CN111758237B - 用于联合雷达通信的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于针对车用应用的联合雷达通信的方法,包括:发射机(11)发射雷达信号(S),其中,信号(S)具有相位调制的连续波形,并且包括通过相位调制编码的信息;与发射机(11)间隔开的接收机(14)接收信号(S);并且接收机(14)检测来自所接收的信号(S)的信息。为了提供用于针对车用应用的联合雷达通信的有效概念,本发明提供了信号(S)是具有多个载波频率的多载波相位调制的连续波形,并且信息被编码到每个载波频率上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于联合雷达通信的方法和一种用于联合雷达通信的系统。
背景技术
现代车用系统中变得越来越重要的一个方面是所谓的车辆对一切(V2X)通信,其指代车辆与可能影响车辆的任何实体之间的信息交换。通常,V2X通信可以包括通信的更具体类型,例如,V2I(车辆对基础设施)、V2V(车辆对车辆)、V2P(车辆对行人)、V2D(车辆对设备)和V2G(车辆对电网)。V2X系统依靠协作通信来实现实时高数据速率通信,以共享车用应用(例如,盲点检测、车道改变、紧急和警告信号、交通灯提示、停车辅助、巡航控制)中的数据以访问车辆无线网络。
从增强通信的可靠性以及为了感测而利用通信的意义上说,通过结合雷达和V2X通信技术两者以提供混合处理可以进一步增强交通安全性。然而,由于频谱不足激励系统共存,因此该方面变得十分重要。针对所提供的高带宽,越来越多地考虑在毫米波段(79GHz)中的车用雷达实现方式。虽然雷达系统和技术在毫米波段中日趋成熟,但雷达频谱在低延迟、有限的吞吐量和对安全性至关重要的通信中的复用已经开始引起关注。在该上下文中,已经提出了一种联合雷达通信(JRC)系统,其中该平台执行感测和通信操作。JRC波形设计中的主要挑战是缺乏自由度(DoF),这是由于需要估计除了雷达参数之外的通信符号所导致的。
B.Li和A.P.Petropulu的“Joint Transmit Designs for Coexistence of MIMOWireless Communications and Sparse Sensing Radars in Clutter”(IEEETransactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.53,no.6,第2846-2864页,2017年12月)公开了一种用于通信和并置的MIMO雷达系统的共存的协作方案。通信速率、功率限制和雷达估计误差被视为性能度量。为了使雷达SINR最大化,已经联合设计了雷达预编码器、子采样方案和通信协方差矩阵以满足这些特定性能度量。然而,该概念要求在符号级别上或者至少在每个相干处理间隔(CPI)中的优化问题的解决方案,这导致高度复杂的发射处理。
Y.Zhang、Q.Li、L.Huang和J.Song的“Waveform design for joint radar-communication system with multi-user based on MIMO radar”(IEEE RadarConference(RadarConf),华盛顿州西雅图市,2017年)讨论了多载波准正交(线性频率调制-连续相位调制)LFM-CPM波形,其中每个子载波由MIMO雷达的一个天线发射。结果表明,由于使用了CPM,该波形的频谱效率高于LFM波形中的频谱效率,并且保证了误码率(BER)性能。
S.H.Dokhanchi、M.R.Bhavani Shankar、Y.A.Nijsure、T.Stifter、S.Sedighi和B.Ottersten的“Joint Automotive Radar-Communications Waveform Design”(发表于IEEE International Symposium on Personal,Indoor and Mobile RadioCommunications(PIMRC),加拿大魁北克省蒙特利尔市,2017年10月)公开了一种JRC波形,该JRC波形允许利用相位调制的连续波形(PMCW)的现有结构来支持数据传输的附加功能。每个符号由PMCW码序列调制。
另一种车用JRC波形在S.H.Dokhanchi、M.R.Bhavani Shankar、T.Stifter和B.Ottersten的“OFDM-based Automotive Joint Radar-Communication System”(其被接受发表于IEEE Radar Conference(RadarConf),俄克拉荷马州俄克拉荷马市,2018年)中公开,其中,系统将正交频分多址(OFDMA)子载波的一部分与雷达处理相关联,然后再将其他子载波与雷达处理相关联,从而实现雷达和通信功能。
