KR102470038B1 - 격자 구분에 기반하여 신호원의 방향을 탐지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호를 이용하여 신호원의 방향을 탐지하기 위한 것으로, 적어도 하나의 신호원의 방향을 탐지하는 장치의 동작 방법은, 복수의 안테나들 각각에 대응하는 스펙트로그램들을 생성하는 단계, 상기 스펙트로그램들 각각의 적어도 일부를 격자 블록들로 분할하는 단계, 상기 격자 블록들의, 크기 정보 및 위상 차이 정보를 포함하는, 대표 값들을 결정하는 단계, 상기 대표 값들을 이용하여 상기 격자 블록들 각각에 대한 신호의 방향 값들을 결정하는 단계, 및 상기 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

격자 구분에 기반하여 신호원의 방향을 탐지하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DIRECTION OF SIGNAL SOURCE BASED ON GRID DIVISION}

본 발명은 신호원의 방향을 탐지하기 위한 것으로, 특히 격자(grid) 구분에 기반하여 신호원의 방향을 탐지하기 위한 방법 및 장치에 대한 것이다.

하나의 주파수 대역 전체를 하나의 장치가 점유하던 과거의 통신 방식은 주파수 대역 내의 자원을 여러 장치들이 나누어 사용하는 다중 접속(multiple access) 방식으로 발전하였다. 특히, 다양한 다중 접속 방식들 중 OFDMA 방식의 경우, 자원은 시간과 주파수로 축에서 나누어지고, 나누어진 단위 자원들은 복수의 사용자들에게 할당된다. 이러한 OFDMA 방식은 LTE(Long Term Evolution), 5G(5th generation), WiFi(Wireless Fidelity) 등 현대의 주요 통신 방식으로 자리 매김하였다. 또한, 5G 등의 통신은 OFDMA 격자 구조에 송신 신호 및 수신 신호를 시간으로 분할하는 TDD(time division multiplexing) 방식을 지원한다. OFDMA 방식과 같이, 하나의 주파수 대역에 여러 방향들로부터의 신호들이 혼재하게 되면, 기존의 시간 영역 분석의 방향탐지 기법은 신호들 각각의 방향을 탐지하기 어려운 한계를 가진다.

본 발명은 수신되는 신호로부터 신호원의 방향을 효과적으로 탐지하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 신호 스펙트로그램에 대한 격자 구분에 기반하여 신호원의 방향을 효과적으로 탐지하기 위한 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 신호원의 방향을 탐지하는 장치의 동작 방법은, 복수의 안테나들 각각에 대응하는 스펙트로그램들을 생성하는 단계, 상기 스펙트로그램들 각각의 적어도 일부를 격자 블록들로 분할하는 단계, 상기 격자 블록들의, 크기 정보 및 위상 차이 정보를 포함하는, 대표 값들을 결정하는 단계, 상기 대표 값들을 이용하여 상기 격자 블록들 각각에 대한 신호의 방향 값들을 결정하는 단계, 및 상기 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 신호원의 방향을 탐지하는 장치는, 수신 신호들을 수신하는 신호 수신부, 상기 수신된 신호들에 대한 실시간 스펙트럼을 생성하는 실시간 신호 처리부, 및 상기 실시간 신호 처리부에 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 실시간 신호 처리부는, 복수의 안테나들 각각에 대응하는 스펙트로그램들을 생성하고, 상기 스펙트로그램들 각각의 적어도 일부를 격자 블록들로 분할하고, 상기 격자 블록들의, 크기 정보 및 위상 차이 정보를 포함하는, 대표 값들을 결정하고, 상기 프로세서는, 상기 대표 값들을 이용하여 상기 격자 블록들 각각에 대한 신호의 방향 값들을 결정하고, 상기 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 신호원들이 혼재된 상황에서 각 신호원의 방향들이 효과적으로 탐지될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 신호원들이 혼재하는 환경의 예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성된 실시간 스펙트로그램의 예들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원의 방향을 탐지하는 장치의 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원의 방향을 탐지하는 절차의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성되는 격자 블록들의 예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성되는 격자 블록들의 다른 예들을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 격자 블록 별로 신호원의 방향을 탐지하는 절차의 일 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원 및 방향을 결정하는 절차의 일 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 격자 블록 별 방향 값들을 수집한 결과의 예를 도시한다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시 되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

명세서 및 청구범위에서 "제 1", "제 2", "제 3" 및 "제 4" 등의 용어는, 만약 있는 경우, 유사한 구성요소 사이의 구분을 위해 사용되며, 반드시 그렇지는 않지만 특정 순차 또는 발생 순서를 기술하기 위해 사용된다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 시퀀스로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 여기서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다.

