KR102337200B1 - 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법 및 장치 - Google Patents

복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시(disclosure)는 무선 통신 시스템에 관련한 것으로, 복수의 무선 신호를 확인하는 복수의 안테나들과 상기 안테나에 의하여 수신한 신호를 수신하는 수신기를 포함하고 상기 수신기는 상기 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 상기 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호와 상기 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하는 커플러 회로 및 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호 각각에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 빔 생성기를 포함할 수 있다.

Description

복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING A PLURALITY OF BEAMFORMED SIGNALS USING A PLURALITY OF RECEIVED SIGNALS}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
빔포밍(beamforming)이란 복수 개의 변환자를 이용하여 신호를 송신, 수신할 때 중첩(superposition)시키는 방식을 통해 신호의 세기를 강하게 하는 것을 말한다. 1차원 배열 변환자를 이용한 송신/수신 빔포밍의 개념을 설명해 보면, 영상 정보를 얻고자 하는 하나의 점을 집속점(focal point)이라 하는데, 복수 개의 변환자가 직선으로 배열되어 있어서 각각의 변환자와 집속점과의 거리에 차이가 존재한다. 따라서 각각의 변환자에서 신호가 전달되었다가 반사되어 돌아오는 시간이 달라지게 되어, 이 수신 신호들을 중첩시키게 되면 서로 위상이 맞지 않아 신 호의 증폭이 이루어지지 않는다. 결국 빔포밍을 수행하는데 있어서, 서로 위상이 맞지 않은 신호들의 위상을 맞 추는 과정이 요구된다. 위상을 맞추는 방법은 송신, 수신 신호를 지연시키는 것에 의해 이루어 지는데 이 지연시키는 방식에 따라서 빔포밍 방식이 나뉜다. 빔포밍은 아날로그 빔포밍(analog beamforming)과 디지털 빔포밍(digital beamforming)으 로 나눌 수 있다. 아날로그 빔포밍(analog beamforming) 방식은 회로 소자를 이용하여 신호를 지연시키는 반면, 디지털 빔포밍(digital beamforming) 방식은 신호를 디지털화한 후 저장한 다음에, 원하는 시간이 흐른 뒤 데이 터를 읽어내는 방법을 통해 지연시킨다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성함에 있어서 복수의 수신 신호보다 많은 수의 빔을 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성함에 있어서 별도의 위상천이기를 사용하지 않고 I/Q 복조기에 내장된 위상천이기를 사용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시는, 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하여 수신 신호의 방향을 탐지하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 다수의 수신기를 장착하기 어려운 저전력 시스템에서 복수의 빔포밍된 신호를 생성하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 통신 장치는 복수의 무선 신호를 확인하는 복수의 안테나들과 상기 안테나에 의하여 수신한 신호를 수신하는 수신기를 포함하고 상기 수신기는 상기 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 상기 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호와 상기 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하는 커플러 회로 및 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호 각각에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 빔 생성기를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 복수의 안테나들이 복수의 무선 신호를 확인하는 과정과 상기 안테나에 의하여 수신한 신호를 수신하는 과정과 상기 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 상기 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호를 생성하는 과정과 상기 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하는 과정과 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호 각각에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성하는 과정과 상기 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성함으로써, 수신 신호의 개수보다 작은 수신기를 이용하여 수신 신호보다 많은 수의 빔포밍된 신호를 형성할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 1에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
도 3는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 2에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 3에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 3에 도시된 RF 처리부의 블록도를 도시한다.
도 6는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 1에 도시된 수신 장치 내에서 무선 신호의 처리과정을 도시한다.
도 7는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 수신 신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 8는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 동위상 신호 및 직교위상 신호들을 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 5에 도시된 RF 처리부의 일 실시 예에 따른 구현예를 도시한다.
도 10는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 5에 도시된 RF 처리부의 다른 실시 예에 따른 구현예를 도시한다.
도 11는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 RF 처리부의 주파수대역별 반사손실을 나타낸 그래프를 도시한다.
도 12은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 RF 처리부의 주파수대역별 격리도를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 안테나들 간의 주파수대역별 위상차를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 신호의 입사 각도에 따라 도 1에 도시된 수신 장치에서 생성되는 동위상 신호와 직교위상 신호의 변화를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 15은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 신호의 입사 각도에 따른 도 1에 도시된 수신 장치이 방향탐지 성능을 모노펄스 방식의 수신 장치와 비교한 그래프를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
현재까지 다양한 방향탐지 기술이 존재하지만 널리 이용되는 간단한 방식으로 모노펄스 기반 방향탐지기술이 있다. 두 개의 안테나의 빔을 중심축을 기준으로 각 좌측(left) 빔과 우측(right) 빔으로 구성하고, 두 빔의 크기를 더한 합(∑) 채널과 두 빔의 크기를 뺀 델타() 채널의 빔을 형성한다. ∑채널은 안테나에 수직한 방향으로 최대크기를 갖는 반면 채널은 최소값을 가지게 되며, 각도가 중심축에서 벗어남에 따라 ∑채널의 크기는 작아지고 채널의 크기는 커지게 된다. 따라서 각도에 따른 두 빔의 차이를 이용하면 송신기가 위치한 각도를 찾을 수 있다. ∑채널과 채널의 크기는 전력합성기와 180도 하이브리드를 이용하여 RF회로로 간단히 구현할 수 있어 구현이 쉽다. 다만, 모노펄스 기반 방향탐지 기술은 그 구성이 간단하다는 장점이 있지만 방향탐지의 정확도와 탐지각도 간의 트레이드오프(trade-off)가 있게 된다. 즉, 방향탐지의 정확도를 높이면 탐지각도가 좁아지고 탐지각도를 넓히면 방향탐지의 정확도가 낮아진다. 또한 각도의 차이에 따라 ∑채널과 채널의 크기의 변화가 크므로 디지털 방식으로 구현할 경우 방향탐지 오차에 민감하다. 따라서 일반적으로 모노펄스 방향탐지 방식은 빔폭이 좁은 2개의 인접한 두 개의 빔을 사용하여 방향탐지 범위가 좁다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 복수의 수신신호를 이용하여 복수의 빔을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 작은 수의 수신기를 포함하는 저전력 시스템에서 다수의 빔을 형성하기 위한 기술을 설명한다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템의 블록도를 도시한다.
