KR101814486B1 - 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법 - Google Patents

레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법에 있어서, 타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득하는 단계와, 상기 거리 정보 또는 상기 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 상기 송신 신호를 생성하는 단계, 및 상기 송신 신호를 상기 타겟에 전송하는 단계를 포함하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 차량용 레이더 장치에서 타겟과의 거리 또는 타겟에 전송할 데이터량을 기초로 송신 신호에 필요한 시간 및 주파수 자원의 사용량을 적응적으로 조절함에 따라, 불필요한 자원 소모 및 시스템의 복잡도를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법{Automotive radar apparatus having radar and wireless communication function and method for adjusting resource using the same}
본 발명은 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 탐지 및 무선 통신에 사용되는 시간/주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위한 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 관한 것이다.
최근 기술의 발달로 인해 레이더 기술과 무선 통신 기술에서의 라디오 주파수 프론트-엔드(RFFE: Radio Frequency Front-End) 구조가 더욱 유사해지고 있으며, 소프트웨어 기술의 발달로 인해 종전에 하드웨어로 구현되었던 부분들이 점차 소프트웨어로 대체되고 있다.
또한 통신에 사용되어 온 반송주파수의 대역은 주파수 자원의 고갈로 인하여 점차 레이더에서 사용 중인 마이크로파 대역으로 이동함에 따라 레이더와 무선 통신 기술의 결합이 기존보다 용이해지고 있다.
레이더 기술과 무선 통신 기술의 결합은 비용 및 공간 절감, 그리고 장비 사용의 효율성 증대의 효과가 있다. 구체적으로, 레이더 기능과 통신 기능을 하나의 송신 신호와 하나의 하드웨어로 구현 가능하므로, 무선 자원의 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용을 절감하고 공간 제약 문제를 해결할 수 있다. 또한 무선 통신 기능을 사용하지 않는 경우에 레이더 기능을 사용할 수 있으므로 장비 사용의 효율성 또한 증대시킬 수 있다.
이러한 두 기술의 결합은 지능형 교통 시스템(ITS; Intelligent Transport System), 무인자동차 등 스마트 자동차 기술의 실현을 한층 앞당길 수 있는 핵심 기술이 될 것으로 기대된다.
두 기술의 결합 방식으로는 CDMA(부호 분할 다중 접근 제어)를 이용한 레이더/통신 융합 방식, OFDM(직교 주파수 분할 다중화)를 이용한 레이더/통신 융합 방식, 그리고 MIMO(다중 안테나)를 이용한 방식 등이 존재한다. 여기서 OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식은 시간 축과 주파수 축의 2차원 자원을 동시에 사용할 수 있어, 1차원에서 상관 특성을 이용하는 단일 반송파 방식에 비해 확연히 개선된 성능을 가진다.
OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 경우 복수의 부반송파들로 구성된 OFDM 심볼을 시간 축으로 연이어 전송하는 방식을 사용한다. 이때 주파수 자원에 해당하는 부반송파의 사용 개수 및 시간 자원에 해당하는 OFDM 심볼의 사용 개수는 미리 설정되어 있다.
하지만 이 경우 타겟이 원거리에 위치하여 고해상도 추정이 불필요한 경우에도, 많은 양의 시간 및 주파수 자원을 사용해야 하므로 신호 처리의 복잡도가 불필요하게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제0813909호(2008.03.18 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은, 레이더 및 무선 통신에 사용되는 시간과 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법에 있어서, 타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득하는 단계와, 상기 거리 정보 또는 상기 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 상기 송신 신호를 생성하는 단계, 및 상기 송신 신호를 상기 타겟에 전송하는 단계를 포함하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법을 제공한다.