또한 명세서 및 청구범위의 "왼쪽", "오른쪽", "앞", "뒤", "상부", "바닥", "위에", "아래에" 등의 용어는, 설명을 위해 사용되는 것이며, 반드시 불변의 상대적 위치를 기술하기 위한 것은 아니다. 그와 같이 사용되는 용어는 여기에 기술된 본 발명의 실시예가, 예컨대, 여기에 도시 또는 설명된 것이 아닌 다른 방향으로 동작할 수 있도록 적절한 환경하에서 호환 가능한 것이 이해될 것이다. 여기서 사용된 용어 "연결된"은 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 접속되는 것으로 정의된다. 여기서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다. 여기서 "일실시예에서"라는 문구의 존재는 반드시 그런 것은 아니지만 동일한 실시예를 의미한다.

또한 명세서 및 청구범위에서 '연결된다', '연결하는', '체결된다', '체결하는', '결합된다', '결합하는' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.

이하 본 발명은 신호원의 방향을 탐지하기 위한 기술을 제안한다. 특히, 본 발명은 LTE(Long Term Evolution), 5G(5th generation), WiFi(Wireless Fidelity) 등 다중 사용자들이 같은 주파수 대역을 사용하는 주파수 호핑(frequency hopping), TDD(time division duplex), FDD(frequency division duplex), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 등 공유 통신 방식에서 각 사용자들의 신호에 대한 방향 탐지를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

후술되는 다양한 실시 예들에 따라, 다중 접속 방식의 통신에서 복수의 사용자들의 방향들을 탐지하고, 나아가 위치를 탐지하는 것이 가능하다. 또한, 제안되는 기술을 이용하면, 위기 상황에서 구조를 요청하는 사용자를 탐색할 수 있고, LTE 및 5G 시스템 내에서 운용되는 드론에 대한 탐색, 도청 장치 등의 여러 IoT(Internet of things) 기기 등을 찾아내는 것이 가능하다. 이 외 제안 기술은 다양한 분야에 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 신호원들이 혼재하는 환경의 예를 도시한다.

도 1을 참고하면, 탐지 장치(110) 및 복수의 신호원(signal source)들(120-1 내지 120-4)이 신호 전달이 가능한 범위 내에 존재한다. 도 1은 4개의 신호원들(120-1 내지 120-4)을 예시하고 있으나, 3개 이하의 신호원들 또는 5개 이상의 신호원들이 존재하는 상황도 고려될 수 있다.

탐지 장치(110)는 신호원들(120-1 내지 120-4) 각각에서 송신되는 신호를 수신할 수 있다. 신호원들(120-1 내지 120-4)은 무선 신호를 송신하는 장치들이며, 장치의 목적에 따라 필요한 신호를 생성 및 송신한다. 예를 들어, 신호원들(120-1 내지 120-4) 각각은 스마트폰, 드론, 차량, 웨어러블 장치, IoT 장치 등 다양한 종류의 장치들 중 하나일 수 있다.

일 실시 예에 따라, 신호원들(120-1 내지 120-4)은 동일 대역에서 신호를 송신할 수 있다. 다시 말해, 신호원들(120-1 내지 120-4)의 송신 신호들은 하나의 주파수 대역에서 다중화된 상태로 송신될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이, 신호원들(120-1 내지 120-4)의 신호는 다중화될 수 있다. 도 1의 경우, 신호들이 주파수 축에서 다중화된 경우가 예시된다. 이때, 다중화된 신호들을 구분하기 위해, 대역 내 신호들은 일정한 크기의 블록들로 구성되는 신호 격자(130)에 기반하여 해석될 수 있다.

