호는 안테나 어레이의 RF 프런트 엔드에서 샘플링된다.
d) 단계 308에서, 상기 인커밍 신호와 혼합하기 위해 상관기에서 내부 기준신호가 생성된다.
e) 단계 310에서, 소정의 오프셋이 단계 302와 실질적 동기를 이루어 상기 기준신호에 적용되어 수정된 기준 신호를 생성한다.
f) 단계 312에서, 상기 수정된 기준신호는 상기 수신된 신호와 혼합되어 혼합 신호를 생성한다.
g) 단계 314에서, 상기 혼합 신호는 어큐뮬레이터에서 축적되어 축적 신호를 생성한다.
h) 단계 306에서, 상기 선택된 엘리먼트는 제 2 상태로 전환되고, 다음 엘리먼트는 다음 B-슬롯에서 제 1 상태로 전환되며 프로세스는 다시 단계 301부터 시작한다.
i) 단계 316에서, 통합기간의 종료 시 모든 B-슬롯을 함께 축적한 후, 모든 B-슬롯 신호들의 값에 기초하여 어큐뮬레이터에서 빔이 형성된다.
j) 단계 318에서, 캐리어 및 코드 잠금 루프는 축적된 B-슬롯 신호를 사용하여 갱신된다.
상관기 동작
GPS 위치 수신기는 통상 인커밍 포지셔닝 신호와 내부적으로 생성된 기준신호를 상관시키기 위해 상관기라고 불리는 로직 블록을 사용한다. 도 4를 참조하면, 상관기(118)에서, 인커밍 포지셔닝 신호는 2개의 내부적으로 생성된 기준신호와 혼합된다. 제 1 기준신호는 캐리어 NCO(408)에 의해 생성되는 캐리어 기준신호이다. 캐리어 기준신호를 인커밍 포지셔닝 신호와 혼합하면 캐리어 기준신호와 인커밍 신호 사이의 위상 및 주파수 차이를 나타내는 에러 신호를 생성한다. 제 2 기준신호는 코드 기준신호이며 이것은 이 실시예에서 코드 NCO(416)에 의해 생성된다. 일단 인커밍 포지셔닝 신호가 캐리어 기준신호와 혼합되면, 인커밍 포지셔닝 신호는 코드 기준신호와 혼합되고, 이것은 코드 기준신호와 인커밍 포지셔닝 신호 사이의 시간 지연을 나타내는 에러 신호를 생성한다.
간략함을 위해, 도 4는 포지셔닝 수신기의 단일 수신 채널만을 나타내고 있다. 그러나 당업자는 최근의 수신기가 통상 단일의 수신 채널 이상을 포함하고, 각 채널은 통상 하나 이상의 상관기를 포함하는 것을 인식할 것이다.
도 4에서, 인커밍 포지셔닝 신호는 입력(402)에서 수신되고 믹서(404, 406)에서 인커밍 신호와 기준 캐리어 신호를 혼합하여 캐리어 성분이 제거되고 정-위상(in-phase)(I) 및 직교-위상(quadra-phase)(Q) 샘플링된 데이터를 생성한다. 기준 캐리어 신호는 캐리어 NCO(408)와 개별 사인 및 코사인 매핑 함수(410, 412)에서 각각 합성된다. 이 제거 프로세스는 표시된 I 및 Q 신호를 생성한다. 동작 시, 캐리어 NCO는 캐리어 잠금 루프(414)에 의해 제어된다. 캐리어 잠금 루프의 목적은 기준신호와 인커밍 포지셔닝 신호 사이의 위상 에러를 0 또는 가능한 0 가까이 유지하는 것이다. 위상 에러가 0인 경우, 신호는 "위상 잠금(phase-locked)"되었다고 하며 I 신호가 최대인 동안 Q 신호는 거의 0이다. 이 동작은 "위상 잠금 루프(PLL: phase locked loop)" 동작으로도 불린다.
그 다음에 I 및 Q 신호는, 이 실시예에서 코드 NCO(416)에 의해 합성되는 기준 코드 신호와 상호 관련된다. 간략화를 위해서, 이 실시예에서는 하나의 기준 코드 신호만이 합성된다. 그러나 당업자는 대부분의 포지셔닝 수신기에서 하나 이상의 기준 코드 신호가 합성된다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 일 응용예에서, 3개의 코드 기준신호 - 조기 신호(early signal), 즉시 신호(prompt signal) 및 지연 신호(late signal) -가 합성되고 I 및 Q 신호들과 각각 별도로 상호 관련이 이루어진다.
상관기(118)는 내부적으로 합성된 코드 기준신호와 인커밍 I 및 Q 신호를 믹서(418, 420)에서 혼합한다. 동작 시, 코드 NCO(416)는 코드 잠금 루프(426)에 의해 제어된다. 코드 잠금 루프의 목적은 내부적으로 생성된 코드 기준신호와 인커밍 코드 포지셔닝 신호 사이의 시간 에러를 0 또는 가능한 0에 가깝게 유지하는 것이다. 시간 에러가 0인 경우, 신호는 "코드-잠금"되었다고 한다. 이 동작은 또한 "지연 잠금 루프(DLL: delay lock loop)"라고도 불린다.
즉, 코드 잠금 루프(426)의 동작은 캐리어 잠금 루프(414)와 유사하다. 기준 신호 코드 위상이 인커밍 포지셔닝 신호 코드 위상과 완전히 일치할 때, 최대 상관이 얻어진다.
