KR102127751B1 - Multi-target control system for separating interference signals - Google Patents

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KR102127751B1
KR102127751B1 KR1020190064006A KR20190064006A KR102127751B1 KR 102127751 B1 KR102127751 B1 KR 102127751B1 KR 1020190064006 A KR1020190064006 A KR 1020190064006A KR 20190064006 A KR20190064006 A KR 20190064006A KR 102127751 B1 KR102127751 B1 KR 102127751B1
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김지현
김형남
서영광
박진오
강현진
김재윤
문병호
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엘아이지넥스원 주식회사
부산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a multi-target control system for separating interference signals, and more specifically, to a multi-target control system for separating interference signals, capable of separating and extracting a plurality of interference signals received to an array antenna. A multi-target control system for separating interference signals according to an embodiment of the present invention comprises: a signal receiving module for receiving a plurality of signals through an array antenna; a plurality of cyclic frequency setting modules for setting a cyclic frequency for a signal of interest desired to be extracted, and connected in parallel to the signal receiving module; and a plurality of signal of interest extraction modules for extracting a corresponding signal of interest from among interference signals input through the signal receiving module based on each cyclic frequency set in the cyclic frequency setting modules. Also, the present invention further comprises an initial beamforming vector estimating module for calculating a unique vector orthogonal to a signal subspace included in a covariance matrix of a signal, when a new signal is input through the signal receiving module, and allocating the value as an initial beamforming vector value of a corresponding extraction module among the signal of interest extraction modules.

Description

혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템{Multi-target control system for separating interference signals}Multi-target control system for separating interference signals

본 발명은 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배열 안테나에 수신되는 다수의 혼신신호를 분리하여 추출할 수 있는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-target control system for separating the interference signals, and more particularly, to a multi-target control system for separating the interference signals that can be extracted by separating a plurality of interference signals received by the array antenna.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information for this embodiment, and do not constitute a prior art.

최근 주파수 자원의 사용량이 증가하고, 특정 주파수 대역의 과밀화 현상이 발생함에 따라 동일한 주파수 대역에서 수신되는 혼신신호의 검출 및 추출문제를 해결할 필요성이 있다. 특히 군용 운용 환경에서와 같이 통신신호를 이용하여 다양한 군 작전을 수행하고, 아군의 안전 보장에 중요하게 이용되는 경우, 혼신신호의 추출은 매우 중요한 부분에 해당한다.As the use of frequency resources has recently increased, and overcrowding of a specific frequency band has occurred, there is a need to solve the problem of detecting and extracting interference signals received in the same frequency band. In particular, when performing various military operations using a communication signal as in the military operation environment, and when it is used to ensure the safety of allies, extraction of the interference signal is a very important part.

대한민국등록특허 번호 제10-0351125호(발명의 명칭 : 다중경로 별 사전 빔 형성기와 다중경로 신호의 주파수 성분별 적응 등화 결합기 구조를 갖는 스마트 안테나 시스템)은 다수개의 안테나 배열을 통해 수신된 각각의 다중경로 신호들에 대하여 사전 빔 형성을 수행하고 지연시간을 보상하여 주파수 영역의 적응 등화기를 통하여 원하는 신호를 효율적으로 추출하고 있다.Korean Registered Patent No. 10-0351125 (Invention name: smart antenna system having a pre-beam former for each multipath and an adaptive equalization combiner structure for each frequency component of a multipath signal) is provided for each multiple received through multiple antenna arrays. Pre-beam formation is performed on the path signals and the delay time is compensated to efficiently extract a desired signal through an adaptive equalizer in the frequency domain.

상기 특허는 다수개의 안테나로 각각 수신된 신호를 이용하여 신호의 프레임 동기, 타이밍 동기, 주파수 동기를 수행하는 동기부와, 상기 동기부에서 출력된 신호는 훈련 또는 학습 구간동안 파일럿 신호가 갖는 특성을 이용하여 다중경로에 대한 지연시간을 추정하고 있다. 그리고 추정부에서는 상기 추정된 지연시간 정보를 통하여 사전 빔 형성 가중치 벡터를 추정하고, 상기 추정부에서 출력된 사전빔 형성 가중치 벡터를 상기 동기부에서 출력된 신호에 적용하여 동일 경로별 신호 성분을 결합하기 위해 다중 경로 신호별로 독립 빔을 형성하는 사전 빔 형성부와, 상기 추정된 지연시간 만큼 상기 사전빔 형성부를 통해 출력된 다중경로 별 신호의 지연된 시간을 보상하여 각 다중경로 신호들의 수신된 시간을 일치시키는 보상부와, 상기 지연시간 보상부에서 출력된 신호를 주파수 영역에서 등화시키는 적응형 등화부를 포함하여 구성되고 있다.The patent has the characteristics of the pilot signal during the training or learning period, and the synchronization unit for performing frame synchronization, timing synchronization, and frequency synchronization of signals using signals received from multiple antennas, respectively. Is used to estimate the delay time for multipath. In addition, the estimation unit estimates a pre-beam forming weight vector through the estimated delay time information, and applies the pre-beam forming weight vector output from the estimator to a signal output from the synchronization unit to combine signal components for each path. In order to compensate for the delayed time of each multipath signal, the pre-beam forming unit that forms an independent beam for each multi-path signal and the multi-path signal output through the pre-beam forming unit by the estimated delay time. It comprises a matching compensation unit and an adaptive equalization unit that equalizes the signal output from the delay time compensation unit in the frequency domain.

상기 특허는 간섭신호 제거를 위한 빔 형성을 위해서 입사 신호에 대한 사전정보들이 필요로 한다. 그러나 입사신호에 대한 사전정보들은 시간에 따라 변하는 문제를 갖기 때문에 시변 환경에서 관심신호 및 간섭신호의 특성에 적응적으로 대응하여 다수의 관심신호를 분리하여 추출할 수 있는 블라인드 기반 혼신신호 추출 기술이 필요하다.The patent requires prior information on the incident signal to form a beam for removing the interference signal. However, since the pre-information on the incident signal has a problem that changes with time, a blind-based interference signal extraction technology capable of adaptively responding to the characteristics of the interest signal and the interference signal in a time-varying environment to separate and extract multiple interest signals. need.

따라서 본 발명의 목적은 특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 모두 분리하여 추출할 수 있는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a multi-target control system for separating interference signals capable of separating and extracting a plurality of signals existing in a specific frequency band.

본 발명의 다른 목적은 협대역 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 분리하여 추출할 때, 빔 형성 벡터의 수렴 보장 및 수렴 속도를 개선할 수 있는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-target control system for separating the whole signal capable of improving convergence speed and ensuring convergence of a beam forming vector when multiple signals existing in a narrow band frequency band are separated and extracted. .

본 발명의 또 다른 목적은 블라인드 기반 적응 빔형성 제어를 통해서 특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 모두 분리하여 추출할 수 있는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-target control system for interference signal separation capable of separating and extracting a plurality of signals existing in a specific frequency band through blind-based adaptive beamforming control.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템은 다수의 신호들이 배열 안테나를 통해서 수신하는 신호수신모듈; 추출하고자 하는 관심신호에 대한 순환주파수를 설정하고 상기 신호수신모듈에 병렬로 연결된 복수개의 순환주파수 설정모듈; 및 상기 복수개의 순환주파수 설정모듈에서 설정된 각각의 순환주파수에 기반해서 상기 신호수신모듈을 통해서 입력되는 혼신신호 중에서 해당 관심신호를 추출하는 복수개의 관심신호 추출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, a multi-target control system for separating a mixed signal according to an embodiment of the present invention includes a signal receiving module for receiving a plurality of signals through an array antenna; A plurality of cyclic frequency setting modules connected in parallel to the signal receiving module to set a circulating frequency for a signal of interest to be extracted; And it characterized in that it comprises a plurality of interest signal extraction module for extracting the interest signal from the interference signal input through the signal receiving module based on each of the cyclic frequency set in the plurality of cyclic frequency setting module.

