JP2020530566A - レーダーシステムにおけるノイズ測定 - Google Patents
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Abstract
Description
V(t)=A(1+ΔA)cos(ω0t+φu(t)+φc(t))
であり、ここで、V(t)は信号であり、Aは信号の振幅であり、ΔAは振幅ノイズであり、ω0はキャリア周波数であり、tは時間であり、φuは無相関位相ノイズであり、φcは相関位相ノイズである。
LO=sin(ω1t+φ1)
の形式であり、ここで、tは時間であり、ω1はキャリア周波数であり、φ1はLO133の位相ノイズである。PA122は、LO信号134を増幅して、増幅された信号136を生成する。PA122は、例えば複数のバッファを含む5段PAである、多段PAであり得る。PAの複数の段が利得及び帯域幅を増加させる一方で、適切な入力及び/又は出力インピーダンス整合を維持する。例示のレーダーシステムのための出力電力、無相関PN、及び振幅ノイズの値が図2Bに示される。図2Bは、増幅された信号136におけるノイズを示すグラフ140を図示する。増幅された信号136の送信された電力(PT)148は10dBmである。無相関位相ノイズ142は、送信された電力148から−140dBc/Hzである、差146である。無相関位相ノイズ142は−130dBm/Hzであり、周波数144でピークを有する。TXアンテナ124は、増幅された信号136を送信する。或る例において、TXアンテナ124は、波長の割に比較的大きなアンテナサイズを有する高利得狭帯域幅アンテナである。これらの値は、例示のレーダーシステムに基づく例であり、異なるレーダーシステムでは異なり得る。
RX=sin(ω2t+φ2)
の形式であり、ここで、tは時間であり、ω2は受信信号の周波数であり、φ2は受信信号の位相ノイズである。その後、周波数ミキサー132は、増幅された受信信号139をLO信号134と合成して、ビート周波数信号である合成信号131を生成する。合成信号131は、
sin((ω1−ω2)t+(φ1−φ2))
の形式であり、ここで、tは時間であり、ω1はキャリア周波数であり、ω2は受信信号の周波数であり、φ1はLO133の位相ノイズであり、φ2は受信信号の位相ノイズである。合成信号131は、例えば、フィルタ、アナログ‐デジタルコンバータ(ADC)、及びデジタル信号プロセッサ(DSP)(図示せず)によって、デジタル化され得、その後処理され得る。各オブジェクトに対応するビート周波数信号は、レーダートランシーバからのオブジェクトの距離に比例する周波数を有するトーンである。オブジェクトは、ビート周波数信号の高速フーリエ変換(FFT)を用いること及びノイズフロアから突出するピークを識別することによって、識別され得る。また、移動するオブジェクトの場合、ビート周波数信号は、レーダートランシーバとオブジェクトとの間の相対速度に依存するドップラー成分を有する。ドップラー信号は、チャープにわたり第2のFFTを行うことによって得られる。
LO(t)=cos(ω0t+φc(t))
であり、ここで、ω0はLOのキャリア周波数であり、tは時間であり、φcはLOの相関位相ノイズである。
PA(t)=APA(1+ΔAPA)cos(ω0t+φupa(t)+φc(t))
によって与えられ、ここでAPAはPA信号の振幅であり、tは時間であり、ΔAPAはPA184からの振幅ノイズであり、ω0はLO216のキャリア周波数であり、φupaはPA184の無相関位相ノイズであり、φcはLO216の相関位相ノイズである。
RX(t)=A(1+ΔA)cos(ω0(t−τ)−θ+φu(t)+φc(t−τ))
によって与えられ、ここで、Aは信号振幅であり、ΔAは振幅ノイズであり、tは時間であり、τはループバック及び位相シフタ186の遅延であり、ω0はキャリア周波数であり、θはループバック及び位相シフタ186からの位相シフトであり、φuは無相関位相ノイズであり、φcは相関位相ノイズである。
φu(t−τ)=φu(t)=φupa(t)+φlna(t)
によって与えられ、ここで、φupaはPA184の無相関ノイズであり、φlnaはLNA188の無相関位相ノイズである。
LOQ(t)=sin(ω0t+φc(t))
