JP2021521746A - 高度無線システムのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

高度通信システム（１００）が提供される。高度通信システムは、構成条件に従って、少なくとも１つのＣＡＺＡＣシーケンス（１０２Ｂ）によるＤＦＴ拡散ＯＦＤＭに基づく多相符号化によって第１の信号（１０２Ａ）を生成することと、生成された第１の信号にデジタル送信ビーム形成（１０２Ｃ）を適用することと、第１の信号をデジタルからアナログに変換すること（１０４Ｂ）と、変換された第１の信号をエネルギー源（１０４Ａ）によって変調すること（１０４Ｃ）と、少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された第１の信号を射出すること（１０６）と、視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出すること（１０４Ｅ）と、検出された第２の信号を復調すること（１０４Ｅ）と、第２の信号をアナログからデジタルに変換すること（１０４Ｄ）と、変換された第２の信号を計算画像に変換すること（１０２Ｅ）と、計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成すること（１０２Ｄ）とを含む。第１の信号は多相シーケンスを含む。

Description

技術分野
本出願は、一般に、高度無線システムに関する。より具体的には、本開示は、３Ｄイメージングアプリケーションのためのセンサシステムおよび無線システムに関する。

背景
３Ｄ（３次元）イメージングのためのセンサ技術は、３Ｄ物体を検知し、３Ｄ物体の検知から得られた情報を処理する３Ｄイメージングセンサに関連付けられている。近年、困難な状況下でイメージング情報を処理するために３Ｄイメージングセンサが特定の用途によって必要とされることが、ここ数年よりも比較的一般的になっており、そのようなセンサの設計および製造はますます困難になっている。困難な状況の例の１つは、３Ｄイメージングセンサの特定の用途では、検知されている物体に対してセンサが高スピードで移動している場合があることである。別の例は、検知される物体の位置に対するセンサのロケーションである。センサは、一部の物体が他の不要な物体によって部分的に隠されている場合に、複数の物体を検出する必要がある場合がある。さらに、センサは、検知されている物体から比較的遠い距離に位置する場合があり、その結果、そのような比較的離れた物体を検知して得られる情報は、不足しているか、または不完全であることが多い。

概要
本開示は、視野（ＦｏＶ）内のシーンの３Ｄ画像を生成する３Ｄイメージングセンサである。３Ｄイメージングセンサは、シーンの様々な物体によって反射または後方散乱される送信信号を生成する。後方散乱または反射された信号は、３Ｄイメージングセンサによって受信および処理されて、３Ｄイメージングセンサに関する視野内の物体および構造を含むシーンの３Ｄ画像が生成される。３Ｄイメージングセンサは、画像形成アルゴリズムを含む計算イメージングを使用して、シーンの３Ｄ画像を生成する。

１つの実施形態では、高度通信システムが提供される。高度通信システムは、プロセッサと、プロセッサに動作可能に接続されている３次元（３Ｄ）イメージングセンサとを備え、３Ｄイメージングセンサは、デジタルイメージング回路を備え、デジタルイメージング回路は、構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成し、生成された第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用するように構成されている。第１の信号は多相シーケンスを含む。高度通信システムは、デジタルイメージング回路に動作可能に接続されているトランシーバ（ＸＣＶＲ）をさらに備え、ＸＣＶＲは、第１の信号をデジタルからアナログに変換し、変換された第１の信号をエネルギー源によって変調するように構成されている。高度無線システムは、プロセッサおよびＸＣＶＲに動作可能に接続されているアレイをさらに含み、アレイは、少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された第１の信号を射出し、視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出し、検出された第２の信号を復調し、第２の信号をアナログからデジタルに変換するように構成されている。デジタルイメージング回路は、変換された第２の信号を計算画像に変換し、計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成するようにさらに構成される。

別の実施形態では、高度通信システムの方法が提供される。本方法は、構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成することであって、第１の信号は多相シーケンスを含む、第１の信号を生成することと、生成された第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用することと、第１の信号をデジタルからアナログに変換することと、変換された第１の信号をエネルギー源によって変調することと、少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された第１の信号を射出することと、視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出することと、検出された第２の信号を復調することと、第２の信号をアナログからデジタルに変換することと、変換された第２の信号を計算画像に変換することと、計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成することとを含む。

さらに別の実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。非一時的コンピュータ可読媒体は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成することであって、第１の信号は多相シーケンスを含む、第１の信号を生成することと、生成された第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用することと、第１の信号をデジタルからアナログに変換することと、変換された第１の信号をエネルギー源によって変調することと、少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された第１の信号を射出することと、視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出することと、検出された第２の信号を復調することと、第２の信号をアナログからデジタルに変換することと、変換された第２の信号を計算画像に変換することと、計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成することとを行わせるプログラムコードを備える。

さらに別の実施形態では、３Ｄイメージングセンサは、トランシーバ（ＸＣＶＲ）回路に結合されているデジタルイメージング回路を含み、ＸＣＶＲ回路はアレイに結合されており、上記アレイは１つまたは複数のエネルギー射出要素および１つまたは複数のエネルギー検出要素を有する。そのような実施形態では、アレイは、２Ｄアレイであり、各アレイ要素（エネルギー射出要素またはエネルギー検出要素）がそのような各アレイ要素の位置を定義する（ｘ、ｙ）座標を有する。

３Ｄイメージングセンサは、デジタルイメージング回路から始まってトランシーバ回路を通じてアレイまで延伸する送信経路と、アレイから始まってトランシーバ回路を通じてデジタルイメージングモジュールまで延伸する受信経路とを有する。

３Ｄイメージングセンサは、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素によって射出される送信信号を生成する。３Ｄイメージングセンサは、３Ｄイメージングセンサの視野（ＦｏＶ）内にあるシーンの物体、構造、またはアイテムから反射または後方散乱される、射出された送信信号を検出し、デジタルビーム形成動作および１つまたは複数の画像形成アルゴリズムを使用してシーンの３Ｄ画像を生成することを可能にする。３Ｄイメージングセンサによって送信されたエネルギーを反射する物体、構造、または他のアイテムは、照射されていると言われる。

したがって、３ＤイメージングセンサのＦｏＶ内にあり、そこから送信信号が反射される物体は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射される。ＦｏＶは、本開示の３ＤイメージングセンサによってＦｏＶを照射することができるように、物体が配置される空間の一部である。ただし、ＦｏＶ内の物体は、ＦｏＶ内の他の物体によって隠されている場合がある。シーンは、３Ｄイメージングセンサによって照射することができる物体、構造および他のアイテムを含む。

本開示のこの実施形態では、デジタルイメージングモジュール内の送信経路は、疑似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを生成するためのシーケンス発生器と、直交デジタル波形を生成するための波形発生器と、ＰＮシーケンス変調直交デジタル波形に対してデジタルビーム形成動作を実施するためのデジタル送信ビームフォーマとを含む。

送信経路はトランシーバ（ＸＣＶＲ）回路に続き、ＸＣＶＲ回路は、デジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）回路と、エネルギー源に結合されている第１の入力、ＤＡＣから生成されるアナログ信号を受信するための第２の入力を有する変調器とを備え、上記アナログ信号は、ＤＡＣによってアナログ信号に変換されている、デジタルビーム形成されたＰＮシーケンス変調直交デジタル波形を含む。

変調器は、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素に結合される送信信号を提供する出力をさらに有する。したがって、送信信号は、ＤＡＣからのアナログ信号によって変調されているエネルギー源からのエネルギーである。本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイによって射出される送信信号は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶ内のシーン、すなわち、物体、構造、または他のアイテムを照射するようにされる。シーンを照射するために発生する送信信号は、周波数変換、時間遅延、および他の様々な位相シフトに起因する、結果として生じる位相シフトを経験する。

さらに、本開示のこの実施形態では、トランシーバの受信経路は、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出されるエネルギーを受信するように構成されているエネルギー検出回路を含む。特に、受信経路は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶにある照射されているシーン（すなわち、物体、構造またはアイテム）から反射（または後方散乱）される、送信経路から送信されたエネルギー（すなわち、送信信号）を検出する。

エネルギー検出回路は、アレイのエネルギー検出要素に結合されている。エネルギー検出回路の出力は、受信反射信号からベースバンド信号を取得することを目的とする復調器（図示せず）に結合されている。エネルギー検出および復調の動作は、１つの回路および／もしくはモジュール、１つの回路セット内で実施されてもよく、または２つの別個のモジュールもしくは回路として実施されてもよいことが容易に理解されるであろう。

復調器の出力は、受信ベースバンド信号を提供する。したがって、受信ベースバンド信号は、受信デジタル信号を提供するためにアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に印加される。受信経路は、デジタルイメージング回路に続き、デジタルイメージング回路は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーン（すなわち、物体、構造および他のアイテム）の３Ｄ画像を生成するために、受信デジタル信号を処理するためにコヒーレント検出器（すなわち、相関検出器）に結合されている計算イメージング回路を含む。

計算イメージング回路は、少なくとも、３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンから後方散乱または反射された射出送信信号が経験する、結果として生じる位相シフトを低減または実質的に排除し、２Ｄ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用することによってシーンの３Ｄ画像を生成する画像形成アルゴリズムを実施する。

したがって、上で説明したように、これらの反射または後方散乱された送信信号は、最終的に、３Ｄイメージングセンサのアレイのエネルギー検出要素によって受信される。これらの受信信号は、周波数シフト（またはドップラーシフト）、時間遅延に起因する、結果として生じる位相シフト、および、シーンの物体、構造、または他のアイテムとの相互作用に起因する様々な位相シフトを経験する。結果として生じる位相シフトは、照射されているシーンとアレイとの間の相対スピードの結果でもある。

また、物体、構造、または他のアイテムの様々な目標点においてこれらの信号が経験する反射および後方散乱のタイプは、環境条件、ならびに、照射されているシーンの物体および構造の目標の表面の相対的な滑らかさに起因し得る。これらの前述の要因のすべてまたはいくつかは、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信されたシーンから反射される送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに寄与する可能性がある。

デジタルイメージング回路は、画像形成アルゴリズムなどの計算イメージング動作を実施して、目標から反射される信号（例えば、目標に入射する電磁信号または光信号）の一部である目標反射率を決定する。したがって、デジタルイメージング回路は、画像形成アルゴリズムを使用して、座標（ｘ、ｙ、ｒ）を有するボクセル（ボリュームピクセル）を計算し、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンの３Ｄ画像を生成する。（ｘ、ｙ、ｒ）座標は、反射率密度ρの２Ｄ高速フーリエ変換を使用して計算される。これは、微小体積dζdηdｒあたりの（物体の目標点からの）反射または後方散乱信号である。したがって、目標の反射率密度は、以下で説明するように、３つの変数（ζ、η、ｒ）の関数としてモデル化される。画像形成アルゴリズムはまた、シーンの物体、構造、または他のアイテムによって反射または後方散乱される送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整する。調整は、送信信号がアレイのエネルギー射出要素によってシーンに射出され、シーンによって反射または後方散乱された後に送信信号が経験する、結果として生じる位相シフトを低減または大幅に排除する。次に、反射または後方散乱された送信信号は、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信される。

座標の各（ｘ、ｙ）セットに関連付けられた座標ｒの値も、３Ｄイメージングセンサによる送信信号が反射される目標点の反射率密度の２Ｄ ＦＦＴを実施することにより、画像形成アルゴリズムによって計算される。したがって、特定の（ｘ、ｙ）座標の計算されたｒの各値、すなわちｒ＝Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、．．．、Ｒ_Ｎに対して、本開示の３Ｄイメージングセンサによって計算することができ、したがって、シーンの３Ｄ画像を生成する、対応するボクセル（ｘ、ｙ、Ｒ_１）、（ｘ、ｙ、Ｒ_２）、（ｘ、ｙ、Ｒ_３）、．．．（ｘ、ｙ、Ｒ_Ｎ）が存在する。座標ｒは、座標（ｘ、ｙ）を有する対応するエネルギー検出要素（反射送信信号を検出する要素）と、アレイによって射出される送信信号によって照射されるシーンの目標点との間の距離（または範囲）を表す。

送信信号は、目標点によって反射（または後方散乱）され、（ｘ、ｙ）の座標を有するアレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出される。その特定の座標セットについて、本開示の３Ｄイメージングセンサは、照射されているシーンの３Ｄ画像を生成する過程で、ｒの異なる値（ｒ＝Ｒ_１、ｒ＝Ｒ_２、ｒ＝Ｒ_３、．．．、ｒ＝Ｒ_Ｎ）のｒ値を計算する。したがって、結果のボクセルは、座標（ｘ、ｙ、Ｒ_１）、（ｘ、ｙ、Ｒ_２）、（ｘ、ｙ、Ｒ_３）、．．．、（ｘ、ｙ、Ｒ_Ｎ）を有し、Ｎは１以上の整数である。

別の実施形態では、送信信号は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）処理済み周波数領域ＰＮシーケンスによって変調されたデジタルビーム形成直交デジタル波形を含み、上記デジタルビーム形成直交デジタル波形は、アナログ波形信号に変換され、このアナログ波形信号によって、エネルギー源が変調されて、変調信号がもたらされ、変調信号は次にアナログビーム形成されて、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素に印加されている送信信号が得られる。アナログビーム形成の動作は、要素に特定の位相値を提供するために、信号をアレイの要素に直接印加することを含む。その要素の位相は、信号（例えば、電圧、電流）が印加されなくなるまで変化しない。

