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평면 배열 안테나 기반의 적응 빔형성 시스템 성능 분석
Performance Analysis of Adaptive Beamforming System Based on Planar Array Antenna 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.13 no.6, 2018년, pp.1207 - 1212  

문지윤 (조선대학교 전자공학부) ,  황석승 (조선대학교 전자공학부)

초록
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신호정보 수집(: Signal Intelligence, SIGINT) 기술은 군수산업을 비롯한 여러 분야에서 다양한 데이터 수집을 목적으로 활발하게 사용되고 있다. 효율적으로 신호정보 및 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 송/수신하기 위해서는 신호의 정확한 도래각 정보가 필요하고, 간섭 또는 재밍 신호로부터의 통신 방해가 최소화되어야 한다. 본 논문에서는 효율적으로 신호정보 및 데이터를 수집하고 송/수신하기 위한, 평면 배열 안테나 기반의 적응 빔형성 위성 시스템 구조를 소개한다. 제시된 적응 빔형성 시스템은 폄면 배열 형태의 안테나, MUSIC(: Multiple Signal Classification) 알고리즘 기반의 도래각 추정기, MVDR(: Minimum Variance Distortionless Response) 간섭 제거기, 신호처리 및 D/B 유닛, MMSE(: Minimum Mean Square Error) 기반의 송신 빔형성기 등으로 구성되어 있다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해, 제시된 시스템의 성능을 평가하고 분석한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The signal intelligence (SIGINT) technology is actively used for collecting various data, in a number of fields, including a military industry. In order to collect the signal information and data and to transmit/receive the collected data efficiently, the accurate angle-of-arrival (AOA) information ...

주제어

#적응 빔형성   #평면 배열 안테나   #도래각 추정기   #간섭 제거   #송신 빔형성기  

표/그림 (5)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 효율적으로 다양한 신호정보를 수집하고, 간섭의 영향이나 왜곡을 최소화하여 수집된 신호정보를 지상의 관제센터로 송신하기 위한 평면 배열 안테나 기반의 적응 위성 시스템의 구조를 소개하였다. 제안된 시스템은 평면 배열 안테나, 수신된 신호의 도래각을 추정하는 MUSIC 도래각 추정기, 불필요한 간섭 신호의 제거를 위한 MVDR 간섭 제거기, 수집된 신호의 가공 및 저장을 위한 신호처리 및 D/B 유닛, 효율적인 송신을 위해 MMSE 기법을 적용한 송신 빔형성기로 구성되어 있다.

가설 설정

  • 첫 번째 시나리오에서는 수신신호가 한 개의 원하는 FM(: Frequency Modulation) 신호와 다섯 개의 간섭신호(두 개의 CW(:Continuous Wave) 신호, 두 개의 WB(: Wideband)잡음신호, 50 샘플 주기를 가지는 한 개의 PULSE 신호)를 포함한다고 가정하였고, 송신 빔형성기의 출력에 의한 송신신호는 한 개의 원하는 FM 신호와 세 개의 간섭신호(한 개의 CW 신호, 한 개의 AM 신호,한 개의 WB 잡음 신호)를 포함한다고 가정하였다. 두 번째 시나리오에서는 수신신호가 한 개의 원하는 CW 신호와 다섯 개의 간섭신호(두 개의 FM 신호,두 개의 AM 신호, 한 개의 WB 잡음신호)를 포함한다고 가정하였고, 송신 빔형성기의 출력에 의한 송신 신호는 한 개의 원하는 CW 신호와 세 개의 간섭신호(한 개의 FM 신호, 한 개의 WB 신호, 한 개의 PULSE 신호)를 포함한다고 가정하였다. 첫 번째 시나리오에서 평면 안테나 배열의 크기는 4×2, 4×3,4×4의 세 경우를 고려하였고, 두 번째 시나리오에서는 배열의 크기는 4×3, 4×4, 4×5의 세 경우를 고려하였다.
  • 컴퓨터 시뮬레이션을 위해두 가지의 시나리오를 고려하였다. 첫 번째 시나리오에서는 수신신호가 한 개의 원하는 FM(: Frequency Modulation) 신호와 다섯 개의 간섭신호(두 개의 CW(:Continuous Wave) 신호, 두 개의 WB(: Wideband)잡음신호, 50 샘플 주기를 가지는 한 개의 PULSE 신호)를 포함한다고 가정하였고, 송신 빔형성기의 출력에 의한 송신신호는 한 개의 원하는 FM 신호와 세 개의 간섭신호(한 개의 CW 신호, 한 개의 AM 신호,한 개의 WB 잡음 신호)를 포함한다고 가정하였다. 두 번째 시나리오에서는 수신신호가 한 개의 원하는 CW 신호와 다섯 개의 간섭신호(두 개의 FM 신호,두 개의 AM 신호, 한 개의 WB 잡음신호)를 포함한다고 가정하였고, 송신 빔형성기의 출력에 의한 송신 신호는 한 개의 원하는 CW 신호와 세 개의 간섭신호(한 개의 FM 신호, 한 개의 WB 신호, 한 개의 PULSE 신호)를 포함한다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
효율적으로 다양한 신호정보를 수집하고, 간섭의 영향이나 왜곡을 최소화하여 수집된 신호정보를 지상의 관제센터로 송신하기 위한 평면 배열 안테나 기반의 적응 위성 시스템의 구조를 소개한 본 논문의 결론은? 본 논문에서는 효율적으로 다양한 신호정보를 수집하고, 간섭의 영향이나 왜곡을 최소화하여 수집된 신호정보를 지상의 관제센터로 송신하기 위한 평면 배열 안테나 기반의 적응 위성 시스템의 구조를 소개하였다. 제안된 시스템은 평면 배열 안테나, 수신된 신호의 도래각을 추정하는 MUSIC 도래각 추정기, 불필요한 간섭 신호의 제거를 위한 MVDR 간섭 제거기, 수집된 신호의 가공 및 저장을 위한 신호처리 및 D/B 유닛, 효율적인 송신을 위해 MMSE 기법을 적용한 송신 빔형성기로 구성되어 있다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 평면 배열 안테나 크기가 증가함에 따라 제안된 적응 위성 시스템의 송/수신 성능이 향상되었다는 결과를 확인하였다.
신호정보 수집 기술은 어디에서 사용되고 있는가? 신호정보 수집(: Signal Intelligence, SIGINT) 기술은 군수산업을 비롯한 여러 분야에서 다양한 데이터 수집을 목적으로 활발하게 사용되고 있다. 효율적으로 신호정보 및 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 송/수신하기 위해서는 신호의 정확한 도래각 정보가 필요하고, 간섭 또는 재밍 신호로부터의 통신 방해가 최소화되어야 한다.
위성통신 환경에서 요구되는 것은? 위성통신 환경에서의 신호들은 상대 전력이 작고 간섭에 매우 취약하므로, 위성에서 원하는 신호정보 및 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 지상관제 센터로 송신할 시 신호의 정확한 도래각 추정[1], 불필요한 간섭 또는 재밍 신호 제거 기술[2], 송신 빔형성기술[3] 등이 요구된다. 신호의 도래각을 추정하기 위해 사용되는 알고리즘으로 MUSIC[4], CAPON[5],ESPRIT(: Estimation Signal Parameter via a Rotational Invariant Technique)[6] 알고리즘 등이 있으며, 간섭 제거 기법은 MVDR[7], GSC(:Generalized Sidelobe Canceller)[8], LCMV(: Liner Convenience Minimum Variance)[9] 등이 대표적이며, 송신 빔형성 기법에는 MMSE[10]와 ZF(: Zero Forcing)[11] 알고리즘 등이 주로 사용된다.
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참고문헌 (12)

