KR102281781B1 - Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal - Google Patents
Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal Download PDFInfo
- Publication number
- KR102281781B1 KR102281781B1 KR1020150116863A KR20150116863A KR102281781B1 KR 102281781 B1 KR102281781 B1 KR 102281781B1 KR 1020150116863 A KR1020150116863 A KR 1020150116863A KR 20150116863 A KR20150116863 A KR 20150116863A KR 102281781 B1 KR102281781 B1 KR 102281781B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- arrival
- angle
- antenna
- estimated
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
- G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured
-
- 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
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
- G01S3/18—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic derived directly from separate directional antennas
-
- 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
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/12—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
본 발명에 따르면, 고주파 대역 기반 무선통신에서의 도래각 추정에 있어서, 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 평면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 추정하고, 추정된 도래각과 안테나 소자간 이격 거리를 이용하여 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출한 후, 쌍곡선 방정식과 기지국 또는 단말까지의 거리 정보를 조합하여 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 보다 정확히 추정함으로써 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성할 수 있도록 한다.According to the present invention, in the estimation of the angle of arrival in high-frequency band-based wireless communication, the angle of arrival of an antenna signal is estimated using a phase difference for each antenna element in a state where a plane wave is assumed, and the estimated angle of arrival and the distance between the antenna elements are estimated. After calculating the hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element using the distance, the angle of arrival of the antenna signal under the assumption of a spherical wave is more accurately estimated by combining the hyperbolic equation and distance information to the base station or terminal By doing so, it is possible to create an optimal radio link between the base station and the terminal.
Description
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 고주파 대역 기반 무선통신에서의 도래각 추정에 있어서, 안테나 소자별 수신신호의 위상 차이를 이용하여 평면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 추정하고, 추정된 도래각과 안테나 소자간 이격 거리를 이용하여 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출한 후, 쌍곡선 방정식과 기지국 또는 단말까지의 거리 정보를 조합하여 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 보다 정확히 추정함으로써 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성할 수 있도록 하는 안테나 신호 도래각 추정장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a mobile communication system, and in particular, in estimating the angle of arrival in high-frequency band-based wireless communication, estimating the angle of arrival of an antenna signal in a state that a plane wave is assumed by using the phase difference of a received signal for each antenna element, , calculate a hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element using the estimated angle of arrival and the separation distance between the antenna elements, and then combine the hyperbolic equation with the distance information to the base station or the terminal in a state assuming a spherical wave. The present invention relates to an apparatus and method for estimating the angle of arrival of an antenna signal to generate an optimal radio link between a base station and a terminal by more accurately estimating the angle of arrival of an antenna signal.
현재 이동통신에서 주로 사용하고 있는 6GHz 이하의 저주파 대역의 경우, 이동통신, 방송, 위성통신 등 기존 시스템에 의해 포화되었거나 파편화(Fragmentation)되어 있어 대용량 데이터 전송 등을 위한 초광대역폭 주파수 확보가 어렵다. In the case of the low frequency band below 6 GHz, which is mainly used in mobile communication, it is difficult to secure an ultra-wide bandwidth frequency for large data transmission because it is saturated or fragmented by existing systems such as mobile communication, broadcasting, and satellite communication.
이에 따라 6GHz 이상의 센티미터파(cmwave : 파장이 센티미터 단위의 전자기파로 보통 3~30GHz 대역) 또는 밀리미터파(mmwave : 파장이 밀리미터 단위의 전자기파로 보통 30~300GHz 대역) 등의 고주파 대역이 5G 주요 스펙트럼으로 부각되고 있다. Accordingly, high-frequency bands such as centimeter waves of 6 GHz or higher (cmwave: electromagnetic waves with a wavelength of centimeter units, usually in the 3 to 30 GHz band) or millimeter waves (mmwave: electromagnetic waves with a wavelength of millimeters and usually in the 30 to 300 GHz band) are the main spectrum of 5G. is being highlighted.
이러한 고주파 대역은 중심 주파수가 높아질수록 운용 대역폭을 넓힐 수 있어 RF 시스템에서의 광대역 구현이 용이하며, 안테나의 고밀도화가 가능하다. 즉, 고주파 대역에서는 동일한 안테나의 물리적 크기를 가정한 경우, 주파수가 높아짐에 따라 안테나를 구성하는 복사소자(Radiator) 간 간격이 줄어들어 보다 많은 수의 복사소자를 집적시킬 수 있다. 이때, 이러한 다수의 복사소자는 RF 신호의 크기(Amplitude)와 위상(Phase)을 제어하여 다양한 형태의 안테나 빔을 생성하는 3D Beamforming 및 다중 전송을 가능하게 하는 Massive MIMO 기술의 H/W 기반이 된다. In this high-frequency band, as the center frequency increases, the operating bandwidth can be widened, so that it is easy to implement a wide band in the RF system, and high-density of the antenna is possible. That is, when the same physical size of the antenna is assumed in the high frequency band, as the frequency increases, the spacing between the radiation elements constituting the antenna is reduced, so that a greater number of radiation elements can be integrated. At this time, these multiple radiation devices are the H/W base of Massive MIMO technology that enables 3D Beamforming and multiplex transmission to generate various types of antenna beams by controlling the amplitude and phase of RF signals. .
한편, 고주파 대역의 경우 앞서 설명한 바와 같이 현재 셀룰러 대역에 비해 광대역 주파수를 사용할 수 있는 큰 장점이 존재하나, 상대적으로 증가된 경로손실과 고주파 대역의 특징인 고직진성, 저회절성을 극복하는 것이 가장 큰 과제이다. 이를 위해 고주파의 사용으로 인해 증가한 다수개의 안테나 복사소자를 활용하여 이득이 높은 펜슬 빔(Pencil Beam)을 형성함으로써 늘어난 경로손실을 극복하게 된다.On the other hand, in the case of the high frequency band, as described above, there is a great advantage of using a wideband frequency compared to the current cellular band. However, it is best to overcome the relatively increased path loss and the high straightness and low diffraction characteristics of the high frequency band. It's a big challenge. To this end, the increased path loss is overcome by forming a high-gain pencil beam by utilizing a plurality of antenna radiation elements, which are increased due to the use of high frequency.
그러나, 고주파 대역에서는 빔폭이 매우 좁아지고 전파의 직진성이 강해지는 반면 회절성은 약화되므로, 단말의 위치 변화에 따라 기지국/단말이 각각 적절한 송수신 빔을 운용하지 못하면 통신이 이루어지지 않게 된다.However, in the high frequency band, the beam width becomes very narrow and the directivity of radio waves is strengthened while the diffraction property is weakened. Therefore, if the base station/terminal does not operate an appropriate transmit/receive beam according to a change in the location of the terminal, communication is not performed.
따라서, 기지국 입장에서 단말로 정확한 각도로 지향하는 송수신 안테나빔 형성이 매우 중요하고, 단말 입장에서는 기지국으로의 정확한 지향성을 가지는 송수신 안테나빔 형성이 중요하며, 이러한 최적의 송수신 안테나빔의 형성을 위해서는 기지국 또는 단말이 위치한 정확한 각도의 추정이 필요하다.
Therefore, it is very important for the base station to form a transmit/receive antenna beam directed at an accurate angle to the terminal, and from the standpoint of the terminal, it is important to form a transmit/receive antenna beam with accurate directivity to the base station. In order to form such an optimal transmit/receive antenna beam, the base station Alternatively, it is necessary to estimate the exact angle at which the terminal is located.
삭제delete
삭제delete
따라서, 본 발명에서는 고주파 대역 기반 무선통신에서의 도래각 추정에 있어서, 안테나 소자별 수신신호의 위상 차이를 이용하여 평면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 추정하고, 추정된 도래각과 안테나 소자간 이격 거리를 이용하여 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출한 후, 쌍곡선 방정식과 기지국 또는 단말까지의 거리 정보를 조합하여 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 보다 정확히 추정함으로써 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성할 수 있도록 하는 안테나 신호 도래각 추정장치 및 방법을 제공하고자 한다.
Therefore, in the present invention, in estimating the angle of arrival in high-frequency band-based wireless communication, the angle of arrival of the antenna signal is estimated using the phase difference of the received signal for each antenna element, assuming a plane wave, and the estimated angle of arrival and the antenna After calculating the hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element using the separation distance between the elements, the angle of arrival of the antenna signal under the assumption of a spherical wave is calculated by combining the hyperbolic equation and the distance information to the base station or terminal. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating the angle of arrival of an antenna signal that can generate an optimal radio link between a base station and a terminal by more accurately estimating.
상술한 본 발명은 안테나 신호 도래각 추정장치로서, 기지국 또는 단말로부터 송신되는 안테나 신호를 수신하는 복수의 안테나 소자와, 각각의 안테나 소자에서 수신되는 상기 안테나 신호의 위상을 검출하는 위상 검출부와, 2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정한 후, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대해 적어도 하나 이상의 추정 도래각을 도출한 후, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 안테나 신호의 도래각으로 추정하는 도래각 추정부를 포함한다.The present invention described above is an antenna signal arrival angle estimating apparatus, comprising: a plurality of antenna elements for receiving antenna signals transmitted from a base station or a terminal; and a phase detector for detecting a phase of the antenna signals received from each antenna element; After setting a plurality of antenna element pairs composed of antenna elements, a phase difference for each antenna element pair is derived using the detected phase information for each antenna element, and the phase difference derived for each antenna element pair is used to and an angle of arrival estimator for estimating, as the angle of arrival of the antenna signal, after deriving at least one or more estimated angles of arrival with respect to the antenna signal, the estimated angles of arrival having the same angle values among the estimated angles of arrival.