在Y.Liu、G.Liao、J.Xu、Z.Yang和Y.Zhang的“Adaptive OFDM Integrated Radarand Communications Waveform Design Based on Information Theory”(IEEECommunications Letters,vol.21,no.10,第2174-2177页,2017年10月)中,提出了一种适应性OFDM-JRC波形设计方法。该概念基于优化问题的解决方案,该优化问题考虑了在限制总功率的情况下的雷达的条件MI以及用于通信的数据速率。在低发射功率的情况下,该方法优于相等的功率分配。然而,关于感测区域的先验知识是必要的。
在C.Sahin、J.Jakabosky、P.M.McCormick、J.G.Metcalf和S.D.Blunt的“Anovelapproach for embedding communication symbols into physical radar waveforms”(IEEE Radar Conference(RadarConf),华盛顿州西雅图市,2017年)中,已经提出了一种将信息嵌入雷达发射的鲁棒方法,同时保留了具有良好频谱抑制的恒定包络波形。其中,信息序列是使用连续相位调制(CPM)实现的,并且信息序列被相位附接到多相编码的频率调制的(PCFM)雷达波形。
A.R.Chiriyath、B.Paul和D.W.Bliss的“Radar-Communications Convergence:Coexistence,Cooperation,and Co-Design”(IEEE Trans.on Cognitive Commun.andNetworking,vol.3,no.1,2017年3月),讨论了JRC信息界限及其随附的加权频谱效率测量。引入了一种新概念,根据该概念,通信速率位和估计速率位不具有相等值。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于针对车用应用的联合雷达通信的有效概念。
通过一种用于针对车用应用的联合雷达通信的方法和一种用于针对车用应用的联合雷达通信的系统解决了该问题。
发明的总体描述
本发明提供了一种用于针对车用应用的联合雷达通信的方法。在该上下文中,“联合雷达通信”或“联合雷达与通信”应被理解为这样的概念:其中雷达传输不仅用于检测和测距,而且还用于通信,即,用于发送信息。本发明的方法适于车用应用,其中相应的信息由汽车发射和/或接收。
在本发明的方法的第一步骤中,发射机发射雷达信号,其中,信号是相位调制的连续波形,并且包括通过相位调制编码的信息。雷达信号当然是电磁信号,其波长在本发明的范围中不受限制。然而,对于车用应用,波长可以在1mm到10mm之间。发射机可以特别地安装在汽车中。当然,信号由发射机的至少一个发射机天线发射。应该理解的是,发射机还可以在发射该雷达信号之前对相应的信息进行编码。当然可以用于检测和测距的雷达信号还包括通过相位调制编码的信息。该信息通常被编码为符号的序列,这些符号通过不同的相位角进行二进制编码。由于信息通常是数字信息,因此相位调制也可以称为相移键控(PSK)。还应注意的是,信号可以由单个天线发射,但是通过使用多个天线发射信号具有一些优势,例如,到达角估计变得更容易、获得更高的增益等等。
在第二步骤中,与发射机间隔开的接收机接收信号。在车用应用中,接收机也可以安装在与具有发射机的汽车不同的汽车中。信号由接收机的至少一个天线接收。在该上下文中,接收“信号”不应被解释为信号在发射机与接收机之间没有改变。而是,信号通常由于吸收、反射、色散或其他作用而经历变化。在接收信号之后,接收机从所接收的信号中检测信息。检测信息也可以称为解码或取回信息。
根据本发明,信号是具有多个载波频率的多载波相位调制的连续波形,并且信息被编码到每个载波频率上。换言之,雷达信号采用具有对应于子载波的多个载波频率的特定带宽,载波频率中的每一个用于编码信息。换言之,对载波频率中的每一个进行相位调制以编码信息。载波频率的数量通常为2个或更多,但是特别地可以在3个到20个之间或在5个到10个之间。通常,载波频率是等间隔的,但这对于实施本发明不是必要的。在本发明的方法中使用的信号是多载波相位调制的连续波形(MC-PMCW)。MC-PMCW通常涉及在不同子载波(即,围绕带宽扩展的载波频率)上由通信符号调制的PMCW码的传输。对于许多应用(例如,对于车用雷达和通信),只有特定的带宽是可用的。通过采用多个载波频率,可以更大程度地利用可用带宽。换言之,可以在特定时间间隔内发射更多信息。同时,如将在下面进一步讨论的,使用多个载波不会对雷达信号的检测和测距功能造成负面影响。因此,可以利用单个波形同时进行检测和通信,使得不需要多路复用。而且,具有由通信符号调制的PMCW码的信号对于多用户干扰是鲁棒的。该码例如实现对不同的用户的区分。
通常,可以以不同的方式执行通过相位调制对信息的编码。例如,可以使用相位本身来编码信息。但是,优选的是通过差分相移键控(DPSK)对信息进行编码,因为通过利用DPSK,该方法对于通信符号可能发生的任何固定相位改变变得更加鲁棒。换言之,使用相位的改变而不是相位本身来编码信息。可以使用诸如差分二进制相移键控(DBPSK)或差分正交相移键控(DQPSK)之类的编码方案。差分编码是优选的,因为即使在发射机与接收机之间整个信号以未知的方式进行了相移,也不需要任何参考相位并且维持了相位差。
