CN113924769A - 用于高分辨率雷达的子带和多带编码ofdm - Google Patents

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Abstract

一种先进无线电装置(102)，包括一组天线(205)；模拟电路(1220)；数字电路(1216)；介质访问控制(MAC)控制器(918)；以及可操作地连接到所述一组天线、模拟电路、数字电路和MAC控制器的处理器(225)。所述处理器被配置为基于子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形；基于分解的宽带波形信号生成时频雷达波形；基于所述时频雷达波形，将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射到正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号。收发机(210)连接到处理器，并被配置为经由所述一组天线中的发射天线向目标对象发射第一雷达信号，并经由所述一组天线中的接收天线接收从目标对象反射或反向散射的第二信号。

Description

用于高分辨率雷达的子带和多带编码OFDM
技术领域
本公开一般涉及雷达系统技术。更具体地，本公开涉及在下一代雷达系统中具有聚合的子信道和多信道编码的OFDM。
背景技术
无线通信系统中的天线阵列的设计是例如在3维(3D)成像、定位和位置确定方面提供较高性能的最重要因素之一。基于多入多出(MIMO)的合成孔径天线阵列采用多个天线来发射和接收正交波形。这样的合成孔径天线阵列和波束成形可应用于雷达和激光雷达图像处理、用于工业自动化的成像/位置确定/定位、机器人视觉、用于通信系统的定位和位置确定、以及用于移动设备和通信系统的天线阵列设计。
本公开提供了用于下一代雷达系统的新的波形(例如正交频分复用(OFDM)和码分多址(CDMA))、具有模拟/数字波束成形、波束和载波分配、3D/4D成像以及同时通信和雷达的多输入多输出(MIMO)天线。根据下面的图、说明书和权利要求书，对于本领域技术人员来说，其它技术特征可以是显而易见的。
发明内容
本公开提供用于高分辨率雷达的子带编码的OFDM。
在一个实施例中，提供了先进无线电装置。先进无线电装置包括：一组天线；模拟电路；模拟—数字转换器(ADC)和数字—模拟转换器(DAC)；数字电路；介质访问控制(MAC)控制器；处理器，其可操作地连接到所述一组天线、模拟电路、数字电路和MAC控制器，所述处理器被配置为：基于所述子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形，基于所分解的宽带波形信号生成时频雷达波形，基于所述时频雷达波形将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射为正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号。所述先进无线电装置还包括可操作地连接到所述处理器的收发机，所述收发机被配置为：经由所述一组天线中的发射天线向目标对象发射所述第一雷达信号；以及经由所述一组天线中的接收天线接收从目标对象反射或反向散射的第二信号。
在另一实施例中，提供了先进无线电装置的方法。所述方法包括：基于子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形；基于分解的宽带波形信号生成时频雷达波形；基于所述时频雷达波形将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射到正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号；经由一组天线中的发射天线向目标对象发射所述第一雷达信号；以及经由所述一组天线中的接收天线接收从目标对象反射或反向散射的第二信号。
根据以下附图、说明书和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言将是明显的。
在进行下面的详细描述之前，对贯穿本专利文档使用的某些单词和短语的定义进行阐述可能是有利的。术语“耦接”及其派生词指代两个或更多个元素之间的任何直接或间接通信，而不管这些元素是否彼此物理接触。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”及其派生词意指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意指和/或。短语“与……相关联”及其派生词意指包括……、包括在……中、与……互连、包含……、包含在……中、连接到……或与……连接、耦接到……或与……耦接、可与……通信、与……配合、与……交错、与……并置、与……邻近、绑定到……或与……绑定、具有……、具有……的属性、与……具有关系等等。术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分。这样的控制器可以用硬件或者硬件与软件和/或固件的组合来实现。无论是在本地还是在远程，与任何特定控制器相关联的功能都可以是集中式的或分布式的。短语“……中的至少一个”当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列出的项目中的一个或多个的不同组合，并且可能仅需要该列表中的一个项目。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。
