KR102672770B1 - 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 및 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 송신 안테나들을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들의 각각은 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
Description
본 발명은 레이다 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치에 관한 것이다.
레이다 장치가 자율 주행 시스템, 생체 정보 수집 시스템 및 스마트 보안 시스템 등의 분야에 활용됨에 따라 높은 성능을 발휘할 수 있는 레이다 장치에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 레이다 장치의 송수신기 모듈의 거리가 멀지 않을 때 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치는 높은 각 분해능(azimuth resolution)을 제공할 수 있어 다양한 분야에 활용 가능하다.
한편 다중입력 다중출력 레이다 장치에 포함되는 안테나 서브 어레이들의 배열 간격을 조정하여 안테나 개구를 확장시키는 경우 상기 레이다 장치의 각 분해능을 보다 향상시킬 수 있다. 그러나 상기 레이다 장치의 수신 회로에서 형성되는 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브(grating lobe)들은 상기 레이다 장치의 대상체의 위치와 관련된 다양한 정보들에 대한 추정 성능을 감소시킨다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 안테나 개구를 확장시켜 각 분해능을 향상시키고, 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들 중 일부를 효과적으로 제거하는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들의 각각은 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 송신 회로 및 수신 회로를 포함할 수 있다. 상기 송신 회로는 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들에 각각 상응하는 제1 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제1 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴을 조향할 수 있다. 상기 수신 회로는 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들에 각각 상응하는 제2 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제2 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴을 조향하고, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 송신 회로는 상기 제1 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 수신 회로는 상기 제2 아날로그 빔 패턴을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 조향 방향 및 상기 제2 조향 방향은, 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 다를 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 회로는 상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트(null point)의 방향을 상기 그레이팅 로브들 중 제1 그레이팅 로브의 방향과 일치시키고, 상기 수신 회로는 상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향을 상기 그레이팅 로브들 중 제2 그레이팅 로브의 방향과 일치시켜 상기 제1 및 제2 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 그레이팅 로브는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브들 중 하나이고, 상기 제2 그레이팅 로브는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브들 중 다른 하나일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 송신 회로 및 수신 회로를 포함할 수 있다. 상기 송신 회로는 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들에 각각 상응하는 제1 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제1 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들을 제1 조향 방향으로 조향할 수 있다. 상기 수신 회로는 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들에 각각 상응하는 제2 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제2 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제1 수신 아날로그 빔 패턴 및 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 송신 회로는 상기 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들이 제1 형태를 가지도록 제어하고, 상기 수신 회로는 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴이 상기 제1 형태를 가지도록 제어하고 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴이 제2 형태를 가지도록 제어하여 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 조향 방향은, 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 송신 회로, 수신 회로 및 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환할 수 있다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수신 회로는, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 가 가상 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 회로는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 상기 디지털-아날로그 컨버터는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공할 수 있다. 상기 믹서는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 위상 천이기들은 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법에서, 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴의 방향을 제1 조향 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들을 방사할 수 있다. 각각이 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴의 방향을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 수신 회로에서, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성할 수 있다. 상기 수신 회로에서, 상기 가상수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다. 제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법에서, 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에서, 제1 형태를 가지는 제1 송신 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 제1 송신 신호들을 방사할 수 있다. 각각이 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들에서, 상기 제1 형태를 가지는 제1 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 제1 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에서, 상기 제1 형태를 가지는 제2 송신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체를 향해 서로 직교하는 제2 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들에서, 제2 형태를 가지는 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체로부터 반사된 제2 반사 신호들을 수신할 수 있다. 수신 회로에서, 상기 제1 및 제2 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성할 수 있다. 상기 수신 회로에서, 1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행할 수 있다. 제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들은 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들의 각각은 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제1 간격은 상기 제2 간격에 상기 Q를 곱한 값보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 안테나 서브 어레이들 간의 배열 간격을 조정하여 안테나 개구를 확장시킴으로써 각 분해능을 보다 향상시키고, 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 세트가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트가 송신 신호들을 방사하거나 수신 안테나 어레이 세트가 반사 신호들을 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 서브 어레이 세트의 각각에 포함되는 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 제1 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 제2 빔포밍 네트워크에 포함되는 제2 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 가상 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 전의 아날로그 빔 패턴들, 디지털 빔 패턴 및 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11의 (a)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 않은 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 11의 (b)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a), (b) 및 (c)와 도 15의 (a), (b) 및 (c)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 16의 (a)는 도 14 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이고, 도 16의 (b)는 도 15 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용한 경우에 형성되는 합성 빔 패턴들을 나타내는 도면들이다.
도 18의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 세트가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트가 송신 신호들을 방사하거나 수신 안테나 어레이 세트가 반사 신호들을 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 서브 어레이 세트의 각각에 포함되는 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 제1 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 제2 빔포밍 네트워크에 포함되는 제2 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 가상 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 전의 아날로그 빔 패턴들, 디지털 빔 패턴 및 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11의 (a)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 않은 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 11의 (b)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a), (b) 및 (c)와 도 15의 (a), (b) 및 (c)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 16의 (a)는 도 14 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이고, 도 16의 (b)는 도 15 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 17의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용한 경우에 형성되는 합성 빔 패턴들을 나타내는 도면들이다.
도 18의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치(10)는 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)를 포함할 수 있다.
송신 장치(100)는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 송신 회로(130)를 포함하고, 송신 회로(130)는 제1 빔포밍 네트워크(135)를 포함할 수 있다. 수신 장치(300)는 수신 안테나 서브 어레이 세트(310) 및 수신 회로(330)를 포함하고, 수신 회로(330)는 제2 빔포밍 네트워크(335) 및 신호처리회로(335)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 유사한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300) 모두에서 안테나 서브 어레이들(또는 '하위 배열' 내지 '위상 하위 배열'로 지칭될 수도 있다.)로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)는 하나의 기판 상에서 구현될 수 있고, 상기 복수의 안테나들은 상기 기판 상의 미리 설정된 방향을 따라 미리 설정된 간격만큼 이격되어 일렬로 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 배치되는 구체적인 형태에 대하여 도 2 내지 도 4 등을 참조하여 후술하기로 한다.