도 1을 참고하면, 통신 시스템(10)은 복수의 통신 장치들의 집합으로 구성될 수 있으며, 그 일 예로 송신 장치(transmitter, 100)와 수신 장치(receiver, 200)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100)와 수신 장치(200)는 복수 개가 포함될 수 있다.
송신 장치(100)는 무선 신호의 송신을 위한 제1안테나(ANT1)를 가지며, 제1 안테나(ANT1)를 통하여 무선 신호(So)를 수신 장치(200) 측으로 송신할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 무선 신호(So)는 RF(Radio Frequency) 신호일 수 있다. 수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 전송된 무선 신호를 복수의 안테나 들(ANT2, ANT3)을 통하여 수신할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 수신 장치(200)의 복수의 안테나들(ANT2, ANT3)은 수신 장치(200)가 수신하고자 하는 무선 신호(So)의 반 파장(
Figure 112020031762926-pat00001
/2)에 상응하는 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
수신 장치(200)의 복수의 안테나들(ANT2, ANT3)은 무선 신호를 수신하여 서로 다른 위상 차를 갖는 복수의 수신 신호들을 수신할 수 있다.
송신 장치(100)의 위치에 따라 수신 장치(200)에서 수신되는 무선 신호(So)의 도래각(Angle of Arrival(AoA),
Figure 112020031762926-pat00002
)이 달라질 수 있으며, 수신 장치(200)는 달라지는 도래각에 기초하여 복수의 빔포밍된 신호들을 생성할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 수신 장치(200)가 방향 탐지 장치로 구현되는 경우, 수신 장치(200)는 생성된 복수의 빔포밍된 신호들의 크기를 기초로 송신 장치(100)의 방향을 탐지할 수 있다.
본 개시는 안테나 수가 ANT1, ANT2, ANT3으로 한정되는 것은 아니고 다수의 안테나들과 다수의 송신 장치(100), 다수의 수신 장치(200)에서도 적용할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 수신 신호의 개수와 수신기(200)의 개수보다 많은 수의 빔포밍된 신호들을 생성할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 1에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
도 2를 참고하면, 신호 1(signal 1)가 신호 2(signal 2)는 각각 감산 또는 가산되어 커플링 신호를 생성하게 된다. 즉, 제 1커플링 신호는 신호 1과 신호2의 합에 의하여 생성되고, 제 2커플링 신호는 신호1과 신호2의 차에 의하여 생성된다.
제 1커플링 신호(∑)와 제 2커플링 신호()는 I/Q 복조기로 입력되고 각각 동위상 신호(in phase, I)와 직교 위상신호(quadrature, Q)를 생성하게 된다. 즉, 제 1커플링 신호에 의하여 동위상 신호인 I∑와 직교위상 신호인 Q∑가 되고 제 2커플링 신호에 의하여 동위상 신호인
Figure 112020031762926-pat00003
와 직교위상 신호인 Q가 생성된다.
각각 I∑, Q∑, Iㅿ및 Qㅿ는 빔포머(beamformer)(240)에 입력되고 빔포머(240)에 의하여 복수의 빔포밍된 신호들이 생성된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라서, 수신 신호하는 신호와 생성되는 빔포밍된 신호의 개수는 도면에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 m개의 수신신호를 수신한 경우 m/2개의 제 1커플링 신호와 m/2개의 제 1커플링 신호를 형성하고 이를 각각 동위상 신호와 직교위상 신호로 변환하여 2m개의 빔들을 형성할 수 있다.(여기서 m은 1보다 큰 양수이다.)
도 3는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 2에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
도 3을 참고하면, 수신 장치(200)는 복수의 안테나들(ANT2, ANT3), RF 처리부(210), I/Q 복조기(220), 빔 생성기(240), 및 프로세서(processor, 350)를 포함할 수 있다.
복수의 안테나들(ANT2, ANT3)은 무선 신호들을 수신하여 서로 다른 위상 차를 갖는 복수의 수신 신호들을 수신할 수 있다.
이하에서는, 복수의 안테나들(ANT2, ANT3) 각각이 수신한 무선 신호를 아래의 수학식 1과 같다고 가정한다.
Figure 112020031762926-pat00004
(수학식 3에서, A는 송신신호의 크기, so는 심볼데이터, wo는 무선 신호의 각 주파수,
Figure 112020031762926-pat00005
o는 초기위상(0으로 가정)을 의미한다.)
이 때, 복수의 안테나들(ANT2, ANT3)에 의해서 생성되는 복수의 수신 신호들은 ro(t)와 ro(t)
Figure 112020031762926-pat00006
로 표현할 수 있다.
수신 신호는 far-field를 가정하여 평면파 근사하면 각각 ro(t)와 ro(t)
Figure 112020031762926-pat00007
가 된다. 여기서,
Figure 112020031762926-pat00008
=(
Figure 112020031762926-pat00009
/2)
Figure 112020031762926-pat00010
,
Figure 112020031762926-pat00011
는 안테나(ANT2, ANT3)의 중심을 기준으로 송신 장치(100)의 안테나와 이루는 각도를 말한다.
RF 처리부(210)는 커플러 회로(312)와 스위치 회로(314)를 포함할 수 있다.
I/Q 복조기(220)는 로컬 오실레이터(local oscillator, 321), 위상천이기(322), 제1믹서(323), 및 제2믹서(324)를 포함할 수 있다.
