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KR20190117711A - 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위한 디지털 빔포밍 - Google Patents

무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위한 디지털 빔포밍 Download PDF

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KR20190117711A
KR20190117711A KR1020197027655A KR20197027655A KR20190117711A KR 20190117711 A KR20190117711 A KR 20190117711A KR 1020197027655 A KR1020197027655 A KR 1020197027655A KR 20197027655 A KR20197027655 A KR 20197027655A KR 20190117711 A KR20190117711 A KR 20190117711A
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KR
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wireless communication
radar
chipset
antennas
controller
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자임 리엔
창잔 구
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구글 엘엘씨
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Publication date
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Abstract

무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 디지털 빔포밍을 가능하게 하는 기법들 및 장치들이 설명된다. 제어기는 무선 통신 칩셋으로 하여금 타겟에 의해 반사되는 레이더 신호를 수신하기 위해 복수의 수신기 체인들을 사용하도록 하거나 무선 통신 칩셋을 초기화한다. 디지털 빔포머는 무선 통신 칩셋으로부터 기저대역 데이터를 획득하고, 그리고 공간 응답을 발생시키는데, 여기서 공간 응답은 타겟의 각위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 제어기는 또한, 레이더 신호를 수신하기 위해 어떤 안테나들이 사용될 것인지를 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기는 또한 디지털 빔포밍을 위해 무선 통신 칩셋을 최적화시킬 수 있다. 이러한 기법들을 이용함으로써, 무선 통신 칩셋은 무선 통신 혹은 레이더 감지를 위해 사용될 수 있다.

Description

무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위한 디지털 빔포밍
본 출원은 2018년 3월 22일자로 출원된 미국 유틸리티 출원번호 제15/928,273호에 대한 우선권 혜택을 주장하며, 여기서 미국 특허번호 제15/928,273호는 또한 2017년 5월 31자로 출원된 미국 가출원번호 제62/512,943호에 대한 우선권을 주장하고 있으며, 이러한 특허문헌들의 개시내용들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
레이더(radar)들은 물체들을 검출 및 추적할 있는, 그리고 표면들을 맵핑(mapping)할 수 있는, 그리고 타겟(target)들을 인식할 수 있는 유용한 디바이스(device)들이다. 많은 경우들에서, 레이더는 카메라와 같은 크고 비싼 센서들을 대체할 수 있으며, 낮은 조명 및 안개와 같은 상이한 환경 조건들의 존재하에서 향상된 성능을 제공할 수 있거나, 또는 타겟들이 움직이는 경우 혹은 타겟들이 중첩되는 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있다.
레이더 감지를 사용하는 것은 이로울 수 있지만, 상업용 디바이스들 내에 레이더 센서들을 통합시키는 것과 관련된 많은 도전과제들이 존재한다. 예를 들어, 더 작은 소비자 디바이스(consumer device)들은 레이더 센서의 크기에 관해 제한사항들을 요구하는데, 이것은 성능을 제한할 수 있다. 더욱이, 종래의 레이더들은, 레이더-특정 신호들을 발생시키기 위해, 맞춤-설계된 레이더-특정 하드웨어를 사용한다. 이러한 하드웨어는 비쌀 수 있고, 그리고 소비자 디바이스들 내에, 만약 통합되는 경우, 추가적인 공간을 요구한다. 결과적으로, 소비자 디바이스들은 이러한 추가적인 비용 및 공간 제약들로 인해 레이더 센서들을 통합할 가능성이 낮다.
무선 통신 칩셋(wireless communication chipset)을 사용하여 레이더 감지(radar sensing)를 행하기 위해 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 가능하게 하는 기법들 및 장치들이 설명된다. 제어기(controller)는 무선 통신 칩셋으로 하여금 타겟(target)에 의해 반사되는 레이더 신호(radar signal)를 수신하기 위해 복수의 수신기 체인(receiver chain)들을 사용하도록 하거나 무선 통신 칩셋을 초기화(initialize)한다. 복수의 수신기 체인들 각각은 기저대역 데이터(baseband data)를 발생시키고, 이러한 기저대역 데이터는 디지털 빔포밍을 위해 사용된다. 무선 통신 칩셋은 기저대역 데이터를 디지털 빔포머(digital beamformer)에 제공할 수 있고, 디지털 빔포머는 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답(spatial response)을 발생시킨다. 공간 응답을 분석함으로써, 타겟의 각위치(angular position)가 결정될 수 있다. 제어기는 또한, 레이더 신호를 수신하기 위해 어떤 안테나들이 사용될 것인지를 선택할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기는 또한 디지털 빔포밍을 위해 무선 통신 칩셋을 최적화시킬 수 있다. 이러한 기법들을 이용함으로써, 무선 통신 칩셋은 무선 통신 혹은 레이더 감지를 위해 사용될 수 있거나 이러한 목적에 맞게 구성될 수 있다.
아래에서 설명되는 실시형태들은, 무선 통신 칩셋, 프로세서, 그리고 컴퓨터-실행가능 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 포함하고, 여기서 컴퓨터-실행가능 명령들은 프로세서에 의한 실행에 응답하여 디지털 빔포머를 구현한다. 무선 통신 칩셋은 적어도 세 개의 수신기들에 각각 결합되는 적어도 세 개의 안테나들을 포함한다. 무선 통신 칩셋은, 적어도 세 개의 안테나들 및 적어도 세 개의 수신기들을 통해, 타겟에 의해 반사되는 레이더 신호를 수신하도록 구성된다. 무선 통신 칩셋은 또한, 적어도 세 개의 수신기들을 통해, 기저대역 데이터를 생성하도록 구성된다. 기저대역 데이터는 수신되는 레이더 신호에 근거한다. 디지털 빔포머는 적어도 세 개의 수신기들에 의해 생성된 기저대역 데이터를 획득하도록 구성된다. 디지털 빔포머는 또한, 타겟의 각위치가 결정될 수 있도록 하기 위해 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍을 수행한다.
아래에서 설명되는 실시형태들은 또한, 레이더 신호를 무선 통신 칩셋의 복수의 수신 체인(receive chain)들을 통해 수신하는 방법을 포함한다. 레이더 신호는 타겟에 의해 반사된다. 이러한 방법은 또한, 복수의 수신 체인들 각각과 관련된 기저대역 데이터를 무선 통신 칩셋을 통해 발생시키는 것을 포함한다. 추가적으로, 본 방법은 기저대역 데이터를 디지털 빔포머에 제공하는 것을 포함한다. 디지털 빔포머를 통해, 본 방법은 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍을 수행하는 것을 포함한다. 본 방법은 또한, 공간 응답에 근거하여 타겟의 각위치를 결정하는 것을 포함한다.
아래에서 설명되는 실시형태들은 또한, 컴퓨터-실행가능 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 포함하고, 여기서 컴퓨터-실행가능 명령들은 프로세서에 의한 실행에 응답하여 제어기 및 디지털 빔포머를 구현한다. 제어기는, 타겟에 의해 반사되는 레이더 신호를 수신하기 위해 무선 통신 칩셋이 복수의 수신 체인들을 사용하게 하도록 구성된다. 디지털 빔포머는, 복수의 수신 체인들 각각과 관련된 기저대역 데이터를 무선 통신 칩셋으로부터 획득하도록 구성된다. 디지털 빔포머는 또한, 타겟의 각위치가 결정될 수 있도록 하기 위해 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍을 수행하도록 구성된다.
아래에서 설명되는 실시형태들은 또한, 레이더 신호를 수신하기 위해 복수의 수신 체인들을 사용하도록 무선 통신 칩셋을 제어하기 위한 수단, 그리고 디지털 빔포밍을 위해 무선 통신 칩셋으로부터 기저대역 데이터를 획득하기 위한 수단을 갖는 시스템을 포함한다.
무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 디지털 빔포밍을 가능하게 하는 기법들 그리고 이것을 가능하게 하기 위한 장치들이, 다음의 도면들을 참조하여 설명된다. 유사한 특징들 및 컴포넌트들을 참조시키기 위해 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조번호들이 사용된다.
도 1은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하는 것이 설명되는 예시적인 환경을 나타낸다.
도 2는 무선 통신들 및 레이더 감지를 수행하는 복수의 통신 디바이스들을 갖는 예시적인 환경을 나타낸다.
도 3은 예시적인 컴퓨팅 디바이스를 나타낸다.
도 4는 예시적인 무선 통신 칩셋을 나타낸다.
도 5는 풀-듀플렉스 동작을 위한 예시적인 통신 디바이스를 나타낸다.
도 6a는 연속-파 레이더를 위한 무선 통신 칩셋의 풀-듀플렉스 동작을 예시한다.
도 6b는 펄스-도플러 레이더를 위한 무선 통신 칩셋의 풀-듀플렉스 동작을 예시한다.
도 7은 디지털 빔포밍을 위한 예시적인 디지털 빔포머 및 무선 통신 칩셋을 예시한다.
도 8a는 디지털 빔포밍을 위한 예시적인 무선 통신 칩셋을 나타낸다.
도 8b는 디지털 빔포밍을 위한 또 하나의 다른 예시적인 무선 통신 칩셋을 나타낸다.
도 9는 레이더 변조들을 위한 예시적인 레이더 변조기 및 무선 통신 칩셋을 나타낸다.
도 10은 무선 통신 및 레이더 감지를 수행하는 예시적인 통신 디바이스를 나타낸다.
도 11은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 풀-듀플렉스 동작을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다.
도 12는 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 디지털 빔포밍을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다.
도 13은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 레이더 변조들을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다.
도 14는 레이더 감지를 위한 무선 통신 칩셋을 구현한 예시적인 컴퓨팅 시스템을 나타내며, 혹은 레이더 감지를 위한 무선 통신 칩셋의 사용을 가능하게 하는 기법들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 시스템을 나타낸다.
개관(Overview)
다수의 컴퓨팅 디바이스들이 레이더 센서들을 갖고 있지 않을 수 있지만, 이러한 컴퓨팅 디바이스들은 레이더 감지로부터 혜택을 받을 수 있다. 레이더 감지는 예를 들어, 제스처 인식(gesture recognition)을 통해 사용자 인터페이스(user interface)들을 증진시킬 수 있고, 근접 검출을 통해 전력 절약 기법들을 증진시킬 수 있고, 기타 등등을 행할 수 있다.
