DE102013101547B4

DE102013101547B4 - MIMO-Radarsystem mit mehreren Sendern und Empfängern

Info

Publication number: DE102013101547B4
Application number: DE102013101547.6A
Authority: DE
Inventors: Pil Jae Park; Cheon Soo Kim; Hyun Kyu Yu
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: KR101668460B1; DE102013101547A1; KR20130134843A; US20130321198A1

Abstract

Radarsystem mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Radarsystem), das umfasst:
einen oder mehrere Empfänger und Sender, wobei einer des einen oder der mehreren Sender zum Liefern eines Referenzsignals für den Injektionslock konfiguriert ist,
wobei das MIMO-Radarsystem mehrere Signale mit einer Phase und einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, erzeugt;
wobei der eine des einen oder der mehreren Sender einen Signalgenerator zum Erzeugen des Referenzsignals und zum Ausführen des Injektionslocks umfasst,
wobei das Referenzsignal ein Signal mit einer spezifischen Phase und Frequenz umfasst und an den einen oder die mehreren Empfänger und an den anderen Sender geliefert wird,
wobei eine Injektionssteuerung einen Injektionslock aufweist, der einen Kontakt unter Verwendung einer verdrahteten oder kontaktlosen elektromagnetischen Kopplung an dem Referenzsignalgenerator aufweist.

Description

Verwandte Anmeldungen)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2012-0058672, eingereicht am 31. Mai 2012, die hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Radarsystem und insbesondere auf ein Radarsystem mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Radarsystem) mit mehreren Sendern und Empfängern, das eine Injektionlocktechnik verwendet (englisch: injection-lock technique).
Hintergrund der Erfindung
Eine Radartechnologie ist eine Sensortechnologie zum Detektieren und Erhalten relativer Orts- und Geschwindigkeitsinformationen von Zielen. Zum Beispiel sendet ein Radarsystem elektromagnetische Wellen zu Zielen und empfängt Reflexionsechosignale von den Zielen. Das Radarsystem enthält einen Sender, der elektromagnetische Wellen erzeugt, einen Empfänger, der Reflexionsechosignale empfängt, die von Zielen zurückgegeben werden, und einen Signalprozessor, der die empfangenen Echosignale verarbeitet. Dadurch, dass es mehrere Sender und Empfänger gibt, die die Richtwirkung in Bezug auf ein Ziel verbessern, kann die Leistung des Radarsystems verbessert werden. In dem Radarsystem mit dieser Konfiguration ist es wichtig, ein Referenzsignal zu verteilen. Zu diesem Zweck ist im Gebiet ein Radarsystem mit mehreren Eingängen und Ausgängen (MIMO-Radarsystem) vorgeschlagen worden, das anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
4 ist ein Diagramm, das ein MIMO-Radarsystem in Übereinstimmung mit einem verwandten Gebiet darstellt.
Wie in 4 dargestellt ist, sendet das MIMO-Radarsystem Signale 14 und 16, die von mehreren Sendern erzeugt werden, über Antennen 10 und 12 zu einem Ziel 50. Die gesendeten Signale 14 und 16 werden an dem Ziel 50 reflektiert, um zu einem Echosignal 18 zu werden, damit sie über eine Empfangsantenne 20 eines Mehrfachempfängers, der einen oder mehrere Empfänger enthält, empfangen werden. Das Echosignal 18 wird durch einen Signalprozessor (nicht gezeigt) verarbeitet, um das Ziel 50 zu erkennen und nachzuführen. Der Mehrfachempfänger nutzt eine Phased-Array-Struktur, die eine Phasenänderung zwischen den Empfängern aufweist. Im Ergebnis weist der Phased-Array-Empfänger eine Richtwirkung auf. Somit kann die Systemleistung mit der erhöhten Verstärkung des Phased-Array-Empfängers verbessert werden.