제어 회로(500)는 송신 회로(130)로 입력 디지털 신호(IS)를 제공하고, 수신 회로(330)로부터 출력 디지털 신호(OS)를 제공받을 수 있다. 제어 회로(500)는 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)로 제1 제어 신호(CTL1) 및 제2 제어 회로(CTL2)를 각각 제공할 수 있다.
송신 회로(130)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 입력 디지털 신호(IS)를 아날로그 신호로 변환하여 제1 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제1 베이스밴드 신호들을 고주파 신호인 송신 신호들(TS)로 변환할 수 있다. 송신 회로(130)는 송신 신호들(TS)을 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 제1 빔포밍 네트워크(135)에서 생성될 수 있다. 제1 빔포밍 네트워크(135)는 복수의 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 제어 회로(500)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 상기 복수의 빔포밍부들의 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.
송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 송신 신호들(TS)을 대상체를 향해 방사할 수 있다. 수신 안테나 서브 어레이 세트(310)는 송신 신호들(TS)에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들(RS)을 수신할 수 있다.
수신 회로(330)는 제2 제어 신호(CTL2)에 기초하여 반사 신호들(RS)을 변환하여 제2 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들을 디지털 신호인 출력 디지털 신호(OS)로 변환할 수 있다. 수신 회로(330)는 출력 디지털 신호(OS)를 제어 회로(500)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들일 수 있고, 수신 회로(330)는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 각각이 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 서브 어레이들(또는 '가상 수신 안테나 서브 어레이 세트'로 지칭될 수도 있다.)을 형성할 수 있다. 수신 회로(330)는 상기 가상 수신 안테나 서브 어레이들에 기초하여 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 가상 수신 안테나 서브 어레이들 및 상기 디지털 빔 패턴은 수신 회로(330)에 포함되는 신호처리회로(335)는 상기 제2 베이스밴드 신호들로부터 서로 직교하는 신호 성분들을 분리하여 상기 가상 수신 안테나 서브 어레이들 및 상기 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 각각 포함되는 아날로그-디지털 변환기들(analog-to-digital converter)(ADC) 및 디지털-아날로그 변환기들(digital-to-analog converter)(DAC)은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 포함되는 안테나들의 수보다 적은 수로 구현될 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)는 상기 안테나 서브 어레이들 간의 배열 간격을 조정하여 안테나 개구를 확장시킴으로써 각 분해능을 보다 향상시킬 수 있다. 그러나 이 경우 수신 회로(330)에서 형성되는 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들은 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)의 대상체의 위치와 관련된 다양한 정보들에 대한 추정 성능을 감소시킨다.
따라서 제어 회로(500)는 제1 제어 신호(CTL1) 및 제2 제어 신호(CTL2)에 기초하여 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)를 제어함으로써 상기 그레이팅 로브들 중 일부를 효과적으로 상쇄시킨다.
일 실시예에서, 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각은 위상 천이기들을 포함하고, 상기 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 아날로그 빔 패턴들의 조향 방향들을 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 조향 방향과 다르게 제어하여 상기 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각은 상기 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 아날로그 빔 패턴들의 조향 방향들을 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 조향 방향과 일치하도록 제어하고 상기 아날로그 빔 패턴들의 형태를 다양하게 제어하여 상기 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다. 상기 아날로그 빔 패턴들의 조향 방향들을 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 조향 방향과 다르게 제어하는 방식과 관련하여 도 8 내지 도 12, 및 도 19를 참조하여 후술하고, 상기 아날로그 빔 패턴들의 형태를 다양하게 제어하는 방식과 관련하여 도 13 내지 도 18, 및 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한 다중입력 다중출력 레이다 장치에 포함되는 안테나 서브 어레이들 간의배열 간격을 조정하여 안테나 개구를 확장시킴으로써 각 분해능을 보다 향상시키고, 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 세트가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)에서, 기판들(700a 및 700b)의 각각에 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 서브 어레이 세트가 배치되는 예가 도시된다. 제1 및 제2 방향들(D1 및 D2)은 기판들(700a 및 700b)의 상면에 평행하고 서로 수직으로 교차하는 방향들을 나타낸다. 제3 방향(D3)은 상기 상면에 수직인 방향을 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, 기판(700a) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a)가 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제1 방향(D1)으로 연장되는 가상의 라인(VL1)을 중심으로 평행하게 대칭을 이루는 가상의 제1 및 제2 라인들(PL1 및 PL2) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판(700b) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310b)가 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310b)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제2 방향(D2)으로 연장되는 가상의 라인(VL2)에 수직인 제3 라인(PL3) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트들(110a 및 110b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 해당할 수 있고, 수신 안테나 서브 어레이 세트들(310a 및 310b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 수신 안테나 서브 어레이 세트(310)에 해당할 수 있다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트가 송신 신호들을 방사하거나 수신 안테나 어레이 세트가 반사 신호들을 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310)가 도 2의 (b)의 방식에 따라 배치된 예가 도시된다.
도 3을 참조하면, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)(111, 113 및 115)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각은 기판 상에서 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)을 포함할 수 있고, 제2 송신 안테나 서브 어레이(113)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA21, TA22, TA23 및 TA2M)을 포함할 수 있고, 제P 송신 안테나 서브 어레이(115)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)을 포함할 수 있다.