此外，以下描述的各种功能可以由一个或多个计算机程序实现或支持，其中的每一计算机程序都由计算机可读程序代码形成，并且被具体化在计算机可读介质中。术语“应用”和“程序”指代适于在合适的计算机可读程序代码中实现的一个或多个计算机程序、软件组件、指令集合、规程、功能、对象、类、实例、相关数据或其部分。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或任何其他类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质不包括传输暂时性电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂时性计算机可读介质包括可永久存储数据的介质以及可存储数据并且随后将其覆盖的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。
贯穿本专利文档提供了其他某些单词和短语的定义。本领域的普通技术人员应理解，在很多情况下(即使不是大多数情况下)，这样的定义适用于这样定义的单词和短语的先前使用以及将来使用。
附图说明
为了更全面地理解本公开，参考以下结合附图的描述，其中：
图1示出了根据本公开的毫米波(mmWave)收发机中的每个发射和接收路径的示例性功率耗散；
图2示出了根据本公开的示例CAZAC序列格式；
图3示出根据本公开的示例四信道编码OFDM和双信道编码的OFDM；
图4A和图4B示出了根据本公开的每个发射和接收路径的毫米波收发机的示例性功率耗散；
图5示出了根据本公开的示例CAZAC序列格式；
图6A示出了根据本公开的示例四信道编码的OFDM；
图6B示出了根据本公开的示例双信道编码的OFDM；
图7A示出了根据本公开的具有均匀阶梯载波频率的示例子信道编码OFDM；
图7B示出了根据本公开的具有载波跳频(carrier frequency hopping)的示例子信道编码OFDM；
图8示出了根据本公开的多信道编码的OFDM(四信道情况)800的示例频谱；
图9示出了根据本公开的用于多信道编码的OFDM系统的示例发射机架构；
图10示出了根据本公开的用于子信道编码的OFDM系统的示例发射机架构；
图11示出了根据本公开的用于多信道编码的OFDM雷达系统的示例接收机架构；
图12示出了根据本公开的发射机处的示例混合波束成形(beamforming)架构；以及
图13示出了根据本公开的用于高分辨率雷达的子带编码的OFDM的方法的流程图。
具体实施方式
下面描述的图1至13、以及在该专利文献中用于描述本发明原理的各种实施例仅作为说明，不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将理解，本发明的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。
图1至3描述了在无线通信系统中的并利用正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)通信技术实现的各个实施例。图1至3的描述并不意味着暗示对可用于实现不同实施例的方式的物理或架构的限制。本公开的不同实施例可在任何适当布置的通信系统中实现。
图1示出了根据本公开的实施例的示例无线网络。图1中示出的无线网络的实施例仅用于说明。在不背离本公开的范围的情况下，可以使用无线网络100的其他实施例。
如图1所示，无线网络包括gNB 101、gNB 102和gNB 103。gNB 101与gNB 102和gNB103通信。gNB 101还与至少一个网络130通信，该至少一个网络130为诸如因特网、专有因特网协议(IP)网络或其他数据网络。
gNB 102为gNB 102的覆盖区域120内的第一多个用户装备(UE)提供对网络130的无线宽带接入。第一多个UE包括：UE 111，其可位于小型企业(SB)中；UE 112，其可位于企业(E)中；UE 113，其可位于WiFi热点(HS)中；UE 114，其可位于第一住宅(R)中；UE115，其可位于第二住宅(R)中；以及UE 116，其可以是诸如蜂窝电话、无线膝上型设备、无线PDA之类的移动设备(M)。gNB 103为gNB 103的覆盖区域125内的第二多个UE提供对网络130的无线宽带接入。第二多个UE包括UE 115和UE116。在一些实施例中，gNB 101-103中的一个或多个可以使用5G、LTE、LTE-A、WiMAX、WiFi或其他无线通信技术彼此通信以及与UE 111-116进行通信。
取决于网络类型，术语“基站”或“BS”可以指被配置为提供对网络的无线接入的任何部件(或部件集合)，例如发射点(TP)、发射-接收点(TRP)、增强型基站(eNodeB或eNB)、5G基站(gNB)、宏小区、毫微微小区、WiFi接入点(AP)或其他启用无线功能的设备。基站可根据一个或多个无线通信协议提供无线接入，该一个或多个无线通信协议为例如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-Fi802.11a/b/g/n/ac等。为方便起见，在本专利文档中，术语“BS”和“TRP”可互换地使用，以指代提供对远程终端的无线接入的网络架构部件。另外，取决于网络类型，术语“用户装备”或“UE”可指代任何部件，例如“移动站”、“订户站”、“远程终端”、“无线终端”、“接收点”或“用户设备”。为了方便起见，在本专利文档中使用术语“用户装备”和“UE”来指代无线接入BS的远程无线装备，而不管UE是移动设备(诸如，移动电话或智能电话)，还是通常被认为是固定设备(诸如，台式计算机或自动售货机)。
虚线示出了覆盖区域120和125的大致范围，仅出于说明和解释的目的而将其示为近似为圆形。应当清楚地理解，取决于gNB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，与gNB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。
如以下更详细描述的，UE 111-116中的一个或多个包括用于先进无线通信系统中的数据和控制信息的接收可靠性的电路、程序或其组合。在某些实施例中，gNB 101-103中的一个或多个包括用于实现用于先进无线通信系统中的3D成像、定位和位置确定的高效合成孔径天线阵列设计和波束成形的电路、程序或其组合。