바람직하게는 상기 신호수신모듈을 통해서 새로운 신호가 입력될 때, 신호의 공분산 행렬에 포함된 신호 부공간과 직교하는 고유벡터를 산출하고, 이 값을 상기 복수개의 관심신호 추출모듈 중에서 해당하는 추출모듈의 초기 빔형성 벡터값으로 할당하는 초기 빔형성 벡터 추정모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when a new signal is input through the signal receiving module, an eigenvector orthogonal to the signal subspace included in the signal covariance matrix is calculated, and this value is extracted from the plurality of interest signal extraction modules. It characterized in that it further comprises an initial beamforming vector estimation module for assigning the initial beamforming vector value of.

바람직하게는 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은, 수학식 16에 의해서 산출되는 고유벡터값을 초기 빔형성 벡터값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the initial beamforming vector estimation module is characterized in that the eigenvector value calculated by Equation 16 is calculated as the initial beamforming vector value.

수학식 16Equation 16

Figure 112019055830184-pat00001
Figure 112019055830184-pat00001

[여기에서

Figure 112019055830184-pat00002
은 샘플마다 갱신되는 공분산 행렬이다.
Figure 112019055830184-pat00003
는 임의로 설정한 주기 P로 업데이트되는 공분산 행렬이며, n은 신호의 샘플 단위이고, j는 n의 블록 단위로서,
Figure 112019055830184-pat00004
의 관계를 가진다.][From here
Figure 112019055830184-pat00002
Is a covariance matrix that is updated for each sample.
Figure 112019055830184-pat00003
Is a covariance matrix updated with a randomly set period P, n is the sample unit of the signal, and j is the block unit of n,
Figure 112019055830184-pat00004
Has a relationship of.]

바람직하게는 상기 복수개의 관심신호 추출모듈은, 상기 순환주파수에 기반해서 기준신호를 생성하고, 기준신호와 빔형성 출력의 상관도가 최대가 되도록 빔형성 벡터와 컨트롤 벡터를 갱신하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the plurality of interest signal extracting modules generate a reference signal based on the cyclic frequency, and update the beamforming vector and the control vector so that the correlation between the reference signal and the beamforming output is maximized. .

바람직하게는 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 출력되는 초기 빔형성 벡터는 블록 단위로 갱신되고, 상기 관심신호 추출모듈은 공분산 행렬을 샘플 단위로 갱신하며, 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 출력되는 초기 빔형성 벡터를 상기 관심신호 추출모듈에 적용할 때, 샘플 단위로 업데이트 되는 공분산 행렬과 직교성을 판단하여, 설정된 문턱값보다 큰 고유값을 가질 때의 벡터값을 초기 빔형성 벡터로 할당하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the initial beamforming vector output from the initial beamforming vector estimation module is updated in units of blocks, and the signal of interest extraction module updates the covariance matrix in units of samples, and is initially output from the initial beamforming vector estimation module. When the beamforming vector is applied to the signal extraction module of interest, the orthogonality of the covariance matrix updated in units of samples is determined, and a vector value when an eigenvalue greater than a set threshold is assigned is assigned as an initial beamforming vector. Should be

바람직하게는 상기 복수개의 관심신호 추출모듈은, 각 관심신호의 순환주파수를 활용한 cross-SCORE 알고리즘을 이용하여 병렬로 구성한 것을 특징으로 한다.Preferably, the plurality of interest signal extraction modules are configured in parallel by using a cross-SCORE algorithm utilizing a cyclic frequency of each interest signal.

바람직하게는 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은, DMP 알고리즘을 이용한 것을 특징으로 한다.Preferably, the initial beamforming vector estimation module is characterized by using a DMP algorithm.

본 발명의 일 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템은 특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 모두 분리하여 추출하는 것이 가능하다. 이때 채널에 존재하는 간섭신호를 제거해서 원하는 관심신호만을 추출하여 획득할 수 있으므로서, 각각의 관심신호에 대한 수신성능을 향상하는 효과를 얻는다. The multi-target control system for separating the whole signal according to an embodiment of the present invention is capable of separating and extracting a plurality of signals existing in a specific frequency band. At this time, by removing the interference signal present in the channel, only the desired signal of interest can be extracted and obtained, thereby improving the reception performance of each signal of interest.

또한 본 발명은 협대역 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 분리하여 추출할 때, 빔 형성 벡터의 수렴 보장 및 수렴 속도를 개선할 수 있다. 이러한 점은 분리하여 추출되는 관심신호를 획득하는데 소요되는 시간 지연을 최소화시켜서 수신성능을 향상하는 효과를 얻는다.In addition, the present invention can improve the convergence rate and the convergence speed of the beam forming vector when separating and extracting a plurality of signals existing in a narrow band frequency band. Such a point has an effect of improving reception performance by minimizing the time delay required to obtain a signal of interest extracted separately.

또한 본 발명은 블라인드 기반 적응 빔형성 제어를 통해서 특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호들을 모두 분리하여 추출할 수 있다. 즉, 본 발명은 수신신호에 대한 사전 정보가 없이도 관심신호의 특성에 적응적으로 대응하여 관심신호를 추출하는 것이 가능한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, a plurality of signals existing in a specific frequency band may be separated and extracted through blind-based adaptive beamforming control. That is, the present invention can obtain an effect capable of extracting a signal of interest by adaptively responding to a characteristic of the signal of interest even without prior information on the received signal.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 실험한 실험환경의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 새로운 신호 등장시에 검출되는 최대 고유값의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 추정한 초기 빔형성 벡터 패턴을 기존 벡터 패턴과 비교한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 관심신호 추출모듈에서 형성하는 빔형성 벡터 패턴의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 반복 시행에 따른 성능 비교 결과도이다.
1 is a diagram illustrating the configuration of a multi-target control system for segregation of interference signals according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a multi-target control system for segregating the interference signal according to another embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view of an experimental environment in which an embodiment of the present invention is tested.
4 is an exemplary diagram of a maximum eigenvalue detected when a new signal appears in an initial beamforming vector estimation module according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram comparing an initial beamforming vector pattern estimated by an initial beamforming vector estimation module with an existing vector pattern according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view of a beamforming vector pattern formed in a signal extraction module of interest according to an embodiment of the present invention.
7 is a result of the performance comparison according to repeated implementation according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "parts" and "groups", "modules" and "parts", "units" and "parts", "devices" and "systems" for the components used in the following description are considered for ease of specification only. It is given or used interchangeably, and does not have a meaning or a role that is distinguished from itself.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, detailed descriptions of related well-known technologies are omitted when it is determined that they may obscure the gist of the embodiments disclosed herein. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed herein, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention , It should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템의 구성도이다.1 is a diagram illustrating the configuration of a multi-target control system for segregation of interference signals according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시하고 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템은, 복수개의 관심신호 추출모듈을 병렬로 배치하여 수신되는 모든 혼신신호를 분리할 수 있는 구성도이다. 본 발명은 서로 다른 순환주파수가 각각의 관심신호 추출모듈에 적용되고, 혼신신호가 수신되었을 때, 설정된 순환주파수를 가지는 신호가 관심신호 추출모듈의 출력으로 획득되고 있다.1, a multi-target control system for segregating a signal in accordance with an embodiment of the present invention is a configuration diagram capable of separating all received signals by arranging a plurality of signal extraction modules of interest in parallel. In the present invention, different cyclic frequencies are applied to each of the signal extraction modules of interest, and when the interference signal is received, a signal having a set cyclic frequency is obtained as the output of the signal extraction module of interest.

