用于高分辨率数字雷达的时频扩展波形的制作方法

1.本公开总体上涉及数字雷达系统。更具体地，本公开涉及用于高分辨率数字雷达系统的时频扩展波形。


背景技术：

2.基于数字和/或模拟波形和信号处理的雷达在商业高分辨率感测应用中正在兴起。已出现了许多技术突破，例如调频连续波(frequency modulated continuous-wave，fmcw)雷达、啁啾雷达和合成孔径雷达。它们已经在军事和太空中用于监视和/或导航的关键性任务应用中。从20世纪90年代起，移动通信技术取得了突破性的进展，致使普遍存在的移动通信覆盖以及使连接世界人民的低成本移动设备成为可能。随着连接世界的第五代(5g)系统的兴起，在通信系统中出现了主要的模式转换。最重要的改变是针对所有移动设备的连接性。这又将通过分析由“智能”传感器、宽带、低延迟5g连接、边缘计算和位于企业数据中心中的管理软件产生的大量数据来实现由“工业4.0”所预见的自动化。


技术实现要素：

3.本公开提供产生用于高分辨率数字雷达系统的时频扩展波形的发射和接收的系统和方法。
4.在一个实施例中，提供了一种先进的无线系统的装置，该装置包括：雷达电路，该雷达电路包括用于发射和接收的天线组、发射机、接收机和媒体访问控制(mac)控制器。该装置还包括可操作地连接到雷达电路的控制器，该控制器被配置成：识别包括多个段的长恒定幅度零自相关(cazac)序列的离散傅立叶变换(dft)，经由mac控制器识别用于多个段的时频资源，识别时频资源中的时频子信道组，以及顺序地将多个段中的每一者映射到时频子信道组中的每一者。雷达电路被配置成经由发射机发射基于时频子信道组的第一信号。
5.在另一实施例中，提供了一种先进的无线系统的装置的方法。该方法包括：识别包括多个段的cazac序列的dft；识别用于所述多个段的时频资源；识别所述时频资源中的时频子信道组；顺序地将所述多个段中的每一者映射到所述时频子信道组中的每一者；以及发射基于所述时频子信道组的第一信号。
6.从以下附图、描述和权利要求中，其它技术特征对于本领域技术人员来说可以是容易理解的。
7.在进行下面的具体实施方式之前，阐明贯穿本专利文献使用的某些词语和短语的定义可以是有利的。术语“耦合”及其派生词指代两个或更多个元件之间的任何直接或间接通信，而不管这些元件是否彼此物理接触。术语“发射”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词意指包括而没有限制。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与
……
关联”及其派生词意指包括、被包括在内、与
……
互连、包含、被包含在内、连接到或与
……
连接、耦合到或与
……
耦合、可与
……
通信、与
……
协作、交错、
并置、接近、绑定到或与
……
绑定、具有
……
的特性、与
……
具有关系等。术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以以硬件或硬件与软件和/或固件的组合来实现。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。当与项目列表一起使用时，短语
“……
的至少一者”意指可以使用所列项目中的一者或多者的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项目。例如，“a、b和c中的至少一者”包括以下组合中的任何一种：a、b、c、a和b、a和c、b和c、以及a和b和c。
8.而且，下面描述的各个函数可以由一个或多个计算机程序实现或支持，各个计算机程序由计算机可读程序代码形成并且在计算机可读介质中具体实施。术语“应用”和“程序”指代一个或多个计算机程序、软件组件、指令集、规程、函数、对象、类、实例、相关数据或其适于以合适的计算机可读程序代码实现的部分。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘驱动器、压缩盘(cd)、数字视频盘(dvd)或任何其他类型的存储器。“非瞬态”计算机可读介质排除传输暂时性电信号或其它信号的有线、无线、光学或其它通信链路。非瞬态计算机可读介质包括其中数据可以被永久存储的介质和其中数据可以被存储并且稍后被重写的介质，例如可重写光盘或可擦除存储设备。
9.贯穿本专利文献提供了其它某些词语和短语的定义。本领域的普通技术人员应当理解，在许多(如果不是大多数)情况下，这样的定义适用于这样定义的词语和短语的先前以及将来的使用。
附图说明
10.为了更完整地理解本公开，参考结合附图所作出的以下描述，附图中：
11.图1例示了根据本公开的实施例的示例性无线网络；
12.图2例示了根据本公开的实施例的示例性gnb；
13.图3例示了根据本公开的实施例的示例性ue；
14.图4a、图4b和图4c例示了根据本公开的实施例的用于长序列的时频编码的ofdm波形的示例；
15.图5a、图5b、图5c和图5d例示了根据本公开的实施例的用于短序列的时频编码的ofdm波形的示例；
16.图6例示了根据本公开的实施例的用于时频波形的示例性发射机；
17.图7例示了根据本公开的实施例的示例性时域信号格式；
18.图8例示了根据本公开的实施例的用于时频波形的示例性接收机；
19.图9例示了根据本公开的实施例的示例性子频带到宽频带信号映射；
20.图10a和图10b例示了根据本公开的实施例的时频波形结构的示例；
21.图11例示了根据本公开的实施例的具有范围扩展的示例性接收机；
22.图12a和图12b例示了根据本公开的实施例的时频信号映射的示例；
23.图13a和图13b例示了根据本公开的实施例的具有非连续ofdm符号的时频信号映射的示例；
24.图14a和图14b例示了根据本公开的实施例的重构信号的分辨率的示例；
25.图15例示了根据本公开的实施例的示例性雷达和控制器架构；以及
26.图16例示了根据本公开的实施例的用于高分辨率数字雷达的时频扩展波形的方法的流程图。
具体实施方式
27.下面描述的图1至图16以及在本专利文献中用于描述本公开的原理的各个实施例仅仅是作为说明，而不应以任何方式被解释为限制本公开的范围。本领域技术人员应当理解，本公开的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。
