KR20030034259A - 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치 및 그 방법 - Google Patents

적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 오차 보정 장치는, 적응 배열 안테나 시스템이 동작하는 동안에 실시간으로 각 송수신 채널의 전달함수를 측정하기 위하여, 기저 대역의 오차 보정 신호를 무선 주파수(RF) 대역의 오차 보정 신호로 생성하는 오차 보정 신호 발생 수단; 상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 전체 채널 개수로 분할하여 채널 별로 정해진 가중치를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 오차 보정 신호 주입 수단; 상기 오차 보정 주입 수단으로부터 수신한 신호와 상기 배열 안테나가 수신한 신호를 합산하며, 무선 주파수(RF) 대역의 신호를 기저 대역의 신호로 변환하는 다수의 상기 배열 수신 수단; 상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호와 상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 상관하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 오차 보정 계수 추정 수단; 및 상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거하여 다수의 빔형성 수단으로 출력하는 오차 보정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치 및 그 방법{Apparatus for Calibration in Adaptive Array Antenna and Method Thereof}
본 발명은 적응 배열 안테나 시스템의 실시간 오차 보정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 적응 배열 안테나를 이용하는 무선 통신 시스템에서 채널마다 서로 다른 함수를 추정하고 이를 보정할 수 있는 적응 배열 안테나 시스템의 실시간 오차 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 시스템에서 배열 안테나를 이용하여 적응적으로 안테나 빔을 원하는 방향으로 지향하게 하는 적응 배열 안테나 시스템은 안테나 이득을 증가시키므로 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
또한, 이동통신 기지국 시스템과 같이 여러 개의 다른 종류의 신호를 동시에 송수신하기 위하여 디지털 빔형성 방법으로 구현한 적응 배열 안테나 시스템은 각 신호마다 서로 독립적인 안테나 빔이 형성되므로 다른 신호에 대한 간섭을 감소시키는 효과가 있다.
디지털 빔형성 기법은 기저대역에서 수신 혹은 송신 신호에 빔형성 가중치를 곱하는 방식으로 배열 안테나의 지향각을 제어한다. 따라서, 배열 안테나의 지향각을 정확하게 제어하기 위해서는 수신기 혹은 송신기의 전달함수를 정확하게 추정하고 이를 보정하는 것이 필요하다.
일반적으로 크기와 위상으로 표현되는 송수신기의 전달함수는 RF 부품 특성으로 인하여 채널마다 서로 다른 값을 가지므로 주기적으로 이를 측정하여 보정하는 오차 보정 과정이 필요하다.
다중 채널 송수신기의 전달함수를 추정하는 방법으로는 오차 보정 신호를 각 채널에 주입하고 송수신기를 통과한 오차 보정 신호를 분석하는 기법이 일반적으로 사용된다.
적응 배열 안테나 시스템은 시간에 따라서 가변하는 시스템 이득뿐만 아니라 온도, 습도와 같은 주위 환경에 따라서 전달함수가 변하므로 시스템이 동작하는 동안에도 주기적으로 전달함수를 측정하고 보정해주는 것이 필요하다. 그러나 이러한 오차 보정 신호는 각 채널에 주입시 원래 적응 배열 안테나로 수신 혹은 송신되는 신호에 대하여 간섭으로 작용한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서 'PHASE ARRAY ANTENNA MANAGEMENT SYSTEM AND CALIBRATION METHOD'가 미합중국(US) 특허 제5,530,449호에 개시되어 있다.
상기 특허는 배열 송수신시스템에서 다른 사용자신호와의 간섭을 줄이기 위한 기준신호의 생성시 신호대역폭 보다 좁은 대역폭을 가지고 직교코드로 변조된 저전력의 신호를 사용한다.
그러나, 상기 방법은 CDMA 이동통신환경에서 배열수신시스템에 적용시 수신되는 사용자 신호와 직교코드변조된 신호를 생성할 수 없고, 좁은 대역폭을 사용하게 되면 광대역의 신호에 대해서는 위상추정에 오차를 수반하는 문제점이 있다. 또한 저전력의 기준신호를 사용하면 적분 길이가 늘어나게 되므로 보다 긴 오차 보정시간을 요구하는 문제점이 있다
본 발명과 관련된 다른 종래의 기술로서 'METHOD AND APPARATUS FOR CALIBRATING PHASED ARRAY RECEIVING ANTENNAS'가 미합중국(US) 특허 제 5,248,982호에 개시되어 있다.