도시하고 있는 바와 같이, 배열 안테나와 같이 다수개의 신호를 수신하는 신호수신모듈(110)은 복수개의 순환주파수 설정모듈(120~120n)을 통해서 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)에 병렬 연결되고 있다. 그리고 다수개의 신호가 포함된 혼신신호로부터 각기 다른 특성의 하나의 관심신호를 추출하는 복수개의 관심신호 추출모듈(103~130n)은 추출된 신호를 분류해서 이용하기 위한 신호처리부(140)에 연결되고 있다.As illustrated, the signal receiving module 110 receiving a plurality of signals, such as an array antenna, is connected in parallel to a plurality of signal extraction modules 130 to 130n through a plurality of cyclic frequency setting modules 120 to 120n. Is becoming. And a plurality of interest signal extraction modules (103 ~ 130n) for extracting a signal of interest of different characteristics from a mixed signal containing a plurality of signals is connected to the signal processing unit 140 for classifying and using the extracted signal have.

상기 신호수신모듈(110)은 M개의 센서로 구성된 배열 안테나(도시하지 않음)를 통해서 신호를 수신하는 구성이다. 특히 협대역 신호의 경우, 관심신호와 간섭신호 및 배경 잡음으로 구성된 환경을 고려 가능하고, 상기 M개의 센서로 구성된 배열 안테나에 수신된 신호 벡터 x(n)은 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.The signal receiving module 110 is configured to receive a signal through an array antenna (not shown) composed of M sensors. In particular, in the case of a narrowband signal, an environment composed of a signal of interest, an interference signal, and background noise may be considered, and the signal vector x(n) received by the array antenna composed of the M sensors may be defined as in Equation 1. .

수학식 1Equation 1

Figure 112019055830184-pat00005
Figure 112019055830184-pat00005

여기서 sSOI(n)은 입사각 θSOI 로 입사되는 관심신호, sint(n)은 입사각 θint 로 입사되는 간섭신호이다. a(θ)는 θ에서의 조향벡터, v(n)은 잡음 신호 벡터를 나타낸다.Here, s SOI (n) is an interest signal incident at an incident angle θ SOI , and s int (n) is an interference signal incident at an incident angle θ int . a(θ) represents the steering vector at θ, and v(n) represents the noise signal vector.

상기 관심신호 sSOI(n)가 순환주파수 α에 대하여 스펙트럼적으로 자기 일관적이고 간섭신호 sint(n)은 자기 일관성을 가지지 않는다고 가정하면, 두 신호는 상관관계가 존재하지 않는다. 이 특징을 이용하여, 빔형성 벡터 W를 구할 수 있다. 따라서 관심신호 sSOI(n)를 얻기 위한 빔 형성 벡터 W를 구하기 위한 빔형성 출력은 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.Assuming that the signal of interest s SOI (n) is spectrally self-consistent with respect to the cyclic frequency α and the interference signal s int (n) has no self-consistency, there is no correlation between the two signals. Using this feature, the beamforming vector W can be obtained. Therefore, the beamforming output for obtaining the beamforming vector W for obtaining the signal of interest s SOI (n) can be defined as in Equation 2.

수학식 2Equation 2

Figure 112019055830184-pat00006
Figure 112019055830184-pat00006

여기서 H는 conjugate transpose 이고, 적절한 빔형성 벡터 W가 얻어지면, 관심신호인 sSOI(n)가 추출 가능하다.Here, H is conjugate transpose, and when an appropriate beamforming vector W is obtained, the signal of interest s SOI (n) can be extracted.

한편, 디지털 변조신호는 반송파 주파수와 대역폭을 가지고 있기 때문에, 평균과 자기상관이 주기적인 특성(cyclostationary)을 갖는다. 주기적인 특성을 가지는 신호 x(n)의 평균과 자기상관은 수학식 3, 수학식 4와 같이 nT 의 주기를 가진다.On the other hand, since the digital modulated signal has a carrier frequency and a bandwidth, the average and autocorrelation have cyclostationary characteristics. The average and autocorrelation of the signal x(n) having periodic characteristics has a period of n T as shown in Equations 3 and 4.

수학식 3Equation 3

Figure 112019055830184-pat00007
Figure 112019055830184-pat00007

수학식 4Equation 4

Figure 112019055830184-pat00008
Figure 112019055830184-pat00008

x(n)의 자기상관이 관심신호를 추출하는데 주요한 통계적 특성으로 고려되며, 주기성을 갖는 자기상관은 순환 자기상관함수(cyclic autocorrelation function)와 공액 순환 자기상관함수(conjugate cyclic autocorrelation function)로 수학식 5, 수학식 6으로 나타낼 수 있다.The autocorrelation of x(n) is considered as the main statistical characteristic for extracting the signal of interest, and the autocorrelation with periodicity is expressed by the cyclic autocorrelation function and the conjugate cyclic autocorrelation function. It can be represented by 5 and equation (6).

수학식 5 Equation 5

Figure 112019055830184-pat00009
Figure 112019055830184-pat00009

수학식 6Equation 6

Figure 112019055830184-pat00010
Figure 112019055830184-pat00010

여기서 [XH](*) = XT의 관계를 가지며, <·>∞는 무한 시간에 대한 시간 평균을 의미한다. 순환 자기상관함수는 시간 천이 n0 와 주파수 천이α에서 큰 값을 갖는다. T는 transpose이고, fs는 샘플링주파수를 나타낸다. 이때 신호의 자기상관이 시간 축과 주파수 축에서 주기성을 나타내는 신호는 주기적인 특성(cyclostationary)을 가진다고 할 수 있고, 이 경우에 주파수 천이α를 순환주파수(cyclic frequency)라고 한다. Here, [X H ] (*) = X T , and <·>∞ means the time average over infinite time. The cyclic autocorrelation function has a large value in time transition n 0 and frequency shift α. T is transpose, and f s represents the sampling frequency. At this time, it can be said that a signal whose autocorrelation shows periodicity in the time axis and the frequency axis has a cyclostationary, and in this case, the frequency shift α is called a cyclic frequency.

이러한 순환 주파수 특징을 이용하여 간섭신호를 제거하고 관심신호만을 획득하는 것이 상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n) 이다. 따라서 상기 순환주파수 설정모듈(120 ~120n)은 주기적 특성을 갖는 각각의 다른 순환주파수를 설정한다. 상기 순환주파수 설정모듈(120~120n)의 순환주파수 설정값은 획득하고자 하는 관심신호에 따라서 기설정되는 값이고, 관심신호의 심볼율이나 반송파 주파수에 의해서 산출된다.It is the plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n that remove the interference signal and acquire only the interest signal using the cyclic frequency feature. Therefore, the cyclic frequency setting module (120 ~ 120n) sets each different cyclic frequency having a periodic characteristic. The cyclic frequency setting values of the cyclic frequency setting modules 120 to 120n are preset values according to an interest signal to be obtained, and are calculated by a symbol rate or a carrier frequency of the interest signal.

상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 주기적인 특성(cyclostationary)을 이용한 블라인드 빔형성 알고리즘 제어 모듈(self-coherence restoral)이고, 그 중 대표적인 cross-SCORE 알고리즘은 관심신호의 순환주파수를 이용하여 기준신호를 구하고, 빔형성 출력과 기준신호와의 상관관계를 최대화하는 방향으로 빔형성 벡터를 갱신한다. 따라서 상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 빔형성 출력과 기준신호의 차이를 최소화하는 방향으로 빔형성 벡터를 갱신하고, 관심신호를 추출한다.The plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n are blind beam forming algorithm control modules (self-coherence restoral) using cyclostationary, and among them, a representative cross-SCORE algorithm uses the cyclic frequency of the interest signal. By obtaining the reference signal, the beamforming vector is updated in a direction to maximize the correlation between the beamforming output and the reference signal. Accordingly, the plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n update the beamforming vector in a direction to minimize the difference between the beamforming output and the reference signal, and extract the interest signal.

블라인드 기반 적응 빔형성 알고리즘은 관심신호 및 간섭신호의 특성에 적응적으로 대응하여 안테나 빔을 형성하므로써 관심신호를 추출할 수 있다. 블라인드 기반 적응 빔형성 알고리즘은 간섭신호의 수, 입사 방향 등의 정보 대신에 신호의 진폭이 일정한 특성, 신호의 평균과 자기상관이 주기적인 cyclostationary 특성, 고차 통계치(high order cumulant) 등의 특성을 활용하여 관심신호를 추출한다.The blind-based adaptive beamforming algorithm can extract an interest signal by forming an antenna beam by adaptively responding to characteristics of an interest signal and an interference signal. The blind-based adaptive beamforming algorithm utilizes characteristics such as constant signal amplitude, periodic cyclostationary characteristics, and high order cumulant, instead of information such as the number of interference signals and the direction of incidence. To extract the signal of interest.