그 결과 얻어진 혼합 신호는 그 다음에 통합기간 동안 어큐뮬레이터(422, 424)에서 통합되어 IP 및 QP 신호를 제공하며, 이 신호들은 이후 루프 동작의 추적을 위해 프로세서에 의해 액세스된다.
상기 통합기간은 수신된 신호가 축적되는 시간의 길이를 가리키고, 이것은 전통적으로 위성의 의사랜덤 코드 노이즈 길이 또는 그것의 배수에 기초하여 결정된다. GPS에서, 이 코드 주기는 1 ms이고, 따라서 수신기에서 통합기간은 종종 1 ms 이상으로 설정된다.
위상 및/또는 이득 오프셋
바람직한 실시예에서, 인커밍 포지셔닝 신호의 위상 및/또는 이득을 조작하기 위한 위상 및/또는 이득 오프셋은, 캐리어 기준신호가 캐리어 NCO(408)에 의해 합성된 후 그리고 상기 합성된 캐리어 기준신호가 인커밍 포지셔닝 신호의 캐리어 성분과 혼합되기 전에, 포인트(428)에서 입력되며, 캐리어 잠금 루프(414)를 완료한다. 이 바람직한 실시예에서 위상 오프셋은 기준신호에 더해지고, 이득 오프셋은 기준신호에 곱해진다. 인커밍 포지셔닝 신호의 조작은 상관기의 통합기간 내에 상기 합성된 캐리어 기준신호를 수정함으로써 달성되며, 따라서 캐리어 NCO(408) 또는 캐리어 잠금 루프(414)의 정상적인 동작에 간섭하지 않는다. 상기 수정된 기준신호는 그 다음 인커밍 포지셔닝 신호와 통상의 방식으로 혼합되고, 혼합 신호는 통합기간 동안에 어큐뮬레이터에서 통합되어 축적 신호를 생성한다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 파형의 통합은 단순히 주어진 시간 동안, 이 경우에는 통합기간에 대해 파형의 샘플들의 합산이다. 그러므로, (인커밍 신호와 기준신호의 혼합으로부터) 얻어진 혼합 신호의 통합은 단순히 한 주기의 시간 - 이것은 전술한 실시예의 하나에서 1 ms의 통합기간임 - 동안의 신호 샘플들의 합산이다.
일 실시예에서, 인커밍 포지셔닝 신호는 RF-프런트 엔드를 통해 75 MHz의 레이트로 샘플링되며 상기 샘플들은 그 다음 수정된 기준신호와 혼합되고, 기준 신호 역시 75 MHz에서 합성된다. 따라서, 통합기간이 1ms인 10개의 B-슬롯을 포함하는 가상의 시스템에 있어서, 각 B-슬롯은 100㎲ 길이이므로 인커밍 포지셔닝 신호의 7,500개 샘플을 포함한다. 이들 7,500개의 샘플 중 각 하나는 수정된 기준신호와 순차 혼합되어 혼합 신호를 생성한다. 상기 수정된 기준신호는 기준신호에 적용된 위상 및/또는 이득 오프셋에 기초하며, 기준신호는 상관기의 캐리어 NCO에 의해 생성된다. 구체적으로, 제 1 상태에 있는 안테나 엘리먼트들과 동기를 이루는, 인커밍 포지셔닝 신호의 7,500개 샘플의 각 블록에 대해, 기준신호는 캐리어 NCO의 출력에 위상 및/또는 이득 오프셋을 적용함으로써 수정된다. 그 다음 이 수정된 출력은 인커밍 포지셔닝 신호 샘플과 곱해진다(혼합된다). 그 다음 이들 혼합된 신호는 정상적인 상관기 동작에 의해 코드 NCO 믹서를 통해 전달되고, 그 다음 어큐뮬레이터에서 합산되어 축적 신호를 형성한다. 그러므로 1ms의 전체 통합기간 동안, 각각 7,500개의 수정된 샘플을 갖는 10개의 B-슬롯 블록을 포함하는 75,000개의 샘플들이 어큐뮬레이터에서 합산되고 저장된다. 다시 말하면, 이들 10개의 B-슬롯은 축적 프로세스(accumulation process)에서 각각 함께 합산되는 7,500개의 수정된 샘플을 포함하며, 따라서 통합기간의 종료 시 축적된 75,000개의 샘플은 원하는 빔을 나타낸다.
일단 위상 및/또는 이득 조작이 기준신호에 올바르게 적용되고 각각의 엘리먼트로부터 수신된 신호와 혼합되면, 결과로서 얻어진 혼합 신호는 그 다음 어큐뮬레이터에서 결합되어(합산 프로세스) 축적 신호를 생성하고, 상관기에서 원하는 빔을 형성한다. 이 축적 신호는 그 다음 전술한 정상의 PLL 동작에 의해 처리된다. 캐리어 NCO(408)에 의해 합성된 캐리어 기준신호는 통합기간 동안에 변하지 않고, 단지 각 통합기간의 종료 시에 캐리어 잠금 루프(414)에 의해 갱신된다. 그러므로 통합기간 내 기준신호에 대한 수정은 PLL 또는 DLL에 의해 검출될 수 없다. PLL 및 DLL은 조작이 일어나는 것을 모르는 채 정상적으로 동작한다.
