CN113167878A

CN113167878A - 使用多无线电移动设备的检测和测距

Info

Publication number: CN113167878A
Application number: CN201980077197.XA
Authority: CN
Inventors: N.克莱默
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-07-23
Also published as: EP3847477A1; US11031978B2; EP3847477A4; WO2020080817A1; US20200119780A1

Abstract

一种移动电子设备包括多个射频(RF)天线和处理器。RF天线被配置为发送(TX)或接收(RX)至少一个RF信号。处理器被配置为将多个RF天线当中的一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线配置为至少一个RX天线，使所述TX天线发送所述至少一个RF信号，使所述至少一个RX天线接收所述至少一个RF信号的部分，所述部分从至少一个物体被反射，计算至少一个RF信号相对于至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个，并且基于至少一个RF信号的飞行时间中的每一个识别至少一个物体的位置，其中，多个RF天线中的每一个可重新配置为TX天线或至少一个RX天线。还提供了一种用于操作移动设备的方法。

Description

使用多无线电移动设备的检测和测距

技术领域

本公开总体上涉及使用多无线电移动设备的检测和测距。具体地，本公开涉及通过利用更大量的天线模块来提供测距能力。

背景技术

集成雷达和通信子系统的早期示例能够追溯到NASA航天飞机轨道器，在该轨道器上，Ku波段无线电在会合机动期间用作雷达，或者用作2路地面对航天飞机通信系统。第一台OFDM雷达(被称为多载波相位编码(MCPC)雷达)最初并不是由同时通信和雷达功能的可能性所驱动，然而，它后来被认为是与OFDM通信组合的可行选择。将802.11ad WiFi用于雷达似乎在2015年就已经被提出。该想法的当前实施例聚焦于具有或不具有用于角分辨率的天线阵列的单基地雷达。

持续的兴趣似乎由对智能交通和自动驾驶车辆的趋势、它们对态势感知的需求以及能够从车辆对车辆(V2V)通信中收获的优势所驱动。联合通信和雷达功能潜在地消除了两者对单独的无线电的需求。对于关注远距离的车辆用例，据称，能够在最多200米的范围定位单个目标，同时实现Gb/s的数据速率。然而，商用802.11ad模块中少量天线元件的角分辨率并不足够。

发明内容

本公开向移动设备提供了三维、短距离的测距，而不需要超出5GmmWave或802.11ad支持设备中已经可用的专用硬件组件。

测距能力可以被用于设备近距离的手势识别、较远距离的深度感测、活性检测、具有范围分量的生物信号(诸如呼吸和心跳)的检测，或当相机图像与深度信息组合时提高感测质量。

在第一实施例中，提供了一种移动电子设备。所述移动电子设备包括多个射频(RF)天线和处理器。所述多个射频(RF)天线被配置为发送(TX)或接收(RX)至少一个RF信号。处理器被配置为将多个RF天线当中的一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线配置为至少一个RX天线，使所述TX天线发送所述至少一个RF信号，使所述至少一个RX天线接收所述至少一个RF信号的部分，所述部分从物体被反射，计算至少一个RF信号相对于至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个，并且基于至少一个RF信号的飞行时间中的每一个识别物体的位置，其中，多个RF天线中的每一个可重新配置为TX天线或至少一个RX天线。

在第二实施例中，提供了一种操作包含多个RF天线的移动设备的方法，所述多个RF天线被配置为发送(TX)或接收(RX)至少一个RF信号。所述方法包括将多个RF天线当中的一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线配置为至少一个RX天线。所述方法还包括使所述TX天线发送所述至少一个RF信号，使所述至少一个RX天线接收所述至少一个RF信号的部分，所述部分从物体被反射。所述方法进一步包括计算至少一个RF信号相对于至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个，并且基于至少一个RF信号的飞行时间中的每一个识别物体的位置。多个RF天线中的每一个可重新配置为TX天线或至少一个RX天线。

根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

在进行下面的详细描述之前，阐述整个专利文件中使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦合”及其派生词指代两个或更多个元件之间的任何直接或间接通信，无论这些元件是否彼此物理接触。术语“发送”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词意味着非限制性包括。术语“或”是包含性的，意味着和/或。短语“与…相关联”以及其派生词的意味着包括、被包括在其中、与之相互连接、包含、被包含在其中、连接到(connect to)或与之连接(connect with)、耦合到(coupleto)或与之耦合(couple with)、可与之通信、与之协作、交织、并列、与之接近、结合到(bebound to)或与之结合(be bound with)、具有、具有属性、与之有关系(have relationshipto)或与之有关(have relationship with)等。术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。此类控制器可以以硬件或硬件和软件和/或固件的组合来实现。与任何特定控制器相关联的功能可以是本地或远程的集中式或分布式。短语“…中的至少一个”当与项目列表一起使用时，意味着一个或多个所列项目的不同组合可以被使用，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个”包括以下组合中的任何一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C以及A和B和C。

在整个专利文件中提供了对其他某些词语和短语的定义。本领域普通技术人员应当理解，在许多情况下，即使不是大多数情况，此类定义适用于此类被定义的词语和短语的先前和将来的使用。

附图说明

为了更完整地理解公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的示例无线网络；

图2A和图2B示出了根据本公开的一个实施例的示例无线发送和接收路径；

图3示出了根据本公开的一个实施例的能够进行毫米(mm)波通信的示例UE；

图4示出了根据本公开的实施例的示例性mm波通信系统；

图5示出了根据本公开的一个实施例的用于移动设备mm波通信的示例性多模块模拟信号路径配置；

图6示出了根据本公开的一个实施例的示例性双基地雷达机制；

图7示出了根据本公开的一个实施例的示例性单基地雷达机制；

图8示出了根据本公开的一个实施例的示出如何使用3维(3D)椭球体确定mm波通信系统中可能的目标位置的示例性示图；

图9示出了根据本公开的一个实施例的用于三个可配置TX/RX模块的示例性到达时间双基地雷达测距几何；

图10示出了根据本公开的一个实施例的用于三个可配置TX/RX模块的另一示例性到达时间双基地雷达测距几何100；

图11示出了根据本公开的实施例的多RF测距装置的示例性框图；

图12A示出了根据本公开的实施例的示出如何使用两个独立测量来确定可能的目标位置的示例性示图；

图12B示出了根据本公开的实施例的示出如何使用三个独立测量来确定可能的目标位置的另一示例性示图；

图13A示出了根据本公开的实施例的使用mm波通信装置中在3个RX天线处的同时测量的示例性3D测距操作；

图13B示出了根据本公开的实施例的通过mm波通信装置中使用3个RX天线的同时测量的示例性3D测距操作；

图14A和图14B示出了根据本公开的一个实施例的当第四RF模块被障碍物遮盖时使用三个RF模块的三个测量；

图15示出了根据本公开的实施例的对安全性或用户便利性的示例性接近检测；

图16A到图16C示出了根据本公开的实施例的对心率和呼吸频率的示例性生物信号测量和结果图；

图17A到图17C示出了根据本公开的实施例的使用生成用于手势识别的原始数据的雷达慢时中的帧的示例性测距更新；以及

图18示出了根据本公开的实施例的mm波通信装置中的测距操作的示例性流程图。

具体实施方式

本文讨论的图1至图18以及本专利文件中用于描述公开的原理的各种实施例仅以图例的方式进行并且不应以任何方式被解释为限制公开的范围。本领域技术人员将理解，公开的原理可以在任何适当布置的设备或系统中实施。