によって与えられる信号であり、ここで、ω0はLO216のキャリア周波数であり、tは時間であり、φcはLO216の相関位相ノイズである。同様に、I信号210は、
LOI(t)=cos(ω0t+φc(t))
によって与えられる。
BBI(t)=A(1+ΔA)cos(ω0τ+θ+φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
によって与えられる、BBI(t)であるベースバンドI信号212を生成し、ここで、Aは信号振幅であり、ΔAは振幅ノイズであり、tは時間であり、τはループバック及び位相シフタ186の遅延であり、ω0はキャリア周波数であり、θはループバック及び位相シフタ186からの位相シフトであり、φuは無相関位相ノイズであり、φcは相関位相ノイズである。同様に、周波数ミキサー190は、Q信号208をレシーバ信号206と合成して、
BBQ(t)=A(1+ΔA)sin(ω0τ+θ+φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
によって与えられる、BBQ(t)である信号ベースバンドQ信号214を生成し、ここで、Aは信号振幅であり、ΔAは振幅ノイズであり、tは時間であり、τはループバック及び位相シフタ186の遅延であり、ω0はキャリア周波数であり、θはループバック及び位相シフタ186からの位相シフトであり、φuは無相関位相ノイズであり、φcは相関位相ノイズである。ループバック及び位相シフタ186は、ユーザによって調節され得る可変位相シフタを含む。
BBI(t)=A(1+ΔA)cos(ω0τ+θ+φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
によって与えられる。ω0τ+θ=0のとき、Iチャネルのベースバンド出力は、
BBI(t)=A(1+ΔA)cos(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
である。(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))の値が非常に小さな値なので、
cos(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))=1である。従って、Iチャネルのベースバンド出力は、BBI(t)≒A(1+ΔA)であり、これは振幅ノイズのみである。
BBQ(t)=A(1+ΔA)sin(ω0τ+θ+φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
によって与えられる。ω0τ+θ=0のとき、Qチャネルのベースバンド出力は、
BBQ(t)=A(1+ΔA)sin(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
である。(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))の値が非常に小さな値なので、
sin(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))=(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
である。
従って、Qチャネルのベースバンド出力は、おおよそ、
A(1+ΔA)(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
である。
A(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))+ΔA(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))
である。ΔAと(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))の両方が小さな数なので、この2つの乗算は非常に小さな数である。従って、Qチャネルのベースバンド出力は、おおよそ、A(φu(t)+φc(t)−φc(t−τ))であり、これは位相ノイズである。この例では、振幅ノイズは、AN=ΔA=ΔAPAによって与えられ、ここで、ΔAPAはPA184の振幅ノイズである。また、この例では、位相ノイズは、PN=φu(t)+φc(t)−φc(t−τ)である。また、この例では、ベースバンドI信号が位相ノイズのみを有し、ベースバンドQ信号が振幅ノイズのみを有する。