수신 안테나 서브 어레이 세트(310)는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)(311, 313 및 315)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제Q 송신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각은 기판 상에서 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 수신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)는 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13 및 RA1M)을 포함할 수 있고, 제2 수신 안테나 서브 어레이(313)는 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA21, RA22, RA23 및 RA2M)을 포함할 수 있고, 제Q 수신 안테나 서브 어레이(315)는 제1 내지 제M 수신 안테나들(RAQ1, RAQ2, RAQ3 및 RAQM)을 포함할 수 있다.
송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 포함되는 제1 송신 안테나 서브 어레이(111) 및 수신 안테나 서브 어레이 세트(310)에 포함되는 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)는 기준 조향 방향(RDREF)을 중심으로 하는 전방의 영역을 복수의 조향 방향들(RD0, RD1, RD2, RD3, RD4, RD5, RD6, RD7 및 RD8)에 따라 순차적으로 스캐닝(scanning)하여 대상체를 탐지할 수 있다. 시야각()은 조향 방향(RD0)으로부터 조향방향(RD8)까지로 설정될 수 있고, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)가 송신 신호들을 방사하기 위한 현재의 조향 방향()이 기준 조향 방향(RDREF)과 송신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴의 조향 방향(예를 들어, RD3) 간의 각도로 나타내어질 수 있고, 수신 안테나 서브 어레이 세트(310)가 수신 신호들을 수신하기 위한 현재의 조향 방향()이 기준 조향 방향(RDREF)과 수신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴의 조향 방향(예를 들어, RD3) 간의 각도로 나타내어질 수 있다.
도 3에서, 제1 송신 안테나 서브 어레이(111) 및 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)에 대하여만 복수의 조향 방향들(RD0, RD1, RD2, RD3, RD4, RD5, RD6, RD7 및 RD8)을 도시하여 상술하였으나 제2 및 제P 송신 안테나 서브 어레이들(113 및 115), 및 제2 및 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(313 및 315) 또한 제1 송신 안테나 서브 어레이(111) 및 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)와 동일한 방식으로 동작할 수 있다.
도 4는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 서브 어레이 세트의 각각에 포함되는 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4에서, 도 3의 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA21, RA13, RA1M, RA21, RA22, RA23, RA2M, RAQ1, RAQ2, RAQ3 및 RAQM)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격만큼 이격되는 것으로 간주한다. 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 수신 안테나들 중 인접한 수신 안테나들(예를 들어, RA11과 RA12)은 미리 설정된 간격만큼 이격되는 것으로 간주한다.
도 4를 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 311 및 313)에 각각 포함되는 제1 수신 안테나들(예를 들어, RA11 및 RA21)은 제1 방향(D1)으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 개수(즉, P)를 곱한 값보다 클 수 있다. 다만 이하에서 상기 제2 간격이 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값에 해당하는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징들이 설명될 수 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 하기 [수학식 1]에 따라 결정되고, 상기 제2 간격은 하기 [수학식 2]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
DTS = DT * M
상기 [수학식 1]에서, DTS는 상기 제1 간격이고, DT는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다.
[수학식 2]
DRS > DTS * P
상기 [수학식 2]에서, DRS는 상기 제2 간격이고, DTS는 상기 제1 간격이고, P는 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 개수이다.
도 5는 도 1의 제1 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5에서, 도 3의 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M), 및 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)과 전기적으로 연결되는 제1 송신 빔포밍부(135-1)가 도시된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 송신 빔포밍부(135-1)는 디지털-아날로그 컨버터(183), 믹서(181) 및 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)을 포함할 수 있다.
디지털-아날로그 컨버터(183)는 입력 디지털 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 생성하고, 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 믹서(181)로 제공할 수 있다. 믹서(181)는 제1 베이스밴드 신호(BS1) 및 발진 신호(FLO1)에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 고주파 신호인 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각으로 제공할 수 있다.
제1 송신 빔포밍부(135-1)는 가중치 신호(TWF1)를 수신할 수 있고, 가중치 신호(TWF1)는 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각에 인가되는 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호(TWF1)는 도 1을 참조하여 상술한 제1 제어 신호(CTL1)에 포함될 수 있다.
제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)은 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)에 기초하여 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다.
제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)은 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)에 기초하여 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)의 아날로그 빔 패턴을 조향하거나 또는 상기 아날로그 빔 패턴의 형태를 변경할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 5에서 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 상응하는 제1 송신 빔포밍부(135-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(113 및 115)의 각각 또한 제1 송신 빔포밍부(135-1)와 동일한 방식으로 제2 송신 빔포밍부 내지 제P 송신 빔포밍부와 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 송신 회로는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 각각 상응하는 제1 내지 제P 송신 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제P 송신 빔포밍부들의 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 나아가 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 전부에 상응하는 제1 내지 제P 송신 빔포밍부들 전부에 포함되는 제1 내지 제M 위상 천이기들 전부를 '송신 회로측 위상 천이기들'로 지칭할 수 있다.
도 6은 도 1의 제2 빔포밍 네트워크에 포함되는 제2 빔포밍부의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6에서, 도 3의 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)에 포함되는 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13 및 RA1M), 및 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13 및 RA1M)과 전기적으로 연결되는 제1 수신 빔포밍부(335-1)가 도시된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 제1 수신 빔포밍부(335-1)는 아날로그-디지털 컨버터(383), 믹서(381) 및 제1 내지 제M 위상 천이기들(361, 363, 365 및 367)을 포함할 수 있다.
제1 수신 빔포밍부(335-1)는 가중치 신호(RWF1)를 수신할 수 있고, 가중치 신호(RWF1)는 제1 내지 제M 위상 천이기들(361, 363, 365 및 367)의 각각에 인가되는 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 가중치 신호(RWF1)는 도 1을 참조하여 상술한 제2 제어 신호(CTL2)에 포함될 수 있다.
제1 내지 제M 위상 천이기들(361, 363, 365 및 367)은 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)에 기초하여 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13 및 RA1M)로부터 수신되는 반사 신호들의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 믹서(381)로 제공할 수 있다.