图1示出了根据本公开的一个实施例的示例无线网络100。图1中示出的无线网络100的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，无线网络100的其它实施例可以被使用。

无线网络100包括eNodeB(eNB)101、eNB 102和eNB 103。eNB 101与eNB 102和eNB103通信。eNB 101还与至少一个互联网协议(IP)网络130通信，诸如互联网、专有IP网络或其他数据网络。

取决于网络类型，术语“基站”或“BS”能够指代配置为向网络提供无线接入的任何组件(或组件集合)，诸如发送点(TP)、发送-接收点(TRP)、增强型基站(eNodeB或eNB或gNB)、宏小区、毫微微小区、WiFi接入点(AP)或其他支持无线的设备。基站可根据一种或多种无线通信协议(例如，5G 3GPP新无线电接口/接入(NR)、长期演进(LTE)、先进LTE(LTE-A)、高速分组接入(HSPA)、Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac等)提供无线接入。为方便起见，在本专利文件中，术语“BS”和“TRP”互换使用，指代为远程终端提供无线接入的网络基础设施组件。此外，取决于网络类型，“用户设备”或“UE”能够指代任何组件，诸如“移动站”、“订户站”、“远程终端”、“无线终端”、“接收点”或“用户设备”。为方便起见，本专利文件中使用的术语“用户设备”和“UE”指代无线接入BS的远程无线设备，无论UE是移动设备(诸如移动电话或智能手机)还是通常认为是固定设备(诸如台式计算机或自动售货机)。

eNB 102为eNB 102的覆盖区域120内的第一多个用户设备(UE)提供对网络130的无线宽带接入。第一多个UE包括UE 111，其可以位于小型企业(SB)中；UE 112，其可以位于企业(E)中；UE 113，其可以位于WiFi热点(HS)中；UE 114，其可以位于第一住宅(R)中；UE115，其可以位于第二住宅(R)中；以及UE 116，其可以是移动设备(M)，如手机、无线笔记本电脑、无线PDA等。eNB 103为eNB 103的覆盖区域125内的第二多个UE提供无线宽带接入网络130。第二多个UE包括UE 115和UE 116。在一些实施例中，一个或多个eNB 101-103可以使用5G、长期演进(LTE)、LTE-A、WiMAX或其他先进的无线通信技术彼此通信并与UE 111-116通信。

虚线示出了覆盖区域120和125的近似外延，其被示为近似圆形，仅用于说明和解释的目的。应当清楚地理解，与eNB相关联的覆盖区域，诸如覆盖区域120和125，可以具有其他形状，包括不规则的形状，这取决于eNB的配置以及与自然和人为障碍物相关联的无线电环境的变化。

如下面更详细地描述的，BS 101、BS 102和BS 103中的一个或多个包括如公开的实施例中所述的2D天线阵列。在一些实施例中，BS 101、BS 102和BS 103中的一个或多个支持用于具有2D天线阵列的系统的码本设计和结构。

尽管图1示出了无线网络100的一个示例，但是可以对图1做出各种改变。例如，无线网络100能够以任何合适的布置包括任何数量的eNB和任何数量的UE。此外，eNB 101能够直接与任何数量的UE通信，并为这些UE提供对网络130的无线宽带接入。类似地，每个eNB102-103能够直接与网络130通信，并为UE提供对网络130的直接无线宽带接入。此外，eNB101、102和/或103能够提供对诸如外部电话网络或其他类型的数据网络的其他或额外的外部网络的接入。

图2A和图2B示出了根据本公开的一个实施例的示例无线发送和接收路径。在下面的描述中，发送路径200可以被描述为在eNB(诸如eNB 102)中实现，而接收路径250可以被描述为在UE(诸如UE 116)中实现。然而，将理解，接收路径250能够在eNB中实现，并且发送路径200能够在UE中实现。在一些实施例中，接收路径250被配置为支持如本公开的实施例中所述的用于具有2D天线阵列的系统的码本设计和结构。

发送路径200包括信道编码和调制块205、串行到并行(S-to-P)块210、大小为N的逆快速傅里叶变换(IFFT)块215、并行到串行(P-to-S)块220、添加循环前缀块225，以及上变频器(UC)230。接收路径250包括下变频器(DC)255、移除循环前缀块260、串行到并行(S-to-P)块265、大小为N的快速傅里叶变换(FFT)块270、并行到串行(P-to-S)块275、以及信道解码和解调块280。

在发送路径200中，信道编码和调制块205接收一组信息比特，应用编码(诸如低密度奇偶校验(LDPC)编码)，并对输入比特进行调制(诸如用正交相移键控(QPSK)或正交幅度调制(QAM))以生成频域调制符号序列。串行到并行块210将串行调制符号转换(诸如解复用)为并行数据，以便生成N个并行符号流，其中N是eNB 102和UE 116中使用的IFFT/FFT大小。大小为N的IFFT块215对N个并行符号流执行IFFT操作以生成时域输出信号。并行到串行块220将来自大小为N的IFFT块215的并行时域输出符号进行转换(诸如复用)以便生成串行时域信号。添加循环前缀块225将循环前缀插入到时域信号中。上变频器230将添加循环前缀块225的输出调制(诸如上变频)为RF频率，以便经由无线信道发送。在转换为RF频率之前，信号还可以在基带处进行滤波。

从eNB 102发送的至少一个RF信号在通过无线信道后到达UE 116，并且与eNB 102处的反向操作在UE 116处被执行。下变频器255将接收到的信号下变频为基带频率，并且移除循环前缀块260移除循环前缀以生成串行时域基带信号。串行到并行块265将时域基带信号转换为并行时域信号。大小为N的FFT块270执行FFT算法以生成N个并行频域信号。并行到串行块275将并行频域信号转换为调制数据符号序列。信道解码和解调块280对调制符号进行解调和解码以恢复原始输入数据流。

eNB 101-103中的每一个可以实现类似于在下行链路中向UE 111-116发送的发送路径200，并且可以实现类似于在上行链路中从UE 111-116接收的接收路径250。类似地，UE111-116中的每一个可以实现用于在上行链路中向eNB 101-103发送的发送路径200，并且可以实现用于在下行链路中从eNB101-103接收的接收路径250。

图2A和图2B中的每个组件能够仅使用硬件或使用硬件和软件/固件的组合来实现。作为特定示例，图2A和图2B中的至少一些组件可以用软件实现，而其他组件可以由可配置的硬件或软件和可配置的硬件的混合来实现。例如，FFT块270和IFFT块215可以被实现为可配置的软件算法，其中大小N的值可以根据实施方式进行修改。

