通信設備中的雷達實現的製作方法
2024-04-14 23:34:05
通信設備中的雷達實現
背景技術：
1.本發明涉及雷達設備，並且更特別地涉及在通信設備中實現的雷達設備。
2.越來越需要在行動電話和其他類型的配備有數據機的設備中運行的應用了解在它們的周圍環境中的物體和事件以及它們的位置。用於使能這種意識的不同的傳感器選項包括雷達和攝像頭。沒有必要出於一個選項而排除另一個選項，因為來自不同的傳感器的信息可以在被稱為「傳感器融合」的過程中被組合以創建更完整的圖像。
3.常規技術已考慮提供一種使移動通信設備具有雷達能力的機制。例如，us專利申請no.us 20170329449a1(b.silverstein和eden sherry，「用於使用基於雷達的觸摸接口的系統、方法和設備(systems,methods,and devices for utilizing radar-based touch interfaces)」，2017年11月)和us專利no.us 8004454b2(m.lindoff和m.blomkvist，「配備有雷達的移動電子設備(mobile electronic device equipped with radar)」，2011年8月23日)描述了為這種設備配備專用雷達晶片，以使得它們可以檢測附近的對象。但是，儘管大多數行動電話都具有攝像頭，但雷達傳感器仍未得到廣泛實現。一個罕見的例外是谷歌pixel 4手機，其集成了專用雷達晶片以實現所期望的功能。
4.為通信設備配備雷達功能的當前的解決方案僅具有隻需要低解析度的短程應用(例如，手勢識別和檢測設備附近的對象)。另外，需要在行動裝置內部有專用雷達晶片的當前的解決方案會導致成本增加，並需要在設備中提供額外的空間。
5.作為另一種解決方案，美國專利no.us 9945934b2(d.corcos和d.elad，「雷達與手持電子設備的集成(radar integration with handheld electronic devices)」，2018年4月)描述了在設備上安裝相控陣列以添加調頻連續波(fmcw)雷達。這種解決方案是針對車輛通信而提出的。
6.然而，在行動電話內部集成長程和高解析度的雷達晶片或者在設備上安裝雷達(啟用安裝箱)會大大增加行動裝置的成本和尺寸。原因在於天線陣列的尺寸必須是多個波長以創建用於高角解析度的窄波束。
7.因此，需要解決上述和/或相關問題的雷達實現技術。
技術實現要素：
8.應注意，當在本說明書中使用時，術語「包括」和「包含」用於指定所陳述的特徵、整數、步驟或組件的存在；但這些術語的使用並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整體、步驟、組件或其群組。
9.此外，在一些情況下(例如，在權利要求和發明內容中)可以提供參考字母以促進標識各種步驟和/或元件。然而，參考字母的使用無意推定或暗示如此引用的步驟和/或元件將以任何特定順序被執行或操作。
10.根據本發明的一個方面，前述和其他目的在包括具有數據機和收發機的通信設備的技術(例如，方法、裝置、非暫時性計算機可讀存儲介質、程序部件)中被實現，其中，該數據機包括用於生成數字基帶信號以用於發送的數字基帶電路，該收發機被配置為
從該數據機接收該數字基帶信號，並從中生成射頻信號以由該通信設備發送。該通信設備控制該數據機在第一模式下操作，並控制該數據機在第二模式下操作。該第一模式是雷達模式，在該雷達模式中，該數據機生成雷達基帶信號以作為一個或多個雷達射頻信號由該收發機發送，並且該第二模式是通信模式，在該通信模式中，該數據機生成包含信息的基帶信號以由該收發機發送。
11.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該數據機進一步包括雷達信號處理電路，並且在第一模式下操作該數據機包括：從收發機接收基帶雷達反射信號；以及使用所接收的基帶雷達反射信號作為輸入來操作該雷達信號處理電路。
12.根據符合本發明的一些實施例的一方面，使用雷達基帶信號作為與基帶雷達反射信號進行比較的參考信號來執行信號相關。
