(57)【要約】  ワイヤレス通信システム（１００）における高度通信装置（１０２，１１６）のための方法が提供される。この方法は、多位相符号化を用い、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づいて、デジタル波形を生成するステップと、方位角面におけるビームフォーミングを用いてデジタル波形を処理するステップと、処理したデジタル波形を予め定められた変調関数を用いて変調するステップと、予め定められた変調関数によって変調した第１の信号を、方位角面における少なくとも１つの１次元（１Ｄ）線形アレイを含む送信アンテナ（１４１２，１５１３，１６１３）を介して目標物（１４１３，１５１４，１６１４）に送信するステップと、仰角面における１つ以上の１Ｄアレイで構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信するステップとを含み、第２の信号は目標物から反射または後方散乱される。
2021534701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス通信システムにおける高度通信装置であって、前記高度通信装置は、
プロセッサと、
前記プロセッサに作動的に接続された３次元（３Ｄ）イメージングセンサとを備え、前記３Ｄイメージングセンサはデジタル回路を含み、前記デジタル回路は、
多位相符号化を用い、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づいて、デジタル波形を生成し、
前記デジタル波形を方位角面におけるビームフォーミングを用いて処理し、
前記処理したデジタル波形を予め定められた変調関数を用いて変調する
ように構成され、前記高度通信装置はさらに、
前記デジタル回路と前記プロセッサとに作動的に接続されたトランシーバを備え、前記トランシーバは、
前記予め定められた変調関数によって変調した第１の信号を、方位角面における少なくとも１つの１次元（１Ｄ）線形アレイを含む送信アンテナを介して目標物に送信し、
仰角面における１つ以上の１Ｄアレイで構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信する
ように構成され、前記第２の信号は前記目標物から反射または後方散乱される、高度通信装置。
【請求項２】
前記受信アンテナは、受信アンテナアレイ列の数（Ｎ）に基づく数の受信経路をさらに含み、前記列の各々は、仰角面におけるサイズがＭである１次元（１Ｄ）線形アレイを含む、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項３】
前記送信アンテナは、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによりある角度および視野を指向する少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナをさらに含む、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項４】
仮想アレイが、方位角面における少なくとも１つの素子と仰角面における少なくとも１つのアレイとを含む前記送信アンテナのためのアンテナパネルと、前記受信アンテナのための少なくとも１つの垂直アレイとに基づいて決定される、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項５】
前記仮想アレイは、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによりある角度および視野を指向する少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナのための２つ以上の送信アンテナアレイを含むように拡張され、前記仮想アレイは３６０度のカバレッジを提供する、請求項４に記載の高度通信装置。
【請求項６】
前記トランシーバはさらに、
第１のアンテナ開口を含む前記送信アンテナを用いて前記第１の信号を前記目標物に送信し、第２のアンテナ開口を含む前記受信アンテナを用いて前記第２の信号を受信するように構成され、または、
前記第２のアンテナ開口を含む前記送信アンテナを用いて前記第１の信号を前記目標物に送信し、前記第１のアンテナ開口を含む前記受信アンテナを用いて前記第２の信号を受信するように構成され、
前記第１の信号の送信中は、前記第１のアンテナ開口内の少なくとも１つのアンテナ素子がｘ軸に沿って移動し、前記第２の信号の受信中は、前記第２のアンテナ開口内の少なくとも１つのアンテナ素子がｙ軸に沿って移動する、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項７】
前記目標物はシングルビーム送信マルチビーム受信モードで照射され、少なくとも１つの送信ビームがシーケンシャルスキャン方式で照射され、少なくとも１つの受信ビームが同時に照射される、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項８】
前記デジタル回路はさらに、デジタルドメインと無線周波数（ＲＦ）ドメインとの間におけるハイブリッドビームフォーミング分割を実行するように構成される、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項９】
前記３Ｄイメージングセンサは、デジタルビームフォーミングを実行する前記デジタル回路と、アナログ処理回路とをさらに含み、前記デジタルおよびアナログ処理回路は、前記３Ｄイメージングセンサに含まれるその他の処理回路を含むベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項１０】
前記３Ｄイメージングセンサは、デジタルビームフォーミングを実行する前記デジタル回路、アナログ処理回路、高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）、およびサイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去をさらに含み、前記デジタルビームフォーミング、前記アナログ処理回路、前記ＦＦＴ／ＩＦＦＴ、および前記ＣＰ除去は、前記３Ｄイメージングセンサに含まれるその他の処理回路を含むベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する、請求項１に記載の高度通信装置。
【請求項１１】
ワイヤレス通信システムにおける高度通信装置のための方法であって、前記方法は、
多位相符号化を用い、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づいて、デジタル波形を生成するステップと、
前記デジタル波形を方位角面におけるビームフォーミングを用いて処理するステップと、
前記処理したデジタル波形を予め定められた変調関数を用いて変調するステップと、
前記予め定められた変調関数によって変調した第１の信号を、方位角面における少なくとも１つの１次元（１Ｄ）線形アレイを含む送信アンテナを介して目標物に送信するステップと、
仰角面における１つ以上の１Ｄアレイで構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信するステップとを含み、前記第２の信号は前記目標物から反射または後方散乱される、方法。
【請求項１２】
前記受信アンテナは、受信アンテナアレイ列の数（Ｎ）に基づく数の受信経路をさらに含み、前記列の各々は、仰角面におけるサイズがＭである１次元（１Ｄ）線形アレイを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記送信アンテナは、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによりある角度および視野を指向する少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
仮想アレイが、方位角面における少なくとも１つの素子と仰角面における少なくとも１つのアレイとを含む前記送信アンテナのためのアンテナパネルと、前記受信アンテナのための少なくとも１つの垂直アレイとに基づいて、決定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記仮想アレイは、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによりある角度および視野を指向する少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナのための２つ以上の送信アンテナアレイを含むように拡張され、前記仮想アレイは３６０度のカバレッジを提供する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のアンテナ開口を含む前記送信アンテナを用いて前記第１の信号を前記目標物に送信し、第２のアンテナ開口を含む前記受信アンテナを用いて前記第２の信号を受信するステップ、または、
前記第２のアンテナ開口を含む前記送信アンテナを用いて前記第１の信号を前記目標物に送信し、前記第１のアンテナ開口を含む前記受信アンテナを用いて前記第２の信号を受信するステップをさらに含み、
前記第１の信号の送信中は、前記第１のアンテナ開口内の少なくとも１つのアンテナ素子がｘ軸に沿って移動し、前記第２の信号の受信中は、前記第２のアンテナ開口内の少なくとも１つのアンテナ素子がｙ軸に沿って移動する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記目標物はシングルビーム送信マルチビーム受信モードで照射され、少なくとも１つの送信ビームがシーケンシャルスキャン方式で照射され、少なくとも１つの受信ビームが同時に照射される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
デジタルドメインと無線周波数（ＲＦ）ドメインとの間におけるハイブリッドビームフォーミング分割を実行するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
デジタルビームフォーミングを実行するデジタル回路と、アナログ処理回路とは、３次元（３Ｄ）イメージングセンサに含まれるその他の処理回路を含むベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
デジタルビームフォーミングを実行するデジタル回路、アナログ処理回路、高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）、およびサイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去が、３Ｄイメージングセンサに含まれるその他の処理回路を含むベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照および優先権の主張