상기 특허 제 5,248,982호는 두 개의 직교 코드로 변조된 기준신호를 서로 다른 전송선로로 입력측에 주입하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 기준신호를 인가하기 위한 신호선의 효과를 제거할 수 있는 장점이 있으나 기본적으로 두 기준 신호 입력선의 길이가 각 입력 단자에 대해 정확히 대칭을 이루어야 하고, 임의의 다른 사용자 신호에 대한 간섭도 줄일 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 오차 보정 신호를 주입하여 다중 채널 송수신기의 크기 및 위상을 추정할 때 상기 오차 보정 신호가 배열 안테나로 수신 혹은 송신되는 신호에 주는 간섭을 줄이는 기능을 부가하여 효율적으로 데이터 통신이 이루어지도록 하는 적응 배열 안테나 시스템의 실시간 오차 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 오차 보정 신호를 주입하여 다중 채널 송수신기의 크기 및위상을 추정할 때 상기 오차 보정 신호가 배열 안테나로 수신 혹은 송신되는 신호에 주는 간섭을 줄이는 기능을 부가하여 효율적으로 데이터 통신이 이루어지도록 하는 적응 배열 안테나 시스템의 실시간 오차 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 오차 보정 신호를 주입하여 다중 채널 송수신기의 크기 및 위상을 추정할 때 상기 오차 보정 신호가 배열 안테나로 수신 혹은 송신되는 신호에 주는 간섭을 줄이는 기능을 부가하여 효율적으로 데이터 통신이 이루어지도록 하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적응 배열 수신 안테나 시스템의 일실시예 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 장치의 일실시예 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 적응 배열 송신 안테나 시스템의 일실시예 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 장치의 일실시예 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법의 일실시예 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 오차 보정 신호의 가중치 벡터와 각도별 배열 안테나 응답 벡터와의 상관성을 설명하는 일실시예 빔형성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101, 301 : 배열 안테나,102, 308 : 오차 보정 신호 주입부,
103 : 배열 수신기,104, 309 : 오차 보정 신호 추정기,
105, 306 : 오차 보정 신호 추정기,106, 307 : 오차 보정기,
107, 311 : 빔형성기,108 : 복조기,
304 : 배열 송신기,305 : 오차 보정 신호 수신기,
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 배열 안테나 소자들을 구비한 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 장치에 있어서, 기저 대역의 오차 보정 신호를 무선 주파수(RF) 대역의 오차 보정 신호로 생성하는 오차 보정 신호 발생 수단; 상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 전체 채널 개수로 분할하여 채널 별로 정해진 가중치를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 오차 보정 신호 주입 수단; 상기 오차 보정 주입 수단으로부터 수신한 신호와 상기 배열 안테나가 수신한 신호를 합산하며, 무선 주파수(RF) 대역의 신호를 기저 대역의 신호로 변환하는 다수의 상기 배열 수신 수단; 상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호와 상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한신호를 상관하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 오차 보정 계수 추정 수단; 및 상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거하여 다수의 빔형성 수단으로 출력하는 오차 보정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 배열 안테나 소자들을 구비한 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 장치에 있어서, 빔형성 수단의 출력을 각각 합산하는 벡터 합산 수단; 전달 함수를 추정하기 위하여 채널에 주입할 오차 보정 신호를 생성하는 오차 보정 신호 발생 수단; 상기 벡터 합산 수단으로부터 수신한 신호와 오차 보정 신호 벡터를 합산하여 오차 보정 수단에 주입하는 오차 보정 신호 주입 수단; 각 채널에 대한 디지털 데이터를 아날로그로 변환하고 무선 주파수(RF) 대역으로 상향 변환하는 상기 배열 송신 수단; 상기 배열 송신 수단으로부터 수신한 신호와 스위칭 수단이 연동되도록 하는 커플링 수단; 상기 커플링 수단으로부터 수신한 신호의 경로 또는 회선을 선택하는 교환 수단; 상기 교환 수단으로부터 수신한 신호를 무선 주파수(RF) 대역에서 기저 대역으로 변환하는 오차 보정 신호 수신 수단; 상기 오차 보정 신호 수신 수단으로부터 수신한 오차 보정 신호로부터 상기 배열 송신 수단의 전달 함수를 순차적으로 추정하고 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 오차 보정 계수 추정 수단; 및 상기 