13.根據符合本發明的一些實施例的一方面，當在第一模式下操作時，該數據機被配置為從雷達基帶序列生成雷達基帶信號。在這些實施例中的一些中，這包括生成雷達基帶序列；以及向正交頻分復用ofdm調製器提供該雷達基帶序列，其中，該雷達基帶序列被配置為使收發機將一個或多個雷達射頻信號生成為一個或多個ofdm脈衝。當在第二模式下操作時，向該ofdm調製器提供表示信息的數據，其中，表示信息的數據使該收發機將該射頻信號生成為包含信息的ofdm符號。
14.在一些但並非所有的這些實施例中，向ofdm調製器提供雷達基帶序列包括：向該ofdm調製器的資源元素映射部分提供該雷達基帶序列，該數據機當在第二模式下操作時也使用該資源元素映射部分。
15.在一些替代實施例中，在第一模式下操作包括：將雷達基帶序列生成為被配置為使收發機將一個或多個雷達射頻信號生成為一個或多個調頻連續波fmcw信號的序列。
16.根據符合本發明的一些實施例的一方面，一個或多個雷達射頻信號在定向波束中被發送。
17.根據符合本發明的一些實施例的一方面，當發送一個或多個雷達射頻信號時使用一個或多個天線面板。
18.根據符合本發明的一些實施例的一方面，從至少第一雷達基帶序列和第二雷達基帶序列中選擇雷達基帶序列，其中，該第一雷達基帶序列使一個或多個雷達射頻信號具有第一脈衝寬度和第一幅度，並且該第二雷達基帶序列使一個或多個雷達射頻信號具有第二脈衝寬度和第二幅度。從該第一雷達基帶序列中產生的雷達射頻信號與從該第二雷達基帶序列中產生的雷達射頻信號在以下中的至少一項上不同：
19.第一脈衝寬度具有與第二脈衝寬度不同的持續時間；以及
20.第一幅度具有與第二幅度不同的大小。
21.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該通信設備被配置為使雷達基帶序列的選擇基於目標檢測範圍間隔。
22.根據符合本發明的一些實施例的一方面，使用射頻頻譜的未許可部分來發送一個或多個雷達射頻信號。
23.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該通信設備在時間雙工模式下操作，在該時間雙工模式中，一個或多個雷達射頻信號的發送和雷達反射信號的接收在非重疊的時間處發生。
24.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該通信設備在全雙工模式下操作，在該全雙工模式中，一個或多個雷達射頻信號的發送和雷達反射信號的接收在重疊的時間處發生。
25.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該通信設備是毫米波(mmwave)通信設備。
26.根據符合本發明的一些實施例的一方面，該通信設備被配置用於在5g通信網絡中工作。
27.根據符合本發明一些實施例的一方面，該數據機在第一模式和第二模式下操作。
附圖說明
28.通過閱讀以下結合附圖的詳細描述，將會理解本發明的目的和優點，其中：
29.圖1a是示例性5g tdd mmwave設備的框圖。
30.圖1b是更詳細地示出5g tdd mmwave設備的一些方面的框圖。
31.圖2a是其中數據通信數據機和雷達基帶電路在設備的基帶部分內被分開實現的mmwave設備的框圖。
32.圖2b是更詳細地示出圖2a的示例性mmwave設備的各部分的框圖。
33.圖3a是具有被耦接到一個或多個mmwave天線面板的基帶部分以及控制器的通信設備的框圖。
34.圖3b是更詳細地示出圖3a的示例性通信設備301的各方面的框圖。
35.圖4是在一方面根據對應於上行鏈路數據和雷達處理的示例性實施例的動作流程圖。
36.圖5是圖示ofdm信號生成器可以如何以一個單個ofdm符號的形式產生雷達信號或者將其產生為子幀/時隙中的一系列符號的示意圖。
37.圖6a是在28ghz主載波上生成的並具有不同的脈衝寬度和幅度的幾種不同類型的雷達脈衝的曲線圖。
38.圖6b是示出雷達傳輸的模擬頻譜的曲線圖。
39.圖7a圖示不同的雷達傳輸基帶信號。
40.圖7b圖示從圖7a的信號中生成的雷達傳輸rf信號。
41.圖8a示出2.5ns、10ns和133ns的雷達脈衝(都具有相同的0.1的幅度)的模擬頻譜。
42.圖8b示出持續時間如圖7b中所示(但其中幅度不同)的雷達脈衝的模擬頻譜。
43.圖9a和圖9b是在一方面根據對應於上行鏈路數據和雷達處理的示例性實施例的動作流程圖。
44.圖10圖示根據符合本發明的一些但並非所有的示例性實施例的示例性控制器。