此外，尽管描述为使用FFT和IFFT，但这只是通过说明的方式并且不应被解释为限制公开的范围。其它类型的变换，例如离散傅里叶变换(DFT)和逆离散傅里叶变换(IDFT)函数可以被使用。将理解的是，对于DFT和IDFT函数，变量N的值可以是任何整数(诸如1、2、3、4等)，而对于FFT和IFFT函数，变量N的值可以是作为2的幂的任何整数(诸如1、2、4、8、16等)。

尽管图2A和图2B示出了无线发送和接收路径的示例，但是可以对图2A和图2B做出各种改变。例如，图2A和图2B中的各种组件能够被组合、进一步细分或省略，并且能够根据特定的需要添加额外的组件。此外，图2A和图2B旨在说明能够被用在无线网络中的发送和接收路径的类型的示例。任何其它合适的架构能够被用于支持无线网络中的无线通信。

图3示出了根据本公开的一个实施例的能够进行毫米(mm)波通信的示例UE 116。图3中示出的UE 116的实施例仅用于说明，并且图1中的UE111-115能够具有相同或类似的配置。然而，UE有多种配置，并且图3并没有将公开的范围限制在UE的任何特定实施方式中。

UE 116包括天线305、射频(RF)收发器310、发送(TX)处理电路315、麦克风320和接收(RX)处理电路325。UE 116还包括扬声器330、主处理器340、输入/输出(I/O)接口(IF)345、(多个)输入设备350、显示器355和存储器360。存储器360包括基本操作系统(OS)程序361和一个或多个应用362。

RF收发器310从天线305接收由网络100的eNB发送的输入的至少一个RF信号。RF收发器310将输入的至少一个RF信号下变频以生成中频(IF)或基带信号。IF或基带信号被递送到RX处理电路325，其通过对基带或IF信号进行滤波、解码和/或数字化来生成处理的基带信号。RX处理电路325将处理的基带信号发送到扬声器330(诸如用于语音数据)或发送到主处理器340以进行进一步处理(诸如用于网页浏览数据)。

TX处理电路315从麦克风320接收模拟或数字语音数据或从主处理器340接收其他输出基带数据(诸如网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。TX处理电路315对输出的基带数据进行编码、复用和/或数字化以生成处理的基带或IF信号。RF收发器310从TX处理电路315接收输出的处理的基带或IF信号，并将基带或IF信号上变频为经由天线305发送的至少一个RF信号。

主处理器340能够包括一个或多个处理器或其他处理设备并且执行存储在存储器360中的基本OS程序361，以便控制UE 116的整体操作。例如，主处理器340能够根据众所周知的原理控制RF收发器310、RX处理电路325和TX处理电路315的前向信道信号的接收和反向信道信号的发送。在一些实施例中，主处理器340包括至少一个微处理器或微控制器。

主处理器340还能够执行驻留在存储器360中的其他进程和程序，诸如用于如公开的实施例中所述的具有2D天线阵列的系统的信道质量测量和报告的操作。主处理器340能够如执行进程所需将数据移入或移出存储器360。在一些实施例中，主处理器340被配置为基于OS程序361或响应于从eNB或从操作者接收的信号而执行应用362。主处理器340还被耦合到I/O接口345，所述I/O接口345为UE 116提供连接到诸如笔记本电脑和手持电脑的其他设备的能力。I/O接口345是这些附件和主控制器340之间的通信路径。

主处理器340还被耦合到键盘350和显示单元355。UE 116的操作者能够使用键盘350向UE 116输入数据。显示器355可以是液晶显示器或能够渲染诸如来自网站的文本和/或至少有限图形的其他显示器。

存储器360被耦合到主处理器340。存储器360的一部分能够包括随机存取存储器(RAM)，并且存储器360的另一部分能够包括闪存或其他只读存储器(ROM)。尽管图3示出了UE 116的一个示例，但是可以对图3做出各种改变。例如，图3中的各种组件能够被组合、进一步细分或省略，并且能够根据特定的需要添加额外的组件。作为特定示例，主处理器340能够被分为多个处理器，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)和一个或多个图形处理单元(GPU)。此外，虽然图3示出了UE 116被配置为移动电话或智能手机，但UE能够被配置为用作其他类型的移动或固定设备。

图4示出了根据公开的实施例的示例性mm波通信系统。图4中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

对于mm波频带，由于信号的波长较短，对于给定的形状因子来说，天线元件的数量能够很大。天线元件的物理范围一般与和预期的通信频带相关联的波长成比例，并且通常在任一维度上落在1/2至1个波长之间的范围。作为示例，用于常见的28GHz或60GHz频带的平面天线元件通常将占据(1/2波长)平方的面积，或大约5.4×5.4mm²(28GHz)或2.5×2.5mm²(60GHz)。此类天线的小型阵列与手持式移动设备的物理约束兼容并且被用于在mm波频率上使能Gbps级的高吞吐量通信。

由于硬件尺寸、功耗和实现成本的约束，数字链的数量受到限制，而这些限制在移动设备和基站之间会有所不同。在一个实施例中，一个数字链被映射到大量的能够由一组模拟移相器控制的天线元件是有利且惯用的。然后一个数字链被连接到通过模拟波束成形产生窄模拟波束的一个子阵列。作为基本规则，由相干电信号馈入的方形N元阵列的角波束宽度为

[rad]的数量级。此模拟波束的中心峰值能够通过选择性地使元件信号相对于彼此延迟，通常是通过调整一组移相器，被指向宽的角度范围或跨宽的角度范围扫描。为了清楚起见，图4仅示出了发送方向的信号路径。本领域技术人员很容易理解，信号路径也将包括接收方向的硬件(从天线到数字输出，经由低噪声放大器、移相器、混频器、模数转换器和FFT块)。

移动设备，尤其是手持式智能手机带来了额外的挑战，在于(1)设备相对于基站的方位和(2)任何一个天线模块和基站之间的信号路径损失都是未知的。缓解这些问题的常见方法是在移动设备上提供具有不同物理位置和方位的几个天线阵列，使得例如一个或几个模块被例如用户的手或身体挡住能够通过启用一个或几个其他模块被缓解。

图5示出了根据本公开的一个实施例的用于移动设备mm波通信的示例性多模块模拟波束成形。图5中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

从架构上看，图5中示出了一种使用动态可配置的前端模块的mm波通信系统的低复杂度实施方式的直接方法。在任何给定时间，4个模块中的一个510能够处于发送模式并且其余3个模块521、522、523中的至少一个能够处于接收模式。其他更复杂的方法也是可能的，这些方法允许同时从一个以上的模块进行发送或接收，但是由于缺乏天线隔离，大多数都不相同。在最大的配置中，系统可以被设计为允许同时通过部分或全部模块进行发送和接收。相应地考虑到功耗和硬件复杂度规模，系统可能被设计为具有最小的切换配置。

在一个实施例中，每个模块有非常少的元件，诸如4个天线元件。4个元件的可实现角(半功率)波束宽度为25度到50度的数量级。虽然这对移动用例中的良好空间覆盖是有利的，但它也意味着任何到达例如接收模块的信号不能被分配准确的到达方向(DoA)值。

