KR102331371B1 - 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 - Google Patents
드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102331371B1 KR102331371B1 KR1020200098174A KR20200098174A KR102331371B1 KR 102331371 B1 KR102331371 B1 KR 102331371B1 KR 1020200098174 A KR1020200098174 A KR 1020200098174A KR 20200098174 A KR20200098174 A KR 20200098174A KR 102331371 B1 KR102331371 B1 KR 102331371B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- beamforming
- beam steering
- signals
- signal
- block
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/006—Theoretical aspects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
- G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/021—Auxiliary means for detecting or identifying radar signals or the like, e.g. radar jamming signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
드론(Drone)의 위치 추적용 멀티 빔포밍(Multi-Beamforming) 장치가 제공된다. 본 장치는, 데이지 체인(daisy chain) 방식으로 연결된 N개의 빔 스티어링(Beam Steering) 블록 - 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은 상기 드론으로부터의 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스(beam index) 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호(partial sum beamforming signals)를 제공하고, 상기 N개의 빔 스티어링 블록은, 상기 N개의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 N x M개의 부분합 빔포밍 신호가 빔인덱스 별로 더해져 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 작동되며, 상기 N 및 상기 M은 자연수임 -, 및 상기 최종 단의 빔 스티어링 블록으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 인식하도록 구성된 방향 탐지 블록을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 드론의 위치를 추적하는데 관련된 기술에 관한 것이다.
드론(Drone)의 위치와 거리를 측정하는 시스템으로서 드론 추적 레이더(RADAR)와 패시브 드론 RF(Radio Frequency) 신호 감지(Passive Drone RF-Signal Sensor: PDRS) 시스템이 알려져 있다. 드론 추적 레이더(RADAR)는 고출력의 신호를 송출하여 그 신호가 드론에 맞고 반사되는 신호를 수신하여 드론의 위치와 거리를 측정하는 방식을 사용하므로, 시스템 규모가 크고 가격이 매우 비싸다는 문제점이 있고 또한 최근 민간에서 많이 사용되는 드론의 경우 그 크기가 매우 작아 신호가 반사되는 면적이 적어 드론을 정확히 찾기 어려워 가격대비 성능이 현저히 떨어진다는 약점이 있다. 반면 패시브 드론 RF 신호 감지(PDRS) 시스템은 스스로 송출하는 신호 없이 드론에서 송출하는 제어응답 신호나 영상 신호를 2차원 어레이 안테나(2-Dimensional Array Antenna)로 수신하여 빔포밍(Beamforming) 기술을 이용하여 드론의 방향을 탐지 추적하므로, 시스템이 간단하며 또한 드론의 크기에 상관없이 드론의 위치 추적이 가능하다는 장점이 있다.
이러한 패시브 드론 RF 신호 감지 시스템은 복수의 빔 스티어링 블록을 채용하는데, 이 복수의 빔 스티어링 블록에서 사전 처리된 데이터를 방향 탐지 블록으로 빔포밍 데이터 링크를 통하여 병렬로 전송하자면 문제가 발생된다. 빔포밍 데이터 링크 용으로 보통 FPGA(Field Programmable Gate Array)라는 칩에 내장된 고속 직렬 연결 라인(Serializer/De-Serializer: SERDES)을 사용하는데, 이 SERDES 링크는 FPGA 칩에 유한한 개수로 실장되어 있다. N개의 빔 스티어링 블록이 각각 M개의 신호를 방향 탐지 블록으로 전달하는 경우 M x N 개의 SERDES 링크가 필요하게 된다. N이 8이고 M이 10이라면 시스템은 80개의 SERDES가 내장된 FPGA 칩을 사용하여야 하는데, 현실적으로 이러한 FPGA를 구하는 것은 불가능하다.