28.图1至图3描述了在无线通信系统中并且通过使用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)或正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access，ofdma)通信技术实现的各个实施例。图1至图3可以采用雷达技术，包括数字雷达、模拟雷达或混合雷达，或它们的相关功能或操作。图1至图3的描述不意味着暗示对可以实现不同实施例的方式的物理或架构限制。本公开的不同实施例可以在任何适当布置的通信系统中实现。
29.图1例示了根据本公开的实施例的示例性无线网络。图1所示的无线网络的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，也可以使用无线网络100的其它实施例。
30.如图1所示，无线网络包括gnb(g nodeb，5g基站)101、gnb 102和gnb 103。gnb 101与gnb 102和gnb 103通信。gnb 101还与至少一个网络130(例如互联网、专有互联网协议(internet protocol，ip)网络或其他数据网络)通信。
31.gnb 102为gnb 102的覆盖区域120内的多个第一用户设备(user equipment，ue)提供对网络130的无线宽带接入。多个第一ue包括：ue 111，其可以位于小型企业(sb)中；ue 112，其可以位于企业(e)中；ue 113，其可以位于wifi热点(hs)中；ue 114，其可以位于第一住宅(r)中；ue 115，其可以位于第二住宅(r)中；以及ue 116，其可以是移动设备(m)(例如蜂窝电话、无线膝上型电脑、无线pda(个人数字助理)等。gnb 103为gnb 103的覆盖区域125内的多个第二ue提供对网络130的无线宽带接入。多个第二ue包括ue 115和ue 116。在一些实施例中，gnb 101-gnb 103中的一者或多者可以使用5g(第五代)、lte(长期演进)、lte-a(先进的长期演进)、wimax(全球微波接入互操作性)、wifi(无线保真)或其它无线通信技术来彼此通信以及与ue 111-116通信。
32.根据网络类型，术语“基站”或“bs”可以指被配置成提供对网络的无线接入的任何组件(或组件的集合)(例如发射点(transmit point，tp)、发射接收点(transmit-receive point，trp)、增强型基站(enodeb或enb)、5g基站(gnb)、宏蜂窝、毫微微蜂窝(femtocell)、wifi接入点(access point，ap)或其他无线使能的设备)。基站可以根据一个或多个无线通信协议来提供无线接入，该无线通信协议例如是5g 3gpp新无线电接口/接入(new radio，nr)、长期演进(long term evolution，lte)、先进的lte(lte advanced，lte-a)、高速分组接入(high speed packet access，hspa)、wi-fi 802.11a/b/g/n/ac等。为了方便起见，术语“bs”和“trp”在本专利文献中可互换地使用，以指代向远程终端提供无线接入的网络基础设施组件。而且，根据网络类型，术语“用户设备”或“ue”可以指任何组件(例如“移动站”、“用户站”、“远程终端”、“无线终端”、“接收点”或“用户装置”)。为了方便起见，术语“用户设备”和“ue”在本专利文献中用来指代无线地接入bs的远程无线设备，而不管ue是移动设备
(例如移动电话或智能电话)还是通常被认为是固定设备(例如台式计算机或自动售货机)。
33.虚线示出了覆盖区域120和125的大致范围，它们仅出于说明和解释的目的而被示出为大致圆形。应当清楚地理解，与gnb相关联的覆盖区域(例如覆盖区域120和125)可以具有其他形状，包括不规则形状，这取决于gnb的配置以及与自然和人为障碍相关联的无线电环境的变化。
34.如下面更详细描述的，ue 111至ue 116中的一者或多者包括电路、编程或其组合，其用于先进的无线通信系统中的数据和控制信息的接收可靠性。在某些实施例中，gnb 101至gnb 103中的一者或多者包括电路、编程或其组合，其用于先进的无线系统中的3d成像、位置确定和定位的高效合成孔径天线阵列设计和波束成形。
35.尽管图1例示了无线网络的一个示例，但是可以对图1进行各种改变。例如，无线网络可以包括任何合适的布置的任何数量的gnb和任何数量的ue。而且，gnb 101可以与任何数量的ue直接通信，并且向这些ue提供对网络130的无线宽带接入。类似地，各个gnb 102-gnb103可以与网络130直接通信，并且向ue提供对网络130的直接无线宽带接入。进一步地，gnb 101、gnb 102和/或gnb 103可以提供对其他或额外外部网络(例如外部电话网络或其他类型的数据网络)的接入。
36.如图1所示，gnb 101、gnb 102和gnb 103可以采用如图4和图5所示的雷达系统作为根据本公开的实施例的通信部分(例如，电路、模块、接口、功能等)中的一者。此外，ue 111至ue 116可以采用如图6、图8、图11和图15所示的包括数字雷达系统、模拟雷达系统或混合雷达系统的雷达系统，作为根据本公开的实施例的通信部分(例如，电路、模块、接口、功能等)中的一者。
37.图2例示了根据本发明的实施例的示例性gnb 102。图2所例示的gnb 102的实施例仅用于说明，并且图1的gnb 101和gnb 103可具有相同或类似的配置。然而，gnb以各种各样的配置出现，并且图2不将本发明的范围限制于gnb的任何特定实现方式。
38.如图2所示，gnb 102包括多个天线205a至205n、多个rf(射频)收发机210a至210n、发射(tx)处理电路215和接收(rx)处理电路220。gnb 102还包括控制器/处理器225、存储器230以及回程或网络接口235。
39.tx处理电路215从控制器/处理器225接收模拟或数字数据(例如语音数据、网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。tx处理电路215对输出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成经处理的基带或if(中频)信号。rf收发机210a至210n从tx处理电路215接收输出的经处理基带或if信号，并且将基带或if信号上变频转换成经由天线205a至205n发射的rf信号。