本願は、２０１８年８月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／７１９，４４０号に基づく優先権を主張する。上記特許文献の内容を本明細書に引用により援用する。
【０００２】
技術分野
本開示は、概してアンテナアレイ設計およびビームフォーミングに関する。より具体的には、本開示は、３Ｄイメージング、ローカライゼーション、および測位のための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に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
ワイヤレス通信システムにおけるアンテナアレイの設計は、たとえば３次元（３Ｄ）イメージング、ローカライゼーション、および測位においてより高い性能をもたらす最も重要な要素のうちの１つである。多入力・多出力（multiple-input multiple-output）（ＭＩＭＯ）に基づいた合成開口アンテナアレイは、複数のアンテナを用いて直交波形を送受信する。このような合成開口アンテナアレイおよびビームフォーミングは、レーダーおよびＬｉｄａｒの画像処理、産業用オートメーションのためのイメージング／測位／ローカライゼーション、ロボットビジョン、通信システムのためのローカライゼーションおよび測位、ならびに、モバイルデバイスおよび通信システムのためのアンテナアレイ設計に、適用することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
本開示は、３Ｄイメージング、ローカライゼーションおよび測位のための、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を提供する。
【０００５】
ある実施形態において、ワイヤレス通信システムにおける高度通信装置が提供される。この高度通信装置は、プロセッサと、プロセッサに作動的に接続された３次元（３Ｄ）イメージングセンサとを備え、３Ｄイメージングセンサはデジタル回路を含み、デジタル回路は、多位相符号化を用い、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づいて、デジタル波形を生成し、デジタル波形を方位角面におけるビームフォーミングを用いて処理し、処理したデジタル波形を予め定められた変調関数を用いて変調するように、構成される。ワイヤレス通信システムにおける高度通信装置はさらに、デジタル回路とプロセッサとに作動的に接続されたトランシーバを備え、トランシーバは、予め定められた変調関数によって変調した第１の信号を、方位角面における少なくとも１つの１次元（１Ｄ）線形アレイを含む送信アンテナを介して目標物に送信し、仰角面における１つ以上の１Ｄアレイで構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信するように、構成され、第２の信号は目標物から反射または後方散乱される。
【０００６】
もう１つの実施形態において、ワイヤレス通信システムにおける高度通信装置のための方法が提供される。この方法は、多位相符号化を用い、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づいて、デジタル波形を生成するステップと、デジタル波形を方位角面におけるビームフォーミングを用いて処理するステップと、処理したデジタル波形を予め定められた変調関数を用いて変調するステップと、予め定められた変調関数によって変調した第１の信号を、方位角面における少なくとも１つの１次元（１Ｄ）線形アレイを含む送信アンテナを介して目標物に送信するステップと、仰角面における１つ以上の１Ｄアレイで構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信するステップとを含み、第２の信号は目標物から反射または後方散乱される。
【０００７】
当業者にとって、その他の技術的特徴は、以下の図面、説明、および請求項から直ちに明らかになるであろう。
【０００８】
以下の詳細な説明を始める前に、この特許文書全体にわたって使用される特定の単語および表現の定義を述べることが好都合であろう。「結合」という用語およびその派生語は、２つ以上の要素間の何らかの直接または間接通信を意味するが、この場合、これらの要素が互いに物理的に接触しているか否かは問わない。「送信」、「受信」および「通信」という用語ならびにこれらの派生語は、直接通信および間接通信の両方を包含する。「含む」および「備える」ならびにこれらの派生語は、制限を伴うことなく、含むこと、を意味する。「または」という用語は、および／またはを意味する包括的な用語である。「〜に対応付けられた」という表現およびその派生表現は、含むこと、〜の中に含まれること、〜と相互接続されること、含有すること、〜の中に含有されること、〜にまたは〜と接続すること、〜にまたは〜と結合すること、〜と通信可能であること、〜と協力すること、交互に配置すること、並置すること、〜に近接していること、〜にまたは〜と結び付けられること、有すること、〜という特性を有すること、〜にまたは〜と関係があることなどを、意味する。「コントローラ」という用語は、少なくとも１つのオペレーションを制御する何らかのデバイス、システムまたは部分を意味する。このようなコントローラは、ハードウェアで実現されてもよく、ハードウェアおよびソフトウェアおよび／またはファームウェアの組み合わせで実現されてもよい。何らかの特定のコントローラと対応付けられる機能は、中央集中型であっても分散型であってもよく、ローカルまたはリモートを問わない。「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、アイテムのリストとともに用いられる場合、リストに含まれるアイテムのうちの１つ以上のさまざまな組み合わせを使用できることを意味し、このリストのたった１つのアイテムが必要な場合もある。たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ，および、ＡとＢとＣ、という組み合わせのうちのいずれかを含む。
【０００９】
加えて、後述のさまざまな機能は、１つ以上のコンピュータプログラムによって実現またはサポートすることが可能であり、１つ以上のコンピュータプログラムの各々は、コンピュータ読取可能プログラムコードから形成され、コンピュータ読取可能媒体において実施される。「アプリケーション」および「プログラム」という用語は、１つ以上のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令セット、手順、機能、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、または、適切なコンピュータ読取可能プログラムコードで実現するようにされたその一部を意味する。「コンピュータ読取可能プログラムコード」という表現は、ソースコード、オブジェクトコード、および実行可能コードを含む、何らかのタイプのコンピュータコードを含む。「コンピュータ読取可能媒体」という表現は、コンピュータがアクセス可能ないずれかの種類の媒体を含み、たとえば、読出専用メモリ（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）、またはその他いずれかのタイプのメモリなどである。「非一時的な」コンピュータ読取可能媒体は、一時的な電気信号またはその他の信号を搬送する有線、無線、光、またはその他の通信リンクを除外する。非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、データを恒久的に保存することができる媒体およびデータを保存しその後上書きすることができる媒体、たとえば書換可能な光ディスクまたは消去可能なメモリデバイスなどを含む。
【００１０】
その他の特定の単語および表現の定義は、この特許文書全体にわたって提供される。大半でなくとも多くの場合において、このような定義は、定義されたこのような単語および表現の過去の使用にも将来の使用にも適用されることを、当業者は理解するはずである。
【００１１】
次に、本開示およびその利点がより完璧に理解されるよう、同様の参照番号が同様の部分を表す添付の図面とともに、以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態に係るワイヤレスネットワークの一例を示す図である。
【図２】本開示の実施形態に係るｇＮＢの一例を示す図である。
【図３】本開示の実施形態に係るＵＥの一例を示す図である。
【図４】本開示の実施形態に係る、イメージングのための２Ｄ  ＭＩＭＯアンテナアレイの一例を示す図である。
【図５】本開示の実施形態に係る、２Ｄ  ＭＩＭＯ仮想アンテナアレイを用いて方位角面により大きな開口を合成する一例を示す図である。
【図６】本開示の実施形態に係る、２Ｄ  ＭＩＭＯ仮想アンテナアレイを用いて方位角面により大きな開口を合成する別の例を示す図である。
【図７】本開示の実施形態に係る自動車アンテナ設計の一例を示す図である。
【図８】本開示の実施形態に係る自動車アンテナ設計の別の例を示す図である。
【図９】本開示の実施形態に係る仮想２Ｄ円形アンテナアレイの一例を示す図である。
【図１０】本開示の実施形態に係る自動車のイメージングレーダーの設置の一例を示す図である。
【図１１】本開示の実施形態に係る屋内設置の一例を示す図である。
【図１２】本開示の実施形態に係るファクトリーオートメーションの一例を示す図である。
【図１３】本開示の実施形態に係るビームフォーマ照射原理の一例を示す図である。
【図１４】本開示の実施形態に係るハイブリッドビームフォーミング全体の一例を示す図である。
【図１５】本開示の実施形態に係る、ＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形によるハイブリッドビームフォーミングの一例を示す図である。
【図１６】本開示の実施形態に係る、ＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形によるハイブリッドビームフォーミング実現アーキテクチャの一例を示す図である。
【図１７】本開示の実施形態に係る、２Ｄ仮想アンテナアレイによるビームフォーミング形態の一例を示す図である。
【図１８】本開示の実施形態に係る、送信ビームフォーミングの一例を示す図である。
【図１９】本開示の実施形態に係る、受信ビームフォーミングの一例を示す図である。
【図２０】本開示の実施形態に係る、Ｍ個のアンテナアレイによる受信ビームフォーミングの一例を示す図である。
【図２１】本開示の実施形態に係るマルチビーム照射およびスケジューリングの一例を示す図である。