여기서, 상기 송신 신호를 생성하는 단계는, 상기 거리가 기준값 미만이거나 상기 데이터량이 임계값 이상인 경우, 주파수 축에 대해 기 할당된 NC개의 부반송파 자원의 전체와 시간 축에 대해 기 할당된 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성하고, 상기 거리가 상기 기준값 이상이거나 상기 데이터량이 상기 임계값 미만인 경우, 상기 NC개의 부반송파 자원 중 일부와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원 중 일부를 각각 사용하여 상기 송신 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 송신 신호를 생성하는 단계는, 상기 거리가 상기 기준값 이상이면 상기 기준값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 적응적으로 감소시키고, 상기 데이터량이 상기 임계값 미만이면 상기 임계값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 각각 적응적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 거리 정보 또는 데이터량 정보를 획득하는 단계는, 상기 타겟과의 채널 상태를 더 획득하고, 상기 송신 신호를 생성하는 단계는, 상기 채널 상태가 기준치 미만이면, 상기 데이터량이 상기 임계값 미만인 경우에도 상기 NC개의 부반송파 자원의 전체와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 자원 조절 방법은, 상기 송신 신호의 전송 이후 상기 타겟에서 반사된 수신 신호를 이용하여 상기 타겟의 거리 및 속도를 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치에 있어서, 타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득하는 상태 획득부와, 상기 거리 정보 또는 상기 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 상기 송신 신호를 생성하는 제어부, 및 상기 송신 신호를 상기 타겟에 전송하는 전송부를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 따르면, 타겟과의 거리 또는 타겟에 전송할 데이터량을 기초로 송신 신호의 구성에 필요한 시간 및 주파수 자원의 사용량을 적응적으로 조절함에 따라 불필요한 자원 소모 및 시스템의 복잡도를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에서 자원 할당 방식을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 차량용 레이더 장치를 이용한 자원 조절 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자원 조절 방법을 구체적으로 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 부반송파 개수에 따른 거리 및 속도 추정 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예를 이용하여 AWGN 환경에서 QPSK 변조 방식을 사용한 경우 비트오율(BER)을 나타낸 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 관한 것으로, OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 차량용 레이더 장치에서 타겟과의 거리 또는 타겟에 전송할 데이터량을 고려하여 송신 신호의 구성에 필요한 시간 및 주파수 자원의 사용량을 적응적으로 조절함에 따라, 자원 소모 및 시스템의 복잡도를 줄이는 기법을 제안한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서 본 발명이 속하는 기술 분야인 OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 차량용 레이더 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 OFDM 기반의 레이더/통신 융합 방식의 레이더 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 시스템은 크게 송신단과 수신단을 포함한다.
송신단은 OFDM 기반의 송신 신호를 타겟 차량으로 전송한다. 여기서 송신 신호는 타겟 탐지에 필요한 레이더 신호 또는 타겟에 전송할 데이터를 실은 통신 신호의 개념을 포함할 수 있으며 이는 OFDM 기반의 레이더/통신 융합 기술에서 자명한 것이다.
수신단은 타겟 차량에서 반사된 수신 신호를 이용하여 타겟 차량의 거리 및 속도 등을 검출할 수 있으며, 그 밖에도 도 1과 같이 타겟 차량이 전송한 통신 신호를 수신하고 해독할 수 있다. 이러한 레이더 시스템 역시 차량에 설치되어 운용될 수 있으며, 이를 통해 차량 간 레이더 탐지 및 통신 기술에 활용될 수 있다.
구체적인 신호 처리는 다음과 같다. 도 1에 도시된 레이더 시스템은 총 NC개의 부반송파를 사용하여 하나의 OFDM 심볼을 생성하고, 하나의 프레임에 NS개의 OFDM 심볼을 시간 축으로 연이어 전송한다. 따라서, 하나의 프레임에 의해 전송되는 심볼의 수는 총 NC×NS 개가 된다.
한편, k번째 부반송파와 n번째 시간 슬롯을 이용하여 전송될 심볼은 dTX(k,n)으로 표기하고, 전체 심볼 가운데 k+nNC 번째의 순서를 가지므로, 실제 연산시 dTX(k,n)=dTX(k+nNc)로 표기한다.
전체적인 구성은 도 1과 같이 무선 통신 시스템에서의 OFDM의 구조와 비슷하다. 전송해야할 정보를 원하는 변조차수의 심볼로 변환한다. 그 이후 OFDM 변조를 위해 직렬 형태의 심볼들을 병렬 형태로 전환하고, NC point-IFFT 연산을 수행하여 보호구간을 삽입한다. 이 과정을 NS회 수행하고 연이어 붙임으로써 한 프레임을 통해 보내는 OFDM 신호를 생성한다. 그리고 생성된 OFDM 신호를 아날로그 신호로 변환하여 송신 안테나를 통해 정보 전달을 하고자 하는 대상 차량(타겟)을 향해 전송한다.
