KR20170068090A - 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법 및 장치 - Google Patents

대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송신 빔 형성 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 목표 빔 패턴과 배열 안테나의 구조의 정보를 이용하여 최소 자승법을 통해 최적의 가중치를 구하고, 해당 최적 가중치의 전력을 최적화하기 위해 대각행렬 부하(Diagonal Loading)를 적용하여 광대역 최적전력 송신을 적용한 컨포멀 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔 형성 방법 및 장치에 대한 것이다.

Description

대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법 및 장치{Method and Apparatus for optimum power transmit and transmit beamforming for wideband array antenna based on Diagonal Loaded Least Mean Square method}
본 발명은 송신 빔형성 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 목표 빔 패턴과 배열 안테나의 구조의 정보를 이용하여 최소 자승법을 통해 최적의 가중치를 구하고, 해당 최적 가중치의 전력을 최적화하기 위해 대각행렬 부하(Diagonal Loading)를 적용하여 광대역 최적전력 송신을 적용한 컨포멀 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법 및 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 최적 가중치를 구하기 위해 임의의 배열 안테나 구조에서 기준점에 따른 각 소자의 위상정보와 선형 목표 빔 패턴을 배열 안테나 빔 패턴으로 적용하여 최소 자승법을 수행하고, 주파수에 따라 변동이 큰 조건수를 최소 자승법 내에 역행렬을 연산하는 행렬에 대각행렬 부하를 적용하여 평준화시켜서 얻어진 최적 전력의 가중치를 컨포멀 배열 안테나에 적용한 광대역 송신 빔형성 방법 및 장치에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 주파수에 따라 변하는 임의의 배열 안테나 구조에서 기준점에 따른 각 소자의 위상정보와 목표 빔 패턴을 이용하여 대각행렬 부하를 적용한 최소 자승법에 적용하여 얻어진 주파수에 따른 최적 전력 가중치를 이용하여 컨포멀 배열 안테나에 적용한 광대역 송신 빔형성 방법 및 장치에 대한 것이다.
컨포멀 배열 안테나는 항공기 및 고속 기동 차량 등 플랫폼 형상에 맞게 설계하여 고속이동에 의한 공기저항을 줄이거나 돌출구조물 감소로 RCS(Radar Cross Section)을 감소시켜 스텔스 기능을 증대시키는 기술이다.
고속이동에 적합한 플랫폼의 형상은 공기역학이나 유체역학적 특성을 고려하여 유선형으로 설계되고, 이러한 플랫폼 구조와 일체형으로 구성되는 컨포멀 배열 안테나는 평면형 배열 안테나와의 전기적, 기계적 특성 및 빔 조향 특성이 다르다. 따라서 기존의 평면 배열 안테나기반의 빔형성 기법은 바로 적용할 수가 없다.
대표적인 컨포멀 배열 안테나 기반의 빔형성 알고리즘으로 유전 알고리즘이 소개되어 있다. 유전 알고리즘은 자연세계의 진화 과정에 기초한 계산모델로 최적화 문제를 해결하는 대표적인 기법의 하나이다. 해당 알고리즘은 최적해에 가까운 근사해를 구하는 최적의 성능을 갖지만, 충분한 세대수와 인구수를 유지해야하기 때문에 많은 계산량이 요구되는 단점이 있다.
또한 컨포멀 배열 안테나 기반의 빔형성 알고리즘으로 최소 자승법 기반의 알고리즘이 있다. 최소 자승법은 어떤 계의 해방정식을 근사적으로 구하는 방법이며, 근사적으로 구하려는 해와 실제 해의 오차가 최소가 되는 해를 구하는 방법으로 간단한 행렬 연산으로 표현이 가능한 장점이 있다. 그러나 최소 자승법의 역행렬을 수행하는 행렬이 특이성(Singularity)을 갖게 되면 알맞은 해를 갖지 못하는 단점이 있다.
대각행렬 부하는 역행렬을 구하는 행렬의 특이성을 어느 정도 해소하기 위해 해당 행렬의 대각 행렬 요소에 특정 값을 더해주는 방법이다. 역행렬을 안정적으로 구할 수 없을 경우에 이용되는 기법중에 하나이다.