제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)은 제1 내지 제M 가중치들(W11, W12, W13, ..., W1M)에 기초하여 제1 내지 제M 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13 및 RA1M)의 아날로그 빔 패턴을 조향하거나 또는 상기 아날로그 빔 패턴의 형태를 변경할 수 있다.
믹서(381)는 발진 신호(FLO2)에 기초하여 제1 내지 제M 위상 천이기들(361, 363, 365 및 367)로부터 제공된 신호를 베이스밴드 신호로 변환하고 상기 베이스밴드 신호를 아날로그-디지털 컨버터(383)로 제공할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(383)는 상기 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 6에서 제1 수신 안테나 서브 어레이(311)에 상응하는 제1 수신 빔포밍부(335-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(313 및 315)의 각각 또한 제1 수신 빔포밍부(335-1)와 동일한 방식으로 제2 수신 빔포밍부 내지 제Q 수신 빔포밍부와 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 수신 회로는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)에 각각 상응하는 제1 내지 제Q 수신 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제Q 수신 빔포밍부들의 각각은 아날로그-디지털 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 나아가 상기 제1 내지 제Q 송신 안테나 서브 어레이들 전부에 상응하는 제1 내지 제Q 수신 빔포밍부들 전부에 포함되는 제1 내지 제M 위상 천이기들 전부를 '수신 회로측 위상 천이기들'로 지칭할 수 있다.
도 7은 도 1의 가상 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7에서, 도 1의 가상수신 안테나 서브 어레이 세트가 포함하는 제1 내지 제(P x Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들(331, 333 및 335)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들(VA11, VA12, VA13, VA1M, VA21, VA22, VA23, VA2M, VA(P x Q)1, VA(P x Q)2, VA(P x Q)3 및 VA(P x Q)M)이 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제(P x Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들(331, 333 및 335)의 각각이 포함하는 가상 수신 안테나들 중 인접한 가상 수신 안테나들(예를 들어, VA11과 VA12)은 미리 설정된 간격만큼 이격되는 것으로 간주한다.
도 7을 참조하면, 제1 내지 제(P x Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들(331, 333 및 335) 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 331 및 333)에 각각 포함되는 제1 가상 수신 안테나들(예를 들어, VA11 및 VA21)은 제3 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 도 4를 참조하여 상술한 상기 제1 간격만큼 이격될 수 있고, 상기 제3 간격은 하기 [수학식 3]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 3]
DVS = DT * M
상기 [수학식 3]에서, DVS는 상기 제3 간격이고, DT는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다.
도 8은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각은 위상 천이기들을 포함하고, 상기 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 송신 안테나 서브 어레이들 및 수신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴들의 조향 방향들을 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 조향 방향과 다르게 제어하여 상기 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 송신 회로(130)는 송신 회로측 위상 천이기들을 포함하고, 상기 송신 회로측 위상 천이기들에 인가되는 가중치들(예를 들어, W11a, W12a, W13a, ..., W1Ma)에 기초하여 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향할 수 있다. 수신 회로(330)는 수신 회로측 위상 천이기들을 포함하고, 상기 수신 회로측 위상 천이기들에 인가되는 가중치들(예를 들어, W11b, W12b, W13b, ..., W1Mb)에 기초하여 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴을 제2 조향 방향으로 조향할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 조향 방향 및 상기 제2 조향 방향은 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 다를 수 있다. 예를 들어, 송신 회로(130)는 상기 제1 아날로그 빔 패턴의 조향 방향을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트(null point)의 방향이 상기 그레이팅 로브들 중 제1 그레이팅 로브의 방향과 일치되도록 제어할 수 있다. 수신 회로(330)는 상기 제2 아날로그 빔 패턴의 조향 방향을 상기 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향이 상기 그레이팅 로브들 중 제2 그레이팅 로브의 방향과 일치되도록 제어할 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9의 (a) 및 (b)는 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 전의 아날로그 빔 패턴들, 디지털 빔 패턴 및 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)에서, 도 8을 참조하여 상술한 상기 제1 아날로그 빔 패턴, 상기 제2 아날로그 빔 패턴 및 상기 디지털 빔 패턴의 각각의 조향 방향이 일치하는 경우(예를 들어, 각각의 조향 방향은 0 °), 상기 제1 아날로그 빔 패턴(TX subarray beam pattern), 상기 제2 아날로그 빔 패턴(RX subarray beam pattern) 및 상기 디지털 빔 패턴(VX phase centers beam pattern)이 도시된다.
도 9의 (b)에서, 도 9의 (a)에 도시된 상기 제1 아날로그 빔 패턴, 상기 제2 아날로그 빔 패턴 및 상기 디지털 빔 패턴 전부를 합성한 합성 빔 패턴이 도시된다.
도 9의 (b)를 참조하면, 상기 합성 빔 패턴의 0 °인 조향 방향에 메인 로브가 위치하고, 상기 합성 빔 패턴의 ±3.5°, ±11.0°및 ±18 °부근의 조향 방향들에서 그레이팅 로브들이 발생할 수 있다. 상기 그레이팅 로브들은 도 1의 레이다 장치(10)에 의한 상기 대상체의 위치와 관련된 다양한 정보들에 대한 추정 성능을 감소시키는 원인이 될 수 있고, 특히 상기 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브들(예를 들어, 상기 합성 빔 패턴의 ±3.5°부근의 조향 방향들에서 발생하는 그레이팅 로브들)의 신호 레벨(약 -7 dB)은 기타의 그레이팅 로브들과 비교하여 상기 메인 로브의 신호 레벨(약 0 dB)에 가까우므로 상쇄시킬 필요가 있다.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10의 (a) 및 (b)에서, 도 9의 (a)를 참조하여 상술한 상기 디지털 빔 패턴(예를 들어, 블랙 라인)이 도시된다. 조향 방향()은 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향을 나타내고, 조향 방향()은 상기 디지털 빔 패턴의 제1 그레이팅 로브(예를 들어, 도 9의 (b)에서 -3.5 °에 위치하는 그레이팅 로브)가 발생하는 방향을 나타내고, 조향 방향()은 상기 디지털 빔 패턴의 제2 그레이팅 로브(예를 들어, 도 9의 (b)에서 +3.5°에 위치하는 그레이팅 로브)가 발생하는 방향을 나타낼 수 있다.