또한, 본 발명은 안테나 신호 도래각 추정방법으로서, 복수의 안테나 소자에서 기지국 또는 단말로부터 송신되는 안테나 신호를 수신하는 단계와, 상기 각각의 안테나 소자에서 수신되는 상기 안테나 신호의 위상을 검출하는 단계와, 2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정하는 단계와, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하는 단계와, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대한 적어도 하나 이상의 추정 도래각을 도출하는 단계와, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 안테나 신호의 도래각으로 추정하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention provides a method for estimating the angle of arrival of an antenna signal, comprising the steps of: receiving an antenna signal transmitted from a base station or a terminal in a plurality of antenna elements; detecting a phase of the antenna signal received by each of the antenna elements; , setting a plurality of antenna element pairs composed of two antenna elements; deriving a phase difference for each antenna element pair using the detected phase information for each antenna element; and a phase derived for each antenna element pair deriving at least one estimated angle of arrival with respect to the antenna signal by using the difference; and estimating an estimated angle of arrival at which angle values are identical among the estimated angles of arrival as the angle of arrival of the antenna signal. .
또한, 본 발명은 안테나 신호 도래각 추정 장치로서, 기지국 또는 단말로부터 송신되는 안테나 신호를 수신하는 복수의 안테나 소자와, 각각의 안테나 소자에서 수신되는 상기 안테나 신호의 위상을 검출하는 위상 검출부와, 상기 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호의 제1 도래각을 추정하는 평면파 도래각 추정부와, 전파지연 측정을 통해 상기 안테나 소자로부터 상기 기지국 또는 단말까지의 거리를 도출하는 거리 도출부와, 상기 제1 도래각 추정부에서 추정된 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출하고, 상기 쌍곡선 방정식과 상기 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 구면파 도래각 추정부를 포함한다.In addition, the present invention provides an antenna signal arrival angle estimation apparatus, comprising: a plurality of antenna elements for receiving antenna signals transmitted from a base station or a terminal; and a phase detector for detecting a phase of the antenna signals received from each antenna element; A plane wave angle of arrival estimator for estimating the first angle of arrival of the antenna signal using the phase difference for each antenna element, and a distance derivation unit for deriving a distance from the antenna element to the base station or the terminal through propagation delay measurement; A hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element is calculated using the first angle of arrival estimated by the first angle of arrival estimator and the separation distance between the antenna elements, and the hyperbolic equation and the distance are used to calculate the and a spherical wave angle of arrival estimator for estimating the second angle of arrival of the antenna signal.
또한, 상기 평면파 도래각 추정부는, 2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정한 후, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대한 적어도 하나 이상의 추정 도래각들을 도출한 후, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 제1 도래각으로 추정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the plane wave arrival angle estimating unit sets a plurality of antenna element pairs composed of two antenna elements, and then derives a phase difference for each antenna element pair using the detected phase information for each antenna element, and each antenna After deriving at least one or more estimated angles of arrival with respect to the antenna signal using the phase difference derived for each element pair, estimating an estimated angle of arrival having the same angular value among the estimated angles of arrival as the first angle of arrival characterized.
또한, 제1 도래각은 상기 안테나 신호가 평면파인 것을 가정하여 추정되며, 상기 제2 도래각은 상기 안테나 신호가 구면파인 것을 가정하여 추정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first angle of arrival is estimated on the assumption that the antenna signal is a plane wave, and the second angle of arrival is estimated on the assumption that the antenna signal is a spherical wave.
또한, 본 발명은 안테나 신호 도래각 추정방법으로서, 복수의 안테나 소자에서 기지국 또는 단말로부터 송신되는 안테나 신호를 수신하는 단계와, 각각의 안테나 소자에서 수신되는 상기 안테나 신호의 위상을 검출하는 단계와, 상기 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호의 제1 도래각을 추정하는 단계와, 전파지연 측정을 통해 상기 안테나 소자로부터 상기 기지국 또는 단말까지의 거리를 도출하는 단계와, 상기 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출하는 단계와, 상기 쌍곡선 방정식과 상기 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 단계를 포함한다.
In addition, the present invention provides a method for estimating the angle of arrival of an antenna signal, comprising the steps of: receiving an antenna signal transmitted from a base station or a terminal in a plurality of antenna elements; detecting a phase of the antenna signal received by each antenna element; estimating a first angle of arrival of the antenna signal using the phase difference for each antenna element; deriving a distance from the antenna element to the base station or terminal through propagation delay measurement; calculating a hyperbolic equation representing the trajectory of the same phase difference for each antenna element using the separation distance between the antenna elements, and estimating the second angle of arrival of the antenna signal using the hyperbolic equation and the distance include
본 발명에 따르면, 고주파 대역 기반 무선통신에서의 도래각 추정에 있어서, 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 평면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 추정하고, 추정된 도래각과 안테나 소자간 이격 거리를 이용하여 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출한 후, 쌍곡선 방정식과 기지국 또는 단말까지의 거리 정보를 조합하여 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 보다 정확히 추정함으로써 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성할 수 있는 이점이 있다.
According to the present invention, in the estimation of the angle of arrival in high-frequency band-based wireless communication, the angle of arrival of an antenna signal is estimated using a phase difference for each antenna element in a state where a plane wave is assumed, and the estimated angle of arrival and the distance between the antenna elements are estimated. After calculating the hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element using the distance, the angle of arrival of the antenna signal under the assumption of a spherical wave is more accurately estimated by combining the hyperbolic equation and distance information to the base station or terminal By doing so, there is an advantage in that an optimal radio link between the base station and the terminal can be created.
도 1은 안테나로부터의 거리에 따른 안테나 패턴 차이의 개념도,
도 2는 거리에 따른 동위상면 분포 및 안테나 개구면에서의 위상차이 예시도,
도 3은 안테나 수신 전계의 크기를 비교하여 도래각을 추정하는 개념도,
도 4는 원거리에서 안테나 수신신호의 위상차이와 도래각과의 관계 예시도,
도 5 및 도 6은 안테나 소자간 거리에 따라 하나의 위상 차이에 대해 추정되는 도래각들이 여러개로 도출되는 예시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 안테나 소자 쌍을 이용한 수신신호 위상차이 비교를 통해 모호성이 제거된 예시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 도래각 추정장치의 상세 블록 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 평면파를 가정한 상태에서 안테나 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름도,
도 10은 안테나 소자간 거리가 4파장인 경우 쌍곡선 궤적을 예시한 도면이다.
도 11은 안테나 소자간 거리가 4파장이고, 도래각이 30도인 경우, 평면파를 가정한 경우와 구면파를 가정한 경우에 따른 추정 도래각의 차이 예시도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 도래각 추정장치의 상세 블록 구성도,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구면파를 가정한 상태에서 안테나 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름도.1 is a conceptual diagram of an antenna pattern difference according to a distance from an antenna;
2 is an exemplary diagram of the in-phase plane distribution according to the distance and the phase difference in the antenna aperture;
3 is a conceptual diagram for estimating an angle of arrival by comparing the magnitude of an antenna reception electric field;
4 is a diagram illustrating the relationship between the phase difference of the antenna reception signal and the angle of arrival at a long distance;
5 and 6 are exemplary diagrams in which several angles of arrival estimated for one phase difference are derived according to the distance between antenna elements;
7 is an exemplary diagram in which ambiguity is removed through comparison of received signal phase difference using a plurality of antenna element pairs according to an embodiment of the present invention;
8 is a detailed block diagram of an apparatus for estimating an angle of arrival of an antenna according to an embodiment of the present invention;
9 is an operation control flowchart for estimating an antenna arrival angle under the assumption of a plane wave according to an embodiment of the present invention;
10 is a diagram illustrating a hyperbolic trajectory when the distance between antenna elements is 4 wavelengths.
11 is an exemplary diagram illustrating the difference in the estimated angle of arrival according to a case where a plane wave is assumed and a case where a spherical wave is assumed when the distance between antenna elements is 4 wavelengths and the angle of arrival is 30 degrees;
12 is a detailed block diagram of an apparatus for estimating an angle of arrival of an antenna according to another embodiment of the present invention;
13 is a flowchart of an operation control for estimating an angle of arrival of an antenna under the assumption of a spherical wave according to another embodiment of the present invention;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 안테나로부터의 거리에 따른 안테나 패턴 차이의 개념을 도시한 것이다.1 illustrates the concept of an antenna pattern difference according to a distance from an antenna.
