디지털 안테나 어레이

Digital antenna array
디지털 안테나 어레이(수신기 세그먼트)
디지털 안테나 어레이(송신기 부품)

디지털 안테나 어레이(DAA)는 멀티 채널 디지털 빔포밍이 탑재된 스마트 안테나로, 보통 빠른 푸리에 변환(FFT)을 사용한다.디지털 안테나 어레이 이론의 개발과 실용화는 1962년 블라디미르 바류킨(USSR)의 지도 아래 시작되었다.

역사

DAA의 역사는 1920년대 다채널 분석 이론으로 등장하기 시작했다.[1]1940년대에 이 이론은 3채널 안테나 분석기의 이론으로 발전했다.[1]

1950년대 말까지 레이더에서의 효과적인 신호 처리의 구현은 이 분야에서 전자 컴퓨터의 사용을 미리 정했다.1957년, 벤 S. 멜튼과 레슬리 F.베일리는 전자 회로나 아날로그 컴퓨터의 도움을 받아 신호 처리를 위한 대수 연산 사용에 관한 기사를 발표했다[2].[1]

1960년 이후 3년 후, 초고속 컴퓨터를 사용하여 방향을 찾는 문제를 해결하자는 아이디어가 구체화되었는데, 처음에는 지진 진앙지를 찾기 위해서였다.B. A. 볼트는 이 아이디어를 실제로 실행한 첫 번째 사람 중 한 명이었다.[1][3]거의 동시에 호주 국립 대학의 연구원인 플린도 이와 비슷한 접근법을 사용했다.[4]

앞서 언급한 실험에서 데이터 입력 카드의 도움으로 센서와 컴퓨터 사이의 상호작용이 구현되었음에도 불구하고, 그러한 결정은 DAA의 출현 방식에 결정적인 단계가 되었다.그 후, 잉여 요소로서 펀치 카드 준비 단계와 운용자 지원 단계를 제외하고 센서로부터 컴퓨터로 직접 디지털 데이터를 입력하는 문제만 해결하면 되었다.[1]레이더 이론의 이 단계는 1962년 이전 구 소련이 배출원의 슈퍼레이리 해상도 문제에 대한 해결책을 가지고 시행한 이후 만들어졌다.[1]

디지털 빔포밍

V가 제안한 DAA를 적용한 멀티페이스 레이더 모델에서 전치 블록 페이스 분할 제품. 1996년[5] 슬라이루사르

DAA에서 디지털 신호 처리에 대한 주요 접근방식은 수신기 채널의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 이후 또는 전송에 의한 디지털-아날로그 변환기(DAC) 이전인 "디지털 빔포밍"이다.

DAA의 디지털 빔포밍은 디지털 신호를 병렬로 변환·결합해 서로 다른 출력 신호를 만들 수 있다는 장점이 있다.모든 방향의 신호는 동시에 추정할 수 있고 멀리 떨어진 물체를 감지할 때 신호 에너지 증가에 더 오랜 시간 통합할 수 있으며, 동시에 빠르게 움직이는 근접 물체를 감지하는 데 더 짧은 시간 동안 통합할 수 있다.[6]

디지털 빔포밍 작동을 사용하기 전에 특수 시험 선원에 의한 채널 특성의 보정 또는 헤테로디네 신호를 사용해야 한다.[7][8][9]이러한 보정은 수신 채널뿐만 아니라 활성 DAA의 전송 채널에도 사용할 수 있다.[10]

디지털 안테나 어레이의 도착 신호 방향 추정 정확도 및 간섭 억제 깊이 제한은 ADC 및 DAC의 지터와 관련이 있다.[11][12]

신호 처리 방법

최대우도 빔이전

최대우도 빔포스터(DML)에서 노이즈는 정지 가우스 백색 랜덤 프로세스로 모델링되는 반면 신호 파형은 결정론적(그러나 임의적)이며 알 수 없음으로 모델링된다.

바틀렛 빔포머

Bartlett 빔포머는 기존의 스펙트럼 분석(spectrogram)을 DAA에 자연적으로 확장한 것이다.그것의 스펙트럼 파워는 다음과 같이 표현된다.

1

이 힘을 최대화하는 각도는 도착각의 추정이다.

카폰 빔포머

MVDR(최소-분산 왜곡 없는 응답) 빔포밍 알고리즘으로도 알려진 카폰 빔포머는 다음과 같은 힘을 가지고 있다.[13]

MVDR/Capon 빔포머는 기존(Bartlett) 방식보다 뛰어난 분해능을 얻을 수 있지만 이 알고리즘은 풀랭킹 매트릭스 역전으로 인해 복잡성이 더 높다.GPU 컴퓨팅의 기술적 발전은 이러한 격차를 줄이고 실시간 캐폰 빔포밍을 가능하게 하기 시작했다.[14]

MUSIC belfor

주요기사 : MUSIC (알고리즘)

MUSIC (MULTiple SIgnal Classification) 빔포밍 알고리즘은 신호 부분과 노이즈 부분의 공분산 행렬을 분해하는 것으로 시작한다.의 고유 위치는 다음과 같다.

\ (3

MUSIC은 Capon 알고리즘의 분모에 공간 공분산 행렬의 노이즈 하위 공간을 사용한다.