尽管可以使用单个天线来发射信号,但是优选地由发射机的多个发射机天线来发射信号。发射机天线可以被设置为均匀的线性阵列,其包括例如2个到20个或5个到10个发射机天线。多个天线可以例如用于雷达信号的波束成形。
优选地,每个载波频率由每个发射机天线发射。这意味着每个发射机天线用于发射相同的信息。尽管可以在天线之间引入特定的相移以便将信号引导到特定的方向,但是由每个发射机天线发射的雷达信号可以基本相同。
单个天线可以用于接收信号,但是优选地由接收机的多个接收机天线来接收信号。如同发射机天线一样,接收机天线可以被设置为均匀的线性阵列,其包括例如2个到20个或5个到10个发射机天线。应该理解的是,如果采用多个发射机天线,则每个接收机天线通常从每个发射机天线接收信号。
雷达信号的一个重要功能当然是检测和测距。因此,信号优选地由至少一个目标反射并且至少一个目标相关的参数是基于所接收的信号而估计的。在这里和下文中,“估计的”意味着“确定的”或“计算的”,同时应该理解的是,若干因素可以影响计算的准确度。这样的因素可以是所使用的数学模型中的近似、数值误差、噪声等。目标可以是可以反射雷达信号的任何物体,即,另一车辆、行人、静止物体等。至少一个目标相关的参数可以与目标的位置和/或目标的速度相关。应该理解的是,可以通常仅分别相对于发射机或接收机检测位置和速度。
优选地,针对每个目标估计,至少一个双基地范围。双基地范围是从发射机到目标的距离(或范围)与从目标到接收机的距离的总和。更具体地,双基地范围可以是从发射机(或分别为发射机的发射机天线)到目标的距离与从目标到接收机的接收机天线的距离的总和。如果存在多个接收机天线,则可以针对每个接收机天线估计双基地范围。
根据一个实施例(其将在下面通过示例的方式进一步解释),基于至少一个双基地范围来检测信息。换言之,至少一个双基地范围的估计值用于检测信息。也许还可以说,信息检测取决于估计的双基地范围。
对于每个目标,可以基于所检测到的信息来重新估计至少一个双基地范围。换言之,至少一个双基地范围的初始估计值被认为是具有未知精度的第一估计。一旦检测到信息,该结果就可以用于重新估计至少一个双基地范围,从而获得第二个可能更准确的估计。第二估计可以用作最终结果,或者可以通过某种平均(可能是加权平均)与第一估计结合。
此外,针对每个目标,可以基于所检测到的信息来估计至少一个双基地多普勒频移。双基地多普勒频移是从发射机到目标的多普勒频移与从目标到接收机的多普勒频移的总和。由于这两个单独的多普勒频移可以具有相反的符号,因此双基地多普勒频移的绝对值可以小于单独的绝对值中的每一个。应该理解的是,每个单独的多普勒频移分别与目标相对于发射机或接收机的径向速度直接相关。更具体地,双基地多普勒频移可以是从发射机(或分别为发射机的发射机天线)到目标的多普勒频移与从目标到接收机的接收机天线的多普勒频移的总和。如果存在多个接收机天线,则可以针对每个接收机天线估计双基地多普勒频移。
优选地,针对每个目标,估计至少一个到达角。该到达角当然指代目标相对于接收机的方向,或更具体地,指代目标相对于接收机的接收机天线的方向。如果存在多个接收机天线,则可以针对每个接收机天线估计到达角。
如果接收机包括多个接收机天线,则通常不一定知道相对于特定接收机天线的特定量(双基地范围、双基地多普勒频移或到达角)。这主要是因为与分别在发射机与接收机或目标之间的典型距离相比,接收机天线相对靠近在一起。对于车用应用,通常将接收机天线设置在彼此之间小于1m的范围内,而到目标(另一车辆、行人等)或发射机(例如,在另一车辆中)的距离典型地为几米或几十米。如果针对每个单独的接收机天线估计了特定量的不同值,则理论上可以使用三角测量方法将这些量进行组合。然而,通常这对改进任何估计的准确度都不是必要的或高效的。相反,优选地,通过对所有接收机天线求平均来估计至少一个量。这意味着针对每个接收机天线获得相应量的值(或估计),并且将这些值的平均用作该量的估计。在这里和下文中,平均通常指代算术平均。
在某些情况下(例如,当估计双基地多普勒频移时),也可以通过对发射机天线求平均来估计该量。
如上面所提到的,信息可以包括多个符号。在这种情况下,可以通过对所有检测到的符号求平均来估计至少一个量。换言之,针对每个检测到的符号确定量,并且然后取所有符号的平均。相应的量可以特别是双基地范围和/或到达角。该平均可以与上面提到的对所有接收机天线求平均相结合。
可以针对每个载波频率(即,每个子载波)单独地确定上面提到的量。通过对所有载波频率(或子载波)求平均来估计至少一个量。这是基于这样的假设:诸如双基地范围、到达角或双基地多普勒频移之类的量应独立于载波频率。
本发明还提供了一种用于联合雷达通信的系统,包括:发射机,其适于发射雷达信号,其中,信号具有相位调制的连续波形,并且包括通过相位调制编码的信息;以及接收机,其适于当与发射机间隔开时接收信号,并且检测来自所接收的信号的信息,其中,该信号是具有多个载波频率的多载波相位调制的连续波形,并且该信息被编码到每个载波频率上。