虽然图1示出了无线网络的一个示例，但是可以对图1作出各种改变。例如，无线网络可以以任何适当的布置包括任何数量的gNB以及任何数量的UE。而且，gNB 101可以直接与任何数量的UE通信，并向那些UE提供对网络130的无线宽带接入。类似地，每一gNB 102-103都可直接与网络130通信，并向UE提供对网络130的直接无线宽带接入。此外，gNB 101、102和/或103可提供对其他或附加外部网络(诸如，外部电话网络或其他类型的数据网络)的接入。
图2示出了根据本公开的实施例的示例gNB 102。图2所示的gNB 102的实施例仅用于说明，并且图1的gNB 101和103可以具有相同或相似的配置。但是，gNB具有各种各样的配置，并且图2并不将本公开的范围限于gNB的任何特定实现方式。
如图2所示，gNB 102包括多个天线205a-205n、多个RF收发机210a-210n、发射(TX)处理电路215和接收(RX)处理电路220。gNB 102还包括控制器/处理器225、存储器230和回程(backhaul)或网络接口235。
TX处理电路215从控制器/处理器225接收模拟或数字数据(例如语音数据、网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。TX处理电路215对传出基带数据进行编码、多路复用和/或数字化以生成处理的基带信号或中频信号。RF收发机210a-210n接收来自TX处理电路215的输出处理基带信号或中频信号，并将基带信号或中频信号上变频为经由天线205a-205n发射的射频信号。
RF收发机210a-210n从天线205a-205n接收输入的射频信号，诸如由UE或网络100中的任何其他对象反射的信号。RF收发机210a-210n对输入的射频信号进行下变频以产生中频(IF)信号或基带信号。中频信号或基带信号被发送到RX处理电路220，RX处理电路220通过对基带信号或中频信号进行滤波、解码、数字化和/或通过解压缩或相关来生成经处理的基带信号。RX处理电路220向控制器/处理器225发送经处理的基带信号以进行进一步处理。
控制器/处理器225可以包括控制gNB 102的整体操作的一个或多个处理器或其他处理设备。例如，控制器/处理器225可以根据已知的原理来控制RF收发机210a-210n、RX处理电路220和TX处理电路215对前向信道信号的接收以及对反向信道信号的发送。控制器/处理器225也可以支持附加的功能，诸如更先进的无线通信功能。例如，控制器/处理器225可以支持波束成形或定向路由操作，在波束成形或定向路由操作中，来自多个天线205a-205n的传出信号被不同地加权，以便有效地沿期望的方向引导传出信号。各种各样的其他功能中的任一者都可在gNB 102中由控制器/处理器225支持。
控制器/处理器225也能够执行驻留在存储器230中的程序和其他过程，诸如OS。控制器/处理器225可根据执行过程的需要将数据移入或移出存储器230。
控制器/处理器225还耦接到回程或网络接口235。回程或网络接口235允许gNB102通过回程连接或通过网络与其他设备或系统通信。接口235可以支持通过任何一个或多个合适的有线或无线连接的通信。例如，当gNB 102被实现为蜂窝通信系统(诸如支持5G、LTE或LTE-A的蜂窝通信系统)的一部分时，接口235可以允许gNB 102通过有线或无线回程连接与其他gNB通信。当gNB 102被实现为接入点时，接口235可以允许gNB 102通过有线或无线局域网或者通过有线或无线连接与较大的网络(诸如，因特网)进行通信。接口235包括支持通过有线或无线连接进行通信的任何合适的结构，例如以太网或RF收发机。
存储器230耦接到控制器/处理器225。存储器230的一部分可以包括RAM，而存储器230的另一部分可以包括闪存或其他ROM。
虽然图2示出了gNB 102的一个示例，但是可以对图2作出各种更改。例如，gNB 102可以包括任何数量的图2所示的每种组件。作为特定示例，地面站(例如，接入点)可以包括多个接口235，并且控制器/处理器225可以支持路由功能，以在不同的网络地址之间路由数据。作为另一特定示例，尽管被示出为包括TX处理电路215的单个实例和RX处理电路220的单个实例，但是gNB 102可以包括每一者的多个实例(诸如，每一RF收发机一个实例)。另外，图2中的各个组件可以被组合、被进一步细分或被省略，并且可以根据特定需要添加附加的部件。
图3示出了根据本公开的实施例的示例UE 116。图3所示的UE 116的实施例仅用于说明，并且图1的UE 111-115可以具有相同或相似的配置。然而，UE具有各种各样的配置，并且图3并不将本公开的范围限制于UE的任何特定的实现。
先进通信装置可以指图14、15和16中基于所有功能块提供混合波束成形操作的发射机阵列或接收机阵列，并且可以在图2中实现为基站(BS、gNB)的一部分或者在图3中实现为UE。
如图3所示，UE 116包括天线305、射频(RF)收发机310、TX处理电路315、和接收(RX)处理电路325。UE 116还包括处理器340、输入/输出(I/O)接口(IF)345、触摸屏350、显示器355和存储器360。存储器360包括操作系统(OS)361和一个或多个应用362。
RF收发机310从天线305接收由网络100的gNB发送的传入RF信号。RF收发机310对传入RF信号进行下变频，以生成中频(IF)信号或基带信号。IF信号或基带信号被发送到RX处理电路325，RX处理电路325通过对基带信号或IF信号进行滤波、解码和/或数字化和/或通过解压缩或关联来生成经处理的基带信号。RX处理电路325将经处理的基带信号发送到处理器340以供进行进一步处理(诸如，用于网页浏览数据)。
TX处理电路315从处理器340接收传出基带数据(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对传出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成经处理的基带信号或IF信号。RF收发机310从TX处理电路315接收传出的经处理的基带信号或IF信号，并将基带信号或IF信号上变频为经由天线305发送的RF信号。