引き続きこの実施形態において、受信機は、アレイのエネルギー検出要素によって受信されるエネルギーを検出し、受信信号を復調して、受信信号からベースバンド信号を導出するように構成される。受信機は、受信デジタル信号に対して計算イメージングを含む動作を実施して、送信信号が反射されている物体、構造、またはシーン全体の１つまたは複数の３Ｄ画像を生成するようにさらに構成される。シーンの物体、構造、または他のアイテムは、アレイに対して配置される。

計算イメージングは、少なくとも、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信される反射または後方散乱送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整するための画像形成アルゴリズムを含む。画像形成アルゴリズムはまた、受信信号に対して実施される２Ｄ ＦＦＴ動作を使用することによって、受信反射信号または後方散乱信号の３Ｄ画像を生成することも行う。特に、受信した送信信号が検出され、復調によりベースバンド信号が得られる。次に、ベースバンド信号は、アナログ−デジタル変換器を使用することによってデジタル信号（すなわち、受信デジタル信号）に変換される。

次に、位相調整および２Ｄ ＦＦＴを含む、受信デジタル信号に対する動作が実施されて、そのような物体が本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶ内にある場所に位置する物体の３Ｄ画像を生成する。したがって、３Ｄ画像は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーン内の物体、構造、または他のアイテムのロケーションに基づく。明らかに、各目標ロケーションは必ずしも同じ距離を有するとは限らない。

アレイのエネルギー検出要素と目標ロケーションとの間の距離は変化する可能性があり、ほとんどの場合、異なる目標ロケーションに対して変化する。例えば、距離は、第１の目標ロケーションについてはＲであり得、次に別のロケーションについてはＲ_１に変化し、さらに別のロケーションについてはＲ_２に変更される。（エネルギー検出アレイ要素の）座標（ｘ、ｙ）および計算された（ｒ）座標は、本開示の３Ｄイメージングセンサからの送信信号によって照射されている物体の目標の３Ｄ画像のボクセル（ボリュームピクセル）を表す（ｘ、ｙ、ｒ）座標になる。

さらに別の実施形態では、３Ｄイメージングセンサには、ワイヤレス通信システムによって生成される信号を送信するためのアクセスが提供され、上記信号を使用してシーンを照射し、シーンの３Ｄ画像を取得または生成する。この実施形態では、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）、同期信号、およびパイロット信号などの信号を、シーンを照射するための送信信号として、例えば、個別にまたは様々な組み合わせにおいて使用することができる。

したがって、ワイヤレス通信システムの一部であるスモールセルなどのデバイスは、本開示の３Ｄイメージングセンサを装備することができ、そのようなスモールセルは、それらの送信信号を３Ｄイメージングセンサに提供することができる。このとき、センサは、センサの送信信号などの信号を使用することができ、したがって、センサが、センサが生成しなかった送信信号を使用して物体を照射することを可能にするが、送信信号の特性（例えば、周波数、振幅、変調）を知っているそのような信号を使用することが可能である。

したがって、３Ｄイメージングセンサは、上記送信信号を使用して、シーンを照射し、シーンの３Ｄ画像を取得または生成することができる。したがって、本開示の３Ｄイメージングセンサを備えたそのようなセルは、例えば、様々な目的のためのセキュリティまたは監視カメラとして使用することができる。

さらに別の実施形態では、３Ｄイメージングセンサには、テレビ放送信号送信機からの送信信号に対するアクセスが提供され、テレビ放送信号を使用してシーンを照射し、シーンの３Ｄ画像を取得または生成する。そのような実施形態では、同期信号、パイロット信号、基準信号、または通信チャネルのプリアンブルおよび他の周知のテレビ放送信号などの信号を、シーンを照射するための送信信号として個別にまたは様々な組み合わせで使用することができる。

したがって、テレビ放送システムの一部である送信アンテナ塔などのデバイスは、本開示の３Ｄイメージングセンサを装備することができ、そのような装備は、それらの送信信号を３Ｄイメージングセンサに提供することができる。このとき、３Ｄイメージングセンサは、３Ｄイメージングセンサの送信信号などの信号を使用することができ、したがって、センサが、センサが生成しなかった送信信号を使用して物体を照射することを可能にするが、送信信号の特性（例えば、周波数、振幅、変調）を知っているそのような信号を使用することが可能である。

したがって、３Ｄイメージングセンサは、上記送信信号を使用して、シーンを照射し、シーンの３Ｄ画像を取得または生成することができる。したがって、本開示の３Ｄイメージングセンサを備えたそのようなテレビ放送設備は、例えば、様々な目的のためのセキュリティまたは監視カメラとして使用することができる。

さらに別の実施形態では、３Ｄイメージングセンサには、任意のワイヤレスまたは有線システムによって生成される送信信号に対するアクセスが提供され、（ｉ）３Ｄイメージングセンサは、これらのシステムの送信信号に対するアクセスを有し、（ｉｉ）送信信号に関連する信号の特定の特性は、視野内のシーンを照射し、シーンまたはその物体および構造の３Ｄ画像を生成するために、本開示の３Ｄイメージングセンサによって使用可能である。

このとき、３Ｄイメージングセンサは、３Ｄイメージングセンサの送信信号などの信号を使用することができ、したがって、センサが、センサが生成しなかった送信信号を使用して物体を照射することを可能にするが、有線またはワイヤレスソースからの送信信号の様々な特性を調整し、または、他の様態で操作することが可能であるため、そのような信号を使用することが可能である。したがって、３Ｄイメージングセンサは、上記送信信号を使用して、シーンを照射し、上で論じたような画像形成アルゴリズムを使用してシーンの３Ｄ画像を取得または生成することができる。

さらに別の実施形態では、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイは、仮想２Ｄアレイの（ｘ、ｙ）座標を定義するために水平または垂直のいずれか（または両方）のソフトウェア制御式ビームステアリングを備えた１Ｄアレイである。１Ｄアレイは、１Ｄアレイの要素を仮想２Ｄアレイのｘ、ｙ座標に位置決めするために、水平方向または垂直方向にステアリング可能である。したがって、そのようなステアリング可能な１Ｄアレイは、仮想２Ｄアレイとして動作可能である。

さらに別の実施形態では、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイは２Ｄアレイである。

さらに別の実施形態では、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイは、エネルギー射出要素およびエネルギー検出要素の複数のサブアレイを含む２Ｄアレイである。

さらに別の実施形態では、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイは、送信アレイおよび受信アレイを含む。

アレイが送信アレイおよび受信アレイであるさらに別の実施形態では、２つのアレイは、互いに対して既知の位置に配置される。

さらに別の実施形態では、本開示は、本開示の送信機、受信機、および３Ｄイメージングセンサのアレイの動作を制御、操作、または指示するためのプロセッサをさらに備える。

さらに別の実施形態では、プロセッサは、互いに通信している複数のプロセッサを含む。

さらに別の実施形態では、プロセッサは、並列処理を実施する複数のプロセッサを含む。

さらに別の実施形態では、プロセッサは、複数のコントローラおよびプロセッサを制御するメインプロセッサである。

さらに別の実施形態では、複数のプロセッサおよびコントローラは、それぞれマイクロプロセッサおよびマイクロコントローラである。

さらに別の実施形態では、プロセッサは、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。

さらに別の実施形態では、アレイは、近赤外線（ＮＩＲ）に属する７００ｎｍ〜１４００ｎｍ（両端の値を含む）の波長範囲、および短波赤外線（ＳＷＩＲ）に属する１４００ｎｍ〜３０００ｎｍ（両端の値を含む）の波長範囲の光信号を射出または検出するように構成される。

さらに別の実施形態では、アレイは、ＨＦ領域、ＶＨＦ領域、ＵＨＦ、ＳＨＦ、ＥＨＦ、およびＴＨｚ領域のうちの１つの電磁信号を射出または検出するように構成される。ＥＨＦ領域は、同時ブロードバンド通信および高解像度イメージングに特に適している。

さらに別の実施形態では、送信機は、出力、第１の入力、および第２の入力を有する変調器を含み、上記第１の入力は、変調器の第２の入力に印加される波形信号によって変調されるエネルギー源に結合される。

さらに別の実施形態では、変調器は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＯＯＫ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＰＭ、ＰＳＫ、およびＤＰＳＫ変調器のうちの１つである。

さらに別の実施形態では、変調器の出力は、送信機アナログビームフォーマに結合され、送信信号がもたらされる。

さらに別の実施形態では、送信機は、デジタルビーム形成直交デジタル波形を受信し、上記波形を変調器の入力に印加されるアナログ波形信号に変換するように構成されているデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）回路を備える。

さらに別の実施形態では、送信機は、時間領域ＰＮシーケンス発生器を備え、時間領域ＰＮシーケンス発生器は変換回路に結合され、変換回路は、出力を有し、送信機によって生成された時間領域ＰＮシーケンスを周波数領域ＰＮシーケンスに変換するように構成されており、上記変換回路の出力は、ＭＩＭＯ処理回路にさらに結合され、デジタルビーム形成ＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンスを生成するためにデジタルビーム形成回路に印加されるＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンスがもたらされる。

さらに別の実施形態では、送信機は、時間領域ＰＮシーケンス発生器を備え、時間領域ＰＮシーケンス発生器は変換回路に結合され、変換回路は、出力を有し、送信機によって生成された時間領域ＰＮシーケンスを周波数領域ＰＮシーケンスに変換するように構成されており、上記変換回路の出力は、ＭＩＭＯ処理回路にさらに結合され、デジタルビーム形成直交デジタル波形を生成するためにデジタルビーム形成回路に結合されている出力を有する直交デジタル波形発生器（本明細書においては直交シーケンス発生器とも称される）に印加されるＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンスがもたらされる。

さらに別の実施形態では、ＰＮシーケンス発生器は、ＣＡＺＡＣシーケンス発生器である。

さらに別の実施形態では、ＣＡＺＡＣシーケンス発生器は、（ｉ）１つのＣＡＺＡＣシーケンスおよび後続するガードタイム（ＧＴ）、（ｉｉ）２つのＣＡＺＡＣシーケンスおよび後続するガードタイム（ＧＴ）、ならびに（ｉｉｉ）３つのＣＡＺＡＣシーケンスおよび後続するガードタイム（ＧＴ）、のうちの１つに連結されたサイクリックプレフィックス（ＣＰ）シーケンスを含む少なくとも１つのビーコンシーケンスを生成するように構成される。そのような実施形態では、ガードタイムは、ＣＡＺＡＣシーケンスを生成するための任意選択のタイムスパンとして追加され得る。

さらに別の実施形態では、ＰＮシーケンス発生器は、Ｍシーケンス発生器などのバイナリシーケンスである。

さらに別の実施形態では、変換回路はＤＦＴ回路である。
さらに別の実施形態では、ＭＩＭＯ処理回路は、変換回路から周波数領域ＰＮシーケンスを受信するように構成されている符号語マッピング回路を含み、上記符号語マッピング回路は、少なくとも１つの周波数領域ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形を生成するためにプリコーディング回路に結合されているレイヤマッピング回路に結合されている。

さらに別の実施形態では、プリコーディング回路は、少なくとも１つの周波数領域ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形をデジタルビーム形成回路に印加して、デジタルビーム形成ＰＮシーケンス波形を生成する。

さらに別の実施形態では、プリコーディング回路は、少なくとも１つの周波数ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形を上記直交シーケンス発生器に印加し、結果、直交デジタル波形がデジタルビーム形成回路に印加されて、デジタルビーム形成直交波形が生成される。

さらに別の実施形態では、直交シーケンス発生器は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）デジタル波形発生器である。

さらに別の実施形態では、直交シーケンス発生器は、ＣＰレスＯＦＤＭデジタル波形発生器である。

さらに別の実施形態では、直交シーケンス発生器は、フィルタバンクマルチキャリア（ＦＢＭＣ）デジタル波形発生器である。

さらに別の実施形態では、直交シーケンス発生器は、一般化周波数分割多重化（ＧＦＤＭ）デジタル波形発生器である。

さらに別の実施形態では、直交シーケンス発生器は、リソース拡散多元接続（ＲＳＭＡ）デジタル波形発生器である。

さらに別の実施形態では、ＯＦＤＭ波形発生器は、逆高速フーリエ変換／サイクリックプレフィックス（ＩＦＦＴ／ＣＰ）回路に結合されている少なくとも１つのリソース要素回路を含む。

さらに別の実施形態では、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出される受信反射送信信号に対して受信機によって実施されるプロセスは、アナログ受信信号をもたらす、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素から直接受信される反射送信信号に対するアナログビーム形成動作を含み、ここで、上記アナログ受信信号はエネルギー検出回路に印加され、その出力はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に印加されて受信デジタル信号をもたらす。

さらに別の実施形態では、２Ｄ ＦＦＴ回路に結合されている計算イメージング回路は、位相調整を実施し、物体の３Ｄ画像を生成し、それにより、２Ｄ ＦＦＴ回路の出力において処理済み受信デジタル信号をもたらし、この信号は、上記周波数領域受信デジタル信号と、送信機によって生成された時間領域ＰＮシーケンスに基づく周波数領域ＰＮシーケンスとの間の周波数領域相関演算を実施するための周波数領域受信デジタル信号である。

さらに別の実施形態では、受信機は、２Ｄ ＦＦＴ回路の出力を処理するための相関器をさらに備える。

さらに別の実施形態では、相関器は、ｒを決定するか、または特定の値Ｒに等しいｒを決定する。

さらに別の実施形態では、相関器は、２Ｄ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路の出力に結合されている第１の入力と、複素共役回路に結合されている第２の入力と、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）回路に結合されている出力とを有する乗算器を含み、ＩＦＦＴ回路の出力は、本開示の３Ｄイメージングセンサと、３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーン内の物体の目標のロケーションとの間の距離である、距離ｒ＝Ｒを計算または決定するために、受信信号の大きさまたは大きさの二乗を計算するために使用される。