위 도 1을 참조하면, 액티브 안테나 시스템(active antenna system)(100)은 송수신 모듈(module)에서의 신호 크기 및 위상을 제어하여 원하는 형태의 안테나빔을 생성할 수 있는 장치를 말한다. 즉, 액티브 안테나 시스템(100)은 다중빔을 형성하거나 전자적으로 안테나빔의 방향을 변경하거나, 부엽준위를 줄이거나, 간섭원 신호를 억압하는 등 안테나빔을 원하는 형태로 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1 above, an
한편, 이러한 액티브 안테나 시스템(100)으로부터 방사되는 안테나 패턴은 위 도 1에서 보여지는 바와 같이 안테나 패턴이 송신되는 거리에 따라, 근전계 패턴과 원전계 패턴으로 구분될 수 있다. 이때, 근전계 패턴은 액티브 안테나 시스템(100)으로부터 근거리에 위치한 기지국 또는 단말에서 수신되는 안테나 패턴을 의미할 수 있고, 원전계 패턴은 액티브 안테나 시스템(100)으로부터 원거리에 위치한 기지국 또는 단말에서 수신되는 안테나 패턴을 의미할 수 있다. 여기서, 보통 근거리와 원거리를 나누는 기준은 (D : 안테나 크기, λ: 파장)로 나타낼 수 있으며, 이를 기준으로 보통 동위상면을 구면과 평면으로 나눌 수 있다.Meanwhile, the antenna pattern radiated from the
또한, 이러한 액티브 안테나 시스템(100)은 일부 송수신 모듈이 고장나는 경우 안테나 패턴이 원하는 형태로 생성되지 않고, 다소 상이한 패턴으로 생성될 수 있다. 또한, 전자기파의 특성상 안테나 패턴이 송수신되는 거리에 따라 도머넌트(dominant)한 성분이 달라질 수 있어 근거리에서는 원거리에서와는 달리 안테나 패턴이 달라지게 됨으로써 기지국 또는 단말의 도래각(angle of arrival : AoA)을 추정하기 어려운 문제점이 있다. 이때, 일반적으로 안테나 패턴은 원거리에서의 전자기파 공간분포를 의미할 수 있다.In addition, in the
도 2는 거리에 따른 동위상면 분포 및 안테나 개구면에서의 위상차이를 도시한 것이다.2 is a graph illustrating an in-phase plane distribution according to a distance and a phase difference in an antenna aperture.
위 도 2를 참조하면, 단말(200)로부터 근거리(d1) 이격된 액티브 안테나 시스템(100)의 안테나 소자별 수신신호에서는 위상 차이가 발생할 수 있으나, 원거리(d2)에서는 안테나 소자별 수신신호의 위상 차이가 거의 동일함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 above, a phase difference may occur in the received signal for each antenna element of the
본 발명에서는 액티브 안테나 시스템(100)에서 안테나 소자 등 일부 송수신 모듈이 고장나는 경우에도 다중빔을 운용하지 않고도 기지국에서 단말 또는 단말에서 기지국으로의 도래각(AoA)을 몇 개의 안테나 소자에서 수신된 수신 신호의 위상 차이 값 만으로 추정할 수 있도록 하며, 특히 원거리뿐만 아니라 근거리에서도 보다 정확한 도래각 추정이 가능하도록 하는 방안을 제안한다. In the present invention, even when some transmission/reception modules, such as antenna elements, fail in the
즉, 초고주파 대역 이동통신 환경에서는 동일한 물리적 안테나 크기를 가정했을 때 전기적 파장이 짧아짐으로 인해 원전계 조건을 만족하는 거리가 증가하게 됨에 따라 안테나 패턴이 원거리 조건이 아닌 근거리 조건에 노출될 가능성이 많다. 따라서, 본 발명에서는 원거리뿐만 아니라 근거리에서도 보다 정확한 도래각 추정이 가능하도록 하는 방안을 제안하는 것이다. That is, in the ultra-high frequency band mobile communication environment, assuming the same physical antenna size, as the distance satisfying the nuclear field condition increases due to the shortening of the electric wavelength, the antenna pattern is more likely to be exposed to the short-distance condition rather than the long-distance condition. Accordingly, the present invention proposes a method for enabling more accurate estimation of the angle of arrival not only at a long distance but also at a short distance.
이하에서는 위와 같이 제안된 본 발명의 도래각 추정방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.Hereinafter, the method for estimating the angle of arrival of the present invention proposed as above will be described in detail below with reference to the drawings.
먼저, 단말이 무선통신시스템에 접속하는 초기 단계 또는 하나의 셀에서 다른 셀로 이동하는 핸드오버(Handover)의 경우, 단말과 기지국간 무선링크 생성을 위한 Random Access 절차가 진행된다. First, in the case of an initial stage in which a terminal accesses a wireless communication system or a handover moving from one cell to another cell, a random access procedure for generating a radio link between the terminal and the base station is performed.
이때, 기지국에서는 단말로부터의 RACH 프리앰블(Preamble) 또는 사운딩 레퍼런스 신호(Sounding Reference Signal) 등의 수신신호의 수신전계 위상정보를 이용하여 해당 단말로의 도래각을 추정할 수 있다. 또한, 반대로 단말에서는 기지국으로부터의 레퍼런스 신호(Reference Signal) 등의 수신신호의 수신전계 위상정보를 이용하여 해당 기지국으로의 도래각을 추정할 수 있다.In this case, the base station may estimate the angle of arrival to the corresponding terminal by using the received electric field phase information of a received signal such as a RACH preamble or a sounding reference signal from the terminal. Also, on the contrary, the terminal may estimate the angle of arrival to the corresponding base station by using the received electric field phase information of the received signal such as a reference signal from the base station.
또한, 이때, 위와 같은 도래각 추정에 있어서는 도 3에서와 같이 다중빔을 이용하여 안테나 패턴 크기(즉, 안테나 수신 전계의 크기)를 비교하여 해당 단말(200)로의 도래각을 추정할 수 있다. 위와 같은 도 3에서는 기지국에서 단말로부터 수신된 수신신호의 수신 전계의 크기를 비교하여 단말의 도래각을 추정하는 것을 예시하고 있으나, 반대로 단말에서 기지국의 도래각을 추정하는 경우에도 동일하게 적용 가능하다.Also, in this case, in the estimation of the angle of arrival as described above, the angle of arrival to the
좀더 자세히 설명하면, 이러한 수신 전계값의 차이를 이용한 도래각 추정에 있어서는, 예를 들어 고주파 대역 기반 무선통신에서 다수의 안테나 빔 중 단말(200)에서 방사되어 수신되는 수신신호의 크기가 가장 강한 제1 안테나 빔(202)과 두 번째로 강한 제2 안테나 빔(204)을 도출하고, 제1 안테나 빔(202)과 제2 안테나 빔(204)의 수신신호 크기 비율값을 계산한다. 이어, 계산된 비율값과 제1 안테나 빔(202)과 제2 안테나 빔(204)이 조합되는 영역에 대한 안테나 패턴 크기 비율에 대응되는 기 계산된 추세선 수식을 이용하여 제1 안테나 빔(202)의 단말(200)에 대한 도래각을 추정한다. 이때, 계산된 비율값을 추세선 수식에 대입하여 도출되는 값을 상기 다수의 안테나빔을 방사한 단말(200)의 방향이 제1 안테나 빔(202)의 방향에 대해 틀어진 각도에 대한 오프셋(offset) 값으로 산출하고, 오프셋값이 보상되는 도래각을 추정하여 단말(200)에 대한 도래각을 추정할 수 있다. More specifically, in estimating the angle of arrival using the difference in the received electric field values, for example, in high-frequency band-based wireless communication, among a plurality of antenna beams, the magnitude of the received signal radiated from the terminal 200 and received is the strongest. The
그러나, 위와 같은 수신 전계의 비교를 통한 도래각 추정에 있어서는 상대적으로 각도에 따른 수신 전계의 크기의 차이가 크지 않을 수 있어, 신호대잡음비율(SINR)이 우수하지 않은 경우에는 도래각 추정의 정확도가 상대적으로 떨어질 수 있으며, 액티브 안테나 시스템의 일부 송수신모듈이 고장난 상태에서는 정상적인 안테나 패턴 생성이 어려워 도래각 추정에 어려움이 있다. 또한, 전자기파는 거리에 따라 도머넌트(dominant)한 성분이 달라져 근거리에서는 원거리 안테나 패턴(일반적으로 안테나패턴은 원거리에서의 전자기파 공간분포를 의미함)이 달라지므로 기존의 도래각 추정기법 적용이 어렵다. 즉, 가까운 거리와 먼거리에서의 상이한 패턴으로 인해 근거리에서 각도 추정에 오차가 발생한다. However, in the estimation of the angle of arrival through the comparison of the received electric field as described above, the difference in the magnitude of the received electric field according to the angle may not be relatively large. It may fall relatively, and it is difficult to estimate the angle of arrival because it is difficult to generate a normal antenna pattern in a state in which some transmission/reception modules of the active antenna system fail. In addition, since the dominant component of electromagnetic waves varies according to the distance, the long-distance antenna pattern (generally, the antenna pattern refers to the spatial distribution of electromagnetic waves in the far-field) changes in the near field, so it is difficult to apply the existing angle of arrival estimation method. That is, an error occurs in the angle estimation at a short distance due to a different pattern at a close distance and a long distance.
이에 따라, 본 발명에서는 기지국 입장에서 단말이 위치한 도래각 또는 단말 입장에서 기지국이 위치한 도래각을 추정하기 위해 안테나의 수신 전계 위상을 이용하는 2가지 방식을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes two methods using the received electric field phase of the antenna to estimate the angle of arrival at which the terminal is located from the viewpoint of the base station or the angle of arrival at which the base station is located from the viewpoint of the terminal.
