TWI681204B

TWI681204B - 通信設備及用於執行數位波束成形之方法及相關電腦可讀儲存媒體

Info

Publication number: TWI681204B
Application number: TW107107729A
Authority: TW
Inventors: 寄楣連; 顧昌展
Original assignee: 美商谷歌有限責任公司
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2020-01-01
Also published as: TW201903428A

Abstract

本發明闡述使用一無線通信晶片組達成數位波束成形以用於雷達感測之技術及設備。一控制器初始化該無線通信晶片組或致使該無線通信晶片組使用多個接收器鏈來接收由一目標反射之一雷達信號。一數位波束成形器自該無線通信晶片組獲得基頻資料且產生一空間回應，該空間回應可用於判定該目標之一角位置。該控制器可進一步選擇使用哪些天線來接收該雷達信號。以此方式，該控制器可將該無線通信晶片組進一步最佳化以用於數位波束成形。藉由利用此等技術，該無線通信晶片組可用於無線通信或雷達感測。

Description

通信設備及用於執行數位波束成形之方法及相關電腦可讀儲存媒體

雷達係可偵測並追蹤物體、映射表面且辨識目標之有用裝置。在諸多情形中，一雷達可替代龐大且昂貴之感測器(諸如一相機)，且在存在不同環境條件時(諸如，低照度及有霧或者在移動或重疊目標之情況下)提供經改良效能。

雖然使用雷達感測可係有利的，但存在與將雷達感測器併入於商業裝置中相關聯之諸多挑戰。舉例而言，較小之消費型裝置會對雷達感測器之一大小形成侷限，此可限制效能。此外，習用雷達使用定製設計之雷達專用硬體以產生雷達專用信號。此硬體可係昂貴的，且若要併入此硬體中，則在消費型裝置中需要額外空間。因此，由於額外成本及空間約束，消費型裝置不可能併入雷達感測器。

闡述使用一無線通信晶片組達成數位波束成形以用於雷達感測之技術及設備。一控制器初始化或致使該無線通信晶片組以使用多個接收器鏈來接收由一目標反射之一雷達信號。該多個接收器鏈中之每一者產生基頻資料，該基頻資料用於數位波束成形。該無線通信晶片組可將該基頻資料提供至一數位波束成形器，該數位波束成形器基於該基頻資料而產生一空間回應。藉由分析該空間回應，可判定目標之一角位置。該控制器可進一步選擇使用哪些天線來接收該雷達信號。以此方式，該控制器可將該無線通信晶片組進一步最佳化以用於數位波束成形。藉由利用此等技術，該無線通信晶片組可用於無線通信或雷達感測。

下文所闡述之態樣包含一無線通信晶片組、一處理器及包括電腦可執行指令之一電腦可讀儲存媒體，該等電腦可執行指令回應於處理器之執行而實施一數位波束成形器。該無線通信晶片組包含分別耦合至至少三個接收器之至少三個天線。該無線通信晶片組經組態以經由至少三個天線及至少三個接收器而接收由一目標反射之一雷達信號。該無線通信晶片組亦經組態以經由至少三個接收器產生基頻資料。基頻資料係基於所接收到雷達信號。該數位波束成形器經組態以獲得由至少三個接收器產生之基頻資料。該數位波束成形器亦藉由基於基頻資料而產生一空間回應來執行數位波束成形以使得能夠判定目標之一角位置。

下文所闡述之態樣亦包含一種經由一無線通信晶片組之多個接收鏈接收一雷達信號之方法。雷達信號係由一目標反射。該方法亦包含：經由該無線通信晶片組產生與多個接收鏈中之每一者相關聯之基頻資料。另外該方法包含：將基頻資料提供至一數位波束成形器。該方法包含：經由該數位波束成形器藉由基於該基頻資料而產生一空間回應來執行數位波束成形。該方法進一步包含基於該空間回應而判定目標之一角位置。

下文所闡述之態樣亦包含一種包括電腦可執行指令之電腦可讀儲存媒體，該等電腦可執行指令回應於由一處理器之執行而實施一控制器及一數位波束成形器。該控制器經組態以致使一無線通信晶片組使用多個接收鏈來接收由一目標反射之一雷達信號。該數位波束成形器經組態以自該無線通信晶片組獲得與多個接收鏈中之每一者相關聯之基頻資料。該數位波束成形器亦經組態以藉由基於該基頻資料而產生一空間回應來執行數位波束成形以使得能夠判定目標之一角位置。

下文所闡述之態樣亦包含一種系統，該系統具有用於控制一無線通信晶片組以使用多個接收鏈來接收一雷達信號之構件以及自無線通信晶片組獲得基頻資料以用於數位波束成形之構件。