본 발명의 과제는 적은 수의 SERDES 링크 만으로 구현될 수 있는, 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측면에서, 드론(Drone)의 위치 추적용 멀티 빔포밍(Multi-Beamforming) 장치가 제공된다. 본 장치는, 데이지 체인(daisy chain) 방식으로 연결된 N개의 빔 스티어링(Beam Steering) 블록 - 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은 상기 드론으로부터의 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스(beam index) 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호(partial sum beamforming signals)를 제공하고, 상기 N개의 빔 스티어링 블록은, 상기 N개의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 N x M개의 부분합 빔포밍 신호가 빔인덱스 별로 더해져 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 작동되며, 상기 N 및 상기 M은 자연수임 -, 및 상기 최종 단의 빔 스티어링 블록으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 인식하도록 구성된 방향 탐지 블록을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은, 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하도록 구성된 K개의 배열 안테나(array antennas) 및 상기 K개의 배열 안테나에 각각 접속된 K개의 멀티 빔포밍 처리부를 포함한다. 여기서 상기 K는 자연수이다. 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각은, 상기 해당 배열 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호(antenna element signals)를 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은, 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 출력하기 위한 M개의 제1 결합기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각은, 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 더하도록 구성되는 결합부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각에 포함되는 결합부는, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부 및 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 이전 단 및 그 아랫 단들에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들이다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록은, 0과 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 더하도록 구성되는 결합부를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 결합부는, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부 및 0과 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부, 0 또는 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하기 위한 M개의 결합 신호 선택기 및 상기 M개의 결합 신호 선택기의 출력과 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기는, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하도록 스위칭된다.
일 실시예에서, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 이전 단 및 그 아랫 단들에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들이다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기는, 0을 선택하도록 스위칭된다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 M개의 결합 지연부는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연시키도록 작동된다. 여기서 n은 자연수이고 T는 상수이다.
일 실시예에서, 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각은, 상기 해당 배열 안테나로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하도록 구성된 대역통과 필터(bandpass filter), 상기 대역통과 필터링된 신호를 증폭하도록 구성된 저잡음 증폭기(low noise amplifier), 상기 증폭된 신호를 국부 발진기로부터의 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호(baseband signal)를 제공하도록 구성된 혼합기(mixer), 상기 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하도록 구성된 A/D 변환기, M개의 빔포밍 계수(beamforming coefficients)를 각각 생성하도록 구성된 M개의 빔포밍 계수 생성기 및 상기 디지틀 신호를 상기 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱하여 상기 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하도록 구성되는 M개의 곱셈기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 장치는, 상기 방향 탐지 블록에 접속되어 상기 방향 탐지 블록에서 인식한 상기 드론의 위치가 디스플레이에 표시되게 제어하도록 구성된 컨트롤 블록을 더 포함한다.
다른 측면에서, 드론의 위치를 추적하기 위해 멀티 빔포밍을 수행하는 방법이 제공된다. 본 방법은, N개의 빔 스티어링 블록을 데이지 체인 방식으로 연결하는 단계, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력함으로써 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 하는 단계 - 상기 N 및 상기 M은 자연수임 -, 및 상기 최종 단의 빔 스티어링 블록으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 인식하기 위한 신호 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계는, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 멀티 빔포밍 처리부에 연결된 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계 - 상기 K는 자연수임 - 를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계는, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력함으로써 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 하는 단계 - 상기 N 및 상기 M은 자연수임 - 는, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키는 단계, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하는 단계, 및 상기 지연된 M개의 부분합 빔포밍 신호와 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 이전 단 및 그 아랫 단들에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들이다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키는 단계는, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연시키는 단계를 포함한다. 여기서 n은 자연수이고 T는 상수이다.
일 실시예에서, 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 멀티 빔포밍 처리부에 연결된 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계 - 상기 K는 자연수임 - 는, 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 안테나로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하는 단계, 상기 대역통과 필터링된 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭된 신호를 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호를 제공하는 단계, 상기 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하는 단계, M개의 빔포밍 계수(beamforming coefficients)를 생성하는 단계 및 상기 디지틀 신호를 상기 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱하여 상기 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은, 상기 방향 탐지 블록에서 인식한 상기 드론의 위치가 디스플레이에 표시되게 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 적은 수의 SERDES 링크 만으로 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치를 구현할 수 있게 되는 기술적 효과가 있다.
