WO2014126289A1 - Vehicle radar and method for operating same - Google Patents

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WO2014126289A1
WO2014126289A1 PCT/KR2013/001986 KR2013001986W WO2014126289A1 WO 2014126289 A1 WO2014126289 A1 WO 2014126289A1 KR 2013001986 W KR2013001986 W KR 2013001986W WO 2014126289 A1 WO2014126289 A1 WO 2014126289A1
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WO
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signal
pulse
time
radar
period
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PCT/KR2013/001986
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French (fr)
Korean (ko)
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김충환
박찬용
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우리로광통신 주식회사
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Publication date
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    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66Radar-tracking systems; Analogous systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01S7/023Interference mitigation, e.g. reducing or avoiding non-intentional interference with other HF-transmitters, base station transmitters for mobile communication or other radar systems, e.g. using electro-magnetic interference [EMI] reduction techniques
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    • G01S13/931Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle radar and a method of operating the same, and more particularly, to a vehicle radar using a narrow band pulse and a method of operating the same.
  • Heavy equipment is much larger than ordinary vehicles and has a relatively wide range of blind spots. In the case of heavy equipment, accidents such as life accidents, vehicle collisions, and building collisions occur most frequently due to blind spots and neglect of observation.
  • ultrasonic sensors are most widely used in general passenger cars.
  • the ultrasonic sensor has a very large signal attenuation due to mud and dust, the malfunction rate of the ultrasonic sensor is too high to be used as a sensor for heavy equipment used in a poor environment where mud and dust exist.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle radar and its operation method is guaranteed in the harsh environment.
  • the vehicle radar receives a downlink control data of a mobile communication system and performs a first period having a first period and a second period in which the first period is uniformly subdivided in the first period.
  • a downlink control data receiver for acquiring a second synchronization having a second synchronization, and subdividing the second period into a time slot of a basic unit based on the first synchronization and the second synchronization and at least one of the time slots of the basic unit
  • a signal controller which selects an exclusive radar own exclusive time slot for output of the transmit pulse, a transmitter which repeatedly outputs the transmit pulse in the exclusive time slot under the control of the signal controller, and the transmit pulse is a reflector It includes a receiver for receiving the reflected pulse reflected back to the.
  • the mobile communication system is a 3GPP WCDMA mobile communication system
  • the downlink control data is transmitted through a broadcast channel (BCH), system information transmitted through a synchronization channel (SCH), a synchronization signal transmitted through a SCH (Common Pilot Channel), and a common pilot channel (CPICH).
  • BCH broadcast channel
  • SCH synchronization channel
  • CPICH common pilot channel
  • a pilot signal to be transmitted, and the downlink control data receiver may acquire the first sync and the second sync using the system information, the sync signal, and the pilot signal.
  • the signal controller may set the size of the time slot of the basic unit to the size of the second period corresponding to the second period.
  • the signal controller may set the size of the time slot of the basic unit by subdividing the second period by using an internal clock signal of the radar.
  • the signal controller may detect at least one unused time slot among a plurality of time slots by receiving a transmission pulse output from an adjacent vehicle radar through the receiver.
  • the signal controller may select the exclusive time slot from the at least one unused time slot.
  • the signal controller may deactivate a radar function when a predetermined radius is approached near a radio astronomy site (RAS) from a position signal of a global positioning system (GPS).
  • RAS radio astronomy site
  • GPS global positioning system
  • the apparatus may further include a signal synthesizer configured to generate a local oscillator (LO) signal and supply it to the transmitter, and convert the LO signal into a quadrature signal.
  • LO local oscillator
  • the transmitter may include a pulse time generator for generating a baseband pulse signal, a low pass filter for removing noise from the baseband pulse signal, and an RF (radio) signal for the baseband pulse signal using the LO signal. It may include a DSB mixer (DoubleSideband mixer) up-converting to a frequency signal.
  • a pulse time generator for generating a baseband pulse signal
  • a low pass filter for removing noise from the baseband pulse signal
  • an RF (radio) signal for the baseband pulse signal using the LO signal.
  • It may include a DSB mixer (DoubleSideband mixer) up-converting to a frequency signal.
  • the transmitter may further include a transmission frequency band pass filter that removes noise from the RF signal.
  • the transmitter may further include a power amplifier amplifying the RF signal and outputting the RF signal as the transmission pulse through a transmission antenna.
  • the transmitter further includes an instantaneous peak power meter for measuring an instantaneous peak power of the transmission pulse and delivering a measurement value to the pulse time generator, wherein the pulse time generator is configured to determine the baseband pulse signal based on the measurement value.
  • the maximum amplitude can be adjusted.
  • the receiving unit may be driven by a low noise amplifier for preventing a drop in signal-to-noise ratio caused by noise of the reflected pulse, a reception frequency band pass filter for removing noise from the reflected pulse amplified by the low noise amplifier, and the quad signal to receive the received signal. It may include a receiving quad mixer for down-converting the reflected pulse passed through the frequency band pass filter to a baseband quad base signal.
  • the receiver may further include a baseband filter that removes out-of-band noise from the baseband quad base signal.
  • the receiver may further include a programmable or variable gain amplifier (P / VGA) for converting the baseband quad base signal into an analog received signal having a reference voltage.
  • P / VGA programmable or variable gain amplifier
  • the receiver may further include an analog memory configured to sample, hold and temporarily store the baseband quad base signal corresponding to a time programmed by the pulse time generator.
  • the pulse time generator may output a triangular waveform having a minimum FWHM satisfying a specification of a short range radar (SRR) in a 24 GHz narrow band.
  • SRR short range radar
  • the pulse time generator may output a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies a short range radar (SRR) specification in a 77 GHz narrow band.
  • SRR short range radar
  • a method of operating a vehicle radar obtaining time synchronization having a period by receiving control data of a mobile communication system, and setting the period of the time synchronization to a plurality of equally divided time slots.
  • the proposed vehicle radar is guaranteed in the harsh environment such as construction site.
  • the detection performance of the vehicle radar can be improved by minimizing interference between the plurality of vehicle radars.
  • FIG. 1 illustrates a vehicle radar system using a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a time synchronization acquisition method and a method of outputting a transmission pulse in a time division multiplexing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a configuration of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a baseband pulse signal, which is a waveform of a sine half wave.
  • FIG. 5 is a graph illustrating an example of a transmission signal in which the baseband pulse signal of FIG. 4 is frequency up-converted into a radio frequency (RF) by a transmitter of the present invention.
  • RF radio frequency
  • FIG. 6 is a graph illustrating an example of an output waveform of an I port outputted from a P / VGA after a transmission signal of FIG. 5 is restored to a baseband signal at a receiver of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph illustrating an example of an output waveform of a Q port output from P / VGA under the same condition as in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a result of calculating a transmission power ratio within an occupied bandwidth for transmission power according to FWHM for a sine half wave, a triangle waveform, and a Gaussian waveform.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of operating a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a vehicle radar system using a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • a mobile communication system includes a code division multiple access (CDMA) system, a wideband code division multiple access (WCDMA) system, a time division multiple access (TDMA) system, a frequency division multiple access (FDMA) system, and an IMT2000 (International).
  • CDMA code division multiple access
  • WCDMA wideband code division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • IMT2000 International
  • Mobile Telecommunication in the year 2000 system Global System for Mobile communication (GSM) system, Long Term Evolution (LTE) system, and the like.
  • GSM Global System for Mobile communication
  • LTE Long Term Evolution
  • the example mobile communication system is a WCDMA system of 3GPP (3rd Generation Generation Partnership Project), which is one of the most widely serviced methods, but the proposed vehicle radar system is not limited thereto. Since time synchronization is an essential element for demodulating digital data, various mobile communication systems can be used.
  • Acquiring a synchronization signal using a mobile communication system is not the only method. Although a specific operation example is omitted, for example, when using a European 24 GHz narrowband (NB) vehicle radar, the occupied band is used from 24.05 GHz to 24.25 GHz, but in the European advanced countries France, Germany, Russia, etc.
  • the RAS Radio Astronomy Site
  • the RAS has been operated for a long time to communicate with alien life. They use the 23.6-24 GHz band, where the RAS's extra-large antenna faces the sky but must receive extremely weak signals.
  • the mobile communication system includes a base station 10 and a terminal 20.
  • the base station 10 generally refers to a fixed station communicating with the terminal 20, and may be referred to by other terms such as an evolvedNodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), and an access point.
  • eNB evolvedNodeB
  • BTS base transceiver system
  • the terminal 20 may be fixed or mobile, and may be called by other terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, and the like. .
  • the base station 10 transmits and receives control data and user data with one or more terminals 20 located in its cell.
  • Control data transmitted from the base station 10 to the terminal 20 may be transmitted through a broadcast channel (BCH), a synchronous channel (SCH), a common pilot channel (CPICH), and the like.
  • BCH broadcast channel
  • SCH synchronous channel
  • CPICH common pilot channel
  • the BCH is a downlink control channel for the base station 10 to broadcast system information of the mobile communication system.
  • Downlink means transmission from the base station 10 to the terminal 20.
  • the SCH is a downlink control channel for transmitting a synchronization signal from the base station 10 to the terminal 20.
  • the synchronization signal transmitted through the SCH includes information about the base station 10, pilot transmission power, pilot phase offset, and the like.
  • the CPICH is a downlink channel for transmitting a pilot signal, which is an unmodulated direct sequence spread spectrum signal, in the base station 10.
  • the CPICH allows the terminal 20 to capture the timing of the downlink channel and provides a reference phase for coherent modulation.
  • the vehicle radar system includes a vehicle radar (100 in FIG. 3) attached to the base station 10 and the vehicle 30 of the mobile communication system.
  • the vehicle 30 may refer to heavy equipment that runs on a construction site.
  • a plurality of heavy equipment 30 may be operated at the construction site, and the vehicle radar 100 attached to each heavy equipment 30 receives time control by receiving control data transmitted from the base station 10. That is, the vehicle radar 100 may receive system information, a synchronization signal, a pilot signal, and the like through the BCH, SCH, and CPICH, and may use this to obtain output synchronization of a transmission pulse.
  • the plurality of vehicle radars 100 output transmission pulses in a time division multiplex based on the obtained time synchronization so that interference does not occur between each other.
  • FIG. 2 illustrates a time synchronization acquisition method and a method of outputting a transmission pulse in a time division multiplexing method according to an embodiment of the present invention.
  • a super frame of the mobile communication system includes a plurality of frames.
  • the super frame has a size of 80 ms, and 8 frames (# 0 to # 7) of the 10 ms size are included in the super frame.
  • the frame may have various hierarchical structures and sizes, and the proposed vehicle radar 100 may receive and use various transmission signals according to the frame hierarchical structure and size of the mobile communication system. will be.
  • Super frames are assigned a super frame header at the forefront of time.
  • the super frame header may include a broadcast channel (BCH).
  • BCH broadcast channel
  • System information and information on a plurality of frames are transmitted through the BCH. Since the control data through the BCH is broadcasted at intervals of 80 ms corresponding to the size of the super frame, the control data through the BCH may be received to obtain synchronization in units of 80 ms.
  • the frame header may include a SCH (Synchronous Channel).
  • the SCH transmits a synchronization signal including information about the base station, pilot transmission power, pilot phase offset, and the like.
  • a common pilot channel (CPICH) for transmitting a pilot signal may be included in a frame header or a frame.
  • the pilot signal on the CPICH can be correctly received using the synchronization signal on the SCH. Since the synchronization signal through the SCH and the pilot signal through the CPICH are transmitted at 10 ms intervals corresponding to the size of the frame, the synchronization signal through the SCH and the pilot signal through the CPICH may be received to obtain synchronization in units of 10 ms.
  • the vehicle radar 100 receives the downlink control data of the mobile communication system to perform a first synchronization having a first period (80 ms) and a second synchronization having a second period (10 ms) included in the first period. Can be obtained.
  • the vehicle radar 100 may divide the first period into a plurality of time slots based on the first synchronization and the second synchronization. For example, the vehicle radar 100 may set eight second periods included in the first period to eight time slots for outputting a transmission pulse. The specific vehicle radar 100 selects at least one of eight time slots as a time slot for outputting a transmission pulse. The vehicle radar 100 outputs a transmission pulse through the selected time slot. At this time, the vehicle radar selects a time slot in which no other vehicle radar outputs the transmission pulse from the eight time slots and outputs the transmission pulse.
  • the second vehicle radar when the first vehicle radar outputs a transmission pulse during a 0 time slot corresponding to frame # 0, the second vehicle radar outputs a transmission pulse during a first time slot corresponding to frame # 1.
  • the second vehicle radar repeatedly outputs a transmission pulse through the first time slot at intervals of a first period (80 ms). Accordingly, the second vehicle radar can prevent the interference with the transmission pulse of the first vehicle radar.
  • a plurality of vehicle radars may be operated in a time division multiple manner in which different time slots are allocated to the plurality of vehicle radars during the first period, and the plurality of vehicle radars output transmission pulses through time slots allocated only to the plurality of vehicle radars.
  • FIG 3 shows a configuration of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle radar 100 includes a downlink control data receiver 110, a signal controller 120, a transmitter 130, a receiver 140, and a signal synthesizer 150.
  • the downlink control data receiver 110 receives downlink control data of the mobile communication system to obtain synchronization.
  • the downlink control data receiver 110 may be configured in the same manner as the receiver of the terminal 10 of the WCDMA system.
  • the downlink control data receiver 110 includes an RF unit 111, a demapper 112, and a baseband demodulator 113.
  • the RF unit 111 receives and transmits a radio signal transmitted from the base station 10 to the demapper 112.
  • the demapper 112 forms a symbol represented by a position on a signal constellation as encoded data according to a modulation scheme.
  • the modulation scheme is not limited, and may be mPhase Shift Keying (mPSK) or mQuadrature Amplitude Modulation (mQAM).
  • mPSK may be BPSK, QPSK or 8PSK.
  • mQAM may be 16QAM, 64QAM or 256QAM.
  • the baseband demodulator 113 restores the encoded data to the original data.
  • the baseband demodulator 113 may detect the control data through the BCH in the reconstructed data to obtain synchronization in units of 80 ms.
  • the baseband demodulator 113 may acquire synchronization in units of 10ms by detecting a synchronization signal through the SCH and a pilot signal through the CPICH from the reconstructed data.
  • the baseband demodulator 113 transmits the synchronization information in units of 80 ms and 10 ms to the controller 121.
  • the signal controller 120 controls the overall functions of the vehicle radar 100.
  • the signal controller 120 controls the output of the transmission pulse of the transmitter 130 and the overall time and time, and calculates the distance from the reflector using the reflection pulse received by the receiver 140.
  • the signal controller 120 includes a controller 121, an external interface 122, and an analog to digital converter (ADC) 123.
  • ADC analog to digital converter
  • the controller 121 sets a plurality of time slots for outputting a transmission pulse based on synchronization of an 80 ms period and a 10 ms period.
  • the controller 121 may set the time slot to a size of 10 ms in response to a 10 ms period.
  • the controller 121 may set the time slot to be smaller than the size of 10 ms by subdividing the 10 ms period.
  • the controller 121 selects at least one of a plurality of time slots as a time slot for outputting a transmission pulse. At this time, the control unit 121 receives at least one unused time slot among a plurality of time slots by receiving a transmission pulse output from an adjacent vehicle radar through the receiver 140, and time slot for outputting a transmission pulse among the unused time slots. Can be selected. The controller 121 controls the transmitter 130 to output a transmission pulse through the selected time slot.
  • the controller 121 may communicate with an external terminal or a display through the external interface 122.
  • the external interface 122 provides a communication interface between the external terminal or the display and the controller 121.
  • the ADC 123 converts the analog received signal stored in the analog memory 145 into a digital signal and transmits the digital signal to the controller 121.
  • the transmitter 130 outputs a transmission pulse under the control of the controller 121.
  • the transmitter 130 includes a pulse time generator 131, a low pass filter 132, a double sideband mixer 133, a transmitter radiofrequency bandpass filter 134, a power amplifier 135, and Instantaneous peak power detector 136.
  • the pulse time generator 131 generates a baseband pulse signal under the control of the controller 121.
  • the baseband pulse signal may be generated as a sine half wave, a triangular waveform, and a Gaussian waveform.