40.rf收发机210a至210n从天线205a至205n接收输入rf信号(例如由ue或网络100中的任意其它对象反射的信号)。rf收发机210a至210n对输入的rf信号进行下变频转换，以生成if或基带信号。if或基带信号被发射到rx处理电路220，该电路通过滤波、解码、数字化基带或if信号和/或解压缩或相关来生成经处理的基带信号。rx处理电路220将经处理的基带信号发射到控制器/处理器225，以供进一步处理。
41.控制器/处理器225可以包括控制gnb 102的整体操作的一个或多个处理器或其他处理设备。例如，控制器/处理器225可以根据公知的原理控制由rf收发机210a至210n、rx处理电路220和tx处理电路215进行的前向信道信号的接收和反向信道信号的发射。控制器/
处理器225也可支持额外功能(例如更先进的无线通信功能)。比如，控制器/处理器225可以支持波束成形或定向路由操作，其中，来自多个天线205a-205n的输出信号被不同地加权，以有效地将输出信号引导到期望的方向。控制器/处理器225可以在gnb 102中支持各种各样的其他功能中的任一者。
42.控制器/处理器225还能够执行驻留在存储器230中的程序和其它进程(例如os(操作系统))。控制器/处理器225可以根据执行进程的需要将数据移入或移出存储器230。
43.控制器/处理器225还耦合到回程或网络接口235。回程或网络接口235允许gnb 102通过回程连接或通过网络与其他设备或系统通信。接口235可支持通过任何合适的有线或无线连接的通信。例如，当gnb 102被实现为蜂窝通信系统(例如支持5g、lte或lte-a的蜂窝通信系统)的一部分时，接口235可允许gnb 102通过有线或无线回程连接与其它gnb通信。当gnb 102被实现为接入点时，接口235可允许gnb 102通过有线或无线局域网或通过到更大网络(例如因特网)的有线或无线连接进行通信。接口235包括支持通过有线或无线连接的通信的任何合适的结构(例如以太网或rf收发机)。
44.存储器230耦合到控制器/处理器225。存储器230的一部分可以包括ram，并且存储器230的另一部分可以包括闪存或其他rom。
45.尽管图2例示了gnb 102的一个示例，但是可以对图2进行各种改变。例如，gnb 102可以包括任意数量的图2所示的各个组件。作为特定示例，地面站(例如接入点)可以包括多个接口235，并且控制器/处理器225可以支持路由功能，以在不同网络地址之间路由数据。作为另一特定示例，虽然被示出为包括tx处理电路215的单个实例和rx处理电路220的单个实例，但是gnb 102可以包括各个电路的多个实例(例如每个rf收发机一个)。而且，图2中的各个组件可以组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加额外的组件。
46.如图2所例示的，gnb 102可以包括如图6、图8、图11和图15所例示的雷达系统。控制器225可以包括如图15所例示的1502、1520以控制雷达1502，或者如图15所例示的控制器1520、1522(也如图6的发射机600以及图8和图11的接收机所例示)。图15的雷达(例如，数字雷达)1502可以被独立地实现和/或与图2中所例示的控制器225和/或图3中所例示的处理器340共存，以便控制图15中所例示的雷达1502和图6中所例示的发射机600以及图8中所例示的接收机800以及图11中所示的1100。
47.图3例示了根据本发明的实施例的示例性ue 116。图3所例示的ue 116的实施例仅用于说明，并且图1的ue 111至ue 115可具有相同或类似的配置。然而，ue以各种各样的配置出现，并且图3不将本发明的范围限制于ue的任何特定实现方式。
48.先进的通信装置可以指图2和图3中的发射机或接收机阵列，其基于所有功能块提供混合波束成形操作，并且先进的通信装置可以在图2中被实现为基站(bs、gnb)的一部分，或者在图3中被实现为ue。
49.如图3所示，ue 116包括天线305、射频(radio frequency，rf)收发机310、tx处理电路315和接收(rx)处理电路325。ue 116还包括处理器340、输入/输出(input/output，i/o)接口(if)345、触摸屏350、显示器355和存储器360。存储器360包括操作系统(operating system，os)361和一个或多个应用362。
50.rf收发机310从天线305接收由网络100的gnb发射的输入rf信号。rf收发机310对输入的rf信号进行下变频转换，以生成中频(intermediate frequency，if)或基带信号。if
或基带信号被发射到rx处理电路325，该电路通过滤波、解码和/或数字化基带或if信号和/或解压缩或相关来生成经处理的基带信号。rx处理电路325将经处理的基带信号发射到处理器340，以供进一步处理(例如用于网络浏览数据)。
51.tx处理电路315从处理器340接收输出基带数据(例如网络数据、电子邮件或交互式视频游戏数据)。tx处理电路315对输出基带数据进行编码、复用和/或数字化，以生成经处理的基带或if信号。rf收发机310从tx处理电路315接收输出的经处理基带或if信号，并将基带或if信号上变频转换成经由天线305发射的rf信号。
52.处理器340可以包括一个或多个处理器或其他处理设备，并且执行存储在存储器360中的os 361，以便控制ue 116的整体操作。例如，处理器340可以根据公知的原理控制由rf收发机310、rx处理电路325和tx处理电路315进行的前向信道信号的接收和反向信道信号的发射。在一些实施例中，处理器340包括至少一个微处理器或微控制器。
53.处理器340还能够执行驻留在存储器360中的其它进程和程序(例如用于波束管理的进程)。处理器340可以根据执行进程的需要将数据移入或移出存储器360。在一些实施例中，处理器340被配置成基于os 361或者响应于从gnb或操作者接收的信号来执行应用362。处理器340还耦合到i/o接口345，该接口向ue 116提供连接到其它设备(例如膝上型计算机和手持式计算机)的能力。i/o接口345是这些附件与处理器340之间的通信路径。
54.处理器340还耦合到触摸屏350和显示器355。ue 116的操作者可以使用触摸屏350来将数据录入到ue 116中。显示器355可以是液晶显示器、发光二极管显示器、或能够呈现例如来自网站的文本和/或至少有限的图形的其他显示器。
55.存储器360耦合到处理器340。存储器360的一部分可以包括ram，并且存储器360的另一部分可以包括闪存或其它rom。
56.尽管图3例示了ue 116的一个示例，但是可以对图3进行各种改变。例如，图3中的各个组件可以组合、进一步细分或省略，并且可以根据特定需要添加额外的组件。作为特定示例，处理器340可以分成多个处理器(例如一个或多个中央处理单元(cpu)和一个或多个图形处理单元(gpu)。而且，虽然图3例示了ue 116被配置成移动电话或智能电话，但是ue可以被配置成作为其他类型的移动或固定设备来操作。
57.如图3所例示的，ue 116可以包括如图6、图8、图11和图12所例示的雷达系统。处理器340可以被配置成控制如图6、图8、图11和图15所例示的雷达系统。
58.如图3所例示的，ue 116可以包括如图6、图8、图11和图15所例示的雷达系统。处理器340可以包括如图15所例示的1502、1520以控制雷达1502，或者如图15所例示的控制器1520、1522(也如图6的发射机600以及图8和图11的接收机800、1100所例示)。图15的雷达(例如，数字雷达)1502可以被独立地实现和/或与图2中所例示的控制器225和/或图3中所例示的处理器340共存，以便控制图15中所例示的雷达1502和图6中所例示的发射机600、图8中所例示的接收机800以及图11中所例示的1100。
59.传感器(特别是雷达和激光雷达)正在成为任何自动化的组成部分，所述自动化包括汽车安全高级驾驶员辅助系统(adas)系统和自主车辆(av)系统、周边安全、5g智能城市、智能运输系统、机器人技术、远程手术和智能工厂。这些传感器为计算机视觉提供高分辨率和高性能的感测，例如三维(3d)图像。这些传感器可以提供大量的实时数据和智能化，提供由位于网络边缘的机器学习软件分析的洞察力。高分辨率成像雷达在所有环境条件(例如
室外恶劣环境)下针对机器感知变得至关重要。
60.在机器感知中，数字雷达波形具有模拟波形不可想象的性能。波形被成形为提供低旁瓣电平、尖锐范围、多普勒分辨率和来自其它雷达用户的同信道抗干扰性以及有意的人为干扰(jamming)信号。
61.高分辨率雷达波形中的主要挑战是其实现复杂度。在调频连续波(fmcw)雷达中，拉伸处理是一种降低信号处理带宽的创新方法。范围处理的分辨率由信号的带宽决定，该信号的带宽可以是多ghz。在实际系统中，数字处理受到模数转换器(adc)的采样率的限制。
62.基于宽带宽信号的相位调制(phase modulation，pm)雷达和正交频分复用(ofdm)雷达将需要宽带和高比特率adc。对于高分辨率成像雷达，需要许多rf信道，这驱动了系统的成本和功耗。此外，数字信号处理将需要以信号的奈奎斯特速率(nyquist rate)来进行，这使接收机处理具有挑战性，即使在当今的计算技术中也是如此。由于高分辨率雷达所需的宽带宽处理，ofdm信号的生成和处理是具有挑战性的。在76ghz至81ghz的汽车雷达具有1ghz至5ghz的信号带宽，这需要超过10gsps的adc速率以及大量比特。对于需要10个至100个信道的3d雷达成像，宽带ofdm雷达系统是不实际的。因此，市场上可用的雷达收发机依赖于fmcw信号。
63.在本公开中，提供了具有时频波形设计的新型雷达。在允许数字波形段的窄带处理的时域和频域中设计波形，以减少模数转换/数模转换(adc/dac)的负担和基带处理要求。该时频波形使得能够以对于当今技术可行的较慢速度利用adc和接收机处理对数字波形进行窄带处理。这种架构使得能够将数字波形用于大带宽应用，例如120ghz感测和成像雷达或新兴的太赫兹(tera hertz)感测和成像应用。
64.在编码的ofdm雷达的上下文中，所提供的波形保持了长序列的分辨率和大的处理增益。这种效果在某种意义上类似于模拟fmcw雷达中的拉伸处理。本公开中的时频波形设计允许灵活的编码，保持原始宽带信号的处理增益，而不受常规模拟拉伸处理的范围限制。
65.本公开提供了时频波形设计、有效的数字传输和接收机处理。在本公开中，提供了具有聚合(aggregation)的时频编码的波形。该时频编码的波形保留了宽带信号的性能益处，同时通过以低速率并行处理信号以及聚合经处理的信号来降低与宽带宽信号相关联的复杂度。
66.该实现方式使用在拉伸时间内的窄带宽的连续传输和对窄带宽信号的并行处理来恢复雷达信号的高分辨率范围和多普勒重构。本公开包括一些功能和操作块。在一个示例中，本公开包括时间-频率(时频)波形设计、传输和接收。在这样的示例中，提供了时频资源中的编码的ofdm信号设计和传输，例如，提供了具有用于改变处理增益序列的长序列和短序列的信号编码，并且提供了用于对干扰随机化的跳频。
67.在一个示例中，本公开包括：子信道信号的接收机处理；对正常范围和扩展范围的处理；对不相等带宽的相邻和不相邻频带的时频波形设计和聚合；雷达信号在专用载波中的调度和配置；雷达信号在诸如4g/5g/6g和wifi/wigig的通信系统中的调度和配置。
68.具有聚合的时频波形解决了数字雷达的实现挑战：(1)通过降低dac/adc带宽和比特宽度、采样速率和接收机处理复杂度来降低收发机复杂度，同时通过相干地处理子信道来保持宽带信号的高分辨率；(2)通过聚合子信道来获得与原始长序列对应的处理增益；(3)通过处理窄带宽信号并通过聚合子信道来实现高分辨率，从而缩放非常大的带宽信号
(例如太赫兹)和激光雷达；以及(4)处理适用于相邻频带或非相邻频谱分配以及非连续ofdm符号的时频波形，用于在现有通信频谱中嵌入数字雷达信号(例如，在60ghz频带中，将7ghz至9ghz频谱划分为2ghz频谱块)。
69.通过聚合可用频谱，具有聚合的时频波形将允许高达1.7cm的范围分辨率。跨越9ghz带宽的线性fmcw/啁啾信号将不适合60ghz频谱网格，这限制了可实现的7.5cm分辨率。
70.时频波形设计通过处理子频带信号能够避免和消除窄带干扰和人为干扰；并且根据目标范围分辨率和操作环境，可以灵活地组合从多个子频带接收的信号。针对增加的处理增益该信号可以被相干地组合或者针对多样性和健壮性该信号可以被非相干地组合。
