KR102661028B1 - 안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들, 송신 회로, 수신 안테나 어레이, 수신 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사한다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환한다. 상기 수신 안테나 어레이는 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신한다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성한다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성한다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 RF 신호들이고, 상기 수신회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성한다.

Description

안테나 서브 어레이들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치 및 이의 동작 방법{MULTI-INPUT MULTI-OUTPUT RADAR DEVICE INCLUDING ANTENNA SUB-ARRAYS AND METHOD OF OPERATING THEREOF}
본 발명은 레이다 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하드웨어 복잡도 및 디지털 신호처리량을 감소시키는 다중입력 다중출력 레이다 장치에 관한 것이다.
레이다 장치가 자율 주행 시스템, 생체 정보 수집 시스템 및 스마트 보안 시스템 등의 분야에 활용됨에 따라 높은 성능을 발휘할 수 있는 레이다 장치에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 레이다 장치의 송수신기 모듈의 거리가 멀지 않을 때 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치는 높은 각 분해능(azimuth resolution)을 제공할 수 있어 다양한 분야에 활용 가능하다.
일반적으로 다중입력 다중출력 레이다 장치는 각 채널 별로 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter)(DAC) 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)(ADC)를 구비하여 전 디지털(full digital) 방식으로 구현된다. 이 경우 대상체의 위치에 관한 추정이 시야각 내의 모든 스캐닝(scanning) 각도들에 대하여 동시에 수행될 수 있다. 그러나 상기와 같은 다중입력 다중출력 레이다 장치가 고주파수 및 고분해능의 높은 성능으로 동작하는 경우 디지털 신호처리량 및 하드웨어 복잡도가 급격하게 증가하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 고주파수 및 고분해능의 높은 성능으로 동작하는 환경에서, 디지털 신호처리량을 감소시키고, 하드웨어 복잡도를 감소시키는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수), 송신 회로, 수신 안테나 어레이, 수신 회로 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환할 수 있다. 상기 수신 안테나 어레이는 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성할 수 있다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고, 상기 수신회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들이 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 어레이들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 하나의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 회로는 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함하고, 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들의 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 상기 디지털-아날로그 컨버터는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공할 수 있다. 상기 믹서는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 위상 천이기들은 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수), 송신 회로, 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들, 수신 회로 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환할 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 각각은 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성할 수 있다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 RF 신호들이고, 상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법에서, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에 의하여, 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들이 방사될 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에 의하여, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들이 수신될 수 있다. 수신 회로에 의하여, 상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이가 형성될 수 있다. 상기 수신 회로에 의하여, 상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행될 수 있다. 제어 회로에 의하여 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 각각에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 수신 회로에 포함되는 제1 수신부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 신호처리회로에서 형성되는 가상 수신 안테나 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출하기 위한 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 12, 도 13 및 도 14는 도 11의 시뮬레이션 조건 하에 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 도 1의 수신 회로에서 형성되는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치(10)는 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)를 포함할 수 있다.
송신 장치(100)는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 송신 회로(130)를 포함하고, 송신 회로(130)는 빔포밍 네트워크(135)를 포함할 수 있다. 수신 장치(300)는 수신 안테나 어레이(310) 및 수신 회로(330)를 포함하고, 수신 회로(335)는 신호처리회로(335)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 서로 다른 형태로 구성될 수 있고, 다른 실시예에서, 상기 복수의 안테나들이 유사한 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100)에서 안테나 서브 어레이들(또는 '하위 배열' 내지 '위상 하위 배열'로 지칭될 수 있다.)로 구성될 수 있고, 수신 장치(300)에서 단순한 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300) 모두에서 안테나 서브 어레이들로 구성될 수도 있다. 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100)에서만 안테나 서브 어레이들로 구성된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)에 대하여 도 1, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 8을 참조하여 기술하기로 하고, 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100) 및 수신 장치(300) 모두에서 안테나 서브 어레이들로 구성된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)에 대하여는 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)를 구성할 수 있고, 수신 장치(300) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 수신 안테나 어레이(310)를 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)는 하나의 기판 상에 구현될 수 있고, 상기 복수의 안테나들은 상기 기판 상의 미리 설정된 방향을 따라 미리 설정된 간격만큼 이격되어 일렬로 배치되도록 구현될 수 있다. 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 배치되는 구체적인 예들에 대하여 도 6, 도 8 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
제어 회로(500)는 송신 회로(130)로 입력 디지털 신호(IS)를 제공하고, 수신 회로(330)로부터 출력 디지털 신호(OS)를 제공받을 수 있다. 제어 회로(500)는 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각으로 제1 제어 신호(CTL1) 및 제2 제어 신호(CTL2)를 각각 제공할 수 있다.