具體實施方式
45.現在將參考附圖來描述本發明的各種特徵，其中，相似的部分用相同的參考符號來標識。
46.現在將結合幾個示例性實施例更詳細地描述本發明的各方面。為了促進對本發明
的理解，本發明的許多方面按照由計算機系統的元件或能夠執行程序指令的其他硬體執行的動作序列來描述。將認識到，在每個實施例中，各種動作可以由專用電路(例如，互連以執行專用功能的模擬和/或離散邏輯門)、由一個或多個用一組合適的指令編程的處理器、或其兩者的結合來執行。術語「電路，被配置為」執行一個或多個所描述的動作，在本文中被用於指代任何這種實施例(即，單獨的一個或多個專用電路、一個或多個編程處理器、或其任何組合)。此外，本發明還可以被考慮為完全體現在任何形式的非暫時性計算機可讀載體內，諸如包含一組合適的計算機指令的固態存儲器、磁碟或光碟，這些計算機指令將使處理器執行本文所描述的技術。因此，本發明的各方面可以以許多不同的形式體現，並且所有這些形式都被認為是在本發明的範圍內。對於本發明的各方面中的每個方面，如上所述的任何這種形式的實施例在本文中可以被稱為「邏輯，被配置為」執行所描述的動作，或者可替代地被稱為「邏輯，其」執行所描述的動作。
47.本文所描述的技術的一方面是利用輕微的硬體修改將雷達功能添加到mmwave通信設備(諸如5g蜂窩電話)中，其中，5g波束成形mmwave收發機及其rf前端組件和天線陣列在雷達與通信數據機之間被共享。在mmwave通信設備中，rf收發機、rf前端組件和天線陣列通常被集成到單個模塊中，被稱為「天線面板」或「天線模塊」。在本文中使用術語「天線面板」來指代這種模塊。
48.存在不同的可執行雷達功能的方式。其中之一是「單站雷達」，其中，單個設備既發送雷達信號又接收其反射。單站雷達需要一種其發射機和接收機並置的雷達設備。
49.在一個替代方案中，「雙站雷達」是一種包括其間隔的距離通常與預期目標距離相當的發射機和接收機的雷達系統。
50.在另一個替代方案中，「多站雷達」是一種包含具有共享覆蓋區域的多個空間分集的單站雷達和/或雙站雷達組件的雷達系統。它可以包含處理來自一個或多個在地理上分開的發射機的反射信號的一個或多個接收機。例如，雷達系統可以包括一個接收機和多個發射機，或者多個接收機和一個發射機，或者多個接收機和多個發射機。
51.該技術可以採用若干不同的方式體現：
52.1.適用於其中數據機和雷達基帶在單獨的硬體中被實現的通信設備的實施例。在這種實施例中，數據機和雷達基帶經由開關被連接到天線面板。
53.2.適用於沒有單獨的雷達基帶電路的通信設備的實施例。在這種實施例中，支持通信功能(即，發送和接收包含信息的信號)的數據機基帶硬體被與雷達功能共享，使用在這兩者之間的同一數據總線。雷達/通信共享功能可以是時間雙工(雷達和通信信號被分配給時域中的不同的符號)、頻率雙工(當雷達和通信信號被分配給不同的無線電頻譜時)、極化雙工(數據機和雷達信號被分配給天線面板的不同的極化)、或者空間雙工(數據機和雷達信號被分配給不同的波束)。這些雙工方法的組合可以由設備來實現。
54.根據其rf電路和雷達模式，通信設備可以生成不同類型的雷達信號。例如，
55.·
對於充當單站雷達的設備：
56.ο當它被配備有全雙工射頻(rf)收發機(即，設備可以同時發送和接收rf信號)時，正交頻分復用(ofdm)符號可以被生成為雷達信號。事實上，該收發機所支持的任何信號格式都可以被考慮採用作為雷達脈衝並被整形以符合法規要求。在下文中，我們使用術語ofdm來簡化討論，但也可以考慮任何其他所支持的格式，並且應考慮將其涵蓋在面向ofdm
的討論中。
57.ο當它被配備有快速tx/rx天線開關時，ofdm符號中的短持續時間rf脈衝或一系列脈衝可以被生成為雷達信號。
58.·
當兩個或更多個設備協同工作為雙站或多站雷達組時，
59.ο在此，這些設備不需要具有全雙工rf收發機，因為僅發送或僅接收雷達信號就足夠了。ofdm符號可以被生成為這些設備的雷達信號，其中至少一個設備發送該雷達信號並且至少一個設備接收該信號的反射。
60.圖1a是示例性5g tdd mmwave設備101的框圖。它主要包括rf部分103(即，天線面板)和數字基帶部分105。rf部分103負責發送/接收rf信號，包括將基帶信號上變頻為的rf信號以用於發送，以及將所接收的rf信號下變頻為基帶信號以用於接收。數字基帶部分105負責上行鏈路和下行鏈路數據處理，並且包括數據機107。