대상 차량에서 반사되어 수신된 기저대역 신호를 y(t)라 표기할 때, y(t)를 두 차량 사이의 거리에 의한 지연 시간
Figure 112016094598400-pat00001
와, 두 차량 간의 상대 속도에 의한 도플러 천이
Figure 112016094598400-pat00002
를 포함한 형태로 나타내면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112016094598400-pat00003
여기서, A(k,n)은 송신 신호 dTX(k,n)가 겪는 감쇄 성분이며, T는 OFDM 심볼 구간이다. 두 차량 간의 거리를 R, 광속을 c0라 할 때,
Figure 112016094598400-pat00004
가 된다.
또한
Figure 112016094598400-pat00005
는 k번째 부반송파의 주파수로,
Figure 112016094598400-pat00006
가 부반송파 간 공간(subcarrier spacing)일 때,
Figure 112016094598400-pat00007
로 표현할 수 있다. 또한, 편이를 위해 보호구간 표현은 생략했다.
수학식 1은 도플러 천이
Figure 112016094598400-pat00008
에 의한 특성과 지연 시간
Figure 112016094598400-pat00009
에 의한 특성을 효과적으로 나타내기 위해 다음의 수학식 2과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112016094598400-pat00010
수학식 2의 첫 번째 행은 송신 신호 성분과 관련되고 일반적인 OFDM 신호를 복조하는 과정을 의미한다. 두 번째 행은 타겟의 거리 성분과 관련되며 시간 지연
Figure 112016094598400-pat00011
에 의해 각 부반송파들이 각각의 주파수에 따른 위상 천이가 발생함을 보여준다. 세 번째 행은 타겟의 속도 성분과 관련되며 도플러 주파수
Figure 112016094598400-pat00012
에 해당하는 복소정현파신호 성분이 각 시간슬롯 단위로 곱해지고 있음을 나타낸다.
수신 신호 y(t)에 대해 NC point-FFT 연산을 수행함으로써, 송신 신호 dTX(k,n)에 대응하는 수신 추정심볼 dRX(k,n)를 검출할 수 있다. 수신 추정심볼은 다음의 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112016094598400-pat00013
여기서, dTX(k,n)은 송신한 값이므로 수학식 3에서 나주어 줌으로써 쉽게 상쇄된다. 또한
Figure 112016094598400-pat00014
에서 fΔ는 OFDM 심볼구간의 역수이므로 상수이다. 이러한
Figure 112016094598400-pat00015
는 지연시간
Figure 112016094598400-pat00016
와 부반송파 인덱스 k에 대한 함수이므로 k에 따라 다른 위상천이가 발생한다. 따라서, 각 부반송파에 따른 위상천이의 차이들을 통해
Figure 112016094598400-pat00017
를 추정할 수 있고, 이를 이용해 두 차량 간의 거리 R을 추정할 수 있다.
한편, 도플러 천이에 해당하는
Figure 112016094598400-pat00018
부분으로부터, 매 OFDM 심볼의 시간슬롯, 즉
Figure 112016094598400-pat00019
의 주파수를 갖는 복소정현파가 T 간격에 따라 곱해지고 있음을 알 수 있다. 이때, 두 차량 간의 상대속도를 υ, 반송주파수를
Figure 112016094598400-pat00020
라 할 때,
Figure 112016094598400-pat00021
이므로 υ를 쉽게 추정할 수 있다.
도 2는 도 1의 시스템에서 자원 할당 방식을 설명하는 도면이다. 이러한 도 2는 감쇄 성분 A(k,n)=1일 때, dRX(k,n)/dTX(k,n)을 나타낸 것이다.
열방향의 k(k=0,1,…,NC-1)는 주파수 축에 대한 부반송파의 인덱스를 나타내고, 행방향의 n(n=0,1,…,Ns-1)은 시간 축에 대한 시간 슬롯 인덱스 즉, OFDM 심볼의 인덱스를 나타낸다. 열방향(주파수 축)으로 IFFT를 수행함으로써 지연 시간
Figure 112016094598400-pat00022
를 추정할 수 있고, 같은 원리로 행방향(시간 축)으로 FFT를 수행함으로써
Figure 112016094598400-pat00023
를 추정할 수 있다.