  • the pulse time generator 131 is a triangular waveform that has the shortest FWHM time while satisfying the regulation compared to the sine half wave or Gaussian pulse in consideration of narrowband occupied bandwidth (FWHM) specification. Can be generated as a baseband pulse signal.
  • FWHM means that the smaller the value, the better the spatial resolution.
  • the pulse time generator 131 may output a triangular waveform having a minimum FWHM satisfying the specification [5] of short range radar (SRR) in a 24 GHz narrow band.
  • the pulse time generator 131 may output a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies the SRR specification [9] in the 77 GHz narrow band.
  • the baseband pulse signal is passed to the low pass filter 132, which removes unwanted signals and noise from the baseband pulse signal.
  • the baseband pulse signal passing through the low pass filter 132 is transmitted to the DSB mixer 133.
  • the DSB mixer 133 up-converts the baseband pulse signal to a radio frequency (RF) signal using a local oscillator (LO) signal.
  • RF radio frequency
  • LO local oscillator
  • the transmit frequency band pass filter 134 removes unwanted signals and noise from the upconverted RF signal.
  • the power amplifier 135 amplifies the RF signal passing through the transmission frequency band pass filter 134 and outputs it as a transmission pulse through the transmission antenna.
  • the instantaneous peak power meter 136 measures the instantaneous peak power of the transmit pulse to control the transmit power.
  • the value measured by the instantaneous peak power meter 136 is transmitted to the pulse time generator 131, and based on the measured value, the pulse time generator 131 adjusts the maximum amplitude and the FWHM of the baseband pulse signal according to the narrow band radio regulation. Can be adjusted.
  • the receiver 140 receives a reflected pulse in which the transmission pulse is reflected by the reflector and returned.
  • the receiver 140 includes a low noise amplifier (LNA) 141, a reception frequency band pass filter 142, a receiver quadrature mixer 143, a baseband filter 144, and a P / VGA ( programmable or variable gain amplifier 145 and analog memory 146.
  • LNA low noise amplifier
  • the low noise amplifier 141 amplifies the signal by minimizing the reduction of the signal-to-noise ratio caused by the noise of the reflected pulse received through the receiving antenna.
  • the receive frequency band pass filter 142 removes noise from the amplified reflected pulses.
  • the receiving quad mixer 143 is driven by a quad LO signal transmitted from the signal synthesizing unit 150 to down convert the reflected pulse into a baseband quad base signal.
  • Baseband filter 144 removes noise from the baseband quad base signal.
  • the P / VGA 145 converts the baseband quad base signal to an analog quad receive signal with a reference voltage.
  • the P / VGA 145 may amplify a weak baseband quad base signal of less than 1V to adjust the signal to about 1V, or reduce the baseband quad base signal larger than 1V to adjust to a signal of about 1V.
  • the analog memory 146 samples and holds the analog received signal by the reflected pulse and stores it instantaneously corresponding to the time programmed by the pulse time generator 131.
  • the analog reception signal is converted into a digital signal through the ADC 123, and the controller 121 sequentially reads the digital signal to store data and distances from the reflector. To calculate.
  • the signal synthesizer 150 generates a local oscillator (LO) signal and supplies it to the DSB mixer 133 to drive the DSB mixer 133.
  • the signal synthesizer 150 converts the LO signal into a quad signal and supplies the converted quad signal to the reception quad mixer 143 to drive the reception quad mixer 143.
  • LO local oscillator
  • the vehicle radar 100 may be implemented as a monostatic radar operating as a single antenna for transmitting and receiving.
  • the monostatic radar is provided with an isolator (isolator), the transmission signal is leaked to the low noise amplifier 141 of the receiver 140, the receiver 140 is saturated, the proximity signal according to the time to recover to the normal state after saturation It can minimize the phenomenon that becomes impossible to detect.
  • the vehicle radar 100 may include a GPS device (not shown) that acquires absolute time using GPS in place of the downlink control data receiver 110, and the signal controller 120 may provide an absolute time.
  • the first period and the second period can be set.
  • the signal controller 120 may deactivate the radar function when approaching a predetermined radius near the radio astronomy site (RAS) from the position signal of the GPS.
  • RAS radio astronomy site
  • 4 is a graph showing an example of a baseband pulse signal, which is a waveform of a sine half wave.
  • 5 is a graph illustrating an example of a transmission signal in which the baseband pulse signal of FIG. 4 is frequency up-converted into a radio frequency (RF) by a transmitter of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating an example of an output waveform of an I port outputted from a P / VGA after a transmission signal of FIG. 5 is restored to a baseband signal at a receiving end of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph illustrating an example of an output waveform of a Q port output from P / VGA under the same condition as in FIG. 6.
  • 8 is a graph illustrating an example of a (I 2 + Q 2 ) waveform in the P / VGA of FIGS. 6 and 7.
  • a sine halfwave is output as a baseband pulse signal. That is, the pulse time generator 131 may output a sine half wave as a baseband pulse signal. It is a unipolar half wave with a frequency of 40 MHz, with a waveform of 12.5 ns duration.
  • the baseband pulse signal which is a sine half wave
  • the baseband pulse signal is modulated by the LO signal by the DSB mixer 133 and output as an RF frequency signal.
  • the time from the start to the end of the RF frequency signal is 12.5 ns, indicating that the baseband is the envelope of the entire waveform.
  • the RF frequency signal is repeatedly output at a predetermined delay interval.
  • the first RF frequency signal out_delay1 and the second RF frequency signal out_delay2 are illustrated.
  • the output waveform is not constant according to the delay times delay1 and delay2.
  • the delay time delay1 and delay2 are proportional to the distance from which the transmission pulse is reflected by the reflector and returned. However, looking at the (I 2 + Q 2 ) waveform, we can see that the waveform, such as the transmit baseband pulse signal, is restored. As the delay time delay1 and delay2 change, the reception time of the reflected pulse is also delayed to the same value as the delay time.
  • the proposed vehicle radar 100 may calculate the distance to the reflector by using the delay information on the time axis of the peak of the baseband pulse signal and the calibration information measured from the reflector having a known distance. The calculation is as follows.
  • R is the distance between the reflector and the radar
  • c is the speed of light propagation in the air
  • is the reflected time
  • the proposed vehicle radar 100 may be a narrow band pulse radar using a licensed 24 GHz narrow band frequency for the vehicle radar.
  • the most suitable waveforms for narrowband pulse radars should be the sharpest, with the smallest full width half maximum (FWHM).
  • FWHM full width half maximum
  • To find the most suitable waveform for narrowband pulse radar we analyzed the ratio of OccupiedBandwidth Spectral Power according to FWHM for sine half wave, triangle wave and Gaussian wave.
  • the relevant narrowband regulation requires that the integrated power in the 24.05 to 24.25 GHz band, which is occupied by the integrated power in the 24 to 24.3 GHz band, exceed 99%.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a result of calculating occupied bandwidth spectrum according to FWHM for a sine half wave, a triangular waveform, and a Gaussian waveform.
  • the triangular waveform is 6.5 ns
  • the Gaussian waveform is 7 ns
  • the sine half wave is 7.5 ns. That is, it can be seen that the occupied spectrum of the FWHM has the best triangular waveform.
  • the 6W FWHM is 90cm, which is calculated by converting R in Equation 1 to ⁇ R and ⁇ to FWHM, and then to the spatial resolution equation.
  • the minimum theoretical value of the spatial resolution below is nearly 75cm. It can be seen.
  • BW is the bandwidth and 200MHz on a 24GHz narrowband radar.
  • the maximum output power value is 2.3dB for the Gaussian waveform and 1.2 sine halfwave for the triangle waveform.
  • the triangular waveform can have the largest peak value, indicating that it is the best waveform in terms of pulse width and maximum output amplitude.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of operating a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle radar 100 receives control data transmitted from the base station 10 of the mobile communication system (S110).
  • the control data includes system information transmitted through a broadcast channel (BCH), a synchronization signal transmitted through a SCH (synchronous channel), a pilot signal transmitted through a common pilot channel (CPICH), and the like.
  • BCH broadcast channel
  • SCH synchronous channel
  • CPICH common pilot channel
  • the vehicle radar 100 obtains time synchronization by receiving control data (S120).
  • the control data over the BCH may be broadcast at intervals of 80 ms, and the vehicle radar 100 may receive the control data over the BCH to obtain synchronization of an 80 ms period.
  • the synchronization signal through the SCH may be transmitted at 10 ms intervals, and the vehicle radar 100 may receive the synchronization signal through the SCH to acquire synchronization with a 10 ms period.
  • the vehicle radar 100 receives the first control data transmitted through the first downlink control channel of the mobile communication system to obtain a first synchronization of the first period, and the second downlink control channel of the mobile communication system.
  • the second control of the second period may be obtained by receiving the second control data transmitted through the control unit.
  • the second period may be included in the first period.
  • the plurality of vehicle radars 100 may match output synchronization with each other.
  • the vehicle radar 100 sets a time slot after acquiring time synchronization (S130).
  • the vehicle radar 100 may set a transmission time interval and a time slot according to a predetermined method based on the obtained time synchronization. For example, in response to the synchronization of the 80 ms period and the synchronization of the 10 ms period, a transmission time interval of 80 ms size including eight time slots of 10 ms size may be set.
  • the transmission time interval refers to the interval at which the vehicle radar 100 outputs a transmission pulse
  • the time slot refers to the time at which the transmission pulse is output. That is, the transmission pulse may be output through at least one of the plurality of time slots included in the transmission interval.
  • the size of the time slot does not need to coincide with the second period, and the time slot may be set by further subdividing 10 ms based on the clock signal of the vehicle radar 100.
  • the vehicle radar 100 scans the set time slot (S140).
  • the vehicle radar 100 detects a time slot used by another vehicle radar by receiving a transmission pulse output by another vehicle radar without outputting a transmission pulse.
  • the period for scanning the time slot may be set to a time enough to detect a time slot being used by another radar over one transmission time interval.
  • the transmission pulses output by the other vehicle radar are transmitted up to a maximum distance of 30 km for 10 ms, thereby detecting a time slot used by another vehicle radar operating within a 30 km radius. That is, the time slot used by another vehicle radar can be detected sufficiently only by receiving the transmission pulse which another vehicle radar outputs.
  • the vehicle radar 100 scans the time slot to determine whether there is an unused time slot (S150). When all of the plurality of time slots included in the transmission time interval are in use, the vehicle radar 100 performs time slot scanning again.
  • the vehicle radar 100 selects a time slot to be used from the unused time slot (S160). For example, when the seventh time slot and the eighth time slot of the eight time slots included in the transmission time interval are not in use, the vehicle radar 100 may own one of the seventh time slot and the eighth time slot. You can choose to use this time slot.
  • the vehicle radar 100 outputs a transmission pulse through the selected time slot (S170).
  • the vehicle radar 100 repeatedly outputs a transmission pulse for each time slot selected at a transmission time interval.
  • the transmit pulse can have a 200 MHz bandwidth in the range of 24.05 to 24.25 GHz.
  • the output transmission pulse is reflected by the reflector and returned to the vehicle radar 100.
  • the vehicle radar 100 receives a reflection pulse reflected by the reflector (S180).
  • the vehicle radar 100 processes the reflected pulse to calculate a distance from the reflector (S190).
  • the ultrasonic sensor has a large attenuation of the signal due to the mud, dust, etc., so the malfunction rate is very high to be used as a sensor for heavy equipment used in a harsh environment in which mud, dust, etc. exist.
  • the vehicle radar 100 hardly deteriorates its performance, so it is suitable as a sensor for heavy equipment used in construction sites.
  • CW radar includes frequency modulated CW (FMCW) radar
  • pulsed radar includes ultrawideband (UWB) radar.
  • FMCW radar is the most widely used radar with a good signal to noise ratio (SNR) in frequency resources with the same maximum transmit power and bandwidth.
  • FMCW radars are used in various vehicles as long range radars (LRRs) for inter-vehicle auto maintenance and ACC (automatic cruise control) functions in conjunction with actuators in differential vehicles.
  • LRRs long range radars
  • ACC automatic cruise control
  • the transmit pulse of the FMCW radar is approximately hundreds of us to 10ms at a time, and the maximum time of 10ms is possible because a single transmission and signal processing of the reflected wave are possible with sufficient signal-to-noise ratio (SNR). Even if WCDMA synchronization is used, up to eight heavy-duty radars can be operated at a sufficient update rate of 10 or more times per second without interference at the same time.
  • SNR 16dB is usually based on a detection probability of more than 99% and a false detection probability requiring high reliability of 10 10.
  • the vehicle body may have a large and protruding portion, so the vehicle may act as a clutter.
  • the FMCW radar is vulnerable to body clutter, so the body clutter signal is the closest signal and is usually made of metal with high reflectivity, so the signal is the largest, making it the largest signal while measuring the reflected signal.
  • the reflected signal by the human body that requires the highest safety is very small compared to the body clutter signal because the reflectance is very small compared to the metal may cause a problem of inferior measurement sensitivity for human detection.
  • the FMCW radar has a mounting constraint that requires attention to clutter due to the reflection of the vehicle body, or a high performance frequency variable filter having a high quality factor (Q) of the receiver baseband that is not easy to implement in order to solve the hardware. Should be fitted.
  • Q quality factor
  • UWB radar uses broadband, it has the advantage of good distance resolution, making it an essential radar for applications that require very good distance resolution such as pedestrian recognition and auto parking.
  • the UWB radar transmits pulses for a short time as pulse radars, so there is no limitation in mounting due to differential reflection.
  • UWB radar is broadband, it overlaps with the frequency bands used in other existing fields, so the maximum power constraint on the transmission is large in order to minimize interference with the existing radar.
  • the UWB radar's instantaneous transmitting peak power is limited to 0 dBm / 50 MHz or less.
  • the transmit power is limited to 41.3dBm / MHz.
  • the proposed vehicle radar 100 is a 24GHz narrowband radar with a maximum transmit power of 20dBm / 200MHz.
  • the output power of 24GHz UWB radar cannot be flat in the occupied frequency band, so the output power is calculated up to 10dBm / 500MHz or less for standard UWB impulse such as Gaussian and monopulse. Converted to In terms of the signal-to-noise ratio, UWB has a low value of about 1/25.
  • the best known way to increase the SNR of a radar is to coherently integrate multiple transmissions quickly. Repeated coherent Nc times increase the SNR by N times.
  • Ga is the antenna gain
  • P Rx is the receive power
  • P Tx is the transmit power
  • is the radar cross section
  • R is the reflector distance
  • N is the noise power.
  • 0.01 ⁇ 1m 2 in the human body, and the geometric mean value 0.1m 2 is used and R is 5m.
  • the optimized triangular wave's FWHM is 6ns, so if you store the reflected wave's waveform in the receiving baseband analog memory at 1ns interval, the unit of distance is 15cm, which is more than the expected minimum resolution of 90cm. Samples & hold are required.
  • the hardware can be realized in a small area using a moderately priced semiconductor process such as 0.13um CMOS.
  • DSP Digital Signal Processor
  • Nc 110 times, 1.1ms is enough.
  • Nc 2750
  • narrowband radar only takes 27.5ms to measure, so it can be seen that there is a problem in eliminating inter-radar interference by time division.
  • the UWB radar requires a minimum bandwidth of 500 MHz or more, which translates into a 0.5 ns pulse for the FWHM.
  • a sampling rate of at least 10 Gsps is required to achieve real time sampling to reduce data acquisition time.
  • 1Gsps ADCs are too expensive to implement with ADCs with a 10Gsps sampling rate.
  • the phase code method is one of the methods commonly used to increase the SNR.
  • This is one of the pulse compression methods that transmits a plurality of long pulses using the phase code. Barkercode, polyphase code, Costas code, etc., and peak in only a single pulse in autocorrelation can increase the SNR.
  • the increase in SNR is proportional to the number of consecutive pulses, i.e. the number of codes.
  • this method has a problem that the pulse radar itself cannot start receiving until the end of pulse transmission due to the leakage of the transmitted signal.If the number of pulse codes is increased too much, the minimum measurable distance is limited, so the number cannot be increased indefinitely. There is a disadvantage that the increase of the SNR is limited. As a result, UWB radars do not have a reasonable compromise between implementation cost and measurement time for time-sharing.
  • the multiplexing method is widely used as a method for multiple users simultaneously by minimizing interference in mobile communication.
