JP6636986B2

JP6636986B2 - マルチ入力マルチ出力レーダシステムに関する改良

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Publication number: JP6636986B2
Application number: JP2017087784A
Authority: JP
Inventors: イルヤ・オケット
Original assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Current assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: JP2017198676A; US20170315213A1; EP3239732B1; EP3239732A1; US10663560B2

Description

本開示は、マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）レーダシステムにおける改良に関し、特に、ＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩をキャンセルする方法に関する。

単安定連続波レーダシステムにおけるよく知られた問題は漏洩信号であり、すなわち、送信機から送信機への送信信号の直接的な漏れが存在する。この望ましくない漏洩信号は、受信機によってピックアップされ、調査されたシーンを表す所望の受信信号を捨てることができる。漏洩信号は、統合されたシステムでは特に問題があり、小型化を可能にするためにアンテナを近接して配置する必要があり、それによって漏洩信号電力が増加する。最近、オンチップの漏洩除去回路が、７９ＧＨｚのレーダ・システム・オン・チップ（非特許文献１参照）に実装される。漏洩キャンセル回路は、ベースバンド領域では、望ましくない漏洩信号である。しかしながら、最適に機能する漏洩キャンセル回路を有するためには、漏洩信号電力は一定の範囲内にある必要があり、すなわち、電力はあるしきい値を上回る必要がある。

Guermandi, D. et al.: "A 79GHz binary phase-modulated continuous-wave radar transceiver with TX-to-RX spillover cancellation in 28nm CMOS", Solid State Circuits Conference - (ISSCC), 2015 IEEE International, 22-26 February 2015, Pages 1-3, ISBN: 978-1-4799-6223-5.

１つの送受信ペアを備える単純なレーダシステムの場合、送信機サブシステム及び受信機サブシステムは、漏洩信号の干渉パターンを算出することにより、漏洩信号電力が常に必要なしきい値を上回っている状態に設定することができる。複数の送受信ペアを含むレーダシステムでは、各ペアには同じ位相信号が供給され、サブシステムの配置はより複雑になるが、実現可能である。しかしながら、ＭＩＭＯレーダシステムでは、送受信ペアが独立して異なる位相で励起され、必要な漏洩信号電力が非常に複雑になることを保証するためにサブシステムを配置する問題は非常に複雑になる。主な問題は、独立して生成された送信信号を考慮に入れると、多数の異なる可能な干渉パターンを計算することは非常に困難となる。このように、サブシステムの位置を決定することは非常に複雑又は不可能になり、その結果、可能性のある干渉パターンの各々における各受信機サブシステムのためのしきい値を上回る漏洩信号のパワーレベルを受信することになる。

本発明の目的は、各ペアが送信機サブシステム及び受信機サブシステムを備え、漏洩キャンセルサブシステムに関連付けられる、複数の送受信ペアを含むＭＩＭＯレーダシステムにおいて、漏洩をキャンセルする方法を提供することにある。

これは、本開示に従って達成される以下のステップを含む方法を用いる。当該方法は、
送受信ペアの送信機サブシステムから信号を送信するステップと、
前記送受信ペアの前記受信サブシステムにおいて前記送信信号に対応する受信信号を受信するステップとを含み、受信信号は電力レベルを有する漏洩信号を含み、
前記方法は、
送受信ペアの送信信号の一部を受信信号にルーティングすることで漏洩信号の電力レベルを増加させるステップと、
送受信ペアに関連付けられた漏洩キャンセルサブシステムによって、漏洩信号及び送信信号の一部をキャンセルするステップとを含む。

送信信号の一部が漏洩信号に対応するので、両方の信号が一緒に加算され、その結果、十分に高いパワーレベルを有する全体の望ましくない信号を発生することで、送受信ペアに関連する漏洩キャンセルサブシステムの正しい機能を確実にする。次いで、関連する漏洩キャンセルサブシステムは、漏洩信号及び送信信号の一部の両方をキャンセルすることで、所望の受信信号のみを残す。さらに、当該方法は、各受信機サブシステムが必要な漏洩信号電力を受信するように異なる受信機サブシステムの位置を決定するために、ＭＩＭＯレーダシステムにおいて可能な干渉パターンを計算しなければならないという問題を完全に回避する。

本開示の一実施形態では、当該方法は、漏洩信号の遅延に一致するように送信信号の一部を遅延させるステップをさらに含む。

この遅延整合ステップは、漏洩信号と送信信号の一部との間の可能な小さな時間差を除去し、これは送信信号の一部を含む受信信号と、送信信号との相関を高くすることにより、漏洩キャンセルサブシステムの機能を改善し、当該相関値は漏洩キャンセルサブシステムで漏洩信号をキャンセルするために使用される。