로컬 오실레이터(321)에 의해 생성된 로컬 오실레이터 신호는 직접 1믹서(323)로 전달되며, 위상천이기(322)를 거치면서 90도의 위상 차이가 발생한 로컬 오실레이터 신호는 제2믹서(324)로 전달될 수 있다.
제1믹서(223)는 로컬 오실레이터(321)로부터 전달된 로컬 오실레이터 신호를 이용하여, 제1커플링 신호 또는 제2커플링 신호의 주파수 대역을 기저대역으로 변환할 수 있다.
제2믹서(224)는 로컬 오실레이터(321)로부터 위상천이기(322)를 거치면서 90 도의 위상 차이가 발생한 로컬 오실레이터 신호를 이용하여, 제1커플링 신호 또는 제2커플링 신호의 주파수 대역을 기저대역으로 변환할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 제1믹서(323)와 제2믹서(324)는 하나의 믹서로 구현될 수도 있다.
제1필터(325)는 제1믹서(323)로부터 출력된 제1기저대역 신호와 제2기저대역 신호 각각에 대하여 순차적으로 필터링을 수행하고, 필터링된 제1기저대역 신호, 즉 제1기저대역 신호에 대한 동위상 신호(I1)와 필터링된 제2기저대역 신호, 즉 제 기저대역 신호에 대한 동위상 신호(I2) 각각을 순차적으로 출력할 수 있다.
제2필터(326)는 제2믹서(324)로부터 출력된 제1기저대역 신호와 제2기저대역 신호 각각에 대하여 순차적으로 필터링을 수행하고, 필터링된 제1기저대역 신호, 즉 제1기저대역 신호에 대한 직교위상 신호(Q1)와 필터링된 제2기저대역 신호, 즉 제2기저대역 신호에 대한 직교위상 신호(Q2) 각각을 순차적으로 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 제1필터(225)와 제2필터(226) 각각은 저역통과필터(low pass filter(LPF))로 구현될 수 있다.
예컨대, 제1필터(325)에 의해 출력되는 제1기저대역 신호에 대한 동위상 신호(예컨대, so+so
Figure 112020031762926-pat00012
)와 제2기저대역 신호에 대한 동위상 신호(예컨대, so-so
Figure 112020031762926-pat00013
)
는 아래의 수학식 2와 같이 나타날 수 있다.
Figure 112020031762926-pat00014
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 제2필터(326)는 제1기저대역 신호에 대한 직교위상 신호를 생성한 뒤에 순차적으로 제2기저대역 신호에 대한 직교위상신호를 생성할 수 있다.
예컨대, 제2필터(326)에 의해서 생성되는 제1기저대역 신호에 대한 직교위상
신호(예컨대, j(so+so
Figure 112020031762926-pat00015
))와 제2기저대역 신호에 대한 직교위상 신호(예컨대, j(so-so
Figure 112020031762926-pat00016
))는 아래의 수학식 3와 같이 나타날 수 있다.
Figure 112020031762926-pat00017
빔생성기(240)는 제1필터(325)와 제2필터(326) 각각으로 부터 출력되는 제1 기저대역 신호와 제2기저대역 신호 각각에 대한 동위상 신호(I1, I2)와 직교위상 신호(Q1, Q2)에 기초하여 복수의 빔포밍된 신호들(Beam1~Beam4)을 생성할 수 있다.
실시 예에 따라, 복수의 빔포밍된 신호들(Beam1~Beam4)은 아래의 수학식 4와 같이 나타날 수 있다.
Figure 112020031762926-pat00018
(수학식 4에서, Iβ는 so-so
Figure 112020031762926-pat00019
, I∑ so+so
Figure 112020031762926-pat00020
, Qβ는 j(so+so
Figure 112020031762926-pat00021
),Q∑는 j(so-so
Figure 112020031762926-pat00022
)일 수 있다.)
수학식 4에서, 첫 번째 행인 빔포밍된 신호(1, -1)는 두 안테나(ANT2, ANT3)의 출력이 커플러 회로(312)에서 차(β) 상태로 더해진 경우, 즉 두 안테나(ANT2, ANT3)의 위상이 (0도, 180도)인 경우에 해당될 수 있다.
수학식 4에서, 두 번째 행인 빔포밍된 신호(1, -j)는 두 안테나(ANT2, ANT3)의 위상이 (0도, -90도)인 경우에 해당될 수 있다.
수학식 4에서, 세 번째 행인 빔포밍된 신호(1, 1)는 두 안테나(ANT2, ANT3)의 출력이 동위상으로 더해진 합(∑) 상태일 경우로 두 안테나(ANT2, ANT3)의 위상이 (0도, 0도)인 경우에 해당될 수 있다.
수학식 4에서, 네 번째 행인 빔포밍된 신호(1, j)는 두 안테나(ANT2, ANT3)의 위상이 (0도, 90도)인 경우에 해당될 수 있다.
프로세서(350)는 빔생성기(240)에 의해 생성된 복수의 빔포밍된 신호들(Beam1~Beam4) 각각의 크기에 기초하여, 무선 신호의 입사 각도를 판단하고, 판단된 입사 각도에 기초하여 송신 장치(100)의 방향을 판단할 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 도 3에 도시된 수신 장치의 일 실시 예에 따른 블록도를 도시한다.