处理器340可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OS 361，以便控制UE 116的整体操作。例如，处理器340可以根据已知的原理来控制RF收发机310、RX处理电路325和TX处理电路315对前向信道信号的接收以及对反向信道信号的发送。在一些实施例中，处理器340包括至少一个微处理器或微控制器。
处理器340还能够执行驻留在存储器360中的其他过程和程序，诸如用于波束管理的过程。处理器340可以根据执行过程的需要将数据移入或移出存储器360。在一些实施例中，处理器340被配置为基于OS 361或响应于从gNB或操作者接收到的信号来执行应用362。处理器340还耦接到I/O接口345，其向UE 116提供连接到诸如膝上型计算机和手持式计算机之类的其他设备的能力。I/O接口345是这些附件与处理器340之间的通信路径。
处理器340还耦接到触摸屏350和显示器355。UE 116的操作者可以使用触摸屏350将数据输入到UE 116中。显示器355可以是液晶显示器、发光二极管显示器或能够呈现文本和/或至少有限图形的其他显示器，诸如来自网站的显示器。
存储器360耦接到处理器340。存储器360的部分可包括随机存取存储器(RAM)，并且存储器360的其他部分可包括闪存或其他只读存储器(ROM)。
虽然图3示出了UE 116的一个示例，但是可以对图3作出各种改变。例如，图3中的各种部件可以被组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加的组件。作为特定示例，处理器340可以被划分为多个处理器，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)以及一个或多个图形处理单元(GPU)。另外，尽管图3示出了UE 116被配置为移动电话或智能电话，但是UE可被配置成作为其他类型的移动或固定设备进行操作。
众所周知，尽管码分多址(CDMA)系统很简单，但它受到干扰和多径色散的影响。
充分理解了正交频分复用在调频连续波(FMCW)雷达中的优点：波形生成简单，与调频连续波和啁啾序列调制相比降低了收发机复杂度；波形不需要硬件中的线性频率产生；与对自干扰和多径干扰为易感的相位调制信号不同，正交频分复用波形不具有严格的相位噪声要求，也不受多径干扰；并且OFDM非常适合于MIMO处理。
尽管有这些优点，但是由于高分辨率雷达所需的宽带宽处理，用于高分辨率雷达的OFDM信号生成和处理是具有挑战性的。76GHz-81GHz的汽车雷达具有1GHz-5GHz的信号带宽，要求模数转换(ADC)速率超过10Gsps，具有大量的比特。对于需要10s到100s的信道的3D雷达成像，宽带OFDM雷达系统是成本高的。因此，商用雷达收发机依赖于FMCW信号。
在一个示例中，考虑功耗。在图4A和4B中示出了现有技术的毫米波正交频分复用系统的功耗分析。
图4A和4B示出了根据本公开的每个发射和接收路径400的毫米波收发机的示例性功率耗散。在图4A和4B中示出的每个发射和接收路径400的毫米波收发机的功率耗散的实施例仅用于说明。图4A和4B不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
如图4A和4B所示，功率放大器(PA)和射频-模数转换器(RF-ADC)分别占发射路径和接收路径中功率耗散的67％和55％。低功率放大器(PA)和更简单的模数转换器设计在收发机设计中至关重要。
在一个实施例中，提供了具有保持宽带正交频分复用系统的性能优点的聚合的子信道编码正交频分复用，同时降低了与宽带信号相关联的复杂度，具有低功率PA。
与FMCW或啁啾序列雷达相比，具有聚合的子信道相位编码OFDM系统具有以下性能优点：与FMCW系统距离多普勒模糊度不同，具有聚合的子信道相位编码OFDM系统能够独立地估计距离和多普勒；通过序列编码抑制干扰；不需要通过模拟电路在FMCW中产生高线性频率扫描；与FMCW相比快速频率斜升；可以在时间或频率上实现多个子信道，允许在硬件复杂性和获取时间之间进行灵活的设计权衡；灵活的MIMO/波束成形设计；以及大规模MIMO/BF增益允许具有低功率PA的系统，从而导致具有可与基带电路集成的互补金属氧化物半导体(CMOS)设计的低成本、可扩展的实现方式。
图5示出了根据本公开的示例CAZAC序列格式500。图5中示出的CAZAC序列格式500的实施例仅用于说明。图5不将本公开的范围限于任何特定实现。
在一个实施例中，CAZAC序列格式500可以由作为电子设备的发射机使用。在一个实施例中，电子设备可以是基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)。
如图5所示，信号结构可以是参考信号。参考信号由循环前缀(CP)、CAZAC序列和保护时间(GT)组成。根据所需的序列长度和目标场景的感兴趣距离来添加GT。如图5所示，在格式1中，仅示出了一个序列周期。当以较长距离为目标时，或者在涉及预期高信号劣化的恶劣天气条件的操作中，可以使用诸如图5中所示的格式2和格式3的重复序列。对于格式1，可以将接收机处的信噪比(SINR)加倍，而在格式3中，信噪比成为四倍。参考信号占用的时间单位被称为“时隙”。
从具有零相关区的Zadoff-Chu序列、从一个或若干个根Zadoff-Chu序列生成多相序列。每个雷达单元被配置有允许使用的一组序列。例如，在根序列中最多有两组64个序列可用。每个雷达单元在发射时从该组随机选择序列。序列跳变可用于使干扰随机化。可以使用Zadoff-Chu序列或诸如m序列的二进制序列。Zadoff-Chu序列由于在频域和时域中信号的恒定包络特性而非常适合于OFDM设计。
第u个根Zadoff-Chu序列定义如下：
Figure BDA0003262435550000091
其中Zadoff-Chu序列的长度NZC由表1给出。
从第u个根Zadoff-Chu序列，具有长度为NCS-1的零相关区的多相序列由根据xu,v(n)＝xu((n+Cv)mod NZC)的循环移位来定义。
从表1中描述的集合中选择参数Ncs值。
表1.用于多相序列生成的NCS值