설명한 실시예에 있어서, 종래 상관기의 사용은 상관기 채널별로 고유 빔의 방향 및 폭의 제어를 가능하게 하고, 이에 의해 복수의 빔을 동시 형성하는 것이 가능하다. 형성될 수 있는 빔의 수는 가용한 상관기 채널의 수와 같다. 이것은 상관기가 이미 신호를 혼합하고 통합하는 로직을 포함하기 때문이며 - 이 신호들은 상관 이외의 사용을 위해 간단히 수정된다.
전술한 실시예들은 오프셋을 이득 및 위상 모두에 상관기 회로의 포인트(428)에서 적용하지만, 다른 실시예에서는 이득 오프셋을 적용하기 위한 곱셈기(multiplier)가 회로의 다른 부분에서 제공된다. 예를 들면, 이득 조작을 제공하기 위해 캐리어 NCO 믹서와 코드 NCO 믹서 사이의 정-위상 및 직교-위상 경로에 곱셈기가 추가될 수 있다. 마찬가지로, 상관기 회로의 다른 부분에 위상 오프셋이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 위상 오프셋은 코드 NCO의 출력에 추가될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 임의의 주어진 방향에서 빔을 형성하기 위한 위상 및/또는 이득 오프셋이 미리 결정되어 데이터베이스(120) 내에 저장되며 프로세서(108)에 의해 액세스 가능하다. 오프셋 데이터의 형식은 오프셋 테이블과 같은 다수의 형태를 가질 수 있다. 프로세서(108)는 필요한 빔의 방향을 결정하고, 각 엘리먼트에 대해 통합기간 동안 각 B-슬롯에서 정확한 위상 및/또는 이득 오프셋을 획득하기 위해 데이터 베이스(120)를 액세스하여, 원하는 방향에서 빔을 형성하고, 포인트(428)에서 필요한 오프셋을 삽입함으로써, 적절한 인커밍 포지셔닝 신호의 방향에서 빔(도 1의 (122))이 형성되도록 한다. 언급된 바와 같이, 위상 및/또는 이득 오프셋을 획득하여 삽입하는 것은, 위상 및/또는 이득이 통합기간에 대해 정확히 조작되도록, 각 엘리먼트들의 제 1 상태로의 전환과 실질적으로 동기를 이루어야 한다.
일 실시예에서, 안테나 어레이는 128개의 엘리먼트를 갖는다. 그러므로 각 방향은 오프셋 테이블에서 128개의 위상과 128개의 이득 엔트리(entry)를 갖는다. 예를 들어 빔이 북쪽을 향할 필요가 있는 경우라면, 프로세서는 북쪽에 대한 테이블 엔트리를 탐색하고 통합기간 동안 상기 방향에 대한 128개의 위상과 128개의 이득 엔트리 각각을 탐색하여 빔이 북쪽을 향하게 한다. 이 실시예에서, 빔이 2048개의 방향을 향하도록 하는 것이 가능하며, 각 방향은 128개의 위상과 128개의 이득 엔트리를 갖는다. 물론, 다른 실시예에서는, 훨씬 더 많은 방향이 구현된다. 이러한 이유로, 프로세싱 오버헤드를 경감시키기 위해 테이블 형식으로 위상 및/또는 이득 오프셋 값을 구현하는 것이 바람직하다.
전술한 실시예는 필요한 프로세싱 파워를 최소화하기 때문에 선호된다. 그러나 당업자는, 마이크로프로세서 기술에서의 최근의 특별한 발전으로, 프로세서(108)는 오프셋이 필요한 때 필요에 따라 위상 및/또는 이득 오프셋을 계산하도록 구성되는 것이 가능하다.
본 발명의 물리적 구현에 있어서, 각 엘리먼트는 전송선(124)에 의해 각 스위치에 접속되고, 스위치는 차례로 단일의 RF 프런트 엔드(126)에 공급되어 다운컨버젼 된 후 적어도 하나의 상관기에 보내진다. 바람직한 실시예에서, 엘리먼트와 스위치를 상호 접속하는 전송선은 동일한 길이를 가지며, 수신된 신호들이 안테나 어레이 피드 시스템(feed system)을 통해 위상 일치(phase coherent)를 이루도록 보장한다. 그러나 다른 실시예에서는, 위상 및/또는 이득 오프셋을 적용할 때에 전송선 길이의 차이가 고려되어 정정된다.
안테나 어레이(104)와 수신 채널(116) 사이의 상호 접속과 RF 프런트 엔드(126), 상관기(118)에 포함된 전자부품 및 실제 스위치(110) 자체는 불가피하게 지연을 초래한다. 일 실시예에서, 이 지연은 약 950 ns 정도로 측정되지만, 물론 당업자는 상기 지연의 길이가 선택된 하드웨어에 따라서 변하는 것을 인식할 것이다. 그러므로, 이 지연은 고려되어야 하기 때문에, 상관기에서 위상 및/또는 이득 조작의 동작은 엘리먼트의 제 1 상태로의 전환과 동시에 일어날 수 없다. 즉, 상관기에서 위상 및/또는 이득의 조작은 이 실시예에서 최대 950 ns까지 지연되어야 한다.
다른 실시예에서, 각 안테나 어레이는 100 ㎲ 범위의 통합기간을 갖는 60개 이상의 엘리먼트를 포함한다. 그와 같은 실시예에서, B-슬롯의 주기는 겨우 1㎲ 또는 2㎲의 범위에 있다. 그러므로 950 ns - 거의 1 ㎲ -의 지연은 상당하고 고려되어야 한다.