종래 기술로서 소자 안테나를 갖는 단일채널 방향탐지 시스템을 구현하기 위해서는 스위치와 지연선로를 이용한 디지털 위상천이기 4개를 이용한 RF 빔포밍 방식으로 구현하였다. 이러한 경우 수 GHz 이하로 주파수가 낮을 경우 위상천이기의 크기가 커져 구현이 어려워졌다. 다른 방안으로 집중정수 소자를 이용하여 RFIC(radio frequency integrated circuit)로 설계할 수 있으나, 이 경우 전력소모 및 가격이 비싸지는 문제가 발생한다. 특히, 180° 위상천이기는 크기가 커서 구현이 쉽지 않다. 또한, 한번에 하나의 빔포밍된 신호가 형성되므로 총 4번의 스위치 조절이 필요하다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 본 개시의 다양한 실시 예는 도 4를 도시하고 있다. 본 개시의 다양한 실시 예는 RF 처리부(210)의 커플러 회로(312)에 별도의 위상천이기 없이 커플러 회로로서 180°하이브리드 커플러와 스위치 회로(314)로서 SPDT(single pole double throw) 스위치만을 추가하여 0°위상과 180° 위상을 구현하고, I/Q 복조기(22)에 내장된 90° 위상천이기(323)와 결합하여 ±90° 위상차를 만들어 낼 수 있다. 최근 디지털통신 수신기는 대부분 직접변환 방식의 I/Q 복조기를 사용하므로 동위상 성분인 I신호(in-phase)와 I신호와 90°위상차를 갖는 Q신호(quadrature-phase)를 생성하기 위하여 90°위상천이기를 내장하고 있으므로 이를 재활용하는 것이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 3에 도시된 RF 처리부의 블록도를 도시한다.
도 5을 참고하면, 커플러 회로(212)는 제2안테나(ANT2)를 통하여 수신 신호를 입력받는 제1커플링 입력단자(CI1)와 제3안테나(ANT3)를 통하여 수신 신호를 입력받는 제2커플링 입력단자(CI2)를 포함할 수 있다.
커플러 회로(212)는 제1커플링 입력단자(CI1)로 입력된 수신 신호와 제2커플링 입력단자(CI2)로 입력된 수신 신호를 서로 다른 신호 경로로 커플링 시켜 복수의 커플링 신호들을 생성할 수 있다.
커플러 회로(212)는 생성된 복수의 커플링 신호들을 제1커플링 출력단자(CO1)와 제2커플링 출력단자(CO2)를 통하여 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 커플러 회로(212)는 제1커플링 입력단자(CI1)와 제2커플링 입력단자(CI2)를 통하여 입력된 수신 신호들이 제1신호 경로를 통하여 더해진 제1커플링 신호를 제1커플링 출력단자(CO1)로 출력하고, 수신 신호들이 제2신호 경로를 통하여 수신 신호들의 차에 해당하는(즉, 역위상으로 더해지는) 제2커플링 신호를 제2커플링 출력단자(CO2)를 통하여 출력할 수 있다.
예컨대, 제1신호 경로는 복수의 수신 신호들이 동위상으로 결합될 수 있도록 동일한 거리의 경로를 거쳐서 결합되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제2신호 경로는 복수의 수신 신호들이 역위상으로 결합될 수 있도록(즉, 180도의 위상 차이가 발생하도록) 서로 다른 거리의 경로를 거쳐서 결합되도록 구현될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 커플러 회로(212)의 출력은 하기의 수학식 5과 같은 형태로 출력될 수 있다.
Figure 112020031762926-pat00023
이 경우, 커플러 회로(212)의 제1커플링 출력단자(CO1)와 제2커플링 출력단자(CO2) 각각으로 수식(2)의 제1커플링 신호(예컨대, 수신신호들이 더해진 신호, r(t)+r(t)
Figure 112020031762926-pat00024
)와 제2커플링 신호(예컨대, 수신신호들의 차에 해당하는 신호, r(t)-r(t)
Figure 112020031762926-pat00025
) 각각이 출력될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 커플러 회로(212)는 180도 하이브리드 커플러(hybrid coupler)를 포함할 수 있으며, 이 경우 180도 하이브리드 커플러는 제2커플링 신호를 생성하는 과정에서 적어도 하나의 수신 신호의 위상을 반전시킬 수 있다.
스위치 회로(214)는 커플러 회로(212)의 출력을 스위칭하여 선택적으로 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 스위치 회로(214)는 외부 제어 신호(SW)에 기초하여 제1스위칭 노드(SN1)와 제2스위칭 노드(SN2) 간에 신호 경로를 스위칭할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 스위치 회로(214)는 전달되는 신호의 심볼 단위로 제1스위칭 노드(SN1)와 제2스위칭 노드(SN2) 간에 신호 경로를 스위칭할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 외부 제어 신호(SW)는 프로세서(250)에 의해 생성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 스위칭 회로(214)의 스위치가 제1스위칭 노드(SN1)에 연결된 경우, 스위칭 회로(214)는 커플러 회로(212)의 제1커플링 출력단자(CO1)로부터 출력된 제
1커플링 신호를 I/Q 복조기(220)로 출력할 수 있다.
예컨대, 스위칭 회로(214)의 스위치가 제2스위칭 노드(SN2)에 연결된 경우, 스위칭 회로(214)는 커플러 회로(212)의 제2커플링 출력단자(CO2)로부터 출력된 제 2커플링 신호를 I/Q 복조기(220)로 출력할 수 있다.
예컨대, 스위칭 회로(214)의 스위치가 제2스위칭 노드(SN2)에 연결된 경우, 스위칭 회로(214)는 커플러 회로(212)의 제2커플링 출력단자(CO2)로부터 출력된 제 2커플링 신호를 I/Q 복조기(220)로 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 스위칭 회로(214)에 의해 출력된 신호는 2개의 신호 경로로 분기되어 I/Q 복조기(220)로 전달될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 스위칭 회로(214)는 SPDT(single pole double throw) 스위치로 구현될 수 있다.
도 6는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 1에 도시된 수신 장치 내에서 무선 신호의 처리과정을 도시한다.
