KR20070110721A - Automotive radar dualmode system with wireless communication - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 기능을 갖춘 차량용 레이더 듀얼모드 시스템에 대한 전체 블록구성도이고, 1 is an overall block diagram of a vehicle radar dual mode system with a wireless communication function according to an embodiment of the present invention,
도 2는 송수신 안테나 배열 각각에 연결된 DBF 수신기와 DBF 송신기를 보다 상세하게 나타낸 블록도이고,2 is a block diagram illustrating in detail a DBF receiver and a DBF transmitter connected to each transmit / receive antenna array;
도 3는 본 발명에 따른 차량용 레이더 듀얼모드 시스템과 상기 시스템의 송신부에서 출력되는 신호의 일 실시예를 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of a vehicle radar dual mode system and a signal output from a transmitter of the system according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
10 : 레이더 시스템의 신호처리부10: signal processing unit of the radar system
20 : 레이더 시스템의 수신부20: receiver of the radar system
30 : 레이더 시스템의 송신부30: transmitting unit of the radar system
220 : 수신부의 DBF 수신기220: DBF receiver of the receiver
330 : 송신부의 DBF 송신기330: DBF transmitter of the transmitter
2210 : DBF 수신기 내의 I/Q다운 컨버터2210: I / Q down converter in the DBF receiver
3300 : DBF 송신기 내의 I/Q업 컨버터3300: I / Q upconverter in DBF transmitter
본 발명은 차량용 레이더 시스템 및 통신 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 디지털 빔 포밍(Digital beam forming:이하 'DBF')기술을 적용한 밀리미터/서브밀리미터 대역에서 무선통신 기능을 갖춘 차량용 듀얼밴드 레이더 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근, 밀리미터/서브밀리미터 대역에서의 근거리 고해상도 레이더에 대한 수요가 증대되면서 이에 대한 연구가 계속되고 있다. 근접해 있는 물체간의 거리를 판별하거나 분해할 수 있는 고해상도 레이더 시스템은 산업용, 군수용으로 다양하게 활용되고 있으며 실생활에서는 차량용 레이더 시스템에 주로 사용되고 있다. 차량용 레이더 시스템이란, 지능형 교통시스템을 구현하기 위한 필수 기술로서 약 10m 내지 그 이상의 반경에서 움직이거나 정지해있는 다른 차량이나 물체의 움직임을 감지함으로써, 열악한 기상조건 또는 운전자의 부주의로 인해 발생 가능한 사고를 미연에 방지할 목적으로 개발된 차량의 안전 운행 시스템이다. Recently, as the demand for short-range high resolution radar in the millimeter / submillimeter band increases, research on this continues. High resolution radar systems that can determine or resolve distances between adjacent objects are widely used for industrial and military purposes, and are used mainly for vehicle radar systems in real life. The vehicle radar system is an essential technology for implementing an intelligent transportation system, and detects the movement of another vehicle or object that is moving or stationary in a radius of about 10 m or more, thereby preventing accidents caused by poor weather conditions or inattention of a driver. It is a safe driving system of vehicles developed for the purpose of prevention.
종래의 고해상도 레이더 시스템은, 적은 탐지각 내에서 고해상도의 공간해상도를 얻기 위해 높은 이득을 갖는 다중 빔 안테나를 사용하여 제한된 범위 내에서 전방의 물체를 탐지하는 방법을 사용한다. 특히, 다중 빔 안테나는 각각의 안테나 또는 각각의 빔이 단지 하나의 목표물만을 탐지할 수 있기 때문에, 많은 수의 목표 물을 탐지하기 위해서는 많은 수의 고 이득을 갖는 안테나를 사용해야 하므로, 안테나 수가 증가하는 만큼 시스템의 부피가 커지게 되어 차량용 레이더 시스템에 적합하지 못하다. Conventional high resolution radar systems use a method of detecting an object in front of a limited range using a multi-beam antenna with high gain to obtain high resolution spatial resolution within a small detection angle. In particular, since a multi-beam antenna can detect only a single target for each antenna or each beam, a large number of high gain antennas must be used to detect a large number of targets, thereby increasing the number of antennas. As the system becomes bulky, it is not suitable for a vehicle radar system.
또한, 종래의 차량용 레이더 시스템은 송수신 안테나로 높은 이득을 갖는 부피가 큰 다중 안테나를 사용하고 있어 전체 시스템의 부피가 크고, 송수신되는 RF신호를 IF신호로 변환시키는 과정에서 여러 단의 중간주파수(IF) 변환과정을 거쳐야 하는 바 RF시스템이 상대적으로 복잡하다. 이러한 RF시스템에 사용되는 RF 부품 각각의 가격이 매우 높아 전체 시스템의 단가가 높아져서 고해상도 레이더 시스템의 상용화에 큰 어려움이 있다. In addition, the conventional vehicle radar system uses a bulky multi-antenna having a high gain as a transmission / reception antenna, so that the overall volume of the system is large, and the intermediate frequency (IF) of several stages in the process of converting the RF signal to the IF signal RF system is relatively complex because it needs to be converted. Since the price of each RF component used in such an RF system is very high, the cost of the entire system increases, which makes it difficult to commercialize a high resolution radar system.