하지만, 컴퓨팅 디바이스는 무선 통신 칩셋을 포함할 수 있는데, 이러한 무선 통신 칩셋은, 사용자로 하여금 친구들과 이야기를 나눌 수 있게 할 수 있거나, 정보를 다운로드할 수 있게 할 수 있거나, 그림들을 공유할 수 있게 할 수 있거나, 가정용 디바이스(household device)들을 원격으로 제어할 수 있게 할 수 있거나, 전지구 위치결정 정보(global positioning information)를 수신할 수 있게 할 수 있거나, 또는 라디오 방송국들을 청취할 수 있게 할 수 있다. 비록 무선 통신 신호들을 전송하고 수신하는데 사용될지라도, 무선 통신 칩셋은 레이더 센서와 유사한 다수의 컴포넌트들을 포함하는바, 예컨대, 안테나, 송수신기, 및 프로세서와 같은 것을 포함한다. 더욱이, 무선 통신을 위해 사용되는 주파수들은 레이더 감지를 위해 사용되는 주파수들(예를 들어, S-대역, C-대역, X-대역, 밀리미터-파(millimeter-wave) 주파수들, 등)과 유사할 수 있다.
하지만, 무선 통신 칩셋은, 레이더 감지를 위해 설계된 것이 아니라, 전형적으로 무선 통신을 위해 설계되어 있다. 예를 들어, 무선 통신 칩셋은 통신 신호들을 전송하고 수신하는 것 간에 스위칭(switching)을 행하기 위해 시-분할 듀플렉싱 기법(time-division duplexing technique)들을 사용하도록 설정될 수 있는데, 이것은 레이더 감지를 위한 근접-범위 타겟들의 검출을 용이하게 하지 않을 수 있다. 추가적으로, 무선 통신 칩셋은 단일 전송 혹은 수신 체인(chain)을 이용하도록 설정될 수 있는데, 이것은 레이더 감지를 위한 타겟들의 각위치(angular position)들을 결정하는 것을 용이하게 하지 않을 수 있다. 더욱이, 무선 통신 칩셋은 통신 변조들을 이용하도록 설정될 수 있는데, 이것은 레이더 감지를 위한 타겟들의 범위들 및 도플러(Doppler)들을 결정하는 것을 용이하게 하지 않을 수 있다.
이처럼, 본 문서는 레이더 감지 기법들을 구현하기 위해 무선 통신 칩셋을 사용하기 위한 기법들 및 디바이스들을 설명한다. 본 기법들은 무선 통신 칩셋으로 하여금, 무선 통신 신호들에 추가하여, 혹은 무선 통신 신호들 대신에, 레이더 신호들을 전송 및 수신할 수 있게 하는 제어기를 이용한다. 특히, 제어기는 무선 통신 칩셋으로 하여금 풀-듀플렉스 동작(full-duplex operation)들을 수행하도록 할 수 있거나, 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 지원하도록 할 수 있거나, 또는 레이더 변조(radar modulation)들을 생성하도록 할 수 있다.
풀-듀플렉스 동작은 동일한 기간에 걸쳐 전송 및 수신이 일어날 수 있게 하고, 그럼으로써 연속-파 레이더(continuous-wave radar) 혹은 펄스-도플러 레이더(pulse-Doppler radar) 기법들의 사용이 가능하게 된다. 디지털 빔포밍은 타겟의 각위치를 결정하기 위한 맞춤형 빔조향 및 성형(custom beamsteering and shaping)을 가능하게 한다. 디지털 빔포밍 기법들을 사용하여, 다양한 레이더 필드(radar field)들이 무선 통신 칩셋에 의해 전송 혹은 수신될 수 있다. 레이더 변조들은 레이더 신호가 무선 통신 칩셋에 의해 전송 및 수신될 수 있게 하고, 그럼으로써 레이더 감지를 위한 주파수 변조(Frequency Modulation, FM) 레인징(ranging) 혹은 도플러 감지(doppler sensing) 기법들을 지원하게 된다.
이러한 기법들을 사용하여, 무선 통신 칩셋은, 사용자의 존재를 검출하는 것, 터치-없는 제어(touch-free control)를 위해 사용자의 제스처들을 추적하는 것, 자율 주행을 위해 충돌 회피를 제공하는 것, 등을 행하는 레이더-기반 애플리케이션들을 위해 사용될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 목적에 따라, 무선 통신 칩셋은 레이더 감지용으로 그 용도가 변경될 수 있거나, 혹은 무선 통신과 레이더 감지를 모두 제공할 수 있다. 따라서, 무선 통신 칩셋을 포함하는 컴퓨팅 디바이스들은 레이더 센서를 사용함이 없이 또는 레이더-특정 하드웨어를 사용함이 없이 레이더 감지를 이용할 수 있고 레이더 감지로부터 혜택을 받을 수 있다. 더욱이, 이러한 기법들 중 일부는 상이한 구성들을 갖는 여러 가지 상이한 무선 통신 칩셋들에 맞춰 조정될 수 있거나 최적화될 수 있다. 레이더 감지가 다수의 컴퓨팅 디바이스들에게 이용가능하게 하고 적합하게 제공될 수 있게 하는 것은 또한 복수의 컴퓨팅 디바이스들이 능동(active), 수동(passive) 혹은 바이스태틱(bistatic) 레이더 기법들 구현할 수 있게 할 수 있다. 본 문서는 이제 예시적 환경에 관해 살펴보고, 그 후에 예시적 장치들, 예시적 방법들, 그리고 예시적 컴퓨팅 시스템이 설명된다.
예시적 환경들(Example Environments)
도 1은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 사용하는 기법들 및 이러한 레이더 감지를 포함하는 장치가 구현될 수 있는 예시적인 환경(100)을 나타낸 것이다. 환경(100)은 컴퓨팅 디바이스(102)를 포함하는데, 컴퓨팅 디바이스(102)는 무선 통신 링크(wireless communication link)(108)(무선 링크(108))를 통해 기지국(base station)(106)과 통신하기 위한 무선 통신 칩셋(104)을 포함한다. 이러한 예에서, 컴퓨팅 디바이스(102)는 스마트폰으로서 구현된다. 하지만, 컴퓨팅 디바이스(102)는 도 2 및 도 3에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스 혹은 전자 디바이스로서 구현될 수 있다.
기지국(106)은 임의의 적절한 타입의 무선 링크로서 구현될 수 있는 무선 링크(108)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)와 통신한다. 셀룰러 네트워크(cellular network)의 타워(tower)로서 도시되어 있지만, 기지국(106)은 또 하나의 다른 디바이스를 나타낼 수 있거나 또 하나의 다른 디바이스로서 구현될 수 있는데, 예컨대, 인공위성(satellite), 케이블 텔레비젼 헤드-엔드(cable television head-end), 지상파 텔레비젼 방송 타워(terrestrial television broadcast tower), 액세스 포인트(access point), 피어-투-피어 디바이스(peer-to-peer device), 메쉬 네트워크 노드(mesh network node), 사물인터넷(Internet-of-Things, IoT) 디바이스, 등과 같은 것을 나타낼 수 있거나 이러한 것으로 구현될 수 있다. 따라서, 컴퓨팅 디바이스(102)는 무선 링크(108)를 통해 기지국(106) 혹은 또 하나의 다른 디바이스와 통신할 수 있다.
무선 링크(108)는, 기지국(106)으로부터 컴퓨팅 디바이스(102)로 전달되는 데이터 혹은 제어 정보의 다운링크(downlink)를 포함할 수 있거나, 또는 컴퓨팅 디바이스(102)로부터 기지국(106)으로 전달되는 다른 데이터 혹은 제어 정보의 업링크(uplink)를 포함할 수 있다. 무선 링크(108)는 임의의 적절한 통신 프로토콜 혹은 표준을 사용하여 구현될 수 있는데, 여기에는 셀룰러 네트워크들(예컨대, 3세대 파트너쉽 프로젝트 롱-텀 에볼루션(3rd Generation Partnership Project Long-Term Evolution, 3GPP LTE) 또는 5세대(5th Generation, 5G)), IEEE 802.11(예컨대, 802.11n/ac/ad/g/a/b), 와이-파이(Wi-Fi), 와이기그(WiGig™), 와이맥스(WiMAX™), 블루투스(Bluetooth™), 복수-입력 복수-출력(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 네트워크들, 등에 대한 통신 프로토콜 혹은 표준이 포함된다.
레이더 센서를 구비하는 대신에, 컴퓨팅 디바이스(102)는 레이더 감지를 위해 무선 통신 칩셋(104)을 이용한다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 예시적인 레이더-감지 애플리케이션들은 폐색-제스처 인식 애플리케이션(occluded-gesture recognition application)(110-1)을 포함하는데, 이러한 폐색-제스처 인식 애플리케이션(110-1)은 지갑 내에서 운반되고 있는 컴퓨팅 디바이스(102)로 하여금 지갑 밖에서 행해진 제스처들을 검출할 수 있게 한다. 또 하나의 다른 제스처 인식 애플리케이션(110-2)은 (착용가능 스마트 와치(wearable smart watch)로서 보여지고 있는) 컴퓨팅 디바이스(102)로 하여금 (점선의 입방체로서 보여지고 있는) 레이더 필드를 제공할 수 있게 하는데, 이러한 레이더 필드 내에서 사용자는 컴퓨팅 디바이스(102)와 상호작용하기 위해 제스처들을 행할 수 있다. 예시적인 의료 진단 애플리케이션(medical diagnostic application)(110-3)은 컴퓨팅 디바이스(102)로 하여금 생리적 특성들을 측정할 수 있게 하거나 또는 사용자의 비정상적인 몸체 움직임(예컨대, 안면 경련(facial twitch))을 평가할 수 있게 한다. 이러한 측정들은 다양한 의료적 상태들(medical conditions)(예를 들어, 뇌졸증(stroke) 또는 파킨슨 병(Parkinso's disease)의 증상들)을 진단하는데 도움을 줄 수 있다. 예시적 맵핑 애플리케이션(mapping application)(110-4)은 컴퓨팅 디바이스(102)로 하여금 상황 인식(contextual awarenes)을 위한 주변 환경의 3-차원 맵(three-dimensional map)을 발생시키게 할 수 있다. 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여, 컴퓨팅 디바이스(102)는, 도 2에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 능동 혹은 수동 레이더 감지 기법들을 구현할 수 있다.
도 2는 무선 통신들 및 레이더 감지를 수행하는 복수의 컴퓨팅 디바이스들(102)을 갖는 예시적 환경(200)을 나타낸다. 환경(200) 내의 컴퓨팅 디바이스들(102)은 도 1의 컴퓨팅 디바이스(102), 스마트폰(202), 및 스마트 냉장고(smart refrigerator)(204)를 포함하고, 이들 각각은 무선 통신 칩셋(104)을 포함한다. 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여, 컴퓨팅 디바이스(102) 및 스마트폰(202)은 무선 링크(wireless link)(108-1) 및 무선 링크(108-2)를 통해 기지국(106)과 각각 통신한다. 마찬가지로, 스마트 냉장고(204)는 무선 링크(108-3)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)와 통신한다.