따라서 본 발명의 상기 복수개의 관심신호 추출모듈은, 주기적 특성을 이용한 관심신호와 간섭신호의 상관관계를 통해 관심신호 n를 추출한다. 상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 순환주파수 α에 대하여 관심신호와 간섭신호가 서로 다른 주기적 특성을 가진다면, 두 신호는 상관관계가 존재하지 않는다. 따라서 순환 자기상관함수를 통해서 순환주파수에 대한 상관도를 구하여 관심신호를 추출하고, 간섭신호를 제거하도록 빔형성 벡터를 형성하게 된다.Therefore, the plurality of interest signal extraction modules of the present invention extract the interest signal n through the correlation between the interest signal and the interference signal using periodic characteristics. If the interest signal and the interference signal have different periodic characteristics with respect to the cyclic frequency α, the plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n do not have a correlation. Accordingly, a correlation vector for a cyclic frequency is obtained through a cyclic autocorrelation function, and a signal of interest is extracted, and a beamforming vector is formed to remove the interference signal.

상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 관심신호의 순환주파수를 이용하여 기준신호 r(n)을 구하여 빔형성 출력 y(n)과 r(n)의 상관관계를 최대화하는 방향으로 빔형성 벡터를 갱신한다. 순환신호 u(n)은 입력신호의 시간 지연 및 주파수가 천이된 신호이고, 상기 기준신호는 관심신호가 가지는 자기 일관성 특징을 이용하여 생성할 수 있다.The plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n obtain a reference signal r(n) using the cyclic frequency of the signal of interest to beam in a direction to maximize the correlation between beamforming output y(n) and r(n) Update the formation vector. The cyclic signal u(n) is a signal in which a time delay and frequency of the input signal are shifted, and the reference signal can be generated using a self-consistency characteristic of the interest signal.

순환신호 u(n)과 기준신호 r(n)은 하기 수학식 7, 수학식 8과 같이 정의된다.The cyclic signal u(n) and the reference signal r(n) are defined as in Equation 7 and Equation 8 below.

수학식 7Equation 7

Figure 112019055830184-pat00011
Figure 112019055830184-pat00011

수학식 8Equation 8

Figure 112019055830184-pat00012
Figure 112019055830184-pat00012

여기서 c는 컨트롤 벡터를 나타내고, 순환신호 u(n)의 빔형성 벡터로 사용된다. Here, c denotes a control vector and is used as a beamforming vector of the cyclic signal u(n).

상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 순환주파수 α에 대해 자기 일관성을 가지는 관심신호를 추출하고, 자기 일관성을 가지지 않는 간섭신호는 제거하므로써 블라인드 기반 혼신신호 제거가 이루어진다. 이때 컨트롤 벡터의 값이 성능에 영향을 미치게 된다. 상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 빔형성 벡터와 컨트롤 벡터를 함께 갱신한다.The plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n extract blind interest signals having self-consistency with respect to the cyclic frequency α and remove interference-based interference signals, thereby removing blind-based interference signals. At this time, the value of the control vector affects performance. The plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n update the beamforming vector and the control vector together.

상기 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)의 빔형성 벡터와 컨트롤 벡터의 계산식은 수학식 9, 수학식 10, 수학식 11로 정의된다. The calculation formulas of the beam forming vector and the control vector of the plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n are defined by Equation 9, Equation 10, and Equation 11.

수학식 9Equation 9

Figure 112019055830184-pat00013
Figure 112019055830184-pat00013

수학식 10Equation 10

Figure 112019055830184-pat00014
Figure 112019055830184-pat00014

수학식 11Equation 11

Figure 112019055830184-pat00015
Figure 112019055830184-pat00015

여기서,

Figure 112019055830184-pat00016
Figure 112019055830184-pat00017
은 각각 수신신호와 순환신호의 자기상관 행렬을 의미하며,
Figure 112019055830184-pat00018
Figure 112019055830184-pat00019
는 수신신호와 순환신호의 상호상관 (cross-correlation) 행렬을 나타낸다. 수학식 10은 WCS(n)와 c(n)의 크기를 제한하기 위해 필수적인 정규화 (normalization) 과정이며, 각 상관 행렬은 ,
Figure 112019055830184-pat00020
인 관계를 가지고 있다.here,
Figure 112019055830184-pat00016
and
Figure 112019055830184-pat00017
Denotes an autocorrelation matrix of a received signal and a cyclic signal, respectively,
Figure 112019055830184-pat00018
and
Figure 112019055830184-pat00019
Denotes a cross-correlation matrix of a received signal and a cyclic signal. Equation 10 is a normalization process necessary to limit the size of W CS (n) and c(n), and each correlation matrix is
Figure 112019055830184-pat00020
Have a relationship.

상기

Figure 112019055830184-pat00021
Figure 112019055830184-pat00022
를 구하는 식은 수학식 12, 수학식 13와 같고, 역행렬인 R-1 xx(n)은 matrix inverse lemma를 사용하여 계산되며 수학식 14와 같이 표현된다. 수학식 12와 수학식 13에 이용된 N은 이동 사각 윈도우의 크기를 나타낸다.remind
Figure 112019055830184-pat00021
and
Figure 112019055830184-pat00022
The equation for obtaining is equal to Equation 12 and Equation 13, and the inverse matrix R -1 xx (n) is calculated using a matrix inverse lemma and is expressed as Equation 14. N used in Equations (12) and (13) represents the size of the moving square window.

수학식 12Equation 12

Figure 112019055830184-pat00023
Figure 112019055830184-pat00023

수학식 13Equation 13

Figure 112019055830184-pat00024
Figure 112019055830184-pat00024

수학식 14Equation 14

Figure 112019055830184-pat00025
Figure 112019055830184-pat00025

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 관심신호 추출모듈을 이용하여 특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호를 모두 추출하여 획득하는 과정은 다음과 같이 이루어진다.The process of extracting and acquiring a plurality of signals existing in a specific frequency band using a plurality of interest signal extraction modules according to an embodiment of the present invention configured as described above is performed as follows.

특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호를 포함하는 혼신신호가 신호수신모듈(110)을 통해서 입력되면, 각 포트에 적용되어 있는 순환주파수 설정 모듈(120~120n)에서 설정된 순환주파수 정보에 따라서 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)이 동작한다. When a mixed signal including a plurality of signals existing in a specific frequency band is input through the signal receiving module 110, a plurality of signals according to the cyclic frequency information set in the cyclic frequency setting modules 120 to 120n applied to each port Interest signal extraction module (130 ~ 130n) is operated.

각각의 관심신호 추출모듈(130~130n)은 각각 설정되어 할당된 순환주파수에 기반해서 하나의 관심신호를 추출하고, 나머지 간섭신호들을 제거하는 방향으로 빔형성 벡터를 생성하면서 원하는 관심신호를 동시에 또는 순차적으로 추출하게 된다.Each interest signal extraction module (130~130n) extracts one interest signal based on the set and assigned cyclic frequency, and simultaneously generates a beamforming vector in a direction to remove the remaining interference signals, and simultaneously generates a desired interest signal or It is extracted sequentially.

따라서 여러 병렬 포트로 수행되는 복수개의 관심신호 추출모듈(130~130n)을 통과하면, 입사된 혼신신호에 포함된 다수개의 신호들이 분리 및 추출되어서 신호처리부(140)에 입력되어진다. 상기 신호처리부(140)에 입력된 분리 및 추출된 신호들은 이후 필요한 신호처리를 수행하여 원하는 정보를 얻게 된다.Therefore, when a plurality of interest signal extraction modules 130 to 130n performed by various parallel ports are passed, a plurality of signals included in the incident interfering signal are separated and extracted and input to the signal processing unit 140. The separated and extracted signals input to the signal processing unit 140 then perform necessary signal processing to obtain desired information.