오차 보정 신호 주입 수단으로부터 수신한 신호에 상기 오차 보정 계수 추정 수단에서 추정한 전달 함수의 역을 곱하여 간섭 성분을 제거하는 오차 보정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 있어서,배열 수신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1단계; 상기 오차 보정 신호를 전체 채널 개수로 분할하여, 이에 대해 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 2단계; 상기 배열 수신 수단으로 주입된 신호를 분석하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3단계; 및 기저 대역 수신 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 수신 신호를 생성하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 있어서, 배열 송신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1단계; 상기 오차 보정 신호에 각 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 송신 수단에 주입하는 제 2단계; 상기 배열 송신 수단으로 주입된 신호를 하향 변환한 후, 이를 분석하여 각 송신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3단계; 및 송신할 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 송신 신호를 생성하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법을 제공하며 마이크로 프로세서를 구비한 오차 보정 장치에, 배열 수신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1기능; 상기 오차 보정 신호를 전체 채널 개수로 분할하여, 이에 대해 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 2기능; 상기 배열 수신수단으로 주입된 신호를 분석하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3기능; 및 기저 대역 수신 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 수신 신호를 생성하는 제 4기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법을 제공하며 마이크로 프로세서를 구비한 오차 보정 장치에 배열 송신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1기능; 상기 오차 보정 신호에 각 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 송신 수단에 주입하는 제 2기능; 상기 배열 송신 수단으로 주입된 신호를 하향 변환한 후, 이를 분석하여 각 송신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3기능; 및 송신할 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 송신 신호를 생성하는 제 4기능 을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
일반적으로 적응 배열 안테나 시스템은 지향하는 각도 범위가 한정되어 있는 경우가 많다. 따라서 다중 채널 송수신기의 전달함수를 추정하기 위한 오차 보정 신호에 상기 각도 범위에 해당하는 배열 안테나의 응답 벡터와 상관성이 적은 벡터를 곱한 후 각 채널에 주입하면 적응 배열 안테나로 수신 혹은 송신하는 신호에 대한 간섭을 줄일 수 있다.
이와 같이 오차 보정 신호의 송수신 신호에 대한 간섭이 줄어들면 송수신기에 주입하는 오차 보정 신호의 전력을 증대시킬 수 있으며 결과적으로 보다 정확한 전달함수를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적응 배열 수신 안테나 시스템의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적응 배열 수신 안테나 시스템은 배열 안테나(101), 오차 보정 신호 주입부(102), 배열 수신기(103), 오차 보정 신호 발생기(104), 오차 보정 계수 추정기(105), 오차 보정기(106), 배열 빔형성기(107) 및 배열 복조기(108)를 포함하고 있다.
상기 배열 안테나(101)는 여러 개의 방사 소자를 포함하고 있고, 상기 오차 보정 신호 주입기(102)와 상기 배열 수신기(103)와 연결되어 있다.
상기 배열 수신기(103)는 상기 배열 안테나(101)가 수신하고 상기 오차 보정 신호 주입부를 통과하여 수신된 무선 주파수(Radio Frequency; 이하 'RF'라 한다) 대역의 신호를 각 채널 별로 하향 변환 한 후 디지털로 변환하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 신호 발생기(104)는 기저대역에서 생성한 오차 보정 신호를 RF대역으로 상향 변환하여 상기 오차 보정 신호 주입부(102)가 상기 배열 수신기(103)에 주입할 오차 보정 신호를 생성하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 신호 주입부(102)는 RF 오차 보정 신호를 전체 채널 개수만큼 나눈 후 채널 별로 정해진 가중치를 곱한 후 상기 배열 수신기(103)에 주입하는 기능을 담당한다.
따라서 상기 배열 수신기(103) 출력은 하기 수학식 1과 같이 상기 배열 안테나(101)로 수신된 신호와 오차 보정 신호의 합으로 표현된다.