Üblicherweise nutzt dieses MIMO-Radarsystem einen Leistungsteiler, um eine Signalquelle zu verteilen, was für ihre mehrfache Sendung und ihren mehrfachen Empfang erforderlich ist. Zum Beispiel nutzt das MIMO-Radarsystem eine einzelne Signalquelle, um die Signalquelle für den Betrieb des MIMO-Radarsystems unter Verwendung einer Phasenregelschleife (englisch: phase locked loop; PLL) 54 und von Wilkinson-Leistungsteilern 52 wie in 5 dargestellt zu verteilen. In diesem Fall sind eine Chipfläche und ein Leistungsverbrauch wegen der Anordnung mehrerer passiver Vorrichtungen wie etwa der Leistungsteiler 52 und dergleichen erhöht. Da die Leistungsteiler von einem Leistungsverlust begleitet sind, sind, wie in 4 gezeigt ist, genauer Pufferverstärker 22 und 24 zum Verstärken einer Signalquelle verwendet, um den Leistungsverlust wiederzugewinnen. Dies erhöht nachteilig den Leistungsverbrauch bei der Implementierung des Radarsystems. In 4 bezeichnen die Bezugszeichen 404 und 414 einen Leistungsverstärker; bezeichnet ein Bezugszeichen 424 einen rauscharmen Verstärker; und bezeichnet ein Bezugszeichen 426 einen Frequenzabwärtsumsetzer.
Insbesondere sind eine Chipfläche und ein Leistungsverbrauch sehr kritisch, wenn das MIMO-Radarsystem in einer integrierten Schaltung implementiert ist. Ferner gibt es bei der Implementierung eines Radars mit kleiner Fläche und niedriger Leistung in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Entwurfsschema eine Beschränkung. Der Grund dafür ist, dass die Leistungsteiler und die Pufferverstärker zum Verteilen einer Signalquelle implementiert werden sollen.
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Zusammenfassung der Erfindung
Angesicht des Vorstehenden schafft die vorliegende Erfindung somit ein MIMO-Radarsystem mit mehreren Sendern und Empfängern zum Erzeugen von Signalen, die für die Sender und Empfänger erforderlich sind, das ermöglicht, dass der Entwurf hoch integriert ist, eine geringe Größe aufweist und wenig Leistung verbraucht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Radarsystem mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Radarsystem) geschaffen, das enthält: einen oder mehrere Empfänger und Sender, wobei einer des einen oder der mehreren Sender zum Liefern eines Referenzsignals für den Injektionlock konfiguriert ist, wobei das MIMO-Radarsystem mehrere Signale mit einer Phase und einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, erzeugt.
Vorzugsweise enthält der eine des einen oder der mehreren Sender einen Signalgenerator zum Erzeugen des Referenzsignals und enthält das Referenzsignal ein Signal mit einer spezifischen Phase und Frequenz und wird es an den einen oder die mehreren Empfänger und an den anderen Sender geliefert.
Vorzugsweise enthält jeder der Empfänger: einen Signalgenerator, der zum Erzeugen eines lokalen Signals mit einer Phase und einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, konfiguriert ist.
Vorzugsweise enthält der andere Sender einen Signalgenerator, der zum Erzeugen eines Sendesignals mit einer Frequenz und einer Phase, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, konfiguriert ist.
Vorzugsweise enthält der Signalgenerator einen VCO.
Vorzugsweise ist der Signalgenerator des Empfängers ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) zum Empfangen des Referenzsignals.
Vorzugsweise ist der Signalgenerator irgendeines des einen oder der mehreren Transistoren ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) und wird das Referenzsignal durch den VCO unter Verwendung einer Phasenregelschleife (PLL), um das Referenzsignal in der Weise zu steuern, dass es die spezifische Frequenz und Phase aufweist, erzeugt.
Vorzugsweise enthält sowohl der VCO des Senders als auch der VCO des Empfängers: ein kreuzgekoppeltes Transistorpaar; einen Schwingkreis, der eine Induktionsspule und einen Kondensator umfasst; und eine Stromquelle eines Transistors, die zum Zuführen eines konstanten Gleichstroms zu dem VCO konfiguriert ist.
Vorzugsweise enthält das kreuzgekoppelte Transistorpaar CMOS-Transistoren oder Bipolartransistoren.
Vorzugsweise enthält das Referenzsignal ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (FMCW-Signal) oder ein digitales Modulationsschwingungssignal.
Vorzugsweise sind der eine oder die mehreren Sender und Empfänger durch eine Metallleitung oder durch eine Metallleitung auf einer Leiterplatte (PCB) verbunden.
Vorzugsweise wird die Frequenz des Referenzsignals multipliziert oder dividiert, bevor es an den anderen Sender und an den einen oder die mehreren Empfänger angelegt wird.