本開示の一実施形態では、送受信ペアの送信信号の一部を受信信号にルーティングして、漏洩信号の電力レベルを増加させるステップは、送受信ペアの送信機サブシステムから送信信号の部分を直接受信信号にルーティングすることを含む。

このように、送信機サブシステムと受信信号との間に直接接続部が設けられ、送信信号の一部を経路指定する。後述するように、この直接接続部はまた、送信信号の一部を他のサブシステムにルーティングすることができ、ここで、それは受信信号に直接に加算される。この直接ルーティングは、信号の一部をルーティングする際の電力損失をより少なくする。さらに、送信信号の経路付けされた部分は、異なる構造間で遷移する必要はなく、これにより、送信信号の一部の電力損失を制限する。

本開示の目的は、ＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩をキャンセルするための回路を提供することである。

これは、以下の回路を有する本開示にしたがって達成される。上記回路は、複数の送受信ペアを備え、上記各送受信ペアは、信号を送信するように構成された送信機サブシステムと、送信信号に対応する受信信号を受信するように構成された受信機サブシステムとを備え、受信信号は電力レベルを有する漏洩信号を含む。上記回路は、複数の接続部を備え、上記各接続部はある送受信ペアに関連し、関連する送受信ペアの送信信号の一部を、関連する送受信ペアの受信信号にルーティングすることで漏洩信号の電力レベルを増加させるように構成される。上記回路は、複数の漏洩キャンセルサブシステムを備え、上記各漏洩キャンセルサブシステムはある送受信ペアに関連し、関連する送受信ペアの送信信号の一部を含む漏洩信号をキャンセルするように構成される。

この回路は既に上述した方法と同じ利点を有する。

本開示の一実施形態では、上記複数の接続部の各々は、漏洩信号の遅延に一致させるように送信信号の一部を遅延させるように構成された遅延サブシステムを備える。

遅延サブシステムはまた、上述した方法で送信信号の一部を遅延させるステップと同じ利点がある。

本開示の一実施形態では、複数の接続部は、送受信ペアの送信機サブシステムからの送信信号の一部を、送受信ペアの受信信号に直接ルーティングするように構成される直接接続部である。

これらの直接接続部は、対応する方法ステップに関して上述したように、電力損失を制限する。さらに、これらの直接接続部は、単純な設計と、それほど複雑でない回路とをもたらす。

本開示の一実施形態では、前記複数の接続の各々は、
（Ａ）その関連する送受信ペアの受信機サブシステムと漏洩キャンセルサブシステムとの間のルート接続線と、
（Ｂ）その関連する送受信ペアの受信機サブシステムと、
（Ｃ）その関連する送受信ペアの漏洩キャンセルサブシステムと
のうちのいずれか１つに接続される。

この実施形態において、送信信号の一部を回路内の複数の位置に送ることができ、これにより、回路を実装する際に多くの設計オプションが可能になる。

本発明の目的は、マルチ入力マルチ出力レーダシステムにおいて漏洩を打ち消すためのチップを提供する。

この目的は、上述したような回路を含むチップを有する本開示によって達成される。

このチップは既に上述した方法及び回路と同じ利点を有する。

本開示は、以下の説明及び添付の図面によってさらに説明される。

マルチ入力マルチ出力レーダシステムにおける漏洩をキャンセルするための回路を示す。

本開示は、特定の実施形態に関してある図面を参照して説明するが、本開示はそれに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面において、いくつかの要素のサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。

本開示は、マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）レーダシステムにおける改良に関し、特にＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩をキャンセルする方法に関する。本開示はさらに、ＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩をキャンセルするための回路、集積回路又はチップ、又は回路を含む装置に関する。

ここで使用されるように、「ＭＩＭＯレーダシステム」という用語は、複数の送受信ペアを含むレーダシステムを指し、各送受信ペアは、信号を送信するように構成された送信機サブシステムと、送信信号に対応する受信信号を受信するように構成された受信機サブシステムとを備え、この受信信号は理想的には送信信号の反射を表す。次いで、受信信号は、オブジェクト及び／又は環境を決定するために処理され、ここでは、ＭＩＭＯレーダシステムが配置される。ＭＩＭＯレーダシステムにおいて、異なる送信機サブシステムは、互いに独立して信号を送信し、各受信機サブシステムは、すべての送信機サブシステムから受信信号を受信することができる。

ここで使用されるように、「漏洩信号」という用語は、送信機サブシステムから受信機サブシステムに送信される送信信号の直接漏れの結果として生じる不要な信号を指す。望ましくない漏洩信号は、調査されたシーンを表す所望の受信信号を捨てることができる。

ここで使用されるように、「ルート接続線」という用語は、回路内の２つの位置の間で信号を伝送するためのガイド（導線、導波管、接続線など）を指す。このガイドは、２つの場所を直接接続する場合があるし、間接的な接続を形成する場合もある。特に、ルート接続線は、信号を導くための誘電材料を備えてもよい。

図１は、ＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩をキャンセルするための回路１を示す。回路１は、４つの送受信ペア１０，２０，３０，４０を備え、各送受信ペアは、信号を送信するように構成された送信機サブシステム１１，２１，３１，４１と、送信信号に対応する受信信号を受信するように構成された受信機サブシステム１２，２２，３２，４２とを備える。ここで、受信信号は理想的には送信信号の反射を表すが、複数の送信信号は相互に干渉する可能性があり、受信信号は何らかの干渉を含んでもよい。回路１はさらに、４つの漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３を備える。各漏洩キャンセルサブシステムは、送受信ペア１０，２０，３０，４０に関連付けられ、受信機サブシステム１２，２２，３２，４２によって受信された漏洩信号をキャンセルするように構成される。

漏洩キャンセルサブシステムは、従来技術（非特許文献１参照）において既に知られている。特定の送受信ペア１０に関して簡単に以下に説明する。当業者であれば、他の送受信ペア２０，３０，４０の漏洩キャンセルサブシステム２３，３３，４３は、同様に動作することができることが認識されるであろう。

漏洩キャンセルサブシステム１３は、受信機サブシステム１２からの受信信号のダウンコンバージョンを入力としてルート接続線１４を介して取り込む。受信信号は、送受信ペア１０と調査されたシーンとの間の距離に依存する遅延を伴う送信信号の複数のコピーの重ね合わせを表す。受信信号はまた、望ましくない漏洩信号も含む。第２の入力として、漏洩キャンセルサブシステム１３は、ルート接続線１５を介して遅延していない送信信号を取り出す。次いで、漏洩キャンセルサブシステム１３は、受信信号１４と未遅延送信信号１５とを相関させることで相関値を演算する。また、漏洩信号は、送信信号のコピーを含む遅延していない信号でもあるので、受信信号に含まれる漏洩信号は、送信信号との非ゼロ相関を有する。相関の結果は、送信信号が受信信号にどれだけ存在するかの尺度である。次いで、元の送信信号のスケーリングされたコピーが、その相関値を重み係数として用いて受信信号から減算される。このように、漏洩信号を受信信号からフィルタリングすることができる。漏洩信号がキャンセルされた後の最終信号は、ルート接続線１６を介して漏洩キャンセルサブシステム１３から出力される。

実際には、漏洩信号はまた、受信機サブシステム１２と送信機サブシステム１１との間の有限距離によって生じる一定の遅延を伴って、も受信機サブシステム１２で受信される。しかしながら、この遅延は、調査されたシーンの実際の反映からの遅延よりも大幅に短い。ルート接続線１５を介して漏洩キャンセルサブシステム１３に送られる送信信号は、受信信号に埋め込まれた漏洩信号と送信信号との間の相関を改善するように遅延される。漏洩キャンセルサブシステム１３の下側は、漏洩信号のパワーは、漏洩キャンセルサブシステム１３の正確な機能を保証するために所定のしきい値を上回る必要があるように構成される。特に、所定のしきい値は−６０ｄＢ以上であり、好ましくは約−５０ｄＢである。

漏洩キャンセルサブシステム１３が適切に動作することを保証するために、本開示による回路１は、送信機サブシステム１１と受信機サブシステム１２によって受信信号との間の結合（カップリング）をまた備える。この結合は、伝送された信号の一部を、ルート接続線１７を介して、受信信号に加算されるルート接続線１４に直接送ることによって起こる。特に、送信信号の部分の電力レベルは、−４０ｄＢと−５０ｄＢとの間、好ましくは約−４５ｄＢである。

ルート接続線１４を介して受信機サブシステム１２から漏洩キャンセルサブシステム１３に入る信号は、調査されたシーンを表す実際の希望信号の重ね合わせであり、漏洩信号、及び送信信号の一部を含む。送信信号のこの一部は、漏洩信号を増大させ、漏洩キャンセルサブシステム１３を設ける。漏洩キャンセルサブシステム１３を設けることは以下の理由で有益である。トータルの漏洩信号、すなわち、漏洩信号と送信信号の一部との和が常に所定のしきい値を上回るパワーを有することを保証することで、漏洩キャンセルサブシステム１３の適切な機能を確立するからである。次いで、漏洩キャンセルサブシステム１３は、実際の漏洩信号と送信信号の一部との両方をキャンセルすることで、所望の受信信号をそのまま残す。