这些术语已经在上面关于本发明的方法进行了解释,并且因此将不再进行解释。发射机可以包括信号生成单元,该信号生成单元适于编码信息并且控制信号的传输。收发器可以包括信号评估单元,该信号评估单元适于检测信息并且可选地估计至少一个目标相关的量。
本发明的系统的优选实施例对应于本发明的方法的优选实施例。
附图说明
根据下面参考附图对非限制性实施例的详细描述,本发明的更多细节和优点将显而易见,其中:
图1是示出了本发明的方法的应用的具有多辆汽车的道路的示意视图;以及
图2是本发明的系统的示意视图。
具体实施方式
现在将参考图1和图2描述本发明的方法和本发明的系统,其中图1示出了具有多辆汽车2-7的道路1。第一汽车2和第二汽车3正在相同的车道中移动,在第一汽车2和第二汽车3之间具有第三汽车4,从而遮挡了第一汽车2与第二汽车3之间的视线。第四汽车5和第五汽车6正在邻近的车道中移动。第一汽车2和第二汽车3分别包括发射机11和接收机14,发射机11和接收机14是用于联合雷达通信的本发明的系统10的一部分,其在图2中示出。图2中的图示是大大简化后的。发射机11包括耦合到Nt个发射机天线13的信号生成单元12,该Nt个发射机天线13以均匀的线性阵列(ULA)布置。数量Nt可以可变地选择,例如,2个到10个。信号生成单元12被配置为生成雷达信号S,该雷达信号S由发射机天线13发射。如将在下面讨论的,通过相位调制的方式将信息编码到信号S上。接收机14包括耦合到信号评估单元16的Nr个接收天线15。当由接收机天线15接收来自发射机11的信号S时,信号评估单元16适于检测编码在其中的信息,并且估计(或确定)将在下面讨论的若干量。
在图1中示出的场景中,第一汽车2试图与第二汽车3通信。除了通信之外,第二汽车3还应该能够利用由可以称为目标的第三汽车4和第四汽车5对雷达信号S的反射以估计与目标相关的量。和分别是目标q的发射-目标范围和目标-接收机范围。θ(t)是离开角,和是到达角(AoA)。通过雷达信号S中编码的信息,第一汽车2可以传达其位置和速度信息以及其自身的感测数据,使得第二汽车3可以估计目标的范围和速度。作为近似,可以将第三汽车4和第四汽车5视为点目标,因此由无波动的雷达横截面(RCS)、双基地范围(即,从发射机11到目标4、5的距离加上从目标4、5到接收机14的距离)、双基地多普勒频移(即,从发射机11到目标4、5的多普勒频移加上从目标4、5到接收机14的多普勒频移)以及由相应的目标4、5反射的信号的到达角来定义目标的范围和速度。接收机14或信号评估单元16适于一起恢复双基地范围、AoA、双基地多普勒频移和经编码的信息。在该示例的上下文中,假定多普勒频移和路径的飞行时间在相干处理间隔(CPI)上是固定的。
在下文中,小写字母和大写字母分别表示向量和矩阵。(.)T、(.)*和(.)H分别表示转置、共轭和Hermitian(共轭转置)。In表示大小为n的单位矩阵,0n×m为n×m全零矩阵。s(t)=u(t)-u(t-tc),其中u(t)是阶跃函数。符号⊙和分别代表逐元素的Hadamard积和Kronecker积。表示N×M矩阵,||v||代表Frobenius范数,即,[c]m是向量c的第m个元素,并且[C]m是矩阵C的第m列。
由发射机11发射的雷达信号S是多载波相位调制的连续波形(MC-PMCW)。用于CPI的MC-PMCW涉及PMCW码的传输,即,由通信符号在Nc个不同的子载波(即,围绕带宽B扩展的载波频率)上调制的更具体地,每个符号通过差分相移键控(DPSK)被调制到不同的子载波上。tb是一个符号的传输时间(也称为慢时间),并且tc是芯片时间(chip time)(也称为快时间)。an,m是在第m个MC-PMCW符号的第n个子载波上的通信DPSK符号,因为DPSK对于恒定相位项是鲁棒的。由第i个发射机天线13在第n个子载波上发射的波形可以写为
其中,an,m中的信息是相位调制,即,an,m=exp(jθn,m),Nc是子载波的数量,表示用于分频的均匀间隔,B是总带宽,是波数,λ是波长,fc是载波频率。L是码序列的长度,并且θ(t)是离开角。
等式(1)的发射波形可以用矩阵形式表示为
其中,包含通信符号,是码序列并且
在叠加来自Q个目标(例如,第三汽车4和第四汽车5)的反射信号之后,在接收机天线p处的所接收的信号采用以下形式:
其中,d′q对传播损失的影响和第q个目标的横截面两者进行建模,并且
其中, 和分别是第q个目标的发射机-目标和目标-接收机的相对径向速度分量。 和分别是第q个目标的发射-目标和目标-接收机路径的信号飞行时间。ηp(t)是圆复高斯噪声。
由于因此可以近似得出并且
其中,表示由于目标q的存在而引起的双基地多普勒频移。将等式(3)下变频到基带,对于每个天线p和子载波n,将得到
其中,并且
以的间隔对yp,n(t)进行采样,可以重写等式(5)为
假设和是双基地范围。对于车用应用的实际值,可以对于所有l近似这导致hp,n,m,l简化为
可以将空间中的所有样本(由天线收集的空间样本)、频率(频率样本在不同的载波中)和慢时间(慢时间意味着以码周期tb进行采样)分别收集到向量cq、bq和eq中,其中,这些向量为包含角度的 聚集范围诱导相位的以及收集多普勒频移的使得hp,n,m=[cq]p[bq]n[eq]m。等式(4)可以用矩阵形式写为