1. 한국공개특허번호 제10-1999-7006998호
1. 성철민외, "향상된 적응형 유전 알고리즘을 이용한 컨포멀 배열 안테나의 빔 합성 연구"한국전자파학회논문지 제25권 제5호 (2014년 5월) pp.592-600
본 발명은 위 배경기술에 따른 컨포멀 배열 안테나 최적 가중치 획득에 있어서 주로 사용되는 유전알고리즘의 연산량 문제를 해결할 수 있는 최소자승법을 적용하고 또한, 최소자승법의 역행렬 문제를 대각행렬 부하를 통해 해결한 배열 안테나 송신 빔형성 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 주파수에 따른 가중치를 획득함에 있어 최소자승법에 적용되는 목표 빔 패턴을 기존에 연구된 선형 배열 안테나의 빔패턴으로 적용하여 주파수 별로 빔형성 후에 동일한 빔 형태를 갖고자 하였으며, 최소자승법에 대각행렬 부하를 통해 주파수별로 전력이 평준화된 최적 가중치를 통해 광대역 배열 안테나 송신 빔형성 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 컨포멀 배열 안테나 최적 가중치 획득에 있어서 주로 사용되는 유전알고리즘의 연산량 문제를 해결할 수 있는 최소자승법을 적용하고 또한, 최소자승법의 역행렬 문제를 대각행렬 부하를 통해 해결한 배열 안테나 송신 빔형성 방법을 제공한다.
상기 배열 안테나 송신 빔형성 방법은, 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법으로서,
(a) 주파수 발생기가 시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성하는 단계;
(b) 배열 구조 정보 생성부가 상기 입력 주파수 정보에 따른 배열 구조정보를 생성하는 단계;
(c) 목표 빔 패턴 생성기가 가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴을 생성하는 단계;
(d) 대각행렬 부하 생성부가 대각행렬 부하를 생성하는 단계;
(e) 최적 가중치 계산부가 상기 배열 구조정보, 목표 빔패턴 및 대각행렬 부하를 이용하여 상기 입력 주파수 정보에 따른 최적 전력 가중치를 산출하는 단계;
(f) 위상진폭 변환부가 상기 최적 전력 가중치를 위상 및 진폭으로 변환하는 단계; 및
(g) 가중치 적용부가 상기 위상 및 진폭을 적용하여 송신빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 배열 안테나는 컨포멀 구조에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계는, 실제 배열 소자의 위치에 따른 위상정보를 이용하여 최소 자승법을 위한 제 1 역행렬을 얻는 단계; 상기 역행렬을 수행하는 행렬에 대해 상기 대각행렬 부하를 적용하여 제 2 역행렬을 얻는 단계; 및 상기 제 2 역행렬을 통해 최적 전력 가중치를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계는 상기 입력 주파수 정보의 각 주파수 별로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 대각행렬 부하는 상기 가상 선형 배열 소자의 개수 및 간격을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상은 미리 정해지는 기준점에 따라 상기 배열 안테나의 배열 소자 위치 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 최전 전력 가중치는 수학식
Figure pat00001
(여기서,
Figure pat00002
는 목표 빔패턴 벡터로써 가시영역에 대한 각도샘플의 크기를 갖는 벡터이고,
Figure pat00003
는 주파수에 따른 컨포멀 배열 구조의 소자 위치에서의 위상을 의미하며, 배열 소자 개수의 행을 갖고 가시영역에 대한 각도샘플 크기만큼의 열을 갖는 행렬이고,
Figure pat00004
는 대각행렬 부하를 의미하며,
Figure pat00005
는 주파수에 따른 가중치 벡터를 의미하고, H는 에르미트 전치(Hermitian transpose)를 의미한다)으로 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 최적 전력 가중치의 전력은 상기 입력 주파수 정보의 주파수별로 평준화된 전력인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 장치로서, 시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성하는 주파수 발생기; 상기 입력 주파수 정보에 따른 배열 구조정보를 생성하는 배열 구조 정보 생성부; 가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴을 생성하는 목표 빔패턴 생성기; 대각행렬 부하를 생성하는 대각행렬 부하 생성부; 상기 배열 구조정보, 목표 빔패턴 및 대각행렬 부하를 이용하여 상기 입력 주파수 정보에 따른 최적 전력 가중치를 얻어내는 최적 가중치 계산부; 상기 최적 전력 가중치를 위상 및 진폭으로 변환하는 위상진폭 변환부; 및 상기 위상 및 진폭을 적용하여 송신빔을 형성하는 가중치 적용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배열 소자의 위치에 따른 위상정보와 가상 선형 배열 소자를 통해 얻어낸 빔패턴 정보를 통해 최적 가중치를 얻는 방법의 광대역에 따른 조건수 및/또는 주파수에 따른 입력전력 크기의 문제를 대각행렬 부하를 이용하여 해소하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 컨포멀 형태로 배열 소자가 배치되어 있을 경우에도 광대역 최적 전력 가중치를 얻을 