한편, 종래의 시스템은 차량용 레이더 시스템과 통신 시스템을 개별적으로 개발하여 왔고, 각각의 시스템은 다른 주파수와 RF 시스템을 사용하여 왔다. 종래의 차량용 통신 시스템은 위성통신을 이용하거나 도로 주면의 기지국을 통해서 통신을 수행하는 방식으로, 이 경우 통신을 위한 전용 시스템이 요구되며, 사용 주파수가 대개의 경우 10GHz 이하여서 전체 통신 시스템은 제한된 공간을 갖는 차량의 사이즈에 비하여 상대적으로 큰 부피를 차지하게 된다. 즉, 종래차량에 적용하는 통신관련 시스템에서는 레이더 및 증대되는 다양한 통신 서비스를 수용하기 위해서 서비스마다 새로운 시스템이 제작, 장착되기 때문에, 현실적으로 제한된 공간을 가진 차량의 경우 시스템 구현이 어렵고, 시스템에서 사용하는 고가의 장비 사용 및 주파수 낭비라는 문제점이 있다. On the other hand, the conventional system has developed the vehicle radar system and the communication system separately, and each system has used a different frequency and RF system. Conventional vehicle communication system uses a satellite communication or a communication method through a base station of the main road surface, in this case a dedicated system for communication is required, the use frequency is usually 10GHz or less, so the entire communication system is limited space Compared to the size of the vehicle having a relatively large volume. That is, in a communication system applied to a conventional vehicle, since a new system is manufactured and installed for each service to accommodate a radar and various communication services, it is difficult to implement a system in a vehicle having a limited space in reality. There is a problem of using expensive equipment and waste of frequency.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량용 레이더 시스템에 있어서 가격대비 성능 및 보급화의 요구에 맞추어 저가의 안테나를 사용하면서도 수신특성이 향상될 수 있도록 주파수변환 시스템을 간소화하고, DBF 기술을 이용함으로써 RF 시스템의 복잡도를 낮추면서도 초고해상도를 얻기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and simplifies the frequency conversion system so that the reception characteristics can be improved while using a low-cost antenna in accordance with the requirements of price-performance and popularization in a vehicle radar system, and DBF technology By using to reduce the complexity of the RF system while obtaining a very high resolution.
또한, DBF 기술의 사용으로 RF 시스템이 간소화되고, 밀리미터/서브밀리미터 대역에서 광범위한 주파수 대역폭을 사용하게 되어 상기 레이더 시스템에서도 통신서비스를 이용하려고 한다. 즉, 차량용 레이더 시스템과 통신 시스템을 듀얼 모드로 일체화시킴으로써, DBF 기술을 레이더 및 통신 시스템에 적용하여 초고해상도의 영상을 얻고, 통신에서는 다양한 지능형 통신 서비스 및 고속 데이터 통신이 가능하도록 하고 주파수 낭비를 줄일 수 있는 것을 목적으로 한다.In addition, the use of DBF technology simplifies the RF system and uses a wide range of frequency bandwidths in the millimeter / submillimeter band, thereby attempting to use communication services in the radar system. In other words, by integrating the vehicle radar system and the communication system in dual mode, DBF technology is applied to the radar and communication system to obtain ultra-high resolution images, enabling various intelligent communication services and high-speed data communication in communication, and reducing frequency waste. It aims at being able.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선통신 기능을 갖춘 차량용 레이더 듀얼모드 시스템은, 레이더 수신부에서 출력되는 디지털 신호 중 변환된 레이더 신호에 대해서 DBF 기술을 적용하여 거리, 속도 및 방위각을 계측하는 레이더 모드 및, 상기 레이더 수신부에서 출력되는 상기 디지털 신호 중 변환된 통신 신호를 분석하여 차량의 위치파악의 보완 또는 차량 간의 정보교환이 가능토 록 하는 통신모드를 갖춘 신호처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 신호처리부는 입력되는 디지털 신호의 코딩에 따라서 레이더 신호 입력에서는 상기 레이더모드로 전환하고, 통신 신호 입력에서는 상기 통신모드로 전환할 수 있다.In the vehicle radar dual mode system having a wireless communication function according to the present invention for achieving the above object, by applying the DBF technology to the converted radar signal of the digital signal output from the radar receiver to determine the distance, speed and azimuth And a signal processing unit having a radar mode to measure and a communication mode for analyzing the converted communication signal among the digital signals output from the radar receiver to compensate for the location of the vehicle or to exchange information between the vehicles. It features. In this case, the signal processing unit may switch to the radar mode at the radar signal input and to the communication mode at the communication signal input according to coding of the input digital signal.
