KR20220012251A - 멀티-스트림 mimo/빔포밍 레이더 - Google Patents

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KR20220012251A
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orthogonal
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이정아
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오라 인텔리전트 시스템즈, 인크.
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Abstract

개선된 시스템(101, 3500) 및 방법이 제공된다. 개선된된 시스템 및 방법은 송신 안테나 세트 및 수신 안테나 세트를 포함하는 안테나 세트(3526), 디지털 빔포머(3516), 및 상기 안테나 세트 및 상기 디지털 빔포머에 동작 가능하게 연결된 프로세서(225)를 포함하고, 상기 프로세서는, 직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하고, 상기 디지털 빔포머를 통해 제1 빔 세트를 생성하고, 상기 생성된 빔 세트 각각에 상기 직교 MIMO 신호 세트를 매핑하도록 구성된다. 상기 개선된 시스템 및 방법은 상기 프로세서에 동작 가능하게 연결된 트랜시버(210)를 더 포함하고, 상기 트랜시버는 상기 안테나 세트의 상기 송신 안테나 세트를 통해 표적 장면으로 상기 제1 빔 세트에 기초한 제1 신호를 송신하고, 상기 안테나 세트의 상기 수신 안테나 세트를 통해, 상기 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란된 제2 세트의 빔에 기초한 제2 신호를 수신하도록 구성된다.

Description

멀티-스트림 MIMO/빔포밍 레이더
본 개시는 일반적으로 레이더 시스템 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 차세대 레이더 시스템에서 멀티-스트림 MIMO/빔포밍 레이더에 관한 것이다.
자동차 애플리케이션과 같은 고해상도 레이더는 4차원 구면의 하이퍼 복셀 수가 많은 반면, 필요한 프레임 레이트로 인해 측정시간이 제한된다. 아날로그 빔포머를 이용한 위상 배열 빔포밍은 동시에 생성할 수 있는 빔의 수와 동시에 전송할 수 있는 신호의 수로 인해 제한적인 프레임 레이트를 갖는다.
본 개시는 고해상도 레이더를 위한 멀티-스트림 송수신 방식을 제공한다. 본 개시는 고해상도 레이더를 부대역 부호화된 OFDM을 제공한다. 본 개시는 빔 또는 안테나 간의 간섭 없이 빔포밍 모드에서 다중 빔으로 신호를 송수신하거나 MIMO 모드에서 다중 안테나로 신호 송수신을 가능하게 한다. 제공된 실시예는 MxN 배만큼 획득 시간을 감소시키며, 여기서 M은 송신 빔(또는 MIMO 레이어)의 수이고 N은 수신 빔(또는 MIMO 레이어)의 수이다.
일 실시예에서, 개선된 시스템이 제공된다. 개선된 시스템은 송신 안테나 세트 및 수신 안테나 세트를 포함하는 안테나 세트, 디지털 빔포머, 상기 안테나 세트 및 상기 디지털 빔포머에 동작 가능하게 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하고, 상기 디지털 빔포머를 통해 제1 빔 세트를 생성하고, 상기 생성된 빔 세트 각각에 상기 직교 MIMO 신호 세트를 매핑하도록 구성된다. 상기 개선된 시스템은 상기 프로세서에 동작가능하게 연결된 트랜시버를 더 포함하며, 상기 트랜시버는 상기 제1 빔 세트에 기초한 제1 신호를 상기 안테나 세트의 상기 송신 안테나 세트를 통해 표적 장면으로 전송하고, 상기 안테나 세트의 상기 수신 안테나 세트를 통해, 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란된 제2 빔 세트에 기초한 제2 신호를 수신하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 개선된 시스템의 방법이 제공된다. 이 방법은 직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하는 단계, 제1 빔 세트를 생성하는 단계, 상기 직교 MIMO 신호 세트를 상기 생성된 빔 세트 각각에 매핑하는 단계, 상기 제1 빔 세트에 기초하여 제1 신호를 표적 장면으로 전송하는 단계, 및 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란되는 제2 빔 세트에 기초하여 제2 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체가 제공된다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 코드를 포함하며, 이 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때 개선된 시스템이 직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하고, 제1 빔 세트를 생성하고, 상기 직교 MIMO 신호 세트를 상기 생성된 빔 세트 각각에 매핑하고, 상기 제1 빔 세트에 기초하여 제1 신호를 표적 장면으로 송신하고, 상기 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란되는 제 2 빔 세트에 기초하여 제 2 신호를 수신하도록 한다.
다른 기술적 특징들은, 다음 도면, 설명 및 청구범위로부터 당업자에게 용이하게 명백할 수 있다.
아래의 상세한 설명 이전에, 본 특허 문헌 전체에 걸쳐 사용된 특정 단어들 및 문구들의 정의를 설명하는 것이 바람직할 수 있다. "결합"이라는 용어와 그 파생어는 둘 이상의 엘리먼트가 서로 물리적으로 접촉하고 있는지 여부에 관계없이 이들 엘리먼트 간에 어떠한 직접적 또는 간접적 통신을 지칭한다. "송신", "수신" 및 "통신"이라는 용어와 그 파생어들은 직접 및 간접 통신을 모두 포함한다. "포함하다", "포함되다" 및 그 파생어들은 제한의 의미 없는 포함을 의미한다. "또는"이라는 용어는 포괄적이며, 및/또는 을 의미한다. "~와 관련된"이라는 문구 및 그 파생어는 ~을 포함하다, ~ 안에 포함되다, ~와 상호 연결되다, ~을 함유하다, ~안에 함유되다, ~에 또는 ~와 연결되다, ~에 또는 ~와 결합하다, ~와 통신 가능하다, ~와 협력하다, ~에 끼워 넣어지다, ~와 병치되다, ~에 근접하다, ~에 묶이다, ~을 가지다, ~의 속성을 가지다, ~에 또는 ~과 관계를 맺다 등을 의미한다. "컨트롤러"라는 용어는 적어도 하나의 작동을 제어하는 임의의 디바이스, 시스템 또는 그 일부를 의미한다. 이러한 컨트롤러는 하드웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 임의의 특정 컨트롤러와 관련된 기능은 로컬이든 원격이든 중앙 집중화되거나 분산될 수 있다. 어떤 항목들의 목록과 함께 사용되는 "~중 적어도 하나"라는 문구는, 열거된 항목들 중 하나 이상의 서로 다른 조합들이 사용될 수 있으며 그 목록에서 오직 하나의 항목이 요구될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 및 A 및 B 및 C의 조합들을 포함한다.
또한, 이하에서 설명되는 다양한 기능은, 각각이 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드로 형성되고 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 구현되거나 지원될 수 있다. "애플리케이션" 및 "프로그램"이라는 용어는, 적절한 컴퓨터 판독 가능 프로그램으로의 구현에 적합화된, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 컴포넌트, 명령어 세트, 프로시져, 함수, 오브젝트, 클래스, 인스턴스, 관련 데이터 또는 그 일부를 지칭한다. "컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드"라는 문구는 소스 코드, 목적 코드 및 실행 코드를 포함하는 모든 유형의 컴퓨터 코드를 포함한다. "컴퓨터 판독 가능 매체"라는 문구는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 하드 디스크 드라이브, CD(Compact Disc), 디지털 비디오 디스크(DVD) 또는 임의의 기타 유형의 메모리 등의 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 유형의 매체를 포함한다. "비일시적" 컴퓨터 판독 가능 매체는 일시적인 전기 또는 기타 신호를 전송하는 유선, 무선, 광학 또는 기타 통신 링크를 제외한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 데이터가 영구적으로 저장될 수 있는 매체와, 재기록 가능 광 디스크 또는 소거 가능 메모리 디바이스 등과 같이, 데이터가 저장될 수 있고 나중에 덮어쓸 수 있는 매체를 포함한다.
다른 특정 단어들 및 문구들에 대한 정의는 본 특허 문서 전체를 통해 제공된다. 당업자는, 대부분의 경우는 아니더라도 많은 경우에, 이러한 정의들이, 이 정의된 단어들 및 문구들의 과거 및 미래 사용 모두에 적용된다는 것을 이해해야 한다.
본 개시에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 다음 설명을 참조하기로 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 무선 네트워크를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 gNB를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 UE를 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 이미징을 위한 예시적인 2D 가상 안테나 어레이를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따라 방위각에서 더 큰 개구를 합성하는 예시를 도시한다.
도 6은 본 개시에 따라 방위각에서 더 큰 개구를 합성하는 다른 예를 도시한다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적인 자동차 안테나 설계를 도시한다.
도 8은 본 개시에 따른 다른 예시적인 자동차 안테나 설계를 도시한다.
도 9는 본 개시에 따른 예시적인 가상 2D 원형 안테나 어레이를 도시한다.
도 10은 본 개시에 따른 이미징 레이더의 예시적인 자동차 설치를 도시한다.
도 11은 본 개시에 따른 예시적인 건물내 설치 및 공장 자동화를 도시한다.
도 12는 본 개시에 따른 건물내 설치 및 공장 자동화의 다른 예를 도시한다.
도 13은 본 개시에 따른 예시적인 빔포머 조명 원리를 도시한다.
도 14는 본 개시에 따른 예시적인 하이브리드 빔포밍 일반 아키텍처를 도시한다.
도 15는 본 개시에 따른 OFDM 파형을 갖는 예시적인 하이브리드 빔포밍을 도시한다.
도 16은 본 개시에 따른 MIMO OFDM 파형을 갖는 예시적인 하이브리드 빔포밍을 도시한다.
도 17은 본 개시에 따른 가상 안테나 어레이를 사용한 예시적인 빔포밍을 도시한다.
도 18은 본 개시에 따른 예시적인 송신 빔포밍을 도시한다.
도 19는 본 개시에 따른 예시적인 수신 빔포밍을 도시한다.
도 20은 본 개시에 따른 M개의 안테나 어레이를 갖는 예시적인 수신 빔포밍을 도시한다.
도 21은 본 개시에 따른 예시적인 다중-빔 조명 및 스케줄링을 도시한다.
도 22는 본 개시에 따른 예시적인 장치를 도시한다.
도 23은 본 개시에 따른 예시적인 센서 및 애플리케이션 소프트웨어를 도시한다.
도 24는 본 개시에 따른 레이더 파형의 예시적인 프레임 구조를 도시한다.
도 25는 본 개시에 따른 예시적인 이미지 레이더를 도시한다.
도 26은 본 개시에 따른 예시적인 파형 MIMO/빔포밍 레이더 송신을 도시한다.
도 27은 본 개시에 따른 빔포밍 모드에서 예시적인 MIMO/BF 이미징 레이더를 도시한다.
도 28은 본 개시에 따른 예시적인 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리를 도시한다.
도 29는 본 개시에 따른 다른 예시적인 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리를 도시한다.
도 30은 본 개시에 따른 단거리 및 장거리 레이더의 동시 작동의 예를 도시한다.
도 31은 본 개시에 따라 예시적인 범위 종속 이미징 동작을 도시한다.
도 32는 본 개시에 따른 이미지 형성의 예시적인 기하학적 구조를 도시한다.
도 33은 본 개시에 따른 예시적인 이미지 형성 알고리즘을 도시한다.
도 34는 본 개시에 따른 mmWave 트랜시버에서 송신 및 수신 경로별 예시적인 전력 손실을 도시한다.
도 35a는 본 개시에 따른 예시적인 4D 이미징 레이더를 도시한다.
도 35b는 본 개시에 따른 예시적인 안테나 어레이를 도시한다.
도 36은 본 개시에 따른 예시적인 전체 송신기/수신기 처리 아키텍처를 도시한다.
도 37은 본 개시에 따른 레이더 파형에 대한 예시적인 주파수-도메인 범위-도플러 처리를 도시한다.
도 38은 본 개시에 따른 송신 신호, 수신 신호, 순환 시프트, 및 가산 후 누적 연산의 압축된 범위 처리의 예시적인 시간-도메인 표현을 도시한다.
도 39는 본 개시에 따른 레이더 파형에 대한 예시적인 압축된 범위-처리를 도시한다.
도 40은 본 개시에 따른 범위 처리의 예시적인 계산 복잡도를 도시한다.
도 41은 본 개시에 따른 AWGN 채널에 대한 범위-처리 후의 예시적인 결정 통계를 도시한다.
도 42는 본 개시에 따른 AWGN 채널에 대한 범위-도플러 처리 후의 결정 통계의 예시적인 슬라이스를 도시한다.
도 43은 본 개시에 따른 범위-도플러 처리 후의 예시적인 2D 범위-도플러 맵을 도시한다.
도 44는 본 개시에 따른 멀티-스트림 MIMO/빔포밍 레이더를 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
후술하는, 도 1 내지 도 44와 본 특허 문서에서 본 발명의 원리들을 설명하기 위해 사용된 다양한 실시예들은, 단지 설명을 위한 것일 뿐이며 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자는 본 발명의 원리가 적절하게 구성된 임의의 유형의 디바이스 또는 시스템에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1 내지 3은, 무선 통신 시스템에 구현된, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 또는 직교 주파수 분할 멀티플 액세스(OFDMA) 통신 기술들을 사용하는, 다양한 실시예들을 설명한다. 도 1 내지 3의 설명은, 다른 실시예들이 구현될 수 있는 방식에 대한 물리적 또는 구조적 제한을 의미하지 않는다. 본 개시의 다른 실시예들이 임의의 적절하게 구성된 통신 시스템에서 구현될 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 무선 네트워크를 도시한다. 도 1에 도시된 무선 네트워크의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 무선 네트워크(100)의 다른 실시예들이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 네트워크는 gNB(101), gNB(102) 및 gNB(103)를 포함한다. gNB(101)는 gNB(102) 및 gNB(103)와 통신한다. gNB(101)는 또한 인터넷, 독점 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크 또는 기타 데이터 네트워크와 같은 적어도 하나의 네트워크(130)와 통신한다. 일 실시예에서, 이러한 gNB(101-103)는 멀티스트림 MIMO 및/또는 빔포밍 레이더를 지원하는 레이더 시스템을 포함하는 개선된 시스템으로 구현될 수 있다.
gNB(102)는 gNB(102)의 커버리지 영역(120) 내의 제1 복수의 사용자 단말(UE)에 대해 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제1 복수의 UE는 소기업(Small Business, SB)에 배치될 수 있는 UE(111), 대기업(enterprise, E)에 위치할 수 있는 UE(112), WiFi 핫스팟(HS)에 위치할 수 있는 UE(113), 제1 거주지(R)에 위치할 수 있는 UE(114), 제2 거주지(R)에 위치할 수 있는 UE(115), 및 셀 폰, 무선 랩탑, 무선 PDA 등과 같은 모바일 디바이스(M)일 수 있는 UE(116)를 포함한다. gNB(103)는 gNB(103)의 커버리지 영역(125) 내의 제2 복수의 UE에 대해 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제2 복수의 UE는 UE(115) 및 UE(116)를 포함한다. 일부 실시예들에서, gNB들(101-103) 중 하나 이상은, 5G, LTE, LTE-A, WiMAX, WiFi, 또는 다른 무선 통신 기술들을 이용하여 UE(111-116)과 통신할 수 있고 서로 간에 통신할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 UE(111-111)는 멀티-스트림 MIMO 및/또는 빔포밍 레이더를 지원하는 레이더 시스템을 포함하는 개선된 시스템으로서 구현될 수 있다.