다음, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템의 구성도이다.Next, FIG. 2 is a configuration diagram of a multi-target control system for segregation of interference signals according to another embodiment of the present invention.

혼신신호를 분리하여 모두 획득하기 위한 다중표적 제어시스템은 각각의 관심신호 추출모듈의 출력이 서로 다른 신호로 수렴해야 한다. 또한 복수개의 관심신호 추출모듈은 새로운 신호가 등장하는 상황에서도 안정적으로 동작해야 한다. 특히 신호는 시간의 변화함에 따라 새로운 신호가 등장하는 상황에서 수렴 지연이 발생될 수 있고, 이를 개선하기 위해서는 초기 빔형성 벡터를 추정할 필요성이 있다.In a multi-target control system for separating and receiving all of the interference signals, the output of each signal of interest extraction module must converge to different signals. In addition, a plurality of interest signal extraction modules must operate stably even when a new signal appears. In particular, a convergence delay may occur in a situation in which a new signal appears as the signal changes, and to improve this, it is necessary to estimate an initial beamforming vector.

따라서 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 새로운 신호가 등장할 때, 초기 빔형성 벡터 추정모듈(Dominant Mode Prediction : DMP 알고리즘)을 통해서 초기 빔형성 벡터를 추정하도록 구성하고 있다. 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 획득한 초기 빔 형성 벡터는 새로운 신호가 등장한 입사각에서 높은 빔형성 이득을 가지며, 기존에 존재하던 간섭신호의 입사각에서는 아주 낮은 이득을 갖는다.Therefore, as illustrated in FIG. 2, when a new signal appears, the initial beamforming vector is estimated through an initial beamforming vector estimation module (Dminant Mode Prediction: DMP algorithm). The initial beamforming vector obtained from the initial beamforming vector estimation module has a high beamforming gain at an incident angle where a new signal appears, and a very low gain at an incident angle of an existing interference signal.

도시되고 있는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템은, 배열 안테나와 같이 다수개의 신호를 수신하는 신호수신모듈(210)은 복수개의 순환주파수 설정모듈(220~220n)을 통해서 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)에 연결되고 있다. 그리고 다수개의 신호가 포함된 혼신신호로부터 각기 다른 특성의 하나의 관심신호를 추출하는 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)은 추출된 신호를 분류해서 이용하기 위한 신호처리부(240)에 연결되고 있다. In the illustrated multi-target control system for separation of the mixed signal, the signal receiving module 210 receiving a plurality of signals, such as an array antenna, extracts a plurality of interest signals through a plurality of cyclic frequency setting modules 220 to 220n. (230~230n). In addition, a plurality of interest signal extraction modules 230 to 230n for extracting one interest signal of different characteristics from a mixed signal including a plurality of signals are connected to a signal processing unit 240 for classifying and using the extracted signals. have.

또한 본 발명의 다중표적 제어시스템은 새로운 신호가 등장했을 때, 초기 빔형성 벡터를 추정하기 위한 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)을 더 포함하고 있다. 상기 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)은 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)에서 할당하는 초기 빔 형성 벡터에 기반해서 서로 다른 신호로 수렴하는 것이 보장되고, 수렴속도도 개선할 수 있다.In addition, the multi-target control system of the present invention further includes an initial beamforming vector estimation module 250 for estimating an initial beamforming vector when a new signal appears. The plurality of interest signal extraction modules 230 to 230n are guaranteed to converge to different signals based on the initial beamforming vector allocated by the initial beamforming vector estimation module 250, and the convergence speed can also be improved. .

초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은, 새로운 신호가 등장했을 때, 신호의 부공간이 직교하는 특성을 이용해서 기존 신호의 입사각에는 깊은 널(NULL)을 형성하고, 새로운 신호의 입사각으로는 높은 이득을 가지도록 빔형성 벡터를 추정해서 각각의 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)에 할당한다. The initial beamforming vector estimation module 250, when a new signal appears, forms a deep null in the incident angle of the existing signal by using orthogonal characteristics of the sub-space of the signal, and is high as the incident angle of the new signal. The beamforming vector is estimated to have a gain, and is allocated to each of the plurality of interest signal extraction modules 230 to 230n.

이때 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은 서로 다른 신호가 부공간이 직교하는 특성을 이용하여 추정된 빔형성 벡터를 관심신호 추출모듈에 초기 빔형성 벡터로 할당하고 있다. 이때 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은 공분산 행렬을 블록 단위로 업데이트하지만, 상기 관심신호 추출모듈은 신호의 샘플 단위로 업데이트 한다. 따라서 상기 관심신호 추출모듈은 자기상관 행렬을 매 샘플마다 업데이트하는 가운데, 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은 공분산 행렬을 블록 단위로 업데이트하도록 제어해야 한다. 따라서 블록 단위의 기준 자기상관 행렬과 샘플 단위로 업데이트되는 행렬과의 eigenvalue decomposition 과정을 통해 직교하는 신호를 추정한다. 그리고 설정한 문턱값보다 큰 고유값을 가질 때의 고유벡터를 초기 빔형성 벡터로 할당한다.At this time, the initial beamforming vector estimation module allocates the beamforming vector estimated using the characteristic that the sub-spaces of different signals are orthogonal to the signal extraction module of interest as the initial beamforming vector. At this time, the initial beamforming vector estimation module updates the covariance matrix in block units, but the interest signal extraction module updates in sample units of signals. Therefore, while the interest signal extraction module updates the autocorrelation matrix for each sample, the initial beamforming vector estimation module should be controlled to update the covariance matrix in block units. Therefore, an orthogonal signal is estimated through an eigenvalue decomposition process between a block-based reference autocorrelation matrix and a sample-updated matrix. Then, the eigenvector when the eigenvalue is greater than the set threshold is assigned as the initial beamforming vector.

도시되는 도면에서 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)이 신호수신모듈(110)의 출력단과 연결되고 있지 않으나, 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 새로운 신호, 특히 특정의 순환주파수를 포함하는 관심신호가 등장한 것을 확인할 수 있어야 한다. 따라서 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 복수의 관심신호 추출모듈(230~230n)에 해당 순환주파수에 기반한 관심신호가 입력되는 것을 감시할 수 있도록 구성한다.In the illustrated figure, the initial beamforming vector estimation module 250 is not connected to the output terminal of the signal receiving module 110, but the initial beamforming vector estimation module 250 includes a new signal, particularly a specific cyclic frequency. You should be able to confirm that the signal of interest. Therefore, the initial beamforming vector estimation module 250 is configured to monitor the input of interest signals based on the circulating frequency to the plurality of interest signal extraction modules 230 to 230n.

상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(150)에서 추정하는 초기 빔 형성 벡터는 수학식 15에 도시하고 있는 공분산 행렬을 이용하여 고유방정식의 최대 고유값에 해당하는 고유벡터로 수학식 16과 같이 표현 가능하다.The initial beamforming vector estimated by the initial beamforming vector estimation module 150 may be expressed as Equation 16 as an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue of the eigenequation using the covariance matrix shown in Equation (15). .