먼저, 이하에서는 위와 같은 2가지 방식 중 제안방식 1로서, 안테나 패턴이 평면파인 것을 가정하는 경우 기지국 또는 단말의 도래각을 추정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.First, as proposed
도 4는 원거리에서 안테나 수신신호의 위상차이와 도래각과의 관계를 도시한 것이다.4 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference of an antenna reception signal and an angle of arrival at a long distance.
즉, 도 4는 기지국과 단말간 원거리 즉 안테나 패턴이 평면파인 것을 가정한 상태에서 안테나 수신 신호의 위상 차이를 이용한 각도 추정 방식을 예시한 것이다. 또한, 도 4에서는 단말이 위치한 도래각을 추정하는 방식을 예시하였으나, 기지국의 도래각을 추정하는 경우에도 동일하게 적용 가능하다. That is, FIG. 4 exemplifies an angle estimation method using the phase difference of the antenna reception signal in the state that the distance between the base station and the terminal, that is, the antenna pattern is a plane wave. In addition, although the method of estimating the angle of arrival at which the terminal is located is exemplified in FIG. 4, the same can be applied to the case of estimating the angle of arrival of the base station.
위와 같은 수신 신호의 위상 차이를 이용한 도래각 추정 방식에서는 액티브 안테나 시스템에서 안테나 수신 신호를 수신하는 안테나 소자간 거리가 멀리 떨어질수록 도래각 추정의 정확도가 높아질 수 있다.In the method of estimating the angle of arrival using the phase difference of the received signal as described above, the accuracy of estimating the angle of arrival may be increased as the distance between antenna elements receiving the antenna received signal in the active antenna system is farther away.
왜냐하면 위 도 4에서 보여지는 바와 같이 안테나 소자간 거리가 멀어질수록 수신 신호의 위상 차이에 따른 도래각(θ) 변화가 작아지게 되기 때문이다. 즉, 안테나 소자간 거리가 멀어질수록 수신신호간 잡음의 영향을 덜 받게 되어, 잡음 등으로 인한 위상차이 오차가 도래각 추정에 미치는 영향이 작아져서 도래각 변화가 작아지게 되기 때문이다.This is because, as shown in FIG. 4 above, as the distance between the antenna elements increases, the change in the angle of arrival (θ) according to the phase difference of the received signal becomes smaller. That is, as the distance between antenna elements increases, it is less affected by the noise between the received signals, and the influence of the phase difference error due to noise on the estimation of the angle of arrival becomes smaller, so that the change in the angle of arrival becomes smaller.
그러나, 위와 같이 안테나 소자간 거리가 멀어지는 경우 하나의 안테나 소자 쌍(pair)(400, 404)에서 산출되는 위상 차이값으로 도출될 수 있는 도래각이 늘어날 수 있다. 즉, 위상은 360도의 주기성을 가지므로 이러한 위상의 주기성에 의해 위상 차이로 도출될 수 있는 도래각이 늘어나게 되고, 이러한 경우 어떤 도래각이 실제 단말(200)이 위치한 곳을 정확히 가리키는 도래각인지 결정하는데 문제가 발생할 수 있다.However, when the distance between the antenna elements increases as described above, the angle of arrival that can be derived from the phase difference value calculated from one pair of
도 5 내지 도 6은 안테나 소자간 거리에 따라 하나의 위상 차이에 대해 추정되는 도래각이 여러개로 도출되는 것을 예시한 것이다.5 to 6 illustrate that several angles of arrival estimated for one phase difference are derived according to the distance between antenna elements.
도 5는 안테나 소자간 거리가 4파장인 경우 도래각별 위상차이 및 도래각을 30도로 가정하는 경우 도출될 수 있는 추정 도래각을 나타낸 그래프로, 도 5에서 보여지는 바와 같이 9개의 도래각이 추정되어 도래각 추정에 있어서 모호성이 발생하는 것을 예시한 것이다.FIG. 5 is a graph showing estimated angles of arrival that can be derived when a phase difference for each angle of arrival and an angle of arrival are assumed to be 30 degrees when the distance between antenna elements is 4 wavelengths. As shown in FIG. 5, 9 angles of arrival are estimated This exemplifies the occurrence of ambiguity in the estimation of the angle of arrival.
도 6은 안테나 소자간 거리가 1.2파장인 경우 도래각별 위상차이 및 도래각을 30도 가정하는 경우 도출될 수 있는 추정 도래각을 나타낸 그래프로, 도 6에서 보여지는 바와 같이 2개의 도래각이 추정되어 도래각 추정에 있어서 모호성이 발생하는 것을 예시한 것이다.6 is a graph showing estimated angles of arrival that can be derived when a phase difference for each angle of arrival and an angle of arrival are assumed to be 30 degrees when the distance between antenna elements is 1.2 wavelength. As shown in FIG. 6, two angles of arrival are estimated This exemplifies the occurrence of ambiguity in the estimation of the angle of arrival.
따라서, 본 발명에서는 제1 안테나 소자 쌍(400, 404), 제2 안테나 소자 쌍(400, 402) 등의 두 개의 안테나 소자 쌍을 이용하여 도래각을 추정하는 방식으로 위상의 360도 주기성에 따른 입사각의 모호성 문제를 해결하도록 한다.Therefore, in the present invention, the angle of arrival is estimated using two pairs of antenna elements such as the first pair of
다시, 위 도 4를 참조하면, 예를 들어 단말(200)로부터 신호를 수신한 안테나 소자 쌍별 수신신호의 위상 차이(,)는 아래의 [수학식 1]에서와 같이 산출될 수 있다.Again, referring to FIG. 4 above, for example, the phase difference ( , ) can be calculated as in [Equation 1] below.
이때, 위 [수학식 1]에서, 는 안테나 소자 #0(400), 안테나 소자 #1(402), 안테나 소자 #2(404)에서 수신되는 수신신호의 위상을 말하며, d1, d2는 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #1(402)간 물리적 거리 및 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #2(404)간 물리적 거리를 말할 수 있다. 또한, θ는 단말(200)이 위치한 도래각이 될 수 있으며, λ는 수신 전계의 파장을 의미한다. At this time, in [Equation 1] above, denotes the phase of the received signal received from the antenna element #0 (400), the antenna element #1 (402), and the antenna element #2 (404), and d 1 , d 2 are the antenna element #0 (400) and the antenna element The physical distance between #1 (402) and the physical distance between antenna element #0 (400) and antenna element #2 (404) may be referred to. In addition, θ may be an angle of arrival at which the terminal 200 is located, and λ denotes the wavelength of the received electric field.
그러나, 이때, 안테나 소자에서 수신되는 수신신호의 위상이 360도의 주기성을 가지게 되므로 여러 개의 도래각에 대해 동일한 위상 차이를 가질 수 있다. However, in this case, since the phase of the received signal received from the antenna element has a periodicity of 360 degrees, it may have the same phase difference with respect to several angles of arrival.
이에 따라, [수학식 1]을 역으로 환산하여 위상 차이에 따른 도래각을 추정하는 경우, 아래의 [수학식 2]에서와 같이 위상 차이의 주기성에 따라 추정 도래각(,)이 여러개가 산출될 수 있다.Accordingly, when estimating the angle of arrival according to the phase difference by converting [Equation 1] inversely, the estimated angle of arrival ( , ) can be computed several times.
이때, 위 [수학식 2]에서 는 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #1(402) 간 위상차이()를 통해 도출된 단말(200)의 추정 도래각을 나타내며, 는 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #2(404)간의 위상차이()를 통해 도출된 단말(200)의 추정 도래각을 나타낼 수 있다. 또한, k1, k2는 각각 아래의 [수학식 3]와 [수학식 4]을 만족하는 정수를 의미할 수 있다.At this time, in [Equation 2] above is the phase difference between the antenna element #0 (400) and the antenna element #1 (402) ( ) represents the estimated angle of arrival of the terminal 200 derived through, is the phase difference between antenna element #0 (400) and antenna element #2 (404) ) may represent the estimated angle of arrival of the terminal 200 derived through . In addition, k 1 and k 2 may mean integers satisfying the following [Equation 3] and [Equation 4], respectively.
따라서, 위와 같이 제1 안테나 소자 쌍(400, 404), 제2 안테나 소자 쌍(400, 402) 등의 각 안테나 소자 쌍에서 추정되는 도래각들에 대해 서로 일치하는 도래각을 확인하여 실제 하나의 도래각()을 추정함으로써 도래각 추정의 모호성을 해결하게 된다.Therefore, as described above, by checking the corresponding angles of arrival with respect to the angles of arrival estimated in each pair of antenna elements, such as the first
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 복수의 안테나 소자 쌍을 이용한 수신신호 위상차이 비교를 통해 모호성이 제거된 예를 도시한 것이다.7 is a diagram illustrating an example in which ambiguity is removed by comparing the phase difference of a received signal using a plurality of antenna element pairs according to an embodiment of the present invention.