도 1의 신호 격자(130)는 설명의 편의를 위해 매우 단순화된 형태로 표현되었다. 실제 수신되는 신호를 표현하는 스펙트로그램에서의 격자 구분은 도 1의 예보다 다소 패턴화된 양상을 보일 수 있다. 실제 스펙트럼 측정 결과를 살펴보면, 이하 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d와 같다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성된 실시간 스펙트로그램(spectrogram)의 예들을 도시한다. 도 2a 내지 도 2d의 예들은 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 방식의 신호에 대한 스펙트로그램들을 예시한다. OFDMA 방식은 직교성을 가지는 주파수들을 분할하여 정의되는 부반송파들에 데이터를 맵핑하는 방식이다. OFDMA 방식은 직교성을 가지는 주파수들을 분할한 뒤, 복수의 사용자들이 동시에 접속하는 것을 허용하며, 할당되는 자원 단위는 RB(resource block)이라고 지칭된다. OFDM 방식은 하나의 사용자가 복수의 RB들을 점유할 수 있고, 복수의 사용자들이 RB를 나누어 사용할 수도 있는 매우 유연한 다중 사용자 접속 방식으로 평가된다. 도 2a는 드론의 스펙트로그램, 도 2b는 PS(public safety)-LTE 통신 신호의 스펙트로그램, 도 2c는 LTE 하향링크 신호의 스펙트로그램, 도 2d는 LTE 상향링크 신호의 스펙트로그램을 예시한다. 도 2a 내지 도 2d와 같이, 신호의 종류에 따라 스펙트로그램의 시각적 패턴이 다르다.

본 발명의 실시 예에 따른 탐지 장치는 격자 구분에 기반하여 방향 탐지를 수행함으로써, 사용자 별 방향을 탐지할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 탐지 장치는 실시간 스펙트로그램 또는 스펙트로그램을 설정된 크기의 격자 블록들로 구분하고, 방향 탐지를 수행할 수 있다. 예를 들어, FDD 방식에 따르는 경우, 신호는 기지국에서 단말로 전송하는 주파수인 하향 주파수 신호와, 단말에서 기지국으로 전송하는 상향 주파수 신호로 구분될 수 있다. 하향 주파수 신호를 이용하여 방향 탐지를 수행하면, 탐지 장치는 인접한 기지국들의 방향을 구분할 수 있을 것이다. 상향 주파수 신호를 이용해서 방향 탐지를 수행하면, 탐지 장치는 해당 주파수에서 동작하는 단말들의 방향들을 탐지할 수 있을 것이다. 드론 신호의 경우, 탐지 장치는 동일한 대역에 존재하는 LTE를 이용하는 드론 신호, 다른 통신 프로토콜을 이용하는 드론 신호, WiFi 신호를 구분할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원의 방향을 탐지하는 장치의 구성을 도시한다. 도 3은 도 1의 탐지 장치(110)의 구조로 이해될 수 있다.

도 3를 참고하면, 장치는 안테나 장치(310), 신호 수신부(320), 통신부(330), 실시간 신호처리부(340), 프로세서(350)를 포함한다.

안테나 장치(310)는 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 예를 들어, 안테나 장치는 복수의 안테나 요소들을 포함하는 배열(array) 안테나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 안테나 장치는 1차원 또는 다차원 구조의 배열 안테나일 수 있다.

신호 수신부(320)는 RF(radio frequency) 신호를 처리한다. 신호 수신부(320)는 수신되는 신호를 실시간 신호처리부에 의해 처리될 수 있는 형태로 처리할 수 있다. 여기서, 신호는 별도의 수신 장치로부터 제공되거나, 신호 수신부(320)에 물리적으로 연결된 안테나 또는 배열 안테나를 통해 수신될 수 있다. 신호 수신부(320)는 복수의 수신 체인들을 포함할 수 있으며, 하나의 수신 체인은 안테나 장치(310)에 포함되는 복수의 안테나들 중 적어도 하나와 대응하며, 대응되는 적어도 하나의 안테나를 통해 수신되는 신호를 처리한다. 본 발명에서, 각 수신 체인은 '수신기'라고 지칭될 수 있으며, 전체 수신 신호는 수신 체인들의 개수만큼의 수신 채널들로 분리될 수 있다. 수신 채널들의 신호들은 서로 다른 수신 체인들에 의해 처리되므로, 서로 다른 스펙트로그램들을 생성하기 위해 사용될 수 있다.