도 1은 개시된 기술에 따른 드론(Drone)의 위치 추적용 멀티 빔포밍(Multi-Beamforming) 장치의 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 두 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 N번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 멀티 빔포밍 처리부의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 드론의 위치를 추적하기 위해 멀티 빔포밍을 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 두 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 N번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 멀티 빔포밍 처리부의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 드론의 위치를 추적하기 위해 멀티 빔포밍을 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점들과 특징들 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성이 배제되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미할 수 있다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 개시된 기술에 따른 드론(Drone)의 위치 추적용 멀티 빔포밍(Multi-Beamforming) 장치의 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 개시된 기술에 따른 멀티 빔포밍 장치(100)는 데이지 체인(daisy chain) 방식으로 연결된 N개의 빔 스티어링(Beam Steering) 블록(110-1 내지 110-N)을 포함한다. N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)의 각각은 드론으로부터의 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스(beam index) 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호(partial sum beamforming signals)를 제공하도록 구성될 수 있다. N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)은, N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)에서 제공되는 총 N x M개의 부분합 빔포밍 신호가 빔인덱스 별로 더해져 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N) 중 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 작동될 수 있다. 예컨대, 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 출력되는 빔인덱스 1의 빔포밍 신호는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)에서 제공되는 빔인덱스 1의 부분 빔포밍 신호들의 합일 수 있다. 다른 예를 들면, 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 출력되는 빔인덱스 2의 빔포밍 신호는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)에서 제공되는 빔인덱스 2의 부분 빔포밍 신호들의 합일 수 있다. 여기서, N 및 상기 M은 자연수이다. 멀티 빔포밍 장치(100)는 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에 접속되어 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호를 분석하여 드론의 위치 및/또는 방향을 탐지/인식하도록 구성된 방향 탐지 블록(120)을 더 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 방향 탐지 블록(120)은 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)으로 동기 신호를 제공하도록 더 구성될 수 있다. 멀티 빔포밍 장치(100)는 방향 탐지 블록(120)에 접속되어 방향 탐지 블록(120)에서 탐지하여 인식한 드론의 위치가 디스플레이(170)에 표시되게 제어하도록 구성된 컨트롤 블록(140)을 더 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 3은 도 1의 두 번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 4는 도 1의 N번째 단의 빔 스티어링 블록의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 빔 스티어링 블록의 구성을 설명하기로 한다.
빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)은 드론으로부터의 RF 신호를 수신하도록 구성된 K개의 배열 안테나(array antennas, 212, 312, 412)를 포함할 수 있다. 여기서 K는 자연수이다. 도시된 실시예에서 각각의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)에 포함된 배열 안테나(212, 312, 412)의 수는 4이므로, 이하에서는 설명의 편의상 각각의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)이 4개의 배열 안테나(212, 312, 412)를 가지는 것으로 가정하기로 한다. 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)은 K개의 배열 안테나(212, 312, 412)에 각각 접속된 K개의 멀티 빔포밍 처리부(214, 314, 414)를 더 포함할 수 있다. K개의 멀티 빔포밍 처리부(214, 314, 414)의 각각은, 해당 배열 안테나(212, 312, 412)로부터 수신된, 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호(antenna element signals)를 출력하도록 구성될 수 있다.
도 5는 도 2의 멀티 빔포밍 처리부의 상세 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 멀티 빔포밍 처리부(214)는 배열 안테나(212)로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하도록 구성된 대역통과 필터(bandpass filter, 510), 대역통과 필터링된 신호를 증폭하도록 구성된 저잡음 증폭기(low noise amplifier, 520), 증폭된 신호를 국부 발진기(535)로부터의 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호(baseband signal)를 제공하도록 구성된 혼합기(mixer, 530), 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하도록 구성된 A/D 변환기(550), M개의 빔포밍 계수(beamforming coefficients)를 각각 생성하도록 구성된 M개의 빔포밍 계수 생성기(560) 및 디지틀 신호를 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱하여 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하도록 구성되는 M개의 곱셈기(570)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 배열 안테나(212)로부터 수신되는 RF 신호는 5.8GHz의 신호일 수 있는데, 이러한 실시예에서 국부 발진기(535)는 5.8GHz의 고주파 발진 신호를 생성하도록 구성된다.
다시 도 2 내지 도 4로 돌아와서, 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)은 K개의 멀티 빔포밍 처리부(214, 314, 414)로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 출력하기 위한 M개의 제1 결합기(228, 328, 428)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, M개의 제1 결합기(228, 328, 428)는 가산기(adder)에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 빔인덱스 1의 부분합 빔포밍 신호는 K개의 멀티 빔포밍 처리부(214, 314, 414)로부터 출력되는 빔인덱스 1의 안테나 엘리먼트 신호들의 합일 수 있다. 다른 예를 들면, 빔인덱스 5의 부분합 빔포밍 신호는 K개의 멀티 빔포밍 처리부(214, 314, 414)로부터 출력되는 빔인덱스 5의 안테나 엘리먼트 신호들의 합일 수 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 경우 M개의 부분합 빔포밍 신호는 B(1, 1), B(2, 1), ..., B(M, 1)로 표시되어 있고, 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)의 경우 M개의 부분합 빔포밍 신호는 B(1, 2), B(2, 2), ..., B(M, 2)로 표시되어 있고, N번째 단의 빔 스티어링 블록(110-N)의 경우 M개의 부분합 빔포밍 신호는 B(1, N), B(2, 1), ..., B(M, N)으로 표시되어 있다. 부분합 빔포밍 신호와 안테나 엘리먼트 신호 간의 관계를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
위 수학식 1 및 수학식 2에서의 변수들의 정의는 아래와 같다.