위와 같은 본 발명의 방법에 따라 각 안테나 소자 쌍에서 발생하는 도래각들에 대해 서로 일치하는 도래각을 확인하여 하나의 도래각을 추정하는 경우 위 도 7에서 보여지는 바와 같이 하나의 도래각이 산출될 수 있는 것을 알 수 있다.According to the method of the present invention as described above, when one angle of arrival is estimated by checking the corresponding angles of arrival with respect to the angles of arrival occurring in each pair of antenna elements, as shown in FIG. 7 above, one angle of arrival is calculated. know what can be
즉, 예를 들어 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)에서 추정된 도래각이 도 5에서 보여지는 바와 같이, 90도, 49도, 30도, 14도, 0도, -14도, -30도, -49도, -90도 이고, 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)에서 추정된 도래각이 도 6에서 보여지는 바와 같이, 30도, -19도 인 경우 두 안테나 소자 쌍에서 추정된 도래각 중 서로 일치하는 각도 값인 30도가 실제 도래각으로 추정되는 것이다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 두 안테나 소자 쌍에서 추정된 도래각 정보가 완전히 일치하는 것이 실제 도래각으로 추정되는 것을 예시하였으나, 이는 잡음이 제거된 이상적인 조건에서의 결과치를 예로서 설명한 것으로, 실제 잡음 존재하는 환경에서는 정확히 일치하는 도래각 정보가 없을 수도 있다. 이러한 경우에는 가장 유사한 각도 값으로 나타낸 두 개의 각도 값 중 선택된 하나의 각도 값이 도래각으로 결정되도록 구현할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.That is, for example, the angle of arrival estimated at the first pair of
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 신호 도래각 추정장치의 상세 블록 구성을 도시한 것으로, 안테나 소자(400, 402, 404), 위상 검출부(810, 812, 814), 도래각 추정부(820) 등을 포함할 수 있다.8 is a detailed block diagram of an apparatus for estimating the angle of arrival of an antenna signal according to an embodiment of the present invention, wherein the
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 안테나 신호 도래각 추정장치(800)의 각 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of each component of the antenna signal arrival
먼저, 안테나 소자(400, 402, 404)는 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신한다. 이때, 안테나 소자(400, 402, 404)는 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 RACH 프리앰블(Preamble) 또는 사운딩 레퍼런스 신호(sounding reference signal) 등을 수신할 수 있으며, 기지국으로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 레퍼런스 신호(reference signal) 등을 수신할 수 있다.First, the
위상 검출부(810, 812, 814)는 각 안테나 소자별 수신된 안테나 수신신호의 위상을 검출한다. 이때, 위상 검출부(810, 812, 814)는 각각의 안테나 소자(400, 402, 404)에 연결되어 안테나 소자(400, 402, 404)로 수신되는 안테나 수신신호의 위상을 검출한다. The
도래각 추정부(820)는 위상 검출부(810, 812, 814)로부터 검출되는 안테나 소자별 위상 정보를 이용하여 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 도출된 위상 차이를 이용하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 도래각을 추정한다. The angle of
이때, 도래각 추정부(820)는 도래각 추정에 있어서 제1 안테나 소자 쌍(400, 404), 제2 안테나 소자 쌍(400, 402) 등 적어도 2개 이상의 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출한 후, 각 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 이용한 추정 도래각을 산출한다.In this case, the angle of
또한, 도래각 추정부(820)는 각 안테나 소자 쌍에서 추정되는 도래각들에 대해 서로 일치하는 도래각을 확인하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 실제 하나의 도래각을 추정한다.Also, the angle of
즉, 도래각 추정부(820)는 예를 들어 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)에서 추정된 제1 추정 도래각이 도 5에서 보여지는 바와 같이, 90도, 49도, 30도, 14도, 0도, -14도, -30도, -49도, -90도 이고, 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)에서 추정된 제2 추정 도래각이 도 6에서 보여지는 바와 같이, 30도, -19도 인 경우 두 안테나 소자 쌍에서 추정된 도래각의 조합에서 서로 일치하는 30도의 도래각을 단말(200)이 위치한 방향에 대한 실제 도래각으로 산출할 수 있는 것이다.That is, the angle of
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 신호 도래각 추정장치(800)에서 두 개 이상의 안테나 소자 쌍을 이용하여 안테나 신호의 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.9 is a flowchart illustrating an operation control flow for estimating the angle of arrival of an antenna signal using two or more pairs of antenna elements in the
먼저, 도래각 추정장치(800)는 안테나 소자(400, 402, 404)를 통해 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신하고, 각 안테나 소자별 수신된 수신신호의 위상을 도출한다(S900).First, the angle of
이때, 도래각 추정장치(800)의 안테나 소자(400, 402, 404)에서는 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 RACH 프리앰블(Preamble) 또는 사운딩 레퍼런스 신호(sounding reference signal) 등을 수신할 수 있으며, 기지국으로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 레퍼런스 신호(reference signal) 등을 수신할 수 있다.At this time, when the
이어, 도래각 추정장치(800)는 안테나 소자별 도출된 위상 정보를 이용하여 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 도출된 위상 차이를 이용하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 도래각을 추정한다. Next, the angle of
즉, 도래각 추정장치(800)는 예를 들어 먼저, 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)간 수신신호의 위상차이를 도출하고(S902), 도출된 위상차이를 이용하여 제1 추정 도래각을 도출한다(S904). 이때, 이러한 제1 추정 도래각은 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)에 포함된 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #2(404)의 물리적 거리(d2)에 따라 도 5에서 보여지는 바와 같이 서로 다른 여러 개의 추정 도래각이 도출될 수 있다. That is, the angle of
다음으로, 도래각 추정장치(800)는 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)간 수신신호의 위상차이를 도출하고(S906), 도출된 위상차이를 이용하여 제2 추정 도래각을 도출한다(S908). 이때, 이러한 제2 추정 도래각은 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)에 포함된 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #1(402)의 물리적 거리(d1)에 따라 도 6에서 보여지는 바와 같이 서로 다른 여러 개의 추정 도래각이 도출될 수 있다.Next, the angle of
이때, 이러한 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)을 이루는 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #2(404)의 물리적 거리(d2)와 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)에 포함된 안테나 소자 #0(400)과 안테나 소자 #1(402)의 물리적 거리(d1)는 서로 다르게 설정되는 것이 바람직하며, 하나는 상대적으로 길게 설정되고, 다른 하나는 상대적으로 짧게 설정되도록 하는 것이 바람직하다. At this time, included in the physical distance d 2 and the second
이어, 도래각 추정장치(800)는 제1 추정 도래각과 제2 추정 도래각을 통해 도출된 도래각 조합에서 각도 값이 일치하는 하나의 도래각을 도출하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 실제 도래각으로 도출하게 된다(S910).Next, the angle of
즉, 도래각 추정장치(800)는 예를 들어 제1 안테나 소자 쌍(400, 404)에서 추정된 제1 추정 도래각이 도 5에서 보여지는 바와 같이, 90도, 49도, 30도, 14도, 0도, -14도, -30도, -49도, -90도 이고, 제2 안테나 소자 쌍(400, 402)에서 추정된 제2 추정 도래각이 도 6에서 보여지는 바와 같이, 30도, -19도 인 경우 두 안테나 소자 쌍에서 추정된 도래각의 조합에서 서로 일치하는 30도의 도래각을 단말이 위치한 방향에 대한 실제 도래각으로 도출하게 된다.That is, the angle-of-
이상에서 설명한 바와 같이 즉, 도래각 변화에 따른 위상차이의 변화는 안테나 소자간의 거리가 멀어질수록 심해지며, 이는 위상차이에서 잡음 등으로 인한 오차가 발생하더라도 추정되는 도래각의 편차가 작아져 정확한 각도 추정이 가능함을 의미한다. 따라서, 수신신호의 전계 크기 비교를 통해 도래각을 추정하는 방식에 비해 도래각 각도 추정의 정확도를 높일 수 있다.As described above, that is, the change in the phase difference according to the change in the angle of arrival becomes more severe as the distance between the antenna elements increases. This is because the deviation of the estimated angle of arrival becomes small even if an error occurs due to noise, etc. in the phase difference. This means that angle estimation is possible. Accordingly, the accuracy of estimating the angle of arrival can be improved compared to the method of estimating the angle of arrival by comparing the magnitude of the electric field of the received signal.
다음으로, 이하에서는 위와 같은 2가지 방식 중 제안방식 2로서, 안테나 빔이 구면파인 것을 가정하는 경우 안테나 수신 신호 위상 차이를 이용한 안테나 신호의 도래각을 추정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.Next, a method of estimating an angle of arrival of an antenna signal using a phase difference of an antenna reception signal when it is assumed that the antenna beam is a spherical wave as proposed
일반적으로 전자기파는 근거리에서는 실제로 평면 형태의 동위상면이 아닌, 도 2에서와 같이 구면 형태의 동위상면을 형성하게 된다.In general, electromagnetic waves form a spherical in-phase plane as shown in FIG. 2 , rather than a planar in-phase plane actually in a short distance.
이러한 구면 형태의 동위상면을 가지는 구면파에 대해서 안테나빔을 송신한 기지국 또는 단말의 도래각을 추정하기 위해서는 쌍곡선 방정식을 산출하는 것이 필요하다. In order to estimate the angle of arrival of a base station or a terminal that has transmitted an antenna beam with respect to a spherical wave having an in-phase plane of a spherical shape, it is necessary to calculate a hyperbolic equation.