안테나 어레이가 포함하는 엘리먼트들의 수는 협소한(narrow) 빔을 형성하는 하나의 기준이다. 이외에, 오프셋 테이블의 분해능과 엘리먼트들의 물리적 간격도 동일하게 중요한 기준에 포함된다. 각 방향에 대해서, 각 엘리먼트는 위상 및/또는 이득에 대한 관련된 오프셋을 가져야한다. 예를 들면, 60개의 엘리먼트를 갖는 실시예에서, 빔이 형성되는 각 방향에 대한 테이블 엔트리는 60개의 이득 오프셋과 60개의 위상 오프셋이 기록되어야 한다.
엘리먼트들 사이의 위상 차이를 생성하기 위해서는 엘리먼트들의 물리적 분리도 역시 중요하다. 실제로, 엘리먼트들의 물리적 분리는 포지셔닝 신호가 본래부터 상이한 위상으로 수신되는 것을 허용한다. 엘리먼트들 사이의 반 파장 분리는 최소 격자 로브(grating lobe)를 가진 최대 위상 정합(phasing)을 제공한다. 예컨대 전술한 수정된 기준신호와의 혼합에 의한 이들 위상의 조작은 빔이 원하는 방향에서 형성되는 것을 허용한다.
특별히 바람직한 실시예에서, 상기 장치가 2차원 이상에서 빔을 형성할 수 있도록, 엘리먼트(106)들은 2차원 이상의 구성에서 공간적으로 분산된다. 대체로 빔이 형성될 수 있는 방향은 사용된 엘리먼트들에 좌우된다. 예를 들면, 패치 엘리먼트들로 구성된 평면 어레이는 반구형으로 빔을 형성하는 것이 가능하고, 단극으로 구성된 평면 어레이는 평면에서 빔을 형성하는 것이 가능할 것이다.
명측 ( bright - side ) 스캔 모드 vs . 풀-스캔 모드
상기 설명으로부터 패치 엘리먼트들로 구성된 적어도 2개의 평면 어레이는 반구형 빔이 결합되어 구형으로 빔을 형성하도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 그러므로 이 구성에서, 빔은 임의의 방향으로 형성될 수 있다.
풀-스캔(full-scan) 모드에서, 모든 엘리먼트들은 통합기간 내에 적어도 한 번 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 전환한다. 즉, 어레이 내 모든 엘리먼트들은 각 통합기간 내에 적어도 한 번 인커밍 신호를 수신한다. 풀-스캔 모드는, 얼마나 많은 상관기 채널을 이용할 수 있는지에 따라 빔이 다수의 상이한 방향에서 동시에 형성될 수 있다는 점에서, 완전한 유연성을 제공한다.
그러나 신호가 "명측(bright-side)"으로 정의된 3차원 안테나 어레이의 한 면에만 방사되는 경우, "암측(dark-side)"으로 정의된 안테나 어레이의 다른 면으로부터 수신된 정보는 거의 가치를 상실할 가능성이 있다. 이러한 상황은 송신기가 보통 지평선에 분포되는 지상 포지셔닝 시스템에서 자주 일어난다. 이 경우에, 압측 엘리먼트는 차단되고(즉, 이들 엘리먼트의 이득은 0으로 설정됨) 명측 엘리먼트만이 사용된다. 이것은 어레이의 상관 듀티 사이클을 50% 정도 효과적으로 감소시키며, 이것은 안테나 어레이의 상관 이득의 절반이 낭비되는 것을 의미한다. 비교적 작은 영역을 커버하는 포지셔닝 시스템에서, 안테나로부터의 이러한 상관 이득 손실은, 송신된 신호의 신호 파워가 상대적으로 높기 때문에, 허용될 수 있다. 그러므로 작은 영역 시스템에서는 풀-스캔 모드가 선호되며 최적 유연성을 위해 최대 상관 이득을 양보하는 것이 가능하다.
그러나, 신호가 더 먼거리까지 전송되는 더 큰 지리적 영역에 대해서는, 상관 이득이 점점 중요하게 된다. 그와 같은 예에서, 안테나의 상관 이득을 증가시키는 한 가지 방법은 명측 스캔 모드에서 동작시키는 것이다. 이 모드에서, 명측 엘리먼트들은 동적으로 함께 군을 이루고 그것들 각각의 B-슬롯 듀레이션은 증가되며, 따라서 명측 엘리먼트들만이 통합기간 내에 축적된다. 이러한 결과로서 상관 듀티 사이클이 증가하고 따라서 전체적인 상관 이득이 증가한다.
구체적인 예
구체적인 설명을 위해서, 이제 가장 간단한 안테나 어레이 - 도 5a 및 5b에도시된 것과 같은 2개의 엘리먼트만을 갖는 어레이 -를 사용하여 본 발명이 설명된다. 그러나 당업자라면 추가의 독창적인 능력 없이도 본 명세서의 내용을 다차원 형상으로 공간 분포된 다수의 엘리먼트들을 갖는 안테나 어레이에 적용할 수 있을 것이다.