61.圖1b是更詳細地示出了5g tdd mmwave設備101的一些方面的框圖。提供了數字rf接口109以使基帶部分105和rf部分103能夠經由模數(a/d)和數模(d/a)轉換器111、113交換數據。中頻(if)轉換級可以被包括在rx/tx塊115、117中，以使得mmwave頻率信號可以被下變頻到if信號/從if信號被上變頻，該if信號可以進一步被下變頻到基帶信號/從基帶信號被上變頻。a/d、d/a轉換器111、113和if轉換級可以與基帶部分105而不是天線面板103集成在一起。
62.當被實現為單站雷達時，mmwave收發機需要同時接收和發送雷達信號，或者通過在接收與發送之間快速切換來偽同時地接收和發送雷達信號。可以實現快速天線開關，從而它可以在接收與發送模式之間極快地切換。這將會比在發射機與接收機之間增加可靠且高度的隔離的成本要低得多。可以在2020年5月8日提交的pct專利申請號pct/ep2020/064810，名稱為「快速天線開關(fast antenna switch)」中找到合適的快速天線開關的一個示例的描述。
63.圖2a是mmwave設備201的框圖，其中，數據通信數據機203和雷達基帶電路205在設備201的基帶部分207內被分開實現。來自數據機203和來自雷達基帶205的單獨提供的基帶信號205經由開關211被連接到包括收發機204的天線面板209。
64.圖2b是更詳細地圖示了示例性mmwave設備201的各部分的框圖。開關211可以由設備201中的基於定時器的數據機調度器213(圖2a中所示)控制。(如果通信/雷達延時不是問題或者可以以某種方式使其易於管理，則該調度器可以位於基帶部分207的外部，諸如在雷達應用中)。調度器213收集關於即將到來的通信/雷達活動的信息，這些活動可以由基站、副鏈路或軟體應用調度/許可。
65.在圖2b中所示的示例性實施例還包括在雷達部分205與數據機203之間的連接215。該連接不需要被包括在所有實施例中，並且被提供用於將雷達信息傳送到數據機203，以使得數據機203進而可以將該雷達信息傳送到基站或伺服器。
66.為了進一步降低與在通信設備中提供雷達能力相關聯的硬體成本，可以在數據機基帶中實現雷達基帶處理，即，使用數據機(或數據機的一部分)來實現雷達功能。在圖3a中示出了示例性實施例，其是具有被耦接到一個或多個mmwave天線面板305的基帶部分303的通信設備301的框圖。還包括控制器307，以用於控制通信設備301(包括基帶部分303)的元件。
67.基帶部分303包括數據機309，在符合本發明的實施例的一方面中，該數據機能夠在兩種不同的模式下操作：
68.·
第一「雷達」模式，在該第一「雷達」模式中，數據機309生成基帶雷達信號以作為一個或多個雷達射頻信號由收發機304經由mmwave天線面板305發送；以及
69.·
第二「通信」模式，在該第二「通信」模式中，數據機309生成包含基帶信息的信號以由收發機304發送。
70.在圖3b的框圖中更詳細地圖示了圖3a的示例性通信設備301的各方面。可以看到，由設備301用於承載信息的數據的上行鏈路和下行鏈路通信的基帶數據機309還被配置為包括以下中的一項或其兩者：
71.·
在數據機309的上行鏈路(ul)部分中，數據機部分311被配置為生成雷達信號以經由天線面板305發送；
72.·
在數據機309的下行鏈路(dl)部分中，數據機部分313被配置為處理所接收的雷達信號。
73.現在，將更詳細地描述諸如示例性通信設備301之類的通信設備的各方面，從由數據機309進行雷達信號生成的討論開始。
74.根據其rf電路和雷達模式配置，通信設備301可以生成不同類型的雷達信號。例如，對於充當單站雷達設備的設備，可能的配置取決於該設備是否能夠進行全雙工操作或時間雙工操作：
75.·
當該設備被配備有全雙工rf收發機時，它可以同時發送雷達信號和接收反射信號。tx與rx之間的隔離可以通過自幹擾抑制(諸如在參考文獻[5]中提出的方法)來實現。進而可以生成ofdm符號並將其用作雷達信號。ofdm雷達信號已被證明具有雷達性能優勢，如高動態範圍、估計相對速度的可能性以及基於快速傅立葉變換(fft)的高效實現[6]。
[0076]