【図２２】本開示の実施形態に係る装置の一例を示す図である。
【図２３】本開示の実施形態に係るセンサおよびアプリケーションソフトウェアの一例を示す図である。
【図２４】本開示の実施形態に係る、３Ｄイメージング、ローカライゼーション、および測位のための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方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
以下で説明する図１〜図２４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さまざまな実施形態は、専ら例示を目的としているのであって、決して本開示の範囲を制限すると解釈されてはならない。当業者は、本開示の原理は適切に構成された任意のシステムまたはデバイスにおいて実現し得ることを理解するであろう。
【００１４】
以下の図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）通信技術を用いて実現される、さまざまな実施形態を説明している。図１〜図３の説明は、さまざまな実施形態を実現できる方法に対する物理的なまたはアーキテクチャ上の限定を暗に示すことを意図していない。本開示のさまざまな実施形態は、適切に構成された任意の通信システムにおいて実現することができる。
【００１５】
図１は、本開示の実施形態に係るワイヤレスネットワークの一例を示す。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にすぎない。本開示の範囲から逸脱することなく、ワイヤレスネットワーク１００の他の実施形態を使用することができる。
【００１６】
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、インターネット、専用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等の少なくとも１つのネットワーク１３０とも通信する。
【００１７】
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）のために、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、スモールビジネス（ＳＢ）に位置し得るＵＥ１１１、企業（Ｅ）に位置し得るＵＥ１１２、ＷｉＦｉ（登録商標）ホットスポット（ＨＳ）に位置し得るＵＥ１１３、第１の住宅（Ｒ）に位置し得るＵＥ１１４、第２の住宅（Ｒ）に位置し得るＵＥ１１５、および、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）であってもよい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ＵＥのために、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において、ｇＮＢ１０１〜１０３のうちの１つ以上が、５Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＷｉＦｉ、またはその他のワイヤレス通信技術を用いて、相互におよびＵＥ１１１〜１１６と通信することができる。
【００１８】
ネットワークの種類に応じて、「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もしくは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）、またはその他のワイヤレス対応デバイス等の、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）を意味する場合がある。基地局は、１つ以上のワイヤレス通信プロトコル、たとえば、５Ｇ  ３ＧＰＰ新無線インターフェイス／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−Ｆｉ  ８０２．１１Ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃなどに従ってワイヤレスアクセスを提供することができる。便宜上、本特許文書において、「ＢＳ」および「ＴＲＰ」という用語は、遠隔端末にワイヤレスアクセスを提供するネットワークインフラストラクチャコンポーネントを意味するものとして区別なく使用される。また、ネットワークの種類に応じて、「ユーザ機器」または「ＵＥ」という用語は、「移動局」、「加入者局」、「遠隔端末」、「無線端末」、「受信ポイント」、または「ユーザデバイス」等の任意の構成要素を意味し得る。便宜上、本特許文書において、「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等）であるか、または通常は静止デバイス（デスクトップコンピュータまたは自動販売機等）であるかに関係なく、ＢＳにワイヤレスアクセスする遠隔ワイヤレス機器を意味するものとして使用される。
【００１９】
点線は、例示および説明の目的のためだけにほぼ円形のものとして示されているカバレッジエリア１２０および１２５のおおよその範囲を示す。カバレッジエリア１２０および１２５等のｇＮＢに関連するカバレッジエリアは、ｇＮＢの構成ならびに自然および人工の障害物に関連する無線環境の違いに応じて、不規則な形状を含むその他の形状を有し得ることが、明確に理解されるはずである。
【００２０】
以下でより詳細に説明するように、ＵＥ１１１〜１１６のうちの１つ以上は、先端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。ある実施形態において、ｇＮＢ１０１〜１０３のうちの１つ以上は、先端ワイヤレス通信システムにおける３Ｄイメージング、ローカライゼーション、および測位のための効率的な合成開口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。
【００２１】
図１はワイヤレスネットワークの一例を示すが、図１に対してさまざまな変更を行うことができる。たとえば、ワイヤレスネットワークは、任意の数のｇＮＢおよび任意の数のＵＥを任意の適切な構成で含み得る。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ＵＥにネットワーク１３０への直接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。さらに、ｇＮＢ１０１、１０２、および／または１０３は、外部電話網またはその他の種類のデータネットワーク等のそ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。
【００２２】
図２は、本開示の実施形態に係るｇＮＢ１０２の一例を示す。図２に示されるｇＮＢ１０２の実施形態は、専ら例示を目的としており、図１のｇＮＢ１０１および１０３は同一または同様の構成を有することができる。しかしながら、ｇＮＢは多種多様な構成であり、図２は本開示の範囲をｇＮＢの任意の特定の実装形態に限定するものではない。
【００２３】
図２に示されるように、ｇＮＢ１０２は、複数のアンテナ２０５ａ〜２０５ｎと、複数のＲＦトランシーバ２１０ａ〜２１０ｎと、送信（ＴＸ）処理回路２１５と、受信（ＲＸ）処理回路２２０とを含む。ｇＮＢ１０２はまた、コントローラ／プロセッサ２２５と、メモリ２３０と、バックホールまたはネットワークインターフェイス２３５とを含む。
【００２４】
ＲＦトランシーバ２１０ａ〜２１０ｎは、アンテナ２０５ａ〜２０５ｎから、ネットワーク１００内のＵＥが送信する信号等の入力ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ２１０ａ〜２１０ｎは、入ってくる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に送られ、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、および／またはデジタル化することにより、処理されたベースバンド信号を生成する。ＲＸ処理回路２２０は、さらなる処理のために、処理されたベースバンド信号をコントローラ／プロセッサ２２５に送信する。
【００２５】
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（たとえば、ボイスデータ、ウェブデータ、電子メール、または対話型ビデオゲームデータ）を受信する。ＴＸ処理回路２１５は、出力ベースバンドデータを符号化、多重化、および／またはデジタル化することにより、処理された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、出力する、処理されたベースバンドまたはＩＦ信号を受信し、この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。
【００２６】
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つ以上のプロセッサまたはその他の処理装置を含むことができる。たとえば、コントローラ／プロセッサ２２５は、周知の原理に従い、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と、逆方向チャネル信号の送信とを、制御することができる。コントローラ／プロセッサ２２５は、さらに高度なワイヤレス通信機能等のさらに他の機能をサポートすることも可能である。たとえば、コントローラ／プロセッサ２２５は、複数のアンテナ２０５ａ〜２０５ｎからの出力信号に対し、これらの出力信号を所望の方向に効果的に向けるために、異なる重み付けを行う、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可能である。ｇＮＢ１０２では、コントローラ／プロセッサ２２５が、多種多様なその他の機能のうちの任意の機能をサポートすることができる。
【００２７】
コントローラ／プロセッサ２２５は、ＯＳ等の、メモリ２３０に常駐するプログラムおよびその他のプロセスを実行することもできる。コントローラ／プロセッサ２２５は、実行しているプロセスの要求に応じて、データをメモリ２３０に移動させるまたはデータをメモリ２３０から移動させることができる。
【００２８】