본 실시예에서, 엘리먼트(502, 504)는 1/4 파장 단극이다. 상기 2개의 엘리먼트는 서로 반 파장 공간적으로 떨어져 배치되어 있고 신호는 각 엘리먼트에서 수신된다. 2개 엘리먼트가 합산되면, 엘리먼트들의 각각의 전방향성 이득 패턴이 결합되어 엘리먼트의 2차원 평면도에서 도 5a와 같이 8자형 빔 패턴이 형성된다. 이 구성에서, 엘리먼트(502, 504)의 브로드사이드(broadside) 방향으로부터의 인커밍 포지셔닝 신호는 정위상(in-phase)이고, 따라서 확대되지만, 엘리먼트의 엔드-파이어(end-fire) 방향으로부터의 신호는 역위상(out of phase)이므로, 상쇄된다.
위상 조작
본 발명에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 도 5a의 8자형을 90도 회전시켜 최대 이득이 엔드-파이어 방향을 향하도록 하는 것이 가능하다. 이것은 위치 수신기의 통합기간 내에 엘리먼트(502, 504)의 위상 및/또는 이득을 조작함으로써 달성된다. 엘리먼트(502, 504)는 각각 스위치에 접속되어 있고, 따라서 어느 엘리먼트도 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 전환할 수 있고 신호의 합산이 일어나는 통합기간은 2개의 B-슬롯으로 분할된다.
엘리먼트(502, 504) 사이의 위상 분리를 알기 때문에, 엘리먼트들 중 하나의 위상은 엔드-파이어 방향으로부터의 인커밍 파형들이 상쇄적이 아닌 건설적으로(constructively) 합산되도록 조작된다. 이 경우에, 엘리먼트들은 반 파장 떨어져 있기 때문에, 엘리먼트(504)에서 필요한 위상 조작은 180°이다. 오프셋 테이블을 구성하기 위해 각 방향에 대해 필요한 위상 조작이 마찬가지로 계산된다. 간략화를 위해서, 이득 오프셋은 1로 설정되고 빔이 조정될 수 있는 방향은 브로드사이드 방향 또는 엔드-파이어 방향 어느 하나로 제한된다. 이들 제한사항을 포함하는 예시적인 오프셋 테이블은 아래와 같다.
방향 브로드사이드 엔드-파이어
엘리먼트 E502 E504 E502 E504
위상 0° 0° 0° 180°
이득 1 1 1 1
엔드-파이어 방향에서 빔을 형성하기 위해, 엘리먼트(502, 504)는 위치 수신기의 통합기간 내 소정의 B-슬롯 시퀀스에서 제 1 상태로 전환된다. 제 1 B-슬롯에서, 엘리먼트(502)는 제 1 상태로 전환되고 위상 오프셋은 어큐뮬레이터에 축적되면서 0°로 유지된다 - 이 엘리먼트는 이미 0°에 있으므로 조작은 필요 없다. 제 2 B-슬롯에서, 인커밍 신호의 위상은 엘리먼트(504)에서 건설적으로 합산되는 것이 바람직하다. 엘리먼트(504)는 엘리먼트(502)에 대해 180°의 수신 위상을 갖기 때문에, 180°의 위상 오프셋은, 엘리먼트(504)로부터 수신된 신호가 엘리먼트(502)와 위상이 일치하도록, 어큐뮬레이터에 축적되면서 엘리먼트(504)에 가산되어야 한다. 그러므로 2개의 B-슬롯은 축적 프로세스에서 함께 합산되고 따라서 통합기간의 종료 시 축적된 값은 엔드-파이어 빔을 나타낸다.
당업자는 본 발명에 있어서 상기 8자형 빔이 오프셋 테이블의 복잡도에 따라서 임의의 방향으로 형성될 수 있음을 이해할 것이다.
이 간단한 예의 2개의 엘리먼트에 있어서, 1(단위 이득)의 이득 오프셋이 인커밍 포지셔닝 신호와 곱해지므로 형성된 빔을 수정하지 않는다.
전술한 바와 같이, 위상 조작은 엘리먼트들의 제 1 상태로의 전환과 실질적 동기를 이루어 적용되어야 하며; 그렇지 않으면 빔의 이득 패턴은 정확히 형성되지 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 포지셔닝 신호 예컨대 PRN1이 전송을 개시한다. 포지셔닝 수신기에서 PRN1을 획득한 후, 포지셔닝 수신기 상관기 내의 캐리어 NCO는 상기 포지셔닝 신호와 실질적으로 같은 기준신호를 합성한다.
포지셔닝 수신기가 PRN1이 엔드-파이어 방향에 있는 것으로 결정했으므로, 그 방향으로 빔을 형성하는 결정이 이루어진다. 프로세서는 오프셋 테이블을 탐색하고, 엘리먼트(502)에 해당하는 통합기간 동안에 제 1 B-슬롯을 위한 오프셋이 필요없다고 판단한다. 마찬가지로, 프로세서는 엘리먼트(504)에 해당하는 제 2 B-슬롯 동안에 180°또는 1/2λ 오프셋이 필요한 것으로 판단한다. 각 오프셋을 캐리어 NCO에 적용하여 수정된 기준신호를 생성한 후, 인커밍 포지셔닝 신호 및 수정된 기준신호는 상관기의 정상적인 동작에 따라 믹서에서 혼합되어 어큐뮬레이터에서 축적된다. 즉, 도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 엘리먼트(502, 504)에서 수신된 인커밍 포지셔닝 신호는 스위치를 통해 RF 프런트엔드(126)로 공급되고 다음에 아날로그-디지털 컨버터에서 다운 커버젼되고 샘플링된다. 그 다음 수신된 신호는 적어도 하나의 상관기(118)로 전달된다.