  • FDMA frequency domain multiple access
  • CDMA code division multiple access
  • OFDM orthogonal frequency domain multiplexer
  • CDMA code domain multiple access
  • the proposed vehicle radar 100 is a narrow band pulse radar that uses a licensed 24 GHz narrowband frequency for vehicle radar. Since the number of pulse repetitions is lower than that of the UWB radar, the transmission and reception time of the pulse is short. . Therefore, a larger number of vehicle radars 100 may be operated in a space where interference may occur. In addition, since the vehicle radar 100 outputs a transmission pulse in a time division multiplexing manner, interference between the plurality of vehicle radars 100 may be avoided.

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Abstract

A vehicle radar includes: a download link control data reception unit for receiving download link control data from a mobile communications system so as to obtain a first synchronization with a first period and a second synchronization with a second period, the second period being included in the first period and formed by uniformly and minutely dividing the first period; a signal control unit for minutely dividing the second period into time slots of a fundamental unit on the basis of the first and the second synchronization to select at least one of the time slots of the fundamental unit as an exclusive time slot of an individual radar itself for outputting a transmission pulse; a transmission unit for repeatedly transmitting the transmission pulse in the exclusive time slot according to the control of the signal control unit; and a reception unit for receiving the reflected pulse coming back from a reflection body reflecting the transmission pulse.

Description

차량 레이더 및 그 운영 방법Vehicle Radar and Its Operation Method
본 발명은 차량 레이더 및 그 운영 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 협대역 펄스(narrow band pulse)를 사용하는 차량 레이더 및 그 운영 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle radar and a method of operating the same, and more particularly, to a vehicle radar using a narrow band pulse and a method of operating the same.
중장비는 일반 차량에 비하여 그 크기가 아주 크고, 사각지대의 범위도 상대적으로 넓다. 중장비의 경우, 후진 시에 사각지대 및 관찰 소홀로 인하여 인명 사고, 차량 추돌, 건축물 추돌 등의 사고가 가장 빈번하게 발생하고 있다.Heavy equipment is much larger than ordinary vehicles and has a relatively wide range of blind spots. In the case of heavy equipment, accidents such as life accidents, vehicle collisions, and building collisions occur most frequently due to blind spots and neglect of observation.
미국 국립산업안전보건연구원(National Institute of Occupational Safety & Health, NIOSH)이 2007년 공사용 덤프트럭의 사고 유형을 조사할 결과에 따르면 공사용 덤프트럭의 전체 사고 중에서 후진 사고가 68% 이었다.[1]According to the 2007 National Institute of Occupational Safety & Health (NIOSH) investigating the types of accidents for construction dump trucks, 68% of all construction dump truck accidents were reverse accidents. [1]
국내의 경우에도 한국 산업안전공단에 보고된 산업별 산업재해 발생 현황을 보면, 2006년 건설업 사망자수는 609명으로 전 산업의 24.4%를 차지하고 있으며 전년대비 약 23% 증가하였다. 또한, 건설 중장비를 포함한 설비, 기계에 의한 사망자수는 78명으로 건설업 사망자수의 16.6%로 많은 비율을 차지하였다. 건설 중장비 중에서 재해 발생 사례가 많은 굴삭기, 크레인, 지게차를 2004년부터 2006년까지 조사해 본 결과 굴삭기 34건, 크레인 33건, 지게차 4건으로 굴삭기의 재해사례가 가장 많았다. 굴삭기의 재해 발생 형태별 비율은 협착, 감김이 41.5%로 가장 많았고, 다음으로 낙하, 비래 23.4%이고, 충돌, 접촉이 13.8%인 것으로 분석되었다.[2]In Korea, the number of industrial accidents reported by the Korea Occupational Safety and Health Agency showed that the number of deaths in construction industry in 2006 was 609, accounting for 24.4% of all industries, an increase of about 23% from the previous year. In addition, the number of deaths from facilities and machinery, including heavy construction equipment, was 78, accounting for 16.6% of the deaths in the construction industry. Excavators, cranes, and forklifts with many accidents among construction heavy equipment were surveyed from 2004 to 2006. The most common accidents among excavators were 34 excavators, 33 cranes, and 4 forklifts. The most common type of excavator accidents was stenosis and coiling (41.5%), followed by falling and flying 23.4%, and collision and contact with 13.8%.
이러한 중장비에 의한 인명과 재산 피해를 최소화하기 위해서, 중장비에 사용 가능한 후방감지 센서의 필요성이 대두되고 있다.In order to minimize the damage to human life and property caused by heavy equipment, the need for a rear detection sensor that can be used for heavy equipment has emerged.
후방감지 센서 중에서 초음파 센서는 일반 승용차에 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 초음파 센서는 진흙, 먼지 등에 의하여 신호의 감쇄가 매우 크기 때문에 진흙, 먼지 등이 상존하는 열악한 환경에서 사용되는 중장비용 센서로 사용하기에는 오동작율이 너무 크므로 그 성능의 신뢰성에 문제가 있다. Among the rear sensing sensors, ultrasonic sensors are most widely used in general passenger cars. However, since the ultrasonic sensor has a very large signal attenuation due to mud and dust, the malfunction rate of the ultrasonic sensor is too high to be used as a sensor for heavy equipment used in a poor environment where mud and dust exist.
또한, 일부의 중장비에는 사고 방지의 목적으로 후방감지 카메라가 장착되어 있는데, 후방감지 카메라의 사용은 전적으로 운전자의 주의에 의해서만 정상적인 감지를 할 수 있으므로 운전자의 컨디션에 따라 사고율이 달라지는 문제가 있다.In addition, some heavy equipment is equipped with a rear detection camera for the purpose of preventing an accident, the use of the rear detection camera can be detected only by the driver's attention entirely, there is a problem that the accident rate varies depending on the condition of the driver.
따라서 건설 현장과 같은 열악한 환경에서도 그 성능이 보장되고 사고 위험을 자동 감지하여 운전자에게 즉시 알려줄 수 있는 센서의 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop a sensor that can guarantee its performance even in a harsh environment such as a construction site, and automatically detect an accident risk and notify a driver immediately.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 열악한 환경에서도 그 성능이 보장되는 차량 레이더 및 그 운영 방법을 제공하기 위한 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle radar and its operation method is guaranteed in the harsh environment.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 레이더는 이동통신 시스템의 하향링크 제어 데이터를 수신하여 제1 주기를 갖는 제1 동기 및 상기 제1 주기에 포함되어 제1 주기가 균일하게 세분된 제2 주기를 갖는 제2 동기를 획득하는 하향링크 제어 데이터 수신부, 상기 제1 동기 및 상기 제2 동기를 기반으로 상기 제2 주기를 기본 단위의 시간 슬롯으로 세분하고, 상기 기본 단위의 시간 슬롯 중에서 적어도 어느 하나를 송신 펄스의 출력을 위한 개별 레이더 자신의 배타적인 시간 슬롯으로 선택하는 신호 제어부, 상기 신호 제어부의 제어에 따라 상기 배타적인 시간 슬롯 내에서 상기 송신 펄스를 반복적으로 출력하는 송신부, 및 상기 송신 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신하는 수신부를 포함한다.The vehicle radar according to an embodiment of the present invention receives a downlink control data of a mobile communication system and performs a first period having a first period and a second period in which the first period is uniformly subdivided in the first period. A downlink control data receiver for acquiring a second synchronization having a second synchronization, and subdividing the second period into a time slot of a basic unit based on the first synchronization and the second synchronization and at least one of the time slots of the basic unit A signal controller which selects an exclusive radar own exclusive time slot for output of the transmit pulse, a transmitter which repeatedly outputs the transmit pulse in the exclusive time slot under the control of the signal controller, and the transmit pulse is a reflector It includes a receiver for receiving the reflected pulse reflected back to the.
상기 이동통신 시스템은 3GPP WCDMA 이동통신 시스템이고, 상기 하향링크 제어 데이터는 BCH(Broadcast Channel)을 통해 전송되는 시스템 정보, SCH(Synchronous Channel)을 통해 전송되는 동기 신호 및 CPICH(Common Pilot Channel)을 통해 전송되는 파일럿 신호를 포함하고, 상기 하향링크 제어 데이터 수신부는 상기 시스템 정보, 상기 동기 신호 및 상기 파일럿 신호를 이용하여 상기 제1 동기 및 제2 동기를 획득할 수 있다.The mobile communication system is a 3GPP WCDMA mobile communication system, and the downlink control data is transmitted through a broadcast channel (BCH), system information transmitted through a synchronization channel (SCH), a synchronization signal transmitted through a SCH (Common Pilot Channel), and a common pilot channel (CPICH). And a pilot signal to be transmitted, and the downlink control data receiver may acquire the first sync and the second sync using the system information, the sync signal, and the pilot signal.
상기 신호 제어부는 상기 기본 단위의 시간 슬롯의 크기를 상기 제2 주기에 대응하여 제2 주기의 크기로 설정할 수 있다.The signal controller may set the size of the time slot of the basic unit to the size of the second period corresponding to the second period.
상기 신호 제어부는 레이더의 내부 클럭 신호를 이용하여 상기 제2 주기를 세분화하여 상기 기본 단위의 시간 슬롯의 크기를 설정할 수 있다.The signal controller may set the size of the time slot of the basic unit by subdividing the second period by using an internal clock signal of the radar.
상기 신호 제어부는 상기 수신부를 통해 인접 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스를 수신하여 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯을 검출할 수 있다.The signal controller may detect at least one unused time slot among a plurality of time slots by receiving a transmission pulse output from an adjacent vehicle radar through the receiver.
상기 신호 제어부는 상기 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯 중에서 상기 배타적 시간 슬롯을 선택할 수 있다. The signal controller may select the exclusive time slot from the at least one unused time slot.
상기 신호 제어부는 GPS(Global Positioning System)의 위치 신호로부터 RAS(Radio Astronomy Site) 근처에서 정해진 반경으로 접근했을 때 레이더 기능을 불활성시킬 수 있다.The signal controller may deactivate a radar function when a predetermined radius is approached near a radio astronomy site (RAS) from a position signal of a global positioning system (GPS).
LO(local oscillator) 신호를 생성하여 상기 송신부에 공급하고, 상기 LO 신호를 쿼드 신호(quadrature signal)로 변환하여 상기 수신부에 공급하는 신호 합성부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a signal synthesizer configured to generate a local oscillator (LO) signal and supply it to the transmitter, and convert the LO signal into a quadrature signal.
상기 송신부는, 베이스밴드 펄스 신호(baseband pulse signal)를 생성하는 펄스타임 생성기, 상기 베이스밴드 펄스 신호에서 잡음을 제거하는 저주파 통과 필터, 및 상기 LO 신호를 이용하여 상기 베이스밴드 펄스 신호를 RF(radio frequency)신호로 상향 변환하는 DSB 믹서(DoubleSideband mixer)를 포함할 수 있다.The transmitter may include a pulse time generator for generating a baseband pulse signal, a low pass filter for removing noise from the baseband pulse signal, and an RF (radio) signal for the baseband pulse signal using the LO signal. It may include a DSB mixer (DoubleSideband mixer) up-converting to a frequency signal.
상기 송신부는, 상기 RF 신호에서 잡음을 제거하는 송신 주파수 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.The transmitter may further include a transmission frequency band pass filter that removes noise from the RF signal.
상기 송신부는, 상기 RF 신호를 증폭하여 송신 안테나를 통해 상기 송신 펄스로서 출력하는 전력 증폭기를 더 포함할 수 있다.The transmitter may further include a power amplifier amplifying the RF signal and outputting the RF signal as the transmission pulse through a transmission antenna.
상기 송신부는, 상기 송신 펄스의 순간 최고 전력을 측정하여 상기 펄스타임 생성기에 측정값을 전달하는 순간 최고 전력 측정기를 더 포함하고, 상기 펄스타임 생성기는 상기 측정값을 기준으로 상기 베이스밴드 펄스 신호의 최대 진폭을 조절할 수 있다.The transmitter further includes an instantaneous peak power meter for measuring an instantaneous peak power of the transmission pulse and delivering a measurement value to the pulse time generator, wherein the pulse time generator is configured to determine the baseband pulse signal based on the measurement value. The maximum amplitude can be adjusted.
상기 수신부는, 상기 반사 펄스의 잡음에 의한 신호대잡음비의 저하를 방지하는 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭기에서 증폭된 반사 펄스에서 잡음을 제거하는 수신 주파수 대역 통과 필터, 및 상기 쿼드 신호에 의해 구동되어 상기 수신 주파수 대역 통과 필터를 통과한 반사 펄스를 베이스밴드 쿼드 기저 신호로 하향 변환하는 수신 쿼드 믹서를 포함할 수 있다.The receiving unit may be driven by a low noise amplifier for preventing a drop in signal-to-noise ratio caused by noise of the reflected pulse, a reception frequency band pass filter for removing noise from the reflected pulse amplified by the low noise amplifier, and the quad signal to receive the received signal. It may include a receiving quad mixer for down-converting the reflected pulse passed through the frequency band pass filter to a baseband quad base signal.
상기 수신부는, 상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호에서 대역 밖의 잡음을 제거하는 베이스밴드 필터를 더 포함할 수 있다.The receiver may further include a baseband filter that removes out-of-band noise from the baseband quad base signal.
상기 수신부는, 상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 기준 전압을 가진 아날로그 수신 신호로 변환하는 P/VGA(programmable or variable gain amplifier)를 더 포함할 수 있다.The receiver may further include a programmable or variable gain amplifier (P / VGA) for converting the baseband quad base signal into an analog received signal having a reference voltage.
상기 수신부는, 상기 펄스타임 생성기에서 프로그램된 시간에 대응하여 상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 샘플링 및 홀딩하여 순시적으로 저장하는 아날로그 메모리를 더 포함할 수 있다.The receiver may further include an analog memory configured to sample, hold and temporarily store the baseband quad base signal corresponding to a time programmed by the pulse time generator.
상기 펄스타임 생성기는 24GHz 협대역에서 SRR(short range radar)의 규격을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력할 수 있다.The pulse time generator may output a triangular waveform having a minimum FWHM satisfying a specification of a short range radar (SRR) in a 24 GHz narrow band.
상기 펄스타임 생성기는 77GHz 협대역에서 SRR(short range radar)의 규격을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력할 수 있다.The pulse time generator may output a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies a short range radar (SRR) specification in a 77 GHz narrow band.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 레이더의 운영 방법은 이동통신 시스템의 제어 데이터를 수신하여 주기를 가지는 시간 동기를 획득하는 단계, 상기 시간 동기의 주기를 균등 분할된 복수의 시간 슬롯으로 설정하는 단계, 상기 복수의 시간 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전송 펄스를 출력하는 단계, 상기 전송 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신하는 단계, 및 상기 반사 펄스를 처리하여 상기 반사체와의 거리를 산출하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a vehicle radar, obtaining time synchronization having a period by receiving control data of a mobile communication system, and setting the period of the time synchronization to a plurality of equally divided time slots. Outputting a transmission pulse through at least one of the plurality of time slots, receiving a reflection pulse in which the transmission pulse is reflected by a reflector, and processing the reflection pulse to calculate a distance to the reflector It includes a step.
제안하는 차량 레이더는 건설 현장과 같은 열악한 환경에서도 그 성능이 보장된다. The proposed vehicle radar is guaranteed in the harsh environment such as construction site.
주변의 다수의 차량 레이더가 운영되더라도 다수의 차량 레이더 간에 간섭을 최소화하여 차량 레이더의 감지 성능을 향상시킬 수 있다. Even if a plurality of vehicle radars are operated nearby, the detection performance of the vehicle radar can be improved by minimizing interference between the plurality of vehicle radars.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 이동통신 시스템을 이용한 차량 레이더 시스템을 나타낸다.1 illustrates a vehicle radar system using a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법 및 시분할 다중 방식으로 송신 펄스를 출력하는 방법을 나타낸다. 2 illustrates a time synchronization acquisition method and a method of outputting a transmission pulse in a time division multiplexing method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 구성을 나타낸다.3 shows a configuration of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
도 4는 베이스밴드 펄스 신호의 일예를 나타내는 그래프로서 sine 반파의 파형이다. 4 is a graph showing an example of a baseband pulse signal, which is a waveform of a sine half wave.