さらに別の実施形態では、複素共役回路は、乗算器の第２の入力に結合されている出力と、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）回路の出力に結合されている入力とを有し、ＤＦＴ回路の入力は、送信機によって生成される時間領域ＰＮシーケンスを含むルックアップテーブルに結合されている。

さらに別の実施形態では、ＩＦＦＴ回路は、受信信号の大きさまたは大きさの二乗を計算するように構成されている信号大きさ回路に適用される出力を有し、ここで、計算された上記受信信号は、受信信号の大きさ（ｒ＝Ｒ、すなわち、範囲）推定値を決定するために閾値検出器に印加される。

さらに別の実施形態では、計算イメージング回路は、少なくとも、（ｉ）シーンから反射される受信送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整するため、および（ｉｉ）本開示の３Ｄイメージングセンサからの反射信号に基づくシーンの反射率密度の２ＤＦＦＴを実施することによってシーンの３Ｄ画像を生成するための、画像形成アルゴリズムを実施する。

送信信号は、様々な時間遅延、周波数変換、および位相シフトから生じる位相シフトを経験する。反射信号が経験する位相シフト、周波数シフト、および時間遅延は、照射されている物体と３Ｄイメージングセンサとの間の相対スピード、環境条件、および、照射されている目標の表面の相対的な滑らかさなどの様々な要因に起因する。本開示全体を通して、「スピード」および「速度」という用語は交換可能に使用される。

以下の詳細な説明に着手する前に、本特許文書全体を通じて使用される特定の単語および句の定義を説明することが有利であり得る。「結合する（ｃｏｕｐｌｅ）」という用語およびその派生語は、２つ以上の要素が互いに物理的に接触しているか否かに関係なく、２つ以上の要素間の直接または間接的なつながりを指す。「送信」、「受信」および「通信」という用語、ならびにそれらの派生語は、直接通信と間接通信の両方を包含する。「含む」および「備える」という用語、ならびにそれらの派生語は、限定のない包含を意味する。「または」という用語は、包含的であり、および／またはを意味する。「〜と関連付けられる」という句、およびその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれる、〜と相互接続する、〜を包含する、〜の中に包含される、〜にまたは〜と接続する、〜にまたは〜と結合する、〜と通信可能である、〜と協働する、〜をインターリーブする、〜を並置する、〜に近接している、〜にまたは〜と束縛されている、〜を有する、〜の特性を有する、〜に対するまたは〜との関係を有する、などを意味する。「コントローラ」という用語は、少なくとも１つの動作を制御する任意のデバイス、システム、またはその一部を意味する。そのようなコントローラは、ハードウェア、またはハードウェアとソフトウェアおよび／またはファームウェアとの組み合わせにおいて実装されてもよい。任意の特定のコントローラに関連付けられる機能は、ローカルかまたはリモートかを問わず、集中化または分散化することができる。「〜のうちの少なくとも１つ」という句は、アイテムのリストと共に使用される場合、リストされたアイテムのうちの１つまたは複数の異なる組み合わせが使用され得、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」は、以下の組み合わせ、すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、ならびに、ＡおよびＢおよびＣ、のうちのいずれかを含む。

さらに、以下に説明する様々な機能は、１つまたは複数のコンピュータプログラムによって実施またはサポートすることができ、それらプログラムの各々は、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、コンピュータ可読媒体に具体化される。「アプリケーション」および「プログラム」という用語は、適切なコンピュータ可読プログラムコードにおける実装に適合した１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令セット、手順、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、またはそれらの一部を指す。「コンピュータ可読プログラムコード」という句には、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コードなど、任意の種類のコンピュータコードが含まれる。「コンピュータ可読媒体」という句は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他の種類のメモリなど、コンピュータがアクセスできるあらゆる種類の媒体を含む。「非一時的」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気信号または他の信号を転送する有線、ワイヤレス、光、または他の通信リンクを除外する。非一時的コンピュータ可読媒体は、データを永続的に記憶することができる媒体、および、書き換え可能光ディスクまたは消去可能メモリデバイスなどの、データを記憶して後に上書きすることができる媒体を含む。

他の特定の単語および句の定義は、本特許文書全体を通じて提供されている。当業者は、ほとんどではないにしても多くの場合、そのような定義が、そのような定義された単語および句の以前および将来の使用に適用されることを理解すべきである。

図面の簡単な説明
本開示およびその利点のより完全な理解のために、ここで以下の説明を添付の図面と併せて参照する。図面において、同様の参照符号は同様の部分を表す。

本開示の実施形態による３Ｄイメージングセンサを含む例示的な高度無線システムを示す図である。 本開示の実施形態による３Ｄイメージングセンサの送信機によって使用することができる３つの異なるタイプのＰＮシーケンスフォーマットの例を示す図である。 本開示の実施形態による、通信システムの時間周波数多重化スキーム内の例示的な３Ｄイメージングセンサを示す図である。 本開示の実施形態による例示的な多重化スキームを示す図である。 本開示の実施形態による例示的な３Ｄイメージングセンサを示す図である。 本開示の実施形態によるアレイの例示的な正面図である。 本開示の実施形態によるデジタルビーム形成回路を含む例示的な３Ｄイメージングを示す図である。 本開示の実施形態による周波数領域ＰＮシーケンスの例示的なＭＩＭＯ処理を示す図である。 本開示の実施形態による例示的なデジタルビーム形成回路を示す図である。 本開示の実施形態による、３Ｄイメージングセンサのアレイに信号を反射し戻す例示的な物体を示す図である。 本開示の実施形態による、３Ｄイメージングセンサによって照射されている物体および構造を含むシーンの３Ｄ画像を生成するための方法のフローチャートである。

詳細な説明
以下で論じる図１Ａ〜図５、および本特許文書において本開示の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、例示に過ぎず、本開示の範囲を限定するようには決して解釈されるべきではない。当業者は、本開示の原理が、任意の適切に構成されたシステムまたはデバイスに実装され得ることを理解するであろう。

本開示は、視野（ＦｏＶ）内のシーンの３Ｄ画像を生成する３Ｄイメージングセンサを提供する。３Ｄイメージングセンサは、シーンの様々な物体によって反射または後方散乱される送信信号を生成する。後方散乱または反射された信号は、３Ｄイメージングセンサによって受信および処理されて、３Ｄイメージングセンサに関する視野内の物体および構造を含むシーンの３Ｄ画像が生成される。３Ｄイメージングセンサは、画像形成アルゴリズムを含む計算画像を使用して、シーンの３Ｄ画像を生成する。

１つの実施形態では、３Ｄイメージングセンサは、トランシーバ（ＸＣＶＲ）回路に結合されているデジタルイメージングモジュールを含み、ＸＣＶＲ回路はアレイに結合されており、上記アレイは１つまたは複数のエネルギー射出要素および１つまたは複数のエネルギー検出要素を有する。

そのような実施形態では、アレイは、２Ｄアレイであり、各アレイ要素（例えば、エネルギー射出要素およびエネルギー検出要素）が当該アレイ要素の位置を定義する（ｘ、ｙ）座標を有する。

３Ｄイメージングセンサは、デジタルイメージングモジュールから始まってトランシーバ回路を通じてアレイまで延伸する送信経路と、アレイから始まってトランシーバ回路を通じてデジタルイメージング回路まで延伸する受信経路とを有する。

本開示の３Ｄイメージングセンサは、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素によって射出される送信信号を生成する。３Ｄイメージングセンサは、３Ｄイメージングセンサの視野（ＦｏＶ）内にあるシーンの物体、構造、またはアイテムから反射または後方散乱される送信信号を検出し、デジタルビーム形成動作および１つまたは複数の画像形成アルゴリズムを使用してシーンの３Ｄ画像を生成することを可能にする。３Ｄイメージングセンサによって送信されたエネルギーを反射する物体、構造、または他のアイテムは、照射されていると言われる。

したがって、３ＤイメージングセンサのＦｏＶ内にあり、そこから送信信号が反射される物体は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射される。ＦｏＶは、本開示の３ＤイメージングセンサによってＦｏＶを照射することができるように、物体、構造またはアイテムが配置される空間の一部である。ただし、ＦｏＶ内の物体は、ＦｏＶ内の他の物体によって隠されている場合がある。シーンは、３Ｄイメージングセンサによって照射することができる物体、構造および他のアイテムを含む。

本開示では、デジタルイメージング回路内の送信経路は、疑似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを生成するためのシーケンス発生器と、直交デジタル波形を生成するための波形発生器と、ＰＮシーケンス変調直交デジタル波形に対してデジタルビーム形成動作を実施するためのデジタル送信ビームフォーマとを含む。

送信経路はＸＣＶＲ回路に続き、ＸＣＶＲ回路は、デジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）回路と、エネルギー源に結合されている第１の入力、およびＤＡＣから生成されるアナログ信号を受信するための第２の入力を有する変調器とを備え、上記アナログ信号は、ＤＡＣによってアナログ信号に変換されている、デジタルビーム形成されたＰＮシーケンス変調直交デジタル波形を含む。

変調器は、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素に結合される送信信号を提供する出力をさらに有する。したがって、送信信号は、ＤＡＣからのアナログ信号によって変調されているエネルギー源からのエネルギーである。本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイによって射出される送信信号は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶ内のシーン、すなわち、物体、構造、または他のアイテムを照射するようにされる。シーンを照射するために発生する送信信号は、周波数変換、時間遅延、および様々な位相シフトに起因する、結果として生じる位相シフトを経験する。

さらに、本開示のそのような実施形態では、トランシーバの受信経路は、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出されるエネルギーを受信するように構成されているエネルギー検出回路を含む。特に、受信経路は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶにある照射されているシーン（すなわち、物体、構造またはアイテム）から反射（または後方散乱）される、送信経路から送信されたエネルギー（すなわち、送信信号）を検出する。

エネルギー検出回路は、アレイのエネルギー検出要素に結合されている。エネルギー検出回路の出力は、受信反射信号からベースバンド信号を取得することを目的とする復調器（図示せず）に結合されている。

エネルギー検出および復調の動作は、１つのモジュールおよび／もしくは回路、１つの回路セット内で実施されてもよく、または２つの別個の回路もしくは回路として実施されてもよいことが容易に理解されるであろう。復調器の出力は、受信ベースバンド信号を提供する。したがって、受信ベースバンド信号は、受信デジタル信号を提供するためにアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に印加される。受信経路は、デジタルイメージング回路に続き、デジタルイメージング回路は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーン（すなわち、物体、構造および他のアイテム）の３Ｄ画像を生成するために、受信デジタル信号を処理するためにコヒーレント検出器（すなわち、相関検出器）に結合されている計算イメージング回路を含む。

計算イメージング回路は、少なくとも、３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンから後方散乱または反射された送信信号が経験する、結果として生じる位相シフトを低減または実質的に排除し、反射または後方散乱送信信号の反射率密度の２Ｄ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用することによってシーンの３Ｄ画像を生成する画像形成アルゴリズムを実施する。

上述したように、これらの反射または後方散乱された送信信号は、最終的に、３Ｄイメージングセンサのアレイのエネルギー検出要素によって受信される。これらの受信信号は、周波数シフト（またはドップラーシフト）、時間遅延に起因する、結果として生じる位相シフト、および、シーンの物体、構造、または他のアイテムとの相互作用に起因する様々な位相シフトを経験する。

結果として生じる位相シフトは、照射されているシーンとアレイとの間の相対スピードの結果でもある。また、物体、構造、または他のアイテムの様々な目標点においてこれらの信号が経験する反射および後方散乱のタイプは、環境条件、ならびに、照射されているシーンの物体および構造の目標の表面の相対的な滑らかさに起因し得る。これらの前述の要因のすべてまたはいくつかは、視野内のシーンから反射され、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信された送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに寄与する可能性がある。本開示において、「スピード」および「速度」という用語は交換可能に使用される。

デジタルイメージング回路は、画像形成アルゴリズムなどの計算イメージング動作を実施して、目標から反射される信号（例えば、目標に入射する電磁信号または光信号）の一部である目標反射率を決定する。したがって、デジタルイメージング回路は、画像形成アルゴリズムを使用して、座標（ｘ、ｙ、ｒ）を有するボクセル（例えば、ボリュームピクセル）を計算し、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンの３Ｄ画像を生成する。（ｘ、ｙ、ｒ）座標は、反射率密度ρの２Ｄ ＦＦＴを使用して計算される。これは、微小体積dζdηdｒあたりの（物体の目標点からの）反射または後方散乱信号である。したがって、目標の反射率密度は、以下で説明するように、３つの変数（ζ、η、ｒ）の関数としてモデル化される。

画像形成アルゴリズムはまた、シーンの物体、構造、または他のアイテムによって反射または後方散乱される送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整する。調整は、送信信号がアレイのエネルギー射出要素によってシーンに射出され、シーンによって反射または後方散乱された後に送信信号が経験する、結果として生じる位相シフトを低減または大幅に排除する。次に、反射または後方散乱された送信信号は、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信される。

