KR20000005826A

KR20000005826A - 전파환경분석장치

Info

Publication number: KR20000005826A
Application number: KR1019990020159A
Authority: KR
Inventors: 구와하라요시히코
Original assignee: 가네코 히사시; 닛폰 덴키(주)
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-01-25
Also published as: DE69932772D1; DE69932772T2; CA2273530A1; KR100340832B1; US6084928A; AU3236599A; EP0963003B1; JPH11344517A; EP0963003A2; EP0963003A3; CA2273530C; AU748803B2

Abstract

본 발명의 전파 환경 분석 장치는 수신장치 및 신호 처리 장치를 포함한다. 수신장치는 평면상의 복수개의 고정점에 있는 어레이 안테나에 의한 의사 잡음(PN) 부호 시퀀스를 사용하는 위상 시프트 키잉(PSK)에 의해 변조된 신호를 수신하고, 수신된 신호를 중간 주파수 또는 복조된 신호로 변환시키고, 이들 신호를 출력한다. 신호 처리 장치는 수신장치로 입사하는 신호의 입사각, 지연 시간 및 상대 전력을 분석하기 위해 수신장치로부터 출력된 신호를 처리한다. 이 신호 처리 장치는 복수개의 정규화 유닛, 제1 추정 유닛, 연산 유닛 및 제2 추정 유닛을 갖는다. 정규화 유닛은 수신장치로부터의 신호를 개별적으로 정규화하고, 정규화된 신호군으로서 이들 신호를 출력한다. 제1 추정 유닛은 공분산 행렬을 계산하고, 각각의 입사하는 신호의 입사각을 추정한다. 연산 유닛은 추정된 입사각을 갖는 입사하는 신호를 제외하고 입사하는 신호를 억제하기 위해 어레이 안테나의 웨이트를 계산하고, 어레이 안테나의 웨이트와 정규화된 신호군의 곱을 계산한다. 제2 추정 유닛은 공분산 행렬을 계산하고, 지연 시간 및 상대 전력을 추정한다.

Description

전파 환경 분석 장치{Radio environment analysis apparatus}

본 발명은 전파 환경 분석 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 도시(urban) 또는 실내 공간 등의 다중 경로 환경에서 안테나로 입사하는 신호의입사각, 지연 시간 및 상대 전력을 측정하는 전파 환경 분석 장치에 관한 것이다.

고속 디지털 통신을 실현하기 위해, 주파수 자원은 효율적으로 사용되어야 한다. 광범위한 대역이 특정 대역으로부터 본질적으로 보장되는 밀리파 대역을 사용하는 방법, 셀 영역의 감소에 따라 반복적으로 사용된 주파수를 감소시키는 방법, 및 사용자의 수에 따라 인접한 셀 기지국들을 효율적으로 사용하는 다이내믹 존 조절법(dynamic zone control) 등의 기술에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

통신 속도가 증가함에 따라, 다중 경로 부호간에 간섭이 발생하여 도시 또는 실내 공간 등의 환경에서 통신 품질을 감소시킨다. 셀 영역이 감소할 때, 동일한 채널에서의 간섭이 발생한다.

다중 경로 부호간의 간섭 및 동일한 채널에서의 간섭을 제거하기 위한 효율적인 수단중 하나는 긴 지연파를 제거하는 데 효과적인 어댑티브 안테나 및 짧은 지연파를 제거하는 데 효과적인 적응형 이퀄라이저를 도입한 것이다. 이러한 경우에, 어댑티브 안테나 및 적응형 이퀄라이저를 효율적으로 작동시키기 위해, 안테나로 입사하는 신호의 입사 및 지연 시간이 측정되어야 한다. 또한, 다이내믹 존 조절에서, 특히 안테나로 입사하는 신호의 입사각은 안테나의 빔 조절을 위해 측정되어야 한다.

다중 경로 환경에서 안테나로 입사하는 신호의 입사각, 지연 시간 및 상대 전력을 측정하는 알고리즘의 공지된 예로는 2D-MUSIC법, FFT-MUSIC법, 및 2D-Unitary ESPRIT법을 들 수 있다.

2D-MUSIC법에 의한 실내 전파 환경의 평가는 문헌["High-ResolutionAnalysis of Indoor Multipath Propagation Structure", IEICE TRANS. COMMUN., VOL. E78-B, NO.11, pp.1450-1457, 1995년 11월 호](참고 문헌 1)에 보고되어 있다.