도 5는 도 4의 베이스밴드 펄스 신호가 본 발명의 송신부에 의하여 RF(radio frequency)로 주파수 상향 변환된 송신 신호의 일예를 나타내는 그래프이다.5 is a graph illustrating an example of a transmission signal in which the baseband pulse signal of FIG. 4 is frequency up-converted into a radio frequency (RF) by a transmitter of the present invention.
도 6은 도 5의 송신신호가 본 발명의 수신단에서 베이스밴드 신호로 복원되어P/VGA에 서 출력되는 I 포트의 출력 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph illustrating an example of an output waveform of an I port outputted from a P / VGA after a transmission signal of FIG. 5 is restored to a baseband signal at a receiver of the present invention.
도 7은 도 6과 같은 조건에서 P/VGA에서 출력되는 Q 포트의 출력 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph illustrating an example of an output waveform of a Q port output from P / VGA under the same condition as in FIG. 6.
도 8은 도 6과 도7의 P/VGA에서의 (I2+Q2) 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph illustrating an example of a (I 2 + Q 2 ) waveform in the P / VGA of FIGS. 6 and 7.
도 9는 Sine 반파, 삼각형 파형 및 가우시안(Gaussian) 파형에 대한 FWHM에 따른 송신 전력에 대하여 점유대역폭 내의 송신전력비율을 계산한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating a result of calculating a transmission power ratio within an occupied bandwidth for transmission power according to FWHM for a sine half wave, a triangle waveform, and a Gaussian waveform.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 운영 방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of operating a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, only the configuration different from the first embodiment will be described. .
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 이동통신 시스템을 이용한 차량 레이더 시스템을 나타낸다.1 illustrates a vehicle radar system using a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 이동통신 시스템에는 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 시스템, TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 시스템, IMT2000(International Mobile Telecommunication in the year 2000) 시스템, GSM(Global System for Mobile communication) 시스템, LTE(Long Term Evolution) 시스템 등이 있다. Referring to FIG. 1, a mobile communication system includes a code division multiple access (CDMA) system, a wideband code division multiple access (WCDMA) system, a time division multiple access (TDMA) system, a frequency division multiple access (FDMA) system, and an IMT2000 (International). Mobile Telecommunication in the year 2000 system, Global System for Mobile communication (GSM) system, Long Term Evolution (LTE) system, and the like.
여기서 예로든 이동통신 시스템이 현재 가장 널리 서비스되고 있는 방식의 하나인 3GPP(3rd 하나인 Generation Partnership Project)의 WCDMA 시스템인 것으로 가정하여 설명하지만, 제안하는 차량 레이더 시스템은 이에 한정되지 않으며, 모든 이동통신들이 디지털 데이터의 복조를 위하여 시간 동기가 필수적인 요소이므로 다양한 이동통신 시스템을 이용할 수 있다. Here, it is assumed that the example mobile communication system is a WCDMA system of 3GPP (3rd Generation Generation Partnership Project), which is one of the most widely serviced methods, but the proposed vehicle radar system is not limited thereto. Since time synchronization is an essential element for demodulating digital data, various mobile communication systems can be used.
이동통신 시스템을 이용한 동기신호 획득만이 유일한 방법은 아니다. 구체적인 운용 예를 생략하지만, 예를 들어 유럽향 24GHz 협대역 (NB; narrowband) 차량용 레이더를 사용하는 경우에는 점유대역이 24.05GHz~24.25GHz를 사용하는데 유럽의 선진국들인 프랑스, 독일, 러시아 등에서는 오래 전부터 외계 생명체와의 교신을 위하여 RAS (Radio Astronomy Site)를 여러 곳 운용하여 왔다. 이들은 23.6~24GHz 대역을 사용하는데 RAS용 초대형 안테나는 하늘을 향하여 있지만 극단적으로 미약한 신호를 수신하여야 한다. 따라서, RAS의 중심에서 규모에 따라 수 km에서 10km 이상의 영역에서는 인접 대역을 사용하는 무선 디바이스들의 불요 방사(unwanted emission)가 RAS 대역으로 간섭을 일으키는 간섭전력의 최대치를 일반적인 기준보다 훨씬 엄격하게 규정되고 있다.[3] 이를 만족하지 못하는 무선 디바이스는 RAS 반경 내에서는 사용할 수 없다. 상기의 경우에는 GPS(Global Positioning System)가 필요하며 GPS가 장착된 레이더는 동기 시간을 GPS로부터 획득할 수 있다.Acquiring a synchronization signal using a mobile communication system is not the only method. Although a specific operation example is omitted, for example, when using a European 24 GHz narrowband (NB) vehicle radar, the occupied band is used from 24.05 GHz to 24.25 GHz, but in the European advanced countries France, Germany, Russia, etc. The RAS (Radio Astronomy Site) has been operated for a long time to communicate with alien life. They use the 23.6-24 GHz band, where the RAS's extra-large antenna faces the sky but must receive extremely weak signals. Therefore, in the area of several kilometers to more than 10 kilometers, depending on the scale of the center of RAS, the unwanted emission of wireless devices using adjacent bands is more strictly defined than the general standard, the maximum amount of interference power causing interference to the RAS band. [3] Wireless devices that do not satisfy this cannot be used within the RAS radius. In this case, a GPS (Global Positioning System) is required, and a GPS-equipped radar can obtain a synchronization time from the GPS.
이동통신 시스템은 기지국(10) 및 단말(20)을 포함한다. 기지국(10)은 일반적으로 단말(20)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolvedNodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 단말(20)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. The mobile communication system includes a base station 10 and a terminal 20. The base station 10 generally refers to a fixed station communicating with the terminal 20, and may be referred to by other terms such as an evolvedNodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), and an access point. The terminal 20 may be fixed or mobile, and may be called by other terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, and the like. .
기지국(10)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 기지국(10)은 자신의 셀 내에 위치하는 하나 이상의 단말(20)과 제어 데이터 및 사용자 데이터를 송수신한다. 기지국(10)이 단말(20)에 전송하는 제어 데이터는 BCH(Broadcast Channel), SCH(Synchronous Channel), CPICH(Common Pilot Channel) 등을 통하여 전송될 수 있다. There may be one or more cells in the base station 10. The base station 10 transmits and receives control data and user data with one or more terminals 20 located in its cell. Control data transmitted from the base station 10 to the terminal 20 may be transmitted through a broadcast channel (BCH), a synchronous channel (SCH), a common pilot channel (CPICH), and the like.
BCH는 기지국(10)이 이동통신 시스템의 시스템 정보를 브로드캐스팅하기 위한 하향링크(downlink) 제어채널이다. 하향링크(downlink)는 기지국(10)에서 단말(20)로의 전송을 의미한다. The BCH is a downlink control channel for the base station 10 to broadcast system information of the mobile communication system. Downlink means transmission from the base station 10 to the terminal 20.
SCH는 기지국(10)에서 단말(20)로 동기 신호를 전송하기 위한 하향링크 제어채널이다. SCH을 통해 전송되는 동기 신호에는 기지국(10)에 대한 정보, 파일럿 송신 전력, 파일럿의 위상 오프셋 등에 관한 정보가 포함된다. The SCH is a downlink control channel for transmitting a synchronization signal from the base station 10 to the terminal 20. The synchronization signal transmitted through the SCH includes information about the base station 10, pilot transmission power, pilot phase offset, and the like.
CPICH는 기지국(10)에서 변조되지 않은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호인 파일럿 신호를 전송하기 위한 하향링크 채널이다. CPICH은 단말(20)이 하향링크 채널의 타이밍을 포착하도록 하며, 코히런트(coherent) 변조를 위한 기준 위상을 제공한다.The CPICH is a downlink channel for transmitting a pilot signal, which is an unmodulated direct sequence spread spectrum signal, in the base station 10. The CPICH allows the terminal 20 to capture the timing of the downlink channel and provides a reference phase for coherent modulation.
차량 레이더 시스템은 이동통신 시스템의 기지국(10) 및 차량(30)에 부착된 차량 레이더(도 3의 100)를 포함한다. 차량(30)은 건설 현장에서 운행되는 중장비를 의미할 수 있다. 건설 현장에서 다수의 중장비(30)가 운행될 수 있으며, 각각의 중장비(30)에 부착된 차량 레이더(100)는 기지국(10)으로부터 전송되는 제어 데이터를 수신하여 시간 동기를 획득한다. 즉, 차량 레이더(100)는 BCH, SCH, CPICH를 통해 시스템 정보, 동기 신호, 파일럿 신호 등을 수신하고, 이를 이용하여 송신 펄스의 출력 동기를 획득할 수 있다. 그리고 복수의 차량 레이더(100)는 획득한 시간 동기를 기반으로 시분할 다중 방식(time division multiplex)으로 송신 펄스를 출력하여 서로 간에 간섭이 발생하지 않도록 한다. The vehicle radar system includes a vehicle radar (100 in FIG. 3) attached to the base station 10 and the vehicle 30 of the mobile communication system. The vehicle 30 may refer to heavy equipment that runs on a construction site. A plurality of heavy equipment 30 may be operated at the construction site, and the vehicle radar 100 attached to each heavy equipment 30 receives time control by receiving control data transmitted from the base station 10. That is, the vehicle radar 100 may receive system information, a synchronization signal, a pilot signal, and the like through the BCH, SCH, and CPICH, and may use this to obtain output synchronization of a transmission pulse. The plurality of vehicle radars 100 output transmission pulses in a time division multiplex based on the obtained time synchronization so that interference does not occur between each other.
이하, 도 2를 참조하여 복수의 차량 레이더(100)가 시간 동기를 획득하고 시분할 다중 방식으로 송신 펄스를 출력하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method in which the plurality of vehicle radars 100 acquires time synchronization and outputs transmission pulses in a time division multiplexing system will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 동기 획득 방법 및 시분할 다중 방식으로 송신 펄스를 출력하는 방법을 나타낸다. 2 illustrates a time synchronization acquisition method and a method of outputting a transmission pulse in a time division multiplexing method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 이동통신 시스템의 슈퍼 프레임(super frame)은 복수의 프레임(frame)을 포함한다. 여기서는 슈퍼 프레임이 80ms의 크기를 가지고, 슈퍼 프레임에 10ms 크기의 프레임이 8개(#0 내지 #7) 포함되는 것으로 가정한다. Referring to FIG. 2, a super frame of the mobile communication system includes a plurality of frames. Herein, it is assumed that the super frame has a size of 80 ms, and 8 frames (# 0 to # 7) of the 10 ms size are included in the super frame.
이동통신 시스템의 유형에 따라 프레임은 다양한 계층 구조와 크기를 가질 수 있으며, 제안하는 차량 레이더(100)는 이동통신 시스템의 프레임 계층 구조와 크기에 따라 다양하게 전송되는 동기 신호를 수신하여 이용할 수 있을 것이다. According to the type of mobile communication system, the frame may have various hierarchical structures and sizes, and the proposed vehicle radar 100 may receive and use various transmission signals according to the frame hierarchical structure and size of the mobile communication system. will be.
슈퍼 프레임에는 시간적으로 가장 앞부분에 슈퍼 프레임 헤더(super frame header)가 할당된다. 슈퍼 프레임 헤더에는 BCH(Broadcast Channel)이 포함될 수 있다. BCH를 통해 시스템 정보 및 복수의 프레임에 대한 정보가 전송된다. BCH를 통한 제어 데이터는 슈퍼 프레임의 크기에 대응하여 80ms 간격으로 브로드캐스팅(broadcasting)되므로, BCH를 통한 제어 데이터를 수신하여 80ms 단위의 동기를 획득할 수 있다.Super frames are assigned a super frame header at the forefront of time. The super frame header may include a broadcast channel (BCH). System information and information on a plurality of frames are transmitted through the BCH. Since the control data through the BCH is broadcasted at intervals of 80 ms corresponding to the size of the super frame, the control data through the BCH may be received to obtain synchronization in units of 80 ms.
복수의 프레임 각각에는 시간적으로 가장 앞부분에 프레임 헤더(frame header)가 할당된다. 프레임 헤더에는 SCH(Synchronous Channel)이 포함될 수 있다. SCH를 통해 기지국에 대한 정보, 파일럿 송신 전력, 파일럿의 위상 오프셋 등을 포함하는 동기 신호가 전송된다. 파일럿 신호를 전송하는 CPICH(Common Pilot Channel)은 프레임 헤더 또는 프레임 상에 포함될 수 있다. SCH를 통한 동기 신호를 이용하여 CPICH를 통한 파일럿 신호가 정확하게 수신될 수 있다. SCH를 통한 동기 신호 및 CPICH를 통한 파일럿 신호는 프레임의 크기에 대응하여 10ms 간격으로 전송되므로, SCH를 통한 동기 신호 및 CPICH를 통한 파일럿 신호를 수신하여 10ms 단위의 동기를 획득할 수 있다.Each of the plurality of frames is assigned a frame header at the forefront in time. The frame header may include a SCH (Synchronous Channel). The SCH transmits a synchronization signal including information about the base station, pilot transmission power, pilot phase offset, and the like. A common pilot channel (CPICH) for transmitting a pilot signal may be included in a frame header or a frame. The pilot signal on the CPICH can be correctly received using the synchronization signal on the SCH. Since the synchronization signal through the SCH and the pilot signal through the CPICH are transmitted at 10 ms intervals corresponding to the size of the frame, the synchronization signal through the SCH and the pilot signal through the CPICH may be received to obtain synchronization in units of 10 ms.
이와 같이, 차량 레이더(100)는 이동통신 시스템의 하향링크 제어 데이터를 수신하여 제1 주기(80ms)를 갖는 제1 동기 및 제1 주기에 포함되는 제2 주기(10ms)를 갖는 제2 동기를 획득할 수 있다. As such, the vehicle radar 100 receives the downlink control data of the mobile communication system to perform a first synchronization having a first period (80 ms) and a second synchronization having a second period (10 ms) included in the first period. Can be obtained.
차량 레이더(100)는 제1 동기 및 제2 동기를 기반으로 제1 주기를 복수의 시간 슬롯으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 차량 레이더(100)는 제1 주기에 포함되는 8개의 제2 주기를 송신 펄스를 출력하기 위한 8개의 시간 슬롯으로 설정할 수 있다. 그리고 특정 차량 레이더(100)는 8개의 시간 슬롯 중에서 적어도 어느 하나를 송신 펄스의 출력을 위한 시간 슬롯으로 선택한다. 차량 레이더(100)는 선택된 시간 슬롯을 통해 송신 펄스를 출력한다. 이때, 차량 레이더는 8개의 시간 슬롯 중에서 다른 차량 레이더가 송신 펄스를 출력하지 않는 시간 슬롯을 선택하여 송신 펄스를 출력한다. The vehicle radar 100 may divide the first period into a plurality of time slots based on the first synchronization and the second synchronization. For example, the vehicle radar 100 may set eight second periods included in the first period to eight time slots for outputting a transmission pulse. The specific vehicle radar 100 selects at least one of eight time slots as a time slot for outputting a transmission pulse. The vehicle radar 100 outputs a transmission pulse through the selected time slot. At this time, the vehicle radar selects a time slot in which no other vehicle radar outputs the transmission pulse from the eight time slots and outputs the transmission pulse.
예를 들어, 제1 차량 레이더가 프레임 #0에 대응하는 제0 시간 슬롯 동안 송신 펄스를 출력하는 경우, 제2 차량 레이더는 프레임 #1에 대응하는 제1 시간 슬롯 동안 송신 펄스를 출력한다. 제2 차량 레이더는 제1 주기(80ms) 간격으로 제1 시간 슬롯을 통해 송신 펄스를 반복적으로 출력한다. 이에 따라, 제2 차량 레이더는 제1 차량 레이더의 송신 펄스와의 간섭을 방지할 수 있다.For example, when the first vehicle radar outputs a transmission pulse during a 0 time slot corresponding to frame # 0, the second vehicle radar outputs a transmission pulse during a first time slot corresponding to frame # 1. The second vehicle radar repeatedly outputs a transmission pulse through the first time slot at intervals of a first period (80 ms). Accordingly, the second vehicle radar can prevent the interference with the transmission pulse of the first vehicle radar.