도 6을 참고하면, 수신 장치(200) 내의 무선 신호의 주요 처리 과정을 살펴보면, 안테나들(ANT2, ANT3) 각각을 통하여 무선 신호를 수신하여 위상 차를 갖는 복수의 수신 신호들 각각을 수신할 수 있다.
생성된 복수의 수신 신호들 각각은 서로 다른 신호 경로로 커플링되어 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호(∑)와 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호(ㅿ)가 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 제2커플링 신호(ㅿ)가 생성되는 과정에서 적어도 하나의 수신 신호는 180도 하이브리드를 거쳐 위상이 반전된 채로 다른 수신 신호와 커플링될 수 있다.
제1커플링 신호(∑)는 I/Q 복조처리되어 제1커플링 신호(∑)에 상응하는 동위상 신호(I∑(t))와 직교위상 신호(Q∑(t))가 생성될 수 있다.
제2커플링 신호(ㅿ)는 I/Q 복조처리되어 제2커플링 신호(ㅿ)에 상응하는 동위상 신호(Iㅿ(t))와 직교위상 신호(Qㅿ(t))가 생성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 제1커플링 신호(∑)와 제2커플링 신호(ㅿ)의 복조처리 이전에 주파수 변환과정이 더 포함될 수 있다.
제1커플링 신호(∑)에 상응하는 동위상 신호(I∑(t))는 제3빔포밍된 신호 (Beam#3)으로 활용되고, 제2커플링 신호(ㅿ)에 상응하는 동위상 신호(Iㅿ(t))는 제1빔포밍된 신호 (Beam#1)로 활용될 수 있다.
제1커플링 신호(∑)에 상응하는 동위상 신호(I∑(t))와 제2커플링 신호(ㅿ)에 상응하는 동위상 신호(Iㅿ(t))에 대해서는 서로 더해지는 연산과 서로 차이에 해당하는 값을 연산하는 과정이 순차적으로 수행됨에 따라 제1출력(①/ ②)을 순차적으로 출력할 수 있다.
제1커플링 신호(∑)에 상응하는 직교위상 신호(Q∑(t))와 제2커플링 신호(ㅿ)에 상응하는 직교위상 신호(Qㅿ(t))에 대해서는 서로 차이에 해당하는 값을 연산하는 과정과 서로 더해지는 연산이 순차적으로 수행됨에 따라 제2출력(j②/j①)을 순차적으로 출력할 수 있다.
수신 장치(200)는 제1출력(① 또는 ②)과 제2출력(j② 또는 j①)을 결합하여 제2빔포밍된 신호(Beam#2)와 제4빔포밍된 신호(Beam#4)을 생성할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1출력(① 또는 ②)과 제2출력(j② 또는 j①)을 결합 과정에서 제1출력(① 또는 ②)과 제2출력(j② 또는 j①)의 합의 1/2이 되는 값을 출력하는 과정이 포함될 수도 있다.
수신 장치(200)는 도 6에 하단에 표시된 바와 같이 4개의 빔포밍된 신호 (Beam#1 ~ Beam#4)를 생성할 수 있다.
도 7는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 수신 신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 7을 참고하면, 무선 통신 시스템에서 복수의 수신 신호를 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법은 ANT2, ANT3로부터 수신신호들을 확인하는 과정(701), 과정701의 복수의 수신 신호들을 가산하여 제 1커플링 신호를 생성하는 과정(703), 과정701의 복수의 수신 신호들을 감산하여 제 2커플링 신호를 생성하는 과정(705), 제 1커플링 신호와 제 2커플링 신호를 I/Q 복조하여 동위상 신호(I∑,Iㅿ)와 직교 위상신호(Q∑,Qㅿ)를 생성하는 과정(707), 707과정의 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 과정(709)를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 수신 장치(200)는 무선 신호를 수신하여 위상 차를 갖는 복수의 수신 신호들을 수신하고 확인할 수 있다(701).
즉, 수신 장치(200)는 복수의 안테나들(예컨대, ANT2, ANT3) 각각이 무선 신호를 수신할 수 있으며, 복수의 안테나들(예컨대, ANT2, ANT3) 각각은 위상 차를 갖는 복수의 수신 신호들 각각을 수신할 수 있다.
수신 장치(200)는 S701과정에서 생성된 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 복수의 커플링 신호들을 생성할 수 있다(703,705).
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 수신 장치(200)는 제1신호 경로를 통하여 복수의 수신 신호들을 서로 더할 수 있으며, 이에 따라 제1커플링 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 수신 장치(200)는 제2신호 경로를 통하여 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
수신 장치(200)는 703,705 과정을 통하여 생성된 복수의 커플링 신호들 각각에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 동위상 신호와 직교위상 신호에 기초하여 복수의 빔들을 생성할 수 있다(707).
실시 예에 따라, 수신 장치(200)는 복수의 커플링 신호들 각각의 주파수 대역을 변환한 이후에, 주파수 대역이 변환된 복수의 커플링 신호들(예컨대, 기저대역 신호들) 각각에 대한 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성할 수도 있다.
도 8는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 동위상 신호 및 직교위상 신호들을 이용하여 복수의 빔포밍된 신호를 형성하는 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 8을 참고하면, 복수의 동위상 신호 및 직교위상 신호들을 이용하여 복수의 빔을 형성하는 방법은 제 1커플링 신호의 동위상 신호를 Beam#1로 결정하는 과정(801), 제 2커플링 신호의 직교위상 신호를 Beam#3로 결정하는 과정, 제 1커플링 신호의 직교위상 신호와 제 2커플링 신호의 직교위상 신호의 차를 90°지상하고 크기를 반으로 줄인 신호와 제 1커플링 신호의 직교위상 신호와 제 2커플링 신호의 직교위상 신호의 합의 크기를 반으로 줄인 신호를 합하여 Beam#2로 결정하는 과정(805), 제 1커플링 신호의 동위상 신호와 제 2커플링 신호의 동위상 신호의 합의 크기를 반으로 줄인 신호와 제 1커플링 신호의 동위상 신호와 제 2커플링 신호의 동위상 신호의 차를 90°지상하고 크기를 반으로 줄인 신호를 합한 신호를 Beam#4로 정하는 과정(807)을 포함한다.