(

따라서 MUSIC 빔포머는 서브 스페이스 빔포머로도 알려져 있다.카폰 빔프로포머에 비해 DOA 추정치가 훨씬 우수하다.대안적 접근방식으로서 ESPRIT 알고리즘도 사용할 수 있다.

인공지능

주요 기사:인공지능

DAA를 위한 디지털 신호 처리의 진화에 있어 중요한 경향은 인공지능 기술의 사용이다.[15]

DAA 예제

레이더스

MIMO 시스템

주요기사 : MIMO

DAA는 MIMO[10](Massive MIMO) 시스템에서 무선 통신 성능을 개선하기 위해 사용한다.

소나 및 초음파 센서

DAA는 많은 소나와 의료용 초음파 센서에 구현되었다.[14]

  • ALOCA SSD-3500SV(채널 256개 포함)

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f Slifusar V. I. 디지털 안테나 어레이 이론의 기원./// 2017년 5월 24-27일 우크라이나 키예프에서 안테나 이론 및 기법에 관한 국제 회의.– 199 페이지 - 201 [1]
  2. ^ 벤 S. 멜튼과 레슬리 F.베일리, 다중 신호 상관 관계.//지질 물리학.- 1957년 7월. - Vol. XXII, 3번 - 페이지 565-588. - DOI: 10.1190/1.1438390
  3. ^ B. A. 볼트.고속 컴퓨터를 이용한 지진의 서사시크레스, 초점 깊이 및 원점 시간의 개정 - 1960, 3, 4권 - 433 — 440. - DOI: 10.11/j.1365-246X.1960.01716.x.
  4. ^ E. A. 플린전자컴퓨터가 장착된 지역 지진 위치.///미국지진학회의 불레틴. - 1960년 7월. - 제50권, 제3권 – 제467쪽 - 470쪽
  5. ^ 바딤 슬라이우사르DSP(Electure)를 위한 새 매트릭스 연산1999년 4월. - DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1
  6. ^ 유비쿼터스 레이더, Merrill Skolnik, 2002, [2]를 구성하는 디지털 빔의 시스템 측면
  7. ^ Sliusar, V. I. Near Zone// Radio Electronics and Communications Systems의 테스트 소스에 의한 디지털 안테나 어레이의 수신 채널 특성 수정.– 2003, VOL 46; 파트 1, 30-35페이지.[3]
  8. ^ 슬라이루사, V.I.헤테로디네 신호// 안테나 이론 및 기법에 관한 III 국제 회의의 진행, 1999년 9월 8일–11일, 세바스토폴, 244 - 245페이지.[4]
  9. ^ Sliusar, V. I., Titov I.V. 4G 이동통신용 채널 특성 수신 스마트 안테나의 보정// 2003년 9월 9-12일 제4차 안테나 이론 및 기법에 관한 국제회의 р로이딩.세바스토폴, 페이지 374 – 375[5]
  10. ^ a b 슬라이우사르, 브이아이.티토프, I. V. 액티브 디지털 안테나 어레이//라디오 전자 및 통신 시스템에서 송신 채널의 특성 보정.– 2004, VOL 47; Part 8, 9 - 13페이지.[6]
  11. ^ Bondarenko M.V., Slyusar V.I. "Limiting depth of jammer's suppression in a digital antenna array in conditions of ADC jitter.// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies, OTEH 2012. - 18 - 19 September, 2012. - Belgrade, Serbia. - Pp. 495 - 497" (PDF).
  12. ^ M. Bondarenko and V.I. Slyusar. "Influence of jitter in ADC on precision of direction-finding by digital antenna arrays. // Radioelectronics and Communications Systems. - Volume 54, Number 8, 2011.- Pp. 436 - 445.-" (PDF). doi:10.3103/S0735272711080061.
  13. ^ J. Capon, "고해상도 주파수-파수 스펙트럼 분석," IEEE, 1969, Vol. 57, 페이지 1408–1418의 절차
  14. ^ a b Asen, Jon Petter; Buskenes, Jo Inge; Nilsen, Carl-Inge Colombo; Austeng, Andreas; Holm, Sverre (2014). "Implementing capon beamforming on a GPU for real-time cardiac ultrasound imaging". IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 61 (1): 76–85. doi:10.1109/TUFFC.2014.6689777. PMID 24402897. S2CID 251750.
  15. ^ 스베틀라나 콘드라티에바, 엘레나 오브친니코바, 파벨 샤칠린, 나탈리아 아노소바.디지털 안테나 어레이에서의 인공신경망.///2019 국제 엔지니어링 및 통신 회의(EnT)2019년 11월.
  16. ^ 캐서린 오웬스신형 해군 구축함 레이더가 1차 비행시험을 실시한다.2017년 4월 10일.

이 글에는 CC BY-SA 3.0 라이센스에 따라 사용할 수 있는 Vadym Sliusar의 텍스트가 포함되어 있다.이 텍스트와 릴리스는 Wikimedia Response Team에 의해 접수되었다. 자세한 내용은 토크 페이지를 참조하십시오.

추가 읽기

  • 케임브리지 대학 출판부 2001의 퀸과 한난의 빈도 추정과 추적.