캐리어 NCO(408)와 개별 사인(sine) 및 코사인(cosine) 매핑 함수(410, 412)에 의해 합성되는 캐리어 기준신호와 수신된 포지셔닝 신호를 혼합함으로써, 상기 수신된 포지셔닝 신호로부터 정-위상 성분과 직교-위상 성분이 얻어진다. 그러나 상기 수정된 기준신호가 수신된 포지셔닝 신호와 혼합되기 전에, 프로세서는 PRN1이 엔드-파이어 방향에 있는 것을 판단한다. 엘리먼트(502)가 제 1 상태로 전환되는 제 1 B-슬롯 동안, 프로세서는 테이블을 확인하여 캐리어 NCO에 대한 오프셋이 필요한지 여부를 판단한다. 이 경우, 오프셋이 필요하지 않고 따라서 기준신호에 대한 수정은 필요하지 않다. 그러므로 정상적인 상관기 동작에 따라 축적을 진행하는 것이 허용된다. 즉, 수정되지 않은 기준신호는 수신된 포지셔닝 신호와 믹서(404, 406)에서 혼합되어 혼합 신호를 생성하고, 그 다음 코드 기준신호와 혼합되며, 후속적으로 어큐뮬레이터(422, 424)에서 축적된다.
제 2 B-슬롯 동안, 프로세서는 테이블을 확인하여 캐리어 NCO에 대한 오프셋이 필요한지를 판단한다. 이 경우 180°의 위상 오프셋이 필요하다. 상기 오프셋은 현재의 캐리어 기준신호 위상 값에 적용되어 수정된 기준신호를 생성하며, 이때 제 2 B-슬롯이 시작되고 엘리먼트(504)는 제 1 상태로 전환된다. 상기 위상 오프셋은 B-슬롯의 기간 동안 캐리어 NCO 값에 계속해서 적용된다. 수정된 기준신호는 수신된 포지셔닝 신호와 혼합되어 혼합 신호를 생성한 후, 코드 기준신호와 혼합되며, 이후 제 1 B-슬롯의 값과 함께 어큐뮬레이터(422, 424)에 축적되어 축적 신호를 생성한다. 그러므로 2개의 B-슬롯은 축적 프로세스에 함께 합산되고 통합기간의 종료 시 축적된 값은 엔드-파이어 빔을 나타낸다.
캐리어 NCO(408)에 의해 합성된 캐리어 기준신호는 통합기간 동안 변하지 않고, 단지 통합기간의 종료 시에 캐리어 잠금 루프(414)에 의해 갱신될 뿐임을 주목할 필요가 있다.
여기서 설명된 실시예에서, 축적 신호는 통합기간의 전체 기간에 걸쳐 어큐뮬레이터에서 생성된다. 그러나, 다른 실시예에서는, 각 B-슬롯은 자신의 개별 어큐뮬레이터에서 축적되며, 어큐뮬레이터의 최소 수는 필요한 B-슬롯의 최소 수에 상응한다. 이들 실시예에서, 축적 신호는 개별 어큐뮬레이터에서 신호들을 결합함으로써 얻어진다.
전술한 실시예에서, 통합기간 내 임의의 순간에 오직 하나의 엘리먼트만이 제 1 상태에 있을 수 있다. 그러므로, 엘리먼트(504)가 제 1 상태로 전환될 때, 엘리먼트(502)는 제 2 상태로 동시에 전환된다.
코드 잠금 루프(426)를 횡단한 후, 혼합 신호는 어큐뮬레이터(422, 424)에서 통합되어 축적 신호를 생성한다. 신호에 대한 조작은 순차적으로 일어나기 때문에, 혼합 신호의 통합은 실제로는 통합기간 동안 무한개의 수정된 신호의 총체이다. 그러므로, 축적 신호는 원하는 방향으로 형성된 새로운 빔을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 안테나 어레이(104) 및 전환 회로(스위치(110))는 포지셔닝 수신기(114)에 접속되고, 이것은 필요한 PVT 솔루션을 수행하여 수신기의 위치를 결정한다. 인커밍 포지셔닝 신호의 방향은 임의의 주어진 시간 동안 알려지기 때문에, 각 상관기 채널에서 형성된 신호는 상기 알려진 방향으로 조향되어 인커밍 신호의 이득을 최대화하는 반면 다른 방향으로부터의 신호는 감쇠하며, 따라서 다중경로 영향을 경감시킨다.
특정 예를 참조하여 본 발명이 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 다른 다양한 형태로 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
아래의 청구항들과 본 명세서의 설명에서, 용어 "구성되다(comprising)"는 적어도 개시된 엘리먼트/피처(feature)를 포함하되 다른 것을 배제하지 않는다는 것을 의미하는 개방적 용어이다. 따라서, 청구항에서 용어 "구성되다"는 개시된 수단, 엘리먼트 또는 단계에 대해 제한적으로 해석되지 말아야 한다. 예를 들면, A 및 B로 구성되는 장치라는 표현의 범위는 A와 B만으로 이루어지는 장치로 한정되는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하다(including)" 역시 적어도 개시된 엘리먼트/피처를 포함하되 다른 것을 배제하지 않는다는 것을 의미하는 개방적 용어이다. 따라서, "포함하다"는 "구성되다"와 동의어로서 사용된다.