100‧‧‧實例性環境/環境

102‧‧‧計算裝置/實例性通信裝置

102-1‧‧‧桌上型電腦

102-2‧‧‧平板電腦

102-3‧‧‧平板電腦

102-4‧‧‧電視

102-5‧‧‧計算手錶

102-6‧‧‧計算眼鏡

102-7‧‧‧遊戲系統

102-8‧‧‧微波爐

102-9‧‧‧車輛

104‧‧‧無線通信晶片組

104-1‧‧‧第一無線通信晶片組

104-2‧‧‧第二無線通信晶片組

104-3‧‧‧第三無線通信晶片組

106‧‧‧基地台

108‧‧‧無線通信鏈路/無線鏈路

108-1‧‧‧無線鏈路

108-2‧‧‧無線鏈路

108-3‧‧‧無線鏈路

110-1‧‧‧封閉式姿勢辨識應用

110-2‧‧‧姿勢辨識應用

110-3‧‧‧實例性醫療診斷應用

110-4‧‧‧實例性製圖應用

200‧‧‧實例性環境/環境

202‧‧‧智慧型電話

204‧‧‧智慧型冰箱

206-1‧‧‧雷達場

206-2‧‧‧雷達場

206-3‧‧‧雷達場

302‧‧‧網路介面

304‧‧‧電腦處理器

306‧‧‧電腦可讀媒體

308‧‧‧基於雷達之應用程式

310‧‧‧控制器

402‧‧‧通信介面

404‧‧‧天線

404-1至404-NM‧‧‧天線

406‧‧‧收發器

406-1至406-NM‧‧‧收發器

408‧‧‧系統處理器

410‧‧‧系統媒體

416‧‧‧全雙工操作

418‧‧‧數位波束成形器/實例性數位波束成形器

420‧‧‧雷達調變器/實例性雷達調變器

502-1至502-N‧‧‧傳輸器

504-1至504-N‧‧‧接收器

506-1至506-NM‧‧‧切換器

508‧‧‧雙工操作信號

602-1‧‧‧所傳輸雷達信號

602-2‧‧‧所反射雷達信號

604‧‧‧目標

606‧‧‧曲線圖

608‧‧‧曲線圖

610-1至610-P‧‧‧所傳輸脈衝

612-1‧‧‧所反射脈衝

612-2‧‧‧所反射脈衝

702-1至702-N‧‧‧基頻資料

704-1至704-N‧‧‧複合權重

706‧‧‧求和

708‧‧‧空間回應

802‧‧‧天線陣列

802-1‧‧‧傳輸天線陣列

802-2‧‧‧接收天線陣列

902‧‧‧同相/正交調變器

904‧‧‧同相/正交解調變器

906‧‧‧調變操作信號

1000-1至1000-N‧‧‧信號

1400‧‧‧實例性計算系統/計算系統

1402‧‧‧通信裝置

1404‧‧‧裝置資料

1406‧‧‧資料輸入

1408‧‧‧通信介面

1410‧‧‧處理器

1414‧‧‧電腦可讀媒體

1416‧‧‧大量儲存媒體裝置/儲存媒體

1418‧‧‧裝置應用程式

1420‧‧‧作業系統

參考以下圖式闡述用於數位波束成形之設備及達成數位波束成形之技術，該數位波束成形係使用一無線通信晶片組、用於雷達感測。貫穿圖式，使用相同數字以提及相似特徵及組件：圖1圖解說明其中闡述使用一無線通信晶片組之雷達感測之一實例性環境。

圖2圖解說明具有執行無線通信及雷達感測之多個通信裝置之一實例性環境。

圖3圖解說明一實例性計算裝置。

圖4圖解說明一實例性無線通信晶片組。

圖5圖解說明用於全雙工操作之一實例性通信裝置。

圖6-1圖解說明用於連續波雷達之一無線通信晶片組之全雙工操作。

圖6-2圖解說明用於脈衝都卜勒(pulse-Doppler)雷達之一無線通信晶片組之全雙工操作。

圖7圖解說明用於數位波束成形之一實例性數位波束成形器及無線通信晶片組。

圖8-1圖解說明用於數位波束成形之一實例性無線通信晶片組。

圖8-2圖解說明用於數位波束成形之另一實例性無線通信晶片組。

圖9圖解說明用於雷達調變之一實例性雷達調變器及無線通信晶片組。

圖10圖解說明執行無線通信及雷達感測之一實例性通信裝置。

圖11圖解說明用於使用無線通信晶片組來執行用於雷達感測之全雙工操作之一實例性方法。

圖12圖解說明用於使用無線通信晶片組來執行用於雷達感測之數位波束成形之一實例性方法。

圖13圖解說明用於使用無線通信晶片組來執行用於雷達感測之雷達調變之一實例性方法。

圖14圖解說明一實例性計算系統，該實例性計算系統包含用於雷達感測之一無線通信晶片組或在其中可實施能夠使用無線通信晶片組以達成雷達感測之技術。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張2017年5月31日提出申請之美國臨時申請案第62/512,943號之權益，該申請案之揭示內容特此以其全文引用方式併入本文中。

概述

雖然諸多計算裝置可不具有雷達感測器，但此等計算裝置仍可受益於雷達感測。舉例而言，雷達感測可經由姿勢辨識、電力節省技術、經由接近度偵測等等來增強使用者介面。

然而，一計算裝置可包含一無線通信晶片組，該無線通信晶片組可使得一使用者能夠與朋友交談、下載資訊、共用圖片、遠端地控制家庭裝置、接收全球定位資訊或收聽無線電臺。儘管用於傳輸及接收無線通信信號，但無線通信晶片組包含與一雷達感測器類似之諸多組件，諸如一天線、一收發器及一處理器。此外，用於無線通信之頻率可類似於用於雷達感測之頻率(例如，S頻帶、C頻帶、X頻帶、毫米波頻率等等)。

然而，無線通信晶片組通常經設計以用於無線通信而非用於雷達感測。舉例而言，無線通信晶片組可經設置以使用時分雙工技術來在傳輸通信信號與接收通信信號之間進行切換，此不可促進近距離目標偵測以用於雷達感測。另外，無線通信晶片組可經設置以利用一單個傳輸鏈或接收鏈，此不可促進判定目標之角位置以用於雷達感測。此外，無線通信晶片組可設置以利用通信調變，此不可促進判定目標之距離及都卜勒效應以用於雷達感測。

如此，此文件闡述使用無線通信晶片組以實施雷達感測技術之技術及裝置。該等技術利用一控制器，該控制器使得無線通信晶片組除了無線通信信號之外或代替無線通信信號而能夠傳輸及接收雷達信號。特定而言，控制器可致使無線通信晶片組執行全雙工操作、支援數位波束成形或產生雷達調變。

全雙工操作使得傳輸及接收能夠在同一時間部分內發生，藉此能夠使用連續波雷達或脈衝都卜勒雷達技術。數位波束成形達成定製波束導向及賦形以判定目標之一角位置。使用數位波束成形技術，無線通信晶片組可傳輸或接收各種雷達場。雷達調變使得無線通信晶片組能夠傳輸及接收一雷達信號，藉此支援用於雷達感測之頻率調變(FM)測距或都卜勒感測技術。