- B(m, n): n번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 빔인덱스 m의 부분합 빔포밍 신호
- b(m, n, k): n번째 단의 빔 스티어링 블록에서 k번째 안테나 신호에 기초하여 제공되는 빔인덱스 m의 안테나 엘리먼트 신호
- r(n, k): n번째 단의 빔 스티어링 블록에서의 k번째 안테나 신호
- c(m, n, k): n번째 단의 빔 스티어링 블록에서의 k번째 안테나 신호에 대해 적용되는 빔인덱스 m의 빔포밍 계수
- k: 빔 스티어링 블록에서의 안테나 번호를 나타내는 인덱스 (k = 1 ~ K)
- n: 빔 스티어링 블록의 번호를 나타내는 인덱스 (n = 1 ~ N)
- m: 빔인덱스의 번호를 나타내는 인덱스 (m = 1 ~ M)
빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)은 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 0 또는 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 각각 더하도록 구성되는 결합부를 더 포함할 수 있다. 결합부는 M개의 결합 지연부(232, 332, 432), M개의 결합 신호 선택기(244, 344, 444) 및 M개의 제2 결합기(236, 336, 436)를 포함할 수 있다. M개의 결합 지연부(232, 332, 432)는 M개의 1차 결합기(228, 328, 428)에 각각 접속되어 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동될 수 있다.
M개의 결합 신호 선택기(244, 344, 444)는 0 또는 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하도록 작동될 수 있다. 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 경우는 이전 단이 없으므로, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기(244)는 0을 선택하도록 스위칭될 수 있다. N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N) 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들(110-2 내지 110-N)의 각각에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기(344, 444)는 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하도록 스위칭될 수 있다. 일 실시예에서, 결합 신호 선택기를 사용하지 않고 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 경우는 접지 신호(0)가 고정적으로 입력되도록 하고 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들(110-2 내지 110-N)의 경우는 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호가 고정적으로 입력되도록 한다. 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 이전 단 및 그 아랫 단들에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들일 수 있다. 예컨대, 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)에서 선택되어 그로 입력되는 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)으로부터의 M개의 누적 신호는, 도 2에서 B'(1, 1), B'(2, 1), ..., B'(M, 1)으로 표시된 바의, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호일 수 있다. 다른 예를 들면, 세 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-3)에서 선택되어 그로 입력되는 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)으로부터의 M개의 누적 신호는, 도 3에서 B'(1, 2), B'(2, 2), ..., B'(M, 2)으로 표시된 바의, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호와 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호일 수 있다. 또 다른 예를 들면, N번째 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 선택되어 그로 입력되는 (N-1)번째 단의 빔 스티어링 블록(110-N-1)으로부터의 M개의 누적 신호는, B'(1, N-1), B'(2, N-1), ..., B'(M, N-1)으로 표시되는, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호 내지 (N-1)번째 단의 빔 스티어링 블록(110-N-1)에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 모두 더한 M개의 신호일 수 있다.
M개의 제2 결합기(236, 336, 436)는 M개의 결합 지연부(232, 332, 432)를 통해 각각 지연되어 출력되는 M개의 부분합 빔포밍 신호와 M개의 결합 신호 선택기(244, 344, 444)로부터 출력되는, 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 빔인덱스 별로 더하여 다음 단으로 제공될 M개의 누적 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, M개의 제2 결합기(236, 336, 436)는 가산기에 의해 구현될 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)을 작동시킴으로써 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 할 수 있다. M개의 빔포밍 신호는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)에서 제공되는 총 N x M개의 부분합 빔포밍 신호가 빔인덱스 별로 더해져 제공되는 신호들이다. 개시된 기술에 따르면 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 출력되는 M개의 빔포밍 신호 만이 방향 탐지 블록(120)으로 제공되도록 하면 되므로 빔(beam) 수(M)만큼의 SERDES 링크 만으로 고속 멀티 빔포밍 시스템을 구축할 수 있게 된다.