도 10의 (a)에서, 조향 방향()은 도 9의 (a)를 참조하여 상술한 상기 제1 아날로그 빔 패턴의 제1 널 포인트의 방향을 나타내고, 조향 방향()은 도 9의 (a)를 참조하여 상술한 상기 제2 아날로그 빔 패턴의 제2 널 포인트의 방향을 나타낼 수 있다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 디지털 빔 패턴의 제1 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트의 방향()을 일치시키고, 상기 디지털 빔 패턴의 제2 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향()을 일치시켜 상기 그레이팅 로브들 중 상기 제1 및 제2 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 관한 상기 제1 간격(DTS) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)에 관한 상기 제2 간격(DRS) 간에 '2 * DTS = DRS'인 조건이 성립되는 경우, 상기 제1 그레이팅 로브 및 상기 제2 그레이팅 로브가 발생하는 방향들()은 하기 [수학식 4]에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식4]
상기 [수학식 4]에서, 는 송신 신호의 파장의 크기이고, 는 제1 간격(DTS)을 나타내고, 는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향을 나타낸다.
상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트의 방향()을 상기 디지털 빔 패턴의 제1 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 일치시키기 위한 상기 제1 아날로그 빔 패턴의 방향()은 하기 [수학식 5]에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식5]
상기 [수학식 5]에서, 는 송신 신호의 파장의 크기이고, 는 제1 간격(DTS)을 나타내고, 는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향을 나타내고, 은 도 3의 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 안테나들의 개수이다.
상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향()을 상기 디지털 빔 패턴의 제2 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 일치시키기 위한 상기 제2 아날로그 빔 패턴의 방향()은 하기 [수학식6]에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식6]
상기 [수학식 6]에서, 는 송신 신호의 파장의 크기이고, 는 제1 간격(DTS)을 나타내고, 는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향을 나타내고, 은 도 3의 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 안테나들의 개수이다.
따라서 상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트의 방향()을 상기 디지털 빔 패턴의 제1 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 일치시키기 위해 상기 제1 아날로그 빔 패턴의 방향()을 상기 [수학식 5]에 따라 조향하고, 상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향()을 상기 디지털 빔 패턴의 제2 그레이팅 로브가 발생하는 방향()과 일치시키기 위해 상기 제2 아날로그 빔 패턴의 방향()을 상기 [수학식6]에 따라 조향함으로써 상기 디지털 빔 패턴의 제1 및 제2 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 아날로그 빔 패턴의 방향들( 및)은 '송신 회로측 위상 천이기들' 및 '수신 회로측 위상 천이기들'에 인가되는 가중치들에 기초하여 조향할 수 있다.
도 11의 (a)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 않은 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이고, 도 11의 (b)는 도 10의 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우의 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a) 및 (b)의 각각에서, 중간 합성 빔 패턴(overall sub-array beam pattern), 디지털 빔 패턴(virtual array beam pattern) 및 합성 빔 패턴(total beam pattern)이 도시된다. 상기 중간 합성 빔 패턴은 도 9의 (a)를 참조하여 상술한 상기 제1 아날로그 빔 패턴 및 상기 제2 아날로그 빔 패턴을 합성한 빔 패턴을 나타내고, 상기 합성 빔 패턴은 상기 중간 합성 빔 패턴 및 상기 디지털 빔 패턴을 합성한 빔 패턴을 나타낼 수 있다.
도 11의 (a) 및 (b)는 도 4 등을 참조하여 상술한 제1 간격(DTS)이 12 에 해당하고, 제2 간격(DRS)이 24 에 해당하며, 도 3의 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 및 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 각각이 포함하는 안테나들의 개수()가 24 인 조건 하에서 시뮬레이션을 수행한 결과이고, 도 11의 (a)는 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 않은 경우를 나타내고, 도 11의 (b)는 도 8 내지 도 10을 참조하여 상술한 방식에 기초하여 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우를 나타낸다.
도 12는 도 8의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 제1 및 제2 대상체들(Target1 및 Target2)의 위치가 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 추정될 수 있다.
도 11의 (a)를 참조하여 상술한 합성 빔 패턴을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키지 않은 경우 상기 제1 및 제2 대상체들의 위치와 관련된 고스트 대상체로 탐색되는 정규화된 신호 레벨은 최대 -13 dB 로 나타나고(예를 들어, 블랙 라인), 도 11의 (b)를 참조하여 상술한 합성 빔 패턴을 이용하여 상기 디지털 빔 패턴의 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우 상기 고스트 대상체로 탐색되는 정규화된 신호 레벨은 최대 -20 dB 로 나타날 수 있다(예를 들어, 블루 라인).
상기 제1 및 제2 대상체들을 올바르게 탐색한 정규화된 신호 레벨은 0 dB 에 상응하므로, 상기 디지털 빔 패턴의 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킨 경우상기 고스트 대상체로 탐색되는 신호 레벨을 감소시켜 상기 제1 및 제2 대상체들을 보다 정확하게 탐색할 수 있도록 한다.
도 13은 도 1의 제1 및 제2 빔포밍 네트워크들에 포함되는 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각은 위상 천이기들을 포함하고, 상기 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 송신 안테나 서브 어레이들 및 수신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴들의 조향 방향들을 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 조향 방향과 일치하도록 제어하고 상기 아날로그 빔 패턴들의 형태를 다양하게 제어하여 상기 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시킬 수 있다.