통신부(330)는 장치가 다른 장치와 신호를 송신 및 수신한다. 통신부(330)는 유선 또는 무선 인터페이스를 제공하며, 해당 통신 프로토콜에 따라 데이터를 송신 및 수신하기 위한 기능을 수행한다. 예를 들어, 통신부(330)는 장치의 설정, 제어를 위한 신호, 무인 항공기에 대한 검출 결과를 알리는 신호 등을 송신 또는 수신할 수 있다. 통신부(330)는 '송신기', '수신기' 또는 '송수신기'로 지칭될 수 있다.

실시간 신호 처리부(340)는 신호 수신부(320)에서 전달된 디지털 신호를 실시간 처리함으로써 실시간 스펙트로그램을 생성한다. 실시간으로 신호를 처리하기 위해, 처리 동작은 관심 있는 주파수 대역 내의 모든 신호 요소를 정확하게 처리할 수 있도록 빠르게 수행되어야 한다. 실시간 신호 처리부(340)는 입력 신호의 변화에 분석의 출력이 따라갈 수 있도록 모든 연산들을 연속적이고 빠르게 수행한다. 이를 위해, 시간축에서 추출된 하나의 단위 신호(예: 프레임)의 길이(예: 획득 시간(acquisition time))보다 짧은 시간 동안 해당 단위 신호에 대한 FFT(fast Fourier transform) 연산이 수행될 수 있다. 이를 위해, 실시간 신호 처리부(340)는 FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), GPU(graphics processing unit), DSP(digital signal processor), 고성능 프로세서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

프로세서(350)는 장치의 전반적인 기능을 제어한다. 프로세서(350)는 신호 수신부(320)와 실시간 신호처리부(340)로부터 제공되는 전파 데이터를 분석할 수 있다. 프로세서(350)는 통신부(330)를 통해 다른 장치와 데이터를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 실시간 스펙트로그램에 기반하여 신호원의 방향을 탐지할 수 있다. 즉, 프로세서(350)는 장치가 후술되는 다양한 실시 예들에 따라 신호원의 방향을 탐지하도록 제어할 수 있다. 실시간 신호 처리부(340) 및 프로세서(350)는 연산을 수행하는 능력을 가진 구성요소로서 일부 기능을 상호 대체적으로 수행할 수 있다. 즉, 실시간 신호 처리부(340)의 기능으로 설명된 적어도 일부가 프로세서(350)에 의해 수행되거나, 프로세서(350)의 기능으로 설명된 적어도 일부가 실시간 신호 처리부(340)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 실시간 신호 처리부(340) 역시 프로세서의 일종으로 이해될 수 있으며, 이 경우, 실시간 신호 처리부(340) 및 프로세서(350)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.

도 3와 같이 구성되는 장치에 의해, 다양한 실시 예에 따라 신호원의 방향이 탐지될 수 있다. 도 3는 단일 장치의 구조를 예시하고 있으나, 다른 실시 예에 따라 둘 이상의 장치들의 협업에 의해 신호원의 방향이 탐지될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 장치들 중 하나는 전파 신호를 분석하는 기능을 수행하고, 다른 하나는 전파 신호에 대한 분석 결과에 기반하여 신호원의 방향을 탐지할 수 있다. 또한, 전파 신호를 수집하는 기능이 별도의 장치에 의해 수행될 수 있다. 이하 다양한 실시 예들에 따른 절차들은 하나의 장치에 의해 수행되는 것으로 설명되나, 복수의 장치들에 의해 수행되는 것으로 이해될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원의 방향을 탐지하는 절차의 일 예를 도시한다. 도 4은 장치(예: 도 1의 탐지 장치(110))의 동작 방법을 예시한다.

도 4를 참고하면, S401 단계에서, 장치는 스펙트로그램을 생성한다. 예를 들어, 장치는 동기화된 다채널 수신기들을 이용하여 복수의 스펙트로그램들을 생성할 수 있다. 이때, 장치는 동기화된 복소(complex) 스펙트로그램들을 생성할 수 있다. 구체적으로, 장치는 배열 안테나를 통해 수신된 동기화된 IQ 데이터로부터 동기화된 수신 채널 별 복소 스펙트로그램을 결정한다. 여기서, 스펙트로그램들 간 동기화는 효과적인 방향 탐지를 위해 요구된다. 동기화로 인해, 동일한 시각 및 주파수의 신호들 간 위상 차이 값 정보가 얻어질 수 있다. 이때, 끊김없는(lossless) 데이터로 스펙트로그램을 생성하는 것은 블럭 단위의 격자를 만드는데 중요하다.