座標の各（ｘ、ｙ）セットと関連付けられた座標ｒの値も、３Ｄイメージングセンサによる送信信号が反射される目標の反射率密度の２Ｄ ＦＦＴを実施することにより、画像形成アルゴリズムによって計算される。したがって、特定の（ｘ、ｙ）座標の計算されたｒの各値、すなわちｒ＝Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、．．．、ｒ＝Ｒ_Ｎに対して、本開示の３Ｄイメージングセンサによって計算することができ、したがって、シーンの３Ｄ画像を生成する、対応するボクセル（ｘ、ｙ、Ｒ_１）、（ｘ、ｙ、Ｒ_２）、．．．、（ｘ、ｙ、Ｒ_Ｎ）が存在する。

座標ｒは、座標（ｘ、ｙ）を有する対応するエネルギー検出要素（反射送信信号を検出する要素）と、アレイによって射出される送信信号によって照射されるシーンの目標点との間の距離を表す。送信信号は、目標点によって反射（または後方散乱）され、（ｘ、ｙ）の座標を有するアレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出される。

その特定の座標セットについて、本開示の３Ｄイメージングセンサは、照射されているシーンの３Ｄ画像を生成する過程で、ｒの異なる値（ｒ＝Ｒ_１、ｒ＝Ｒ_２、ｒ＝Ｒ_３、．．．）のｒ値を計算する。したがって、結果のボクセルは、座標（ｘ、ｙ、Ｒ_１）、（ｘ、ｙ、Ｒ_２）、．．．、（ｘ、ｙ、Ｒ_Ｎ）を有し、Ｎは１以上の整数である。

本明細書において使用される場合、「結合する」という用語は、センサのある部分からセンサの別の部分、またはセンサの外側のシステムの別の部分への信号または情報の流れを促進する経路（導波路、光ファイバ経路を含む）、媒体、デバイス（複数可）、機器、電気もしくは電子部品、モジュール、またはそれらの任意の組み合わせの配置を参照する。ある部分を「起点」とすることができ、他の部分を「終点」とすることができる。経路は、実際の物理経路（例えば、電気、電子、光、電磁、導波路の経路）であってもよく、または、特定のメモリ位置に記憶されている情報が直接または間接アドレス指定によって取り出されることを可能にするデータ構造を通じて実装される論理経路であってもよい。

２点間の「直接結合」、または互いに「直接結合」された点は、信号の経路に、第１の点から第２の点へ、または始点から終点へ進行する信号の特性に大きな影響を与える、介在するシステムもしくは機器、または他の障害物が信号の経路内に存在しないことを意味する。

本開示の別の実施形態では、３Ｄイメージングセンサは、送信機と、受信機と、送信機および受信機に結合されているアレイとを備え、上記アレイは、１つまたは複数のエネルギー射出要素およびエネルギー検出要素を有し、アレイは、送信機によって生成される送信信号を射出するように構成されている。

そのような実施形態では、送信信号は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）処理済み周波数領域ＰＮシーケンスによって変調されたデジタルビーム形成直交デジタル波形を含み、上記デジタルビーム形成直交デジタル波形は、アナログ波形信号に変換され、このアナログ波形信号によって、エネルギー源が変調されて、変調信号（すなわち、変調エネルギー）がもたらされ、変調信号は次にアナログビーム形成されて、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素に印加されている送信信号が得られる。

アナログビーム形成の動作は、要素に特定の位相を提供するために、信号をアレイの要素に直接印加することを含む。その要素の位相は、信号（例えば、電圧、電流）が印加されなくなるまで変化しない。

引き続きこの実施形態において、受信機は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンの３Ｄ画像を生成するために、少なくとも画像形成アルゴリズムを含む計算イメージングを使用して動作を実施するように構成される。画像形成アルゴリズムは、最初に、３Ｄイメージングセンサから送信され、シーンによって反射または後方散乱される信号が経験する、結果として生じる位相シフトを調整する。さらに、画像形成アルゴリズムは、（シーンからの）反射信号の反射率密度の２Ｄ ＦＦＴを実施して、シーンの３Ｄ画像を生成する。

図１Ａは、本開示の実施形態による３Ｄイメージングセンサ１００を含む例示的な高度無線システム（例えば、高度通信システム）を示す。図１Ａに示される３Ｄイメージングセンサ１００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１Ａは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。図１Ａに示されるように、高度無線システムは、信号を送受信し、３Ｄおよび／または２Ｄを使用して検知機能を実施するための電子デバイスであり得る。図１Ａは、本開示の範囲を電子デバイスのいかなる特定の実装態様にも限定するものでもない。

図１Ａを参照すると、本開示は、画像形成アルゴリズムを使用して物体の３Ｄ画像を生成する３次元（３Ｄ）イメージングセンサ１００を含む高度無線システム（例えば、電子デバイス）を提供する。示されている物体（複数可）は、射出器／検出器アレイ１０６からシーンまでの特定の距離を意味するフィールド内にあると想定されている。３Ｄイメージングセンサは、トランシーバ（ＸＣＶＲ）１０４に結合されているデジタルイメージング回路１０２を含み、ＸＣＶＲはアレイ１０６に結合されており、アレイは１つまたは複数のエネルギー射出要素および１つまたは複数のエネルギー検出要素を有する。３Ｄイメージングセンサ１００は、デジタルイメージング回路１０２から始まってトランシーバ回路１０４を通じてアレイ１０６まで延伸する送信経路と、アレイ１０６から始まってトランシーバ回路１０４を通じてデジタルイメージング回路１０２まで延伸する受信経路とを有する。

３Ｄイメージングセンサは、アレイ１０６のエネルギー射出要素（図１Ａには示さず）によって射出される送信信号を生成する。次に、３Ｄイメージングセンサは、視野（ＦｏＶ）内の物体から反射される送信信号を検出し、反射送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整するための少なくとも画像形成アルゴリズムを使用して物体の３Ｄ画像を生成することを可能にする。

画像形成アルゴリズムは、反射送信信号の反射率密度に対して２Ｄ ＦＦＴ演算を実施することにより、物体の３Ｄ画像を生成する。調整は、反射または後方散乱された送信信号が経験する、ドップラーに起因する位相シフト、時間遅延シフト、または周波数シフトの少なくとも１つに影響を与える。したがって、反射または後方散乱された送信信号は、時間遅延、周波数シフト、および他の位相シフトの組み合わせから生じる位相シフトを経験する。

１つの実施形態では、デジタルイメージング回路１０２内の送信経路は、ＰＮシーケンスを生成するためのシーケンス発生器１０２Ａと、直交デジタル波形を生成するための波形発生器１０２Ｂ（例えば、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ））と、ＰＮシーケンス変調直交デジタル波形に対してデジタルビーム形成動作を実施するためのデジタル送信ビームフォーマ１０２Ｃとを含む。波形発生器１０２Ｂの１つの実施形態では、信号は、少なくとも１つのＣＡＺＡＣシーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散ＯＦＤＭに基づく多相符号化によって生成される。そのような実施形態では、信号は多相シーケンスを含む。デジタルビーム形成ＰＮシーケンス変調直交デジタル波形は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１０４Ｂに印加される。

なお図１Ａを参照すると、送信経路はトランシーバ（ＸＣＶＲ）１０４に続き、ＸＣＶＲは、ＤＡＣ１０４Ｂと、変調器１０４Ｃとを備え、変調器１０４Ｃは、エネルギー源１０４Ａに結合されている第１の入力、ＤＡＣ１０４Ｂからのアナログ信号を受信するための第２の入力を有し、上記アナログ信号は、アナログ信号に変換されているＰＮシーケンス変調直交デジタル波形を含む。変調器１０４Ｃは、アレイ１０６の１つまたは複数のエネルギー射出要素に結合される送信信号を提供する出力をさらに有する。送信信号は、アナログ信号（すなわち、ＤＡＣ１０４Ｂによってアナログ信号に変換されたＰＮシーケンス変調直交デジタル波形）に従って変調されたエネルギーである。

１つの実施形態において、トランシーバ１０４の受信経路は、アレイ１０６の１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出されるエネルギーを受信し、合計するように構成されているエネルギー検出回路１０４Ｅを含む。特に、受信経路は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶにある物体から反射（または後方散乱）される、送信経路から送信されたエネルギーを検出する。物体は、図１Ａの３Ｄイメージングプロセッサ１００から離れたところにある。

エネルギー検出回路１０４Ｅは、アレイ１０６（例えば、射出要素）のエネルギー検出要素（図示せず）に結合されている。エネルギー検出回路１０４Ｅはまた、受信信号をベースベースバンド信号に復調する動作も実施する。エネルギー検出回路１０４Ｅの出力は、受信ベースバンド信号であり、これは、受信ベースバンドデジタル信号をデジタル画像回路１０２に提供するために、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０４Ｄに印加される。受信経路は、物体の３Ｄ画像を生成するために使用されるボリュームピクセル（ボクセル）の座標を検出するためにコヒーレント検出器１０２Ｄ（すなわち、相関検出器）に結合されている計算イメージング回路１０２Ｅを含むデジタル画像回路１０２に続く。１つの実施形態では、計算イメージング回路１０２Ｅは、信号を計算画像に変換する。１つの実施形態では、コヒーレント検出器１０２Ｄは、コヒーレント検出を計算画像に適用することによって３Ｄ画像を生成する。

計算イメージング回路１０２Ｅは、元々３Ｄイメージングセンサの送信機によって送信された受信信号によって経験される位相シフト（または結果として生じる位相シフト）を調整するための少なくとも１つの画像形成アルゴリズムを実施する。この少なくとも１つの画像形成アルゴリズムは、反射信号の反射率密度を使用して、本開示の３Ｄイメージングプロセッサの送信機によって照射されている視野内の物体の３Ｄ画像を生成する。

追跡回路１０８Ａおよび後処理回路１０８Ｂを含む回路１０８を含む、図１Ａに示されるすべての回路および／またはモジュールは、プロセッサ１１０によって制御、指示、または他の方法で操作されることが理解されよう。後処理回路１０８Ｂは、得られた画像の品質を改善するための動作を実施する。得られた画像において発見された任意の歪みは、本開示の画像センサによって得られる３Ｄ画像の品質を改善するために補正または除去される。

デジタルイメージング回路１０２またはＸＣＶＲ回路１０４内のモジュールおよび／または回路のいずれかは、プロセッサが、回路１０２Ａ〜Ｅ、１０４Ａ〜Ｅ、および１０８Ａ〜Ｂのうちの１つまたは複数によって実施されるあらゆる動作を制御、実施、または指示することを可能にするために、プロセッサ１１０のメモリの一部とすることができることは容易に理解されよう。プロセッサ１１０は、デジタル信号プロセッサもしくはマイクロプロセッサ、またはその両方として動作することができる。プロセッサ１１０は、構成条件に従って、図１Ｂに記載された信号フォーマットを構成することができる。構成条件は、目標距離、ノイズおよび干渉レベル、または性能要件であり得る。

追跡回路１０８Ａは、１０２Ｄのコヒーレント検出回路によって検出される目標の記憶ユニットとして機能し、図１Ａのコヒーレント検出回路１０２Ｄ（または図２の回路２４２、２４４、および２４６）の出力が閾値と比較され、閾値は、一定の誤警報率（ＣＦＡＲ）基準に基づいて設定することができる。ＣＦＡＲ基準に従って、閾値は信号統計、典型的には、信号が通過するチャネルの平均および分散に基づいて決定される。得られた画像および同じ画像の様々なバージョンは、必要に応じてさらに処理され得る。後処理回路１０８Ｂは、復調ベースバンド信号の品質またはデジタル回路１０２から生成される画像の品質を監視して、改善された信号品質を得るために実施される処理のタイプを調整する必要があるか否かを決定する。

例えば、後処理回路１０８Ｂは、他の３Ｄイメージングセンサからの信号を含む他の信号からの干渉が発生するときを検出するように設計および構成することができる。干渉が後処理回路１０８Ｂによって検出されると、プロセッサ１１０は、３Ｄイメージングセンサの異なるユーザ間の干渉の確率を低減するために異なるタイプのシーケンスまたは異なるタイプのシーケンスの組み合わせを生成するようにシーケンス発生器１０２Ａを動作させるか、またはシーケンス発生器１０２Ａにこれを行わせることができる。

例えば、シーケンス発生器１０２Ａは、異なるフォーマットを有するＰＮシーケンス（または他のシーケンス）を生成するように設計および／または構成することができる。シーケンスは、ランダムに割り当てるか、所定のパターンに従うことができ、または、測定された干渉レベルに応じて適応的に変更することができる。閾値テストによるＣＦＡＲ検出後、レーダ追跡アルゴリズムが目標追跡を開始する。カルマンフィルタなどのよく知られたアルゴリズムが、目標の位置および速度に基づいて複数の目標を追跡するために使用される。

図１Ｂは、本開示の実施形態による３Ｄイメージングセンサの送信機によって使用することができる３つの異なるタイプのＰＮシーケンスフォーマット１２０の例を示す。図１Ｂに示される３つの異なるタイプのＰＮシーケンスフォーマット１２０の実施形態は、例示のみを目的としている。図１Ｂは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図１Ｃは、本開示の実施形態による、通信システムの時間周波数多重化スキーム内の例示的な３Ｄイメージングセンサ１４０を示す。図１Ｃに示される３Ｄイメージングセンサ１４０の実施形態は、例示のみを目的としている。図１Ｃは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図１Ｄは、本開示の実施形態による例示的な多重化スキーム１６０を示す。図１Ｄに示される多重化スキーム１６０の実施形態は、例示のみを目的としている。図１Ｄは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。図１Ｄに示されるように、データ（例えば、受信機に送信されるユーザ日付）が生成され、少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化される。電子デバイス（図１Ａに示されているような、例えば、無線システム）は、少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化された日付を少なくとも１つの送信ビームにマッピングすることができる。