  1. S. Kwon, D. Kim, S. Moon, J. Lee, S. Bae, H. Kim, Y. Lim, C. Kim, and I. Hwang, "3D Localization for a Launch Vehicle using Virtual TOA, AOA, and TDOA," J. of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 55, no. 1, 2018, pp. 3-14. 

  2. S. Hwang and J. J. Shynk, "Multicomponent Receiver Architectures for GPS Interference Suppression," IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems, vol. 42, no. 2, 2006, pp. 489-502. 

  3. J. Mun, M. Hwang, and S. Hwang, "Performance Evaluation of Satellite System Based on Transmission Beamformer," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 13, no. 4, 2018, pp. 713-720. 

  4. Y. Choi, "MUSIC-Based Direction Finding through Simple Signal Subspace Estimation," J. of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 48, no. 4, 2011, pp. 153-159. 

  5. P. Stoica, P. Handel, and T. Soderstrom, "Study of Capon method for array signal processing," J. of Circuits, Systems and Signal Processing, vol. 14, no. 6, 1995, pp. 749-770. 

  6. Y. Choi, "Efficient DOA Estimation of Coherent Signals Using ESPRIT," J. of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 49, no. 9, 2012, pp. 164-171. 

  7. S. Hwang, "Output SINR Analysis of GPS Adaptive Interference Canceler Based on Modified Despreader," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 9, no. 2, 2014, pp. 195-202. 

  8. C. Hong, C. Kim, S. Whang, and J. Yang, "A Time-Domain GSC Algorithm Based on Wavelet Filter," J. of the Korea Institute of Communications and Information Sciences, vol. 35, no. 11, 2010, pp. 948-956. 

  9. K. Lee, "A Study on Overlapped Adaptive Subarray Beamforming LCMV Method for Decrease Side Lobe Level" J. of the Korean Institute of Information Technology, vol. 9, no. 4, 2011, pp. 57-62. 

  10. S. Serbetli and A. Yener, "Transceiver Optimization for Multiuser MIMO Systems," IEEE Trans. Signal processing, vol. 52, no. 1, 2004, pp. 214-226. 

  11. H. Yang and T. L. Marzetta, "Performance of Conjugate and Zero-Forcing Beamforming in Large-Scale Antenna Systems," IEEE J. on Selected Areas in Communications, vol. 31, no. 2, 2013, pp. 172-179. 

  12. J. Mun and S. Hwang, "Input Signal Model Analysis for Adaptive Beamformer," J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, vol. 12, no. 3, 2017, pp. 433-438. 

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