S403 단계에서, 장치는 스펙트로그램들을 격자 블록들로 분할한다. 격자 블록은 지정된 주파수 폭 및 지정된 시간 길이를 가지는 자원 영역을 의미한다. 격자 블록의 주파수 축 크기 또는 시간 축 크기 중 적어도 하나는 고정적이거나 또는 환경에 따라 적응적으로 조절될 수 있다. 신호원이 다른 시스템에 속한 장치인 경우, 격자 블록은 해당 시스템의 자원 단위와 동일한 크기로 설정될 수 있다. 즉, 일 실시 예에 따라, 격자 블록의 크기는 탐지하고자 하는 신호원이 속한 시스템의 규격에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 격자 블록의 크기는 신호원이 속한 시스템의 최소 자원 할당 단위를 포함하도록 결정될 수 있다.

S405 단계에서, 장치는 격자 블록 별 대표 값들을 결정한다. 다시 말해, 장치는 복수의 격자 블록들 각각에 대한 대표 값을 결정한다. 하나의 격자 블록은 복수의 측정 값들을 포함하고 있으므로, 장치는 방향 탐지를 위해 격자 블록 당 하나의 대표 값을 결정한다. 복수의 수신 채널들에 대응하는 복수의 스펙트로그램들이 생성되었으므로, 하나의 격자에 대해 스펙트로그램들의 개수 만큼의 대표 값들이 결정될 수 있다. 여기서, 대표 값은 크기 정보 및 위상 정보를 포함하고, 위상 정보로부터 위상 차이 정보가 결정될 수 있다. 여기서, 크기 정보는 안테나 별 크기 값들, 위상 정보는 안테나 별 위상 값들, 위상 차이 정보는 두 안테나들 간 위상 차이 값들을 포함한다. 즉, 장치는 스펙트로그램의 각 격자 블록에 대한 위상 차이 정보 및 크기 정보를 구한다. 예를 들어, 대표 값은 격자 블록 내의 복소 값들로부터 추출되는 크기 및 위상 차이 값의 평균값, 중앙값, 최소값, 최대값 등 다양한 형태로 결정될 수 있다.

S407 단계에서, 장치는 대표 값들을 이용하여 방향을 탐지한다. 다시 말해, 장치는 격자 블록들의 대표 값들에 기반하여 방향 탐지를 수행한다. 일 실시 예에 따라, 장치는 격자 블록들 각각의 크기 정보 및 위상 차이 정보를 이용하여 방향 탐지 알고리즘을 실행할 수 있다. 예를 들어, 방향 탐지 알고리즘은 위상 비교 방식(예: 인터페로미터(interferometer)), 상관 위상 비교 방식(예: CI(correlative interferometer)), MUSIC(multiple signal classification) 기법 또는 이들 중 적어도 하나로부터 도출되는 기법 중 하나일 수 있다. 이때, 방향 탐지 알고리즘을 수행하기에 앞서, 장치는 격자 블록들의 대표 값들 또는 내부의 복소 값들에 기반하여 각 격자 블록에서의 신호의 점유 여부를 확인하고, 신호에 의해 점유된 격자 블록들만을 이용하여 방향 탐지 알고리즘을 수행할 수 있다. 이를 통해, 장치는 격자 블록 별 방향 탐지 결과들을 획득할 수 있고, 격자 블록 별 방향 탐지 결과들의 통계적 분포에 기반하여 적어도 하나의 신호원을 확인하고, 적어도 하나의 신호원의 방향을 판단할 수 있다.

도 4를 참고하여 설명한 실시 예에서, 장치는 실시간 스펙트로그램을 생성하고, 실시간 스펙트로그램에 기반하여 신호원의 방향을 탐지한다. 하지만, 본 발명이 실시간 스펙트로그램에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 다른 실시 예에 따라, 하드웨어 성능 등의 한계로 인해, 비-실시간 스펙트로그램을 이용하는 것도 가능하다. 다만, 실시간 스펙트로그램은 비-실시간 스펙트로그램보다 더 나은 결과를 제공할 수 있을 것이다.