FFT-MUSIC법의 원리는 문헌["Estimation of Propagation Delay Time and Direction of Arrival of Indoor Quasi-Millimeter Multipath Waves Using FFT-MUSIC with Triangular Antenna Array", TECHNICAL REPORT OF IEICE, AㆍP95-120, pp.79-84, 1996년 2월](참고 문헌 2)에 기재되어 있다.

2D-Unitary ESPRIT법을 사용한 도시 공간에서의 전파 특성의 평가는 문헌["High-Resolution 3D Direction-of-Arrival Determination for Urban Mobile Radio", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL.45, NO.4, 1997년 4월](참고 문헌 3)에 기재되어 있다.

안테나로 입사하는 신호의 입사각 및 지연 시간의 조합을 동시에 추정하는 원리는 문헌["Paired Estimation of Propagation Delay Times and Directions of Arrival of Multipath Waves Using 2D Unitary ESPRIT", TECHNICAL REPORT OF IEICE, AㆍP97-78, 1997년 7월](참고 문헌 4)에 기재되어 있다.

그러나, 안테나로 입사하는 신호의 입사각 및 지연 시간을 추정하는 이들 종래의 방법은 다음과 같은 문제점들을 갖는다.

첫째, 참고 문헌 1의 2D-MUSIC법 및 참고 문헌 4의 2D-Unitary ESPRIT법은 입사각의 방위평면만을 추정할 수 있고, 고저 평면은 추정할 수 없다. 현재, 작동중인 이동 전화 기지국이 상황에 따라 안테나의 고저 평면 지향성을 조절하기 때문에, 입사각의 방위평면 및 고저 평면이 동시에 파악되어야 한다.

둘째, 수신 안테나 소자의 위치는 측정을 위해 기계적으로 이동된다. 이것 역시 참고 문헌 3의 2D-Unitary ESPRIT법에서와 동일하다. 수신 안테나의 기계적 이동은 측정 시간을 증가시킨다. 이동 통신을 고려하면, 안테나와 이퀄라이저는 실시간으로 조절되어야 하므로, 이들 방법은 이동 통신에 적용하기 곤란하다.

셋째, 수신 신호는 기준 신호로서 송신 신호를 사용하여 정규화되기 때문에, 수신 신호는 케이블을 통해 수신장치에 공급되어야 한다. 케이블로 접속되는 통신국들은 필연적으로 이동 통신에 모순된다.

이와는 대조적으로, 참고 문헌 2에서 FFT-MUSIC법은 수신 안테나의 임의의 기계적 이동 및 통신국들 간의 임의의 접속 케이블을 요하지 않고, 입사 방위각, 고저 평면 및 지연 시간을 동시에 추정할 수 있다. 그러나, 이 방법은 초분해능 기술에 의한 입사각을 해결하지 못하므로, 낮은 각 해상도 및 낮은 정밀도를 초래한다. 참고 문헌 3에서, 고저 입사각 및 방위평면의 입사각은 2D-Unitary ESPRIT법에 의해 추정되지만, 지연 시간은 종래의 채널 카운터를 사용하여 추정되므로, 낮은 시간 분해능 및 낮은 정밀도를 초래한다.

본 발명의 목적은 높은 분해능 및 높은 정밀도에 따라 고저 평면 및 방위평면의 입사각 및 지연 시간의 조합을 동시에 추정할 수 있는 전파 환경 분석 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 통신에도 적용할 수 있는 전파 환경 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 평면 상의 복수개의 고정된 지점들에 있는 어레이 안테나에 의한 의사 잡음(PN) 부호시퀀스를 사용하는 위상 시프트 키잉(PSK)에 의해 변조된 신호를 수신하고, 복수개의 수신된 신호를 중간 주파수 또는 복조된 신호로 변환시키고, 생성된 신호를 출력하는 수신장치, 및 수신장치로 입사하는 신호의 입사각, 지연 시간 및 상대 전력을 분석하기 위해 수신장치로부터 출력된 신호를 처리하는 신호 처리 장치를 포함하고, 상기 신호 처리 장치는 수신장치로부터 각각의 신호를 개별적으로 정규화하고, 정규화된 신호군으로서 정규화된 신호를 출력하는 복수개의 정규화 수단, 정규화 수단에 의해 정규화된 신호군으로부터 공분산 행렬을 계산하고, 2D-MUSIC법 및 2D-Unitary ESPRIT법 중 하나를 사용하여 입사하는 신호 각각의 입사각을 추정하는 제1 추정 수단, 제1 추정 수단에 의해 추정된 입사각을 갖는 입사하는 신호를 제외하고 입사하는 신호들을 억제하기 위해 어레이 안테나의 웨이트를 계산하고, 어레이 안테나의 계산된 웨이트와 정규화된 신호군의 곱을 계산하는 연산 수단, 연산 수단으로부터 출력된 곱 신호군으로부터 공분산 행렬을 계산하고, MUSIC법 및 ESPRIT법중 하나를 사용하여 지연 시간 및 상대 전력을 추정하는 제2 추정 수단을 갖는 것인 전파 환경 분석 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치를 나타내는 블록도.