위의 과정을 수학식 6내지9로 표현하면,
Figure 112020031762926-pat00026
첫 번째 빔포밍된 신호는 (1,1)로서 두 안테나의 출력이 차() 상태로 더해진 경우로 각각의 안테나에 (0°,180°) 위상이 더해진 경우에 해당한다. 세 번째 빔포밍된 신호는 (1,1)로서 두 안테나의 출력이 동위상으로 더해진 합(∑) 상태일 경우로 각각의 안테나 출력이 바로 더해지는 경우이다. 두 번째 빔포밍된 신호는 수학식 4의 첫 번째 식과 두 번째 식을 더하여 2So를 만들고, 수학식 5의 두 식을 빼서 j2So
Figure 112020031762926-pat00027
를 만든 후 두 식을 빼고 2로 나누는 경우로 두 안테나의 출력에 각각 (0°,90°)의 위상이 더해진 경우가 된다. 4번째 빔포밍된 신호는 수학식 4의 첫 번째 식과 두 번째 식을 더하여 2So 를 만들고, 수학식 5의 두 식을 빼서 j2So
Figure 112020031762926-pat00028
를 만든 후 두 식을 더하고 2로 나누는 경우로 두 안테나의 출력에 각각 (0°, 90°)의 위상이 더해진 경우가 된다. 따라서 본 개시는 심볼구간 중간에 스위치를 한 번만 조정함으로 입사각도에 따라 4개의 빔에 해당되는 크기의 변화를 가상으로 구하는 방식이다.
이를 기초로 수신신호의 입사각이 0°, 30°, 30°인 3가지 경우에 대한 각각의 빔에 대한 크기 변화는 표 1과 같다. 입사각도가 0°인 경우 빔벡터 (0°, 0°)인 SUM 빔에서 최대값이 나오는 반면 (0°, 90°)빔과 (0°, 90°)빔의 경우 크기가 반으로 줄어들게 된다. 반면 입사각도가 30°인 경우는 (0°, 90°)인 빔에서 최대값이 나오며, 입사각도가 30°인 경우는 (0°, 90°)인 빔에서 최대가 됨을 알 수 있다. 이와 같이 제안한 방식을 이용하면 복잡한 위상천이기 없이도 2소자 안테나의 경우 4개의 빔포밍된 신호를 간단히 생성할 수 있음을 알 수 있다.
표 1. 입사각도에 따른 빔별 크기
입사각도
[degree]		 위상차
Figure 112020031762926-pat00029

[rad]		 Beam #3
(0°, 0°)		 Beam #1
(0°,180°)		 Beam #4
(0°, 90°)		 Beam #2
(90°, 0°)
0 0 so 0 so/2 so/2
30
Figure 112020031762926-pat00030
 so/2 so/2 so 0
30
Figure 112020031762926-pat00031
 so/2 so/2 0 so
다만, 개수가 4개에 한정되는 것이 아니라 복수의 수신기와 복수의 I/Q 복조기를 사용하는 경우에는 복수의 수신 신호보다 더 많은 개수의 복수의 빔의 크기 변화를 구할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 5에 도시된 RF 처리부의 일 실시 예에 따른 구현예를 도시한다.
즉, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 m개의 수신신호를 수신한 경우 m/2개의 제 1커플링 신호와 m/2개의 제 1커플링 신호를 형성하고 이를 각각 동위상 신호와 직교위상 신호로 변환하여 2m개의 빔들을 형성할 수 있다.(여기서 m은 1보다 큰 양수이다.)
도 10는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 5에 도시된 RF 빔포밍된 신호는 처리부의 다른 실시 예에 따른 구현예를 도시한다.
도 9를 참고하면, 커플러 회로(212)와 스위칭 회로(214)는 920MHz의 중심주파수를 가지는 주파수 대역에서 도 9의 커플러 회로(212A) 및 스위칭 회로(214A)와 같이 구현될 수 있다.
도 10를 함께 참조하면, 커플러 회로(212)와 스위칭 회로(214)는 2.4GHz의 중심주파수를 가지는 주파수 대역에서 도 9의 커플러 회로(212B) 및 스위칭 회로(214B)와 같이 구현될 수 있다.
도 11는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 RF 처리부의 주파수대역별 반사손실을 나타낸 그래프를 도시한다.
도 12은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 RF 처리부의 주파수대역별 격리도를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 도 9에 도시된 안테나들 간의 주파수대역별 위상차를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 11 내지 도 13은 2.4GHz의 중심 주파수를 가지는 주파수 대역에서 동작하도록 설계된 도 9의 RF 처리부(210B)의 반사손실, 격리도, 위상차를 나타낸 그래프이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 2.4GHz에서 낮은 반사손실을 나타내며, 두 안테나 간에 180도의 위상 차이를 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 신호의 입사 각도에 따라 도 1에 도시된 수신 장치에서 생성되는 동위상 신호와 직교위상 신호의 변화를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 1및 도 14를 참조하면 본 개시의 다양한 실시 예들은 블루투스(예컨대, Bluetooth 5.1) 규격에 적용되어 동작할 수 있다.
무선 신호의 입사 각도가 안테나(ANT2, ANT3)에 수직인 면을 기준으로 0도, 10도 및 30도로 입사될 경우의 동위상 신호(I 신호)와 직교 위상 신호(Q 신호)의 변화가 도시되어 있다.