다시 M개의 결합 지연부(232, 332, 432)에 대한 설명으로 돌아가, 하나의 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)에서 다음 단의 빔 스티어링 블록(110-2 내지 110-N)으로 M개의 누적 신호를 전달하는 데에는 시간 지연이 발생하므로 이를 고려하여 각 빔 스티어링 블록(110-2 내지 110-N)의 제2 결합기에서 신호를 결합하기 전에 결합 지연부에서 M개의 부분합 빔포밍 신호를 적절히 지연시킨 후 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터의 M개의 누적 신호와 결합되도록 할 필요가 있다. 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)에서 결합 지연부(232)의 지연 값을 '0'으로 설정하면, 제1 결합기(228)로부터의 M개의 부분합 빔포밍 신호(B(1, 1), ..., B(M, 1))는 곧바로 제2 결합기(236)로 전달된다(도 2 참조). 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 이전 단에 연결된 빔 스티어링 블록이 없으므로 블록 신호 선택기(244)는 '0'의 값을 연결하여 전달하도록 설정되고, 이에 따라 제2 결합기(236)의 출력(B'(1, 1), ..., B'(M, 1))은 지연 시간 T1 후 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)의 제2 결합기(336)에 도달한다(도 3 참조). 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)의 제1 결합기(328)로부터의 M개의 부분합 빔포밍 신호(B(1, 2), ..., B(M, 2))는 결합 지연부(332)에서의 지연 값 만큼 지연된 후 제2 결합기(336)에 도달한다. 이 경우 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 출력(B'(1, 1), ..., B'(M, 1))은 T1 시간의 지연을 거쳐 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)의 제2 결합기(336)에 도달하였으므로, 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-1)의 출력(B'(1, 1), ..., B'(M, 1))과 두 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-2)에서의 M개의 부분합 빔포밍 신호(B(1, 2), ..., B(M, 2))가 동일한 시점에 동기되어 결합되기 위해서는 두 번째 빔 스티어링 블록(110-2)의 결합 지연부(332)에서의 지연 값은 T1으로 설정되어야 한다. 유사한 방식으로 세 번째 단의 빔 스티어링 블록(110-3)의 결합 지연부의 지연 값은 T1 + T2로 설정되어야 하며, 마지막 단인 N번째 단의 빔 스티어링 블록(110-N)의 결합 지연부(432)에서의 지연 값은 T1 + T2 + ... + T(N-1)로 설정되어야 한다. 여기서 T1 내지 T(N-1)은 상수이다. 일 실시예에서 상수 T1, T2, ..., T(N-1)을 모두 같은 값으로 설정하는데, 이 경우 N개의 빔 스티어링 블록 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 M개의 결합 지연부는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연시키도록 작동된다. 여기서 n은 자연수이고 T는 상수이다.
도 6은 드론의 위치를 추적하기 위해 멀티 빔포밍을 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 멀티 빔포밍을 수행하는 방법은 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)을 데이지 체인 방식으로 연결하는 단계(S605)로부터 시작된다. 본 단계에서는 하나의 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)에서 출력되는 M개의 누적 신호가 다음 단의 빔 스티어링 블록(110-2 내지 110-N)으로 전달되도록 두 빔 스티어링 블록을 데이터 링크로 접속한다. 단계(S610)에서는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)의 각각에서 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공한다. 본 단계에서는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 해당 멀티 빔포밍 처리부에 연결된 안테나로부터 수신된, 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하도록 할 수 있다. K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 M개의 안테나 엘리먼트 신호가 출력되도록 하기 위해, K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 해당 안테나로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하고, 대역통과 필터링된 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호를 제공하고, 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하고, M개의 빔포밍 계수를 생성하고, 디지틀 신호를 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱할 수 있다. 본 단계에서는 또한 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 M개의 부분합 빔포밍 신호가 출력되도록 할 수 있다. 단계(S615)에서는 N개의 빔 스티어링 블록(110-2 내지 110-N)의 각각에서 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 이전 단의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N-1)으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 빔인덱스 별로 더하여 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력함으로써 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N) 중 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 한다. 본 단계에서는 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N)의 각각에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시킨다. 여기서 N개의 빔 스티어링 블록(110-1 내지 110-N) 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호는 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연된다. 본 단계에서는 또한 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하고, 지연된 M개의 부분합 빔포밍 신호와 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 빔인덱스 별로 더하여 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력한다. 여기서 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 이전 단 및 그 아랫 단들에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들이다. 단계(S620)에서는 최종 단의 빔 스티어링 블록(110-N)으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 드론의 위치를 인식하기 위한 신호 처리를 수행한다. 단계(S625)에서는 인식한 드론의 위치가 디스플레이에 표시되게 제어한다.