Vorzugsweise enthält jeder des einen oder der mehreren Sender: einen VCO, der zum Erzeugen eines Trägers eines Sendesignals konfiguriert ist; einen Frequenzaufwärtsumsetzer, der zum Umsetzen eines Basisbandsignals in ein analoges Signal, dessen Mittenfrequenz eine Trägerfrequenz ist, unter Verwendung des Sendesignals konfiguriert ist; und einen Leistungsverstärker, der zum Verstärken eines Ausgangsignals von dem Frequenzaufwärtsumsetzer zum Erzeugen des Sendesignals konfiguriert ist.
Vorzugsweise enthält jeder des einen oder der mehreren Sender: einen VCO, der zum Erzeugen eines Sendesignals konfiguriert ist; einen Leistungsverstärker, der zum Verstärken des Sendesignals konfiguriert ist; und eine Sendeantenne, die zum Senden des durch den Leistungsverstärker verstärkten Sendesignals nach außen konfiguriert ist.
Vorzugsweise enthält jeder des einen oder der mehreren Empfänger: eine Empfangsantenne, die zum Empfangen eines Echosignals konfiguriert ist; einen Verstärker, der zum Verstärken des Echosignals konfiguriert ist; und einen Frequenzabwärtsumsetzer, der zum Umsetzen eines Ausgangssignals von dem Verstärker in ein Basisbandsignal konfiguriert ist.
Figurenliste
Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:

1 eine Konfiguration eines MIMO-Radarsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A und 2B genaue Stromlaufpläne eines in dem MIMO-Radarsystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten VCO sind;
3 eine Konfiguration eines MIMO-Radarsystems in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine Konfiguration eines MIMO-Radarsystems in Übereinstimmung mit einem verwandten Gebiet darstellt; und
5 ein genauer Stromlaufplan zum Erzeugen einer Signalquelle in dem MIMO-Radarsystem in Übereinstimmung mit dem verwandten Gebiet ist.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 stellt eine Konfiguration eines MIMO-Radarsystems mit mehreren Sendern und Empfängern in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält ein MIMO-Radarsystem mehrere Sender, z. B. einen ersten und einen zweiten Sender 100 und 110, und einen oder mehrere Empfänger 120. Das MIMO-Radarsystem erzeugt mehrere Signale mit einer bestimmten Phase und Frequenz, die mit jenen eines Referenzsignals für den Injektionslock, das von dem ersten oder von dem zweiten Sender 100 und 110 erzeugt wird, injektionsgelockt sind.
Auf diese Weise kann durch Nutzung der mehreren Sender und Empfänger wie etwa des ersten und des zweiten Senders 100 und 110 und des Empfängers 120 die Richtwirkung der Sende- und Empfangsantennen in dem MIMO-Radarsystem die Leistung des Systems, das mehrere Ziele detektiert und nachführt, verbessern.
Dieses MIMO-Radarsystem sendet unter Verwendung des ersten und des zweiten Senders 100 und 110 Sendesignale und empfängt nachfolgend über den Empfänger 120 ein von einem Ziel 130 reflektiertes Echosignal.
Wie oben beschrieben wurde, kann zum Erzeugen des Referenzsignals währenddessen der erste oder der zweite Sender 100 und 110 verwendet werden. Zur Zweckmäßigkeit der Erklärung wird im Folgenden der erste Sender 100 als eine Referenzsignalquelle bezeichnet und der VCO 106 als ein Referenzsignalgenerator bezeichnet.
Der erste Sender 100, der als die Referenzsignalquelle dient, erzeugt in Übereinstimmung mit einem Steuersignal mit einer gesteuerten Frequenz und Phase ein Referenzsignal zum Injektionslock mit einer spezifischen Phase und Frequenz. Ferner führt der erste Sender 100 das Referenzsignal dem Empfänger 120 und dem zweiten Sender 110 zu, um zu veranlassen, dass sie injektionsgelockte Signale mit einer Phase und Frequenz gegenüber jenen des Referenzsignals erzeugen. Zu diesem Zweck enthält der erste Sender 100 eine Antenne 102, um die Referenzsignalquelle als ein Sendesignal nach außen auszugeben, einen Leistungsverstärker 104, um das der Antenne 102 zuzuführende Referenzsignal zu verstärken, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 106, um das Referenzsignal zu erzeugen, und eine Steuereinheit 108, um das Steuersignal zum Steuern einer Phase und einer Frequenz der Referenzsignalquelle dem VCO 106 zuzuführen.