는 디지털 수신 데이터를 의미한다.는의 각도에서 상기 배열 안테나(101)로 수신된i번째 신호를 의미하고,는 그에 해당하는 상기 배열 안테나(101)의 응답을 나타내는 열벡터를 의미한다.p는 기저대역 오차 보정 신호를 의미하고,는 그에 해당하는 가중치 열벡터이다.
은 대각 행렬로 각 대각 성분은 해당 수신기의 전달함수를 나타낸다.
상기 오차 보정 계수 추정기(105)는 상기 배열 수신기(103)를 통과한 오차 보정 신호를 상기 오차 보정 신호 발생기(104)에서 생성된 오차 보정 신호와 상관(correlation)하여 상기 배열 수신기(103)의 전달함수를 각 채널 별로 추정하는 기능을 담당한다.
는 추정된 전달함수를 열벡터로 표시한 것이고,는 대각 행렬로 표현된 오차 보정 신호 가중치 행렬이다.
상기 수학식 2에서 추정된 전달함수를 대각 행렬로 표현하여 역을 취함으로써 하기 수학식 3과 같은 오차 보정 계수를 구할 수 있다.
은 대각 행렬로 각 대각 성분은 해당 수신 채널의 오차 보정 계수이다.는j번째 수신 채널의 전달함수 추정값이다.
상기 오차 보정기(106)는 상기 배열 수신기(103)로부터 수신한 디지털 신호에 오차 보정 계수를 곱하여 채널마다 서로 다른 전달함수 성분을 제거한다.
상기 배열 빔형성기(107)는 여러 개의 빔형성기로 구성되어 있으며 각각 서로 다른 신호의 도래 방향을 지향한다. 일반적으로 빔형성기(107) 출력에는 원하는 신호 성분 외에도 다른 간섭 신호가 포함되어 있다.
이 때 상기 오차 보정기(106)에서 상기 배열 수신기(103)의 전달함수를 정확하게 제거했다면 상기 빔형성기(107) 출력에 남아있는 오차 보정 신호의 전력 값는 수학식 4와 같다.
는 오차 보정 신호의 전력을 의미하고,는 빔형성 가중치 벡터를 나타낸다. 상기 수학식 4에서 알 수 있는 것처럼 오차 보정 신호의 전력이 일정할 때 오차 보정 신호 가중치 벡터,에 따라서 상기 빔형성기(107) 출력에 남아있는 값이 변하는 것을 알 수 있다.
일반적으로 빔형성 가중치는 적응 배열 안테나가 지향하는 각도 범위에 대한 배열 응답 벡터와 상관성이 크다. 따라서, 오차 보정 신호 가중치 벡터를 상기 각도 범위에 대한 배열 응답 벡터와 상관성이 작은 값으로 설정하면 빔형성기 출력에서 오차 보정 신호 전력이 감소한다.
도 2는 본 발명에 따른 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오차 보정 장치는 오차 보정 신호 주입부(102), 배열 수신기(103) 및 오차 보정 신호 발생기(104)를 포함하고 있으며, 상기 오차 보정 신호 주입부(102)는 전력 분배기(201) 및 다수의 결합기(202)를 포함하고 있다.
상기 배열 안테나(101)가 수신한 신호는 입사 각도에 따라 상기 오차 보정 신호 주입부(102)의 출력 단자에서 채널마다 서로 다른 크기와 위상 값을 가지는데 이를 배열 응답 벡터라고 한다.
는 배열 응답 벡터이고,는j번째 안테나 방사 소자를 통하여 입사한 신호의 크기와 위상을 의미한다.
상기 전력 분배기(201)는 상기 오차 보정 신호 발생기(104)으로부터 수신한 신호를 전체 채널 개수로 분할하는 기능을 담당한다.
또한, 상기 결합기(202)는 상기 전력 분배기(201)로부터 수신한 신호에 채널별로 정해진 가중치를 곱하여 상기 배열 수신기(103)에 주입하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 신호 발생기(104)가 생성한 오차 보정 신호는 상기 전력 분배기(201)와 상기 결합기(202)를 거쳐서 상기 배열 수신기(103)의 각 채널로 주입된다. 상기 오차 보정 신호 주입부(102)의 전달함수 특성에 의하여 오차 보정 신호의 가중치 벡터가 결정된다.