수학식 15Equation 15

Figure 112019055830184-pat00026
Figure 112019055830184-pat00026

수학식 16Equation 16

Figure 112019055830184-pat00027
Figure 112019055830184-pat00027

여기에서

Figure 112019055830184-pat00028
은 샘플마다 갱신되는 공분산 행렬이고, n은 신호의 샘플 단위이고, 샘플이 증가함에 따라 누적된 샘플을 통해 구해지는 공분산 행렬의 값으로
Figure 112019055830184-pat00029
이 갱신된다.
Figure 112019055830184-pat00030
는 실험에 의해 결정된 기설정한 주기 P로 업데이트되는 공분산 행렬이며, j는 n의 블록 단위로서,
Figure 112019055830184-pat00031
의 관계를 가진다. 이 때,
Figure 112019055830184-pat00032
은 ㆍ보다 크지 않은 정수를 의미한다. 매 샘플마다
Figure 112019055830184-pat00033
Figure 112019055830184-pat00034
의 고유값 분해 (eigen-decomposition) 과정을 통해서 고유값과 고유벡터를 구한다. 이때의 고유벡터를 Winit 인 초기 빔형성벡터로 할당한다.From here
Figure 112019055830184-pat00028
Is a covariance matrix that is updated for each sample, n is the sample unit of the signal, and is the value of the covariance matrix obtained through the accumulated samples as the sample increases.
Figure 112019055830184-pat00029
Is updated.
Figure 112019055830184-pat00030
Is a covariance matrix updated with a predetermined period P determined by experiment, j is a block unit of n,
Figure 112019055830184-pat00031
Have a relationship of At this time,
Figure 112019055830184-pat00032
Means an integer not greater than ㆍ. Every sample
Figure 112019055830184-pat00033
Wow
Figure 112019055830184-pat00034
The eigenvalues and eigenvectors are obtained through the eigen-decomposition process. The eigenvector at this time is assigned as the initial beamforming vector, which is W init .

Figure 112019055830184-pat00035
에서 주기 P의 값이 증가할수록 업데이트되는 빈도가 낮아지므로 새로운 신호가 등장했을 때, 큰 고유값을 얻는데 지연시간이 발생한다. 또한
Figure 112019055830184-pat00036
을 짧은 주기로 업데이트할 경우 알고리즘의 계산 복잡도가 증가하는 단점이 발생하므로 적절한 주기 P의 값을 설정할 필요가 있다. 상기 주기 P는 후술되는 다양한 실험 결과를 통해서 최적의 결과를 얻을 수 있도록 설정되어진다. 즉, 본 발명에서는,
Figure 112019055830184-pat00037
의 관계를 갖도록 설정하고, 실험치로 얻어진 주기를 적용하여 최적의 초기 빔 형성 벡터를 얻고 있다.
Figure 112019055830184-pat00035
Since the frequency of the update increases as the value of the period P increases, a delay occurs in obtaining a large eigenvalue when a new signal appears. Also
Figure 112019055830184-pat00036
If is updated in a short period, it is necessary to set the value of the proper period P because the computational complexity of the algorithm increases. The period P is set to obtain an optimal result through various experimental results described below. That is, in the present invention,
Figure 112019055830184-pat00037
It is set to have a relationship of, and the optimal initial beam forming vector is obtained by applying the period obtained by the experimental value.

새로운 신호가 등장했을 때, 수학식 16에서 최대 고유값에 대응하는 고유벡터는 기존 신호의 공분산 행렬인

Figure 112019055830184-pat00038
의 신호 부공간에 포함되지 않으면서
Figure 112019055830184-pat00039
의 신호 부공간에는 포함되는 고유벡터가 되야 한다. 이와 같이 해서 얻어진 고유벡터는 기존 신호 부공간에 대해서 상관성이 낮기 때문에 기존의 신호 방향에 깊은 널(NULL)을 형성하게 되고, 새로운 신호 방향으로 높은 빔형성 이득을 가지게 된다.When a new signal appears, the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue in Equation 16 is the covariance matrix of the existing signal.
Figure 112019055830184-pat00038
Is not included in the signal subspace of
Figure 112019055830184-pat00039
It must be an eigenvector included in the signal subspace of. Since the eigenvector obtained in this way has a low correlation to the existing signal subspace, deep nulls are formed in the existing signal direction, and a high beamforming gain is obtained in the new signal direction.

상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 혼신신호의 분리를 위한 다중표적 제어시스템은 다음과 같이 동작되어진다.The multi-target control system for separation of the interference signal according to the present invention made of the above configuration is operated as follows.

특정 주파수 대역에 존재하는 다수의 신호를 포함하는 혼신신호가 신호수신모듈(210)을 통해서 입력되면, 각 포트에 적용되어 있는 순환주파수 설정 모듈(220~220n)에서 설정된 순환주파수 정보에 따라서 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)이 동작한다. When a mixed signal including a plurality of signals existing in a specific frequency band is input through the signal receiving module 210, a plurality of signals according to the cyclic frequency information set in the cyclic frequency setting modules 220 to 220n applied to each port Interest signal extraction module (230 ~ 230n) is operated.

각각의 관심신호 추출모듈(230~230n)은 각각 설정되어 할당된 순환주파수에 기반해서 하나의 관심신호를 추출하고, 나머지 간섭신호들을 제거하는 방향으로 빔형성 벡터를 생성하면서 원하는 관심신호를 추출하게 된다.Each of the interest signal extraction modules 230 to 230n extracts one interest signal based on a set and assigned cyclic frequency, and extracts a desired interest signal while generating a beamforming vector in a direction to remove the remaining interference signals. do.

한편, 특정 주파수 대역에 다수의 신호가 시간의 흐름에 따라서 새롭게 등장하는 경우, 각각의 관심신호 추출모듈(230~230n)에서 관심신호를 추출하도록 빔형성 벡터가 수렴되어야 한다. 이때 신호의 빠른 수렴을 위해서는 적절한 초기 빔형성 벡터가 할당되야 한다.On the other hand, when multiple signals newly appear in a specific frequency band according to the passage of time, the beamforming vectors must converge to extract the signals of interest from each signal extraction module of interest 230 to 230n. At this time, an appropriate initial beamforming vector must be allocated for fast convergence of the signal.

상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 새로운 신호가 등장한 시점에서 초기 빔 형성 벡터를 추정하고, 상기 복수의 관심신호 추출모듈(230~230n)에 할당한다. 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 새로운 신호가 등장한 시점에서, 큰 고유값을 갖는다. The initial beamforming vector estimation module 250 estimates an initial beamforming vector at a time when a new signal appears and assigns it to the plurality of interest signal extraction modules 230-230n. The initial beamforming vector estimation module 250 has a large eigenvalue when a new signal appears.

이때 검출되는 고유값이 기준값으로 설정하고 있는 문턱값보다 크게 나타났을 때, 이 고유값에 해당하는 고유벡터를 초기 빔형성 벡터로 결정하여 상기 관심신호 추출모듈(230~230n)으로 할당한다. 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은 새로운 신호의 등장을 검출하기 위해서 기존의 고유값(1에 근사한 값)보다 큰 고유값이 발생해야만 새로운 신호의 등장을 검출한다. 따라서 새롭게 등장한 신호의 파워가 잡음 파워보다 작으면 1보다 충분히 큰 값이 발생하지 않으므로, 새롭게 등장한 신호의 SNR(signal to noise ratio)가 충분히 큰 값이어야 한다.At this time, when the detected eigenvalue is greater than a threshold set as a reference value, the eigenvector corresponding to the eigenvalue is determined as an initial beamforming vector and is allocated to the interest signal extraction modules 230 to 230n. The initial beamforming vector estimation module detects the appearance of a new signal only when an eigenvalue greater than an existing eigenvalue (a value close to 1) occurs in order to detect the appearance of a new signal. Therefore, if the power of the newly emerged signal is less than the noise power, a value greater than 1 does not occur, so the signal to noise ratio (SNR) of the newly emerged signal should be a sufficiently large value.

상기 관심신호 추출모듈(230~230n)은 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)에서 할당한 초기 빔형성 벡터를 빔형성 벡터로 설정하고, 새로운 신호에 수렴시킨다. 이렇게 해서 상기 관심신호 추출모듈(230~230n)에서 추출되는 복수의 관심신호는 신호처리부(240)로 출력된다.The interest signal extraction modules 230 to 230n set the initial beamforming vector allocated by the initial beamforming vector estimation module 250 as a beamforming vector and converge to a new signal. In this way, a plurality of interest signals extracted from the interest signal extraction modules 230 to 230n are output to the signal processing unit 240.