Der Begriff Injektionslock bezieht sich in der Patentschrift auf ein Signal mit einer Phase und mit einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind. Ein solcher Injektionslock kann dadurch ausgeführt werden, dass er einen Kontakt unter Verwendung einer verdrahteten oder kontaktlosen elektromagnetischen Kopplung an dem Referenzsignalgenerator aufweist.
Währenddessen kann das von dem ersten Sender 100 erzeugte primäre Schwingungssignal ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (FMCW-Signal) sein oder kann es ein Signal sein, das in digitale Codes einschließlich sinnvoller Informationen, d. h. in eine digitale Modulationsschwingung, umgesetzt worden ist.
Außerdem kann die Frequenz des von dem ersten Sender 100 erzeugten Referenzsignals multipliziert oder dividiert werden, bevor es dem zweiten Sender 110 und dem Empfänger 120 zugeführt wird.
Der VCO 106 empfängt das Steuersignal mit der gesteuerten Phase und Frequenz von der Steuereinheit 108 und erzeugt das Referenzsignal für den Injektionslock mit einer spezifischen Phase und Frequenz. Der VCO 106 liefert das Referenzsignal mit einer spezifischen Phase und Frequenz an den zweiten Sender 110 und an einen VCO 128 des Empfängers 120.
Der zweite Sender 110 enthält ähnlich dem ersten Sender 100 eine Antenne 112, einen Leistungsverstärker 114 und einen VCO 116. Der zweite Sender 110 empfängt die durch den ersten Sender 110 erzeugte Referenzsignalquelle und ermöglicht, dass ein Schwingungssignal von dem VCO 116 eine Phase und eine Frequenz aufweist, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind. Somit wird das injektionsgelockte Schwingungssignal daraufhin als ein Sendesignal über den Leistungsverstärker 114 und die Antenne 112 nach außen gesendet.
Ferner erzeugt jeder der VCOs 106 und 116 des ersten und des zweiten Senders 100 und 110 einen Träger für das Sendesignal. Obwohl dies nicht gezeigt ist, können der erste und der zweite Sender 100 und 110 ferner einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) (nicht gezeigt) zum Umsetzen eines digitalen Modulationssignals in ein analoges Signal eines Basisbands enthalten.
Der Empfänger 120 enthält eine Empfangsantenne 122, einen rauscharmen Verstärker 124, einer Frequenzabwärtsumsetzer 126 und einen VCO 128. Über den VCO 128 des Empfängers 120 wird das von dem ersten Sender 100 erzeugte Referenzsignal empfangen. Der VCO 128 erzeugt ein lokales Signal (LO-Signal) mit einer Frequenz und einer Phase, die mit denen des empfangenen Referenzsignals injektionsgelockt sind. Das injektionsgelockte LO-Signal wird daraufhin an den Frequenzabwärtsumsetzer 126 geliefert. Der Frequenzabwärtsumsetzer 126 setzt das über die Empfangsantenne 122 empfangene Echosignal unter Verwendung des von dem VCO 128 gelieferten LO-Signals abwärts um.
Genauer verstärkt der Empfänger 120 ein über die Empfangsantenne 122 empfangenes Echosignal, während er Rauschsignale unter Verwendung des rauscharmen Verstärkers 124 unterdrückt. Daraufhin wird das verstärkte Echosignal an den Frequenzabwärtsumsetzer 126 geliefert. Der Frequenzabwärtsumsetzer 126 mischt das verstärkte Echosignal mit dem injektionsgelockten LO-Signal, um ein Basisbandechosignal zu erzeugen, das daraufhin an den ADC (nicht gezeigt) geliefert wird. Somit kann der ADC das Basisbandechosignal in ein digitales Echosignal umsetzen.
Das Referenzsignal für den Injektionslock in Übereinstimmung mit der Ausführungsform kann innerhalb des VCO 106 des ersten Senders 100 erzeugt werden und an die VCOs 116 und 128 des zweiten Senders 110 und des Empfängers 120 angelegt werden.
Außerdem kann das Referenzsignal in Übereinstimmung mit der Ausführungsform ein Ausgangssignal des VCO 106 sein und an die VCOs 116 und 128 des zweiten Senders 110 und des Empfängers 120 angelegt werden.
Der VCO 106 des ersten Senders 100 und die VCOs 116 und 128 des zweiten Senders 110 und des Empfängers 120 können durch eine Metallleitung oder durch eine Metallleitung auf einer Leiterplatte (PCB) verbunden sein.