コントローラ／プロセッサ２２５は、バックホールまたはネットワークインターフェイス２３５にも結合される。バックホールまたはネットワークインターフェイス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その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。インターフェイス２３５は、任意の適切な有線または無線接続を介する通信をサポートすることが可能である。たとえば、ｇＮＢ１０２がセルラー通信システム（たとえば５Ｇ、ＬＴＥ、またはＬＴＥ−Ａをサポートするもの）の一部として実現される場合、インターフェイス２３５は、ｇＮＢ１０２が、有線または無線バックホール接続を介してその他のｇＮＢと通信できるようにすることが可能である。ｇＮＢ１０２がアクセスポイントとして実現される場合、インターフェイス２３５は、ｇＮＢ１０２が、有線もしくは無線ローカルエリアネットワークを介して、または、有線もしくはワイヤレス接続を介して、より大きなネットワーク（インターネット等）と通信できるようにすることが可能である。インターフェイス２３５は、イーサネット（登録商標）またはＲＦトランシーバ等の有線または無線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。
【００２９】
メモリ２３０は、コントローラ／プロセッサ２２５に結合される。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。
【００３０】
図２はｇＮＢ１０２の一例を示すが、図２に対してさまざまな変更を行うことができる。たとえば、ｇＮＢ１０２は、図２に示される各構成要素について、任意の数の当該構成要素を含むことができる。特定の例として、アクセスポイントは、いくつかのインターフェイス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、ｇＮＢ１０２は、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、それぞれについて（ＲＦトランシーバごとに）複数のインスタンスを含むことができる。また、図２の各種構成要素は、組み合わせる、さらに細分化する、または省略することもでき、特定の必要性に応じてその他の構成要素を追加することもできる。
【００３１】
図３は、本開示の実装形態に係るＵＥ１１６の一例を示す。図３に示されるＵＥ１１６の実施形態は、専ら例示を目的としており、図１のＵＥ１１１〜１１５は同一または同様の構成を有することができる。しかしながら、ＵＥは多種多様な構成であり、図３は本開示の範囲をＵＥの任意の特定の実装形態に限定するものではない。
【００３２】
高度通信装置は、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意味し得るものであり、図２における基地局（ＢＳ、ｇＮＢ）の一部として、または図３におけるＵＥとして、実現されてもよい。
【００３３】
図３に示されるように、ＵＥ１１６は、アンテナ３０５と、無線周波数（ＲＦ）トランシーバ３１０と、ＴＸ処理回路３１５と、マイク３２０と、受信（ＲＸ）処理回路３２５とを含む。ＵＥ１１６はまた、スピーカ３３０と、プロセッサ３４０と、入／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス（ＩＦ）３４５と、タッチスクリーン３５０と、ディスプレイ３５５と、メモリ３６０とを含む。メモリ３６０は、オペレーティングシステム（ＯＳ）３６１および１つ以上のアプリケーション３６２を含む。
【００３４】
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にから送信される入力ＲＦ信号を受信する。ＲＦトランシーバ３１０は、入力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に送られ、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／またはデジタル化することにより、処理されたベースバンド信号を生成する。ＲＸ処理回路３２５は、処理されたベースバンド信号をスピーカ３３０（音声データ用など）に、またはさらなる処理（ウェブブラウジングデータ用など）のためにプロセッサ３４０に送信する。
【００３５】
ＴＸ処理回路３１５は、マイク３２０からアナログまたはデジタルボイスデータを、または、プロセッサ３４０から他の出力ベースバンドデータ（ウェブデータ、電子メール、または対話型ビデオゲームデータ等）を受信する。ＴＸ処理回路３１５は、出力ベースバンドデータを符号化、多重化、および／またはデジタル化することにより、処理された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から出力する、処理されたベースバンドまたはＩＦ信号を受信し、この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。
【００３６】
プロセッサ３４０は、ＵＥ１１６の全体的な動作を制御するために、１つ以上のプロセッサまたは他の処理装置を含みメモリ３６０に格納されたＯＳ３６１を実行することができる。たとえば、プロセッサ３４０は、周知の原理に従い、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と、逆方向チャネル信号の送信とを制御することができる。いくつかの実施形態において、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。
【００３７】
プロセッサ３４０は、ビーム管理のためのプロセス等の、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できる。プロセッサ３４０は、実行しているプロセスの要求に応じて、データをメモリ３６０に移動させるまたはデータをメモリ３６０から移動させることができる。いくつかの実施形態において、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した信号に応答して、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、Ｉ／Ｏインターフェイス３４５にも結合され、Ｉ／Ｏインターフェイス３４５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等の他のデバイスに接続する機能を提供する。Ｉ／Ｏインターフェイス３４５は、これらのアクセサリとプロセッサ３４０との間の通信経路である。
【００３８】
プロセッサ３４０は、タッチスクリーン３５０およびディスプレイ３５５にも結合される。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／または少なくとも限定されたグラフィック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。
【００３９】
メモリ３６０はプロセッサ３４０に結合される。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出専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。
【００４０】
図３はＵＥ１１６の一例を示すが、図３に対してさまざまな変更を行うことができる。たとえば、図３の各種構成要素は、組み合わせる、さらに細分化する、または省略することもでき、特定の必要性に応じてその他の構成要素を追加することもできる。特定の例として、プロセッサ３４０は、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）および１つ以上のグラフィック処理装置（ＧＰＵ）のような、複数のプロセッサに分割することが可能である。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を示すが、ＵＥは、他のタイプのモバイルデバイスまたは静止デバイスとして動作するように構成されてもよい。
【００４１】
レーダーは、防衛および自動車の用途において使用される。これらのシステムは、依然としてアナログ波形および回路に依存して反射信号を得て処理することにより、空間情報およびドップラー情報を得る。
【００４２】
本開示の実施形態は、高分解能デジタルレーダーにおける、アナログデジタル変換／デジタルアナログ変換（ＡＤＣ／ＤＡＣ）、アナログ処理の複雑さ、および消費電力を、大帯域幅という要件のために、検討しなければならないことを、認識し考慮する。具体的には、ＡＤＣは受信機において最も消費電力が大きいブロックであるので、省電力対策が必要である。さらに、システムの実装のための複雑さも要求される。従来のレーダーシステム、たとえば高分解能イメージングレーダーでは、高分解能を得るために多数のアンテナ素子が必要であり、そのため、ハードウェアコストおよび消費電力が要求される。
【００４３】
本開示のさまざまな実施形態は、必要とされる物理チャネルの数を低減することにより、特に自動車用途において必要とされる複雑さおよび消費電力を著しく低減することができる、フロントエンドにおける広帯域アナログビームフォーミングを用いたハイブリッドビームフォーミングの手法を提供する。
【００４４】
本開示のさまざまな実施形態は、（たとえばＯＦＤＭに基づく）デジタル波形を使用して３Ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）のポイントクラウドおよびドップラー情報を示すことができる、４Ｄイメージングレーダーを提供する。本開示のさまざまな実施形態は、全デジタル処理を提供することにより、アーティファクトのない、高解像度で干渉に強い画像を提供する。
【００４５】
本開示のさまざまな実施形態は、従来の自動車用レーダーとは異なり、近接場および遠方場を同時にイメージングすることを可能にする技術を提供する。
【００４６】
本開示のさまざまな実施形態は、分解能を保ちつつ物理チャネルの数を大幅に低減し得る、仮想化された受信機アンテナ設計および処理を用いる２Ｄ  ＭＩＭＯアンテナ（たとえばＭＩＭＯ、２Ｄ仮想ＭＩＭＯ）を提供する。
【００４７】
本開示のさまざまな実施形態は、物体の速度が制限される屋内用途のために、送信機／受信機を物理的に移動させつつ大きな開口を合成する単一の（または少数の）送受信アンテナペアを提供するが、本開示のさまざまな実施形態は、イメージングシステムのハードウェア要件を低く保つことができる。
【００４８】
本開示のさまざまな実施形態は、大きなアンテナ開口サイズを必要とするＬｉｄａｒ等の光学システムと同様の分解能を有する高分解能レーダーを提供する。
【００４９】
本開示のさまざまな実施形態は、大きなアレイサイズに対して機能することができる、フロントエンドモジュール（たとえば回路）とベースバンド処理モジュール（たとえば回路）との間のデジタルインターフェイスを可能にする、処理アーキテクチャ、ハイブリッドビームフォーミング、および、２Ｄ仮想ＭＩＭＯを提供する。一例において、アンテナアレイはバンパーの幅または窓の幅に及ぶ。
【００５０】