Figure 112016094598400-pat00024
의 추정에 따라 타겟의 거리를 검출할 수 있고,
Figure 112016094598400-pat00025
의 추정에 따라 타겟의 속도를 검출할 수 있다.
이러한 도 1에 도시된 기존의 OFDM 기반의 레이더 시스템은 주파수 축으로 총 NC개의 부반송파와 시간 축으로 총 NS개의 OFDM 심볼을 사용하여 송신 신호를 구성한다. 이와 같이 NC개의 주파수 자원과 NS개의 시간 자원 전체를 사용하는 동작은 타겟(대상 차량)과의 거리 혹은 타겟에 전송할 데이터량과는 무관하게 이루어진다.
하지만, 원거리에 탐지 차량이 존재하는 경우 굳이 고해상도의 추정이 필요 없으므로 전체 NS개의 시간 및 NC개의 주파수 자원을 사용할 필요가 없으며, 근거리에 존재하는 경우에만 많은 양의 자원을 사용하여 고해상도 추정을 하면 된다. 통신의 관점에서도 전송할 정보(데이터량)가 적은 경우에는 시간/주파수 자원의 일부만을 사용하면 된다.
이하의 본 발명의 실시예는 기존 시스템의 단점을 극복하기 위해, 타겟의 거리 및 정보 전송량에 따라 시간/주파수 자원을 적응적으로 조절하고, 이를 통해 불필요한 자원 소비를 줄이면서 시스템의 복잡도를 낮추는 기법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이더 장치(100)는 상태 획득부(110), 제어부(120), 전송부(130), 검출부(140)를 포함한다.
레이더 장치(100)는 차량 등에 설치되어 운용되며, 레이더 기능을 통해 타겟(대상 차량)의 정보(거리, 속도 등)를 검출할 수도 있고 무선 통신 기능을 통해 타겟과 데이터 송수신을 수행할 수도 있다.
상태 획득부(110)는 타겟과의 거리 정보 및 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 각각 획득한다. 획득된 정보는 레이더 장치(100)가 ODFM 신호 전송에 소비하는 시간 및 주파수 자원의 양을 조절하는데 사용된다.
거리 정보 및 데이터량 정보 획득은 실시간 또는 주기적으로 이루어질 수 있으며, 이를 통해 레이더 장치(100)가 사용하는 시간 및 주파수 자원의 양도 실시간 또는 주기적으로 조절될 수 있다.
타겟으로 전송하고자 하는 데이터량은 레이더 장치(100)에서 내부적으로 알고 있는 정보에 해당하며, 타겟의 거리 정보는 일반적인 레이더 기능을 이용하여 초기에 얻는다.
일반적으로 레이더 기기에서 타겟의 거리 정보는 타겟에 보낸 송신 신호와 타겟으로부터 반사된 수신 신호를 이용하여 추정한다. 따라서 상태 획득부(110)는 기본적으로는 전송부(130) 및 검출부(140)의 기능을 활용하여 타겟의 거리 정보를 획득할 수 있다.
물론, 본 발명의 실시예에서 전송부(130)는 OFDM 기반으로 생성된 송신 신호를 타겟에 전송하는 기능을 가지고, 검출부(140)는 타겟에서 반사된 수신 신호를 이용하여 타겟의 정보(거리, 속도 등)을 검출하는 기능 또는 타겟이 보낸 무선 통신 신호를 검출하는 기능을 가진다.
제어부(120)는 송신 신호의 구성에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 송신 신호를 생성하고, 생성된 송신 신호가 전송부(130)를 통해 전송될 수 있도록 한다.
레이더의 초기 동작 시에는 타겟과 초기 거리 획득이 필요한데, 이때 제어부(120)는 기 설정된 개수(ex, 기준 개수)의 부반송파 자원 및 미리 설정된 개수의 OFDM 심볼 자원으로 구성된 송신 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 부반송파에 대한 기준 개수는 도 2와 같이 주파수 축에 대해 기 할당된 NC개 또는 그 이하의 개수일 수 있고, OFDM 심볼에 대한 기준 개수는 시간 축에 대해 기 할당된 NS개 또는 그 이하의 개수일 수 있다.