도 14에는 10usec 동안 신호의 파형 변화가 도시되어 있으며 Bluetooth 규격에 따라 2usec 간격으로 신호의 출력과 스위칭 구간을 정할 수 있다. 최초 2usec는 합신호가 출력되고, 4usec에서 6usec 구간에서는 차 신호가 출력될 수 있다. 무선 신호가 0도 방향으로 입사되는 경우에는 차 신호가 0이며, 입사 각도가 커질수록 차 신호의 크기가 커짐을 확인할 수 있다.
도 15은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 신호의 입사 각도에 따른 도 1에 도시된 수신 장치이 방향탐지 성능을 모노펄스 방식의 수신 장치와 비교한 그래프를 도시한다.
종래의 모노펄스 방향탐지 시스템은 두 개의 안테나의 합과 차만을 이용하므로 구조가 간단하지만 방향탐지 성능은 좋지 않았다.
본 개시된 발명의 다양한 실시예 중에 하나인 복수의 빔포밍된 신호를 이용한 방향 탐지기술의 경우, 주로 국방이나 전파감시 분야에서 주로 사용되어왔으나, 최근 5G 이동통신, 무선 LAN 등으로 그 응용이 확대되고 있다. 심지어는 블루투스(bluetooth)와 같은 저전력 IoT(internet of things) 시스템에서도 최근 위치기반 서비스를 위한 방향탐지 기술이 도입되고 있다
종래의 배열안테나 기반의 방향탐지 시스템의 구성은 디지털단에서의 빔포밍된 신호를 형성하는 법과 RF단에서의 빔을 형성하는 것으로 구분할 수 있으며, 두 방식 모두 동시에 생성할 수 있는 빔포밍된 신호의 개수는 수신기의 개수와 동일하다. 따라서 저전력 응용을 위해 수신기가 하나밖에 없는 경우, 위상천이기나 Butler Matrix 등의 RF 회로를 이용하여 복수개의 빔포밍된 신호를 구성한 후 스위치를 이용하여 순차적으로 수신기에 연결하는 RF 빔포밍 방식으로 구현된다. 하지만 RF 빔포밍 회로는 파장의 함수이므로, 수 GHz 이하에서는 회로의 크기가 커져 사용하기 어렵고, 빔이 시간에 따라 순차적으로 생성되므로 목표물이 빠르게 이동하는 경우 성능이 저하된다
따라서 블루투스와 같은 저전력 시스템에 방향탐지 기술이 적용될 경우, 구현이 간단한 RF스위치를 이용하여 빔포밍 회로를 구현하는 연구가 시도되고 있다. 예를 들어 RF 스위치를 ON/OFF 시간을 조절하여 하모닉(harmonic) 빔포밍된 신호를 형성하는 TMA(time modulated array) 방식이나, 안테나를 선택적으로 ON/OFF하는 OABF(on-off analog beam forming) 방식 등이 제안되고 있다. 하지만 안테나가 2개밖에 없는 경우, 빔포밍된 신호를 2개밖에 구현할 수 없어 방향탐지 성능에 한계가 있다.
도 15를 참고하면, 본 개시의 일 예로서 2개 안테나와 하나의 수신기가 있는 방향탐지 시스템에서 4개의 빔포밍된 신호를 생성하는 방법을 개시한다. 본 개시는 2-소자 모노펄스 안테나의 합/차 패턴과 직접변환 방식의 무선통신 수신기에서 일반적으로 사용되는 I/Q 복조기의 직교성을 유기적으로 결합하는 방법이다. 본 개시는 I/Q 복조기가 90° 위상차를 갖는 두 개의 신호(I와 Q)를 출력한다는 점에 착안하여 이를 180° 하이브리드와 RF 스위치와 결합함으로써 2개의 안테나 간에 90°, 0°, 90° 및 180°의 4가지 위상차를 갖도록 하는 것이다. 본 개시는 한 번의 스위치 조절만으로 4개의 빔포밍된 신호를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 하드웨어가 간단하므로 저가로 방향탐지 시스템을 구현해야만 하는 저전력 IoT 무선통신에 적용될 수 있을 것이다.
본 개시의 다양한 실시 예로서 방향탐지 성능은 수학식 10과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020031762926-pat00032
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 생성된 복수의 빔포밍된 신호들 중에서 신호의 크기에 기초하여 복수의 빔포밍된 신호들 중에 일부의 빔포밍된 신호 들(예컨대, 2개)을 선택하여 방향탐지에 사용할 수 있다. 예컨대, 방향탐지에 사용할 빔들은 신호의 크기가 큰 순서로 상위 2개의 빔포밍된 신호들을 선택할 수 있다.
도 15의 결과를 이용하여 모노펄스 방식만을 사용한 경우에는 도 15의 실선과 같이 방향탐지 성능이 나타날 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 이용한 경우 도 13의 점선과 같이 방향탐지 성능이 나타날 수 있다.
