수신 안테나로 입사되는 신호의 각도인 도래각 (Angle-of-Arrival; AOA)은 빔형성기와 같은 배열 안테나 기반의 무선통신 시스템에 필수적인 요소로써, 다양한 방법으로 추정된다. 도 래각 추정 알고리즘으로 안테나 형상에 대한 제한이 없고 고분해능을 가지는 Multiple Signal Classification (MUSIC) 알고리즘이 대표적으로 사용되지만, 안테나 요소의 개수가 증가하 면 복잡도가 크게 증가하여 실시간 추정이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 Cascade AOA 추정 알고리즘이 제안되었고, 다양한 형상의 배열 안테나가 적용된 시뮬레이 션을 통해 알고리즘의 성능이 검증되었다. 각 형상 배열 안테나는 고유의 특성을 가지는데, 본 논문은 등간격 사각 배열 안테나 (Uniform Rectangular Array Antenna; URAA)와 등간격 원형 배열 안테나 (Uniform Circular Array Antenna; UCAA)가 적용된 Cascade AOA 추정 알고리즘의 계산 복잡도를 분석하고 비교한다. 이를 위해, 각 배열 안테나에 대한 수학적 모델 을 제시하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비교된 계산복잡도의 타당성을 검증한다.

Computational Complexity Analysis of Cascade AOA Estimation Algorithms Based on URA and UCA Antenna

Tae-yun Kim, Heui-seon Park, Suk-seung Hwang*

As the mandatory element for a beamforming wireless communication system, Angle-of-Arrival (AOA) which is an angle incident onto the receiving antenna is estimated by various methods. Although one of representative AOA estimation algorithms is the Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm without the restriction for the antenna shape and with the high resolution, its computational complexity is dramatically increased causing the difficulty of the real time estimation as the number of antenna elements is increased. In order to enhance this high computational complexity problem due to a huge size of the array antenna, the cascade AOA estimation algorithm has been recently proposed and its estimation performance was verified through simulations considering various shapes of the array antenna. In this paper, we analyze and compare computational complexities of the cascade AOA algorithms applying Uniform Rectangular Array Antenna (URAA) and Uniform Circular Array Antenna (UCAA), which each has the unique characteristic. For this analysis, we present the mathematical models for each array antenna and verify the validity of the compared computational complexities through the computer simulation.

Keywords: cascade AOA estimation, computational complexity, array antenna, uniform rectangular array, uniform circular array

Speaker 김태윤 조선대학교