도 5 및 도 13을 참조하면, 송신 회로(130)는 송신 회로측 위상 천이기들을 포함하고, 상기 송신 회로측 위상 천이기들에 인가되는 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)에 기초하여 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들을 제1 조향 방향으로 조향할 수 있다. 수신 회로(330)는 수신 회로측 위상 천이기들을 포함하고, 상기 수신 회로측 위상 천이기들에 인가되는 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)에 기초하여 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제1 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 수신 회로측 위상 천이기들에 인가되는 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., - W1(M/2+1), - W1(M/2+2), - W1(M/2+3), ..., - W1M)에 기초하여 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향할 수 있다.
송신 회로(130)는 상기 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)에 기초하여 상기 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들이 제1 형태를 가지도록 제어하고, 수신 회로(330)는 상기 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)에 기초하여 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴이 상기 제1 형태를 가지도록 제어하고, 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., - W1(M/2+1), - W1(M/2+2), - W1(M/2+3), ..., - W1M)에 기초하여 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴이 상기 제1 형태와 다른 제2 형태를 가지도록 제어할 수 있다. 이 경우, 아날로그 빔 패턴이 상기 제2 형태를 가지도록 제어하기 위한 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., - W1(M/2+1), - W1(M/2+2), - W1(M/2+3), ..., - W1M)은 상기 아날로그 빔 패턴이 상기 제1 형태를 가지도록 제어하기 위한 가중치들(예를 들어, W11, W12, W13, ..., W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)과 비교하여 가중치들(W1(M/2+1), W1(M/2+2), W1(M/2+3), ..., W1M)의 부호가 반전된 형태일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 조향 방향은 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 같을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들은 상기 제1 송신 아날로그 빔 패턴에 기초하여 대상체를 향해 제1 송신 신호들을 방사하고, 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들은 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴에 기초하여 상기 제1 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 제1 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들은 상기 제2 송신 아날로그 빔 패턴에 기초하여 상기 대상체를 향해 제2 송신 신호들을 방사하고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들은 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴에 기초하여 상기 제2 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 제2 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 제1 및 제2 송신 신호들은 도 3을 참조하여 상술한 복수의 조향 방향들(RD0, RD1, RD2, RD3, RD4, RD5, RD6, RD7 및 RD8) 중 하나에 대하여 연속적으로 방사될 수 있고, 상기 대상체를 탐지하기 위한 스캐닝 동작에 따라 다른 조향 방향들에 대하여 동일한 방식으로 상기 제1 및 제2 송신 신호들이 연속적으로 방사될 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14의 (a), (b) 및 (c)와 도 15의 (a), (b) 및 (c)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13, 및 도 14의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 도 14의 (a)는 상기제1 송신 아날로그 빔 패턴(subarray TX beam pattern)을 나타내고, 도 14의 (b)는 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴(subarray RX beam pattern)을 나타낸다. 도 14의 (c)는 상기 제1 송신 아날로그 빔 패턴 및 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴과 함께 상기 제1 송신 아날로그 빔 패턴 및 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴이 합성된 제1 중간 합성 빔 패턴(overall subarray beam pattern)을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 13을 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 제1 송신 아날로그 빔 패턴 및 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴은 상기 제1 형태를 가질 수 있고, 상기 제1 중간 합성 빔 패턴 또한 상기 제1 형태와 유사한 형태를 가지게 된다.
도 13, 및 도 15의(a), (b) 및 (c)를 참조하면, 도 15의 (a)는 상기 제2 송신 아날로그 빔 패턴(subarray TX beam pattern)을 나타내고, 도 15의 (b)는 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴(subarray RX beam pattern)을 나타낸다. 도 15의 (c)는 상기제2 송신 아날로그 빔 패턴 및 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴과 함께 상기 제2 송신 아날로그 빔 패턴 및 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴이 함성된 제2 중간 합성 빔 패턴(overall subarray beam pattern)을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 13을 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 제1 송신 아날로그 빔 패턴은 상기 제1 형태를 가질 수 있고, 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴은 상기 제1 형태와 다른 제2 형태를 가질 수 있다. 그 결과 상기 제2 중간 합성 빔 패턴은 상기 제1 형태 및 상기 제2 형태와 다른 제3 형태를 가지게 된다.
도 16의 (a)는 도 14 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이고, 도 16의 (b)는 도 15 의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 빔 패턴들을 이용한 경우의 합성 빔 패턴을 나타내는 도면이다.
도 16의 (a) 및 (b)의 각각에서, 중간 합성 빔 패턴(overall subarray beam pattern), 디지털 빔 패턴(virtual array beam pattern) 및 합성 빔 패턴(total beam pattern)이 도시된다. 도 16의 (a)에서 상기 중간 합성 빔 패턴은 도 14의 (c)를 참조하여 상술한 상기 제1 중간 합성 빔 패턴을 나타내고, 도 16의 (b)에서 상기 중간 합성 빔 패턴은 도 15의 (c)를 참조하여 상술한 상기 제2 중간 합성 빔 패턴을 나타낸다.
도 16의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도 16의 (a)의 상기 합성 빔 패턴에서는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브 및 상기 메인 로브에 인접하는 그레이팅 로브들의 신호 레벨이 감쇄되지 않거나 크게 감쇄되지 않아 상기 합성 빔 패턴이 상기 메인 로브 및 상기 그레이팅 로브들을 거의 그대로 포함하고 있다. 반면 도 16의 (b)의 상기합성 빔 패턴에서는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브에 인접하는 그레이팅 로브들의 신호 레벨은 감쇄되지 않았으나 상기 메인 로브의 신호 레벨이 크게 감쇄되어 상기 합성 빔 패턴은 상기 메인 로브가 제거된 형태로 상기 그레이팅 로브들만을 포함하게 된다.