무선 링크들(108)을 통해 통신 신호들을 전송 및 수신하는 것에 추가하여, 이러한 디바이스들 각각은 또한 레이더 감지를 수행할 수 있다. 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여, 컴퓨팅 디바이스(102), 스마트폰(202), 및 스마트 냉장고는, 레이더 필드들(206-1, 206-2, 및 206-3)에 의해 각각 보여지는 그들 자신의 레이더 신호들을 전송 및 수신함으로써 모노스태틱 레이더(monostatic radar)들로서 동작할 수 있다.
하나보다 많은 컴퓨팅 디바이스(102)가 존재하는 환경들에서, 예를 들어, 환경(200)에서, 복수의 컴퓨팅 디바이스들(102)은 바이스태틱 레이더(bistatic radar), 멀티스태틱 레이더(multistatic radar), 혹은 네트워크 레이더를 구현하기 위해 함께 작동할 수 있다. 달리 말하면, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(102)가 레이더 신호들을 전송할 수 있고, 그리고 하나 이상의 다른 컴퓨팅 디바이스(102)가 레이더 신호들을 수신할 수 있다. 협력적 레이더 감지(cooperative radar sensing)를 위해, 컴퓨팅 디바이스(102)는 원자 시계(atomic clock)들, 전지구-위치결정 시스템(Global-Positioning System, GPS) 시간, 셀룰러 동기화(cellular synchronization), 무선 통신들, 등을 사용하여 시간적으로 동기화될 수 있다.
일부 경우들에서, 레이더 감지 동작들은 각각의 디바이스의 능력 및 위치에 따라 컴퓨팅 디바이스들(102) 간에 할당될 수 있다. 예를 들어, 가장 큰 전송 전력(transmit power) 혹은 더 넓은 시계(field-of-view)를 가진 디바이스가, 예컨대 레이더 신호를 전송하는데 사용될 수 있다. 협력적 혹은 비-협력적 기법들을 통해 수집된 레이더 데이터는 또한, 모든 컴퓨팅 디바이스들(102)에 걸쳐 공유될 수 있고, 이것은 검출 확률, 타겟 위치 정확도, 타겟 추적, 그리고 타겟 배향 및 형상 추정을 향상시킬 수 있다. 복수의 컴퓨팅 디바이스(102)에 의해 제공되는 레이더 데이터는 또한 잘못된 경보(false alarm)들을 줄이는데 사용될 수 있거나, 삼각측량(triangulation)들을 수행하는데 사용될 수 있거나, 또는 간섭측정(interferometry)을 지원하는데 사용될 수 있다.
레이더 감지를 위해 복수의 컴퓨팅 디바이스들(102)을 사용하는 것은, 주변 환경의 커다란 부분이 조명(illuminate)되게 할 수 있고, 그리고 상이한 관점들로부터 레이더 데이터가 수집되게 할 수 있다. 레이더 감지와 관련된 시간 혹은 전력 비용들이 또한 복수의 컴퓨팅 디바이스들(102)에 걸쳐 분산될 수 있고, 그럼으로써 한정된 리소스(resource)들을 갖는 컴퓨팅 디바이스들(102)이 레이더 감지를 수행할 수 있게 한다.
더 상세하게는, 컴퓨팅 디바이스(102)의 일부로서 무선 통신 칩셋(104)을 예시하는 도 3을 고려하자. 컴퓨팅 디바이스(102)가 예시되어 있는데, 이것의 다양한 비-한정적인 예시적 디바이스들은 데스크탑 컴퓨터(desktop computer)(102-1), 태블릿(tablet)(102-2), 랩탑(laptop)(102-3), 텔레비젼(television)(102-4), 컴퓨팅 시계(computing watch)(102-5), 컴퓨팅 안경(computing glasses)(102-6), 게이밍 시스템(gaming system)(102-7), 전자레인지(microwave)(102-8), 및 차량(vehicle)(102-9)을 포함한다. 무선 라우터(wireless router)들, 드론(drone)들, 트랙 패드(track pad)들, 드로잉 패드(drawing pad)들, 넷북(netbook)들, 이-리더(e-reader)들, 홈-오토메이션 및 제어 시스템(home-automation and control system)들, 그리고 다른 홈 어플라이언스(home appliance)들과 같은 다른 디바이스들이 또한 사용될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(102)는 착용가능한 것일 수 있거나, 착용가능하지 않지만 이동가능한 것일 수 있거나, 또는 상대적으로 이동가능하지 않은 것(예를 들어, 데스크탑들 및 어플라이언스들)일 수 있음에 유의해야 한다.
컴퓨팅 디바이스(102)는 유선 네트워크, 무선 네트워크, 혹은 광학 네트워크를 통해 데이터를 전달하기 위한 네트워크 인터페이스(302)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(302)는 로컬-영역-네트워크(Local-Area-Network, LAN), 무선 로컬-영역-네트워크(Wireless Local-Area-Network, WLAN), 개인-영역-네트워크(Personal-Area-Network, PAN), 유선-영역-네트워크(Wire-Area-Network, WAN), 인트라넷(intranet), 인터넷(Internet), 피어-투-피어 네트워크(peer-to-peer network), 포인트-투-포인트 네트워크(point-to-point network), 메쉬 네트워크(mesh network), 등을 통해 데이터를 전달할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(102)는 또한 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(102)는 또한 하나 이상의 컴퓨터 프로세서들(304) 및 컴퓨터-판독가능 매체(306)를 포함하고, 여기서 컴퓨터-판독가능 매체(306)는 메모리 매체 및 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터-판독가능 매체(306)는 명령들, 데이터, 그리고 컴퓨팅 디바이스(102)의 다른 정보를 저장하도록 구현되고, 따라서 일시적인 전파 신호들 혹은 반송파들을 포함하지 않는다. 컴퓨터-판독가능 매체(306) 상에서 컴퓨터-판독가능 명령들로서 구현된 애플리케이션들 및/또는 오퍼레이팅 시스템(operating system)(미도시)은 본 명세서에서 설명되는 기능들 중 일부를 제공하기 위해 컴퓨터 프로세서(304)에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체(306)는 레이더-기반 애플리케이션(308) 및 제어기(310)를 포함한다. 레이더-기반 애플리케이션(308)은, 사용자의 존재를 검출하는 것, 터치-없는 제어를 위해 사용자의 제스처들을 추적하는 것, 자율 주행을 위해 장애물들을 검출하는 것, 등과 같은 레이더 감지 기능을 수행하기 위해 무선 통신 칩셋(104)에 의해 제공되는 레이더 데이터를 사용한다.
제어기(310)는 무선 통신 혹은 레이더 감지를 위한 무선 통신 칩셋(104)의 동작을 제어한다. 도 3에서, 제어기(310)는 컴퓨터-판독가능 매체(306) 상에 저장되어 컴퓨터 프로세서(304)에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈(software module)인 것으로 보여지고 있다. 일부 구현예들에서, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 전달되거나 무선 통신 칩셋(104) 상에 저장되어 무선 통신 칩셋(104)에 의해 실행되는 소프트웨어 또는 펌웨어를 포함한다. 다른 경우들에서, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104) 내에 통합되는 제어기이다.
제어기(310)는 레이더 감지를 위한 특징들을 제공하기 위해 무선 통신 칩셋(104)을 개시시키거나, 설정하거나, 혹은 동작시킨다. 이러한 특징들은 풀-듀플렉스 동작, 디지털 빔포밍, 또는 레이더 변조들을 포함한다. 제어기(310)는 또한, 우선순위(priorities), 레이더-기반 애플리케이션(308), 또는 레이더 감지를 위한 미리결정된 업데이트 속도(update rate)에 근거하여 무선 통신 또는 레이더 감지를 위한 무선 통신 칩셋(104)의 시간-공유(time-sharing)를 관리할 수 있다. 무선 통신 또는 레이더 감지를 위한 요청들은 컴퓨팅 디바이스(102)와 관련된 다른 애플리케이션들로부터 제어기(310)에 의해 획득될 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기(310)는, 도 10에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 무선 통신과 레이더 감지를 동시에 모두 제공하도록 할 수 있다. 무선 통신 칩셋(104)은 또한 도 4에 관하여 더 설명된다.
도 4는 통신 인터페이스(402)를 포함하는 예시적인 무선 통신 칩셋(104)을 나타낸다. 통신 인터페이스(402)는 컴퓨팅 디바이스(102)에게 혹은 원격 디바이스에게 무선 통신을 위한 통신 데이터 또는 레이더 감지를 위한 레이더 데이터를 제공한다. 하지만, 통신 인터페이스(402)는 무선 통신 칩셋(104)이 컴퓨팅 디바이스(102) 내에 통합되는 경우 사용될 필요가 없다. 레이더 데이터는 원시 동위상 혹은 직교위상(I/O) 데이터(raw in-phase or quadrature (I/Q) data), 사전-프로세싱된 레인지-도플러 맵(pre-processed range-Doppler map)들, 등을 포함할 수 있는데, 이들은 레이더-기반 애플리케이션(308) 혹은 제어기(310)를 통해 컴퓨터 프로세서(304)에 의해 더 프로세싱될 수 있다.
무선 통신 칩셋(104)은 또한 적어도 하나의 안테나(404) 및 적어도 하나의 송수신기(406)를 포함한다. 안테나(404)는 무선 통신 칩셋(104)으로부터 분리되어 있을 수 있거나, 또는 무선 통신 칩셋(104) 내에 통합될 수 있다. 안테나(404)는 안테나 다이버시티(antenna diversity), 전송 빔포밍(transmit beamforming), 또는 MIMO 네트워크들을 위해 복수의 안테나들(404)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 복수의 안테나들(404)은 2-차원 형상(예컨대, 평면 어레이(planar array))으로 조직화된다. 복수의 안테나들(404) 간의 간격은 레이더 신호의 중심 파장의 절반과 비교해 더 작을 수 있거나, 더 클 수 있거나, 또는 동일할 수 있다. 안테나들(404)을 사용하여, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(404)으로 하여금 빔(beam)들을 형성하게 할 수 있는데, 여기서 빔은 조향 혹은 비-조향되고, 또는 폭이 넓거나 좁으며, 또는 (예를 들어, 반구(hemisphere) 형상, 입방체(cube) 형상, 부채꼴(fan) 형상, 원뿔(cone) 형상, 원통(cylinder) 형상으로) 성형된다. 이러한 조향 및 성형은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 디지털 빔포밍 기법들을 사용하여 실현될 수 있다.
송수신기(406)는 안테나(404)를 통해 전송 혹은 수신된 신호들을 콘디션닝(conditioning)하기 위한 회로 및 로직을 포함하는데, 예를 들어, 필터(filter)들, 스위치(switch)들, 증폭기(amplifier)들, 혼합기(mixer)들, 등을 포함한다. 송수신기(406)는 또한, 합성(synthesis), 인코딩(encoding), 변조(modulation), 디코딩(decoding), 복조(demodulation) 등과 같은 동위상 및 직교위상(I/O) 동작들을 수행하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 무선 통신 칩셋(104)에 의해 지원되는 무선 통신들의 타입들에 근거하여, 송수신기(406)는 1 GHz 내지 400 GHz 범위, 4 GHz 내지 100 GHz 범위, 및 더 좁은 대역들, 예컨대, 57 GHz 내지 63 GHz에서 마이크로파 방사선(microwave radiation)을 방출 및 수신할 수 있다.
