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KR20120071851A - 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20120071851A
KR20120071851A KR1020100133566A KR20100133566A KR20120071851A KR 20120071851 A KR20120071851 A KR 20120071851A KR 1020100133566 A KR1020100133566 A KR 1020100133566A KR 20100133566 A KR20100133566 A KR 20100133566A KR 20120071851 A KR20120071851 A KR 20120071851A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
noise
estimating
arrival
frequency domain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020100133566A
Other languages
English (en)
Inventor
김상태
박광문
이성윤
노행숙
석미경
최용석
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020100133566A priority Critical patent/KR20120071851A/ko
Priority to US13/334,969 priority patent/US20120162004A1/en
Publication of KR20120071851A publication Critical patent/KR20120071851A/ko
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/74—Multi-channel systems specially adapted for direction-finding, i.e. having a single antenna system capable of giving simultaneous indications of the directions of different signals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

본 발명은, 신호를 송수신하는 통신 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상시키는 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하고, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호에서 잡음 신호를 분리하고, 상기 잡음 신호가 분리된 신호로부터 점유 대역폭의 설정을 통해 잡음 영역을 여파하며, 상기 잡음 영역의 여파를 통해 획득한 신호를 사용하여 신호 도래 방향을 추정한다.

Description

통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating direction of arrival signal in communication system}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 신호를 송수신하는 통신 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상시키는 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정은 신호 수신기에서 수신되는 신호의 오차를 최소화하여 신호원의 방향을 찾는 것이다. 이러한 신호 도래 방향 추정은 신호 환경과 안테나 수신 조건 등의 신호 도래 방향 추정을 위한 이상적인 환경을 전제로 한다. 하지만, 전파를 무선으로 송수신하는 환경에서 레이더 펄스 또는 다중 반사파 등에 의해 신호 잡음 또는 신호 간섭이 존재한다.
따라서, 신호 도래 방향 추정을 위해 수신한 신호는 잡음으로 인한 잡음 신호를 포함한다. 잡음 신호를 포함한 신호를 수신하여 신호 도래 방향을 추정하면, 신호 도래 방향 추정에 따른 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 통신 시스템에서 잡음 신호로 인한 오차를 감소시키는 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 신호에 대한 신호 도래 방향 추정의 성능을 개선한 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치에 있어서, 신호를 수신하는 신호 수신부; 상기 수신된 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역으로 변환된 시간 샘플을 디노이징하는 전처리부; 상기 디노이징된 신호의 스팩트럼 분석을 통해 점유 대역폭을 측정하고, 상기 점유 대역폭에 근거하여 잡음 영역을 여파하는 신호 재배열 처리부; 및 상기 잡음 영역이 여파된 신호를 도래 방향 추정 알고리즘을 사용하여 신호 도래 방향을 추정하는 신호 도래 방향 추정부;를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법에 있어서, 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역으로 변환된 신호에서 잡음 신호를 분리하는 단계; 상기 잡음 신호가 분리된 신호로부터 점유 대역폭의 설정을 통해 잡음 영역을 여파하는 단계; 및 상기 잡음 영역의 여파를 통해 획득한 신호를 사용하여 신호 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법에 있어서, 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 샘플링을 통해 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역의 신호로부터 잡음 신호를 분리하는 단계; 상기 잡음 신호가 분리된 주파수 영역의 신호로부터 스팩트럼 분석을 통해 점유 대역폭의 상한값과 하한값을 획득하는 단계; 상기 상한값과 하한값을 사용하여 잡음 신호를 포함한 잡음 영역을 여파하는 단계; 및 상기 잡음 영역이 여파된 신호를 이용하여 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 시간-주파수 영역 변환에 기반한 디노이징을 통해 잡음 신호를 분리함으로써, 잡음 신호로 인한 신호 도래 방향 추정의 오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 신호를 수신하더라도 신호 도래 방향 추정의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 신호 수신부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 잡음 신호 제거를 위한 점유 대역폭 추정 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 전처리 전후의 신호 샘플의 스팩트럼들을 도시한 그래프.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 공분산 행렬의 고유값을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 결과를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법을 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상한 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 통신 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상한 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 중심으로 설명하지만, 통신 시스템이 아닌 전파 측정 시스템에서도 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은, 통신 시스템뿐만 아니라, 전파 측정 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상한 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 제안하며, 본 발명의 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법은, 통신 시스템 및 전파 측정 시스템에서 낮은 신호 대 간섭 잡음비를 갖는 수신 신호에 대한 신호 도래 방향 추정 성능을 향상시킨다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 신호 수신부(110), 전처리부(120), 신호 재배열 처리부(130), 신호 도래 방향 추정부(140), 스팩트럼 표시부(150)를 포함한다.