上記のように、実際の漏洩信号は、ある遅延を伴って受信機サブシステム１２において受信される。このように、ルート接続線１７を介してルーティング（経路指定）された送信信号の一部はまた、実際の漏洩信号の特定の遅延と一致させるようにわずかに遅延される。送信信号に使用される遅延は、送信機サブシステムと受信機サブシステムとの間で発生する漏洩信号の遅延とほぼ同じである。これは、両方のパスの「電気的長さ」を一致させることによって達成される。ルート接続線１７を通る物理的経路は以下の理由で効果的に短い。すなわち、送信信号が誘電体媒体（約３．４の比誘電率）を通過する一方、送信機サブシステムと受信機サブシステムとの間のアンテナ間経路は空気（比誘電率は１に等しい）を介して行われるからである。この遅延は、約１６６ｐｓであり得る。送信信号の一部の遅延を漏洩信号の遅延に合わせることで両方の信号間の相関を改善する。しかしながら、それは、漏洩キャンセルサブシステムに適切な補償が提供されているという条件にもとで、遅延に一致させることは本質的ではないということが、容易に理解されるであろう。

上記のように、送信信号の一部は、ルート接続線１７を介して受信信号に直接に結合される。しかしながら、本開示では直接結合は必須ではない。送信信号の一部はまた、間接的にルート接続線１４にルーティングされてもいいし、もしくは、受信機サブシステム１２にルーティングされてもいいし、もしくは、漏洩キャンセルサブシステム１３にルーティングされてもいいし、もしくは、受信機サブシステム１２と漏洩キャンセルサブシステム１３との間の別のサブシステムに送信してもよい。さらに、送信信号の一部を分割して異なるサブシステムに送ることもできる。例えば、送信信号の部分の半分が受信機サブシステム１２にルーティング（経路指定）され、送信信号の一部の他の半分がルート接続線１４に導かれる。本質的なことは、送信信号の一部が、受信信号が漏洩キャンセルサブシステム１３で処理される前に、受信信号に加算されることである。

送信機サブシステム１１、受信機サブシステム１２、漏洩キャンセルサブシステム１３、及び関連するルート接続線１４，１５，１６，１７を備える上述の送受信ペア１０の構造と動作についての説明については、送信機サブシステム２１，３１，４１、受信機サブシステム２２，３２，４２、漏洩キャンセルサブシステム２３，３３，４３、及び関連するルート接続線２４，２５，２６，２７，３４，３５，３６，３７，４４，４５，４６，４７を備える他の送受信ペア２０，３０，４０にも適用可能である。

上述の回路１は、回路基板上に実装された１つ又は複数の集積回路又はチップとして実装することができ、例えばそれに応じてサブシステムが配置されたアンテナボードを含む。集積回路又はチップ上のサブシステムの様々な組み合わせが可能であることは、当業者には理解されるべきことである。

上述した回路１はチップ上、すなわち、システムオンチップ（ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ｃｈｉｐ）上に集積することもでき、ＭＩＭＯレーダシステムを制御するための制御システムに使用することができ、特に、以下の方法によりＭＩＭＯレーダシステムにおける漏洩信号をキャンセルするチップを使用することができる。

信号は、送受信ペア１０，２０，３０，４０の送信機サブシステム１１，２１，３１，４１から送信される。異なる複数の送信機サブシステム１１，２１，３１，４１は、同時に信号を送信してもよい。複数の送信信号は、相互に、及び調査された場面の物体と干渉し、これらの物体によって反射及び／又は屈折される。次に、信号が受信機サブシステム１２，２２，３２，４２によって受信される。この受信信号は、調査されたシーンを表す実際の所望信号と、送信機サブシステム１１，２１，３１，４１から受信機サブシステム１２，２２，３２，４２への直接的な漏れの結果として生じる望ましくない漏洩信号とを含む。上記信号を受信した後、受信機サブシステム１２，２２，３２，４２は、受信信号をそれらの関連する漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３にルーティング（経路指定）する。特に、受信信号は、ルート接続線１４，２４，３４，４４を介して直接にルーティング（経路指定）することができるし、受信機サブシステム１２，２２，３２，４２と漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３との間の１つ又は複数のサブシステムを経由して間接的にルーティングすることもできる。受信信号が漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３で処理される前に、送信信号の一部が受信信号に加えられ、漏洩信号と送信信号の一部との和は所定のしきい値を上回る電力レベルを有することを確立させる。図１に示す回路１において、送信機サブシステム１１，２１，３１，４１の送信信号の一部は、ルート接続線１７，２７，３７，４７を介してそれぞれルート接続線１４，２４，３４，４４に直接に送られる。送信機サブシステムと送受信ペア１０，２０，３０，４０の受信機サブシステムとの間のこの結合は、間接的に行うこともでき、上記のように他のサブシステムで発生することもある。次いで、漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３は、送信信号の一部を含む受信信号を受信して、上記のように漏洩信号と送信信号の一部の両方をキャンセルする。望ましくない漏洩信号をキャンセルした後、当該信号は、特にルート接続線１６，２６，３６，４６を介して漏洩キャンセルサブシステム１３，２３，３３，４３から出力される。