In Übereinstimmung mit der wie oben beschriebenen Ausführungsform wird das von der Referenzsignalquelle erzeugte Referenzsignal jedem VCO des Empfängers zugeführt, um ein lokales Signal mit einer Phase und mit einer Frequenz zu erzeugen, die unter Verwendung des Injektionslocks mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt werden. Somit kann der Radarempfänger implementiert werden, ohne dass es eine Vorrichtung für die Leistungsverteilung gibt.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, kann währenddessen jeder der VCOs 106 und 116 in dem ersten und in dem zweiten Sender 100 und 110 und der VCO 128 in dem Empfänger 120 mit CMOS-Vorrichtungen oder mit Bipolarvorrichtungen, d. h. mit CMOS-Transistoren oder mit Bipolartransistoren, auf einer integrierten Schaltung implementiert sein.
2A und 2B sind ausführliche Stromlaufpläne des in den Sendern und in dem Empfänger des MIMO-Radarsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten VCO.
Zunächst kann der VCO anhand von 2A durch ein kreuzgekoppeltes Paar von CMOS-Transistoren M1 und M2, durch einen aus einer Induktionsspule L1 und aus den Kondensatoren C1 und C2 bestehenden Schwingkreis und durch eine Stromquelle eines CMOS-Transistors M3 zum Zuführen eines konstanten Gleichstroms zu der Schaltung implementiert sein.
Andererseits kann der VCO anhand von 2B durch ein kreuzgekoppeltes Paar von CMOS-Transistoren M4 und M5, durch einen aus einer Induktionsspule L2 und aus Kondensatoren C3 und C4 bestehenden Schwingkreis und durch eine Stromquelle eines Transistors M6 implementiert sein.
Wie in 2A dargestellt ist, kann ein Schwingungssignal von dem VCO durch eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt werden und kann die Resonanzfrequenz durch Ändern eines Kapazitätswerts durch Anlegen einer Spannung an einen Knoten V_t1 geändert werden. Außerdem wird das Schwingungssignal in einer differentiellen Form an einen Knoten von V_{out_p1} und V_{out_m1} ausgegeben. Das Differentialsignal wird in jeden der Knoten 200, 202 und 204, die einer virtuellen Masse entsprechen, eingegeben und von ihm ausgegeben. Somit kann der VCO ein Eingangs- oder Ausgangssignal unter Verwendung des Injektionslockschemas locken.
Wie in 2B dargestellt ist, kann auf ähnliche Weise ein Schwingungssignal von dem VCO durch eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises bestimmt werden und die Resonanzfrequenz durch Ändern eines Kapazitätswerts durch Anlegen einer Spannung an einen Knoten V_t2 geändert werden. Außerdem wird das Schwingungssignal in Differentialform an einen Knoten von V_{out_p2} und V_{out_m2} ausgegeben. Das Differentialsignal wird in jeden der Knoten 206, 208 und 210, die einer virtuellen Masse entsprechen, eingegeben und von ihm ausgegeben. Somit kann der VCO ein Eingangs- oder Ausgangssignal unter Verwendung des Injektionslockschemas locken.
3 veranschaulicht ein MIMO-Radarsystem mit mehreren Sendern und mehreren Empfängern in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das MIMO-Radarsystem enthält einen VCO 300, eine Steuereinheit 302, mehrere Sender, z. B. einen ersten und einen zweiten Sender 310 und 320, und einen oder mehrere Empfänger 330.
Der VCO 300 erzeugt in Übereinstimmung mit einem Steuersignal mit einer gesteuerten Phase und Frequenz ein Referenzsignal für den Injektionslock mit einer spezifischen Phase und Frequenz. Die Steuereinheit 302 liefert das Steuersignal zum Steuern einer Phase und einer Frequenz eines Schwingungssignals von dem VCO 300. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 302 z. B. eine Phasenregelschleife (PLL) sein.
Genauer erzeugt der VCO 300 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal das Referenzsignal mit einer spezifischen Phase und Frequenz. Das Referenzsignal mit einer spezifischen Phase und Frequenz wird daraufhin an einen Frequenzaufwärtsumsetzer 312 des ersten Senders 310 und an die VCOs 322 und 332 des zweiten Senders 320 und des Empfängers 330 gesendet.
Außerdem erzeugt der VCO 300 einen Träger für ein Sendesignal.