상기 신호 수신부(110)는 안테나를 통해 신호를 수신한다. 신호 수신부(110)는 수신된 신호를 샘플링하여 신호 샘플을 획득한다. 여기서, 시간 샘플은 'x(t)'로 나타낼 수 있고, 시간 영역의 신호이다. 신호 수신부(110)는 시간 샘플을 전처리부(120)로 출력한다.
상기 전처리부(120)는 시간 샘플을 전처리를 통해 원 신호와 잡음 신호를 분리한다. 전처리부(120)는 시간-주파수 영역 변환부(121)와 디노이징부(122)를 포함한다.
상기 시간-주파수 영역 변환부(121)는, 시간 샘플을 시간-주파수 영역 변환, 즉 주파수 영역, 다시 말해 주파수 분석 영역으로 변환한다. 시간-주파수 영역 변환부(121)는 주파수 분석 영역으로 변환된 시간 샘플을 디노이징부(122)로 출력한다. 여기서, 상기 주파수 영역, 즉 주파수 분석 영역으로 변환된 시간 샘플은 'X(f)'로 나타낼 수 있다.
상기 디노이징부(121)는 주파수 영역으로 변환된 시간 샘플을 디노이징하여 주파수 영역 샘플에 포함된 잡음 신호를 원 신호로부터 분리할 수 있다. 디노이징부(121)는 디노이징된 신호(일 예로, 디노이징된 X(f))를 신호 재배열 처리부(130)와 스팩트럼 표시부(150)로 출력한다.
한편, 시간-주파수 영역 변환부(121)와 디노이징부(122)는 하나로 결합될 수도 있다.
상기 신호 재배열 처리부(130)는 디노이징된 신호의 스팩트럼 분석을 통해 점유 대역폭을 측정하고, 점유 대역폭에 근거하여 잡음 성분을 여파한다. 신호 재배열 처리부(130)는 신호 스팩트럼 분석부(131), 점유 대역폭 측정부(132), 및 재배열부(133)를 포함한다.
상기 신호 스팩트럼 분석부(131)는 디노이징 신호의 스팩트럼을 분석한다. 신호 스팩트럼 분석부(131)는 스팩트럼 분석을 통해 신호의 진폭(amplitude)과 위상(phase)을 획득할 수 있다. 신호 스팩트럼 분석부(131)는 진폭과 위상을 재배열부(133)로 출력한다.
상기 점유 대역폭 측정부(132)는 디노이징 신호로부터 점유되는 대역폭의 상하한 주파수를 획득할 수 있다. 점유 대역폭 측정부(132)는 신호 점유 대역폭(OBW: Occupied BandWidth)을 측정할 수 있다. 점유 대역폭 측정부(132)는 신호 점유 대역폭 측정을 통해 상한 주파수(
Figure pat00001
)와 하한 주파수(
Figure pat00002
)를 획득할 수 있다. 상기 신호 점유 대역폭은, 수신하고자하는 실제 신호 성분을 포함하고 있는 영역이다. 상기 신호 점유 대역폭의 측정을 위해 점유 대역폭 측정부(132)는, 일 예로, 엑스-데시벨(x-dB) 대역폭 측정 방식 또는 부분 전력(β%) 대역폭 측정 방식을 사용할 수 있다. 점유 대역폭 측정부(132)는 점유 대역폭에 대한 정보를 재배열부(133)로 출력한다.
상기 재배열부(133)는, 신호 점유 대역폭에 대한 정보(일 예로, 상한 주파수(
Figure pat00003
)와 하한 주파수(
Figure pat00004
)를 사용하여 잡음이 존재하는 주파수 영역을 여파한다. 재배열부(133)는 신호 점유 대역폭 내에 존재하는 데이터들을 재배열한다. 재배열부(133)는 재배열된 신호를 신호 도래 방향 추정부(140)로 출력한다.