네트워크 유형에 따라, "기지국" 또는 "BS"라는 용어는, 송신 포인트(TP), 송수신 포인트(TRP), 향상된(enhanced) 기지국(eNodeB 또는 eNB), 5G 기지국(gNB), 매크로셀, 펨토셀, WiFi 액세스 포인트(AP), 또는 기타 무선 가능 디바이스들 등과 같은, 네트워크로 무선 액세스를 제공하도록 구성된 임의의 컴포넌트(또는 컴포넌트들의 집합)을 지칭할 수 있다. 기지국들은 하나 이상의 무선 통신 프로토콜, 예를 들어 5G 3GPP 신규 무선 인터페이스/액세스(NR), LTE(Long Term Evolution), LTE 어드밴스드(LTE-A), 고속 패킷 액세스(HSPA), Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac 등에 따라, 무선 액세스를 제공할 수 있다. 편의상, 본 특허 문서에서 "BS"와 "TRP"라는 용어는 원격 터미널들에 무선 액세스를 제공하는 네트워크 인프라구조 컴포넌트들을 지칭하도록 혼용되어 사용된다. 또한, 네트워크 유형에 따라, 용어 "사용자 단말" 또는 "UE"가, "모바일 스테이션", "가입자 스테이션", "원격 터미널", "무선 터미널", "수신 포인트", 또는 "사용자 디바이스" 등의 임의의 컴포넌트를 지칭할 수 있다. 편의상, 본 특허 문서에서는 "사용자 단말"과 "UE" 용어들은, 그 UE가 모바일 디바이스(예컨대, 휴대전화, 스마트폰 등)인지 일반적으로 고정 디바이스(예를 들어, 데스크탑 컴퓨터 또는 벤딩 머신 등)로 간주되는지 간에, BS에 무선으로 접속하는 원격 무선 장비를 지칭하도록 사용된다.
점선은, 커버리지 영역들(120, 125)의 대략적인 범위를 나타내며, 이는 단지 예시 및 설명의 목적으로 대략 원형으로 도시되어 있다. 커버리지 영역(120 및 125)과 같은, gNB들과 관련된 커버리지 영역들은, 그 gNB들의 구성과 자연 및 인간이 만든 장애물들에 연관된 무선 환경의 변화에 따라, 불규칙한 형상들을 포함한 기타 다른 모양을 가질 수 있음을 분명히 이해해야 한다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, UE(111-116) 중 하나 이상은 개선된 무선 통신 시스템에서 데이터 및 제어 정보에 대한 수신 신뢰성을 위한 회로, 프로그래밍, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시예에서, gNB(101-103) 중 하나 이상은, 개선된 무선 시스템에서 3D 이미징, 로컬리제이션 및 포지셔닝을 위한 빔포밍과 효율적 합성 개구 안테나 어레이 설계를 위한 회로, 프로그래밍 또는 이들의 조합을 포함한다.
도 1은 무선 네트워크의 일 예를 도시하지만, 도 1에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무선 네트워크는, 임의의 적절한 구성에 임의의 수의 gNB 및 임의의 수의 UE를 포함할 수 있다. 또한, gNB(101)는 임의의 수의 UE들과 직접 통신할 수 있고 이들 UE에 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 액세스를 제공할 수 있다. 유사하게, 각각의 gNB(102-103)는 네트워크(130)와 직접 통신하고 UE들에게 네트워크(130)에 대한 직접 무선 광대역 액세스를 제공할 수 있다. 또한, gNB(101, 102, 및/또는 103)는 외부 전화 네트워크 또는 다른 유형의 데이터 네트워크와 같은 기타 다른 또는 추가적인 외부 네트워크들에 대한 액세스를 제공할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적 gNB(102)를 도시한다. 도 2에 도시된 gNB(102)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 도 1의 gNB(101 및 103)는 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, gNB들은 매우 다양한 구성으로 제공되며, 도 2는 본 개시의 범위를 gNB의 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, gNB(102)는 복수의 안테나(205a-205n), 복수의 RF 트랜시버(210a-210n), 송신(TX) 프로세싱 회로(215), 및 수신(RX) 프로세싱 회로(220)를 포함한다. gNB(102)는 또한 컨트롤러/프로세서(225), 메모리(230), 및 백홀 또는 네트워크 인터페이스(235)를 포함한다.
TX 프로세싱 회로(215)는 컨트롤러/프로세서(225)로부터 아날로그 또는 디지털 데이터(예컨대, 음성 데이터, 웹 데이터, 이메일, 또는 대화형 비디오 게임 데이터)를 수신한다. TX 프로세싱 회로(215)는 발신 기저대역 데이터(outgoing baseband data)를 인코딩, 멀티플렉싱, 및/또는 디지타이징하여, 프로세싱된 기저대역 또는 IF 신호를 생성한다. RF 트랜시버들(210a-210n)은 TX 프로세싱 회로(215)로부터, 위 발신 프로세싱된 기저대역 또는 IF 신호를 수신하고, 그 기저대역 또는 IF 신호를 안테나(205a-205n)를 통해 전송될 RF 신호들로 상향 변환한다.
RF 트랜시버들(210a-210n)은, 안테나들(205a-205n)로부터, 네트워크(100)의 UE들 또는 임의의 다른 물체들에 의해 반사된 신호 등과 같은, 유입(incoming) RF 신호들을 수신한다. RF 트랜시버들(210a-210n)은 유입 RF 신호들을 하향 변환하여 IF 또는 기저대역 신호들을 생성한다. IF 또는 기저대역 신호들은, RX 프로세싱 회로(220)로 전송되는데, 이는 그 기저대역 또는 IF 신호들을 필터링, 디코딩, 디지타이징하고 그리고/또는 압축해제(decompressing) 또는 상관(correlating)함으로써, 프로세싱된 기저대역 신호들을 생성한다. RX 프로세싱 회로(220)는 그 프로세싱된 기저대역 신호들을, 추가적인 처리를 위해 컨트롤러/프로세서(225)로 전송한다.
컨트롤러/프로세서(225)는 gNB(102)의 전체 동작을 제어하는 하나 이상의 프로세서 또는 다른 프로세싱 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러/프로세서(225)는, 잘 알려진 원리에 따라 RF 트랜시버들(210a-21On), RX 프로세싱 회로(220), 및 TX 프로세싱 회로(215)에 의한 순방향 채널 신호들의 수신 및 역방향 채널 신호들의 송신을 제어할 수 있다. 컨트롤러/프로세서(225)는 또한 보다 개선된 무선 통신 기능들과 같은 추가적 기능들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러/프로세서(225)는, 복수의 안테나들(205a-205n)로부터의 발신(outgoing) 신호들이 각기 다르게 가중되어 그 발신 신호들을 원하는 방향으로 효과적으로 조종하는, 지향성 라우팅 및 빔포밍 동작들을 지원할 수 있다. 임의의 다른 광범위한 기능들이 컨트롤러/프로세서(225)에 의해 gNB(102)에서 지원될 수 있다.
컨트롤러/프로세서(225)는 또한 OS와 같은 메모리(230)에 상주하는 프로그램 및 기타 프로세스들을 실행할 수 있다. 컨트롤러/프로세서(225)는 실행 프로세스에 의해 요구되는 바에 의해 메모리(230) 내로 또는 메모리(230)에서 밖으로 데이터를 이동시킬 수 있다.
컨트롤러/프로세서(225)는 또한 백홀 또는 네트워크 인터페이스(235)에 결합된다. 백홀 또는 네트워크 인터페이스(235)는 gNB(102)가 백홀 연결을 통해 또는 네트워크를 통해 다른 디바이스들 또는 시스템들과 통신할 수 있게 한다. 인터페이스(235)는 임의의 적합한 유선 또는 무선 연결(들)을 통한 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, gNB(102)가 (5G, LTE 또는 LTE-A를 지원하는 것과 같은) 셀룰러 통신 시스템의 일부로 구현될 때, 인터페이스(235)는 gNB(102)가 유선 또는 무선 백홀 연결을 통해 다른 gNB들과 통신하도록 할 수 있다. gNB(102)가 액세스 포인트로서 구현될 때, 인터페이스(235)는 gNB(102)가 유선 또는 무선 LAN을 통해 또는 (인터넷과 같은) 더 큰 네트워크로의 유선 또는 무선 연결을 통해 통신하도록 할 수 있다. 인터페이스(235)는 이더넷 또는 RF 트랜시버 등의 유선 또는 무선 연결을 통한 통신을 지원하는 임의의 적합한 구조를 포함한다.
메모리(230)는 컨트롤러/프로세서(225)에 결합된다. 메모리(230)의 일부는 RAM을 포함할 수 있고, 메모리(230)의 다른 부분은 플래시 메모리 또는 다른 ROM을 포함할 수 있다.
도 2는 gNB(102)의 일 예를 도시하지만, 도 2에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, gNB(102)는 도 2에 도시된 임의의 수의 각 컴포넌트를 포함할 수 있다. 특정 예로서, 지상 스테이션(ground station)(예를 들어, 액세스 포인트)은 다수의 인터페이스(235)를 포함할 수 있고, 컨트롤러/프로세서(225)는 각기 다른 네트워크 주소들 사이에서 데이터를 라우팅하기 위한 라우팅 기능들을 지원할 수 있다. 다른 특정 예로서, TX 프로세싱 회로(215)의 단일 인스턴스 및 RX 프로세싱 회로(220)의 단일 인스턴스를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, gNB(102)는 각각에 대해 복수의 인스턴스(예를 들어, RF 트랜시버당 하나 등)를 포함할 수 있다. 또한, 도 2의 다양한 컴포넌트들은, 결합되거나, 추가 세분화되거나 또는 생략될 수 있고, 특정 요구에 따라 추가적인 컴포넌트들이 추가될 수 있다.
도 3은, 본 개시의 실시예들에 따른 예시적 UE(116)를 도시한다. 도 3에 도시된 UE(116)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 도 1의 UE들(111-115)은 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, UE들은 매우 다양한 구성으로 제공되며, 도 3은 본 개시의 범위를 UE의 임의의 특정 구현으로 제한하지 않는다.
개선된 통신 장치는, 모든 기능 블록들에 기반한 하이브리드 빔포밍 동작을 제공하는, 도 14, 15 및 16의 송신기 또는 수신기 어레이를 지칭할 수 있고, 기지국(BS, gNB)의 일부로서 도 2에 구현되거나 UE로서 도 3에 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, UE(116)는 안테나(305), 무선 주파수(RF) 트랜시버(310), TX 프로세싱 회로(315), 및 수신 (RX) 프로세싱 회로(325)를 포함한다. UE(116)는 또한 프로세서(340), 입력/출력(I/O) 인터페이스(IF)(345), 터치스크린(350), 디스플레이(355), 및 메모리(360)를 포함한다. 메모리(360)는 운영체제(OS)(361) 및 하나 이상의 애플리케이션(362)을 포함한다.
RF 트랜시버(310)는 안테나(305)로부터 네트워크(100)의 gNB에 의해 송신된 유입(incoming) RF 신호를 수신한다. RF 트랜시버(310)는 유입 RF 신호를 하향 변환하여 중간 주파수(IF) 또는 기저대역 신호를 생성한다. IF 또는 기저대역 신호는 RX 프로세싱 회로(325)로 전송되는데, 이는 그 기저대역 또는 IF 신호를 필터링, 디코딩 및/또는 디지타이징하고 그리고/또는 압축해제 또는 상관함(correlating)으로써 프로세싱된 기저대역 신호를 생성한다. RX 프로세싱 회로(325)는 (웹 브라우징 데이터 등을 위한 것과 같은) 추가적인 처리를 위해 그 프로세싱된 기저대역 신호를 프로세서(340)에 전송한다.
TX 프로세싱 회로(315)는, 프로세서(340)로부터 발신 기저대역 데이터(예컨대, 웹 데이터, 이메일 또는 대화형 비디오 게임 데이터 등)를 수신한다. TX 프로세싱 회로(315)는 발신 기저대역 데이터를 인코딩, 멀티플렉싱 및/또는 디지타이징하여 프로세싱된 기저대역 또는 IF 신호를 생성한다. RF 트랜시버(310)는 TX 프로세싱 회로(315)로부터 발신 프로세싱된 기저대역 또는 IF 신호를 수신하고 그 기저대역 또는 IF 신호를 안테나(305)를 통해 전송되는 RF 신호로 상향 변환한다.
프로세서(340)는 하나 이상의 프로세서 또는 기타 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있고, UE(116)의 전반적인 동작을 제어하기 위해 메모리(360)에 저장된 OS(361)를 실행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(340)는, 잘 알려진 원리들에 따라 RF 트랜시버(310), RX 프로세싱 회로(325), 및 TX 프로세싱 회로(315)에 의한 순방향 채널 신호들의 수신 및 역방향 채널 신호들의 송신을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(340)는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다.
프로세서(340)는 또한 빔 관리를 위한 프로세스와 같이 메모리(360)에 상주하는 다른 프로세스들 및 프로그램들을 실행할 수 있다. 프로세서(340)는 실행 프로세스에 의해 요구되는 바에 따라 데이터를 메모리(360) 내로 또는 메모리(360)에서 밖으로 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(340)는 OS(361)에 기초하여 또는 gNB들 또는 오퍼레이터로부터 수신된 신호들에 응답하여 애플리케이션들(362)을 실행하도록 구성된다. 프로세서(340)는 또한 I/O 인터페이스(345)에 연결되며, 이는 UE(116)에 랩톱 컴퓨터 및 핸드헬드 컴퓨터와 같은 다른 디바이스들에 연결할 수 있는 능력을 제공한다. I/O 인터페이스(345)는 이러한 액세서리들과 프로세서(340) 사이의 통신 경로이다.
프로세서(340)는 또한 터치스크린(350) 및 디스플레이(355)에 결합된다. UE(116)의 오퍼레이터는 터치스크린(350)을 사용하여 UE(116)에 데이터를 입력할 수 있다. 디스플레이(355)는 액정 디스플레이, 발광 다이오드 디스플레이, 또는 웹 사이트 등으로부터와 같은 텍스트 및/또는 적어도 제한된 그래픽을 렌더링할 수 있는 기타 디스플레이일 수 있다.
메모리(360)는 프로세서(340)에 결합된다. 메모리(360)의 일부는 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함할 수 있고, 메모리(360)의 다른 부분은 플래시 메모리 또는 다른 읽기 전용 메모리(ROM)를 포함할 수 있다.
도 3은 UE(116)의 일 예를 도시하지만, 도 3에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 3의 다양한 컴포넌트들은 결합되거나, 더 세분화되거나, 생략될 수 있고, 추가적인 컴포넌트들이 특정 요구에 따라 부가될 수 있다. 특정 예로서, 프로세서(340)는 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU) 및 하나 이상의 그래픽 처리 장치(GPU)와 같은 복수의 프로세서들로 분할될 수 있다. 또한, 도 3은 모바일 전화 또는 스마트폰으로 구성된 UE(116)를 도시하지만, UE는 다른 유형의 모바일 또는 고정 디바이스로서 동작하도록 구성될 수 있다.
그 단순성에도 불구하고, 코드 분할 멀티플 액세스(CDMA) 시스템은 간섭 및 멀티-경로 분산(dispersion)을 겪는 것으로 잘 알려져 있다.
FMCW(주파수 변조 연속파) 레이더에 의한 OFDM(직교 주파수 분할 다중)의 이점은 잘 알려져 있다. 파형 생성이 단순하여, FMCW 및 처프(Chirp) 시퀀스 변조에 비해 트랜시버 복잡도를 줄이고, 파형은 하드웨어에서의 선형 주파수 생성을 필요로 하지 않으며, 자체-간섭(self-interference) 및 멀티-경로 간섭에 민감한 위상 변조 신호와 달리, OFDM 파형은 엄격한 위상 잡음 요구 사항이 없고 멀티-경로 간섭을 겪지도 않고, OFDM은 MIMO 프로세싱에 이상적으로 적합한다.
위 이점들에도 불구하고, 고해상도 레이더를 위한 OFDM 신호 생성 및 프로세싱은 고해상도 레이더에 필요한 광대역폭(wide bandwidth) 프로세싱으로 인해 어려움이 있다. 76GHz-81GHz의 자동차 레이더는 1GHz 내지 5GHz의 신호 대역폭을 가지므로, 많은 비트 수를 이용한 1OGsps를 초과하는 아날로그-디지털 변환(ADC) 속도를 필요로 한다. 수십 내지 수백개의 채널(10's to 100's channels)이 필요한 3D 레이더 이미징의 경우, 광대역 OFDM 레이더 시스템은 엄청난 비용이 든다. 그러므로, 상업적으로 이용 가능한 레이더 트랜시버는 FMCW 신호들에 의존한다.
도 4는 본 개시에 따른 이미징(400)을 위한 예시적인 2D 가상 안테나 어레이를 도시한다. 도 4에 도시된 이미징을 위한 2D 가상 안테나 어레이(400)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 4에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예들이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용된다.
도 4는 본 개시에 따른 이미징을 위한 예시적인 2차원(2D) 가상 안테나 어레이를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이미징을 위한 2D 가상 안테나 어레이는 송신(Tx) 안테나(402) 및 수신(Rx) 안테나(404)를 포함한다. 송신기에서는, 1차원(1D) 선형 어레이로 방위각 빔포밍이 수행되고 방위각에서 순차 스캐닝이 수행된다. 수신기에서는 수직 해상도를 위한 수직 빔포밍이 수행된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 64개의 채널 도달각(AoA) 안테나가 제공된다. 일 실시예에서, 2D 가상 안테나 어레이는 MIMO 안테나 어레이(예를 들어, 2/4/8 직교 채널)를 사용할 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 2D 가상 안테나 어레이는 N2 경로에서 2N 경로로 감소(예: 적은 수의 ADC/DAC 및 트랜시버의 낮은 전력 소비), 안테나 크기 감소 및 안테나 설계, DAC/ADC, IF 및 전력 소비를 위한 관련 회로 감소와 같은 이점을 가질 수 있다. 가상 안테나(406)는 Tx 안테나(402) 및 Rx 안테나(404)를 나타낼 수 있다.
도 5는 본 개시에 따라 방위각(500)에서 더 큰 개구를 합성하는 예시를 도시한다. 도 5에 도시된 방위각(500)에서 더 큰 개구를 합성하는 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 5에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 방위각(500)에서 더 큰 개구의 합성은 Rx 안테나(502)와 합성된 안테나 어레이(504)를 포함한다.
도 6은 본 개시에 따라 방위각(600)에서 더 큰 개구를 합성하는 다른 예를 도시한다. 도 6에 도시된 방위각(600)에서 더 큰 개구를 합성하는 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 6에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 방위각(600)에서 더 큰 개구 합성은 Rx 안테나(602) 및 합성된 안테나 어레이(604)를 포함한다.
도 5 및 도 6은 본 개시에 따라 방위각에서 더 큰 개구를 합성하는 예시를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전송 경로의 수는 M2N에서 M+MN(M: 안테나 어레이 크기, N: 수신 안테나 열의 수)으로 감소된다. 예를 들어, M=8, N=4의 경우 320개의 경로가 40개의 경로로 감소(88% 절약)되고, M=8, N=8의 경우 512개의 경로가 72개의 경로(86%의 절약)로 감소된다. 도 5에 도시된 바와 같이, Rx 안테나(502) 및 Tx 안테나(506)는 합성된 안테나 어레이(504)로 합성될 수 있다.
도 6은 조정 가능한 수직 시야를 제공할 수 있는 방위각에서 더 큰 개구를 합성하는 것을 예시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, Rx 안테나(602) 및 Tx 안테나(606)는 합성된 안테나 어레이(604)로 합성될 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적인 자동차 안테나 설계(700)를 도시한다. 도 7에 도시된 자동차 안테나 설계(700)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 7에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 자동차 안테나 설계(700)는 Tx 안테나(701) 및 Rx 안테나(702)를 포함한다.
도 8은 본 개시에 따른 다른 예시적인 자동차 안테나 설계(800)를 도시한다. 도 8에 도시된 자동차 안테나 설계(800)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 8에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 예시적인 자동차 안테나 설계를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들어 77GHz에서 자동차 안테나 설계를 위해 64x32 가상 어레이가 도시된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 64x32 가상 어레이는 방위각에서 64개 소자와 수직으로 64개 소자 어레이로 구성된 Tx용 안테나 패널과 Rx용 수직 어레이 8개를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, Tx 안테나(701) 및 Rx 안테나(702)는 64개의 소자(704)로 배열될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 백미러(706)에는 64개의 소자(704)를 설치할 수 있다. 백미러는 각 레이어(708)로 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어 77GHz에서 자동차 안테나 설계를 위해 1024x64 가상 어레이가 도시된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 1024x64 가상 어레이는 방위각의 128개 소자와 수직으로 64개 소자 어레이를 포함하는 Tx용 안테나 패널, 및 수직으로 64개 소자를 포함하는 Rx용 수직 어레이 8개를 포함한다. 도 8에 도시된 1024x64 가상 어레이는 조정 가능한 수직 발사각을 위해 2개 이상의 Tx 안테나 어레이(행)를 포함하도록 확장될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, Tx 안테나(801) 및 Rx 안테나(802)는 M개의 소자(804)로 배열될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 범퍼 커버(808)가 있는 자동차 범퍼(806)는 M개의 소자(804)를 설치할 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 예시적인 가상 2D 원형 안테나 어레이(900)를 도시한다. 도 9에 도시된 가상 2D 원형 안테나 어레이(900)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 9에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 9는 본 개시에 따른 예시적인 가상 2D 원형 안테나 어레이를 도시한다. 도 9와 같이 기둥, 가로등 기둥, 옥상 설치가 가능하여 360도 커버가 가능하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 원형 안테나 어레이(902)는 M개의 Tx 소자 및 N개의 Rx 소자(904)를 포함한다. 원형 안테나 어레이(902)는 기둥 및 가로등 기둥(906)에 구성될 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 이미징 레이더(1000)의 예시적인 자동차 설치를 도시한다. 도 10에 도시된 이미징 레이더(1000)의 자동차 설치의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 10에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 10은 본 개시에 따른 이미징 레이더의 예시적인 자동차 설치를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이미징 레이더를 설치하기 위한 여러 옵션이 자동차 물체(1002)에 제공될 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 예시적인 건물내 설치 및 공장 자동화(1100)를 도시한다. 도 11에 도시된 건물 내 설치 및 공장 자동화(1100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 11에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 12는 본 개시에 따른 건물내 설치 및 공장 자동화(1200)의 다른 예를 도시한다. 도 12에 도시된 건물 내 설치 및 공장 자동화(1200)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 12에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 안테나는 건물내 설치 및 공장 자동화를 위해 2개의 모서리를 따라 설치될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 송신은 안테나 개구 1을 포함하는 송신(Tx) 안테나(1102)를 사용하여 수행되고 수신은 안테나 개구 2를 포함하는 수신(Rx) 안테나(1104)를 사용하여 수행된다. 일 실시예에서, 송신은 안테나 개구 2를 포함하는 송신(Tx) 안테나를 사용하여 수행되고, 수신은 안테나 개구 1을 포함하는 수신(Rx) 안테나를 사용하여 수행된다(예를 들어, 그 반대의 경우도 마찬가지임).
도 12에 도시된 바와 같이, 개구당 하나의 안테나 소자가 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 개구 1의 안테나 소자는 방의 물체를 조명하는 신호를 전송하는 동안 x-축(예를 들어, Tx 안테나(1202))을 따라 이동한다. 이러한 실시예에서, 각 안테나 소자에 대한 신호는 본 개시에서 주어진 빔포밍 방정식에 따라 가중된다.
일 실시예에서, 개구 1의 각 안테나 소자 위치에 대해, 개구 2의 안테나 소자는 표적으로부터 반사된 신호를 수신하면서 y-축(예를 들어, Rx 안테나(1204))을 따라 이동한다. 이러한 실시예에서, 각 안테나 요소에 대한 신호는 본 개시에서 주어진 빔포밍 방정식에 따라 가중된다.
도 13은 본 개시에 따른 예시적인 빔포머 조명 원리(1300)를 도시한다. 도 13에 도시된 빔포머 조명 원리(1300)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 13에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 송신 빔(1302)은 순차 스캔 방식으로 송신기에서 조명되고 수신 빔(1304)은 수신기에서 동시에 조명된다.
도 14는 본 개시에 따른 예시적인 하이브리드 빔포밍 일반 아키텍처(1400)를 도시한다. 도 14에 도시된 하이브리드 빔포밍 일반 아키텍처(1400)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 14에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 하이브리드 빔포밍 일반 아키텍처(1400)는 개선된 시스템으로 구현되거나 하이브리드 빔포밍 일반 아키텍처(1400)는 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 하이브리드 빔포머 회로는 시퀀스 생성 블록(1402), 변조 블록(1404), 디지털 BF(beam forming) 블록(1406), IF/DAC(intermediate frequency/digital analog convert) 블록(1408), 및 아날로그 BF 블록(1410)을 포함한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 부대역 프리코딩(W2) 및 광대역 프리코딩(W1)이 결정된다. 이러한 경우 광대역 프리코딩(W1)은 다음과 같이 두 부분으로 나뉘어 진다:
W 1 = W D TW A
W A : 안테나 서브 어레이 내의 아날로그 빔포밍
W D : 서브 어레이 중 디지털 빔포밍 매트릭스 T: D/A, IF/RF
도 15는 본 개시에 따른 OFDM 파형(1500)을 갖는 예시적인 하이브리드 빔포밍을 도시한다. 도 15에 도시된 OFDM 파형(1500)을 갖는 하이브리드 빔포밍의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 15에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 15에 도시된 바와 같이, OFDM 파형(1500)을 사용한 하이브리드 빔포밍은 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 OFDM 파형(1500)을 사용한 하이브리드 빔포밍은 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, OFDM 파형을 갖는 하이브리드 빔포머 회로는 시퀀스 생성 블록(1502), 변조 블록(1504), RE(resource element) 매핑 블록(1506), IFFT/CP(inverse fast fourier transform/cycle prefix) 블록(1508), 디지털 BF 블록(1510), IF/DAC 블록(1512) 및 아날로그 BF 블록(1514)을 포함한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 서브-대역 프리코딩(W2) 및 광대역 프리코딩(W1)이 결정된다. 이러한 경우 광대역 프리코딩(W1)은 다음과 같이 두 부분으로 나뉘어진다:
W 1 = W D TW A
W A : 안테나 서브 어레이 내의 아날로그 빔포밍
W D : 서브 어레이 중 디지털 빔포밍 매트릭스 T: D/A, IF/RF
도 16은 본 개시에 따른 MIMO OFDM 파형을 갖는 예시적인 하이브리드 빔포밍(1600)을 도시한다. 도 16에 도시된 MIMO OFDM 파형을 갖는 하이브리드 빔포밍(1600)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 16에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 16에 도시된 바와 같이, MIMO OFDM 파형을 갖는 하이브리드 빔포밍(1600)은 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 MIMO OFDM 파형을 사용한 하이브리드 빔포밍(1600)은 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, OFDM 파형을 갖는 하이브리드 빔포머 회로(1600)는 시퀀스 생성 블록(1602), 레이어 매핑 블록(1604), 부대역 프리코딩 블록(1606), RE(resouce element) 매핑 블록(1608, 1610) 세트, IFFT/CP 블록(1612, 1614) 세트, 디지털 BF 블록(1610), IF/DAC 블록(1618) 및 아날로그 BF 블록(1620)을 포함한다.
도 16에 도시된 바와 같이, MIMO OFDM 파형을 갖는 하이브리드 빔포머 회로는 시퀀스 생성 및 변조 블록, 레이어 매핑 블록, 부대역 프리코딩 블록, 복수의 RE 매핑 블록, 복수의 IFFT/CP 블록, 디지털 BF 블록, IF/DAC 블록 및 아날로그 BF 블록을 포함한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 부대역 프리코딩(W2) 및 광대역 프리코딩(W1)이 결정된다. 이러한 경우 광대역 프리코딩(W1)은 다음과 같이 두 부분으로 나뉘어진다:
W 1 = W D TW A
W A : 안테나 서브 어레이 내의 아날로그 빔포밍
W D : 서브 어레이간 디지털 빔포밍 매트릭스 T: D/A, IF/RF
도 17은 본 개시에 따른 가상 안테나 어레이(1700)를 사용한 예시적인 빔포밍을 도시한다. 도 17에 도시된 가상 안테나 어레이(1700)를 사용한 빔포밍의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 17에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 17에 도시된 바와 같이, 가상 안테나 어레이를 사용한 빔포밍은 N개의 Rx 소자(1702) 및 M개의 Tx 소자(1704)를 사용하여 수행된다.
도 18은 본 개시에 따른 예시적인 송신 빔포밍(1800)을 도시한다. 도 18에 도시된 송신 빔포밍(1800)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 18에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 18에 도시된 바와 같이, Tx 빔포밍 회로는 복수의 기저대역 신호 입력(1802), 가산기 블록(1804, 1806) 세트, 및 복수의 Tx 안테나 어레이(M, 2)에 연결된 IF/DAC 블록(1808)을 포함한다. 도 18에서는 디지털 빔포머가 있는 간단한 안테나 어레이를 고려하는 것으로 가정한다
도 19는 본 개시에 따른 예시적인 수신 빔포밍(1900)을 도시한다. 도 19에 도시된 수신 빔포밍(1900)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 19에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 19에 도시된 바와 같이, Rx 빔포밍 회로는 복수의 Rx 안테나 어레이(N, 2)(1902) 및 가산기 세트(1906, 1908)를 사용하여 기저대역 신호를 생성하기 위해 가산되는 복수의 출력 신호를 포함하는 IF/ADC 블록(1904)을 포함한다. 도 16에서는 디지털 빔포머가 있는 간단한 안테나 어레이를 고려한다고 가정한다.
도 20은 본 개시에 따른 M개의 안테나 어레이(2000)를 갖는 예시적인 수신 빔포밍을 도시한다. 도 20에 도시된 M개의 안테나 어레이(2000)를 갖는 수신 빔포밍의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 20에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 20에 도시된 바와 같이, M개의 안테나 어레이를 갖는 Rx 빔포밍 회로는 복수의 Rx 안테나 어레이(N, 2)(2002), 가산기 세트(2004, 2006)를 사용하여 기저대역 신호를 생성하기 위해 가산될 복수의 출력 신호를 포함하는 IF/ADC 블록(2010)을 포함한다. 도 20에서는 디지털 빔포머가 있는 간단한 안테나 어레이를 고려한다고 가정한다.
도 21은 본 개시에 따른 예시적인 다중-빔 조명 및 스케줄링(2100)을 도시한다. 도 21에 도시된 다중-빔 조명 및 스케줄링(2100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 21에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 21에 도시된 바와 같이, 다중-빔 조명 및 스케줄링은 수직 및 방위각에서 결정된다. 도 21과 같이 Tx에서 방위각의 다중-빔 조명은 디지털 BF 또는 버틀러 매트릭스를 포함한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 2, 4 또는 8개의 동시 빔이 실제로 안테나(2106)로부터 표적 장면(2102)에 대해 조명된다. 수신기 프로세스가 다중 방위각 및 고도각에 대해 동시에 수행된다. 그러한 경우에, 수신기는 수직으로 전체 시야(FoV)(2104)를 처리할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 빔 스케줄링은 구성 파라미터에 기초하여 방위각 및/또는 고도각을 결정한다. 이러한 경우, 빔 스케줄링은 이전 결과(예: 특정 영역의 물체 추적)를 기반으로 동적으로 조정될 수 있다.
도 22는 본 개시에 따른 예시적인 장치(2200)를 도시한다. 도 22에 도시된 장치(2200)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 22에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 22에 도시된 바와 같이, 장치(2200)는 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 장치(2200)는 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 장치는 5G 모뎀(2250), mmWave 이미징 센서(2202), 및 ADAS/AV(Advanced Driver Assistance System/Autonomous Vehicle) 중앙 프로세서(2228)를 포함한다. ADAS/AV 중앙 프로세서(2228)는 이더넷과 같은 네트워크를 통해 mmWave 이미징 센서(2202)와 연결될 수 있다. ADAS/AV 중앙 프로세서(2228)는 mmWave 이미징 센서(2202)에 연결된 모뎀(예를 들어, 5G)(2250)에 더 연결된다. ADAS/AV 중앙 프로세서(2228)는 디스플레이(2252) 및/또는 적어도 하나의 주변 장치를 포함하는 컴퓨터(예를 들어, 단말, 장치 등)(2254)와 연결될 수 있다. ADAS/AV 중앙 프로세서(2228)는 외부 장치 및/또는 물체(예: 차량)에 구현될 수 있는 다른 프로세서(예: 컨트롤러)와 더 연결될 수 있다.
장치의 mmWave 이미징 센서(2202)는 안테나 어레이(2206)를 포함하는 안테나 블록(2204), 필터(2210), 전력 증폭기(PA)(2212), 저잡음 증폭기(LNA)(2214), 아날로그-디지털 변환기/디지털-아날로그 변환기(ADC/DAV)(2216), 및 디지털 빔포밍(BF)(2218)을 포함하는 트랜시버 블록(2208), 및 3D 이미징 모뎀(2222), 코어 후처리 센서 융합(2224), 및 카메라(2226)를 포함하는 시스템 온 칩(SoC) 블록(2220)을 포함한다.
장치의 ADAS/AV 중앙 프로세서(2228)는 이미지 처리 블록(2230), 중앙 처리 장치(CPU)(2232), 그래픽 처리 장치(GPU) 컴퓨터 비전/머신 러닝(ML)(2234), 내부 메모리(2236), 패브릭(2238), 비디오 코덱 H.264(2226), 연결 CAN/SAR 이더넷(2242), 보안 블록(2244), 외부 메모리 인터페이스(2240) 및 시스템 제어 블록(2248)을 포함한다.
도 23은 본 개시에 따른 예시적인 센서 및 애플리케이션 소프트웨어(2300)를 도시한다. 도 23에 도시된 센서 및 애플리케이션 소프트웨어(2300)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 23에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 23에 도시된 바와 같이, 빔 패턴(2302), 센서, 3D 이미징 모뎀(2304), 트랜시버 및 안테나 어레이(2308)(예를 들어, 2306에 도시된 상세 구조)를 포함하는 장치와 COTS 하드웨어(2312) 상에서 구현되는 애플리케이션 소프트웨어(2310)는 센서 융합, 스티칭, 컴퓨터 비전, 머신 러닝, 3D 지도 생성, 데이터 집계 및 시스템 제어를 위해 구성된다.
도 24는 레이더 파형의 예시적인 프레임 구조(2400)를 도시한다. 도 24에 도시된 레이더 파형의 프레임 구조(2400)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 24에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 24는 디지털 레이더 파형의 프레임 구조를 나타낸다. "슬롯"(2402)은 순환 프리픽스(CP), 하나 또는 다수의 CAZAC 시퀀스의 DFT(Discrete Fourier Transform) 확산에 의해 생성된 다수의 OFDM 심볼, 및 가드 타임(GT)으로 구성된다. GT는 필요한 시퀀스 길이와 표적 장면에 대한 관심 범위에 따라 추가된다. 포맷 1에서는 하나의 시퀀스 기간만 표시된다. 슬롯 세트는 서브-프레임(2404)을 형성한다. 서브-프레임 세트는 프레임(2406)을 형성한다.
범위 처리는 전송된 부호화된 신호에 대해 수신된 OFDM 심볼의 상관 처리를 수행한 다음, 슬롯 내에서 OFDM 심볼의 코히어런트 누적을 수행한다. OFDM 심볼 길이는 부반송파 간격의 역수로 결정되며, 슬롯 길이는 채널 코히어런스 시간 내에서 설정된다. 예를 들어, 500kHz 부반송파 간격이 있는 2GHz RF 대역폭의 경우 FFT 크기는 4096포인트, OFDM 심볼 길이는 2μsec, 채널 코히어런스 시간은 속도 350kmph 및 175kmph에 대해 각각 8μsec 및 16μsec이다.
다중 슬롯은 도플러 처리에 사용되는 서브-프레임을 구성한다. 각 서브-프레임 신호는 안테나 풋프린트(또는 스캐닝 레이더의 빔) 내의 표적을 조명하여 반사를 발생시킨다. 시야 내에서 표적 장면을 완전히 조명하면 프레임이 생성된다. 표적 장면을 여러 번 스캔하여, 초당 10~60 프레임의 프레임 레이트를 얻는다.
도 25는 본 개시에 따른 예시적인 이미지 레이더(2500)를 도시한다. 도 25에 도시된 이미지 레이더(2500)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 25에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예가 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 사용된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 이미지 레이더(2500)는 Rx 안테나 어레이(2502), 표적 장면(2504), 및 Tx 안테나 어레이(2506)를 포함한다.
기존의 레이더 이미징에서 각 빔은 관심 표적 장면을 순차적으로 스캔할 수 있다. 2D 이미징에서 표적은 좁은 전송 빔으로 영역을 비추는 좁은 빔으로 조명된다. 각 조명 영역에 대해 수신기는 표적 영역을 순차적으로 스캔하고 도달각을 추정한다. 아날로그 빔포밍에서는, 일반적으로, 필요한 하드웨어 복잡성으로 인해 단일 빔이 생성된다. 고해상도 이미징에서 스캔해야 하는 각도 빈(angle bin)의 개수는 100~1000개의 포인트로, 포인트 클라우드 이미지를 생성하는 데 긴 획득 시간이 필요하다.
각각의 드웰(dwell)에 대해 표적 장면은 안테나에 의해 조명되고 Rx 안테나로부터 수신된 신호는 이미징을 위해 처리된다.
도 26은 본 개시에 따른 예시적인 파형 MIMO/빔포밍 레이더 송신(2600)을 도시한다. 도 26에 도시된 파형 MIMO/빔포밍 레이더 송신(2600)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 26에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 26은 MIMO/빔포밍 레이더 송신을 위한 파형을 도시한다. MIMO/빔포밍 레이더 파형은 OFDM 레이더 파형의 경우 주파수-도메인에서 또는 위상 변조 레이더의 경우 시간-도메인에서 신호를 인코딩하여 생성된 부호화된 디지털 파형에 의해 생성된다. "서명"(2602)은 직교 CAZAC 시퀀스로부터의 슬롯 신호를 나타낸다. 상기 서명은 디지털 빔포머 또는 디지털 및 아날로그 빔포머의 조합인 하이브리드 빔포머에 의해 빔포밍된다. 빔포밍 후, 빔(2604)에 매핑된 신호의 다중 스트림이 동시에 전송되며, 여기서 각 빔은 표적 장면의 일부를 조명한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 서명(2602) 및 빔(2604)은 디지털 BF(2606), IF/DAC(2608) 및 아날로그 BF(2610)를 통해 처리된다.
도 27은 본 개시에 따른 빔포밍 모드에서 예시적인 MIMO/BF 이미징 레이더(2700)를 도시한다. 도 27에 도시된 빔포밍 모드의 MIMO/BF 이미징 레이더(2700)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 27에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
다중 빔이 디지털 빔포밍과 동시에 생성된다. 따라서 스캔당 복수 포인트를 획득할 수 있다. 송신기에서 Tx 안테나 어레이(2706)를 사용하여 각 빔으로 표적 장면의 일부를 조명하는 다중 빔이 생성된다. 실제로 이러한 빔의 신호는 서로 간섭하여, 빔 간 간섭을 유발한다. 이들은 결과 이미지에서 결함로 나타난다. 수신기에서, 신호는 표적 장면(2704)을 통해 Rx 안테나 어레이(2702)에서 수신된다.
본 개시에서, DFT-확산 OFDM에 의해 생성된 다중 CAZAC 시퀀스는 서로 다른 빔에 매핑된다. 시퀀스는 다음 두 가지 접근 방식에 따라 각 빔에 매핑된다.
일 실시예에서, 다수의 루트 CAZAC 시퀀스가 각 빔에 매핑된다. 이는 상관 처리 후 수신된 신호가 낮은 자동 상관 값을 갖도록 하여 빔 간 간섭을 최소화한다.
다른 실시예에서, 제로 자동 상관 특성을 갖는 직교 CAZAC 시퀀스는 루트 CAZAC 시퀀스의 순환 시프트에 의해 생성된다. 이러한 시퀀스는 각 빔에 매핑된다.
다중 시퀀스는 다중 빔으로 동시에 전송된다. 수신기에서는 각 빔에 대해 다중 시퀀스에 해당하는 다중 상관기가 구현된다. 수신기는 최대 MxN개의 상관기를 처리할 수 있으며, 여기서 M은 송신 빔의 수(=CAZAC 시퀀스의 수)이고 N은 수신 빔의 수이다.
M=N=4인 일 예에서, 4개의 빔이 동시에 전송된다. 수신기에서는 4개의 빔에 대한 공간 처리, 4개의 CAZAC 시퀀스에 대한 각각의 계산 상관 관계가 구현된다. 이 접근 방식은 각 드웰 시간에 대해 16개 포인트의 포인트 클라우드를 생성하여 획득 시간을 16분의 1로 줄인다.
도 28은 본 개시에 따른 예시적인 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2800)를 도시한다. 도 28에 도시된 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2800)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 28에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 28에 도시된 바와 같이, 멀티-스트림 빔포밍 레이더 프로세싱(2800)은 개선된 시스템으로서 구현될 수 있거나 멀티-스트림 빔포밍 레이더 프로세싱(2800)은 진보된 시스템의 구성요소들 중 하나로 구현될 수 있다.
시퀀스 생성, 매핑 및 빔포밍 처리의 세부사항은 도 28에 도시되어 있다. 도 28은 다중-빔 전송을 갖는 디지털 빔포밍을 도시한다.
도 28에 도시된 바와 같이, 멀티-스트림 빔포밍 레이더는 CAZAC 시퀀스 세트(2802), DFT(discret fourier transform) 블록(2804), 복소수 켤레 블록(2806), 부반송파 매핑(2808), IFFT 블록(2810), CP/GT 삽입 블록(2812), 디지털 Tx 빔포머 블록(2814), DAC 블록(2816), ADC 블록(2818), Rx 빔포머 블록(2820), CFAR(constant false alarm rate) 검출기 블록(2834), 산술 블록(2836), 및 CP 제거 블록(2824), FFT 블록(2826), 복소수 곱셈 블록(2828), IFFT 블록(2830) 및 도플러 DFT 블록(2832)을 각각 포함하는 블록 세트(2822)을 포함한다.
하이브리드 빔포밍에서 위상 천이기를 사용한 아날로그 빔포밍은 ADC 이후 RF에서 구현된다. 디지털 빔포머의 출력 신호는 위상 시프터가 있는 아날로그 빔포머로 추가 빔포밍된 안테나 포트에 매핑된다.
일부 실시예에서, M개의 송신 및 N개의 수신 경로에 대해, 포인트 클라우드에 대한 획득 시간은 MxN만큼 감소된다.
MIMO 모드에서, 다중 안테나는 전체 시야 내에서 표적 장면을 조명한다.
도 29는 본 개시에 따른 다른 예시적인 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2900)를 도시한다. 도 29에 도시된 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2900)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 29에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
CAZAC 시퀀스는 MIMO 구성에서 각 안테나 포트에 매핑된다. 멀티-스트림 MIMO 레이더의 블록 다이어그램이 도 29에 도시된다.
도 29에 도시된 바와 같이, 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2900)는 진보된 시스템으로 구현될 수 있거나 멀티-스트림 빔포밍 레이더 처리(2900)는 진보된 시스템의 구성요소들 중 하나로 구현될 수 있다.
도 29에 도시된 바와 같이, 멀티-스트림 빔포밍 레이더는 CAZAC 시퀀스 세트(2902), DFT 블록(2904), 복소수 켤레 블록(2906), 부반송파 매핑(2908), IFFT 블록(2910), CP/GT 삽입 블록(2912), DAC 블록(2914), ADC 블록(2916), 공간 처리 블록(2930), CFAR 검출기 블록(2932), 산술 블록(2934), 및 CP 제거 블록(2920), FFT 블록(2922), 복소수 곱셈 블록(2924), IFFT 블록(2926), 및 도플러 DFT 블록(2928)을 각각 포함하는 블록(2918) 세트를 포함한다.
DFT 확산 OFDM에 의해 생성된 다중 직교 CAZAC 시퀀스는 안테나 포트에 매핑된다. 수신기에서는 각 안테나 포트에 대해 범위/도플러(Range/Doppler) 처리가 이루어진다. 범위/도플러 처리 후 공간 처리는 복수 안테나 포트로부터 데이터를 가져와 범위에 따라 이미지에 초점을 맞춘다. 공간 초점은 범위/도플러 압축 데이터에 범위-종속 보정 계수를 적용한다. 일 실시예에서, FFT를 사용한 계산적으로 효율적인 이미지 포커싱 알고리즘이 전술한 실시예에서 도시된 바와 같이 적용될 수 있다.
도 30은 본 개시에 따른 단거리 및 장거리 레이더(3000)의 예시적인 동시 동작을 도시한다. 도 30에 도시된 단거리 및 장거리 레이더(3000)의 동시 동작의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 30에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
송신 안테나에 가까이 위치한 물체의 경우 수신 SINR이 높다. 다중 MIMO 스트림은 최대 170°까지의 넓은 시야를 비추는 넓은 시야로 전송된다.
도 30에 도시된 바와 같이, 자동차(3008)는 단거리(3002), 중거리(3004) 및 장거리(3006)로 빔을 송신한다.
일 실시예에서, 단거리 및 장거리 동시 동작을 위해, MIMO 및 빔포밍 모드 송신 및 수신은 교대 유지 시간을 적용한다. 짝수 서브프레임 번호에서 MIMO 송신과 수신이 이루어진다. 홀수 서브프레임 번호에서 빔포밍 송신과 수신이 이루어진다.
일 실시예에서, 단거리, 중거리 및 장거리 동시 동작을 위해, MIMO, MIMO 및 빔포밍, 및 빔포밍 송신/수신은 서브프레임 내에서 순차적으로 적용된다.
일 실시예에서, 수신기에서, 범위/도플러 처리 후에 표적 거리에 대해 공간 처리가 수행된다.
도 31은 본 개시에 따른 예시적인 범위 종속 이미징 동작(3100)을 도시한다. 도 31에 도시된 범위 종속 이미징 동작(3100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 31에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 31은 범위 종속 이미징 동작의 원리를 도시한다. 범위-도플러 처리 후 범위에 따라 다른 공간 처리가 적용된다.
도 32는 본 개시에 따른 이미지 형성의 예시적인 기하학적 구조(3200)를 도시한다. 도 32에 도시된 이미지 형성의 기하학적 구조(3200)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 32에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 32에 도시된 바와 같이, 안테나 어레이(3202)는 표적 장면(3204)으로 신호를 송신한다.
일 실시예에서, 디지털 이미징 모듈은 표적으로부터 반사되는 표적 입사 신호(예를 들어, 전자기 또는 광학 신호)의 일부인 표적 반사율을 결정하기 위해 이미지 형성 알고리즘과 같은 컴퓨터 이미징 동작을 수행한다. 따라서 디지털 이미징 모듈은 이미지 형성 알고리즘을 사용하여 좌표(x, y, r)를 갖는 복셀(볼륨 픽셀)을 계산하여 본 개시의 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 원거리장 장면의 3D 이미지를 생성한다. (x, y, r) 좌표는 반사 밀도 ρ의 2차원 고속 푸리에 변환을 사용하여 계산되며, 이는 극미량 볼륨 dζdηdr당 표적 세그먼트에 충돌하는 신호의 반사이다. 따라서 표적의 선택도 밀도는 아래에서 논의되는 세 가지 변수(ζ,η,r)의 함수로 모델링될 수 있다.
이미지 형성 알고리즘은 또한 원거리장 장면에 의해 반사되거나 후방산란된 반사된 전송 신호의 결과적인 위상 변이에 대해 조정이 이루어진다. 조정은 어레이의 에너지 방출 소자에 의해 원거리장 장면으로 방출된 후, 장면에 의해 반사 또는 후방 산란되고 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 소자에 의해 수신된 전송 신호에서 경험하는 결과적인 위상 변이를 줄이거나 상당히 제거한다.
일 실시예에서, 각각의 조정된 (x, y) 좌표 세트에 대해 연관된 좌표 r에 대한 값은 또한 3-D 이미징 센서에 의해 전송된 신호가 반사되는 표적의 반사도 밀도의 2-D FFT를 수행함으로써 이미지 형성 알고리즘에 의해 계산된다. 따라서 특정 (x, y) 좌표에 대해 계산된 각각의 r 값, 즉 r = R1, R2, R3,…RN에 대해, 해당 복셀(x, y, R1), (x, y, R2)이 본 발명의 3-D 이미징 센서에 의해 계산될 수 있으므로 원거리장 장면의 3-D 이미지를 생성할 수 있다. 좌표 r은 좌표(x, y)를 갖는 해당 에너지 검출기 소자(반사된 송신 신호를 검출하는 소자)와 어레이에서 방출되는 송신 신호에 의해 조명되는 원거리장 장면의 표적 지점 사이의 거리를 나타낸다. 전송된 신호는 표적 지점에 의해 반사(또는 후방 산란)된 다음 (x, y) 좌표를 갖는 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 소자에 의해 검출된다.
특정 세트의 좌표에 대해, 본 개시의 3-D 이미징 센서는 조명되는 원거리장 장면의 3D 이미지를 생성하는 과정에서 r의 다른 값(r=R1, r=R2, r=R3, …)에 대한 r 값을 계산한다. 따라서 결과적인 복셀은 좌표 (x, y, R1), (x, y, R2), (x, y, RN)을 가지며 여기서 N은 1 이상의 정수다.
일 실시예에서, 송신 신호는 MIMO 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스(예를 들어, 직교 MIMO 신호)에 의해 변조된 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형을 포함하고, 상기 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형은 에너지 소스를 변조하도록 야기하는 아날로그 파형 신호로 변환되어 변조된 신호를 생성하고 아날로그 빔 포밍되어 어레이의 하나 이상의 에너지 방출 소자에 인가되는 송신 신호를 얻는다. 아날로그 빔 포밍 동작은 신호를 어레이의 소자에 직접 인가하여 특정 위상 값을 소자에 제공하는 것을 포함한다. 해당 소자의 위상은 신호(예: 전압, 전류)가 더 이상 적용되지 않을 때까지 변경되지 않는다.
수신기는 어레이의 에너지 검출기 소자에 의해 수신된 에너지를 검출하고 수신된 신호로부터 기저대역 신호를 유도하기 위해 수신된 신호를 복조하도록 구성된다. 수신기는 또한 송신 신호가 반사되는 물체, 구조 또는 전체 장면의 하나 이상의 3-D 이미지를 생성하기 위해 수신된 디지털 신호에 대한 컴퓨터 이미징을 포함하는 동작을 수행하도록 구성된다. 장면의 물체, 구조 또는 기타 항목은 어레이와 관련하여 원거리장에 위치한다.
컴퓨터 이미징은 어레이의 하나 이상의 에너지 검출기 소자에 의해 수신된 반사되거나 후방 산란된 전송 신호에 의해 경험되는 결과적인 위상 변이를 조정하고 그 신호에 수행되는 2차원 FFT 연산을 사용하여 수신된 반사되거나 후방 산란된 신호의 3차원 이미지를 생성하기 위한 이미지 형성 알고리즘을 적어도 포함한다. 특히, 수신된 송신 신호를 검출하고 복조를 통해 기저대역 신호를 생성한다. 그런 다음, 신호는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환된다. 그런 다음, 2D FFT 연산이 디지털 신호에 대해 수행되어 3D 이미징 센서에 의해 조명되는 원거리장 장면의 3D 이미지를 생성한다.
3-D 이미지는 조명되는 장면의 물체, 구조 또는 기타 항목의 표적 위치의 조명을 기반으로 한다. 분명히, 각 표적 위치가 반드시 같은 거리를 가질 필요는 없다. 어레이의 에너지 검출기 소자와 표적 위치 사이의 거리는 변경될 수 있으며 다른 표적 위치에 대해 가장 자주 변경된다. 예를 들어, 거리는 첫 번째 표적 위치에 대해 R이 될 수 있고, 다른 위치에 대해 R1으로 변경되고 또 다른 위치에 대해 R2로 변경될 수 있다. 좌표 (x, y) 및 계산된 (r) 좌표는 본 개시의 3-D 이미징 센서로부터의 전송 신호에 의해 조명되는 표적 물체의 3-D 이미지의 복셀(볼륨 픽셀)을 나타내는 (x, y, r) 좌표가 된다. 따라서 물체의 3-D 이미지가 획득된다.
도 33은 본 개시에 따른 예시적인 이미지 형성 알고리즘(3300)을 도시한다. 도 33에 도시된 이미지 형성 알고리즘(3300)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 33에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 33에 도시된 바와 같이, DFFT(Discrete Fast Fourier Transform, 3302)는 출력 신호를 생성하는데 사용된다.
단거리 이미징의 일 실시예에서, 송신을 위해 4개의 레이어를 갖는 MIMO 전송이 제공되고, 수신을 위해 4개의 레이어를 갖는 MIMO 수신에 이어 전술한 실시예에 도시된 바와 같이 근거리장 이미지 형성 알고리즘에 따른 거리 종속 공간 처리가 제공된다.
중거리 이미징의 일 실시예에서, 송신을 위해 빔당 2개의 레이어를 갖는 빔포밍 송신을 갖는 MIMO가 제공되고, 수신을 위해 빔당 2개의 레이어를 갖는 MIMO 수신에 이어 수신 빔포밍이 제공된다.
장거리 이미징의 일 실시예에서, 송신을 위해 단일 레이어 송신을 갖는 빔포밍이 제공되고, 수신을 위해 빔당 단일 레이어 수신 빔포밍이 제공된다.
본 개시에서는 고해상도 레이더를 위한 멀티-스트림 송수신 방식을 제공한다. 본 개시는 빔 또는 안테나 간의 간섭 없이 빔포밍 모드에서 다중 빔으로 신호를 송수신하거나 MIMO 모드에서 다중 안테나로 신호 송수신을 가능하게 한다. 본 개시는 MxN 배만큼 획득 시간을 감소시키며, 여기서 M은 송신 빔(또는 MIMO 레이어)의 수이고 N은 수신 빔(또는 MIMO 레이어)의 수이다. 본 개시는 다수의 채널 및 프레임 레이트가 요구되는 자동차 애플리케이션의 고해상도 이미징 레이더에 적용될 수 있는 실시예를 제공한다.