図１Ｂを一時的に参照すると、ＰＮシーケンスの３つの異なるフォーマットが示されている。フォーマットは、１つ、２つ、または３つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスブロックおよび後続するガードタイムを示す。特にフォーマット１は、１つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。フォーマット２は、２つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。フォーマット３は、３つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。シーケンスはガードタイムの後に繰り返される。ガードタイムとは、シーケンス発生器が（使用されているフォーマットに応じて）１つまたは複数の（連続した）シーケンスブロックを送信した後、ガードタイムと呼ばれる規定の期間中にシーケンスブロックを一切送信しない期間を指す。図１Ｂに示すように、ガードタイムは、ＣＡＺＡＣシーケンスを生成するための任意選択のタイムスパンとして追加され得る。

他の画像センサとの干渉を低減または排除するために、プロセッサ１１０は、（図１Ａの）シーケンス発生器１０２Ａに、異なるフォーマットのシーケンスを使用させることができる。さらに、本開示の３Ｄイメージングセンサの通常動作は、シーケンスホッピングを実施するように構成することができ、それにより、３Ｄイメージングセンサは、疑似ランダムに、またはその間ずっと同じフォーマットを使用することがないか、もしくはさらには同じフォーマットを連続して使用しないように、異なるフォーマットを生成する。

図１Ａに戻って参照すると、プロセッサ１１０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む１つもしくは複数のプロセッサを制御するマスタプロセッサ、あるいはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の同様の回路として実装されるか、またはその一部であるプロセッサを含む。さらに、プロセッサ１１０は、画像センサの一部を形成する回路基板上に常駐することができ、またはプロセッサは、図１のモジュールおよび／もしくは回路のいずれかを操作、制御、もしくは他の様態で指示することが依然として可能であるままに、遠隔に配置することができる。３Ｄイメージングセンサ１００（上記で説明）、およびイメージングセンサ２００（以下で説明）に関して本明細書において参照されるモジュールおよび／または回路のいくつかまたはすべては、少なくとも部分的に、プロセッサ１１０のこれらの様々な実装態様のいずれかを使用して実装可能であることは容易に理解されよう。

図２Ａは、本開示の実施形態による例示的な３Ｄイメージングセンサ２００を示す。図２Ａに示される３Ｄイメージングセンサ２００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２Ａは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

ここで図２Ａを参照すると、本開示の別の実施形態が示されている。図示されていないが、図２Ａの実施形態はまた、図１Ａの実施形態と同様の様式で、プロセッサによって操作、制御、または他の方法で指示されてもよい。すなわち、図２Ａの実施形態のプロセッサ制御は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む１つもしくは複数のプロセッサを制御するマスタプロセッサ、あるいはＦＰＧＡ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の同様の回路として実装されるか、またはその一部であるプロセッサを含む。さらに、プロセッサは、画像センサの一部を形成する回路基板上に常駐することができ、またはプロセッサは、図２Ａの回路のいずれかを操作、制御、もしくは他の様態で指示することが依然として可能であるままに、遠隔に配置することができる。

図２Ａの実施形態では、３Ｄイメージングセンサ２００は、送信機（回路２０２〜２２４Ａを含む）と、受信機（回路２２４Ｂ〜２５２を含む）と、送信機および受信機に結合されているアレイ２２６とを備え、上記アレイ２２６は、１つまたは複数のエネルギー射出要素および１つまたは複数のエネルギー検出要素を有し、アレイ２２６は、送信機によって生成される送信信号を射出するように構成されている。

図２Ａのアレイ２２６および図１Ａのアレイ１０６は、様々な周波数帯域（または周波数領域）および／または波長範囲においてエネルギーを射出するように構成される。例えば、図２Ａのアレイ２２６または図１Ａのアレイ１０６は、近赤外線（ＮＩＲ）に属する７００ｎｍ〜１４００ｎｍ（両端の値を含む）の波長範囲、および短波赤外線（ＳＷＩＲ）に属する１４００ｎｍ〜３０００ｎｍ（両端の値を含む）の波長範囲の光信号を射出または検出するように構成される。また、両方のアレイ（２２６、および１０６）は、高周波（ＨＦ）領域または帯域、超高周波（ＶＨＦ）領域、極超短波（ＵＨＦ）、センチメートル波（ＳＨＦ）帯域、ミリメートル波（ＥＨＦ）領域およびテラヘルツ（ＴＨ）領域のうちの１つにおいて電磁信号を射出または検出するように構成されている。ＥＨＦ領域は、同時ブロードバンド通信および高解像度イメージングに特に適している。「周波数領域」および「周波数帯域」という用語は交換可能に使用される。

図２Ｂは、本開示の実施形態によるアレイ２５０の例示的な正面図である。図２Ｂに示されるアレイ２５０の正面図の実施形態は、例示のみを目的としている。図２Ｂは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

アレイ２２６の正面図は、図２Ｂに示され、４つのサブアレイ２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ、および２２６Ｄを含むアレイ２２６を示している。一般に、アレイ２２６は、各サブアレイが特定の数のアレイ要素を含む任意の数のサブアレイに細分化することができる。各サブアレイは、同じ数のアレイエネルギー射出要素およびエネルギー検出要素を有することができる。また、特定のサブアレイは、アレイ全体内の上記サブアレイのロケーションに応じて、異なる数の要素を有してもよい。例えば、アレイの中心またはその近くにあるサブアレイは、任意の他のサブアレイよりも多くのアレイ要素を含んでもよい。

送信信号は、デジタルビーム形成直交デジタル波形（デジタルビームフォーマＴＸ２１６の出力）を含む。デジタルビーム形成される前に、直交デジタル波形は、対応する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）サイクリックプレフィックス（ＣＰ）回路２１４_１、．．．、２１４_Ｌに結合されているリソース要素（ＲＥ）マッピング回路２１２_１、．．．、２１２_Ｌの組み合わせによって生成される。また、上記直交デジタル波形は、ＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンス（すなわち、ＭＩＭＯプリコーディング回路２１０の出力）によって変調される。

したがって、デジタルビーム形成直交デジタル波形は、直交デジタル波形をデジタルビームフォーマ２１６に適用することによって得られる。デジタルビーム形成直交デジタル波形は、ＤＡＣ２１８（すなわち、ＤＡＣ２１８の出力における信号）によってアナログ波形に変換される。得られたアナログ波形は、変調器２２２の入力に印加されて、エネルギー源２２０（示されているように変調器２２２の別の入力に印加される）が変調され、結果として、アレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素に印加される送信信号（アナログビームフォーマ２２４Ａの出力）を得るためにアナログビームフォーマ２２４Ａによって形成されているアナログビームである変調アナログ信号がもたらされる。したがって、アレイ２２６の１つまたは複数のエネルギー射出要素は、それらに印加される送信信号を射出する。

図２Ａの変調器２２２（および図１Ａの変調器１０４Ｃ）は、バイナリ位相偏移変調（ＢＰＳＫ）変調器、直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）変調器、オンオフ変調（ＯＯＫ）変調器、振幅偏移変調（ＡＳＫ）変調器、周波数偏移変調（ＦＳＫ）変調器、パルス位置変調（ＰＰＭ）変調器、位相偏移変調（ＰＳＫ）変調器、および差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）変調器のうちのいずれか１つとして構成されてもよい。

引き続き図２Ａを参照すると、送信信号の製造は、ＰＮシーケンス発生器２０２によって始まり、ＰＮシーケンス発生器２０２は、時間領域ＰＮシーケンスＳ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、．．．、Ｓ_Ｎ−１を生成し、当該シーケンスは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）回路２０４を介して、図２Ａに示すような周波数領域ＰＮシーケンスＸ_０、Ｘ_１、Ｘ_２、．．．、Ｘ_Ｎ−１に変換される。

Ｎは１以上の整数である。ＤＦＴ回路／モジュール２０４は、時間領域シーケンスに対して離散フーリエ変換を実施して、上記シーケンスを周波数領域シーケンスに変換する。ＣＡＺＡＣシーケンスから得られる時間領域ＰＮシーケンスが、ＰＮシーケンス発生器２０２によって生成されるＰＮシーケンスの１つの例である。ＣＡＺＡＣシーケンスは、定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）特性を有するＰＮシーケンスの一種である。ＣＡＺＡＣシーケンスであるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスのｕ乗根は、式

によって与えられ、ここで、Ｎ_ＺＣはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスの長さの長さである。次に、周波数領域ＰＮシーケンスがＭＩＭＯ処理される。

図３Ａは、本開示の実施形態によるデジタルビーム形成回路を含む例示的な３Ｄイメージング３００を示す。図３Ａに示される３Ｄイメージング３００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３Ａは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図３Ａを参照すると、ＭＩＭＯ処理において実施される動作の例を示すグラフ表現が示されている。本開示のＭＩＭＯ処理は、符号語マッピングと称される第１の動作と、後続する、レイヤマッピングと称される第２の動作と、後続する、プリコーディングと称される第３の動作とを含む。１つの例では、４要素時間領域シーケンスが、図２ＡのＰＮシーケンス発生器２０２などの回路によって生成されると想定されている。時間領域シーケンスは、図２Ａの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）回路２０４を介して周波数領域シーケンスに変換される。次に、符号語マッピングの動作が周波数領域シーケンスに対して実施される。

引き続き図３Ａを参照すると、符号語マッピングの例の１つは、最初に、ビットの元のブロックのエラーチェックのためにチェックサムビット（巡回冗長コードまたはＣＲＣビットなど）を追加することである。結果として得られるブロックは、その後、コードブロックに断片化され、各ブロックはコーダ（１／３ターボコーダなど）によって処理され得る。結果生じるコード化ブロックは、符号語に再構成される。レイヤマッピング動作のために、符号語はさらにスクランブルされ、各々がレイヤであるブロックにフラグメント化される。

したがって、図３Ａに示されるレイヤマッピングについて、周波数領域符号語は、４つの要素および２つのレイヤを有するものとして示される。示されている４要素シーケンスブロックは、既知のスクランブル方式または任意のスクランブル方式に従ってすでにスクランブルされている。スクランブルとは、シーケンス要素の時間的順序を並べ替えることを指す。次に、プリコーディング動作の１つの例が図３Ａに示されている。

したがって、最初に符号語マッピング動作（図２Ａの回路２０６を参照）を実施し、続いてレイヤマッピング動作（図２および図３の回路２０８）を実施し、続いてＭＩＭＯプリコーディング動作（図２および図３の回路２１０を参照）を実施することによって、ＭＩＭＯ処理が周波数領域シーケンスに対して実施される。本明細書においては、上記３つの動作をまとめてＭＩＭＯ処理と称する。要約すると、ＭＩＭＯ処理は、シーケンス要素を特定のシーケンスブロック内に並べ直し、シーケンスブロックを特定のレイヤに割り当てられている部分に分離し、種々のレイヤに対して特定の動作を実施する。

引き続き図３Ａを参照して、ＭＩＭＯ動作がシーケンスブロックに対してどのように実施されるかについてのグラフ表示が示されている。説明をわかりやすくするために、１つの４要素シーケンスブロックに対するＭＩＭＯ動作を示す。符号語マッピングは、より多くの要素をシーケンスブロックに追加して、送信後に受信されるときにシーケンスブロック内でエラーが発生したか否かを受信側が判定することを可能にする。符号語マッピング動作はまた、シーケンス要素のスクランブルも含み得る。

１つの例では、符号語マッピング動作の下に示される４要素シーケンスブロックは、符号語マッピング動作の対象であったと想定されている。ＭＩＭＯ動作の残りの部分も示されている。示されているように、レイヤマッピングの動作は、シーケンス要素の順序が変更された後（すなわち、シーケンスがスクランブルされた後）、シーケンスを複数のレイヤ（Ｌ、ここでＬ＝２）にフラグメント化する。プリコーディング動作が続き、以て、特定の動作が特定のレイヤのシーケンス要素に対して実施され、他のレイヤに対しては実施されない。

また、プリコーディング動作が、励起されるアレイ２２６のエネルギー射出要素（信号を送信するとき）およびエネルギー検出要素（反射信号を受信するとき）の特定のサブセットを決定する。説明している例では、Ｌ個のプリコーディングレイヤの１つに対して、スクランブルされたシーケンス要素に対する複素共役演算が実施された。他のレイヤに対しては、シーケンス要素はスクランブルされたが、シーケンス要素は任意の他の動作を受けなかった。

図２Ａに戻って参照すると、プリコーディング回路２１０の出力は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）デジタル波形の生成において、リソース要素（ＲＥ）マッピング、およびＲＥに関連付けられる直交波形生成を変調するために使用される。ＯＦＤＭは、図２Ａにおいて使用することができる許容可能な直交波形の１つの例である。他の許容可能な直交波形は、ＣＰレスＯＦＤＭ、フィルタバンクマルチキャリア（ＦＭＢＣ）波形、一般化周波数分割多重化（ＧＦＤＭ）波形、リソース拡散多元接続（ＲＳＭＡ）波形などの直交または疑似直交波形を含む。このようにして、周波数領域ＭＩＭＯ処理済みＰＮシーケンスが直交シーケンスを変調する。

示されているように、生成された直交シーケンスは、既知の直交波形（ＯＦＤＭ）であり、以て、Ｌ個のレイヤの各々に対してＲＥマッピング（回路２１２_０、２１２_１、．．．、２１２_Ｌ）が実施され、続いて、サイクリックプレフィックスＩＦＦＴ（回路２１４_１、２１４_２、．．．、２１４_Ｌ）が実施され、Ｌは１以上の整数である。