하나의 예로, 레이더 장치(100)의 초기 동작 시에 전송부(130)는 Nc개의 부반송파와 Ns개의 OFDM 심볼 모두를 사용한 송신 신호를 제어부(120)로부터 제공받아 타겟으로 전송할 수 있고, 검출부(140)는 타겟으로부터 반사된 수신 신호를 통해 타겟과의 초기 거리를 탐지하고 탐지 결과를 상태 획득부(110)에 제공할 수 있다.
물론, 초기에는 타겟과의 대략적인 거리를 알면 되므로 고해상도 추정이 필요 없을 수도 있는데, 이 경우 상술한 전체 자원이 아닌 일부 자원만을 사용하여 초기 거리를 획득할 수 있다.
한편, 제어부(120)는 획득된 거리 정보 또는 데이터량 정보를 기초로, 이후의 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 송신 신호를 생성한다.
만일, 타겟의 초기 거리가 기준값 미만(근거리)이거나 전송할 데이터량이 임계값 이상(대용량)인 경우, 도 2에 도시된 Nc개의 부반송파 자원의 전체와 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 송신 신호를 생성한다.
반대로, 초기 거리가 기준값 이상이거나 전송할 데이터량이 임계값 미만인 경우에는 NC개의 부반송파 자원 중 일부와 NS개의 OFDM 심볼 자원 중 일부만을 각각 사용하여 송신 신호를 생성한다. 즉, 타겟의 거리가 멀수록, 그리고 전송할 데이터량이 작을수록 시간 및 주파수 자원의 개수를 감소시킨다.
물론, 자원의 감소 시에는 도 2의 주파수 축을 예시하면 인덱스 k=0부터 k=NC-1까지를 포함한 총 NC 개의 부반송파 모두를 사용하지 않고 K=0부터 소정 인덱스까지의 부반송파들 즉, NC개 보다 작은 개수의 부반송파들을 사용하면 된다.
그 밖에도, 제어부(120)는 거리가 기준값 이상일 때에는 기준값을 이탈한 정도가 클수록 시간 또는 주파수 자원의 개수를 적응적으로(단계적으로) 감소시킬 수 있으며, 같은 원리로, 데이터량이 임계값 미만일 때는 임계값을 이탈한 정도가 클수록 시간 및 주파수 자원의 개수를 적응적으로(단계적으로) 감소시킬 수 있다. 여기서, 시간 및 주파수 자원의 각 경우에 대해, 이탈 정도를 여러 레벨로 등급화하고 각 등급에 대해 단계적으로 낮아지는 자원 개수를 설정해 두면 된다.
전송부(130)는 상기와 같은 방법으로 생성된 송신 신호를 타겟으로 전송하고, 검출부(140)는 타겟에서 반사된 수신 신호를 이용하여 타겟의 거리 및 속도를 탐지한다. 만일, 초기 상태보다 타겟이 멀어졌을 경우에는 현재 탐지된 타겟의 거리는 앞서 탐지된 초기 거리보다 먼 거리로 검출될 것이다.
검출부(140)를 통해 탐지된 거리 정보는 다시 상태 획득부(110)로 피드백된다. 그리고 상태 획득부(110)는 획득한 거리 정보 및 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 다시 확인한다. 본 발명의 실시예는 이와 같은 동작을 반복하면서, 타겟과의 거리 및 전송 데이터량을 고려하여 시간 및 주파수 자원의 양을 시간 흐름에 따라 변경시킬 수 있으며, 이를 통해 불필요한 자원 소모를 줄이고 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서 상태 획득부(110)는 타겟과의 채널 상태(채널 환경)를 추가로 획득할 수 있다. 채널 상태의 획득 방법은 기 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있다.
제어부(120)는 타겟과의 채널 상태가 기준치 미만이면, 데이터량이 임계값 미만인 경우에도 Nc개의 부반송파 자원의 전체와 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 송신 신호를 생성한다. 즉, 채널 상태가 좋지 않을 때는 채널 부호화를 위해 추가적인 자원을 사용함으로써 성능 저하를 방지할 수 있다.
도 4는 도 3의 장치를 이용한 자원 조절 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 상태 획득부(110)는 타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득한다(S410). 그러면, 제어부(120)는 획득한 거리 정보 또는 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 송신 신호를 생성한다(S420).