도 10은 안테나 소자간 거리가 4파장인 경우, 경로의 차이가 0파장(위상차이 0), 1파장(위상차이 360도), 2파장(위상차이 720도), 3파장(위상차이 1080도)인 경우의 쌍곡선 궤적을 예시한 도면이다.10 shows that when the distance between antenna elements is 4 wavelengths, the path difference is 0 wavelength (phase difference 0), 1 wavelength (phase difference 360 degrees), 2 wavelengths (phase difference 720 degrees), 3 wavelengths (phase difference 1080 degrees) ) is a diagram illustrating a hyperbolic trajectory in the case of
도 11은 안테나 소자간 거리가 4파장이고, 도래각이 30도인 경우, 제안방식1(평면파를 가정한 경우)과 제안방식2(구면파를 가정한 경우)에 따른 추정 도래각의 차이를 예시한 도면이다.11 illustrates the difference between the estimated angles of arrival according to the proposed method 1 (assuming a plane wave) and the proposed method 2 (assuming a spherical wave) when the distance between antenna elements is 4 wavelengths and the angle of arrival is 30 degrees. It is a drawing.
위 도 10을 참조하면, 쌍곡선은 두 정점(-k, 0), (k, 0)으로부터의 거리차이 (2a, k>a>0)가 일정한 점의 궤적을 말하는 것으로, 아래의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 10 above, a hyperbola refers to a trajectory of a point in which the distance difference (2a, k>a>0) from two vertices (-k, 0) and (k, 0) is constant, and the following [Equation 5] can be expressed as
또한, 이러한 쌍곡선은 원점에서부터 멀어질수록, 즉 그래프상 x, y의 절대값이 커질수록 일정한 기울기를 갖는 직선인 점근선(1000)에 수렴하게 되며, 이때, 쌍곡선(1002)에서의 점근선 방정식은 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the hyperbola converges to the
이때, 위 [수학식 6]과 같이 산출되는 점근선(1000)이 앞서 설명한 제안방식 1을 통해 도출된 단말(200)의 추정 도래각을 기울기로 갖는 직선이 될 수 있다. 이에 따라, 제안방식 1의 추정 도래각과 점근선 방정식과의 관계는 아래 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the
이때, 도 10과 도 11에서와 같이, 안테나면을 y=0에 형성하고, y>0 방향으로 송수신한다면, y<0에 해당하는 영역은 추정 영역에서 배제될 수 있다.At this time, as shown in FIGS. 10 and 11 , if the antenna plane is formed at y=0 and transmits and receives in the y>0 direction, the region corresponding to y<0 may be excluded from the estimation region.
제안방식 1을 통해 도출된 도래각이 음수인 경우 점근선은 이 되고, 양수인 경우 점근선은 이 될 수 있다.If the angle of arrival derived through
위상차이가 일정한 위치의 궤적은 제안방식 1을 이용하는 경우, 도 11에서 보여지는 바와 같이 점근선(1000) 상에 위치하여 도래각이 동일하나, 실제 전자기파의 동위상이 구면파 형태로 형성되므로, 동일한 위상 차이를 갖는 쌍곡선(1002)상에 위치하며, 이 경우 기지국과 단말 간의 거리에 따라 도래각이 달라진다. When Proposed
따라서, 쌍곡선 방정식과 기지국과 단말 간의 거리 정보를 활용하면 보다 정확한 도래각 추정이 가능하다.Accordingly, by using the hyperbolic equation and distance information between the base station and the terminal, it is possible to more accurately estimate the angle of arrival.
이때, 기지국과 단말간 거리를 추정함에 있어서, 이동통신시스템의 경우, 앞서 언급한 바와 같이 동기화를 위해 단말에서 RACH 프리앰블 또는 사운딩 레퍼런스 신호를 송신한다. 이와 같은 신호의 송신 시 획득되는 정보 가운데 하나가 각 단말별로 송신된 상향링크 신호가 기지국 수신단에서 동시에 수신하기 위해 타이밍 어드번스(Timing Advance)(단말과 기지국간의 거리를 고려하여 단말에서의 송신시점을 제어)에 활용되는 전파 지연(Propagation Delay) 정보이다. 즉, 단말로부터 기지국까지 전파가 전달되는데 소요되는 시간이다. 이러한 전파 지연 정보를 활용하면 기지국과 단말 간의 거리를 추정할 수 있다. 기지국과 단말 간의 거리가 R이고 전파의 속도(빛의 속도) C, 추정된 전파 지연이 δt라고 하면, 기지국과 단말간 거리는 아래의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.In this case, in estimating the distance between the base station and the terminal, in the case of a mobile communication system, as described above, the terminal transmits a RACH preamble or a sounding reference signal for synchronization. One of the information acquired during the transmission of such a signal is a timing advance (Timing Advance) (a transmission time point in the terminal considering the distance between the terminal and the base station) so that the uplink signal transmitted for each terminal is simultaneously received by the base station receiving end. It is propagation delay information used for control). That is, it is the time required for radio waves to be transmitted from the terminal to the base station. Using this propagation delay information, the distance between the base station and the terminal can be estimated. If the distance between the base station and the terminal is R, the speed of propagation (the speed of light) C, and the estimated propagation delay is δt, the distance between the base station and the terminal can be expressed as [Equation 8] below.
즉, 도 11에서 보여지는 바와 같이, 제안방식 1에서 도출된 점근선(1000)의 기울기와 사전에 알려진 안테나 소자 간 거리를 이용하면 모호성이 제거된 상태에서 동일한 위상 차이를 갖는 위치의 궤적인 쌍곡선(1002) 방정식을 도출할 수 있다. 이어, 전파 지연을 활용한 단말과 기지국간 거리를 통해 원(1004) 방정식을 도출하면 기지국 입장에서의 단말의 상대적 위치 또는 단말 입장에서 기지국의 상대적 위치를 추정할 수 있다. 이때, 상대적 위치는 기지국 좌표계에서 단말의 위치 좌표(또는 단말 좌표계에서 기지국의 위치 좌표)를 의미하며 이를 통해 도래각을 구할 수 있다.That is, as shown in FIG. 11, if the slope of the
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 신호 도래각 추정장치의 상세 블록 구성을 도시한 것으로, 안테나 소자(400, 402, 404), 위상 검출부(810, 812, 814), 평면파 도래각 추정부(820), 구면파 도래각 추정부(830), 거리 도출부(850) 등을 포함할 수 있다.12 is a detailed block diagram of an apparatus for estimating the angle of arrival of an antenna signal according to another embodiment of the present invention, wherein the
이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 안테나 신호 도래각 추정장치(900)의 각 구성요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of each component of the antenna signal arrival
먼저, 안테나 소자(400, 402, 404)는 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신한다. 이때, 안테나 소자(400, 402, 404)는 단말(200)로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 RACH 프리앰블(Preamble) 또는 사운딩 레퍼런스 신호(sounding reference signal) 등을 수신할 수 있으며, 기지국으로부터 전송되는 안테나빔을 수신하는 경우, 안테나빔을 통해 송신되는 레퍼런스 신호(reference signal) 등을 수신할 수 있다.First, the
위상 검출부(810, 812, 814)는 각 안테나 소자별 수신된 안테나 수신신호의 위상을 검출한다. 이때, 위상 검출부(810, 812, 814)는 각각의 안테나 소자(400, 402, 404)에 연결되어 안테나 소자(400, 402, 404)로 수신되는 안테나 수신신호의 위상을 검출한다. The
거리 도출부(850)는 단말(200)로부터 송신된 전파에 대한 전파 지연을 측정하여 기지국과 단말간 거리를 도출한다. 즉, 거리 도출부(850)는 예를 들어 기지국과 단말간 거리가 R이고 전파의 속도(빛의 속도) C, 측정된 전파 지연이 δt라고 하는 경우, 이와 같이 측정된 전파 지연을 이용하여 위 [수학식 8]을 이용하여 기지국과 단말간 거리를 도출할 수 있다.The
평면파 도래각 추정부(830)는 제안방식1에서 설명한 바와 같이 평면파를 가정한 상태에서 위상 검출부(810, 812, 814)로부터 검출되는 안테나 소자별 위상 정보를 이용하여 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 도출된 위상 차이를 이용하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 도래각을 추정한다. The plane wave
구면파 도래각 추정부(830)는 사전에 알려진 안테나 소자(400, 402, 404)간 이격거리(2k)와 제안방식1을 통해 도출된 단말(200)의 도래각 정보를 이용하여 쌍곡선(1002) 방정식의 a, b값을 산출한다. 이에 따라 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선(1002) 방정식을 산출할 수 있다.The spherical wave angle of
또한, 구면파 도래각 추정부(830)는 거리 도출부(850)로부터 도출된 기지국과 단말간 거리 정보와 위와 같이 산출된 쌍곡선 방정식을 이용하여 구면파를 가정한 상태에서 기지국 입장에서의 단말의 도래각을 추정하게 되며, 또한 이와 같이 추정된 도래각 정보와 거리 정보를 통해 단말(200)의 위치를 추정하게 된다.In addition, the spherical wave arrival
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 신호 도래각 추정장치(900)에서 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation control flow for estimating the angle of arrival of an antenna signal under the assumption of a spherical wave in the
먼저, 도래각 추정장치(900)는 제안방식1에서 설명한 바와 같이 평면파를 가정한 상태에서 위상 검출부(810, 812, 814)로부터 검출되는 안테나 소자별 위상 정보를 이용하여 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 도출된 위상 차이를 이용하여 단말(200)이 위치한 방향에 대한 도래각을 추정한다(S1300). 이때, 평면파를 가정한 상태에서 도래각 추정방법에 대해서는 앞서서 도 9을 참조하여 자세히 설명한 바 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.First, the angle of
이어, 도래각 추정장치(900)는 사전에 알려진 안테나 소자간 이격거리(2k)와 제안방식1을 통해 도출된 단말(200)의 도래각 정보를 이용하여 쌍곡선(1002) 방정식의 a, b값을 산출한다(S1302). 이에 따라 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선(1002) 방정식을 산출할 수 있다.Next, the
이어, 도래각 추정장치(900)는 거리 도출부(850)를 통해 단말(200)로부터 송신된 전파에 대한 전파 지연을 측정하여 기지국과 단말간 거리를 도출한다(S1304). 이때, 거리 도출부(850)에서는 예를 들어 기지국과 단말간 거리가 R이고 전파의 속도(빛의 속도) C, 측정된 전파 지연이 δt라고 하는 경우, 이와 같이 측정된 전파 지연을 이용하여 위 [수학식 8]을 이용하여 기지국과 단말간 거리를 도출할 수 있다.Next, the angle-of-
이어, 도래각 추정장치(900)는 거리 도출부(850)를 통해 도출된 기지국과 단말간 거리 정보와 위와 같이 산출된 쌍곡선 방정식을 이용하여 구면파를 가정한 상태에서 기지국 입장에서의 단말(200)의 도래각을 추정하게 되며, 또한 이와 같이 추정된 도래각 정보와 거리 정보를 통해 단말(200)의 위치를 추정하게 된다(S1306).Next, the angle-of-