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 대각행렬 부하를 통해 기존 최소 자승법의 역행렬 연산 문제를 해소할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 기존 유전 알고리즘에 비해 몇 가지 정보를 통해 간단한 수식으로 표현 되어 적은 연산량을 가질 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배열 안테나 빔 형성기 모델의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나의 구조를 보여주는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 대각행렬 부하의 적용에 따른 최적 가중치의 주파수에 따른 조건수와 입력 전력을 보여주는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 대각 행렬 부하를 적용한 최적 가중치를 이용하여 광대역과 빔 조향 각도에 따른 빔패턴을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나에서 최적 가중치 계산을 통한 빔형성 장치(500)의 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나에서 최적 가중치를 계산하여 빔을 형성하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배열 안테나 빔 형성기 모델의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 도 1에서 배열 안테나(110)는 RF(Radio Frequency) 신호원(160)을 전력 분배기(150)를 통해 배열 안테나의 소자 개수만큼 나누어주고, 나누어진 각 RF 신호원들은 가중치 적용부(120) 내의 증폭기(130)와 위상 천이기(140)를 통해 각 배열 안테나 소자에 입력된다. 위와 같은 순서를 통해 배열 안테나에서의 송신빔 형성이 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나의 구조를 보여주는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 도 2의 컨포멀 구조(210)는 원점을 기준으로 4GHz기준의 2.23파장의 반지름을 갖는 원의 형태이다. 또한 컨포멀 구조상에 위치한 배열 소자(220)는 4GHz 기준에서 반파장의 간격을 갖는 등간격 배열로 이루어져 있다. 도 2의 구조는 도3,도4의 그래프의 결과에 기반되는 구조이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 대각행렬 부하의 적용에 따른 최적 가중치의 주파수에 따른 조건수와 입력 전력을 보여주는 그래프이다. 이중, 도 3a는 대각 행렬 부하를 적용하지 않은 그래프(310)이고, 도 3b는 대각행렬 부하를 적용한 그래프(320)이다. 도 3a에 도시된 그래프(310)는 조건수(330)와 가중치 전력(또는 입력전력)(340)의 주파수에 따른 차이가 매우 큰 것을 볼 수 있다. 입력 전력의 입장에서 보면 약 35dBW의 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다. 도 3b에 도시된 그래프(320)에서는 조건수와 입력전력의 차이가 거의 없음을 확인 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 대각 행렬 부하를 적용한 최적 가중치를 이용하여 광대역과 빔 조향 각도에 따른 빔패턴을 보여주는 그래프이다. 이중 도 4a에 도시된 그래프(410)는 0도 조향하였을 때 광대역에 따른 빔형성 결과를 나타낸다. 해당 그래프는 2GHz에서 4GHz에 따른 빔형성 결과를 나타낸 것으로 주파수가 낮아질수록 빔의 폭이 넓어지는 것을 볼 수 있다.
또한 도 4b에 도시된 그래프(420)는 50도 조향하였을 때 광대역에 따른 빔형성 결과를 나타낸다. 50도를 조향하였음에도 불구하고 그레이팅 로브가 나타나지 않으며 빔 폭 또한 도 4a의 그래프(410)에 비해 크게 늘어나지 않은 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나에서 최적 가중치 계산을 통한 빔형성 장치(500)의 구성 블록도이다. 도 5를 참조하면, 주파수 발생기(510), 배열 구조 정보 생성부(520), 목표빔 패턴 형성부(530), 대각행렬 부하 생부(550)), 위상진포 변환부(560) 등을 포함하여 구성된다.
주파수 발생기(510)는 시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성한다.
배열 구조 정보 생성부(520)는 입력 주파수 정보에 따른 배열 구조 정보를 생성한다. 부연하면, 입력 주파수 정보를 주파수에 따라 바뀌는 배열구조정보 생성부(520)의 입력으로 넣어주면 미리 결정되어있는 배열 구조 정보를 통해 주파수에 따른 배열 구조 정보를 얻어낼 수 있다. 배열 구조 정보는 컨포멀 배열 구조 정보
Figure pat00006
이다.
목표 빔패턴 형성부(530)는 가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴
Figure pat00007
을 생성한다. 일반적으로 선형 배열 안테나의 빔 패턴은
Figure pat00008
로 정의된다. 여기서,
Figure pat00009
은 배열 소자의 총 개수를 의미하고,
Figure pat00010
는 각 소자에 적용되는 가중치,
Figure pat00011
은 소자 위치,
Figure pat00012
는
Figure pat00013
의 범위를 갖고,
Figure pat00014
은 지향 각도를 의미한다.