도 2는 도 1에 나타낸 DSP의 신호 처리 동작을 나타내는 블록도.

도 3은 2D-Unitary ESPRIT법에 의한 이동 평균 계산 처리를 나타내는 설명도.

도 4는 MUSIC법을 사용하는 이동 평균 계산 방법을 보여주는 설명도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치를 나타내는 블록도.

도 6은 도 5에 나타낸 DSP의 신호 처리 동작을 보여주는 블록도.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치를 나타내는 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 송신장치 2: 수신장치

3: 신호 처리 장치 11: PN 부호 발생기

12: BPSK 변조기 13: 주파수 변환 증폭기

14: 송신 안테나 15: 평면 어레이 안테나

16₁₁내지 16_MN+1: 안테나 소자

17₁₁내지 17_MN+1: 주파수 변환기

18₁₁내지 18_MN+1: AD 컨버터

19 : DSP(디지탈 신호 연산 처리부)

21: 주파수 스위프 신호 발생기

22: 커플러 23: 케이블

24: 제어 신호 발생기 25: 스캐너

26: 네트워크 아날라이저 27: 퍼스널 컴퓨터

106: 입사각 추정 유닛 107: 입사 신호 지정 유닛

109: 어레이 계산 유닛 111: 상대 전력 추정 유닛

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치를 나타낸다. 도 1에서, 전파 환경 분석 장치는 PN(Pseudo Noise)(의사 잡음) 부호시퀀스를 사용하는 위상 시프트 키잉(PSK; Phase Shift Keying)에 의해 변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치(1), 중간 주파수 또는 복조된 신호로의 변환 후 평면상에 배열된 복수개의 안테나 소자에 의해 수신된 신호들을 출력하는 수신장치(2), 및 수신장치(2)로부터의 출력에 기초하여 수신 신호의 입사각(고저 및 방위각), 지연 시간 및 상대 전력의 조합을 동시에 계산하는 신호 처리 장치(3)를 포함한다.

송신장치(1)는 PN 코드를 발생하기 위한 PN 부호 발생기, PN 부호 발생기(11)로부터 출력된 PN 코드를 위상-변조시키기 위한 BPSK(이진 PSK) 변조기(12), BPSK 변조기(12)로부터 출력되어 변조된 신호를 소정의 측정 주파수로 변환시키고, 이를 증폭 및 출력하는 주파수 변환 증폭기(13), 및 주파수 변환 증폭기(13)로부터 출력된 신호를 공간에 방사하기 위한 송신 안테나(14)로 구성되어 있다.

수신장치(2)는 평면 상에 배열된 M x N(M 및 N은 2와 동일하거나 또는 더 큰 정수임) 안테나 소자(16₁₁내지 16_MN)를 갖는 평면-어레이 안테나(15) 및 중간 주파수 또는 기준 대역으로의 변환 후 안테나 소자(16₁₁내지 16_MN)에 의해 수신된 신호들을 출력하기 위한 복수개의 주파수 변환기(17₁₁및 17_MN)로 구성된다.

DSP(19)의 신호 처리 동작은 도 2를 참조하여 설명할 것이다.