使用此等技術，無線通信晶片組可用於基於雷達之應用程式，該等應用偵測一使用者之一存在、免觸摸控制地追蹤使用者姿勢、為自動駕駛提供碰撞避免等等。取決於計算裝置之一目的，無線通信晶片組可經重新目的化以用於雷達感測，或者提供無線通信及雷達感測兩者。因此，包含無線通信晶片組之計算裝置可利用且受益於雷達感測，而無需使用一雷達感測器或雷達專用硬體。此外，該等技術中之某些技術可經修改或最佳化以用於具有不同組態之各種不同無線通信晶片組。使雷達感測對於諸多計算裝置而言可負擔得起且可用可進一步使得多個計算裝置能夠實施主動、被動或雙基地雷達技術。此文件現在轉向實例性環境，此後闡述實例性設備、實例性方法及一實例性計算系統。

實例性環境

圖1係對其中可體現使用雷達感測之技術及包含一無線通信晶片組之一設備之一實例性環境100之一圖解說明，雷達感測使用該無線通信晶片組。環境100包含一計算裝置102，計算裝置102包含透過一無線通信鏈路108(無線鏈路108)與一基地台106通信之一無線通信晶片組104。在此實例中，計算裝置102實施為一智慧型電話。然而，計算裝置102可實施為任何適合計算裝置或電子裝置，如關於圖2及圖3所更詳細地闡述。

基地台106經由無線鏈路108與計算裝置102通信，無線鏈路108可實施為任何適合類型之無線鏈路。儘管被繪示為一蜂巢網路之一塔，但基地台106可表示或實施為另一裝置，諸如一衛星、有線電視頭端、地面電視廣播塔、接入點、同級裝置、網狀網路節點、物聯網(IoT)裝置等等。因此，計算裝置102可經由無線鏈路108與基地台106或另一裝置通信。

無線鏈路108可包含資料或控制資訊自基地台106傳達至計算裝置102之一下行鏈路或其他資料或控制資訊自計算裝置102傳達至基地台106之一上行鏈路。無線鏈路108可係使用任何適合通信協定或標準來實施，包含用於蜂巢網路(例如，第3代合作夥伴項目長期演進(3GPP LTE)或第五代(5G))、IEEE 802.11(例如，802.11n/ac/ad/g/a/b)、Wi-Fi、WiGig^TM、WiMAX^TM、Bluetooth^TM、多輸入多輸出(MIMO)網路等等之通信協定或標準。

替代具有一雷達感測器，計算裝置102利用無線通信晶片組104以進行雷達感測。如圖1中所展示，實例性雷達感測應用包含一封閉式姿勢辨識應用110-1，應用110-1使得攜載於一包中之計算裝置102能夠偵測在包外部做出之姿勢。另一姿勢辨識應用110-2使得計算裝置102(展示為一隨身智慧型手錶)能夠提供一雷達場(展示為一虛線立方體)，一使用者可在該雷達場內做出姿勢且與計算裝置102互動。一實例性醫療診斷應用110-3使得計算裝置102能夠量測一使用者之生理特性或評估異常身體動作，諸如一面部抽搐。此等量測可輔助診斷各種醫療狀況(例如，一中風或巴金森氏病之症狀)。一實例性映射應用110-4使得計算裝置102能夠產生一周圍環境之一個三維圖以供進行情境感知。使用無線通信晶片組104，計算裝置102可實施主動或被動雷達感測技術，如關於圖2更詳細地闡述。

圖2圖解說明具有執行無線通信及雷達感測之多個通信裝置102之一實例性環境200。環境200中之計算裝置102包含圖1之計算裝置102、一智慧型電話202及一智慧型冰箱204，上述各項中之每一者皆包含一無線通信晶片組104。使用無線通信晶片組104，計算裝置102及智慧型電話202分別經由無線鏈路108-1及無線鏈路108-2與基地台106通信。同樣地，智慧型冰箱204經由無線鏈路108-3與計算裝置102通信。

除了經由無線鏈路108傳輸及接收通信信號之外，此等裝置中之每一者亦可執行雷達感測。使用無線通信晶片組104，計算裝置102、智慧型電話202及智慧型冰箱可藉由傳輸及接收其自己之雷達信號而作為單站雷達操作，該等雷達信號分別由雷達場206-1、206-2及206-3展示。

在其中存在一個以上計算裝置102之環境中，諸如在環境200中，多個計算裝置102可一起工作以實施一雙基地雷達、一多基地雷達或一網路雷達。換言之，一或多個計算裝置102可傳輸雷達信號且一或多個其他計算裝置102可接收該等雷達信號。對於協作性雷達感測而言，可使用原子鐘、全球定位系統(GPS)時間、蜂巢同步、無線通信等等使計算裝置102在時間上同步化。

在某些情形中，可根據每一裝置之能力及位置而在計算裝置102當中指派雷達感測操作。舉例而言，具有一最高傳輸功率或一較寬視域之一裝置(舉例而言)可用於傳輸雷達信號。透過協作性或非協作性技術收集之雷達資料亦可跨越所有計算裝置102而共用，此可改良偵測概率、目標位置準確度、目標追蹤及目標定向與形狀估計。由多個計算裝置102提供之雷達資料亦可用於減少錯誤警報、執行三角測量或支援干涉法。

將多個計算裝置102用於雷達感測能夠照射一周圍環境之一大部分且能夠自不同角度收集雷達資料。與雷達感測相關聯之時間或電力成本亦可跨越多個計算裝置102而分佈，藉此使得具有有限資源之計算裝置102能夠執行雷達感測。

更詳細而言，參見圖3，圖3圖解說明作為計算裝置102之一部分之無線通信晶片組104。以下述各種非限制性實例性裝置來圖解說明計算裝置 102：包含一桌上型電腦102-1、一平板電腦102-2、一膝上型電腦102-3、一電視102-4、一計算手錶102-5、計算眼鏡102-6、一遊戲系統102-7、一微波爐102-8及一車輛102-9。亦可使用其他裝置，諸如無線路由器、無人飛行器、追蹤墊、繪圖墊、隨身型易網機、電子書閱讀器、家庭自動化與控制系統及其他家電。注意，計算裝置102可係隨身的、非隨身但行動的或相對不動的(例如，桌上型電腦及電器)。

計算裝置102可包含用於經由有線網路、無線網路或光學網路傳達資料之一網路介面302。舉例而言，網路介面302可經由以下網路傳達資料：一區域網路(LAN)、一無線區域網路(WLAN)、一個人區域網路(PAN)、一廣域網路(WAN)、一內部網路、網際網路、一同級網路、點對點網路、一網狀網路等。計算裝置102亦可包含一顯示器(未展示)。