다음으로, 상기 신호처리부는 밀리미터/서브밀리미터 대역에서 차량충돌 방지 및 안전운행을 위한 레이더 신호와 통신 신호가 혼합된 신호를 송신하는 레이더 송신부와 상기 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아온 레이더 신호와 다른 차량에서 송신하는 통신 신호를 수신하고 디지털 신호로 출력하는 레이더 수신부에 연결되도록 한다.Next, the signal processor is a radar transmitter for transmitting a mixed signal of the radar signal and the communication signal for the vehicle collision prevention and safe driving in the millimeter / sub-millimeter band and the other radar signal reflected back from the transmitted radar signal It is connected to the radar receiver which receives the communication signal transmitted from and outputs it as a digital signal.
여기서, 상기 레이더 수신부는 상기 레이더 신호 및 상기 통신 신호를 수신하기 위해 등간격 또는 비등간격으로 배열되는 3개 이상의 안테나 소자를 포함하여 이루어지는 안테나 배열과, 상기 안테나 배열에 수신된 신호를 중간주파수(IF) 신호로 변환하고 I/Q벡터로 변환시키는 DBF 수신기를 포함하고 이다. 그리고 상기 DBF 수신기에서 출력되는 중간주파수(IF) 신호의 잡음을 제거하기 위한 이미지 리젝트 필터와, 상기 잡음이 제거된 중간주파수(IF) 신호의 위상과 이득을 조절하기 위한 AGC(Autometic Gain Control) 및, 상기 AGC의 아날로그 출력신호인 중간주파수(IF) 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 DBF 수신기는 상기 안테나 배열에 수신된 신호를 증폭시키기 위한 저잡음 증폭 기(LNA)와, 상기 증폭된 신호를 I/Q벡터로 변환하고 중간주파수(IF) 신호로 변환시키는 I/Q다운 컨버터 및, 상기 각각의 I/Q다운 컨버터에 연결되는 국부발진기와 전력분배기를 포함할 수 있다. 그리고 상세하게는, 상기 I/Q다운 컨버터는 상기 증폭된 신호를 중간주파수(IF) 신호로 변환시킴과 동시에 I/Q벡터로 출력하기 위한 복조기와, 상기 I/Q벡터로 출력된 중간주파수(IF) 신호를 증폭하기 위한 가변 증폭기(Variable Gain Amplifier) 및, 상기 가변 증폭기의 출력신호 중 I채널과 Q채널의 신호의 변복조를 위한 믹서를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the radar receiver comprises an antenna array comprising at least three antenna elements arranged at equal intervals or boiling intervals for receiving the radar signal and the communication signal, and the signal received in the antenna array intermediate frequency (IF ) And a DBF receiver that converts the signal into an I / Q vector. And an image reject filter for removing noise of the intermediate frequency (IF) signal output from the DBF receiver, and an automatic gain control (AGC) for adjusting phase and gain of the noise-removed intermediate frequency (IF) signal. And an A / D converter for converting an intermediate frequency (IF) signal, which is an analog output signal of the AGC, into a digital signal. In this case, the DBF receiver includes a low noise amplifier (LNA) for amplifying the signal received in the antenna array, and an I / Q for converting the amplified signal into an I / Q vector and an intermediate frequency (IF) signal. A down converter and a local oscillator and a power divider connected to each of the I / Q down converters may be included. In detail, the I / Q down converter converts the amplified signal into an intermediate frequency (IF) signal and simultaneously outputs an I / Q vector to a demodulator for outputting the I / Q vector. A variable gain amplifier for amplifying an IF signal and a mixer for modulation and demodulation of signals of I and Q channels among the output signals of the variable amplifier are preferable.