71.从cazac序列生成序列，该cazac序列例如为zadoff-chu或具有零相关区的广义类啁啾脉冲(generalized chirp-like，gcl)序列，根据一个或几个根zadoff-chu或gcl序列生成的序列。该序列可以直接映射到ofdm符号，或者在映射到ofdm符号之前通过dft进行变换。
72.通过用cazac序列符号对每个子载波进行编码来构造时频ofdm信号。将cazac序列的dft映射到时频域。每个编码的ofdm信号占用时频资源，包括多个ofdm符号和多个频率资源。每个时频资源可以是“子信道”。
73.在本公开中，所述方法和装置提供：基于子频带信号序列将宽带波形信号分解为时频波形；基于分解的宽带波形信号生成时频雷达波形；基于时频雷达波形，将等幅零自相关(constant amplitude zero auto-correlation，cazac)序列映射到正交频分复用(ofdm)子载波中，以根据配置的连续或非连续的时频资源来生成第一雷达信号；经由天线组中的发射天线向目标对象发射第一雷达信号；以及经由所述天线组中的接收天线接收从所述目标对象反射或反向散射的第二信号，以及聚合连续或非连续的时频资源。
74.图4a例示了根据本公开的实施例的用于长序列400的示例性时频编码的ofdm波形。图4a所示的用于长序列400的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图4a例示了具有顺序序列映射的示例性时频波形。
75.图4b例示了根据本公开的实施例的用于长序列450的示例性时频编码的ofdm波形。图4b所示的用于长序列450的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图4b例示了具有顺序序列映射的示例性时频波形。
76.图4c例示了根据本公开的实施例的用于长序列470的示例性时频编码的ofdm波形。图4c所示的用于长序列470的时频编码ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图4c例示了具有跳频的示例性时频波形。
77.图4a、图4b和图4c例示了具有长序列的ofdm雷达信号的时频波形。图4a、图4b和图4c示出了具有4个ofdm符号和4个子频带的时频资源。在本公开中，时频资源可以是“时频信道”。一个序列被分成四段，用于在时频资源内传输。子频带可以是连续的频率资源或非连续的频率资源，其中在频率子频带之间存在间隙。
78.图4a和图4b示出了具有顺序序列映射的编码的ofdm波形。长cazac序列cazac1被映射到时频资源。cazac序列cazac1被分成四段，表示为cazac1-1至cazac1-4。所选择的cazac序列的第一段cazac1-1被映射到时频资源的第一“子信道”。所选择的cazac序列的第二段cazac1-2被映射到时频资源的第二“子信道”。类似的映射被应用于第三子信道和第四子信道。
79.cazac序列段的排序和映射可以在相同的时频资源内改变。图4c示出了具有跳频的编码的ofdm波形。长cazac序列cazac1被映射到时频资源。cazac序列cazac1被分成四段，表示为cazac1-1至cazac1-4。所选择的cazac序列的第一段cazac1-1被映射到时频资源的第一“子信道”。所选择的cazac序列的第三段cazac1-3被映射到时频资源的第二“子信道”。序列的第二段cazac1-2被映射到第三子信道。序列的第四段cazac1-4被映射到第四子信道。在接下来的时频信道中，cazac序列的排序被随机改变。
80.载波频率在时频资源单元内随机改变。图4c中示出了的跳频模式。
81.图5a例示了根据本公开实施例的用于短序列500的示例性时频编码的ofdm波形。图5a所示的用于短序列500的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图5a例示了具有单序列映射的时频波形。
82.图5b例示了根据本公开实施例的用于短序列520的示例性时频编码的ofdm波形。图5b所示的用于短序列520的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图5b例示了具有顺序序列映射的时频波形。
83.图5c例示了根据本公开实施例的用于短序列540的示例性时频编码的ofdm波形。图5c所示的用于短序列540的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图5c例示了序列跳变。
84.图5d例示了根据本公开实施例的用于短序列560的示例性时频编码的ofdm波形。图5d所示的用于短序列560的时频编码的ofdm波形的实施例仅用于说明。具体地，图5d例示了具有跳频的时频波形。
85.图5a、图5b、图5c和图5d例示了用于具有短序列的ofdm雷达信号的示例性时频波形。图5a、图5b、图5c和图5d示出了具有4个ofdm符号和4个子频带的时频资源。将短序列映射到每个载波的每个子频带。在该示例中，4个根序列被用作雷达信号。
86.图5a示出了具有单个序列映射的编码的ofdm波形。第一cazac序列cazac1被映射到时频资源，用于时频资源内的所有ofdm符号。
87.图5b示出了具有多个序列映射的编码的ofdm波形。第一cazac序列cazac1被映射到第一时频资源。所选择的cazac序列的第二段cazac2被映射到时频资源的第二“子信道”。类似的映射被应用于第三子信道和第四子信道。序列选择由mac实体来配置。在特殊情况下，相同的序列可以用于整个时频资源。
88.cazac序列的排序和映射可以在相同的时频资源内改变。图5c示出了具有序列跳变的编码的ofdm波形。第一cazac序列cazac1被映射到时频资源的第一“子信道”。第三cazac序列cazac3被映射到时频资源的第二“子信道”。第二cazac序列cazac2被映射到第三子信道。第四cazac序列cazac4被映射到第四子信道。在接下来的时频信道中，cazac序列的排序再次随机改变。
89.载波频率在时频资源单元内随机改变。图5d示出了跳频模式。
90.图6示出了根据本公开的实施例的用于时频波形600的示例性发射机。图6中所示的用于时频波形600的发射机的实施例仅用于说明。图6所示的一个或多个部件可以在被配置成执行所述功能的专用电路中实现，或者所述一个或多个部件可以由执行指令以执行所述功能的一个或多个处理器来实现。在不脱离本公开的范围的情况下也可以使用其它实施例。