計算裝置102亦包含一或多個電腦處理器304及電腦可讀媒體306，電腦可讀媒體306包含記憶體媒體及儲存媒體。電腦可讀媒體306經實施以儲存計算裝置102之指令、資料及其他資訊，且因此不包含暫時性傳播信號或載波。體現為電腦可讀媒體306上之電腦可讀指令之應用程式及/或一作業系統(未展示)可由電腦處理器304執行以提供本文中所闡述之某些功能性。電腦可讀媒體306包含一基於雷達之應用程式308及一控制器310。基於雷達之應用程式308使用由無線通信晶片組104提供之雷達資料來執行一雷達感測功能，諸如偵測一使用者之一存在、免觸摸控制地追蹤使用者之姿勢、為自動駕駛偵測障礙物等等。

控制器310控制無線通信晶片組104之操作以用於無線通信或雷達感測。在圖3中，控制器310被展示為一軟體模組，其儲存於電腦可讀媒體306上且由電腦處理器304執行。在某些實施方案中，控制器310包含傳送至無線通信晶片組104或儲存於無線通信晶片組104上且由無線通信晶片組104執行之軟體或韌體。在其他情形中，控制器310係整合於無線通信晶片組104內之一控制器。

控制器310起始、設定或操作無線通信晶片組104以為雷達感測提供若干特徵。此等特徵包含全雙工操作、數位波束成形或雷達調變。控制器310亦可基於優先權、基於雷達之應用程式308或雷達感測之一預定更新速率而管理無線通信晶片組104之分時以用於無線通信或雷達感測。控制器310可自與計算裝置102相關聯之其他應用獲得無線通信或雷達感測之請求。在某些情形中，控制器310可致使無線通信晶片組104同時提供無線通信及雷達感測兩者，如關於圖10更詳細地闡述。關於圖4進一步闡述無線通信晶片組104。

圖4圖解說明包含一通信介面402之一實例性無線通信晶片組104。通信介面402為計算裝置102或一遠端裝置提供通信資料以用於無線通信或提供雷達資料以用於雷達感測。然而，當無線通信晶片組104整合於計算裝置102內時，不需要使用通信介面402。雷達資料可包含原始同相或正交(I/Q)資料、預處理距離-都卜勒圖等等，該等資料可由電腦處理器304經由基於雷達之應用程式308或控制器310進一步處理。

無線通信晶片組104亦包含至少一個天線404及至少一個收發器406。天線404可與無線通信晶片組104分離或整合於無線通信晶片組104內。天線404可包含用於天線分集、傳輸波束成形或MIMO網路之多個天線404。在某些情形中，多個天線404被組織成一個二維形狀(例如，平面陣列)。多個天線404之間的一間隔可小於、大於或等於雷達信號之一中心波長之一半。使用天線404，控制器310可致使無線通信晶片組104形成波束，該等波束係經導向的或非經導向的、寬的或窄的或者係經賦形的(例如，半球、立方體、扇形、圓錐形、圓柱形)。可使用數位波束成形技術來實現導向及賦形，如下文更詳細地闡述。

收發器406包含用於調節經由天線404傳輸或接收之信號之電路及邏輯，諸如濾波器、切換器、放大器、混合器等等。收發器406亦可包含用以執行同相與正交(I/Q)操作(諸如合成、編碼、調變、解碼、解調等等)之邏輯。基於無線通信晶片組104所支援之無線通信之類型，收發器406可發射及接收在一1GHz至400GHz範圍、一4GHz至100GHz範圍中及較窄頻帶(諸如，57GHz至63GHz)之微波輻射。

無線通信晶片組104亦包含一或多個系統處理器408及系統媒體410(例如，一或多個電腦可讀儲存媒體)。系統處理器408亦可包含基頻電路以執行高速取樣程序，該等程序可包含類比轉數位轉換、數位轉類比轉換、快速傅立葉變換(FFT)、增益校正、偏斜校正、頻率變換等等。通常，系統處理器408可將通信資料提供至收發器406以供傳輸。系統處理器408亦可處理來自收發器406之基頻信號以產生資料，該等資料可經由通信介面402而被提供至計算裝置102以用於無線通信或雷達感測。在某些情形中，控制器310之部分可在系統媒體410中獲得且可由系統處理器408執行。

控制器310使得無線通信晶片組104能夠提供額外特徵以用於雷達感測。特定而言，控制器310可致使一第一無線通信晶片組104-1提供全雙工操作416，致使一第二無線通信晶片組104-2經由數位波束成形器418支援數位波束成形，或致使一第三無線通信晶片組104-3實施雷達調變器420。

可藉由控制器310控制無線通信晶片組104中之不同收發器406與不同天線404之間的連接來實現全雙工操作416，如圖5中所展示。全雙工操作416之某些實施方案使得無線通信晶片組104能夠用於連續波雷達，如圖6-1中所展示。全雙工操作416之其他實施方案達成傳輸與接收之快速交錯以用於脈衝都卜勒雷達，如圖6-2中所展示。全雙工操作416使得無線通信晶片組104能夠用於偵測近距離目標且用於量測目標之距離及距離變率。

可藉由控制器310致使無線通信晶片組104將基頻資料自多個接收鏈(例如，多個收發器406及多個天線404)提供至數位波束成形器418來實現數位波束成形，如圖7、圖8-1及圖8-2中所展示。在某些實施方案中，數位波束成形器418係由計算裝置102經由電腦處理器304及電腦可讀媒體306實施。若無線通信晶片組104包含執行一快速傅立葉變換(FFT)之電路及邏輯，則數位波束成形器418可替代地由系統處理器408及系統媒體410實施。此外，數位波束成形器418藉由以數位方式執行相移及振幅漸縮操作來提供對額外硬體組件(諸如類比相移器)之一替代。