도 4를 참고하여 설명한 실시 예에서, 장치는 스펙트로그램을 격자 블록들로 분할한다. 이때, 일 실시 예에 따라, 정확한 격자의 구성을 위해서, 프레임에 대한 정확한 주파수 및 시각 동기를 맞추는 것이 필요할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 장치는 GPS(global positioning system) 동기를 맞추거나, LTE/5G 셀 탐색을 통한 셀 동기화 과정을 수행할 수 있다. 다만, 본 발명이 프레임에 대한 동기화에 제한되는 것은 아니다.

도 4를 참고하여 설명한 실시 예에서, 장치는 격자 블록들을 먼저 생성한 후, 신호에 의해 점유된 격자 블록들만을 이용하여 방향 탐지 알고리즘을 수행한다. 다른 실시 예에 따라, 신호에 의한 점유 여부가 먼저 판단된 후, 격자 블록들이 생성될 수 있다. 즉, 장치는 스펙트로그램의 각 지점의 복소 값들에 기반하여 신호에 의해 점유된 영역을 판단하고, 판단된 영역을 격자 블록들로 분할할 수 있다. 이 경우, 판단된 영역 중 경계에 인접한 일부는 격자 블록들에 포함되지 못할 수 있다.

전술한 다양한 실시 예들에 따라, 스펙트로그램을 복수의 격자 블록들로 분할함으로써, 격자 분할에 기반한 방향 탐지가 수행될 수 있다. 이때, 격자 블록의 크기 및 격자 블록들의 경계에 대한 설정이 요구된다. 일 실시 예에 따라, 격자 블록의 크기 및 경계의 위치는 미리 고정된 값으로 설정될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 격자 블록의 크기 및 경계의 위치 중 적어도 하나는 신호의 대역, 신호에 적용된 통신 프로토콜 등에 기반하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 신호의 대역에 따라 격자 블록의 크기 및 경계의 위치 중 적어도 하나를 정의한 맵핑 테이블이 사전에 정의될 수 있다. 다시 말해, 주파수 분배표를 참고하여 이미 알려져 있는 서비스 대역들에 대하여, 분배표를 저장한 데이터베이스와의 연계에 기반하여, 서비스 별로 블록의 크기가 추천될 수 있다. 이 경우, 장치는 확인된 신호가 속한 대역에서의 격자 블록 크기 결정 기준을 확인하고, 확인된 기준을 적용할 수 있다. 예를 들어, 기준은 신호 대역폭을 n 등분하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로, 기준은 신호에 적용된 통신 프로토콜의 자원 할당 단위에 기반하여 정의될 수 있다.

구체적인 예로, LTE, 5G 등과 같이 OFDMA 방식의 통신 프로토콜을 사용하는 경우, 자원 할당의 단위는 RB이므로, RB 단위로 각 사용자에게 자원이 할당될 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 따라, 탐지 장치는 격자 블록의 크기 및 경계를 RB의 크기 및 경계에 일치시킬 수 있다. 즉, 신호원이 LTE/5G 시스템에 속한 장치인 경우, 격자 블록은 RB와 동일한 크기로 설정될 수 있다. 이때, 탐지 장치는 LTE/5G 셀 탐색을 통한 셀 동기화 과정하고, 격자 블록들의 경계를 OFDMA 신호의 격자에 정렬되도록 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성되는 격자 블록들의 예를 도시한다. 도 5는 LTE 신호에서 격자 블록(502)의 크기가 RB와 동일하게 설정된 경우를 예시한다. 도 5를 참고하면, 10ms 시간 구간 및 900kHz 주파수 폭 내에서, 20×5개의 격자 블록들이 추출될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 생성되는 격자 블록들의 다른 예들을 도시한다. 도 6a는 드론 신호에서의 격자 블록 분할을, 도 6b는 LTE 신호에서의 격자 블록 분할을 예시한다. 도 6a 및 도 6b와 같이, 스펙트로그램의 전체가 일정한 크기의 격자 블록들로 분할될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 격자 블록 별로 신호원의 방향을 탐지하는 절차의 일 예를 도시한다. 도 7은 장치(예: 도 1의 탐지 장치(110))의 동작 방법을 예시한다.

도 7을 참고하면, S801 단계에서, 장치는 안테나들 간 위상 차이 값들을 확인한다. 여기서, 위상 차이 값들은 복수의 안테나들 중 기준 안테나에서 수신된 신호의 위상 값 대비 해당 안테나에서 수신된 신호의 위상 값의 차이를 의미할 수 있다.