즉, 제1 주기 동안 복수의 차량 레이더에 서로 다른 시간 슬롯이 할당되고, 복수의 차량 레이더는 자신에게만 할당되는 시간 슬롯을 통해 송신 펄스를 출력하는 시분할 다중 방식으로 복수의 차량 레이더가 운용될 수 있다.That is, a plurality of vehicle radars may be operated in a time division multiple manner in which different time slots are allocated to the plurality of vehicle radars during the first period, and the plurality of vehicle radars output transmission pulses through time slots allocated only to the plurality of vehicle radars. .
이하, 시분할 다중 방식으로 송신 펄스를 출력할 수 있는 차량 레이더의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, the specific structure of the vehicle radar which can output a transmission pulse by time division multiplexing system is demonstrated.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 구성을 나타낸다.3 shows a configuration of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 차량 레이더(100)는 하향링크 제어 데이터 수신부(110), 신호 제어부(120), 송신부(130), 수신부(140) 및 신호 합성부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the vehicle radar 100 includes a downlink control data receiver 110, a signal controller 120, a transmitter 130, a receiver 140, and a signal synthesizer 150.
하향링크 제어 데이터 수신부(110)는 이동통신 시스템의 하향링크 제어 데이터를 수신하여 동기를 획득한다. 하향링크 제어 데이터 수신부(110)는 WCDMA 시스템의 단말(10)의 수신기와 동일하게 구성될 수 있다.The downlink control data receiver 110 receives downlink control data of the mobile communication system to obtain synchronization. The downlink control data receiver 110 may be configured in the same manner as the receiver of the terminal 10 of the WCDMA system.
하향링크 제어 데이터 수신부(110)는 RF 부(111), 디맵퍼(112) 및 베이스밴드 복조부(113)를 포함한다.The downlink control data receiver 110 includes an RF unit 111, a demapper 112, and a baseband demodulator 113.
RF 부(111)는 기지국(10)으로부터 전송되는 무선 신호를 수신하여 디맵퍼(112)에 전달한다.The RF unit 111 receives and transmits a radio signal transmitted from the base station 10 to the demapper 112.
디맵퍼(112)는 변조 방식에 따라 신호 성상(signal constellation) 상의 위치로 표현된 심볼을 부호화된 데이터로 형성한다. 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, mPSK(mPhase Shift Keying) 또는 mQAM(mQuadrature Amplitude Modulation)일 수 있다. 예를 들어, mPSK는 BPSK, QPSK 또는 8PSK 일 수 있다. mQAM은 16QAM, 64QAM 또는 256QAM 일 수 있다. 베이스밴드 복조부(113)는 부호화된 데이터를 원래 데이터로 복원한다. The demapper 112 forms a symbol represented by a position on a signal constellation as encoded data according to a modulation scheme. The modulation scheme is not limited, and may be mPhase Shift Keying (mPSK) or mQuadrature Amplitude Modulation (mQAM). For example, mPSK may be BPSK, QPSK or 8PSK. mQAM may be 16QAM, 64QAM or 256QAM. The baseband demodulator 113 restores the encoded data to the original data.
베이스밴드 복조부(113)는 복원된 데이터에서 BCH를 통한 제어 데이터를 검출하여 80ms 단위의 동기를 획득할 수 있다. 그리고 베이스밴드 복조부(113)는 복원된 데이터에서 SCH를 통한 동기 신호 및 CPICH를 통한 파일럿 신호를 검출하여 10ms 단위의 동기를 획득할 수 있다. 베이스밴드 복조부(113)는 80ms 단위 및 10ms 단위의 동기 정보를 제어부(121)에 전달한다.The baseband demodulator 113 may detect the control data through the BCH in the reconstructed data to obtain synchronization in units of 80 ms. The baseband demodulator 113 may acquire synchronization in units of 10ms by detecting a synchronization signal through the SCH and a pilot signal through the CPICH from the reconstructed data. The baseband demodulator 113 transmits the synchronization information in units of 80 ms and 10 ms to the controller 121.
신호 제어부(120)는 차량 레이더(100)의 전반적인 기능을 제어한다. 신호 제어부(120)는 송신부(130)의 송신 펄스의 출력, 및 전체적인 시간 및 시기를 제어하고 수신부(140)에 수신된 반사 펄스를 이용하여 반사체와의 거리를 산출한다.The signal controller 120 controls the overall functions of the vehicle radar 100. The signal controller 120 controls the output of the transmission pulse of the transmitter 130 and the overall time and time, and calculates the distance from the reflector using the reflection pulse received by the receiver 140.
신호 제어부(120)는 제어부(121), 외부 인터페이스(122) 및 ADC(AnalogtoDigital Converter)(123)를 포함한다.The signal controller 120 includes a controller 121, an external interface 122, and an analog to digital converter (ADC) 123.
제어부(121)는 80ms 주기 및 10ms 주기의 동기를 기반으로 송신 펄스의 출력을 위한 복수의 시간 슬롯을 설정한다. 제어부(121)는 시간 슬롯을 10ms 주기에 대응하여 10ms 크기로 설정할 수 있다. 또는 제어부(121)는 시간 슬롯을 10ms 주기를 세분화하여 10ms 크기 미만으로 설정할 수도 있다. The controller 121 sets a plurality of time slots for outputting a transmission pulse based on synchronization of an 80 ms period and a 10 ms period. The controller 121 may set the time slot to a size of 10 ms in response to a 10 ms period. Alternatively, the controller 121 may set the time slot to be smaller than the size of 10 ms by subdividing the 10 ms period.
제어부(121)는 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 어느 하나를 송신 펄스의 출력을 위한 시간 슬롯으로 선택한다. 이때, 제어부(121)는 수신부(140)를 통해 인접한 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스를 수신하여 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯을 검출하고, 미사용 시간 슬롯 중에서 송신 펄스를 출력할 시간 슬롯을 선택할 수 있다. 제어부(121)는 선택된 시간 슬롯을 통해 송신 펄스가 출력되도록 송신부(130)를 제어한다.The controller 121 selects at least one of a plurality of time slots as a time slot for outputting a transmission pulse. At this time, the control unit 121 receives at least one unused time slot among a plurality of time slots by receiving a transmission pulse output from an adjacent vehicle radar through the receiver 140, and time slot for outputting a transmission pulse among the unused time slots. Can be selected. The controller 121 controls the transmitter 130 to output a transmission pulse through the selected time slot.
한편, 제어부(121)는 외부 인터페이스(122)를 통해 외부 단말기 또는 디스플레이와 통신할 수 있다. 외부 인터페이스(122)는 외부 단말기 또는 디스플레이와 제어부(121) 간의 통신 인터페이스를 제공한다.The controller 121 may communicate with an external terminal or a display through the external interface 122. The external interface 122 provides a communication interface between the external terminal or the display and the controller 121.
ADC(123)는 아날로그 메모리(145)에 저장된 아날로그 수신 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(121)에 전달한다.The ADC 123 converts the analog received signal stored in the analog memory 145 into a digital signal and transmits the digital signal to the controller 121.
송신부(130)는 제어부(121)의 제어에 따라 송신 펄스를 출력한다. The transmitter 130 outputs a transmission pulse under the control of the controller 121.
송신부(130)는 펄스타임 생성기(131), 저주파 통과 필터(132), DSB 믹서(DoubleSideband mixer)(133), 송신 주파수 대역 통과 필터(transmitter radiofrequency bandpass filter)(134), 전력 증폭기(135) 및 순간 최고 전력 측정기(instantaneous peak power detector)(136)를 포함한다.The transmitter 130 includes a pulse time generator 131, a low pass filter 132, a double sideband mixer 133, a transmitter radiofrequency bandpass filter 134, a power amplifier 135, and Instantaneous peak power detector 136.
펄스타임 생성기(131)는 제어부(121)의 제어에 따라 베이스밴드 펄스 신호(baseband pulse signal)를 생성한다. 베이스밴드 펄스 신호는 sine 반파, 삼각형 파형 및 가우시안(Gaussian) 파형 등으로 생성될 수 있다. 펄스타임 생성기(131)는 FWHM(full width half maximum)에 따른 협대역 점유 대역(Narrowband Occupied Bandwidth) 규정을 고려하여 sine 반파나 가우시안 펄스에 비하여 규정을 만족하면서 가장 짧은 FWHM 시간을 가지는 파형인 삼각형 파형을 베이스밴드 펄스 신호로 생성할 수 있다. 여기서 FWHM은 그 값이 작을수록 공간 분해능이 좋은 것을 의미한다. The pulse time generator 131 generates a baseband pulse signal under the control of the controller 121. The baseband pulse signal may be generated as a sine half wave, a triangular waveform, and a Gaussian waveform. The pulse time generator 131 is a triangular waveform that has the shortest FWHM time while satisfying the regulation compared to the sine half wave or Gaussian pulse in consideration of narrowband occupied bandwidth (FWHM) specification. Can be generated as a baseband pulse signal. Here, FWHM means that the smaller the value, the better the spatial resolution.
예를 들어, 펄스타임 생성기(131)는 24GHz 협대역에서 SRR(short range radar)의 규격[5]을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력할 수 있다. 펄스타임 생성기(131)는 77GHz 협대역에서 SRR의 규격[9]을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력할 수도 있다.For example, the pulse time generator 131 may output a triangular waveform having a minimum FWHM satisfying the specification [5] of short range radar (SRR) in a 24 GHz narrow band. The pulse time generator 131 may output a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies the SRR specification [9] in the 77 GHz narrow band.
베이스밴드 펄스 신호는 저주파 통과 필터(132)에 전달되고, 저주파 통과 필터(132)는 베이스밴드 펄스 신호에서 원하지 않는 신호 및 잡음을 제거한다.The baseband pulse signal is passed to the low pass filter 132, which removes unwanted signals and noise from the baseband pulse signal.
저주파 통과 필터(132)를 통과한 베이스밴드 펄스 신호는 DSB 믹서(133)에 전달된다. The baseband pulse signal passing through the low pass filter 132 is transmitted to the DSB mixer 133.
DSB 믹서(133)는 LO(local oscillator) 신호를 이용하여 베이스밴드 펄스 신호를 RF(radio frequency) 신호로 상향 변환한다.The DSB mixer 133 up-converts the baseband pulse signal to a radio frequency (RF) signal using a local oscillator (LO) signal.
송신 주파수 대역 통과 필터(134)는 상향 변환된 RF 신호에서 원하지 않는 신호 및 잡음을 제거한다.The transmit frequency band pass filter 134 removes unwanted signals and noise from the upconverted RF signal.
전력 증폭기(135)는 송신 주파수 대역 통과 필터(134)를 통과한 RF 신호를 증폭하여 송신 안테나를 통해 송신 펄스로서 출력한다.The power amplifier 135 amplifies the RF signal passing through the transmission frequency band pass filter 134 and outputs it as a transmission pulse through the transmission antenna.
순간 최고 전력 측정기(136)는 송신 전력을 제어하기 위하여 송신 펄스의 순간 최고 전력을 측정한다. 순간 최고 전력 측정기(136)에서 측정된 값은 펄스타임 생성기(131)에 전달되고, 측정된 값을 기준으로 펄스타임 생성기(131)는 협대역 무선규정에 맞추어 베이스밴드 펄스 신호의 최대 진폭과 FWHM을 조절할 수 있다.The instantaneous peak power meter 136 measures the instantaneous peak power of the transmit pulse to control the transmit power. The value measured by the instantaneous peak power meter 136 is transmitted to the pulse time generator 131, and based on the measured value, the pulse time generator 131 adjusts the maximum amplitude and the FWHM of the baseband pulse signal according to the narrow band radio regulation. Can be adjusted.
수신부(140)는 송신 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신한다. The receiver 140 receives a reflected pulse in which the transmission pulse is reflected by the reflector and returned.
수신부(140)는 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA)(141), 수신 주파수 대역 통과 필터(142), 수신 쿼드 믹서(receiver quadrature mixer)(143), 베이스밴드 필터(144), P/VGA(programmable or variable gain amplifier)(145) 및 아날로그 메모리(146)를 포함한다.The receiver 140 includes a low noise amplifier (LNA) 141, a reception frequency band pass filter 142, a receiver quadrature mixer 143, a baseband filter 144, and a P / VGA ( programmable or variable gain amplifier 145 and analog memory 146.
저잡음 증폭기(141)는 수신 안테나를 통해 수신되는 반사 펄스의 잡음에 의한 신호대잡음비의 저하를 최소화하여 신호를 증폭한다.The low noise amplifier 141 amplifies the signal by minimizing the reduction of the signal-to-noise ratio caused by the noise of the reflected pulse received through the receiving antenna.
수신 주파수 대역 통과 필터(142)는 증폭된 반사 펄스에서 잡음을 제거한다.The receive frequency band pass filter 142 removes noise from the amplified reflected pulses.
수신 쿼드 믹서(143)는 신호 합성부(150)에서 전달되는 쿼드 LO 신호(quadrature signal)에 의해 구동되어 반사 펄스를 베이스밴드 쿼드 기저 신호로 하향 변환한다. The receiving quad mixer 143 is driven by a quad LO signal transmitted from the signal synthesizing unit 150 to down convert the reflected pulse into a baseband quad base signal.
베이스밴드 필터(144)는 베이스밴드 쿼드 기저 신호에서 잡음을 제거한다. Baseband filter 144 removes noise from the baseband quad base signal.
P/VGA(145)는 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 기준 전압을 가진 아날로그 쿼드 수신 신호로 변환한다. P/VGA(145)는 1V 미만의 미약한 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 증폭시켜 1V 정도의 신호로 조절하거나 1V 보다 큰 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 감소시켜 1V 정도의 신호로 조절할 수 있다.P / VGA 145 converts the baseband quad base signal to an analog quad receive signal with a reference voltage. The P / VGA 145 may amplify a weak baseband quad base signal of less than 1V to adjust the signal to about 1V, or reduce the baseband quad base signal larger than 1V to adjust to a signal of about 1V.
아날로그 메모리(146)는 펄스타임 생성기(131)에서 프로그램된 시간에 대응하여 반사 펄스에 의한 아날로그 수신 신호를 샘플링 및 홀딩하여 순시적으로 저장한다. The analog memory 146 samples and holds the analog received signal by the reflected pulse and stores it instantaneously corresponding to the time programmed by the pulse time generator 131.
아날로그 메모리(146)에 아날로그 수신 신호의 저장이 완료되면, ADC(123)를 통해 아날로그 수신 신호는 디지털 신호로 변환되고, 제어부(121)가 디지털 신호를 순차적으로 읽어서 데이터를 저장하고 반사체와의 거리를 산출한다.When the storage of the analog reception signal is completed in the analog memory 146, the analog reception signal is converted into a digital signal through the ADC 123, and the controller 121 sequentially reads the digital signal to store data and distances from the reflector. To calculate.
신호 합성부(150)는 LO(local oscillator) 신호를 생성하여 DSB 믹서(133)에 공급하여 DSB 믹서(133)를 구동시킨다. 신호 합성부(150)는 LO 신호를 쿼드 신호로 변환하여 수신 쿼드 믹서(143)에 공급하여 수신 쿼드 믹서(143)를 구동시킨다.The signal synthesizer 150 generates a local oscillator (LO) signal and supplies it to the DSB mixer 133 to drive the DSB mixer 133. The signal synthesizer 150 converts the LO signal into a quad signal and supplies the converted quad signal to the reception quad mixer 143 to drive the reception quad mixer 143.
여기서는 송신 안테나와 수신 안테나를 별도인 바이스테틱 레이더(bistatic radar)로 도시하였으나, 차량 레이더(100)는 송수신 단일 안테나로 동작하는 모노스테틱 레이더(monostatic radar)로 구현될 수도 있다. 이때, 모노스테틱 레이더는 아이솔레이터(isolator)를 구비함으로써, 송신 신호가 수신부(140)의 저잡음증폭기(141)로 누설되어 수신기(140)가 포화된 후 정상 상태로 회복 되는 시간에 따라 근접 신호를 감지하는 것이 불가능해지는 현상을 최소화할 수 있다.Although the transmission antenna and the reception antenna are illustrated as separate bistatic radars, the vehicle radar 100 may be implemented as a monostatic radar operating as a single antenna for transmitting and receiving. At this time, the monostatic radar is provided with an isolator (isolator), the transmission signal is leaked to the low noise amplifier 141 of the receiver 140, the receiver 140 is saturated, the proximity signal according to the time to recover to the normal state after saturation It can minimize the phenomenon that becomes impossible to detect.