Claims (23)

  1. 안테나 어레이에서 수신되는 신호를 조작하는 장치에 있어서,
    복수의 공간 분포된 엘리먼트를 가진 안테나 어레이;
    제1 상태와 제2 상태 사이에서 상기 엘리먼트들을 선택적으로 전환하는 프로세서; 및
    상기 안테나 어레이 및 상기 프로세서와 동작상 연관되어 기준 신호를 생성하고, 상기 제1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트들과 실질적으로 동기되어 상기 기준 신호를 수정하고, 인커밍(incoming) 신호와 상기 수정된 기준신호를 혼합하여 혼합 신호를 생성하고, 및 통합기간 동안 상기 혼합 신호를 합산하여 축적 신호를 생성하는 수신기를 포함하고,
    상기 엘리먼트들은 제1 상태에서 상기 인커밍 신호를 수신하고 상기 제2 상태에서 상기 인커밍 신호를 수신하지 않는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축적 신호는 상기 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 나타내는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 기준 신호를 생성하는 상관기를 가진 하나 이상의 수신 채널을 포함하는, 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 수정은 상기 기준 신호의 위상 및 이득 중 하나 이상의 선택적 조작을 포함하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 및 이득 중 하나 이상의 조작은 상기 기준신호에 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상의 적용을 포함하고,
    상기 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상의 값은 상기 제1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트들 중 하나에 종속하여 결정되는, 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 상관기는 상기 기준 신호를 합성하는 캐리어 수치제어형 오실레이터(NCO: numerically controlled oscillator)를 포함하는, 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상의 값을 실시간으로 또는 상기 프로세서가 액세스 가능한 데이터베이스에 저장된 미리 결정된 값을 가져옴으로써 결정하는, 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 미리 결정된 순서로 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에서 상기 엘리먼트들 중 하나 이상을 선택적으로 전환하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 순서는 제1 상태로 전환되는 것으로부터 상기 엘리먼트들 중 하나 이상을 선택적으로 제외하는, 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 수신기는 복수의 수신 채널을 포함하고,
    각각의 수신 채널은 하나 이상의 빔을 형성할 수 있는, 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제2 상태로 전환된 엘리먼트들은 상호-결합의 효과가 개선되도록 공진하지 않는, 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 실질적인 동기화가 유지되도록 상기 인커밍 신호의 수신과 상기 인커밍 신호의 혼합 사이에 발생된 전파 지연을 처리하기 위해 상기 기준 신호의 수정을 지연시키는, 장치.
  13. 안테나 어레이에서 수신되는 신호를 조작하는 방법에 있어서,
    a) 상기 안테나 어레이의 공간 분포된 엘리먼트들을, 상기 엘리먼트들이 인커밍 신호를 수신하지 않는 제2 상태로부터 상기 엘리먼트들이 상기 인커밍 신호를 수신하는 제1 상태로 선택적으로 전환하는 단계;
    b) 상기 제1 상태로 전환된 상기 엘리먼트들을 통해 상기 인커밍 신호를 수신하는 단계;
    c) 기준신호를 생성하는 단계;
    d) 상기 제1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트들과 실질적 동기를 이루어 상기 기준 신호를 수정하여 수정된 기준신호를 생성하는 단계;
    e) 상기 인커밍 신호와 상기 수정된 기준 신호를 혼합하여 혼합 신호를 생성하는 단계; 및
    f) 통합기간 동안 상기 혼합 신호를 축적하여 축적 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 축적 신호는 상기 안테나 어레이의 빔의 방향 및 크기를 나타내는, 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 상관기에서 생성되는, 방법.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    기준 신호를 수정하는 단계는 상기 기준 신호의 위상 및 이득 중 하나 이상을 선택적으로 조작하는 것을 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 위상 및 이득 중 하나 이상을 선택적으로 수정하는 단계는 상기 기준 신호에 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상을 적용하는 것을 포함하고,
    상기 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상의 값은 상기 제1 상태로 전환되는 상기 엘리먼트들 중 하나에 종속하여 결정되는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 위상 오프셋 및 이득 오프셋 중 하나 이상의 값은 데이터베이스에 저장된 미리 결정된 값을 검색하여 또는 실시간으로 결정되는, 방법.
