▶ オーラ・インテリジェント・システムズ・インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-22
(54)【発明の名称】マルチストリームＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ
(51)【国際特許分類】
H04B 7/06 20060101AFI20220615BHJP
H04B 7/0456 20170101ALI20220615BHJP
H04B 7/08 20060101ALI20220615BHJP
H04L 27/26 20060101ALI20220615BHJP
G01S 13/931 20200101ALI20220615BHJP
G01S 13/90 20060101ALI20220615BHJP
【ＦＩ】
H04B7/06 984
H04B7/0456 100
H04B7/06 950
H04B7/08 800
H04L27/26 114
G01S13/931
G01S13/90
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021563073
(86)(22)【出願日】2020-04-24
(85)【翻訳文提出日】2021-12-21
(86)【国際出願番号】 US2020029924
(87)【国際公開番号】W WO2020219954
(87)【国際公開日】2020-10-29
(31)【優先権主張番号】62/838,168
(32)【優先日】2019-04-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/845,606
(32)【優先日】2019-05-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．３ＧＰＰ
(71)【出願人】
【識別番号】520489868
【氏名又は名称】オーラ・インテリジェント・システムズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＵＲＡ ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リー，ジョンア
【テーマコード（参考）】
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J070AB24
5J070AD05
5J070AD09
5J070AF03
5J070AH31
5J070AH35
5J070AK22
5J070BA01
5J070BE02
(57)【要約】
先進システム（１０１，３５００）および方法が提供される。先進システムおよび方法は、送信アンテナのセットおよび受信アンテナのセットを含むアンテナのセット（３５２６）と、デジタルビームフォーマ（３５１６）と、アンテナのセットおよびデジタルビームフォーマに動作可能に接続されたプロセッサ（２２５）を備える。プロセッサは、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別し、デジタルビームフォーマを介してビームの第１のセットを生成し、直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成されているビームのセットの各々にマッピングするように構成されている。先進システムおよび方法は、プロセッサに動作可能に接続されたトランシーバ（２１０）をさらに備える。トランシーバは、アンテナのセットの送信アンテナのセットを介してターゲットシーンに、ビームの第１のセットに基づく第１の信号を送信し、アンテナのセットの受信アンテナのセットを介して、ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信するように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先進システムであって、送信アンテナのセットおよび受信アンテナのセットを含むアンテナのセットと、
デジタルビームフォーマと、
前記アンテナのセットおよび前記デジタルビームフォーマに動作可能に接続されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別し、
前記デジタルビームフォーマを介してビームの第１のセットを生成し、
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを前記生成されているビームのセットの各々にマッピングするように構成され、
前記先進システムは、
前記プロセッサに動作可能に接続されたトランシーバをさらに備え、
前記トランシーバは、
前記アンテナのセットの前記送信アンテナのセットを介してターゲットシーンに、前記ビームの第１のセットに基づく第１の信号を送信し、
前記アンテナのセットの前記受信アンテナのセットを介して、前記ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信するように構成されている、先進システム。
【請求項2】
前記プロセッサは、循環シフトされたＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＣＡＺＡＣシーケンスのセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項3】
前記プロセッサは、異なるルートＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＭＩＭＯコード化信号のセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項4】
前記プロセッサは、参照信号候補のセットを識別し、
前記参照信号候補のセットの相関を計算するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項5】
前記トランシーバは、前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを使用して、前記第１のビームセットの同じ送信ビームを用いてシーン全体を照射するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項6】
前記プロセッサは、前記直交ＭＩＭＯ信号のセットに対して計算されるレンジ／ドップラプロセスを使用して信号を識別し、
前記識別された信号に対して空間プロセスを実行して画像を生成するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項7】
前記プロセッサは、目標レンジに基づいて、ＭＩＭＯ動作モード、ＭＩＭＯおよびビームフォーミング動作モードのハイブリッド、またはビームフォーミング動作モードを含む動作モードを識別し、
前記識別された動作モードに基づいて前記第１の信号を送信し、
前記識別された動作モードに基づいて、前記第２の信号を受信するようにさらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項8】
前記プロセッサは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルのセットを繰り返すＯＦＤＭレーダ波形に対応する信号を構築し、
前記ＯＦＤＭシンボルのセットの複数のシンボルにわたって同じコードを使用して前記ＯＦＤＭシンボルのセットをスロットに累積し、
前記ＯＦＤＭシンボルの累積されたセットに基づいて合成信号を生成し、
前記合成信号のＦＦＴの計算、前記合成信号および参照信号の複素乗算の計算、ならびに、レンジ相関を取得するための前記計算された複素乗算合成信号のＩＦＦＴの計算に基づいて、前記生成された合成信号についてレンジ相関を計算するように、さらに構成されている、請求項１に記載の先進システム。
【請求項9】
先進システムの方法であって、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別することと、
ビームの第１のセットを生成することと、
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを前記生成されたビームのセットの各々にマッピングすることと、
前記ビームの第１のセットに基づく第１の信号をターゲットシーンに送信することと、
前記ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信することと
を含む、方法。
【請求項10】
循環シフトされたＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＣＡＺＡＣシーケンスのセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
異なるルートＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＭＩＭＯコード化信号のセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
参照信号候補のセットを識別することと、前記参照信号候補のセットの相関を計算することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを使用して、前記第１のビームセットの同じ送信ビームを用いてシーン全体を照射することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットに対して計算されるレンジ／ドップラプロセスを使用して信号を識別することと、前記識別された信号に対して空間プロセスを実行して画像を生成することと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
目標レンジに基づいて、ＭＩＭＯ動作モード、ＭＩＭＯおよびビームフォーミング動作モードのハイブリッド、またはビームフォーミング動作モードを含む動作モードを識別することと、前記識別された動作モードに基づいて前記第１の信号を送信することと、
前記識別された動作モードに基づいて、前記第２の信号を受信することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項16】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルのセットを繰り返すＯＦＤＭレーダ波形に対応する信号を構築することと、前記ＯＦＤＭシンボルのセットの複数のシンボルにわたって同じコードを使用して前記ＯＦＤＭシンボルのセットをスロットに累積することと、
前記ＯＦＤＭシンボルの累積されたセットに基づいて合成信号を生成することと、
前記合成信号のＦＦＴの計算、前記合成信号および参照信号の複素乗算の計算、ならびにレンジ相関を取得するための前記計算された複素乗算合成信号のＩＦＦＴの計算に基づいて、前記生成された合成信号についてレンジ相関を計算することと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項17】
非一時的コンピュータ可読媒体であって、プログラムコードを備え、前記プログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、先進システムに、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別することと、
ビームの第１のセットを生成することと、
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを前記生成されたビームのセットの各々にマッピングすることと、
前記ビームの第１のセットに基づく第１の信号をターゲットシーンに送信することと、
前記ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信することと
を行わせる、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項18】
少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記先進システムに、循環シフトされたＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＣＡＺＡＣシーケンスのセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成することと、
異なるルートＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＭＩＭＯコード化信号のセットを含む前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成することと
を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項19】
少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記先進システムに、参照信号候補のセットを識別することと、
前記参照信号候補のセットの相関を計算することと、
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットを使用して、前記第１のビームセットの同じ送信ビームを用いてシーン全体を照射すること、
前記直交ＭＩＭＯ信号のセットに対して計算されるレンジ／ドップラプロセスを使用して信号を識別することと、
前記識別された信号に対して空間プロセスを実行して画像を生成することと、
目標レンジに基づいて、ＭＩＭＯ動作モード、ＭＩＭＯおよびビームフォーミング動作モードのハイブリッド、またはビームフォーミング動作モードを含む動作モードを識別することと、
前記識別された動作モードに基づいて前記第１の信号を送信することと、
前記識別された動作モードに基づいて、前記第２の信号を受信することと
を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項20】
少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記先進システムに、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルのセットを繰り返すＯＦＤＭレーダ波形に対応する信号を構築することと、
前記ＯＦＤＭシンボルのセットの複数のシンボルにわたって同じコードを使用して前記ＯＦＤＭシンボルのセットをスロットに累積することと、
前記ＯＦＤＭシンボルの累積されたセットに基づいて合成信号を生成することと、
前記合成信号のＦＦＴの計算、
前記合成信号および参照信号の複素乗算の計算、ならびに、レンジ相関を取得するための前記計算された複素乗算合成信号のＩＦＦＴの計算に基づいて、前記生成された合成信号についてレンジ相関を計算することと
を行わせるプログラムコードをさらに備える、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、レーダシステム技術に関する。より具体的には、本開示は、次世代レーダシステムにおけるマルチストリームＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用途などの高解像度レーダでは、４Ｄ球のハイパーボクセルの数が多くなるが、必要なフレームレートのために測定時間は制限される。アナログビームフォーマを用いたフェーズドアレイビームフォーミングでは、生成することができる同時ビームの数および同時に送信することができる信号の数に起因して、フレームレートが制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本開示では、高解像度レーダのためのマルチストリーム送信および受信方式が提供される。本開示は、高解像度レーダのためのサブバンドコード化ＯＦＤＭを提供する。本開示は、ビームまたはアンテナ間の干渉なしに、ビームフォーミングモードにおける複数のビーム、またはＭＩＭＯモードにおける複数のアンテナにおける信号の送受信を可能にする。提供される実施形態は、ＭｘＮ倍だけ取得時間を短縮し、Ｍは、送信ビーム（またはＭＩＭＯ層）の数であり、Ｎは、受信ビーム（またはＭＩＭＯ層）の数である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