이 때, uniform weight이며 소자간격은 반파장, 지향각은 0도로 결정하고, N을 변수로 둔 상태에서 uniform linear array의 빔 패턴을 얻는다. 그 후에 지향각에 따라서 위에서 얻어진 빔 패턴 데이터를 쉬프팅 하여 목표 빔 패턴으로 사용한다. 일반적인 linear array에서의 빔 조향은 위의 식에서
Figure pat00015
를 변경하여 조향을 하지만, 조향을 90도 또는 - 90도 쪽으로 하면 할수록 빔의 형상이 깨지게 된다.
그런 이유로 0도 조향일 때의 빔 패턴 데이터를 가지고 원하는 각도로 데이터를 밀어서 사용한다.
대각행렬 부하 생성부(540)는 대각행렬 부하
Figure pat00016
을 생성한다. 대각행렬 부하를 적용하지 않으면
Figure pat00017
안의
Figure pat00018
의 역행렬을 풀 때에 determinent가 0에 매우 가까워지게 된다. 즉 singular matrix에 가까워지게 되고 역행렬이 잘 풀리지 않게 된다. 이렇게 singular matrix에 가까운 행렬의 역행렬을 구할 때 사용되는 것이 대각행렬 부하이다.
최적 가중치 계산부(550)는 얻어진 컨포멀 배열 구조 정보
Figure pat00019
, 목표 빔패턴
Figure pat00020
, 그리고 대각행렬 부하
Figure pat00021
을 적용한 최소자승법을 이용하여 주파수에 따른 최적전력 가중치
Figure pat00022
을 출력으로 얻을 수 있다.
최적 가중치 계산부(550)의 출력인 최적 전력 가중치
Figure pat00023
는 복소수이다. 따라서, 위상진폭 변환부(560)가 각 배열소자(220)에 적용될 진폭 및 위상을 계산한다.
가중치 적용부(120)는 해당 진폭 및 위상을 적용하고 배열 안테나(110)를 이용하여 송신빔을 형성할 수 있다.
도 2와 같은 원형 구조를 기반으로 하는 컨포멀 배열 구조에서 도 4의 최적 가중치 계산부(550)를 통해 얻어지는 최적 전력 가중치는 아래의 수학식으로 표현할 수 있다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
는 목표 빔패턴 벡터로써 가시영역에 대한 각도샘플의 크기를 갖는 벡터이다.
Figure pat00026
는 주파수에 따른 컨포멀 배열 구조의 소자 위치에서의 위상을 의미하며, 배열 소자 개수의 행을 갖고 가시영역에 대한 각도샘플 크기만큼의 열을 갖는 행렬이다. 또한
Figure pat00027
는 대각행렬 부하를 의미하며,
Figure pat00028
는 주파수에 따른 가중치 벡터를 의미한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨포멀 배열 안테나에서 최적 가중치를 계산하여 빔을 형성하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 주파수 발생기(510)가 시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성하면, 배열 구조 정보 생성부가 상기 입력 주파수 정보를 입력받아 배열 구조정보를 생성한다(단계 S610).
이후, 목표 빔 패턴 생성기(530)가 가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴을 생성한다(단계 S620).
또한, 대각행렬 부하 생성부(540)가 대각행렬 부하를 생성한다. 이후, 최적 가중치 계산부(550)가 상기 배열 구조정보, 목표 빔패턴 및 대각행렬 부하 등을 이용하여 상기 입력 주파수 정보에 따른 최적 전력 가중치를 산출한다(단계 S630). 부연하면, 실제 배열 소자의 위치에 따른 위상정보를 이용하여 최소 자승법을 위한 제 1 역행렬을 얻는 단계, 상기 역행렬을 수행하는 행렬에 대해 상기 대각행렬 부하를 적용하여 제 2 역행렬을 얻는 단계, 및 상기 제 2 역행렬을 통해 최적 전력 가중치를 얻는 단계; 등이 구성된다. 물론, 최전 전력 가중치는 각 주파수 별로 수행될 수 있다. 또한, 최적 전력 가중치의 전력은 상기 입력 주파수 정보의 주파수별로 평준화된 전력이 된다. 부연하면, 가중치가 주파수별로 다르게 얻어지게 된다. 이때 특정 주파수에서 얻어진 가중치벡터
Figure pat00029
를 가중치의 파워(
Figure pat00030
)로 나누어주게 되면 모든 주파수에서 생성되는 가중치벡터 의 전력은 모두 동일하게 된다.