두 경우를 비교하면, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 방향 탐지 방법에 따라 방향탐지를 하는 경우, 한 번의 스위치 동작만으로도 입사 각도에 따라 ±2dB의 크기 범위 내에서 4개의 빔포밍된 신호 별 크기의 변화를 알 수 있으므로 방향탐지 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 복수의 무선 신호들을 확인하는 복수의 안테나들과,
    상기 복수의 안테나에 의하여 상기 복수의 무선 신호들을 수신하는 수신기를 포함하고,
    상기 수신기는,
    상기 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 상기 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호와 상기 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하는 커플러 회로; 및
    상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 빔 생성기를 포함하는 통신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 생성기는,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호를 제1빔포밍된 신호로 결정하고,
    상기 제2커플링 신호의 직교위상 신호를 제3빔포밍된 신호로 결정하고,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호와 제2커플링 신호의 동위상 신호를 합하고 상기 제1커플링 신호의 직교 위상신호에서 제 2커플링 신호의 직교 위상신호를 뺀 것을 합하여 크기를 반으로 줄인 것을 제2빔포밍된 신호로 결정하고,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호와 상기 제2커플링 신호의 동위상 신호의 차에 상기 제1커플링 신호의 직교위상 신호와 상기 제2커플링 신호의 직교 위상신호를 합한 것을 크기를 반으로 줄인 것을 제 3빔포밍된 신호로 결정하는, 통신장치
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 커플러 회로는,
    180도 하이브리드 커플러(hybrid coupler)인, 통신 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 커플러 회로는,
    상기 제1커플링 신호를 생성하는 제1신호 경로와 상기 제2커플링 신호를 생성하는 제2신호 경로를 가지는, 통신 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 커플러 회로로부터 출력되는 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호를 스위칭하여 선택적으로 출력하는 스위치 회로를 더 포함하는, 통신 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 스위치 회로로부터 출력된 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호 들의 주파수 대역을 기저대역으로 변환하여, 제1기저대역 신호와 제2기저대역 신호을 출력하는 복수의 믹서(mixers)들을 더 포함하는, 통신 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 복수의 믹서들로부터 출력된 상기 제1기저대역 신호와 상기 제2기저대역 신호 각각에 대하여 상기 동위상 신호와 상기 직교위상 신호를 생성하는 복수의 필터들을 더 포함하는, 통신 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 빔 생성기는,
    상기 제1기저대역 신호의 동위상 신호와 직교위상 신호 및 상기 제2기저대역 신호의 상기 동위상 신호와 상기 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는, 통신 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 복수의 빔포밍된 신호들의 크기에 기초하여, 상기 무선 신호를 송신한 송신 장치의 방향을 판단하는 프로세서(processor)를 더 포함하는, 통신 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 복수의 빔포밍된 신호들의 크기에 기초하여, 상기 복수의 빔포밍된 신호들 중에서 일부의 빔포밍된 신호들을 선택하여 무선 신호를 송신한 송신 장치의 방향을 판단하는 프로세서(processor)를 더 포함하는, 통신 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 선택된 일부의 빔포밍된 신호은,
    크기가 큰 상위 50% 이상의 빔포밍된 신호들을 선택하는, 통신 장치.
  12. 청구항 2 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나의 개수는 상기 수신기의 개수보다 크고,
    상기 복수의 빔포밍된 신호의 개수는 상기 복수의 안테나 개수보다 많은, 통신 장치.
  13. 복수의 안테나들이 복수의 무선 신호를 확인하는 과정과,
    상기 안테나에 의하여 수신한 신호를 수신하는 과정과,
    상기 복수의 수신 신호들을 서로 다른 신호 경로로 커플링시켜, 상기 복수의 수신 신호들이 더해진 제1커플링 신호를 생성하는 과정과,
    상기 복수의 수신 신호들의 차에 해당하는 제2커플링 신호를 생성하는 과정과,
    상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호들에 상응하는 동위상 신호와 직교위상 신호를 생성하는 과정과,
    상기 동위상 신호와 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는 과정을 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 빔포밍된 신호를 생성하는 과정은,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호를 제1빔포밍된 신호로 결정하는 과정과,
    상기 제2커플링 신호의 직교위상 신호를 제3빔포밍된 신호로 결정하는 과정과,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호와 제2커플링 신호의 동위상 신호를 합하고 상기 제1커플링 신호의 직교 위상신호에서 제2커플링 신호의 직교 위상신호를 뺀 것을 합하여 크기를 반으로 줄인 것을 제2빔포밍된 신호로 결정하는 과정과,
    상기 제1커플링 신호의 동위상 신호와 상기 제2커플링 신호의 동위상 신호의 차에 상기 제1커플링 신호의 직교위상 신호와 상기 제2커플링 신호의 직교 위상신호를 합한 것을 크기를 반으로 줄인 것을 제3빔포밍된 신호로 결정하는 과정을 포함하는, 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2커플링 신호를 생성하는 과정은,
    180도 하이브리드 커플러(hybrid coupler)를 이용하여 제2커플링 신호를 생성하는, 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1커플링신호와 제2커플링 신호를 생성하는 과정은,
    상기 제1커플링 신호를 생성하는 제1신호 경로와 상기 제2커플링 신호를 생성하는 제2신호 경로를 가지는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호를 스위칭하여 선택적으로 출력하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 출력된 상기 제1커플링 신호와 상기 제2커플링 신호 각각의 주파수 대역을 기저대역으로 변환하여, 제1기저대역 신호와 제2기저대역 신호 각각을 출력하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 출력된 제1기저대역 신호와 제2기저대역 신호 각각에 대하여 상기 동위상 신호와 상기 직교위상 신호를 생성하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1기저대역 신호의 동위상 신호와 직교위상 신호 및 상기 제2기저대역 신호의 상기 동위상 신호와 상기 직교위상 신호를 기초로 복수의 빔포밍된 신호들을 생성하는, 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 복수의 빔포밍된 신호들의 크기에 기초하여, 상기 무선 신호를 송신한 송신 장치의 방향을 판단하는 과정을 더 포함하는, 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 송신 장치의 방향을 판단하는 과정은,
    상기 복수의 빔포밍된 신호들의 크기에 기초하여, 상기 복수의 빔포밍된 신호들 중에서 일부의 빔포밍된 신호들을 선택하여 무선 신호를 송신한 송신 장치의 방향을 판단하는, 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 선택된 일부의 빔포밍된 신호는,
    크기가 큰 상위 50% 이상의 빔들을 선택하는, 방법.
  24. 청구항 13 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 복수의 빔포밍된 신호의 개수는 상기 수신된 신호의 개수보다 많은, 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Title
장병준 , "방향탐지기술: 튜토리얼, 최신동향 및 연구전망", 한국전자파학회논문지 30(8), 2019.8, 607-617(11 pages). 1부.*

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