KR20190136218A - 신호의 채널 응답 특성을 이용한 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신호의 채널 응답 특성을 이용한 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법에 관한 것으로, 방사 방향 추정 방법은 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나를 선택한 후, 옴니 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성을 통해 옴니 안테나로부터 상기 송신원까지의 가상 거리를 예측하고, 가상 거리를 예측한 이후, 고정대에 고정된 혼 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택한 후, 가상 거리를 기반으로 혼 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 송신원까지의 가상 방사 각도를 예측한다.

Description

신호의 채널 응답 특성을 이용한 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법{METHOD FOR RADIATED DIRECTION TRACKING BASED ON ANTENNA USING RADIO CHANNEL RESPONSE CHARACTERISTIC OF SINGNAL}

아래의 설명은 신호의 채널 응답 특성을 이용한 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전파 전달 환경(Radio Propagation environment)에서 신호의 채널 응답 특성을 이용하여 신호를 송출하는 송신원의 위치를 추정하는 방사 방향 추정 방법에 관한 것이다.

종래의 송신원 방향 추적을 위한 전파신호 측정 장치는 위치 센서를 이용하여 송신원의 위치를 추적하는 방법으로, 송신원의 위치를 추적하기 위한 공간이 광범위하게 넓고, 송신원이 이동하는 경우, 다수의 송신 센서를 추가적으로 설치하여 송신원의 이동 위치를 추적하였다. 그러나, 이는 추가적인 센서가 설치되어야 함에 따라 고비용이 발생되고, 송신원의 이동에 따른 적절한 위치를 추정하고, 판단하는데 어려움이 있다.

또한, 수신기 측면에서는 장애물에 의한 다중 경로 특성을 갖는 신호가 수신될 경우, 송신원의 위치를 정확하게 판단하기 위해 수신된 신호에 포함된 다중 경로 신호를 분리하거나 또는, 동종 신호를 찾기 위한 복잡한 신호 처리 과정이 요구되었다.

따라서, 이를 해결하기 위해 기존에 복잡한 신호 처리 과정 및 고비용의 센서 기반 방향 추적 방법에 대한 단점을 보완하면서 송신원으로부터 출력되는 신호의 방사 방향을 추적하는 방법을 제안하고자 한다.

본 발명은 안테나로부터 수신되는 신호의 채널 응답 특성을 분석하여 신호의 채널 응답 특성에 따라 안테나의 위치를 제어함으로써, 송신원으로부터 출력되는 신호의 방사 방향을 추적하는 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 전파 전달 환경 기반의 이종 안테나(옴니 안테나 및 혼 안테나)를 이용하여 송신원으로부터 출력되는 신호를 각각 수신함으로써, 이종 안테나가 각각 수신하는 신호의 채널 응답 특성으로부터 보다 정확한 방사 방향을 추적하는 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법을 제공할 수 있다.

일실시예에 따른 안테나를 이용한 방사 방향 추정 방법은 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나를 선택하는 단계; 송신원으로부터 전송되는 신호를 수신하기 위해 옴니 안테나의 위치가 이동하면, 상기 이동된 옴니 안테나의 위치에서 수신한 신호의 채널 응답 특성(channel response characteristic)을 이용하여 옴니 안테나로부터 상기 송신원까지의 가상 거리를 예측하는 단계; 가상 거리를 예측한 이후, 안테나 고정대에 고정된 혼 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택하는 단계; 및 가상 거리를 기반으로 혼 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 혼 안테나부터 송신원까지의 가상 방사 각도를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 가상 거리를 예측하는 단계는 제1 지점에서 옴니 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성을 파악하는 단계; 및 상기 채널 응답 특성에 따른 신호가 다중 경로 신호인 경우, 옴니 안테나의 위치를 제1 지점에서 제2 지점으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 가상 거리를 예측하는 단계는 제1 지점에서 옴니 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성을 파악하는 단계; 상기 채널 응답 특성에 따른 신호가 직접 경로 신호인 경우, 상기 직접 경로 신호가 수집된 옴니 안테나의 위치로부터 직접 경로 신호의 세기가 최대가 되도록 옴니 안테나의 위치를 조정하는 단계; 및 상기 조정된 옴니 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 가상 거리를 예측하는 단계는 옴니 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리가 적어도 2개 이상 결정될 수 있도록 반복 수행하고, 추정 거리가 적어도 2개 이상인 경우, 2개 이상의 추정 거리를 조합하여 옴니 안테나로부터 송신원까지의 가상 거리를 결정할 수 있다.