상기 신호 도래 방향 추정부(140)는 재배열된 신호로부터 미리 결정된 도래 방향 추정 알고리즘을 적용하여 신호원의 도래 방향을 추정한다. 도래 방향 추정 알고리즘의 일 예로, 다중 신호 분류(MUSIC: Multiple Signal Classification) 알고리즘을 사용할 수 있고, 다수의 신호에 대한 동시의 방향 탐지가 가능하다. 신호 도래 방향 추정부(140)는 공분산 행렬 추정부(141), 고유 분해 처리부(142), 및 도래각 추정부(143)를 포함한다.
상기 공분산 행렬 추정부(141)는 재배열된 신호로부터 공분산 행렬을 추정한다. 여파된 공분산 행렬은
Figure pat00005
로 나타낼 수 있다. 공분산 행렬부(141)는 공분산 행렬을 고유 분해 처리부(142)로 출력한다.
상기 고유 분해 처리부(142)는 공분산 행렬로부터 고유값을 분해하는 단계이다. 고유 분해 처리부(142)는 고유값을 도래각 추정부(143)로 출력한다.
상기 도래각 추정부(143)는 도래 방향 추정 알고리즘을 적용하여 도래 방향 각도를 추정할 수 있다. 도래각 추정부(143)는 고유값의 크기로부터 잡음 공간과 신호 공간의 개수를 구분함으로써, 신호 도래 방향 추정을 위한 신호 개수 추정을 할 수 있다. 도래각 추정부(143)는 신호 개수 추정을 통해 신호 도래 방향, 일 예로 도래각을 측정할 수 있다. 또한, 신호 도래 방향 추정을 위해 도래각 추정부(143)는 신호 스팩트럼 분석부(131)에서 추출된 신호의 진폭과 위상을 사용할 수 있다.
상기 스팩트럼 디스플레이부(150)는 디노이징 신호의 스팩트럼을 디스플레이한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치(100)는, 신호 도래 방향 추정을 위해 수신 신호에 포함된 잡음 신호(일 예로, 간섭 신호 포함)를 분리하기 위해 수신 신호를 주파수 영역의 신호, 즉 주파수 분석 영역의 신호로 변환한다. 그리고, 상기 신호 도래 방향 추정 장치(100)는, 상기 수신 신호를 주파수 부석 영역으로 변환함에 따라, 시간-주파주 영역 변환을 기반으로 한 신호 디노이징 처리를 통해 잡음 신호를 분리함으로써, 시간 영역보다 더 효율적으로 잡음 신호를 분리할 수 있다.
또한, 상기 신호 도래 방향 추정 장치(100)는, 주파수 영역에서 신호의 점유 대역폭, 즉 신호 점유 대역폭의 상한 주파수와 하한 주파수의 결정을 통해 잡음 신호(또는 간섭)를 여파한 샘플 데이터를 이용한다.
이와 같이, 상기 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 수신 신호에 포함된 잡음 신호를 분리하여 신호 도래 방향을 추정함으로써, 신호 도래 방향 추정에 따른 오차를 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치(100)는, 일 예로, 신호 대 간섭 잡음비(SINR: Signal to Interference and Noise Ratio)를 개선한 신호를 사용하여 신호 도래 방향을 추정할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 신호 수신부를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 신호 수신부(110)는 배열 안테나(111), 중간 주파수 변환부(112), 아날로그/디지털 변환부(113)을 포함한다.
상기 배열 안테나(111)는 복수개의 안테나들로 구성된다. 일 예로, 다수의 안테나들은 원형으로 배열될 수 있다. 배열 안테나(111)는 안테나들 각각을 통해 신호를 수신할 수 있다. 이때, 수신된 신호는 무선 환경에 따라 잡음 신호가 포함될 수 있다. 여기서, 잡음 신호는 수신하고자 하는 원 신호 이외의 신호로서, 간섭 신호를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 배열 안테나(111)는 M개의 등방성 안테나들로 구성된다고 가정한다. 이때, 배열 안테나(111)에 N개의 평면파가 입사된다고 가정한다. 이때, 입사 평면파의 중심 각 주파수를
Figure pat00006
라 하고, n-번째 복소 정현파 신호의 포락선을
Figure pat00007
라 하고, 기준점과 m-번째 안테나 간의 상대적인 시간 지연을
Figure pat00008
이라 한다. 시간 t에서 m-번째 안테나에서 수신된 신호
Figure pat00009
는 하기의 수학식 1과 같이 모델링될 수 있다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
은 m-번째 안테나의 위치 벡터이고,
Figure pat00012
은 입사 신호 벡터이다.