91.在一个实施例中，如图6所例示的发射机可以在基站(例如，如图1所示的101-103)和/或ue(例如，如图1所示的111-116)处实现。
92.在每个传输间隔，针对每个载波频率，将cazac序列映射到频域。通过ifft并且附加循环前缀(cp)和保护时间(gt)来将信号变换到时域。i/q信号由dac转换到模拟域，并在传输之前由载波频率调制。
93.雷达mac是分配参考信号的时频资源的实体。基于目标范围、发射功率、波束形成方法以及在接收机处测量的噪声和干扰来配置时频资源。可以在操作期间半静态地或动态地实时地重新分配资源。时频信道由控制器中的配置模块配置。通过mac资源分配选择cazac序列。对于每个ofdm符号，选择一个载波频率。在接下来的时频资源单元，一个或多个调制的符号调制另一载波，以构成子信道。
94.在一个实施例中，用于多信道编码的ofdm系统600的发射机架构可以在基站(例如，如图1所示的101-103)或ue(例如，如图1所示的111-116)处实现。该实施例中的600生成由多个子频带信道调制载波f0,
…
,f
n-1
组成的发射信号。cazac序列602通过dft预编码zadoff-chu或gcl序列来生成子频带cazac序列。s/p 604将串行数据转换为并行流。ifft 606获取并行的预编码cazac序列，并将预编码cazac序列的并行流转换成时域信号。p/s和循环前缀608将时域信号转换为串行流并添加循环前缀。添加可选的保护时间。if/dac 610和612获取608输出的同相和正交分量，并将它们转换为模拟数据同相和正交信号。移相器614获取608和610输出的输出同相和正交模拟信号，并调制载波频率。在整形滤波器和放大器(amp)块616中，经调制的载波由整形滤波器进一步处理，并且被放大和发射到一个或多个天线。mac控制器618配置和分配发射机的时频和码资源。
95.如图6所例示的，电路630包括所有部件，例如602-618，电路640和650可以包括与电路630中所包括的部件相同的部件。在一个实施例中，可以将附加电路添加到用于多信道编码的ofdm系统600的发射机架构中。
96.图7例示了根据本公开的实施例的示例性时域信号格式700。图7中所示的时域信号格式700的实施例仅用于说明。
97.图7示出了可以被解释为参考信号的信号结构。参考信号由循环前缀(cp)、多相序列和保护时间(gt)组成。多相序列是通过对时频信号进行ifft而生成的ofdm波形。基于序列长度和目标场景的感兴趣范围以及硬件稳定时间来添加gt。在格式1中，仅示出了一个序列周期。当针对较长的范围时，或者在期望高信号降级的恶劣天气条件的操作中，可以使用重复的序列，例如格式2和格式3。
98.图8例示了根据本公开的实施例的用于时频波形800的示例性接收机。图8中所示的用于时频波形800的接收机的实施例仅用于说明。图8所示的一个或多个部件可以在被配置成执行所述功能的专用电路中实现，或者所述一个或多个部件可以由执行指令以执行所述功能的一个或多个处理器来实现。在不脱离本公开的范围的情况下也使用其它实施例。
99.图8示出了n个子信道。对于每个子信道，接收到的信号由adc下变频并转换为数字基带信号。在cp去除之后，所接收的信号被转换为频域子频带信号。在ofdm符号级相移补偿以及将子频带映射到宽带信号之后，在频域中计算范围相关性。这是通过与参考信号的复共轭相乘来实现的。参考信号是一个短cazac序列或多个短cazac序列，或者在长序列的情况下是cazac序列的多个段。这些参考信号是被发射的原始频域序列。相关输出被存储在存
储器中，以用于多普勒预估。
100.在一个实施例中，如图8所例示的接收机可以在基站(例如，如图1所示的101-103)和/或ue(例如，如图1所示的111-116)处实现。
101.通过取相关器(其随后是cfar检测器)输出的幅度或幅度平方来形成检测统计，以产生范围和多普勒预估。根据目标最大范围，可以实例化一个或多个接收机处理链。
102.如图8所例示的，在90度相移块802处处理信号。90度相移块802的输出被发射到adc s/p和cp去除块804。fft n点块806的输出被发送到根据相位补偿因子的相移补偿和复数乘法块808。接收参考cazac序列的dft和复共轭块804的输出被发送到相移补偿和复数乘法块808。缓冲器和子频带映射块812接收相移补偿和复数乘法块808的输出信号，并将相移补偿和复数乘法块808的输出信号发送到ifft 4n点块814。ifft 4n点块814的输出被发送到块816。块816的输出被发送到cfar检测器块820和存储器818。存储器818经由多普勒预估块822将输出信号发送到cfar检测器块820。
103.通过映射序列或序列段，宽频带信号被重构。图9例示了根据本公开的实施例的示例性子频带到宽频带信号映射900。图9所示的子频带到宽频带信号映射900的实施例仅用于说明。图9示出了根据多个子频带信号重构的宽频带信号。
104.常规的ofdm雷达将受到信号长度的限制。利用时频波形，在不修改发射信号的情况下通过接收机处理来实现超出ofdm符号长度的范围扩展。
105.图10a例示了根据本公开的实施例的示例性时频波形结构1000。图10中所示的时频波形结构1000的实施例仅用于说明。具体地，图10a例示了用于正常范围的示例性时频波形结构。
106.图10b示出了根据本公开的实施例的示例性时频波形结构1050。图10b中所示的时频波形结构1050的实施例仅用于说明。具体地，图10b例示了用于扩展范围的示例性时频波形结构。
107.图10a示出了正常范围的波形。在正常范围的情况下，保护时间(gt)的长度被设置为ofdm符号持续时间。最大范围由保护时间的持续时间确定。在接收机处，直到gt才接收信号，并且计算子信道相乘。
108.图10b示出了扩展范围的波形，其中gt是ofdm符号长度的两倍。范围被延长了2倍。在接收机中，直到延长的保护时间才接收信号。在该示例中，接收机处理被扩展到3个ofdm符号。
109.在4个子信道时频波形中，在不增加发射信号时频资源的情况下实现了高达3倍的范围扩展。对于具有300m范围的雷达信号设计，通过在相同时频资源内的接收机实现方式来获得高达900m的距离扩展。通过配置更长的保护时间来提供超过900m的范围。
110.图11例示了根据本公开的实施例的具有范围扩展1100的示例性接收机。图11所示的具有范围扩展1100的接收机的实施例仅用于说明。图11所例示的一个或多个部件可以在被配置成执行所述功能的专用电路中实现，或者所述一个或多个部件可以由执行指令以执行所述功能的一个或多个处理器来实现。在不脱离本公开的范围的情况下还使用其它实施例。