１つの実施形態では、先進システムが提供される。先進システムは、送信アンテナのセットおよび受信アンテナのセットを含むアンテナのセットと、デジタルビームフォーマと、アンテナのセットおよびデジタルビームフォーマに動作可能に接続されたプロセッサであって、プロセッサは、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別し、デジタルビームフォーマを介してビームの第１のセットを生成し、直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成されているビームのセットの各々にマッピングするように構成されている、プロセッサとを備える。先進システムは、プロセッサに動作可能に接続されたトランシーバをさらに備え、トランシーバは、アンテナのセットの送信アンテナのセットを介してターゲットシーンに、ビームの第１のセットに基づく第１の信号を送信し、アンテナのセットの受信アンテナのセットを介して、ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信するように構成されている。
【0005】
別の実施形態では、先進システムの方法が提供される。方法は、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別することと、ビームの第１のセットを生成することと、直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成されたビームのセットの各々にマッピングすることと、ビームの第１のセットに基づく第１の信号をターゲットシーンに送信することと、ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信することとを含む。
【0006】
さらに別の実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。非一時的コンピュータ可読媒体は、プログラムコードを備え、プログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、先進システムに、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別することと、ビームの第１のセットを生成することと、直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成されたビームのセットの各々にマッピングすることと、ビームの第１のセットに基づく第１の信号をターゲットシーンに送信することと、ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づく第２の信号を受信することとを行わせる。
【0007】
他の技術的特徴は、添付の図面、以下の説明、および添付の特許請求の範囲から当業者には容易に明らかになり得る。
【0008】
以下の詳細な説明に着手する前に、本特許文書全体を通じて使用される特定の単語および句の定義を説明することが有利であり得る。「結合する（ｃｏｕｐｌｅ）」という用語およびその派生語は、２つ以上の要素が互いに物理的に接触しているか否かに関係なく、２つ以上の要素間の直接または間接的なつながりを指す。「送信」、「受信」および「通信」という用語、ならびにそれらの派生語は、直接通信と間接通信の両方を包含する。「含む」および「備える」という用語、ならびにそれらの派生語は、限定のない包含を意味する。「または」という用語は、包含的であり、および／または、を意味する。「～と関連付けられる」という句、およびその派生語は、～を含む、～の中に含まれる、～と相互接続する、～を包含する、～の中に包含される、～にまたは～と接続する、～にまたは～と結合する、～と通信可能である、～と協働する、～をインターリーブする、～を並置する、～に近接している、～にまたは～と束縛されている、～を有する、～の特性を有する、～に対するまたは～との関係を有する、などを意味する。「コントローラ」という用語は、少なくとも１つの動作を制御する任意のデバイス、システム、またはその一部を意味する。そのようなコントローラは、ハードウェア、またはハードウェアとソフトウェアおよび／またはファームウェアとの組み合わせにおいて実装されてもよい。任意の特定のコントローラに関連付けられる機能は、ローカルかまたはリモートかを問わず、集中化または分散化することができる。「～のうちの少なくとも１つ」という句は、アイテムのリストと共に使用される場合、リストされたアイテムのうちの１つまたは複数の異なる組み合わせが使用され得、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つ」は、以下の組み合わせ、すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、およびＡとＢとＣのいずれかを含む。
【0009】
さらに、以下に説明する様々な機能は、１つまたは複数のコンピュータプログラムによって実施またはサポートすることができ、それらプログラムの各々は、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、コンピュータ可読媒体に具体化される。「アプリケーション」および「プログラム」という用語は、適切なコンピュータ可読プログラムコードにおける実装に適合した１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェア構成要素、命令セット、手順、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、またはそれらの一部を指す。「コンピュータ可読プログラムコード」という句には、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コードなど、任意の種類のコンピュータコードが含まれる。「コンピュータ可読媒体」という句は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他の種類のメモリなど、コンピュータがアクセスできるあらゆる種類の媒体を含む。「非一時的」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気信号または他の信号を転送する有線、ワイヤレス、光、または他の通信リンクを除外する。非一時的コンピュータ可読媒体は、データを永続的に記憶することができる媒体、および、書き換え可能光ディスクまたは消去可能メモリデバイスなどの、データを記憶して後に上書きすることができる媒体を含む。
【0010】
他の特定の単語および句の定義は、本特許文書全体を通じて提供されている。当業者は、ほとんどではないにしても多くの場合、そのような定義が、そのような定義された単語および句の以前および将来の使用に適用されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本開示のより完全な理解のために、以下の説明を添付の図面と併せて参照する。
【図1】本発明の実施形態による例示的なワイヤレスネットワークを示す図である。
【図2】本発明の実施形態による例示的なｇＮＢを示す図である。
【図3】本発明の実施形態による例示的なＵＥを示す図である。
【図4】本開示によるイメージングのための例示的な２Ｄ仮想アンテナアレイを示す図である。
【図5】本開示による、方位角におけるより大きい開口の例示的な合成を示す図である。
【図6】本開示による、方位角におけるより大きい開口の別の例示的な合成を示す図である。
【図7】本開示による、例示的な自動車アンテナ設計を示す図である。
【図8】本開示による、別の例示的な自動車アンテナ設計を示す図である。
【図9】本開示による、例示的な仮想２Ｄ円形アンテナアレイを示す図である。
【図10】本開示による、イメージングレーダの例示的な自動車設置を示す図である。
【図11】本開示による、例示的な建造物内設置および工場自動化を示す図である。
【図12】本開示による、別の例示的な建造物内設置および工場自動化を示す図である。
【図13】本開示による、例示的なビームフォーマ照射原理を示す図である。
【図14】本開示による、例示的なハイブリッドビームフォーミング一般アーキテクチャを示す図である。
【図15】本開示による、ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミングを示す図である。
【図16】本開示による、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミングを示す図である。
【図17】本開示による仮想アンテナアレイを用いた例示的なビームフォーミングを示す図である。
【図18】本開示による例示的な送信ビームフォーミングを示す図である。
【図19】本開示による例示的な受信ビームフォーミングを示す図である。
【図20】本開示によるＭ個のアンテナアレイを用いた例示的な受信ビームフォーミングを示す図である。
【図21】本開示による例示的なマルチビーム照射およびスケジューリングを示す図である。
【図22】本開示による例示的な装置を示す図である。
【図23】本開示による例示的なセンサおよびアプリケーションソフトウェアを示す図である。
【図24】本開示によるレーダ波形の例示的なフレーム構造を示す図である。
【図25】本開示による例示的な画像レーダを示す図である。
【図26】本開示による例示的な波形ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ送信を示す図である。
【図27】本開示によるビームフォーミングモードにおける例示的なＭＩＭＯ／ＢＦイメージングレーダを示す図である。
【図28】本開示による例示的なマルチストリームビームフォーミングレーダ処理を示す図である。
【図29】本開示による別の例示的なマルチストリームビームフォーミングレーダ処理を示す図である。
【図30】本開示による、短距離および長距離レーダの例示的な同時動作を示す図である。
【図31】本開示による例示的なレンジ依存イメージング動作を示す図である。
【図32】本開示による画像形成の例示的な幾何形状を示す図である。
【図33】本開示による例示的な画像形成アルゴリズムを示す図である。
【図34】本開示によるミリ波トランシーバにおける送信パスおよび受信パスごとの例示的な電力損失を示す図である。
【図35A】本開示による例示的な４Ｄイメージングレーダを示す図である。
【図35B】本開示による例示的なアンテナアレイを示す図である。
【図36】本開示による例示的な送信／受信機処理アーキテクチャ全体を示す図である。
【図37】本開示によるレーダ波形の例示的な周波数領域レンジドップラ処理を示す図である。
【図38】本開示による、送信信号、受信信号、循環シフト、ならびに加算およびそれに続く累積演算の圧縮レンジ処理の例示的な時間領域表現を示す図である。
【図39】本開示によるレーダ波形の例示的な圧縮レンジ処理を示す図である。
【図40】本開示によるレンジ処理の例示的な計算複雑度を示す図である。
【図41】本開示によるＡＷＧＮチャネルのレンジ処理後の例示的な決定統計値を示す図である。
【図42】本開示によるＡＷＧＮチャネルのレンジドップラ処理後の決定統計値の例示的なスライスを示す図である。
【図43】本開示によるレンジドップラ処理後の例示的な２Ｄレンジドップラマップを示す図である。
【図44】本開示によるマルチストリームＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダの方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下で説明する図１～図１４、および本特許文書において本開示の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、例示に過ぎず、本開示の範囲を限定するようには決して解釈されるべきではない。当業者は、本開示の原理が、任意のタイプの適切に構成されたデバイスまたはシステムに実装され得ることを理解するであろう。
【0013】
図１～図３は、ワイヤレス通信システムにおいて、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）または直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）通信技術を使用することによって実施される様々な実施形態を説明している。図１～図３の説明は、種々の実施形態を実施することができる方法に対する物理的またはアーキテクチャ上の限定を意味するものではない。本開示の種々の実施形態は、任意の適切に構成された通信システムに実装され得る。
【0014】
図１は、本発明の実施形態による例示的なワイヤレスネットワークを示す。図１に示されるワイヤレスネットワークの実施形態は、例示のみを目的としている。ワイヤレスネットワーク１００の他の実施形態を、本開示の範囲から逸脱することなく使用することができる。
【0015】
図１に示されるように、ワイヤレスネットワークは、ｇＮＢ１０１、ｇＮＢ１０２、およびｇＮＢ１０３を含む。ｇＮＢ１０１は、ｇＮＢ１０２およびｇＮＢ１０３と通信する。ｇＮＢ１０１はまた、インターネット、私有のインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク、または他のデータネットワークなどの少なくとも１つのネットワーク１３０とも通信する。一実施形態では、そのようなｇＮＢ１０１～１０３は、マルチストリームＭＩＭＯおよび／またはビームフォーミングレーダをサポートするレーダシステムを含む先進システムとして実装され得る。
【0016】
ｇＮＢ１０２は、ｇＮＢ１０２のカバレッジエリア１２０内の第１の複数のユーザ機器（ＵＥ）にネットワーク１３０へのワイヤレスブロードバンドアクセスを提供する。第１の複数のＵＥは、小企業（ＳＢ）内に配置され得るＵＥ１１１、企業（Ｅ）内に配置され得るＵＥ１１２、ＷｉＦｉホットスポット（ＨＳ）内に配置され得るＵＥ１１３、第１の住居（Ｒ）内に配置され得るＵＥ１１４、第２の住居（Ｒ）に配置され得るＵＥ１１５、携帯電話、ワイヤレスラップトップ、ワイヤレスＰＤＡなどのようなモバイルデバイス（Ｍ）であり得るＵＥ１１６を含む。ｇＮＢ１０３は、ｇＮＢ１０３のカバレッジエリア１２５内の第２の複数のユーザ機器（ＵＥ）にネットワーク１３０へのワイヤレスブロードバンドアクセスを提供する。第２の複数のＵＥは、ＵＥ１１５およびＵＥ１１６を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のｇＮＢ１０１～１０３は、５Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａ、ＷｉＭＡＸ、ＷｉＦｉ、または他のワイヤレス通信技術を使用して、互いに通信し、ＵＥ１１１～１１６と通信することができる。一実施形態では、そのようなＵＥ１１１～１１１は、マルチストリームＭＩＭＯおよび／またはビームフォーミングレーダをサポートするレーダシステムを含む先進システムとして実装され得る。
【0017】
ネットワークタイプに応じて、「基地局」または「ＢＳ」という用語は、送信ポイント（ＴＰ）、送受信ポイント（ＴＲＰ）、拡張基地局（ｅＮｏｄｅＢまたはｅＮＢ）、５Ｇ基地局（ｇＮＢ）、マクロセル、フェムトセル、ＷｉＦｉアクセスポイント（ＡＰ）、または他のワイヤレス対応デバイスなど、ネットワークへのワイヤレスアクセスを提供するように構成された任意の構成要素（または構成要素の集合）を指すことができる。基地局は、例えば、５Ｇ ３ＧＰＰ新無線ワイヤレスインターフェース／アクセス（ＮＲ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ－Ａ）、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、Ｗｉ－Ｆｉ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃなどの１つまたは複数のワイヤレス通信プロトコルに従ってワイヤレスアクセスを提供し得る。便宜上、本特許明細書では「ＢＳ」と「ＴＲＰ」という用語を交換可能に使用して、ワイヤレスアクセスをリモート端末に提供するネットワークインフラストラクチャ構成要素を指す。また、ネットワークタイプに応じて、「ユーザ機器」または「ＵＥ」という用語は、「移動局」、「加入者局」、「リモート端末」、「ワイヤレス端末」、「受信ポイント」または「ユーザデバイス」などの任意の構成要素を指すことができる。便宜上、本特許明細書では、「ユーザ機器」および「ＵＥ」という用語は、ＵＥがモバイルデバイス（携帯電話またはスマートフォンなど）であるか、または、通常は固定デバイス（デスクトップコンピュータまたは自動販売機など）と見なされるかに関係なく、ＢＳにワイヤレスにアクセスするリモートワイヤレス機器を指すために使用される。
【0018】