또한, 차량 레이터(100)는 하향링크 제어 데이터 수신부(110)를 대신하여 GPS를 이용하여 절대 시간을 획득하는 GPS 장치(미도시)를 구비할 수 있으며, 이때 신호 제어부(120)는 절대 시간을 이용하여 제1 주기와 제2 주기를 설정할 수 있다. 그리고 신호 제어부(120)는 GPS의 위치 신호로부터 RAS(Radio Astronomy Site) 근처에서 정해진 반경으로 접근했을 때 레이더 기능을 불활성시킬 수 있다.In addition, the vehicle radar 100 may include a GPS device (not shown) that acquires absolute time using GPS in place of the downlink control data receiver 110, and the signal controller 120 may provide an absolute time. The first period and the second period can be set. The signal controller 120 may deactivate the radar function when approaching a predetermined radius near the radio astronomy site (RAS) from the position signal of the GPS.
이제, 도 4 내지 8을 참조하여 상술한 차량 레이더(100)의 송수신 파형에 대하여 설명한다. 도 4는 베이스밴드 펄스 신호의 일예를 나타내는 그래프로서 sine 반파의 파형이다. 도 5는 도 4의 베이스밴드 펄스 신호가 본 발명의 송신부에 의하여 RF(radio frequency)로 주파수 상향 변환된 송신 신호의 일예를 나타내는 그래프이다. 도 6은 도 5의 송신신호가 본 발명의 수신단에서 베이스밴드 신호로 복원되어 P/VGA에 서 출력되는 I 포트의 출력 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 6과 같은 조건에서 P/VGA에서 출력되는 Q 포트의 출력 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. 도 8은 도 6과 도7의 P/VGA에서의 (I2+Q2) 파형의 일예를 나타내는 그래프이다. Now, the transmission and reception waveforms of the vehicle radar 100 described above will be described with reference to FIGS. 4 to 8. 4 is a graph showing an example of a baseband pulse signal, which is a waveform of a sine half wave. 5 is a graph illustrating an example of a transmission signal in which the baseband pulse signal of FIG. 4 is frequency up-converted into a radio frequency (RF) by a transmitter of the present invention. FIG. 6 is a graph illustrating an example of an output waveform of an I port outputted from a P / VGA after a transmission signal of FIG. 5 is restored to a baseband signal at a receiving end of the present invention. FIG. 7 is a graph illustrating an example of an output waveform of a Q port output from P / VGA under the same condition as in FIG. 6. 8 is a graph illustrating an example of a (I 2 + Q 2 ) waveform in the P / VGA of FIGS. 6 and 7.
도 4를 참조하면, 베이스밴드 펄스 신호로써 sine 반파(halfwave)가 출력된 일예이다. 즉, 펄스타임 생성기(131)는 베이스밴드 펄스 신호로써 sine 반파를 출력할 수 있다. 주파수 40MHz인 유니폴라(unipolar) 반파로 지속시간 12.5ns의 파형이다. Referring to FIG. 4, a sine halfwave is output as a baseband pulse signal. That is, the pulse time generator 131 may output a sine half wave as a baseband pulse signal. It is a unipolar half wave with a frequency of 40 MHz, with a waveform of 12.5 ns duration.
도 5를 참조하면, 신호 합성부(150)에서 LO(local oscillator) 신호가 1GHz로 공급됨에 따라 DSB 믹서(133)에서 sine 반파인 베이스밴드 펄스 신호가 LO 신호에 의해 변조되어 RF 주파수 신호로써 출력된 일예이다. RF 주파수 신호의 시작부터 끝까지의 시간이 12.5ns로 기저대역이 전체 파형의 엔빌로프(envelope)가 되는 것을 알 수 있다. 송신 펄스의 반복적 출력에 따라 RF 주파수 신호는 소정의 지연 간격으로 반복적으로 출력되는데, 여기서는 제1 RF 주파수 신호(out_delay1) 및 제2 RF 주파수 신호(out_delay2)를 도시하였다. Referring to FIG. 5, as the LO (local oscillator) signal is supplied at 1 GHz from the signal synthesis unit 150, the baseband pulse signal, which is a sine half wave, is modulated by the LO signal by the DSB mixer 133 and output as an RF frequency signal. It is an example. The time from the start to the end of the RF frequency signal is 12.5 ns, indicating that the baseband is the envelope of the entire waveform. According to the repetitive output of the transmission pulse, the RF frequency signal is repeatedly output at a predetermined delay interval. Here, the first RF frequency signal out_delay1 and the second RF frequency signal out_delay2 are illustrated.
도 6 내지 8을 참조하면, P/VGA(145)에서 출력되는 I 포트 및 Q 포트 각각의 출력 파형을 보면, 출력 파형이 지연 시간(delay1, delay2)에 따라 일정하지 않은 것을 볼 수 있다. 여기서 지연 시간(delay1, delay2)은 송신 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 거리에 비례한다. 그러나 (I2+Q2) 파형을 보면 송신 베이스밴드 펄스 신호와 같은 파형이 복원되는 것을 볼 수 있다. 그리고 지연 시간(delay1, delay2)의 변화에 따라 반사 펄스의 수신 시간도 지연 시간과 같은 값으로 지연되는 것을 볼 수 있다.6 to 8, when looking at the output waveforms of the I port and the Q port output from the P / VGA 145, it can be seen that the output waveform is not constant according to the delay times delay1 and delay2. The delay time delay1 and delay2 are proportional to the distance from which the transmission pulse is reflected by the reflector and returned. However, looking at the (I 2 + Q 2 ) waveform, we can see that the waveform, such as the transmit baseband pulse signal, is restored. As the delay time delay1 and delay2 change, the reception time of the reflected pulse is also delayed to the same value as the delay time.
따라서, 제안하는 차량 레이더(100)는 베이스밴드 펄스 신호의 정점의 시간 축에 대한 지연 정보와 알려진 거리를 가진 반사체로부터 측정된 교정(calibration) 정보를 이용하여 반사체와의 거리를 산출할 수 있다. 그 계산식은 다음과 같다.[4]Therefore, the proposed vehicle radar 100 may calculate the distance to the reflector by using the delay information on the time axis of the peak of the baseband pulse signal and the calibration information measured from the reflector having a known distance. The calculation is as follows.
수학식 1
Figure PCTKR2013001986-appb-M000001
Equation 1
Figure PCTKR2013001986-appb-M000001
여기서 R은 반사체와 레이더 간의 거리, c는 공기에서 빛의 전파 속도, τ는 반사된 시간을 나타낸다.Where R is the distance between the reflector and the radar, c is the speed of light propagation in the air, and τ is the reflected time.
제안하는 차량 레이더(100)는 차량 레이더를 위해 허가된 24GHz 협대역 주파수를 사용하는 협대역 펄스 레이더(narrow band pulse radar)일 수 있다. 협대역 펄스 레이더에 가장 적합한 파형은 파형이 뾰족한 것으로서 FWHM(full width half maximum) 값이 가장 작은 것이어야 한다. 협대역 펄스 레이더에 가장 적합한 파형을 찾기 위해, sine 반파, 삼각형 파형 및 가우시안(Gaussian) 파형에 대한 FWHM에 따른 점유대역 스펙트럼 전력율 (Ratio of OccupiedBandwidth Spectral Power)을 분석하였다. 관련 협대역 규정은 24~24.3GHz 대역에서 적분된 전력에 대하여 점유대역인 24.05~24.25Ghz 대역에서 적분된 전력이 99%를 넘어야 한다는 것이다.[5]The proposed vehicle radar 100 may be a narrow band pulse radar using a licensed 24 GHz narrow band frequency for the vehicle radar. The most suitable waveforms for narrowband pulse radars should be the sharpest, with the smallest full width half maximum (FWHM). To find the most suitable waveform for narrowband pulse radar, we analyzed the ratio of OccupiedBandwidth Spectral Power according to FWHM for sine half wave, triangle wave and Gaussian wave. The relevant narrowband regulation requires that the integrated power in the 24.05 to 24.25 GHz band, which is occupied by the integrated power in the 24 to 24.3 GHz band, exceed 99%.
도 9는 Sine 반파, 삼각형 파형 및 가우시안(Gaussian) 파형에 대한 FWHM에 따른 점유대역폭 스펙트럼을 계산한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating a result of calculating occupied bandwidth spectrum according to FWHM for a sine half wave, a triangular waveform, and a Gaussian waveform.
도 9를 참조하면, FWHM에 따른 점유대역 스펙트럼 전력율이 99%를 넘는 FWHM 값을 0.5ns 단위로 계산하면 삼각형 파형이 6.5ns, 가우시안 파형이 7ns, sine 반파가 7.5ns로 산출된다. 즉, FWHM에 따른 점유대역 스펙트럼은 삼각형 파형이 가장 우수한 것을 볼 수 있다. 6ns의 FWHM은 수학식 1의 R을 ΔR, τ를 FWHM으로 변환하여 공간 분해능(spatial resolution) 수식으로 변환시켜 계산해보면 90cm 임을 알 수 있는데, 이는 아래의 공간분해능의 최소 이론치 값이 75cm와 거의 근접함을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, when the FWHM value over 99% of the occupied band spectral power ratio according to the FWHM is calculated in 0.5 ns units, the triangular waveform is 6.5 ns, the Gaussian waveform is 7 ns, and the sine half wave is 7.5 ns. That is, it can be seen that the occupied spectrum of the FWHM has the best triangular waveform. The 6W FWHM is 90cm, which is calculated by converting R in Equation 1 to ΔR and τ to FWHM, and then to the spatial resolution equation. The minimum theoretical value of the spatial resolution below is nearly 75cm. It can be seen.
수학식 2
Figure PCTKR2013001986-appb-M000002
Equation 2
Figure PCTKR2013001986-appb-M000002
여기서 BW는 대역폭을 나타내며 24GHz 협대역 레이더에서는 200MHz이다.[4]Where BW is the bandwidth and 200MHz on a 24GHz narrowband radar.
이때, 최대 출력 전력 값은 삼각형 파형을 기준으로 가우시안 파형이 2.3dB이고, sine 반파가 1.2dB 이다. 삼각형 파형이 가장 큰 피크(peak) 값을 가질 수 있으므로 펄스 폭 및 최대 출력 진폭 부분에서 가장 좋은 파형임을 알 수 있다. In this case, the maximum output power value is 2.3dB for the Gaussian waveform and 1.2 sine halfwave for the triangle waveform. The triangular waveform can have the largest peak value, indicating that it is the best waveform in terms of pulse width and maximum output amplitude.
이하, 건설 현장에서 다수의 차량 레이더(100)가 운용될 때, 다수의 차량 레이더(100) 간에 간섭을 발생시키지 않고 차량 레이더(100)를 운용하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of operating the vehicle radar 100 without causing interference between the plurality of vehicle radars 100 when the plurality of vehicle radars 100 is operated at the construction site will be described.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 운영 방법을 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of operating a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 차량 레이더(100)는 이동통신 시스템의 기지국(10)이 전송하는 제어 데이터를 수신한다(S110). 제어 데이터에는 BCH(Broadcast Channel)를 통해 전송되는 시스템 정보, SCH(Synchronous Channel)를 통해 전송되는 동기 신호, CPICH(Common Pilot Channel)을 통해 전송되는 파일럿 신호 등이 있다.Referring to FIG. 10, the vehicle radar 100 receives control data transmitted from the base station 10 of the mobile communication system (S110). The control data includes system information transmitted through a broadcast channel (BCH), a synchronization signal transmitted through a SCH (synchronous channel), a pilot signal transmitted through a common pilot channel (CPICH), and the like.
차량 레이더(100)는 제어 데이터를 수신함으로써 시간 동기를 획득한다(S120). BCH를 통한 제어 데이터는 80ms 간격으로 브로드캐스팅될 수 있고, 차량 레이더(100)는 BCH를 통한 제어 데이터를 수신하여 80ms 주기의 동기를 획득할 수 있다. 그리고, SCH를 통한 동기 신호는 10ms 간격으로 전송될 수 있고, 차량 레이더(100)는 SCH를 통한 동기 신호를 수신하여 10ms 주기의 동기를 획득할 수 있다.The vehicle radar 100 obtains time synchronization by receiving control data (S120). The control data over the BCH may be broadcast at intervals of 80 ms, and the vehicle radar 100 may receive the control data over the BCH to obtain synchronization of an 80 ms period. The synchronization signal through the SCH may be transmitted at 10 ms intervals, and the vehicle radar 100 may receive the synchronization signal through the SCH to acquire synchronization with a 10 ms period.
즉, 차량 레이더(100)는 이동통신 시스템의 제1 하향링크 제어채널을 통해 전송되는 제1 제어 데이터를 수신하여 제1 주기의 제1 동기를 획득하고, 이동통신 시스템의 제2 하향링크 제어채널을 통해 전송되는 제2 제어 데이터를 수신하여 제2 주기의 제2 동기를 획득할 수 있다. 제2 주기는 제1 주기에 포함될 수 있다.That is, the vehicle radar 100 receives the first control data transmitted through the first downlink control channel of the mobile communication system to obtain a first synchronization of the first period, and the second downlink control channel of the mobile communication system. The second control of the second period may be obtained by receiving the second control data transmitted through the control unit. The second period may be included in the first period.
복수의 차량 레이더(100)가 동일한 이동통신 시스템으로부터 시간 동기를 획득함으로써, 복수의 차량 레이더(100)는 서로 간의 출력 동기를 일치시킬 수 있다.As the plurality of vehicle radars 100 obtain time synchronization from the same mobile communication system, the plurality of vehicle radars 100 may match output synchronization with each other.
차량 레이더(100)는 시간 동기를 획득한 후 시간 슬롯을 설정한다(S130). 차량 레이더(100)는 획득된 시간 동기를 기준으로 미리 정해진 방식에 따라 전송 시간 간격(transmitting time interval) 및 시간 슬롯을 설정할 수 있다. 예를 들어, 80ms 주기의 동기 및 10ms 주기의 동기에 대응하여, 10ms 크기의 시간 슬롯을 8개 포함하는 80ms 크기의 전송 시간 간격을 설정할 수 있다. 전송 시간 간격은 차량 레이더(100)가 송신 펄스를 출력하는 간격을 의미하고, 시간 슬롯은 송신 펄스가 출력되는 시간을 의미한다. 즉, 전송 간격에 포함되는 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 어느 하나를 통해 송신 펄스가 출력될 수 있다. 시간 슬롯의 크기는 제2 주기에 일치될 필요는 없으며, 차량 레이더(100)가 가진 클록 신호를 기준으로 10ms를 더욱 세분화하여 시간 슬롯이 설정될 수 있다.The vehicle radar 100 sets a time slot after acquiring time synchronization (S130). The vehicle radar 100 may set a transmission time interval and a time slot according to a predetermined method based on the obtained time synchronization. For example, in response to the synchronization of the 80 ms period and the synchronization of the 10 ms period, a transmission time interval of 80 ms size including eight time slots of 10 ms size may be set. The transmission time interval refers to the interval at which the vehicle radar 100 outputs a transmission pulse, and the time slot refers to the time at which the transmission pulse is output. That is, the transmission pulse may be output through at least one of the plurality of time slots included in the transmission interval. The size of the time slot does not need to coincide with the second period, and the time slot may be set by further subdividing 10 ms based on the clock signal of the vehicle radar 100.
차량 레이더(100)는 설정된 시간 슬롯을 스캐닝한다(S140). 차량 레이더(100)는 송신 펄스를 출력하지 않는 상태에서 다른 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스를 수신하여 다른 차량 레이더가 사용하고 있는 시간 슬롯을 검출한다. 시간 슬롯을 스캐닝하는 기간은 1 전송 시간 간격 이상으로 다른 레이더가 사용하고 있는 시간 슬롯을 충분히 검출할 수 있는 시간으로 설정될 수 있다.The vehicle radar 100 scans the set time slot (S140). The vehicle radar 100 detects a time slot used by another vehicle radar by receiving a transmission pulse output by another vehicle radar without outputting a transmission pulse. The period for scanning the time slot may be set to a time enough to detect a time slot being used by another radar over one transmission time interval.