즉, 상기 관심신호 추출모듈(230~230n)은, 새로운 신호가 등장하기 이전에는 각각의 관심신호를 추출한다. 그리고 새로운 신호에 대한 순환주파수 정보가 적용된 임의의 관심신호 추출모듈은 기존 신호의 방향으로는 낮은 이득을 가지는 빔형성 벡터를 생성한다. 그리고 새로운 신호가 입사되었을 때, 해당 관심신호 추출모듈에 초기 빔형성 벡터가 할당되면서 해당 관심신호의 추출이 이루어진다.That is, the interest signal extraction modules 230 to 230n extract each interest signal before a new signal appears. In addition, an arbitrary signal extraction module to which the cyclic frequency information for a new signal is applied generates a beamforming vector having a low gain in the direction of the existing signal. In addition, when a new signal is incident, an initial beamforming vector is assigned to the corresponding signal extraction module, and extraction of the signal of interest is performed.

따라서 여러 병렬 포트로 수행되는 복수개의 관심신호 추출모듈(230~230n)을 통과하면, 입사된 혼신신호에 포함된 다수개의 신호들이 분리 및 추출되어서 신호처리부(240)에 입력되어진다. 상기 신호처리부(240)에 입력된 분리 및 추출된 신호들은 이후 필요한 신호처리를 수행하여 원하는 정보를 얻게 된다.Accordingly, when a plurality of interest signal extraction modules 230 to 230n performed by various parallel ports are passed, a plurality of signals included in the incident intermix signal are separated and extracted and input to the signal processing unit 240. The separated and extracted signals input to the signal processing unit 240 then perform necessary signal processing to obtain desired information.

이상과 같이 초기 빔형성 벡터 추정모듈을 적용하여 관심신호를 추출할 때, 관심신호에 대한 수렴이 더 잘 보장되고, 수렴속도가 빠르게 되는 효과를 얻을 수 있었다. As described above, when the signal of interest is extracted by applying the initial beamforming vector estimation module, it is possible to obtain an effect that the convergence of the signal of interest is better guaranteed and the convergence speed is faster.

다음은 하기와 같이 알고리즘 구현 과정에 기초해서 초기값을 설정하고, 도 3과 같이 실험 환경을 구성해서 효과를 확인하였다.Next, the initial values were set based on the algorithm implementation process, and an experimental environment was constructed as shown in FIG. 3 to confirm the effect.

Figure 112019055830184-pat00040
Figure 112019055830184-pat00040

도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 2번째 신호가 2ms에서 새롭게 등장할 때, 고유값이 갑자기 증가하는 것을 확인할 수 있다. 상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 최대 고유값에 해당하는 고유벡터를 두번째 관심신호 추출모듈(231)에 초기 빔형성 벡터로 할당한다.As shown in Fig. 4, when the second signal newly appears at 2 ms, it can be confirmed that the eigenvalue suddenly increases. The initial beamforming vector estimation module 250 assigns the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue to the second interest signal extraction module 231 as the initial beamforming vector.

이때 기존의 빔형성 벡터의 패턴과, 상기 초기 빔형성 벡터에 따른 빔형성 벡터 패턴을 비교하여 도 5에 도시하고 있다.At this time, the pattern of the existing beamforming vector and the beamforming vector pattern according to the initial beamforming vector are compared and illustrated in FIG. 5.

도시하고 있는 바와 같이, 관심신호와 간섭신호의 입사각에서 빔형성 벡터의 이득 차이를 비교해보면, 기존의 빔형성 벡터 패턴보다 본 발명에 의해서 추정된 초기 빔형성 벡터의 패턴이 간섭을 제거하는 성능이 더 우수함을 확인할 수 있다.As shown in the figure, when comparing the gain difference of the beamforming vector at the incident angle of the signal of interest and the interference signal, the performance of removing the interference of the pattern of the initial beamforming vector estimated by the present invention than the conventional beamforming vector pattern has You can see that it is better.

즉, 기존의 빔형성 벡터는 관심신호와 간섭신호의 입사각에서 약 14dB의 이득차이를 갖는다. 본 발명의 빔형성 벡터는 관심신호와 간섭신호의 입사각에서 약 28dB의 이득 차이를 보여주고 있다.That is, the existing beamforming vector has a gain difference of about 14dB from the incident angle of the interest signal and the interference signal. The beamforming vector of the present invention shows a gain difference of about 28 dB in the incident angle between the interest signal and the interference signal.

또한 도 6은 두번째 관심신호 추출모듈(231)이 관심신호와 간섭신호의 입사방향에 대한 빔형성 벡터 이득을 도시하고 있다. 관심신호를 추출하기 위한 두번째 관심신호 추출모듈(231)은 간섭신호 방향에 대한 빔형성 벡터 이득이 낮음을 확인할 수 있다. 그러나 관심신호 방향의 빔형성 벡터 이득 관점에서, 관심신호가 2ms에 등장한 이후 빠른 수렴 속도를 가지고 있음을 확인할 수 있다.Also, FIG. 6 shows the beamforming vector gain for the second signal of interest extraction module 231 with respect to the incident direction of the signal of interest and interference. The second interest signal extraction module 231 for extracting the interest signal can confirm that the beamforming vector gain for the interference signal direction is low. However, from the viewpoint of the beamforming vector gain in the direction of the signal of interest, it can be confirmed that the signal of interest has a fast convergence rate after appearing at 2 ms.

이와 같은 실험을 수차례 반복적으로 실시하고, 그 결과 성능을 도 7에 도시하고 있다. 새로운 신호를 추출하기 위한 초기 빔형성 벡터의 이득차이는 This experiment was repeatedly performed several times, and as a result, the performance is shown in FIG. 7. The gain difference of the initial beamforming vector to extract a new signal is

기존 대비 약 2배 이상의 큰 값을 가지는 것으로 나타났고, 수렴을 위한 누적 샘플 수는 기존 대비 약 13%로 줄어드는 성능을 확인할 수 있었다.It was found to have a value that is about 2 times larger than the previous one, and the cumulative number of samples for convergence was confirmed to be reduced to about 13% compared to the previous one.

한편, 본 발명은 잡음 영향과 입사각 차이에 따라서 일부의 영향을 받는다. 이를 판단하기 위해서 도 3과 동일한 조건에서, 단지 낮은 SNR 값(0 dB)을 적용해서 실험을 하였다. On the other hand, the present invention is partially affected by the noise effect and the incident angle difference. In order to judge this, the experiment was performed under the same conditions as in FIG. 3 by applying only a low SNR value (0 dB).

상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈(250)은 신호의 파워가 잡음의 파워보다 커야 충분히 큰 고유값을 갖는 특징이 있다. 따라서 신호대 잡음비가 낮은 SNR 값을 갖을 때, 최대 고유값의 크기는 1 근처의 값으로 매우 낮게 나타난다. 낮은 문턱값으로 구해진 고유값에 따라서 추정된 초기 빔형성 벡터를 기존 벡터와 비교해보면, SNR의 값이 낮아지면서 관심신호와 간섭신호의 방향에서 빔형성 벡터 이득 차이가 감소한다. 마찬가지로 신호대 잡음비가 낮은 SNR 값을 갖을 때, 2번째 포트로 입력되는 관심신호와 간섭신호의 입사방향에 대한 빔형성 벡터 이득도 차이가 작게 나타난다. 그러나 수렴 속도는 기존 대비 빠른 수렴 속도를 갖음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 낮은 잡음비에 성능이 열화되지만, 수렴보장 및 수렴 속도 측면에서는 기존 대비 우수하게 나타난다.The initial beamforming vector estimation module 250 has a characteristic that a signal has a eigenvalue that is sufficiently large when the power of the signal is greater than the power of the noise. Therefore, when the signal-to-noise ratio has a low SNR value, the magnitude of the maximum eigenvalue appears very low, with a value around 1. When the initial beamforming vector estimated according to the eigenvalue obtained with a low threshold value is compared with the existing vector, the difference in beamforming vector gain in the direction of the signal of interest and the interference signal decreases as the value of SNR decreases. Similarly, when the signal-to-noise ratio has a low SNR value, the difference in the beamforming vector gains for the incident direction of the interest signal and the interference signal input to the second port is also small. However, it can be seen that the convergence speed is faster than the previous one. Therefore, although the performance of the embodiment of the present invention is deteriorated at a low noise ratio, the convergence guarantee and the convergence speed are superior to those of the related art.