무선 통신 칩셋(104)은 또한, 하나 이상의 시스템 프로세서들(408) 및 시스템 매체(410)(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터-판독가능 저장 매체)를 포함한다. 시스템 프로세서(408)는 또한, 고속 샘플링 프로세스(high-rate sampling process)들을 수행하기 위한 기저대역 회로(baseband circuitry)를 포함할 수 있는데, 여기서 고속 샘플링 프로세스들은 아날로그-대-디지털 변환(analog-to-digital conversion), 디지털-대-아날로그 변환(digital-to-analog conversion), 고속 퓨리에 변환(Fast-Fourier Transform)(FFT)들, 이득 보정(gain correction), 스큐 보정(skew correction), 주파수 변환(frequency translation) 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 시스템 프로세서(408)는 통신 데이터를 전송을 위해 송수신기(406)에 제공할 수 있다. 시스템 프로세서(408)는 또한 송수신기(406)로부터의 기저대역 신호(baseband signal)들을 프로세싱하여 데이터를 발생시킬 수 있고, 이러한 데이터는 무선 통신 혹은 레이더 감지를 위해 통신 인터페이스(402)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)에 제공될 수 있다. 일부 경우들에서, 제어기(310)의 일부분들은 시스템 매체(410) 내에서 이용가능할 수 있고 시스템 프로세서(408)에 의해 실행될 수 있다.
제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 레이더 감지를 위한 추가적인 특징들을 제공하도록 할 수 있다. 특히, 제어기(310)는, 제 1 무선 통신 칩셋(104-1)으로 하여금 풀-듀플렉스 동작(416)을 제공하도록 할 수 있거나, 제 2 무선 통신 칩셋(104-2)으로 하여금 디지털 빔포머(digital beamformer)(418)를 통해 디지털 빔포밍을 지원하도록 할 수 있거나, 또는 제 3 무선 통신 칩셋(104-3)으로 하여금 레이더 변조기(radar modulator)(420)를 구현하도록 할 수 있다.
풀-듀플렉스 동작(416)은, 도 5에서 보여지는 바와 같이, 무선 통신 칩셋(104) 내에서 상이한 송수신기들(406)과 상이한 안테나들(404) 간의 연결들을 제어하는 제어기(310)에 의해 실현될 수 있다. 풀-듀플렉스 동작(416)의 일부 구현예들은 무선 통신 칩셋(104)이, 도 6a에서 보여지는 바와 같이, 연속-파 레이더를 위해 사용될 수 있게 한다. 풀-듀플렉스 동작(416)의 다른 구현예들은 도 6b에서 보여지는 바와 같이, 펄스-도플러 레이더(pulse-Doppler radar)를 위한 전송 및 수신의 신속한 인터리빙(interleaving)을 가능하게 한다. 풀-듀플렉스 동작(416)은 무선 통신 칩셋(104)이 근접-범위 타겟들을 검출하는데 사용될 수 있게 하고 아울러 타겟들의 범위(range) 및 범위-변화율(range-rate)을 측정하는데 사용될 수 있게 한다.
디지털 빔포밍은 제어기(310)에 의해 실현될 수 있는데, 여기서 제어기(310)는, 도 7, 도 8a, 및 도 8b에서 보여지는 바와 같이, 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 복수의 수신 체인(receive chain)들(예를 들어, 복수의 송수신기들(406) 및 복수의 안테나들(404))로부터의 기저대역 데이터를 디지털 빔포머(418)에 제공하도록 한다. 일부 구현예들에서, 디지털 빔포머(418)는 컴퓨터 프로세서(304) 및 컴퓨터-판독가능 매체(306)를 통해 컴퓨팅 디바이스(102)에 의해 구현된다. 만약 무선 통신 칩셋(104)이 고속-퓨리에 변환(FFT)을 수행하는 회로 및 로직을 포함한다면, 디지털 빔포머(418)는 대안적으로 시스템 프로세서(408) 및 시스템 매체(410)에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 디지털 빔포머(418)는 위상 시프팅(phase shifting) 및 진폭 테이퍼링(amplitude tapering) 동작들을 디지털방식으로 수행함으로써 아날로그 위상 시프터(analog phase shifter)들과 같은 추가적인 하드웨어 컴포넌트들에 대한 대안을 제공한다.
디지털 빔포밍은 많은 이점들을 제공한다. 예를 들어, 수신을 위해 디지털 빔포밍 기법들을 적용하는 것은 더 적은 수의 안테나들(404)이 레이더 신호를 전송하기 위해 사용될 수 있게 한다(예를 들어, 레이더 감지를 위한 전송 빔포밍(transmission beamforming)에 대한 의존성을 감소시킴). 시간 경과에 따라 다수의 폭이 좁은 펜슬 빔(pencil beam)들을 전송하는 대신에 수신 동안 복수의 빔들이 디지털방식으로 형성될 수 있게 함으로써 가용 타이밍 리소스(timing resource)들이 또한 효과적으로 이용된다. 추가적으로, 디지털 빔포머(418)는 다양한 패턴들이 발생될 수 있게 하는데, 이것은 상이한 무선 통신 칩셋들(104)에 걸쳐 안테나들(404)의 상이한 정렬들을 지원함에 있어 유연성(flexibility)을 제공한다.
레이더 변조기들은 제어기(310)에 의해 실현될 수 있는데, 여기서 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 도 9에서 보여지는 바와 같이 동위상 및 직교위상(I/Q) 변조기 그리고 복조기를 레이더 변조기(420)로서 동작시키도록 한다. 예를 들어, I/Q 변조기는 타겟의 범위 및 도플러가 결정될 수 있게 하는 레이더-특정 변조들을 디지털방식으로 발생시키도록 제어기(310)에 의해 프로그래밍될 수 있다. 이러한 레이더 변조들을 또한 다른 레이더 신호들 혹은 통신 신호들과의 간섭을 감소시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 레이더 변조기(420)는 도 10에서 보여지는 바와 같이 무선 통신과 레이더 감지가 동시에 일어나는 것을 가능하게 할 수 있다.
비록 따로따로 보여지고는 있지만, 풀-듀플렉스 동작(416)과, 디지털 빔포머(418)와, 그리고 레이더 변조기(420)의 상이한 조합들이 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 레이더 감지를 위해 함께 구현될 수 있다. 이러한 특징들이 도 5 내지 도10에 관하여 더 설명된다.
풀-듀플렉스 동작(Full-Duplex Operation)
도 5는 풀-듀플렉스 동작을 위한 예시적인 통신 디바이스(102)를 나타낸다. 무선 통신 칩셋(104)은 복수의 송수신기들(406-1, 406-2, ..., 406-N)을 포함하고, 여기서 "N"은 양의 정수를 나타낸다. 각각의 송수신기(406)는 전송 및 수신 체인을 포함하고, 이러한 전송 및 수신 체인은 송신기들(502-1, 502-2, ..., 502-N) 및 수신기들(504-1, 504-2, ..., 504-N)에 의해 각각 나타내어져 있다. 무선 통신 칩셋(104)은 또한, 스위치들(506-1, 506-2, ..., 및 506-N) 및 안테나들(404-1, 404-2, ..., 404-N)을 포함한다. 스위치들(506) 및 안테나들(404)은 무선 통신 칩셋(104) 내부 혹은 외부에 있을 수 있다. 도 5에서, 안테나들(404), 스위치들(506), 및 송수신기들(406)의 수는 동일한 것으로 보여지고 있는데, 하지만 다른 분량들이 또한 가능하다. 일부 경우들에서, 송수신기(406)는 하나의 안테나(404)보다 많은 안테나들에 결합될 수 있고, 또는 안테나(404)는 하나의 송수신기(406)보다 많은 송수신기들에 결합될 수 있다.
도시된 구현예에서, 각각의 스위치(506)는 대응하는 송신기(502) 혹은 수신기(504)를 대응하는 안테나(404)에 결합시킨다. 무선 통신에 대한 일부 상황들에서, 무선 통신 칩셋(104)은 상이한 시간에서의 전송 혹은 수신을 위해 시-분할 듀플렉싱(Time-Division Duplexing, TDD)을 사용할 수 있다. 따라서, 스위치들(506)은 임의의 주어진 시간에 송신기들(502) 혹은 수신기들(504)을 안테나들(404)에 결합시킨다.
하지만, 레이더 감지를 위해서, 무선 통신 칩셋(104)이 송수신기들(406)의 풀-듀플렉스 동작(416)을 제공할 수 있도록 하여 근접-범위 레이더 감지를 가능하게 하는 것이 이롭다. 풀-듀플렉스 동작(416)은 스위치들(506)의 상태를 듀플렉스 동작 신호(508)를 통해 설정하는 제어기(310)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금, 도 6a 및 도 6b에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 연속-파 레이더 혹은 펄스-도플러 레이더를 수행할 수 있게 할 수 있다. 스위치들(506)의 사용은 또한 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 레이더 감지를 위한 풀-듀플렉스 동작(full-duplex operation) 혹은 무선 통신을 위한 하프-듀플렉스 동작(half-duplex operation) 간의 용이한 스위칭을 가능하게 한다.
도 6a는 연속-파 레이더 동작을 위한 무선 통신 칩셋(104)의 풀-듀플렉스 동작(416)을 예시한다. 도시된 구현예에서, 제어기(310)는 송신기들(502)의 일부 및 수신기들(504)의 일부가 각각의 안테나들(404)에 동시에 연결되도록 한다. 예를 들어, 듀플렉스 동작 신호(508)는 스위치(506-1)로 하여금 송신기(502-1)를 안테나(404-1)에 연결시키도록 함과 아울러 스위치(506-2)로 하여금 수신기(504-2)를 안테나(404-2)에 연결시키도록 한다. 이러한 방식으로, 송신기(502-1)는 안테나(404-1)를 통해 레이더 신호(602)를 전송함과 동시에 수신기(504-2)는 타겟(604)에 의해 반사되는 레이더 신호(602)의 일부를 안테나(404-2)를 통해 수신한다.
일부 경우들에서, 레이더 신호(602)는 그래프(606)에서 보여지는 바와 같이 주파수-변조 신호(frequency-modulated signal)를 포함할 수 있다. 그래프(606)는 시간 경과에 따른 전송된 레이더 신호(602-1)와 반사된 레이더 신호(602-2)의 주파수를 도시한다. 그래프(606)는 풀-듀플렉스 동작(416)을 예시하는데, 이러한 풀-듀플렉스 동작(416)에 의해, 송신기(502-1)는 수신기(504)가 반사된 레이더 신호(602-2)를 수신하는 기간 동안, 전송된 레이더 신호(602-1)를 발생시킨다. 시간 경과에 따른 전송된 레이더 신호(602-1)와 반사된 레이더 신호(602-2) 간의 주파수에서의 시프트(shift)를 측정함으로써, 타겟(604)의 범위 및 범위-변화율이 레이더-기반 애플리케이션(308)에 의해 결정될 수 있다.