는 오차 보정 신호 가중치 벡터이고,는 상기 오차 보정 신호 주입부(102)의j번째 채널에 대한 전달함수이다.
이러한 전달함수는 상기 전력 분배기(201)의 전달함수 특성 혹은 신호를 전달하는 선로(transmission line)의 길이를 조절함으로써 제어 가능하므로, 적응 배열 안테나가 지향하는 각도 범위에 대한 배열 응답 벡터와 상관성이 적도록 오차 보정 신호 가중치 벡터를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 적응 배열 송신 안테나 시스템의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 적응 배열 송신 안테나 시스템은 배열 안테나(301), 스위치(302), 다수의 커플러(303), 배열 송신기(304), 오차 보정 신호 수신기(305), 오차 보정 계수 추정기(306), 오차 보정기(307), 오차 보정 신호 주입부(308), 오차 보정 신호 발생기(309), 다수의 벡터 합산기(310), 배열 빔형성기(311) 및 배열 변조기(312)를 포함하고 있다.
상기 변조기(312)는 각각 송신할 데이터를 생성하는 기능을 담당하고, 상기 빔형성기(311)는 상기 생성된 데이터에 빔형성 가중치를 곱하여 상기 벡터 합산기(310)로 전달하는 기능을 담당한다.
상기 벡터 합산기(310)는 각 빔형성기(311) 출력을 합한 후 상기 오차 보정 신호 주입부(308)로 전달하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 신호 발생기(309)는 상기 배열 송신기(304)의 전달함수를 추정하기 위하여 채널에 주입할 디지털 오차 보정 신호를 생성하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 신호 주입부(308)는 상기 벡터 합산기(310) 출력 벡터와 상기 디지털 오차 보정 신호에 가중치 벡터를 곱하여 만든 오차 보정 신호 벡터를 합한 디지털 데이터를 생성하는 기능을 담당한다.
이러한 과정은 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
상기 오차 보정 계수 추정기(306)는 상기 배열 송신기(304)를 통과한 오차 보정 신호를 상기 오차 보정 신호 발생 장치(309)에서 생성된 오차 보정 신호와 상관(correlation)하여 상기 배열 송신기(304)의 전달함수를 각 채널 별로 추정하는 기능을 담당한다. 이 과정은 하기 수학식 8과 같이 표현된다.
은 추정된 전달함수를 열벡터로 표현한 것이고,는 대각 행렬로 표현된 오차 보정 신호 가중치 행렬이다.
상기 오차 보정기(307)는 기저대역에서 생성한 신호가 상기 배열 안테나(301)까지 동일한 특성을 가지고 전달될 수 있도록 상기 배열 송신기(304)의 전달함수의 역을 곱해주는 기능을 담당한다. 따라서 오차 보정 계수는 대각 행렬로 각 대각 성분은 해당 송신 채널에 대한 오차 보정 계수이다.
는j번째 송신 채널의 전달함수 추정값이다.
상기 배열 송신기(304)는 각 채널에 대한 디지털 데이터를 아날로그로 변환하고 RF 대역으로 상향 변환하는 기능을 담당한다.
RF대역으로 상향 변환된 오차 보정 신호의 일부는 상기 커플러(303)와 상기 스위치(302)를 거쳐 상기 오차 보정 수신기(304)에서 하향 변환된다.
상기 스위치(302)는 상기 배열 송신기(304)와 상기 오차 보정 신호 수신기(305)를 순차적으로 연결하는 기능을 담당한다.
상기 오차 보정 계수 추정기(305)는 오차 보정 신호를 분석하여 상기 배열 송신기(304)의 전달함수를 순차적으로 추정하고 이를 바탕으로 오차 보정 계수를 추정하는 기능을 담당한다.
만약, 상기 오차 보정기(306)에서 상기 배열 송신기(304)의 전달함수 오차가 정확하게 제거되었다면 상기 배열 안테나(301)에서 출력단에서 발생하는 신호는 오차 보정 신호 주입부(308)의 출력 벡터와 동일한 값을 가진다.
따라서, 상기 배열 안테나(301)에서 방향으로 송신되는 오차 보정 신호의 전력은 수학식 10과 같다.
은 오차 보정 신호의 전력이고,는 각도에 대한 상기 배열 안테나(301)의 응답이다.