도 2에서 평면-어레이 안테나(15)의 안테나 소자(16₁₁내지 16_MN)에 의해 수신되고, 디지털로 변환된 복수개의 신호들은 고속 퓨리에 변환기(101₁₁내지 101_MN)에 의해 변환된다. 따라서, 시계열 신호는 주파수 범위의 신호들로 변환된다. 지연 시간에 대한 다중 경로 신호 등의 복수개의 상관적인 신호들을 해결하기 위해, 이동 평균이 주파수 범위에서 계산되어야 한다. 이동 평균을 계산하는 데 있어서, 그 적용 범위는 타겟 주파수 범위에서 균일해야 한다.

송신장치 및 수신장치의 그룹 지연 장치는 수신을 위해 대기중인 처리 타겟들로부터 배제되어야 한다.

이러한 목적으로, FFT(103)에서, 송신 신호는 수신장치의 각각의 채널에 직접적으로 입력되고, 고속 퓨리에 변환에 적용된다. 정규화 유닛(102₁₁내지 102_MN)에서, 주파수 범위로 변환된 수신 신호들은 주파수 범위로 변환되는 FFT(103)로부터 교정(기준) 신호에 의해 정규화된다.

입사각(고저 및 방위각)은 평면-어레이 안테나에 균일한 주파수를 갖는 수신 신호로부터 추정될 수 있다. 이동 평균 공분산 행렬 추정 유닛(104)에서, 이동 평균된 공분산 행렬은 정규화 유닛(102₁₁내지 102_MN)으로부터 대역의 중심 주파수로 정규화되는 수신 신호들을 사용하여 추정된다.

도 3은 2D-Unitary ESPRIT법에 의한 이동 평균 계산 처리를 보여준다.

도 3에서, 평면-어레이 안테나로 수신한 복합 신호는 (M-m+1)x(N-n+1), m x n개의 작은 행렬X_pp로 분할된다. 일반적으로 m은 (M+1)/2이고, n은 (N+1)/2이다. 각각의 분할된 수신 신호 행렬 X_pq는 아래에 주어진 바와 같이 벡터 변환되어,

하기 수학식 2로 정의된 상관 행렬 R을 계산한다.

이러한 동작은 하기 식에 의해 공분산 행렬(R_pq)를 평균하기 위해 각각의 분할된 작은 행렬X_pq에 대해 행하여진다.

평균된 공분산 행렬(R)은 하기 식에 의해 하나로 변환된다.

여기서, Q^H _mn= Q^H _m Q^H _n

Q_mn= Q_m Q_n

Q_m: m차 단위 행렬

Q_n: n차 단위 행렬

: Kronecker의 연산자

즉, m(n)이 짝수인 경우(m(n) = 2k; k는 정수임),

m(n)이 홀수인 경우(m(n) = 2k+1),

여기서, 0은 0벡터이고, I_k는 k차 단위 행렬이며, II_k는 다음과 같이 정의된다.

분해능 및 정밀도를 증가시키기 위해, 전체 평균이 실행렬 발생 유닛(105)에서 하기 식과 같이 계산되며,

여기서, E[]는 전체 평균이다.

공분산 행렬의 실수부가 추출된다.

입사각 추정 유닛(106)은 하기 방법에 의해 입사 고저 및 방위각의 조합을 추정한다.

먼저, R_y는 고유치들로 분해되고, 얻어진 고유치들 λ_i(i = 11 내지 mn)는 하기 식으로 표현되는 감소되는 순서로 배열된다.

여기서, σ²는 잡음 전력이다.

수학식 6로부터, 입사 신호의 수(L)는 고유치의 분포로부터 추정될 수 있다.

다음으로, 정의될 부분 신호 공간(E_s)은 하기 식에 의해 계산된다.

여기서, e_i는 고유치 λ_i에 대응하는 고유 벡터이다.

정의될 행렬 E_μ및 E_υ는 하기 식에 의해 계산된다.

여기서, K_μ1= I_M K₁, K_μ2= I_M K₂,

K_υ1= K₃ I_N, K_υ2= K₄ I_N,

K₁= Re[Q^H _N-1J₂Q_N], K₂= Im[Q^H _N-1J₂Q_N]

K₃= Re[Q^H _M-1J₂Q_M], K₂= Im[Q^H _M-1J₂Q_M]

I_M: M차 단위 행렬

I_N: N차 단위 행렬

J₂: 행렬의 제2 행으로부터 M차 또는 N차수를 추출하기 위한 선택 행렬

정의될 행렬 E_XY는 하기 식에 의해 계산된다.