일실시예에 따른 가상 방사 각도를 예측하는 단계는, 가상 거리에 따른 혼 안테나의 수직 각도 및 회전 각도를 조정하여 송신원에 대한 가상 방사 각도를 결정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법은 안테나로부터 수신되는 신호의 채널 응답 특성을 분석하여 신호의 채널 응답 특성에 따라 안테나의 위치를 제어함으로써, 송신원으로부터 출력되는 신호의 방사 방향을 추적할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법은 전파 전달 환경 기반의 이종 안테나(옴니 안테나 및 혼 안테나)를 이용하여 송신원으로부터 출력되는 신호를 각각 수신함으로써, 이종 안테나가 각각 수신하는 신호의 채널 응답 특성으로부터 보다 정확한 방사 방향을 추적할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신하는 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 안테나 기반의 신호 처리 장치의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 구현 가능한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 안테나-RF부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 송신원에 대한 가상 거리를 예측하는 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 송신원에 대한 가상 방사 각도를 예측하는 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 안테나-RF부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일실시예에 따른 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신하는 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 신호 처리 장치(101)는 송신원(102)으로부터 출력되는 신호를 수신할 수 있다. 송신원(102)으로부터 출력되는 신호는 일반적으로 파동광학의 법칙에 대응함에 따라, 전파 전달 환경에 직접적인 영향을 가진다. 자세하게, 송신원(102)으로부터 출력되는 신호는 전파 전달 환경에서 시시각각으로 변화하는 장애물에 의한 반사 / 회절 / 굴절 등으로 서로 다른 경로의 전파 방향을 가지게 된다. 이는 신호를 수신하는 신호 처리 장치(101)에서 다중 경로 신호의 특성으로 나타날 수 있다.

일례로, 송신원(102)은 신호를 출력하고, 출력된 신호는 따뜻하고 습기 있는 공기에 의한 경계층으로부터 굴절되거나(①), 장애물에 의해 반사되거나(②), 장애물에 의해 차단(④)될 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치(101)는 굴절 / 반사 / 차단되는 다중 경로에서 전달되는 신호를 수신할 수 있다.

또한, 송신원(102)으로부터 출력되는 신호는 장애물에 의한 전파 방해가 일어나지 않을 수 있으며, 이는 신호를 수신하는 신호 처리 장치(101)에서 직접 경로 신호의 특성으로 나타날 수 있다. 일례로, 송신원(102)은 신호를 출력하고, 출력된 신호는 장애물없이 직접 경로로(③), 신호 처리 장치(101)에 수신될 수 있다.

이때, 신호는 다중 경로 신호의 특성과 직접 경로 신호의 특성이 복합적으로 존재할 수 있으며, 이는 신호의 채널 응답 특성을 통해 보다 정확하게 판단할 수 있다. 다시 말해, 신호는 광범위 주파수 대역을 대상으로 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 신호는 장애물에 의해 반사/회절/산란 등이 일어난 신호뿐만 아니라, 장애물없이 직접 전달되는 신호를 포함할 수 있으며, 이는 신호의 세기에 따른 채널 응답 특성으로 나타날 수 있다. 따라서, 신호 처리 장치(101)는 안테나를 통해 송신원에서 출력된 신호를 수신하고, 수신된 신호의 채널 응답 특성을 판단하여 채널 응답 특성에 따른 신호가 다중 경로 신호인지 또는 직접 경로 신호인지를 판단할 수 있다.

일례로, 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성에 따라 다중 경로 신호의 세기가 직접 경로 신호의 세기보다 큰 경우, 신호 처리 장치(101)는 안테나가 수신한 신호를 다중 경로 신호로 결정할 수 있다. 반대로, 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성에 따라 직접 경로 신호의 세기가 다중 경로 신호의 세기보다 큰 경우, 신호 처리 장치(101)는 안테나가 수신한 신호를 직접 경로 신호로 결정할 수 있다.