따라서 도 16의 (a)의 상기 합성 빔 패턴과 도 16의 (b)의 상기 합성 빔 패턴 간의 차(difference)를 계산하면 최종적으로 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브만을 포함하는 합성 빔 패턴을 형성할 수 있다.
도 17의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용한 경우에 형성되는 합성 빔 패턴들을 나타내는 도면들이다.
도 17의 (a)는 도 4 등을 참조하여 상술한 제1 간격(DTS)이 16 에 해당하고, 제2 간격(DRS)이 32 에 해당하며, 도 3의 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 및 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 각각이 포함하는 안테나들의 개수()가 24 인 조건 하에서 시뮬레이션을 수행한 결과이고, 도 17의 (b)는 제1 간격(DTS)이 20 에 해당하고, 제2 간격(DRS)이 40 에 해당하며, 도 3의 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 및 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 각각이 포함하는 안테나들의 개수()가 24 인 조건 하에서 시뮬레이션을 수행한 결과이다. 도 17의 (a) 및 (b)에서, 도 16의 (a) 및 (b)를 참조하여 상술한 방식에 따라 상기 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들이 상쇄되고 메인 로브만을 포함하는 합성 빔 패턴들을 도시하였다.
도 18의 (a) 및 (b)는 도 13의 가중치들을 이용하여 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 상쇄시켜 대상체를 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18의 (a) 및 (b)에서, 제1 대상체 및 제2 대상체를 포함하는 시뮬레이션 대상체들을 대상으로 상기 시뮬레이션이 수행되었다. 상기 시뮬레이션 대상체들은 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)로부터 전방을 향하여 약 7 m 의 거리에 위치하고, 도 3을 참조하여 상술한 기준 방향(RDREF)으로부터 우측으로 각각 0.10 m, 0.15 m 떨어진 곳에 위치한다. 상기 제1 대상체와 기준 방향(RDREF) 사이의 각도는 약 0.8°이고, 상기 제2 대상체와 기준 방향(RDREF) 사이의 각도는 약 2°이며, 상기 제1 대상체와 상기 제2 대상체 사이의 각도는 약 1.2 ㅀ에 해당한다.
도 18의 (a)를 참조하면, 도 14의 (a), (b) 및 (c)의 방식을 이용하여 상기 시뮬레이션 대상체들을 향해 제1 송신 신호들을 방사하고 상기 제1 송신 신호들에 대응하는 제1 반사 신호들을 수신하여 생성된 합성 빔 패턴(phased-subarray sum beam)이 도시되고, 도 15의 (a), (b) 및 (c)의 방식을 이용하여 상기 시뮬레이션 대상체들을 향해 제2 송신 신호들을 방사하고 상기 제2 송신 신호들에 대응하는 제2 반사 신호들을 수신하여 생성된 합성 빔 패턴(phased-subarray difference beam)이 도시되어 있다.
도 18의 (b)를 참조하면, 상기 시뮬레이션 대상체들을 검출한 결과 상기 제1 대상체는 기준 방향(RDREF)과 약 1°의 각도를 이루는 곳에 위치하는 것으로 검출되고, 상기 제2 대상체는 기준 방향(RDREF)과 약 2.3°의 각도를 이루는 곳에 위치하는 것으로 검출되며, 상기 제1 대상체와 상기 제2 대상체는 서로 1.3°의 각도를 이루는 것으로 검출된다. 따라서 상기 제1 대상체와 상기 제2 대상체가 실제 이루는 각도(즉, 약 1.2°)와 비교하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치가 우수한 각 분해능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 19를 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)의 제1 아날로그 빔 패턴의 방향을 제1 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들이 방사된다(S100).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)의 제2 아날로그 빔 패턴의 방향을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들이 수신된다(S200).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함할 수 있다.
수신 회로에서, 상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들이 형성된다(S300).
상기 수신 회로에서, 상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행된다(S400).
제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정된다(S500).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 도 8 내지 도 12를 참조하여 상술한 방식에 따라 도 19의 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법이 구체적으로 실시될 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 20을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에서, 제1 형태를 가지는 제1 송신 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 제1 송신 신호들이 방사된다(S110).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)에서, 상기 제1 형태를 가지는 제1 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 제1 반사 신호들이 수신된다(S210).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에서, 상기 제1 형태를 가지는 제2 송신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체를 향해 서로 직교하는 제2 송신 신호들이 방사된다(S130).
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들에서, 제2 형태를 가지는 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체로부터 반사된 제2 반사 신호들이 수신된다(S230).
수신 회로에서, 상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들이 형성된다(S300).
상기 수신 회로에서, 상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행된다(S400).
제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정된다(S500).
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 도 13 내지 도 18을 참조하여 상술한 방식에 따라 도 20의 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법이 구체적으로 실시될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 안테나 서브 어레이들 간의 배열 간격을 조정하여 안테나 개구를 확장시킴으로써 각 분해능을 보다 향상시키고, 디지털 빔 패턴의 그레이팅 로브들을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
본 발명은 다중입력 다중출력 레이다 장치 및/또는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 이용한 레이다 시스템을 포함하는 다양한 통신 장치 및 시스템과 이를 포함하는 다양한 전자 장치 및 시스템에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 휴대폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC(personal computer), 노트북(laptop computer), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(digital camera), 휴대용 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, 사물 인터넷(internet of things; IoT) 기기, 만물 인터넷(internet of everything; IoE) 기기, 가상 현실(virtual reality; VR) 기기, 증강 현실(augmented reality; AR) 기기 등과 같은 다양한 전자 기기에 유용하게 이용될 수 있다.