点線は、カバレッジエリア１２０および１２５のおおよその範囲を示しており、これらは、例示および説明のみを目的として、ほぼ円形として示されている。カバレッジエリア１２０および１２５などのｇＮＢに関連するカバレッジエリアは、ｇＮＢの構成ならびに天然および人工の障害物に関連する無線環境の変化に応じて、不規則な形状を含む他の形状を有する可能性があることを明確に理解されたい。
【0019】
以下でより詳細に説明するように、ＵＥ１１１～１１６のうちの１つまたは複数は、先進ワイヤレス通信システムにおけるデータおよび制御情報の受信信頼性のための回路、プログラミング、またはそれらの組み合わせを含む。特定の実施形態では、ｇＮＢ１０１～１０３のうちの１つまたは複数は、先進ワイヤレスシステムにおける３Ｄイメージング、位置特定、および測位のための効率的な合成開口アンテナアレイ設計およびビームフォーミングのための回路、プログラミング、またはそれらの組み合わせを含む。
【0020】
図１はワイヤレスネットワークの一例を示しているが、図１にはさまざまな変更を加えることができる。例えば、ワイヤレスネットワークは、任意の適切な配置構成において任意の数のｇＮＢおよび任意の数のＵＥを含むことができる。また、ｇＮＢ１０１は、任意の数のＵＥと直接通信し、それらのＵＥにネットワーク１３０へのワイヤレスブロードバンドアクセスを提供することができる。同様に、各ｇＮＢ１０２～１０３は、ネットワーク１３０と直接通信し、ネットワーク１３０への直接的なワイヤレスブロードバンドアクセスをＵＥに提供することができる。さらに、ｇＮＢ１０１、１０２、および／または１０３は、外部電話回線網または他のタイプのデータネットワークなどの他のまたは追加の外部ネットワークへのアクセスを提供することができる。
【0021】
図２は、本発明の実施形態による例示的なｇＮＢ１０２を示す。図２に示されるｇＮＢ１０２の実施形態は、例示のみを目的としており、図１のｇＮＢ１０１および１０３は、同じまたは類似の構成を有することができる。ただし、ｇＮＢにはさまざまな構成があり、図２は、本開示の範囲をｇＮＢの特定の実施態様に限定するものではない。
【0022】
図２に示されるように、ｇＮＢ１０２は、複数のアンテナ２０５ａ～２０５ｎ、複数のＲＦトランシーバ２１０ａ～２１０ｎ、送信（ＴＸ）処理回路２１５、および受信（ＲＸ）処理回路２２０を含む。ｇＮＢ１０２はまた、コントローラ／プロセッサ２２５、メモリ２３０、およびバックホールまたはネットワークインターフェース２３５を含む。
【0023】
ＴＸ処理回路２１５は、コントローラ／プロセッサ２２５からアナログまたはデジタルデータ（音声データ、ウェブデータ、電子メール、またはインタラクティブビデオゲームデータなど）を受信する。ＴＸ処理回路２１５は、発信ベースバンドデータを符号化、多重化、および／またはデジタル化して、処理済みベースバンドまたはＩＦ信号を生成する。ＲＦトランシーバ２１０ａ～２１０ｎは、ＴＸ処理回路２１５から発信処理済みベースバンドまたはＩＦ信号を受信し、ベースバンドまたはＩＦ信号を、アンテナ２０５ａ～２０５ｎを介して送信されるＲＦ信号にアップコンバートする。
【0024】
ＲＦトランシーバ２１０ａ～２１０ｎは、アンテナ２０５ａ～２０５ｎから、ＵＥまたはネットワーク１００内の他の任意の物体によって反射された信号などの着信ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ２１０ａ～２１０ｎは、着信ＲＦ信号をダウンコンバートして、ＩＦまたはベースバンド信号を生成する。ＩＦまたはベースバンド信号は、ＲＸ処理回路２２０に送信され、ＲＸ処理回路２２０は、ベースバンドまたはＩＦ信号をフィルタリング、復号、デジタル化し、および／または解凍もしくは相関させることによって、処理済みベースバンド信号を生成する。ＲＸ処理回路２２０は、処理済みベースバンド信号を、さらなる処理のためにコントローラ／プロセッサ２２５に送信する。
【0025】
コントローラ／プロセッサ２２５は、ｇＮＢ１０２の全体的な動作を制御する１つまたは複数のプロセッサまたは他の処理デバイスを含むことができる。例えば、コントローラ／プロセッサ２２５は、周知の原理に従って、ＲＦトランシーバ２１０ａ～２１０ｎ、ＲＸ処理回路２２０、およびＴＸ処理回路２１５による順方向チャネル信号の受信および逆方向チャネル信号の送信を制御することができる。コントローラ／プロセッサ２２５は、より先進的なワイヤレス通信機能などの追加機能もサポートすることができる。例えば、コントローラ／プロセッサ２２５は、複数のアンテナ２０５ａ～２０５ｎからの発信信号が異なる重みを付けられて、発信信号が所望の方向へと効果的に操縦されるビームフォーミングまたは指向性ルーティング動作をサポートすることができる。多種多様な他の機能のいずれかが、ｇＮＢ１０２においてコントローラ／プロセッサ２２５によってサポートされてもよい。
【0026】
コントローラ／プロセッサ２２５はまた、ＯＳなどの、メモリ２３０に常駐するプログラムおよび他のプロセスを実行することも可能である。コントローラ／プロセッサ２２５は、実行プロセスによって必要とされるように、メモリ２３０にデータを出し入れすることができる。
【0027】
コントローラ／プロセッサ２２５はまた、バックホールまたはネットワークインターフェース２３５に結合されている。バックホールまたはネットワークインターフェース２３５は、ｇＮＢ１０２がバックホール接続またはネットワークを介して他のデバイスまたはシステムと通信することを可能にする。インターフェース２３５は、任意の適切な有線またはワイヤレス接続（複数可）を介した通信をサポートすることができる。例えば、ｇＮＢ１０２がセルラ通信システム（５Ｇ、ＬＴＥ、またはＬＴＥ－Ａをサポートするものなど）の一部として実装される場合、インターフェース２３５は、ｇＮＢ１０２が有線またはワイヤレスバックホール接続を介して他のｇＮＢと通信することを可能にし得る。ｇＮＢ１０２がアクセスポイントとして実装される場合、インターフェース２３５は、ｇＮＢ１０２が有線もしくはワイヤレスのローカルエリアネットワークを介して、またはより大きいネットワーク（インターネットなど）への有線またはワイヤレス接続を介して通信することを可能にし得る。インターフェース２３５は、イーサネットまたはＲＦトランシーバなどの有線またはワイヤレス接続を介した通信をサポートする任意の適切な構造を含む。
【0028】
メモリ２３０は、コントローラ／プロセッサ２２５に結合されている。メモリ２３０の一部は、ＲＡＭを含むことができ、メモリ２３０の別の部分は、フラッシュメモリまたは他のＲＯＭを含むことができる。
【0029】
図２はｇＮＢ１０２の一例を示しているが、図２にはさまざまな変更を加えることができる。例えば、ｇＮＢ１０２は、図２に示される任意の数の各構成要素を含むことができる。特定の例として、地上局（例えば、アクセスポイント）は、いくつかのインターフェース２３５を含むことができ、コントローラ／プロセッサ２２５は、異なるネットワークアドレス間でデータをルーティングするためのルーティング機能をサポートすることができる。別の特定の例として、ＴＸ処理回路２１５の単一のインスタンスおよびＲＸ処理回路２２０の単一のインスタンスを含むものとして示されているが、ｇＮＢ１０２は、各々の複数のインスタンス（例えば、ＲＦトランシーバごとに１つ）を含むことができる。また、図２のさまざまな構成要素を組み合わせ、さらに細分化し、または省略してもよく、特定のニーズに応じて構成要素を追加してもよい。
【0030】
図３は、本発明の実施形態による例示的なＵＥ１１６を示す。図３に示されるＵＥ１１６の実施形態は、例示のみを目的としており、図１のＵＥ１１１～１１５は、同じまたは類似の構成を有することができる。ただし、ＵＥにはさまざまな構成があり、図３は、本開示の範囲をＵＥの特定の実施態様に限定するものではない。
【0031】
先進通信装置は、すべての機能ブロックに基づいてハイブリッドビームフォーミング動作を提供する図１４、図１５、および図１６の送信機または受信機アレイを参照し、図２においては基地局（ＢＳ、ｇＮＢ）の一部として実装することができ、図３においてはＵＥとして実装することができる。
【0032】
図３に示されるように、ＵＥ１１６は、アンテナ３０５、無線周波数（ＲＦ）トランシーバ３１０、ＴＸ処理回路３１５、および受信（ＲＸ）処理回路３２５を含む。ＵＥ１１６はまた、プロセッサ３４０、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（ＩＦ）３４５、タッチスクリーン３５０、ディスプレイ３５５、およびメモリ３６０を含む。メモリ３６０は、オペレーティングシステム（ＯＳ）３６１および１つまたは複数のアプリケーション３６２を含む。
【0033】
ＲＦトランシーバ３１０は、アンテナ３０５から、ネットワーク１００のｇＮＢによって送信される着信ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ３１０は、着信ＲＦ信号をダウンコンバートして、中間周波数（ＩＦ）またはベースバンド信号を生成する。ＩＦまたはベースバンド信号は、ＲＸ処理回路３２５に送信され、ＲＸ処理回路３２５は、ベースバンドまたはＩＦ信号をフィルタリング、復号、および／もしくはデジタル化し、ならびに／または解凍もしくは相関させることによって、処理済みベースバンド信号を生成する。ＲＸ処理回路３２５は、処理済みベースバンド信号を、さらなる処理（データのウェブ閲覧など）のためにプロセッサ３４０に送信する。
【0034】
ＴＸ処理回路３１５は、プロセッサ３４０から発信ベースバンドアナログデータ（ウェブデータ、電子メール、またはインタラクティブビデオゲームデータなど）を受信する。ＴＸ処理回路３１５は、発信ベースバンドデータを符号化、多重化、および／またはデジタル化して、処理済みベースバンドまたはＩＦ信号を生成する。ＲＦトランシーバ３１０は、ＴＸ処理回路３１５から発信処理済みベースバンドまたはＩＦ信号を受信し、ベースバンドまたはＩＦ信号を、アンテナ３０５を介して送信されるＲＦ信号にアップコンバートする。
【0035】
プロセッサ３４０は、１つまたは複数のプロセッサまたは他の処理デバイスを含むことができ、ＵＥ１１６の全体的な動作を制御するために、メモリ３６０に格納されたＯＳ３６１を実行することができる。例えば、プロセッサ３４０は、周知の原理に従って、ＲＦトランシーバ３１０、ＲＸ処理回路３２５、およびＴＸ処理回路３１５による順方向チャネル信号の受信および逆方向チャネル信号の送信を制御することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ３４０は、少なくとも１つのマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含む。
【0036】
プロセッサ３４０はまた、ビーム管理のためのプロセスなど、メモリ３６０に常駐する他のプロセスおよびプログラムを実行することも可能である。プロセッサ３４０は、実行プロセスによって必要とされるように、メモリ３６０にデータを出し入れすることができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ３４０は、ＯＳ３６１に基づいて、またはｇＮＢもしくはオペレータから受信される信号に応答して、アプリケーション３６２を実行するように構成される。プロセッサ３４０はまた、Ｉ／Ｏインターフェース３４５に結合され、Ｉ／Ｏインターフェースは、ＵＥ１１６に、ラップトップコンピュータおよびハンドヘルドコンピュータなどの他のデバイスに接続する能力を提供する。Ｉ／Ｏインターフェース３４５は、これらのアクセサリとプロセッサ３４０との間の通信パスである。
【0037】
プロセッサ３４０はまた、タッチスクリーン３５０およびディスプレイ３５５に結合されている。ＵＥ１１６のオペレータは、タッチスクリーン３５０を使用して、ＵＥ１１６にデータを入力することができる。ディスプレイ３５５は、液晶ディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、またはウェブサイトなどからのテキストおよび／もしくは少なくとも限定されたグラフィックスをレンダリングすることができる他のディスプレイであってもよい。
【0038】
メモリ３６０は、プロセッサ３４０に結合されている。メモリ３６０の一部は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができ、メモリ３６０の別の部分は、フラッシュメモリまたは他の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。
【0039】
図３はＵＥ１１６の一例を示しているが、図３にはさまざまな変更を加えることができる。例えば、図３のさまざまな構成要素を組み合わせ、さらに細分化し、または省略してもよく、特定のニーズに応じて構成要素を追加してもよい。特定の例として、プロセッサ３４０は、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）および１つまたは複数のグラフィックス処理装置（ＧＰＵ）などの複数のプロセッサに分割することができる。また、図３は、携帯電話またはスマートフォンとして構成されたＵＥ１１６を示しているが、ＵＥは、他のタイプのモバイルまたは固定デバイスとして動作するように構成されてもよい。
【0040】
その単純さにもかかわらず、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムは干渉およびマルチパス分散を被ることはよく知られている。
【0041】
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダに対する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）の利点はよく理解されており、すなわち、波形の生成が単純で、ＦＭＣＷやチャープシーケンス変調と比較してトランシーバの複雑度が軽減され、波形はハードウェアにおいて線形周波数を生成する必要がなく、自己干渉およびマルチパス干渉の影響を受けやすい位相変調信号とは異なり、ＯＦＤＭ波形には厳しい位相ノイズ要件がなく、マルチパス干渉の影響も被らず、ＯＦＤＭはＭＩＭＯ処理に理想的に適している。
【0042】
それらの利点にもかかわらず、高解像度レーダに必要な広帯域処理に起因して、高解像度レーダのＯＦＤＭ信号の生成および処理は困難である。７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの自動車レーダの信号帯域幅は１ＧＨｚ～５ＧＨｚであり、多数のビットで１０Ｇｓｐｓを超えるアナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）レートが必要である。数十～数百のチャネルを必要とする３Ｄレーダイメージングの場合、広帯域ＯＦＤＭレーダシステムは法外な費用がかかる。そのため、市販のレーダトランシーバはＦＭＣＷ信号に依存している。
【0043】
図４は、本開示によるイメージングのための例示的な２Ｄ仮想アンテナアレイ４００を示す。図４に示されるイメージングのための２Ｄ仮想アンテナアレイ４００の実施形態は、例示のみを目的としている。図４に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0044】
図４は、本開示によるイメージングのための例示的な二次元（２Ｄ）仮想アンテナアレイを示す。図４に示されるように、イメージングのための２Ｄ仮想アンテナアレイは、送信（Ｔｘ）アンテナ４０２および受信（Ｒｘ）アンテナ４０４を含む。送信機において、一次元（１Ｄ）線形アレイを用いた方位角ビームフォーミングが実行され、方位角における順次スキャンが実行される。受信機において、垂直解像度の垂直ビームフォーミングが実行される。図４に示すように、６４チャネルの到来角（ＡｏＡ）アンテナが提供される。一実施形態では、２Ｄ仮想アンテナアレイは、ＭＩＭＯアンテナアレイ（例えば、２／４／８直交チャネル）を使用することができる。上で説明したように、２Ｄ仮想アンテナアレイには、Ｎ２パスから２Ｎパスへの削減（たとえば、ＡＤＣ／ＤＡＣの数が少なく、トランシーバの消費電力が少ない）、アンテナサイズの縮小およびアンテナ設計、ならびに、ＤＡＣ／ＡＤＣ、ＩＦ、および消費電力の回路の関連する削減などの利点があり得る。仮想アンテナ４０６は、Ｔｘアンテナ４０２およびＲｘアンテナ４０４を示し得る。
【0045】
図５は、本開示による、方位角におけるより大きい開口の例示的な合成５００を示す。図５に示されている方位角におけるより大きい開口の例示的な合成５００は、例示のみを目的としている。図５に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。図５に示すように、方位角におけるより大きい開口の合成５００は、Ｒｘアンテナ５０２および合成アンテナアレイ５０４を含む。