MIMO 레이더는 SINR이 큰 근거리장 이미징 애플리케이션에 유망하다. 본 개시는 범위/도플러 처리 후 일반적인 이미지 포커싱 알고리즘을 허용하여 결점 없는 고해상도 이미지를 허용한다.
M=N=4의 경우, 아날로그 Tx/Rx 빔을 스캐닝하는 기존 접근 방식과 비교하여 획득 시간의 16배 감소 또는 4-스트림 전송이 없는 다중 빔의 경우 4배 감소가 가능하다.
차세대 레이더 시스템 기술은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 및 코드 분할 다중 액세스(CDMA)와 같은 새로운 파형, 디지털 빔포밍을 갖는 다중-입력-다중-출력(MIMO) 안테나, 3D/4D 이미징, 및 동시 통신 및 레이더를 포함한다.
CDMA 시스템은 그 단순함에도 불구하고 간섭 및 다중 경로 분산을 겪고 위상 잡음에 취약하다는 것은 잘 알려져 있다. 주파수 변조 연속파(FM-CW) 레이더에 비해 OFDM의 이점은 잘 알려져 있다.
그러한 레이더 시스템에서, 파형은 생성이 간단하고, FM-CW 및 처프 시퀀스 변조와 비교하여 트랜시버 복잡성을 감소시킨다. 이러한 레이더 시스템에서 파형은 하드웨어에서 선형 주파수 생성을 필요로 하지 않는다. 이러한 레이더 시스템에서 자체-간섭 및 다중-경로 간섭에 민감한 위상 변조 신호와 달리 OFDM 파형은 엄격한 위상 잡음 요구 사항이 없으며 다중-경로 간섭을 겪지 않는다. 이러한 레이더 시스템에서 OFDM은 MIMO 처리에 이상적으로 적합하다.
이러한 이점에도 불구하고, 고해상도 레이더를 위한 OFDM 신호 생성 및 처리는 고해상도 레이더에 필요한 광대역 처리로 인해 도전적이다. 76GHz~81GHz의 자동차 레이더는 1GHz~5GHz의 신호 대역폭을 가지며, 많은 비트 수로 10Gsps를 초과하는 아날로그-디지털 변환(ADC) 속도를 필요로 한다.
12비트 10Gsps ADC의 비용은 약 $3,650이다.수십 내지 수백개의 채널(10's to 100's channels)이 필요한 3D 레이더 이미징의 경우, 광대역 OFDM 레이더 시스템은 엄청난 비용이 든다. 그러므로, 상업적으로 이용 가능한 레이더 트랜시버는 FMCW 신호들에 의존한다.
도 34는 본 개시에 따른 mmWave 트랜시버에서 송신 및 수신 경로당 예시적인 전력 손실(3400)을 도시한다. 도 34에 도시된 mmWave 트랜시버에서 송신 및 수신 경로당 전력 손실(3400)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 34에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
또 다른 고려사항은 전력 소비이다. 최신 mmWave OFDM 시스템의 전력 소비 분석이 도 34에 도시되어 있다.
도 34에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(PA) 및 무선 주파수 ADC(RF-ADC)는 송신 및 수신 경로에서 각각 전력 손실의 67% 및 55%를 차지한다. 저전력 PA 및 더 단순한 ADC 설계가 트랜시버 설계에서 매우 중요하다. 도 34에 도시된 바와 같이, 송신 경로당 전력 손실(예를 들어, 도 34(a)) 및 수신 경로(예를 들어, 도 34(b))당 전력 손실이 제공된다.
일 실시예에서, 집성(aggregation)을 갖춘 서브-채널 부호화 OFDM에 대한 방식이 제공된다. 이러한 실시예에서, 집성을 갖춘 서브-채널 부호화된 OFDM에 대한 방식은 광대역 OFDM 시스템의 성능 이점을 유지하면서, 개선된 시스템에서 수행할 수 있는 효율적인 멀티-스트림 MIMO/빔포밍 레이더를 위해 광대역 신호와 관련된 복잡성을 감소시킨다.
OFDM 시스템은 고속 푸리에 변환/역 고속 푸리에 변환(FFT/IFFT)의 실시간 구현을 필요로 한다. 최대 5GHz 대역폭의 광대역 레이더의 경우 높은 범위 분해능을 위해서는 0.5ns, 0.25ns 이상의 샘플링 속도에서 신호가 처리되어야 한다.
최대 300m 범위의 자동차 애플리케이션은 2μ초마다 범위 처리 계산을 필요로 한다. 송신기에서는 DAC 및 변조를 위해 시간-도메인 신호를 미리 계산할 수 있으므로 실시간 계산에 문제가 없을 수 있다.
그러나 수신기의 경우 2GHz 및 4GHz 대역폭에 대해 각각 경로별로 4K 및 8K FFT/IFFT 및 복소 곱셈 후 CFAR 검출이 필요하다. 수신기의 복잡성은 시간-도메인 PM 레이더보다 낮지만, 최첨단 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)의 실시간 구현에는 상당한 계산 부담이 발생한다.
종래의 레이더에서, "신장 처리"는 신호 처리 요건을 줄이기 위해 범위 처리에 사용된다. "신장 처리"는 더 긴 시간 프레임을 사용하여 레이더 대역폭을 스윕(sweep)하여 송신/수신기 처리 작업을 느리게 한다. 그러나 이 접근 방식은 시퀀스 길이와 필요한 범위가 비슷한 자동차 레이더에는 적용할 수 없다. "신장 처리"는 레이더 시스템의 최대 범위를 줄인다.
일 실시예에서, 순환 상관 특성을 갖는 CAZAC 파형을 활용하여, FGPA 및 ASIC에 대한 실시간 구현을 위해 범위 처리의 계산 복잡성을 15배 이상 감소시키기 위한 계산 효율적인 수신기가 제공된다.
도 35a는 본 개시에 따른 예시적인 4D 이미징 레이더(3500)를 도시한다. 도 35에 도시된 4D 이미징 레이더(3500)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 35에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 35a에 도시된 바와 같이, 이미징 레이더(3500)는 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 이미징 레이더(3500)는 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 35a에 도시된 바와 같이, 4D 이미징 레이더(3500)는 PN 시퀀스 생성기 블록(3502), DFT 블록(3504), MIMO 코드워드 매핑 블록(3506), 레이어 매핑 블록(3508), MIMO 프리코딩 블록(3510), RE 매핑 블록 세트(3512), IFFT/CP 블록 세트(3514), 디지털 BF Tx 블록(3516), DAC 블록(3518), 에너지 소스(3520), 변조기 블록(3522), 아날로그 블록 세트(3524), Tx 및 Rx 안테나 블록(3526), 에너지 검출 및 복조 블록(3528), ADC 블록(3530), 가산기 블록(3532), 2D FFT 블록(3534), 가산기 블록(3536), 복소수 켤레 블록(3538), DFT 블록(3540), IFFT 블록(3542), 산술 블록(3544), 임계값 블록(3546), 후처리 블록(3548), 트래킹 블록(3550) 및 룩업 테이블 블록(3552)을 포함한다.
도 35b는 본 개시에 따른 예시적인 안테나 어레이(3526)를 도시한다. 도 35b에 도시된 안테나 어레이(3526)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 35b에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 35b에 도시된 바와 같이, 안테나 어레이(3526)는 안테나 어레이(3526A, 3526B)의 세트를 포함한다.
도 24에 도시된 바와 같이, 디지털 레이더 파형의 프레임 구조가 도시되어 있다. "슬롯"은 순환 접두사(CP), 하나 또는 복수의 CAZAC 시퀀스의 이산 푸리에 변환(DFT) 확산에 의해 생성된 복수 OFDM 심볼 및 가드 타임(GT)으로 구성된다. GT는 필요한 시퀀스 길이와 표적 장면에 대한 관심 범위를 기반으로 추가된다.
OFDM 심볼을 각각 포함하는 다중 시퀀스 기간이 슬롯에 존재한다.
범위 처리는 전송된 부호화된 신호에 대해 수신된 OFDM 심볼의 상관 처리를 수행한 다음 슬롯 내 OFDM 심볼의 코히어런트 누적을 수행한다.
OFDM 심볼 길이는 부반송파 간격의 역수로 결정되며, 슬롯 길이는 채널 코히어런스 시간 내에서 설정된다. 예를 들어, 500kHz 부반송파 간격을 갖는 2GHz RF 대역폭의 경우, FFT 크기는 4096 포인트, OFDM 심볼 길이는 2μsec, 채널 코히어런스 시간은 속도 350kmph 및 175kmph에 대해 각각 8μsec 및 16μsec이다.
다중 슬롯은 도플러 처리에 사용되는 서브-프레임을 구성한다. 각 서브-프레임 신호는 안테나 풋프린트(또는 스캐닝 레이더의 빔) 내의 표적을 조명하여 반사를 발생시킨다. 시야 내에서 표적 장면을 완전히 조명하면 프레임이 생성된다. 표적 장면을 여러 번 스캔하여 초당 10~60프레임의 프레임 레이트를 얻는다.
도 36은 본 개시에 따른 예시적인 전체 송신기/수신기 처리 아키텍처(3600)를 도시한다. 도 36에 도시된 전체 송신기/수신기 처리 아키텍처(3600)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 36에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 36에 도시된 바와 같이, 송신기/수신기 처리 아키텍처(3600)는 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 송신기/수신기 처리 아키텍처(3600)는 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 36에 도시된 바와 같이, 송신기/수신기 처리 아키텍처(3600)는 Tx 안테나(3602), Rx 안테나(3604), LPF(low pass filter)(3606, 3610), LO 블록(3608), DAC 블록(3612), ADC 블록(3620), IFFT 블록(3614), FFT 블록(3622), 부반송파 매핑 블록(3616), 소자별 연산 블록(3624), DFT 블록(3618), 복소수 켤레 블록(3626), IFFT 블록(3628) 및 저속 FFT 블록(3630)을 포함한다. DFT 확산 OFDM 레이더 파형의 송신기 및 수신기 아키텍처가 도 36에 도시되어 있다. CAZAC 시퀀스는 DFT에 대한 주파수 도메인 신호로 변환된다. 주파수-도메인 CAZAC 시퀀스는 제로 주파수를 중심으로 하는 부반송파에 매핑되고 다시 시간-도메인 신호로 변환된다. DFT 확산 레이더 신호는 아날로그 신호로 변환되어 LPF(Low Pass Filter)와 IQ 믹서, PA를 거쳐 Tx 안테나를 통해 전송된다. 수신기에서 수신 안테나의 신호는 복조 및 필터링된 다음 ADC에 의해 기저대역 신호로 변환된다.
범위 처리는 주파수 도메인에서 수행된다. 수신된 기저대역 신호는 FFT에 의해 주파수-도메인으로 변환되고 원래의 CAZAC 시퀀스의 DFT 버전의 복소수 켤레가 곱해진 다음 IFFT에 의한 시간-도메인 변환이 수행되어 각 범위 빈에 해당하는 상관 출력을 제공한다.
각 범위 빈에 대한 상관 출력의 FFT를 취함으로써 도플러 처리가 적용되어, 2차원 범위-도플러 맵이 생성된다.
구현면에서, 신호는 미리 계산되어 메모리에 저장되기 때문에, 실시간 처리 요구가 상당히 감소된다.
송신기에서 IFFT 이후의 DFT 확산 OFDM 파형은 미리 계산되어 메모리에 저장된다. 수신기 처리를 위해 DFT 확산 CAZAC 시퀀스의 복소수 켤레인 참조 신호를 미리 계산하여 메모리에 저장하고 범위 처리에 사용한다. 실시간 처리는 수신기 범위 및 도플러 처리에 있다. 특히, 범위 처리는 디지털 레이더에서 가장 어려운 부분이다.
도 37은 본 개시에 따른 레이더 파형에 대한 예시적인 주파수-도메인 범위-도플러 처리(3700)를 도시한다. 도 37에 도시된 레이더 파형에 대한 주파수 도메인 범위-도플러 처리(3700)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 37에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 37에 도시된 바와 같이, 레이더 파형에 대한 주파수 도메인 범위-도플러 처리(3700)는 개선된 시스템으로 구현되거나 레이더 파형(3700)에 대한 주파수 도메인 범위-도플러 처리는 개선된 시스템의 구성 요소 중 하나로 구현될 수 있다.
OFDM 시스템의 경우, 슬롯 내의 심볼에 대해 다중 상관 계산이 필요하다. 도 37은 본 개시에서 제공되는 레이더 파형의 범위-도플러 처리의 상세한 블록도를 도시한다.
자동차 레이더의 경우, 부반송파 간격은 신호 반환의 양방향 도플러에 의해 결정된다. 일반적인 환경에서 OFDM 심볼의 길이는 2μsec이고, 한 슬롯 내 OFDM 심볼의 수는 4~8이 될 수 있는 채널 코히어런스 시간을 기준으로 설정된다. FFT 크기는 RF 대역폭 2GHz 및 4GHz에 대해 각각 4K와 8K이다. 이 신호 구조를 사용하면 2μsec OFDM 심볼마다 다중 FFT/복소 곱셈/IFFT 계산이 반복된다. 이는 많은 게이트 수와 막대한 전력 소비를 초래한다.
도 37에 도시된 바와 같이, 주파수-도메인 범위-도플러 처리 아키텍처는 DFT 블록(3702), 부반송파 매핑 블록(3704), IFFT 블록(3706), 반복 블록(3708), CP/GT 삽입 블록(3710), DAC 블록(3712), 복소수 켤레 블록(3714), ADC 블록(3716), CP 제거 블록(3718), FFT 블록(3720), 복소수 곱셈 블록(3722), IFFT 블록(3724), 도플러 DFT 블록(3726), CFAR 검출기 블록(3728) 및 산술 블록(3730)을 포함한다.
도 38은 본 개시에 따른 송신 신호, 수신 신호, 순환 시프트, 및 가산 및 누적 연산의 압축된 범위 처리의 예시적인 시간-도메인 표현(3800)을 도시한다. 도 38에 도시된 시간 도메인 표현(3800)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 38에 예시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
일 실시예에서, 신호의 선형성 및 주기적 상관 특성을 이용하여 계산적으로 효율적인 수신기 처리(예를 들어, 압축된 범위-처리)가 제공된다. 도 38은 압축된 범위-처리에서 OFDM 슬롯의 시간-도메인 신호 처리를 예시한다.
도 38은 송신 신호, 수신 신호, 순환 시프트 및 가산 후 누적 연산의 압축된 범위 처리의 시간-도메인 표현을 도시한다. 슬롯의 GT에 속하는 수신 신호는 신호의 길이(NFFT x NSymbol)만큼 순환 시프트되고, 슬롯 내 OFDM 심볼의 샘플별 누적이 뒤따른다.
도 38에 도시된 바와 같이, 송신기(3802)는 CAZAC 시퀀스를 송신하고 수신기(3804)는 CAZAC 시퀀스를 수신한다.
단계 1의 이러한 실시예에서, 기저대역 수신기로부터, 순환 프리픽스가 수신된 신호로부터 제거된다.
단계 2의 이러한 실시예에서, 마지막 NFFT 샘플이 가드 타임에 속하는 수신 신호로부터 취해진다.
단계 3의 이러한 실시예에서, NFFT 샘플은 신호의 시작 부분에 추가된다.
단계 4의 이러한 실시예에서, OFDM 심볼의 샘플별 누적은 슬롯 내에 있다.
단계 5의 이러한 실시예에서, 누적된 심볼 길이 신호는 NFFT 범위-처리를 위해 주파수-도메인으로 변환된다.
도 39는 본 개시에 따른 레이더 파형에 대한 예시적인 압축 범위-처리(3900)를 도시한다. 도 39에 도시된 레이더 파형에 대한 압축된 범위-처리(3900)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 39에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 39에 도시된 바와 같이, 레이더 파형에 대한 압축된 범위 처리(3900)는 개선된 시스템으로 구현될 수 있거나 레이더 파형에 대한 압축된 범위 처리(3900)는 개선된 시스템의 구성요소 중 하나로 구현될 수 있다.
도 39에 도시된 바와 같이, 범위 처리 프로세스 동작은 DFT 블록(3902), 복소수 켤레 블록(3904), IFFT 블록(3906), 복소수 곱셈 블록(3908), FFT 블록(3910), 가산 심볼 데이터 블록(3912) 및 순환 시프트 및 가산 블록(3914)를 포함한다.
압축된 범위-처리의 블록도는 도 39에 도시되어 있다.
도 39는 레이더 파형에 대한 압축된 범위-처리를 도시한다. 주파수-도메인 상관(FFT, IFFT가 뒤따르는 복소 곱셈)은 OFDM 심볼당 한 번이 아니라 슬롯당 한 번 계산된다.
일 실시예에서, 종래의 선형 주파수-도메인 상관과 비교하여, 두 가지 방식으로 복잡성을 줄이기 위해 감소 방식이 제공된다.
일 실시예에서, 다중 OFDM 심볼을 단일 누적 OFDM 심볼로 압축함으로써, Nsymbol만큼 복잡도가 감소되는 반면 처리 시간은 Nsymbol로부터 연장된다.
일 예에서, 1개의 주파수-도메인 상관(예를 들어, FFT/복소 곱셈/IFFT)이 매 2μsec 대신에 매 18μsec마다 요구된다.
선형 상관에 필요한 2xNFFT -포인트 FFT 처리 대신 NFFT -포인트 FFT/복소 곱셈/IFFT가 필요하다.
도 40은 본 개시에 따른 범위 처리(4000)의 예시적인 계산 복잡도를 예시한다. 도 40에 도시된 범위 처리(4000)의 계산 복잡도의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 40에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 40은 종래의 주파수-도메인 범위 처리와 본 개시에서 제공되는 압축된 범위-처리의 계산 복잡도의 비교를 도시한다.
도 40은 일반 주파수-도메인 접근법과 비교하여 복잡성이 16배 감소하는 범위 처리의 계산 복잡도 비교를 보여준다(시간-도메인 처리는 한 슬롯의 범위 처리를 위해 134,217,728 곱셈 및 536,870,912 곱셈을 필요로 하며 제안된 접근 방식에 비해 1000배 복잡한 곱셈 가산을 필요로 함).
표 1은 성능 평가를 위한 시스템 파라미터를 보여준다. RF 대역폭은 2GHz로 가정된다.
도 41은 본 개시에 따른 AWGN 채널에 대한 범위-처리 후 예시적인 결정 통계(4100)를 도시한다. 도 41에 도시된 AWGN 채널에 대한 범위-처리 후의 결정 통계(4100)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 41에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
(표 1)시뮬레이션을 위한 시스템 파라미터
Figure pct00001
도 42는 본 개시에 따른 AWGN 채널에 대한 범위-도플러 처리 후의 결정 통계(4200)의 예시적 슬라이스를 도시한다. 도 42에 도시된 AWGN 채널에 대한 범위-도플러 처리 후 결정 통계(4200) 슬라이스의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 42에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 42는 본 개시에서 제공되는 압축된 범위-처리를 사용하여 계산된 범위 처리 후의 결과를 도시한다. 평균 범위 사이드-로브(side-lobe)는 신호의 피크에 대해 약 -34dB이다.
도 42는 본 개시에서 제공되는 압축-범위 처리 알고리즘에 따른 범위-도플러 처리 후의 신호의 슬라이스를 도시한다. 범위 슬라이스 및 도플러 슬라이스는 도면 상단 및 하단에 표시된다. 피크 및 평균 범위 사이드-로브는 각각 약 -50dB 및 -58dB이다. 피크 및 평균 도플러 사이드-로브는 각각 -50dB 및 -62dB이다.
도 43은 본 개시에 따른 범위-도플러 처리 이후의 예시적인 2D 범위-도플러 맵(4300)을 도시한다. 도 43에 도시된 범위 도플러 처리 이후의 2D 범위 도플러 맵(4300)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 43에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 43은 압축된 범위 처리와 도플러 처리 후의 2차원 범위-도플러 맵을 보여주며, 고해상도 레이더에 필요한 예리한 범위-도플러 모호성 함수를 보여준다.
본 개시에서 제공되는 압축-범위 처리는 수신된 신호의 첫 번째 심볼에 GT로부터의 데이터를 주기적으로 추가한다. 추가로 인해 결과 신호의 잡음 분산은 Nsymbols2에서 (Nsymbol + 1)s2으로 증가한다. 여기서 s2는 수신된 복소 기저대역 신호의 잡음 분산이며 1/Nsymbol만큼 증가한다. 분석된 시스템 파라미터의 경우 이는 0.5dB이므로 SINR이 0.5dB 감소한다.
본 개시에서, CAZAC 시퀀스 부호화를 갖는 OFDM 레이더의 실시간 구현을 위해 계산적으로 효율적인 레이더 수신기 아키텍처가 제공된다. 본 개시에서 제공되는 압축된 범위-처리는 순환 가산 및 기호-누산 처리를 사용하여 최첨단 FPGA/DSP 하드웨어 또는 저전력, 저복잡도 ASIC 구현을 통한 효율적인 실시간 구현을 위해 복잡한 FFT/복소 곱셈/IFFT 처리를 획기적으로 감소시킨다.
전술한 실시예에서, 복잡도는 최신의 효율적인 주파수-도메인 범위-처리 알고리즘과 비교하여 16배까지 감소된다. 기존 PM 레이더의 시간-도메인 처리와 비교하면 계산 복잡도는 1000배 이상 감소된다.
본 개시는 수신기에서 채널별 처리함으로써 MIMO 및 빔포밍을 포함하는 4D 이미징 레이더에 적용될 수 있다. 본 개시는 기본 PM 레이더 파형이 유사한 프레임 구조와 순환 상관 특성을 보유한 코드를 갖는 한 PM 부호화된 레이더와 같은 시간 도메인 레이더 코드에 적용될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에서, 3-D 이미징 센서는 송신기, 수신기, 및 송신기 및 수신기에 결합된 어레이를 포함하고, 상기 어레이는 하나 이상의 에너지 방출기 소자 및 에너지 검출기 소자를 가지며, 여기서 어레이는 송신기에 의해 생성된 송신 신호를 방출하도록 구성된다.
이러한 실시예에서, 송신 신호는 MIMO 처리된 주파수 도메인 PN 시퀀스에 의해 변조된 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형을 포함하고, 상기 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형은 에너지 소스를 변조하도록 야기하는 아날로그 파형 신호로 변환되어 결과적으로 변조된 신호(즉, 변조된 에너지) 아날로그 빔이 생성되어 어레이의 하나 이상의 에너지 방출 소자에 인가되는 송신 신호를 얻는다.
수신기는 본 개시의 3-D 이미징 센서에 의해 조명되는 원거리장 장면의 3-D 이미지를 생성하기 위해 적어도 이미지 형성 알고리즘을 포함하는 컴퓨터 이미징을 사용하여 동작을 수행하도록 구성된다. 이미지 형성 알고리즘은 먼저 3D 이미징 센서에서 전송되고 원거리장 장면에서 반사되거나 후방 산란된 신호에 의해 경험되는 결과적인 위상 변이를 조정한다. 또한, 이미지 형성 알고리즘은 반사된 신호의 반사도 밀도의 2차원 FFT(고속 푸리에 변환)를 수행하여 전송 신호가 반사되거나 후방 산란되는 장면의 3차원 이미지를 생성한다.
이제 도 35를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시되지는 않았지만, 도 35의 실시예는 또한 본 개시의 실시예와 유사한 방식으로 프로세서에 의해 동작, 제어 또는 달리 지시될 수 있다. 즉, 도 35의 실시예를 제어하는 프로세서는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP), 또는 포함하는 하나 또는 다수의 프로세서를 제어하는 ??마스터 프로세서, 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로서 또는 그 일부로 구현되는 프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 기타 유사한 회로를 포함한다. 또한, 프로세서는 이미지 센서의 일부를 형성하는 회로 기판에 상주할 수 있거나 프로세서는 원격에 위치하면서 도 35의 임의의 모듈을 여전히 작동, 제어 또는 달리 지시할 수 있다.
도 35의 실시예에서, 3-D 이미징 센서(3500)는 송신기(모듈 3502 내지 3502A 포함), 수신기(모듈 3524B 내지 3552 포함), 및 송신기 및 수신기에 결합된 어레이(3526)를 포함하고, 상기 어레이(3526)는 하나 이상의 에너지 방출 소자 및 에너지 검출기 소자를 가지며, 어레이(3526)는 송신기에 의해 생성된 송신 신호를 방출하도록 구성된다.
도 35의 어레이(3526)는 다양한 주파수 대역 또는 영역 및/또는 파장 범위에서 에너지를 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 도 35의 어레이(3526)는 근적외선(NIR)에 속하는 700nm 내지 1400nm 및 단파 적외선(SWIR)에 속하는 1400nm 내지 3000nm의 파장 범위에서 광 신호를 방출하거나 검출하도록 구성된다. 또한, 어레이(3526)는 HF(High Frequency) 영역 또는 대역, VHF(Very High Frequency) 영역, UHF(Ultra High Frequency), SHF(Super High Frequency) 대역, EHF(Extremely High Frequency) 영역 및 THz(Tera Hertz) 영역 중 하나에서 전자기 신호를 방출하거나 검출하도록 구성된다. EHF 영역은 특히 동시 광대역 통신 및 고해상도 이미징에 적합하다. "주파수 영역"과 "주파수 대역"이라는 용어는 상호 교환적으로 사용된다.
어레이(3526)의 정면도는 4개의 서브-어레이(3526A, 3526B, 3526C, 3526D)를 포함하는 어레이(3526)를 묘사하는 도 35에 도시된다. 일반적으로, 어레이(3526)는 임의의 수의 서브-어레이로 세분될 수 있고 각각의 서브-어레이는 특정 수의 어레이 소자를 포함한다. 각각의 서브-어레이는 동일한 수의 어레이 에너지 방출 소자 및 에너지 검출기 소자를 가질 수 있다. 또한, 특정 서브-어레이는 전체 어레이 내에서 상기 서브-어레이의 위치에 따라 다른 수의 소자를 가질 수 있다. 예를 들어, 어레이의 중심 또는 그 근처에 위치한 서브-어레이는 다른 서브-어레이보다 더 많은 어레이 소자를 가질 수 있다.
송신 신호는 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형(디지털 빔포머 Tx(3516)의 출력)을 포함한다. 디지털 빔포밍 전에, 직교 디지털 파형은 대응하는 역 고속 푸리에 변환(IFFT) 순환 전치(CP) 모듈(35141 ..., 3514L)에 결합된 RE(resource element) 매핑 모듈(35121, ..., 3512L)의 조합에 의해 생성된다. 또한, 상기 직교 디지털 파형은 다중-입력-다중-출력(MIMO) 처리된 주파수 도메인 의사 잡음(PN) 시퀀스(MIMO 프리-코딩 모듈(3510)의 출력)에 의해 변조된다. 따라서, 디지털 빔포머(3516)에 직교 디지털 파형을 적용하여 디지털 빔포밍 직교 디지털 파형을 얻는다.
디지털 빔포밍 직교 디지털 파형은 DAC(3518)(즉, DAC(3518)의 출력 신호)에 의해 아날로그 파형으로 변환된다. 결과적인 아날로그 파형은 에너지 소스(3520)를 변조하기 위해 변조기(3522) 모듈의 입력에 적용되어 빔 포머(3524A)에 의해 형성된 아날로그 빔인 변조된 아날로그 신호를 생성하여 어레이의 하나 이상의 에너지 방출 소자에 적용되는 송신 신호(아날로그 빔 포머(3524A)의 출력)를 얻는다. 어레이(3526)의 하나 이상의 에너지 방출 소자는 그들에 적용된 송신 신호를 방출한다.