Figure pat00013
은 n 번째 신호의 임의의 위상이고,
Figure pat00014
는 m-번째 안테나의 랜덤 잡음이다. c는 전파의 전달 속도이다.
상기 배열 안테나(111)의 각 도래각에 대응되는 배열 안테나 수신 응답 특성인 조향 벡터
Figure pat00015
은 독립적이다. 배열 안테나(111)의 안테나들 간의 간격이 반 파장 이하로 가정하면,
Figure pat00016
은 하나의 도래 방향에 의해 유일하게 결정된다. 또한, 서로 다른 모든 도래 방향에 대해서
Figure pat00017
와
Figure pat00018
는 상호 간에 독립된다. 즉, N개의 신호가 입사되었을 때, 조향 벡터로 구성된 조향 행렬의 차수는 하기의 수학식 2와 같다.
Figure pat00019
여기서, 입사 신호가 인코히어런트 신호이면, 즉, 입사신호의 주파수가 서로 다른 경우, 하기의 수학식 3과 같이 데이터 행렬의 차수가 신호수와 동일하게 된다.
Figure pat00020
신호 도래 방향 추정에서 수신 신호의 차수는 신호 도래 방향 추정을 위한 파라미터로 사용될 수 있다.
한편, 배열 안테나(111)는 안테나들 각각을 통해 수신한 신호들을 중간 주파수 변환부(112)로 출력한다.
상기 중간 주파수 변환부(112)는 수신 신호들 각각을 중간 주파수 대역의 신호로 변환한다. 중간 주파수 변환부(112)는 중간 주파수로 변환된 수신 신호들을 아날로그/디지털 변환부(113)로 출력한다.
상기 아날로그/디지털 변환부(113)는 수신 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이때, 아날로그/디지털 변환부(113)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 수신 신호를 샘플링할 수 있다. 아날로그/디지털 변환부(113)에서 샘플링된 L개의 데이터로 구성된 데이터 행렬 X는 하기의 수학식 4에 나타내었다.
Figure pat00021
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 잡음 신호 제거를 위한 점유 대역폭 추정 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 점유 대역폭 측정부(132)는 신호 에너지가 밀집된 신호 점유 대역폭을 측정한다.
상기 점유 대역폭 측정부(132)는 일 예로, 엑스-데시벨(x-dB) 대역폭 측정 방식 또는 부분 전력(β%) 대역폭 측정 방식을 사용할 수 있다.
제1점유 대역폭(OBW1)은 엑스-데시벨(x-dB) 대역폭 측정 방식에 따라 측정된 대역폭이다. 점유 대역폭 측정부(132)는 확률 분포 함수(PDF) 그래프 상에서 미리 결정된 기준 레벨(여기서는 최대값)로부터 x-dB만큼 에너지 밀도가 떨어질 때의 점유 대역폭을 측정한다.
또한, 제2점유 대역폭(OBW2)은 부분 전력(β%) 대역폭 측정 방식에 따라 측정된 대역폭이다. 여기서, 부분 전력은 99%의 부분 전력으로 가정할 수 있다. 점유 대역폭 측정부(132)는 확률 분포 함수(PDF) 그래프 상에서 중심 주파수를 기준으로 미리 결정된 에너지 영역(99%)을 점유하는 점유 대역폭을 측정한다.
상기 점유 대역 측정부(132)는. 전처리를 통하여 디노이징된 수신 신호로부터 신호 점유 대역폭을 결정하는 상한 주파수(
Figure pat00022
)와 하한 주파수(
Figure pat00023
)를 결정한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 전처리 전후의 신호 샘플의 스팩트럼들을 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 그래프의 가로축은 일반화된 주파수이고, 세로축은 신호 크기(dB)를 나타낸다.
상기 스팩트럼 그래프에서 실선은 전처리부(120)에 의한 전처리되기 전의 수신신호를 도시한다. 이때, 전처리되기 전의 수신 신호는 -5dB의 신호 대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 갖는 신호일 수 있다.