また、Qチャネルのベースバンド出力は、おおよそ、A(1+ΔA)である。この例では、ベースバンドI信号は位相ノイズのみを有し、ベースバンドQ信号は振幅ノイズのみを有する。前述の例で示されるように、位相シフトにおける90°回転毎に、振幅ノイズ条件及び位相ノイズ条件は、IチャネルとQチャネルとの間で交互になる。
UPNtotal=Pin_lna−Nmax+10−G−6
によって与えられ、ここで、Pin_lnaはループバックされた信号204における電力であり、NmaxはPSDの最大であり、10は、dbMからdbFsへの変換を表し、Gは、レシーバの入力におけるノイズを得るために減算され、振幅ノイズ又は位相ノイズなどの両側波帯ノイズに対してトーンをダウンコンバートするときの2のスケールファクタに起因して、6が減算される。また、振幅ノイズは
AN=Pin_lna−Nmin+10−G−6
によって与えられる。
UPNSYNTH=PNSYNTH+20 log10(2sin(ω0τ/2))
によって与えられ、ここで、PNSYNTHは、LO信号200の測定された位相ノイズであり、ω0はLO信号216の周波数であり、τは、ループバック及び位相シフタ186によってもたらされる遅延である。
UPNmmwave=UPNtotal−UPNSYNTH
によって計算され得る。
CF=20 log10(2sin(πfτ))
によって与えられる相関関数(CF)は、−39.19dBである。これにより、−131.19dBc/HzのUPNSYNTHの値が導かれる。LNAにおける振幅ノイズは−151.63dBm/Hzであり、LNAにおける無相関位相ノイズは−135dBm/Hzである。ノイズ折り返し係数は、ベースバンドにおいて1MHzまで折り返す他のキャリア上のノイズであり、6である。また、dBFs/HzからdBm/Hzへの変換係数は10である。振幅ノイズは−144.296dBc/Hzである。総無相関位相ノイズは−127.666dBc/Hzであり、synth無相関位相ノイズは−131.19dBc/Hzであり、mmwave無相関位相ノイズは−130.217dBc/Hzである。
RX(t)=A(1+ΔA)cos(ω0(t−τ)−θ+φu(t)+φc(t−τ))
によって与えられ、ここで、A=APALGであり、ΔA=ΔAPAである。また、
φu(t−τ)=φu(t)=φupa(t)+φlna(t)
である。振幅ノイズは、−125.2dBFs/Hzであると計算され、無相関位相ノイズは、−108.4dBFs/Hzであると計算される。その後、統合されたUPNは、111.9dBFs/Hzであると計算され、mmwave UPN は、−110.9dBFs/Hzであると計算される。
BBI=A(1+ΔA)cos(ω0τ+θ+φu(t))
によって与えられる。ω0τ+θ=0のとき、Iチャネルのベースバンド出力は、
BBI(t)=A(1+ΔA)cos(φu(t))
によって与えられる。φu(t)が非常に小さな値なので、cos(φu(t))の値はおおよそ1である。従って、Iチャネルのベースバンド出力は、おおよそ、A(1+ΔA)であり、これは振幅ノイズのみである。
BBQ(t)=A(1+ΔA)sin(ω0τ+θ+φu(t))
である。ω0τ+θ=0のとき、Qチャネルのベースバンド出力は、
BBQ(t)=A(1+ΔA)sin(φu(t))
である。φu(t)が非常に小さな値なので、
sin(φu(t))≒φu(t)
である。従って、Qチャネルのベースバンド出力は、おおよそ
A(1+ΔA)(φu(t))
である。Qチャネルのベースバンド出力は、その後、
A(φu(t))+ΔA(φu(t))
によって概算され得る。ΔA及びφu(t)がいずれも小さな数なので、この2つの小さな数の乗算は非常に小さい。その後、Qチャネルのベースバンド出力はAφu(t)としてさらに概算され得、これは位相ノイズのみである。
UPNtotal=Pin_lna−Nmax+10−G−6