S803 단계에서, 장치는 위상 차이 값들에 기반하여 신호의 입사각을 결정한다. 신호의 방향에 따라 하나의 안테나 요소와 신호원 간 거리 및 다른 하나의 안테나 요소와 신호원 간 거리에 차이가 발생할 수 있고, 거리 상의 차이는 위상의 차이를 야기한다. 따라서, 안테나 요소들에 수신되는 신호들 간 위상 차이 값에 기반하여 입사각이 계산될 수 있다. 여기서, 입사각은 방위각(azimuth) 및 앙각(elevation) 중 적어도 하나를 포함한다.

S805 단계에서, 장치는 입사각에 기반하여 신호원의 방향을 결정한다. 입사각은 안테나 배열에 포함되는 안테나 요소들에 기준하는 상대적인 방향을 지시한다. 따라서, 장치는 위상 차이 값에 기반하여 계산된 입사각을 절대적 방향 또는 다른 기준에 기반하는 방향으로 변환할 수 있다.

도 7을 참고하여 설명한 바와 같이, 신호원의 방향이 결정될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 방향에 더하여, 신호원과의 거리가 더 추정될 수 있다. 예를 들어, 장치는 신호원에 대한 신호 세기에 기반하여 거리를 추정할 수 있다.

전술한 절차들에 따라, 격자 블록 별로 신호의 방향이 결정될 수 있다. 즉, 격자 블록들의 개수 만큼의 방향 값들이 획득된다. 하나의 스펙트로그램에 대하여, 격자 블록 별 방향 탐지 결과는 복수의 방향 값들을 포함한다. 이에 따라, 방향 값들로부터 최종적인 신호원과 방향을 결정하는 절차가 필요하다. 예를 들어, 최종적인 신호원과 방향은 해당 격자의 평균 신호 레벨, 격자의 최대/최소값, 해당 결과의 방향 탐지 결과 등에 기반하여 도출될 수 있다. 최종적인 신호원과 방향을 결정하는 절차가 이하 도 8 및 도 9를 참고하여 설명된다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 신호원 및 방향을 결정하는 절차의 일 예를 도시한다. 도 8은 장치(예: 도 1의 탐지 장치(110))의 동작 방법을 예시한다.

도 8을 참고하면, S801 단계에서, 장치는 격자 블록 별 방향 값들을 획득한다. 격자 블록 별 방향 값들은 동기화된 스펙트로그램들로부터 결정되며, 신호를 포함하는 격자 블록들의 개수만큼 결정된다. 예를 들어, 장치는 도 7과 같은 절차를 각 격자 블록에 대하여 수행함으로써 격자 블록 별 방향 값들을 획득할 수 있다. 여기서, 방향 값은 각도로 표현될 수 있다.

S803 단계에서, 장치는 유효 방향 값들을 확인한다. 유효 방향 값들은 획득된 방향 값들에서 오류로 판단되는 방향 값들을 제외한 나머지를 의미한다. 오류 여부는 군집의 형성 여부, 군집과의 방향 차이 또는 각도 차이 중 적어도 하나에 기반하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 획득된 방향 값들을 그래프에 표현하면 도 9와 같을 수 있다. 도 9는 검출된 방향 값들의 각도를 기호 '*'을 이용하여 표현한다. 예를 들어, 값(902)은 각도 약 15°를 가지는 방향 값을 표현한다. 이때, 방향 값들의 군집들(912, 914, 916)이 확인되며, 어느 군집에도 포함되지 못하는 단일한 값들(902, 904)도 확인된다. 일 실시 예에 따라, 군집에 포함되지 못하고, 일정 반경 내 다른 방향 값이 없는 방향 값은 유효하지 아니한 것으로 취급될 수 있다. 즉, 장치는 상호 간 거리 차이가 임계치 미만인 방향 값들을 그룹핑하여 적어도 하나의 군집을 형성하고, 적어도 하나의 군집에 속하는 방향 값들을 유효한 것으로 판단할 수 있다. 도 9의 경우, 임계치의 설정에 따라, 더 많은 값들이 유효하지 아니한 것으로 취급될 수 있다.