이상의 설명에 있어서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 접속되거나 결합된다는 기재의 의미는 당해 구성 요소가 그 다른 구성 요소에 직접적으로 접속되거나 결합된다는 의미뿐만 아니라 이들이 그 사이에 개재된 하나 또는 그 이상의 타 구성 요소를 통해 접속되거나 결합될 수 있다는 의미를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이외에도 구성 요소들 간의 관계를 기술하기 위한 용어들(예컨대, '간에', '사이에' 등)도 유사한 의미로 해석되어야 한다.
본원에 개시된 실시예들에 있어서, 도시된 구성 요소들의 배치는 발명이 구현되는 환경 또는 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 일부 구성 요소가 생략되거나 몇몇 구성 요소들이 통합되어 하나로 실시될 수 있다. 또한 일부 구성 요소들의 배치 순서 및 연결이 변경될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예들은 첨부하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이고, 이러한 변형 실시예들이 본 발명의 기술적 사상이나 범위와 별개로 이해되어져서는 아니 될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 오직 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 멀티 빔포밍 장치
110-1 ~ 110-N: 빔 스티어링 블록
120: 방향 탐지 블록
140: 컨트롤 블록
170: 디스플레이
212, 312, 412: 배열 안테나
214, 314, 414: 멀티 빔포밍 처리부
228, 328, 428: 제1 결합기
232, 332, 432: 결합 지연부
236, 336, 436: 제2 결합기
244, 344, 444: 결합 신호 선택기
510: 대역통과 여파기
520: 저잡음 증폭기
530: 혼합기
535: 국부 발진기
540: 저역통과 여파기
550: A/D 변환기
560: 빔포밍 신호 생성기
570:곱셈기
110-1 ~ 110-N: 빔 스티어링 블록
120: 방향 탐지 블록
140: 컨트롤 블록
170: 디스플레이
212, 312, 412: 배열 안테나
214, 314, 414: 멀티 빔포밍 처리부
228, 328, 428: 제1 결합기
232, 332, 432: 결합 지연부
236, 336, 436: 제2 결합기
244, 344, 444: 결합 신호 선택기
510: 대역통과 여파기
520: 저잡음 증폭기
530: 혼합기
535: 국부 발진기
540: 저역통과 여파기
550: A/D 변환기
560: 빔포밍 신호 생성기
570:곱셈기
Claims (23)
- 드론(Drone)의 위치 추적용 멀티 빔포밍(Multi-Beamforming) 장치로서,
데이지 체인(daisy chain) 방식으로 연결된 N개의 빔 스티어링(Beam Steering) 블록 - 상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은 상기 드론으로부터의 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스(beam index) 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호(partial sum beamforming signals)를 제공하고, 상기 N개의 빔 스티어링 블록은, 상기 N개의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 N x M개의 부분합 빔포밍 신호가 빔인덱스 별로 더해져 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 작동되며, 상기 N 및 상기 M은 자연수임 -, 및
상기 최종 단의 빔 스티어링 블록으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 인식하도록 구성된 방향 탐지 블록을 포함하고,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은, 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하도록 구성된 K개의 배열 안테나(array antennas) 및 상기 K개의 배열 안테나에 각각 접속된 K개의 멀티 빔포밍 처리부를 포함하고 - 상기 K는 자연수임 -,
상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각은, 상기 해당 배열 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호(antenna element signals)를 출력하도록 구성되고,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각은, 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 출력하기 위한 M개의 제1 결합기, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부, 0 또는 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하기 위한 M개의 결합 신호 선택기 및 상기 M개의 결합 신호 선택기의 출력들과 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 더 포함하고,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 M개의 결합 지연부는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연시키도록 작동되는 - n은 자연수이고 T는 상수임 -, 멀티 빔포밍 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각은, 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 더하도록 구성되는 결합부를 더 포함하는, 멀티 빔포밍 장치. - 제4항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각에 포함되는 결합부는, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부 및 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 포함하는, 멀티 빔포밍 장치.