여기서, 상기 레이더 송신부는 상기 혼합된 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A변환기와, 상기 D/A변환기에 의해 변환된 신호를 특정대역만 통과시키기 위한 대역통과필터와, 상기 대역통과필터를 통과하는 신호를 I/Q벡터로 변환하고 중간주파수(IF) 신호를 송신하기 위한 신호로 변환하는 DBF 송신기 및, 상기 DBF 송신기에 의해 변환된 신호를 송신하기 위해 일정한 간격으로 배열되는 2개 이상의 안테나소자를 포함하여 이루어지는 안테나 배열을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 DBF 송신기는 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 I/Q벡터로 변환하고 중간주파수(IF) 신호를 송신하기 위한 신호로 변환시키는 I/Q업 컨버터와, 상기 각각의 I/Q업 컨버터에 연결되는 국부발진기와 전력분배기 및, 상기 변환된 신호를 증폭하기 위해 상기 I/Q업 컨버터에 연결된 고출력 증폭기(Power Amplifier)를 포함할 수 있다. 그리고 상세하게는, 상기 I/Q업 컨버터는 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 I/Q 벡터로 변환시킨 신호를 증폭하기 위한 가변 증폭기(Variable Gain Amplifier) 와, 상기 증폭된 I/Q벡터로 변환된 신호를 송신하기 위한 중간주파수(IF) 신호로 변환시키는 변조기 및, 상기 변조기에서 출력되는 I채널과 Q채널의 신호의 변복조를 위한 믹서를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 송신부 안테나는, 일정주기의 레이더 신호와 상기 레이더 신호의 인터벌 시간에 해당하는 통신 신호가 혼합된 신호를 방사하는 것을 특징으로 한다.The radar transmitter may include a D / A converter for converting the mixed signal into an analog signal, a bandpass filter for passing the signal converted by the D / A converter only in a specific band, and the bandpass filter. A DBF transmitter for converting a passing signal into an I / Q vector and a signal for transmitting an intermediate frequency (IF) signal, and two or more antennas arranged at regular intervals to transmit the signal converted by the DBF transmitter It may include an antenna array comprising a device. In this case, the DBF transmitter converts the signal passing through the band pass filter into an I / Q vector and converts it into a signal for transmitting an intermediate frequency (IF) signal and the respective I / Q converters. A local oscillator and a power divider connected to the up converter, and a high power amplifier connected to the I / Q up converter to amplify the converted signal. In detail, the I / Q up converter includes a variable gain amplifier for amplifying a signal obtained by converting a signal passing through the bandpass filter into an I / Q vector, and amplified I / Q vector. It is preferable to include a modulator for converting the converted signal into an intermediate frequency (IF) signal for transmission, and a mixer for modulation and demodulation of the signals of the I and Q channels output from the modulator. In this case, the transmitter antenna, characterized in that for radiating a signal mixed with a radar signal of a certain period and a communication signal corresponding to the interval time of the radar signal.
여기서, 상기 안테나 배열의 송수신 안테나는 소형의 저가형 광대역 평판형 안테나로서, 상기 안테나 소자들은 각각의 가중(weight)에 의해서 상기 안테나 소자들에 의해 송수신되는 신호를 가중하고 합성함으로써, 복수의 신호처리기에서 송수신되는 복수의 도래파를 더 합성하여 원하는 신호를 얻도록 배열하는 것을 특징으로 한다.Here, the antenna of the antenna array is a small-cost, low-cost broadband flat panel antenna, the antenna elements are weighted and synthesized by the weight of each of the antenna elements by the weight (weight), and synthesized in a plurality of signal processors It is characterized in that the plurality of incoming and outgoing wave to be transmitted and received are arranged to obtain a desired signal.
한편, 상기 무선통신 기능을 갖춘 차량용 레이더 듀얼모드 시스템에서 상기 안테나 배열을 제외한 상기 레이더 수신부와 상기 레이더 송신부 부분을 저가형 밀리미터/서브밀리미터 대역 CMOS RF 공정방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.In the vehicle radar dual mode system having the wireless communication function, the radar receiver and the radar transmitter except the antenna array are manufactured by a low-cost millimeter / submillimeter band CMOS RF process method.
이하, 본 발명에 따른 무선통신 기능을 갖춘 차량용 레이더 듀얼모드 시스템에 대한 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a vehicle radar dual mode system having a wireless communication function according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기능을 갖춘 차량용 레이더 듀얼 모드 시스템에 대한 전체 블록구성도이다. 1 is an overall block diagram of a vehicle radar dual mode system with a wireless communication function according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 레이더 수신부에서 출력되는 디지털 신호를 통해 상대차량의 위치파악을 계측하는 레이더 모드와 차량 간의 통신이나 기타 통신서비스를 위한 통신모드를 갖춘 신호처리부(10)와, 송신된 신호 중 반사되어 들어오는 레이더신호와 다른 차량에서 송신하는 통신 신호를 수신하고 디지털 신호로 출력하는 수신부(20)와, 밀리미터/서브밀리미터 대역에서 차량충돌 방지 및 안전운행을 위한 레이더신호와 통신 신호가 혼합된 신호를 송신하는 송신부(30)로 크게 나눌 수 있다. The present invention provides a
본 발명에 따른 레이더 시스템에서 신호처리부(10)는 레이더 수신부(20)에서 출력되는 상기 디지털 신호 중 레이더 신호에 대해서 DBF 기술을 적용하여 당해 신호의 주파수를 측정하고 상대 차량과의 거리 및 상대속도를 계측하는 레이더 모드(110)와 상기 레이더 신호 외의 통신 신호의 검출을 위한 통신모드(120)로 이루어져있다. 레이더 모드(110)와 통신모드(120)는 동시에 사용할 수 있으며, 이 경우 수신 받은 RF신호의 코딩에 따라서 해당하는 수신모드가 적용된다. 동일한 주파수와 동일한 RF 시스템을 사용하기 때문에 레이더 모드(110)과 통신모드(120)은 동시에 사용하거나, 어느 하나의 모드를 선택적으로 사용할 수 있다. In the radar system according to the present invention, the
상기 신호처리부의 듀얼모드 방식은 한 전송로의 주파수를 일정한 시간 폭으로 나누어 레이더 신호와 통신 신호로 분배한 것으로써, 사용자는 상기 주파수 전체 대역폭을 차량용 레이더 시스템과 다양한 통신시스템으로 주기적으로 반복 사용 할 수 있고, 그에 따른 주파수 활용도를 높일 수 있다.The dual mode method of the signal processing unit divides a frequency of one transmission path into a radar signal and a communication signal by dividing a predetermined time width, and a user can repeatedly use the entire frequency bandwidth of the vehicle radar system and various communication systems. Can increase the frequency utilization accordingly.