【0046】
図６は、本開示による、方位角におけるより大きい開口の別の例示的な合成６００を示す。図６に示されている方位角におけるより大きい開口の例示的な合成６００は、例示のみを目的としている。図６に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。図６に示すように、方位角におけるより大きい開口の合成６００は、Ｒｘアンテナ６０２および合成アンテナアレイ６０４を含む。
【0047】
図５および図６は、本開示による、方位角におけるより大きい開口の例示的な合成を示す。図５に示すように、送信パスの数はＭ２ＮからＭ＋ＭＮに減少する（Ｍ：アンテナアレイサイズ、Ｎ：Ｒｘアンテナ列の数）。たとえば、Ｍ＝８、Ｎ＝４の場合、３２０パスが４０パスに削減され（８８％節約）、Ｍ＝８、Ｎ＝８の場合、５１２パスが７２パスに削減される（８６％節約）。図５に示されるように、Ｒｘアンテナ５０２およびＴｘアンテナ５０６を合成して、合成アンテナアレイ５０４にすることができる。
【0048】
図６は、調整可能な垂直視野を提供することができる、方位角におけるより大きい開口の合成を示している。図６に示されるように、Ｒｘアンテナ６０２およびＴｘアンテナ６０６を合成して、合成アンテナアレイ６０４にすることができる。
【0049】
図７は、本開示による、例示的な自動車アンテナ設計７００を示す。図７に示される自動車アンテナ設計７００の一実施形態は、例示のみを目的としている。図７に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。図７に示されるように、自動車アンテナ設計７００は、Ｔｘアンテナ７０１およびＲｘアンテナ７０２を含む。
【0050】
図８は、本開示による、別の例示的な自動車アンテナ設計８００を示す。図８に示される自動車アンテナ設計８００の一実施形態は、例示のみを目的としている。図８に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0051】
図７および図８は、本開示による、例示的な自動車アンテナ設計を示す。
図７に示すように、たとえば７７ＧＨｚの自動車アンテナ設計の６４ｘ３２仮想アレイが示されている。図７に示すように、６４ｘ３２仮想アレイは、方位角の６４個の素子および仰角の６４個の素子のアレイを含むＴｘのアンテナパネル、ならびにＲｘのための８つの垂直アレイを含む。図７に示されるように、Ｔｘアンテナ７０１およびＲｘアンテナ７０２は、６４個の素子７０４に配置構成され得る。図７に示されるように、バックミラー７０６は、６４個の素子７０４を設置することができる。バックミラーは、各層７０８から構成され得る。
図７に示すように、たとえば７７ＧＨｚの自動車アンテナ設計の６４ｘ３２仮想アレイが示されている。図７に示すように、６４ｘ３２仮想アレイは、方位角の６４個の素子および仰角の６４個の素子のアレイを含むＴｘのアンテナパネル、ならびにＲｘのための８つの垂直アレイを含む。図７に示されるように、Ｔｘアンテナ７０１およびＲｘアンテナ７０２は、６４個の素子７０４に配置構成され得る。図７に示されるように、バックミラー７０６は、６４個の素子７０４を設置することができる。バックミラーは、各層７０８から構成され得る。
【0052】
図８に示すように、たとえば７７ＧＨｚの自動車アンテナ設計の１０２４ｘ６４仮想アレイが示されている。図８に示すように、１０２４ｘ６４仮想アレイは、方位角の１２８個の素子および仰角の６４個の素子のアレイを含むＴｘのアンテナパネル、ならびに仰角の６４個の素子を含むＲｘのための８つの垂直アレイを含む。図８に示す１０２４ｘ６４仮想アレイを拡張して、調整可能な垂直発信角度のための２つ以上のＴｘアンテナアレイ（行）を含めることができる。
【0053】
図８に示されるように、Ｔｘアンテナ８０１およびＲｘアンテナ８０２は、Ｍ個の素子８０４に配置構成され得る。図８に示されるように、バンパーカバー８０８を備えた自動車バンパー８０６は、Ｍ個の素子８０４を設置することができる。
【0054】
図９は、本開示による、例示的な仮想２Ｄ円形アンテナアレイ９００を示す。図９に示される仮想２Ｄ円形アンテナアレイ９００の実施形態は、例示のみを目的としている。図９に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0055】
図９は、本開示による、例示的な仮想２Ｄ円形アンテナアレイを示す。図９に示すように、３６０度のカバレッジでは、ポール、街灯柱、および屋上への設置を実現することができる。図９に示されるように、円形アンテナアレイ９０２は、Ｍ個のＴｘ素子およびＮ個のＲｘ素子９０４を含む。円形アンテナアレイ９０２は、ポールおよび街灯柱９０６内に構成され得る。
【0056】
図１０は、本開示による、イメージングレーダ１０００の例示的な自動車設置を示す。図１０に示されるイメージングレーダ１０００の自動車設置の実施形態は、例示のみを目的としている。図１０に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0057】
【0058】
図１１は、本開示による、例示的な建造物内設置および工場自動化１１００を示す。図１１に示される建造物内設置および工場自動化１１００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１１に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0059】
図１２は、本開示による、別の例示的な建造物内設置および工場自動化１２００を示す。図１２に示される建造物内設置および工場自動化１２００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１２に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0060】
図１１に示すように、アンテナは、建造物内設置および工場自動化のために２つのコーナに沿って設置することができる。図８に示されるように、送信は、アンテナ開口１を備える送信（Ｔｘ）アンテナ１１０２を使用して実行され、受信は、アンテナ開口２を備える受信（Ｒｘ）アンテナ１１０４を使用して実行される。一実施形態では、送信は、アンテナ開口２を備える送信（Ｔｘ）アンテナを使用して実行され、受信は、アンテナ開口１（例えば、逆）を備える受信（Ｒｘ）アンテナを使用して実行される。
【0061】
図１２に示すように、開口ごとに１つのアンテナ素子を実装することができる。一実施形態では、開口１のアンテナ素子は、室内の物体を照射する信号を送信しながら、ｘ軸に沿って移動する（例えば、Ｔｘアンテナ１２０２）。そのような実施形態では、各アンテナ素子の信号は、本開示によって与えられるビームフォーミング式に従って重み付けされる。
【0062】
一実施形態では、開口１の各アンテナ素子位置について、開口２のアンテナ素子は、ターゲットから反射される信号を受信しながら、ｙ軸に沿って移動する（例えば、Ｒｘアンテナ１２０４）。そのような実施形態では、各アンテナ素子の信号は、本開示によって与えられるビームフォーミング式に従って重み付けされる。
【0063】
図１３は、本開示による、例示的なビームフォーマ照射原理１３００を示す。図１３に示されるビームフォーマ照射原理１３００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１３に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0064】
図１３に示されるように、送信ビーム１３０２は、順次スキャン方式で送信機において照射され、受信ビーム１３０４は、受信機において同時に照射される。
【0065】
図１４は、本開示による、例示的なハイブリッドビームフォーミング一般アーキテクチャ１４００を示す。図１４に示されるハイブリッドビームフォーミング一般アーキテクチャ１４００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１４に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0066】
図１４に示されるように、ハイブリッドビームフォーミング一般アーキテクチャ１４００は、先進システムとして実装されてもよく、またはハイブリッドビームフォーミング一般アーキテクチャ１４００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0067】
図１４に示されるように、ハイブリッドビームフォーマ回路が、シーケンス生成ブロック１４０２、変調ブロック１４０４、デジタルＢＦブロック１４０６、ＩＦ／ＤＡＣブロック１４０８、およびアナログＢＦブロック１４１０を備える。図１４に示すように、サブバンドプリコーディング（Ｗ２）および広帯域プリコーディング（Ｗ１）が決定される。このような場合、広帯域プリコーディング（Ｗ１）は、以下によって２つの部分に分割される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列 Ｔ：Ｄ／Ａ、ＩＦ／ＲＦ
図１５は、本開示による、ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミング１５００を示す。図１５に示されるＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１５００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１５に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列 Ｔ：Ｄ／Ａ、ＩＦ／ＲＦ
図１５は、本開示による、ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミング１５００を示す。図１５に示されるＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１５００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１５に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0068】
図１５に示されるように、ＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１５００は、先進システムとして実装されてもよく、またはＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１５００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0069】
図１５に示されるように、ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーマ回路は、シーケンス生成ブロック１５０２、変調ブロック１５０４、ＲＥマッピングブロック１５０６、ＩＦＦＴ／ＣＰブロック１５０８、デジタルＢＦブロック１５１０、ＩＦ／ＤＡＣブロック１５１２、およびアナログＢＦブロック１５１４を備える。図１５に示すように、サブバンドプリコーディング（Ｗ２）および広帯域プリコーディング（Ｗ１）が決定される。このような場合、広帯域プリコーディング（Ｗ１）は、以下によって２つの部分に分割される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列
図１６は、本開示による、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミング１６００を示す。図１６に示されるＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１６００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１６に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列
図１６は、本開示による、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いた例示的なハイブリッドビームフォーミング１６００を示す。図１６に示されるＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１６００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１６に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0070】
図１６に示されるように、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１６００は、先進システムとして実装されてもよく、またはＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いたハイブリッドビームフォーミング１６００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0071】
図１６に示されるように、ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーマ回路１６００は、シーケンス生成ブロック１６０２、層マッピングブロック１６０４、サブバンドプリコーディングブロック１６０６、リソース要素マッピングブロックのセット１６０８，１６１０、ＩＦＦＴ／ＣＰブロックのセット１６１２，１６１４、デジタルＢＦブロック１６１０、ＩＦ／ＤＡＣブロック１６１８、およびアナログＢＦブロック１６２０を備える。
【0072】
図１６に示すように、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーマ回路は、シーケンス生成および変調ブロック、層マッピングブロック、サブバンドプリコーディングブロック、複数のＲＥマッピングブロック、複数のＩＦＦＴ／ＣＰブロック、デジタルＢＦブロック、ＩＦ／ＤＡＣブロック、およびアナログＢＦブロックを備える。図１３に示すように、サブバンドプリコーディング（Ｗ２）および広帯域プリコーディング（Ｗ１）が決定される。このような場合、広帯域プリコーディング（Ｗ１）は、以下によって２つの部分に分割される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列 Ｔ：Ｄ／Ａ、ＩＦ／ＲＦ
図１７は、本開示による仮想アンテナアレイを用いた例示的なビームフォーミング１７００を示す。図１７に示される仮想アンテナアレイを用いたビームフォーミング１７００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１７に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ
ＷＡ：アンテナサブアレイ内でのアナログビームフォーミング
ＷＤ：サブアレイ間のデジタルビームフォーミング行列 Ｔ：Ｄ／Ａ、ＩＦ／ＲＦ
図１７は、本開示による仮想アンテナアレイを用いた例示的なビームフォーミング１７００を示す。図１７に示される仮想アンテナアレイを用いたビームフォーミング１７００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１７に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0073】
図１７に示されるように、仮想アンテナアレイを用いたビームフォーミングは、Ｎ個のＲｘ素子１７０２およびＭ個のＴｘ素子１７０４を使用して実行される。
【0074】
図１８は、本開示による例示的な送信ビームフォーミング１８００を示す。図１８に示される送信ビームフォーミング１８００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１８に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0075】
図１８に示されるように、Ｔｘビームフォーミング回路は、複数のベースバンド信号入力１８０２、加算器ブロックのセット１８０４，１８０６、および複数のＴｘアンテナアレイ（Ｍ，２）素子に接続されたＩＦ／ＤＡＣブロック１８０８を含む。図１８では、デジタルビームフォーマを備えた単純なアンテナアレイが考慮されていると想定している。
【0076】