전송 및 수신 체인 양쪽 모두를 위한 컴포넌트들을 공유하는 송수신기들(406)(예를 들어, 임의의 주어진 시간에 전송 혹은 수신을 수행할 수 있는 송수신기(406))에 대해서, 연속-파 레이더를 위한 풀-듀플렉스 동작(416)은 적어도 두 개의 송수신기들(406)을 사용하여 실현될 수 있고, 그럼으로써 송수신기들(406) 각각으로부터의 전송 혹은 수신 체인이 안테나들(404)에 각각 연결되게 된다. 대안적으로, 별개의 전송 및 수신 체인들을 포함하는 송수신기들(406)(예를 들어, 전송 및 수신을 동시에 수행할 수 있는 송수신기(406))에 대해서, 연속-파 레이더를 위한 풀-듀플렉스 동작(416)은 (도 8b에서 보여지는 바와 같이) 송수신기(406)의 송신기(502) 및 수신기(504)를 안테나들(404)에 각각 연결함으로써 실현될 수 있다.
도 6b는 펄스-도플러 레이더 동작을 위한 무선 통신 칩셋(104)의 풀-듀플렉스 동작(416)을 예시한다. 도시된 구현예에서, 제어기(310)는 송신기들(502)과 수신기들(504) 간의 신속한 스위칭을 가능하게 한다. 듀플렉스 동작 신호(508)를 사용하여, 제어기(310)는 또한 복수의 스위치들(506)에 걸쳐 스위칭을 조정(coordinate)할 수 있다. 펄스-도플러 레이더에 대해서, 제어기(310)는, 전송된 레이더 신호(602-1)의 펄스들이 송신기들(502-1 및 502-2)에 의해 전송될 수 있도록 함과 아울러 반사된 레이더 신호(602-2)의 펄스들이 수신기들(504-1 및 504-2)에 의해 수신될 수 있도록, 전송 및 수신 동작들을 인터리빙(interleaving)한다. 이점으로서, 펄스-도플러 레이더 동작은 단일 송수신기(406) 혹은 단일 안테나(404)를 갖는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 레이더 감지를 수행할 수 있게 한다. 도 6a에서 설명된 연속-파 레이더 기법들과 비교하여, 전송 및 수신 양쪽 모두를 위해 안테나들(404)의 이중-사용(dual-use)을 가능하게 함으로써 펄스-도플러 레이더를 사용하여 감도(sensitivity)가 또한 증가될 수 있다.
그래프(608)는 시간 경과에 따른 전송된 레이더 신호(602-1) 및 반사된 레이더 신호(602-2)의 주파수를 도시한다. 보여지는 바와 같이, 전송된 레이더 신호(602-1)는 복수의 전송된 펄스들(610-1, 610-2 ... 610-P)을 포함하고, 여기서 "P"는 양의 정수를 나타낸다. 각각의 전송된 펄스(610) 간의 시간은 펄스-간 주기(Inter-Pulse Period, IPP)로 지칭된다. 각각의 전송된 펄스(610) 동안, 제어기(310)는 송신기(502)로 하여금 안테나(404)에 연결되도록 한다. 각각의 전송된 펄스(610) 사이에서, 제어기(310)는 수신기(504)로 하여금, 반사된 펄스들(612)(예컨대, 반사된 펄스(612-1 및 612-2))의 수신을 위해 연결되도록 한다. 비록 그래프(608)가 개개의 펄스들이 동일한 시간에 전송 및 수신되지 않는 것으로 예시하고 있지만, 신속한 스위칭은 레이더 신호(602)의 일부분들이 동일한 기간에 걸쳐 전송 혹은 수신될 수 있게 하고, 이에 따라 임의 형태(version)의 풀-듀플렉스 동작(416)을 구현할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서는 두 개의 송수신기들(406), 두 개의 안테나들(404), 및 두 개의 스위치들(506)이 명시적으로 보여지고 있지만, 이러한 연속-파 레이더 혹은 펄스-도플러 레이더를 위한 기법들은 임의 개수의 송수신기들(406), 안테나들(404), 및 스위치들(506)에 적용될 수 있다. 스위치들(506) 대신에 써큘레이터(circulator)들을 사용하는 무선 통신 칩셋들(104)에 대해서, 연속-파 및 펄스-도플러 레이더 동작들이 모두 또한 수행될 수 있다.
디지털 빔포밍(Digital Beamforming)
도 7은 디지털 빔포밍을 위한 예시적인 디지털 빔포머(418) 및 무선 통신 칩셋(104)을 예시한다. 디지털 빔포밍 기법들을 사용하여, 다양한 레이더 필드들이 전송 혹은 수신될 수 있는데, 여기서 다양한 레이더 필드들은 광폭 필드(wide field)들, 협소(narrow field)들, 성형된 필드(shaped field)들(반구형, 입방체형, 부채꼴형, 원뿔형, 원통형), 조향된 필드(steered field)들, 비-조향된 필드(un-steered field)들, 근접 범위 필드(close range field)들, 원거리 범위 필드(far range field)들, 등을 포함한다. 디지털 빔포밍이 아래에서 레이더 신호(602)를 수신하는 것에 관해 논의되지만, 디지털 빔포밍은 또한 레이더 신호(602)를 전송하기 위해 구현될 수 있다. 도시된 구성에서, 수신기들(504-1 내지 504-N)은 안테나들(404-1 내지 404-N)을 통해 수신된 반사된 레이더 신호(602-2)를 각각 프로세싱하여 기저대역 데이터(702-1 내지 702-N)를 발생시킨다. 일반적으로, 안테나들(404)로부터의 응답들은 개개의 수신 체인들에 의해 따로따로 프로세싱된다. 기저대역 데이터(702)는 임의의 기간에 걸쳐 수집된(그리고 레이더 신호(602)와 관련된 상이한 파수(wavenumber)들에 대한) 디지털 I/Q 데이터를 포함할 수 있다.
디지털 빔포머(418)는 무선 통신 칩셋(104)으로부터(예를 들어, 만약 디지털 빔포머(418)가 무선 통신 칩셋(104)으로부터 분리되어 구현된다면 통신 인터페이스(402)를 통해) 기저대역 데이터(702)를 획득하고, 그리고 이러한 기저대역 데이터(702)에 복소 가중치(complex weight)들(704-1 내지 704-N)을 곱한다. 디지털 빔포머(418)는 수신 체인들 각각으로부터의 결과들을 결합하여 공간 응답(spatial response)(708)을 형성하기 위해 합산(summation)(706)을 수행한다. 공간 응답(708)은 타겟(604)의 각위치를 결정하기 위해 레이더-기반 애플리케이션(308)에 제공될 수 있다. 일반적으로, 공간 응답(708)은 각도들, 범위들, 및 시간들의 세트에 대한 진폭 및 위상 정보를 포함한다.
일부 구현예들에서, 제어기(310)는 공간 응답(708)을 발생시키기 위해 사용되는 안테나 패턴들의 형상들을 제어하기 위해서 복소 가중치들(704)을 설정 혹은 제공할 수 있다. 복소 가중치들(704)은 미리-결정된 값들에 근거할 수 있고, 그리고 수 천 개의 빔들이 동시에 형성될 수 있게 할 수 있다. 복소 가중치들(704)은 또한 잼머(jammer)들 혹은 노이즈 소스(noise source)들로부터의 간섭을 감소시키기 위해 (예를 들어, 간섭의 방향으로 안테나 패턴들의 널(null)을 조향시킴으로써) 실시간으로 제어기(310)에 의해 동적으로 조정(adjust)될 수 있다. 제어기(310)는 또한, 도 8a 및 도 8b에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 디지털 빔포밍을 향상시키도록 무선 통신 칩셋(104)을 구성할 수 있다.
도 8a는 디지털 빔포밍을 위한 무선 통신 칩셋(104)의 예시적인 구성을 나타낸다. 무선 통신 칩셋(104)은 복수의 안테나들(404)을 갖는 안테나 어레이(antenna array)(802)를 포함한다. 바람직하게는, 무선 통신 칩셋(104)은 적어도 세 개의 수신기들(504)에 각각 결합되는 적어도 세 개의 안테나들(404)을 포함한다. 도시된 구성에서, 안테나 어레이(802)는 안테나들(404)의 2-차원 정렬(예를 들어, 삼각형 정렬, 사각형 정렬, 원형 정렬, 혹은 육각형 정렬)을 갖는 평면 어레이이며, 이러한 것은 반사된 레이더 신호(602-2)의 도달 각도(angle of arrival)와 관련된 2-차원 벡터(vector)가 결정될 수 있게 한다(예를 들어, 타겟(604)의 방위각(azimuth) 및 고각(elevation angle) 양쪽 모두의 결정을 가능하게 함). 안테나 어레이(802)는, 각도 공간(angular space)의 하나의 차원(예를 들어, 방위각 혹은 수평 차원)을 따라 배치된 두 개의 안테나들(404)을 포함하고, 그리고 두 개의 안테나들(404) 중 하나에 관해 안테나 공간의 또 하나의 다른 차원(예를 들어, 고각 혹은 수직 차원)을 따라 배치된 또 하나의 다른 안테나(404)를 포함한다. 적어도 세 개의 안테나들이 이러한 2-차원 정렬을 위해 요구된다. 안테나 어레이(802)의 다른 구현예들은 타겟(604)의 방위각 또는 고각이 결정될 수 있도록 선형 어레이(예를 들어, 1-차원 정렬)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 2-차원 안테나 어레이는 2개의 평면들(예를 들어, 방위각 및 고각)에서의 빔 조향을 가능하게 하고, 그리고 동일한 수의 안테나들 및 안테나 간격을 갖는 1-차원 안테나 어레이와 비교하여 더 높은 다이버시티를 가능하게 한다.
도시된 구성에서, 안테나 어레이(802)는 NxM 직사각형 정렬을 갖는 것으로 보여지고 있는데, 여기서 N 및 M은 1보다 큰 양의 정수들이고, 이들은 서로 동일할 수 있거나 동일하지 않을 수 있다. 예시적 정렬들은 2x2 어레이, 2x3 어레이, 4x4 어레이, 등을 포함한다. 디지털 빔포밍을 위해서, 제어기(310)는 안테나 어레이(802) 내의 안테나들(404-1 내지 404-NM) 중 일부를 사용하여 디지털 빔포밍을 행하기 위해 송수신기들(406-1 내지 406-NM) 중 일부로 하여금, 반사된 레이더 신호(602-2)를 수신할 수 있도록 풀-듀플렉스 동작(416)을 위한 기법들을 구현할 수 있다.
일부 구현예들에서, 제어기(310)는 안테나들(404) 중 어느 안테나가 디지털 빔포밍을 위해 사용될 것인지를 선택할 수 있다. 이것은 안테나 어레이(802) 내의 안테나들(404) 중 어느 안테나가 수신기들(504)에 연결될 것인지를 (예를 들어, 풀-듀플렉스 동작(416)에 대해 앞서 설명된 기법들을 통해) 제어함으로써 달성될 수 있다. 이것은 제어기(310)로 하여금 상호 결합(mutual coupling)의 영향들을 감소시키고, 다이버시티를 증진시키고, 그리고 기타 등등을 행하는 미리결정된 간격을 실현하는 안테나들(404)을 선택함으로써 무선 통신 칩셋(104)을 통한 레이더 감지를 용이하게 할 수 있다. 각도 모호성들을 제어하기 위해, 제어기(310)는 또한 레이더 신호(602)의 중심 파장에 근거하여 효과적인 안테나 간격을 실현하기 위해 안테나들(404)을 선택할 수 있다. 예시적인 안테나 간격들은 대략 레이더 신호(602)의 중심 파장, 중심 파장의 절반, 또는 중심 파장의 3분의1을 포함할 수 있다. 더욱이, 제어기(310)는 안테나 어레이(802) 내에서 동등하게 이격된 안테나들(404)을 선택함으로써 디지털 빔포밍의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 일부 구현예들에서, 안테나들(404)은, 도 8b에서 보여지는 바와 같이, 전송 및 수신을 위해 2-차원 어레이가 형성되도록 선택될 수 있다.
도 8b는 디지털 빔포밍을 위한 또 하나의 다른 예시적인 무선 통신 칩셋(104)을 나타낸다. 무선 통신 칩셋(104)은 여덟 개의 안테나들(404-1 내지 404-8) 및 네 개의 송수신기들(406-1 내지 406-4)을 포함한다. 안테나들(404-1 내지 404-4)은 전송 안테나 어레이(802-1)를 형성하고, 안테나들(404-5 내지 404-8)은 수신 안테나 어레이(802-2)를 형성한다. 도시된 구성에서, 송신기들(502-1 내지 502-4)은 전송 안테나 어레이(802-1) 내의 안테나들(404-1 내지 404-4)에 각각 결합되고, 그리고 수신기들(504-1 내지 504-4)은 수신 안테나 어레이(802-2) 내의 안테나들(404-5 내지 404-8)에 각각 결합된다. 이러한 방식으로, 디지털 빔포밍이 레이더 신호(602)의 전송 및 수신 모두 위해 실현될 수 있다. 다른 구현예들에서, 전송 안테나 어레이(802-1)는 안테나 정렬, 안테나들(404)의 수, 혹은 안테나 간격에 있어 수신 안테나 어레이(802-2)와 동일할 수 있거나 다를 수 있다.
레이더 변조들(Radar Modulations)
도 9는 레이더 변조들을 위한 예시적인 레이더 변조기(420) 및 무선 통신 칩셋(104)을 나타낸다. 도시된 구성에서, 무선 통신 칩셋(104)의 송수신기(406)는 I/Q 변조기(902) 및 I/Q 복조기(904)를 포함한다. 무선 통신을 위해서, I/Q 변조기(902) 및 I/Q 복조기(904)는 통신 데이터를 반송파 신호 상에 변조시키기 위해서 또는 통신 데이터를 추출하기 위해 반송파 신호를 복조하기 위해서 각각 사용될 수 있다. 예시적 변조들은 진폭 변조, 주파수 변조, 또는 위상 변조를 포함한다. 또 하나의 다른 예로서, 직교-주파수 분할-멀티플렉싱(Orthogonal-Frequency Division-Multiplexing, OFDM)이 I/Q 변조기(902) 및 I/Q 복조기(904)에 의해 수행될 수 있다.
레이더 감지를 위해서, 제어기(310)는 변조 동작 신호(906)를 발생시켜 I/Q 변조기(902) 및 I/Q 복조기(904)로 하여금 레이더 변조기(420)로서 동작하도록 할 수 있고 미리결정된 레이더 변조 타입을 이용하도록 할 수 있다. 예시적인 레이더 변조들은, 주파수 변조(frequency modulation)들(예를 들어, 선형-주파수 변조(Linear-Frequency Modulationm, LFM)들, 톱니형 주파수 변조(sawtooth frequency modulation)들, 또는 삼각형 주파수 변조(triangular frequency modulation)들), 계단형 주파수 변조(stepped frequency modulation)들, 위상-시프트 키잉(Phase-Shift Keying, PSK), 의사-잡음 변조(pseudo-noise modulation)들, 확산-스펙트럼 변조(spread-spectrum modulation)들, 등을 포함한다. 예로서, 제어기(310)는 I/Q 변조기(902)로 하여금 처프 신호(chirp signal)를 생성하도록 할 수 있고, I/Q 복조기(904)로 하여금 주파수-변조된 연속-파(Frequency-Modulated Continuous-Wave, FMCW) 레이더를 위해 처프 신호를 복조하도록 할 수 있다.
제어기(310)는 또한 레이더 신호(602)를 전송 및 수신하기 위한 무선 통신 채널(이것은 레이더 신호(602)의 주파수 및 대역폭에 영향을 미침)을 더 특정하기 위해 변조 동작 신호(906)를 사용할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 상이한 무선 통신 주파수 채널들이 레이더 신호의 대역폭을 증가시키기 위해 결합(bond)될 수 있다. 더 큰 대역폭을 이용하는 것은 무선 통신 칩셋(104)을 통한 레이더 감지에 대한 범위 해상도(range resolution)를 증진시킨다(예를 들어, 범위 정확성을 증가시킴 그리고 복수의 타겟들이 범위 내에서 결정(resolve)될 수 있게 함). I/Q 변조기(902) 및 I/Q 복조기(904)는 또한, 복수의 레이더 감지 동작들을 동시에 수행하는 것을 지원하는데 사용될 수 있거나, 또는 도 10에 관하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 무선 통신 및 레이더 감지 양쪽 모두를 동시에 수행하는 것을 지원하는데 사용될 수 있다.
도 10은 제어기(310) 및 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 무선 통신 및 레이더 감지를 수행하는 통신 디바이스(102)를 예시한다. 이러한 예에서, 무선 통신 칩셋(104)은 MIMO 및 OFDM을 지원한다. 변조 동작 신호(906)에 근거하여, 무선 통신 칩셋(104)은 송신기들(502-1, 502-2, ..., 502-N)에 의해 나타내어진 개별 전송 체인들을 통해 신호들(1000-1, 1000-2, ..., 1000-N)을 발생시킨다. 신호들(1000-1, 1000-2, ..., 1000-N)은 레이더 감지를 위해, 무선 통신을 위해, 그리고 레이더 감지와 무선 통신 모두를 위해, 각각 변조된다. 신호(1000-N)는 통신 데이터를 포함하는 신호를 레이더 변조를 사용해 변조함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 신호(1000-N)를 수신하는 다른 컴퓨팅 디바이스들(102)은 (예를 들어, 도 3에서 설명된 바와 같이 바이스태틱 레이더, 멀티스태틱 레이더, 혹은 네트워크 레이더의 기법들을 이용하여) 무선 통신을 위해 혹은 레이더 감지를 위해 신호(1000-N)를 프로세싱할 수 있다.
복수의 신호들(1000) 간의 간섭을 피하기 위해, 제어기(310)는 I/Q 변조기(902)로 하여금 서로 직교하는 신호들(1000)을 생성하도록 할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 신호들(1000-1, 1000-2, 및 1000-3)은 분리된(disjoint) 무선 통신 채널들을 사용하여 전송될 수 있다. 상이한 무선 통신 채널들이 또한 상이한 레이더 변조들을 위해 사용될 수 있고, 이것은 상이한 레이더 신호들(602)이 동시에 전송될 수 있게 한다. 만약 무선 통신 칩셋(104) 내에서 타이밍, 안테나 또는 송수신기 리소스들이 제한되어 있다면, 제어기(310)는 우선순위, 미리결정된 업데이트 속도, 혹은 또 하나의 다른 애플리케이션으로부터의 요청에 근거하여 무선 통신 및 레이더 감지가 상이한 시간에 일어나도록 스케줄링할 수 있다.
예시적인 방법들(Example Methods)
도 11 내지 도 13은 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위한 예시적인 방법들(1100, 1200, 및 1300)을 나타낸다. 방법들(1100, 1200, 및 1300)이 그 수행되는 동작들(혹은 액트(act)들)의 세트들로서 보여지고 있지만, 본 방법들(1100, 1200, 및 1300)은 동작들이 본 명세서에서 보여지는 순서 또는 조합들로만 반드시 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 이러한 동작들 중 하나 이상의 동작 중 임의의 동작은 추가적인 그리고/또는 대안적인 방법들의 광범위한 어레이를 제공하기 위해 반복, 결합, 재정렬 혹은 연결될 수 있다. 다음의 논의의 일부분들에서는, 도 1 및 도 2의 환경들(100 및 200) 및 도 3 내지 도 10에서 상세히 설명된 엔티티들이 참조될 수 있는데 이들에 대한 참조는 단지 예시를 위한 것이다. 이러한 기법들은 하나의 디바이스 상에 동작하는 하나의 엔티티 혹은 복수의 엔티티들에 의한 수행만으로 한정되지 않는다.
도 11은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 풀-듀플렉스 동작을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다. 도면번호 1102에서, 무선 통신 칩셋의 송신기가 제 1 안테나에 연결되게 된다. 예를 들어, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 송신기(502)를 안테나 어레이(802) 내의 안테나들(404) 중 적어도 하나의 안테나에 연결하도록 할 수 있다.
도면번호 1104에서, 무선 통신 칩셋의 수신기가 제 2 안테나에 연결되게 된다. 예를 들어, 제어기(310)는 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 수신기(504)를 안테나 어레이(802) 내의 적어도 하나의 다른 안테나(404)에 연결하도록 할 수 있다. 송신기(502)와 수신기(504)는 무선 통신 칩셋(104) 내에서 동일한 송수신기(406)와 관련될 수 있거나, 혹은 상이한 송수신기들(406)과 관련될 수 있다.
도면번호 1106에서, 신호가 송신기 및 제 1 안테나를 통해 전송된다. 예를 들어, 송신기(502-1) 및 안테나(404-1)가 레이더 신호(602)를 전송할 수 있다. 일부 경우들에서, 레이더 신호(602)는 도 6a에서 보여지는 바와 같이 연속-파 레이더일 수 있거나, 또는 도 6b에서 보여지는 바와 같이 펄스화된 레이더 신호일 수 있다.