또한, 상기 스팩트럼 그래프에서 점섬은 전처리부(120)에 의해 전처리된 수신 신호를 도시한다. 전처리부(120)는 일에로, 웨이블릿 디노이징 알고리즘을 사용할 수 있다. 상기 전처리부(120)는 웨이블릿 디노이징 알고리즘을 통해 수신 신호에 포함된 잡음 신호를 분리할 수 있다.
도 4의 스팩트럼 그래프의 점선을 통해 잡음 신호를 분리한 신호의 스팩트럼을 확인할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 공분산 행렬의 고유값을 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 그래프의 가로축은 고유 번호를 나타내고, 세로축은 고유값을 나타낸다.
일 예로, 신호 도래 방향 추정 장치(100)가 다섯 개의 원형 배열 안테나에 각각을 통해 두 개의 입사 신호를 수신한다고 가정한다. 이때, 수신 신호의 공분산 행렬에 대한 고유값을 도 5에 도시하였다. 이때, 도 5는 기존의 신호 도래 방향 추정 장치에서의 수신 신호의 공분산 행렬에 대한 고유값을 도시한다. 여기서, 기존의 신호 도래 방향 추정 장치는 본 발명의 신호 도래 방향 추정 장치(100)와 동일한 원형 배열 안테나를 갖는다고 가정한다.
도 5는 기존 방식에 따른 고유 분해 처리이다. 여기서, 고유 번호 1과 2는 신호 공간의 고유값을 나타내고, 고유 번호 3, 4, 및 5는 잡음 공간의 고유값을 나타낸다. 이때, 신호 공간의 고유값은 잡음 공간의 고유값과 약 고유값 '1' 정도의 차이를 갖는다. 이때, 신호 개수 추정을 위한 기준 임계값이 약 '1' 정도의 고유값을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 고유 분해 처리를 나타낸다. 여기서, 고유 번호 1과 2는 신호 공간의 고유값을 나타내고, 고유 번호 3, 4, 및 5는 잡음 공간의 고유값을 나타낸다. 이때, 신호 공간의 고유값은 잡음 공간의 고유값과 약 고유값 '7.5'정도의 차이를 갖는다. 이때, 신호 개수 추정을 위한 기준 임계값 마진이 약 '7.5' 정도의 고유값을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 고유 분해 처리부(142)는 잡음 신호가 분리된 신호를 고유 분해 처리함에 따라 신호 공간의 고유값과 잡음 공간의 고유값 간에 큰 차이를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는, 신호 도래 방향 추정부(140)에서 신호 개수 추정을 효율적으로 할 수 있으므로, 신호 도래 방향 추정 성능이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 결과를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 그래프의 가로축은 도래각(DOA: Direction of Arrival)이고, 세로축은 신호 도래 방향 추정 스팩트럼 크기(dB)이다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정부(140)는 잡음 성분이 감소된 신호를 사용하여 신호 도래 방향을 추정한다. 즉, 상기 신호 도래 방향 추정부(140)는 주파수 영역으로 변환된 신호의 디노이징을 통해 잡음 신호가 분리된 신호를 수신한다.
한편, 상기 신호 도래 방향 추정부(140)는, 다중 신호 분류(MUSIC) 알고리즘을 사용하여 신호 도래 방향을 추정한다고 가정한다. 신호 도래 방향 추정을 위한 스팩트럼에서 점선은 기존 도래 방식에 따른 신호 도래 방향 추정 결과이고, 실선은 본 발명에 따른 신호 도래 방향 추정 결과이다. 예를 들어, 도래각은 약 60도임을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 310단계에서, 신호 수신부(110)는 신호를 수신한다. 신호 수신부는 수신 신호를 전처리부(120)로 출력한다. 여기서, 수신 신호는 시간 영역의 신호이다.
320단계에서, 전처리부(120)는 수신 신호를 주파수 영역으로 변환, 즉 시간 영역의 수신 신호를 시간-주파수 변환에 따라 주파수 영역, 즉 주파수 분석 영역으로 변환한다.
330단계에서, 전처리부(120)는 주파수 영역, 즉 주파수 분석 영역으로 변환된 수신 신호에 포함된 잡음 신호를 분리한다. 여기서, 잡음 신호는 원 신호를 제외한 신호로서 간섭 신호를 포함할 수 있다. 전처리부(120)는 잡음 신호가 분리된 신호를 신호 재배열 처리부(130)로 출력한다.
