다중경로 시스템에서 편파 다이버시티를 이용한 신호의도래각 추정 장치 및 방법 document_id A220623035497

원신호로부터 분기한 다중경로(Multipath)를 통해 들어오는 신호들은 원신호와 높은 연관성(correlation)을 가지고 있다. 이렇듯 연관성(correlation)이 높은 수신 신호들은 일반적인 공분산(Covariance matrix)을 통한 도래각 추정 기법으로는 그 위치를 정확히 추정하기가 어렵다. 편파 다이버시티(polarization diversity)를 이용한 종래의 기술은 각 안테나에서 수신한 신호를 이용해서 편파 스무딩(smoothing)을 통한 신호의 위치 추정 방식을 택하였다. 편파 다이버시티란 수신 신호의 전기장과 자기장 성분을 이용하여 비록 임의의 수신 센서에서 좋지 않은 성능을 내게 되더라도 다른 센서에서 보상해줄 수 있는 것을 말한다. 또한 스무딩이란 여럿 샘플 그룹을 이용하여 평균의 효과를 내는 것이다. 도 1 은 종래 기술에 따른 편파성(polarization)을 이용하는 원리를 설명하기 위한 벡터를 도시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하면 U(101)은 신호의 진행방향의 단위벡터를 나타내고, Vθ(103)는 θ(고도)방향의 단위벡터를 나타내고, Vφ(105)는 φ(방위각)방향의 단위벡터를 나타낸다. 각 단위벡터들은 아래 003c#수학식 1003e#과 같이 표현될 수 있다. 편파된 신호는 단위벡터 축과 일치하게 들어오는 것이 아니라, 편파에 의해 그 축이 β만큼의 회전이 일어난 상태(107)(109)로 들어오게 된다. 또한, α=1일 때를 선형 편파(Linear polarization)라고 하고 일 때를 순환 편파(circular polarization)라고 한다. 도 2는 종래 기술에 따른 일반적인 벡터 센서 배열(Vector sensor array) 안테나를 도시한 도면이다. 상기 도 2를 참조하면 참조번호 (201),(202),(203)은 다이폴(dipole) 센서로써 전기장을 감지한다. 또한 참조번호 (204),(205),(206)은 루프(loop) 센서로써 자기장을 감지한다. 편파된 신호로 말미암아 신호의 전자기 성분을 모두 이용할 수 있는 것이 벡터 센서(Vector sensor)의 목적이다. 상기 도 2에서 안테나의 배열은 z축을 기준으로 배열되어있다. 이때, 벡터 센서에서 수신되는 전기장 및 자기장 신호는 아래 003c#수학식 2003e#와 같이 표현할 수 있다. 여기서, YE(t)는 전기장 센서로부터의 수신신호 벡터를 나타내고, YH(t)는 자기장 센서로부터의 수신신호 벡터를 나타내고, I3는 3x3 정방행렬를 나타내고, u×는 진행방향 단위벡터와의 cross product를 나타내고, nE(t)는 전기장 센서의 노이즈를 나타내고, nH(t)는 자기장 센서의 노이즈를 나타내고, s(t)는 송신 신호를 나타내고, P는 편파 요소(polarization factor)를 나타내고, E(t)는 신호의 자기장을 나타내고, H(t)는 신호의 전기장을 나타내고, 전기장과 자기장의 관계는 H(t)=u×E(t)이다. 결국 벡터 센서에서 수신 신호는 θ와 φ에 따른 각 센서에서의 센서 편파 반응(Sensor polarization response)을 나타내는 요소인 G(θ,φ)과 편파 요소(polarization factor)인 P를 통해서 나타낼 수 있는데 이때 P와 G(θ,φ)는 아래 003c#수학식 3003e#과 같이 표현할 수 있다. 여기서, γ와 η은 편파 형태(polarization type)에 따라 임의로 주어진다. 벡터 센서 배열 안테나에서는 벡터 센서를 z축을 따라 나열한 것이고 벡터 센서 배열안테나를 통해 수신되는 수신 벡터는 아래 003c#수학식 4003e#와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, X(n)은 벡터 센서 배열안테나를 통해 수신되는 수신 벡터이고, M은 존재하는 신호의 개수이고, a(θi,φi)는 조정 백터(steering vector)이고, P는 편파 요소(polarization factor)를 나타내고, G(θi,φi)는 θi와 φi에 따른 각 센서에서의 센서 편파 반응(Sensor polarization response)을 나타내는 요소이고, si(n)는 i번째 수신신호이고, n(n)은 노이즈 벡터를 나타내고, n은 snapshot의 개수이다. 상기 조정 백터는 임의의 도래각으로부터 신호를 수신할 때 배열 안테나간의 correlation에 의한 공간 특성을 말한다. 종래기술은 벡터 센서 배열 안테나를 이용해서 다중경로 신호을 추정하는데 있어서,벡터 센서에서의 센서 수로만 추정 가능한 신호의 도래각(Direction of Arrival) 개수가 정해졌다. 즉, 사용하는 센서의 개수를 L 이라고 하고 배열 안테나의 개수가 F라고 할 때, 순방향 편파(Forward polarization) smoothing을 적용했을 때, 추정 가능한 신호의 개수는 신호의 개수가 F-1보다 작 다는 조건에서 최대 L개(≤min(L, F-1))까지 가능했고, 순방향-역방향 (Forward-Backward) smoothing을 적용하였을 때는 같은 조건에서 최대 2L개(≤min(2L, F-1))까지 가능했다. 그러나, 종래의 도래각 추정은 배열 안테나의 특성을 이용하지 않고 있다. 따라서, 부배열 그룹으로 안테나를 나누는 방식을 고려하여서 코히런트 신호에 대한 추정의 캐페시티(capacity)를 높이는 장치 및 방법이 요구된다.