적응 배열 수신 시스템과 마찬가지로 오차 보정 신호 가중치 벡터를 시스템이 지향하는 각도 범위와 상관성이 작도록 하는 것이 다른 신호에 대한 간섭을 감소시킨다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오차 보정 장치는 오차 보정기(307), 오차 보정 신호 주입부(308), 오차 보정 신호 발생기(309), 벡터 합산기(310)를 포함하고 있으며, 상기 오차 보정 신호 주입부(308)는 다수의 합산기(401) 및 다수의 곱셈기(402)를 포함하고 있다.
상기 덧셈기(401)는 상기 오차 보정 신호 발생기(309)에서 발생한 오차 보정 신호에 서로 다른 가중치를 곱하여 상기 벡터 합산기(310)에서 출력된 송신 데이터와 합하여 상기 오차 보정기(307)로 전달하는 기능을 담당한다.
상기 곱셈기(402)는 오차 보정 신호에 복소 가중치를 곱하는 기능을 담당한다.
도 5는 본 발명에 따른 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법의 일실시예 흐름도이다.
우선, 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 대하여 알아보기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법은 배열 수신부의 전달함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하고 이를 RF 대역으로 상향 변환한다(501).
상기 오차 보정 신호에 본 발명의 적응 배열 수신 안테나 시스템이 지향하는 각도들에 대한 배열 응답 벡터와 상관성이 적은 가중치 벡터를 곱하여 이를 상기 배열 수신기(103)에 주입한다(502).
상기 배열 수신기(103)를 통과한 오차 보정 신호를 분석하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고 그 역을 취함으로써 오차 보정 계수를 구한다(503).
상기 오차 보정 계수를 상기 배열 수신기(103)의 수신 신호에 적용하여 채널마다 서로 다른 전달함수 성분을 제거함으로써 오차를 보정한 신호를 생성한다(504).
한편, 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 대하여 알아보면 다음과 같다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법은 상기 배열 송신기(304)의 전달함수를 측정하기 위하여 기저 대역의 오차 보정 신호를 생성한다(501).
상기 오차 보정 신호에 본 발명의 적응 배열 송신 안테나 시스템이 지향하는 각도들에 대한 배열 응답 벡터와 상관성이 적은 가중치 벡터를 곱하여 이를 상기 배열 송신기(304)에 주입한다(502)
상기 배열 송신기(304)를 통과한 오차 보정 신호를 하향 변환을 거쳐 분석함으로써 각 송신 채널의 전달함수를 추정하고 그 역을 취함으로써 오차 보정 계수를 구한다(503).
상기 오차 보정 계수를 상기 배열 송신기(304)의 송신 신호에 적용하여 채널마다 서로 다른 전달함수 성분을 제거함으로써 오차를 보정한다(504).
도 6은 본 발명에 따른 오차 보정 신호의 가중치 벡터와 각도별 배열 안테나 응답 벡터와의 상관성을 설명하는 일실시예 빔형성도로서, 지향 각도 범위가 -60 ~ +60도인 선형 배열 안테나를 사용하는 적응 배열 안테나 시스템에 대하여 오차 보정 신호 가중치 벡터를 각도 90도에 대한 배열 안테나의 응답 벡터로 설정하였을 때 상기 오차 보정 신호 가중치 벡터와 각도별 배열 안테나 응답 벡터와의 상관성을 그린 것이다.
적응 배열 안테나 시스템에서 사용하는 빔형성 가중치 벡터는 -60 ~ +60도범위에 해당하는 배열 안테나 응답 벡터와 상관성이 크므로 90도를 지향하는 오차 보정 신호와는 상관성이 작고, 결과적으로 오차 보정 신호의 다른 신호에 대한 간섭이 감소할 수 있다.