Figure BDA0003262435550000092
编码的OFDM信号通过用多相序列(在本公开中为Zadoff-Chu CAZAC序列)对每个子载波进行编码来构造。每个编码的OFDM信号占用被称为时隙和子信道的时频资源。每个时频资源可以被解释为子带。在每个子带中，可以使用相同或相互正交的CAZAC序列。诸如广义线性调频(GCL)序列的其它序列可用于生成一组CAZAC序列。
通过在多个载波中发送参考信号来生成多信道编码的OFDM信号。对于具有4GHz带宽的79GHz汽车雷达，信道可以包括从77.2GHz开始作为中心频率并且以400MHz间隔分开的十个子信道(例如，载波)。载波带宽可以是100MHz/200MHz/400MHz/500MHz，导致40/20/10/8个子信道，包括4GHz宽带信号。传输对所有信道同时工作。
图6A示出了根据本公开的示例四信道编码的OFDM 600。在图6A中示出的四信道编码的OFDM 600的实施例仅用于说明。图6A不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，四信道编码的OFDM 600可以由作为电子设备的发射机使用。在一个实施例中，电子设备可以是基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)。
图6B示出了根据本公开的示例双信道编码的OFDM 650。图6B中所示的双信道编码的OFDM650的实施例仅用于说明。图6B不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，双信道编码的OFDM 650可以由作为电子设备的发射机使用。在一个实施例中，电子设备可以是基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)。
在一个实施例中，可以一次传输多个信道的子集。在图6A和6B中示出了多信道编码的正交频分复用信号的图示。通过在不同的子信道上按顺序及时发送参考信号来生成子信道编码正交频分复用信号。可以通过跳频顺序地或随机地生成子信道。在图7A和7B中示出了子信道编码正交频分复用信号的图示。
图7A示出了根据本公开的具有均匀阶梯载波频率700的示例子信道编码正交频分复用。在图7A中示出的具有均匀阶梯载波频率700的子信道编码OFDM的实施例仅用于说明。图7A不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，具有均匀阶梯载波频率700的子信道编码正交频分复用可以由作为电子设备的发射机使用。在一个实施例中，电子设备可以是基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)。
图7B示出了根据本公开的具有载波跳频750的示例子信道编码OFDM。在图7B中示出的具有载波跳频750的子信道编码OFDM的实施例仅用于说明。图7B不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，具有载波跳频750的子信道编码OFDM可以由作为电子设备的发射机使用。在一个实施例中，电子设备可以是基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)。
图8示出了根据本发明的多信道编码的OFDM(四信道情况)800的示例频谱。图8中所示的多信道编码的OFDM(四信道情况)800的频谱的实施例仅用于说明。图8不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在图8中示出了构造的宽带信号的频谱。对于多信道或子信道OFDM信号，信号在接收机处被转换为窄带信号，并且对于每个路径经过窄带(子带)信号处理。所得统计的相关和相干累积生成相当于宽带信号的统计。
雷达MAC控制器是分配时频资源和参考信号的代码的实体。基于在接收机处测量的目标距离、发射功率、波束成形方法和/或干扰水平来配置时频资源。频率和代码资源在多个序列和频率子带之间随机跳变。可以在操作期间半静态地或动态实时地重新分配资源。
图9示出了根据本公开的用于多信道编码的OFDM系统900的示例发射机架构。在图9中示出的用于多信道编码的OFDM系统900的发射机架构的实施例仅用于说明。图9不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，用于多信道编码的OFDM系统900的发射机架构可以在基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)处实现。900中的实施例生成由多个子带信道调制载波f0、…、fN-1组成的发射信号。CZAC序列902通过Zadoff-Chu序列的DFT预编码来生成子带CAZAC序列。S/P 904将串行数据转换为并行流。IFFT 906采用并行预编码CAZAC序列并将预编码的CAZAC序列的并行流转换成时域信号。P/S和循环前缀908将时域信号转换为串行流并添加循环前缀。添加可选的保护时间。IF/DAC 910和912取908的输出的同相分量和正交分量，并将它们转换为模拟数据同相信号和正交信号。相移914取908和910输出的输出同相模拟信号和输出正交模拟信号，并调制载波频率。在块整形滤波器和放大器916中，经调制的载波由整形滤波器进一步处理，并被放大和发送到一个或多个天线。MAC控制器918配置并分配发射机的时频和代码资源。
如图9所示，电路930包括诸如902-918的所有组件，并且电路940和950可以包括与电路930中包括的部件相同的部件。在一个实施例中，可以将附加电路添加到用于多信道编码的OFDM系统900的发射机架构中。
如图9中所示出的发射机，模拟电路接收DAC的输出，调制载波，对信号进行放大和滤波，并将信号馈送到天线。如图11中所示出的接收机，模拟电路从天线接收信号，对信号进行滤波和放大，将载波解调到基带并将其发送到模数转换器。DAC将数字基带信号转换为模拟信号。模拟电路可以通过将功率放大器(PA)、滤波器和移相器组合来实现用于多个天线的模拟波束成形。ADC将模拟信号转换为数字信号。发射机中的数字电路通过基带处理算法从序列和符号调制和复用产生数字波形。接收机中的数字电路处理基带信号并产生诸如判定统计的输出信号。