340단계에서, 신호 재배열 처리부(130)는 잡음 신호가 분리된 신호로부터 신호 점유 대역폭의 설정을 통해 상기 신호 점유 대역폭의 상하한 값을 측정한다. 신호 재배열 처리부(130)는 신호 점유 대역폭의 상하한 처리를 통해 잡음 영역, 즉 잡음 신호를 여파한 데이터를 수집한다. 즉, 상기 신호 재배열 처리부(130)는, 신호 점유 대역폭 내에 존재하는 신호 성분만을 추출한다. 신호 재배열 처리부(130)는 잡음 신호를 여파한 데이터를 신호 도래 방향 추정부(140)로 출력한다.
350단계에서, 신호 도래 방향 추정부(140)는 수집된 데이터로부터 신호 도래 방향을 추정한다. 신호 도래 방향 추정부(140)는 320단계 내지 340단계를 통해 잡음 성분이 감소된 신호를 수신할 수 있다. 즉, 신호 대 간섭 잡음비(SINR)가 향상된 신호를 수신할 수 있다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치(100)를 사용하면, 잡음 신호의 감소를 통해 신호 도래 방향 추정에서 잡음 영역과 신호 영역에 대한 정보를 구분할 수 있다. 또한, 상기 신호 도래 방향 추정 장치(100)는, 시간-주파수 영역 변환에 따라, 시간 영역의 수신 신호를 주파수 영역, 즉 주파수 분석 영역의 신호로의 변환에 기반한 신호의 전처리를 통해 잡음 영역에 대한 디노이징 방식을 적용함으로써, 신호 점유 대역 폭 측정 및 신호 도래 방향 추정을 위한 수신 신호의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)가 향상될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 디지털 신호 처리 방식을 이용한다. 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 디지털 처리된 시간 샘플로부터 시간-주파수 변환에 기반한 디노이징을 한다. 또한, 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 디노이징을 통해 주파수 영역에서 신호의 점유대역폭의 상한값과 하한값을 결정하고, 상한값과 하한값을 사용하여 잡음과 간섭을 여파한 샘플 데이터를 출력한다. 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 샘플데이터를 이용하여 수신 신호의 신호 대 간섭 잡음비(SINR)를 개선함으로써, 신호 도래방향 추정 성능을 개선할 수 있다.
또한, 상기 신호 도래 방향 추정 장치(100)는 주파수 영역에서의 디노이징 방식 및 잡음 성분 제거를 위한 대역폭 측정을 통한 여파 방식은 함께 사용되거나 개별적으로 사용될 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시 예는, 잡음 또는 간섭이 존재하는 환경에 적용될 수 있고, 디노이징과 점유 대역폭 측정을 통해 신호원을 추정함으로써 신호 도래 방향 추정 성능이 향상된 신호 도래 방향 추정 장치 및 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 장치에 있어서,
    신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 수신된 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역으로 변환된 시간 샘플을 디노이징하는 전처리부;
    상기 디노이징된 신호의 스팩트럼 분석을 통해 점유 대역폭을 측정하고, 상기 점유 대역폭에 근거하여 잡음 영역을 여파하는 신호 재배열 처리부; 및
    상기 잡음 영역이 여파된 신호를 도래 방향 추정 알고리즘을 사용하여 신호 도래 방향을 추정하는 신호 도래 방향 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리부는,
    시간 샘플을 주파수 영역으로 변환하는 시간 주파수 영역 변환부; 및
    주파수 영역으로 변환된 신호에서 잡음 신호를 분리하기 위한 디노이징 동작을 수행하는 디노이징부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디노이징부는, 웨이블릿 디노이징 알고리즘을 사용하여 상기 잡음 신호를 분리하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 재배열 처리부는,
    상기 디노이징 신호로부터 점유되는 대역폭으로부터 상한 주파수와 하한 주파수를 획득하는 상기 점유 대역폭 측정부; 및
    상기 점유 대역폭을 사용하여 획득된 상한 주파수와 하향 주파수를 통해 잡음 영역을 여파하고, 여파된 신호들을 배열하는 재배열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 점유 대역폭 측정부는, 상기 디노이징을 통해 전처리된 수신 신호에서 엑스-데시벨(x-dB) 전력 측정 방식 또는 부분 전력 대역폭 측정 방식 중 하나의 방식을 사용하여 상한 주파수와 하한 주파수를 획득하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 점유 대역폭은, 상기 수신된 신호의 신호 성분을 포함하는 신호 점유 대역폭인 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 신호 수신부는,
    상기 신호를 수신하는 배열 안테나부;
    상기 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 중간 주파수 변환부; 및
    상기 중간 주파수 신호의 샘플링을 통해 신호를 수집하고, 수집된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 장치.