ＭＩＭＯ処理済みＰＮシーケンス変調ＯＦＤＭシーケンスは、デジタルビームフォーマ２１６に印加され、デジタルビームフォーマ２１６は、特定の方向に送信信号を射出するために使用されているアレイエネルギー射出要素と一致するように、位相調整済み直交シーケンス要素を結合する。様々な位相シフトをＯＦＤＭ波形に適用することに加えて、デジタルビームフォーマ２１６は、アレイ２２６の適切なエネルギー射出要素が、照射されるイメージングセンサのＦｏＶ内の所望の目標に従って励起されるように動作する。

レイヤＬの各々は、アレイ２２６の特定のエネルギー射出要素または特定のエネルギー射出要素グループに関連付けられていることに留意されたい。アンテナアレイは、各々がサブアレイのアンテナ素子間の位相シフトを有する複数のサブアレイから構成されている。すなわち、デジタルビームフォーマ２１６は、アンテナサブアレイに対応する異なるレイヤの直交シーケンス要素の各々に対して行われるべき位相調整の程度を選択する。このようにして、アレイのある特定のエネルギー射出要素は、他の要素よりも多くの位相変化を経験する。ＤＢＦ ＴＸ回路２１６によるそのような位相マッピングは、アレイ２２６のＦｏＶの特定の領域を照射するビームの方向、サイズ、形状、および振幅に影響を及ぼし得る。

ＤＢＦ ＴＸ回路２１６の出力は、その出力が変調器２２２を介してエネルギー源２２０を変調するＤＡＣ２１８に印加される。変調器２２２の出力は、アナログビーム形成回路２２４Ａに印加される。アナログビーム形成回路２２４Ａは、Ｌ個のレイヤの各々のエネルギー射出要素の各々に印加されるエネルギーの量を制御し、アレイ２２６によって射出される送信信号の各々に一定の位相オフセットを提供する。

図３Ｂは、本開示の実施形態による周波数領域ＰＮシーケンス３２０の例示的なＭＩＭＯ処理を示す。図３Ｂに示される周波数領域ＰＮシーケンス３２０のＭＩＭＯ処理の実施形態は、例示のみを目的としている。図３Ｂは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図３Ｃは、本開示の実施形態による例示的なデジタルビーム形成回路３４０を示す。図３Ｃに示されるデジタルビーム形成回路３４０の実施形態は、例示のみを目的としている。図３Ｃは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図３Ｂを参照すると、デジタルビームフォーマ２１６のより詳細な構成、ならびに、デジタルビームフォーマ２１６の構成が、回路２１２および２１４によって実装される直交波形発生器とどのようにインターフェースするかが示されている。また、図３Ｃには、各デジタルビームフォーマの構造が示されている。各ビームフォーマは、各々がビームを表すＢ個の出力を有する。Ｂは１以上の整数である。したがって、各デジタルビームフォーマ２１６_{１、．．．、Ｌ}は、Ｂ個のビームを生成するためのデータを出力する。ビームは、図３Ｃのデジタルビームフォーマに示されるように、Ｍ個の異なるサブアレイの要素の一意の組み合わせである。Ｍは１以上の整数である。レイヤマッピング回路２０８から生成されるＬ個のレイヤに対応するＬ個のデジタルビームフォーマが存在する。Ｌ個のレイヤの各々がプリコーディングされ、結果としてＬ個のプリコーディングレイヤが生成される。各プリコーディングレイヤはＲＥマッピング回路に印加され、その各出力がＩＦＦＴ／ＣＰ回路に印加される。ＲＥマッピング回路とＩＦＦＴ／ＣＰ回路との各組み合わせが、特定のＯＦＤＭデジタル波形を表す。したがって、示されているように、Ｌ個のＲＥマッピングとＩＦＦＴ／ＣＰとの組み合わせが存在する。

引き続き図３Ｂおよびここで図３Ｃを参照して、以下、各デジタルビームフォーマのアーキテクチャをより詳細に検討する。図３Ｃに示されるように、各デジタルビームフォーマは、各々がＭ個の位相シフトを含むＢ個のサブアレイマッピングに結合されている入力を有する。図３Ｂに示されるように、Ｌ個のそのようなデジタルビームフォーマが存在する。

したがって、Ｌ個のデジタルビームフォーマ（２１６_１、２１６_２、．．．、２１６_Ｌ）の各々は、Ｌ個のレイヤのＢ個のサブアレイマッピングの各々に、Ｍ個の一意の位相シフト（すなわちφ）を適用し、これらのマッピングを一意に組み合わせてＢ個のビームを生成する。その結果、Ｌ×Ｂ個のビームがあり、各々がＤＡＣ ２１８_１、２１８_２、．．．、２１８_Ｌによってアナログ信号に変換され、当該アナログ信号はその後、変調器２２２_１、２２２_２、．．．、２２２_Ｌに印加される。上で説明したように、Ｌはレイヤの数であり、Ｂはビームの数であり、Ｍはサブアレイマッピングごとの位相シフトφの数である。一般に、Ｂ×Ｍの値は、アレイ内のアンテナ素子の総数を超えない。

変調器の出力は、アナログビームフォーマ２２４Ａに印加され、アナログビームフォーマ２２４Ａは、アレイ（図３Ｂには示されていない）２２６の１つまたは複数のエネルギー射出要素に結合される。アナログビームフォーマ２２４Ａは、アレイ２２６のアナログ射出要素の適切な組み合わせに適切な一定の位相シフトを適用する。したがって、Ｌの値は、図２Ａのレイヤマッピング回路２０８によって生成されるレイヤの数である。ＭおよびＢの値は、図２Ｂのアレイ２２６に含まれるサブアレイの数およびエネルギー射出要素の数に依存する。

ＯＦＤＭを使用する通信システムは、時間と周波数の両方においてデータを多重化することによってデータを送信することに留意されたい。したがって、任意の送信は、規定の期間および周波数帯域内の交差によって特定的に識別される。例えば、図１Ｃおよび図１Ｄを参照されたい。図１Ｃおよび図１Ｄに示されるようなＯＦＤＭ多重化通信システムにおけるように、周波数および時間において上記の図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃに記載されている３Ｄイメージングセンサの送信機の送信信号を多重化することによって、本開示の図２Ａおよび図１Ａによる信号の送信をそのようなＯＦＤＭシステムにおいて使用することができる。

送信信号は、シーンを検知し、本開示全体で論じられるような画像形成アルゴリズムの使用を通じてそのようなシーンの３Ｄ画像を生成するために使用されているＰＮシーケンスであり得る。ＰＮシーケンスは、ビームを形成する連続するＰＮシーケンスが、図１Ｃおよび図１Ｄに示されるように通信システムのデータと共に送信され得るように、多重化され得る。他の実施形態では、本開示の３Ｄイメージングセンサによって送信される信号は、他のタイプのシーケンスと組み合わされたＰＮシーケンスであり得る。

図２Ａに戻って参照して、ここで、３Ｄイメージングセンサ２００の受信経路について説明する。物体から反射された送信エネルギーが、アレイ２２６のエネルギー検出要素によって受信される。３Ｄイメージングセンサ２００によって元々送信されなかった他のエネルギーもまた、アレイ２２６によって検出され得ることが容易に理解されよう。一般に、アレイ２２６の動作のエネルギー帯域（すなわち、周波数帯域、または波長帯域）内に入るエネルギーは、そのようなエネルギーアナログビームフォーマ（ＡＢＦ）２２４Ｂを転送するアレイ２２６によって検出される。ビームフォーマ２２４Ｂは、受信信号に一定の位相シフトを適用する。ＡＢＦ２２４Ｂによって受信信号に適用される一定の位相シフトは、ＡＢＦ２２４Ａによって送信信号に適用される位相シフトに等しい。

受信信号は、ＡＢＦ２２４Ｂによってビーム形成された後、エネルギー検出および復調回路２２８に適用され、エネルギー検出および復調回路２２８は、受信エネルギーの合計を記憶し、受信信号を、本開示の３Ｄイメージングセンサと、３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーンとの間の相対スピードｖを考慮してベースバンド信号に復調する。

回路２２８は、受信信号エネルギーの検出および復調の動作を実施する。受信信号は、３Ｄイメージングセンサによって送信され、シーン内の物体、構造、または他のアイテムによって反射される信号であり得る。復調は、３Ｄイメージングセンサからシーンを照射するために３Ｄイメージングセンサ２００によって送信される信号の搬送周波数に等しい周波数ｆ_０を有する局所信号を使用する。

局所信号が回路２２８に印加されていることが示されているが、より詳細には、上記局所信号は、回路２２８の復調器部分に印加されている。局所信号の数式の変数は、光速であるｃ、時間を表すｔ、および本開示のイメージングセンサに対してシーンが移動している速度（またはセンサがシーンに対して移動している速度）であるｖを含む。回路２２８の出力は、ＡＤＣ２３０によってデジタル形式に変換されるアナログベースバンド信号であり、ＡＤＣ２３０は、上記デジタル信号を計算イメージング回路２３２に転送する。

計算イメージング回路２３２は、シーンの物体、構造、またはアイテムから反射または後方散乱される送信信号（本開示の３Ｄイメージングセンサによって送信される）によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整するための少なくとも画像形成アルゴリズムを実施する。画像形成アルゴリズムはまた、本開示の３Ｄイメージングセンサの送信機によって（送信信号を用いて）照射されている物体、構造、または他のアイテムの３Ｄ画像を生成するためのボクセルも生成する。送信信号は、物体、構造、または他のアイテムによって反射または後方散乱される。

図４は、本開示の実施形態による、３Ｄイメージングセンサ４００のアレイに信号を反射し戻す例示的な物体を示す。図４に示される３Ｄイメージングセンサ４００のアレイに信号を反射し戻す物体の実施形態は、例示のみを目的としている。図４は、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

図４を参照すると、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイ２２６から距離ｒに位置する物体の目標が示されており、ｒ＝Ｒである。説明を容易にするために、３Ｄイメージングセンサ（アレイ２２６のみが図４に示されている）から送信される信号は、アレイ２２６からＲの距離に位置する物体の、座標（ζ，η，Ｒ）を有して示されている目標内の点によって反射されていると仮定し、ｒ＝Ｒである。

図示されていないが、図４に示される物体によって反射（または後方散乱）されている信号は、元々、アレイ２２６の１つまたは複数のエネルギー射出要素によって射出され、目標点から図４の物体によって（図４の矢印で示されている方向に）座標（０、０、０）に位置するエネルギー検出要素へと反射されることが理解される。ｘ−ｙ−ｒデカルト座標系が（３Ｄイメージングセンサの）アレイ２２６に重ね合わされ、アレイ２２６は、反射信号を受信しているエネルギー検出要素の１つの位置が点（０、０、０）に位置するように、座標系と位置整合される。

図４に示すように、照射されている目標はｘ＝ζ、ｙ＝η、およびｒ＝Ｒの位置にある。反射または後方散乱エネルギーを受信するアレイ要素はエネルギーを適切に検出することが可能であるが、信号はおそらく、周波数変換、時間遅延、および本開示の３Ｄイメージングセンサによる信号に起因する適切な位置に最終的に影響を与える他の周知の要因による全体的な位相シフト（すなわち、結果として生じる位相シフト）を経験している。

特に、送信信号は時間遅延、周波数シフトおよび位相シフトを経験する。これらの様々な位相シフト、周波数シフト、および時間遅延を考慮しないと、結果として生じるボクセルは、結果として生じる位相シフトのために誤った位置に計算される。これにより、生成されている３Ｄ画像内の誤った位置に、ボクセル（例えば、ボリュームピクセル）が配置されることになることになる。１つまたは複数のわずかに位置がずれたボクセルを含む、結果としての画像は、不明瞭で、ぼやけており、一般に鮮明でない。

その結果、（図４の）計算イメージング回路２３２は、３Ｄ画像の各ボクセルに対して必要な調整（すなわち、位相補正）が行われることを可能にする画像形成アルゴリズムを実施し、ボクセルは、物体から反射または後方散乱される信号の反射率密度の２Ｄ ＦＦＴ（回路２３４）を使用することによって、本開示の３Ｄイメージングセンサによって生成されている。したがって、画像形成アルゴリズムは、これらの反射または後方散乱信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに対して位相調整（または位相補正）を実施する。

アレイ２２６の射出要素によって射出される送信信号の各々は、反射または後方散乱された後、範囲Ｒに応じて、結果として生じる位相シフトを経験する。範囲は、アレイ射出要素から照射されている目標までの距離である。したがって、範囲は、送信信号を射出するアレイ射出要素のロケーションの関数である。各送信信号の往復時間が、コヒーレント処理を使用して推定される。図２Ａに見られるように、送信信号は元々、送信され、次に、反射され、図２Ａの回路２３６を使用したコヒーレント処理の使用を通じて検出されるＰＮシーケンスである。往復時間は、（回路２４２、２４４、および２４６によって）各ボクセルの範囲値Ｒに変換され、したがって、３Ｄ画像が生成される。

２Ｄアレイまたは仮想２Ｄアレイとして動作する１Ｄアレイの場合、ロケーションは（ｘ、ｙ）座標系に関して表すことができる。範囲Ｒは、目標ロケーションｒ（Ｓ）に関して表すことができ、ここで、Ｓは射出要素の位置を表す。

