배열 안테나 시스템에서의 도래 각 추정 연구 동향 (A Survey for State-of-The-Art Algorithm of DoA Estimation Problem Using Array Antennas)

서지정보

· 발행기관 : 한국통신학회
· 수록지 정보 : 한국통신학회논문지 / 48권 / 2호 / 129 ~ 149페이지
· 저자명 : 임정빈, 이상필, 노성민, 윤현상, 이남윤

초록

배열 안테나를 사용하는 통신 및 레이더 시스템에서 신호의 도래 각을 추정하는 문제는 매우 중요하다. 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 5G 무선 통신 시스템에서 채널 정보를 획득하기 위해서는 다중 경로를 통해 반사되어 들어오는 신호의 도래 각들을 정확히 추정해야한다. 레이더 시스템 또한 표적의 위치 정보를 획득하기 위해서는 표적으로부터 반사되어 돌아오는 신호의 도래 각 추정이 필수적이다. 본 논문에서는 지난 50년간 학계에서 연구된 배열 안테나 기반 신호 도래 각 추정 기법에 대해 조사하고 도래 각 추정 정확도의 이론적 한계를 이해하기위해 비편향 추정량의 도래 각 추정 오류 분산의 최소값인 크래머-라오 하한을 유도한다. 아울러, 조사한 지난 50 년간 배열 안테나를 사용하는 도래 각 추정의 대표적인 알고리즘을 크게 세가지 방식, 1) 빔 형성, 2) 부분 공간, 3) 근 탐색 방식으로 구분하여 설명하고, 각 방식 별 성능을 추정 정확도 및 계산 복잡도 측면에서 시뮬레이션 결과와 함께 비교 및 분석하고자 한다. 추가적으로, 최근 딥러닝 기반의 도래각 추정 알고리즘과 상관 관계를 갖는신호에 대한 도래각 추정 알고리즘의 동향도 소개한다.

영어초록

In communication and radar systems using array antennas, the problem of estimating the direction of arrival (DoA) of signals is significant. To acquire channel state information in wireless communication system using the mmWave frequency band, it is necessary to accurately estimate DoA of signals reflected through multiple paths. The radar system also needs to estimate DoA of the signal reflected back from the target to acquire the target's position information. In this paper, we perform a survey for DoA estimation methods that have been studied in academia for the past fifty years, and summarize the Cramér–Rao Lower Bound to understand the theoretical limit of DoA estimation accuracy, which is the minimum value of the variance of the direction of arrival estimation error of the unbiased estimator. In addition, the representative algorithms for DoA estimation using array antennas over the past fifty years are divided into three main methods, 1) beamforming, 2) subspace, and 3) root search methods, and we compare DoA estimation methods and analyze in terms of estimation accuracy and computational complexity of each estimation method via the simulation results.
Additionally, recent deep learning-based DoA estimation algorithms and trends in DoA estimation algorithms for correlated source signals are introduced.

참고자료

· 없음