  19. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 엘리먼트들 중 하나 이상은 미리 결정된 순서로 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 사이에서 선택적으로 전환되는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 엘리먼트들의 부분집합은 상기 통합기간의 전체 기간 동안 상기 제2 상태로 전환되어 유지되는, 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 상관기는 캐리어 수치제어형 오실레이터(NCO)에서 상기 기준 신호를 생성하는, 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 안테나 어레이와 동작상 연관되고 복수의 수신 채널을 포함하는 수신기에 의해 수행되고,
    하나 이상의 빔을 형성하기 위해 각각의 수신 채널을 적응시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  23. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 수정은 실질적 동기가 유지되도록 상기 인커밍 신호의 수신과 상기 인커밍 신호의 혼합 사이에 발생된 전파 지연을 처리하기 위해 지연되는, 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102474006B (zh) * 2009-07-01 2014-10-01 洛克达股份有限公司 用于形成射束的方法和装置
ES2654658T3 (es) 2010-10-21 2018-02-14 Locata Corporation Pty Ltd Método y aparato para conformar un haz remoto
JP2014505726A (ja) 2011-02-15 2014-03-06 イーライ リリー アンド カンパニー フェンタニルの経皮溶液を使用してイヌにおける疼痛を抑制するための方法
FR2988483B1 (fr) * 2012-03-22 2014-03-07 Thales Sa Dispositif de reception de signaux de radio-navigation multi-antennes
US11125888B2 (en) 2016-06-06 2021-09-21 Brian G. Agee Multi-subband methods for reduced complexity, wideband blind resilient detection and geo-observable estimation of global navigation satellite signals
US10775510B2 (en) 2016-06-06 2020-09-15 Brian G. Agee Blind despreading of civil GNSS signals for resilient PNT applications
KR20240038120A (ko) * 2017-05-12 2024-03-22 로카타 코퍼레이션 피티와이 리미티드 사용자 플랫폼의 환경을 특징짓는 방법 및 장치
KR102105449B1 (ko) 2017-09-11 2020-05-29 한국과학기술원 5g 이동통신 및 레이더용 빔포밍 회로
EP3769368A1 (en) * 2018-03-22 2021-01-27 CommScope Technologies LLC Base station antennas that utilize amplitude-weighted and phase-weighted linear superposition to support high effective isotropic radiated power (eirp) with high boresight coverage
CN108511909B (zh) * 2018-05-08 2020-08-07 鹰视云(深圳)科技有限公司 一种球面相控阵天线的布阵方法
WO2020027391A1 (ko) * 2018-08-03 2020-02-06 경상대학교 산학협력단 광범위 앙각을 갖는 배열 안테나 장치
KR102019434B1 (ko) * 2018-09-06 2019-09-06 경상대학교 산학협력단 광범위 앙각을 갖는 y축 수평 배열 안테나 장치
KR102019432B1 (ko) * 2018-08-03 2019-09-06 경상대학교 산학협력단 광범위 앙각을 갖는 배열 안테나 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6870503B2 (en) 2002-11-19 2005-03-22 Farrokh Mohamadi Beam-forming antenna system
US20080150794A1 (en) 2006-07-26 2008-06-26 Junichiro Suzuki Weight calculation method, weight calculation device, adaptive array antenna, and radar device

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1344349A (fr) * 1962-10-02 1963-11-29 Csf Antenne rideau à balayage électronique
US5103232A (en) 1991-04-18 1992-04-07 Raytheon Company Phase quantization error decorrelator for phased array antenna
US5268695A (en) 1992-10-06 1993-12-07 Trimble Navigation Limited Differential phase measurement through antenna multiplexing
US6289004B1 (en) * 1998-03-12 2001-09-11 Interdigital Technology Corporation Adaptive cancellation of fixed interferers
US6411612B1 (en) * 1998-05-19 2002-06-25 Harris Communication Selective modification of antenna directivity pattern to adaptively cancel co-channel interference in TDMA cellular communication system
US6304216B1 (en) * 1999-03-30 2001-10-16 Conexant Systems, Inc. Signal detector employing correlation analysis of non-uniform and disjoint sample segments
US6005515A (en) * 1999-04-09 1999-12-21 Trw Inc. Multiple scanning beam direct radiating array and method for its use
JP3597101B2 (ja) * 2000-02-21 2004-12-02 埼玉日本電気株式会社 受信回路及びアダプティブアレイアンテナシステム
US6928275B1 (en) 2000-05-08 2005-08-09 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for compensating local oscillator frequency error
JP4028178B2 (ja) * 2001-02-09 2007-12-26 株式会社東芝 移動体用アンテナ装置
DE10125474A1 (de) 2001-05-25 2002-12-12 Walter Doell Vorrichtung sowie Verfahren zum Empfangen von von Satelliten abgegebenen Signalen
JP2003023383A (ja) 2001-07-06 2003-01-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 可変ビームアンテナ装置
ATE336089T1 (de) 2001-11-09 2006-09-15 Ems Technologies Inc Strahlformer für eine mehrkeulenempfangsantenne
US6828935B1 (en) 2002-07-19 2004-12-07 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Digitally synthesized phased antenna for multibeam global positioning
JP3858873B2 (ja) 2002-12-02 2006-12-20 株式会社村田製作所 アンテナ装置、無線装置およびレーダ
JP2004317524A (ja) * 2004-07-30 2004-11-11 Fujitsu Ltd レーダ装置
US7460615B2 (en) 2005-04-12 2008-12-02 Novatel, Inc. Spatial and time multiplexing of multi-band signals
JP2006345426A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 受信装置、受信方法及びプログラム
JP4646220B2 (ja) * 2005-07-14 2011-03-09 古河電気工業株式会社 変調装置、通信機及び近距離レーダ
KR101184269B1 (ko) 2006-03-09 2012-09-21 유로피언 스페이스 에이전시 위성 항해 시스템용 수신기 및 송신기
US7786933B2 (en) 2007-05-21 2010-08-31 Spatial Digital Systems, Inc. Digital beam-forming apparatus and technique for a multi-beam global positioning system (GPS) receiver
CN102474006B (zh) * 2009-07-01 2014-10-01 洛克达股份有限公司 用于形成射束的方法和装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6870503B2 (en) 2002-11-19 2005-03-22 Farrokh Mohamadi Beam-forming antenna system
US20080150794A1 (en) 2006-07-26 2008-06-26 Junichiro Suzuki Weight calculation method, weight calculation device, adaptive array antenna, and radar device

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