図１９は、本開示による例示的な受信ビームフォーミング１９００を示す。図１９に示される受信ビームフォーミング１９００の実施形態は、例示のみを目的としている。図１９に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0077】
図１９に示されるように、Ｒｘビームフォーミング回路は、複数のＲｘアンテナアレイ（Ｎ，２）１９０２と、加算器のセット１９０６，１９０８を使用してベースバンド信号を生成するために加算される複数の出力信号を含むＩＦ／ＡＤＣブロック１９０４とを含む。図１６では、デジタルビームフォーマを備えた単純なアンテナアレイが考慮されていると想定している。
【0078】
図２０は、本開示によるＭ個のアンテナアレイ２０００を用いた例示的な受信ビームフォーミングを示す。図２０に示されるＭ個のアンテナアレイ２０００を用いた受信ビームフォーミングの実施形態は、例示のみを目的としている。図２０に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0079】
図２０に示されるように、Ｍ個のアンテナアレイを用いるＲｘビームフォーミング回路は、複数のＲｘアンテナアレイ（Ｎ，２）２００２と、加算器のセット２００４，２００６を使用してベースバンド信号を生成するために加算される複数の出力信号を含むＩＦ／ＡＤＣブロック２０１０とを含む。図２０では、デジタルビームフォーマを備えた単純なアンテナアレイが考慮されていると想定している。
【0080】
図２１は、本開示による例示的なマルチビーム照射およびスケジューリング２１００を示す。図２１に示されるマルチビーム照射およびスケジューリング２１００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２１に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0081】
図２１に示すように、マルチビーム照射およびスケジューリングは、仰角および方位角において決定される。図２１に示すように、Ｔｘの方位角におけるマルチビーム照射は、デジタルＢＦまたはバトラーマトリックスを含む。図２１に示されるように、アンテナ２１０６からのターゲットシーン２１０２に対して、実際には、２つ、４つ、または８つの同時ビームが照射される。受信機プロセスは、複数の方位角および仰角に対して同時に実行される。そのような場合、受信機は、仰角において視野（ＦｏＶ）２１０４全体を処理することができる。図２１に示すように、ビームスケジューリングは、構成パラメータに基づいて方位角および／または仰角を決定する。このような場合、ビームスケジューリングは、以前の結果に基づいて動的に調整することができる（たとえば、特定の領域のオブジェクトを追跡する）。
【0082】
図２２は、本開示による例示的な装置２２００を示す。図２２に示される装置２２００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２２に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0083】
図２２に示されるように、装置２２００は、先進システムとして実装されてもよく、または装置２２００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0084】
図２２に示されるように、装置は、５Ｇモデム２２５０、ミリ波イメージングセンサ２２０２、および先進運転支援システム／自律走行車（ＡＤＡＳ／ＡＶ）中央プロセッサ２２２８を備える。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２２８は、イーサネットなどのネットワークを介してミリ波イメージングセンサ２２０２に接続することができる。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２２８は、ミリ波イメージングセンサ２２０２に接続されているモデム（例えば、５Ｇ）２２５０にさらに接続されている。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２２８は、ディスプレイ２２５２、および／または、少なくとも１つの周辺デバイスを含むコンピュータ（例えば、端末、デバイスなど）２２５４と接続することができる。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２２８は、外部デバイスおよび／またはオブジェクト（例えば、車両）に実装され得る別のプロセッサ（例えば、コントローラ）とさらに接続され得る。
【0085】
本装置のミリ波イメージングセンサ２２０２は、アンテナアレイ２２０６を含むアンテナブロック２２０４と、フィルタ２２１０、電力増幅器（ＰＡ）２２１２、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２１４、アナログ－デジタル変換器／デジタル－アナログ変換器（ＡＤＣ／ＤＡＶ）２２１６、およびデジタルビームフォーミング（ＢＦ）２２１８を含むトランシーバブロック２２０８と、３Ｄイメージングモデム２２２２、コア後処理センサフュージョン２２２４、およびカメラ２２２６を含むシステムオンチップ（ＳＯＣ）ブロック２２２０とを備える。
【0086】
本装置のＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２２８は、画像処理ブロック２２３０、中央処理装置（ＣＰＵ）２２３２、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）コンピュータビジョン／機械学習（ＭＬ）２２３４、内部メモリ２２３６、ファブリック２２３８、ビデオコーデックＨ．２６４ ２２２６、接続性ＣＡＮ／ＳＡＲイーサネット２２４２、セキュリティブロック２２４４、外部メモリインターフェース２２４０、およびシステム制御ブロック２２４８を備える。
【0087】
図２３は、本開示による例示的なセンサおよびアプリケーションソフトウェア２３００を示す。図２３に示されるセンサおよびアプリケーションソフトウェア２３００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２３に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0088】
図２３に示されるように、ビームパターン２３０２、センサ、３Ｄイメージングモデム２３０４、トランシーバおよびアンテナアレイ２３０８（例えば、２３０６に示される詳細構造）、およびＣＯＴＳハードウェア２３１２上に実装されたアプリケーションソフトウェア２３１０を含む装置が、センサフュージョン、スティッチング、コンピュータビジョン、機械学習、３Ｄマップ生成、データ集約、およびシステム制御のために構成されている。
【0089】
図２４は、本開示によるレーダ波形２４００の例示的なフレーム構造を示す。図２４に示されるレーダ波形２４００のフレーム構造の実施形態は、例示のみを目的としている。図２４に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0090】
図２４は、デジタルレーダ波形のフレーム構造を示す。「スロット」２４０２は、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）、１つまたは複数のＣＡＺＡＣシーケンスのＤＦＴ拡散によって生成される複数のＯＦＤＭシンボル、およびガードタイム（ＧＴ）から構成される。ＧＴは、必要なシーケンス長、およびターゲットシーンの対象レンジに応じて追加される。フォーマット１では、１つのシーケンス期間のみが示されている。スロットのセットが、サブフレーム２４０４を形成する。サブフレームのセットが、フレーム２４０６を形成する。
【0091】
レンジ処理は、送信コード化信号に対する受信ＯＦＤＭシンボルの相関処理を実行し、続いてスロット内にＯＦＤＭシンボルをコヒーレントに累積する。ＯＦＤＭシンボル長はサブキャリア間隔の逆数として決定され、一方、スロット長はチャネルコヒーレンス時間内に設定される。例として、サブキャリア間隔が５００ｋＨｚの２ＧＨｚ ＲＦ帯域幅の場合、ＦＦＴサイズは４０９６ポイントであり、ＯＦＤＭシンボル長は２μ秒であり、チャネルコヒーレンス時間は速度３５０ｋｍｐｈおよび１７５ｋｍｐｈについてそれぞれ８μ秒および１６μ秒である。
【0092】
複数のスロットがサブフレームを構成し、ドップラ処理に使用される。各サブフレーム信号は、アンテナフットプリント（またはスキャンレーダのビーム）内のターゲットを照射し、反射を引き起こす。視野内のターゲットシーンを完全に照射すると、フレームがもたらされる。ターゲットシーンは複数回スキャンされ、結果、フレームレートは１秒あたり１０～６０フレームになる。
【0093】
図２５は、本開示による例示的な画像レーダ２５００を示す。図２５に示される画像レーダ２５００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２５に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0094】
図２５に示されるように、画像レーダ２５００は、Ｒｘアンテナアレイ２５０２、ターゲットシーン２５０４、およびＴｘアンテナアレイ２５０６を含む。
【0095】
従来のレーダイメージングでは、各ビームが対象のターゲットシーンを順次スキャンし得る。２Ｄイメージングでは、ターゲットは、狭い送信ビームによって領域を照射する狭いビームによって照射される。照射される領域ごとに、受信機はターゲット領域を順次スキャンし、到来角を推定する。アナログビームフォーミングでは、典型的には、必要なハードウェア複雑度に起因して単一のビームが生成される。高解像度イメージングでは、スキャンされる角度ビンの数は数百から数千ポイントであり、ポイントクラウド画像を生成するために長い取得時間が必要である。
【0096】
滞留ごとに、ターゲットシーンがアンテナによって照射され、Ｒｘアンテナからの受信信号がイメージングのために処理される。
【0097】
図２６は、本開示による例示的な波形ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ送信２６００を示す。図２６に示される波形ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ送信２６００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２６に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0098】
図２６は、ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ送信の波形を示す。ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダ波形は、ＯＦＤＭレーダ波形の場合は周波数領域において、または位相変調レーダの場合は時間領域において信号を符号化することによって生成されるコード化デジタル波形によって生成される。「署名」２６０２は、直交ＣＡＺＡＣシーケンスからのスロット信号を示す。署名は、デジタルビームフォーマまたはデジタルビームフォーマとアナログビームフォーマとの組み合わせであるハイブリッドビームフォーマによってビームフォーミングされる。ビームフォーミング後、ビーム２６０４にマッピングされた信号の複数のストリームが同時に送信され、各ビームがターゲットシーンの一部分を照射する。図２６に示されるように、署名２６０２およびビーム２６０４は、デジタルＢＦ２６０６、ＩＦ／ＤＡＣ２６０８、およびアナログＢＦ２６１０を介して処理される。
【0099】
図２７は、本開示によるビームフォーミングモード２７００における例示的なＭＩＭＯ／ＢＦイメージングレーダを示す。図２７に示されるビームフォーミングモード２７００におけるＭＩＭＯ／ＢＦイメージングレーダの実施形態は、例示のみを目的としている。図２７に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0100】
複数のビームがデジタルビームフォーミングによって同時に生成される。したがって、スキャンごとに複数のポイントを取得することが可能である。送信機において、Ｔｘアンテナアレイ２７０６を使用して、各ビームを用いてターゲットシーンの部分（複数可）を照射する複数のビームが生成される。実際には、これらのビームからの信号は互いに干渉し、ビーム間干渉を引き起こす。これらは、結果もたらされる画像にアーティファクトとして表示される。受信機において、信号が、ターゲットシーン２７０４を介してＲｘアンテナアレイ２７０２において受信される。
【0101】
本開示では、ＤＦＴ拡散ＯＦＤＭによって生成される複数のＣＡＺＡＣシーケンスが異なるビームにマッピングされる。シーケンスは、次の２つのアプローチに従って各ビームにマッピングされる。
【0102】
一実施形態では、複数のルートＣＡＺＡＣシーケンスが各ビームにマッピングされる。これにより、相関処理後の受信信号の自己相関値が低くなり、ビーム間の干渉が最小限に抑えられることが保証される。
【0103】
別の実施形態では、自己相関特性がゼロの直交ＣＡＺＡＣシーケンスが、ルートＣＡＺＡＣシーケンスの循環シフトによって生成される。これらのシーケンスは、各ビームにマッピングされる。
【0104】
複数のシーケンスが複数のビーム上で同時に送信される。受信機において、複数のシーケンスに対応する複数の相関器が各ビームについて実装される。受信機は最大ＭｘＮ個の相関器を処理することができ、Ｍは送信ビームの数（＝ＣＡＺＡＣシーケンスの数）であり、Ｎは受信ビームの数である。
【0105】
一例では、Ｍ＝Ｎ＝４である場合、４つのビームが同時に送信される。受信機において、４つのビームの空間処理、４つのＣＡＺＡＣシーケンスの各計算相関が実施される。このアプローチは、滞留時間ごとに点群の１６ポイントを生成し、取得時間が１６分の１に短縮される。
【0106】
図２８は、本開示による例示的なマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２８００を示す。図２８に示されるマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２８００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２８に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0107】
図２８に示されるように、マルチストリームビームフォーミングレーダ処理２８００は、先進システムとして実装されてもよく、またはマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２８００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0108】
【0109】
図２８に示されるように、マルチストリームビームフォーミングレーダは、ＣＡＺＡＣシーケンスのセット２８０２と、ＤＦＴブロック２８０４と、複素共役ブロック２８０６と、サブキャリアマッピング２８０８と、ＩＦＦＴブロック２８１０と、ＣＰ／ＧＴ挿入ブロック２８１２と、デジタルＴｘビームフォーマブロック２８１４と、ＤＡＣブロック２８１６と、ＡＤＣブロック２８１８と、Ｒｘビームフォーマブロック２８２０と、それぞれＣＰ除去ブロック２８２４、ＦＦＴブロック２８２６、複素乗算ブロック２８２８、ＩＦＦＴブロック２８３０、およびドップラＤＦＴブロック２８３２を含むブロックのセット２８２２と、ＣＦＡＲ検出器ブロック２８３４と、算術ブロック２８３６とを備える。
【0110】
ハイブリッドビームフォーミングでは、位相シフタを用いたアナログビームフォーミングがＡＤＣ後のＲＦに実装される。デジタルビームフォーマの出力信号はアンテナポートにマッピングされ、出力信号は位相シフタを備えたアナログビームフォーマを用いてさらにビームフォーミングされる。
【0111】
いくつかの実施形態では、Ｍ個の送信パスおよびＮ個の受信パスの場合、点群の取得時間は、ＭｘＮ倍だけ短縮される。
【0112】
ＭＩＭＯモードでは、複数のアンテナが視野全体内のターゲットシーンを照射する。
図２９は、本開示による別の例示的なマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００を示す。図２９に示されるマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２９に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