- 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호 내지 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들인, 멀티 빔포밍 장치. - 제1항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록은, 0과 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 더하도록 구성되는 결합부를 더 포함하는, 멀티 빔포밍 장치. - 제7항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 결합부는, 상기 M개의 1차 결합기에 각각 접속되어 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키도록 작동되는 M개의 결합 지연부 및 0과 상기 M개의 결합 지연부의 출력들을 각각 더하도록 구성되는 M개의 제2 결합기를 포함하는, 멀티 빔포밍 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록을 제외한 나머지 빔 스티어링 블록들의 각각에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기는, 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하도록 스위칭되는, 멀티 빔포밍 장치. - 제10항에 있어서,
상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호 내지 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들인, 멀티 빔포밍 장치. - 제1항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에 포함되는 M개의 결합 신호 선택기는, 0을 선택하도록 스위칭되는, 멀티 빔포밍 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각은, 상기 해당 배열 안테나로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하도록 구성된 대역통과 필터(bandpass filter), 상기 대역통과 필터링된 신호를 증폭하도록 구성된 저잡음 증폭기(low noise amplifier), 상기 증폭된 신호를 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호(baseband signal)를 제공하도록 구성된 혼합기(mixer), 상기 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하도록 구성된 A/D 변환기, M개의 빔포밍 계수(beamforming coefficients)를 각각 생성하도록 구성된 M개의 빔포밍 계수 생성기 및 상기 디지틀 신호를 상기 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱하여 상기 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하도록 구성되는 M개의 곱셈기를 포함하는, 멀티 빔포밍 장치. - 제1항에 있어서,
상기 방향 탐지 블록에 접속되어 상기 방향 탐지 블록에서 인식한 상기 드론의 위치가 디스플레이에 표시되게 제어하도록 구성된 컨트롤 블록을 더 포함하는, 멀티 빔포밍 장치.
- 드론의 위치를 추적하기 위해 멀티 빔포밍을 수행하는 방법으로서,
N개의 빔 스티어링 블록을 데이지 체인 방식으로 연결하는 단계,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력함으로써 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 하는 단계 - 상기 N 및 상기 M은 자연수임 -, 및
상기 최종 단의 빔 스티어링 블록으로부터 출력되는 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 인식하기 위한 신호 처리를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 해당 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호와 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력함으로써 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 최종 단의 빔 스티어링 블록에서 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 빔포밍 신호가 출력되도록 하는 단계 - 상기 N 및 상기 M은 자연수임 - 는,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키는 단계,
상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 선택하는 단계, 및
상기 지연된 M개의 부분합 빔포밍 신호와 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 누적 신호를 갱신하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 각각 지연시키는 단계는, 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 n번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 (n-1) x T의 지연 값만큼 각각 지연시키는 단계 - n은 자연수이고 T는 상수임 - 를 포함하는, 멀티 빔포밍 수행 방법. - 제16항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계는,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 멀티 빔포밍 처리부에 연결된 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계 - 상기 K는 자연수임 - 를 포함하는, 멀티 빔포밍 수행 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에서 상기 드론으로부터의 RF 신호를 수신하는 것에 응답하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 부분합 빔포밍 신호를 제공하는 단계는,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부로부터 출력되는 M x K개의 안테나 엘리먼트 신호를 빔인덱스 별로 더하여 상기 M개의 부분합 빔포밍 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 멀티 빔포밍 수행 방법.
- 삭제
- 제16항에 있어서,
상기 이전 단의 빔 스티어링 블록으로부터 제공되는 M개의 누적 신호는 상기 N개의 빔 스티어링 블록 중 첫 번째 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호 내지 상기 이전 단의 빔 스티어링 블록에서 제공되는 M개의 부분합 빔포밍 신호를 빔인덱스 별로 더한 M개의 신호들인, 멀티 빔포밍 수행 방법. - 삭제
- 제17항에 있어서,
상기 N개의 빔 스티어링 블록의 각각에 포함된 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 멀티 빔포밍 처리부에 연결된 안테나로부터 수신된, 상기 드론으로부터의 RF 신호에 대해 빔포밍을 위한 사전 처리를 수행하여 빔인덱스 1부터 빔인덱스 M까지의 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계 - 상기 K는 자연수임 - 는,
상기 K개의 멀티 빔포밍 처리부의 각각에서 상기 해당 안테나로부터 수신된 RF 신호를 대역통과 필터링하는 단계, 상기 대역통과 필터링된 신호를 증폭하는 단계, 상기 증폭된 신호를 고주파 발진 신호와 혼합하여 기저대역 신호를 제공하는 단계, 상기 기저대역 신호를 A/D 변환하여 디지틀 신호를 제공하는 단계, M개의 빔포밍 계수(beamforming coefficients)를 생성하는 단계 및 상기 디지틀 신호를 상기 M개의 빔포밍 계수와 각각 곱하여 상기 M개의 안테나 엘리먼트 신호를 출력하는 단계를 포함하는, 멀티 빔포밍 수행 방법.