결국, 신호 처리 장치(101)는 신호의 채널 응답 특성에 따른 다중 경로 신호 및 직접 경로 신호 각각의 세기를 고려하여 안테나가 수신한 신호를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

① 다중 경로 신호인 경우,

신호 처리 장치(101)는 신호를 수신한 안테나의 위치를 제1 지점에서 제2 지점으로 이동시킨 후, 이동된 제2 지점에서 송신원으로부터 출력된 신호를 재 수신할 수 있다. 이는 안테나에서 수신한 신호가 직접 경로 신호일 때까지 반복 수행될 수 있다.

② 직접 경로 신호인 경우,

신호 처리 장치(101)는 안테나를 통해 수신한 신호가 직접 경로 신호인 경우, 직접 경로 신호가 수집된 옴니 안테나의 위치로부터 직접 경로 신호의 세기가 최대가 되도록 옴니 안테나의 위치를 조정할 수 있다. 신호 처리 장치(101)는 조정된 옴니 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리를 결정할 수 있다.

신호 처리 장치(101)는 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리가 적어도 2개 이상 결정될 수 있도록 반복 수행하고, 추정 거리가 적어도 2개 이상인 경우, 2개 이상의 추정 거리를 조합하여 옴니 안테나로부터 송신원까지의 가상 거리를 결정할 수 있다.

이후, 신호 처리 장치(101)는 가상 거리를 기반으로 혼 안테나부터 송신원까지의 가상 방사 각도를 예측할 수 있다. 이때, 신호 처리 장치(101)는 가상 거리에 따른 안테나의 수직 각도 및 회전 각도를 조정하여 송신원에 대한 가상 방사 각도를 결정할 수 있다.

결국, 신호 처리 장치(101)는 안테나가 직접 경로 신호를 수신했을 때의 적어도 2개의 안테나와 송신원 간의 가상 거리를 이용하여 송신원에 대한 가상 방사 각도를 결정함으로써, 복잡한 신호 처리 과정 및 고비용 문제를 해결하면서 송신원으로부터 출력되는 신호의 방사 방향을 추적할 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 안테나 기반의 신호 처리 장치의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참고하면, 신호 처리 장치(201)는 안테나-RF부(202), 안테나-신호 수신부(203) 및 신호 검출부(204)를 포함할 수 있다.

안테나-RF부(202)는 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신하기 위한 안테나를 제어할 수 있다. 자세하게, 안테나는 이종 안테나로, 옴니 안테나(Omni Antenna) 및 혼 안테나(Horn Antenna)를 포함할 수 있다. 그리고, 안테나-RF부(202)는 신호 처리 장치(201)에서 신호를 수신하는 목적에 따라 스위칭을 통해 옴니 안테나 또는 혼 안테나는 선택할 수 있다. 안테나-RF부(202)에 관한 보다 자세한 구성은 도 3을 통해 설명하도록 한다.

안테나-신호 수신부(203)는 안테나-RF부(202)를 통해 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신할 수 있도록 안테나-RF부(202)를 구성하는 옴니 안테나 또는 혼 안테나를 수평 방향으로 이동할 수 있도록 제어할 수 있다. 그리고, 안테나-신호 수신부(203)는 옴니 안테나 또는 혼 안테나가 신호를 수신한 경우, 수신한 신호를 신호 검출부(204)로 전송할 수 있다.

신호 검출부(204)는 옴니 안테나가 수신한 신호의 채널 응답 특성을 분석하고, 분석한 채널 응답 특성에 따라 신호가 다중 경로 신호인지 또는 직접 경로 신호인지를 판단할 수 있다. 신호 검출부(204)는 판단된 신호가 직접 경로 신호이며, 신호를 수신한 안테나의 위치에서부터 송신원까지의 가상 거리를 예측할 수 있다. 가상 거리를 예측한 이후, 신호 검출부(204)는 혼 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 가상 거리에 따른 안테나의 위치에서부터 송신원까지의 가상 방사 각도를 예측할 수 있다.

또한, 신호 검출부(204)는 옴니 안테나 및 혼 안테나를 통해 수신되는 신호를 모니터링함으로써, 송신원의 이동 여부 또는 송신원의 유무 존재를 실시간으로 파악할 수 있다.

도 3은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 구현 가능한 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 신호 처리 장치(201)는 안테나-RF부(202), 안테나-신호 수신부(203) 및 신호 검출부(204)를 포함할 수 있다.