이후, 전송부(130)는 송신 신호를 타겟으로 전송하게 되며(S430), 검출부(140)는 타겟에서 반사된 수신 신호를 기초로 타겟의 거리와 속도를 탐지한다(S440).
물론, 상술한 동작이 반복될 수 있도록, 탐지된 거리 정보를 다시 상태 획득부(110)로 피드백시켜, 타겟의 거리 또는 데이터량에 따라 지속적으로 자원 조절이 이루어질 수 있도록 한다.
다음은 도 5를 통하여 자원 조절 방법의 구체적인 예시를 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자원 조절 방법을 구체적으로 예시한 도면이다.
먼저, 타겟과의 초기 거리 및 전송할 데이터량을 확인한다(S510). 그리고, 초기 거리가 기준값 미만(근거리)인지 또는 데이터량이 임계값 이상(대용량)인지 여부를 판단한다(S520).
만일, 초기 거리가 근거리이거나 전송할 데이터량이 대용량인 경우, NC개의 부반송파 자원 및 NS개의 OFDM 심볼 자원 전체를 사용하여 송신 신호를 생성하고(S530), 송신 신호를 전송한다(S540). 이후, 타겟으로부터 반사된 수신 신호를 이용하여 타겟의 거리 및 속도를 탐지한다(S550).
만일, S520 단계의 판단 결과, 초기 거리가 기준값 이상이거나 데이터량이 임계값 미만이었다면 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼의 개수를 그보다 감소시켜 송신 신호를 생성하고(S560), 이후의 전송 및 탐지 동작을 수행하면 된다.
또한, 초기 거리가 기준값 이상을 이탈한 정도가 클수록, 사용되는 부반송파 자원의 개수를 감소시키는데, 이때 OFDM 심볼의 개수도 함께 감소시킬 수 있다. 또한, 데이터량이 임계값 미만을 이탈한 정도가 클수록, 사용되는 OFDM 심볼의 개수를 감소시키는데, 이때 부반송파의 개수도 함께 감소시킬 수 있다.
S550 단계에서 추정된 타겟의 거리는 초기 거리로부터 변동이 있거나 없을 수도 있다. 추정된 타겟의 거리 정보는 다시 피드백되어 이후의 비교에 사용된다.
물론, S520 단계의 비교 결과 피드백된 거리가 기준값보다 큰 경우로 변동하였다면 S530 단계 대신 S560 단계를 수행하여 자원의 개수를 다시 감소시켜 전송하면 된다. 데이터량의 경우 역시 전송할 데이터량이 적어졌다면 자원의 개수를 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예의 경우 추정할 타겟이 원거리에 있을 때는 고해상도의 추정이 필요 없기 때문에 전체 시간/주파수 자원 중에 일부 개수만을 사용하여 전송하고, 타겟이 근거리에 있으면 자원의 개수를 증가시켜 고해상도의 타겟 추정이 가능하게 한다. 더불어, 타겟에 전송할 데이터량이 작을 경우에도 전체 자원 중 일부만 사용하여 전송하면 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 자원 조절 방법의 성능 검증을 위해 수행한 모의 실험 결과를 설명한다.
전방에 3대의 차량이 존재하고, 그 가운데 한 대의 차량에게 정보를 전송한다고 가정한다. 설정 값으로는 반송주파수
Figure 112016094598400-pat00026
=24GHz, 사용하는 총 부반송파의 개수 NC=1024, 한 프레임을 통해 전송되는 OFDM 심볼수 NS=64, OFDM 심볼구간 T=11㎲, 보호구간 TG=1.375㎲, 부반송파 간격 Δf=91kHz로 설정하였다.