图10示出了根据本公开的用于子信道编码OFDM系统1000的示例发射机架构。如图10所示，用于子信道编码OFDM系统1000的发射机架构产生调制载波f0、…、fN-1的发射子带信道信号。子带信号在时间上顺序地产生。CAZAC序列1002通过Zadoff-Chu序列的DFT预编码来生成子带CAZAC序列。S/P 1004将串行数据转换为并行流。IFFT 1006采用并行预编码CAZAC序列并将预编码CAZAC序列的并行流转换成时域信号。P/S和循环前缀1008将时域信号转换为串行流并添加循环前缀。添加可选的保护时间。IF/DAC 1010和1012取1008的输出的同相分量和正交分量，并将它们转换成模拟数据同相信号和正交信号。相移1014取1008和1010输出的输出同相模拟信号和输出正交模拟信号，并调制载波频率。在整形滤波器和放大器1016中，通过整形滤波器进一步处理调制载波，并将其放大并发送到天线。MAC控制器1018配置并分配发射机的时频和代码资源。
在图10中示出的用于子信道编码OFDM系统1000的发射机架构的实施例仅用于说明。图10不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，用于子信道编码OFDM系统1000的发射机架构可以在基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)处实现。
在图9和图10中示出了用于子带编码的OFDM系统的发射机架构。在多信道编码的OFDM系统中，并行地实现和处理多个传输链的实例。在子信道编码OFDM系统中，用对应于每个时隙的子信道的载波频率调制编码的子带OFDM信号。
图11示出了根据本公开的用于多信道编码的OFDM雷达系统1100的示例接收机架构。在图11中示出的用于多信道编码的OFDM雷达系统1100的接收机架构的实施例仅用于说明。图11不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，用于多信道编码的OFDM雷达系统1100的接收机架构可以在基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)处实现。
图11中示出了用于子带编码的OFDM系统的接收机架构。对于每个子带，信号被解调，然后是子带ADC。在CP去除之后，通过对基带信号进行快速傅立叶变换(FFT)，与参考信号的复共轭相乘，然后进行快速傅立叶逆变换(IFFT)，来在频域中计算相关。
通过上采样接着低通滤波器(LPF)来内插相关值。每个经处理的子带信号被相加。通过取振幅或振幅平方、接着是恒虚警率(CFAR)检测器，来形成检测统计。实现后处理以去除伪影。而且，相关输出存储在用于多普勒估计的存储器中。
在多信道编码的OFDM系统中，并行地实现和处理接收机链的多个实例。在子信道编码OFDM系统中，每个子信道输出随着时间累积，用于检测和后处理。
如图11中所示，相移1102和ADC S/P和CP去除1114描述子带信号处理。相移1102，从天线接收的信号被解调以产生模拟信号的同相分量和正交分量。在ADC S/P和CP去除1104中，模拟信号由ADC转换为数字信号，由串并(S/P)转换器转换为并行流，并去除循环前缀。在FFT1106中，1104的输出通过FFT被进一步转换为频域信号。在复数乘法1108中，IFT1106的输出信号乘以发射参考信号1116的复共轭1118。在IFFT 1110中，复数乘法1108的输出通过IFFT被转换为时域信号。信号在上采样1112中被上采样，并在滤波器1114中被滤波。
实施例1120采用振幅或振幅平方。实施例1122根据CFAR标准应用阈值来检测结果。
实施例1126将组合器输出在多个符号上存储在存储器中。实施例1128处理存储的符号并估计多普勒。
在1124中，检测结果和经多普勒处理的信号在后处理中被进一步处理。
在一个实施例中，组合器1115将电路1130中的1114的输出信号与电路1140和1150的输出信号组合，以便产生宽带相关输出。电路1140和1150可包括电路1130(其包括电路1102至1114)的相同或类似部件。
在一个实施例中，可以将一个或多个附加电路与电路1130、电路1140和电路1150的输出信号相加和组合。
每个子信道的波形可以是滤波器组多载波(FBMC)或单载波(SC)，而不改变系统的总体结构。子带OFDM信号可以是循环前缀自由信号。
可以将雷达系统构建为用于距离、到达角和多普勒估计的三维雷达或用于方位角、仰角、距离和多普勒图像的4D成像雷达。
图12示出了根据本公开的发射机1200处的示例混合波束成形架构。在图12中示出的发射机1200处的混合波束成形架构的实施例仅用于说明。图12不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，发射机1200处的混合波束成形架构可以在基站(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)处实现。
如图12所示，在IFFT之后应用数字波束成形，接着是模拟波束成形。在多信道架构中，在组合多个子带之后，将数字波束成形应用于每个子带，而将模拟波束成形应用于整个带宽。在子信道架构中，数字波束成形和模拟波束成形都可以应用于子带。在每个频带和每个天线路径上应用接收机处理。
如图12所示，在序列生成和调制1202中，从CAZAC序列生成一个或多个MIMO序列。在层映射1204中，序列被映射到MIMO层。在子带预编码1206中，MIMO编码的每一层被应用于具有沃尔什-哈达马码或DFT码的MIMO层子带信号。在RE映射1208和1210中，通过针对每个MIMO层的资源元素(RE)映射将序列映射到频域。在IFFT/CP 1212和1214中，通过IFFT将每个MIMO层的RE映射的信号变换到时域，并且将循环前缀添加到域信号。数字BF 1216通过对时域信号应用时域波束成形权重来执行数字波束成形。在IF/DAC 1218中，1216的输出由IF和ADC转换为模拟信号。在组合器和模拟BF 1220中，电路1230中的1218的输出信号与电路1240和电路1250的输出信号组合。电路1240和电路1250可以包括电路1230(其包括电路1202至1220)的相同或类似的部件。以及在一个实施例中，用模拟波束成形器进一步处理。
