수신기에 탑재되는 배열 안테나의 요소 개수가 증가할 수록 도래각 (Angle-of-Arrival; AOA) 추정, 간섭 제거와 같은 빔형성 (beamforming) 성능은 향상되나, 계산 복잡도는 크게 증가한다. 일례로 메시브 (massive) 배열 안테나 기반의 Multiple Signal Classification (MUSIC) 알고리즘은 AOA 추정 성능은 뛰어나지만, 실시간 추정이 어려울 정도로 계산 복잡도는 증가하게 된다. 본 논문은 다수개의 안테나 요소로 인한 AOA 추정 계산 복잡도 문제를 개선하기 위해, On/Off 안테나 요소 기능을 갖춘 메시브 Uniform Circular Array (UCA) 기반의 캐스케이드 AOA 추정 기법을 제안한다. 제안된 기술은 전체 메시 브 UCA 안테나 요소 중 일부만을 사용하여 수신된 신호를 기반으로 CAPON을 통해 다수개의 신호원들로 구성된 AOA 그룹을 찾는다. 이후, 파악된 AOA 그룹의 구간 내에서 각 신호원의 상세한 AOA를 추정하기 위해 Beamsapce MUSIC을 사용한다. 이 경우, 정확한 AOA를 추정하기 위해 메시브 UCA 안테나의 모든 요소를 활용한다. 제안된 알고리즘은 일반적인 AOA 추정 알고리즘과는 다르게, 적은 수 의 안테나 요소를 사용하여 AOA 그룹을 찾고, 특정 구간에서만 신호원의 AOA를 추정하므로, 계산 복잡도가 상당히 낮아지게 된다.

Cascade AOA Estimation Technique Based on Massive UCA with On/Off Function

Tae-yun Kim, Suk-seung Hwang*

Although, as the number of array antenna elements mounted in a receiver is increased, the beamforming performance such as angle-of-arrival (AOA) estimation and interference suppression is enhanced, the computational complexity is dramatically degraded. For example, the multiple signal classification (MUSIC) algorithm based on a massive array antenna has the excellent AOA estimation performance, but the computational complexity is high enough that real-time estimation is difficult. In this paper, in order to enhance the high computational complexity problem due to the large size of the massive array antenna elements, we propose a cascade AOA estimation technique based on the massive uniform circular array (UCA) with On/Off function. First, the proposed approach roughly finds the AOA groups consisted of multiple signal AOAs employing a CAPON algorithm, based on the received signal by some antenna elements among the entire UCA elements. Next, it estimates the individual signal AOA included in the found AOA groups employing Beamspace MUSIC in specific ranges, based on the entire UCA antenna element. The proposed algorithm is efficient for estimating signal AOAs based on the massive array antenna, because it has the low computational complexity by finding AOA groups based on the small number of antenna elements and estimating signal AOAs in only the selected ranges, unlike the conventional AOA estimation algorithm.

Keywords: AOA estimation, cascade estimation, UCA, on/off massive antenna

Speaker 김태윤 조선대학교