其中,Pk是循环置换矩阵,其对于k的整数移位被定义为
其中,k∈{0,…,L-1}由目标q的范围确定。
接收机14的信号评估单元16根据下面详细描述的几个步骤来处理所接收的信号。首先,估计双基地范围,然后使用对双基地范围的估计来检测信息,即,数据符号。然后可以基于所检测到的信息重新估计双基地范围。而且,基于所检测到的信息来估计双基地多普勒频移。最后,估计到达角。应该理解的是,为了执行下面描述的估计和检测过程,信号评估单元16可以至少部分地是软件实现的。
为了表示的方便,下面将省略噪声。从矩阵Yp中选择第m个符号时间中的L个元素的块作为
其中,m=0,…,M-1。现在,对于距离估计,所接收的信号与之前已知的码序列相关,并且对于m的每个值,获得估计的距离值。
在第p个接收天线处第m个符号的第q个目标的双基地范围表示为得出为ctc×k,其中,k∈[0,L-1]是下式的第k个最大值
||Tp,mΛk′|| 等式(8)
其中, 中的索引“1”表示这是双基地范围的第一估计。考虑到码序列是正交的事实,因此以下属性成立:
在该上下文中,应该注意的是,有与“m”个脉冲相对应的“m”个符号,使得可以将这些符号与脉冲可互换地使用。
通过对所有接收机天线15以及从等式(8)获得的所有范围估计求平均,获得Q个双基地范围,结果为
为了检测通信符号,可以使用来自(8)的估计值Λk来计算Tp,mΛk。而且,等式(10)的范围估计可以用于重构此后可以根据下式检测通信符号
因此,可以根据等式(11)解调DPSK符号[A]m。在该上下文中,DPSK符号的解调意味着将对应的复数波形映射到其适当的二进制位。将范围估计改进为
在第p个接收天线处第m个符号的第q个目标的范围表示为计算为其中,k∈[0,Nc-1]是下式的第k个最大值
其中,然后,类似于等式(10),取对所有接收机天线15以及来自等式(12)的所有符号的平均以得到其中索引“2”表示这是第二估计。最后,可以取对和的平均来改进估计。
等式(6)的4D张量可以表示为不同域中的切片,每个切片采用矩阵形式。为了在慢时间内取回双基地多普勒频移,可以通过固定其他维度(即子载波、天线和快时间采样)来对数据张量重新排序。针对固定的子载波n和天线p的数据超立方体切片可以表示为
并且可以定义其中是根据(11)估计的通信符号。在第p个接收天线处第n个子载波的第q个目标的双基地多普勒频移表示为得出为其中,k∈[0,M-1]是下式的第k个最大值
其中,最后,信号评估单元16可以将双基地多普勒频移计算为
通过改造等式(6),定义并看在第m个符号处的第n个子载波,获得下式
可以选择矩阵Wn,m的第l列为Un,m,l=[Wn,m]l,l∈[1,L]。在第n个子载波处的第m个符号的第l个样本的第q个目标的AoA表示为得出为其中,k∈[0,Nr-1]是下式的第k个最大值
其中,为了改进估计,可以取对所有样本、符号和子载波的平均,即,
如上面所示出的,利用本发明的方法和系统,其使用在相位调制的连续波形中的多个子载波,可以高效地结合目标检测和通信。
附图标记清单
1 道路
2-7 汽车
10 系统
11 发射机
12 信号生成单元
13 发射机天线
14 接收机
15 接收机天线
16 信号评估单元
范围
θ(t) 离开角
到达角
Claims (15)
1.一种用于针对车用应用的联合雷达通信的方法,包括:
-发射机(11)发射雷达信号(S),其中,所述雷达信号(S)具有相位调制的连续波形,并且包括通过相位调制编码的信息,
-与所述发射机(11)间隔开的接收机(14)接收所述雷达信号(S),并且
-所述接收机(14)检测来自所接收的雷达信号(S)的所述信息,
其中,所述雷达信号(S)是具有多个载波频率的多载波相位调制的连续波形,并且所述信息被编码到每个载波频率上,其中,所述多载波相位调制的连续波形涉及在不同载波频率上由通信符号调制的PMCW码的传输。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信息是通过差分相移键控编码的。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述雷达信号(S)是由所述发射机(11)的多个发射机天线(13)发射的。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,每个载波频率是由每个发射机天线(13)发射的。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述雷达信号(S)是由所述接收机(14)的多个接收机天线(15)接收的。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述雷达信号(S)由至少一个目标(4、5)反射,并且至少一个目标相关的参数是基于所接收的雷达信号(S)而估计的。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,针对每个目标(4、5),估计至少一个双基地范围。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,基于所述至少一个双基地范围来检测所述信息。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,针对每个目标(4、5),基于所检测到的信息来重新估计所述至少一个双基地范围。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其特征在于,针对每个目标(4、5),基于所检测到的信息来估计至少一个双基地多普勒频移。