反射または後方散乱送信信号が経験する、結果として生じる位相シフト、したがって反射送信信号に対して行われる位相補正は、式

によって与えられ、ここで、λは反射送信信号の波長である。
回路２３２によって実施される計算イメージングは、その値がＣ（Ｓ）を使用して計算される位相補正を適用する。位相補正は、送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトの逆である。複数の要因が、各送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに寄与する。例えば、結果として生じる位相シフトは、周波数変換、時間遅延、および送信信号が経験する実際の位相シフトのいずれか１つまたは任意の組み合わせの結果である可能性がある。

本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されている物体がアレイの「遠視野」に位置する場合、Ｃ（Ｓ）の計算は単純化される。以下で説明するように、「遠視野」目標は、特定の要件を満たす距離ｒに位置する。説明を簡単にするために、送信アレイと受信アレイとは同じであると想定されているが、これは画像形成アルゴリズムにとって必須ではない。送信アレイおよび受信アレイの形状がわかっている限り、この「遠視野」計算はまた、同じ場所に位置する、または同じ場所に位置しない送受信アレイにも使用することができる。

物体、および、アレイ２２６への信号の反射が図４に示されている。説明を容易にするために、反射エネルギーが（０、０、０）にあるエネルギー検出要素によって検出されると仮定する。示されているように、特定の時点ｔにおいてロケーション（ζ、η）に位置し、相対速度ｖにおいてｒの方向に移動する目標点を考える。

図２Ａに戻って参照すると、回路２３２の出力は、２Ｄ ＦＦＴ回路２３４に結合され、２Ｄ ＦＦＴ回路２３４は、式２の二重積分に基づいて２次元ＦＦＴ動作を実施する。回路２３４の出力は、本開示の３Ｄイメージングセンサの受信経路の乗算器２３６に結合される。回路２３６は、範囲Ｒ（すなわち、ｒ＝Ｒである距離）を決定するための相関受信機の一部である。回路２３２は、アレイ２２６の１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信される反射送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに対して適切な調整を実施する。受信された反射送信信号に対して行われる調整は、そのような反射（または後方散乱）信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを少なくとも低減または排除する。

回路２３２の出力は、上記時間領域受信信号を周波数領域に変換する２Ｄ ＦＦＴ回路２３４に転送され、ＤＦＴ回路２４０によって周波数領域シーケンスに変換されたルックアップテーブル２５２内の事前に記憶された時間領域シーケンスを使用することによって、上記受信信号の周波数領域コヒーレント検出が可能になる。ルックアップテーブル２５２内の時間領域シーケンスは、ここで視野内の物体から反射（または後方散乱）される送信信号を構築するために使用されるものと同じ時間領域シーケンスである。

複素共役回路２３８は、ＤＦＴ回路２４０からのシーケンスの周波数領域バージョンに対して複素共役演算を実施して、乗算器２３６（２つの周波数領域シーケンスを乗算する）を使用することによるコヒーレント検出を可能にする。次に、乗算器２３６の出力は、ＩＦＦＴ回路２４２によって時間領域に変換されて、受信された送信信号、および、反射（または後方散乱）送信信号を受信したエネルギー検出アレイ要素の（ｘ、ｙ）座標に対して行われる調整のための、範囲Ｒの大きさまたはＲの大きさの二乗（例えば、回路２４４）が得られる。

次に、信号の検出された大きさは、閾値回路２４６によって閾値と比較されて、反射率密度および受信信号から物体までの範囲値ｒ（例えば、ｒ＝Ｒ）が決定される。閾値は、誤検出画像を回避するために、物体の誤警報確率が統計的に維持されるように設定される。したがって、ロケーション（ｘ、ｙ座標における）および送信点からの距離ｒがわかる。

追跡回路２５０は、回路２４２、２４４、および２４６によって検出された目標の記憶ユニットとして機能し、閾値は、定誤警報率（ＣＦＡＲ）基準、ならびに、得られている画像および必要に応じてさらに処理するための同じ画像の記憶されている様々なバージョンに基づいて設定することができる。後処理回路２４８は、計算イメージング回路２３２からの復調ベースバンド信号の品質を監視して、改善された信号品質を得るために実施される処理のタイプを調整する必要があるか否かを決定する。

１つの例では、後処理回路２４８は、他の３Ｄイメージングセンサからの信号を含む他の信号からの干渉が発生するときを検出するように設計および構成することができる。干渉が後処理回路２４８によって検出されると、図２Ａの３Ｄイメージングセンサを制御、操作または他の様態で指示するプロセッサ（図２Ａには示さず）は、３Ｄイメージングセンサの異なるユーザ間の干渉の確率を低減するために異なるタイプのシーケンスまたは異なるタイプのシーケンスの組み合わせを生成するようにシーケンス発生器２０２を動作させるか、またはシーケンス発生器２０２にこれを行わせることができる。

１つの例では、シーケンス発生器２０２は、異なるフォーマットを有するＰＮシーケンス（または他のシーケンス）を生成するように設計および／または構成することができる。シーケンスは、ランダムに割り当てるか、所定のパターンに従うことができ、または、測定された干渉レベルに応じて適応的に変更することができる。

図５は、本開示の実施形態による、３Ｄイメージングセンサによって照射されている物体および構造を含むシーンの３Ｄ画像を生成するための方法５００のフローチャートを示す。図５に示される方法５００の実施形態は、例示のみを目的としている。図５は、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

ここで図５を参照すると、本開示の方法のフローチャートが示されている。図５に示されるフローチャートは、本開示の３Ｄイメージングセンサのステップが、図１Ａおよび図２Ａに示される様々な回路およびモジュールによってどのように実施されるかを示す。図２Ａは、図１Ａに示されるようなプロセッサを描写していないが、図２Ａの実施形態は、示される回路および／またはモジュールならびにアレイだけでなく、図１Ａのプロセッサ１１０と同様の構成のプロセッサも含むことが容易に理解される。図２Ａのプロセッサ（図示せず）は、図２Ａの３Ｄイメージングセンサの様々なモジュール、回路、およびアレイ２２６の動作を制御、操作、または指示することができる。プロセッサ１１０は、構成条件に従って、図１Ｂに記載された信号フォーマットを構成することができる。構成条件は、目標距離、ノイズおよび干渉レベル、または性能要件であり得る。

同様に、図１Ａのプロセッサ１１０は、図１Ａの３Ｄイメージングセンサの様々な回路および／またはモジュール、回路ならびにアレイ１０６の動作を制御、操作、または指示することができる。図５の方法において実施されるステップは、図１Ａまたは図２Ａに示されるプロセッサ、回路および／もしくはモジュール、または、プロセッサおよびモジュールおよび回路の組み合わせによって実施される。

本開示の３Ｄイメージングセンサによって実施される方法のステップ５００において、ＰＮ変調ＭＩＭＯ処理済みデジタル波形が生成される。ＰＮシーケンス発生回路２０２は、ＰＮシーケンスの様々なフォーマットをその中に格納している。ＰＮシーケンスの例の１つは、上記で説明したＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスである。Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスは、定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）タイプのシーケンスであり、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスの様々なフォーマットを図２Ａのシーケンス発生器２０２または図１Ａの１０２Ａに格納することができる。図１Ａおよび図２ＡのＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンス発生器回路は、時間領域シーケンスをその中に格納している。

時間領域シーケンスの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が実施されて、周波数領域ＰＮシーケンスが生成される。図２Ａに示されるように、時間領域ＰＮ２０２の出力は、ＤＦＴ回路２０４に印加されて、周波数領域ＰＮシーケンスをもたらすＤＦＴ動作が実施される。

ＤＦＴ２０４の出力はＭＩＭＯ処理回路に印加される。ＭＩＭＯ処理動作は、符号語マッピング（回路２０６）、ならびに、後続するレイヤマッピング（回路２０８）およびプリコーディング（回路２１０）を含む。したがって、回路２１０の出力は、ＰＮシーケンス変調ＭＩＭＯ処理済みデジタル波形である。

ステップ５０２において、ＰＮシーケンス変調ＭＩＭＯ処理済みデジタル波形が、直交シーケンス発生器に印加される。図２Ａに示される直交シーケンス発生器は、ＯＦＤＭシーケンス発生器である。ＯＦＤＭシーケンス発生器は、図２Ａに示すように、ＩＦＦＴ／ＣＰ回路（２１４_１、２１４_２、．．．、２１４_Ｌ）に結合されているＲＥマッピング回路（２１２_１、２１２_２、．．．、２１２_Ｌ）を備えている。上記のように、他の様々なタイプの直交デジタルシーケンス発生器または疑似直交シーケンス発生器を使用することができる。

１つの例では、そのような直交デジタル波形発生器は、直交ＣＰレスＯＦＤＭ、フィルタバンクマルチキャリア（ＦＢＭＣ）波形発生器、一般化周波数分割多重化（ＧＦＤＭ）波形発生器、およびリソース拡散多元接続（ＲＳＭＡ）波形発生器を含む。

生成された直交デジタル波形は、ＭＩＭＯ処理出力からの（すなわち、図２Ａのプリコーディング回路２１０の出力からの）ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形によって変調され、そのような直交デジタル波形は、デジタルビームフォーマ（すなわち、図２Ａの回路２１６）に印加され、デジタルビーム形成デジタル波形がもたらされる。別の実施形態では、ＭＩＭＯ処理出力（すなわち、図２Ａのプリコーディング回路２１０の出力）は、直交デジタル波形を使用せずに、デジタルビーム形成回路２１６に直接印加され、この実施形態のデジタルビーム形成デジタル波形は、直交シーケンスを使用しない。

ステップ５０４において、デジタルビーム形成デジタル波形が、変調器（例えば、図２Ａの変調器２２２または図１Ａの変調器１０４Ｃ）の入力において使用される。変調器のもう一方の入力は、エネルギー源に結合されている。結果として生じる変調器の出力は、デジタルビーム形成信号に従って変調されているエネルギー源からのエネルギーであり、結果として送信信号となる。送信信号は、直交デジタル波形成分を有してもよく、または、有しなくてもよいことに留意されたい。

１つの実施形態では、ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形は、最初に直交デジタル波形発生器（すなわち、直交シーケンス発生器）に印加される代わりに、デジタルビームフォーマに直接印加されてもよい。別の実施形態では、図１Ａと図２Ａの両方について、デジタルビーム形成直交信号は、変調器に適用される前に、（図１ＡのＤＡＣ１０４Ｂ、または図２ＡのＤＡＣ２１８によって）アナログ信号に変換される。

ステップ５０６において、送信信号が、本開示の３Ｄイメージングセンサのアレイの１つまたは複数のエネルギー射出要素によって射出される。送信信号は、アレイによって射出される前に形成されたアナログビームであり得る。１つの実施形態では、アナログビームフォーマは、射出前に送信信号に不変の位相シフトを適用する。３Ｄイメージングセンサは、シーンを照射することができ、その場合、射出された送信信号またはその少なくとも一部は、３Ｄイメージングセンサのアレイに後方散乱または反射し戻され得る。後方散乱または反射は、射出された送信信号が衝突するアレイのＦｏＶ内の物体または構造に起因する。反射送信信号を受信するアレイは、送信信号を射出するために使用されるのと同じアレイであってもよく、またはアレイは、様々な周波数帯域もしくは波長範囲のエネルギーを検出するように構成されている別個のアレイであってもよい。

ステップ５０８において、反射または後方散乱された送信信号が、アレイによって、特に、アレイの少なくとも１つのエネルギー検出要素によって検出される。検出アレイは、送信信号を射出するために使用されるのと同じアレイであってもよく、または検出アレイは、エネルギー検出要素によって構成される別個のアレイであってもよい。反射エネルギーを検出することができ、３Ｄイメージングセンサによってアナログビームを形成することができる。受信アナログビームフォーマは、受信した反射送信信号に不変の位相シフトを適用する。

ステップ５１０において、受信信号は、復調動作を通じてベースバンド信号形式に変換され、次いで、ＡＤＣ（例えば、図２ＡのＡＤＣ２３０）によってデジタル信号に変換される。回路２３２は、反射または後方散乱された送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトに対する調整を実施し、回路２３４は、送信信号が反射または後方散乱される物体、構造またはアイテムの３Ｄ画像を生成する。

本開示は例示的な実施形態によって説明されてきたが、様々な変更および修正が当業者に提案され得る。本開示は、添付の特許請求の範囲内に含まれるような変更および修正を包含することが意図されている。

本出願の説明はいずれも、任意の特定の要素、ステップ、または機能が特許請求の範囲に含まれなければならない必須の要素であることを意味するものとして読まれるべきではない。特許請求される主題の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義される。さらに、「〜するための手段」という正確な単語の後に分詞が続く場合を除き、特許請求項はいずれも米国特許法第１１２条（ｆ）項を発動させることを意図していない。

さらに別の実施形態では、ＰＮシーケンス発生器は、Ｍシーケンス発生器などのバイナリシーケンス発生器である。

さらに別の実施形態では、プリコーディング回路は、少なくとも１つの周波数領域ＰＮシーケンス変調およびＭＩＭＯ処理済みデジタル波形を上記直交シーケンス発生器に印加し、結果、直交デジタル波形がデジタルビーム形成回路に印加されて、デジタルビーム形成直交波形が生成される。

送信信号は、様々な時間遅延、周波数変換、および他の位相シフトから生じる位相シフトを経験する。反射信号が経験する位相シフト、周波数シフト、および時間遅延は、照射されている物体と３Ｄイメージングセンサとの間の相対スピード、環境条件、および、照射されている目標の表面の相対的な滑らかさなどの様々な要因に起因する。本開示全体を通して、「スピード」および「速度」という用語は交換可能に使用される。