- 제16항에 있어서,
상기 인식한 상기 드론의 위치가 디스플레이에 표시되게 제어하는 단계를 더 포함하는, 멀티 빔포밍 수행 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200098174A KR102331371B1 (ko) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200098174A KR102331371B1 (ko) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102331371B1 true KR102331371B1 (ko) | 2021-12-01 |
Family
ID=78899760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200098174A KR102331371B1 (ko) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102331371B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102470039B1 (ko) * | 2022-06-22 | 2022-11-23 | 주식회사 휴라 | 전파 측정 결과로부터 무인 항공기를 탐지하고 인공지능에 기반하여 무인 항공기를 식별하기 위한 방법 및 장치 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001116842A (ja) * | 1999-10-21 | 2001-04-27 | Hitachi Ltd | 合成開口ソーナー |
| WO2017153985A1 (en) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | Satixfy Uk Limited | Digital beam forming system and method |
| KR20180018154A (ko) * | 2016-08-12 | 2018-02-21 | 주식회사 승우 | 임무용 드론을 신속히 출동시킬 수 있는 장거리 드론 서비스 시스템 |
| US20190235489A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-01 | Walmart Apollo, Llc | System and method for autonomous remote drone control |
| JP2019203821A (ja) * | 2018-05-24 | 2019-11-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 飛行物体検知装置、飛行物体検知方法および飛行物体検知システム |
-
2020
- 2020-08-05 KR KR1020200098174A patent/KR102331371B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001116842A (ja) * | 1999-10-21 | 2001-04-27 | Hitachi Ltd | 合成開口ソーナー |
| WO2017153985A1 (en) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | Satixfy Uk Limited | Digital beam forming system and method |
| KR20180018154A (ko) * | 2016-08-12 | 2018-02-21 | 주식회사 승우 | 임무용 드론을 신속히 출동시킬 수 있는 장거리 드론 서비스 시스템 |
| US20190235489A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-01 | Walmart Apollo, Llc | System and method for autonomous remote drone control |
| JP2019203821A (ja) * | 2018-05-24 | 2019-11-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 飛行物体検知装置、飛行物体検知方法および飛行物体検知システム |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102470039B1 (ko) * | 2022-06-22 | 2022-11-23 | 주식회사 휴라 | 전파 측정 결과로부터 무인 항공기를 탐지하고 인공지능에 기반하여 무인 항공기를 식별하기 위한 방법 및 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2018529967A5 (ko) | ||
| EP2270923B1 (en) | Calibration method and active antenna | |
| US9231642B2 (en) | Radio frequency splitter | |
| US10566956B2 (en) | Cascaded transceiver integrated circuit | |
| CN103035994B (zh) | 组合发射接收信号分离和差分到单端转换的微带耦合器 | |
| JP2007081646A (ja) | 送受信装置 | |
| KR102331371B1 (ko) | 드론의 위치 추적용 멀티 빔포밍 장치 및 방법 | |
| US20120190317A1 (en) | Radio frequency combiner | |
| CN110568429A (zh) | 一种多波束多通道一体化接收组件 | |
| US8036627B2 (en) | Bidirectional frequency mixer, radiofrequency transceiver system including such a mixer | |
| JP2006258644A (ja) | フェーズドアレイアンテナレーダおよび校正用送信チャープ信号取得方法 | |
| US11336237B2 (en) | Vector modulator for millimeter wave applications | |
| CN112202413A (zh) | 多波束相控阵小型化非对称功率合成网络结构及校准方法 | |
| US8295791B2 (en) | RF front-end circuit | |
| JPH11504474A (ja) | 通信およびテレメトリ・システム用自動利得制御回路 | |
| KR101990076B1 (ko) | 위상 배열 레이더 | |
| US6760572B2 (en) | Method and apparatus for combining two AC waveforms | |
| EP3550314B1 (en) | Testing system and method for efficiently testing high-frequency communications devices | |
| RU2717258C1 (ru) | Способ построения активной фазированной антенной решетки | |
| CN111464280B (zh) | 一种多路信号处理系统、方法及装置 | |
| CN111817735B (zh) | 自干扰消除电路、射频通信系统以及消除噪声信号的方法 | |
| US9103906B2 (en) | Radar apparatus utilizing multiple transmission channels | |
| KR101205720B1 (ko) | 통신 시스템에서 신호 송수신 장치 | |
| US11353547B2 (en) | Radar systems | |
| KR101529508B1 (ko) | 다중모드 모노펄스 신호 수신을 위한 단일 출력 채널 저잡음 증폭 장치 및 그 장치의 출력 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |