KR20210021355A

KR20210021355A - 진보된 라디오 시스템을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210021355A
Application number: KR1020217000777A
Authority: KR
Inventors: 이정아
Original assignee: 오라 인텔리전트 시스템즈, 인크.
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-02-25
Also published as: US10560685B2; US20200252599A1; KR102653158B1; JP2021521746A; EP3804181A1; CN112956147A; US20190379882A1; US11252396B2; EP3804181A4; JP6967678B2; WO2019241390A1

Abstract

진보된 통신 시스템(100)이 제공된다. 진보된 통신 시스템은 구성 조건에 따라 적어도 하나의 CAZAC 시퀀스(102B)를 갖는 DFT 확산 OFDM에 기초한 다상 코딩으로 제1 신호(102A)를 생성하는 단계, 생성된 제1 신호에 디지털 송신빔 포밍(102C)을 적용하는 단계, 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환(104B)하는 단계, 변환된 제1 신호를 에너지 원(104A)으로 변조하는 단계(104C), 적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 변조된 제1 신호를 방출하는 단계(106), 관측 시야의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하는 단계, 검출된 제2 신호를 복조(104E)하고, 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계(104D), 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환(102E)하고, 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성(102D)하는 단계를 포함한다. 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함한다.

Description

진보된 라디오 시스템을 위한 방법 및 장치

본 개시는 일반적으로 진보된 라디오 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 라디오 시스템 및 3D 이미징 애플리케이션을 위한 센서 시스템에 관한 것이다.

3D(3차원) 이미징을 위한 센서 기술은 3D 객체를 감지하고 3D 객체의 감지 결과 정보를 처리하는 3D 이미징 센서와 연관된다. 최근에는, 어려운 상황에서 이미징 정보를 처리하기 위한, 3D 이미징 센서에 대한 특정 애플리케이션의 요구 사항이 이전보다 상대적으로 더 일반적이며, 이러한 센서를 설계 및 제조하는 것이 점점 더 어려워지고 있다. 어려운 상황의 한 예는, 3D 이미징 센서의 특정 애플리케이션에서, 센서가 감지되는 객체에 비해 고속으로 움직일 수 있다는 것이다. 다른 예는 감지될 객체의 위치에 대한 센서의 위치이다. 센서는, 일부 객체가 다른 원하지 않는 객체에 의해 부분적으로 가려진 여러 객체를 감지해야 할 수 있다. 또한, 센서는 감지되는 객체로부터 상대적으로 먼 거리에 위치할 수 있으며, 결과적으로 이러한 상대적으로 먼 객체를 감지하여 생성되는 정보는 종종 부족하거나 불완전할 수 있다.

본 개시는 관찰 시야(field of view: FoV) 내 장면의 3D 이미지를 생성하는 3D 이미징 센서이다. 3D 이미징 센서는 장면의 다양한 객체에 의해 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호를 생성한다. 후방 산란되거나 반사된 신호는 3D 이미징 센서에 의해 수신되고 처리되어 3D 이미징 센서에 대한(with respect to) 필드의 객체 및 구조를 포함하는 장면의 3D 이미지를 생성한다. 3D 이미징 센서는 이미지 형성 알고리즘을 포함하는 계산 이미징을 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성한다.

일 실시 예에서, 진보된 통신 시스템이 제공된다. 진보된 통신 시스템은 프로세서 및 상기 프로세서에 동작가능하게 연결된 3차원(3D) 이미징 센서를 포함하고, 상기 3D 이미징 센서는 디지털 이미징 회로(digital imaging circuit)를 포함하는데, 상기 디지털 이미징 회로는 구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(constant amplitude zero autocorrelation: CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform: DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM)에 기초한 다상 코딩(polyphase coding)으로 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하도록 구성된다. 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함한다. 진보된 통신 시스템은 상기 디지털 이미징 회로에 동작가능하게 연결된 트랜시버(XCVR)를 더 포함하는데, 상기 XCVR은 상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하고, 상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하도록 구성된다. 진보된 통신 시스템은 상기 프로세서 및 상기 XCVR에 동작가능하게 연결된 어레이를 더 포함하는데, 상기 어레이는 적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하고, 관측 시야(field-of-view: FoV)의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하며, 상기 검출된 제2 신호를 복조하고, 상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하도록 구성된다. 상기 디지털 이미징 회로는 상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하고, 상기 계산 이미지에 코히어런트(coherent) 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하도록 더 구성된다.

다른 실시예에서, 진보된 통신 시스템의 방법이 제공된다. 상기 방법은 구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 기초한 다상 코딩으로 제1 신호 - 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함함 - 를 생성하는 단계, 상기 생성된 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하는 단계, 상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하는 단계, 상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하는 단계, 적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하는 단계, 관측 시야(field-of-view)의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하는 단계, 상기 검출된 제2 신호를 복조하는 단계, 상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계, 상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하는 단계; 및 상기 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체가 제공된다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 코드를 포함하는데, 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 전자 장치로 하여금, 구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 기초한 다상 코딩으로 제1 신호 - 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함함 - 를 생성하는 단계; 상기 생성된 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하는 단계; 상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하는 단계; 상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하는 단계; 적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하는 단계; 관측 시야의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사된 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하는 단계; 상기 검출된 제2 신호를 복조하는 단계; 상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계; 상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하는 단계; 및 상기 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하는 단계를 수행하도록 한다.

또 다른 실시예에서, 3D 이미징 센서는 트랜시버(XCVR)에 결합된 디지털 이미징 회로를 포함하는데, 트랜시버(XCVR)는 어레이에 결합되고 상기 어레이는 하나 이상의 에너지 방출기 요소 및 하나 이상의 에너지 검출기 요소를 가진다. 이러한 실시예에서, 상기 어레이는 각각의 어레이 요소(에너지 방출기 또는 에너지 검출기 요소)를 가지는 2D 어레이이고, 각각의 어레이 요소는 이러한 각각의 어레이 요소의 위치를 정의하는 (x, y) 좌표를 가진다.

3D 이미징 센서는 디지털 이미징 회로에서 시작하여 트랜시버 회로를 거쳐 어레이까지 연장되는 송신 신호 경로 및 어레이에서 시작하여 트랜시버 회로를 거쳐 디지털 이미징 모듈까지 연장되는 수신 신호 경로를 가진다.

3D 이미징 센서는 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 의해 방출되는 송신 신호를 생성한다. 3D 이미징 센서는 3D 이미징 센서의 관찰 시야(FoV) 내에 있는 장면의 객체, 구조물 또는 항목에서 반사되거나 후방 산란되는 방출된 송신 신호를 검출하여 디지털 빔 형성 동작 및 하나 이상의 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성할 수 있다. 3D 이미징 센서에 의해 송신되는 에너지를 반사하는 객체, 구조물 또는 기타 항목은 조명을 받는다고 한다.

따라서, 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV) 내에 있고 송신 신호가 반사되는 객체는 본 발명의 3D 이미징 센서에 의해 조명된다. 관측 시야(FoV)는 공간의 일부인데, 그 안에는 객체가 위치하여서 관측 시야(FoV)가 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명될 수 있도록 한다. 그러나 관측 시야(FoV) 내의 객체는 관측 시야(FoV)의 다른 객체에 의해 가려질 수 있다. 장면은 3D 이미징 센서로 조명될 수 있는 객체, 구조물 및 기타 항목을 포함한다.

본 개시의 일 실시예에서, 디지털 이미징 회로 내의 송신 경로는 의사 잡음(pseudo noise: PN) 시퀀스를 생성하기 위한 시퀀스 생성기(sequence generator), 직교 디지털 파형(orthogonal digital waveforms)을 생성하기 위한 파형 생성기(waveform generator) 및 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형(PN- sequence-modulated orthogonal digital waveforms)에 대해 디지털 빔 형성 동작을 수행하기 위한 디지털 송신 빔 형성기(digital transmit beam former)를 포함한다.

송신 경로는 XCVR 회로에서 계속되는데, XCVR 회로는 디지털-아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC) 회로, 에너지 원(energy source)에 결합된 제1 입력 및 DAC에서 생성된 아날로그 신호를 수신하기 위한 제2 입력을 가지는 변조기를 포함하고, 상기 아날로그 신호는 DAC에 의해 아날로그 신호로 변환된 디지털 빔 형성된 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형(digitally beam formed PN sequence modulated orthogonal digital waveform)을 포함한다.

변조기는 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 결합된 송신 신호를 제공하는 출력을 더 가진다. 따라서 송신 신호는 DAC로부터의 아날로그 신호에 의해 변조되는, 에너지 원으로부터의 에너지이다. 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이에 의해 방출되는 송신 신호는 본 개시의 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV)에서 장면, 즉, 객체, 구조물 또는 기타 항목을 조명하게 한다. 장면을 조명하게 하는 송신 신호는 주파수 변환, 시간 지연 및 다양한 기타 위상 편이(shifts)로 인해 결과적인 위상 편이를 겪는다.

또한, 본 개시의 일 실시예에서, 트랜시버의 수신 경로는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된 에너지를 수신하도록 구성된 에너지 검출기 회로를 포함한다. 상세하게, 수신 경로는 본 개시의 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV)에서 조명된 장면(즉, 객체, 구조물 또는 항목)에서 반사되는 (또는 후방 산란되는) 송신 경로(즉, 송신 신호)에서 송신된 에너지를 검출한다.

에너지 검출기 회로는 어레이의 에너지 검출기 요소에 결합된다. 에너지 검출기 회로의 출력은 수신된 반사 신호로부터 기저 대역 신호를 획득하는 것을 목적으로 하는 복조기(미도시)에 결합된다. 에너지 검출 및 복조의 동작은 하나의 회로 및/또는 모듈, 한 세트의 회로에서 수행될 수 있거나 두 개의 개별 모듈 또는 회로로 구현 될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

복조기의 출력은 수신된 기저 대역 신호를 제공한다. 따라서 수신된 기저 대역 신호는 수신된 디지털 신호를 제공하기 위해 아날로그 디지털 변환기(analog to digital: ADC)에 인가(applied to)된다. 수신 경로는 디지털 이미징 회로로 계속되는데, 디지털 이미징 회로는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면(즉, 객체, 구조물 및 기타 항목)의 3D 이미지를 생성하기 위해 수신된 디지털 신호를 처리하는 코히어런트 검출기(coherent detector)(즉, 상관 검출기(correlation detector))에 결합된 계산 이미징 회로(computational imaging circuit)를 포함한다.

계산 이미징 회로는 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면에서 후방 산란되거나 반사되는 방출된 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 줄이거나 실질적으로 제거하는, 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 수행하고, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호의 반사 밀도의 2D 고속 푸리에 변환(2D fast Fourier transform: FFT)을 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성한다.

상기 설명한 바와 같이, 이러한 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호는 3D 이미징 센서의 어레이의 에너지 검출기 요소에 의해 마침내 수신된다. 이러한 수신된 신호는 장면의 객체, 구조체 또는 기타 항목과의 상호 작용으로 인해 주파수 편이(또는 도플러 편이), 시간 지연 및 다양한 위상 편이로 인한 결과적인 위상 편이를 겪게 된다.

또한, 객체, 구조물 또는 기타 항목의 다양한 목표 지점에서 이러한 신호가 겪은 반사 및 후방 산란의 유형은 환경 조건과 조명되는, 장면의 객체 및 구조체의 목표물의 상대적인 표면 평탄성(smotheness of surface) 때문일 수 있다. 상기 언급된 인자의 전부 또는 일부는, 장면으로부터 반사되고 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이에 원인이 될 수 있다.

디지털 이미징 회로는 이미지 형성 알고리즘과 같은 계산 이미징 동작을 수행하여 목표물 반사율(target reflectivity)을 결정하는데, 목표물 반사율은 목표물에서 반사되는 신호(예: 목표물에 부대하는(incident to) 전자기 또는 광학 신호)의 일부(fraction)이다. 따라서, 디지털 이미징 회로는 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 좌표(x, y, r)를 갖는 복셀(voxels)(예: 볼륨 픽셀)을 계산하여 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면의 3D 이미지를 생성한다. (x, y, r) 좌표는 반사율 밀도(

)의 2D FFT를 사용하여 계산되며, 이는 극소 체적(infinitesimal volume)(

) 당 (객체의 목표 지점에서) 반사되거나 후방 산란되는 신호이다. 따라서 목표물의 반사율 밀도는 아래에서 설명하는 것처럼 세 가지 변수

의 함수로 모델링된다. 이미지 형성 알고리즘은 또한 장면의 객체, 구조체 또는 기타 항목에 의해 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 조정한다. 조정은 송신 신호가 어레이의 에너지 방출 요소에 의해 장면으로 방출된 후 장면에 의해 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 줄이거나 현저히 제거한다. 이후, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신된다.

또한, 각각의 (x, y) 좌표 세트와 관련된 좌표(r)의 값은 3D 이미징 센서에 의해 송신된 신호가 반사되는 목표 지점의 반사율 밀도의 2D FFT를 수행하는 이미지 형성 알고리즘에 의해 계산된다. 따라서 특정 (x, y) 좌표에 대해 계산된 r의 각 값 즉,

에 대해 대응하는 복셀

은 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 계산되어 장면의 3D 이미지를 생성할 수 있다. 좌표(r)은 좌표 (x, y)를 갖는 어레이의 대응하는 에너지 검출기 요소(반사된 송신 신호를 검출하는 요소)와 어레이에 의해 방출되는 송신 신호에 의해 조명되는 장면의 목표 지점 사이의 거리(또는 범위)를 나타낸다.

송신된 신호는 목표 지점에 의해 반사된 (또는 후방 산란된) 다음, (x, y) 좌표를 갖는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된다. 특정 좌표 세트에 대해, 본 개시의 3D 이미징 센서는 조명되는 장면의 3D 이미지를 생성하는 과정에서 r (

)의 서로 다른 값에 대한 r 값을 계산한다. 따라서, 결과 복셀은 좌표

를 가지며, 여기서 N은 1 이상의 정수이다.

다른 실시예에 있어서, 송신 신호는 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output: MIMO) 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스(processed frequency domain PN sequence)에 의해 변조된 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형(digitally beam formed orthogonal digital waveform)을 포함하고, 상기 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형은 아날로그 파형 신호로 변환되고, 에너지 원을 변조하여 변조된 신호를 생성하는데, 이는 이후에 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 인가되는 송신 신호를 획득하기 위해 아날로그 빔 형성된다. 아날로그 빔 형성의 동작은 특정 위상을 요소에 제공하기 위해 어레이의 요소에 신호를 직접 인가하는 것을 포함한다. 해당 요소의 위상은 신호(예: 전압, 전류)가 더 이상 인가되지 않을 때까지 변경되지 않는다.

이 실시예를 계속하면, 수신기는 어레이 에너지 검출기 요소에 의해 수신되는 에너지를 검출하고 수신 신호를 복조하여 수신된 신호로부터 기저 대역 신호를 유도하도록 구성된다. 수신기는 수신된 디지털 신호에 계산 이미징을 포함하는 동작을 수행하여 수신 신호가 반사되는 객체, 구조체 또는 전체 장면의 하나 이상의 이미지를 생성하도록 더 구성된다. 장면의 객체, 구조체 또는 기타 항목은 어레이에 대하여(with respect to) 위치된다.

계산 이미징은 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신되는 반사되거나 후방 산란된 수신된 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 조정하기 위한 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 포함한다. 이미지 형성 알고리즘은 또한 수신된 신호에 대해 수행되는 2D FFT 동작의 사용을 통해 반사되거나 후방 산란된 신호의 3D 이미지를 생성하는 것을 가능하게 한다. 상세하게, 수신된 송신된 신호가 검출되고 복조를 통해 기저 대역 신호가 검색된다. 기저 대역 신호는 그 다음에 아날로그 디지털 변환기를 사용하여 디지털 신호(즉, 수신된 디지털 신호)로 변환된다.

이후, 위상 조정 및 2-D FFT를 포함하는, 수신된 디지털 신호 상의 동작이 수행되어 객체의 3D 이미지를 생성하는데, 이러한 객체는 본 개시의 3D 이미지 센서의 관측 시야(FoV) 내의 위치된다. 따라서 3D 이미지는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면 내의 객체, 구조체 또는 기타 항목의 위치에 기초한다. 명확하게 각각의 목표물 위치가 필연적으로 동일한 거리를 가지는 것은 아니다.

어레이의 에너지 검출기 요소와 목표물 위치 사이의 거리는 변경될 수 있으며 대부분 상이한 목표물 위치에 대해 변경된다. 예를 들어, 거리는 제1 목표물 위치에 대해 R이 될 수 있고, 이후에 다른 위치에 대해 R₁로 변경되고, 또 다른 위치에 대해 R₂로 변경될 수 있다. (에너지 검출 어레이 요소의) 좌표 (x, y) 및 계산된 (r) 좌표는 본 발명의 3D 이미징 센서로부터의 송신 신호에 의해 조명되는 목표 객체의 3D 이미지의 복셀(볼륨 픽셀)을 나타내는 (x, y, r) 좌표를 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 3D 이미징 센서는 무선 통신 시스템에 의해 생성된 신호를 송신하기 위한 액세스가 제공되고, 상기 신호를 사용해서 장면을 조명하고 장면의 3D 이미지를 획득하거나 생성한다. 이러한 실시 예에서, 랜덤 액세스 채널(random-access channel: RACH), 동기 신호(synch signals) 및 파일럿 신호(pilot signals)와 같은 신호는 장면을 조명하기 위한 송신 신호로서, 예를 들어 개별적으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있다.

따라서, 무선 통신 시스템의 일부인 스몰 셀과 같은 장치는 본 개시의 3D 이미징 센서가 장착될 수 있고 이러한 스몰 셀은 3D 이미징 센서에 송신 신호를 제공할 수 있다. 이후, 센서는 센서의 송신 신호로 이러한 신호를 사용할 수 있고, 따라서 센서가 송신 신호를 사용하여 객체를 조명하도록 할 수 있는데, 센서는 이러한 신호를 생성하지 않았으나 사용할 수 있고 송신 신호의 특성(예: 주파수, 진폭, 변조)를 알고 있다.

따라서, 3D 이미징 센서는 상기 송신 신호를 사용하여 장면을 조명하고 장면의 3D 이미지를 획득하거나 생성할 수 있다. 따라서, 본 개시의 3D 이미징 센서가 장착된 이러한 셀은, 예를 들어 다양한 목적을 위한 보안 또는 모니터링 카메라로 사용될 수 있다.

또 다른 실시 예에서, 3D 이미징 센서는 텔레비전 방송 신호 송신기로부터의 신호를 송신하기 위한 액세스가 제공되고, 텔레비전 방송 신호는 장면의 3D 이미지를 획득하거나 생성하기 위해 장면을 조명하는데 사용된다. 이러한 실시 예에서, 동기 신호, 파일럿 신호, 기준 신호, 또는 통신 채널의 프리앰블 및 기타 잘 알려진 텔레비전 방송 신호와 같은 신호는 장면을 조명하기 위한 송신 신호로서 개별적으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있다.

따라서, 텔레비전 방송 시스템의 일부인 송신 안테나 타워와 같은 장치에는 본 개시의 3D 이미징 센서가 장착될 수 있고 이러한 장비는 3D 이미징 센서에 송신 신호를 제공할 수 있다. 이후, 3D 이미징 센서는 3D 이미징 센서의 송신 신호로 이러한 신호를 사용할 수 있고, 따라서 센서가 송신 신호를 사용하여 객체를 조명하도록 할 수 있는데, 센서는 이러한 신호를 생성하지 않았으나 사용할 수 있고 송신 신호의 특성(예: 송신 신호의 주파수, 진폭, 변조)을 알고 있다.

따라서, 3D 이미징 센서는 장면을 조명하고 장면의 3D 이미지를 획득하거나 생성하기 위해 상기 송신 신호를 사용할 수 있다. 따라서, 본 개시의 3D 이미징 센서를 갖는 이러한 TV 방송 장비는 예를 들어 다양한 목적을 위한 보안 또는 모니터링 카메라로서 사용될 수 있다.

또 다른 실시 예에서, 3D 이미징 센서는 임의의 무선 또는 유선 시스템에 의해 생성된 신호를 송신하기 위한 액세스가 제공되는데, 여기서 (i) 3D 이미징 센서는 이러한 시스템의 신호를 송신하기 위한 액세스를 가지며 (ii) 송신 신호와 연관된 시그널링의 특정 특성은 관측 시야 내의 장면을 조명하고 장면 또는 장면의 객체 및 구조의 3D 이미지를 생성하기 위해 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 사용 가능하다.

이후, 3D 이미징 센서는 3D 이미징 센서의 송신 신호와 같은 신호를 사용하할 수 있는데, 송신 신호는 센서가 생성하지 않았지만 유선 또는 무선 소스로부터의 송신 신호의 다양한 특성을 조정하거나 조작할 수 있는 있는 그대로의 송신 신호를 사용하여 객체를 조명할도록 할 수 있다. 따라서, 3D 이미징 센서는 상기 송신 신호를 사용하여 장면을 조명하고 위에서 논의된 바와 같이 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 장면의 3D 이미지를 획득하거나 생성할 수 있다.

또 다른 실시 예에서, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이는, 가상 2D 어레이의 (x, y) 좌표를 정의하기 위해 수평 또는 수직(또는 둘 다)으로 조정하는 소프트웨어 제어 빔을 갖는 1D 어레이다. 1D 어레이는 1D 어레이의 요소를 가상 2D 어레이의 x, y 좌표에 배치하기 위해 수평 또는 수직 방향으로 조정할 수 있다. 따라서 이러한 조정 가능한 1-D 어레이는 가상 2-D 어레이로 동작할 수 있다.

또 다른 실시 예에서, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이는 2D 어레이이다.

또 다른 실시 예에서, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이는 에너지 방출기 요소 및 에너지 검출기 요소의 복수의 서브-어레이를 포함하는 2D 어레이이다.

또 다른 실시 예에서, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이는 송신 어레이 및 수신 어레이를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 어레이는 송신 어레이 및 수신 어레이이고, 2개의 어레이는 서로에 대해 알려진 위치에 위치한다.

또 다른 실시 예에서, 본 개시는 본 개시의 3D 이미징 센서의 송신기, 수신기 및 어레이의 동작을 제어, 동작 또는 지시하기 위한 프로세서를 더 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 프로세서는 서로 통신하는 복수의 프로세서를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 프로세서는 병렬 처리를 수행하는 복수의 프로세서를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 프로세서는 복수의 컨트롤러 및 프로세서를 제어하는 메인 프로세서이다.

또 다른 실시 예에서, 복수의 프로세서 및 컨트롤러는 각각 마이크로 프로세서 및 마이크로 컨트롤러이다.

또 다른 실시 예에서, 프로세서는 마이크로 프로세서 및 디지털 신호 프로세서(digital signal processors: DSP)를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 어레이는 근적외선(near infrared: NIR)에 속하는 700 nm 내지 1400 nm 및 단파 적외선(short-wave Infrared: SWIR)에 속하는 1400 nm 내지 3000 nm의 파장 범위에서 광 신호를 방출하거나 검출하도록 구성된다.

또 다른 실시 예에서, 어레이는 HF 영역, VHF 영역, UHF, SHF, EHF 및 THz 영역 중 하나에서 전자기 신호를 방출하거나 검출하도록 구성된다. EHF 영역은 특히 동시 광대역 통신 및 고해상도 이미징에 적합하다.

또 다른 실시 예에서, 송신기는 출력, 제1 입력 및 제2 입력을 갖는 변조기를 포함하고, 여기서 상기 제1 입력은 변조기의 제2 입력에 인가되는 파형 신호에 의해 변조된 에너지 원에 결합된다.

또 다른 실시 예에서, 변조기는 BPSK, QPSK, OOK, ASK, FSK, PPM, PSK 및 DPSK 변조기 중 하나이다.

또 다른 실시 예에서, 변조기의 출력은 송신기 아날로그 빔 형성기에 결합되어 송신 신호를 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 송신기는 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형을 수신하고 상기 파형을 변조기의 입력에 인가되는 아날로그 파형 신호로 변환하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기(DAC) 회로를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 송신기는 시간 도메인 PN 시퀀스 생성기를 포함하는데, 시간 도메인 PN 시퀀스 생성기는 출력을 갖는 변환 회로에 결합되고, 변환 회로는 송신기에서 생성된 시간 도메인 PN 시퀀스를 주파수 도메인 PN 시퀀스로 변환하도록 구성되며, 상기 변환 회로의 출력은 MIMO 처리 회로에 더 결합되어, MIMO 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스를 생성하고 디지털 빔 형성기 회로에 인가되어, 디지털 빔 형성된 MIMO 처리 주파수 도메인 PN 시퀀스를 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 송신기는 시간 도메인 PN 시퀀스 생성기를 포함하고, 시간 도메인 PN 시퀀스 생성기는 출력을 갖는 변환 회로에 결합되고, 변환 회로는 송신기에서 생성된 시간 도메인 PN 시퀀스를 주파수 도메인 PN 시퀀스로 변환하도록 구성되며, 상기 변환 회로의 출력은 MIMO 처리 회로에 더 결합되어 MIMO 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스를 생성하여, 직교 디지털 파형 생성기(본 명세서에서 직교 시퀀스 생성기라고도 함)에 인가되며, 직교 디지털 파형 생성기는 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형을 생성하는 디지털 빔 형성기 회로에 결합된 출력을 가진다.

또 다른 실시 예에서, PN 시퀀스 생성기는 CAZAC 시퀀스 생성기이다.

또 다른 실시 예에서, CAZAC 시퀀스 생성기는 적어도 하나의 비콘 시퀀스를 생성하도록 구성되는데, 비콘 시퀀스는 순환 프리픽스(cyclic prefix: CP) 시퀀스및 연결되는 (i) 하나의 CAZAC 시퀀스 및 이어지는 보호 시간(GT), (ii) 2 개의 CAZAC 시퀀스 및 이어지는 보호 시간 (GT) 및 (iii) 3 개의 CAZAC 시퀀스 및 이어지는 보호 시간(guard time: GT) 중 하나를 포함한다. 이러한 실시 예에서, 보호 시간은 선택적인 시간 범위로서 추가되어 CAZAC 시퀀스를 생성할 수 있다.

또 다른 실시 예에서, PN 시퀀스 생성기는 M-시퀀스 생성기와 같은 이진 시퀀스이다.

또 다른 실시 예에서, 변환 회로는 DFT 회로이다.

또 다른 실시 예에서, MIMO 처리 회로는 변환 회로로부터 주파수 도메인 PN 시퀀스를 수신하도록 구성된 코드 워드 매핑 회로를 포함하고, 상기 코드 워드 매핑 회로는 계층 매핑 회로에 결합되는데, 계층 매핑 회로는 사전 코딩 회로에 결합되어 적어도 하나의 주파수 도메인 PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형을 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 사전 코딩 회로는 적어도 하나의 주파수 도메인 PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형을 디지털 빔 형성기 회로에 인가하여 디지털 빔 형성 PN 시퀀스 파형을 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 사전 코딩 회로는 적어도 하나의 주파수 PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형을 상기 직교 시퀀스 생성기에 인가하여 직교 디지털 파형을 생성하고, 직교 디지털 파형은 디지털 빔 형성 회로에 인가되어 디지털 빔형성된 직교 파형을 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 직교 시퀀스 생성기는 직교 주파수 분할 다중(orthogonal frequency division multiplex: OFDM) 디지털 파형 생성기이다.

또 다른 실시 예에서 직교 시퀀스 생성기는 CP가 없는(CP-less) OFDM 디지털 파형 생성기이다.

또 다른 실시 예에서, 직교 시퀀스 생성기는 필터 뱅크 다중 반송파(filter bank multi-carrier: FBMC) 디지털 파형 생성기이다.

또 다른 실시 예에서, 직교 시퀀스 생성기는 일반화된 주파수 분할 다중화 (generalized frequency division multiplexing: GFDM) 디지털 파형 생성기이다.

또 다른 실시 예에서, 직교 시퀀스 생성기는 자원 확산 다중 액세스(resource spread multiple access: RSMA) 디지털 파형 생성기이다.

또 다른 실시 예에서, OFDM 파형 생성기는 역 고속 푸리에 변환/순환 프리픽스(inverse fast Fourier transform/cyclic prefix: IFFT/CP) 회로에 연결된 적어도 하나의 자원 요소(resource element) 회로를 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된 수신된 반사 송신 신호에 대해 수신기에 의해 수행되는 프로세스는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소로부터 직접 수신된 반사된 송신 신호에 대해, 아날로그 수신된 신호를 생성하는 아날로그 빔 형성 동작을 포함하고, 상기 아날로그 수신 신호는 에너지 검출기 회로에 인가되고, 에너지 검출기 회로의 출력은 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 인가되어 수신된 디지털 신호를 생성한다.

또 다른 실시 예에서, 2D FFT 회로에 결합된 계산 이미징 회로는 위상 조정을 수행하고 객체의 3D 이미지를 생성함으로써 2D FFT 회로의 출력에서 처리된 수신된 디지털 신호를 생성하는데, 처리된 수신된 디지털 신호는, 송신기에서 생성된 시간 도메인 PN 시퀀스에 기초하여, 상기 주파수 도메인 수신 디지털 신호와 주파수 도메인 PN 시퀀스 사이의 주파수 도메인 상관 연산(correlation operation)을 수행하기 위한 주파수 도메인 수신된 디지털 신호이다.

또 다른 실시 예에서, 수신기는 2D FFT 회로의 출력을 처리하기 위한 상관기(correlator)를 더 포함한다.

또 다른 실시 예에서 상관기는 r을 결정하거나 특정 값 R과 동일한 r을 결정한다.

또 다른 실시 예에서, 상관기는 곱셈기(multiplier)를 포함하는데, 곱셈기는 2D 고속 푸리에 변환 (FFT) 회로의 출력에 결합된 제1 입력, 켤레 복소수(complex conjugate) 회로에 결합된 제2 입력, 및 역고속 푸리에 변환(IFFT) 회로에 결합된 출력을 가지며, 역고속 푸리에 변환(IFFT) 회로의 출력은 수신 신호의 크기 또는 제곱 크기를 계산하여 범위 r = R을 계산하거나 결정하는데 사용되고, 범위는 본 개시의 3D 이미징 센서와 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면에 있는 객체의 목표물 위치 사이의 거리이다.

또 다른 실시 예에서, 켤레 복소수(complex conjugate) 회로는 곱셈기의 제2 입력에 결합된 출력과 이산 푸리에 변환(DFT) 회로의 출력에 결합된 입력을 갖는데, 이산 푸리에 변환(DFT) 회로의 입력은 송신기에 의해 생성된 시간 도메인 PN 시퀀스를 포함하는 룩업 테이블에 결합된다.

또 다른 실시 예에서, IFFT 회로는 신호 크기 회로(signal magnitude circuit)에 인가되는 출력을 가지는데, 신호 크기 회로(signal magnitude circuit)는 수신된 신호의 크기 또는 제곱 크기를 계산하도록 구성되고, 상기 계산된 수신된 신호는 임계 검출기에 인가되어 수신된 신호의 진폭(r = R, 즉, 범위) 추정치(amplitude estimates)를 결정한다.

또 다른 실시 예에서, 계산 이미징 회로는 (i) 장면으로부터 반사된 수신된 송신 신호가 겪는 결과적인 위상 편이를 조정하고 (ii) 본 개시의 3D 이미징 센서로부터 반사된 신호에 기초하여 장면의 반사율 밀도의 2DFFT를 수행함으로써 장면의 3D 이미지를 생성하기 위한 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 수행한다.

송신 신호는 다양한 시간 지연, 주파수 변환 및 위상 편이로인한 결과적인 위상 편이를 겪는다. 반사된 신호가 격는 위상 편이, 주파수 편이 및 시간 지연은 조명되는 객체와 3D 이미징 센서 사이의 상대 속도, 환경 조건 및 조명되는 목표물의 상대적인 표면 평탄성(smotheness of surface)과 같은 다양한 요인에 기인한다. 본 개시의 전반에 걸쳐서 "속도(speed)"와 "속도(velocity)"라는 용어는 혼용되어 사용된다.

이하의 상세한 설명에 착수하기 전에, 본 특허 문서 전반에 걸쳐 사용된 특정한 단어들 및 구절들의 정의들을 제시하는 것이 유리할 수 있다. 용어, "결합하다" 및 그 파생어들은 둘 이상의 요소들이 서로 물리적으로 접촉하는지에 관계없이, 이들 요소들 사이에서의 임의의 직접적 또는 간접적 통신 또는 상호작용을 나타낸다. 용어, "송신하다", "수신하다", 및 "통신하다", 뿐만 아니라 그 파생어들은 직접적 및 간접적 통신 모두를 포함한다. 용어, "포함시키다" 및 "포함하다", 뿐만 아니라 그 파생어들은 제한이 없는 포함을 의미한다. 용어, "또는"은 및/또는을 의미하는 포괄적인 것이다. 구절 "~과 연관된", 뿐만 아니라 그 파생어들은 포함하다, ~ 내에 포함하다, ~과 상호 연결하다, 함유하다, ~내에 함유된다, ~에 또는 ~과 연결하다, ~에 또는 ~과 결합하다, ~과 통신 가능하다, ~과 협력하다, 인터리빙하다, 병치하다, ~에 근접하다, ~에 또는 ~으로 한정되다, 갖다, ~의 속성을 갖다, ~에 또는 ~과 관계를 갖는다 등을 의미한다. 용어, "컨트롤러"는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 디바이스, 시스템 또는 그것의 부분을 의미한다. 이러한 컨트롤러는 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 임의의 특정한 컨트롤러와 연관된 기능은 로컬 또는 원격에 관계없이, 집중화되거나 또는 분산될 수 있다. 구절 "~ 중 적어도 하나"는, 아이템들의 리스트와 함께 사용될 때, 나열된 아이템들 중 하나 이상의 상이한 조합들이 사용될 수 있고, 리스트에서의 단지 하나의 아이템만이 요구될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 다음의 조합들: A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, 및 A와 B와 C 중 임의의 것을 포함한다.

더욱이, 이하에서 설명되는 다양한 기능은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 구현되거나 지원될 수 있으며, 이들 각각은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드로 형성되고 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된다. 용어 "애플리케이션" 및 "프로그램"은 적절한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드에서 구현하도록 채택된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 구성 요소, 명령어 세트, 절차, 기능, 객체, 클래스, 인스턴스, 관련 데이터 또는 그 일부를 의미한다. 구절 "컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드"는 소스 코드, 객체 코드 및 실행 코드를 포함한 임의의 유형의 컴퓨터 코드를 포함한다. 구절 "컴퓨터 판독 가능 매체"는 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 하드 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 또는 임의의 다른 유형의 메모리와 같은 컴퓨터가 액세스할 수 있는 임의의 유형의 매체를 포함한다. "비 일시적" 컴퓨터 판독 가능 매체는 일시적인 전기 또는 기타 신호를 송신하는 유선, 무선, 광학 또는 기타 통신 링크를 제외한다. 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 데이터가 영구적으로 저장될 수 있는 매체 및 재기록 가능한 광 디스크 또는 지울 수 있는 메모리 장치와 같이 데이터가 저장되고 나중에 덮어 쓰기 될 수 있는 매체를 포함한다.

다른 특정 단어들 및 구문들에 대한 정의들은 이 특허 문서 전체에 걸쳐 제공된다. 당업자는 대부분의 경우는 아니더라도 많은 경우에, 이러한 정의들이, 이러한 정의된 단어들 및 구문들의 이전 뿐만아니라 앞으로의 사용에도 적용된다는 것을 이해해야 한다.

본 개시 및 그 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음 설명을 참조하며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다:
도 1A는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서를 포함하는 예시적인 진보된 라디오 시스템을 도시한다.
도 1B는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서의 송신기에 의해 사용될 수 있는 예시적인 세 가지 상이한 유형의 PN 시퀀스 포맷을 도시한다.
도 1C는 본 개시의 실시예들에 따른 통신 시스템의 시간-주파수 다중화 방식 내의 예시적인 3D 이미징 센서를 도시한다.
도 1D는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 다중화 방식을 도시한다.
도 2A는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 3D 이미징 센서를 도시한다.
도 2B는 본 개시의 실시예들에 따른 어레이의 예시적인 정면도를 예시한다.
도 3A는 본 개시의 실시예들에 따른 디지털 빔 형성기 회로를 포함하는 예시적인 3D 이미징을 도시한다.
도 3B는 본 개시의 실시예들에 따른 주파수 도메인 PN 시퀀스의 예시적인 MIMO 처리를 도시한다.
도 3C는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 디지털 빔 형성기 회로를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서의 어레이로 신호를 다시 반사하는 예시적인 객체를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 객체 및 구조물을 포함하는 장면의 3D 이미지를 생성하는 방법의 흐름도를 도시한다.

이하에서 논의되는, 본 특허 문서에서 본 개시의 원리를 설명하기 위해 사용된 도 1A 내지 도 5 및 다양한 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시의 범위를 제한하는 방식으로 해석되어서는 안된다. 당업자는 본 개시의 원리가 임의의 적절하게 배열된 시스템 또는 장치에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

본 개시는 관측 시야(Field of View: FoV) 내 장면의 3D 이미지를 생성하는 3D 이미징 센서를 제공한다. 3D 이미징 센서는 장면의 다양한 객체에 의해 반사되거나 후방 산란되는(backscattered) 송신 신호를 생성한다. 반사되거나 후방 산란되는 신호는 3D 이미징 센서에 의해 수신 및 처리되어, 3D 이미징 센서에 대해(with respect to) 관측 시야에 있는 객체 및 구조체를 포함하는 장면의 3D 이미지를 생성한다. 3D 이미징 센서는 이미지 형성 알고리즘을 포함하는 계산 이미지(computational image)를 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성한다.

일 실시예에서, 3D 이미징 센서는 트랜시버(XCVR) 회로에 결합된 디지털 이미징 모듈을 포함하며, 트랜시버(XCVR) 회로는 어레이에 결합되는데, 상기 어레이는 하나 이상의 에너지 방출기(emitter) 요소 및 하나 이상의 에너지 검출기(detector) 요소를 갖는다.

이러한 실시예에서, 어레이는 상기 어레이 요소의 위치를 정의하는 (x, y) 좌표를 갖는 각각의 어레이 요소(예: 에너지 방출기 및 에너지 검출기 요소)를 갖는 2D 어레이이다.

3D 이미징 센서에는 디지털 이미징 모듈에서 시작해서 트랜시버 회로를 거쳐 어레이로 연장되는 송신 경로와 어레이에서 시작해서 트랜시버 회로를 거쳐 디지털 이미징 회로로 연장되는 수신 경로를 가진다.

본 개시의 3D 이미징 센서는 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 의해 방출되는 송신 신호를 생성한다. 3D 이미징 센서는 3D 이미징 센서의 관측 시야 (FoV) 내에 있는 장면의 객체, 구조물 또는 항목(items)에서 반사되거나 후방 산란 된 송신 신호를 검출하여 디지털 빔 형성 동작 및 하나 이상의 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성하도록 한다. 3D 이미징 센서에 의해 송신된 에너지를 반사하는 객체, 구조물 또는 기타 항목은 조명된다(illuminated)라고 한다.

따라서, 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV) 내에 있는, 송신 신호가 반사되는 객체는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명된다. 관측 시야(FoV)는 공간의 일부인데, 그 공간 내에는 객체, 구조물 또는 항목이 위치되므로 관측 시야(FoV)는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명될 수 있다. 그러나 관측 시야(FoV) 내의 객체는 관측 시야(FoV)의 다른 객체에 의해 가려질 수 있다. 장면은 3D 이미징 센서로 조명될 수 있는 객체, 구조물 및 기타 항목을 포함한다.

본 개시에서, 디지털 이미징 회로 내의 송신 경로는 의사 잡음(pseudo noise: PN) 시퀀스를 생성하기 위한 시퀀스 생성기(sequence generator), 직교 디지털 파형(orthogonal digital waveforms)을 생성하기 위한 파형 생성기(waveform generator) 및 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형(PN-sequence-modulated orthogonal digital waveforms)에 대해 디지털 빔 형성 동작을 수행하기 위한 디지털 송신 빔 형성기(digital transmit beam former)를 포함한다.

송신 경로는 XCVR 회로에서 계속되는데, XCVR 회로는 디지털-아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC) 회로, 에너지 원에 결합된 제1 입력 및 DAC에서 생성된 아날로그 신호를 수신하기 위한 제2 입력을 가지는 변조기를 포함하고, 상기 아날로그 신호는 DAC에 의해 아날로그 신호로 변환된 디지털 빔 형성된 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형(digitally beam formed PN sequence modulated orthogonal digital waveform)을 포함한다.

변조기는 또한 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 결합된, 송신 신호를 제공하는 출력을 가진다. 따라서 송신 신호는 DAC로부터의 아날로그 신호에 의해 변조되는, 에너지 원(energy source)으로부터의 에너지이다. 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이에 의해 방출되는 송신 신호는 본 개시의 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV)에 있는 장면, 즉, 객체, 구조물 또는 기타 항목을 조명하게 한다. 장면을 조명하게 하는 송신 신호는 주파수 변환, 시간 지연 및 다양한 위상 편이(shifts)로 인해 결과적인 위상 편이를 겪는다.

에너지 검출기 회로는 어레이의 에너지 검출기 요소에 결합된다. 에너지 검출기 회로의 출력은 수신된 반사 신호로부터 기저 대역 신호를 획득하는 것을 목적으로 하는 복조기(미도시)에 결합된다.

에너지 검출 및 복조 동작은 하나의 모듈 및/또는 회로, 한 세트의 회로에서 수행될 수 있거나 두 개의 개별 회로 또는 회로들로 구현될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다. 복조기의 출력은 수신된 기저 대역 신호를 제공한다. 따라서 수신된 기저 대역 신호는 수신된 디지털 신호를 제공하기 위해 아날로그 디지털 변환기(analog to digital: ADC)에 인가(applied to)된다. 수신 경로는 디지털 이미징 회로로 계속되는데, 디지털 이미징 회로는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면(즉, 객체, 구조물 및 기타 항목)의 3D 이미지를 생성하기 위해 수신된 디지털 신호를 처리하는 코히어런트 검출기(coherent detector)(즉, 상관 검출기(correlation detector))에 연결된 계산 이미징 회로(computational imaging circuit)를 포함한다.

계산 이미징 회로는 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면에서 후방 산란되거나 반사되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 줄이거나 실질적으로 제거하는, 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 수행하고, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호의 반사 밀도의 2D 고속 푸리에 변환(2D fast Fourier transform: FFT)을 사용하여 장면의 3D 이미지를 생성한다.

결과적인 위상 편이는 조명되는 장면과 어레이 사이의 상대 속도의 결과이기도 하다. 또한 객체, 구조물 또는 기타 항목의 다양한 목표 지점에서 이러한 신호가 겪은 반사 및 후방 산란의 유형은 환경 조건과 조명되는 장면의 객체 및 구조물의 목표물의 상대적인 표면 평탄성(smotheness of surface) 때문일 수 있다. 상기 언급된 인자의 전부 또는 일부는 관측 시야의 장면으로부터 반사되고, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이의 원인이 될 수 있다. 본 개시에서 "속도(speed)"와 "속도(velocity)"라는 용어는 혼용되어 사용된다.

디지털 이미징 회로는 이미지 형성 알고리즘과 같은 계산 이미징 동작을 수행하여 목표물 반사율(target reflectivity)을 결정하는데, 목표물 반사율은 목표물에서 반사되는 신호(예: 목표물에 부대하는(incident to) 전자기 또는 광학 신호)의 일부이다. 따라서 디지털 이미징 회로는 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 좌표(x, y, r)를 갖는 복셀(voxels)(예: 볼륨 픽셀)을 계산하여 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면의 3D 이미지를 생성한다. (x, y, r) 좌표는 반사율 밀도(

)의 2D FFT를 사용하여 계산되며, 이는 극소 체적(infinitesimal volume)

당 (객체의 목표 지점에서) 반사되거나 후방 산란되는 신호이다. 따라서 목표물의 반사율 밀도는 아래에서 설명하는 것처럼 세 가지 변수

의 함수로 모델링된다.

이미지 형성 알고리즘은 또한 장면의 객체, 구조체 또는 기타 항목에 의해 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호에 의해 겪는 결과적인 위상 편이를 조정한다. 조정은 송신 신호가 어레이의 에너지 방출 요소에 의해 장면으로 방출된 후 장면에 의해 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 줄이거나 현저히 제거한다. 이후, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신된다.

또한, 각각의 (x, y) 좌표 세트와 연관된 좌표(r)의 값은 3D 이미징 센서에 의해 송신된 신호가 반사되는 목표물의 반사율 밀도의 2D FFT를 수행하는 이미지 형성 알고리즘에 의해 계산된다. 따라서 특정 (x, y) 좌표의 계산된 r의 각 값, 즉,

에 대해 대응하는 복셀

은 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 계산되어 장면의 3D 이미지를 생성할 수 있다.

좌표(r)은 좌표 (x, y)를 갖는, 대응하는 에너지 검출기 요소(반사된 송신 신호를 검출하는 요소)와 어레이에 의해 방출되는 송신 신호에 의해 조명되는 장면의 목표 지점 사이의 거리를 나타낸다. 송신된 신호는 목표 지점에 의해 반사된 (또는 후방 산란된) 다음 (x, y) 좌표를 갖는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된다.

특정 좌표 세트에 대해, 본 개시의 3D 이미징 센서는 조명되는 장면의 3D 이미지를 생성하는 과정에서 r (

)의 서로 다른 값에 대한 r 값을 계산한다. 따라서, 결과적으로 복셀은 좌표

를 가지며, 여기서 N은 1 이상의 정수이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "결합하다(couple)"는 센서의 한 부분에서 센서의 다른 부분으로 또는 센서의 외부 시스템의 다른 부분으로의 신호 또는 정보의 흐름을 용이하게 하는 경로(도파관(waveguide), 광섬유 경로를 포함함), 매체, 장치(들), 장비, 전기 또는 전자 부품, 모듈, 또는 이들의 임의의 조합의 배열을 나타낸다. 일부는 "원점(origin point)"이 될 수 있고 다른 부분은 "목적지(destination point)"가 될 수 있다. 경로는 실제 물리적 경로(예: 전기, 전자, 광학, 전자기, 도파관 경로)이거나 특정 메모리 위치에 저장된 정보를 직접 또는 간접 주소 지정에 의해 검색할 수 있는 데이터 구조를 통해 구현된 논리적 경로일 수 있다.

두 지점 사이의 "직접 결합", 또는 서로 "직접적으로 결합"된 지점은 신호 경로에 존재하는, 첫 번째 지점에서 두 번째 지점으로 또는 원점에서 목적지로 이동하는 신호의 특성에 현저히 영향을 미치는 간섭 시스템이나 장비 또는 기타 장애물이 존재하지 않음을 의미한다.

본 개시의 다른 실시예에서, 3D 이미징 센서는 송신기, 수신기 및 송신기 및 수신기에 결합된 어레이를 포함하고, 상기 어레이는 하나 이상의 에너지 방출기 요소 및 에너지 검출기 요소를 가지며, 여기서 어레이는 송신기에 의해 생성된 송신 신호를 방출하도록 구성된다.

이러한 실시예에서, 송신 신호는 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output: MIMO) 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스(processed frequency domain PN sequence)에 의해 변조된 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형(digitally beam formed orthogonal digital waveform)을 포함하고, 상기 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형은 아날로그 파형 신호로 변환되고, 에너지 원을 변조하여 변조된 신호(즉, 변조된 에너지)를 생성하는데, 이는 이후에 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 인가되는 송신 신호를 획득하기 위해 아날로그 빔 형성된다.

아날로그 빔 형성의 동작은 특정 위상을 요소에 제공하기 위해 어레이의 요소에 신호를 직접 인가하는 것을 포함한다. 해당 요소의 위상은 신호(예: 전압, 전류)가 더 이상 인가되지 않을 때까지 변경되지 않는다.

이 실시예를 계속하면, 수신기는 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 포함하는 계산 이미징을 사용하여 동작을 수행하여 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면의 3D 이미지를 생성하도록 구성된다. 이미지 형성 알고리즘은 3D 이미징 센서에서 송신되고, 장면에서 반사되거나 후방 산란되는 신호가 겪는 결과적인 위상 편이를 우선 조정한다. 또한, 이미지 형성 알고리즘은 (장면으로부터) 반사된 신호의 반사율 밀도의 2D FFT를 수행하여 장면의 3D 이미지를 생성한다.

도 1A는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서(100)를 포함하는 예시적인 진보된 라디오 시스템(예: 진보된 통신 시스템)을 도시한다. 도 1A에 도시된 3D 이미징 센서(100)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 1A는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 진보된 라디오 시스템은 신호를 송수신하고 3D 및/또는 2D를 사용하여 감지 기능을 수행하는 전자 장치일 수 있다. 도 1A는 본 개시의 범위를 전자 장치의 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 1A을 참조하면, 본 개시는 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 객체의 3D 이미지를 생성하는 3차원(3D) 이미징 센서(100)(예: 전자 장치)를 포함하는 진보된 라디오 시스템을 제공한다. 도시된 객체(들)는 방출기/검출기 어레이(106)로부터 장면까지의 특정 거리를 의미하는 필드에 있는 것으로 가정된다. 3D 이미징 센서는 트랜시버(XCVR)(104)에 결합된 디지털 이미징 회로(102)를 포함하며, 트랜시버(XCVR)는 하나 이상의 에너지 방출기 요소 및 하나 이상의 에너지 검출기 요소를 갖는 어레이(106)에 결합된다. 3D 이미징 센서(100)는 디지털 이미징 회로(102)에서 시작하여 트랜시버 회로(104)를 거쳐 어레이(106)로 연장되는 송신 경로 및 어레이(106)에서 시작하여 트랜시버 회로(104)를 거쳐 디지털 이미징 회로(102)로 연장되는 수신 경로를 가진다.

3D 이미징 센서는 어레이(106)의 에너지 방출기 요소(도 1A에 도시되지 않음)에 의해 방출되는 송신 신호를 생성한다. 그런 다음 3D 이미징 센서는 관측 시야(FOV) 내의 객체로부터 반사된 송신 신호를 검출하여, 반사된 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 조정하는 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 객체의 3D 이미지를 생성한다.

이미지 형성 알고리즘은 반사된 송신 신호의 반사율 밀도에 대해 2D FFT 동작을 수행하여 객체의 3D 이미지를 생성한다. 조정은 반사되거나 후방 산란되는 송신 신호가 겪은, 도플러로 인한 위상 편이, 시간 지연 편이 또는 주파수 편이 중 적어도 하나에 영향을 준다. 따라서, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호는 시간 지연, 주파수 편이 및 기타 위상 편이의 조합으로부터 결과적인 위상 편이를 겪는다.

일 실시예에서, 디지털 이미징 회로(102) 내의 송신 경로는 PN 시퀀스를 생성하기 위한 시퀀스 생성기(102A), 직교 디지털 파형(예: 직교 주파수 분할 다중화(OFDM))을 생성하기 위한 파형 생성기(102B) 및 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형에 대해 디지털 빔 형성 동작을 수행하기 위한 디지털 송신 빔 형성기(102C)를 포함한다. 파형 생성기(102B)의 일 실시예에서, 신호는 적어도 하나의 CAZAC 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform: DFT) 확산 OFDM에 기초한 다상 코딩으로 생성된다. 그러한 실시예에서, 신호는 다상 시퀀스를 포함한다. 디지털 빔 형성된 PN 시퀀스 변조 직교 디지털 파형은 디지털-아날로그 변환기(digital to analog converter: DAC)에 인가된다.

계속해서 도 1A를 참고하면, 송신 경로는 DAC(104B) 및 변조기(104C)를 포함하는 트랜시버(XCVR)(104)에서 계속되는데, 여기서 변조기(104C)는 에너지 원(104A)에 결합된 제1 입력 및 DAC(104B)로부터 아날로그 신호를 수신하기 위한 제2 입력을 가지며, 아날로그 신호는 아날로그 신호로 변환된 PN 시퀀스 변조된 직교 디지털 파형을 포함한다. 변조기(104C)는 또한 어레이(106)의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 결합된, 송신 신호를 제공하는 출력을 가진다. 송신 신호는 아날로그 신호에 따라 변조된 에너지(즉, DAC(104B)에 의해 아날로그 신호로 변환된 PN 시퀀스 변조된 직교 디지털 파형)이다.

일 실시예에서, 트랜시버(104)의 수신 경로는 어레이(106)의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된 에너지를 수신하고 합산하도록 구성된 에너지 검출기 회로(104E)를 포함한다. 상세하게, 수신 경로는 본 개시의 3D 이미징 센서의 관측 시야(FoV)의 객체로부터 반사된 (또는 후방 산란 된) 송신 경로로부터 송신된 에너지를 검출한다. 객체는 도 1A의 3D 이미징 프로세서(100)로부터 멀리 떨어져 있다.

에너지 검출기 회로(104E)는 어레이(106)(예: 방출 요소)의 에너지 검출기 요소(미도시)에 결합된다. 에너지 검출기 회로(104E)는 또한 수신된 신호를 기저 대역 신호로 복조하는 동작을 수행한다. 에너지 검출기 회로(104E)의 출력은 수신된 기저 대역 신호이며, 이는 수신된 기저 대역 디지털 신호를 디지털 이미지 회로(102)에 제공하기 위해 아날로그-디지털 변환기(ADC)(104D)에 인가된다. 수신 경로는 디지털 이미지 회로(102)로 계속되는데, 디지털 이미지 회로(102)는 객체의 3D 이미지를 생성하는데 사용되는 볼륨 픽셀(복셀)의 좌표를 검출하는 코히어런트 검출기(102D)(즉, 상관 검출기)에 결합된 계산 이미징 회로(102E)를 포함한다. 일 실시예에서, 계산 이미징 회로(102E)는 신호를 계산 이미지로 변환한다. 일 실시예에서, 코히어런트 검출기(102D)는 코히어런트 검출을 계산 이미지에 적용함으로써 3D 이미지를 생성한다.

계산 이미징 회로(102E)는 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 수행하여 3D 이미징 센서의 송신기에 의해 원래 송신된 수신 신호가 겪은 위상 편이(또는 결과적인 위상 편이)를 조정한다. 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘은 반사된 신호의 반사율 밀도를 사용하여 본 개시의 3D 이미징 프로세서의 송신기에 의해 조명되는 관측 시야 내의 객체의 3D 이미지를 생성한다.

추적 회로(108A) 및 후처리 회로(108B)를 포함하는 회로(108)를 포함하여 도 1A에 도시된 모든 회로 및/또는 모듈은 프로세서(110)에 의해 제어, 지시 또는 기타 동작된다는 것을 이해할 수 있다. 후처리 회로(108B)는 획득된 이미지의 품질을 개선하기 위한 동작을 수행한다. 획득된 이미지에서 발견된 모든 왜곡은 본 개시의 이미지 센서에 의해 획득된 3D 이미지의 품질을 개선하기 위해 수정되거나 제거된다.

디지털 이미징 회로(102) 또는 XCVR 회로(104) 내의 임의의 모듈 및/또는 회로는 프로세서(110)의 메모리의 일부일 수 있고, 프로세서는 하나 이상의 회로(102A-E, 104A-E 및 108A-B)에 의해 수행되는 모든 또는 일부 동작을 제어, 수행 또는 지시할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 프로세서(110)는 디지털 신호 프로세서 또는 마이크로 프로세서 또는 둘 모두로 동작할 수 있다. 프로세서(110)는 구성 조건에 따라 도 1B에서 설명한 신호 포맷을 구성할 수 있다. 구성 조건은 목표 거리, 소음 및 간섭 수준 또는 성능 요구 사항일 수 있다.

추적 회로(108A)는 코히어런트 검출기 회로(102D)에 의해 검출된 목표물들을 위한 저장 유닛으로서 기능을 하는데, 도 1A의 코히어런트 검출기 회로(102D)(또는 도 2의 회로(242, 244 및 246))의 출력은 CFAR(constant false-alarm rate) 기준에 기초하여 설정될 수 있는 임계값과 비교된다. CFAR 기준에 따라, 임계값은 신호 통계; 일반적으로 신호가 통과하는 채널의 평균 및 분산을 기초로 결정된다. 동일한 이미지의 다양한 버전 및 획득된 이미지는 필요한 경우 더 처리될 수 있다. 후처리 회로(108B)는 복조된 기저 대역 신호의 품질 또는 디지털 회로(102)로부터 생성된 이미지의 품질을 모니터링하여 개선된 신호 품질을 얻기 위해 수행되는 처리 유형이 조정되어야 하는지 여부를 결정한다.

예를 들어, 후처리 회로(108B)는 다른 3D 이미징 센서로부터의 신호를 포함하여 다른 신호로부터의 간섭이 발생했을 때 검출하도록 설계 및 구성될 수 있다. 간섭이 후처리 회로(108B)에 의해 검출될 때, 프로세서(110)는 시퀀스 생성기(102A)가 상이한 유형의 시퀀스 또는 상이한 유형의 시퀀스 조합을 생성하여 3D 이미징 센서의 서로 다른 사용자 간의 간섭 확률을 감소시키도록 동작하거나 유발시킬 수 있다.

예를 들어, 시퀀스 생성기(102A)는 상이한 포맷을 갖는 PN 시퀀스(또는 다른 시퀀스)를 생성하도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 시퀀스는 무작위로 할당되거나 미리 결정된 패턴을 따르거나 측정된 간섭 수준에 따라 적응적으로 변경될 수 있다. 임계값 테스트에 의한 CFAR 검출 후, 레이더 추적 알고리즘이 목표물 추적을 시작한다. 칼만 필터와 같은 잘 알려진 알고리즘은 목표물의 위치 및 속도를 기초로 여러 목표물을 추적하는데 사용된다.

도 1B는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서의 송신기에 의해 사용될 수 있는 예시적인 세 가지 상이한 유형의 PN 시퀀스 포맷(120)를 도시한다. 도 1B에 도시된 세 가지 상이한 유형의 PN 시퀀스 포맷(120)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 1B는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 1C는 본 개시의 실시예들에 따른 통신 시스템의 시간-주파수 다중화 방식 내의 예시적인 3D 이미징 센서(140)를 도시한다. 도 1C에 도시된 3D 이미징 센서(140)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 1C는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 1D는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 다중화 방식(160)을 도시한다. 도 1D에 도시된 다중화 방식(160)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 1D는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다. 도 1D에 도시된 바와 같이, 데이터(예: 수신기로 송신될 사용자 데이트)가 생성되고 적어도 하나의 PN 시퀀스에 의해 다중화된다. 전자 장치(도 1A에 도시된 바와 같이, 예: 라디오 시스템)는 적어도 하나의 PN 시퀀스에 의해 다중화된 데이트를 적어도 하나의 송신 빔으로 매핑할 수 있다.

일시적으로 도 1B을 참조하면, PN 시퀀스에 대한 세 가지 상이한 포맷이 도시되어 있다. 포맷은 1개, 2개 또는 3개의 일정한 진폭 제로 자기 상관(constant amplitude zero autocorrelation: CAZAC) 시퀀스 블록과 이어지는(followed by) 보호 시간(guard time)을 도시한다. 상세하게, 포맷 1은 하나의 CAZAC 시퀀스 블록과 이어지는 보호 시간을 가진다. 포맷 2는 두 개의 CAZAC 시퀀스 블록과 이어지는 보호 시간을 가진다. 포맷 3에는 세 개의 CAZAC 시퀀스 블록과 이어지는 보호 시간을 가진다. 시퀀스는 보호 시간 다음에 반복된다. 보호 시간은, 시퀀스 생성기가 (사용되는 포맷에 따라) 하나 이상의 (연속적인) 시퀀스 블록을 송신한 후, 시퀀스 생성기가, 보호 시간이라고 하는 정의된 기간 동안 어떠한 시퀀스 블록도 송신하지 않는 기간을 의미한다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 보호 시간은 선택적인 시간 범위(optional time span)로 추가되어 CAZAC 시퀀스를 생성할 수 있다.

다른 이미지 센서와의 간섭을 줄이거나 제거하기 위해, 프로세서(110)는 (도 1A의) 시퀀스 생성기(102A)가 상이한 포맷의 시퀀스를 사용하도록 할 수 있다. 또한, 본 개시의 3D 이미징 센서의 일반적인 동작은 시퀀스 호핑을 수행하도록 구성될 수 있는데, 시퀀스 호핑에 의하면, 3D 이미징 센서는 항상 동일한 포맷을 사용하지 않거나 동일한 포맷을 연속적으로 사용하지 않는 어떤 방식이나 의사 랜덤 방식으로 상이한 포맷을 생성한다.

다시 도 1A를 참조하면, 프로세서(110)는 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는 하나 또는 다수의 프로세서를 제어하는 마스터 프로세서, 또는 FPGA(field programmable gate arrays), 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC) 또는 기타 유사한 회로로서 구현되거나 그 일부인 프로세서를 포함한다. 또한, 프로세서(110)는 이미지 센서의 일부를 형성하는 회로 기판에 상주할 수 있거나, 프로세서는 도 1의 모듈 및/또는 회로 중 임의의 것을 여전히 작동, 제어 또는 별도로 지시할 수 있는 동안 원격에 위치할 수 있다. 3D 이미징 센서(100)(위에서 논의 됨) 및 이미징 센서(200)(아래에서 논의 됨)와 관련하여 여기에서 언급된 모듈 및/또는 회로의 일부 또는 전부가 프로세서(110)의 이러한 다양한 구현들을 사용하여, 적어도 부분적으로, 구현 가능하다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 2A는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 3D 이미징 센서(200)를 도시한다. 도 2A에 도시된 3D 이미징 센서(200)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 2A는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

이제 도 2A를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시하지는 않았지만, 도 2A의 실시예는 또한 도 1A의 실시예와 유사한 방식으로 프로세서에 의해 작동, 제어 또는 별도로 지시될 수 있다. 즉, 도 2A의 실시예의 프로세서 제어는 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는 하나 또는 복수의 프로세서를 제어하는 마스터 프로세서, 또는 FPGA, ASIC 또는 기타 유사한 회로로 구현되거나 그 일부인 프로세서를 포함한다. 또한, 프로세서는 이미지 센서의 일부를 형성하는 회로 기판에 상주할 수 있거나, 프로세서는 도 2A의 임의의 회로를 여전히 작동, 제어 또는 별도로 지시할 수 있는 동안 원격에 위치할 수 있다.

도 2A의 실시예에서. 3D 이미징 센서(200)는 송신기(회로(202) 내지 회로(224A)를 포함), 수신기(회로(224B) 내지 회로(252) 포함), 송신기 및 수신기에 결합된 어레이(226)를 포함하며, 상기 어레이(226)는 하나 이상의 에너지 방출기 요소 및 하나 이상의 에너지 검출기 요소를 가지는데, 여기서 어레이(226)는 송신기에 의해 생성된 송신 신호를 방출하도록 구성된다.

도 1A의 어레이(106) 뿐만아니라 도 2A의 어레이(226)도 다양한 주파수 대역 (또는 주파수 영역) 및/또는 파장 범위에서 에너지를 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1A의 어레이(106) 또는 도 2A의 어레이(226)는 근적외선(near infrared: NIR)에 속하는 700nm ~ 1400nm의 파장 범위와 단파 적외선(short-wave infrared: SWIR)에 속하는 1400 ~ 3000nm의 파장 범위에서 광 신호를 검출하거나 방출하도록 구성된다. 또한 두 어레이(226 및 106)는 고주파(high frequency: HF) 영역 또는 대역, 초고주파 (very high frequency: VHF) 영역, 울트라 고주파(ultra high frequency: UHF), 슈퍼 고주파(supuer high frequency: SHF) 대역, 극초고주파(extremely high frequency: EHF) 영역 및 테라 헤르츠 (TH) 영역 중 하나에서 전자기 신호를 검출하거나 방출하도록 구성된다. 극고주파(EHF) 영역은 동시의 광대역 통신 및 고해상도 이미징에 특히 적합하다. "주파수 영역" 및 "주파수 대역"이라는 용어는 상호 교환적으로 사용된다.

도 2B는 본 개시의 실시예들에 따른 어레이(250)의 예시적인 정면도를 도시한다. 도 2B에 도시된 어레이(250)의 정면도의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 2B는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

어레이가 4개의 서브 어레이(226A, 226B, 226C, 226D)를 포함하는 어레이(226)의 정면도가 도 2B에 도시된다. 일반적으로, 어레이(226)는 임의의 수의 서브 어레이로 세분될(subdivided) 수 있고, 각각의 서브 어레이는 특정 수의 어레이 요소를 포함한다. 각 서브 어레이는 동일한 수의 어레이 에너지 방출기 요소 및 에너지 검출기 요소를 가질 수 있다. 또한, 특정 서브 어레이는 전체 어레이 내의 상기 서브 어레이의 위치에 따라 다른 수의 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 어레이의 중심 또는 그 근처에 위치한 서브 어레이는 다른 서브 어레이보다 더 많은 어레이 요소를 가질 수 있다.

송신 신호는 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형(digitally beam formed orthogonal digital waveform)(디지털 빔 형성기 TX(216)의 출력)을 포함한다. 디지털 빔이 형성되기 전에, 직교 디지털 파형은 대응하는 역 고속 푸리에 변환 (inverse fast Fourier transform: IFFT) 순환 전치(cyclic prefix: CP) 회로 (214₁,…,214_L)에 결합된 자원 요소(resource element: RE) 매핑 회로(212₁,…., 212_L)의 조합에 의해 생성된다. 또한, 상기 직교 디지털 파형은 MIMO 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스(즉, MIMO 사전 코딩 회로(210)의 출력)에 의해 변조된다.

따라서, 디지털 빔 형성기(216)에 직교 디지털 파형을 인가함으로써 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형이 획득된다. 디지털 빔 형성된 직교 디지털 파형은 DAC(218)에 의해 아날로그 파형으로 변환된다(즉, DAC(218)의 출력에서의 신호). 결과적인 아날로그 파형은 변조기(222)의 입력에 인가되고 에너지 원(220)을 변조(도시된 바와 같이 변조기(222)의 다른 입력에 인가됨)하여 변조된 아날로그 신호가 생성되는데, 변조된 아날로그 신호는, 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 인가되는 송신 신호(아날로그 빔 형성기(224A)의 출력)를 얻기 위해, 아날로그 빔 형성기(224A)에 의해 아날로그 빔 형성된다. 따라서 어레이(226)의 하나 이상의 에너지 방출기 요소는 그들에 인가되는 송신 신호를 방출한다.

(도 1A의 변조기(104C) 뿐만 아니라) 도 2A의 변조기(222)는 이진 위상 편이 변조(binary phase shift keying: BPSK) 변조기, 4상 편이 변조(quadrature phase shift keying: QPSK) 변조기, 온오프 변조(on off keying: OOK) 변조기, 진폭 편이 변조(amplitude shift keying: ASK) 변조기, 주파수 편이 변조(frequency shift keying: FSK) 변조기, 펄스 위치 변조 (pulse position modulation: PPM), 위상 편이 변조(phase shift keying: PSK) 변조기 및 차동 위상 편이 변조 (differential phase shift keying: DPSK) 변조기 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

계속해서 도 2A를 참조하면, 송신 신호의 제조는 시간 도메인 PN 시퀀스(

)을 생성하는 PN 시퀀스 생성기(202)에서 시작하는데, 도 2A에 도시된 바와 같이, 시간 도메인 PN 시퀀스(

)는 이산 푸리에 변환(DFT) 회로(204)를 통해 주파수 도메인 PN 시퀀스(

)로 변환된다.

N은 1 이상의 정수이다. DFT 회로/모듈(204)은 시간 도메인 시퀀스에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 시퀀스를 주파수 도메인 시퀀스로 변환한다. CAZAC 시퀀스로부터 획득된 시간 도메인 PN 시퀀스는 PN 시퀀스 생성기(202)에 의해 생성되는 PN 시퀀스의 일례이다. CAZAC 시퀀스는 일정한 진폭 제로 자기 상관 (constant amplitude zero auto-correlation: CAZAC) 속성을 갖는 PN 시퀀스의 일종이다. CAZAC 시퀀스인 Zadoff-Chu 시퀀스의 u 번째(

) 루트는 다음 방정식과 같다:

여기서,

는 Zadoff-Chu 시퀀스의 길이다. 그런 다음, 주파수 도메인 PN 시퀀스는 MIMO 처리된다.

도 3A는 본 개시의 실시예들에 따른 디지털 빔 형성기 회로를 포함하는 예시적인 3D 이미징(300)을 도시한다. 도 3A에 도시된 3D 이미징(300)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 3A는 본 개시의 범위를 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 3A을 참조하면, MIMO 처리에서 수행되는 동작의 예를 보여주는 그래픽 예시가 도시되어 있다. 본 개시의 MIMO 처리는 코드 워드 매핑으로 지칭되는 제1 동작과 이어지는 레이어 매핑으로 지칭되는 제2 동작과 이어지는 사전 코딩으로 지칭되는 제3 동작을 포함한다. 일 실시예에서, 4-요소 시간 도메인 시퀀스는 도 2A의 PN 시퀀스 생성기(202)와 같은 회로에 의해 생성되는 것으로 가정된다. 시간 도메인 시퀀스는 도 2A의 이산 푸리에 변환(DFT) 회로(204)를 통해 주파수 도메인 시퀀스로 변환된다. 이후 코드 워드 매핑 동작이 주파수 도메인 시퀀스에서 수행된다.

계속해서 도 3A를 참조하면, 코드 워드 매핑의 일 예는 원래 비트 블록의 오류 검사를 위해 (순환 중복 코드 또는 CRC 비트와 같은) 체크섬 비트를 먼저 추가하는 것이다. 그런 다음, 결과 블록은 코드 블록들로 분할(fragmented)될 수 있으며, 각각의 코드 블록은 코더(예 : 1/3 터보 코더)에 의해 처리될 수 있다. 결과적으로 코딩된 블록은 코드 워드로 재조립된다(reassembled). 레이어 매핑 동작을 위해 코드 워드는 추가로 스크램블되고 각각이 레이어인 블록으로 분할된다.

따라서, 도 3A에 도시된 레이어 매핑에 대해, 주파수 도메인 코드 워드가 4개의 요소와 2개의 레이어를 갖는 것으로 도시되어 있다. 도시된 4-요소 시퀀스 블록은 잘 알려진 스크램블링 방식 또는 임의의 스크램블링 방식에 따라 이미 스크램블링되어 있다. 스크램블링은 시퀀스 요소의 시간 순서를 다시 정렬하는 것을 의미한다. 그 다음, 사전 코딩 동작의 일 예가 도 3A에 의해 도시된다.

따라서, MIMO 처리는 주파수 도메인 시퀀스에 대해 먼저 코드 워드 매핑 동작(도 2A의 회로(206) 참조)과 이어지는 레이어 매핑 동작(도 2 및 도 3의 회로 (208) 참조)과 이어지는 MIMO 사전 코딩 동작(도 2 및 3의 회로(210) 참조)을 수행함으로써 수행되는데 여기서는 총괄적으로 MIMO 처리라고 지칭된다. 요약하면, MIMO 처리는 특정 시퀀스 블록 내의 시퀀스 요소를 재배열하고, 시퀀스 블록을 특정 레이어에 할당된 부분으로 분리하여 상이한 레이어에서 특정 동작을 수행한다.

계속해서 도 3A를 참조하면, MIMO 동작이 시퀀스 블록에서 어떻게 수행되는지에 대한 그래픽 묘사가 도시된다. 설명의 명확성을 위해, 하나의 4-요소 시퀀스 블록에 대한 MIMO 동작이 도시된다. 코드 워드 매핑은 시퀀스 블록에 더 많은 요소를 추가하여, 수신기가 송신된 후 수신한 시퀀스 블록에서 오류가 발생했는지 여부를 결정할 수 있도록 도와준다. 코드 워드 매핑 동작은 또한 시퀀스 요소의 스크램블링을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 코드 워드 매핑 동작 하에서 도시된 4-요소 시퀀스 블록은 코드 워드 매핑 동작의 대상으로 가정된다. 나머지 MIMO 동작도 도시된다. 도시된 바와 같이, 레이어 매핑 동작은 시퀀스 요소의 순서가 변경된 후(즉, 시퀀스가 스크램블됨) 시퀀스를 여러 레이어(L, 여기서 L = 2)로 분할한다. 사전 코딩 동작이 이어서 수행되는데, 여기서 특정 동작은 특정 레이어의 시퀀스 요소에 대해 수행되고 다른 레이어에 대해서는 수행되지 않는다.

또한, 사전 코딩 동작은 활성화될(energized) 어레이(226)의 (신호를 송신ㅎ하는 경우) 에너지 방출기 요소 및 (반사 신호를 수신하는 경우) 에너지 검출기 요소의 특정 서브 세트를 결정한다. 논의되는 일 실시예에서, L 개의 사전 코딩 레이어 중 하나에 대해, 스크램블된 시퀀스 요소에 대한 복합 켤레(complex conjugate) 동작이 수행되었다. 다른 레이어의 경우, 시퀀스 요소가 스크램블되었지만 시퀀스 요소는 다른 동작에 대상은 아니었다.

다시 도 2A를 참조하면, 사전 코딩 회로(210)의 출력은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 디지털 파형을 생성할 때 자원 요소(resource element: RE)와 연관된 자원 요소(RE) 매핑 및 직교 파형 생성을 변조하는데 사용된다. OFDM은 도 2A에서 사용될 수 있는 허용 가능한 직교 파형의 일 예이다. 다른 허용 가능한 직교 파형은 CP가 없는(CP-less) OFDM, 필터 뱅크 다중 반송파(filter bank multi-carrier: FMBC) 파형, 일반화된 주파수 분할 다중화(generalized frequency division multiplexing: GFDM) 파형 및 자원 확산 다중 액세스(resource spread multiple access: RSMA) 파형과 같은 직교 또는 의사 직교 파형을 포함한다. 이러한 방식으로 주파수 도메인 MIMO 처리된 PN 시퀀스가 직교 시퀀스를 변조하게 된다.

도시된 바와 같이, 생성된 직교 시퀀스는 잘 알려진 직교 파형(OFDM)이고, 각각의 L 개의 레이어에 대해 RE 매핑(회로

)과 이어지는 순환 프리픽스 IFFT(회로

)가 수행된다. L은 1 이상의 정수이다.

MIMO 처리된 PN 시퀀스 변조된 OFDM 시퀀스는 디지털 빔 형성기(216)에 인가되고, 디지털 빔 형성기는 특정 방향으로 송신 신호를 방출하는데 사용되는 어레이 에너지 방출기 요소와 일치하는 방식으로 위상 조정된 직교 시퀀스 요소를 결합한다. OFDM 파형에 다양한 위상 편이를 적용하는 것 외에도, 디지털 빔 형성기(216)는 조명될, 이미징 센서의 관측 시야(FoV) 내 원하는 목표물에 따라 어레이(226)의 적절한 에너지 방출 요소가 활성화되도록(energized) 동작된다.

각각의 레이어(L)는 어레이(226)의 특정 에너지 방출 요소 또는 특정 에너지 방출 요소 그룹과 연관되어 있음을 알아야 한다. 안테나 어레이는 다중 서브 어레이로 구성되는데, 각각은 서브 어레이의 안테나 요소들 사이의 위상 편이를 갖는 다. 즉, 디지털 빔 형성기(216)는 안테나 서브 어레이에 대응하는 상이한 레이어의 직교 시퀀스 요소 각각에 대해 얼마나 많은 위상 조정이 이루어질 것인지를 선택한다. 이러한 방식으로 어레이의 어떤 특정 에너지 방출기 요소는 다른 요소보다 더 많은 위상 변화를 겪게 될 것이다. DBF TX 회로(216)에 의한 이러한 위상 매핑은 어레이(226)의 관측 시야(FoV)의 특정 영역을 조명하는 빔의 방향, 크기, 형상 및 진폭에 영향을 미칠 수 있다.

DBF TX 회로(216)의 출력은 DAC(218)에 인가되는데, DAC(218)의 출력은 변조기(222)를 통해 에너지 원(220)을 변조한다. 변조기(222)의 출력은 아날로그 빔 형성 회로(224A)에 인가된다. 아날로그 빔 형성 회로(224A)는 레이어(L) 각각의 에너지 방출기 요소 각각에 적용될 에너지의 양을 제어하고, 어레이(226)에 의해 방출되는 각각의 송신 신호에 일정한 위상 오프셋을 제공한다.

도 3B는 본 개시의 실시예들에 따른 주파수 도메인 PN 시퀀스(320)의 예시적인 MIMO 처리를 도시한다. 도 3B에 도시된 주파수 도메인 PN 시퀀스(320)의 MIMO 처리의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 3B는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 3C는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 디지털 빔 형성기 회로(340)를 도시한다. 도 3C에 도시된 디지털 빔 형성기 회로(340)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 3C는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 3B를 참조하면, 디지털 빔 형성기(216)의 보다 상세한 배열 및 디지털 빔 형성기(216)의 배열이 회로(212 및 214)로 구현된 직교 파형 생성기와 어떻게 인터페이스하는지가 도시되어 있다. 또한, 도 3C에는 각 디지털 빔 형성기에 대한 구조가 도시되어 있다. 각각의 빔 형성기는 각각의 빔을 나타내는 B 개의 출력을 가진다. B는 1 이상의 정수이다. 따라서, 각각의 디지털 빔 형성기(

)는 데이터를 출력하여 B 개의 빔을 생성한다. 빔은 도 3C의 디지털 빔 형성기에 도시된 바와 같이 M 개의 상이한 서브 어레이의 요소들의 고유한 조합이다. M은 1 이상의 정수이다. 레이어 매핑 회로(208)에서 생성된 L 개의 레이어에 대응하는 L 개의 디지털 빔 형성기가 있다. L 개의 레이어 각각은 사전 코딩되어 L 개의 사전 코딩된 레이어가 생성되며, 각 레이어는 RE 매핑 회로에 인가되고, RE 매핑 회로의 각 출력은 IFFT/CP 회로에 인가된다. RE 매핑 회로와 IFFT/CP 회로의 각 조합은 특정 OFDM 디지털 파형을 나타낸다. 따라서 도시된 바와 같이, L 개의 RE 매핑 및 IFFT/CP의 조합이 있다.

계속해서, 도 3B 및 도 3C를 참조하면, 각 디지털 빔 형성기의 아키텍처에 대한 면밀한 검토가 이어진다. 도 3C에 도시된 바와 같이, 각각의 디지털 빔 형성기는 각각 M 개의 위상 편이를 포함하는 B 개의 서브 어레이 매핑에 결합된 입력을 가진다. 도 3B에 도시된 바와 같이, L 개의 디지털 빔 형성기가 있다.

따라서 L 개의 디지털 빔 형성기(

) 각각은 M 개의 고유한 위상 편이(즉,

)를 L 개의 레이어에 대한 B 개의 서브 어레이 매핑 각각에 인가하고 이러한 매핑을 고유하게 결합하여 B 개의 빔을 생성한다. 결과적으로 LxB 개의 빔이 있으며, 각 빔은 DAC(

)에 의해 아날로그 신호로 변환된 다음 변조기(

)에 인가된다. 상기 논의한 바와 같이, L은 레이어의 수, B는 빔의 수, M은 서브 어레이 매핑 당 위상 편이(

)수이다. 일반적으로 BxM 값은 어레이의 안테나 요소의 총 수를 초과하지 않는다.

변조기의 출력은 아날로그 빔 형성기(224A)에 인가되고, 그 후 어레이(226)(도 3B에 도시되지 않음)의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 결합된다. 아날로그 빔 형성기(224A)는 어레이(226)의 아날로그 방출기 요소들의 적절한 조합에 적절한 일정한 위상 편이를 적용한다. 따라서, L의 값은 도 2A의 레이어 매핑 회로(208)에 의해 생성된 레이어의 수이다. M 및 B의 값은 도 2B의 어레이(226)에 포함된 에너지 방출기 요소의 수 및 서브 어레이의 수에 의존한다.

OFDM을 사용하는 통신 시스템은 시간과 주파수 모두에서 데이터를 다중화하여 데이터를 송신한다는 점에 유의해야 한다. 따라서 모든 송신은 정의된 기간과 주파수 대역의 교차점에 의해 구체적으로 식별된다(예를 들어, 도 1C 및 도 1D 참고). 본 개시의 도 1A 및 도 2A에 따른 신호의 송신은, 도 1C 및 도 1D에 도시된 OFMA 다중화 통신 시스템에서와 같이, 상기 도 1A, 도 1B, 도 2A, 도 3A, 도 3B 및 도 3C에서 설명된 3D 이미징 센서의 송신기의 송신 신호를 주파수와 시간으로 다중화하는 이러한 OFDM 시스템에서 사용될 수 있다.

송신된 신호는 본 개시 전체에 걸쳐 논의된 바와 같이 이미지 형성 알고리즘의 사용을 통해 장면을 감지하고 그러한 장면의 3D 이미지를 생성하는데 사용되는 PN 시퀀스일 수 있다. PN 시퀀스는 다중화될 수 있고, 연속적인 PN 시퀀스 형성 빔이, 도 1C 및 도 1D에 도시된 통신 시스템의 데이터와 함께 송신될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 송신되는 신호는 다른 유형의 시퀀스와 결합된 PN 시퀀스일 수 있다.

다시 도 2A를 참조하면, 이제 3D 이미징 센서(200)의 수신 경로가 논의된다. 객체로부터 반사된 송신 에너지는 어레이(226)의 에너지 검출기 요소에 의해 수신된다. 3D 이미징 센서(200)에 의해 원래 송신되지 않은 다른 에너지도 어레이(226)에 의해 검출될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다. 일반적으로 어레이(226)의 동작 에너지 대역(즉, 주파수 대역 또는 파장 대역) 내에 있는 에너지는 어레이(226)에 의해 검출되고, 어레이(226)는 이러한 에너지를 아날로그 빔 형성기(analog beam former: ABF)(224B)에 전달한다. 빔 형성기(224B)는 수신된 신호에 일정한 위상 편이를 적용한다. ABF(224B)에 의해 수신된 신호에 적용되는 일정한 위상 편이는 ABF(224A)에 의해 송신 신호에 적용되는 위상 편이와 동일하다.

ABF(224B)에 의해 빔이 형성된 후, 수신된 신호는 에너지 검출기 및 복조기 회로(228)에 인가되는데, 에너지 검출기 및 복조기 회로(228)는 수신된 에너지의 합계를 저장하고, 본 개시의 3D 이미징 센서와 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 장면 사이의 상대 속도(

)를 고려하여 수신된 신호를 기저 대역 신호로 복조한다.

회로(228)는 수신된 신호 에너지 검출 및 복조의 동작을 수행한다. 수신된 신호는 3D 이미징 센서에 의해 송신되어 장면의 객체, 구조물 또는 기타 항목에 의해 반사된 신호일 수 있다. 복조는 주파수(

)을 갖는 로컬 신호를 사용하는데, 주파수는 3D 이미징 센서(200)의 장면을 조명하기 위해 3D 이미징 센서(200)에 의해 송신된 신호의 반송(carrier) 주파수와 동일하다.

로컬 신호가 회로(228)에 인가되는 것으로 도시되지만, 보다 상세히는 상기 로컬 신호는 회로(228)의 복조기 부분에 인가되고 있다. 로컬 신호에 대한 수학적 표현의 변수는 광속 c, 시간을 나타내는 t, 및 본 개시의 이미징 센서에 대해 장면이 이동하는 속도(또는 센서가 장면에 대해 이동하는 속도) v를 포함한다. 회로(228)의 출력은 아날로그 기저 대역 신호이고, 아날로그 기저 대역 신호는 ADC(230)에 의해 디지털 형태로 변환되며, ADC(230)는 상기 디지털 신호를 계산 이미징 회로(232)로 보낸다.

계산 이미징 회로(232)는 장면의 객체, 구조물 또는 항목으로부터 반사되거나 후방 산란되는 송신된 신호(본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 송신됨)가 겪은 결과적인 위상 편이를 조정하기 위한 적어도 하나의 이미지 형성 알고리즘을 수행한다. 이미지 형성 알고리즘은 또한 본 개시의 3D 이미징 센서의 송신기에 의해 (송신 신호로) 조명되는 객체, 구조물 또는 기타 항목의 3D 이미지를 생성하기 위한 복셀을 생성한다. 송신 신호는 객체, 구조물 또는 기타 항목에 의해 반사되거나 후방 산란된다.

도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서(400)의 어레이로 신호를 다시 반사하는 예시적인 객체를 도시한다. 도 4에 도시된 3D 이미징 센서(400)의 어레이로 신호를 다시 반사하는 객체의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 4는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

도 4를 참조하면, 본 개시의 3D 이미징 센서의 어레이(226)로부터 거리 r에 위치하는 객체의 목표물이 도시되어 있으며, 여기서 r = R이다. 설명의 편의를 위해, 3D 이미징 센서에서 송신된 신호(도 4에는 어레이(226)만 도시되어 있음)는, 좌표(ζ, η, R)를 갖는 것으로 도시된 목표물의 한 지점에 의해 반사되고, 어레이(226)로부터 R의 거리만큼 떨어진 곳에 위치한 객체의 r = R이라고 가정하자.

도시되지는 않았지만, 도 4에 도시된 객체에 의해 반사된 (또는 후방 산란된) 신호는 원래 어레이(226)의 하나 이상의 에너지 방출 요소에 의해 방출되어 목표 지점에서 좌표(0, 0, 0)에 위치한 에너지 검출기 요소까지 (도 4의 화살표로 표시된 방향으로) 반사된다는 것을 알 수 있다. x-y-r 데카르트(cartesian) 좌표계가 (3D 이미징 센서의) 어레이(226)에 중첩되고, 어레이(226)가 좌표계에 맞춰 조정되어, 반사된 신호를 수신하는 에너지 검출기 요소 중 하나의 위치가 (0, 0, 0) 지점에 위치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 조명되는 목표물은 x = ζ, y = η 및 r = R 인 위치에 있다. 반사되거나 후방 산란된 에너지를 수신하는 어레이 요소가 에너지를 적절하게 검출할 수 있지만, 신호는 아마도 전체적인 위상 편이(즉, 결과적인 위상 편이)를 겪는데, 전체적인 위상 편이는 본 개시의 3D 이미징 센서에 의한 신호에 귀속되는 적절한 위치에 궁극적으로 영향을 미치는 주파수 변환, 시간 지연 및 기타 잘 알려진 요인으로 인한 것이다.

상세히는, 송신 신호는 시간 지연, 주파수 편이 및 위상 편이를 겪는다. 이러한 다양한 위상 편이, 주파수 편이 및 시간 지연을 고려하지 않으면 결과적인 위상 편이로 인해 결과 복셀이 잘못된 위치로 계산된다. 이로 인해 생성되는 3D 이미지의 잘못된 위치에 복셀(예: 볼륨 픽셀)이 배치된다. 하나 이상의 약간 잘못 배치된 복셀을 가지는 결과 이미지는 불분명하고 흐릿하며 일반적으로 선명하지 않다.

결과적으로, (도 4의) 계산 이미징 회로(232)는 3D 이미지의 각 복셀에 대해 수행되는 필요한 조정(즉, 위상 보정)을 제공하는 이미지 형성 알고리즘을 수행한다. 복셀은 객체로부터 반사되거나 후방 산란되는 신호의 반사율 밀도의 2차원 FFT(회로(234))를 사용하여 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 생성된다. 따라서 이미지 형성 알고리즘은 이러한 반사되거나 후방 산란된 신호가 겪는 결과적인 위상 편이에 대해 위상 조정(또는 위상 보정)을 수행한다.

어레이(226)의 방출기 요소에 의해 방출된 각각의 송신 신호는, 반사되거나 후방 산란된 후, 범위(R)에 따라 결과적인 위상 편이를 겪는다. 범위는 어레이 방출기 요소로부터 조명되는 목표물까지의 거리이다. 따라서, 범위는 송신 신호를 방출하는 어레이 방출기 요소의 위치의 함수이다. 각 송신 신호에 대한 왕복 시간은 코히어런트(coherent) 처리를 사용하여 추정된다. 도 2A에서 볼 수 있는 바와 같이, 송신 신호는 송신된 원래의 PN 시퀀스이고, 이후 반사되고 도 2A의 회로(236)를 사용하는 코히어런트 처리의 사용을 통해 검출된다. 왕복 시간은 각 복셀에 대해 범위 값(R)으로 (회로(242, 244 및 246)에 의해) 변환되고, 따라서 각 복셀은 3D 이미지를 생성한다.

2D 어레이 또는 가상 2D 어레이로 동작하는 1D 어레이의 경우, 위치는 (x, y) 좌표계로 표현될 수 있다. 범위(R)는 목표물 위치

로 표현할 수 있는데, 여기서 S는 방출기 요소 위치를 나타낸다.

반사되거나 또는 후방 산란된 송신 신호가 겪는 결과적인 위상 편이 및 이에 따른 반사된 송신 신호에 대한 위상 보정은 다음 공식에 의해 제공된다:

여기서,

는 반사된 송신 신호의 파장이다.

회로(232)에 의해 수행되는 계산 이미징은

를 사용하여 값이 계산되는 위상 보정을 적용한다. 위상 보정은 송신 신호가 겪는 결과적인 위상 편이의 역이다. 여러 요인이 각 송신 신호가 겪는 결과적인 위상 편이에 기여한다. 예를 들어, 결과적인 위상 편이는 송신 신호가 겪은 주파수 변환, 시간 지연 및 실제 위상 편이 중 하나 또는 임의의 조합의 결과일 수 있다.

의 계산은 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 객체가 어레이의 "원거리"에 위치할 때 단순화된다. 이하 설명 하겠지만, "원거리" 목표물은 특정 요구 사항을 충족하는 거리(r)에 위치한다. 설명의 편의를 위해, 송신 및 수신 어레이가 동일하다고 가정하지만 이것이 이미지 형성 알고리즘에 대한 요구 사항은 아니다. 송신 및 수신 어레이의 기하학적 구조가 알려져있는 한, 이 "원거리" 계산은 같은 위치에 있거나 같은 위치에 있지 않은 송신-수신 어레이에도 사용할 수 있다.

도 4에서, 객체 및 어레이(226)에 대한 신호의 반사가 도시된다. 설명의 편의를 위해, 반사 에너지가 (0, 0, 0)에 위치한 에너지 검출기 요소에 의해 검출된다고 가정하자. 도시된 바와 같이 목표 지점이 특정 시점(t)에서 위치

에 위치하고, r 방향으로 상대 속도(v)로 이동하고 있다고 하자.

목표 지점의 반사율 밀도는

로 모델링 할 수 있다. 반사율 밀도는 극소 볼륨(infinitesimal volume)(

) 당 목표 지점으로부터의 신호의 반사다. 따라서 반사율 밀도는 객체 목표 지점이 위치한 전체 3D 영역이다. 목표 지점 주변 영역의 모든 반사에 대한 반사율 밀도를 계산하기 위해, 목표 지점이 차지하는 볼륨의 모든 반사 신호의 삼중 또는 3D 적분이 수행된다. 송신 신호(어레이(226)를 갖는 3D 이미징 센서의 송신기에서 시작됨)는

로 모델링되며, 여기서

는 송신 신호의 반송 주파수이고,

는 상수 위상 오프셋이고

는 송신 신호의 지속 시간이다.

설명의 단순화와 더 간단한 유도를 위해, 상수 위상 오프셋

은 0과 같다(즉,

= 0)고 가정한다.

특정 시점(t)에 대한

에 위치한 목표물로부터의 반환 신호는 다음과 같이 구한다:

[수식 1]

여기서

은 어레이(226)에서 목표물까지의 거리이다. 따라서 r에 대한 위의 방정식에서 볼 수 있듯이, r은 여러 변수(

포함)의 함수, 즉 송신기 요소 좌표와 목표점 좌표의 함수이다.

인 원거리에서, r은

로 근사될 수 있고, c는 광속이다. 따라서, "원거리"는 거리(R)가 다음 관계식을 만족한다는 것을 의미한다:

수식 1은 다음과 같이 쓸 수 있다:

이는 반사율 밀도(

)의 푸리에 변환의 스케일링된 버전이다.

즉,

[수식 2]

P는 반사율 밀도의 푸리에 변환에 대한 표기법이고 λ는 신호의 파장이다. 따라서, 수식 2와 같이, 수신된 신호를 (도 2A의 회로(228)를 사용하여) 복조하고, (도 2A의 곱셈기(232A)를 가지는 회로(232)를 사용하여) 수신된 신호(즉, 후방 산란되거나 반사된 신호)를

곱하여 범위(R)를 가지는 반사된(또는 후방 산란된) 신호에 위상 조정을 하고, 수신된 신호의 2D 푸리에 변환을 취하여 복셀을 생성함으로써, 원거리에 있는 객체의 특정 목표 지점에 대한, 거리(R)에서의 이미지가 획득될 수 있다.

다시 도 2A를 참조하면, 회로(232)의 출력은 2D FFT 회로(234)에 결합되는데, 2D FFT 회로는 수식 2의 이중 적분에 기초하여 2-차원 FFT 연산을 수행한다. 회로(234)의 출력은 본 개시의 3D 이미징 센서의 수신기 경로의 곱셈기(236)에 결합된다. 회로(236)는 범위(R)(즉, r = R 인 거리)를 결정하기 위한 상관 수신기의 일부이다. 회로(232)는 어레이(226)의 하나 이상의 에너지 검출기 요소에 의해 수신되는, 반사된 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이에 대한 적절한 조정을 수행한다. 반사되어 수신된 송신 신호에 대한 조정은, 이러한 반사된 (또는 후방 산란된) 신호가 겪은 결과적인 위상 편이를 적어도 감소시키거나 제거한다.

회로(232)의 출력은, 상기 시간 도메인 수신된 신호를 주파수 도메인으로 변환하는 2D FFT 회로(234)로 전송되고, 상기 수신된 신호의 주파수 도메인 코히어런트 검출은, 룩업 테이블(252)에 미리 저장된 시간 도메인 시퀀스를, DFT 회로(240)에 의해 주파수 도메인 시퀀스로 변환하는 방법으로 한다. 룩업 테이블(252)의 시간 도메인 시퀀스는 관측 시야(FoV)의 객체로부터 반사되는 (또는 후방 산란되는) 송신 신호를 구성하는데 사용되는 동일한 시간 도메인 시퀀스이다.

켤레 복소수 회로(complex conjugate circuit: 238)는 DFT 회로(240)로부터의 시퀀스의 주파수 도메인 버전에 대해 켤레 복소수 연산을 수행하고, 코히어런트 검출은 곱셈기(236)(두 개의 주파수 도메인 시퀀스를 곱함)를 사용하여 한다. 이후, 곱셈기(236)의 출력은 IFFT 회로(242)에 의해 시간 도메인으로 변환되고 수신된 송신 신호에 대한 범위(R)의 크기 또는 (R)의 제곱 크기(예: 회로(244))를 획득하고, 반사된 (또는 후방 산란된) 송신 신호를 수신하는 에너지 검출기 어레이 요소의(x, y) 좌표에 대한 조정을 한다.

검출된 신호의 크기는 이후에 임계 회로(246)에 의한 임계값과 비교되어 수신된 신호로부터 객체에 대한 반사율 밀도 및 범위 값(r)(예: r = R)을 결정한다. 임계값은 오탐지(false positive) 이미지를 방지하기 객체의 오경보 확률이 통계적으로 유지되도록 설정된다. 따라서 송신 지점으로부터의 위치(x, y 좌표) 및 거리(r)를 알고 있다.

추적 회로(250)는 회로(242, 244, 246)에 의해 검출된 목표물에 대한 저장 장치로서 기능을 하며, 여기서 임계값은 CFAR(constant false-alarm rate) 기준 및 획득된 이미지를 기초하여 설정될 수 있으며, 필요한 경우 추가 처리를 위해 다양한 버전의 동일한 이미지가 저장될 수 있다. 후처리 회로(post processing circuit: 248)는 계산 이미징 회로(232)로부터 복조된 기저 대역 신호의 품질을 모니터링하여 개선된 신호 품질을 얻기 위해 수행되는 처리 유형이 조정되어야 하는지 여부를 결정한다.

일 예에서, 후처리 회로(248)는 다른 3D 이미징 센서로부터의 신호를 포함하는 다른 신호로부터의 간섭이 발생할 때 검출하도록 설계 및 구성될 수 있다. 간섭이 후처리 회로(248)에 의해 검출될 때, 도 2A의 3D 이미징 센서를 제어, 동작 또는 기타 지시하는 프로세서(도 2A에 도시되지 않음)는 시퀀스 생성기(202)가 상이한 유형의 시퀀스 또는 상이한 유형의 시퀀스 조합을 생성하여 3D 이미징 센서의 서로 다른 사용자 간의 간섭 확률을 감소시키도록 동작하거나 유발시킬 수 있다.

일 예에서, 시퀀스 생성기(202)는 상이한 포맷을 갖는 PN 시퀀스(또는 다른 시퀀스)를 생성하도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 시퀀스는 무작위로 할당되거나 미리 결정된 패턴을 따르거나 측정된 간섭 수준에 따라 적응적으로 변경될 수 있다.

도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 객체 및 구조물을 포함하는 장면의 3D 이미지를 생성하기 위한 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 도 5에 도시된 방법(500)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 도 5는 본 개시의 범위를 특정 구현으로 제한하지 않는다.

이제 도 5를 참조하면, 도 5에는 본 개시의 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 흐름도는 본 개시의 3D 이미징 센서의 단계가 도 1A 및 도 2A에 도시된 다양한 회로 및 모듈에 의해 어떻게 수행되는지를 나타낸다. 비록 도 2A는 도 1A에 도시된 프로세서를 도시하지 않지만, 도 2A의 실시예는 도시된 회로 및/또는 모듈 및 어레이뿐만 아니라 도 1A의 프로세서(110)와 구성이 유사한 프로세서도 포함한다는 것은 쉽게 이해된다. 도 2A의 프로세서(미도시)는 도 2A의 3D 이미징 센서의 다양한 모듈, 회로 및 어레이(226)의 동작을 제어, 동작 또는 지시할 수 있다. 프로세서(110)는 구성 조건에 따라 도 1B에서 설명한 신호 포맷을 구성할 수 있다. 구성 조건은 목표 거리, 소음 및 간섭 수준 또는 성능 요구사항일 수 있다.

유사하게, 도 1A의 프로세서(110)는 도 1A의 3D 이미징 센서의 다양한 회로 및/또는 모듈, 회로 및 어레이(106)의 동작을 제어, 동작 또는 지시할 수 있다. 도 5의 방법에서 수행되는 단계는 도 1A 또는 도 2A에서 도시된 프로세서, 회로 및/또는 모듈 또는 프로세서와 모듈과 회로의 조합에 의해 수행된다.

본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 수행되는 방법의 단계(500)에서, PN 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형이 생성된다. PN 시퀀스 생성기 회로(202)는 PN 시퀀스에 대한 다양한 포맷을 저장하고 있다. PN 시퀀스의 한 예는 위에서 논의한 Zadoff-Chu 시퀀스이다. Zadoff-Chu 시퀀스는 일정한 진폭의 제로 자기 상관(CAZAC) 유형의 시퀀스이며 Zadoff-Chu 시퀀스의 다양한 포맷은 도 2A 또는 도 1A의 시퀀스 생성기(202, 102A)에 저장될 수 있다. 도 1A 및 도 2A의 Zadoff-Chu 시퀀스 생성기 회로는 시간 도메인 시퀀스를 저장하고 있다.

시간 도메인 시퀀스의 이산 푸리에 변환(DFT)이 수행되어 주파수 도메인 PN 시퀀스를 생성한다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 시간 도메인 PN(202)의 출력은 DFT 동작을 수행하기 위한 DFT 회로(204)에 인가되어 주파수 도메인 PN 시퀀스가 생성된다.

DFT(204)의 출력은 MIMO 처리 회로에 인가된다. MIMO 처리 동작은 코드 워드 매핑(회로(206))과 이어지는 레이어 매핑(회로(208))과 이어지는 사전 코딩(회로(210))을 포함한다. 따라서 회로(210)의 출력은 PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형이다.

단계(502)에서, PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형이 직교 시퀀스 생성기에 인가된다. 도 2A에 도시된 직교 시퀀스 생성기는 OFDM 시퀀스 생성기이다. OFDM 시퀀스 생성기는 도 2A에 도시된 바와 같이 IFFT/CP 회로(

)에 결합된 RE 매핑 회로(

)를 포함한다. 다양한 다른 유형의 직교 디지털 시퀀스 생성기 또는 의사 직교 시퀀스 생성기가 위에서 논의된 바와 같이 사용될 수 있다.

일 예에서, 이러한 직교 디지털 파형 생성기는 직교 CP-없는 OFDM, 필터 뱅크 다중 반송파(filter bank multi-carrier: FBMC) 파형 생성기, 일반화된 주파수 분할 다중화(generalized frequency division multiplexing: GFDM) 파형 생성기 및 자원 확산 다중 액세스(resource spread multiple access: RSMA) 파형 생성기를 포함한다.

생성된 직교 디지털 파형은 MIMO 처리 출력(즉, 도 2A의 사전 코딩 회로(210)의 출력)으로부터의 PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형에 의해 변조되고, 이러한 직교 디지털 파형은 디지털 빔 형성기(즉, 도 2A의 회로(216))에 인가되어 디지털 빔 형성된 디지털 파형을 생성한다. 다른 실시예에서, MIMO 처리 출력(즉, 도 2A의 사전 코딩 회로(210)의 출력)은 직교 디지털 파형을 사용하지 않고 디지털 빔 형성기 회로(216)에 직접 인가된다. 이 실시예에서, 디지털 빔 형성된 디지털 파형은 직교 시퀀스를 사용하지 않는다.

단계(504)에서, 디지털 빔 형성된 디지털 파형이 변조기(예: 도 2A의 변조기(222) 또는 도 1A의 변조기(104C))의 입력에서 사용된다. 변조기의 다른 입력은 에너지 원에 연결된다. 변조기의 결과 출력은 디지털 빔 형성된 신호에 따라 변조되어 송신 신호를 생성하는, 에너지 원의 에너지이다. 송신 신호는 직교 디지털 파형 구성 요소를 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있다.

일 실시예에서, PN 시퀀스 변조 및 MIMO 처리된 디지털 파형은 직교 디지털 파형 생성기(즉, 직교 시퀀스 생성기)에 먼저 인가되는 대신 디지털 빔 형성기에 직접 인가될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 1A 및 도 2A에서 모두, 디지털 빔 형성된 직교 신호는 변조기에 인가되기 전에 (도 1A의 DAC(104B) 또는 도 2A의 DAC(218)에 의해) 아날로그 신호로 변환된다.

단계(506)에서, 송신 신호는 본 개시의 3D 이미징 센서 어레이의 하나 이상의 에너지 방출기 요소에 의해 방출된다. 송신 신호는 어레이에 의해 방출되기 전에 형성된 아날로그 빔일 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그 빔 형성기는, 방출 전에, 송신 신호에 변하지 않는(non-varying) 위상 편이를 적용한다. 3D 이미징 센서는 방출된 송신 신호 또는 적어도 그 일부가 3D 이미징 센서의 어레이로 다시 후방 산란되거나 반사될 수 있는 장면을 조명할 수 있다. 후방 산란 또는 반사는, 방출된 송신 신호가 충돌하는, 어레이의 관측 시야(FoV)의 객체 또는 구조물 때문이다. 반사된 송신 신호를 수신하는 어레이는 송신 신호를 방출하는데 사용되는 것과 동일한 어레이일 수 있거나, 어레이는 다양한 주파수 대역 또는 파장 범위에서 에너지를 검출하도록 구성된 별도의 어레이일 수 있다.

단계(508)에서, 반사되거나 후방 산란된 송신 신호는 어레이에 의해, 상세히는 어레이의 적어도 하나의 에너지 검출기 요소에 의해 검출된다. 검출 어레이는 송신된 신호를 방출하는데 사용되는 것과 동일한 어레이일 수 있거나 검출 어레이는 에너지 검출기 요소로 구성된 별도의 어레이일 수 있다. 반사된 에너지는 검출될 수 있고 3D 이미징 센서에 의해 형성된 아날로그 빔일 수 있다. 수신 아날로그 빔 형성기는 수신된 반사된 송신 신호에 변하지 않는(non-varying) 위상 편이를 적용한다.

단계(510)에서 수신된 신호는 복조 동작을 통해 기저 대역 신호 형태로 변환 된 후 ADC(예: 도 2A의 ADC(230))에 의해 디지털 신호로 변환된다. 회로(232)는 반사되거나 후방 산란된 송신 신호가 겪은 결과적인 위상 편이에 대한 조정을 수행하고, 회로(234)는 송신된 신호가 반사되거나 후방 산란되는 객체, 구조물 또는 항목의 3D 이미지를 생성한다.

본 개시는 예시적인 실시예로 설명되었지만, 당업자에게 다양한 변경 및 수정이 제안될 수 있다. 본 개시는 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 이러한 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.

본 개시는 임의의 특정 요소, 단계 또는 기능이 청구항의 범위에 포함되어야 하는 필수 요소, 단계 또는 기능임을 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특허받은 주제의 범위는 청구 범위에 의해서만 정의된다. 또한, 청구 범위는 "~하기 위한 수단"이라는 정확한 단어가 분사로 뒤따르지 않는 한, 35 U.S.C. § 112 (f)를 적용하는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

진보된 통신 시스템(advanced communication system)으로서,
프로세서;
상기 프로세서에 동작가능하게 연결된 3차원(3D) 이미징 센서 - 상기 3D 이미징 센서는 디지털 이미징 회로(digital imaging circuit)를 포함하고, 상기 디지털 이미징 회로는 구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(constant amplitude zero autocorrelation: CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform: DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM)에 기초한 다상 코딩(polyphase coding)으로 제1 신호 - 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함함 - 를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하도록 구성됨 -;
상기 디지털 이미징 회로에 동작가능하게 연결된 트랜시버(XCVR) - 상기 XCVR은 상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하고, 상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하도록 구성됨 - ; 및
상기 프로세서 및 상기 XCVR에 동작가능하게 연결된 어레이를 포함하고,
상기 어레이는
적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하고,
관측 시야(field-of-view: FoV)의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하며,
상기 검출된 제2 신호를 복조하고,
상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하도록 구성되고,
상기 디지털 이미징 회로는
상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하고, 상기 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 적어도 하나의 객체를 감지하기 위해 적어도 하나의 의사 잡음(pseudo-noise: PN) 시퀀스를 식별하고;
주파수 및 시간 도메인에서 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 적어도 하나의 송신 빔에 매핑하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
사용자 데이터 생성하고;
상기 사용자 데이터를 송신하기 위한 적어도 하나의 PN 시퀀스를 식별하며;
주파수 및 시간 도메인에서 상기 사용자 데이터에 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 다중화하도록 더 구성되고,
상기 XCVR은
적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스에 의해 다중화되는 상기 사용자 데이터를 송신하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는
다중 입력 다중 출력(multi input multi output: MIMO) 코드 워드(code word)를 이산 푸리에 변환에 의해 변환된 상기 생성된 제1 신호에 매핑하고;
상기 매핑된 제1 신호에 레이어 매핑을 적용하여 적어도 하나의 레이어를 생성하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제4항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하기 전에, 상기 MIMO 코드 워드 매핑된 제1 신호에 디지털 빔포밍을 적용하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제5항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 변조된 제1 신호를 방출하기 전에, 아날로그 빔포밍을 상기 디지털 빔포밍된 제1 신호에 적용하고;
상기 관측 시야의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는, 상기 검출된 제2 신호에 상기 아날로그 빔포밍을 적용하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 디지털 이미징 회로는
상기 변환된 제2 신호에 위상 값(phase value)을 곱하여 위상 편이(phase shift)를 수행하고;
상기 위상 값을 곱한 변환된 제2 신호에 2 차원(2D) 고속 푸리에 변환을 적용하여 상기 적어도 하나의 객체의 3D 이미지를 생성하도록 더 구성되는 진보된 통신 시스템.
진보된 통신 시스템의 방법으로서,
구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 기초한 다상 코딩으로 제1 신호 - 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함함 - 를 생성하는 단계;
상기 생성된 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하는 단계;
상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하는 단계;
상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하는 단계;
적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하는 단계;
관측 시야(field-of-view)의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하는 단계;
상기 검출된 제2 신호를 복조하는 단계;
상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계;
상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하는 단계; 및
상기 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하는 단계
를 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 객체를 감지하기 위한 적어도 하나의 의사 잡음(PN) 시퀀스를 식별하는 단계; 및
주파수 및 시간 도메인에서 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 적어도 하나의 송신 빔에 매핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
사용자 데이터를 생성하는 단계;
상기 사용자 데이터를 송신하기 위한 적어도 하나의 PN 시퀀스를 식별하는 단계;
주파수 및 시간 도메인에서 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 상기 사용자 데이터에 다중화하는 단계; 및
적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스에 의해 다중화 된 상기 사용자 데이터를 송신하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
다중 입력 다중 출력(MIMO) 코드 워드를 상기 이산 푸리에 변환에 의해 변환된 상기 생성된 제1 신호에 매핑하는 단계; 및
상기 매핑된 제1 신호에 레이어 매핑을 적용하여 적어도 하나의 레이어를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하기 전에 상기 MIMO 코드 워드 매핑된 제1 신호에 디지털 빔포밍을 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 변조된 제1 신호를 방출하기 전에 아날로그 빔포밍을 상기 디지털 빔 포밍된 제1 신호에 적용하는 단계; 및
관측 시야의 장면에서 상기 적어도 하나의 객체로부터 반사되는 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 검출된 제2 신호에 상기 아날로그 빔 포밍을 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 변환된 제2 신호에 위상 값을 곱하여 위상 편이를 수행하는 단계; 및
상기 위상 값을 곱한 변환된 제2 신호에 2차원(2D) 고속 푸리에 변환을 적용하여 상기 적어도 하나의 객체의 3D 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
프로그램 코드를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 전자 장치로 하여금
구성 조건에 따라 적어도 하나의 일정한 진폭 제로 자기 상관(CAZAC) 시퀀스를 갖는 이산 푸리에 변환(DFT) 확산 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 기초한 다상 코딩으로 제1 신호 - 상기 제1 신호는 다상 시퀀스를 포함함 - 를 생성하는 단계;
상기 생성된 제1 신호에 디지털 송신 빔포밍을 적용하는 단계;
상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하는 단계;
상기 변환된 제1 신호를 에너지 원으로 변조하는 단계;
적어도 하나의 에너지 방출 요소를 사용하여 상기 변조된 제1 신호를 방출하는 단계;
관측 시야의 장면에서 적어도 하나의 객체로부터 반사된 상기 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 제2 신호를 검출하는 단계;
상기 검출된 제2 신호를 복조하는 단계;
상기 제2 신호를 아날로그에서 디지털로 변환하는 단계;
상기 변환된 제2 신호를 계산 이미지로 변환하는 단계; 및
상기 계산 이미지에 코히어런트 검출을 적용하여 3D 이미지를 생성하는 단계를 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제15항에 있어서,
상기 적어도 하나의 객체를 감지하기 위한 적어도 하나의 의사 잡음(PN) 시퀀스를 식별하는 단계; 및
주파수 및 시간 도메인에서 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 적어도 하나의 송신 빔에 매핑하는 단계를 더 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제15항에 있어서,
사용자 데이터를 생성하는 단계;
상기 사용자 데이터를 송신하기 위한 적어도 하나의 PN 시퀀스를 식별하는 단계;
주파수 및 시간 도메인에서 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스를 사용자 데이터에 다중화하는 단계; 및
적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 적어도 하나의 PN 시퀀스에 의해 다중화 되는 상기 사용자 데이터를 송신하는 단계를 더 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제15항에 있어서,
다중 입력 다중 출력(MIMO) 코드 워드를 이산 푸리에 변환에 의해 변환된 상기 생성된 제1 신호에 매핑하는 단계; 및
상기 매핑된 제1 신호에 레이어 매핑을 적용하여 적어도 하나의 레이어를 생성하는 단계를 더 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제18항에 있어서,
상기 제1 신호를 디지털에서 아날로그로 변환하기 전에 상기 MIMO 코드 워드 매핑된 제1 신호에 디지털 빔포밍을 적용하는 단계;
상기 변조된 제1 신호를 방출하기 전에 아날로그 빔포밍을 상기 디지털 빔포밍된 제1 신호에 적용하는 단계;
상기 관측 시야에서 장면의 적어도 하나의 객체로부터 반사되는, 방출된 제1 신호의 적어도 일부를 포함하는 상기 검출된 제2 신호에 상기 아날로그 빔포밍을 적용하는 단계를 더 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제15항에 있어서,
상기 변환된 제2 신호에 위상 값을 곱하여 위상 편이를 수행하는 단계;
상기 위상 값을 곱한 변환된 제2 신호에 2차원(2D) 고속 푸리에 변환을 적용하여 상기 적어도 하나의 객체의 3D 이미지를 생성하는 단계를 더 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.