在雷达系统中，对理想的雷达波形的主题已经付出了大量的努力。虽然简单的脉冲雷达被用于早期的实施方式并且在这种情况下雷达功能是直观的，但是增加的范围分辨率需要更短的脉冲，并且更短的脉冲包含更少的能量，从而减小了检测范围。作为第一个改进，频率调制连续波(FM-CW)雷达波形被引入。这里，线性频率斜率被发送，跨以载波频率为中心的带宽B扫描。通常使用专用天线的发送器向(多个)目标发射线性调频信号，该(多个)目标反射一些信号，并且延迟的副本出现在(一个或多个)接收器天线上。此雷达信号包含明显更多的能量因为功率在线性调频信号的持续时间内被发送。在分辨率、范围-多普勒模糊性和干扰鲁棒性方面，更高性能的波形将正交码与相位调制和相关性方法结合起来用于雷达脉冲压缩。脉冲压缩在数字域中完成并且使用码序列的独特自相关属性。

虽然需要的特殊自相关属性码序列可以存在于各种通信物理层标准中，但它们的使用受特定通信协议的需要制约并且可能不适合雷达的目的。例如，码可能发送不够频繁，或者没有通过足够数量的子载波(带宽)发送以产生所需的测距分辨率和更新率。

可替换地，(多个)目标反射的延迟时间曲线是从频域测量推导的，类似于时域反射测量法(TDR)的变体中的习惯方法。在这种类型的TDR中，用矢量网络分析仪(VNA)在特定的频率范围内测量来自被测设备(如受损电缆)的反射的振幅和相位响应，并经由逆FFT计算时域反射曲线。

考虑跨总带宽(B＝NΔf)上的大量N个子载波的正在进行的OFDM传输。优选地，子载波在雷达“帧”时段期间跨越整个信道带宽(以获得最佳的距离分辨率)而没有未使用的间隙。我们假设任何相关的目标反射信号以不大于OFDM循环前缀持续时间的延迟扩展到达接收器。因此，对于每个子载波n(n＝0...N-1)和符号时段k(t＝k*TS)，接收信号

的振幅&相位能够被归一到相关联的发送信号

的振幅&相位。这就每个符号时段在占用的子载波频率上对频域信道响应H_n＝H(f_n)进行一次有效地采样：

在子载波频率f_n。

接收样本需要在OFDM接收器中的信道均衡步骤之前被获取。然后采样的时域响应作为逆FFT被获得：

在时间实例t_k＝(k/N)T_S。

在T_S＝1/Δf和B＝NΔf的情况下，信道响应的时间样本间隔为Δt＝(t_k+1-t_k)＝1/B，同样，从而得出范围分辨率ΔR＝cΔt/2＝c/2B。这里，c是光速，B是带宽。

这种使用OFDM调制通信的雷达方法的明显优势是，除了子载波应被有效(即足够的振幅)信号填满外，它没有对自相关或信号的任何其他属性作出特定假设。由于子载波是动态分配的并且可能不会被同时填充，因此只要足够的测量时间(雷达帧持续时间)可用，信道响应就能够在具有非零子载波功率的符号时段内被平均。因此，这种雷达方法能够在5G NR通信的情境下被采取而不会干扰到小区内的通信。

与具有并置同步的发送器和接收器的单基地雷达的相反，双基地或多基地雷达在两个位置或更多个位置具有接收器和发送器。

图6示出了根据本公开的一个实施例的示例性双基地雷达机制600。在没有TX/RX同步的情况下，接收器将从直接路径(意味着最短延迟)信号中推导其时间参考并且将所有其他更多延迟的信号归于目标。假设TX-RX对之间的距离已知，在缺少角度信息的情况下，直接路径和反射路径之间的到达时间差定义了椭球体表面(即通过围绕椭圆的主轴旋转椭圆而获得的表面)上的(多个)目标位置，其中TX和RX在焦点处。从这个意义上讲，单基地雷达是具有退化为球面的恒定延迟面的双基地雷达的特殊情况。

图7示出了根据本公开的一个实施例的示例性单基地雷达机制700。对于较大的目标距离，等距椭球体退化为球体。如果TX-RX基距足够小，则类似于单基地情况的直接电同步是可行的并且不需要依赖直接路径(可能会大大衰减或在低天线增益的角区域内)。在这种情况下，所述布置通常被称为相干多基地雷达。

显然，单基地往返距离变量2R将被总传播长度或双基地范围(R₁+R₂)代替。分辨率限制适用于此总路径长度。通常，TX和RX天线孔径可能不同。在雷达方程中，类似地，1/R⁴的距离依赖度将被

代替。

还应注意，反射信号不再来自直接反射并且因此观察到的雷达横截面将与单基地情况不同。对于小到中等的双基地角度(在TX和RX传播方向之间)，RCS近似为TX和RX方向之间的等分线的RCS并且低于单基地的情况。对于大的双基地角度，RCS等于具有相关联的滚降角模式的等效阴影区域孔径的RCS并且值近似地等于单基地RCS。对于接近180度的角度，直接TX-RX路径可能会占主导地位，可能会导致阻塞的RX而没有可辨别的信号。因此，我们期待当基距与各个路径长度相当时，双基地雷达会产生实质上新的信息。

如果TX和/或RX除时间延迟外还具有角仰角分辨率，则目标位置能够从椭球体表面被缩小到从椭球体与等高弧所跨越的平面的相交所获得的路径。如果还有角方位角分辨率，则目标能够被定位为椭圆上的点以获得完整的3D分辨率。

如上所述，精细的角分辨率需要大的天线孔径面积和相应大量的天线元件，这两种情况都与集成到手持式消费设备中不兼容。不依赖到达方向(DoA)信息来解析目标位置的方法是可用的。

在到达时间(ToA)方法中，在已知位置有多个接收器和至少一个发送器。显而易见的是，此方法也被称为“椭圆定位”。接收器和发送器被同步到公共时间参考。对于大的物理距离，同步能够经由直接路径TX-RX信号被实现，或者当站点关闭时，时间同步能够经由电连接被完成。为了明确地确定N维空间中的目标位置，至少N个独立的范围测量是必须的。

在这里最感兴趣的情况下，位置的每个RF模块能够被配置为TX或RX模式。当n个模块可用时，总共

个独特对能够被创建。

利用三个可用模块(#1,#2,#3)，C_3，2＝3个独特的测距测量能够被采用：(#1-#2)、(#1-#3)、(#2-#3)。对于3传感器平面之外的目标没有冗余可用。

利用四个可用模块，C_4，2＝6。三个额外的测量可用。这能够被用于提高精度，或者首先能够选择特定的模块对以最大化精度。

在将特定位置永久性配置为仅TX或仅RX模块的情况下，需要至少总共N个TX/RX组合(例如(n RX)*(m TX)≥N)。同样，额外的RX和/或TX能够通过平均来提高目标位置精度结果。

图8示出了根据本公开的一个实施例的示出如何使用3维(3D)椭球体确定mm波通信系统中可能的目标位置的示例性示图。图8中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

发送器802递送出被目标反射并且随后被接收器804中的一个获取的信号。从发送器802经由目标反射到接收器的信号路径为可能的目标位置描画出一个椭球体表面，以TX和RX位置为焦点。所测量的时延与传播速度的乘积为相应的TX/RX对提供了双基地范围。来自几个发送-接收对的相应的椭球体的交点产生了物体位置估计。

可能的目标位置被放置在3D椭球体810的表面上的任何位置，该椭球体由椭圆围绕其主轴的旋转生成。在椭球体810的焦点处的TX 802和RX 804之间的传播路径长度都相同。对于更大的双基地范围值，椭球体810如椭球体811和812所示扩展。

在许多目标存在的情况下，错误目标的消除变得具有挑战性。每个目标为每个TX–RX对生成一个椭圆。如果N＝(n*m)TX/RX对被使用(＝进行#个测量)并且存在K个目标，则我们有(NK*(N-1)K)/2个交点，其中只有K个对应于实际目标。例如，在N＝3、K＝5的适度情况下，我们将有75个总位置，其中只有5个对应于真实目标。因此，此方法对于少量目标(诸如单个用户或靠近设备的用户的手)很有用。

图9示出了根据本公开的一个实施例的用于三个可配置TX/RX模块的示例性到达时间双基地雷达测距几何。图9中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

最少地，需要三个可配置的TX/RX模块以在椭圆的交点处找到目标的3D位置910。考虑图9中的几何。前两个测量是使用模块1作为TX(TX1)、模块2和模块3作为RX(RX2，RX3)进行的。在第三个测量中，模块1能够被禁用，模块2是TX并且模块3是RX。

测量产生三个双基地范围：r₁₂＝(r_t1+r_t2),r₁₃＝(r_t1+r_t3),r₂₃＝(r_t2+r_t3)，产生各个模块到目标距离：r_t1＝(r₁₂+r₁₃-r₂₃)/2，r_t2＝(r₁₂-r₁₃+r₂₃)/2，r_t3＝(-r₁₂+r₁₃+r₂₃)/2，以及模块位置[x_i,y_i,z_i],(i＝1…3)，目标位置通过对[x_t,y_t,z_t]解析

而找到。

图10示出了根据公开的一个实施例的用于三个可配置TX/RX模块的另一示例性到达时间双基地雷达测距几何1000。图10中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

利用三个以上的模块，N＝C_n,2＞3个独特的范围测量是可能的。考虑图10中的系统几何。到达时间双基地雷达测距几何1000包括在原点1002处的一个TX。

第i个接收器位于已知位置x_i＝[x_i,y_i,z_i]^T,(i＝1…N)并且目标位于x_t＝[x_t,y_t,z_t]^T。第i个接收器的双基地范围R_bi(测量的变量)是发送器-目标和目标-接收器距离的和(R_t+R_ti)。

重新排列后：

此方程中未知的是x_t和R_t。对于在接收器处的所有ToA(R_bi′s)，以矩阵形式表示为：

A_bx_b＝b_b

x_b＝[x_t y_t z_t R_t]^T,

目标位置x_t的近似(最小二乘意义上)解决方案现在被获得为：

其中：

是|A_b的伪逆矩阵并且

这样，目标位置x_t以最小二乘近似法已知。直观地说，误差方差随着更高精度范围测量R_bi(更好的信号/噪声比)、更有利的RX对(vs.)TX放置(导致椭球体以更大的角度相交)和有利的目标距离(最多只有几个TX/RX间隔的数量级)而减少。

如果(多个)特定TX/RX对的波传播受阻，则其他对可以从C_n,2个组合的总可用集合中被选择。3D目标位置能够被确定只要可以进行如下所示的至少三个测量。

在到达时间差(TDoA)方法中，位于不同且已知的空间坐标的多个同步接收器站收集目标发射或反射的信号。这里，接收器对处的信号到达时间之间的相互差被测量。

寻找目标位置的过程与前面的情况类似，不同的是，时间延迟相对于参考接收器(我们任意选择RX1作为参考)被测量。

第i个接收器位于已知位置x_i＝[x_i,y_i,z_i]^T,(i＝1…N)并且目标位于x_t＝[x_t,y_t,z_t]^T。第i个接收器和第一个(参考)接收器之间的测量范围差d_i,1为d_i,1＝R_ti-R_t1。重新排列

的表达式后，我们得到类似于ToA情况的表达式：

此方程中未知的是x_t和R_t。对于所有N-1个TDoA(d_i,1′s)，以矩阵形式表示为：

A_dx_d＝b_d

x_d＝[x_t y_t z_t R_t1]^T,

其中：

是A_d的伪逆矩阵并且

同样，目标位置x_t以最小二乘法近似已知。注意TDoA方法比ToA方法需要多一个接收器(N+1个接收器产生N个TDoA)。

可以预期，TDoA方法的误差方差比直接ToA测量方法的大，因为时间差测量可能比直接时间测量数据包含更多的测量噪声。在[10]中的仿真中也示出了这一点并且我们指出直接时间测量是更优选的。

移动通信设备(例如，智能电话)开始在28GHz、39GHz的5G mm波频带或60GHz ISM频带中包括mm波通信能力。有几个主要方面制约着这种能力的产品设计，具体如下

1.由于链路质量的根本原因，工作在远高于10GHz的频率的无线电需要一个以上的天线元件。以元件之间的典型λ/2距离间隔开的天线元件的电控(1D或2D)阵列是一个受欢迎的选择，因为它们能够将电磁辐射同时聚焦到波束中并且允许对此波束进行定向转向(steer)。作为参考，在30GHz，λ＝1cm。

2.10GHz范围内的电磁辐射不会穿透除皮肤最外层(至约1mm深度)以外的所有生物组织。智能手机是手持设备。因此，当天线(天线元件或天线阵列)被覆盖时，例如当握住设备时被手覆盖，天线被屏蔽并且不能够再被用于通信。因此，智能手机将跨设备范围包括多个天线(或天线阵列)以提高具有至少一个未被覆盖的天线(或天线阵列)可用的可能性。典型的设计能够沿设备的4个边缘使用4个阵列。

3.智能手机有非常有限的空间以添加大的天线阵列。由于薄的机械设计，阵列仅限于1D线性阵列。可用空间将每个阵列的天线数量限制为1x4个元件的数量级。这反过来限制了可实现的波束成形效果。理想地，在特定方向上来自具有N个元件的阵列的角波束宽度在该方向上将为100度/N，即来自4个元件的角波束宽度只有25度。

4.现代雷达实施方式是通过波束成形来扫描方位角和仰角，大多数情况下是在数字域中完成的。角分辨率将受到小阵列的限制。

5.出于天线、滤波器和电路设计约束以及整体功耗的实际原因，10GHz范围内的双向通信以时分双工(TDD)模式进行。因此，任何一个特定的RF模块将处于发送或接收模式(或关闭)。两种模式在构造上是互斥的。

因此，公开的实施例将利用多个天线和相关联的RF模块的存在来提高相对于仅用一个模块能够获得的测距性能，如在现有技术中通常所做的那样。

图11示出了根据本公开的实施例的多RF测距装置的示例性框图。图11中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