안테나-RF부(202)는 안테나-RF부(202)의 상단에 옴니 안테나(301) 및 혼 안테나(302)를 포함할 수 있다. 여기서, 옴니 안테나(301)는 다중 대역의 주파수 신호를 수신할 수 있는 안테나로써, 무지향성 안테나일 수 있다. 그리고, 혼 안테나(302)는 사다리꼴의 도파관을 이용하여 신호를 감지하는 안테나일 수 있다. 옴니 안테나(301)와 혼 안테나(302)는 적어도 하나의 지지대(305')를 통해 연결될 수 있다.

혼 안테나(302)는 영점 방향을 확인할 수 있으며, 수직 회전을 위한 수직 회전판(303), 및 수평 회전을 위한 수평 회전판(304)과 연결될 수 있다. 수직 회전판(303)과 수평 회전판(304)는 회전을 원활하게 하기 위한 지지대(305'')가 연결된 형태로 구현될 수 있다. 수평 회전판(304)은 안테나를 고정하기 위한 안테나 고정대(310)에 고정된 상태일 수 있다.

안테나 고정대(310)는 안테나-RF부(202)의 상단에 옴니 안테나(301) 및 혼 안테나(302)를 스위칭하기 위한 주파수 변환부(309)가 지지대(305''')를 통해 연결될 수 있다. 그리고, 주파수 변환부(309)는 RF 케이블(308')을 통해 제어 신호를 RF전환 스위치부(307)에 전달할 수 있으며, RF전환 스위치부(307)는 주파수 변환부(309)로부터 전달된 제어 신호에 따라 옴니 안테나(301) 또는 혼 안테나(302)가 신호를 수신할 수 있도록 스위칭할 수 있다. 옴니 안테나(301) 또는 혼 안테나(302)는 RF전환 스위치부(307)와 각각 연결된 RF 케이블을 통해 스위칭 여부가 선택될 수 있다.

안테나 고정대(310)는 안테나-신호 수신부(203)와 RF 케이블(308'')로 연결될 수 있으며, RF 케이블(308'')을 통해 송신원으로부터 출력된 신호를 안테나-RF부(202)와 안테나-신호 수신부(203)간에 송수신할 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 안테나-RF부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참고하면, 안테나-RF부는 옴니 안테나(301), 혼 안테나(302), RF 전환 스위치부(401), 주파수 변환부(402), 제어 및 모니터링부(403), 신호합성 및 에러검출부(404), 안테나2축 회전구동부(405)를 포함할 수 있다.

안테나-RF부는 전원공급장치(406)를 통해 전원을 공급받을 수 있다.

RF 전환 스위치부(401)는 혼 안테나(302) 및 옴니 안테나(301)를 통해 신호를 수신할 수 있도록 물리적인 전환시킬 수 있다. 즉, RF 전환 스위치부(401)는 가상 거리를 예측하는 경우, 옴니 안테나(301)를 통해 신호를 수신할 수 있도록 스위칭하고, 가상 방사 방향을 예측하는 경우, 혼 안테나(302)를 통해 신호를 수신할 수 있도록 스위칭할 수 있다.

제어 및 모니터링부(403)는 안테나2축 회전구동부(405)를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어 및 모니터링부(403)는 혼 안테나(302)와 연결된 수직 회전판 및 수평 회전판을 수평 방향 또는 수직 방향으로 회전시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 안테나2축 회전구동부(405)에 전달할 수 있다. 자세하게, 제어 및 모니터링부(403)는 안테나2축 회전구동부(405)의 초기값 SET과 종료 SET, 회전 이동할 수 있도록 제어신호를 주기적으로 보낼 수 있다.

안테나2축 회전구동부(405)는 제어 신호에 의해 수직 회전판 및 수평 회전판을 수평 회전 또는 수직 회전할 수 있도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 안테나2축 회전구동부(405)는 제어 신호에 의해 모터가 구동하고, 모터에 의해 수직 회전판 및 수평 회전판을 제어 신호에 따라 제어할 수 있다. 안테나2축 회전구동부(405)는 수직 회전판 및 수평 회전판의 작업 종류 후, ACK 신호를 제어 및 모니터링부(403)에 전달함으로써, 수직 회전판 및 수평 회전판의 회전 구동 동작이 완료되었음을 전달할 수 있다.