によって与えられ、ここで、Pin_lnaは、ループバックされた信号204における電力であり、NmaxはPSDの最大であり、10はdBmからdBFsへの変換を表し、Gは、レシーバの入力におけるノイズを得るために減算され、振幅ノイズ又は位相ノイズなどの両側波帯ノイズに対してトーンをダウンコンバートするときの2のスケールファクタに起因して、6が減算される。また、振幅ノイズは、
AN=Pin_lna−Nmin+10−G−6
によって与えられる。LO信号が外部信号によって供給されるので、PNSYNTHは無視してよく、それゆえ、SYNTHからの無相関位相ノイズも無視してよい。シンセサイザ無相関位相ノイズはUPNSYNTH〜0によって与えられる。この場合の総無相関位相ノイズは、mmwave無相関位相ノイズであり、
UPNmmwave=UPNtotal
によって与えられる。
AN=Pin_lna−Nmin+10−G−6
を用いて計算され得、ここで、Pin_lnaは、LNAの入力におけるノイズ値であり、Gは利得であり、Nminは最小ノイズである。
UPNtotal=Pin_lna−Nmax+10−G−6
に基づいて計算される。統合された位相ノイズは、
であると判定され得、ここで、τは遅延であり、ωoffsetはオフセット周波数であり、φcは相関位相ノイズである。相関位相ノイズはPAの入力において測定され得る。また、mmwave無相関位相ノイズは、
UPNmmwave=UPNtotal−UPNSYNTH
であると判定され得る。或る例において、レーダーシステムは、総ノイズをI+jQであると計算し得、ここで、Iは測定されたI信号であり、Qは測定されたQ信号である。
Claims (20)
- レーダーシステムであって、
局部発振器(LO)信号を増幅して、増幅された信号を生成するための電力増幅器(PA)を含むトランスミッタ、
レシーバであって、
前記LO信号に基づいてI信号を生成するため、及び、前記LO信号に基づいてQ信号を生成するためのIQ生成器と、
ループバックされた信号を増幅して、レシーバ信号を生成するための低ノイズ増幅器(LNA)と、
前記レシーバ信号と前記I信号とを混合して、ベースバンドI信号を生成するための第1のミキサーと、
前記レシーバ信号と前記Q信号とを混合して、ベースバンドQ信号を生成するための第2のミキサーと
を含む前記レシーバ、及び、
前記増幅された信号を、前記トランスミッタから前記レシーバへ、前記ループバックされた信号として誘導するための導波路ループバック、
を含む、レーダーシステム。 - 請求項1に記載のレーダーシステムであって、前記導波路ループバックが、前記増幅された信号を位相シフトするための可変位相シフタを含む、レーダーシステム。
- 請求項1に記載のレーダーシステムであって、前記トランスミッタがさらに、第1の位相シフトにより、前記LO信号を生成するために入力LO信号を位相シフトするための可変位相シフタを含む、レーダーシステム。
- 請求項3に記載のレーダーシステムであって、前記レシーバがさらに、ノイズ電力推定器を含み、前記ノイズ電力推定器が、
前記ベースバンドI信号に基づいて、前記第1の位相シフトに対する第1のIノイズ値を測定するため、及び、
前記ベースバンドQ信号に基づいて、前記第1の位相シフトに対するQノイズ値を測定するためのものである、
レーダーシステム。 - 請求項4に記載のレーダーシステムであって、前記ノイズ電力推定器が、
前記可変位相シフタに対する複数の位相シフトを判定し、
前記複数の位相シフトを示す複数の位相シフト表示を前記可変位相シフタに送信し、
複数のベースバンドI信号に基づいて、前記複数の位相シフトに対する複数のIノイズ値を測定し、
複数のベースバンドQ信号に基づいて、前記複数の位相シフトに対する複数のQノイズ値を測定し、
前記複数のIノイズ値に基づいて、又は、前記複数のQノイズ値に基づいて、前記複数のIノイズ値の最大ノイズ値を判定し、
前記複数のIノイズ値に基づいて、又は、前記複数のQノイズ値に基づいて、前記複数のIノイズ値の最小ノイズ値を判定し、
前記最大ノイズ値に基づいて、又は、前記最小ノイズ値に基づいて、無相関位相ノイズを計算し、及び、
前記最大ノイズ値に基づいて、又は、前記最小ノイズ値に基づいて、振幅ノイズを計算するためのものである、
レーダーシステム。 - 請求項5に記載のレーダーシステムであって、前記ノイズ電力推定器が、
前記最小ノイズ値に対応する最小ノイズ位相シフトを判定するため、及び、