本公开中提供的测距方法可以被并入如图11的框图所示的移动通信设备中。变型和扩展对于本领域技术人员而言是显而易见的。

具有mm波通信能力的移动设备包含多个RF模块1102-1、1102-2、...、1102-K。模块可以相同或不相同。在不丧失一般性的情况下，我们在这里假设这些模块在相同的RF频带内通信或者具有在(多个)相应的其他模块的频带内操作的能力。模块中的每一个包含至少一个天线。具有一个以上元件的模块级天线阵列是常见的，也是通信的优选解决方案。天线阵列允许波束成形和转向，然而，这并不是公开的测距系统的要求。

可能需要至少3个天线模块(K＝3)以在3维坐标中确定近距离反射目标的位置。支持mm波的移动设备通常可以被装备有四个RF模块，从而允许在仍然保持测距能力的同时一个RF模块被阻挡(例如，被用户的手覆盖)。如框图中的同步信号所指示的，模块共享公共时间参考。对于到达时间(ToA)处理，雷达回波相对于如图所示在无线电基带信号处理块中生成的公共同步(Sync)信号被测量。对于到达时间差(TDoA)处理，可能需要将RF模块以成对方式进行同步，这无需来自基带单元的明确同步信号就能够被实现。在任何情况下，由于移动设备内的物理亲密性，提供公共同步至基带信号将是有利的。

RF模块被假设包含至少所有需要的mm波电路并且能够被交替地配置为排他发送或排他接收模式。对于公开的测距方法，不需要同时发送和接收能力，但是如果由于通信能力而可用，则同时发送和接收能力能够被有利地使用。由于一个模块内有限的发送/接收隔离带来的挑战将需要被克服。

RF模块和无线电基带处理设备之间的接口可以是模拟的或数字的，取决于接收器模数转换器(ADC)和发送器数模转换器(DAC)的位置。在任何一种情况下，此接口处的接收信号都包含足够的(振幅、相位、定时等)信息以在每个模块的基础上提取必要的雷达参数(延迟、振幅、相位、频率、多普勒频移等)。此外，所述接口在每个模块的基础上，根据整组模块的特定接收/发送模式配置，携带发送信号信息。

基带信号处理器块1104通常提供基于标准的通信调制解调器功能，诸如媒体访问控制(MAC)、物理层(PHY)接口功能、基于所需的上行链路数据的TX波形生成以及用于提供下行链路数据的RX解调。在仅通信的设备中，上行链路数据路径&下行链路数据路径终止于应用处理器，该应用处理器可以执行或管理移动设备的除调制解调器功能以外的所有其他功能。

测距系统包括雷达处理器块1106。此块的物理位置没有任何约束--它可以是独立的设备，或者可以被集成在无线电基带处理器或应用处理器块中(然而，最可能的是在无线电基带中)，或者仅由软件功能组成，重新利用现有硬件。雷达处理器块1106的功能包括按照测距功能所需的顺序配置RF模块，考虑到先前收集的关于被阻挡和可用模块的信息，生成适当的“雷达时间间隔”作为专用的仅雷达间隔，与通信操作交织，或重新使用本机通信发送时隙，生成适当的“雷达波形”以便在雷达间隔期间传输(这些波形可以是专用波形，或重新使用本机通信波形)，从接收信号中提取原始雷达参数，执行雷达处理，并且以所需的帧速率向设备的应用处理器传递带有时间戳的、反射强度和可能性标记的已识别目标列表。

实际上，这向移动设备添加额外的传感器，从而部分或全部传感器硬件从可用的通信硬件中被重复使用。

应用处理器1108将从移动设备1110接收的各种通信、传感器和用户输入数据源组合以形成有用的设备功能。与雷达有关的应用，诸如前述的存在&阻挡检测、手势识别、生物信号处理和雷达+其他传感器信号融合，将作为软件功能在此处理器上被执行。所述设备的可用性、可取性和可销售性的优势可以从包含雷达测距特征中推导。

本公开利用发送器-接收器对进行测距，其中相应的发送器和接收器在物理上独立的RF模块上，使用独立的天线或天线阵列。

RF模块安装在已知位置并且因此天线(或天线阵列)相位中心能够被知道。使用不相交的发送器(TX)和接收器(RX)位置进行测距被称为多基地雷达。

从附近的一个反射或散射目标开始，一个TX-RX对(例如TX1-RX2)能够沿TX-(多个)目标物体-RX路径解析信号的飞行时间。这将目标位置约束在椭球体的表面上，其中TX、RX天线(阵列)的相位中心位于椭球体的焦点。换句话说，第一TX/RX对测量将目标位置从3D未知减少到2D未知。

此外，当天线辐射图也是已知的时，稍微更多的信息可以是可用的。在这种情况下，目标位置可以被约束在椭球体表面被发射天线照射(illuminate)的区域或在接收天线的视野内的区域。

在只有一个TX-RX对可用的情况下，椭球体上的该天线方向图约束区域可以是唯一可用的测距信息。由于不可能解析除此之外的角度信息，目标位置的最大似然估计可以选择为椭球体上的被照射区域的中心。峰值天线方向图强度的方向通常是在移动设备开发期间通过实验室鉴定而知道的并且被存储在设备的非易失性存储器中(被称为码本)。因此，此信息是随时可用的。

此外，一般来说，单个测量的反射信号强度不是目标位置的好的指示，因为它受到距离、雷达横截面和相对于天线辐射图的角位置的影响。

然而，在大多数情况下，天线波束可以是可转向的，例如，经由TX、RX或两个阵列中的各个元件的相位转向。位置信息的细化可以通过观察接收信号强度的改变同时改变波束转向方向设置(通过码本扫描)来获得。由于可以在相对于目标位置改变的较短时间间隔内完成扫描，因此导致最大反射信号强度的码本设置给出了角度目标位置的改善指示同时增加数量的径向距离测量能够改善目标距离估计。

图12A示出了根据本公开的实施例的示出如何使用两个独立测量来确定可能的目标位置的示例性示图。图12A中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

使用一对TX1和RX2的第一独立测量将目标约束在第一椭球体1210的表面上，使用一对TX1和RX3的第二独立测量将目标约束在第二椭球体1220的表面上。这里，TX和RX天线被安装在UE壳体内的不同位置以提供足够的空间分辨率。与第一椭球体1210和第二椭球体1220一起，目标物体被确定位于两个椭球体1210和1220的相交路径1205上，即在一维路径上。此外，在只有两个TX-RX对可用的情况下，1D路径上的天线图约束区域可以是最可用的测距信息。同样，目标位置的最大似然估计可以被选择作为1D路径上照射区域的组合中心。在这种情况下，位置信息的进一步细化还可以通过在改变波束转向方向设置的同时观察接收信号强度的改变来获得。

图12B示出了根据本公开的实施例的示出如何使用三个独立测量来确定可能的目标位置的另一示例性示图。图12B中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

通过使用一对TX1和RX2的第一独立测量和使用一对TX1和RX3的第二独立测量，第三独立测量产生目标位置的唯一点。目标物体位于三个椭球体1210、1220和1230的交点1215上