ο在一個實施例中，將ofdm符號用於雷達，一種可能性是將無論如何被發送出去以用於通信的符號也用於雷達。事實上，雷達脈衝響應(回波)可無論如何都必須由全雙工通信數據機進行估計，以能夠執行tx到rx信號轉移的充分消除。此處的益處是在通信與雷達功能之間沒有rf幹擾。
[0077]
ο在另一個實施例中，當該設備包含多個天線面板時，它可以使用一個或多個天線面板進行雷達信號發送；使用另一個或多個天線面板進行雷達信號接收，類似於雙站雷達。該設備可以在不同的定向上執行此操作；或者在不同的面板上執行順序發送和接收，以更好地掃描環境或找到更好的接收面板。
[0078]
ο在另一個實施例中，該設備可以使用天線面板的天線單元組進行雷達信號發送；而使用另一個天線單元組進行雷達信號接收。
[0079]
ο雷達信號不限於ofdm，也可以生成其他的雷達波形，例如，調頻連續波(fmcw)。
[0080]
·
當該設備被配備有快速tx/rx天線開關時，被容納在ofdm符號中的短持續時間rf脈衝或一系列脈衝可以被生成為雷達信號。
[0081]
對於充當雙站雷達的兩個設備，這兩個設備都不需要具有全雙工rf收發機能力，因此這不是必要的考慮因素。ofdm符號可以由其中一個設備生成為雷達信號，以用於由另一個設備接收為雷達信號反射。當然，當存在多於兩個設備被配置為多站雷達組時，這同樣也是可行的。
[0082]
如上所提及的，多個實施例將ofdm符號配置用作可由通信設備生成並從其發送的雷達信號。在數據機309中，ofdm雷達信號從被注入ofdm調製器中的雷達序列生成，並被映射到天線面板以用于波束成形。更詳細地探討，圖4是在一方面根據對應於剛剛提到的上行鏈路數據和雷達處理的示例性實施例的動作流程圖。另一方面，在圖4中描繪的框也可以被認為表示用於執行所描述的動作的部件400(例如，硬連線或可編程電路或其他處理部件)。
[0083]
如在被配置為發送ofdm信號的通信設備中發現的數據機中的典型情況一樣，旨在用於上行鏈路傳輸401的數據被生成並被提供給數據機309，其中，該數據經歷初始處理403，其包括：
[0084]-循環冗餘校驗附件
[0085]-信道編碼
[0086]-速率匹配
[0087]-碼字重建
[0088]-加擾
[0089]-調製映射
[0090]-通過離散傅立葉變換(dft)的處理
[0091]-預編碼
[0092]-層映射
[0093]
上行鏈路數據通信中的下一步驟是到目前為止已處理的將要被發送的上行鏈路數據的資源元素映射405。但是在符合本發明的實施例的一方面中，雷達序列可以由數據機309中的dsp生成(407)。可用的通信ul參考信號序列(諸如通常用於5g探測參考信號(srs)的zadoff-chu序列)可以被用於此目的。
[0094]
所生成的雷達序列被直接注入(409)到ofdm資源元素映射塊405中，然後到ofdm調製器(ifft)411和波束成形器413中，以生成ofdm雷達信號。如圖所示，可以在物理層基帶處理內執行該雷達信號生成。注意，該解決方案與循環前綴(cp)的使用兼容。
[0095]
在符合本發明的一些實施例的一方面中，ofdm調製器411具有一個用於數據機通信應用的參數集，其必須與適用的通信標準兼容；以及另一個用於雷達應用的參數集，其可滿足雷達性能要求。例如，在雷達應用中，ofdm調製器的ofdm子載波間隔可以從120khz被擴展到更高的值(例如，1200khz)。這導致雷達ofdm符號的持續時間從8.33μs被減少到833ns。以此方式，可以生成長雷達脈衝和短雷達脈衝兩者。短脈衝適用於在近處尋找目標，而長脈衝適用於尋找遠處的目標。
[0096]
圖5是圖示了ofdm信號生成器(諸如剛剛關於圖4描述的信號生成器)可以如何以一個單個ofdm符號的形式產生雷達信號或者將其產生為子幀/時隙中的一系列符號的示意圖。
[0097]
現在關注於脈衝雷達信號生成，當雷達與在單站模式下操作的設備相關聯時，在每個脈衝之後應存在一個監聽間隔，從而監聽剛剛發送的類型的脈衝。期間應發生監聽的時間量取決於所針對的目標範圍(例如，短脈衝通常對應於短監聽間隔)。然而，為了避免目標的錯誤檢測，直到下一個相同類型的脈衝被監聽到為止的時間必須超過系統的最大範圍。這可以使用不同的脈衝調製，並通過交替地發送不同長度的脈衝以使得短脈衝之後是
期間沒有監聽的長傳輸來解決。