  8. 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법에 있어서,
    신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호에서 잡음 신호를 분리하는 단계;
    상기 잡음 신호가 분리된 신호로부터 점유 대역폭의 설정을 통해 잡음 영역을 여파하는 단계; 및
    상기 잡음 영역의 여파를 통해 획득한 신호를 사용하여 신호 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계는,
    상기 수신 신호를 샘플링을 통해 디지털 신호로의 변환을 통해 시간 샘플을 획득하는 단계; 및
    상기 시간 샘플을 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 잡음 신호를 분리하는 단계는,
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호에서 디노이징을 통해 원 신호로부터 잡음 신호를 포함하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 잡음 영역을 여파하는 단계는,
    상기 점유 대역폭의 상한값과 하한값을 설정하는 단계; 및
    상기 상한값과 하한값을 이용하여 잡음 신호를 포함한 잡음 영역을 여파하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 점유 대역폭의 상한값과 하한값을 설정하는 단계는, 상기 디노이징을 통해 전처리된 수신 신호에서 엑스-데시벨(x-dB) 전력 측정 방식 또는 부분 전력 대역폭 측정 방식 중 하나의 방식을 사용하여 상기 상한값과 하한값을 획득하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 신호 도래 방향을 추정하는 단계는,
    상기 잡음 영역의 여파를 통해 획득한 신호로부터 공분산 행렬을 추정하는 단계;
    상기 공분산 행렬로부터 고유값을 분해하는 단계;
    상기 고유값의 크기로부터 잡음 공간과 신호 공간의 개수를 구분하여 신호 도래 방향 추정을 위한 신호 개수를 추정하는 단계; 및
    상기 신호 개수 추정을 통해 신호 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  14. 통신 시스템에서 신호 도래 방향 추정 방법에 있어서,
    신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호를 샘플링을 통해 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
    상기 주파수 영역의 신호로부터 잡음 신호를 분리하는 단계;
    상기 잡음 신호가 분리된 주파수 영역의 신호로부터 스팩트럼 분석을 통해 점유 대역폭의 상한값과 하한값을 획득하는 단계;
    상기 상한값과 하한값을 사용하여 잡음 신호를 포함한 잡음 영역을 여파하는 단계; 및
    상기 잡음 영역이 여파된 신호를 이용하여 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 잡음 신호를 분리하는 단계는,
    상기 주파수 영역의 신호 디노이징을 통해 잡음 신호를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 신호 도래 방향을 추정하는 단계는,
    상기 잡음 영역의 여파를 통해 획득한 신호로부터 공분산 행렬을 추정하는 단계;
    상기 공분산 행렬로부터 고유값을 분해하는 단계;
    상기 고유값의 크기로부터 잡음 공간과 신호 공간의 개수를 구분하여 신호 도래 방향 추정을 위한 신호 개수를 추정하는 단계; 및
    상기 신호 개수 추정을 통해 신호 도래 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 도래 방향 추정 방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104215957A (zh) * 2014-07-16 2014-12-17 电子科技大学 一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法
KR20150029411A (ko) * 2013-09-10 2015-03-18 한국전자통신연구원 다중 안테나 채널 멀티플렉스를 이용한 전파측정장치 및 방법
KR20180112421A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 세종대학교산학협력단 도래각 추정을 위한 공분산 행렬 생성 방법
KR20180113267A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 서울대학교산학협력단 균일 선형 배열 안테나 기반의 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치
KR20180119412A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 서강대학교산학협력단 행렬의 거듭제곱기법을 이용한 도래방향각 추정방법, 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정장치, 및 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정시스템
KR20220154962A (ko) * 2021-05-14 2022-11-22 국방과학연구소 수신 신호에 대한 공분산 행렬의 고유값의 차이와 차이의 평균을 이용한 신호 추정 방법 및 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102867632B1 (ko) 2022-12-23 2025-10-14 한국전자통신연구원 통신 시스템에서 신호 수신 방법 및 장치

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1387180A1 (en) * 2000-12-12 2004-02-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Radio-wave arrival-direction estimating apparatus and directional variable transceiver