송신 회로(130)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 입력 디지털 신호(IS)를아날로그 신호로 변환하여 제1 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제1 베이스밴드 신호들을 고주파 신호인 송신 신호들(TS)로 변환할 수 있다. 송신 회로(130)는 송신 신호들(TS)을 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 빔포밍 네트워크(135)에서 생성될 수 있다. 빔포밍 네트워크(135)는 복수의 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 제어 회로(500)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 상기 복수의 빔포밍부들의 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.
송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 송신 신호들(TS)을 대상체를 향해 방사할 수 있다. 수신 안테나 어레이(310)는 송신 신호들(TS)에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들(RS)을 수신할 수 있다.
수신 회로(330)는 제2 제어 신호(CTL2)에 기초하여 반사 신호들(RS)을 변환하여 제2 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들을 디지털 신호인 출력 디지털 신호(OS)로 변환할 수 있다. 수신 회로(330)는 출력 디지털 신호(OS)를 제어 회로(500)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들일 수 있고, 수신 회로(330)는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다. 수신 회로(330)는 상기 가상 수신 안테나 어레이에 기초하여 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가상 수신 안테나 어레이 및 상기 디지털 빔 패턴은 수신 회로(330)에 포함되는 신호처리회로(335)가 송신 신호들(TS)이 서로 직교하는 성질을 이용하여 상기 제2 베이스밴드 신호들로부터 서로 직교하는 신호 성분들을 분리하여 상기 가상 수신 안테나 어레이 및 상기 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 수신 회로(330)는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)(또는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 포함되는 안테나 서브 어레이들)가 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 각각 포함되는 아날로그-디지털 변환기들(analog-to-digital converter)(ADC) 및 디지털-아날로그 변환기들(digital-to-analog converter)(DAC)은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 포함되는 안테나들보다 적은 수로 구현될 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서, 기판들(700a 및 700b)의 각각에 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 배치되는 예가 도시된다. 제1 및 제2 방향들(D1 및 D2)은 기판들(700a 및 700b)의 상면에 평행하고 서로 수직으로 교차하는 방향들을 나타내고, 제3 방향(D3)은 상기 상면에 수직인 방향을 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, 기판(700a) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 어레이(310a)가 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 어레이(310a)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제1 방향(D1)으로 연장되는 가상의 라인(VL1)을 중심으로 평행하게 대칭을 이루는 가상의 제1 및 제2 라인들(PL1 및 PL2) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판(700b) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 어레이(310b)가 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 어레이(310b)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제2 방향(D2)으로 연장되는 가상의 라인(VL2)에 수직인 가상의 제3 라인(PL3) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트들(110a 및 110b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 해당할 수 있고, 수신 안테나 어레이들(310a 및 310b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 수신 안테나 어레이(310)에 해당할 수 있다. 도 9 등을 참조하여 후술하는 바와 같이 상기 복수의 안테나들이 수신 장치에서 안테나 서브 어레이들로 구성되는 경우, 수신 안테나 어레이들(310a 및 310b)이 배치되는 위치에 수신 안테나 서브 어레이 세트가 배치될 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 예들이 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이가 상기 기판 상에 배치되는 형태를 한정하는 것은 아니므로, 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이의 각각에 포함되는 복수의 안테나들이 제1 방향(D1)을 따라 배치되는 한, 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이 사이의 상대적인 위치는 변경하여 실시될 수 있다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 각각에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)(111, 113 및 115)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각은 기판 상에서 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)을 포함할 수 있고, 제2 송신 안테나 서브 어레이(113)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA21, TA22, TA23 및 TA2M)을 포함할 수 있고, 제P 송신 안테나 서브 어레이(115)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)을 포함할 수 있다.