또한, 하기 식의 행렬가 계산되어 고유치들로 분해된다.

행렬 E는 하기 식에 의해 얻어진 고유 벡터들 e_i(i = 1 내지 2L)을 배열시킴으로써 계산된다.

행렬 E는 하기 식에 의해 4개의 L x L 행렬로 분할된다.

행렬 Ψ_μ는 하기 식에 의해 계산된다.

순차로, 수학식 (9) 내지 (13)을 사용하는 이러한 처리는 Ψ_μ에 대응하는 행렬 Ψ_υ를 정의하기 위해 E_υ에 대해 반복적으로 실행된다. Ψ_μ+jΨ_ν는 고유치들로 분해된다. 얻어진 고유치들을 ω_μ(i)+jω_υ(i)(i=1 내지 L)라고 하면, 고저각 θ_i및 방위각 φ_i은 하기 식들을 동시에 풀음으로써 얻어질 수 있다.

여기서, Δx 및 Δy는 어레이 소자 간격이고, λ는 송신 신호의 파장이다.

이러한 방식으로, L 입사 신호들의 입사 방위 및 고저각이 얻어질 수 있다.

그 후, 지연 시간 및 상대 전력이 얻어진다.

입사 신호 지정 유닛(107)은 L 검출된 입사 신호들 중의 임의의 하나를 지정한다. 적응 웨이트 계산 유닛(108)은 다른 불필요한 신호들을 억제하기 위한 어댑티브 안테나의 웨이트를 계산한다.

S_u는 공분산 행렬이라고 하고, a(φ,θ)는 불필요한 신호가 어레이 안테나로 수신될 때 저장된 신호의 방향을 지시하는 스티어링 벡터(steering vector)이고, 어댑티브 안테나의 웨이트는 하기 식에 의해 계산된다.

어레이 계산 유닛(109)은 하기 식에 의해 어레이 수신 데이터와 웨이트의 곱을 계산한다.

이 때, 곱은 주파수 범위에서 정규화된 복수개의 주파수를 갖는 복소 수신 신호에 대해 계산된다. J 데이터가 주파수 범위에 사용되는 경우, 어레이 출력 y(1) 내지 y(J)가 얻어진다. 어레이 출력 데이터 y(1) 내지 y(J)을 사용하여, 추정 이동 평균 유닛(110)은 하기 식에 의해 상관 행렬 S을 계산한다.

여기서, Y = [y(1)...y(J)]^T

지연 시간에 대해 상관 신호를 분해하기 위해, 도 4에 나타낸 이동 평균이 계산된 상관 행렬에 대해 행해진다. 도 4는 J=8에 대한 MUSIC법을 사용하는 이동 평균 계산 방법을 보여준다. 이동 평균 계산 후 상관 행렬 S는 고유치들로 분해되고, 얻어진 고유치들은 하기 식으로 표현되는 감소되는 순서로 배열된다.

수학식(18)로부터, 입사 파수(d)가 추정될 수 있다.

다음으로, 잡음 출력과 동일한 고유치에 대응하는 J-d 고유 벡터들은 하기 식에 의해 MUSIC 스펙트럼 P(t)을 계산하도록 추출된다.

여기서, a(τ)=(e^-jωlτ,..., e^-jωJτ)^T

ω1, ..., ωJ: 사용 주파수

이러한 평가 함수에서, 첨예한 피크를 보여주는 지점은 지연 시간의 추정치이다.

상대 전력은 하기 식으로 주어진다.

여기서, A = [a(τ₁), ..., a(τ_d)]

I: 단위 행렬

마지막으로, 지연 시간/상대 전력 추정 유닛(111)은 행렬(P)의 대각 항으로부터 출력의 추정치를 계산한다. 입사 신호 지정 유닛(107)으로부터 지연 시간/상대 전력 추정 유닛(111)으로의 처리는 입사각 추정 유닛(106)에 의해 추정된 입사각을 갖는 순차로 추출된 신호들의 모든 입사각에 대해 반복적으로 실행된다.