11.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,针对每个目标(4、5),估计至少一个到达角
12.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,通过对所有接收机天线(15)求平均来估计至少一个量。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述信息包括多个符号,并且通过对所有检测到的符号求平均来估计至少一个量。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过对所有载波频率求平均来估计至少一个量。
15.一种用于针对车用应用的联合雷达通信的系统(10),包括:
-发射机(11),其适于发射雷达信号(S),其中,所述雷达信号(S)具有相位调制的连续波形,并且包括通过相位调制编码的信息,
-接收机(14),其适于当与所述发射机(11)间隔开时接收所述雷达信号(S),并且检测来自所接收的雷达信号(S)的所述信息,
其中,所述雷达信号(S)是具有多个载波频率的多载波相位调制的连续波形,并且所述信息被编码到每个载波频率上,其中,所述多载波相位调制的连续波形涉及在不同载波频率上由通信符号调制的PMCW码的传输。
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---|---|---|---|---|
US20200264266A1 (en) * | 2019-02-06 | 2020-08-20 | US Gov't represented by Secretary of the Air Force | Uplink Signaling and Receive Beamforming for Dual-Function Radar Communications |
US11181630B2 (en) * | 2019-04-19 | 2021-11-23 | Massachusetts Institute Of Technology | High-throughput wireless communications encoded using radar waveforms |
EP3748879B1 (en) * | 2019-06-05 | 2023-04-05 | Veoneer Sweden AB | A v2x communication system with radar functionality |
WO2021053614A2 (en) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | University Of Kansas | A continuous-phase modulation based power-efficient tunable joint radar/communications system |
US11754669B2 (en) * | 2019-09-30 | 2023-09-12 | Qualcomm Incorporated | Radar coordination for multi-radar coexistence |
EP4066008B1 (en) * | 2019-11-27 | 2024-01-03 | Google LLC | Detecting a frame-of-reference change in a smart-device-based radar system |
CN113141382A (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-20 | 北京小米移动软件有限公司 | 数据发送方法、数据接收方法、数据传输方法及移动终端 |
CN113225287B (zh) * | 2020-01-21 | 2023-03-10 | 华为技术有限公司 | 探测目标的方法、装置及系统 |
US11693107B2 (en) * | 2020-09-29 | 2023-07-04 | Steradian Semiconductors Private Limited | System, device and method for efficient MIMO radar |
