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[국내논문] 고속 추적 특성을 위한 디지털 역지향성 배열 안테나 시스템 설계와 특성 평가
System Design and Evaluation of Digital Retrodirective Array Antenna for High Speed Tracking Performance 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.38A no.8, 2013년, pp.623 - 628  

김소라 (충북대학교 전자공학과) ,  유흥균 (충북대학교 전자공학과)

초록
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역지향성 배열 안테나 시스템은 기존의 빔형성 기술들에 비하여 복잡도가 낮고 간단하여 시스템 동작 속도가 빠르다. 따라서 고속이동체 환경에서의 빔추적에 용이하다. 하지만 역지향성 배열 안테나는 다중경로 환경 또는 다중 사용자 신호에 따른 AOA(anle of arrival) 추정에 어려움이 있다. 이러한 AOA 추정의 불확실성을 개선 하기 위해 MUSIC 알고리즘과 결합한 디지털 역지향성 배열 안테나 시스템을 제안한다. 본 논문에서는 위상을 추정하는 디지털 PLL 하나를 통하여 위상을 찾는 디지털 역지향성 배열 안테나 시스템을 설계하며 시속 300Km/h의 속도의 이동체를 송수신 거리 100m일때, 원 경로를 따라 움직이는 환경에서의 역지향성 배열 안테나 시스템의 성능을 확인하였고, 다중경로 환경을 고려 하였을 때 시스템의 성능 또한 확인하였다. 고속 추적 모델에 따라AOA를 추적한 결과 10dB의 SNR에서는 오차크기의 평균이 $4.2^{\circ}$, SNR이 20dB인 경우에는 오차크기 평균이 $1.3^{\circ}$이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The retrodirective array antenna system is operated faster than existing techniques of beamforming due to its less complexity. Therefore, it is effective for beam tracking in the environment of fast vehicle. On the other hand, it also has difficulty in estimating AOA according to multipath environme...

주제어

#Beam forming   #Digital RDA   #Phase conjugation   #beam tracking   #hybrid beamforming  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 역지향성의 안테나의 트레킹 성능을 시뮬레이션으로 확인하였다. 잡음의 크기나 배열 안테나 개수에 따라 오차범위가 달라지긴 하지만, 안테나 8개일때 20dB의 SNR에서 AOA의 오류는 평균 1°로 확인하였다.
  • 본 논문은 고속이동체 환경에서의 빔추적을 위한 디지털 역지향성의 기술을 제안하며 디지털 역지향성의 다중경로 환경에서의 성능을 보안하기 위한 방안으로 MUSIC 알고리즘과 결합한 하이브리드 역지향성 안테나 시스템을 제안한다.