이때, 본 발명은 외부로부터 RF신호가 수신된 경우, RF 신호는 RF전환 스위치부(401)와 주파수 변환부(402)를 거쳐, 신호합성 및 에러검출부(404)에 저장될 수 있다. 그리고, 저장된 신호는 옴니 안테나(301)를 통해서 인입된 신호와 스위칭을 통해 혼 안테나(302)를 통해 인입된 신호를 합성하고, 시간적으로 변하는 신호의 차를 구해 RMS 에러를 검출할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 송신원에 대한 가상 거리를 예측하는 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참고하면, 신호 처리 장치는 신호 처리 장치의 안테나로부터 상대적 거리로 이격되어 있는 송신원까지의 가상 거리를 예측하기 위한 계산을 수행할 수 있다.

이를 위해, 신호 처리 장치는 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나(Omni Antenna)를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나를 선택할 수 있다. 이때, 옴니 안테나는 송신원으로부터 전송되는 신호를 수신하기 위해 제1 지점에 위치하도록 제어될 수 있다.

옴니 안테나의 위치가 이동하면, 신호 처리 장치는 이동된 옴니 안테나의 위치에서 송신원으로부터 출력된 신호를 수신하고, 수신한 신호의 채널 응답 특성(channel response characteristic)을 판단할 수 있다. 이때, 신호 처리 장치는 제1 지점에서 수신한 신호의 채널 응답 특성에 따라 신호가 다중 경로 신호인 경우, 옴니 안테나의 위치를 제1 지점에서 제2 지점으로 이동시킬 수 있다. 제1 지점 및 제2지점은 물리적으로 이격된 거리일 수 있다. 신호 처리 장치는 이동된 제2 지점에서 신호를 재 수신하고, 재 수신한 신호의 채널 응답 특성을 판단할 수 있다. 여기서, 신호 처리 장치는 옴니 안테나를 통해 수신한 신호가 직접 경로 신호일 때까지 반복하여 옴니 안테나의 위치를 이동시키고, 이동된 위치에서 수신한 신호의 채널 응답 특성을 판단할 수 있다.

또한, 신호 처리 장치는 제1 지점에서 수신한 신호의 채널 응답 특성에 따라 신호가 직접 경로 신호인 경우, 직접 경로 신호가 수신된 옴니 안테나의 위치 즉, 제1 지점을 기준으로 옴니 안테나로부터 송신원까지의 추정 거리를 결정할 수 있다. 이때, 신호 처리 장치는 직접 경로 신호가 수집된 옴니 안테나의 위치로부터 직접 경로 신호의 세기가 최대가 되도록 옴니 안테나의 위치를 조정할 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치는 조정된 옴니 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리를 결정할 수 있다.

신호 처리 장치는 결정된 추정 거리가 2개 이상이 될 수 있도록 추가적으로 옴니 안테나의 위치를 제1 지점에서 제2 지점으로 이동시킬 수 있다. 신호 처리 장치는 이동된 제2 지점에서 옴니 안테나를 통해 신호를 재 수신하고, 재 수신한 신호의 채널 응답 특성을 판단할 수 있다. 신호 처리 장치는 옴니 안테나의 위치로부터 송신원까지의 추정 거리가 적어도 2개 이상 결정될 수 있도록 반복 수행하고, 추정 거리가 적어도 2개 이상인 경우, 2개 이상의 추정 거리를 조합하여 옴니 안테나로부터 송신원까지의 가상 거리를 결정할 수 있다.

일례로, 신호 처리 장치는 L1위치에 옴니 안테나를 위치시키고, 옴니 안테나를 통해 수신한 신호의 채널 응답 특성을 판단할 수 있다. 이때, 신호가 다중 경로 신호로 수신되었을 경우, 신호 처리 장치는 옴니안테나를 L2 위치에 위치시켜고, L2 위치에서 옴니 안테나를 통해 신호를 수신하고, 수신한 신호의 채널 응답 특성을 판단할 수 있다.

이때, 시간축에서의 채널응답특성을 통해 L2 위치에서 수신한 신호가 직접 경로 신호로 확인되었을 경우, 신호 처리 장치는 신호의 채널응답특성에 따른 신호의 경로 손실을 계산할 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치는 신호의 경로 손실에 따른 옴니 안테나와 송신원 간의 추정 거리 d1을 계산할 수 있다. 이후, 신호 처리 장치는 L3 위치에 옴니 안테나를 위치시켜, 신호의 채널응답특성을 판단할 수 있다. 신호 처리 장치는 신호의 채널응답특성에 따른 신호가 직접 경로 신호로 확인되었을 경우, L2의 경우와 같이 신호의 채널응답특성에 따른 신호의 경로 손실을 계산한 후, 계산된 신호의 경로 손실에 따른 옴니 안테나와 송신원 간의 추정 거리 d2를 할 수 있다.