수신 안테나 어레이(310)는 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)과 이격되어 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제1 간격만큼 이격될 수 있고, 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격에 대하여 도 6 및 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
도 4는 도 1의 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4에서, 도 3의 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M), 및 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)과 전기적으로 연결되는 제1 빔포밍부(135-1)가 도시된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 빔포밍부(135-1)는 디지털-아날로그 컨버터(183), 믹서(181) 및 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)을 포함할 수 있다.
디지털-아날로그 컨버터(183)는 입력 디지털 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 생성하고, 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 믹서(181)로 제공할 수 있다. 믹서(181)는 제1 베이스밴드 신호(BS1) 및 발진 신호(FLO1)에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 고주파 신호인 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각으로 제공할 수 있다.
제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)은 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각이 상기 RF 신호의 위상을 지연시키는 지연량은 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)에 의하여 송신되는 송신 신호들의 지향 방향에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 지연량은 도 1을 참조하여 상술한 제1 제어 신호(CTL1)에 의하여 제어될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 4에서 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 상응하는 제1 빔포밍부(135-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(113 및 115)의 각각 또한 제1 빔포밍부(135-1)와 동일한 방식으로 제2 빔포밍부 내지 제P 빔포밍부와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 송신 회로는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들의 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다.
도 5는 도 1의 수신 회로에 포함되는 제1 수신부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5에서, 도 3의 수신안테나 어레이(310)에 포함되는 제1 수신 안테나(RA1) 및 제1 수신 안테나(RA1)와 전기적으로 연결되는 제1 수신부(330-1)가 도시된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 수신부(330-1)는 아날로그-디지털 컨버터(383) 및 믹서(381)를 포함할 수 있다.
믹서(381)는 제1 수신 안테나(RA1)로부터 수신되는 반사 신호 및 발진 신호(FLO2)에 기초하여 상기 반사 신호를 베이스밴드 신호로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호를 아날로그-디지털 컨버터(383)로 제공할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(383)는 상기 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도 5에서 제1 수신 안테나(RA1)에 상응하는 제1 수신부(330-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제Q 수신 안테나들(RA2 내지 RAQ)의 각각 또한 제1 수신부(330-1)와 동일한 방식으로 제2 수신부 내지 제Q 수신부와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 수신 회로는 제1 내지 제Q 수신 안테나들에 각각 상응한 제1 내지 제Q 수신부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제Q 수신부들의 각각은 아날로그-디지털 컨버터 및 믹서를 포함할 수 있다.
도 6은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6에서, 도 3의 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT11)만큼 이격되는 것으로 간주한다.
도 6을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 하기 [수학식 1]에 따라 결정되고, 상기 제2 간격은 하기 [수학식 2]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
DT12 = DT11 * M
상기 [수학식 1]에서, DT12는 상기 제1 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다.
[수학식 2]
DR1 = DT11 * M * P
상기 [수학식 2]에서, DR1은 상기 제2 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이고, P는 송신 안테나 서브 어레이들의 개수이다.
도 7은 도 1의 신호처리회로에서 형성되는 가상 수신 안테나 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7에서, 도 1을 참조하여 상술한 가상 수신 안테나 어레이가 포함하는 가상 수신 안테나들(VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1) 및 VRA(PxQ))이 배치되는 예가 도시된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가상 수신 안테나들(VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1) 및 VRA(PxQ)) 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나들(예를 들어, VRA1 및 VRA2)은 제3 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 도 6의 상기 제1 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 하기 [수학식 3]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 3]
DV = DT11 * M
상기 [수학식 1]에서, DV는 상기 제3 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다.
도 8은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8에서, 도 3의 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT11)만큼 이격되는 것으로 간주한다.
도 8을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제4 간격만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제4 간격과 다른 제5 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제4 간격은 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제5 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제4 간격은 하기 [수학식 4]에 따라 결정되고, 상기 제5 간격은 하기 [수학식 5]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 4]
DT22 = DT11 * M * Q
상기 [수학식 4]에서, DT22는 상기 제4 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신안테나들의 개수이고, Q는 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들의 개수이다.