이후, 위상진폭 변환부(560)가 상기 최적 전력 가중치를 위상 및 진폭으로 변환한다(단계 S640).
최종적으로, 가중치 적용부(120)가 상기 위상 및 진폭을 적용하여 송신빔을 형성하고, 배열 안테나(110)를 통하여 송신빔을 발사한다(단계 S650).
110: 배열 안테나 120: 가중치 적용부
130: 증폭기 140: 위상 천이기
210: 컨포멀 구조 220: 배열 소자
500: 송신 빔형성 장치
510: 주파수 발생기 520: 배열 구조 정보 생성부
530: 목표빔 패턴 형성부 540: 대각행렬 부하 생성부
550: 최적 가중치 계산부 560: 위상 진폭 변환부

Claims (9)

  1. 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법에 있어서,
    (a) 주파수 발생기가 시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성하는 단계;
    (b) 배열 구조 정보 생성부가 상기 입력 주파수 정보에 따른 배열 구조정보를 생성하는 단계;
    (c) 목표 빔 패턴 생성기가 가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴을 생성하는 단계;
    (d) 대각행렬 부하 생성부가 대각행렬 부하를 생성하는 단계;
    (e) 최적 가중치 계산부가 상기 배열 구조정보, 목표 빔패턴 및 대각행렬 부하를 이용하여 상기 입력 주파수 정보에 따른 최적 전력 가중치를 산출하는 단계;
    (f) 위상진폭 변환부가 상기 최적 전력 가중치를 위상 및 진폭으로 변환하는 단계; 및
    (g) 가중치 적용부가 상기 위상 및 진폭을 적용하여 송신빔을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 컨포멀 구조에 위치되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 실제 배열 소자의 위치에 따른 위상정보를 이용하여 최소 자승법을 위한 제 1 역행렬을 얻는 단계;
    상기 역행렬을 수행하는 행렬에 대해 상기 대각행렬 부하를 적용하여 제 2 역행렬을 얻는 단계; 및
    상기 제 2 역행렬을 통해 최적 전력 가중치를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 상기 입력 주파수 정보의 각 주파수 별로 수행되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대각행렬 부하는 상기 가상 선형 배열 소자의 개수 및 간격을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상은 미리 정해지는 기준점에 따라 상기 배열 안테나의 배열 소자 위치 정보인 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 최전 전력 가중치는 수학식
    Figure pat00031
    (여기서,
    Figure pat00032
    는 목표 빔패턴 벡터로써 가시영역에 대한 각도샘플의 크기를 갖는 벡터이고,
    Figure pat00033
    는 주파수에 따른 컨포멀 배열 구조의 소자 위치에서의 위상을 의미하며, 배열 소자 개수의 행을 갖고 가시영역에 대한 각도샘플 크기만큼의 열을 갖는 행렬이고,
    Figure pat00034
    는 대각행렬 부하를 의미하며,
    Figure pat00035
    는 주파수에 따른 가중치 벡터를 의미하고, H는 에르미트 전치(Hermitian transpose)이다)으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적 전력 가중치의 전력은 상기 입력 주파수 정보의 주파수별로 평준화된 전력인 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 방법.
  9. 대각행렬 부하를 이용한 최소 자승법 기반의 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 장치에 있어서,
    시간에 따른 입력 주파수 정보를 생성하는 주파수 발생기;
    상기 입력 주파수 정보에 따른 배열 구조정보를 생성하는 배열 구조 정보 생성부;
    가상 선형 배열구조를 갖는 송신빔의 빔형성 알고리즘에 따른 목표 빔패턴을 생성하는 목표 빔 패턴 생성기;
    대각행렬 부하를 생성하는 대각행렬 부하 생성부;
    상기 배열 구조정보, 목표 빔패턴 및 대각행렬 부하를 이용하여 상기 입력 주파수 정보에 따른 최적 전력 가중치를 얻어내는 최적 가중치 계산부;
    상기 최적 전력 가중치를 위상 및 진폭으로 변환하는 위상진폭 변환부; 및
    상기 위상 및 진폭을 적용하여 송신빔을 형성하는 가중치 적용부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나 광대역 최적전력 송신 빔형성 장치.
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US11424788B2 (en) * 2018-08-31 2022-08-23 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Beam-formed signal transmission from a network node
CN115114780A (zh) * 2022-06-27 2022-09-27 北京雷久科技有限责任公司 一种圆锥台阵列天线波束赋形方法

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