그리고, 신호 처리 장치는 계산을 통해 얻어진 d1과 d2의 상대적 오차를 보정하여 예상되는 가상 거리를 최종적으로 확정할 수 있다. 여기서, 경로손실은 송신원의 송신전력을 알고 있다고 가정할 경우, 경로손실(PL)은 송신전력 - 수신전력으로 계산될 수 있으며, 수신전력은 측정장비의 채널응답특성 및 케이블 손실 외 수신 전력을 계산하기 위한 요소들을 산입하여 계산할 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 송신원에 대한 가상 방사 각도를 예측하는 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참고하면, 신호 처리 장치는 신호 처리 장치의 안테나로부터 상대적 거리로 이격되어 있는 송신원까지의 가상 방사 방향을 예측하기 위한 계산을 수행할 수 있다.

신호 처리 장치는 가상 거리를 예측한 이후, 안테나 고정대에 고정된 혼 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택할 수 있다. 여기서, 본 발명은 상대적 지향각도의 정확도를 높이기 위해 최소 2개 이상의 이종 안테나를 제어하여 송신원의 방사 방향 추정할 수 있다. 이는 만약 경로특성이 매우 좋지 않아, 직접 경로 신호가 수신되지 않는 경우, 신호 처리 장치에서 수행하는 거리 계산 및 각도 계산에 대한 정확성이 떨어지기 때문이다.

또한, 참고적으로 상대적 각도만을 계산한 후, 임의 거리 이상 떨어져 설치되어 있는 또 다른 하나의 동일한 형태의 안테나 제어기반 방향추정 측정장치를 이용해 가상의 거리와 상대적 지향각도를 계산할 수 있다. 여기서, 지향 방향은 기존의 가상거리 예측 방법을 통해 계산된 거리로부터 혼 안테나의 수직 각도를 조정한 후 0~360도 수평방향으로 회전하여 혼 안테나를 통해 수신되는 신호가 최대가 되는 방향을 송신원의 가상 방사 방향(방사각)으로 결정할 수 있다.

도 7은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

단계(701)에서 신호 처리 장치는 신호 수신 장치와 별개로 존재하거나 내장된 형태인 전원 공급 장치로부터 전력을 공급받을 수 있다.

단계(702)에서 신호 처리 장치는 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나를 선택할 수 있다. 자세하게, 신호 처리 장치는 안테나/RF부를 통해 옴니 안테나가 신호를 수신할 수 있도록 스위칭 상태를 제어할 수 있다. 이에 따라 옴니 안테나는 on 모드로 상태가 스위칭될 수 있다.

단계(703)에서 신호 처리 장치는 옴니 안테나가 on 모드로 상태가 스위칭된 이후, 옴니 안테나의 위치를 제1 지점으로 이동시킬 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치는 제1지점에서 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 출력된 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제1지점에서 수신한 신호가 다중 경로 신호인 경우, 옴니 안테나의 위치를 제1지점에서 제2지점으로 이동시킬 수 있다. 신호 처리 장치는 제2지점으로 이동된 이후, 제2지점에서 옴니 안테나를 통해 신호를 수신할 수 있다.

신호 처리 장치는 제1지점에서 수신한 신호가 직접 경로 신호인 경우, 신호의 채널응답특성을 통해 직접 경로 신호의 세기가 최대가 되는 지점으로 위치를 조정할 수 있다. 즉, 신호 처리 장치는 직접 경로 신호가 최대로 수신될 때까지 제2 지점에서의 위치를 조정할 수 있다.

단계(704)에서 신호 처리 장치는 옴니 안테나로부터 상기 송신원까지의 가상 거리를 예측할 수 있다. 이 때, 신호 처리 장치는 다중 경로를 회피하면서 송신원의 가상 위치를 결정할 수 있다.