CN112653647B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-05-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种多载波信号调制方法 |
US11828863B2 (en) * | 2021-03-10 | 2023-11-28 | Qualcomm Incorporated | Timing synchronization for cooperative radar sensing |
CN113067791B (zh) * | 2021-03-22 | 2022-07-15 | 电子科技大学 | 一种基于相位与正交信号联合的信息调制和解调方法 |
US12101745B2 (en) * | 2021-08-19 | 2024-09-24 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Exploiting a non-transmission-designated interval in a cycle of a protocol |
CN114125700B (zh) * | 2021-11-01 | 2024-02-27 | 江苏科技大学 | 一种基于车联网的雷达通信一体化功率控制方法 |
CN114338329B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-02-23 | 清华大学 | 探测通信一体化波形的实现方法、装置、设备及介质 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1296684A (zh) * | 1998-02-12 | 2001-05-23 | 金吉斯通讯公司 | 多接入方法和系统 |
JP2009207603A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Aloka Co Ltd | 超音波診断装置 |
US9057785B1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-06-16 | Robert W. Lee | Radar operation with increased doppler capability |
CN105452898A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-03-30 | Iee国际电子工程股份公司 | 车辆乘用的雷达感测 |
CN105589067A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 恩智浦有限公司 | Mimo雷达系统 |
US9753121B1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-09-05 | Uhnder, Inc. | Power control for improved near-far performance of radar systems |
US9772397B1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-09-26 | Uhnder, Inc. | PMCW-PMCW interference mitigation |
KR101814486B1 (ko) * | 2016-09-29 | 2018-01-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5365516A (en) * | 1991-08-16 | 1994-11-15 | Pinpoint Communications, Inc. | Communication system and method for determining the location of a transponder unit |
JP5635723B2 (ja) * | 2006-01-30 | 2014-12-03 | 富士通株式会社 | 目標検出装置およびシステム |
CN101784909A (zh) * | 2007-08-14 | 2010-07-21 | 诺基亚公司 | 距离估计 |
US20090147669A1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-11 | Nokia Siemens Networks Oy | Continuous phase modulation encoder for wireless networks |
DE602008002813D1 (de) * | 2008-02-22 | 2010-11-11 | Thales Nederland Bv | Verfahren zur Messung der Radialgeschwindigkeit eines Ziels mit einem Doppler-Radar |