111.在一个实施例中，可以在基站(例如，如图1中所示的101-103)和/或ue(例如，如图
1中所示的111-116)处实现如图11中所示的具有范围扩展的接收机架构。
112.如图11所例示的，接收机1100包括两个块链1102和1120。块1102包括90度相移块1104、adc、s/p和cp去除块1106、fft n点块1108、根据相位补偿因子的相移补偿和复数乘法块1110、以及dft和复数共轭块1112。类似于块1102，块1120包括90度相移块1124、adc、s/p和cp去除块1126、fft n点块1128、相移补偿和复数乘法块1130、以及dft和复数共轭块1132。块1102和块1120的输出信号被发送到缓冲器和子频带映射块1134。缓冲器和子频带映射块1134将输出信号发送到ifft 4n点块1136。ifft 4n点块1136的输出信号将输出信号发送到块1138。块1138将输出信号发送到存储器1140和cfar检测器块1142。存储器1140经由多普勒预估块1144将输出信号发送到cfar检测器块1142。图8示出了用于n个子信道的概括化的范围扩展的接收机的框图。
113.第一子信道接收并处理n个ofdm符号周期的信号。类似地，每个接收机继续接收并处理n个ofdm符号周期的时域信号。对于n个ofdm符号处理整个信号并计算峰值，以生成(n-1)个ofdm符号周期的范围分布。这使该范围扩展(n-1)倍。接收机的硬件复杂度从正常范围的2增加到扩展范围的n。
114.根据频谱分配，用于雷达成像的可用频谱可以是非连续的。这出现在现有的通信频带和未许可的60ghz频谱中，其中频谱网格被分成多个块。对于76ghz至81ghz的汽车雷达频率，可以获得连续的频谱。在跨越57ghz至71ghz的v频带中，具有2.16ghz带宽的6个频带可用于6个频率网格，其中在子波段之间具有间隙。每个子信道中的序列长度不需要相同。只要信号的聚合带宽是相同的，则子信道带宽和映射到子信道的序列的长度可以不同，而不影响所得图像的范围分辨率。
115.下面针对连续和非连续频谱分配来描述时频波形映射。
116.图12a例示了根据本公开的实施例的示例时频信号映射1200。图12中所示的时频信号映射1200的实施例仅用于说明。具体地，图12a例示了用于连续子频带映射的示例性时频信号映射。
117.图12b例示了根据本公开的实施例的示例时频信号映射1250。图12b中所示的时频信号映射1250的实施例仅用于说明。具体地，图12b例示了用于非连续子频带映射的示例性时频信号映射。
118.图12a示出了用于连续频谱的时频映射，其中载波之间的差等于子信道的带宽，即
△
f＝f
1-f0＝bw。图12b示出了用于非连续频谱的时频映射，其中载波之间的差大于子信道的带宽，即
△
f＝f
1-f0》bw。
119.在一个实施例中，对于连续频谱，在重构信号中获得对应于奈奎斯特采样率的范围分辨率。
120.在一个实施例中，对于非连续频谱，由于子频带之间的未使用频带，重构信号的范围分辨率降低。
121.图13a例示了根据本公开实施例的具有非连续ofdm符号1300的示例性时频信号映射。图13a中所示的具有非连续ofdm符号1300的时频信号映射的实施例仅用于说明。具体地，图13a例示了用于连续子频带映射的具有非连续ofdm符号的时频信号映射的示例。
122.图13b例示了根据本公开实施例的具有非连续ofdm符号1350的示例性时频信号映
射。图13b中所示的具有非连续ofdm符号1350的时频信号映射的实施例仅用于说明。具体地，图13b例示了用于非连续子频带映射的具有非连续ofdm符号的时频信号映射的示例。
123.如图13a和图13b所例示的，并非所有的ofdm符号都用于雷达信号传输。图13a示出了用于连续频谱的时频映射，其中
△
f＝f
1-f0。图13b示出了用于非连续频谱的时频映射，其中载波之间的差大于子信道的带宽。
124.如图12a和图12b以及图13a和图13b所例示的信号的范围分辨率是相同的。当在图8中描述的接收机中计算相关性时，应用与ofdm符号索引对应的相位补偿因子。
125.图14a例示了根据本公开的实施例的重构信号1400的示例性分辨率。图14a所示的重构信号1400的示例性分辨率的实施例仅用于说明。
126.图14b例示了根据本公开的实施例的重构信号1450的示例性分辨率。图14b所示的重构信号1450的示例性分辨率的实施例仅用于说明。
127.图14a示出了频谱映射对信号分辨率的影响。如果信号是根据全带宽重构的，例如在相邻的子频带映射中，则信号是以奈奎斯特速率重构的，如图14所示。
128.采样周期是ts＝1/abw，其中abw是信号的聚合带宽。对于非连续的分配，在可用带宽小于总带宽的情况下，信号分辨率降低。由于次奈奎斯特采样，如图14b所示，在时间(如此在范围内)域中发生混叠(aliasing)。
129.图15例示了根据本公开实施例的示例性雷达和控制器架构1500。图15所示的雷达和控制器结构1500的实施例仅用于说明。图15所例示的一个或多个部件可以在被配置成执行所述功能的专用电路中实现，或者所述一个或多个部件可以由执行指令以执行所述功能的一个或多个处理器来实现。在不脱离本公开的范围的情况下还使用其它实施例。
130.如图15所例示的，雷达和控制器架构1500包括雷达电路1502(例如，数字雷达)和控制器1520。数字雷达1502包括tx天线dac和rf 1504、rx天线adc和rf 1506、发射机1508、接收机1510和mac 1512。控制器1520包括mac(控制器)1522和配置块1530。mac(控制器)1522包括功率控制1524、调度1526和干扰管理1528。配置块1530包括信号配置块1532、测量配置块1534和功率节约配置块1536。tx天线dac和rf 1504包括用于发射信号的天线组，rx天线adc和rf 1506包括用于接收信号的天线组。
131.控制器具有配置实体和媒体接入控制(mac)实体。配置实体负责设置信号配置、测量配置和功率节约配置。控制器内的mac实体负责动态管理无线资源，并且包括功率控制功能、调度器和干扰管理电路。
132.mac控制器中的调度器确定时频资源和序列配置。