특히, 본 발명은 5G 이통통신 시스템(예를 들어, 약 28 GHz, 40 GHz 등), 군용 레이더 및 통신 시스템(예를 들어, X band, Ku band, W band 등), 위성통신 시스템(예를 들어, Ka band 등), 자동차용 레이더(예를 들어, 자율주행 자동차)(예를 들어, 약 79 GHz 등), 무선 전력 전송(예를 들어, 약 5.8 GHz 등) 등에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (15)
- 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수); 및
각각이 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 크며,
상기 제1 내지 제M 송신 안테나들에 각각 상응하는 제1 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제1 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴을 조향하는 송신 회로; 및
상기 제1 내지 제M 수신 안테나들에 각각 상응하는 제2 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제2 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴을 조향하고, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로를 더 포함하고,
상기 송신 회로는 상기 제1 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 수신 회로는 상기 제2 아날로그 빔 패턴을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들 중 일부를 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 제1 조향 방향 및 상기 제2 조향 방향은,
상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 다른 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 송신 회로는 상기 제1 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제1 널 포인트(null point)의 방향을 상기 그레이팅 로브들 중 제1 그레이팅 로브의 방향과 일치시키고,
상기 수신 회로는 상기 제2 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 제2 널 포인트의 방향을 상기 그레이팅 로브들 중 제2 그레이팅 로브의 방향과 일치시켜 상기 제1 및 제2 그레이팅 로브들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제4 항에 있어서, 상기 제1 그레이팅 로브는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브들 중 하나이고, 상기 제2 그레이팅 로브는 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브들 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
- 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수); 및
각각이 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 크며,
상기 제1 내지 제M 송신 안테나들에 각각 상응하는 제1 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제1 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들을 제1 조향 방향으로 조향하는 송신 회로; 및
상기 제1 내지 제M 수신 안테나들에 각각 상응하는 제2 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제2 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제1 수신 아날로그 빔 패턴 및 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로를 더 포함하고,
상기 송신 회로는 상기 제1 및 제2 송신 아날로그 빔 패턴들이 제1 형태를 가지도록 제어하고, 상기 수신 회로는 상기 제1 수신 아날로그 빔 패턴이 상기 제1 형태를 가지도록 제어하고 상기 제2 수신 아날로그 빔 패턴이 제2 형태를 가지도록 제어하여 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들 중 일부를 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제6 항에 있어서, 상기 제1 조향 방향은,
상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하고,
상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하며,
상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제8 항에 있어서, 상기 수신 회로는,
상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 가상 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제8 항에 있어서, 상기 송신 회로는,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함하고,
상기 제1 내지 제P 빔포밍부들 각각은
상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터;
상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환하는 믹서; 및
상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공하는 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 제11 항에 있어서,
상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고,
상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. - 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴의 방향을 제1 조향 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들을 방사하는 단계;
각각이 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)에서, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴의 방향을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 단계;
수신 회로에서, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성하는 단계;
상기 수신 회로에서, 상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하는 단계; 및
제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 큰 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법. - 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에서, 제1 형태를 가지는 제1 송신 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하여 대상체를 향해 서로 직교하는 제1 송신 신호들을 방사하는 단계;
각각이 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)에서, 상기 제1 형태를 가지는 제1 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 제1 반사 신호들을 수신하는 단계;
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에서, 상기 제1 형태를 가지는 제2 송신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체를 향해 서로 직교하는 제2 송신 신호들을 방사하는 단계;
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들에서, 제2 형태를 가지는 제2 수신 아날로그 빔 패턴을 상기 제1 조향 방향으로 조향하여 상기 대상체로부터 반사된 제2 반사 신호들을 수신하는 단계;
수신 회로에서, 상기 제1 및 제2 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여, 각각이 제1 내지 제M 가상 수신 안테나들을 포함하는 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 형성하는 단계;
상기 수신 회로에서, 상기 제1 내지 제(P * Q) 가상 수신 안테나 서브 어레이들을 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하는 단계; 및
제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 간격에 상기 P를 곱한 값보다 큰 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법. - 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수); 및
각각이 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제M 수신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제1 간격은 상기 제2 간격에 상기 Q를 곱한 값보다 크며,
상기 제1 내지 제M 송신 안테나들에 각각 상응하는 제1 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제1 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 제1 아날로그 빔 패턴을 조향하는 송신 회로; 및
상기 제1 내지 제M 수신 안테나들에 각각 상응하는 제2 위상 천이기들을 포함하고, 상기 제2 위상 천이기들의 각각에 인가되는 가중치들에 기초하여 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 제2 아날로그 빔 패턴을 조향하고, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로를 더 포함하고,
상기 송신 회로는 상기 제1 아날로그 빔 패턴을 제1 조향 방향으로 조향하고, 상기 수신 회로는 상기 제2 아날로그 빔 패턴을 제2 조향 방향으로 조향하여 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들 중 일부를 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
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| KR1020210131106A KR102672770B1 (ko) | 2021-10-01 | 2021-10-01 | 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 |
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| KR1020210131106A KR102672770B1 (ko) | 2021-10-01 | 2021-10-01 | 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 |
Publications (2)
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|---|---|
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| KR102672770B1 true KR102672770B1 (ko) | 2024-06-07 |
Family
ID=85984675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210131106A KR102672770B1 (ko) | 2021-10-01 | 2021-10-01 | 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 |
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| KR101477909B1 (ko) * | 2013-06-03 | 2014-12-30 | 주식회사 만도 | 레이더 장치 및 안테나 장치 |
| JP2018538759A (ja) * | 2015-12-22 | 2018-12-27 | 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 通信装置及び無線通信機器 |
| KR102662232B1 (ko) * | 2016-11-28 | 2024-05-02 | 주식회사 에이치엘클레무브 | 다중입력 다중출력 안테나부를 포함하는 레이더 장치 |
| DE102016224900A1 (de) * | 2016-12-14 | 2018-06-14 | Robert Bosch Gmbh | MIMO-Radarsensor für Kraftfahrzeuge |
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2021
- 2021-10-01 KR KR1020210131106A patent/KR102672770B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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