하나의 시간 슬롯이 10ms라고 하면, 다른 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스는 10ms 동안 최대거리 30km까지 전송되므로, 30km 반경 내에서 운용되고 있는 다른 차량 레이더가 사용하는 시간 슬롯을 검출할 수 있다. 즉, 다른 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스를 수신하는 것만으로 다른 차량 레이더가 사용하고 있는 시간 슬롯을 충분히 검출할 수 있다. If one time slot is 10ms, the transmission pulses output by the other vehicle radar are transmitted up to a maximum distance of 30 km for 10 ms, thereby detecting a time slot used by another vehicle radar operating within a 30 km radius. That is, the time slot used by another vehicle radar can be detected sufficiently only by receiving the transmission pulse which another vehicle radar outputs.
차량 레이더(100)는 시간 슬롯을 스캐닝하여 미사용 시간 슬롯이 있는지 여부를 판단한다(S150). 전송 시간 간격에 포함된 복수의 시간 슬롯이 모두 사용 중인 경우, 차량 레이더(100)는 시간 슬롯 스캐닝을 다시 수행한다.The vehicle radar 100 scans the time slot to determine whether there is an unused time slot (S150). When all of the plurality of time slots included in the transmission time interval are in use, the vehicle radar 100 performs time slot scanning again.
전송 시간 간격에 포함되는 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯이 검출되면, 차량 레이더(100)는 미사용 시간 슬롯 중에서 자신이 사용할 시간 슬롯을 선택한다(S160). 예를 들어, 전송 시간 간격에 포함된 8개의 시간 슬롯 중에서 7번째 시간 슬롯 및 8번째 시간 슬롯이 미사용 중인 경우에, 차량 레이더(100)는 7번째 시간 슬롯 및 8번째 시간 슬롯 중에서 어느 하나를 자신이 사용할 시간 슬롯으로 선택할 수 있다. When at least one unused time slot is detected among a plurality of time slots included in the transmission time interval, the vehicle radar 100 selects a time slot to be used from the unused time slot (S160). For example, when the seventh time slot and the eighth time slot of the eight time slots included in the transmission time interval are not in use, the vehicle radar 100 may own one of the seventh time slot and the eighth time slot. You can choose to use this time slot.
차량 레이더(100)는 선택한 시간 슬롯을 통하여 송신 펄스를 출력한다(S170). 차량 레이더(100)는 전송 시간 간격으로 선택한 시간 슬롯마다 송신 펄스를 반복적으로 출력한다. 송신 펄스는 24.05~24.25GHz 범위의 200MHz 대역폭을 가질 수 있다. 출력된 송신 펄스는 반사체에 반사되어 차량 레이더(100)로 되돌아온다.The vehicle radar 100 outputs a transmission pulse through the selected time slot (S170). The vehicle radar 100 repeatedly outputs a transmission pulse for each time slot selected at a transmission time interval. The transmit pulse can have a 200 MHz bandwidth in the range of 24.05 to 24.25 GHz. The output transmission pulse is reflected by the reflector and returned to the vehicle radar 100.
차량 레이더(100)는 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신한다(S180). The vehicle radar 100 receives a reflection pulse reflected by the reflector (S180).
차량 레이더(100)는 반사 펄스를 처리하여 반사체와의 거리를 산출한다(S190).The vehicle radar 100 processes the reflected pulse to calculate a distance from the reflector (S190).
후방감지 센서 중에서 초음파 센서는 초음파 센서는 진흙, 먼지 등에 의하여 신호의 감쇄가 매우 크기 때문에 진흙, 먼지 등이 상존하는 열악한 환경에서 사용되는 중장비용 센서로 사용하기에는 오동작율이 매우 크다. Among the rear sensor, the ultrasonic sensor has a large attenuation of the signal due to the mud, dust, etc., so the malfunction rate is very high to be used as a sensor for heavy equipment used in a harsh environment in which mud, dust, etc. exist.
그러나, 차량 레이더(100)는 레이더의 케이스에 진흙, 먼지 등에 오염되더라도 그 성능의 열화가 거의 되지 않으므로, 건설 현장에서 사용되는 중장비용 센서로 적합니다. However, even if the radar case is contaminated with mud or dust on the radar case, the vehicle radar 100 hardly deteriorates its performance, so it is suitable as a sensor for heavy equipment used in construction sites.
레이더 기술은 CW(continuous wave) 방식과 펄스 방식으로 구분할 수 있다. CW 방식의 레이더에는 FMCW(frequency modulated CW) 레이더가 있으며, 펄스 방식의 레이더에는 UWB(ultrawideband) 레이더가 있다. Radar technology can be divided into CW (continuous wave) method and pulse method. CW radar includes frequency modulated CW (FMCW) radar, and pulsed radar includes ultrawideband (UWB) radar.
FMCW 레이더는 최대 송신전력, 대역폭 등이 동일한 주파수 자원에서 신호대잡음비(signaltonoise ratio, 이하 SNR)가 매우 좋으며 가장 널리 이용되는 레이더이다. FMCW 레이더는 차동차에서 엑츄에이터(actuator)와 연동하여 앞차와의 차간 간격 자동유지 및 ACC(automatic cruise control) 기능을 구현하기 위한 LRR(long range radar)로써 다양한 차량에 장착되어 사용되고 있다. The FMCW radar is the most widely used radar with a good signal to noise ratio (SNR) in frequency resources with the same maximum transmit power and bandwidth. FMCW radars are used in various vehicles as long range radars (LRRs) for inter-vehicle auto maintenance and ACC (automatic cruise control) functions in conjunction with actuators in differential vehicles.
FMCW 레이더의 송신 펄스는 대략 한번에 수백 us에서 10ms 정도이며 한번의 송신과 반사파의 신호처리로도 원하는 전 영역의 스캔이 충분한 신호대잡음비 (SNR; signal to noise ratio)를 얻으면서 가능하므로 최대 시간인 10ms를 상정하더라도 상기 예를 든 WCDMA 동기를 사용하는 경우 최대 8대의 중장비레이더를 동시에 간섭 없이 초당 10번 이상의 충분한 update rate으로 운용 할 수 있다.The transmit pulse of the FMCW radar is approximately hundreds of us to 10ms at a time, and the maximum time of 10ms is possible because a single transmission and signal processing of the reflected wave are possible with sufficient signal-to-noise ratio (SNR). Even if WCDMA synchronization is used, up to eight heavy-duty radars can be operated at a sufficient update rate of 10 or more times per second without interference at the same time.
참고로 인체의 안전을 고려하여 보통 SNR=16dB를 기준으로 하는데 이는 감지 확률이 99% 이상이며 오감지 확률이 1010의 고 신뢰성을 요구하는 것을 기준으로 한다.[4]For reference, in consideration of the safety of the human body, SNR = 16dB is usually based on a detection probability of more than 99% and a false detection probability requiring high reliability of 10 10. [4]
그러나, 중장비의 경우에는 차체가 크고 돌출 부위가 많아서 차제가 클러터(clutter)로 작용할 수 있다. FMCW 레이더는 차체 클러터에 취약하여 차체 클러터 신호는 가장 근접한 신호이며 보통 반사율이 높은 금속으로 이루어져 있으므로 신호의 크기가 가장 커서 반사 신호를 측정하는 동안 가장 큰 신호가 된다. 반면에 가장 큰 안전이 요구되는 인체에 의한 반사 신호는 반사율이 금속에 비하여 아주 작아 차체 클러터 신호에 비하여 아주 미약하므로 인체 감지에 대한 측정 감도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 즉, FMCW 레이더는 차체 반사에 의한 클러터에 유의하여야 하는 장착상의 제약이 있으며 또는 이를 하드웨어적으로 해결하기 위해서는 구현하기가 용이하지 않은 수신부 베이스밴드의 높은 Q(quality factor)를 가지는 고성능 주파수 가변 필터를 장착하여야 한다. However, in the case of heavy equipment, the vehicle body may have a large and protruding portion, so the vehicle may act as a clutter. The FMCW radar is vulnerable to body clutter, so the body clutter signal is the closest signal and is usually made of metal with high reflectivity, so the signal is the largest, making it the largest signal while measuring the reflected signal. On the other hand, the reflected signal by the human body that requires the highest safety is very small compared to the body clutter signal because the reflectance is very small compared to the metal may cause a problem of inferior measurement sensitivity for human detection. That is, the FMCW radar has a mounting constraint that requires attention to clutter due to the reflection of the vehicle body, or a high performance frequency variable filter having a high quality factor (Q) of the receiver baseband that is not easy to implement in order to solve the hardware. Should be fitted.
UWB 레이더는 광대역을 사용하므로 거리 분해능이 좋은 장점이 있어 보행자 인식이나 자동주차 등의 거리 해상도가 아주 좋아야 하는 응용에 필수적인 레이더이다. 그리고 UWB 레이더는 펄스 레이더로서 짧은 시간 동안 펄스를 송신하므로 차제 반사에 의한 장착상의 제약이 없는 장점이 있다.Because UWB radar uses broadband, it has the advantage of good distance resolution, making it an essential radar for applications that require very good distance resolution such as pedestrian recognition and auto parking. The UWB radar transmits pulses for a short time as pulse radars, so there is no limitation in mounting due to differential reflection.
그러나, UWB 레이더는 광대역이어서 기존의 다른 분야에서 사용하고 있는 주파수 대역과 겹치게 되어 기존 레이더와의 간섭을 최소화 하기 위하여 송신상 최대전력 제약이 크다.However, because UWB radar is broadband, it overlaps with the frequency bands used in other existing fields, so the maximum power constraint on the transmission is large in order to minimize interference with the existing radar.
미국 연방통신위원회(Federal Communications Commission, FCC)와 유럽 전기통신 표준협회(European Telecommunications Standards Institute)의 규약에 의하면, UWB 레이더의 최대 송신전력(instantaneous transmitting peak power)은 0dBm/50MHz 이하로 제한되며, 평균 송신 전력은 41.3dBm/MHz로 제한된다.[6]According to the regulations of the US Federal Communications Commission (FCC) and the European Telecommunications Standards Institute, the UWB radar's instantaneous transmitting peak power is limited to 0 dBm / 50 MHz or less. The transmit power is limited to 41.3dBm / MHz.
반면, 제안하는 차량 레이더(100)는 24GHz 협대역 레이더로서 최대 송신전력이 20dBm/200MHz 이다.[5] On the other hand, the proposed vehicle radar 100 is a 24GHz narrowband radar with a maximum transmit power of 20dBm / 200MHz.
UWB 레이더를 24GHz 협대역 레이더와 비교하면, 24GHz UWB 레이더의 출력전력은 출력 전력이 점유 주파수 대역에서 평탄할 수 없으므로 가우시안, 모노펄스 등의 표준 UWB impulse에 대하여 출력 전력을 계산하면 최대 10dBm/500MHz 이하의 값으로 환산된다. 이를 신호대잡음비의 비로하면 UWB가 대략 1/25 정도로 낮은 값을 가진다. Comparing UWB radar with 24GHz narrowband radar, the output power of 24GHz UWB radar cannot be flat in the occupied frequency band, so the output power is calculated up to 10dBm / 500MHz or less for standard UWB impulse such as Gaussian and monopulse. Converted to In terms of the signal-to-noise ratio, UWB has a low value of about 1/25.
레이더의 SNR을 높이는 가장 잘 알려진 방법은 송수신을 재빨리 여러 번 반복하여 코히런트(coherent) 적분하는 것이다. Nc번 반복하여 코히런트 적분하면 SNR이 N배 높아지게 된다. SNR=16dB를 만족하는 24GHz 협대역 레이더는 아래의 코히런트 적분 레이더 수식(수학식3)을 사용하여 계산해보면 24GHz 협대역 레이더는 Nc=110을 얻는다. 따라서 UWB의 경우는 25를 곱하면 Nc=2750을 얻는다.The best known way to increase the SNR of a radar is to coherently integrate multiple transmissions quickly. Repeated coherent Nc times increase the SNR by N times. The 24GHz narrowband radar that satisfies SNR = 16dB is calculated using the coherent integral radar equation (Equation 3) below. The 24GHz narrowband radar obtains Nc = 110. Therefore, for UWB, multiply by 25 to get Nc = 2750.
수학식 3
Figure PCTKR2013001986-appb-M000003
Equation 3
Figure PCTKR2013001986-appb-M000003
여기서 Ga는 안테나 이득, PRx 는 수신전력, PTx 는 송신전력, σ 는 레이더 크로스 섹션, R은 반사체 거리 및 N은 노이즈 전력값이다. 계산에서는 σ는 인체의 경우 0.01~1m2 인데 기하 평균값인 0.1m2을 사용하였으며 R은 5m 이다.[4]Where Ga is the antenna gain, P Rx is the receive power, P Tx is the transmit power, σ is the radar cross section, R is the reflector distance and N is the noise power. In the calculation, σ is 0.01 ~ 1m 2 in the human body, and the geometric mean value 0.1m 2 is used and R is 5m. [4]
24GHz 협대역 레이더의 경우 최적화된 삼각파의 FWHM이 6ns이므로 수신단 베이스밴드 아날로그 메모리에 1ns 간격으로 반사파의 파형을 저장한다면 거리 단위가 15cm 이므로 예상 최소분해능 90cm에 비하여 충분하며 1~10m로 스캔할 경우 61개의 샘플&홀드가 필요하다. 이 경우는 예를 들어 0.13um CMOS같은 적당한 가격의 반도체 공정으로 크지 않은 면적으로 하드웨어를 구현 할 수 있다. 한번 송수신하고 데이터를 DSP(Digital Signal Processor)에서 처리하는 것을 저가형으로 구성하려면 10us 정도이면 여유가 있는데 이 경우 Nc=110회 시행하는데 1.1ms이면 되므로 기본 슬롯의 예시 주기인 10ms는 충분하며 경우에 따라 5ms 등 더 짧은 시간으로 설정 가능하여 동시 사용 가능한 레이더 수가 8개 보다 16개 등으로 늘어 날 수 있음을 알 수 있다. 신호처리에 시간이 걸려 자기에게 할당된 시간을 넘기더라도 다음 사용시까지 타 레이더 들이 송수신을 진행하는 추가 슬롯 시간이 있으므로 DSP의 사양도 아주 높을 필요가 없다.In the case of 24GHz narrowband radar, the optimized triangular wave's FWHM is 6ns, so if you store the reflected wave's waveform in the receiving baseband analog memory at 1ns interval, the unit of distance is 15cm, which is more than the expected minimum resolution of 90cm. Samples & hold are required. In this case, the hardware can be realized in a small area using a moderately priced semiconductor process such as 0.13um CMOS. In order to configure the low cost to send and receive data once and process the data in the DSP (Digital Signal Processor), it is enough for about 10us. In this case, Nc = 110 times, 1.1ms is enough. It can be set as a shorter time such as 5ms, it can be seen that the number of simultaneous radar can be increased to 16, etc. than eight. Even if the signal processing takes time and exceeds the time allotted to itself, the DSP specification does not need to be very high because there is an additional slot time for other radars to transmit and receive until the next use.
24GHz 광대역 레이더의 경우 Nc=2750이므로 협대역 레이더와 같은 계산을 진행하면 측정에만 27.5ms가 소요되므로 시분할 방식으로 레이더간 간섭을 제거하는 것이 문제가 있음을 알 수 있다. UWB 레이더는 최소 대역폭이 500MHz 이상이 되어야 하므로 이는 FWHM이 0.5ns 펄스에 해당된다. 이 경우는 실시간 샘플링을 하여 데이터 획득 시간을 줄이기 위해서는 최소한 10Gsps의 샘플링 레이트가 필요하다. 현재 1Gsps 정도의 ADC가 너무 비싸므로 10Gsps의 샘플링 레이트의 ADC로 구현하는 것은 불가능하다. 또한 위의 방식으로 0.1ns 간격으로 S&H를 구성하게 되면 610개로 면적 문제가 심각하며 구현될 반도체 공정의 가격도 경제성이 없다. 또한 저가격으로 하드웨어를 구현하고 측정 주기를 늘리기 위한 방법의 대부분은 noncoherent 감지 방법을 사용한다. 이 경우는 noncoherent 적분에 의하여 coherent 적분보다 같은 Nc에 대하여 SNR의 증가율이 작아지는 손실이 있다. Noncoherent 적분에 의하여 SNR=16dB를 만족하려면 Nc가 100,000이상을 수행하여야 하므로 측정 시간을 줄이기 어렵다. In the case of 24 GHz wideband radar, Nc = 2750, so the same calculation as narrowband radar only takes 27.5ms to measure, so it can be seen that there is a problem in eliminating inter-radar interference by time division. The UWB radar requires a minimum bandwidth of 500 MHz or more, which translates into a 0.5 ns pulse for the FWHM. In this case, a sampling rate of at least 10 Gsps is required to achieve real time sampling to reduce data acquisition time. Currently, 1Gsps ADCs are too expensive to implement with ADCs with a 10Gsps sampling rate. In addition, if the S & H is configured in 0.1ns intervals in the above manner, the area problem is 610, and the price of the semiconductor process to be implemented is not economical. In addition, most of the methods for low cost hardware implementation and longer measurement cycles use noncoherent sensing methods. In this case, there is a loss that the increase rate of SNR becomes smaller for Nc which is the same as coherent integration due to noncoherent integration. In order to satisfy SNR = 16dB by noncoherent integration, it is difficult to reduce the measurement time because Nc should be over 100,000.