제1 실시예에서, 입사각 추정 유닛(106)의 처리 및 상대 전력 추정 유닛(111)의 처리는 2D-Unitary ESPRIT법에 기초한 알고리즘 및 MUSIC법에 기초한 알고리즘을 각각 사용한다. 대신에, 입사각 추정 유닛(106) 및 상대 전력 추정 유닛(111)은 2D-MUSIC법 및 ESPRIT법을 각각 사용한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치를 보여준다.

도 5에서, 송신장치(1)는 송신 신호로서 주파수 스위프 신호를 발생하는 주파수 스위프 신호 발생기(21)를 포함한다. 송신장치(1)로부터의 송신 주파수는 신호 처리 장치(3)의 제어로 주파수 스위프 신호 발생기(21)에 의해 소정의 대역 내에서 변화한다.

송신 신호의 일부는 커플러(22)에 의해 추출되고, 케이블(23)을 통해 수신장치(2)에 송신된다. 수신장치(2)는 케이블(23)을 통해 입력된 송신 신호를 어레이안테나 수신 신호와 유사한 중간 주파수 또는 복조된 신호로 변환시키고, 변환된 신호를 신호 처리 장치에 출력하기 위한 주파수 변환기(17_MN+1)를 추가로 포함한다. 신호 처리 장치(3)는 소정의 대역에서 송신장치(1)의 송신 신호 주파수를 변화시키기 위해 DSP(19)에 의해 제어되는 제어 신호 발생기(24)를 포함한다.

도 6에 나타낸 DSP(19)의 신호 처리 동작을 설명한다.

수신장치(2)에 의해 주파수-변환된 송신 및 어레이 안테나 수신 신호들은 진폭 및 위상을 얻기 위해 이산 퓨리에 변환기(DFT)(112₁₁내지 112_MN)에 의해 변환된다. 송신 및 어레이 안테나 수신 신호의 진폭 및 위상은 정규화 유닛(102₁₁내지 102_MN)에서 정규화된다.

후속 처리 공정은 제1 실시예와 기본적으로 동일하다(도 2 참조). 지연 시간을 추정하는 것은 복수개의 주파수를 갖는 어레이 안테나 수신 신호를 필요로 하는 것에 주의하자. 따라서, 복수개의 주파수를 갖는 어레이 출력은 어레이 계산 유닛(109)의 처리를 수행하기 위해 송신 주파수 대신에 계산될 수 있다.

제2 실시예는 송신장치(1)와 수신장치(2) 사이에 접속 케이블(23)을 필요로 하고, 이 케이블은 실내 무선 LAN(근거리 통신망) 등의 스태틱(static) 또는 의사-스태틱 시스템(quasi-static system)에 적용될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 전파 환경 분석 장치는 도 7을 참조하여 기재할 것이다. 제3 실시예에서, 본 발명은 상기 참고 문헌 1 및 4에 사용된 하드웨어에 직접적으로 적용된다. 즉, 수신장치(2)는 스캐너(25) 및 네트워크아날라이저(26)를 포함하는 반면, 신호 처리 장치(3)는 퍼스널 컴퓨터(27)를 포함한다.

송신 신호로서, 주파수 스위프 신호 발생기(21)에 의해 발생된 주파수 스위프 신호가 사용된다. 송신 주파수는 지연 시간을 추정하기 위해 퍼스널 컴퓨터(27)의 제어 하에 소정 대역에서 순차로 변화한다. 송신 신호의 일부는 커플러(22)에 의해 추출되고, 케이블(23)을 통해 네트워크 아날라이저(26)에 입력되고, 기준 신호로서 사용된다.

단일 안테나 소자(16)는 어레이 안테나의 정렬 위치로 순차로 이동하도록 스캐너(25)에 부착되고, 퍼스널 컴퓨터(27)에 의해 제어된다. 제3 실시예는 안테나 소자(16)의 공간 이동에 의해 입사 고저 및 방위각을 추정하는 데 필요한 어레이 안테나 수신 신호를 얻는다.