図４は、本開示の実施形態に係る、イメージングのための２Ｄ仮想ＭＩＭＯアンテナアレイ４００の一例を示す。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、専ら例示を目的としている。図４は、本開示の範囲を任意の特定の実装形態に限定するものではない。
【００５１】
図４に示されるように、イメージングのための２Ｄ仮想ＭＩＭＯアンテナアレイは、送信（Ｔｘ）アンテナ４０２と、受信（Ｒｘ）アンテナ４０４と、２Ｄ  ＭＩＭＯアンテナ４０６とを含む。送信機では、１次元（１Ｄ）線形アレイを用いた方位角面（Ａｚｉｍｕｔｈ）ビームフォーミングが実行され、方位角面においてシーケンシャルスキャンが実行される。受信機では、垂直分解能のための垂直ビームフォーミングが実行される。図４に示されるように、６４個のチャネル到来角（ＡｏＡ）アンテナが設けられる。
【００５２】
一実施形態において、２Ｄ仮想アンテナアレイは、ＭＩＭＯアンテナアレイ（たとえば２／４／８直交チャネル）を使用することができる。先に述べたように、２Ｄ仮想アンテナアレイは、たとえば、Ｎ２個の経路から２Ｎ個の経路への削減（たとえばトランシーバにおけるＡＤＣ／ＤＡＣの数が少なく消費電力が小さい）、アンテナサイズ削減およびアンテナ設計、ならびにＤＡＣ／ＡＤＣ、ＩＦおよび消費電力のための回路の関連する削減という、利点を有することができる。
【００５３】
図５は、本開示の実施形態に係る、２Ｄ  ＭＩＭＯ仮想アンテナアレイ５００を用いて方位角面においてより大きな開口を合成する例を示す。図５に示されるように、送信アンテナ５０２は方位角方向の１Ｄアレイであり、受信アンテナアレイ５０４は、複数のＮ個のアンテナ列アレイを備え、これは、Ｍ個のアンテナ素子を有する１Ｄアンテナアレイを含む（たとえば合成アンテナアレイ５０６）。図５に示される方位角面においてより大きな開口を合成する実施形態５００は、専ら例示を目的としている。図５は、本開示の範囲を任意の特定の実装形態に限定するものではない。送信アンテナアレイおよび受信アンテナアレイは、図５に示されるようにモノスタティックレーダーにおいて同一場所にあってもよく、またはバイスタティックレーダーにおいて同じターゲットエリアを照射するが異なる場所にあってもよい。一例では、Ｒｘアンテナ５０４間の距離は４λであるが、他の距離が使用されてもよい。一例では、Ｔｘアンテナアレイ５０２間の距離は０．５λであるが、他の距離が使用されてもよい。
【００５４】
図６は、本開示の実施形態に係る、２Ｄ  ＭＩＭＯ仮想アンテナアレイ６００を用いて方位角面に大きな開口を合成する別の例を示す。図６に示される方位角面に大きな開口を合成する実施形態６００は、例示にすぎない。図６は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。送信アンテナアレイおよび受信アンテナアレイは、図６に示されるようにモノスタティックレーダーにおいて同一場所にあってもよく、またはバイスタティックレーダーにおいて同じターゲットエリアを照射するが異なる場所にあってもよい。
【００５５】
図５および図６は、本開示に係る、方位角面においてより大きな開口を合成する例を示す。図５に示されるように、送信経路の数は、Ｍ２ＮからＭ＋ＭＮに削減される。Ｍはアンテナアレイサイズであり、ＮはＲｘアンテナ列の数である。たとえば、Ｍ＝８およびＮ＝４の場合、３２０個の経路が４０個の経路に削減され（たとえば８８％の節約）、Ｍ＝８およびＮ＝８の場合、５１２個の経路が７２個の経路に削減される（たとえば８６％の節約）。図６に示されるように、方位角面におけるより大きな開口の合成は、Ｔｘアンテナ６０２と、Ｒｘアンテナ６０４と、合成アンテナアレイ６０６とを含む。一例では、Ｒｘアンテナ６０４間の距離は４λであるが、他の距離が使用されてもよい。一例では、Ｔｘアンテナアレイ６０２間の距離は０．５λであるが、他の距離が使用されてもよい。
【００５６】
図６に示されるように、方位角面におけるより大きな開口の合成は、２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングにより、調整可能な垂直アンテナポインティング角および視野を提供することができる。たとえば、参照番号６０８で示される２つのＴｘアンテナアレイがある。
【００５７】
図７は、本開示の実施形態に係る自動車アンテナ設計の一例７００を示す。図７に示される自動車アンテナ設計７００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図７は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。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７０２と、Ｒｘアンテナ７０４と、バックミラー７０６とを備える。一例では、Ｔｘアンテナは、垂直アレイにおいて３２個の素子を有し、水平アレイにおいて６４個の素子を有することができる。このような例では、水平アレイ幅は１２４．８ｍｍとすることができ、他の例では他の幅とすることができる。このような例では、垂直アレイ幅は６２．４ｍｍとすることができ、他の例では他の幅とすることができる。
【００５８】
図８は、本開示の実施形態に係る自動車アンテナ設計の別の例８００を示す。図８に示される自動車アンテナ設計８００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図８は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。一例では、Ｔｘアンテナは、２組のアレイ素子を有していてもよい。一例では、水平の各組は１２８個の素子を含んでいてもよく、垂直の各組は６４個の素子を含んでいてもよい。他の実施形態において、他の数の素子が使用されてもよい。このような例では、水平アレイ幅は、両方の組について合計２４９．６ｍｍとすることができ、他の例では他の幅とすることができる。このような例では、垂直アレイ幅は１２４．８ｍｍとすることができ、他の例では他の幅とすることができる。
【００５９】
図７には、たとえば７７ＧＨｚの自動車アンテナ設計に対する、６４×３２仮想アレイが示されている。図７に示されるように、６４×３２仮想アレイは、方位角面の６４個の素子および仰角面（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）の６４個の素子を含むＴｘアンテナパネルと、２つの垂直Ｒｘアレイとを含む。図８に示されるように、自動車アンテナ設計８００は、Ｔｘアンテナ８０２と、Ｒｘアンテナ８０４と、バンパー８０６と、バンパーカバー８０８とを備える。
【００６０】
図８には、たとえば７７ＧＨｚの自動車アンテナ設計に対する、１０２４×６４仮想アレイが示されている。図８に示されるように、１０２４×６４仮想アレイは、方位角面の１２８個の素子を含むＴｘアンテナパネルと、仰角面の６４個の素子を含む８個の垂直Ｒｘアレイとを含む。高さのＲｘ用の８個の垂直アレイとを含む。図８に示される１０２４×６４仮想アレイは、調整可能な垂直アンテナポインティング角および視野のために２つ以上のＴｘアンテナアレイ（行）を含むように拡張することができる。本明細書で使用される、Ｍ個の素子は水平要素とすることができ、Ｎは垂直要素である。
【００６１】
図９は、本開示の実施形態に係る仮想２Ｄ円形アンテナアレイの一例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、専ら例示を目的としている。図９は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。図９に示されるように、仮想２Ｄ円形アンテナアレイ９００は、Ｍ個のＴｘ素子９０２とＮ個のＲｘ素子９０４とを含む。
【００６２】
図９に示されるように、ポール、ランプポスト、およびルーフトップ設備を含む一組の構成９０６は、３６０度のカバレッジを実現できる。
【００６３】
図１０は、本開示の実施形態に係るイメージングレーダー１０００の自動車設置の一例を示す。図１０に示されるイメージングレーダー１０００の自動車設置の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１０は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００６４】
図１０に示されるように、自動車という目的に対し、ルーフトップへのイメージングレーダー１００２の設置について、複数のオプションを提供することができる。
【００６５】
図１１は、本開示の実施形態に係る屋内設置の一例１１００を示す。図１１に示される屋内設置１１００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１１は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００６６】
図１２は、本開示の実施形態に係るファクトリーオートメーションの一例１２００を示す。図１２に示されるファクトリーオートメーション１２００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１２は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。図１２では、Ｔｘアンテナ１２０２が送信中に移動しＲｘアンテナ１２０４が受信中に移動するのに伴い、システムは、Ｔｘアンテナ素子の位置ごとに、形状全体を掃引する。
【００６７】
図１１に示されるように、アンテナは、屋内設置、ファクトリーオートメーション、およびマッピングアプリケーションのために、たとえば２つの角に沿って矩形の配置で設置することができる。図１１に示されるように、送信は、アンテナアレイ１  １１０６を備える送信（Ｔｘ）アンテナ１１０２を使用して実行され、受信は、ターゲットエリアを照射しながら、アンテナアレイ２  １１０８を備える受信（Ｒｘ）アンテナ１１０４を使用して実行される。
【００６８】
一実施形態において、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を備える受信（Ｒｘ）アンテナを使用して実行される。
【００６９】
別の実施形態において、送信は、アンテナ開口１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２を備える受信（Ｒｘ）アンテナを使用して実行される。
【００７０】
図１２に示されるように、１開口当たり少なくとも１つのアンテナ素子を実現することができる。一実施形態において、開口１のアンテナ素子は、室内で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。そのような実施形態において、各アンテナ素子の信号は、図１８、図１９および図２０に示されるビームフォーミングの式に従って重み付けされ、本開示によって与えられる大きな２Ｄアンテナ開口を合成する。図１２に示されるように、送信は、アンテナアレイ１  １２０６を備える送信（Ｔｘ）アンテナ１２０２を使用して実行され、受信は、ターゲットエリアを照射しながらアンテナアレイ２  １２０８を備える受信（Ｒｘ）アンテナ１２０４を使用して実行される。