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고주파 대역 기반 무선통신에서의 도래각 추정에 있어서, 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 평면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 추정하고, 추정된 도래각과 안테나 소자간 이격 거리를 이용하여 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내는 쌍곡선 방정식을 산출한 후, 쌍곡선 방정식과 기지국 또는 단말까지의 거리 정보를 조합하여 구면파를 가정한 상태에서의 안테나 신호의 도래각을 보다 정확히 추정함으로써 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성할 수 있도록 한다.As described above, according to the present invention, in estimating the angle of arrival in high-frequency band-based wireless communication, the angle of arrival of the antenna signal is estimated using the phase difference for each antenna element, assuming a plane wave, and the estimated arrival angle is estimated. After calculating the hyperbolic equation representing the locus of the same phase difference for each antenna element using the separation distance between the angle and the antenna element, the arrival of the antenna signal under the assumption of a spherical wave by combining the hyperbolic equation and distance information to the base station or terminal By estimating the angle more accurately, it is possible to generate an optimal radio link between the base station and the terminal.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 기지국 입장에서 단말에 대한 도래각을 추정하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 단말 입장에서 기지국의 도래각을 추정하는 경우에도 동일하게 적용이 가능하다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. That is, in the embodiment of the present invention, estimating the angle of arrival with respect to the terminal from the viewpoint of the base station has been described as an example for convenience of description, but the same can be applied to the case of estimating the angle of arrival of the base station from the viewpoint of the terminal. Therefore, the scope of the invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the claims.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 5G와 같은 고주파 대역 이동통신 시스템에서 기지국과 단말간 최적의 무선 링크를 생성/유지할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to create/maintain an optimal radio link between a base station and a terminal in a high-frequency band mobile communication system such as 5G.
400 : 안테나 소자 810 : 위상 검출부
820 : 평면파 도래각 추정부 830 : 구면파 도래각 추정부
850 : 거리 도출부400: antenna element 810: phase detection unit
820: plane wave arrival angle estimation unit 830: spherical wave arrival angle estimation unit
850: distance derivation unit
Claims (6)
상기 액티브 안테나 시스템의 송신 장치로부터 송신되는 근전계 패턴의 안테나 신호를 수신하되, 적어도 일부가 송수신 기능을 수행하지 않을 수 있는 복수의 안테나 소자와,
각각의 안테나 소자에서 수신되는 각각의 안테나 신호의 위상을 검출하는 위상 검출부와,
상기 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호의 제1 도래각을 추정하는 평면파 도래각 추정부와,
전파지연 측정을 통해 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치까지의 거리를 도출하는 거리 도출부와,
상기 평면파 도래각 추정부에서 추정된 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내며, 상기 추정된 제1 도래각의 크기를 점근선의 기울기로 한 쌍곡선 방정식을 산출하고, 상기 쌍곡선 방정식과 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치까지의 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 구면파 도래각 추정부를 포함하며,
상기 평면파 도래각 추정부는,
2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정한 후, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대한 적어도 하나 이상의 추정 도래각들을 도출한 후, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 제1 도래각으로 추정하는 것을 특징으로 하는
안테나 신호 도래각 추정장치.An antenna signal arrival angle estimation apparatus for receiving an antenna pattern in an active antenna system, the apparatus comprising:
A plurality of antenna elements that receive the antenna signal of the near field pattern transmitted from the transmitting device of the active antenna system, at least some of which may not perform a transmission/reception function;
a phase detector for detecting the phase of each antenna signal received from each antenna element;
a plane wave angle of arrival estimator for estimating a first angle of arrival of the antenna signal using the phase difference for each antenna element;
a distance derivation unit for deriving a distance from the antenna signal arrival angle estimator to the transmitter through propagation delay measurement;
Using the first angle of arrival estimated by the plane wave angle of arrival estimator and the separation distance between the antenna elements, the trajectory of the same phase difference for each antenna element is indicated, and the magnitude of the estimated first angle of arrival is a hyperbola with the slope of an asymptote. a spherical wave angle of arrival estimator for calculating an equation and estimating a second angle of arrival of the antenna signal using the hyperbolic equation and the distance from the antenna signal angle of arrival estimator to the transmitter;
The plane wave arrival angle estimation unit,
After setting a plurality of antenna element pairs composed of two antenna elements, a phase difference for each antenna element pair is derived using the detected phase information for each antenna element, and a phase difference derived for each antenna element pair is used. After deriving at least one or more estimated angles of arrival with respect to the antenna signal, estimated angles of arrival having identical angular values among the estimated angles of arrival are estimated as the first angle of arrival
Antenna signal angle of arrival estimation device.
상기 제1 도래각은 상기 안테나 신호가 평면파인 것을 가정하여 추정되며, 상기 제2 도래각은 상기 안테나 신호가 구면파인 것을 가정하여 추정되는 것을 특징으로 하는
안테나 신호 도래각 추정장치.The method of claim 1,
The first angle of arrival is estimated assuming that the antenna signal is a plane wave, and the second angle of arrival is estimated assuming that the antenna signal is a spherical wave.
Antenna signal angle of arrival estimation device.
적어도 일부가 송수신 기능을 수행하지 않을 수 있는 복수의 안테나 소자에서 상기 액티브 안테나 시스템의 송신 장치로부터 송신되는 근전계 패턴의 안테나 신호를 수신하는 단계와,
각각의 안테나 소자에서 수신되는 각각의 안테나 신호의 위상을 검출하는 단계와,
상기 안테나 소자별 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호의 제1 도래각을 추정하는 단계와,
전파지연 측정을 통해 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치까지의 거리를 도출하는 단계와,
상기 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내며, 상기 추정된 제1 도래각의 크기를 점근선의 기울기로 한 쌍곡선 방정식을 산출하는 단계와,
상기 쌍곡선 방정식과 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치 까지의 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 단계를 포함하며,
상기 제1 도래각을 추정하는 단계는,
2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정한 후, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대한 적어도 하나 이상의 추정 도래각들을 도출한 후, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 제1 도래각으로 추정하는 것을 특징으로 하는
안테나 신호 도래각 추정방법.A method for estimating the angle of arrival of an antenna signal performed by an antenna signal angle of arrival estimator for receiving an antenna pattern in an active antenna system, the method comprising:
Receiving an antenna signal of a near-field pattern transmitted from a transmitting device of the active antenna system in a plurality of antenna elements, at least some of which may not perform a transmission/reception function;
detecting the phase of each antenna signal received at each antenna element;
estimating a first angle of arrival of the antenna signal using the phase difference for each antenna element;
deriving a distance from the antenna signal arrival angle estimation device to the transmitting device through propagation delay measurement;
Calculating a hyperbolic equation in which the first angle of arrival and the separation distance between the antenna elements are used to represent the locus of the same phase difference for each antenna element, and the magnitude of the estimated first angle of arrival is the slope of an asymptote;
estimating the second angle of arrival of the antenna signal using the hyperbolic equation and the distance from the antenna signal angle of arrival estimator to the transmitter;
estimating the first angle of arrival,
After setting a plurality of antenna element pairs composed of two antenna elements, a phase difference for each antenna element pair is derived using the detected phase information for each antenna element, and a phase difference derived for each antenna element pair is used. After deriving at least one or more estimated angles of arrival with respect to the antenna signal, estimated angles of arrival having identical angular values among the estimated angles of arrival are estimated as the first angle of arrival
Antenna signal arrival angle estimation method.