數位波束成形提供諸多優勢。舉例而言，應用數位波束成形技術來接收使較少天線404用於傳輸雷達信號(例如，減小對用於雷達感測之傳輸波束成形之依賴性)。藉由使得在接收期間能夠以數位方式形成多個波束而非隨時間而傳輸多個窄筆形波束，亦能高效地利用可用時序資源。另外，數位波束成形器418能夠產生各種圖案，此提供跨越不同無線通信晶片組104支援天線404之不同配置之靈活性。

可藉由以下方式實現雷達調變：控制器310致使無線通信晶片組104操作一同相與正交(I/Q)調變器及解調變器以作為雷達調變器420，如圖9中所展示。舉例而言，控制器310可將I/Q調變器程式化，從而以數位方式產生能夠判定一目標之一距離及都卜勒效應之雷達專用調變。此等雷達調變亦可減小對其他雷達信號或通信信號之干擾。在某些情形中，雷達調變器420可達成同時無線通信及雷達感測，如圖10中所展示。

儘管被單獨展示，但可使用無線通信晶片組104來一起實施全雙工操作416、數位波束成形器418及雷達調變器420之不同組合以用於雷達感測。關於圖5至圖10進一步闡述此等特徵。

全雙工操作

圖5圖解說明用於全雙工操作之一實例性通信裝置102。無線通信晶片組104包含多個收發器406-1、406-2...406-N，其中「N」表示一正整數。每一收發器406皆包含一傳輸鏈及一接收鏈，分別由傳輸器502-1、502-2...502-N及接收器504-1、504-2...504-N表示。無線通信晶片組104亦包含切換器506-1、506-2...及506-N以及天線404-1、404-2...404-N。切換器506及天線404可位於無線通信晶片組104之內部或外部。在圖5中，天線404、切換器506及收發器406之數目被展示為相同的，然而不同數量亦係可能的。在某些情形中，收發器406可耦合至一個以上天線404或者天線404可耦合至一個以上收發器406。

在所繪示之實施方案中，每一切換器506將一對應傳輸器502或接收器504耦合至一對應天線404。在無線通信之某些情形中，無線通信晶片組104可使用時分雙工(TDD)來在不同時間處進行傳輸或接收。因此，切換器506在任何給定時間處將傳輸器502或接收器504耦合至天線404。

然而，對於雷達感測而言，使無線通信晶片組104能夠提供收發器406之全雙工操作416，藉此達成近距離雷達感測係有利的。藉由使控制器310經由一雙工操作信號508設定切換器506之一狀態可達成全雙工操作416。以此方式，控制器310可使得無線通信晶片組104能夠執行連續波雷達或脈衝都卜勒雷達，如關於圖6-1及圖6-2更詳細地闡述。切換器506之使用進一步使得無線通信晶片組104能夠容易地在用於雷達感測之全雙工操作或用於無線通信之半雙工操作之間切換。

圖6-1圖解說明用於連續波雷達操作的無線通信晶片組104之全雙工操作416。在所繪示之實施方案中，控制器310致使傳輸器502之一部分及接收器504之一部分同時連接至各別天線404。舉例而言，雙工操作信號508致使切換器506-1將傳輸器502-1連接至天線404-1且致使切換器506-2將接收器504-2連接至天線404-2。以此方式，傳輸器502-1經由天線404-1傳輸一雷達信號602，而接收器504-2經由天線404-2接收由一目標604所反射之雷達信號602之一部分。

在某些情形中，雷達信號602可包含一頻率調變信號，如曲線圖606中所展示。曲線圖606描繪一所傳輸雷達信號602-1及一所反射雷達信號602-2隨時間而變化之一頻率。曲線圖606圖解說明全雙工操作416，藉此傳輸器502-1在接收器504-2接收所反射雷達信號602-2之時間中之一部分期間產生所傳輸雷達信號602-1。藉由量測所傳輸雷達信號602-1與所反射雷達信號602-2之間的頻率隨時間而變化之一移位，基於雷達之應用程式308可判定目標604之一距離及距離變率。

對於共用傳輸鏈及接收鏈兩者之組件之若干收發器406(例如，可在任何給定時間處執行傳輸或接收之一收發器406)而言，使用至少兩個收發器406藉此來自收發器406中之每一者之一傳輸鏈或一接收鏈分別連接至天線404，可實現連續波雷達之全雙工操作416。另一選擇係，對於包含單獨傳輸鏈及接收鏈之收發器406(例如，可同時執行傳輸及接收之一收發器406)而言，藉由將收發器406之傳輸器502及接收器504分別連接至天線404(如圖8-2中所展示)，可實現連續波雷達之全雙工操作416。

圖6-2圖解說明用於脈衝都卜勒雷達操作的無線通信晶片組104之全雙工操作416。在所繪示之實施方案中，控制器310能達成傳輸器502與接收器504之間的迅速切換。使用雙工操作信號508，控制器310可進一步跨越多個切換器506對切換進行協調。對於脈衝都卜勒雷達而言，控制器310交錯傳輸與接收操作，使得所傳輸雷達信號602-1之脈衝可由傳輸器502-1及502-2傳輸且所反射雷達信號602-2之脈衝可由接收器504-1及504-2接收。作為一優勢，脈衝都卜勒雷達操作使得具有一單個收發器406或一單個天線404之一無線通信晶片組104能夠執行雷達感測。與圖6-1中所闡述之連續波雷達技術相比，使用脈衝都卜勒雷達而達成天線404既傳輸亦接收之雙重用途亦可提高敏感度。

一曲線圖608描繪所傳輸雷達信號602-1及反射雷達信號602-2隨時間而變化之一頻率。如所展示，所傳輸雷達信號602-1包含多個所傳輸脈衝610-1、610-2...610-P，其中「P」表示一正整數。每一所傳輸脈衝610之間的一時間被稱為一脈衝間週期(IPP)。在每一所傳輸脈衝610期間，控制器310致使傳輸器502連接至天線404。在每一所傳輸脈衝610之間，控制器310致使接收器504連接以接收所反射脈衝612，諸如所反射脈衝612-1及612-2。儘管曲線圖608圖解說明個別脈衝並非同時地被傳輸及接收，但迅速切換使雷達信號602之部分跨越同一時間週期被傳輸或接收，因此實施全雙工操作416之一版本。

雖然圖6-1及圖6-2中明確展示了兩個收發器406、兩個天線404及兩個切換器506，但用於連續波雷達或脈衝都卜勒雷達之技術可適用於任何數目個收發器406、天線404及切換器506。對於使用循環器而非切換器 506之無線通信晶片組104而言，亦可執行連續波雷達操作及脈衝都卜勒雷達操作兩者。

數位波束成形

圖7圖解說明用於數位波束成形之一實例性數位波束成形器418及無線通信晶片組104。使用數位波束成形技術，可傳輸或接收各種雷達場，包含寬場、窄場、經賦形場(半球、立方體、扇形、圓錐形、圓柱形)、經導向場、非經導向場、近距離場、遠距離場等等。雖然下文關於接收雷達信號602而論述數位波束成形，但亦可針對傳輸雷達信號602而實施數位波束成形。在所繪示之組態中，接收器504-1至504-N分別處理經由天線404-1至404-N接收之所反射雷達信號602-2以產生基頻資料702-1至702-N。通常，來自天線404之回應係由個別接收鏈單獨地處理。基頻資料702可包含跨越一時間週期收集且用於與雷達信號602相關聯之不同波數之數位I/Q資料。

數位波束成形器418自無線通信晶片組104獲得基頻資料702(例如，若數位波束成形器418被實施成與無線通信晶片組104分離，則經由通信介面402)且將基頻資料702乘以複合權重704-1至704-N。數位波束成形器418執行一求和706以組合來自接收鏈中之每一者之結果以形成一空間回應708。可將空間回應708提供至基於雷達之應用程式308以判定目標604之一角位置。通常，空間回應708包含振幅及相位資訊以得出一組角度、距離及時間。

在某些實施方案中，控制器310可設定或提供複合權重704以控制用於產生空間回應708之天線場型形狀。複合權重704可基於預定值且可能夠使數千個波束同時形成。控制器310亦可動態地即時調整複合權重704 以減少來自干擾器或雜訊源之干擾(例如，藉由沿一干擾方向操縱天線場型之一零位)。控制器310亦可組態無線通信晶片組104以改良數位波束成形，如關於圖8-1及圖8-2更詳細地闡述。

圖8-1圖解說明用於數位波束成形之無線通信晶片組104之一實例性組態。無線通信晶片組104包含具有多個天線404之一天線陣列802。在所繪示之組態中，天線陣列802係具有天線404之一個二維配置之一平面陣列(例如，一個三角形、矩形、圓形或六邊形配置)，此使得能夠判定與所反射雷達信號602-2之一到達角度相關聯之一個二維向量(例如，能夠判定目標604之一方位角及仰角)。天線陣列802可包含以下兩者：沿著角空間之一個維度(例如，一方位角或水平維度)定位之天線404；及相對於該兩個天線404中之一者沿著天線空間之另一維度(例如，一仰角或垂直維度)定位之另一天線404。天線陣列802之其他實施方案可包含一線性陣列(例如，一維配置)，使得可判定目標604之方位角或仰角。通常，在具有一相同天線數目及天線間隔之情況下，一個二維天線陣列與一個一維天線陣列相比可在兩個平面中達成波束導向(例如，方位角及仰角)且達成更高的方向性。

在所繪示之組態中，天線陣列802經展示成具有一N×M矩形配置，其中N及M係大於1之正整數且其等可或可不彼此相等。實例性配置包含一2×2陣列、一2×3陣列、一4×4陣列等等。對於數位波束成形而言，控制器310可實施用於全雙工操作416之技術以使得收發器406-1至406-NM之一部分能夠使用天線陣列802中之天線404-1至404-NM之一部分來接收所反射雷達信號602-2以用於數位波束成形。

在某些實施方案中，控制器310可選擇使用天線404中之哪一者來達成數位波束成形。此可藉由控制天線陣列802中之天線404中之哪一者連接至接收器504(例如，經由上文所闡述的用於全雙工操作416之技術)來實現。此使得控制器310能夠經由無線通信晶片組104、藉由選擇實現一預定間隔之天線404而促進雷達感測，該預定間隔減小互耦合效應、增強方向性等等。為了控制角模糊度，控制器310亦可基於雷達信號602之一中心波長而選擇天線404以實現一有效天線間隔。實例性天線間隔可包含雷達信號602之一大約中心波長、中心波長之一半或中心波長之三分之一。此外，控制器310可藉由選擇天線陣列802內等距之天線404來減小數位波束成形之一複雜性。在某些實施方案中，天線404可經選擇使得形成用於傳輸及接收之一個二維陣列，如圖8-2中所展示。

圖8-2圖解說明用於數位波束成形之另一實例性無線通信晶片組104。無線通信晶片組104包含八個天線404-1至404-8以及四個收發器406-1至406-4。天線404-1至404-4形成一傳輸天線陣列802-1且天線404-5至404-8形成一接收天線陣列802-2。在所繪示之組態中，傳輸器502-1至502-4分別耦合至傳輸天線陣列802-1中之天線404-1至404-4，且接收器504-1至504-4分別耦合至接收天線陣列802-2中之天線404-5至404-8。以此方式，可實現用於雷達信號602之傳輸及接收之數位波束成形。在其他實施方案中，傳輸天線陣列802-1可具有與接收天線陣列802-2相同或不同之一天線配置、天線404之數目或天線間隔。

雷達調變

圖9圖解說明用於雷達調變之一實例性雷達調變器420及無線通信晶片組104。在所繪示之組態中，無線通信晶片組104之收發器406包含一I/Q調變器902及一I/Q解調變器904。對於無線通信而言，I/Q調變器902 及I/Q解調變器904可分別用於將通信資料調變至一載波信號上或解調載波信號以提取通信資料。實例性調變包含振幅、頻率或相位調變。作為另一實例，I/Q調變器902及I/Q解調變器904可執行正交頻分多工(OFDM)。

對於雷達感測而言，控制器310可產生一調變操作信號906以致使I/Q調變器902及I/Q解調變器904以作為雷達調變器420操作且利用一預定雷達調變類型。實例性雷達調變包含頻率調變(例如，線性頻率調變(LFM)，鋸齒波頻率調變或三角波頻率調變)、步進頻率調變、相移鍵控(PSK)、偽雜訊調變、展頻調變等等。作為一實例，控制器310可致使I/Q調變器902產生一唧聲信號且致使I/Q解調變器904解調唧聲信號以用於頻率調變式連續波(FMCW)雷達。