Der Frequenzaufwärtsumsetzer 312 des ersten Senders 310 setzt die Sendedaten, Tx1-Daten, unter Verwendung des von dem VCO 300 gelieferten Referenzsignals aufwärts um und gibt daraufhin die aufwärts umgesetzten Sendedaten über den Leistungsverstärker 314 und die Antenne 316 nach außen aus. Genauer mischt der Frequenzaufwärtsumsetzer 312 die Sendedaten, Tx1-Daten, eines Basisbandsignals mit dem Referenzsignal, um ein aufwärts umgesetztes Sendesignal zu erzeugen.
Währenddessen erzeugt der VCO 322 des zweiten Senders 320 ein LO-Signal mit einer Frequenz und einer Phase, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, und liefert das injektionsgelockte LO-Signal an den Frequenzaufwärtsumsetzer 324. Außerdem erzeugt der VCO 322 einen Träger für die Sendung von Tx2-Daten und liefert diesen an den Frequenzaufwärtsumsetzer 324.
Der Frequenzaufwärtsumsetzer 324 des zweiten Senders 320 setzt Sendedaten, Tx2-Daten, unter Verwendung des von dem VCO 322 gelieferten injektionsgelockten LO-Signals aufwärts um und gibt daraufhin die aufwärts umgesetzten Sendedaten über den Leistungsverstärker 326 und die Antenne 328 nach außen aus. Genauer mischt der Frequenzaufwärtsumsetzer 324 das injektionsgelockte LO-Signal und die Sendedaten, Tx2-Daten, eines Basisbandsignals, um ein aufwärts umgesetztes Sendesignal zu erzeugen, und liefert das aufwärts umgesetzte Sendesignal an den Leistungsverstärker 326.
Währenddessen wird in dem Empfänger 330 über eine Antenne 338 ein Echosignal empfangen und durch einen rauscharmen Verstärker 336 verstärkt. Das verstärkte Echosignal wird an einen Frequenzabwärtsumsetzer 334 geliefert.
Der VCO 332 erzeugt ein LO-Signal mit einer Phase und einer Frequenz, die von jenen des Referenzsignals von dem VCO 300 injektionsgelockt sind, und gibt das injektionsgelockte LO-Signal an den Frequenzabwärtsumsetzer 334 aus.
Der Frequenzabwärtsumsetzer 334 mischt das verstärkte Echosignal mit dem injektionsgelockten LO-Signal, um ein abwärts umgesetztes Echosignal zu erzeugen.
Mit anderen Worten, der Empfänger 330 verstärkt das über die Antenne 338 empfangene Echosignal unter Verwendung des rauscharmen Verstärkers 336 und gibt das verstärkte Echosignal mit entferntem Rauschsignal an den Frequenzabwärtsumsetzer 334 aus. Daraufhin setzt der Frequenzabwärtsumsetzer 334 das verstärkte Echosignal in ein Basisbandsignal abwärts um, wobei das Basisbandsignal durch einen ADC (nicht gezeigt) zur Weiterverarbeitung in ein digitales Basisbandsignal umgesetzt werden kann.
In dem MIMO-Radarsystem MIMO-Radar in Übereinstimmung mit der Ausführungsform werden die für den Sender und für den Empfänger erforderlichen Signale unter Verwendung des Injektionslocks erzeugt und wird das MIMO-Radarsystem unter ihrer Verwendung implementiert. Somit kann eine Chipfläche im Vergleich zu dem herkömmlichen System, das einen passiven Leistungsfrequenzteiler verwendet, wesentlich verringert werden und kann die Chipfläche im Vergleich zu dem herkömmlichen System, das den passiven Leistungsfrequenzteiler von einer einzelnen Signalquelle verwendet, ebenfalls wesentlich verringert werden.
Außerdem kann das MIMO-Radarsystem durch Anwendung der Ausführungsform mit einem Chip, der weniger Leistung verbraucht und eine kleine Fläche aufweist, implementiert werden.
Ferner kann eine Schaltung zum Implementieren von Quellen mehrerer Signale des herkömmlichen Radarsystems vereinfacht werden und können Metallleitungen, die zum Verteilen der Signalquellen verwendet werden, auf vereinfachte Weise implementiert werden.