TW535369B (en) * 2001-07-04 2003-06-01 Benq Corp Apparatus and method of estimating angle of arrival with multi-path interference suppressing unit
US6653973B2 (en) * 2001-09-07 2003-11-25 Lockheed Martin Corporation Adaptive digital beamforming radar method and system for maintaining multiple source angle super-resolution capability in jamming
US6545639B1 (en) * 2001-10-09 2003-04-08 Lockheed Martin Corporation System and method for processing correlated contacts
US6525685B1 (en) * 2001-12-27 2003-02-25 Northrop Grumman Corporation Method and apparatus for detecting and eliminating signal angle-of-arrival errors caused by multipath
WO2003079045A2 (en) * 2002-03-13 2003-09-25 Raytheon Canada Limited System and method for spectral generation in radar
US6987482B2 (en) * 2003-09-19 2006-01-17 Intel Corporation Wireless signal processing methods and apparatuses including directions of arrival estimation
KR100770875B1 (ko) * 2004-05-24 2007-10-26 삼성전자주식회사 배열 안테나 시스템에서 간섭전력 추정을 이용한 빔 형성장치 및 방법
WO2006067857A1 (ja) * 2004-12-24 2006-06-29 Fujitsu Limited 到来方向推定装置及びプログラム
JP4808984B2 (ja) * 2005-03-31 2011-11-02 株式会社デンソーアイティーラボラトリ 到来波の方向推定装置
US7342535B2 (en) * 2005-04-08 2008-03-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Beam-forming apparatus and method using a spatial interpolation based on regular spatial sampling
JP4356758B2 (ja) * 2007-03-20 2009-11-04 株式会社デンソー Ｆｍｃｗレーダ
JP5600866B2 (ja) * 2008-03-04 2014-10-08 富士通株式会社 探知測距装置および探知測距方法
DE102009024918B4 (de) * 2008-06-17 2022-04-28 Denso Corporation Zielobjekterkennungsvorrichtung zur Erlangung von Informationen betreffend Zielobjekte basierend auf einer Korrelationsmatrix, die aus Signalwerten erhalten wird, welche reflektierten elektromagnetischen Wellen entsprechen
JP5102165B2 (ja) * 2008-09-22 2012-12-19 株式会社デンソー レーダ装置
JP5617334B2 (ja) * 2010-05-10 2014-11-05 富士通株式会社 レーダ装置及び目標探知方法
JP5600499B2 (ja) * 2010-07-01 2014-10-01 日本電産エレシス株式会社 電子走査型レーダ装置、受信波方向推定方法及び受信波方向推定プログラム
JP5695925B2 (ja) * 2011-02-04 2015-04-08 日本電産エレシス株式会社 電子走査型レーダ装置、受信波方向推定方法及び受信波方向推定プログラム
EP2533069A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-12 Sony Corporation Signal processing unit and method
HK1207919A1 (en) * 2012-05-04 2016-02-12 Xmos Inc. Systems and methods for source signal separation

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150029411A (ko) * 2013-09-10 2015-03-18 한국전자통신연구원 다중 안테나 채널 멀티플렉스를 이용한 전파측정장치 및 방법
CN104215957A (zh) * 2014-07-16 2014-12-17 电子科技大学 一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法
CN104215957B (zh) * 2014-07-16 2017-02-08 电子科技大学 一种冲击噪声环境下的近场源角度和距离计算方法
KR20180112421A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 세종대학교산학협력단 도래각 추정을 위한 공분산 행렬 생성 방법
KR20180113267A (ko) * 2017-04-06 2018-10-16 서울대학교산학협력단 균일 선형 배열 안테나 기반의 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치
KR20180119412A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 서강대학교산학협력단 행렬의 거듭제곱기법을 이용한 도래방향각 추정방법, 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정장치, 및 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정시스템
KR20220154962A (ko) * 2021-05-14 2022-11-22 국방과학연구소 수신 신호에 대한 공분산 행렬의 고유값의 차이와 차이의 평균을 이용한 신호 추정 방법 및 장치

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