도면번호 1108에서, 타겟에 의해 반사된 신호가 수신기 및 제 2 안테나를 통해 수신된다. 이러한 신호의 수신은 송신기가 신호를 전송하고 있는 기간 중 적어도 일부 기간 동안 일어난다. 예를 들어, 레이더 신호(602)는 타겟(604)에 의해 반사될 수 있고 수신기(504-2) 및 제 2 안테나(404-2)를 통해 수신될 수 있다. 일부 구현예들에서, 수신기(504-1)는 제 1 안테나(404-1)와 함께 사용될 수 있다. 연속-파 레이더에 대해, 레이더 신호(602)의 일부분들은 신호의 다른 일부분들이 수신되는 동안 동시에 전송될 수 있다. 펄스-도플러 레이더에 대해, 레이더 신호(602)의 상이한 펄스들이, 전송되는 다른 펄스들 사이에서 수신될 수 있다.
도면번호 1110에서, 수신되는 신호는 타겟의 위치를 결정하기 위해 프로세싱된다. 예를 들어, 시스템 프로세서(408) 혹은 컴퓨터 프로세서(304)는 타겟(604)의 범위 및 각위치를 결정하기 위해 레이더 신호(602)를 프로세싱할 수 있다.
도 12는 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 디지털 빔포밍을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다. 도면번호 1202에서, 타겟에 의해 반사된 레이더 신호가 무선 통신 칩셋의 복수의 수신 체인들을 통해 수신된다. 예를 들어, 반사된 레이더 신호(602-2)는, 도 7에서 보여지는 바와 같이, 무선 통신 칩셋(104)의 안테나들(404-1 내지 404-N) 중 적어도 일부 및 수신기들(504-1 내지 504-N)들 중 적어도 일부를 통해 수신될 수 있다. 일반적으로, 각각의 수신 체인은 송수신기(406) 및 하나 이상의 안테나들(404)과 관련된다. 일부 경우들에서, 제어기(310)는, 듀플렉스 동작 신호(508)를 통해서, 반사된 레이더 신호(602-2)를 수신하기 위해 무선 통신 칩셋(104)을 초기화(initialize) 혹은 설정(set-up)할 수 있다. 제어기(310)는 또한 반사된 레이더 신호(602-2)를 수신하기 위해 어느 수신 체인들이 사용될 것인지를 더 결정할 수 있고, 이것은 또한 디지털 빔포밍을 위해 무선 통신 칩셋(104)을 최적화시킬 수 있다.
도면번호 1204에서, 복수의 수신 체인들 각각과 관련된 기저대역 데이터가 무선 통신 칩셋을 통해 발생된다. 예를 들어, 기저대역 데이터(702-1 내지 702-N)가 무선 통신 칩셋(104)에 의해 발생된다. 기저대역 데이터(702-1 내지 702-N)는 수신기들(504-1 내지 504-N)에 의해 생성되는 디지털 I/Q 데이터를 포함할 수 있다.
도면번호 1206에서, 기저대역 데이터가 디지털 빔포머에 제공된다. 예를 들어, 디지털 빔포머(418)가 무선 통신 칩셋(104) 혹은 컴퓨팅 디바이스(102) 내에 구현될 수 있다. 일부 구현예들에서, 기저대역 데이터(702)는 통신 인터페이스(402)를 통해 디지털 빔포머(418)에 전달될 수 있다.
도면번호 1208에서, 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포머를 통해 디지털 빔포밍이 수행된다. 디지털 빔포머(418)는, 예를 들어, 복소 가중치들에 따라 기저대역 데이터(702)를 스케일링(scaling)할 수 있고, 그리고 수신 체인들 각각으로부터의 데이터를 결합하여 공간 응답(708)을 생성할 수 있다. 일반적으로, 공간 응답(708)은 상이한 각도들에 대한 진폭 및 위상 정보를 나타낸다.
도면번호 1210에서, 공간 응답에 근거하여 타겟의 각위치가 결정된다. 각위치는 공간 응답(708)에 근거하여 레이더-기반 애플리케이션(308)을 통해 결정될 수 있다. 일부 경우들에서, 각위치는 타겟(604)의 방위각 및 고각을 모두 포함할 수 있다.
도 13은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위해 레이더 변조들을 수행하기 위한 예시적인 방법을 나타낸다. 도면번호 1302에서, 타겟의 위치가 결정될 수 있게 하기 위해 제 1 변조 타입이 선택된다. 예를 들어, 제 1 변조 타입은, 선형-주파수 변조, 계단형-주파수 변조, 위상 시프트-키잉, 등과 같은 레이더 변조를 포함할 수 있다.
도면번호 1304에서, 통신 데이터가 무선으로 전달될 수 있게 하기 위해 제 2 변조 타입이 선택된다. 통신 변조 타입은 직교 주파수-분할 멀티플렉싱을 포함할 수 있다.
도면번호 1306에서, 레이더 신호를 생성하기 위해 무선 통신 칩셋을 통해서 제 1 변조 타입에 근거해 신호가 변조된다. 예를 들어, 무선 통신 칩셋(104)은 I/Q 변조기(902)를 포함할 수 있다. 제어기(310)는 변조 동작 신호(906)를 통해 I/Q 변조기(902)로 하여금 레이더 변조를 사용하여 레이더 신호(602), 신호(1000-1), 혹은 신호(1000-N)를 생성하도록 할 수 있다.
도면번호 1308에서, 통신 신호를 생성하기 위해 무선 통신 칩셋을 통해서 제 2 변조 타입에 근거해 또 하나의 다른 신호가 변조된다. 예를 들어, 제어기(310)는 변조 동작 신호(906)를 통해 I/Q 변조기(902)로 하여금 통신 변조를 사용하여 신호(1000-2) 혹은 신호(1000-N)를 생성하도록 할 수 있다.
도면번호 1310에서, 무선 통신 칩셋을 통해서 레이더 감지 및 무선 통신이 가능하게 하기 위해 레이더 신호 및 통신 신호의 전송이 제어된다. 예를 들어, 제어기(310)는, 만약 무선 통신 칩셋(104)이 한정된 리소스들(예컨대, 한정된 수의 송수신기들(406) 및 안테나들(404))을 가지고 있다면, 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 레이더 신호(1000-1) 및 통신 신호(1000-2)를 상이한 시간에 전송하도록 할 수 있다. 대안적으로, 제어기(310)는, 예컨대 무선 통신 칩셋(104)이 MIMO를 지원하는 경우들에서, 무선 통신 칩셋(104)으로 하여금 레이더 신호(1000-1) 및 통신 신호(1000-2)를 동시에 전송하도록 할 수 있다. 일부 경우들에서, 레이더 신호(1000-1) 및 통신 신호(1000-2)의 전송은 각각의 우선순위들에 근거할 수 있거나, 레이더 감지의 미리-결정된 업데이트 속도에 근거할 수 있거나, 또는 무선 통신 칩셋(104)과 관련된 애플리케이션(예컨대, 레이더-기반 애플리케이션(308))에 의한 요청마다 행해질 수 있다.
예시적인 컴퓨팅 시스템(Example Computing System)
도 14는 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 레이더 감지를 구현하기 위한 (이전의 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 임의 타입의 클라이언트, 서버, 및/또는 컴퓨팅 디바이스로서 구현될 수 있는) 예시적인 컴퓨팅 시스템(1400)의 다양한 컴포넌트들을 나타낸다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 디바이스 데이터(1404)(예를 들어, 수신된 데이터, 수신되고 있는 데이터, 방송을 위해 스케줄링된 데이터, 데이터의 데이터 패킷들)의 유선 및/또는 무선 통신을 가능하게 하는 통신 디바이스들(1402)을 포함한다. 디바이스 데이터(1404) 혹은 다른 디바이스 콘텐츠(device content)는 디바이스의 구성 설정(configuration settings), 디바이스 상에 저장된 미디어 콘텐츠(media content), 그리고/또는 디바이스의 사용자와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1400) 상에 저장된 미디어 콘텐츠는 임의 타입의 오디오, 비디오, 및/또는 이미지 데이터를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1400)은 하나 이상의 데이터 입력들(1406)을 포함하는데, 이러한 데이터 입력들(1406)을 통해 임의 타입의 데이터, 미디어 콘텐츠, 및/또는 입력들이 수신될 수 있는바, 예컨대, 인간 발성(human utterance)들, 기저대역 데이터(702), 공간 응답들(708), 레이더 데이터의 다른 타입들(예를 들어, 디지털 기저대역 데이터 또는 범위-도플러 맵들), (명시적 혹은 암시적) 사용자-선택가능 입력들, 메시지들, 음악, 텔레비젼 미디어 콘텐츠, 녹화된 비디오 콘텐츠, 그리고 임의의 콘텐츠 및/또는 데이터 소스로부터 수신된 임의의 다른 타입의 오디오, 비디오 및/또는 이미지 데이터와 같은 것이 수신될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 또한 통신 인터페이스들(1408)을 포함하는데, 이러한 통신 인터페이스들(1408)은 직렬 및/또는 병렬 인터페이스, 무선 인터페이스, 임의 타입의 네트워크 인터페이스, 모뎀 중 어느 하나 혹은 그 이상의 것으로서 구현될 수 있고, 그리고 임의의 다른 타입의 통신 인터페이스로서 구현될 수 있다. 통신 인터페이스들(1408)은 통신 시스템(1400)과 통신 네트워크 간의 연결 및/또는 통신 링크들을 제공하며, 이를 통해 다른 전자 디바이스들, 컴퓨팅 디바이스들 및 통신 디바이스들이 컴퓨팅 시스템(1400)과 데이터를 주고받는다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 하나 이상의 프로세서들(1410)(예를 들어, 마이크로프로세서들, 제어기들, 등 중 어느 하나)을 포함하고, 이러한 프로세서들(1410)은 컴퓨터-실행가능 명령들을 프로세싱하여, 컴퓨팅 시스템(1400)의 동작을 제어하고 그리고 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 레이더 감지를 행하기 위한 기법들을 가능하게 하고 또는 이러한 레이더 감지가 구현될 수 있는 기법들을 가능하게 한다. 대안적으로 혹은 추가적으로, 컴퓨팅 시스템(1400)은 도면번호 1412에서 전체적으로 식별되는 프로세싱 및 제어 회로들과 연결되어 구현되는 하드웨어, 펌웨어, 혹은 고정된 로직 회로 중 어느 하나 혹은 이들의 조합을 갖도록 구현될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 컴퓨팅 시스템(1400)은 디바이스 내의 다양한 컴포넌트들을 결합시키는 시스템 버스 또는 데이터 전달 시스템을 포함할 수 있다. 시스템 버스는 메모리 버스 혹은 메모리 제어기, 주변 버스, 범용 직렬 버스, 및/또는 다양한 버스 아키텍처들 중 어느 하나를 이용하는 프로세서 혹은 로컬 버스와 같은 상이한 버스 구조들 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1400)은 또한, 지속적인 그리고/또는 비-일시적인(즉, 단순한 신호 전송과는 대조적인) 데이터 저장을 가능하게 하는 하나 이상의 메모리 디바이스들과 같은 컴퓨터-판독가능 매체(1414)를 포함하는바, 그 예들은 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM), 비-휘발성 메모리(예를 들어, 판독-전용 메모리(Read-Only Memory, ROM), 플래시 메모리, EPROM, EEPROM, 등 중 어느 하나 혹은 그 이상의 것), 그리고 디스크 저장 디바이스를 포함한다. 디스크 저장 디바이스는 임의 타입의 자기적 혹은 광학적 저장 디바이스로서 구현될 수 있는바, 예컨대, 하드 디스크 드라이브, 기록가능한 그리고/또는 기입가능한 콤팩트 디스크(Compact Sisc, CD), 임의 타입의 디지털 다용도 디스크(Digital Versatile Disc, DVD), 등으로서 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1400)은 또한 대용량 저장 매체 디바이스(저장 매체)(1416)를 포함할 수 있다.