Die MIMO-Radarstruktur in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen wird geeignet auf eine Chiptechnologie angewendet, wobei insbesondere durch Anwendung einer integrierten Schaltungstechnologie, die eine CMOS -Technik enthält, ein integriertes Radarsystem implementiert werden kann. Es kann so ausgelegt werden, dass es im Vergleich zu einem vorhandenen verbundgestützten Radarchip hoch integriert und klein ist und weniger Leistung verbraucht. Insbesondere kann der Entwurf mit niedrigem Leistungsverbrauch die Zuverlässigkeit eines Systems erhöhen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf die Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Der Fachmann auf dem Gebiet versteht, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den folgenden Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Radarsystem mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO-Radarsystem), das umfasst: einen oder mehrere Empfänger und Sender, wobei einer des einen oder der mehreren Sender zum Liefern eines Referenzsignals für den Injektionslock konfiguriert ist, wobei das MIMO-Radarsystem mehrere Signale mit einer Phase und einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, erzeugt; wobei der eine des einen oder der mehreren Sender einen Signalgenerator zum Erzeugen des Referenzsignals und zum Ausführen des Injektionslocks umfasst, wobei das Referenzsignal ein Signal mit einer spezifischen Phase und Frequenz umfasst und an den einen oder die mehreren Empfänger und an den anderen Sender geliefert wird, wobei eine Injektionssteuerung einen Injektionslock aufweist, der einen Kontakt unter Verwendung einer verdrahteten oder kontaktlosen elektromagnetischen Kopplung an dem Referenzsignalgenerator aufweist.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 1, wobei jeder der Empfänger umfasst: einen Signalgenerator, der zum Erzeugen eines Iokalen Signals mit einer Phase und einer Frequenz, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, konfiguriert ist.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 1, wobei der andere Sender einen Signalgenerator umfasst, der zum Erzeugen eines Sendesignals mit einer Frequenz und einer Phase, die mit jenen des Referenzsignals injektionsgelockt sind, konfiguriert ist.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 3, wobei der Signalgenerator einen VCO umfasst.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 2, wobei der Signalgenerator des Empfängers ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) zum Empfangen des Referenzsignals ist.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 5, wobei der Signalgenerator irgendeines des einen oder der mehreren Transistoren ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist und das Referenzsignal durch den VCO unter Verwendung einer Phasenregelscleife (PLL), um das Referenzsignal in der Weise zu steuern, dass es die spezifische Frequenz und Phase aufweist, erzeugt wird.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 6, wobei sowohl der VCO des Senders als auch der VCO des Empfängers umfasst: ein kreuzgekoppeltes Transistorpaar; einen Schwingkreis, der eine Induktionsspule und einen Kondensator umfasst; und eine Stromquelle eines Transistors, die zum Zuführen eines konstanten Gleichstroms zu dem VCO konfiguriert ist.
MIMO-Radarsystem nach Anspruch 7, wobei das kreuzgekoppelte Transistorpaar CMOS-Transistoren oder Bipolartransistoren umfasst.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Referenzsignal ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (FMCW-Signal) oder ein digitales Modulationsschwingungssignal umfasst.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der eine oder die mehreren Sender und Empfänger durch eine Metallleitung oder durch eine Metallleitung auf einer Leiterplatte (PCB) verbunden sind.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Frequenz des Referenzsignals multipliziert oder dividiert wird, bevor es an den anderen Sender und an den einen oder die mehreren Empfänger angelegt wird.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder des einen oder der mehreren Sender umfasst: einen Frequenzaufwärtsumsetzer, der zum Umsetzen eines Basisbandsignals in ein analoges Signal, dessen Mittenfrequenz eine Trägerfrequenz ist, unter Verwendung des Sendesignals konfiguriert ist; und einen Leistungsverstärker, der zum Verstärken eines Ausgangsignals von dem Frequenzaufwärtsumsetzer zum Erzeugen des Sendesignals konfiguriert ist.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder VCO des einen oder der mehreren Sender konfiguriert ist, ein Sendesignal zu erzeugen und wobei jeder des einen oder der mehreren Sender umfasst: einen Leistungsverstärker, der zum Verstärken des Sendesignals konfiguriert ist; und eine Sendeantenne, die zum Senden des durch den Leistungsverstärker verstärkten Sendesignals nach außen konfiguriert ist.
MIMO-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder des einen oder der mehreren Empfänger umfasst: eine Empfangsantenne, die zum Empfangen eines Echosignals konfiguriert ist; einen Verstärker, der zum Verstärken des Echosignals konfiguriert ist; und einen Frequenzabwärtsumsetzer, der zum Umsetzen eines Ausgangssignals von dem Verstärker in ein Basisbandsignal konfiguriert ist.