가설 설정

  • 이때, 수신된 신호의 각이 가장 작을수록 경로손실이 적으며 10°, -45°, 20°로 수신된 신호의 전력이 각각0.5:0.2:0.3의 전력비로 수신되었다고 가정하였다.
  • 처음 신호를 송신할때는 특정한 방향이 없이 전방향으로 신호가 송신되며, 다중경로로 인하여 하이브리드 시스템에 수신된 신호가 각각10°, -45°, 20°으로 수신됨을 가정 하였다.
  • 그림4와 5 그리고 그림 6은 각 SNR이 10dB, 20dB이고 안테나 배열 개수가 8개인 역지향성 안테나 시스템의 위상 추적 성능을 나타내는 그림이다. 현재 국내의 가장 빠른 열차인 KTX의 속도를 참고하여 300km/h속력을 내는 고동이동체를 가정하였다. 또한 이동체는 디지털 역지향성 안테나 시스템을 가진 수신 체로부터 거리 L은 100m떨어진 거리에서 원 경로로 움직일 때, 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트 통신기기를 통하여 주로 이용하는 서비스는? 지난 2012년12월 한국의 경우 전국민의 약60% 스마트폰 사용자며 전세계 스마트 폰 사용자수는 11억 명으로 집계된 바 있다. 또한 스마트 통신기기를 통하여 주로 이용하는 서비스는 정보검색 또는 일반 적인 웹 서핑, 미디어 재생, 메신저 등인 것으로 조사되었다[2]. 통계에서 알 수 있듯이 이제는 언제 어디서든 작은 스마트 기기를 통하여웹 서핑뿐만 아니라, 사진, 동영상, 음악 등의 높은 데이터의 정보들은 송수신한다.
빔포밍 기술이란? 때문에 주파수 자원 사용 효율의 극대화 실현을 위한 CR(cognitive Radio)기술과 소프트웨어 기반의 무선 통신기술이 강조되고 있으며 공간적인 방향성을 갖는 안테나를 이용하는 빔형성 기술과 스마트 안테나 기술이 제안되고 활발히 연구 되고 있다. 빔포밍 기술은 여러 안테나의 배열을 이용하여 특정 방향과 각도로 빔을 형성하여 안테나 이득을 높이는 방식으로 차세대 무선통신기술에 핵심적인 기술 중 하나이다. 각 안테나 요소들에 가중치를 두게 되면 특정 각도로 안테나 이득을 얻을 수 있다.
디지털 역지향성 안테나 시스템의 장점은? 그에 반하여 디지털 역지향성 안테나 시스템은 사전 정보 없이 입사된 신호의 위상을 오실레이터 없이 데이터를 통하여 추적하고 위상을 반대로 돌려 수신된 방향으로 재전송을 할 수 있는 시스템이다. 아날로그 역지향성 안테나와 비교하여 발진기를 통한 주파수 합성이나 RF변환기 설계 에서 발생하는 문제 들을 피할 뿐만 아니라 시스템의 복잡도와 비용을 상당히 줄일 수 있다. 또한 간단한 구현으로 수정과 보정이 쉽다는 특성이 있다. 이러한 특성으로 디지털 역지향성 안테나는 고속이동체 환경에서의 빠른빔 추적이 가능하다. 기존의 제안된 역지향성 배열 안테나 기술에는 코너 반사 기술과 Van Atta배열 기술이 있다.
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참고문헌 (9)

  1. L. C. Van Atta, "Electromagnetic reflector," US patent No. 2908002, Oct. 1959. 

  2. J. H. Reed, Software Radio: A Modern Approach to Radio Engineering, Prentice Hall PTR, 2002. 

  3. R. Y. Miyamoto and T. Itoh, "Retrodirective arrays for wireless communication," IEEE Microwave Mag., vol. 3, no 1, pp. 71-79, Mar. 2002. 

  4. L. Prakasam, T. Roy, and D. Meena, "Digital signal generator and receiver design for S-band radar," in Proc. IEEE Radar Conf., pp. 1049-1054, Boston, U.S.A., Apr. 2007. 

  5. M. A. Sanchez, M. Garrido, M. Lopez-vallejo, J. Grajal, and C. Lopez-barrio, "Digital channelized receivers on FPGAs platforms," in Proc. IEEE Radar Conf., pp. 816-821, Arlington, U.S.A., May 2005. 

  6. W. M. Waters and B. R. Jarrett, "Bandpass signal sampling and coherent detection," IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. AES-18, no. 6, pp. 731-736, Nov. 1982. 

  7. B. Brautigam, M. Schwerdt, M. Bachmann, and M. Stangl, "Individual T/R module characterisation of the TerraSAR-X active phased array antenna by calibration pulse sequences with orthogonal codes," in Proc. IEEE Int. Geosci. Remote Sensing Symp. (IGARSS 2007), pp. 5202-5205, Barcelona, Spain, July 2007. 

  8. S. R. Kim and H. G. Ryu "Phase tracking settling time and BER performance evaluation in the digital retrodirective array antenna system," J. Korean Inst. Electromagnetic Eng. Sci. (KIEES), vol. 24, no. 1, pp. 55-63, Jan, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. C. Loadman, "A DSP Based Retrosirective Array for Duplex Digital communication at 2.4GHz," M.S. Thesis, Dalhousie Univ. Halifax, Canada, 2006. 

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