기존의 방식은, 시간/주파수 자원 전체를 사용하였고, 제안하는 방식은 거리가 30m 범위 내인 경우는 NC 개, 거리가 50m 범위 내인 경우 NC/2 개, 100m 범위 내인 경우 NC/4 개, 그 이상인 경우 NC/8 개의 부반송파를 사용하도록 하였다. 특히, 데이터량(정보 전송량)의 단계 역시 4단계로 구분하여 최소 NC/8부터 최대 NC로 설정하도록 하였다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 부반송파 개수에 따른 거리 및 속도 추정 결과를 나타낸 도면이다. 도 6은 탐지대상 차량이 각각 30m, 80m, 150m 전방에 있고, 각각의 상대 속도가 90m/s, 35m/s, 80m/s일 때, NC=128, 512, 1024인 경우의 거리 및 속도를 탐지한 결과이다. 가로축의 경우 거리 빈(bin), 세로축의 경우 속도 빈을 나타낸다. 부반송파의 개수가 많을수록 거리 해상도가 높음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예를 이용하여 AWGN 환경에서 QPSK 변조 방식을 사용한 경우 비트오율(BER)을 나타낸 도면이다. 상황에 따라 시간/주파수 자원을 조절하더라도, 전체자원을 사용한 기존의 방식과 거의 동일한 성능을 가짐을 알 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의한 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법에 따르면, 타겟과의 거리 또는 타겟으로 전송할 데이터량을 기초로 송신 신호의 구성에 필요한 시간 및 주파수 자원의 사용량을 적응적으로 조절함에 따라 불필요한 자원 소모 및 시스템의 복잡도를 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 차량용 레이더 장치 110: 상태 획득부
120: 제어부 130: 전송부
140: 검출부

Claims (10)

  1. 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법에 있어서,
    타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득하는 단계;
    상기 거리 정보 또는 상기 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 상기 송신 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 송신 신호를 상기 타겟에 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 거리가 기준값 이상이거나 상기 데이터량이 임계값 미만인 경우, 주파수 축에 대해 기 할당된 NC개의 부반송파 자원 중 일부와 시간 축에 대해 기 할당된 NS개의 OFDM 심볼 자원 중 일부를 각각 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 거리가 상기 기준값 미만이거나 상기 데이터량이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 NC개의 부반송파 자원의 전체와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 거리가 상기 기준값 이상이면 상기 기준값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 적응적으로 감소시키고,
    상기 데이터량이 상기 임계값 미만이면 상기 임계값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 각각 적응적으로 감소시키는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 거리 정보 또는 데이터량 정보를 획득하는 단계는,
    상기 타겟과의 채널 상태를 더 획득하고,
    상기 송신 신호를 생성하는 단계는,
    상기 채널 상태가 기준치 미만이면, 상기 데이터량이 상기 임계값 미만인 경우에도 상기 NC개의 부반송파 자원의 전체와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신 신호의 전송 이후 상기 타겟에서 반사된 수신 신호를 이용하여 상기 타겟의 거리 및 속도를 탐지하는 단계를 더 포함하는 차량용 레이더 장치의 자원 조절 방법.
  6. 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치에 있어서,
    타겟과의 거리 정보 또는 상기 타겟으로 전송할 데이터량 정보를 획득하는 상태 획득부;
    상기 거리 정보 또는 상기 데이터량 정보를 기초로, 송신 신호에 사용되는 부반송파 자원의 개수 및 OFDM 심볼 자원의 개수를 조절하여 상기 송신 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 송신 신호를 상기 타겟에 전송하는 전송부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 거리가 기준값 이상이거나 상기 데이터량이 임계값 미만인 경우, 주파수 축에 대해 기 할당된 NC개의 부반송파 자원 중 일부와 시간 축에 대해 기 할당된 NS개의 OFDM 심볼 자원 중 일부를 각각 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 거리가 상기 기준값 미만이거나 상기 데이터량이 상기 임계값 이상인 경우, 상기 NC개의 부반송파 자원의 전체와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 거리가 상기 기준값 이상이면 상기 기준값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 적응적으로 감소시키고,
    상기 데이터량이 상기 임계값 미만이면 상기 임계값으로부터 이탈한 정도가 클수록 상기 사용되는 자원의 개수를 각각 적응적으로 감소시키는 차량용 레이더 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 상태 획득부는,
    상기 타겟과의 채널 상태를 더 획득하고,
    상기 제어부는,
    상기 채널 상태가 기준치 미만이면, 상기 데이터량이 상기 임계값 미만인 경우에도 상기 NC개의 부반송파 자원의 전체와 상기 NS개의 OFDM 심볼 자원의 전체를 사용하여 상기 송신 신호를 생성하는 차량용 레이더 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 송신 신호의 전송 이후 상기 타겟에서 반사된 수신 신호를 이용하여 상기 타겟의 거리 및 속도를 탐지하는 검출부를 더 포함하는 차량용 레이더 장치.
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