이와 같이 오차 보정 신호로 인한 간섭을 줄이기 위하여 오차 보정 신호 가중치 벡터를 적응 배열 안테나가 지향하는 각도 범위밖에 있는 각도에 대한 배열 안테나의 응답 벡터로 설정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 적응 배열 안테나의 전달함수를 추정하기 위하여 오차 보정 신호를 주입할 때 적응 배열 안테나가 지향하는 각도에 대한 배열 안테나 응답 벡터와 상관성이 작은 가중치 벡터를 곱함으로써 배열 안테나가 수신 혹은 송신하는 신호에 대한 간섭 성분을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 동일한 간섭환경에서는 채널에 주입하는 오차 보정 신호의 신호세기를증가시킬 수 있으므로 시스템이 동작하는 동안에 보다 정확한 전달함수를 추정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 다수의 배열 안테나 소자들을 구비한 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 장치에 있어서,
    기저 대역의 오차 보정 신호를 무선 주파수(RF) 대역의 오차 보정 신호로 생성하는 오차 보정 신호 발생 수단;
    상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 전체 채널 개수로 분할하여 채널 별로 정해진 가중치를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 오차 보정 신호 주입 수단;
    상기 오차 보정 주입 수단으로부터 수신한 신호와 상기 배열 안테나가 수신한 신호를 합산하며, 무선 주파수(RF) 대역의 신호를 기저 대역의 신호로 변환하는 다수의 상기 배열 수신 수단;
    상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호와 상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 상관하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 오차 보정 계수 추정 수단; 및
    상기 배열 수신 수단으로부터 수신한 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거하여 다수의 빔형성 수단으로 출력하는 오차 보정 수단
    을 포함하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오차 보정 신호 주입 수단은,
    상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호를 전체 채널 개수로 분할하는 전력 분배 수단; 및
    상기 전력 분배 수단으로부터 수신한 신호에 채널별로 정해진 가중치를 곱하여 상기 배열 수신 수단에 주입하는 결합 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배열 수신 수단은,
    하기 수학식에 의해 정의되는 신호를 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (는 수신 데이터를 의미하고,는의 각도에서 상기 배열 안테나로 수신된i번째 신호를 의미하고,는 그에 해당하는 상기 배열 안테나의 응답을 나타내는 열벡터를 의미함.p는 기저대역 오차 보정 신호를 의미하고,는 그에 해당하는 가중치 열벡터임. 또한,은 해당 수신기의 전달함수를 나타냄)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 오차 보정 계수 추정 수단은,
    하기 수학식에 의해 상기 배열 수신 수단의 전달 함수를 추정하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (은 추정된 전달함수를 열벡터로 표시한 것이고,는 대각 행렬로 표현된 오차 보정 신호 가중치 행렬임)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 오차 보정 계수 추정 수단은,
    하기 수학식에 의해 오차 보정 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (은 대각 행렬로 각 대각 성분은 해당 수신 채널의 오차 보정 계수이며,는j번째 수신 채널의 전달함수 추정값임)
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 빔형성 수단은,
    하기 수학식에 의해 정의되는 신호를 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (는 오차 보정 신호의 전력을 의미하고,는 빔형성 가중치 벡터이며,는 오차 보정 신호 가중치 벡터임)
  7. 다수의 배열 안테나 소자들을 구비한 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 장치에 있어서,
    빔형성 수단의 출력을 각각 합산하는 벡터 합산 수단;
    전달 함수를 추정하기 위하여 채널에 주입할 오차 보정 신호를 생성하는 오차 보정 신호 발생 수단;
    상기 벡터 합산 수단으로부터 수신한 신호와 오차 보정 신호 벡터를 합산하여 오차 보정 수단에 주입하는 오차 보정 신호 주입 수단;
    각 채널에 대한 디지털 데이터를 아날로그로 변환하고 무선 주파수(RF) 대역으로 상향 변환하는 상기 배열 송신 수단;
    상기 배열 송신 수단으로부터 수신한 신호와 스위칭 수단이 연동되도록 하는 커플링 수단;
    상기 커플링 수단으로부터 수신한 신호의 경로 또는 회선을 선택하는 교환 수단;
    상기 교환 수단으로부터 수신한 신호를 무선 주파수(RF) 대역에서 기저 대역으로 변환하는 오차 보정 신호 수신 수단;
    상기 오차 보정 신호 수신 수단으로부터 수신한 오차 보정 신호로부터 상기 배열 송신 수단의 전달 함수를 순차적으로 추정하고 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 오차 보정 계수 추정 수단; 및
    상기 오차 보정 신호 주입 수단으로부터 수신한 신호에 상기 오차 보정 계수 추정 수단에서 추정한 전달 함수의 역을 곱하여 간섭 성분을 제거하는 오차 보정 수단
    을 포함하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 오차 보정 신호 주입 수단은,
    상기 오차 보정 신호 발생 수단으로부터 수신한 신호에 복소 가중치를 곱하는 곱셈 수단; 및