133.如图15所例示的，在步骤1的一个示例中，从数字雷达1502向控制器1520报告诸如发射功率和最大rf带宽的设备能力。在步骤2的一个示例中，将测量配置从控制器1520发送到数字雷达1502，用于诸如噪声和干扰测量。在步骤2’的一个示例中，将功率控制配置从控制器1520发送到数字雷达1502。在步骤3的一个示例中，从数字雷达1502向控制器1520报告测量结果。这可以是周期性的或非周期性的。在步骤4的一个示例中，mac配置块和调度器设置时频信道、序列映射、长/短序列选择、序列跳变和频率跳变模式、以及mimo和波束成形配置。
134.在该示例中，以如下方式确定序列和时频资源：在整个传输间隔中序列可以是固定的；对于每个时频信道，可以随机地改变所选择的序列；并且可以根据每个子信道的噪声
和干扰估计由雷达mac中的“调度器”实体来调度所选择的序列。基于所分配的无线电资源，雷达构造用于传输的信号。
135.在4g、5g或wifi通信系统中，调度器为雷达信号发射和接收分配时频资源。可替代地，配置电路确定用于雷达信号传输的时频资源。
136.图16例示了根据本公开的实施例的用于高分辨率数字雷达的时频扩展波形的方法1600的流程图，该方法1600可以由ue(例如，111-116)，bs(例如，101-103)或未安装在ue或基站上的独立系统(例如，单独的和独立的雷达系统)来执行。图16中所示的方法1600的实施例仅用于说明。图16所示的一个或多个部件可以在被配置成执行所述功能的专用电路中实现，或者所述一个或多个部件可以由执行指令以执行所述功能的一个或多个处理器来实现。在不脱离本公开的范围的情况下还使用其它实施例。
137.如图16所例示的，方法1600开始于步骤1602。在步骤1602中，装置识别包括多个段的长恒定幅度零自相关(cazac)序列的离散傅立叶变换(dft)。
138.随后，在步骤1604中，装置经由mac控制器识别用于多个段的时频资源。
139.随后，在步骤1606中，装置识别时频资源中的时频子信道组。
140.接下来，在步骤1608中，该设备将多个段中的每一者依次映射到时频子信道组中的每一者。
141.最后，在步骤1610中，装置发射基于时频子信道组的第一信号。
142.在一个实施例中，该装置执行序列跳跃操作，以将多个段中的每一者随机地映射到时频子信道组中的每一者，和/或执行跳频操作，以将多个段中的每一者映射到随机选择的时频子信道组中的每一者。
143.在一个实施例中，该装置识别短cazac序列组的dft，并且识别用于短cazac序列组的时频资源，该时频资源包括时域中的连续的时频资源或非连续的时频资源。
144.在一个实施例中，该装置识别时频资源中的时频子信道组，并且顺序地将短cazac序列组中的每一者映射到时频率子信道组中的每一者。
145.在一个实施例中，该装置执行序列跳跃操作，以将短cazac序列组中的每一者随机地映射到时频子信道组中的每一者，和/或执行跳频操作，以将短cazac序列组中的每一者映射到随机选择的时频子信道组中的每一者。
146.在一个实施例中，该装置在多个保护符号周期中的一者中接收第二信号(该第二信号是第一信号的反射信号)，对第二信号执行频域转换操作，并对经频域转换的第二信号执行相移补偿操作，该相移补偿操作对应于频域中的时频子信道组。
147.在一个实施例中，该装置在执行快速傅立叶变换(fft)操作之前或在fft操作的计算操作期间，在时域中对第二信号执行相移补偿操作。
148.在该实施例中，所述时频资源包括时频域中的连续的时频资源和非连续的时频资源。
149.在该实施例中，无线电资源(radio resources)由用于发射机的媒体接入控制(medium access control，mac)控制器来配置，以发送第一信号。
150.在该实施例中，无线电资源包括：包括cazac序列的序列信息、包括连续的时频资源和非连续的时频资源的时频资源信息、包括时频资源中的时频子信道组的子信道信息、以及由包括cazac序列的多个段所包括的序列段信息。
151.阐明贯穿本专利文献使用的某些词语和短语的定义可以是有利的。术语“应用”和“程序”指代一个或多个计算机程序、软件组件、指令集、规程、函数、对象、类、实例、相关数据或其适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的部分。术语“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词意指包括而没有限制。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与
……
关联”及其派生词可以意指包括、被包括在内、与
……
互连、包含、被包含在内、连接到或与
……
连接、联接到或与
……
联接、可与
……
通信、与
……
协作、交错、并置、接近、绑定到或与
……
绑定、具有
……
的特性、与
……
具有关系等。当与项目列表一起使用时，短语
“……
的至少一者”意指可以使用所列项目中的一者或多者的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项目。例如，“a、b和c中的至少一者”包括以下组合中的任何一种：a、b、c、a和b、a和c、b和c、以及a和b和c。
152.本公开中的描述不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要的或关键的元件、步骤或功能。该主题的范围仅由所允许的权利要求限定。此外，权利要求中的任何一条都不旨在关于所附权利要求或权利要求要素而触发35u.s.c.
§
112(f)，除非在特定权利要求中明确使用确切的词语“用于
…
的装置”或“用于
…
的步骤”伴随标识功能的分词短语。权利要求中的诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”的术语的使用被理解并且旨在表示相关领域的技术人员已知的结构，如由权利要求本身的特征进一步修改或增强的，而并不旨在触发35u.s.c.
§
112(f)。
153.虽然本公开已经描述了某些实施例和一般关联的方法，但是这些实施例和方法的变更和置换对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，示例性实施例的以上描述不限定或约束本公开。在不偏离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。