【００７１】
一実施形態において、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、目標物から反射された信号を受信する間にｙ軸に沿って移動する。そのような実施形態において、各アンテナ素子の信号は、本開示によって与えられる、図１８、図１９および図２０に示されるビームフォーミングの式に従って重み付けされる。そのような実施形態において、開口１の各アンテナ位置からの送信ごとに、開口２の各アンテナ素子位置の各々からの受信は、アンテナ素子をｙ軸に沿って順次移動させることによって実行される。このプロセスは、開口１の各アンテナ位置について繰り返される。
【００７２】
図１３は、本開示の実施形態に係るビームフォーマ照射原理の一例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、専ら例示を目的としている。図１３は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００７３】
図１３に示されるように、ターゲットシーンは、シングルビーム送信マルチビーム受信モードで照射される。シングルビームマルチビーム受信モードでは、送信ビーム１３０２は、送信機においてシーケンシャルスキャン方式で照射され、受信ビーム１３０４は、受信機において同時に照射される。受信機は、送信スキャンごとに、複数のビームから同時に反射および散乱信号を受信する。このモードでは、ターゲットエリアの複数のポイントからの反射が収集される。送信機は、複数の照射のための複数のビームを同時に形成することができ、複数のビームの各ビームは、多位相符号化を提供する直交多位相符号で生成された波形のうちの１つを送信する。
【００７４】
以下において、高度通信装置は、図１４、図１５、および図１６を参照して、図１４、図１５、および図１６に記載される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ことができる。加えて、図１４、図１５、および図１６は、図２および図３において、ユーザ機器（ＵＥ）または基地局（ＢＳ、ｇＮＢ）の例のうちの１つとして実現することができる。図１４、図１５および図１６に記載されるような送信アンテナアレイおよび受信アンテナアレイ（図２の２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｎおよび図３の３１０にも示されている）を含む高度通信装置は、図２３に図示されるような３Ｄイメージングセンサをさらに含む。
【００７５】
図１４は、本開示の実施形態に係る、ハイブリッドビームフォーミング全体１４００を有する３Ｄイメージングセンサの一例を示す。図１４に示されるハイブリッドビームフォーミング装置１４００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１４は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００７６】
ブロック１４０２において、バイナリＰＮシーケンスまたは多位相シーケンスが生成される。ブロック１４０４において、このシーケンスはデジタル変調される。変調器は、ブロック１４０２において実行され、変調は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＯＯＫ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＰＭ、ＰＳＫ、ＯＦＤＭ、およびＤＰＳＫ変調器のうちの１つである。ブロック１４０６において、変調信号は、図１８に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１４０８において、信号は、ＩＦおよびＡＤＣによってアナログ信号に変換される。アナログ信号は、ブロック１４１０においてアナログシフタによってビームフォーミングされ、ブロック１４１２において、搬送波周波数にアップコンバートされ、放射アンテナによって送信される。
【００７７】
反射され後方散乱された信号は、ブロック１４１４において、受信アンテナにおいて物体１４１３から受信される。ブロック１４１６において、アナログ信号が受信機アナログ位相シフタによってビームフォーミングされる。ブロック１４１８において、信号はＩＦおよびＤＡＣによってダウンコンバートされ、デジタル信号に変換される。ブロック１４２０において、デジタル信号は、図１９および図２０に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１４２２において、デジタル画像形成アルゴリズムによって４Ｄ画像が生成される。１４２４において、生成された画像は、検出および追跡のために後処理される。
【００７８】
図１４に示されるように、３Ｄ画像センサの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と、変調ブロックと、デジタルビームフォーミング（ＢＦ）ブロックと、中間周波数（ＩＦ）／デジタルアナログ変換（ＤＡＣ）ブロックと、アナログＢＦブロックとを備える。図１４に示されるように、組み合わされたデジタルおよびアナログビームフォーマは、式１によって与えられる２つの部分に分割される広帯域プリコーディング（Ｗｉ）として説明される。
【００７９】
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ  式（１）
式中、ＷＡは、アンテナサブアレイ内のアナログビームフォーミングであり、ＷＤは、デジタルビームフォーミングマトリックスアナログサブアレイであり、Ｔ：Ｄ／Ａ、ＩＦ／ＲＦである。
【００８０】
図１５は、本開示の実装形態に係る、ＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形１５００（たとえば３Ｄイメージングセンサ）を用いたハイブリッドビームフォーミングの一例を示す。図１５に示されるＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーミング１５００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１５は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００８１】
ブロック１５０２において、１つ以上のバイナリＰＮシーケンスまたは多位相シーケンスが生成される。ブロック１５０４において、このシーケンスはＭＩＭＯ処理される。ブロック１５０６において、ＭＩＭＯ処理された信号がＩＦＦＴによって処理され、ＣＰが追加される。ブロック１５０８において、信号は、図１８に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１５１０において、信号は、ＩＦおよびＡＤＣによってアナログ信号に変換される。アナログ信号はブロック１５１２においてアナログ位相シフタによってビームフォーミングされ、これは搬送波周波数にアップコンバートされ、放射アンテナ１５１３によって送信される。
【００８２】
反射され後方散乱された信号は、受信アンテナ１５１５において物体１５１４から受信される。ブロック１５１６において、アナログ信号は、受信機アナログ位相シフタによってビームフォーミングされる。ブロック１５１８において、信号はＩＦおよびＤＡＣによってダウンコンバートされ、デジタル信号に変換される。ブロック１５２０において、デジタル信号は、図１９および図２０に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１５２２において、ＣＰが除去され、信号はＩＦＦＴによって処理される。ブロック１５２４において、デジタル画像形成アルゴリズムによって４Ｄ画像が生成される。１５２６において、生成された画像は、検出および追跡のために後処理される。
【００８３】
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（たとえば３Ｄイメージングセンサ）は、シーケンス生成ブロックと、変調ブロックと、リソース素子（ＲＥ）マッピングブロックと、逆高速フーリエ変換／サイクリックプレフィックス（ＩＦＦＴ／ＣＰ）ブロックと、デジタルＢＦブロックと、ＩＦ／ＤＡＣブロックと、アナログＢＦブロックとを備える。図１５に示されるように、広帯域プリコーディング（Ｗ１）が決定されるときの、組み合わされたデジタルおよびアナログの結合ビームフォーマについて説明する。そのような場合、広帯域プリコーディング（Ｗ１）は、式（２）によって与えられる２つの部分に分割される。
【００８４】
Ｗ１＝ＷＤＴＷＡ  式（２）
式中、ＷＡはアンテナサブアレイ内のアナログビームフォーミングであり、ＷＤは、デジタルビームフォーミングマトリックスアナログサブアレイであり、Ｔ：Ｄ／Ａ，ＩＦ／ＲＦである。
【００８５】
図１６は、本開示の実施形態に係る、ＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーミング実装形態のアーキテクチャ１６００（たとえば３Ｄイメージングセンサ）を示す。図１６に示されるＭＩＭＯ  ＯＦＤＭ波形を用いるハイブリッドビームフォーミング１６００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図１６は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００８６】
ブロック１６０２において、１つ以上のバイナリＰＮシーケンスまたは多位相シーケンスが生成される。ブロック１６０４において、シーケンスはＭＩＭＯ処理される。ブロック１６０６において、ＭＥＭＯ処理された信号がＩＦＦＴによって処理され、ＣＰが追加される。ブロック１６０８において、信号は、図１８に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１６１０において、信号は、ＩＦおよびＡＤＣによってアナログ信号に変換される。アナログ信号は、ブロック１６１２においてアナログ移相シフタによってビームフォーミングされ、これは、搬送波周波数にアップコンバートされ、放射アンテナ１６１３によって送信される。
【００８７】
反射され後方散乱された信号は、受信アンテナ１６１５において物体１６１４から受信される。ブロック１６１６において、アナログ信号は、受信機アナログ移相シフタによってビームフォーミングされる。ブロック１６１８において、信号はＩＦおよびＤＡＣによってダウンコンバートされ、デジタル信号に変換される。ブロック１６２０において、デジタル信号は、図１９および図２０に示される式に従ってデジタルビームフォーミングされる。ブロック１６２２において、ＣＰが除去され、信号がＩＦＦＴによって処理される。ブロック１６２４において、デジタル画像形成アルゴリズムによって４Ｄ画像が生成される。１５２６において、生成された画像は、検出および追跡のために後処理される。