Phase code 방식도 SNR을 높이기 위하여 많이 쓰이는 방법 중에 하나인데 이는 pulse compression 방식의 하나로 phase code를 이용하여 연속적인 여러 개의 긴 펄스로 송신하는 방법이다. Barkercode, polyphase code, Costas code 등이 있으며 autocorrelation에서 단일 펄스에서만 peak를 이루므로 SNR을 높일 수 있다. SNR의 증가는 연속적인 펄스의 개수, 즉 코드 개수에 비례한다. 그러나 이 방법은 펄스 레이더 자체가 송신 신호의 누설 문제 때문에 펄스의 송신이 끝날 때까지 수신을 시작할 수 없는 문제가 있어서 펄스 코드의 개수를 너무 늘리면 측정 가능한 최소 거리가 제한 되므로 개수를 무한정 늘릴 수 없는 단점이 있어 SNR의 증가가 제한되는 단점이 있다. 따라서 UWB 레이더의 경우는 시분할 방식으로 운용하기에는 구현 가격과 측정 시간의 적당한 타협점이 없는 것이 현실이다.The phase code method is one of the methods commonly used to increase the SNR. This is one of the pulse compression methods that transmits a plurality of long pulses using the phase code. Barkercode, polyphase code, Costas code, etc., and peak in only a single pulse in autocorrelation can increase the SNR. The increase in SNR is proportional to the number of consecutive pulses, i.e. the number of codes. However, this method has a problem that the pulse radar itself cannot start receiving until the end of pulse transmission due to the leakage of the transmitted signal.If the number of pulse codes is increased too much, the minimum measurable distance is limited, so the number cannot be increased indefinitely. There is a disadvantage that the increase of the SNR is limited. As a result, UWB radars do not have a reasonable compromise between implementation cost and measurement time for time-sharing.
멀티플렉싱 방법은 이동통신에서 간섭을 최소화하여 여러 사용자가 동시에 사용하는 방법으로 널리 사용되고 있다. 상기 언급된 시분할방식뿐 만 아니라 주파수 분할(FDMA; frequency domain multiple access)나 코드분할(CDMA; code division multiple access)이 있으며 OFDM(orthogonal frequency domain multiplexer)와 CDMA(code domain multiple access)가 각각 대표적인 방식이다.The multiplexing method is widely used as a method for multiple users simultaneously by minimizing interference in mobile communication. In addition to the above-described time division schemes, there are frequency domain multiple access (FDMA) or code division multiple access (CDMA), and orthogonal frequency domain multiplexer (OFDM) and code domain multiple access (CDMA) are typical. to be.
ITS(intelligent transportation system) 같은 경우는 충돌 방지를 위한 레이더뿐 만 아니라 차량간의 통신도 동시에 필요하므로 레이더통신이 같은 방식으로 가능한 멀티플렉싱 방법이 연구되고 있다.[7,8] 이러한 방식은 OFDM이든 CDMA이든 레이더를 사용할 경우에는 공간분해능은 사용 대역의 역수에 비례하므로 수학식 2에서 보듯이 최대한 넓은 대역을 사용하여야 하므로 레이더 방식으로 사용할 경우 필요한 시간의 동기가 아주 작은 시간 단위가 되므로 구현하기 아주 어렵다. 예를 들어 24GHz 협대역을 OFDM과 CDMA 레이더로 사용하려면 전대역인 200MHz를 동시에 출력하고 수신하여 처리하여야 하므로 하드웨어의 구현이 불가능하며 실제로 이러한 레이더의 데모는 고가의 계측기를 사용하여서만 구현되었다.In the case of ITS (intelligent transportation system), not only radar for collision avoidance but also vehicle-to-vehicle communication are simultaneously required. Therefore, a multiplexing method capable of radar communication in the same manner has been studied. [7,8] When using radar, the spatial resolution is proportional to the inverse of the band used. Therefore, as shown in Equation 2, the widest bandwidth is used. Therefore, when the radar method is used, the time synchronization is very small, so it is very difficult to implement. For example, if 24 GHz narrow band is used as OFDM and CDMA radar, it is impossible to implement hardware because it needs to output, receive and process 200 MHz, which is a full band at the same time.
제안하는 차량 레이더(100)는 차량 레이더를 위해 허가된 24GHz 협대역 주파수를 사용하는 협대역 펄스 레이더(narrow band pulse radar)로서, UWB 레이더에 비해 펄스 반복 횟수가 낮으므로 펄스의 송수신 점유 시간이 짧다. 따라서 간섭이 일어날 수 있는 공간 내에서 더욱 많은 수의 차량 레이더(100)가 운용될 수 있다. 뿐만 아니라, 차량 레이더(100)는 시분할 다중 방식으로 송신 펄스를 출력하므로 복수의 차량 레이더(100) 간의 간섭을 회피할 수 있다.The proposed vehicle radar 100 is a narrow band pulse radar that uses a licensed 24 GHz narrowband frequency for vehicle radar. Since the number of pulse repetitions is lower than that of the UWB radar, the transmission and reception time of the pulse is short. . Therefore, a larger number of vehicle radars 100 may be operated in a space where interference may occur. In addition, since the vehicle radar 100 outputs a transmission pulse in a time division multiplexing manner, interference between the plurality of vehicle radars 100 may be avoided.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the invention described with reference to the drawings referred to heretofore is merely exemplary of the invention, which has been used only for the purpose of illustrating the invention and is used to limit the scope of the invention as defined in the meaning or claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (19)

  1. 이동통신 시스템의 하향링크 제어 데이터를 수신하여 제1 주기를 갖는 제1 동기 및 상기 제1 주기에 포함되어 제1 주기가 균일하게 세분된 제2 주기를 갖는 제2 동기를 획득하는 하향링크 제어 데이터 수신부;Downlink control data for receiving a downlink control data of the mobile communication system to obtain a first synchronization having a first period and a second synchronization included in the first period and a second period in which the first period is evenly divided. Receiving unit;
    상기 제1 동기 및 상기 제2 동기를 기반으로 상기 제2 주기를 기본 단위의 시간 슬롯으로 세분하고, 상기 기본 단위의 시간 슬롯 중에서 적어도 어느 하나를 송신 펄스의 출력을 위한 개별 레이더 자신의 배타적인 시간 슬롯으로 선택하는 신호 제어부; The second period is subdivided into time slots of a basic unit based on the first sync and the second sync, and at least one of time slots of the basic unit is an exclusive time of an individual radar itself for output of a transmission pulse. A signal controller to select a slot;
    상기 신호 제어부의 제어에 따라 상기 배타적인 시간 슬롯 내에서 상기 송신 펄스를 반복적으로 출력하는 송신부; 및 A transmitter for repeatedly outputting the transmission pulse in the exclusive time slot under the control of the signal controller; And
    상기 송신 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신하는 수신부를 포함하는 차량 레이더.And a receiver configured to receive a reflected pulse in which the transmission pulse is reflected by a reflector and returned.
  2. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이동통신 시스템은 3GPP WCDMA 이동통신 시스템이고, 상기 하향링크 제어 데이터는 BCH(Broadcast Channel)을 통해 전송되는 시스템 정보, SCH(Synchronous Channel)을 통해 전송되는 동기 신호 및 CPICH(Common Pilot Channel)을 통해 전송되는 파일럿 신호를 포함하고, The mobile communication system is a 3GPP WCDMA mobile communication system, and the downlink control data is transmitted through a broadcast channel (BCH), system information transmitted through a synchronization channel (SCH), a synchronization signal transmitted through a SCH (Common Pilot Channel), and a common pilot channel (CPICH). Includes a pilot signal transmitted,
    상기 하향링크 제어 데이터 수신부는 상기 시스템 정보, 상기 동기 신호 및 상기 파일럿 신호를 이용하여 상기 제1 동기 및 제2 동기를 획득하는 차량 레이더.The downlink control data receiving unit obtains the first synchronization and the second synchronization using the system information, the synchronization signal, and the pilot signal.
  3. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 신호 제어부는 상기 기본 단위의 시간 슬롯의 크기를 상기 제2 주기에 대응하여 제2 주기의 크기로 설정하는 차량 레이더.The signal controller sets the size of the time slot of the basic unit to the size of the second period corresponding to the second period.
  4. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 신호 제어부는 레이더의 내부 클럭 신호를 이용하여 상기 제2 주기를 세분화하여 상기 기본 단위의 시간 슬롯의 크기를 설정하는 차량 레이더.The signal control unit uses the internal clock signal of the radar to subdivide the second period to set the size of the time slot of the basic unit.
  5. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 신호 제어부는 상기 수신부를 통해 인접 차량 레이더가 출력하는 송신 펄스를 수신하여 복수의 시간 슬롯 중에서 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯을 검출하는 차량 레이더.And the signal controller detects at least one unused time slot among a plurality of time slots by receiving a transmission pulse output from an adjacent vehicle radar through the receiver.
  6. 제5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 신호 제어부는 상기 적어도 하나의 미사용 시간 슬롯 중에서 상기 배타적 시간 슬롯을 선택하는 차량 레이더.And the signal controller selects the exclusive time slot from among the at least one unused time slot.
  7. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 신호 제어부는 GPS(Global Positioning System)의 위치 신호로부터 RAS(Radio Astronomy Site) 근처에서 정해진 반경으로 접근했을 때 레이더 기능을 불활성시키는 차량 레이더.The signal controller is a vehicle radar to deactivate the radar function when approaching a predetermined radius near the radio astronomy site (RAS) from the position signal of the Global Positioning System (GPS).
  8. 제1 항에 있어서,The method of claim 1,
    LO(local oscillator) 신호를 생성하여 상기 송신부에 공급하고, 상기 LO 신호를 쿼드 신호(quadrature signal)로 변환하여 상기 수신부에 공급하는 신호 합성부를 더 포함하는 차량 레이더.And a signal synthesizer configured to generate a local oscillator (LO) signal and supply it to the transmitter, and convert the LO signal into a quadrature signal and supply the signal to the receiver.
  9. 제8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 송신부는,The transmitting unit,
    베이스밴드 펄스 신호(baseband pulse signal)를 생성하는 펄스타임 생성기;A pulse time generator for generating a baseband pulse signal;
    상기 베이스밴드 펄스 신호에서 잡음을 제거하는 저주파 통과 필터; 및 A low pass filter for removing noise from the baseband pulse signal; And
    상기 LO 신호를 이용하여 상기 베이스밴드 펄스 신호를 RF(radio frequency)신호로 상향 변환하는 DSB 믹서(DoubleSideband mixer)를 포함하는 차량 레이더.And a double sideband mixer (DSB mixer) for upconverting the baseband pulse signal to a radio frequency (RF) signal using the LO signal.
  10. 제9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 송신부는,The transmitting unit,
    상기 RF 신호에서 잡음을 제거하는 송신 주파수 대역 통과 필터를 더 포함하는 차량 레이더.And a transmit frequency band pass filter for removing noise from the RF signal.
  11. 제10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 송신부는,The transmitting unit,
    상기 RF 신호를 증폭하여 송신 안테나를 통해 상기 송신 펄스로서 출력하는 전력 증폭기를 더 포함하는 차량 레이더.And a power amplifier for amplifying the RF signal and outputting the RF signal as the transmission pulse through a transmission antenna.
  12. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein
    상기 송신부는, The transmitting unit,
    상기 송신 펄스의 순간 최고 전력을 측정하여 상기 펄스타임 생성기에 측정값을 전달하는 순간 최고 전력 측정기를 더 포함하고,The instantaneous peak power meter for measuring the instantaneous peak power of the transmit pulse to deliver a measurement value to the pulse time generator,
    상기 펄스타임 생성기는 상기 측정값을 기준으로 상기 베이스밴드 펄스 신호의 최대 진폭을 조절하는 차량 레이더.And the pulse time generator adjusts a maximum amplitude of the baseband pulse signal based on the measured value.
  13. 제12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 수신부는,The receiving unit,
    상기 반사 펄스의 잡음에 의한 신호대잡음비의 저하를 방지하는 저잡음 증폭기;A low noise amplifier which prevents the signal-to-noise ratio from being lowered due to the noise of the reflected pulses;
    상기 저잡음 증폭기에서 증폭된 반사 펄스에서 잡음을 제거하는 수신 주파수 대역 통과 필터; 및A reception frequency band pass filter for removing noise from the reflected pulses amplified by the low noise amplifier; And
    상기 쿼드 신호에 의해 구동되어 상기 수신 주파수 대역 통과 필터를 통과한 반사 펄스를 베이스밴드 쿼드 기저 신호로 하향 변환하는 수신 쿼드 믹서를 포함하는 차량 레이더.And a receiving quad mixer driven by the quad signal to downconvert the reflected pulse passing through the receiving frequency band pass filter into a baseband quad base signal.
  14. 제13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 수신부는,The receiving unit,
    상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호에서 대역 밖의 잡음을 제거하는 베이스밴드 필터를 더 포함하는 차량 레이더.And a baseband filter for removing out-of-band noise from the baseband quad base signal.
  15. 제14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 수신부는,The receiving unit,
    상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 기준 전압을 가진 아날로그 수신 신호로 변환하는 P/VGA(programmable or variable gain amplifier)를 더 포함하는 차량 레이더.And a programmable or variable gain amplifier (P / VGA) for converting the baseband quad base signal into an analog receive signal having a reference voltage.
  16. 제15 항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 수신부는,The receiving unit,
    상기 펄스타임 생성기에서 프로그램된 시간에 대응하여 상기 베이스밴드 쿼드 기저 신호를 샘플링 및 홀딩하여 순시적으로 저장하는 아날로그 메모리를 더 포함하는 차량 레이더.And an analog memory for sampling, holding and temporarily storing the baseband quad base signal corresponding to the time programmed by the pulse time generator.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 9 to 16,
    상기 펄스타임 생성기는 24GHz 협대역에서 SRR(short range radar)의 규격을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력하는 차량 레이더.The pulse time generator is a vehicle radar for outputting a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies the specification of short range radar (SRR) in a 24GHz narrowband.
  18. 제17 항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 펄스타임 생성기는 77GHz 협대역에서 SRR(short range radar)의 규격을 만족하는 최소 FWHM을 가지는 삼각형 파형을 출력하는 차량 레이더.The pulse time generator is a vehicle radar for outputting a triangular waveform having a minimum FWHM that satisfies the specification of short range radar (SRR) in the 77 GHz narrow band.
  19. 이동통신 시스템의 제어 데이터를 수신하여 주기를 가지는 시간 동기를 획득하는 단계;Receiving control data of a mobile communication system to obtain time synchronization having a period;
    상기 시간 동기의 주기를 균등 분할된 복수의 시간 슬롯으로 설정하는 단계;Setting the period of time synchronization to a plurality of equally divided time slots;
    상기 복수의 시간 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전송 펄스를 출력하는 단계;Outputting a transmission pulse through at least one of the plurality of time slots;
    상기 전송 펄스가 반사체에 반사되어 되돌아오는 반사 펄스를 수신하는 단계; 및Receiving a reflection pulse in which the transmission pulse is reflected by a reflector and returned; And
    상기 반사 펄스를 처리하여 상기 반사체와의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 차량 레이더의 운영 방법.Calculating a distance from the reflector by processing the reflected pulse.
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