[0098]
在一個實施例中，通過使用雷達數據序列作為模板來生成ofdm符號。可以在模板上應用具有不同的寬度和/或幅度的時間窗口以生成一系列雷達脈衝。圖6a是在28ghz主載波上生成的並具有不同的脈衝寬度和幅度的幾種不同類型的雷達脈衝的曲線圖600。圖6b是示出了雷達傳輸的模擬頻譜的曲線圖。圖6a的雷達脈衝是通過在ofdm符號上應用時間窗口而生成的，如下所示：
[0099]-2.5ns的窗口，幅度縮放因子＝0.01，
[0100]-10ns的窗口，幅度縮放因子＝0.05，以及
[0101]-133ns的窗口，幅度縮放因子＝0.1。
[0102]
圖6a圖示了時域中的雷達脈衝的組合波形，圖6b圖示了從圖6a中所示的所有雷達脈衝計算的模擬頻譜。在圖6b中，ofdm信號被用作參考，其最大幅度＝1。
[0103]
在替代實施例中，雷達基帶生成脈衝並直接連接到數模轉換器。
[0104]
在又一個實施例中，可以控制雷達脈衝的幅度，以使得短脈衝具有低幅度而長脈衝具有更高的幅度。基於更寬的頻率帶寬，短脈衝可以被用於以良好的解析度來檢測短程目標。基於更窄的頻率帶寬和更高的傳輸功率，寬脈衝可以被用於檢測長程目標。短脈衝功率的降低改進了相鄰信道洩漏比(aclr)。為了進一步改進aclr，脈衝的排序應不同地進行優化，例如，如圖7a和圖7b中所示，圖7a圖示了不同的雷達傳輸基帶信號，圖7b圖示了所生成的對應雷達傳輸rf信號。
[0105]
然而，不應從該討論中推斷出脈衝寬度和幅度應始終如剛剛所描述地被聯繫在一起。相反，脈衝寬度與幅度之間的耦合併非是必需的。例如，具有增加的幅度的短脈衝可以發現在以高解析度實現更長的檢測距離方面的應用，即使它對其他設備造成幹擾的風險更大。
[0106]
在又一個實施例中，通過在長脈衝上添加相位/頻率調製(例如，掃頻啁啾(frequency sweep chirp))，可以緩解在中心頻率處的高頻譜密度問題。
[0107]
如先前所提及的，例如參考圖3b，可以進一步配備通信設備301的基帶數據機303以能夠處理雷達反射信號，例如使用被配置為處理所接收的雷達信號(例如，通過包括相關器)313的數據機部分313。這種能力可以在設備301中通過使用數據機硬體或/和軟體來實現。該相關器可以使用所發送的ofdm雷達脈衝(或者所發送的ofdm雷達脈衝的雷達序列)作為參考信號，並在該參考信號與所接收的雷達反射信號之間應用滑動窗口相關。進而，相關結果在該行動裝置中被處理和使用(例如，目標範圍估計)，或者被發送到數據機通信ul塊(例如，經由數據鏈路315)，其可以可選地被發送到網絡節點(基站或伺服器)。
[0108]
當在單站模式下操作時，相關器的參考信號可以從本地雷達信號生成器中被提取。
[0109]
當設備上的雷達在雙站(或多站)模式下時，充當雷達發射機的設備可以將其雷達序列發送到基站(或者通過設備到設備(d2d)通信發送到另一個設備)。充當雷達接收機的設備可以經由數據機dl通信從基站(或者經由d2d通信從另一個設備)獲取所發送的雷達信號的序列。
[0110]
如先前所提及的，在有利實施例中，通信設備301被配置為如同例如5g通信網絡中
的設備一樣工作。因此，與其他網絡組件共存是一個考慮因素。
[0111]
在一個實施例中，設備301可以向其連接的基站發送請求，請求其雷達應用。該基站確認該請求，並從通信網絡資源池中為該設備分配雷達無線電資源。為了協助基站選擇合適的資源，設備301可以從雷達應用層提取其雷達信號所需的rf特性，並將該信息發送到其數據機，該數據機將該信息進一步發送到基站(或伺服器)。
[0112]
這樣做的一個好處是基站可以為網絡中的設備之間的雷達和通信兩者都分配rf資源。因此，可以避免對基站和其他設備的幹擾。通信和雷達功能可以共存。
[0113]
雷達功能可以被配置為以下列不同方式中的任何一種操作：
[0114]
·
作為時間雙工功能(雷達和通信信號被分配給時域中的不同的符號)
[0115]
·
作為頻率雙工功能(當雷達和通信信號被分配給不同的射頻頻譜時)
[0116]
·
作為極化雙工功能(數據機和雷達信號被分配給天線面板的不同的極化)，或者
[0117]
·
作為空間雙工功能(數據機和雷達信號被分配給不同的波束)。
[0118]