【００８８】
図１６に示されるように、フロントエンド処理およびベースバンド処理のための分割実装形態のアーキテクチャが、たとえば３Ｄイメージングセンサのために提供される。フロントエンドトランシーバおよびベースバンド処理は、２つのチップに分割されてもよい。フロントエンドブロックは、アナログビームフォーマ、ＩＦ／ＡＤＣ、およびＤＡＣを含む。ベースバンドプロセッサは、信号処理を含む。複数のオプションが、フロントエンドモジュール（たとえば回路）とベースバンドプロセッサとの間の分割実装形態のアーキテクチャについて、定められる。
【００８９】
オプションＡの一実施形態において、アナログビームフォーミングおよびＩＦ／ＡＤＣ＆ＤＡＣ機能がフロントエンドブロックに存在する一方で、すべてのデジタル処理はベースバンド処理ブロックに存在する。
【００９０】
オプションＢの別の実施形態において、アナログ処理およびデジタルビームフォーミングはフロントエンドブロックに存在し、残りの処理はベースバンド処理ブロックに存在する。
【００９１】
オプションＣのさらに別の実施形態において、アナログ処理、デジタルビームフォーミング、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ、およびＣＰ除去は、フロントエンドブロックに存在する。さらに、レンジ処理等のレーダー信号処理をフロントエンドブロックに含めたものを提供することもできる。フロントエンドモジュールに統合される処理が多くなると、インターフェイスに対するリアルタイムデータ転送要件は減少する。
【００９２】
図１７は、本開示の実施形態に係る、２Ｄ仮想アンテナアレイ１７００を用いるビームフォーミングのある形態を示す。図１７に示される仮想アンテナアレイ１７００を用いるビームフォーミングの実施形態は、専ら例示を目的としている。図１７は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００９３】
図１７に示されるように、２Ｄ仮想アンテナアレイを用いるビームフォーミングの一例の形態が提供される。送信アンテナアレイは、アンテナアレイを形成する、方位角方向に距離ｄｘだけ隔てられているＭ個の送信アンテナ素子からなる２つの行を含む。２つの行アレイは互いに平行であり、２つの行アレイ間の距離はＬｘである。受信アンテナアレイは、アンテナアレイを形成する、高さ方向において距離ｄｘだけ隔てられているＮ個の受信アンテナ素子からなる２つの行を含む。
【００９４】
２つの列アレイは互いに平行であり、２つの列アレイ間の距離はＬｚである。ビームフォーマはターゲットａを（ｒ，φ，θ）で照射し、ｒはターゲットまでの距離であり、φおよびθは方位角面および仰角面におけるビームフォーミング角である。送信アンテナアレイおよび受信アンテナは、同じターゲットシーンを照射する限り、同一場所に置く必要はない。
【００９５】
図１７に示されるように、２Ｄ仮想アンテナアレイを用いるビームフォーミングは、Ｍ個のＴｘ素子アレイ１７０４を有する１つ以上のアンテナアレイおよびＮ個のＲｘ素子１７０６を有する１つ以上のアンテナアレイを使用して実行される。
【００９６】
図１８は、本開示の実施形態に係る送信ビームフォーミングの一例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、専ら例示を目的としている。図１８は、本開示のタイヤ範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【００９７】
図１８に示されるように、Ｔｘビームフォーミング回路１８００は、複数のベースバンド信号入力１８０１と、複数のＴｘアンテナアレイに接続されたＩＦ／ＤＡＣブロックとを含み、Ｔｘアンテナアレイは、２行のＭ素子アンテナアレイから構成される（Ｍ，２）素子を有する。図１８では、デジタルビームフォーマを有する単純なアンテナアレイを考慮すると仮定されている。図１８００は、２組のＭ個素子アンテナアレイを用いる送信ビームフォーミングを示す。ブロック１８１０は、ベースバンドにおけるＭ素子アンテナアレイの第１行に対する送信ビームフォーミングのための信号処理を示す。ブロック１８２０は、ベースバンドにおけるＭ素子アンテナアレイの第２行に対する送信ビームフォーミングのための信号処理を示す。アンテナアレイのｍ番目の素子およびｎ番目の行のベースバンド信号は、アポダイゼーションファクタａｍｎおよび位相ｅ−ｊψｍｎで乗算される。ＤＡＣ１８３０の後、２Ｍ信号経路は、アップコンバートおよび送信のために２Ｍアンテナポート１８４０にマッピングされる。
【００９８】
【数１】
2021534701.tif 000003
【００９９】
図１９は、本開示の実施形態に係る、受信ビームフォーミングの一例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、専ら例示を目的としている。図１９は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１００】
図１９に示されるように、Ｒｘビームフォーミング回路１９００は、Ｎ素子アンテナアレイの２列から構成される複数のＲｘアンテナアレイ（Ｎ，２）と、ベースバンド信号１９５０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ブロックとを含む。
【０１０１】
図１９に示されるように、デジタルビームフォーマを有する単純なアンテナアレイを提供すると仮定する。図１９は、２組のＮ素子アンテナアレイを用いる受信機ビームフォーミングを示す。受信機アンテナ素子１９１０およびＡＤＣ１９２０からの受信後、２Ｎの信号はベースバンド回路で処理される。ブロック１９３０は、ベースバンド回路内のＮ素子アンテナアレイの第１列のための受信機ビームフォーミング処理を示す。ブロック１９４０は、ベースバンド回路内のＮ素子アンテナアレイの第１列のための受信機ビームフォーミング処理を示す。アンテナアレイのｎ番目の素子およびｍ番目の列のベースバンド信号は、アポダイゼーションファクタａｍｎおよび位相ｅ−ｊψｍｎで乗算される。
【０１０２】
【数２】
2021534701.tif 000004
【０１０３】
図２０は、本開示の実施形態に係る、Ｍアンテナアレイ２０００を用いる受信ビームフォーミングの一例を示す。図２０に示されるＭアンテナアレイ２０００を用いる受信ビームフォーミングの実施形態は、専ら例示を目的としている。図２０は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１０４】
図２０は、本開示に係る、Ｎ素子アンテナアレイのＭ個の列から構成される、Ｍ個のアンテナアレイ２０００を用いる例示的な受信ビームフォーミングを示す。
【０１０５】
図２０に示されるように、Ｍ個のアンテナアレイ回路を用いるＲｘビームフォーミングは、複数のＲｘアンテナアレイ（Ｎ，Ｍ）と、ベースバンド信号２０５０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ブロックとを含む。図２０では、デジタルビームフォーマを有する単純なアンテナアレイが提供されると仮定する。図２０は、Ｍ組のＮ素子アンテナアレイを用いる受信機ビームフォーミングを示す。受信機アンテナ素子２０１０およびＡＤＣ２０２０からの受信後、ＭＮ信号はベースバンド回路で処理される。ブロック２０３０は、ベースバンド回路におけるＮ素子アンテナアレイの第２列に対する受信機ビームフォーミング処理を示す。ブロック２０４０は、Ｎ素子アンテナアレイの（Ｍ−１）番目の列のための受信機ビームフォーミング処理を示す。アンテナアレイのｎ番目の素子およびｍ番目の列に対するベースバンド信号は、アポダイゼーションファクタａｍｎおよび位相ｅ−ｊψｍｎで乗算される。
【０１０６】
【数３】
2021534701.tif 000005
【０１０７】
図２１は、本開示の実施形態に係る、マルチビーム照射およびスケジューリングの一例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、専ら例示を目的としている。図２１は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１０８】
図２１は、本開示に係る、ＭＩＭＯ／ビームフォーミングレーダーにおけるマルチビーム照射のビームフットプリントの一例を示す。
【０１０９】
図２１に示されるように、マルチビーム照射およびスケジューリングは、仰角面および方位角面において決定される。図２１に示されるように、Ｔｘにおける方位角面のマルチビーム照射は、デジタルビームフォーマまたはバトラーマトリクスで実現される。図２０に示されるように、実際には、２、４、またはそれ以上の同時ビームが照射される。図２１に示されるように、マルチビーム照射およびスケジューリングは、ターゲットシーン２１０２およびアンテナ２１０４を含む。
【０１１０】
受信器プロセスは、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、仰角面における視野（ＦｏＶ）全体を処理することができる。図２１に示されるように、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。そのような場合、ビームスケジューリングは、たとえば、ある領域内のオブジェクトの追跡に基づいて動的に調整することができる。
【０１１１】
図２０に示されるように、送信機では、同じルートシーケンスから生成された直交シーケンスが各送信ビームにマッピングされる。送信ビームは、方位角方向のビームフォーミングによって生成され、そのアンテナフットプリントにおいてターゲットシーン全体を照射しながら方位角方向に狭いビームをもたらす。受信機ビームは、仰角方向にアンテナアレイによって生成され、仰角面においてに狭いビームをもたらす。仮想受信アレイのためのデジタルビームフォーミングは、方位角面において狭いビームを生成し、方位角分解能を改善する。
【０１１２】
図２２は、本開示の実施形態に係る装置の一例２２００を示す。図２２に示される装置２２００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図２２は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１１３】
図２２に示されるように、装置は、モデム、ミリメートル（ｍｍ）波イメージングセンサ２２０２と、先端ドライバ支援システム／自動車両（ＡＤＡＳ／ＡＶ）中央プロセッサ２２０４とを備える。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサは、イーサネット２２２６等のネットワークを介してｍｍ波イメージングセンサに接続されてもよい。