컴퓨터-판독가능 매체(1414)는, 디바이스 데이터(1404)를 저장하기 위한, 뿐만 아니라 다양한 디바이스 애플리케이션들(1418)을 저장하기 위한, 그리고 컴퓨팅 시스템(1400)의 동작적 실시양상들과 관련된 임의의 다른 타입의 정보 및/또는 데이터를 저장하기 위한, 데이터 저장 메커니즘들을 제공한다. 예를 들어, 오퍼레이팅 시스템(1420)이 컴퓨터-판독가능 매체(1414)와 함께 컴퓨터 애플리케이션으로서 유지될 수 있고, 그리고 프로세서들(1410) 상에서 실행될 수 있다. 디바이스 애플리케이션들(1418)은 디바이스 관리자를 포함할 수 있는데, 예컨대, 임의 형태의 제어 애플리케이션, 소프트웨어 애플리케이션, 신호-프로세싱 및 제어 모듈, 특정 디바이스에 고유한 코드, 특정 디바이스에 대한 하드웨어 추상화 계층, 등을 포함할 수 있다.
디바이스 애플리케이션들(1418)은 또한, 무선 통신 칩셋(104)을 사용하여 레이더 감지를 구현하기 위한 임의의 시스템 컴포넌트들, 엔진들, 또는 관리자들을 포함한다. 이러한 예에서, 디바이스 애플리케이션들(1418)은 레이더-기반 애플리케이션(308), 제어기(310), 및 디지털 빔포머(418)를 포함한다.
결론(Conclusion)
무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 사용하는 기법들 및 이러한 레이더 감지를 포함하는 장치들이 특징들 및/또는 방법들에 특정된 언어로 설명되었지만, 첨부되는 청구항들의 대상이 이렇게 설명된 특정 특징들 혹은 방법들에만 반드시 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 이러한 특정 특징들 및 방법들은 무선 통신 칩셋을 사용하여 레이더 감지를 행하는 예시적인 구현예들로서 개시된 것이다.

Claims (20)

  1. 레이더 감지(radar sensing)를 행하기 위한 장치로서, 상기 장치는,
    적어도 세 개의 수신기들에 각각 결합되는 적어도 세 개의 안테나들을 포함하는 무선 통신 칩셋(wireless communication chipset)과; 그리고
    디지털 빔포머(digital beamformer)를 포함하고,
    상기 무선 통신 칩셋은,
    상기 적어도 세 개의 안테나들 및 상기 적어도 세 개의 수신기들을 통해, 타겟(target)에 의해 반사되는 레이더 신호(radar signal)를 수신하도록 되어 있고; 그리고
    상기 적어도 세 개의 수신기들을 통해, 수신되는 상기 레이더 신호에 근거하는 기저대역 데이터(baseband data)를 생성하도록 되어 있으며,
    상기 디지털 빔포머는,
    상기 적어도 세 개의 수신기들에 의해 생성된 상기 기저대역 데이터를 획득하도록 되어 있고; 그리고
    상기 타겟의 각위치(angular position)가 결정될 수 있도록 하기 위해 상기 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답(spatial response)을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍(digital beamforming)을 수행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 통신 칩셋은 상기 적어도 세 개의 안테나들 및 상기 적어도 세 개의 수신기들을 통해 무선 통신을 위한 통신 신호를 수신하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장치는 또한, 상기 무선 통신 칩셋이 무선 통신을 위한 상기 통신 신호를 수신하게 하거나 또는 레이더 감지를 위한 상기 레이더 신호를 수신하게 하도록 되어 있는 제어기(controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무선 통신 칩셋은 안테나 어레이(antenna array)를 포함하고, 상기 안테나 어레이는 상기 적어도 세 개의 안테나들을 포함하며, 상기 적어도 세 개의 안테나들은 상기 안테나 어레이 내에서 2-차원 정렬(two-dimensional arrangement)로 정렬되며,
    상기 무선 통신 칩셋은 적어도 세 개의 스위치(switch)들을 포함하고, 상기 적어도 세 개의 스위치들은 상기 적어도 세 개의 안테나들과 상기 적어도 세 개의 수신기들 사이에 각각 결합되고,
    상기 제어기는, 상기 적어도 세 개의 스위치들로 하여금 상기 적어도 세 개의 안테나들을 상기 적어도 세 개의 수신기들에 연결시키도록 함으로써 상기 무선 통신 칩셋이 상기 적어도 세 개의 안테나들을 사용하여 상기 레이더 신호를 수신하게 하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 적어도 세 개의 안테나들 간의 간격(spacing);
    상기 레이더 신호의 중심 파장(center wavelength); 및
    상기 안테나 어레이 내에서의 상기 적어도 세 개의 안테나들의 2-차원 정렬
    중 적어도 하나에 근거하여 상기 안테나 어레이 내에서 상기 적어도 세 개의 안테나들을 선택하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 세 개의 안테나들의 상기 2-차원 정렬은 상기 디지털 빔포머에 의해 발생된 상기 공간 응답이 상기 타겟의 방위각(azimuth) 및 고각(elevation)의 결정을 가능하게 하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 임의의 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 네 번째 안테나를 포함하고,
    상기 무선 통신 칩셋은 상기 네 번째 안테나를 사용하여 상기 레이더 신호를 전송하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  8. 제3항 내지 제6항 중 임의의 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 적어도 세 개의 수신기들로부터 상기 기저대역 데이터를 획득하도록 되어 있고;
    상기 기저대역 데이터를 분석함으로써 노이즈 소스(noise source)의 각위치를 결정하도록 되어 있고; 그리고
    상기 노이즈 소스의 각위치 가까이에 안테나 패턴(antenna pattern)의 널(null)을 위치시키는 복소 가중치(complex weight)들을 발생시키도록 되어 있으며,
    상기 디지털 빔포머는,
    상기 제어기로부터 상기 복소 가중치들을 획득하도록 되어 있고; 그리고
    상기 공간 응답에서 상기 노이즈 소스를 감쇠(attenuate)시키기 위해 상기 복소 가중치들에 근거하여 상기 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍을 수행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  9. 임의의 앞선 항에 있어서,
    상기 기저대역 데이터는 동위상 및 직교위상 데이터(in-phase and quadrature data)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 장치.
  10. 레이더 감지를 행하기 위한 방법으로서,
    타겟에 의해 반사되는 레이더 신호를 무선 통신 칩셋의 복수의 수신 체인(receive chain)들을 통해 수신하는 단계와;
    상기 복수의 수신 체인들 각각과 관련된 기저대역 데이터를 상기 무선 통신 칩셋을 통해 발생시키는 단계와;
    상기 기저대역 데이터를 디지털 빔포머에 제공하는 단계와;
    상기 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 상기 디지털 빔포머를 통해 디지털 빔포밍을 수행하는 단계와; 그리고
    상기 공간 응답에 근거하여 상기 타겟의 각위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방법은 또한, 상기 타겟의 각위치를 결정하는 것과 관련된 각도 모호성들(angular ambiguities)을 제어하기 위해 복수의 수신 체인들의 세트로부터 상기 복수의 수신 체인들을 선택하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 타겟은 사용자의 손(hand)이고,
    상기 방법은,
    상기 손의 각위치와 관련된 제스처(gesture)를 결정하는 것; 또는
    상기 손의 각위치에 근거하여 상기 사용자의 근접도(proximity)를 검출하는 것
    중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 임의의 항에 있어서,
    상기 방법은 또한, 디바이스(device)와 무선으로 통신하기 위해 상기 무선 통신 칩셋을 통해 무선 통신 신호를 전송하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 또한, 상기 무선 통신 칩셋으로 하여금 상기 무선 통신 신호의 전송과 상기 레이더 신호의 수신 간에 스위칭(switching)을 행하도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 또한, 상기 무선 통신 칩셋으로 하여금 상기 무선 통신 신호의 전송과 상기 레이더 신호의 수신을 동시에 행하도록 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무선 통신 신호와 상기 레이더 신호는 상이한 무선 통신 채널(wireless communication channel)들과 관련되는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 무선 통신 신호와 상기 레이더 신호는 서로 직교(orthogonal)하는 것을 특징으로 하는 레이더 감지를 행하기 위한 방법.
  18. 컴퓨터-실행가능 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서,
    상기 컴퓨터-실행가능 명령들은 프로세서에 의한 실행에 응답하여, 제어기 및 디지털 빔포머를 구현하고,
    상기 제어기는,
    타겟에 의해 반사되는 레이더 신호를 수신하기 위해 무선 통신 칩셋이 복수의 수신 체인들을 사용하게 하도록 되어 있고,
    상기 디지털 빔포머는,
    상기 복수의 수신 체인들 각각과 관련된 기저대역 데이터를 상기 무선 통신 칩셋으로부터 획득하도록 되어 있고; 그리고
    상기 타겟의 각위치가 결정될 수 있도록 하기 위해 상기 기저대역 데이터에 근거하여 공간 응답을 발생시킴으로써 디지털 빔포밍을 수행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 디지털 빔포머는,
    상기 기저대역 데이터를 복소 가중치들과 곱함으로써 상기 공간 응답을 발생시키도록 되어 있으며,
    상기 제어기는,
    수신 체인들의 세트로부터 상기 복수의 수신 체인들을 선택하도록 되어 있고;
    상기 복수의 수신 체인들의 선택에 근거하여 상기 복소 가중치들을 결정하도록 되어 있고; 그리고
    상기 복소 가중치들을 상기 디지털 빔포머에 제공하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 수신 체인들은 각각의 복수의 안테나들과 관련되고,
    상기 제어기는 상기 복수의 안테나들 간의 각각의 간격들이 서로 근사적으로 동일하도록 상기 복수의 수신 체인들을 선택하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체.
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