図２９は、本開示による別の例示的なマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００を示す。図２９に示されるマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００の実施形態は、例示のみを目的としている。図２９に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0113】
ＣＡＺＡＣシーケンスは、ＭＩＭＯ構成の各アンテナポートにマッピングされる。マルチストリームＭＩＭＯレーダのブロック図を図２９に示す。
【0114】
図２９に示されるように、マルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００は、先進システムとして実装されてもよく、またはマルチストリームビームフォーミングレーダ処理２９００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0115】
図２９に示されるように、マルチストリームビームフォーミングレーダは、ＣＡＺＡＣシーケンスのセット２９０２と、ＤＦＴブロック２９０４と、複素共役ブロック２９０６と、サブキャリアマッピング２９０８と、ＩＦＦＴブロック２９１０と、ＣＰ／ＧＴ挿入ブロック２９１２と、ＤＡＣブロック２９１４と、ＡＤＣブロック２９１６と、それぞれＣＰ除去ブロック２９２０、ＦＦＴブロック２９２２、複素乗算ブロック２９２４、ＩＦＦＴブロック２９２６、およびドップラＤＦＴブロック２９２８を含むブロックのセット２９１８と、特殊処理ブロック２９３０と、ＣＦＡＲ検出器ブロック２９３２と、算術ブロック２９３４とを備える。
【0116】
ＤＦＴ拡散ＯＦＤＭによって生成される複数の直交ＣＡＺＡＣシーケンスが、アンテナポートにマッピングされる。受信機において、アンテナポートごとにレンジ／ドップラ処理が行われる。レンジ／ドップラ処理の後、空間処理が、複数のアンテナポートからデータを取得し、レンジに応じて画像の焦点を合わせる。空間フォーカシングは、レンジ依存補正係数をレンジ／ドップラ圧縮データに適用する。一実施形態では、前述の実施形態に示されるように、ＦＦＴを用いた計算効率の高い画像フォーカシングアルゴリズムを適用することができる。
【0117】
図３０は、本開示による、短距離および長距離レーダの例示的な同時動作３０００を示す。図３０に示される短距離および長距離レーダの同時動作３０００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３０に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0118】
送信アンテナの近くにあるオブジェクトの場合、受信ＳＩＮＲは高くなる。複数のＭＩＭＯストリームが広い視野で送信され、最大１７０°の広い視野が照射される。
【0119】
図３０に示されるように、自動車３００８は、短距離３００２、中距離３００４、および長距離３００６においてビームを送信する。
【0120】
一実施形態では、短距離および長距離の同時動作のために、ＭＩＭＯおよびビームフォーミングモードの送信および受信が、交互の滞留時間を適用する。サブフレーム番号が偶数の場合、ＭＩＭＯの送信および受信が行われる。サブフレーム番号が奇数の場合、ビームフォーミング送信および受信が行われる。
【0121】
一実施形態では、短距離、中距離、および長距離の同時動作の場合、ＭＩＭＯ、ＭＩＭＯおよびビームフォーミング、ならびにビームフォーミング送信／受信が、サブフレーム内で順次適用される。
【0122】
一実施形態では、受信機において、レンジ／ドップラ処理後のターゲット距離に対して空間処理が実行される。
【0123】
図３１は、本開示による例示的なレンジ依存イメージング動作３１００を示す。図３１に示されるレンジ依存イメージング動作３１００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３１に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0124】
図３１は、レンジ依存イメージング動作の原理を示している。レンジに応じて異なる空間処理が、レンジドップラ処理の後に適用される。
【0125】
図３２は、本開示による画像形成の例示的な幾何形状３２００を示す図である。図３２に示される画像形成の幾何形状３２００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３２に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0126】
図３２に示されるように、アンテナアレイ３２０２は、信号をターゲットシーン３２０４に送信する。
【0127】
一実施形態において、デジタルイメージングモジュールは、画像形成アルゴリズムなどの計算イメージング動作を実施して、目標から反射される信号（例えば、目標に入射する電磁信号または光信号）の一部である目標反射率を決定する。したがって、デジタルイメージングモジュールは、画像形成アルゴリズムを使用して、座標（ｘ，ｙ，ｒ）を有するボクセル（ボリュームピクセル）を計算し、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されている遠視野シーンの３Ｄ画像を生成する。（ｘ，ｙ，ｒ）座標は、微小体積ｄζｄηｄｒあたりのターゲットセグメントに衝突する信号の反射である、反射密度ρの２Ｄ高速フーリエ変換を使用して計算される。したがって、目標の反射率密度は、以下で説明するように、３つの変数（ζ，η，）の関数としてモデル化することができる。
【0128】
画像形成アルゴリズムはまた、遠視野シーンによって反射または後方散乱される反射送信信号の結果として生じる位相シフトに対して行われる調整を行う。調整は、アレイのエネルギー放出要素によって遠視野シーンに放出され、シーンによって反射または後方散乱され、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信された後に送信信号が経験する、結果として生じる位相シフトを低減または大幅に排除する。
【0129】
一実施形態において、調整された各座標（ｘ，ｙ）セットに関連付けられた座標ｒの値も、３Ｄイメージングセンサによる送信信号が反射されるターゲットの反射率密度の２Ｄ ＦＦＴを実施することにより、画像形成アルゴリズムによって計算される。したがって、特定の（ｘ，ｙ）座標の計算されたｒの各値、すなわちｒ＝Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，．．．，ＲＮに対して、本開示の３Ｄイメージングセンサによって計算することができ、したがって、遠視野シーンの３Ｄ画像を生成する、対応するボクセル（ｘ，ｙ，Ｒ１）、（ｘ，ｙ，Ｒ２）が存在する。座標ｒは、座標（ｘ，ｙ）を有する対応するエネルギー検出素子（反射送信信号を検出する素子）と、アレイによって放出される送信信号によって照射される遠視野シーンの目標点との間の距離を表す。送信信号は、目標点によって反射（または後方散乱）され、（ｘ，ｙ）の座標を有するアレイの１つまたは複数のエネルギー検出素子によって検出される。
【0130】
その特定の座標セットについて、本開示の３Ｄイメージングセンサは、照射されている遠視野シーンの３Ｄ画像を生成する過程で、ｒの異なる値（ｒ＝Ｒ１、ｒ＝Ｒ２、ｒ＝Ｒ３、…）のｒ値を計算する。したがって、結果のボクセルは、座標（ｘ，ｙ，Ｒ１）、（ｘ，ｙ，Ｒ２）、（ｘ，ｙ，ＲＮ）を有し、Ｎは１以上の整数である。
【0131】
一実施形態では、送信信号は、ＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンス（例えば、直交ＭＩＭＯ信号）によって変調されたデジタルビーム形成直交デジタル波形を含み、上記デジタルビーム形成直交デジタル波形は、アナログ波形信号に変換され、このアナログ波形信号によって、エネルギー源が変調されて、変調信号がもたらされ、変調信号は次にアナログビーム形成されて、アレイの１つまたは複数のエネルギー放出要素に印加されている送信信号が得られる。アナログビーム形成の動作は、素子に特定の位相値を提供するために、信号をアレイの素子に直接印加することを含む。その素子の位相は、信号（例えば、電圧、電流）が印加されなくなるまで変化しない。
【0132】
受信機は、アレイのエネルギー検出素子によって受信されるエネルギーを検出し、受信信号を復調して、受信信号からベースバンド信号を導出するように構成される。受信機は、受信デジタル信号に対して計算イメージングを含む動作を実施して、送信信号が反射されている物体、構造、またはシーン全体の１つまたは複数の３Ｄ画像を生成するようにさらに構成される。遠視野シーンの物体、構造、または他のアイテムは、アレイに対して配置される。
【0133】
計算イメージングは、少なくとも、アレイの１つまたは複数のエネルギー検出要素によって受信される反射または後方散乱送信信号によって経験される、結果として生じる位相シフトを調整し、信号に対して実施される２Ｄ ＦＦＴの使用を通じて受信される反射または後方散乱信号の３Ｄ画像を生成するための画像形成アルゴリズムを含む。特に、受信した送信信号が検出され、復調によりベースバンド信号が得られる。次に、信号は、アナログ－デジタル変換器を使用することによってデジタル信号に変換される。次に、デジタル信号に対して２Ｄ ＦＦＴ動作が実行されて、３Ｄイメージングセンサによって照射されている遠視野のシーンの３Ｄ画像が生成される。
【0134】
３Ｄ画像は、照射されているシーン内のオブジェクト、構造物、または他のアイテムのターゲット位置の照射に基づいている。明らかに、各目標ロケーションは必ずしも同じ距離を有するとは限らない。アレイのエネルギー検出素子と目標ロケーションとの間の距離は変化する可能性があり、ほとんどの場合、異なる目標ロケーションに対して変化する。例えば、距離は、第１の目標ロケーションについてはＲであり得、次に別のロケーションについてはＲ１に変化し、さらに別のロケーションについてはＲ２に変更される。座標（ｘ，ｙ）および計算された（ｒ）座標は、本開示の３Ｄイメージングセンサからの送信信号によって照射されている物体の目標の３Ｄ画像のボクセル（ボリュームピクセル）を表す（ｘ，ｙ，ｒ）座標になる。したがって、オブジェクトの３Ｄ画像が得られる。
【0135】
図３３は、本開示による例示的な画像形成アルゴリズム３３００を示す。図３３に示される画像形成アルゴリズム３３００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３３に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0136】
図３３に示すように、ＤＦＦＴ３３０２が使用されて出力信号が生成される。
短距離イメージングの一実施形態では、送信について、４層によるＭＩＭＯ送信が提供され、受信について、４層によるＭＩＭＯ受信、および、後続する近接場画像形成アルゴリズムによるレンジ依存空間処理が、前述の実施形態に示すように提供される。
短距離イメージングの一実施形態では、送信について、４層によるＭＩＭＯ送信が提供され、受信について、４層によるＭＩＭＯ受信、および、後続する近接場画像形成アルゴリズムによるレンジ依存空間処理が、前述の実施形態に示すように提供される。
【0137】
中距離イメージングの一実施形態では、送信について、ビームごとに２層を用いるビームフォーミング送信によるＭＩＭＯが提供され、受信について、ビームごとに２層を用いるＭＩＭＯ受信、および、後続する受信ビームフォーミングが提供される。
【0138】
長距離イメージングの一実施形態では、送信について、単層送信によるビームフォーミングが提供され、受信について、ビームごとの単層受信ビームフォーミングが提供される。
【0139】
本開示では、高解像度レーダのためのマルチストリーム送信および受信方式が提供される。本開示は、ビームまたはアンテナ間の干渉なしに、ビームフォーミングモードにおける複数のビーム、またはＭＩＭＯモードにおける複数のアンテナにおける信号の送受信を可能にする。本開示は、ＭｘＮ倍だけ取得時間を短縮し、Ｍは、送信ビーム（またはＭＩＭＯ層）の数であり、Ｎは、受信ビーム（またはＭＩＭＯ層）の数である。本開示は、多数のチャネルおよびフレームレートが必要とされる自動車用途における高解像度イメージングレーダに適用され得る実施形態を提供する。
【0140】
ＭＩＭＯレーダは、ＳＩＮＲが大きい近接場イメージング用途に有望である。本開示は、レンジ／ドップラ処理後の一般的な画像フォーカシングアルゴリズムを可能にし、アーティファクトのない高解像度画像を可能にする。
【0141】
Ｍ＝Ｎ＝４の場合、アナログＴｘ／Ｒｘビームをスキャンする従来のアプローチと比較して、取得時間を１６分の１に短縮することができ、または、４ストリーム送信のない複数のビームの場合は４分の１に短縮することができる。
【0142】
次世代レーダシステム技術は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）および符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）、デジタルビームフォーミングを備えた多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ、３Ｄ／４Ｄイメージング、ならびに同時通信およびレーダなどの新しい波形を含む。
【0143】
その単純さにもかかわらず、ＣＤＭＡシステムは干渉およびマルチパス分散を被り、位相ノイズを受けやすいことはよく知られている。周波数変調連続波（ＦＭ－ＣＷ）レーダにまさるＯＦＤＭの利点はよく理解されている。
【0144】
このようなレーダシステムでは、波形の生成が単純で、ＦＭ－ＣＷおよびチャープシーケンス変調と比較してトランシーバ複雑度が軽減される。このようなレーダシステムでは、波形はハードウェアにおいて線形周波数を生成する必要がない。このようなレーダシステムでは、自己干渉およびマルチパス干渉の影響を受けやすい位相変調信号とは異なり、ＯＦＤＭ波形には厳密な位相ノイズ要件がなく、マルチパス干渉の影響も受けない。このようなレーダシステムでは、ＯＦＤＭはＭＩＭＯ処理に理想的に適している。
【0145】
それらの利点にもかかわらず、高解像度レーダに必要な広帯域処理に起因して、高解像度レーダのＯＦＤＭ信号の生成および処理は困難である。７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの自動車レーダの信号帯域幅は１ＧＨｚ～５ＧＨｚであり、多数のビットで１０Ｇｓｐｓを超えるアナログ－デジタル（ＡＤＣ）レートが必要である。
【0146】
１２ビット１０Ｇｓｐｓ ＡＤＣのコストは約３，６５０ドルである。数十～数百のチャネルを必要とする３Ｄレーダイメージングの場合、広帯域ＯＦＤＭレーダシステムは法外な費用がかかる。そのため、市販のレーダトランシーバはＦＭＣＷ信号に依存している。
【0147】
図３４は、本開示によるミリ波トランシーバにおける送信パスおよび受信パスごとの例示的な電力損失３４００を示す。図３４に示されるミリ波トランシーバにおける送信パスおよび受信パスごとの電力損失３４００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３４に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0148】
もう１つの考慮事項は、消費電力である。現行技術水準のミリ波ＯＦＤＭシステムの消費電力分析を図３４に示す。
【0149】
図３４に示すように、電力増幅器（ＰＡ）および無線周波数ＡＤＣ（ＲＦ－ＡＤＣ）は、送信パスおよび受信パスにおいてそれぞれ６７％および５５％の電力損失を占める。トランシーバの設計では、低電力ＰＡとより単純なＡＤＣ設計が重要である。図３４に示すように、送信パスごとの電力損失（図３４（ａ）など）および受信パスごとの電力損失（図３４（ｂ）など）が提供される。
【0150】
一実施形態では、集約を伴うサブチャネルコード化ＯＦＤＭのための方式が提供される。そのような実施形態では、集約を伴うサブチャネルコード化ＯＦＤＭの方式は、先進システムによって実施され得るような、効率的なマルチストリームＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダについて、広帯域幅信号に関連する複雑度を低減しながら、広帯域ＯＦＤＭシステムの性能上の利点を保持する。
【0151】