또한 본 발명은 입사각 차이에 따라서 일부의 영향을 받는다. 이를 판단하기 위해서 도 3과 동일한 조건에서, 단지 신호1과 신호2의 입사각을 20도와 26도로 설정하고 실험을 하였다. In addition, the present invention is partially affected by the difference in incident angle. In order to judge this, under the same conditions as in FIG. 3, only the angles of incidence of signals 1 and 2 were set at 20 degrees and 26 degrees, and experiments were conducted.

관심신호와 간섭신호가 입사되는 방향이 가까운 경우를 확인하기 위해서 입사각의 차이를 작게 하면, 2번째 신호가 등장할 때, 작은 고유값을 갖는 것으로 나타난다. 또한 문턱값의 설정에 따라 신호가 등장한 시간이 2ms 보다 늦게 최대 고유값을 얻을 수 있다. If the difference between the angles of incidence is small in order to confirm a case in which the direction of interest and the interference signal are close, the second signal appears to have a small eigenvalue. In addition, depending on the threshold setting, the maximum eigenvalue can be obtained after the time when the signal appears is less than 2 ms.

구해진 고유값에 따라서 추정된 초기 빔형성 벡터를 기존 빔형성벡터와 비교해보면, 새로 등장하는 신호가 기존 신호와 가까이 입사됨에 따라서 관심신호와 간섭신호의 방향에서 빔형성 벡터 이득차이가 감소하였다. 또한 관심신호 방향의 빔형성 벡터 이득의 관점에서, 빠르게 수렴한다. 따라서 입사각도의 차이가 작아짐에 따라서 본 발명은 초기 빔형성 벡터 이득 차이가 줄어들고 수렴하는데 약간의 지연시간이 발생하지만, 기존과 대비해서는 더 좋은 수렴 성능을 얻을 수 있다.When the initial beamforming vector estimated according to the obtained eigenvalue is compared with the existing beamforming vector, the difference in gain of the beamforming vector in the direction of the signal of interest and the interference signal decreases as the newly emerged signal is incident closer to the existing signal. Also, from the viewpoint of the beamforming vector gain in the direction of the signal of interest, it converges quickly. Therefore, as the difference in the angle of incidence decreases, the present invention reduces the difference in initial beamforming vector gain and causes a slight delay in convergence, but better convergence performance can be obtained than in the past.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered illustrative. The scope of the invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.

110,210 : 신호수신모듈
120~120n, 220~230n : 순환주파수 설정모듈
130~130n, 230~230n : 관심신호 추출모듈
140,240 : 신호처리부
250 : 초기빔형성벡터 추정모듈
110,210: Signal receiving module
120~120n, 220~230n: Circulation frequency setting module
130~130n, 230~230n: Interest signal extraction module
140,240: signal processing unit
250: initial beamforming vector estimation module

Claims (7)

다수의 신호들이 배열 안테나를 통해서 수신하는 신호수신모듈;
추출하고자 하는 관심신호에 대한 순환주파수를 설정하고 상기 신호수신모듈에 병렬로 연결된 복수개의 순환주파수 설정모듈;
상기 복수개의 순환주파수 설정모듈에서 설정된 각각의 순환주파수에 기반해서 상기 신호수신모듈을 통해서 입력되는 혼신신호 중에서 해당 관심신호를 추출하는 복수개의 관심신호 추출모듈; 및
상기 신호수신모듈을 통해서 새로운 신호가 입력될 때, 신호의 공분산 행렬에 포함된 신호 부공간과 직교하는 고유벡터를 산출하고, 이 값을 상기 복수개의 관심신호 추출모듈 중에서 해당하는 추출모듈의 초기 빔형성 벡터값으로 할당하는 초기 빔형성 벡터 추정모듈을 포함하고,
상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은, 수학식 16에 의해서 산출되는 고유벡터값을 초기 빔형성 벡터값으로 산출하되,
Figure 112020047906721-pat00052
은 샘플마다 갱신되는 공분산 행렬이고,
Figure 112020047906721-pat00053
는 실험에 의해 결정된 기설정한 주기 P로 업데이트되는 공분산 행렬이며, n은 신호의 샘플 단위이고, j는 n의 블록 단위로서,
Figure 112020047906721-pat00054
의 관계를 갖는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템.
수학식 16
Figure 112020047906721-pat00055
A signal receiving module for receiving a plurality of signals through an array antenna;
A plurality of cyclic frequency setting modules connected in parallel to the signal receiving module to set a circulating frequency for a signal of interest to be extracted;
A plurality of interest signal extraction modules for extracting a corresponding interest signal from the interference signals input through the signal reception module based on the respective circulating frequencies set in the plurality of cyclic frequency setting modules; And
When a new signal is input through the signal receiving module, an eigenvector orthogonal to the signal subspace included in the covariance matrix of the signal is calculated, and this value is the initial beam of the corresponding extraction module among the plurality of signal extraction modules of interest. And an initial beamforming vector estimation module for allocating as a forming vector value,
The initial beamforming vector estimation module calculates an eigenvector value calculated by Equation 16 as an initial beamforming vector value,
Figure 112020047906721-pat00052
Is a covariance matrix updated per sample,
Figure 112020047906721-pat00053
Is a covariance matrix updated with a predetermined period P determined by experiment, n is a sample unit of the signal, j is a block unit of n,
Figure 112020047906721-pat00054
Target control system for separation of interfering signals having the relationship of
Equation 16
Figure 112020047906721-pat00055
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 관심신호 추출모듈은, 상기 순환주파수에 기반해서 기준신호를 생성하고, 기준신호와 빔형성 출력의 상관도가 최대가 되도록 빔형성 벡터와 컨트롤 벡터를 갱신하는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템.
The method according to claim 1,
The plurality of interest signal extraction modules generate a reference signal based on the cyclic frequency, and multiple targets for separation of the interference signal updating the beamforming vector and the control vector so that the correlation between the reference signal and the beamforming output is maximized. Control system.
청구항 1에 있어서,
상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 출력되는 초기 빔형성 벡터는 블록 단위로 갱신되고, 상기 관심신호 추출모듈은 공분산 행렬을 샘플 단위로 갱신하며,
상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈에서 출력되는 초기 빔형성 벡터를 상기 관심신호 추출모듈에 적용할 때, 샘플 단위로 업데이트 되는 공분산 행렬과 직교성을 판단하여, 설정된 문턱값보다 큰 고유값을 가질 때의 벡터값을 초기 빔형성 벡터로 할당하는 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템.
The method according to claim 1,
The initial beamforming vector output from the initial beamforming vector estimation module is updated in block units, and the interest signal extraction module updates the covariance matrix in sample units,
When applying the initial beamforming vector output from the initial beamforming vector estimating module to the signal extraction module of interest, the orthogonality of the covariance matrix updated in units of samples is determined to have a eigenvalue greater than a set threshold. A multi-target control system for interference signal separation that assigns values to initial beamforming vectors.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 관심신호 추출모듈은, 각 관심신호의 순환주파수를 활용한 cross-SCORE 알고리즘을 이용하여 병렬로 구성한 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템.
The method according to claim 1,
The plurality of interest signal extraction modules, a multi-target control system for the separation of the interference signal configured in parallel using a cross-SCORE algorithm utilizing the cyclic frequency of each interest signal.
청구항 5에 있어서,
상기 초기 빔형성 벡터 추정모듈은, DMP 알고리즘을 이용한 혼신신호 분리를 위한 다중표적 제어시스템.
The method according to claim 5,
The initial beamforming vector estimation module is a multi-target control system for segregation of interference signals using a DMP algorithm.
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