S805 단계에서, 장치는 유효 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원을 식별한다. 격자 블록 별 방향 값들은 모두 하나의 신호원에 대한 방향에 대응하거나 또는 둘 이상의 신호원들의 방향들에 대응할 수 있다. 즉, 하나의 신호원이 복수의 격자 블록들을 점유하는 신호를 송신하므로, 하나의 군집을 이루는 방향 값들은 하나의 신호원의 방향으로 취급될 수 있다. 따라서, 장치는 유효 방향 값들로부터 형성되는 군집들 각각을 독립적인 신호원으로서 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 경우, 3개의 군집들(912, 914, 916)이 확인되므로, 장치는 군집들(912, 914, 916) 각각에 대응하는 3개의 신호원들을 식별할 수 있다.

S807 단계에서, 장치는 식별된 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정한다. 식별된 적어도 하나의 신호원은 복수의 격자 블록 별 방향 값들에 대응할 수 있다. 이 경우, 장치는 대응하는 복수의 격자 블록 별 방향 값들의 통계 값에 기반하여 해당 신호원의 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 방향 값들의 평균이 해당 신호원의 방향으로 결정될 수 있다.

앞서 설명된 일 실시 예에 따른 전파 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예에 따라 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

앞선 실시예에 대한 설명에서 참조된 도면 각각은 설명의 편의를 위해 도시된 일 실시 예에 불과하며, 각 화면에 표시된 정보들의 항목, 내용과 이미지들은 다양한 형태로 변형되어 표시될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 신호원의 방향을 탐지하는 장치의 동작 방법에 있어서,
   복수의 안테나들 각각에 대응하는 스펙트로그램들을 생성하는 단계;
   상기 스펙트로그램들 각각을 복수의 격자 블록들로 분할하는 단계;
   상기 격자 블록들의, 신호 세기 정보 및 위상 차이 정보를 포함하는, 대표 값들을 결정하는 단계;
   상기 복수의 격자 블록들 각각의 대표 값들에 기반하여 상기 스펙트로그램들에서 신호에 의해 점유된 것으로 판단되는 적어도 하나의 영역을 결정하는 단계;
   상기 적어도 하나의 영역 내에서, 상기 대표 값들을 이용하여 상기 격자 블록들 각각에 대한 신호의 방향 값들을 결정하는 단계; 및
   상기 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스펙트로그램들은, 주파수 영역 및 시간 영역에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 신호에 대한 복소(complex) 수신 값을 표현하며,
   상기 격자 블록들의 크기 및 경계는, 상기 OFDMA 신호의 격자에 정렬되도록 신호가 속한 주파수 대역, 상기 신호에 적용된 통신 프로토콜 중 적어도 하나에 기반하여 결정되는 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 격자 블록들의 경계를 상기 신호에 정렬하기 위해, 상기 적어도 하나의 신호원이 속한 시스템에 대한 셀 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정하는 단계는,
   상기 방향 값들 간 거리에 기반하여, 상기 방향 값들에 대한 적어도 하나의 군집을 확인하는 단계; 및
   상기 적어도 하나의 군집 중 하나의 군집에 속하는 방향 값들의 통계 값을 하나의 신호원의 방향으로 결정하는 단계를 포함하는 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 적어도 하나의 군집에 속하지 아니하는 적어도 하나의 방향 값은, 방향을 결정함에서 제외되는 방법.
   
8. 적어도 하나의 신호원의 방향을 탐지하는 장치에 있어서,
   수신 신호들을 수신하는 신호 수신부;
   상기 신호 수신부에 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
   상기 적어도 하나의 프로세서는,
   복수의 안테나들 각각에 대응하는 스펙트로그램들을 생성하고,
   상기 스펙트로그램들 각각을 복수의 격자 블록들로 분할하고,
   상기 격자 블록들의, 신호 세기 정보 및 위상 차이 정보를 포함하는, 대표 값들을 결정하고,
   상기 복수의 격자 블록들 각각의 대표 값들에 기반하여 상기 스펙트로그램들에서 신호에 의해 점유된 것으로 판단되는 적어도 하나의 영역을 결정하고,
   상기 적어도 하나의 영역 내에서, 상기 대표 값들을 이용하여 상기 격자 블록들 각각에 대한 신호의 방향 값들을 결정하고,
   상기 방향 값들에 기반하여 적어도 하나의 신호원 및 적어도 하나의 신호원의 방향을 결정하는 장치.

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