단계(705)에서 신호 처리 장치는 가상 거리를 예측한 이후, 안테나 고정대에 고정된 혼 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택할 수 있다. 자세하게, 신호 처리 장치는 안테나/RF부를 통해 혼 안테나가 신호를 수신할 수 있도록 스위칭 상태를 제어할 수 있다. 이에 따라 혼 안테나는 on 모드로 상태가 스위칭될 수 있다.

단계(706)에서 신호 처리 장치는 직접 경로 신호를 수신한 안테나로부터 송신원까지의 방향을 예측하기 위한 계산을 수행할 수 있다. 본 발명에서 송신원의 방사 각도를 예측하기 위한 지향 방향은 기존 가상거리 예측 방법을 통해 계산된 거리로부터 혼 안테나의 수직각도를 조정한 후 0~360도 수평방향으로 회전하여 신호가 최대가 되는 방향을 송신원의 가상 방사 각도로 결정할 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 신호 처리 장치의 안테나-RF부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

단계(801)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 신호 수신 장치와 별개로 존재하거나 내장된 형태인 전원 공급 장치로부터 전력을 공급받을 수 있다.

단계(802)에서 신호 처리 장치는 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나로 연결할 수 있다.

단계(803)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 연결 상태가 on 인 옴니 안테나를 통해 송신원으로부터 출력되는 신호를 수신할 수 있다.

단계(804)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 다중 경로 회피 및 방향 추적에 대한 측정이 완료되었는지를 판단할 수 있다. 신호 처리 장치는 측정이 완료되지 않았으면, 정해진 시간동안 지속적으로 측정을 수행하고, 세팅한 측정시간이 다 되었으면 측정을 종료할 수 있다. 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 신호 처리 장치의 신호 검출부와 연동하여 신호에 대한 다중 경로 신호 및 직접 경로 신호를 파악하고, 이에 따른 안테나 이동 또는 송신원까지의 가상 거리를 결정할 수 있다.

단계(805)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 옴니 안테나를 통한 측정이 완료된 이후, 안테나 고정대에 고정된 혼 안테나를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택할 수 있다.

단계(806)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 혼 안테나의 주빔 지향 방향을 모두 영점 방향이 되도록 혼 안테나를 제어할 수 있다. 다시 말해, 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 혼 안테나의 주빔 방향이 임의 방향으로 지향하고 있을 경우, 혼 안테나의 주빔 지향 방향을 모두 영점 방향이 되도록 구동시켜 이동시킬 수 있다.

단계(807)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 영점 방향으로 수평 또는 수직으로 혼 안테나의 주빔 방향이 지향하였을 경우, 혼 안테나 측정장치를 이용해 측정을 시작할 수 있다.

단계(808)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 안테나 2축 회전 구동부에 구동을 위한 제어신호를 입력해서 기구적으로 혼 안테나의 수직 회전 및 수평 회전을 시키면서 혼 안테나의 측정을 수행할 수 있다.

단계(809)에서 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 측정이 완료되었는지 판단하여, 측정이 완료되지 않았으면, 정해진 회전 각도까지 반복하여 지속적으로 측정을 수행할 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치의 안테나-RF부는 세팅한 수평 및 수평의 회전각도까지 다 회전 되었으면 혼 안테나의 측정을 마치고, 다시 한번 혼 안테나의 주빔 방향을 모두 영점 방향을 지향하도록 구동시켜 이동할 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

101: 신호 처리 장치
102: 송신원

Claims (1)

1. 안테나 고정대에 고정된 옴니 안테나(Omni Antenna)를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 옴니 안테나를 선택하는 단계;
   송신원으로부터 전송되는 신호를 수신하기 위해 상기 옴니 안테나의 위치가 이동하면, 상기 이동된 옴니 안테나의 위치에서 수신한 신호의 채널 응답 특성(channel response characteristic)을 이용하여 상기 옴니 안테나로부터 상기 송신원까지의 가상 거리를 예측하는 단계;
   상기 가상 거리를 예측한 이후, 안테나 고정대에 고정된 혼 안테나(Horn Antenna)를 통해 송신원으로부터 전송되는 신호가 수신될 수 있도록 혼 안테나를 선택하는 단계; 및
   상기 가상 거리를 기반으로 혼 안테나를 통해 수신되는 신호를 이용하여 혼 안테나부터 송신원까지의 가상 방사 각도를 예측하는 단계
   를 포함하는 안테나 기반의 방사 방향 추정 방법.

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