控制器310亦可使用調變操作信號906以進一步規定一無線通信頻道以用於傳輸並接收雷達信號602，該無線通信頻道影響雷達信號602之一頻率及一頻寬。在某些態樣中，不同無線通信頻道可經綁定以增大雷達信號之一頻寬。利用一較大頻寬會增強經由無線通信晶片組104進行之雷達感測之距離解析度(例如，提高距離準確度且能夠解析出距離中的多個目標)。I/Q調變器902及I/Q解調變器904亦可用於支援同時執行多個雷達感測操作或者同時執行無線通信及雷達感測兩者，如關於圖10更詳細地闡述。

圖10圖解說明使用控制器310及無線通信晶片組104來執行無線通信及雷達感測之計算裝置102。在此實例中，無線通信晶片組104支援MIMO及OFDM。基於調變操作信號906，無線通信晶片組104經由由傳輸器502-1、502-2...502-N所表示之單獨傳輸鏈而產生信號1000-1、1000-2...1000-N。信號1000-1、1000-2及1000-N分別經調變以用於雷達感測、無線通信以及雷達感測及無線通信兩者。信號1000-N可係藉由使用雷達調變來調變含有通信資料之一信號來達成。以此方式，接收信號1000-N之其他計算裝置102可處理信號1000-N以用於無線通信或用於雷達感測(例如，使用如圖3中所闡述之雙基地、多基地或網路雷達技術)。

為了避免多個信號1000之間的干擾，控制器310可致使I/Q調變器902使信號1000彼此正交。在其他態樣中，可使用不相交無線通信頻道來傳輸信號1000-1、1000-2及1000-3。不同無線通信頻道亦可用於不同雷達調變，從而使得能夠同時傳輸不同雷達信號602。若時序、天線或收發器資源在無線通信晶片組104中係有限的，則控制器310可基於優先權、一預定更新速率或來自另一應用之一請求而將無線通信及雷達感測安排在不同時間處發生。

實例性方法

圖11至圖13繪示使用無線通信晶片組104進行雷達感測之實例性方法1100、1200及1300。方法1100、1200及1300展示為所執行之若干組操作(或動作)但未必限於本文中展示操作次序或組合。此外，操作中之一或多者中之任一者可經重複、組合、重組或聯結以提供各種各樣之額外及/或替代方法。在以下論述之若干部分中，可參考圖1及圖2之環境100及200及圖3至圖10中所詳述之實體，對其等所做的參考僅出於舉例目的。該等技術並不限於在一個裝置上操作之一個實體或多個實體進行之執行。

圖11圖解說明用於使用一無線通信晶片組來執行全雙工操作以用於雷達感測之一實例性方法。在1102處，致使一無線通信晶片組之一傳輸器連接至一第一天線。舉例而言，控制器310可致使無線通信晶片組104將傳輸器502連接至一天線陣列802中之天線404中之至少一者。

在1104處，致使無線通信晶片組之一接收器連接至一第二天線。舉例而言，控制器310可致使無線通信晶片組104將接收器504連接至天線陣列802中之至少另一天線404。傳輸器502及接收器504可與無線通信晶片組104中之同一收發器406或不同收發器406相關聯。

在1106處，經由傳輸器及第一天線傳輸一信號。舉例而言，傳輸器502-1及天線404-1可傳輸雷達信號602。在某些情形中，雷達信號602可係如圖6-1中所展示之一連續波雷達信號或如圖6-2中所展示之一脈衝式雷達信號。

在1108處，經由接收器及第二天線接收由一目標反射之信號。信號之接收發生在傳輸器傳輸信號之時間之至少一部分期間。舉例而言，雷達信號602可由目標604反射並經由接收器504-2及第二天線404-2接收。在某些實施方案中，接收器504-1可與第一天線404-1搭配使用。對於連續波雷達而言，可在傳輸雷達信號602之部分之同時接收該信號之其他部分。對於脈衝都卜勒雷達而言，可在所傳輸之其他脈衝之間接收雷達信號602之不同脈衝。

在1110處，處理所接收到信號以判定目標之一位置。舉例而言，系統處理器408或電腦處理器304可處理雷達信號602以判定目標604之一距離或一角位置。

圖12圖解說明用於使用一無線通信晶片組來執行數位波束成形以用於雷達感測之一實例性方法。在1202處，經由一無線通信晶片組之多個接收鏈接收由一目標反射之一雷達信號。舉例而言，可經由無線通信晶片組104的接收器504-1至504-N之至少一部分及天線404-1至404-N之至少一部分接收所反射雷達信號602-2，如圖7中所展示。通常，每一接收鏈與一收發器406及一或多個天線404相關聯。在某些情形中，控制器310可透過雙工操作信號508初始化或設置無線通信晶片組104以用於接收所反射雷達信號602-2。控制器310亦可進一步選擇使用哪一接收鏈來接收所反射雷達信號602-2，此可將無線通信晶片組104進一步最佳化以用於數位波束成形。

在1204處，經由無線通信晶片組產生與多個接收鏈中之每一者相關聯之基頻資料。舉例而言，無線通信晶片組104產生基頻資料702-1至702-N。基頻資料702-1至702-N可包含接收器504-1至504-N所產生之數位I/Q資料。

在1206處，將基頻資料提供至一數位波束成形器。舉例而言，數位波束成形器418可實施於無線通信晶片組104或計算裝置102內。在某些實施方案中，可經由通信介面402將基頻資料702傳達至數位波束成形器418。

在1208處，經由數位波束成形器藉由基於基頻資料而產生一空間回應來執行數位波束成形。舉例而言，數位波束成形器418可根據複合權重而縮放基頻資料702且組合來自接收鏈中之每一者之資料以產生空間回應708。通常，空間回應708表示不同角度之振幅及相位資訊。

在1210處，基於空間回應而判定目標之一角位置。角位置可係經由基於雷達之應用程式308基於空間回應708而判定。在某些情形中，角位置可包含目標604之一方位角及一仰角兩者。