상기 차량용 레이더 듀얼모드 시스템의 수신부(20)는 송신부(30)에서 송신된 신호 중 장애물에 부딪혀 반사되어 돌아오는 레이더 신호와 다양한 통신 신호를 수신하기 위해, 예를 들어 반 파장 간격으로 배열되는 3개 이상의 안테나소자를 포함하는 안테나 배열(210)과, 상기 수신되는 신호를 중간주파수(IF) 신호로 변환하고 I/Q벡터로 변환하는 DBF 수신기(220)를 포함하고 있다. 그리고 DBF 수신기(220)에는 상기 I/Q변복조가 이루어진 신호에서 부가적인 잡음을 제거하고 수신 신호단과 중간주파수(IF) 신호단을 분리하여 수신부의 안정성을 도모하기 위한 이미지 리젝트 필터(image reject filter, 230)와, I/Q 다운 컨버터(2210)에서 변환된 중간주파수(IF) 신호의 위상과 이득을 조절하기 위한 AGC(240)와, AGC(240)의 아날로그 출력신호인 중간주파수(IF) 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(250)가 연결되어 있다. The
상기 차량용 레이더 듀얼모드 시스템의 송신부(30)는 신호처리부(10)로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A변환기(310)와, 상기 변환된 신호를 특정대역만 통과시키기 위한 대역통과필터(320)와, 이를 통과한 중간주파수(IF) 신호를 I/Q벡터로 변환하고 송신하기 위한 신호로 변환시키는 DBF 송신기(330)와, 상기 변환된 신호를 송신하기 위해, 예를 들어 반 파장 간격으로 배열되는 2개 이상의 안테나 소자를 포함하여 이루어지는 안테나 배열(340)을 포함하여 이루어진다.The
도 2는 도 1의 송수신 안테나 배열 각각에 연결된 DBF 수신기(220)와 DBF 송신기(330)를 보다 상세하게 나타낸 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating in detail a
DBF 수신기(220)는 안테나 배열(210)에 수신된 신호를 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(LNA, 2200)와, 상기 증폭된 신호를 중간주파수(IF) 신호로 변환시키고 I/Q벡터로 출력시키는 I/Q다운 컨버터(2210)와, 각각의 I/Q다운 컨버터(2210)에 연결되는 국부발진기(2220)와 전력분배기(2230)을 포함하여 이루어진다. 저잡음 증폭기(LNA, 2200)는 수신되는 신호의 강도를 증가시키고, 수신기의 노이즈를 감소시키면서 안테나 신호를 증폭시키는 역할을 한다. 국부발진기(2220)는 주파수 합성을 위한 LO주파수를 공급해주고, 채널 선택이 필요한 경우 LO주파수를 변화시켜 채널선택을 할 수 있다.The
보다 상세하게, I/Q다운 컨버터(2210)는 상기 증폭된 신호를 중간주파수(IF) 신호로 변환시키면서 동시에 I/Q벡터로 출력하기 위한 안테나소자와 동일한 개수의 복조기(2212)와, 상기 I/Q벡터로 출력된 중간주파수(IF) 신호를 증폭시키는 가변 증폭기(Variable Gain Amplifier, 2214)와, 상기 주파수 변환된 90도 위상차가 나는 I채널과 Q채널의 신호의 변복조를 위한 믹서(2216)로 이루어진다. 이때, 국부발진기(2220)에 의해 생성된 LO주파수가 I채널 또는 Q채널 중 하나에 90도 위상 지연을 두면서 복조기에 입력됨에 따라 수신되는 신호에 실린 데이터는 I/Q벡터로 변환 된다. DBF 수신기(220) 내의 VGA(2214)나 AGC(240)는 수신단의 저잡음 증폭기(LNA, 2200)만으로는 미약한 수신신호를 충분하게 증폭시킬 수 없기 때문에 정교한 전력조절이 필요한 경우 신호의 이득이나 위상의 임의조절을 위하여 사용한다.More specifically, the I / Q down
일반적으로, 중간주파수(IF) 신호를 사용한다는 것은 주파수변환을 여러 차례 추가적으로 이루어주어야 하기 때문에 다수의 복조기가 사용되고 각각의 복조기마다 필터가 사용되며 그에 따른 고가의 IF소자를 사용하게 되어 레이더 시스템의 단가가 커지게 된다. 또한, 성능 면에서는 반복되는 주파수변환으로 인해 잡음이 많이 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 레이더 시스템에서는 RF신호를 IF신호로 변환하는 과정을 최대한 간소화시킴으로써 전체적으로 생산단가를 낮추는 한편, 수신 성능도 더욱 향상되는 장점을 갖는다.In general, the use of an intermediate frequency (IF) signal requires several additional frequency conversions, so that a plurality of demodulators are used, a filter is used for each demodulator, and an expensive IF element is used. Becomes large. In addition, in terms of performance, a lot of noise is generated by repeated frequency conversion. In order to solve this problem, the radar system according to the present invention has the advantage of reducing the overall production cost and further improving the reception performance by simplifying the process of converting the RF signal into the IF signal as much as possible.