从示意图中显而易见，当椭球体在目标位置附近以大角度相交时，将实现最佳精度。随着设备与目标之间的距离增加，椭球体将退化为球体，相交角接近零，相交路径/点变得非常不准确。在那种情况下，方法不得不恢复到常规雷达操作，从雷达响应中提取径向距离并且从模块的可用波束成形能力中提取角度(方位角、仰角)信息。可能从各个雷达模块生成一组(距离、方位角、仰角)三要素以计算改善的目标位置估计，尤其是利用设备上不同位置的模块的不同天线方向图。

图13A示出了根据本公开的实施例的使用mm波通信装置中在3个RX天线处的同时测量的示例性3D测距操作。图13B中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

在上述实施例中，模块#3在如图12A所示的第一组测量期间被用作RX并且在与图12B相关联的后一组测量期间被用作TX。通常这将是用于生成足够大的一组测量的优选模式。例如，能够以这种方式完成四个独立的测量：TX1-RX2、TX1-RX3、TX4-RX2和TX4-RX3，这是使用最小二乘法进行计算的足够的量。如果有利，则TX和RX能够基于设备周围的环境在每个测量的基础上被交换。

图13B示出了根据本公开的实施例的通过mm波通信装置中使用3个RX天线的同时测量的示例性3D测距操作。图13B中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

最小二乘法还在存在噪声或其他干扰的测量数据的情况下产生解决方案，但要以额外的测量为代价。注意很少会有只有一个目标，而是由一群间隔很近、无法(容易)分辨的目标，这会导致测量“噪音”。

图14A和图14B示出了根据本公开的一个实施例的当第四RF模块被障碍物遮盖时使用三个RF模块的三个测量。图14A和图14B中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

由于电介质边界(诸如空气-皮肤界面)的电磁信号反射的基本属性，反射信号的强度将取决于入射角和信号的极化。一般来说，极化信号，使得电场矢量垂直于传播平面将产生更强的反射。如果信号被极化使得电场矢量与传播平面平行，则存在完全没有反射的特定入射角(被称为布鲁斯特角)。

由于在测量时目标物体的位置和方位(并且因此传播平面)不是已知的，在TX和RX极化的各种组合下执行测量以选择最强的回波，对回波进行平均以提高精度等可能是有利的。

每个TX天线和每个RX天线被配置为形成四个对中的一个，所述四个对包含发送第一极化信号的TX天线和接收第一极化信号的RX天线、发送第一极化信号的TX天线和接收第二极化信号的RX天线、发送第二极化信号的TX天线和接收第一极化信号的RX天线、或发送第二极化信号的TX天线和接收第二极化信号的RX天线。

对于每个TX-RX对，存在四种可能性(用于H的TX和用于H的RX、用于H的TX和用于V的RX、用于V的TX和用于H的RX、或用于V的TX和用于V的RX)，其中H指示水平极化，V指示垂直极化。

图15示出了根据本公开的实施例的对安全性或用户便利性的示例性接近检测。图15中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

在一个实施例中，多通信模块雷达功能被用来简单地检测近距离反射的至少一个物体的存在。这种接近检测有几个动机。

第一个动机是安全性。当瞄准生物组织时，mm波波束中的大部分能量在皮肤层中被吸收，导致局部加热。测量已经示出，在60GHz每10mW/cm²的功率通量，增加约1摄氏度相对皮肤表面温度。这也得到了建立的皮肤层模型模拟的支持。典型的衣服并不能提供大量的屏蔽。设备中关于有生命的物体(例如，用户)的物理接近度的意识允许设备根据监管限制来调整其mm波发射功率，这也用于正在进行的通信用例。这也防止了设备在确定自身与通信基站(eNB)之间的mm波信号路径时，利用用户的身体作为反射器。

第二个动机是移动设备的便利功能，使得例如，当用户靠近时，某些功能被激活，当没有用户时，设备能够进入低功率睡眠模式，或者当附近没有用户时(例如有分离焦虑症的手机)，设备进入报警状态，或者当用户距离增加超过可配置的距离时，设备可以暂停电影的播放等。

在测距应用中，如果雷达在宽的角度范围内检测到较大范围的目标，并且目标距离随时间推移不稳定(如将是静态/非生命环境中的情况)，则物体被检测为生命和近距离。

图16A到图16C示出了根据本公开的实施例的对心率和呼吸频率的示例性生物信号测量和结果图。图16A到图16C中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

人的呼吸频率通常在0.1Hz到0.8Hz的范围内，胸部压缩量(deflection)为4mm到12mm。人的心率在0.8Hz到2Hz的范围内，胸部压缩量为0.2mm到0.5mm。由于频率范围有与众不同，在人中经由雷达测距测量对心率和呼吸率的测量是可能的。即使在60GHz也可能需要远低于一个波长的范围分辨率，这是通过跟踪目标响应的相位实现的。0.25mm的胸部压缩量会导致60GHz反射信号的36度相位改变，并且可以很好地检测到。

本公开中描述的雷达方法能够同样地被用于此类型的检测。此应用的主要挑战是将全身运动与心跳和呼吸信号分离，后者的位移要小得多。在手持测量设备的情况下，额外挑战是对其运动进行补偿。原则上，这能够经由设备的内置加速度传感器完成。

图17A到图17C示出了根据本公开的实施例的生成用于手势识别的原始数据的雷达慢时中的帧处的示例性测距更新。图17A到图17C中示出的实施例仅用于说明。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。

此实施例的一个主要目的是简化并增强用户与移动设备的交互。这样，确定附近物体(诸如手)的位置是基于其构建更高级别应用的技术。

测距操作的基本假设是，相对于设备和(多个)目标物体之间的任何相对位置改变而言，它是“快速”的。由于雷达信号的往返距离与典型的无线通信距离相比非常小，我们期望在雷达操作期间有大的接收器信噪比，几乎不需要平均，并且因此允许短的测量时段。由于TX和RX模式之间模块的重新配置能够在微秒内被完成，因此跨所有需要的TX/RX对的全套测距测量需要10μs到不超过1毫秒(ms)的数量级。因此，我们认为在此时间内，几何布置和环境是静态的(冻结)。这通常被称为在快速时间内进行测量。

物体跟踪需要慢时测量，即对目标物体的轨迹进行采样的在周期性或非周期性的时间段内的重复位置测量。慢时测量可以以每秒10...30次的速率进行，在雷达子系统中产生足够的精度和低资源使用/功耗(在30fps更新速率在30μs的RF开启时间内的～0.1％占空比)。从原理上讲，此操作能够按以下顺序被看到。在帧n、n+1和n+2处的3个测距操作的过程中，目标轨迹段被建立。注意在进一步处理之前可能需要进行平滑以抑制噪声的影响。

在随后的步骤中，带时间戳的测距测量能够被用作分类算法的输入以将已知轨迹(手势)与观察到的坐标列表相关联。对于单个主导目标，测距输出可以是格式化列表，如下所示：

Timestamp(n) x(n) y(n) z(n) RCS(n) Prob(n)

Timestamp(n+1)x(n+1)y(n+1)z(n+1)RCS(n+1)Prob(n+1)