這些雙工方法還可以被組合。為了節省功率和避免幹擾，設備的雷達信號還可以在時域/頻域中與通信信號對齊。例如，當設備在通信標準定義的rrc_idle/inactive模式下時，雷達信號的發送/接收可以以將它們與設備通信喚醒時機(例如，用於尋呼)捆綁在一起的方式進行調度。因此，該設備不需要單獨的喚醒事件來發送/接收雷達信號。
[0119]
為了進一步說明與本發明一致的技術的各方面，現在將給出一個粗略的示例(附有計算)。假定可用的rf帶寬為400mhz。在這種情況下，雷達脈衝可以短至2.5ns，其對應於0.4米的最小感測距離。添加1ns的開關延時會將該最小距離增加到大約0.6米。如果將要被感測的最大距離為20米，則脈衝長度將變成133ns。如果設備監聽反射266ns，則提供了餘量，其允許測量距離最遠達40米的目標的回波。長脈衝和監聽的總時間將變成400ns，而對於短脈衝它是7.5ns。平均值將變成205ns，因此，在8333ns的ofdm符號中，可以具有40個不同長度(例如，以0.5米的距離步長)的脈衝。
[0120]
為了進一步說明這個示例，再次參考圖7(a)，其示出了其中雷達脈衝的幅度被控制的雷達脈衝串的一個示例——2.5ns的脈衝，幅度為0.01；10ns的脈衝，幅度為0.05；以及133ns的長脈衝，幅度為0.1。圖7b示出了當圖7a的波形被上變頻到28ghz時的時域波形。在該示例中需要注意的一點是：儘管在圖7b中的波形中未示出chirp效應，但建議對133ns的長脈衝進行線性chirp調頻(基帶頻率從0hz增加到50mhz)，以緩解在中心頻率處的高頻譜密度的問題。
[0121]
圖8a示出了2.5ns、10ns和133ns的雷達脈衝(參見圖7b，都具有相同的0.1的幅度)的模擬頻譜。圖8b示出了持續時間如圖7b中所示(但其中幅度不同，使得2.5ns脈衝幅度為0.01，10ns脈衝幅度為0.05，133ns脈衝幅度為0.1)的雷達脈衝的模擬頻譜。在圖8a和圖8b兩者中，最大幅度等於1的ofdm信號被用作參考。上面提及的線性chirp調製對133ns長脈衝的影響被包括在圖8a和圖8b中。將圖8a(脈衝都具有相同的幅度)的結果與圖8b(脈衝幅度隨脈衝寬度減小而減小)的結果相比較，可以看到，降低更短的脈衝的幅度會顯著減少rf功率洩漏到相鄰信道中。
[0122]
當133ns長脈衝的雷達信號被增加到全幅度(＝1)以實現最大範圍時，通過使用ofdm信號的信道內400mhz功率除以該雷達信號的相鄰信道功率來計算有效aclr。計算結果
aclr1＝40db(其中aclr1對應於從27.4ghz橫越到28.8ghz的400mhz信道)，aclr2＝47db(其中aclr2對應於從27ghz橫越到27.4ghz的400mhz信道)。
[0123]
使用雷達方程式(如下所示)，從所發送的雷達脈衝和最大可檢測範圍獲得反射信號功率水平的估計。考慮載波頻率為28ghz、帶寬為400mhz的單站雷達，假定rf收發機的天線增益為20db，並且其接收機噪聲係數為8db。雷達感測目標的雷達橫截面面積為0.1m2。以下是用於具有不同的持續時間和不同的發射功率水平的雷達脈衝的所估計的rf鏈路預算和最大可檢測範圍。
[0124][0125]
其中，r是雷達與其感測目標之間的距離；
[0126]
ps是雷達發射功率(總輻射功率trp值)；
[0127]
g是天線增益，假定雷達tx和rx的天線增益相同；
[0128]
λ是所發送的雷達信號的波長；
[0129]
σ是雷達感測目標的雷達橫截面；
[0130]
pe是最小所需接收功率。
[0131][0132]
以上內容表明不同的脈衝長度(在該示例中為400ns、10ns和2.5ns)和功率水平如何被適配到不同的距離。可以使其可用於應用，從而取決於需要，設備可以根據需要(近距離或遠距離)使用不同類型和幅度的脈衝，或者是否應使用一套脈衝來掃描跨越一定距離間隔的環境。此外，取決於幹擾的風險，可接受在不受限制的情況下使用更低幅度的脈衝，而必須限制具有更高輸出功率的脈衝，並且可能需要來自基站的協調。
[0133]
現在參考圖9a和圖9b，一方面，這些附圖是根據對應於如上所描述的上行鏈路數據和雷達處理的示例性實施例的動作流程圖。另一方面，在圖9a和圖9b中描繪的框也可以被認為表示用於執行所描述的動作的部件900、950(例如，硬連線或可編程電路或其他處理部件)。
[0134]