또한, RF 시스템이 간단해짐에 따라 수신 성능이 향상되어 통신시스템에서도 동일한 주파수와 동일한 RF 시스템을 사용할 수 있게 됨으로써, 하나의 시스템에서 레이더 모드와 통신 모드를 반복적으로 사용할 수 있게 된다.In addition, as the RF system is simplified, the reception performance is improved, so that the same frequency and the same RF system can be used in a communication system, thereby repeatedly using the radar mode and the communication mode in one system.
다음으로 DBF 송신기(330)는 상기 대역통과필터를 통과한 신호를 I/Q벡터로 변환하고 중간주파수(IF) 신호를 송신하기 위한 신호로 변환시키는 I/Q업 컨버터(3300)와, 각각의 I/Q업 컨버터(3300)에 연결되는 국부발진기(2220)와 전력분배기(2230)와, 상기 변환된 신호를 증폭하기 위해 I/Q업 컨버터(3300)에 각각 연결되는 고출력 증폭기(PA, 3310)를 포함하여 이루어진다.Next, the
보다 상세하게는, I/Q업 컨버터(3300)는 대역통과필터(320)를 통과한 90도 위상지연이 이루어진 중간주파수(IF) 신호를 증폭하기 위한 가변 증폭기(Variable Gain Amplifier, 3302)와, 상기 증폭된 I/Q벡터로 변환된 중간주파수(IF) 신호를 송신하기 위한 신호로 변환시키는 변조기(3304)와, 상기 주파수 변환된 90도 위상차가 나는 I채널과 Q채널의 신호의 변복조를 위한 믹서(3306)를 포함하여 이루어지며, 상기 변환되어 송신되는 신호는 국부발진기(2220)에 의해 생성된 LO주파수와 I/Q 벡터의 중간주파수(IF) 신호의 합과 같은 신호이다. More specifically, the I / Q up
도 3는 본 발명에 따른 차량용 레이더 듀얼모드 시스템과 상기 시스템의 송신부에서 출력되는 신호의 일 실시예를 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of a vehicle radar dual mode system and a signal output from a transmitter of the system according to the present invention.
예를 들어, 도 3에서 도시된 바와 같이, 동일한 주파수를 사용하는 신호에서 1번째 펄스와 7번째 펄스가 레이더 신호에 해당한다면, 상기 레이더 신호 사이의 인터벌 시간에 해당하는 2번째부터 6번째 펄스 등은 통신 신호로 할애함으로써 신호의 전체 대역폭을 사용할 수 있다. 레이더 신호 사이의 유휴시간에 해당하는 주파수를 사용할 수 있게 됨으로써, 종래 레이더 시스템이 갖는 주파수 낭비의 문제점을 해결할 수 있다. 게다가, 인접차량과 통신 네트워크를 형성하여 다양한 차량의 상태 정보를 교환할 수 있는 차량용 레이더 듀얼모드 시스템을 제안함으로써 개별적으로 사용되던 종래의 시스템이 갖는 장점을 극대화할 수 있다. 양 시스템을 통합하는 것은 DBF 기술을 이용하여 상기 RF 시스템을 간소화함으로써 가능하다.For example, as shown in FIG. 3, if the first pulse and the seventh pulse correspond to the radar signal in the signal using the same frequency, the second to sixth pulses corresponding to the interval time between the radar signals, etc. By dedicating to a communication signal, the full bandwidth of the signal can be used. Since the frequency corresponding to the idle time between the radar signals can be used, it is possible to solve the problem of frequency wastage that the conventional radar system has. In addition, it is possible to maximize the advantages of the conventional system used separately by suggesting a vehicle radar dual mode system that can form a communication network with the adjacent vehicle to exchange state information of various vehicles. Integrating both systems is possible by simplifying the RF system using DBF® technology.