US8369451B2 (en) * | 2009-06-09 | 2013-02-05 | Adeptence, Llc | Method and apparatus for constant envelope modulation |
GB201006904D0 (en) * | 2010-04-26 | 2010-06-09 | Cambridge Entpr Ltd | RFID TAG location systems |
US10411843B2 (en) * | 2012-06-25 | 2019-09-10 | Cohere Technologies, Inc. | Orthogonal time frequency space communication system compatible with OFDM |
US20140266857A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Physical Sciences, Inc. | Fusing Radar and Communications Data in a Bi-Static Passive RF Link |
ES2691942T3 (es) * | 2013-11-05 | 2018-11-29 | Eutelsat Sa | Sistema para transmitir y recibir señales de radiofrecuencia que transportan modos armónicos complejos |
US10126421B2 (en) * | 2015-05-15 | 2018-11-13 | Maxlinear, Inc. | Dynamic OFDM symbol shaping for radar applications |
US10686487B2 (en) * | 2015-06-23 | 2020-06-16 | Eridan Communications, Inc. | Universal transmit/receive module for radar and communications |
EP3165944B1 (en) | 2015-11-04 | 2022-04-20 | Nxp B.V. | Embedded communication authentication |
WO2017187331A1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | Uhnder, Inc. | Vehicle radar system with a shared radar and communication system |
-
2019
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1296684A (zh) * | 1998-02-12 | 2001-05-23 | 金吉斯通讯公司 | 多接入方法和系统 |
JP2009207603A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Aloka Co Ltd | 超音波診断装置 |
CN105452898A (zh) * | 2013-08-14 | 2016-03-30 | Iee国际电子工程股份公司 | 车辆乘用的雷达感测 |
US9057785B1 (en) * | 2014-05-29 | 2015-06-16 | Robert W. Lee | Radar operation with increased doppler capability |
CN105589067A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 恩智浦有限公司 | Mimo雷达系统 |
US9772397B1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-09-26 | Uhnder, Inc. | PMCW-PMCW interference mitigation |
US9753121B1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-09-05 | Uhnder, Inc. | Power control for improved near-far performance of radar systems |
KR101814486B1 (ko) * | 2016-09-29 | 2018-01-05 | 재단법인대구경북과학기술원 | 레이더 및 무선 통신 기능을 가지는 차량용 레이더 장치 및 그것을 이용한 자원 조절 방법 |
Also Published As
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