ＯＦＤＭシステムでは、高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）をリアルタイムで実施する必要がある。最大５ＧＨｚ帯域幅の広帯域レーダの場合、高レンジ解像度では、０．５ｎｓ、０．２５ｎｓ以上のサンプリングレートにおいて信号を処理する必要がある。
【0152】
最大３００ｍのレンジの自動車用途では、２μ秒ごとにレンジ処理を計算する必要がある。送信機においては、ＤＡＣおよび変調のために時間領域信号を事前に計算することができ、結果、リアルタイム計算で問題が発生することはあり得ない。
【0153】
ただし、受信機について、それぞれ２ＧＨｚおよび４ＧＨｚ帯域幅のパスごとに、４Ｋおよび８Ｋ ＦＦＴ／ＩＦＦＴならびに複素乗算、後続するＣＦＡＲ検出が必要である。受信機の複雑度は時間領域ＰＭレーダよりも低いが、現行技術水準のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のリアルタイム実装には相当の計算負荷が発生する。
【0154】
従来のレーダでは、信号処理要件を低減するために、レンジ処理に「ストレッチ処理」が採用されている。「ストレッチ処理」は、レーダ帯域幅を掃引するためにより長い時間枠を使用し、送信／受信機処理動作を遅くする。ただし、このアプローチは、シーケンス長および必要なレンジが同等である自動車レーダには適用できない。「ストレッチ処理」は、レーダシステムの最大レンジを縮小する。
【0155】
一実施形態では、循環相関特性を備えたＣＡＺＡＣ波形を利用して、計算効率の高い受信機が提供されて、ＦＧＰＡおよびＡＳＩＣでのリアルタイム実装について、レンジ処理の計算複雑度が１５倍以上低減する。
【0156】
図３５Ａは、本開示による例示的な４Ｄイメージングレーダ３５００を示す。図３５に示される４Ｄイメージングレーダ３５００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３５に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0157】
図３５Ａに示されるように、イメージングレーダ３５００は、先進システムとして実装されてもよく、またはイメージングレーダ３５００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0158】
図３５Ａに示されるように、４Ｄイメージングレーダ３５００は、ＰＮシーケンス生成ブロック３５０２、ＤＦＴブロック３５０４、ＭＩＭＯ符号語マッピングブロック３５０６、層マッピングブロック３５０８、ＭＩＭＯプリコーディングブロック３５１０、ＲＥマッピングブロックのセット３５１２、ＩＦＦＴ／ＣＰブロックのセット３５１４、デジタルＢＦ Ｔｘブロック３５１６、ＤＡＣブロック３５１８、エネルギー源３５２０、変調器ブロック３５２２、アナログブロックのセット３５２４、ＴｘおよびＲｘアンテナブロック３５２６、エネルギー検出および復調ブロック３５２８、ＡＤＣブロック３５３０、加算器ブロック３５３２、２Ｄ ＦＦＴブロック３５３４、加算器ブロック３５３６、複素共役ブロック３５３８、ＤＦＴブロック３５４０、ＩＦＦＴブロック３５４２、算術ブロック３５４４、閾値ブロック３５４６、後処理ブロック３５４８、追跡ブロック３５５０、ならびにルックアップテーブルブロック３５５２を備える。
【0159】
図３５Ｂは、本開示による例示的なアンテナアレイ３５２６を示す。図３５Ｂに示されるアンテナアレイ３５２６の実施形態は、例示のみを目的としている。図３５Ｂに示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0160】
図３５Ｂに示されるように、アンテナアレイ３５２６は、アンテナアレイのセット３５２６Ａ，３５２６Ｂを含む。
【0161】
図２４に示すように、デジタルレーダ波形のフレーム構造が示されている。「スロット」は、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）、１つまたは複数のＣＡＺＡＣシーケンスの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散によって生成される複数のＯＦＤＭシンボル、およびガードタイム（ＧＴ）から構成される。ＧＴは、必要なシーケンス長、およびターゲットシーンの対象レンジに基づいて追加される。
【0162】
各々がＯＦＤＭシンボルを含む複数のシーケンス期間がスロット内に存在する。
レンジ処理は、送信コード化信号に対する受信ＯＦＤＭシンボルの相関処理を実行し、続いてスロット内にＯＦＤＭシンボルをコヒーレントに累積する。
レンジ処理は、送信コード化信号に対する受信ＯＦＤＭシンボルの相関処理を実行し、続いてスロット内にＯＦＤＭシンボルをコヒーレントに累積する。
【0163】
ＯＦＤＭシンボル長はサブキャリア間隔の逆数として決定され、一方、スロット長はチャネルコヒーレンス時間内に設定される。例として、サブキャリア間隔が５００ｋＨｚの２ＧＨｚのＲＦ帯域幅の場合、ＦＦＴサイズは４０９６ポイントであり、ＯＦＤＭシンボル長は２μ秒であり、チャネルコヒーレンス時間は速度３５０ｋｍｐｈおよび１７５ｋｍｐｈについてそれぞれ８μ秒および１６μ秒である。
【0164】
複数のスロットがサブフレームを構成し、ドップラ処理に使用される。各サブフレーム信号は、アンテナフットプリント（またはスキャンレーダのビーム）内のターゲットを照射し、反射を引き起こす。視野内のターゲットシーンを完全に照射すると、フレームがもたらされる。ターゲットシーンは複数回スキャンされ、結果、フレームレートは１秒あたり１０～６０フレームになる。
【0165】
図３６は、本開示による例示的な送信／受信機処理アーキテクチャ３６００全体を示す図である。図３６に示される送信／受信機処理アーキテクチャ３６００全体の実施形態は、例示のみを目的としている。図３６に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0166】
図３６に示されるように、送信／受信機処理アーキテクチャ３６００は、先進システムとして実装されてもよく、または送信／受信機処理アーキテクチャ３６００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0167】
図３６に示されるように、送信／受信機処理アーキテクチャ３６００は、Ｔｘアンテナ３６０２、Ｒｘアンテナ３６０４、ＬＰＦ３６０６、３６１０、ＬＯブロック３６０８、ＤＡＣブロック３６１２、ＡＤＣブロック３６２０、ＩＦＦＴブロック３６１４、ＦＦＴブロック３６２２、サブキャリアマッピングブロック３６１６、要素ごとの動作ブロック３６２４、ＤＦＴブロック３６１８、複素共役ブロック３６２６、ＩＦＦＴブロック３６２８、およびスロータイム（ｓｌｏｗ－ｔｉｍｅ）ＦＦＴブロック３６３０を備える。ＤＦＴ拡散ＯＦＤＭレーダ波形の送信機および受信機のアーキテクチャを図３６に示す。ＣＡＺＡＣシーケンスは、ＤＦＴの周波数領域信号に変換される。周波数領域ＣＡＺＡＣシーケンスは、ゼロ周波数を中心とするサブキャリアにマッピングされ、時間領域信号に変換し戻される。ＤＦＴ拡散レーダ信号はアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）とＩＱミキサ（ＰＡ）に渡され、Ｔｘアンテナを介して送信される。受信機において、Ｒｘアンテナからの信号が復調およびフィルタリングされ、次いで、ＡＤＣによってベースバンド信号に変換される。
【0168】
レンジ処理は周波数領域で実現され、受信ベースバンド信号がＦＦＴによって周波数領域に変換され、元のＣＡＺＡＣシーケンスのＤＦＴバージョンの複素共役を乗算され、続いてＩＦＦＴによる時間領域変換が行われ、これによって各レンジビンに対応する相関出力が与えられる。
【0169】
ドップラ処理は、各レンジビンの相関出力のＦＦＴを取得することによって適用され、２次元レンジドップラマップがもたらされる。
【0170】
この実施態様では、信号が事前に計算されてメモリに格納されるため、以てリアルタイム処理要件が大幅に削減される。
【0171】
送信機において、ＩＦＦＴ後のＤＦＴ拡散ＯＦＤＭ波形が事前に計算され、メモリに格納される。受信機処理のために、ＤＦＴ拡散ＣＡＺＡＣシーケンスの複素共役である参照信号が事前に計算されてメモリに格納され、レンジ処理に使用される。リアルタイム処理は受信機レンジおよびドップラ処理内に含まれる。特に、レンジ処理はデジタルレーダで最も難しい部分である。
【0172】
図３７は、本開示によるレーダ波形の例示的な周波数領域レンジドップラ処理３７００を示す。図３７に示されるレーダ波形の周波数領域レンジドップラ処理３７００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３７に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0173】
図３７に示されるように、レーダ波形の周波数領域レンジドップラ処理３７００は、先進システムとして実装されてもよく、またはレーダ波形の周波数領域レンジドップラ処理３７００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0174】
ＯＦＤＭシステムの場合、スロット内のシンボルに対して多重相関計算が必要である。図３７は、本開示で提供されるレーダ波形のレンジドップラ処理の詳細なブロック図を示す。
【0175】
自動車レーダの場合、サブキャリア間隔は信号リターンの双方向ドップラによって決定される。典型的な環境では、ＯＦＤＭシンボル長は２μ秒であり、スロット内のＯＦＤＭシンボルの数は、４～８であり得るチャネルコヒーレンス時間に基づいて設定される。ＦＦＴサイズは、２ＧＨｚおよび４ＧＨｚのＲＦ帯域幅についてそれぞれ４Ｋおよび８Ｋである。この信号構造では、複数のＦＦＴ／複素乗算／ＩＦＦＴ計算が、２μ秒のＯＦＤＭシンボルごとに繰り返される。その結果、ゲート数が多くなり、消費電力が膨大になる。
【0176】
図３７に示されるように、周波数領域レンジドップラ処理アーキテクチャは、ＤＦＴブロック３７０２、サブキャリアマッピングブロック３７０４、ＩＦＦＴブロック３７０６、反復ブロック３７０８、ＣＰ／ＧＴ挿入ブロック３７１０、ＤＡＣブロック３７１２、複素共役ブロック３７１４、ＡＤＣブロック３７１６、ＣＰ除去ブロック３７１８、ＦＦＴブロック３７２０、複素乗算ブロック３７２２、ＩＦＦＴブロック３７２４、ドップラＤＦＴブロック３７２６、ＣＦＡＲ検出器ブロック３７２８、および算術ブロック３７３０を備える。
【0177】
図３８は、本開示による、送信信号、受信信号、循環シフト、ならびに加算およびそれに続く累積演算の圧縮レンジ処理の例示的な時間領域表現３８００を示す。図３８に示される時間領域表現３８００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３８に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0178】
一実施形態では、信号の線形性および周期的相関特性を利用して、計算効率の高い受信機処理（例えば、圧縮レンジ処理）が提供される。図３８は、圧縮レンジ処理におけるＯＦＤＭスロットの時間領域信号処理を示している。
【0179】
図３８は、送信信号、受信信号、循環シフト、ならびに加算およびそれに続く累積演算の圧縮レンジ処理の時間領域表現を示す。スロットのＧＴに入る受信信号は、信号の長さだけ循環シフトされ（ＮＦＦＴ ｘ Ｎｓｙｍｂｏｌ）、その後、スロット内のＯＦＤＭシンボルがサンプルごとに累積される。
【0180】
図３８に示されるように、送信機３８０２はＣＡＺＡＣシーケンスを送信し、受信機３８０４はＣＡＺＡＣシーケンスを受信する。
【0181】
ステップ１のそのような実施形態では、ベースバンド受信機から、サイクリックプレフィックスが受信信号から除去される。
【0182】
ステップ２のそのような実施形態では、最後のＮＦＦＴ個のサンプルは、ガードタイムに入る受信信号から取得される。
【0183】
ステップ３のそのような実施形態では、ＮＦＦＴ個のサンプルが信号の先頭に追加される。
【0184】
ステップ４のそのような実施形態では、ＯＦＤＭシンボルのサンプルごとの累積はスロット内で行われる。
【0185】
ステップ５のそのような実施形態では、累積されたシンボル長信号は、ＮＦＦＴレンジ処理のために周波数領域に変換される。
【0186】
図３９は、本開示によるレーダ波形の例示的な圧縮レンジ処理３９００を示す。図３９に示されるレーダ波形の圧縮レンジ処理３９００の実施形態は、例示のみを目的としている。図３９に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0187】
図３７に示されるように、レーダ波形の圧縮レンジ処理３９００は、先進システムとして実装されてもよく、またはレーダ波形の圧縮レンジ処理３９００は、先進システムの構成要素の１つとして実装されてもよい。
【0188】
図３９に示されるように、測距プロセス動作は、ＤＦＴブロック３９０２、複素共役ブロック３９０４、ＩＦＦＴブロック３９０６、複素乗算ブロック３９０８、ＦＦＴブロック３９１０、シンボルデータ加算ブロック３９１２、ならびに循環シフトおよび加算ブロック３９１４を備える。
【0189】
圧縮レンジ処理のブロック図を図３９に示す。
図３９は、レーダ波形の圧縮レンジ処理を示している。周波数領域相関（ＦＦＴ、複素乗算および後続するＩＦＦＴ）は、ＯＦＤＭシンボルごとに１回ではなく、スロットごとに１回計算される。
図３９は、レーダ波形の圧縮レンジ処理を示している。周波数領域相関（ＦＦＴ、複素乗算および後続するＩＦＦＴ）は、ＯＦＤＭシンボルごとに１回ではなく、スロットごとに１回計算される。
【0190】
一実施形態では、従来の線形周波数領域相関と比較して、２つの方法で複雑度を低減するための低減スキームが提供される。
【0191】
一実施形態では、複数のＯＦＤＭシンボルを単一の累積されたＯＦＤＭシンボルに圧縮することによって、処理時間がＮｓｙｍｂｏｌから延長される一方で、複雑度がＮｓｙｍｂｏｌだけ低減される。
【0192】
一例では、２μ秒ごとではなく、１８μ秒ごとに１つの周波数領域相関（たとえば、ＦＦＴ／複素乗算／ＩＦＦＴ）が必要である。
【0193】
線形相関で必要な２ｘＮＦＦＴポイントのＦＦＴ処理の代わりに、ＮＦＦＴポイントのＦＦＴ／複素乗算／ＩＦＦＴが必要である。
【0194】
図４０は、本開示によるレンジ処理の例示的な計算複雑度４０００を示す。図４０に示されるレンジ処理の計算複雑度４０００の実施形態は、例示のみを目的としている。図４０に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0195】
図４０は、従来の周波数領域レンジ処理と本開示で提供される圧縮レンジ処理との計算複雑度の比較を示している。
【0196】
図４０は、レンジ処理の計算複雑度の比較を示しており、これは、一般的な周波数領域アプローチと比較して、複雑度が１６分の１に減少していることを示す（時間領域処理では、スロットのレンジ処理に１３４，２１７，７２８回の乗算および５３６，８７０，９１２回の乗算が必要であり、これは提案されているアプローチと比較して１０００倍の複素乗算－加算を必要とする）。
【0197】
表１は、性能評価のためのシステムパラメータを示す。ＲＦ帯域幅は２ＧＨｚであると想定されている。
【0198】
図４１は、本開示によるＡＷＧＮチャネルのレンジ処理後の例示的な決定統計値４１００を示す。図４１に示されるＡＷＧＮチャネルのレンジ処理後の決定統計値４１００の実施形態は、例示のみを目的としている。図４１に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0199】
【表1】
【0200】
図４２は、本開示によるＡＷＧＮチャネルのレンジドップラ処理後の決定統計値の例示的なスライス４２００を示す。図４２に示されるＡＷＧＮチャネルのレンジ処理後の決定統計値のスライス４２００の実施形態は、例示のみを目的としている。図４２に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0201】
図４２は、本開示で提供される圧縮レンジ処理を使用して計算された、レンジ処理後の結果を示している。平均レンジサイドローブは、信号のピークに対して約－３４ｄＢである。
【0202】
図４２は、本開示で提供される圧縮レンジ処理アルゴリズムに従った、レンジドップラ処理後の信号のスライスを示している。レンジスライスおよびドップラスライスが、上部および下部のプロットに示されている。ピークおよび平均レンジサイドローブは、それぞれ約－５０ｄＢおよび－５８ｄＢである。ピークおよび平均ドップラサイドローブは、それぞれ－５０ｄＢおよび－６２ｄＢである。