在一个实施例中，可以将附加电路与电路1230、电路1240和电路1250的输出信号相加和组合。
在一个实施例中，发射机1200处的混合波束成形架构利用模拟波束成形进行进一步处理。
如图12所示，可以独立地选择波束(空间)、子带(频率)和时隙(时间)，从而在避免干扰的同时改善捕获时间。
图13示出了根据本公开的用于高分辨率雷达的子带编码的OFDM的方法1300的流程图，其可以由先进无线电装置(例如，如图1中所示的101-103)或UE(例如，如图1中所示的111-116)执行。图13中所示的方法1300的实施例仅用于说明。图13不将本公开的范围限于任何特定实现方式。
在一个实施例中，方法1300可以由在车辆、便携式电子设备、固定电子设备和任何类型的电子设备处实现的独立雷达系统来执行。
如图13所示，方法1300开始于步骤1302。
在步骤1302中，先进雷达装置基于子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形。
在一个实施例中，时频雷达波形是OFDM、滤波器组多载波(FBMC)或DFT预编码的单载波波形。
随后，在步骤1304中，先进雷达装置基于分解的宽带波形信号来生成时频雷达波形；
随后，在步骤1306中，先进雷达装置基于时频雷达波形将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射到正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号；
接下来，在步骤1308中，先进雷达装置经由一组天线中的发射天线向目标对象发射第一雷达信号。
最后，在步骤1310中，先进雷达装置经由所述一组天线中的接收天线接收从目标对象反射或反向散射的第二信号。
在一个实施例中，先进雷达装置基于多个子带信号将宽带波形信号分解为时频波形。
在一个实施例中，先进雷达装置使用基于时域CAZAC序列的离散傅里叶变换(DFT)预编码来生成CAZAC序列。
在一个实施例中，先进雷达装置执行CAZAC序列的序列跳变或时间上的跳频中的至少一者。
在一个实施例中，先进雷达装置基于参考信号的一组序列、时间、频率模式、功率、跳频模式、波束成形和干扰配置来为第一雷达信号分配时频资源；以及以半静态模式或动态模式重新分配时频资源。
在一个实施例中，先进雷达装置确定子带信号的每一个子带，并且对于子带信号的每一个子带应用多个数字波束成形，并且对于子带信号的所有子带应用单个模拟波束成形。
在一个实施例中，先进雷达装置：基于第一雷达信号和第二信号来确定每个子带信号；通过在频域中对每个子带信号进行处理来获得第三信号；基于所述第三信号来聚合每个所述子带信号；以及基于所聚合的每个子带信号在时域中生成相关输出。
在这样的实施例中，每个子带信号在一段时间内被累积以使用幅度或幅度平方和后处理进行检测以去除伪影，并且相关输出被存储在存储器中。
在一个实施例中，先进雷达装置经由天线系统、发射机、接收机和可操作地连接到发射机、接收机和天线系统的通信处理器，使用光学系统、无线通信协议或有线通信协议中的至少一个来发射和接收信号。
在一些实施例中，本公开中描述的各种功能由从计算机可读程序代码形成并体现在计算机可读介质中的计算机程序来实现或支持。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、压缩光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或任何其他类型的存储器。“非瞬时”计算机可读介质不包括传输瞬态电信号或其他信号的有线、无线、光或其他通信链路。非瞬时计算机可读介质包括其中可以永久存储数据的介质和其中可以存储数据和稍后覆盖数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。
在本专利文件中阐述某些词和短语的定义可能是有利的。术语“应用”和“程序”是指一个或多个计算机程序、软件组件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关数据或其适于在合适的计算机代码(包括源代码、对象代码或可执行代码)中实现的部分。术语“通信”及其衍生词涵盖直接通信和间接通信。术语“包含”和“包括”以及它们的衍生词是指不受限制的包含。术语“或”是包括在内的，表示和/或。短语“相关联”以及其衍生词可以意味着包括、包括在内、与…互连、包含、被包含在…内、连接到或与…连接、耦合到或与…耦合、与…可通信、与…协作、交错地、并置地、接近、绑定到或与…绑定、具有、具有的性质、与…有关系或与之相关，等等。当与项目列表一起使用时，短语“至少一个”意味着可以使用所列出的项目中的一个或多个的不同组合，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一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。
虽然本公开已经描述了某些实施例和通常相关联的方法，但是对于本领域技术人员来说，这些实施例和方法的改变和排列将是显而易见的。因此，示例实施例的上述描述不限定或限制本公开。在不脱离如以下权利要求所限定的本公开的范围的情况下，也可以进行其他变化、替换和改变。

Claims (20)

1.一种先进无线电装置，包括：
一组天线；
模拟电路；
数字电路；
介质访问控制(MAC)控制器；
处理器，其可操作地连接到所述一组天线、所述模拟电路、所述数字电路和所述MAC控制器，所述处理器被配置为：
基于子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形；