이상 본 발명에 따른 차량용 레이더 듀얼모드 시스템에서 DBF 기술을 이용한 RF 시스템을 살펴보았다. 종래의 레이더 시스템은 이동 중인 차량이 신호를 송수신하는 과정에서 광범위한 주파수 범위 내에서 잡음까지 수신 받으며, 복잡한 RF시스템으로 인해 효율성이 떨어진다는 문제점이 있는데, 본 발명에 따른 레이더 시스템은 DBF 기술을 이용하여 원하는 주파수범위대의 신호만을 수신 받고, 그 외의 다중접속 간섭에 의한 잡음 신호레벨은 크게 감소시킴으로써, 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있게 되었다. 또한, 본 발명은 종래의 기술에서 사용되는 RF 시스템보다 더욱 간소화된 DBF 수신기 및 DBF 송신기를 사용함으로써 시스템의 하드웨어적인 복잡도를 줄일 수 있다는 장점이 있다. The RF system using DBF technology in the vehicle radar dual mode system according to the present invention has been described above. Conventional radar systems receive noise in a wide range of frequencies in the process of transmitting and receiving signals, and there is a problem that the efficiency is reduced due to a complex RF system, the radar system according to the present invention uses a DBF technology By receiving only a signal in a desired frequency range and greatly reducing the noise signal level due to other multiple access interference, it is possible to solve the problems of the prior art. In addition, the present invention has the advantage that the hardware complexity of the system can be reduced by using a DBF receiver and DBF transmitter more simplified than the RF system used in the prior art.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 레이더 듀얼모드 시스템에서는 송수신 안테나로 이득이 상대적으로 낮고 수 도(degree) 이상의 3dB 빔 폭을 갖는 저가형 소형 평판형 안테나를 사용할 수 있다. 종래 차량용 레이더 시스템의 경우, 고해상도의 공간 해상도와 전방 탐지 범위를 넓게 하기 위해 높은 이득을 갖는 부피가 큰 안테나를 여러 개 사용함에 따라 차량 내 레이더 시스템이 차지하는 공간상의 문제와 생산단가 상승이라는 문제점이 있는데, 저가형 소형 안테나를 사용함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 한편, 상기 송수신 안테나 수는 신호 처리 유형에 따라 변경될 수 있으며, 안테나 사이의 물리적 거리 또한 사용된 알고리즘에 따라 최적화될 수 있다.Next, in a vehicle radar dual mode system according to the present invention, a low-cost, small-sized flat panel antenna having a relatively low gain and a 3dB beam width of more than a degree may be used as a transmission / reception antenna. In the case of the conventional vehicle radar system, there are problems of the space and the production cost increase of the radar system in the vehicle by using a large number of bulky antennas having high gain in order to widen the high resolution spatial resolution and the forward detection range. This problem can be solved by using a low cost, small antenna. The number of transmit / receive antennas may vary according to the signal processing type, and the physical distance between the antennas may also be optimized according to the algorithm used.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템은 안테나를 제외한 수신부와 송신부 부분을 저가의 밀리미터/서브밀리미터 CMOS 공정 기법을 이용하여 제조한다. 최근 들어 RF분야에서도 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 기술을 점차 적용함으로써, 현재의 GaAs, SiGe공정의 고가격을 낮출 수 있고, 신호처리부와 함께 RF부가 단일 CMOS칩으로 제작이 가능하여 종래 차량용 레이더 시스템의 가격을 현격하게 낮출 수 있다. CMOS는 하나의 반도체 기판위에 반도체 소자와 함께 각종 수동소자, 부품들을 한꺼번에 찍어낸 회로로서, 이를 이용한 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)와 RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)기술이 있다. MMIC란 보통 증폭기 하나, 증폭기 2~3개의 회로 조합으로 만들어진 단품을 말하며, RFIC는 이러한 회로들을 섞은 경우를 말한다. RF에서 CMOS를 이용하는 것은 RF처리부에 있어서 아날로그 RF뿐만 아니라 디지털 부분까지 손쉽게 집적할 수 있어서 그 부가가치는 매우 높다. 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템에서도 전체 시스템의 수신부(20)와 송신부(30)를 CMOS공정기법을 이용하여 하나의 회로기판에 인쇄함으로써 종래의 복잡한 레이더 시스템을 간소화시킬 수 있다.Next, the vehicle radar system according to the present invention manufactures the receiver and the transmitter except the antenna using a low-cost millimeter / submillimeter CMOS process technique. In recent years, by gradually applying technology using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) in the RF field, it is possible to lower the high price of current GaAs and SiGe processes, and the RF unit can be manufactured with a single CMOS chip together with the signal processing unit. The price of the system can be significantly lowered. CMOS is a circuit in which various passive devices and components are taken together with a semiconductor device on a semiconductor substrate, and there are MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) technologies using the same. An MMIC is usually a unit made up of a combination of one amplifier, two to three amplifiers, and an RFIC is a mixture of these circuits. The use of CMOS in RF enables the RF processor to easily integrate not only the analog RF but also the digital part, so the added value is very high. In the vehicle radar system according to the present invention, a conventional complex radar system can be simplified by printing the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범 위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and the present invention is not usually limited to the scope of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such changes fall within the scope of the claims.