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[수학식 5]
DR2 = DT11 * M
상기 [수학식 5]에서, DR2는 상기 제5 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다.
도 8에 도시된 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 포함되는 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)과 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 도 6에 도시된 실시예와 서로 다른 이격 간격을 가졌음에도 불구하고, 도 8의 실시예에 의하여 생성되는 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이는 도 7에 도시된 형태와 동일할 수 있다. 따라서 도 8에 도시된 실시예에 따라 형성되는 가상 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나들은 도 7의 상기 제3 간격만큼 이격될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9에 도시된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)는 도 1에 도시된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)와 비교하여, 송신 장치(100)뿐만 아니라 수신 장치(300a)에 포함되는 복수의 안테나들 또한 안테나 서브 어레이들로 구성된다. 이하에서 도 1에 도시된 구성요소들과 동일한 참조 부호를 가지는 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)는 송신 장치(100), 수신 장치(300a) 및 제어 회로(500)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100)는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 송신 회로(130)를 포함하고, 송신 회로(130)는 빔포밍 네트워크(135)를 포함할 수 있다. 수신 장치(300a)는 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a) 및 수신 회로(330)를 포함하고, 수신 회로(335)는 신호처리회로(335)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 내에 배치된 복수의 안테나들은 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)를 구성할 수 있고, 수신 장치(300a) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a)를 구성할 수 있다.
도 10은 도 9의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트가 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및TAPM), 및 수신 안테나 서브 어레이 세트가 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 제1 내지 제N 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13, RA1N, RA21, RA22, RA23, RA2N, RAQ1, RAQ2, RAQ3 및 RAQN)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다.
제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT31)만큼 이격되고, 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 수신 안테나들 중 인접한 수신 안테나들(예를 들어, RA11과 RA12)은 미리 설정된 간격(DR31)만큼 이격되는 것으로 간주한다.
도 10을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제6 간격만큼 이격될 수 있다.
제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 311 및 313)에 각각 포함되는 제1 수신 안테나들(예를 들어, RA11 및 RA21)은 제1 방향(D1)으로 제7 간격만큼 이격될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제7 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 간격은 하기 [수학식 6]에 따라 결정되고, 상기 제7 간격은 하기 [수학식 7]에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 6]
DT32 = DT11 * M
상기 [수학식 6]에서, DT32는 상기 제6 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신안테나들의 개수이다.
[수학식 7]
DR32 = DT11 * M * P
상기 [수학식 7]에서, DR32는 상기 제7 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이고, P는 송신 안테나 서브 어레이들의 개수이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출하기 위한 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 제1 및 제2 대상체들(T1 및 T2)의 위치가 추정될 수 있다. 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 중심으로 하는 기준 방향(RD)이 설정될 수 있고, 일 실시예에서 기준 방향(RD)은 도 1 등을 참조하여 상술한 기판의 상면에 수직인 제3 방향(D3)일 수 있다.
제1 및 제2 대상체들(T1 및 T2)의 각각은 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)로부터 각각 10 m의 거리에 위치할 수 있고, 제1 대상체(T1)는 기준 방향(RD)을 중심으로 좌측으로 10.2 ㅀ 편향되어 위치할 수 있고, 제2 대상체(T2)는 기준 방향(RD)을 중심으로 우측으로 23.6 ㅀ 편향되어 위치할 수 있다.
상기와 같은 시뮬레이션 조건 하에서, 각각이 4 개의 송신 안테나들을 포함하는 4 개의 송신 안테나 서브 어레이들, 및 8 개의 수신 안테나들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션이 수행되었다.
도 12, 도 13 및 도 14는 도 11의 시뮬레이션 조건 하에 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12, 도 13 및 도 14에서, 동일한 시뮬레이션 조건 하에 종래 기술에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용한 시뮬레이션 결과가 함께 도시된다.
도 11, 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)는 기준 방향(RD)을 중심으로 하는 전방의 영역을 스캐닝(scanning)하여 대상체를 탐지하고, 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 탐지된 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다.
도 12는 상기스캐닝의 각도를 1 ㅀ로 설정한 경우를 나타내고, 도 13은 상기 스캐닝의 각도를 5 ㅀ로 설정한 경우를 나타내고, 도 14는 상기 스캐닝의 각도를 10 ㅀ로 설정한 경우를 나타낸다.