후속 처리 공정은 제2 실시예에서와 동일하다(도 6 참조). 제3 실시예는 네트워크 아날라이저(26)를 사용하기 때문에, 수신 신호를 정규화시키기 위해 사용된 DFT(112₁₁내지 112_MN) 및 정규화 유닛(102₁₁내지 102_MN)이 제거될 수 있다. 지연 시간은 네트워크 아날라이저(26)의 주파수 특성을 교정한 측정값을 사용하여 추정된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 고 분해능 및 고 정밀도로 동시에 입사 방위각 뿐만 아니라 입사 고저각, 지연 시간 또는 상대 전력의 전파 패러미터를 추정할 수있다. 또한, 본 발명은 통신국 사이의 접속 케이블과, 안테나 소자의 임의의 기계적 이동을 필요로 하지 않고 이동 통신에도 적용할 수 있는 전파 환경 분석 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 기본 처리는 통신국사이의 접속 케이블과 안테나 소자의 기계적 이동을 필요로 하는 하드웨어에도 적용할 수 있다.

Claims

평면상의 복수개의 고정점에 있는 어레이 안테나(15, 25)에 의한 의사 잡음(PN) 부호 시퀀스를 사용하는 위상 시프트 키잉(PSK)에 의해 변조된 신호를 수신하고, 복수개의 수신된 신호를 중간 주파수 또는 복조된 신호로 변환시키고, 그 결과로 생긴 신호를 출력하는 수신장치(2)와,

상기 수신장치로 입사하는 신호의 입사각, 지연 시간 및 상대 전력을 분석하기 위해 상기 수신장치로부터 출력된 신호를 처리하는 신호 처리 장치(3)를 포함하고,

상기 신호 처리 장치는,

상기 수신장치로부터의 각각의 신호를 개별적으로 정규화하고, 정규화된 신호군으로서 정규화된 신호를 출력하는 복수개의 정규화 수단(102₁₁- 102_MN)과;

상기 정규화 수단에 의해 정규화된 신호군으로부터 공분산 행렬을 계산하고, 2D-MUSIC법 및 2D-Unitary ESPRIT법 중 하나를 사용하여 각각의 입사하는 신호의 입사각을 추정하는 제 1 추정 수단(104-106)과;

상기 제 1 추정 수단에 의해 추정된 입사각을 갖는 입사하는 신호를 제외하고 입사하는 신호를 억제하기 위해 상기 어레이 안테나의 웨이트를 계산하고, 상기 어레이 안테나의 계산된 웨이트와 정규화된 신호군의 곱을 계산하는 연산 수단(108, 109); 및

상기 연산 수단으로부터 출력된 곱 신호군으로부터 공분산 행렬을 계산하고,MUSIC법 및 ESPRIT법중 하나를 사용하여 지연 시간 및 상대 전력을 추정하는 제2 추정 수단(110, 111)을 갖는 것을 특징으로 하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 어레이 안테나는 평면상에 배열된 복수의 안테나 소자(16₁₁-16_MN)를 포함하고,

상기 정규화 수단은 상기 복수개의 안테나 소자로부터의 각각의 출력을 정규화하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 어레이 안테나는 평면상의 고정 점을 통해 이동하는 하나의 안테나 소자(16)를 포함하고,

상기 정규화 수단이 고정점에 있는 상기 안테나 소자로부터의 각각의 출력을 정규화하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 정규화 수단은 상기 수신장치로부터의 신호에 대한 퓨리에 변환을 수행하고, 송신 신호와 동일한 스펙트럼으로 신호를 정규화하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 PN 부호시퀀스를 사용하여 PSK-변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치(1)를 부가로 포함하고,

상기 정규화 수단은 상기 송신장치로부터 공급된 주파수 스위프 신호에 의해상기 수신장치로부터의 신호를 정규화하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 추정 수단은 입사하는 신호의 입사각으로서 입사 고저와 방위각의 조합을 추정하고,

상기 연산 수단은 상기 제1 추정 수단에 의해 추정된 입사 고저각과 방위각을 갖는 입사하는 신호의 정보를 저장하고, 저장 결과에 따라 다른 입사하는 신호를 억제하기 위해 상기 어레이 안테나의 웨이트를 계산하는 전파 환경 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 처리 장치는 각각의 입사하는 신호를 저장하고, 정규화된 신호군 및 추정된 입사각을 갖는 모든 입사하는 신호에 대한 곱을 계산하기 위해 다른 입사하는 신호를 억제하기 위한 웨이트를 계산하고,

상기 수신장치로 입사하는 모든 신호의 입사각, 지연 시간 및 상대 전력의 조합을 추정하기 위해 얻어진 곱 신호군의 공분산 행렬로부터 지연 시간 및 상대 전력을 계산하는 전파 환경 분석 장치.