基于所分解的宽带波形信号生成时频雷达波形；
基于所述时频雷达波形，将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射成正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号；以及
收发机，其可操作地连接到所述处理器，所述收发机被配置为：
经由所述一组天线中的发射天线向目标对象发射所述第一雷达信号；以及
经由所述一组天线中的接收天线接收从所述目标对象反射或反向散射的第二信号。
2.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述处理器进一步被配置为基于多个窄带信号将宽带波形信号分解为时频波形。
3.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述处理器进一步被配置成使用基于时域CAZAC序列的离散傅里叶变换预编码来生成所述CAZAC序列。
4.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述处理器进一步被配置成执行所述CAZAC序列的序列跳变或时间上的跳频中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述MAC控制器被配置为：
基于参考信号的序列集合、时间、频率模式、功率、跳频模式、波束成形和干扰配置来为所述第一雷达信号分配时频资源；以及
以半静态模式或动态模式重新分配时频资源。
6.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述处理器进一步被配置为：
确定所述子带信号中的每个子带；以及
对所述子带信号的每个子带应用多个数字波束成形，并且对所述子带信号的所有子带应用单个模拟波束成形。
7.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中，所述处理器进一步被配置为：
基于所述第一雷达信号和所述第二信号来确定所述子带信号中的每个子带信号；
通过在频域中对每个所述子带信号进行处理来获得第三信号；
基于所述第三信号来聚合每个所述子带信号；以及
基于所聚合的每个所述子带信号在时域中生成相关输出。
8.根据权利要求7所述的先进无线电装置，其中：
每个所述子带信号在一段时间内被累积以使用幅度或幅度平方和后处理进行检测以去除伪影；以及
所述相关输出被存储在可操作地连接到所述处理器的存储器中。
9.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中所述时频雷达波形是OFDM、滤波器组多载波(FBMC)或DFT预编码的单载波波形。
10.根据权利要求1所述的先进无线电装置，其中：
所述先进无线电装置还包括通信系统，所述通信系统包括天线系统、发射机、接收机和可操作地连接到所述发射机、所述接收机和所述天线系统的通信处理器；以及
所述通信系统使用光学系统、无线通信协议或有线通信协议中的至少一个来发射和接收信号。
11.一种先进无线电装置的方法，所述方法包括：
基于子带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形；
基于所分解的宽带波形信号生成时频雷达波形；
基于所述时频雷达波形将恒幅零自相关(CAZAC)序列映射到正交频分复用(OFDM)子载波以生成第一雷达信号；
经由一组天线中的发射天线向目标对象发射所述第一雷达信号；以及
经由所述一组天线中的接收天线接收从所述目标对象反射或反向散射的第二信号。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于多个窄带信号将宽带波形信号分解为时频波形。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括使用基于时域CAZAC序列的离散傅里叶变换(DFT)预编码来生成CAZAC序列。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括执行所述CAZAC序列的序列跳变和时间上的跳频中的至少一者。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
基于参考信号的序列集合、时间、频率模式、功率、跳频模式、波束成形和干扰配置来为所述第一雷达信号分配时频资源；以及
以半静态模式或动态模式重新分配时频资源。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
确定所述子带信号中的每个子带；以及
对所述子带信号的每个子带应用多个数字波束成形，并且对所述子带信号的所有子带应用单个模拟波束成形。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
基于所述第一雷达信号和所述第二信号来确定所述子带信号中的每个子带信号；
通过在频域中对每个所述子带信号进行处理来获得第三信号；
基于所述第三信号来聚合每个所述子带信号；以及
基于所聚合的每个子带信号在时域中生成相关输出。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
每个所述子带信号在一段时间内被累积以使用幅度或幅度平方和后处理进行检测以去除伪影；以及
所述相关输出被存储在存储器中。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述时频雷达波形是OFDM、滤波器组多载波(FBMC)或DFT预编码的单载波波形。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括经由天线系统、发射机、接收机和可操作地连接到所述发射机、所述接收机和所述天线系统的通信处理器，使用光学系统、无线通信协议或有线通信协议中的至少一个来发射和接收信号。
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