【0203】
図４３は、本開示によるレンジドップラ処理４３００後の例示的な２Ｄレンジドップラマップを示す。図４３に示されるレンジドップラ処理４３００後の２Ｄレンジドップラマップの実施形態は、例示のみを目的としている。図４３に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0204】
図４３は、圧縮レンジ処理および後続するドップラ処理後の２次元レンジドップラマップを示しており、これは、高解像度レーダに必要なシャープなレンジドップラ不確定性関数を示している。
【0205】
本開示で提供される圧縮レンジ処理は、ＧＴからのデータを受信信号の第１のシンボルに循環的に加算する。加算により、結果の信号のノイズ分散はＮｓｙｍｂｏｌ・ｓ２から（Ｎｓｙｍｂｏｌ＋１）ｓ２に増加し、ｓ２は受信複素ベースバンド信号のノイズ分散であり、１／Ｎｓｙｍｂｏｌだけ増加している。分析されているシステムパラメータについて、これは０．５ｄＢであり、結果としてＳＩＮＲが０．５ｄＢだけ減少している。
【0206】
本開示では、計算効率の高いレーダ受信機アーキテクチャが、ＣＡＺＡＣシーケンスコード化を用いたＯＦＤＭレーダのリアルタイム実装のために提供される。本開示で提供される圧縮レンジ処理は、循環的加算およびシンボル累積処理を使用し、その結果、現行技術水準のＦＰＧＡ／ＤＳＰハードウェアを用いた効率的なリアルタイム実装または低電力、低複雑度のＡＳＩＣ実装の複素ＦＦＴ／複素乗算／ＩＦＦＴ処理が大幅に削減される。
【0207】
前述の実施形態では、複雑さは、最先端の効率的な周波数領域範囲処理アルゴリズムと比較して、最大１６分の１に低減される。従来のＰＭレーダからの時間領域処理と比較して、計算の複雑度が１０００倍以上節約される。
【0208】
本開示は、受信機においてチャネルごとに処理することにより、ＭＩＭＯおよびビームフォーミングを備えた４Ｄイメージングレーダに直接適用することができる。本開示は、基礎となるＰＭレーダ波形が同様のフレーム構造を有し、コードが循環相関特性を有する限り、ＰＭコード化レーダなどの時間領域レーダコードに適用することができる。
【0209】
本開示の一実施形態では、３Ｄイメージングセンサは、送信機と、受信機と、送信機および受信機に結合されているアレイとを備え、上記アレイは、１つまたは複数のエネルギー放出要素およびエネルギー検出要素を有し、アレイは、送信機によって生成される送信信号を放出するように構成されている。
【0210】
そのような実施形態では、送信信号は、ＭＩＭＯ処理済み周波数領域ＰＮシーケンスによって変調されたデジタルビーム形成直交デジタル波形を含み、上記デジタルビーム形成直交デジタル波形は、アナログ波形信号に変換され、このアナログ波形信号によって、エネルギー源が変調されて、変調信号（すなわち、変調エネルギー）がもたらされ、変調信号はアナログビーム形成されて、アレイの１つまたは複数のエネルギー放出要素に印加されている送信信号が得られる。
【0211】
受信機は、本開示の３Ｄイメージングセンサによって照射されている遠視野シーンの３Ｄ画像を生成するために、少なくとも画像形成アルゴリズムを含む計算イメージングを使用して動作を実施するように構成される。画像形成アルゴリズムは、最初に、３Ｄイメージングセンサから送信され、遠視野シーンによって反射または後方散乱される信号が経験する、結果として生じる位相シフトを調整する。さらに、画像形成アルゴリズムは、反射信号の反射密度の２Ｄ ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行して、送信信号が反射または後方散乱されているシーンの３Ｄ画像を生成する。
【0212】
ここで図３５を参照すると、本開示の別の実施形態が示されている。図示されていないが、図３５の実施形態はまた、本開示の実施形態と同様の様式で、プロセッサによって操作、制御、または他の方法で指示されてもよい。すなわち、図３５の実施形態のプロセッサ制御は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む１つもしくは複数のプロセッサを制御するマスタプロセッサ、あるいはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の同様の回路として実装されるか、またはその一部であるプロセッサを含む。さらに、プロセッサは、画像センサの一部を形成する回路基板上に常駐することができ、またはプロセッサは、図３５のモジュールのいずれかを操作、制御、もしくは他の様態で指示することが依然として可能であるままに、遠隔に配置することができる。
【0213】
図３５の実施形態では、３Ｄイメージングセンサ３５００は、送信機（モジュール３５０２～３５０２Ａを含む）と、受信機（モジュール３５２４Ｂ～３５５２を含む）と、送信機および受信機に結合されているアレイ３５２６とを備え、上記アレイ３５２６は、１つまたは複数のエネルギー放出素子およびエネルギー検出素子を有し、アレイ３５２６は、送信機によって生成される送信信号を放出するように構成されている。
【0214】
図３５のアレイ３５２６は、様々な周波数帯域もしくは領域および／または波長範囲においてエネルギーを放出するように構成される。例えば、図３５のアレイ３５２６は、近赤外線（ＮＩＲ）に属する７００ｎｍ～１４００ｎｍ（両端の値を含む）の波長レンジ、および短波赤外線（ＳＷＩＲ）に属する１４００ｎｍ～３０００ｎｍ（両端の値を含む）の波長レンジの光信号を放出または検出するように構成される。また、アレイ３５２６は、高周波（ＨＦ）領域または帯域、超高周波（ＶＨＦ）領域、極超短波（ＵＨＦ）、センチメートル波（ＳＨＦ）帯域、ミリメートル波（ＥＨＦ）領域およびテラヘルツ（ＴＨｚ）領域のうちの１つにおいて電磁信号を放出または検出するように構成されている。ＥＨＦ領域は、同時ブロードバンド通信および高解像度イメージングに特に適している。「周波数領域」および「周波数帯域」という用語は交換可能に使用される。
【0215】
アレイ３５２６の正面図は、図３５に示され、４つのサブアレイ３５２６Ａ、３５２６Ｂ、３５２６Ｃ、および３５２６Ｄを含むアレイ３５２６を示している。一般に、アレイ３５２６は、各サブアレイが特定の数のアレイ素子を含む任意の数のサブアレイに細分化することができる。各サブアレイは、同じ数のアレイエネルギー放出素子およびエネルギー検出素子を有することができる。また、特定のサブアレイは、アレイ全体内の上記サブアレイのロケーションに応じて、異なる数の素子を有してもよい。例えば、アレイの中心またはその近くにあるサブアレイは、任意の他のサブアレイよりも多くのアレイ素子を含んでもよい。
【0216】
送信信号は、デジタルビーム形成直交デジタル波形（デジタルビームフォーマＴｘ３５１６の出力）を含む。デジタルビーム形成される前に、直交デジタル波形は、対応する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）サイクリックプレフィックス（ＣＰ）モジュール３５１４１，．．．，３５１４Ｌに結合されているリソース要素（ＲＥ）マッピングモジュール３５１２１，．．．，３５１２Ｌの組み合わせによって生成される。また、上記直交デジタル波形は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）処理済み周波数領域擬似ノイズ（ＰＮ）シーケンス（ＭＩＭＯプリコーディングモジュール３５１０の出力）によって変調される。したがって、デジタルビーム形成直交デジタル波形は、直交デジタル波形をデジタルビームフォーマ３５１６に適用することによって得られる。
【0217】
デジタルビーム形成直交デジタル波形は、ＤＡＣ３５１８（すなわち、ＤＡＣ３５１８の出力における信号）によってアナログ波形に変換される。得られたアナログ波形は、変調器３５２２モジュールの入力に印加されて、エネルギー源３５２０が変調され、結果として、アレイの１つまたは複数のエネルギー放出素子に印加される送信信号（アナログビームフォーマ３５２４Ａの出力）を得るためにビームフォーマ３５２４Ａによって形成されているアナログビームである変調アナログ信号がもたらされる。アレイ３５２６の１つまたは複数のエネルギー放出素子は、それらに印加される送信信号を放出する。
【0218】
図３５の変調器３５２２は、バイナリ位相偏移変調（ＢＰＳＫ）変調器、直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）変調器、オンオフ変調（ＯＯＫ）変調器、振幅偏移変調（ＡＳＫ）変調器、周波数偏移変調（ＦＳＫ）変調器、パルス位置変調（ＰＰＭ）変調器、位相偏移変調（ＰＳＫ）変調器、および差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）変調器のうちのいずれか１つとして構成されてもよい。
【0219】
引き続き図３５を参照すると、送信信号の製造は、ＰＮシーケンス発生器３５０２によって始まり、ＰＮシーケンス発生器３５０２は、時間領域ＰＮシーケンスＳ０，Ｓ１，Ｓ２，．．．，ＳＮ－１を生成し、当該シーケンスは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）モジュール３５０４を介して、図３５に示すような周波数領域ＰＮシーケンスＸ０，Ｘ１，Ｘ２，．．．、ＸＮ－１に変換される。
【0220】
ＤＦＴモジュール３５０４は、時間領域シーケンスに対して離散フーリエ変換を実施して、上記シーケンスを周波数領域シーケンスに変換する回路またはモジュールである。ＣＡＺＡＣシーケンスから得られる時間領域ＰＮシーケンスが、ＰＮシーケンス発生器３５０２によって生成されるＰＮシーケンスの１つの例である。ＣＡＺＡＣシーケンスは、定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ）特性を有するＰＮシーケンスの一種である。ＣＡＺＡＣシーケンスであるＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスのｕ乗根は、式
【0221】
【数1】
【0222】
によって与えられ、ここで、ＮＺＣはＺａｄｏｆｆ－Ｃｈｕシーケンスの長さの長さである。次に、周波数領域ＰＮシーケンスがＭＩＭＯ処理される。
【0223】
図４４は、先進システム（例えば、図１に示されるような、１０１～１０３および／または１１１～１１６）によって実行され得る、本開示によるマルチストリームＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダのための方法４４００のフローチャートを示す。図４４に示される方法４４００の実施形態は、例示のみを目的としている。図４４に示される構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実行するように構成された特殊な回路に実装することができ、または構成要素のうちの１つまたは複数は、記載の機能を実施するための命令を実行する１つまたは複数のプロセッサによって実装することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が使用される。
【0224】
図４４に示すように、方法４４００はステップ４４０２において始まる。ステップ４４０２において、先進システムは、直交多入力多出力（ＭＩＭＯ）信号のセットを識別する。
【0225】
続いて、ステップ４４０４において、先進システムは、ビームの第１のセットを生成する。
【0226】
続いて、ステップ４４０６において、先進システムは、直交ＭＩＭＯ信号のセットを、生成されたビームのセットの各々にマッピングする。
【0227】
次に、ステップ４４０８において、先進システムは、ビームの第１のセットに基づいて、第１の信号をターゲットシーンに送信する。
【0228】
最後に、ステップ４４１０において、先進システムは、ターゲットシーンから反射または後方散乱されるビームの第２のセットに基づいて第２の信号を受信する。
【0229】
一実施形態では、先進システムは、循環シフトされたＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＣＡＺＡＣシーケンスのセットを含む直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成する。
【0230】
一実施形態では、先進システムは、異なるルートＣＡＺＡＣシーケンスのセットに基づいて、ＭＩＭＯコード化信号のセットを含む直交ＭＩＭＯ信号のセットを生成する。
【0231】
一実施形態では、先進システムは、参照信号候補のセットを識別し、参照信号候補のセットの相関を計算する。
【0232】
一実施形態では、先進システムは、直交ＭＩＭＯ信号のセットを使用して、第１のビームセットの同じ送信ビームを用いてシーン全体を照射する。
【0233】
一実施形態では、先進システムは、直交ＭＩＭＯ信号のセットに対して計算されるレンジ／ドップラプロセスを使用して信号を識別し、識別された信号に対して空間プロセスを実行して画像を生成する。
【0234】
一実施形態では、先進システムは、目標レンジに基づいて、ＭＩＭＯ動作モード、ＭＩＭＯおよびビームフォーミング動作モードのハイブリッド、またはビームフォーミング動作モードを含む動作モードを識別し、識別された動作モードに基づいて第１の信号を送信し、識別された動作モードに基づいて、第２の信号を受信する。
【0235】
一実施形態では、先進システムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルのセットを繰り返すＯＦＤＭレーダ波形に対応する信号を構築し、ＯＦＤＭシンボルのセットの複数のシンボルにわたって同じコードを使用してＯＦＤＭシンボルのセットをスロットに累積し、ＯＦＤＭシンボルの累積されたセットに基づいて合成信号を生成し、生成された合成信号のレンジ相関を計算する。
【0236】
そのような実施形態では、先進システムは、合成信号のＦＦＴの計算、合成信号および参照信号の複素乗算の計算、ならびに、レンジ相関を取得するための計算された複素乗算合成信号のＩＦＦＴの計算に基づいてレンジ相関を計算する。
【0237】
本特許文書全体を通じて使用される特定の単語および句の定義を説明することが有利であり得る。「アプリケーション」および「プログラム」という用語は、適切なコンピュータコード（ソースコード、オブジェクトコード、または実行可能コードを含む）における実装に適合した１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェア構成要素、命令セット、手順、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、またはそれらの一部を指す。「通信」という用語、およびそれらの派生語は、直接通信と間接通信の両方を包含する。「含む」および「備える」という用語、ならびにそれらの派生語は、限定のない包含を意味する。「または」という用語は、包含的であり、および／または、を意味する。「～と関連付けられる」という句、およびその派生語は、～を含む、～の中に含まれる、～と相互接続する、～を包含する、～の中に包含される、～にまたは～と接続する、～にまたは～と結合する、～と通信可能である、～と協働する、～をインターリーブする、～を並置する、～に近接している、～にまたは～と束縛されている、～を有する、～の特性を有する、～に対するまたは～との関係を有する、などを意味し得る。「～のうちの少なくとも１つ」という句は、アイテムのリストと共に使用される場合、リストされたアイテムのうちの１つまたは複数の異なる組み合わせが使用され得、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つ」は、以下の組み合わせ、すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、およびＡとＢとＣのいずれかを含む。
【0238】
本開示は、特定の実施形態および一般的に関連する方法を説明してきたが、これらの実施形態および方法の変更および置換が当業者には明らかであろう。したがって、例示的な実施形態の上記の説明は、本開示を定義または限定するものではない。添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の範囲から逸脱することなく、他の変更、置換、および変更も可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35A】
【図35B】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【国際調査報告】