도 15의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 도 1의 수신 회로에서 형성되는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a)는 도 1을 참조하여 상술한 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타내고, 도 15의 (b)는 도 9를 참조하여 상술한 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸다.
상기 아날로그 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향이 약 5 ㅀ가량 차이를 보이는 경우, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과(도 15의 (a))에서 정규화 된 그레이팅 로브들의 신호 레벨은 약 -13 dB 정도를 나타내고, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과(도 15의 (b))에서 정규화 된 그레이팅 로브들의 신호 레벨은 약 -27 dB 정도를 나타낸다.
따라서 실제 환경에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치들(10 및 10a)을 이용하여 대상체를 탐지하는 경우 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 송신 안테나 서브 어레이 세트(또는 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 안테나 서브 어레이들)가 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 수신 회로가 형성하는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작이 상기 탐지 전에 미리 수행되어야 한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16을 참조하면, 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들이 방사될 수 있다(S100). 상기 S100 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에 의하여 수행될 수 있다.
상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들이 수신될 수 있다(S200). 상기 S200 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에 의하여 수행될 수 있다.
상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이가 형성될 수 있다(S300). 상기 S300 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 수신 회로에 의하여 수행될 수 있다.
상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행될 수 있다(S400). 상기S400 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 수신 회로에 의하여 수행될 수 있다.
상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정될 수 있다. 상기 S500 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 제어 회로에 의하여 수행될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다.
본 발명은 다중입력 다중출력 레이다 장치 및/또는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 이용한 레이다 시스템을 포함하는 다양한 통신 장치 및 시스템과 이를 포함하는 다양한 전자 장치 및 시스템에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 휴대폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC(personal computer), 노트북(laptop computer), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(digital camera), 휴대용 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, 사물 인터넷(internet of things; IoT) 기기, 만물 인터넷(internet of everything; IoE) 기기, 가상 현실(virtual reality; VR) 기기, 증강 현실(augmented reality; AR) 기기 등과 같은 다양한 전자 기기에 유용하게 이용될 수 있다.
특히, 본 발명은 5G 이통통신 시스템(예를 들어, 약 28 GHz, 40 GHz 등), 군용 레이더 및 통신 시스템(예를 들어, X band, Ku band, W band 등), 위성통신 시스템(예를 들어, Ka band 등), 자동차용 레이더(예를 들어, 자율주행 자동차)(예를 들어, 약 79 GHz 등), 무선 전력 전송(예를 들어, 약 5.8 GHz 등) 등에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수);
    제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
    상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
    제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
    상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
    상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
    상기 수신 회로는,
    상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
    상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  4. 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수);
    제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
    상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
    제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
    상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
    상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
    상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
    상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되며,
    상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고,
    상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  5. 각각이 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수);
    제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
    상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
    제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
    상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
    상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
    상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
    상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되며,
    상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 어레이들 전체의 개구의 크기와 같고,
    상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 하나의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 송신 회로는,
    상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함하고,
    상기 제1 내지 제P 빔포밍부들 각각은
    상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터;
    상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환하는 믹서; 및
    상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공하는 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고,
    상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  8. 각각이 기판 상의 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수);
    제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
    각각이 상기 기판 상에 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제N 수신 안테나들(N은 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수);
    제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
    상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 송신 신호들은 서로 직교하는RF(radio frequency) 신호들이고,
    상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들 중 서로 직교하는 신호들을 분리하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
    상기 수신 회로는,
    상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  9. 삭제
  10. 각각이 기판 상의 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수);
    제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
    각각이 상기 기판 상에 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제N 수신 안테나들(N은 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수);
    제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
    상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 송신 신호들은 서로 직교하는RF(radio frequency) 신호들이고,
    상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들 중 서로 직교하는 신호들을 분리하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
    상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
    상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고,
    상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.
  12. 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에서, 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들을 방사하는 단계;
    제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에서, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 단계;
    수신 회로에서, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하는 단계;
    상기 수신 회로에서, 상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 단계; 및
    제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 수신 회로는,
    상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법.
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