본 발명에 따른 레이더 시스템은 DBF 기술을 이용하는 차량용 듀얼모드 레이더 시스템으로, 종래의 고해상도 레이더 시스템에 비해 상대적으로 공간 해상도가 매우 우수하며 간단한 구조의 IF 시스템을 이용하여, 종래의 RF 시스템의 복잡한 구조를 간략화시킴으로서, 주파수 변환과정에서 동반하는 잡음 발생을 줄일 수 있어 수신 성능이 향상되는 효과를 갖는다. Radar system according to the present invention is a vehicle dual-mode radar system using DBF technology, compared to the conventional high resolution radar system, the spatial resolution is very excellent and using a simple structure IF system, the complex structure of the conventional RF system By simplifying, the noise generated in the frequency conversion process can be reduced, thereby improving reception performance.
뿐만 아니라, 종래의 고해상도 레이더 시스템에서 사용하는 높은 이득의 부피가 큰 다중 안테나 대신에 작은 이득을 가진 3dB 빔폭의 소형의 저가형 평판형 안테나를 사용할 수 있게 됨으로써, 생산단가를 낮출 수 있다. In addition, it is possible to use a small low-cost flat-panel antenna having a small gain of 3dB instead of the high gain bulky multiple antennas used in the conventional high resolution radar system, thereby lowering the production cost.
또한, 간단해진 RF 시스템과 수신 성능의 향상으로 인해 차량용 레이더 시스템과 지능형 통신 서비스 또는 새로운 통신 기술과의 접목이 가능하다. 레이더 신호의 유휴시간을 다양한 통신 신호로 할애함에 따라, 가격이나 공간상의 제약 및 주파수 낭비를 줄일 수 있다. 통신시스템을 사용하는 경우, 차량 대 차량 간의 통신을 통하여 인접 차량에 대한 더 많은 정보를 확보할 수 있어 차량용 레이더에 의한 정보를 보충할 수 있고, 밀리미터/서브밀리미터 대역에서의 차량과 차량간의 통신 기술은 상대적으로 넓은 대역폭을 사용하므로 별도의 통신시스템의 장착 없이도 광범위한 통신 서비스가 가능하게 된다.In addition, the simplified RF system and improved reception allow the incorporation of automotive radar systems with intelligent communication services or new communication technologies. By dedicating the idle time of the radar signal to various communication signals, cost and space constraints and frequency waste can be reduced. When using a communication system, the vehicle-to-vehicle communication allows more information on adjacent vehicles to be supplemented and supplemented by vehicle radar, and communication technology between vehicles in the millimeter / submillimeter band. Because of the relatively wide bandwidth, a wide range of communication services are possible without the installation of a separate communication system.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 듀얼모드 레이더 시스템은 저가의 CMOS공정기법을 사용하여 안테나부를 제외한 레이더 송신부와 수신부를 하나의 반도체 기판상에 인쇄함으로써 시스템의 복잡도를 감소시키면서 생산단가를 줄일 수 있다.Next, the vehicle dual-mode radar system according to the present invention can reduce the production cost while reducing the complexity of the system by printing the radar transmitter and receiver except for the antenna unit on a single semiconductor substrate using a low-cost CMOS process technique.
따라서, 본 발명은 차량과 같은 운송수단의 자동운행 시스템 및 안전운행을 위한 중요한 보조 장치로 활용될 수 있을 뿐만 아니라 다양한 통신서비스를 만족할 수 있다.Therefore, the present invention can be used as an important auxiliary device for the automatic operation system and the safe operation of a vehicle such as a vehicle, and can satisfy various communication services.
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Yamazaki et al. | A 37-39GHz Phase and Amplitude Detection Circuit with 0.060 degree and 0.043 dB RMS Errors for the Calibration of 5GNR Phased-Array Beamforming |
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