Timestamp(n+2)x(n+2)y(n+2)z(n+2)RCS(n+2)Prob(n+2)

这里，时间戳(n)标记进行第n个测量的时间，通常以“系统刻度”为单位，x(n)、y(n)、z(n)是观察到的目标坐标，RCS(n)是明显的雷达横截面，Prob(n)是真实检测的可能性。

如果几个重要目标被检测到，则每个时间戳可以具有用于位置、RCS和检测概率的几个条目。

Prob(n)从原始雷达信号处理期间相对于本底噪声估计的雷达反射的功率被推导。信号越接近本底噪声，错误检测的概率越高(成指数)。因此，当Prob(n)低于阈值(例如，0.9)时，数据点可以在分类之前被丢弃。

图18示出了根据本公开的实施例的mm波通信装置中的测距操作的示例性流程图。图18中示出的方法1800的实施例仅用于说明。图18所示的一个或多个组件能够在被配置为执行所提到的功能的专用处理电路中被实现，或者一个或多个组件能够通过执行指令以执行所提到的功能的一个或多个处理器被实现。在不偏离本公开范围的情况下，其他的实施例也可以被使用。例如，图18中的各种组件能够被组合、进一步细分或省略，并且能够根据特定的需要添加额外的组件。

mm波通信设备包括被配置为发送(TX)和接收(RX)mm波RF信号的多个射频(RF)天线，以及耦合到多个RF天线的处理器。设备还包括具有显示器的壳体，其中，多个RF天线被安装在壳体的不同侧。设备进一步包括传感器以确定装置的方位。设备能够包括至少四个RF天线。

在操作1810，设备将多个RF天线当中的至少一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线中的至少一个配置为(多个)RX天线。

在一个实施例中，处理器确定设备的方位，并且基于设备的方位选择多个RF天线中的一个作为TX天线。例如，设备以纵向模式被定向，顶短侧上的RF天线能够被配置为TX天线，并且其他侧(诸如顶短侧、顶长侧和底长侧)上的RF天线能够被配置为至少一个RX天线。可替换地，设备以横向模式被定向，顶长侧上的RF天线能够被配置为TX天线，并且其他侧(诸如底长侧、顶短侧和底短侧)上的RF天线能够被配置为至少一个RX天线。

在操作1820，TX天线发送至少一个RF信号，并且至少一个RX天线接收至少一个RF信号的部分，其中，所述部分从至少一个物体被反射。所述至少一个RF信号能够是正交频分复用(OFDM)通信信号。

在操作1830，处理器确定TX-RX对的数量是否足以计算目标物体的位置。例如，当使用最小二乘法时，三个TX-RX对将足以确定3D目标位置。如果TX-RX对的数量不足以计算目标物体的位置，则处理器继续进行操作1860；否则，继续进行操作1840。

在操作1860，处理器在至少一个RX天线当中选择不同的RF天线作为新的TX天线，然后进行到操作1810以重新配置多个RF天线。

在操作1840，设备计算至少一个RF信号相对于至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个。处理器生成多个椭球体，每个椭球体具有在TX天线处的第一焦点以及在至少一个RX天线中的每一个处的第二焦点。

在操作1850，处理器基于每个椭球体的交点来确定物体的位置。

尽管本公开已经用示例性实施例进行了描述，但对于本领域的技术人员来说，可以提出各种改变和修改。旨在使本公开内容包括属于所附权利要求范围内的此类改变和修改。

Claims

1.一种电子设备，包含：

多个射频(RF)天线，被配置为发送(TX)或接收(RX)至少一个RF信号；以及

处理器，被配置为：

将所述多个RF天线当中的至少一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线中的至少一个配置为至少一个RX天线，

使所述TX天线发送所述至少一个RF信号，

使所述至少一个RX天线接收所述至少一个RF信号的部分，所述部分从至少一个物体被反射，

计算所述至少一个RF信号相对于所述至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个，并且

基于所述至少一个RF信号的飞行时间中的每一个识别所述至少一个物体的位置，

其中，所述多个RF天线中的每一个可重新配置为TX天线或至少一个RX天线。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包含：

壳体，容纳至少一个RF信号处理电路，其中，所述多个RF天线被安装在所述壳体内的不同位置以提供足够的空间分辨率。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个RF信号包含两个正交极化信号中的一个，所述两个正交极化信号包含第一极化信号和第二极化信号，并且

其中，所述处理器被配置为使所述TX天线和所述至少一个RX天线在所述第一极化信号和所述第二极化信号之间切换所述至少一个RF信号，以提高所述至少一个RF信号的反射部分的接收质量。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，每个TX天线和每个RX天线被配置为形成包含以下的四个对中的一个：

发送所述第一极化信号的所述TX天线和接收所述第一极化信号的所述RX天线，

发送所述第一极化信号的所述TX天线和接收所述第二极化信号的所述RX天线，

发送所述第二极化信号的所述TX天线和接收所述第一极化信号的所述RX天线，或

发送所述第二极化信号的所述TX天线和接收所述第二极化信号的所述RX天线。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，如果成功接收所述至少一个RF信号的反射部分的所述至少一个RX天线的数量低于阈值，则处理器进一步被配置为将所述至少一个RX天线中的一个重新配置为TX天线。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述阈值为3，并且所述物体的位置使用三维坐标来确定。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器进一步被配置为：

确定多个椭球体，每个椭球体具有在所述TX天线处的第一焦点和在所述至少一个RX天线中的每一个处的第二焦点，并且

基于每个椭球体的交点确定所述至少一个物体的位置。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器进一步被配置为：

基于所述至少一个RX天线中的每一个的天线方向图确定所述至少一个物体的角位置。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个RF信号包含以时间间隔被转向的毫米波波束，其中，所述时间间隔的长度是可调的，以提高所述至少一个物体的角位置。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个RF信号是正交频分复用(OFDM)通信信号。

11.一种用于操作包含多个射频(RF)天线的移动设备的方法，所述多个射频(RF)天线被配置为发送(TX)或接收(RX)至少一个RF信号，所述方法包含：

将所述多个RF天线当中的至少一个RF天线配置为TX天线并且将其余RF天线中的至少一个配置为RX天线，

使所述TX天线发送所述至少一个RF信号，

计算所述RF信号相对于所述至少一个RX天线中的每一个的飞行时间中的每一个，并且

12.根据权利要求11所述的方法，其中，壳体容纳至少一个RF信号处理电路，其中，所述多个RF天线被安装在所述壳体内的不同位置以提供足够的空间分辨率。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个RF信号包含两个正交极化信号中的一个，所述两个正交极化信号包含第一极化信号和第二极化信号，

所述方法进一步包含使所述TX天线和所述至少一个RX天线在所述第一极化信号和所述第二极化信号之间切换所述至少一个RF信号，以提高所述至少一个RF信号的反射部分的接收质量。

14.根据权利要求11所述的方法，进一步包含：

基于成功接收所述至少一个RF信号的反射部分的所述至少一个RX天线的数量低于阈值，将所述至少一个RX天线中的一个重新配置为TX天线。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包含：

基于每个椭球体的交点确定所述物体的位置。