상기 액티브 안테나 시스템의 송신 장치로부터 송신되는 근전계 패턴의 안테나 신호를 수신하되, 적어도 일부가 송수신 기능을 수행하지 않을 수 있는 복수의 안테나 소자와,
각각의 안테나 소자에서 수신되는 각각의 안테나 신호의 위상을 검출하는 위상 검출부와,
2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정한 후, 상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하고, 각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대해 적어도 하나 이상의 추정 도래각들을 도출한 후, 상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 안테나 신호의 제1 도래각으로 추정하고, 상기 추정된 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내며, 상기 추정된 제1 도래각의 크기를 점근선의 기울기로 한 쌍곡선 방정식을 산출하고, 상기 쌍곡선 방정식과 전파지연 측정을 통해 도출된 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치까지의 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 도래각 추정부
를 포함하는 안테나 신호 도래각 추정장치.An antenna signal arrival angle estimation apparatus for receiving an antenna pattern in an active antenna system, the apparatus comprising:
A plurality of antenna elements that receive the antenna signal of the near field pattern transmitted from the transmitting device of the active antenna system, at least some of which may not perform a transmission/reception function;
a phase detector for detecting the phase of each antenna signal received from each antenna element;
After setting a plurality of antenna element pairs composed of two antenna elements, a phase difference for each antenna element pair is derived using the detected phase information for each antenna element, and a phase difference derived for each antenna element pair is used. After deriving at least one or more estimated angles of arrival with respect to the antenna signal, an estimated angle of arrival having the same angle values among the estimated angles of arrival is estimated as a first angle of arrival of the antenna signal, and the estimated first angle of arrival The locus of the same phase difference for each antenna element is expressed using the distance between the angle and the antenna element, and a hyperbola equation is calculated in which the estimated first angle of arrival is the slope of the asymptote, and the hyperbola equation and propagation delay are measured. An angle of arrival estimator for estimating a second angle of arrival of the antenna signal using the distance from the apparatus for estimating the angle of arrival of the antenna signal derived through
Antenna signal arrival angle estimation device comprising a.
적어도 일부가 송수신 기능을 수행하지 않을 수 있는 복수의 안테나 소자에서 상기 액티브 안테나 시스템의 송신 장치로부터 송신되는 근전계 패턴의 안테나 신호를 수신하는 단계와,
각각의 안테나 소자에서 수신되는 각각의 안테나 신호의 위상을 검출하는 단계와,
2개의 안테나 소자로 구성되는 복수의 안테나 소자 쌍을 설정하는 단계와,
상기 안테나 소자별 검출된 위상 정보를 이용하여 상기 안테나 소자 쌍별 위상 차이를 도출하는 단계와,
각각의 안테나 소자 쌍별 도출된 위상 차이를 이용하여 상기 안테나 신호에 대한 적어도 하나 이상의 추정 도래각들을 도출하는 단계와,
상기 추정 도래각들 중 각도 값이 서로 일치하는 추정 도래각을 상기 안테나 신호의 제1 도래각으로 추정하는 단계와,
상기 추정된 제1 도래각과 상기 안테나 소자간 이격거리를 이용하여 상기 안테나 소자별 동일한 위상차이의 궤적을 나타내며, 상기 추정된 제1 도래각의 크기를 점근선의 기울기로 한 쌍곡선 방정식을 산출하고, 상기 쌍곡선 방정식과 전파지연 측정을 통해 도출된 상기 안테나 신호 도래각 추정장치로부터 상기 송신 장치까지의 거리를 이용하여 상기 안테나 신호의 제2 도래각을 추정하는 단계
를 포함하는 안테나 신호 도래각 추정방법.A method for estimating the angle of arrival of an antenna signal performed by an antenna signal angle of arrival estimator for receiving an antenna pattern in an active antenna system, the method comprising:
Receiving an antenna signal of a near-field pattern transmitted from a transmitting device of the active antenna system in a plurality of antenna elements, at least some of which may not perform a transmission/reception function;
detecting the phase of each antenna signal received at each antenna element;
Setting up a plurality of antenna element pairs consisting of two antenna elements;
deriving a phase difference for each pair of antenna elements using the detected phase information for each antenna element;
deriving at least one estimated angle of arrival for the antenna signal by using the phase difference derived for each pair of antenna elements;
estimating, as a first angle of arrival of the antenna signal, an estimated angle of arrival having the same angle values among the estimated angles of arrival;
Using the estimated first angle of arrival and the separation distance between the antenna elements, a locus of the same phase difference for each antenna element is represented, and a hyperbolic equation is calculated in which the estimated first angle of arrival is the slope of an asymptote, and estimating the second angle of arrival of the antenna signal using a distance from the apparatus for estimating the angle of arrival of the antenna signal derived through a hyperbolic equation and measurement of propagation delay to the transmitter
Antenna signal arrival angle estimation method comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150116863A KR102281781B1 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150116863A KR102281781B1 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170022184A KR20170022184A (en) | 2017-03-02 |
KR102281781B1 true KR102281781B1 (en) | 2021-07-26 |
Family
ID=58426793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150116863A KR102281781B1 (en) | 2015-08-19 | 2015-08-19 | Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102281781B1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11353538B2 (en) * | 2018-06-20 | 2022-06-07 | Denso International America, Inc. | Circular polarized quadrifilar helix antennas electronics |
KR102142883B1 (en) | 2018-08-27 | 2020-08-10 | 한국과학기술연구원 | Assembly monitoring system available for ict based interaction |
KR102161449B1 (en) * | 2018-11-27 | 2020-10-06 | 성균관대학교 산학협력단 | Method and apparatus for for estimating location based on array antenna |
KR20220102935A (en) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for calibrating antennas in a wireless communication system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008008780A (en) | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Univ Of Electro-Communications | Position estimation system and position estimation method |
KR100902559B1 (en) * | 2008-10-30 | 2009-06-11 | 국방과학연구소 | Radar interferometer and method of target position estimation using the same |
JP2010286402A (en) | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Toshiba Corp | Apparatus and method for estimating radio wave arrival angle |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102029102B1 (en) | 2012-11-19 | 2019-11-11 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for selecting beam direction in beamforming system |
-
2015
- 2015-08-19 KR KR1020150116863A patent/KR102281781B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008008780A (en) | 2006-06-29 | 2008-01-17 | Univ Of Electro-Communications | Position estimation system and position estimation method |
KR100902559B1 (en) * | 2008-10-30 | 2009-06-11 | 국방과학연구소 | Radar interferometer and method of target position estimation using the same |
JP2010286402A (en) | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Toshiba Corp | Apparatus and method for estimating radio wave arrival angle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20170022184A (en) | 2017-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102168183B1 (en) | Apparatus for generating beam to trace location of terminal and method for estimating angle of arrival of the terminal | |
Sun et al. | Synthesizing omnidirectional antenna patterns, received power and path loss from directional antennas for 5G millimeter-wave communications | |
US9716979B2 (en) | System and method for locating nodes within a wireless network | |
CN115812159A (en) | Determining a location of a user equipment by using an adaptive phase change device | |
US10405360B2 (en) | Method and equipment for establishing millimetre connection | |
US9176222B2 (en) | Method and a device for locating at least one obstacle in a communications network, a corresponding computer program | |
KR102281781B1 (en) | Apparatus and method for estimating angle of arrival of antenna signal | |
CN109477885B (en) | Radar detection using pilot signals | |
US7433322B1 (en) | Method and system for measuring the time-of-flight of a radio signal | |
US20230288517A1 (en) | Apparatus and Methods for Determining Line of Sight (LOS) from Intensity Measurements | |
Kelner et al. | Modeling power angle spectrum and antenna pattern directions in multipath propagation environment | |
EP2887562A1 (en) | Method to establish mm-wave links with adaptive antennas | |
US11218211B2 (en) | Iterative beam training method for accessing a mm-wave network | |
Majed et al. | Propagation path loss modeling and outdoor coverage measurements review in millimeter wave bands for 5G cellular communications | |
KR102073655B1 (en) | Communication method for optimiziing beam width and selecting a target base station, and terminal and base station performing the communication mehtod thereof | |
Haider et al. | itrack: Tracking indicator leds on aps to bootstrap mmwave beam acquisition and steering | |
Mahfoudi et al. | Joint range extension and localization for low‐power wide‐area network | |
KR102161449B1 (en) | Method and apparatus for for estimating location based on array antenna | |
Kim et al. | Development of link context-aware millimeterwave beam switching system using depth-sensor | |
Al Mallak et al. | Characterising the Impact of Antenna Beamwidth on the Performance of Vehicle-to-Infrastructure (V2I) Millimetre Wave Communication | |
Аvdeyenko et al. | Efficiency of spatial signal processing in wireless communications | |
EP2982007B1 (en) | Radio antenna positioning | |
Lam et al. | The TOA-distribution of multipaths between an omni-directional transceiver and a mis-oriented directional transceiver | |
US11800372B2 (en) | Antenna array installation | |
KR20160114978A (en) | Apparatus and System for beam forming of array antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
GRNT | Written decision to grant |