圖9a圖示了其中雷達傳輸和上行鏈路數據傳輸按順序發生的情況。該順序並非是必需的：在圖9a中，數據機在雷達模式下操作(步驟901)，隨後，該數據機在通信模式下操作(步驟903)，在該通信模式中，一個或多個包含信息的信號被發送。
[0135]
相比之下，圖9b圖示了其中通過如上所描述的多個不同可能方式(例如，時間雙工(雷達和通信信號被分配給時域中的不同的符號)、頻率雙工(當雷達和通信信號被分配給不同的射頻頻譜時)、極化雙工(數據機和雷達信號被分配給天線面板的不同的極化)、或者空間雙工)中的任何一種或其組合，數據機在雷達模式下操作(步驟951)同時該調
制解調器在通信模式下操作(步驟953)的情況。
[0136]
在圖10中示出了可被用於使得如在各種實施例中所討論地執行任何和/或所有上述動作的示例性控制器307的各方面，圖10圖示了根據符合本發明的一些但未必所有的示例性實施例的示例性控制器1001。特別地，控制器1001包括被配置為執行上述各種功能(例如，如圖2a到圖9中所示)中的任何一個或其任何組合的電路。這種電路例如可以是完全硬連線的電路(例如，一個或多個專用集成電路——「asic」)。然而，在圖10的示例性實施例中描繪的是可編程電路，其包括被耦接到一個或多個存儲器設備1005(例如，隨機存取存儲器、磁碟驅動器、光碟驅動器、只讀存儲器等)和接口1007的處理器1003，該接口1007可以使能與硬體的其他元件雙向通信。存儲器設備1005存儲程序部件1009(例如，一組處理器指令)，其被配置為使處理器1003控制其他系統元件以便執行上述各方面中的任何方面。存儲器設備1005還可以存儲表示各種常量和可變參數的數據(未示出)，如可以是處理器1003所需的和/或可在執行其功能(諸如由程序部件1009所指定的那些)時生成的。
[0137]
到目前為止所給出的示例都是基於使用ofdm符號生成雷達符號，但這對於該技術來說並非是必需的。相反，也可以由通信設備101生成其他類型的波形(例如，調頻連續波(fmcw))，並將其用作雷達信號。
[0138]
此外，該技術並不限於僅在3gpp通信設備中使用，而是可以被擴展到使用未許可頻譜的通信設備(例如，具有60ghz的主載波頻率的通信設備)。
[0139]
在一些其他替代實施例中，雷達傳輸不需要由中央網絡節點進行協調。例如，當設備正在通過使用具有低rf傳輸功率的短脈衝來檢測短程目標時，對其基站或其他設備的幹擾的可能性更小。因此，不需要或不總需要由基站進行的協調。
[0140]
在一些其他替代實施例中，所圖示的雷達波形的一些變體可以被用作rf載波以用於數據通信。
[0141]
本文所描述的技術的一個潛在用例是在工業環境中，其中，存在被配備有用於通信和一般指導的ue的移動單元(例如，自主推車)。為了正確導航，既要微調他們相對於地圖的位置，又要避開可能出現的障礙物，因此，雷達功能的可用性將具有很高的價值。利用被內置到ue中的雷達功能，就無需添加額外的專用雷達模塊。
[0142]
此外，多個雷達反射器可以被放置在該工業環境中，ue可以使用它們來校準其雷達，擴展雷達感測範圍，並提高雷達可檢測性。
[0143]
在這種用例中，所需的檢測範圍可以在幾分米到幾十米之間——當它遠離牆壁和設備時，可能需要更遠距離的物體以進行定位，但隨著它越來越接近障礙物，它需要近距離準確檢測。在一些情況下，這種雷達感測被需要的頻率(例如，多久一次)與車輛與障礙物或感興趣點的距離以及車輛的速度有關，並且隨著它越來越接近障礙物，它很可能需要更頻繁地進行感測。
[0144]
上述方法和實現提供了在從大約100米到幾米的寬距離範圍內掃描雷達感測的手段。
[0145]
將理解，符合本發明的實施例的各方面提供了優於常規雷達技術的若干優勢，包括但不限於：
[0146]
·
只需很小的硬體修改，無需添加專用雷達晶片，就可提供用於mmwave通信設備的低成本雷達解決方案
[0147]
·
雷達功能可以使用收發機的全動態範圍以實現長檢測範圍。
[0148]
已經參考具體實施例描述了本發明。然而，對於本領域技術人員顯而易見的，可以採用除了上述那些實施例以外的具體形式來體現本發明。因此，所描述的實施例僅僅是說明性的並且不應被認為以任何方式進行限制。本發明的範圍由所附權利要求而不僅僅是由前面的描述進一步說明，並且落入權利要求的範圍內的所有變體和等同物旨在被包含在其中。