最小ノイズ位相シフト表示を前記可変位相シフタに送信するためのものであり、
前記最小ノイズ位相シフト表示が、ノイズを低減するための前記最小ノイズ位相シフトを示す、
レーダーシステム。 - レーダーシステムにおいてノイズを測定するための方法であって、
前記レーダーシステムの可変位相シフタの位相シフトを設定すること、
プロセッサによって、前記位相シフトを有する、増幅されループバックされ位相シフトされたレーダー信号のベースバンドI成分を測定して、測定されたI信号を生成すること、及び、
前記プロセッサによって、前記位相シフトを有する、前記増幅されループバックされ位相シフトされたレーダー信号のベースバンドQ成分を測定して、測定されたQ信号を生成すること、
を含む、方法。 - 請求項7に記載の方法であって、前記プロセッサが、前記レーダーシステムのノイズ電力推定器である、方法。
- 請求項7に記載の方法であって、さらに、
前記可変位相シフタに対する複数の位相シフトを設定すること、
複数のベースバンドI信号に基づいて、前記複数の位相シフトに対する複数のIノイズ値を測定すること、
複数のベースバンドQ信号に基づいて、前記複数の位相シフトに対する複数のQノイズ値を測定すること、
前記複数のIノイズ値又は前記複数のQノイズ値の最大ノイズ値を判定すること、及び、
前記複数のIノイズ値又は前記複数のQノイズ値の最小ノイズ値を判定すること、
を含む、方法。 - 請求項9に記載の方法であって、さらに、
前記レーダーシステムの低ノイズ増幅器(LNA)の入力における電力値を測定すること、及び、
前記LNAの前記入力における前記電力値と、前記最大ノイズ値と、前記レーダーシステムのレシーバのレシーバ利得とに基づいて、総無相関位相ノイズを判定すること、
を含み、
前記レシーバが前記LNAを含む、
方法。 - 請求項10に記載の方法であって、さらに、
局部発振器(LO)信号の位相ノイズを測定すること、及び、
前記レーダーシステムの導波路ループバックの遅延と、前記LO信号の前記位相ノイズと、オフセット周波数とに基づいて、シンセサイザ無相関位相ノイズを判定すること、
を含む、方法。 - 請求項11に記載の方法であって、さらに、前記総無相関位相ノイズに基づいて及び前記シンセサイザ無相関位相ノイズに基づいて、ミリメートル波(mmwave)ノイズを判定することを含む、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、さらに、前記LNAの前記入力における前記ノイズ値と、前記最小ノイズ値と、前記レシーバ利得とに基づいて、振幅ノイズを判定することを含む、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、さらに、
前記最小ノイズ値に対応する最小ノイズ位相シフトを選択すること、及び、
前記可変位相シフタの第2の位相シフトを、前記最小ノイズ位相シフトに設定すること、
を含む、方法。 - レーダーシステムであって、
電力増幅器(PA)、
前記PAに結合される可変位相シフタ、
低ノイズ増幅器(LNA)、
前記PA及び前記LNAを結合する導波路ループバック、
前記LNAに結合される第1の周波数ミキサー、
前記LNAに結合される第2の周波数ミキサー、及び、
前記第1の周波数ミキサー及び前記第2の周波数ミキサーに結合されるIQ生成器、
を含む、レーダーシステム。 - 請求項15に記載のレーダーシステムであって、さらに、前記第1の周波数ミキサーに、前記第2の周波数ミキサーに、及び前記可変位相シフタに結合されるノイズ電力推定器を含む、レーダーシステム。
- 請求項15に記載のレーダーシステムであって、前記可変位相シフタが、前記導波路ループバック内にある、レーダーシステム。
- 請求項15に記載のレーダーシステムであって、前記PAが、前記可変位相シフタと前記導波路ループバックとの間に結合される、レーダーシステム。
- 請求項15に記載のレーダーシステムであって、さらに、前記PAに及び前記IQ生成器に結合される局部発振器(LO)を含む、レーダーシステム。
- 請求項15に記載のレーダーシステムであって、前記PA及び前記IQ生成器が、外部LO生成器に結合される、レーダーシステム。
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