特定の実施形態に関して本開示の態様を説明してきたが、これらの態様は他の形態で実施されてもよいことは容易に理解されるであろう。

Claims

複数の送受信ペア（１０，２０，３０，４０）を含むマルチ入力マルチ出力レーダシステムにおける漏洩をキャンセルする方法であって、
各ペアは、漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）に関連付けられた、送信機サブシステム（１１，２１，３１，４１）及び受信機サブシステム（１２，２２，３２，４２）を含み、前記方法は、
ａ）送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の送信機サブシステム（１１，２１，３１，４１）から信号を送信するステップと、
ｂ）前記送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の受信機サブシステム（１２，２２，３２，４２）において、送信信号に対応する受信信号を受信するステップとを含み、前記受信信号は電力レベルを有する漏洩信号を含み、
前記方法は、
ｃ）前記送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の送信信号の一部を受信信号にルーティングすることで漏洩信号の電力レベルを増加させるステップと、
ｄ）前記送受信ペア（１０，２０，３０，４０）に関連付けられた漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）によって、漏洩信号及び送信信号の一部をキャンセルするステップとを含む、マルチ入力マルチ出力レーダシステムにおける漏洩をキャンセルする方法。
前記方法はさらに、前記送信信号の一部を遅延させて前記漏洩信号の遅延と一致させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記ステップｃ）は、前記送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の送信機サブシステム（１１，２１，３１，４１）から直接に送信された送信信号の一部を受信信号にルーティングすることを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
マルチ入力マルチ出力レーダシステムにおける漏洩をキャンセルするための回路（１）であって、前記回路（１）は、
複数の送受信ペア（１０，２０，３０，４０）を備え、前記各送受信ペアは、信号を送信するように構成された送信機サブシステム（１１，２１，３１，４１）と、送信信号に対応する受信信号を受信するように構成された受信機サブシステム（１２，２２，３２，４２）とを備え、前記受信信号は所定の電力レベルを有する漏洩信号を含み、
前記回路（１）は、
複数の接続部（１７，２７，３７，４７）を備え、前記各接続部は送受信ペア（１０，２０，３０，４０）に関連し、関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の前記送信信号の一部を、その関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の受信信号にルーティングすることで漏洩信号の電力レベルを増加させ、
前記回路（１）は、
複数の漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）を備え、前記各漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）は、送受信ペア（１０，２０，３０，４０）に関連し、かつ漏洩信号と、その関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の送信信号の一部とをキャンセルするように構成されることを特徴とする、回路（１）。
前記複数の接続部（１７，２７，３７，４７）のそれぞれは、前記漏洩信号の遅延に一致するように送信信号の一部を遅延させるように構成された遅延サブシステムを備えることを特徴とする、請求項４に記載の回路（１）。
前記複数の接続部（１７，２７，３７，４７）のそれぞれは、ある１つの送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の送信機サブシステム（１１，２１，３１，４１）から直接に得られる送信信号の一部を、当該送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の受信信号にルーティングするように構成された直接接続部であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の回路（１）。
前記複数の接続部（１７，２７，３７，４７）のそれぞれは、
（１）その関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の受信機サブシステム（１２，２２，３２，４２）と漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）との間のルート接続線（１４，２４，３４，４４）と、
（２）その関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の受信機サブシステム（１２，２２，３２，４２）と、
（３）その関連する送受信ペア（１０，２０，３０，４０）の漏洩キャンセルサブシステム（１３，２３，３３，４３）と
のうちの少なくとも１つに接続されることを特徴とする、請求項４〜６のうちのいずれか１つに記載の回路（１）。
マルチ入力マルチ出力レーダシステムにおける漏洩をキャンセルするためのチップであって、
前記チップは、請求項４〜７のいずれか１項に記載の回路（１）を含むチップ。