圖13圖解說明用於使用一無線通信晶片組來執行雷達調變以用於雷達感測之一實例性方法。在1302處，選擇一第一調變類型以使得能夠判定一目標之一位置。舉例而言，第一調變類型可包含一雷達調變，諸如一線性頻率調變、一步進頻率調變、相移鍵控等等。

在1304處，選擇一第二調變類型以使得能夠以無線方式傳達通信資料。通信調變類型可包含正交頻分多工。

在1306處，經由一無線通信晶片組基於第一調變類型而調變一信號以產生一雷達信號。舉例而言，無線通信晶片組104可包含I/Q調變器902。控制器310可經由調變操作信號906致使I/Q調變器902使用雷達調變來產生雷達信號602、信號1000-1或信號1000-N。

在1308處，經由無線通信晶片組基於第二調變類型而調變另一信號以產生一通信信號。舉例而言，控制器130可經由調變操作信號906致使I/Q調變器902使用通信調變來產生信號1000-2或信號1000-N。

在1310處，經由無線通信晶片組控制雷達信號及通信信號之傳輸以達成雷達感測及無線通信。舉例而言，若無線通信晶片組104具有有限資源(例如，有限數目個收發器406及天線404)，控制器310可致使無線通信晶片組104在不同時間處傳輸雷達信號1000-1及通信信號1000-2。另一選擇係，控制器310可諸如在無線通信晶片組104支援MIMO之情形中致使無線通信晶片組104同時傳輸雷達信號1000-1及通信信號1000-2。在某些情形中，雷達信號1000-1及通信信號1000-2之傳輸可基於各別優先權、雷達感測之一預定更新速率或依據與無線通信晶片組104相關聯之一應用程式(諸如，基於雷達之應用程式308)提出之一請求。

實例性計算系統

圖14圖解說明實例性計算系統1400之各種組件，實例性計算系統1400可實施為如參考先前圖1至圖10所闡述之任何類型之用戶端、伺服器及/或計算裝置以使用一無線通信晶片組104(無線通信晶片組104)來實施雷達感測。

計算系統1400包含達成裝置資料1404(例如，所接收到資料、正被接收之資料、經安排以供廣播之資料、資料之資料封包)之有線及/或無線傳達之通信裝置1402。裝置資料1404或其他裝置內容可包含裝置之組態設定、裝置上所儲存之媒體內容及/或與裝置之一使用者相關聯之資訊。計算系統1400上所儲存之媒體內容可包含任何類型之音訊、視訊及/或影像資料。計算系統1400包含一或多個資料輸入1406，可經由一或多個資料輸入1406接收任何類型之資料、媒體內容及/或輸入，諸如人類話語、基頻資料702、空間回應708、其他類型之雷達資料(例如，數位基頻資料或距離-都卜勒圖)、使用者可選輸入(明確的或隱晦的)、訊息、音樂、電視媒體內容、所記錄視訊內容及自任何內容及/或資料源接收之任何其他類型之音訊、視訊及/或影像資料。

計算系統1400亦包含通信介面1408，通信介面1408可實施為一串行及/或並行介面、一無線介面、任何類型之網路介面、一數據機中的任一者或多者且實施為任何其他類型之通信介面。通信介面1408提供計算系統1400與一通信網路之間的一連接及/或通信鏈路，其他電子裝置、計算裝置及通信裝置藉由該通信網路與計算系統1400傳達資料。

計算系統1400包含一或多個處理器1410(例如，微處理器、控制器等中之任一者)，一或多個處理器1410處理各種電腦可執行指令，以控制計算系統1400之操作且達成使用無線通信晶片組104進行雷達感測之技術或其中可體現雷達感測之技術。另一選擇係或另外，計算系統1400可係利用硬體、韌體或固定邏輯電路中之任一者或其組合來實施，固定邏輯電路係與通常識別在1412處之處理及控制電路相結合而實施。儘管未展示，但計算系統1400可包含耦合裝置內之各種組件之一系統匯流排或資料傳送系統。一系統匯流排可包含不同匯流排結構中的任一者或其組合，諸如一記憶體匯流排或記憶體控制器、一周邊匯流排、一通用串列匯流排及/或利用各種匯流排架構中之任一者之一處理器或區域匯流排。

計算系統1400亦包含一電腦可讀媒體1414，諸如達成永久性及/或非暫時性資料儲存(亦即，與僅信號傳輸形成對照)之一或多個記憶體裝置，記憶體裝置之實例包含隨機存取記憶體(RAM)、非揮發性記憶體(例如，一唯讀記憶體(ROM)、閃存記憶體、EPROM、EEPROM等中之任一者或多者)及一磁碟儲存裝置。一磁碟儲存裝置可實施為任何類型之磁性儲存裝置或光學儲存裝置，例如一硬盤驅動器、一可記錄光盤及/或可重寫光碟(CD)、任何類型之一數字多功能光碟(DVD)等等。計算系統1400亦可包含一大量儲存媒體裝置(儲存媒體)1416。

電腦可讀媒體1414提供用以儲存裝置資料1404之資料儲存機制以及各種裝置應用程式1418及與計算系統1400之操作態樣相關之任何其他類型之資訊及/或資料。舉例而言，一作業系統1420可由電腦可讀媒體1414維持為一電腦應用程式且在處理器1410上執行。裝置應用程式1418可包含一裝置管理器，諸如任何形式之一控制應用程式、軟體應用程式、信號處理與控制模組、源自於一特定裝置之程式碼、用於一特定裝置之一硬件抽象層等。

裝置應用程式1418亦包含任何系統組件、引擎或管理器以使用無線通信晶片組104來實施雷達感測。在此實例中，裝置應用程式1418包含基於雷達之應用程式308、控制器310及數位波束成形器418。

總結

儘管已以特定於特徵及/或方法之語言闡述了使用雷達感測(使用一無線通信晶片組)之技術及包含無線通信晶片組之設備，但應理解隨附申請專利範圍之對象未必限於所闡述之具體特徵或方法。而是，揭示具體特徵及方法以作為使用無線通信晶片組之雷達感測之實例性實施方案。