도 35의 변조기(3522)는 BPSK(binary phase shift keying) 변조기, QPSK(quadrature phase shift keying) 변조기, OOK(on off keying) 변조기, ASK(amplitude shift keying) 변조기, FSK(frequency shift keying) 변조기, PPM(pulse position modulation), PSK(phase shift keying) 변조기, 및 DPSK(differential phase shift keying) 변조기 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
여전히 도 35를 참조하면, 송신 신호의 제조는 도 35에 도시된 바와 같이, 이산 푸리에 변환(DFT) 모듈(3504)을 통해 주파수 도메인 PN 시퀀스 X0,X1,X2,…,XN-1로 변환되는 시간 도메인 PN 시퀀스 S0, S1, S2, … .SN-1를 생성하는 PN 시퀀스 생성기(3502)로부터 시작한다.
DFT 모듈(3504)은 시간 도메인 시퀀스에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하여 상기 시퀀스를 주파수 도메인 시퀀스로 변환하는 회로 또는 모듈이다. CAZAC 시퀀스로부터 획득된 시간 도메인 PN 시퀀스는 PN 시퀀스 생성기(3502)에 의해 생성되는 PN 시퀀스의 일례이다. CAZAC 시퀀스는 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 속성을 갖는 PN 시퀀스의 일종이다. Zadoff-Chu 시퀀스의 uth 루트인 CAZAC 시퀀스는 다음 방정식으로 제공된다.
Figure pct00002
여기서 NZC는 Zadoff-Chu 시퀀스의 길이다. 주파수 도메인 PN 시퀀스는 MIMO 처리된다.
도 44는 개선된 시스템(예를 들어, 도1에 예시된 101-103 및/또는 111-116)에 의해 수행될 수 있는, 본 개시에 따른 멀티-스트림 MIMO/빔포밍 레이더를 위한 방법(4400)의 흐름도를 도시한다. 도 44에 도시된 방법(4400)의 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 도 44에 도시된 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하도록 구성된 특수 회로에서 구현될 수 있거나, 하나 이상의 구성요소는 언급된 기능을 수행하기 위한 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 사용된다.
도 44에 도시된 바와 같이, 방법(4400)은 단계(4402)에서 시작한다. 단계(4402)에서, 개선된 시스템은 직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호의 세트를 식별한다.
이어서, 단계(4404)에서, 개선된 시스템은 제1 세트의 빔을 생성한다.
후속적으로, 단계(4406)에서, 진보된 시스템은 직교 MIMO 신호 세트를 생성된 빔 세트 각각에 맵핑한다.
다음으로, 단계(4408)에서 개선된 시스템은 제1 세트의 빔에 기초하여 제1 신호를 표적 장면으로 전송한다.
마지막으로, 단계(4410)에서, 개선된 시스템은 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란되는 제2 세트의 빔에 기초하여 제2 신호를 수신한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 순환적으로 시프트된 CAZAC 시퀀스들의 세트에 기초하여 CAZAC 시퀀스들의 세트를 포함하는 직교 MIMO 신호들의 세트를 생성한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 상이한 루트 CAZAC 시퀀스들의 세트에 기초하여 MIMO 부호화된 신호들의 세트를 포함하는 직교 MIMO 신호들의 세트를 생성한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 기준 신호 후보의 세트를 식별하고 기준 신호 후보의 세트에 대한 상관을 계산한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 직교 MIMO 신호 세트를 사용하여 제1 빔 세트의 동일한 송신 빔으로 전체 장면을 조명한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 직교 MIMO 신호 세트에 대해 계산되는 범위/도플러 처리를 사용하여 신호를 식별하고 식별된 신호에 대한 공간 처리를 수행하여 이미지를 생성한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 목표 범위에 기초하여 MIMO 동작 모드, MIMO와 빔포밍 동작 모드의 하이브리드, 또는 빔포밍 동작 모드를 포함하는 동작 모드를 식별하고, 식별된 동작 모드에 기초하여 제1 신호를 송신하고 식별된 동작 모드에 기초하여 제2 신호를 수신한다.
일 실시예에서, 개선된 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼 세트를 반복하는 OFDM 레이더 파형에 대응하는 신호를 구성하고, OFDM 심볼 세트의 다수의 심볼에 걸쳐 동일한 코드를 사용하여 OFDM 심볼 세트를 슬롯에 누적하고, 누적된 OFDM 심볼 세트에 기초하여 결합된 신호를 생성하고, 생성된 결합 신호에 대한 범위 상관을 계산한다.
이러한 실시예에서, 개선된 시스템은 결합된 신호의 FFT를 계산하는 단계, 결합된 신호와 기준 신호의 복소 곱셈을 계산하는 단계, 및 범위 상관을 획득하기 위해 계산된 복소 곱셈 결합 신호의 IFFT를 계산하는 단계에 기초하여 범위 상관을 계산한다.
본 특허 문서 전체에 걸쳐 사용된 특정 단어 및 문구의 정의를 설명하는 것이 바람직할 수 있다. "애플리케이션" 및 "프로그램"이라는 용어는 적절한 컴퓨터 코드(소스 코드, 목적 코드 또는 실행 코드 포함)로 구현되기에 적합한, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 컴포넌트, 명령어 세트, 프로시져, 함수, 오브젝트, 클래스, 인스턴스, 관련 데이터 또는 그 일부를 지칭한다. "통신"이라는 용어와 그 파생어들은 직접 및 간접 통신을 모두 포함한다. "포함하다", "포함되다" 및 그 파생어들은 제한의 의미 없는 포함을 의미한다. "또는"이라는 용어는 포괄적이며, 및/또는 을 의미한다. "~와 관련된"이라는 문구 및 그 파생어는 ~을 포함하다, ~ 안에 포함되다, ~와 상호 연결되다, ~을 함유하다, ~안에 함유되다, ~에 또는 ~와 연결되다, ~에 또는 ~와 결합하다, ~와 통신 가능하다, ~와 협력하다, ~에 끼워 넣어지다, ~와 병치되다, ~에 근접하다, ~에 묶이다, ~을 가지다, ~의 속성을 가지다, ~에 또는 ~과 관계를 맺다 등을 의미한다. 항목들의 목록과 함께 사용되는 "~중 적어도 하나"라는 문구는, 열거된 항목들 중 하나 이상의 서로 다른 조합들이 사용될 수 있으며 그 목록에서 오직 하나의 항목이 요구될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나"는 A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 및 A 및 B 및 C의 조합들을 포함한다.
본 개시는 특정 실시예들 및 일반적으로 관련된 방법들을 설명했지만, 이들 실시예 및 방법들의 변경 및 순열은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 예시적인 실시예들에 대한 위의 설명은 본 개시를 정의하거나 제한하지 않는다. 다음 청구범위에 의해 정의된 바와 같이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경, 대체 및 변형이 또한 가능하다.

Claims (20)

  1. 개선된 시스템으로서,
    송신 안테나 세트 및 수신 안테나 세트를 포함하는 안테나 세트;
    디지털 빔포머;
    상기 안테나 세트와 상기 디지털 빔포머에 동작 가능하게 연결된 프로세서, 및
    상기 프로세서에 동작 가능하게 연결된 트랜시버를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하고,
    상기 디지털 빔포머를 통해 제1 빔 세트를 생성하고,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 상기 생성된 빔 세트 각각에 매핑하도록 구성되고,
    상기 트랜시버는,
    상기 제1 빔 세트에 기초하여 제1 신호를 상기 안테나 세트의 상기 송신 안테나 세트를 통해 표적 장면으로 송신하고;
    상기 안테나 세트의 상기 수신 안테나 세트를 통해 상기 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란된 제2 빔 세트에 기초한 제2 신호를 수신하도록 구성된, 개선된 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 순환적으로 시프트된 CAZAC 시퀀스의 세트에 기초하여 CAZAC 시퀀스의 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상이한 루트 CAZAC 시퀀스의 세트에 기초하여 MIMO 부호화된 신호의 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    기준 신호 후보 세트를 식별하고,
    상기 기준 신호 후보 세트에 대한 상관을 계산하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랜시버는,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 사용하여 상기 제1 빔 세트와 동일한 송신 빔으로 전체 장면을 조명하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 직교 MIMO 신호 세트에 대해 계산되는 범위/도플러 처리를 사용하여 신호를 식별하고,
    상기 식별된 신호에 대한 공간 처리를 수행하여 이미지를 생성하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    목표 범위에 기초하여, MIMO 동작 모드, MIMO와 빔포밍 동작 모드의 하이브리드, 또는 빔포밍 동작 모드를 포함하는 동작 모드를 식별하고,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제1 신호를 송신하고,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제2 신호를 수신하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼 세트를 반복하는 OFDM 레이더 파형에 대응하는 신호를 구성하고,
    슬롯에, 상기 OFDM 심볼 세트의 복수의 심볼에 대해 동일한 코드를 사용하여 상기 OFDM 심볼 세트를 누적하고;
    상기 누적된 OFDM 심볼 세트에 기초하여 결합된 신호를 생성하고,
    상기 결합된 신호의 FFT를 계산하고, 상기 결합된 신호와 기준 신호의 복소 곱셈을 계산하고, 범위 상관을 얻기 위해 상기 계산된 복소 곱셈 결합 신호의 IFFT를 계산하는 것에 기초하여 상기 생성된 결합 신호에 대한 범위 상관을 계산하도록 더 구성된, 개선된 시스템.
  9. 개선된 시스템의 방법으로서,
    직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하는 단계,
    제1 세트의 빔을 생성하는 단계,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 상기 생성된 세트의 빔 각각에 매핑하는 단계,
    상기 제1 세트의 빔에 기초하여 제1 신호를 표적 장면으로 전송하는 단계,
    상기 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란되는 제2 세트의 빔에 기초하여 제2 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    순환적으로 시프트된 CAZAC 시퀀스의 세트에 기초하여 CAZAC 시퀀스의 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상이한 루트 CAZAC 시퀀스의 세트에 기초하여 MIMO 부호화된 신호의 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    기준 신호 후보 세트를 식별하는 단계,
    상기 기준 신호 후보 세트에 대한 상관을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 사용하여 상기 제1 세트의 빔과 동일한 송신 빔으로 전체 장면을 조명하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 직교 MIMO 신호 세트에 대해 계산되는 범위/도플러 처리를 사용하여 신호를 식별하는 단계,
    상기 식별된 신호에 대한 공간 처리를 수행하여 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    목표 범위에 기초하여, MIMO 동작 모드, MIMO와 빔포밍 동작 모드의 하이브리드, 또는 빔포밍 동작 모드를 포함하는 동작 모드를 식별하는 단계,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제1 신호를 전송하는 단계,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제2 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법
  16. 제9항에 있어서,
    직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼 세트를 반복하는 OFDM 레이더 파형에 대응하는 신호를 구성하는 단계,
    슬롯에, 상기 OFDM 심볼 세트의 복수의 심볼에 대해 동일한 코드를 사용하여 상기 OFDM 심볼 세트를 누적하는 단계,
    상기 누적된 OFDM 심볼 세트에 기초하여 결합된 신호를 생성하는 단계,
    상기 결합된 신호의 FFT를 계산하고, 상기 결합된 신호와 기준 신호의 복소 곱셈을 계산하고, 범위 상관을 획득하기 위해 상기 계산된 복소 곱셈 결합 신호의 IFFT를 계산하는 동작에 기초하여 상기 생성된 결합 신호에 대한 범위 상관을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 프로그램 코드를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 프로그램 코드가 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 개선된 시스템이,
    직교 다중-입력-다중-출력(MIMO) 신호 세트를 식별하고,
    제1 세트의 빔을 생성하고,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 상기 생성된 빔 세트의 각각에 매핑하고,
    상기 제1 세트의 빔에 기초하여 제1 신호를 표적 장면으로 송신하고,
    상기 표적 장면으로부터 반사되거나 후방 산란되는 제2 세트의 빔에 기초하여 제2 신호를 수신하도록 하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    프로그램 코드를 더 포함하고, 상기 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 개선된 시스템이,
    순환적으로 시프트된 CAZAC 시퀀스 세트에 기초하여 CAZAC 시퀀스 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하고,
    상이한 루트 CAZAC 시퀀스의 세트에 기초하여 MIMO 부호화된 신호의 세트를 포함하는 상기 직교 MIMO 신호 세트를 생성하도록 하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
  19. 제17항에 있어서,
    프로그램 코드를 더 포함하고, 상기 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 개선된 시스템이,
    기준 신호 후보 세트를 식별하고,
    상기 기준 신호 후보 세트에 대한 상관을 계산하고,
    상기 직교 MIMO 신호 세트를 사용하여 상기 제1 세트의 빔과 동일한 송신 빔으로 전체 장면을 조명하고,
    상기 직교 MIMO 신호 세트에 대해 계산되는 범위/도플러 처리를 사용하여 신호를 식별하고,
    상기 식별된 신호에 대한 공간 처리를 수행하여 이미지를 생성하고,
    목표 범위에 기초하여, MIMO 동작 모드, MIMO와 빔포밍 동작 모드의 하이브리드, 또는 빔포밍 동작 모드를 포함하는 동작 모드를 식별하고,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제1 신호를 송신하고,
    상기 식별된 동작 모드에 기초하여 상기 제2 신호를 수신하도록 하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
  20. 제17항에 있어서,
    프로그램 코드를 더 포함하고, 상기 프로그램 코드는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 개선된 시스템이,
    직교 주파수 분할 다중(OFDM) 심볼 세트를 반복하는 OFDM 레이더 파형에 대응하는 신호를 구성하고,
    슬롯에, 상기 OFDM 심볼 세트의 복수의 심볼에 대해 동일한 코드를 사용하여 상기 OFDM 심볼 세트를 누적하고,
    상기 누적된 OFDM 심볼 세트에 기초하여 결합된 신호를 생성하고,
    상기 결합된 신호의 FFT를 계산하고, 상기 결합된 신호와 기준 신호의 복소 곱셈을 계산하고, 범위 상관을 획득하기 위해 상기 계산된 복소 곱셈 결합 신호의 IFFT를 계산하는 동작을 기초로 상기 생성된 결합 신호에 대한 범위 상관을 계산하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.

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