エネルギー検出および復調の動作は、１つのモジュールおよび／もしくは回路、１つの回路セット内で実施されてもよく、または２つの別個の回路もしくはモジュールとして実施されてもよいことが容易に理解されるであろう。復調器の出力は、受信ベースバンド信号を提供する。したがって、受信ベースバンド信号は、受信デジタル信号を提供するためにアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）に印加される。受信経路は、デジタルイメージング回路に続き、デジタルイメージング回路は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されているシーン（すなわち、物体、構造および他のアイテム）の３Ｄ画像を生成するために、受信デジタル信号を処理するためにコヒーレント検出器（すなわち、相関検出器）に結合されている計算イメージング回路を含む。

１つの実施形態において、トランシーバ１０４の受信経路は、アレイ１０６の１つまたは複数のエネルギー検出要素によって検出されるエネルギーを受信し、合計するように構成されているエネルギー検出回路１０４Ｅを含む。特に、受信経路は、本開示の３ＤイメージングセンサのＦｏＶにある物体から反射（または後方散乱）される、送信経路から送信されたエネルギーを検出する。物体は、図１Ａの３Ｄイメージングセンサ１００から離れたところにある。

追跡回路１０８Ａは、コヒーレント検出回路１０２Ｄによって検出される目標の記憶ユニットとして機能し、図１Ａのコヒーレント検出回路１０２Ｄ（または図２の回路２４２、２４４、および２４６）の出力が閾値と比較され、閾値は、一定の誤警報率（ＣＦＡＲ）基準に基づいて設定することができる。ＣＦＡＲ基準に従って、閾値は信号統計、典型的には、信号が通過するチャネルの平均および分散に基づいて決定される。得られた画像および同じ画像の様々なバージョンは、必要に応じてさらに処理され得る。後処理回路１０８Ｂは、復調ベースバンド信号の品質またはデジタル回路１０２から生成される画像の品質を監視して、改善された信号品質を得るために実施される処理のタイプを調整する必要があるか否かを決定する。

図１Ｄは、本開示の実施形態による例示的な多重化スキーム１６０を示す。図１Ｄに示される多重化スキーム１６０の実施形態は、例示のみを目的としている。図１Ｄは、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。図１Ｄに示されるように、データ（例えば、受信機に送信されるユーザデータ）が生成され、少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化される。電子デバイス（図１Ａに示されているような、例えば、無線システム）は、少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化されたデータを少なくとも１つの送信ビームにマッピングすることができる。

図１Ｂを一時的に参照すると、ＰＮシーケンスの３つの異なるフォーマットが示されている。フォーマットは、１つ、２つ、または３つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスブロックおよび後続するガードタイムを示す。特にフォーマット１は、１つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。フォーマット２は、２つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。フォーマット３は、３つのＣＡＺＡＣシーケンスブロックおよび後続するガードタイムを有する。シーケンスはガードタイムの後に繰り返される。ガードタイムとは、シーケンス発生器が（使用されているフォーマットに応じて）１つまたは複数の（連続した）シーケンスブロックを送信した後、シーケンスブロックを一切送信しない規定の期間を指す。図１Ｂに示すように、ガードタイムは、ＣＡＺＡＣシーケンスを生成するための任意選択のタイムスパンとして追加され得る。

アレイ２２６の正面図は、図２Ｂに示され、４つのサブアレイ２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ、および２２６Ｄを含むアレイ２２６を示している。一般に、アレイ２２６は、各サブアレイが特定の数のアレイ要素を含む任意の数のサブアレイに細分化することができる。各サブアレイは、同じ数のエネルギー射出要素およびエネルギー検出要素のアレイを有することができる。また、特定のサブアレイは、アレイ全体内の上記サブアレイのロケーションに応じて、異なる数の要素を有してもよい。例えば、アレイの中心またはその近くにあるサブアレイは、任意の他のサブアレイよりも多くのアレイ要素を含んでもよい。

によって与えられ、ここで、Ｎ_ＺＣはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスの長さである。次に、周波数領域ＰＮシーケンスがＭＩＭＯ処理される。

図２Ａに戻って参照して、ここで、３Ｄイメージングセンサ２００の受信経路について説明する。物体から反射された送信エネルギーが、アレイ２２６のエネルギー検出要素によって受信される。３Ｄイメージングセンサ２００によって元々送信されなかった他のエネルギーもまた、アレイ２２６によって検出され得ることが容易に理解されよう。一般に、アレイ２２６の動作のエネルギー帯域（すなわち、周波数帯域、または波長帯域）内に入るエネルギーは、そのようなエネルギーをアナログビームフォーマ（ＡＢＦ）２２４Ｂに転送するアレイ２２６によって検出される。ビームフォーマ２２４Ｂは、受信信号に一定の位相シフトを適用する。ＡＢＦ２２４Ｂによって受信信号に適用される一定の位相シフトは、ＡＢＦ２２４Ａによって送信信号に適用される位相シフトに等しい。

図５は、本開示の実施形態による、３Ｄイメージングセンサによって照射されている物体および構造を含むシーンの３Ｄ画像を生成するための方法５５０のフローチャートを示す。図５に示される方法５５０の実施形態は、例示のみを目的としている。図５は、本開示の範囲を特定の実装態様に限定するものではない。

同様に、図１Ａのプロセッサ１１０は、図１Ａの３Ｄイメージングセンサの様々な回路および／またはモジュール、ならびにアレイ１０６の動作を制御、操作、または指示することができる。図５の方法において実施されるステップは、図１Ａまたは図２Ａに示されるプロセッサ、回路および／もしくはモジュール、または、プロセッサおよびモジュールおよび回路の組み合わせによって実施される。

Claims (20)

1. 高度通信システムであって、
   プロセッサと、
   前記プロセッサに動作可能に接続されている３次元（３Ｄ）イメージングセンサであり、前記３Ｄイメージングセンサは、デジタルイメージング回路を備え、前記デジタルイメージング回路は、
   構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成することであり、前記第１の信号は多相シーケンスを含む、生成することと、
   生成された前記第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用することと
   を行うように構成されている、３次元（３Ｄ）イメージングセンサと、
   前記デジタルイメージング回路に動作可能に接続されているトランシーバ（ＸＣＶＲ）であり、前記ＸＣＶＲは、
   前記第１の信号をデジタルからアナログに変換することと、
   変換された前記第１の信号をエネルギー源によって変調することと
   を行うように構成されている、トランシーバ（ＸＣＶＲ）と、
   前記プロセッサおよび前記ＸＣＶＲに動作可能に接続されているアレイであり、前記アレイは、
   少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された前記第１の信号を射出することと、
   視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された前記第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出することと、
   検出された前記第２の信号を復調することと、
   前記第２の信号をアナログからデジタルに変換することと
   を行うように構成されている、アレイと
   を備え、
   前記デジタルイメージング回路は、
   変換された前記第２の信号を計算画像に変換することと、
   前記計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成することと
   を行うようにさらに構成されている、高度通信システム。
2. 前記プロセッサは、
   前記少なくとも１つの物体を検知するための少なくとも１つの疑似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを識別することと、
   周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを少なくとも１つの送信ビームにマッピングすることと
   を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載の高度通信システム。
3. 前記プロセッサは、
   ユーザデータを生成することと、
   前記ユーザデータを送信するための少なくとも１つのＰＮシーケンスを識別することと、
   周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを前記ユーザデータに多重化することと
   を行うようにさらに構成されており、
   前記ＸＣＶＲは、少なくとも１つの送信ビームを通じて、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化された前記ユーザデータを送信するようにさらに構成されている、請求項１に記載の高度通信システム。
4. 前記プロセッサは、
   多入力多出力（ＭＩＭＯ）符号語を、離散フーリエ変換によって変換される、前記生成された第１の信号にマッピングすることと、
   マッピングされた前記第１の信号にレイヤマッピングを適用することにより、少なくとも１つのレイヤを生成することと
   を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載の高度通信システム。
5. 前記プロセッサは、前記第１の信号をデジタルからアナログに変換する前に、前記ＭＩＭＯ符号語にマッピングされた前記第１の信号にデジタルビーム形成を適用するようにさらに構成されている、請求項４に記載の高度通信システム。
6. 前記プロセッサは、
   変調された前記第１の信号を射出する前に、アナログビーム形成をデジタルビーム形成された前記第１の信号に適用することと、
   前記視野内の前記シーン内の前記少なくとも１つの物体から反射される、前記射出された第１の信号の前記少なくとも一部を含む、検出された前記第２の信号に前記アナログビーム形成を適用することと
   を行うようにさらに構成されている、請求項５に記載の高度通信システム。
7. 前記デジタルイメージング回路は、
   変換された前記第２の信号に位相値を乗算して、位相シフトを実施することと、
   前記位相値が乗算された、前記変換された第２の信号に２次元（２Ｄ）高速フーリエ変換を適用することにより、前記少なくとも１つの物体の前記３Ｄ画像を生成することと
   を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載の高度通信システム。
8. 高度通信システムの方法であって、
   構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成することであり、前記第１の信号は多相シーケンスを含む、生成することと、
   生成された前記第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用することと、
   前記第１の信号をデジタルからアナログに変換することと、
   変換された前記第１の信号をエネルギー源によって変調することと、
   少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された前記第１の信号を射出することと、
   視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された前記第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出することと、
   検出された前記第２の信号を復調することと、
   前記第２の信号をアナログからデジタルに変換することと、
   変換された前記第２の信号を計算画像に変換することと、
   前記計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成することと
   を含む、方法。
9. 前記少なくとも１つの物体を検知するための少なくとも１つの疑似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを識別することと、
   周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを少なくとも１つの送信ビームにマッピングすることと
   をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. ユーザデータを生成することと、
    前記ユーザデータを送信するための少なくとも１つのＰＮシーケンスを識別することと、
    周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを前記ユーザデータに多重化することと、
    少なくとも１つの送信ビームを通じて、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化された前記ユーザデータを送信することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 多入力多出力（ＭＩＭＯ）符号語を、離散フーリエ変換によって変換される、前記生成された第１の信号にマッピングすることと、
    マッピングされた前記第１の信号にレイヤマッピングを適用することにより、少なくとも１つのレイヤを生成することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記第１の信号をデジタルからアナログに変換する前に、前記ＭＩＭＯ符号語にマッピングされた前記第１の信号にデジタルビーム形成を適用することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 変調された前記第１の信号を射出する前に、アナログビーム形成をデジタルビーム形成された前記第１の信号に適用することと、
    前記視野内の前記シーン内の前記少なくとも１つの物体から反射される、前記射出された第１の信号の前記少なくとも一部を含む、検出された前記第２の信号に前記アナログビーム形成を適用することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 変換された前記第２の信号に位相値を乗算して、位相シフトを実施することと、
    前記位相値が乗算された、前記変換された第２の信号に２次元（２Ｄ）高速フーリエ変換を適用することにより、前記少なくとも１つの物体の前記３Ｄ画像を生成することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
15. 非一時的コンピュータ可読媒体であって、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    構成条件に従って、少なくとも１つの定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）シーケンスによる離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づく多相符号化によって第１の信号を生成することであり、前記第１の信号は多相シーケンスを含む、生成することと、
    生成された前記第１の信号にデジタル送信ビーム形成を適用することと、
    前記第１の信号をデジタルからアナログに変換することと、
    変換された前記第１の信号をエネルギー源によって変調することと、
    少なくとも１つのエネルギー射出要素を使用して、変調された前記第１の信号を射出することと、
    視野内のシーン内の少なくとも１つの物体から反射される、射出された前記第１の信号の少なくとも一部を含む第２の信号を検出することと、
    検出された前記第２の信号を復調することと、
    前記第２の信号をアナログからデジタルに変換することと、
    変換された前記第２の信号を計算画像に変換することと、
    前記計算画像にコヒーレント検出を適用することによって３Ｄ画像を生成することと
    を行わせるプログラムコードを備える、非一時的コンピュータ可読媒体。
16. 少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    前記少なくとも１つの物体を検知するための少なくとも１つの疑似ノイズ（ＰＮ）シーケンスを識別することと、
    周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを少なくとも１つの送信ビームにマッピングすることと
    を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
17. 少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    ユーザデータを生成することと、
    前記ユーザデータを送信するための少なくとも１つのＰＮシーケンスを識別することと、
    周波数および時間領域において、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスを前記ユーザデータに多重化することと、
    少なくとも１つの送信ビームを通じて、前記少なくとも１つのＰＮシーケンスによって多重化された前記ユーザデータを送信することと
    を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
18. 少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    多入力多出力（ＭＩＭＯ）符号語を、離散フーリエ変換によって変換される、前記生成された第１の信号にマッピングすることと、
    マッピングされた前記第１の信号にレイヤマッピングを適用することにより、少なくとも１つのレイヤを生成することと
    を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
19. 少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    前記第１の信号をデジタルからアナログに変換する前に、前記ＭＩＭＯ符号語にマッピングされた前記第１の信号にデジタルビーム形成を適用することと、
    変調された前記第１の信号を射出する前に、アナログビーム形成をデジタルビーム形成された前記第１の信号に適用することと、
    前記視野内の前記シーン内の前記少なくとも１つの物体から反射される、前記射出された第１の信号の前記少なくとも一部を含む、検出された前記第２の信号に前記アナログビーム形成を適用することと
    を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１８に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
20. 少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、電子デバイスに、
    変換された前記第２の信号に位相値を乗算して、位相シフトを実施することと、
    前記位相値が乗算された、前記変換された第２の信号に２次元（２Ｄ）高速フーリエ変換を適用することにより、前記少なくとも１つの物体の前記３Ｄ画像を生成することと
    を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

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