【０１１４】
ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２０４はさらに、ｍｍ波イメージングセンサ２２０２に接続されたモデム２２４８（たとえば５ＧモデムＵｕ／Ｃ−Ｖ２Ｘ）に接続される。ＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２０４は、ディスプレイ２２５０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２２５４（たとえば端末、デバイスなど）に接続されてもよい。ＡＤＡＳ／ＡＶはさらに、外部のデバイスおよび／または物体（たとえば車両）において実現し得る別のプロセッサ２２５２（たとえばコントローラ）に接続されてもよい。
【０１１５】
この装置のｍｍ波イメージングセンサは、アンテナアレイ２２０７を含むアンテナブロック２２０６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２２０９と、３Ｄイメージングモデム２２２０、コア後処理センサ融合２２２２、およびカメラ２２２４を含むシステムオンチップ（ＳｏＣ）ブロック２２０８とを備える。
【０１１６】
この装置のＡＤＡＳ／ＡＶ中央プロセッサ２２０４は、画像処理ブロック２２２８、中央処理ユニット（ＣＰＵ）２２３０、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）コンピュータビジョン／機械学習（ＭＬ）２２３２、内部メモリ２２３４、ファブリック２２３６、ビデオコーデックＨ．２６４  ２２４２、接続性コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）／ＳＡＲイーサネット２２３８、セキュリティブロック２２４０、外部メモリインターフェイス２２４４、およびシステム制御ブロック２２４６を、含む。
【０１１７】
図２３は、本開示の実施形態に係るセンサおよびアプリケーションソフトウェアの一例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、専ら例示を目的としている。図２３は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１１８】
図２３に示されるように、３Ｄイメージングセンサ２３０２、３Ｄイメージングモデム２３０４、トランシーバ２３０６、およびアンテナアレイ２３０８を含む装置、ならびに、ＣＯＴＳハードウェア２３１０上に実装されるアプリケーションソフトウェアは、センサ融合、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る。
【０１１９】
図２４は、本開示の実施形態に係る、３Ｄイメージング、ローカライゼーション、および測位のための、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方法２４００のフローチャートを示す。図２４に示される方法２４００の実施形態は、専ら例示を目的としている。図２４は、本開示の範囲を何らかの特定の実装形態に限定するものではない。
【０１２０】
図２４に示されるように、方法２４００は、ステップ２４０２から始まる。方法２４００は、３Ｄイメージングのための合成開口アンテナアレイを採用する送信機および受信機を備えるトランシーバによって実行されてもよい。
【０１２１】
ステップ２４０２において、方法は、多位相符号化、ならびにＭＩＭＯおよびＯＦＤＭ処理を用いてデジタル波形を生成する。一実施形態において、３次元（３Ｄ）イメージングセンサは、多入力・多出力（ＭＩＭＯ）および直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）処理に基づく多位相符号化でデジタル波形を生成するように構成されたデジタル回路を備える。
【０１２２】
ステップ２４０４において、この方法は、方位角面におけるビームフォーミングを用いて波形をデジタル処理する。ビームフォーマは、デジタル、アナログ位相シフタまたはデジタルおよびアナログビームフォーミングのハイブリッドであってもよい。一実施形態において、３Ｄイメージングセンサは、方位角面におけるビームフォーミングを用いてデジタル波形を処理するように構成されたデジタル回路を備える。
【０１２３】
次に、この方法は、ステップ２４０６において信号を変調する。一実施形態において、３Ｄイメージングセンサは、予め定められた変調関数（たとえば変調技術、アナログ変調およびデジタル変調、またはそれらの組み合わせ）を使用して、処理されたデジタル波形を変調するように構成されたデジタル回路を備える。
【０１２４】
続いて、ステップ２４０８において、方法２４００は、方位角面においてＩＤアレイを介して信号を送信する。一実施形態において、デジタル回路およびプロセッサに作動的に接続されたトランシーバは、方位角面における少なくとも１つの１次元（ＩＤ）線形アレイを備える送信アンテナを介して、予め定められた変調関数によって変調された第１の信号をターゲットオブジェクトに送信するように構成される。
【０１２５】
そのような実施形態において、送信アンテナはさらに、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによって角度および視野を指し示す少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナを含む。
【０１２６】
そのような実施形態において、仮想アレイは、方位角面における少なくとも１つの素子と、仰角面における少なくとも１つのアレイと、受信アンテナにおける少なくとも１つの垂直アレイとを含む、送信アンテナのアンテナパネルに基づいて決定される。
【０１２７】
そのような実施形態において、仮想アレイは、少なくとも２つのアンテナアレイ間の送信ビームフォーミングによって角度および視野を指し示す少なくとも１つの調整可能な垂直アンテナのための、２つ以上の送信アンテナアレイを含むように拡張され、仮想アレイは３６０度のカバレッジを提供する。
【０１２８】
一実施形態において、方法２４００（たとえば、先端通信システムにおける３Ｄイメージングセンサに接続されるトランシーバ）は、第１のアンテナ開口を備える送信アンテナを使用して第１の信号を目標物に送信し、第２のアンテナ開口を備える受信アンテナを使用して第２の信号を受信する。
【０１２９】
別の実施形態において、方法２４００（たとえば先端通信システムにおける３Ｄイメージングセンサに接続されるトランシーバ）は、第２のアンテナ開口を備える送信アンテナを使用して第１の信号を目標物に送信し、第１のアンテナ開口を備える受信アンテナを使用して第２の信号を受信する。
【０１３０】
そのような実施形態において、目標物は、シングルビーム送信マルチビーム受信モードで照射され、少なくとも１つの送信ビームはシーケンシャルスキャン方式で照射され、少なくとも１つの受信ビームは同時に照射される。
【０１３１】
そのような実施形態において、第１のアンテナ開口の少なくとも１つのアンテナ素子は、第１の信号を送信する間にｘ軸に沿って移動し、第２のアンテナ開口の少なくとも１つのアンテナ素子は、第２の信号を受信する間にｙ軸に沿って移動する。
【０１３２】
続いて、この方法は、ステップ２４１０において、仰角面における複数の１Ｄアレイから構成された受信アンテナアレイを用いて、反射または後方散乱された信号を受信する。一実施形態において、方法２４００（たとえばデジタル回路およびプロセッサに作動的に接続されたトランシーバ）は、仰角面における１つ以上のＩＤアレイから構成された受信アンテナを介して第２の信号を受信し、第２の信号は、目標物から反射または後方散乱される。
【０１３３】
そのような実施形態において、受信アンテナは、複数の受信アンテナアレイ列（Ｎ）に基づくいくつかの受信経路をさらに含み、受信アンテナアレイ列の各々は、仰角面におけるサイズがＭである１次元（ＩＤ）線形アレイを備える。
【０１３４】
一実施形態において、デジタル回路（たとえば３Ｄイメージング回路）はさらに、デジタルドメインと無線周波数（ＲＦ）ドメインとの間におけるハイブリッドビームフォーミング分割を実行するように構成される（たとえば図１４、図１５、および図１６に示されるデジタルビームフォーミングおよびアナログビームフォーミング）。
【０１３５】
一実施形態において、３Ｄイメージングセンサは、デジタルビームフォーミングを実行するデジタル回路と、アナログ処理回路とをさらに含み、デジタルおよびアナログ処理回路は、３Ｄイメージングセンサに含まれる他の処理回路を備えるベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する。
【０１３６】
別の実施形態において、３Ｄイメージングセンサは、デジタルビームフォーミングを実行するデジタル回路、アナログ処理回路、高速フーリエ変換／逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）、およびサイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去をさらに含み、デジタルビームフォーミング、アナログ処理回路、ＦＦＴ／ＩＦＦＴおよび、ＣＰ除去は、３Ｄイメージングセンサに含まれるその他の処理回路を含むベースバンド処理回路から独立したフロントエンド回路に位置する。
【０１３７】
ステップ２４１２において、受信機は、受信機ビームフォーミングおよびＯＦＤＭ／ＭＩＭＯ処理によって信号を処理する。最後に、この方法は、ステップ２４１４において、ターゲットシーンの４Ｄ画像を生成する。
【０１３８】
本開示を具体例としての実施形態とともに説明したが、さまざまな変更および修正が当業者に対して示唆されるであろう。本開示は、以下の特許請求の範囲に含まれるそのような変更および修正を包含することを意図している。
【０１３９】
本願における説明のいずれも、任意の特定の要素、ステップ、または機能が特許請求の範囲に含まれなければならない必須の要素であることを示唆するものとして読まれてはならない。特許主題の範囲は、請求項によってのみ定められる。さらに、請求項はいずれも、「〜ための手段」という表現の後に分詞が続かない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の適用を引き起こすことを意図していない。
【図１】
2021534701.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021534701.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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