    상기 벡터 합산 수단으로부터 수신한 신호와 상기 곱셈 수단으로부터 수신한 신호를 합산하는 합산 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 오차 보정 신호 주입 수단은,
    하기 수학식에 의해 정의되는 신호를 출력으로 하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (는 상기 오차 보정 신호 주입 수단의 출력 데이터이고,는 송신할 데이터이며,는 빔형성 가중치임. 또한,는 오차 보정 신호이며,는 가중치 벡터임)
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 오차 보정 계수 추정 수단은,
    하기 수학식에 의해 상기 배열 수신 수단의 전달 함수를 추정하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (은 추정된 전달함수를 열벡터로 표현한 것이고,는 대각 행렬로 표현된 오차 보정 신호 가중치 행렬임)
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 오차 보정 계수 추정 수단은,
    하기 수학식에 의해 오차 보정 계수를 구하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (는j번째 송신 채널의 전달함수 추정값임)
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 배열 안테나는,
    하기 수학식에 의해 정의되는 오차 보정 신호의 전력을 송신하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 장치.
    (는 오차 보정 신호의 전력이고,는 각도에 대한 상기 배열 안테나의 응답이며,는 오차 보정 신호 가중치 벡터임)
  13. 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 있어서,
    배열 수신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1단계;
    상기 오차 보정 신호를 전체 채널 개수로 분할하여, 이에 대해 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 2단계;
    상기 배열 수신 수단으로 주입된 신호를 분석하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3단계; 및
    기저 대역 수신 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 수신 신호를 생성하는 제 4단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1단계는,
    무선 주파수 대역(RF)의 오차 보정 신호를 생성하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2단계는,
    적응 배열 수신 안테나 시스템이 지향하는 각도 범위밖에 있는 각도에 대한 배열 안테나의 응답 벡터를 오차 보정 신호 가중치 벡터로 하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  16. 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법에 있어서,
    배열 송신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1단계;
    상기 오차 보정 신호에 각 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 송신 수단에 주입하는 제 2단계;
    상기 배열 송신 수단으로 주입된 신호를 하향 변환한 후, 이를 분석하여 각 송신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3단계; 및
    송신할 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 송신 신호를 생성하는 제 4단계
    를 포함하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1단계는,
    기저 대역의 오차 보정 신호를 생성하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제 2단계는,
    적응 배열 송신 안테나 시스템이 지향하는 각도 범위밖에 있는 각도에 대한 배열 안테나의 응답 벡터를 오차 보정 신호 가중치 벡터로 하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응 배열 안테나 시스템의 오차 보정 방법.
  19. 적응 배열 수신 안테나 시스템의 오차 보정 방법을 제공하며 마이크로 프로세서를 구비한 오차 보정 장치에,
    배열 수신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1기능;
    상기 오차 보정 신호를 전체 채널 개수로 분할하여, 이에 대해 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한 오차 보정 신호 벡터를 배열 수신 수단에 주입하는 제 2기능;
    상기 배열 수신 수단으로 주입된 신호를 분석하여 각 수신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3기능; 및
    기저 대역 수신 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 수신 신호를 생성하는 제 4기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  20. 적응 배열 송신 안테나 시스템의 오차 보정 방법을 제공하며 마이크로 프로세서를 구비한 오차 보정 장치에
    배열 송신 수단의 전달 함수를 측정하기 위하여 오차 보정 신호를 생성하는 제 1기능;
    상기 오차 보정 신호에 각 채널 별로 정해진 가중치 벡터를 곱하여 생성한오차 보정 신호 벡터를 배열 송신 수단에 주입하는 제 2기능;
    상기 배열 송신 수단으로 주입된 신호를 하향 변환한 후, 이를 분석하여 각 송신 채널의 전달 함수를 추정하고, 이를 이용하여 오차 보정 계수를 구하는 제 3기능; 및
    송신할 신호에 상기 오차 보정 계수를 곱하여 간섭 성분을 제거한 송신 신호를 생성하는 제 4기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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