双模式模拟波束成形器及其方法与流程

本发明的领域涉及双模式模拟波束成形。本发明适用于(但不限于)针对通信操作模式采用模拟波束成形且针对雷达操作模式通过慢速码分多址(st-cdma)多输入多输出(mimo)进行角扫描的系统。

背景技术：

1、众所周知，在毫米波(mmw)频带下操作的一些目前先进技术的蜂窝基站使用模拟波束成形器(abf)且支持每(子)面板或偏振单个数据流。为了与不断增加的通信数据速率保持同步，可设想未来的蜂窝基站将覆盖较小地理区域以便防止干扰其它通信链路，且因此将更紧密地间隔开。因此，本发明的发明人已经认识到并了解，未来蜂窝基站的发送功率将接近一些当前陆基雷达系统的发送功率。

2、最简单雷达单元由单个静态发送天线和单个静态接收天线组成。此类雷达单元提供关于雷达单元与其它对象之间的距离的信息，以及能够计算雷达范围内的那些对象的绝对速度。然而，此类雷达单元不能够区分检测到对象的角方向。为了使雷达单元另外获得角信息，已知以下解决方案。在例如船上的雷达应用中，可机械地旋转定向发送和/或定向接收天线。可替换的是，在其它雷达单元中，发送和/或接收天线可由天线元件阵列组成，使得可通过改变天线元件之间的相位偏移而在不同方向上引导发送和/或接收‘波束’。

3、众所周知，雷达应用的角扫描时间可通过应用多输入多输出(mimo)方案而不是在每个方向上依序扫描来最小化。可采用专用解码器，使得可通过对接收信号的后处理来检索角信息。然而，由于mimo需要到/来自个别天线元件的正交信号，因此mimo无法自然地在每(子)面板使用单个发送或接收数据流的abf系统中实施。

4、abf方法使用单个发送信号，所述单个发送信号同时供应到所有发送天线元件，其中每个天线元件仅设置不同的相位偏移(且有时是振幅)。因此，从不同元件发送的信号完全相关且无法具有(mimo所需的)正交编码。类似地，在接收器侧，abf接收器会将来自所有接收器天线元件的信号添加到单个数据流中(注意，abf接收器仅能够施加相位和振幅偏移)以用于后续处理。因此，无法独立地处理来自天线元件的接收信号。因此，abf系统已无法利用mimo技术，因为接收信号的正交发送和/或独立处理是mimo系统的基本部分。

5、在2020年ieee射频集成电路研讨会上发表的题为‘用于40nm cmos技术的250m长程汽车雷达的77ghz 8rx3tx收发器(a 77ghz8rx3tx transceiver for 250m long rangeautomotive radar in 40nm cmos technology)’的论文描述了用于存储雷达操作序列(未被配置成用于abf)的静态随机存取存储器(sram)。题为‘虚拟波束转向mimo雷达(virtualbeam steering mimo radar)’的10,771，124 b2描述了使用n个发送天线和m个接收天线的虚拟波束转向。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供一种用于包括多个个别天线元件(102)的通信单元(100)的双模式模拟波束成形abf电路(104)，所述双模式abf电路(104)包括以下各项中的至少一个：

2、发送器，所述发送器具有用于接收输入调制射频rf信号的输入和用于将所述输入调制rf信号拆分成多个调制rf信号的rf分路器(212、512)，所述多个调制rf信号被应用于所述多个个别天线元件(102)的相应天线元件；以及

3、接收器，所述接收器具有用于从所述多个个别天线元件的相应天线元件接收多个输入调制射频rf信号的输入和用于将所述多个输入调制rf信号组合成调制rf信号的rf合路器(232)；

4、其中所述双模式abf电路(104)另外包括：

5、波束-索引查找表lut(117)，所述波束-索引lut可操作地耦合到所述发送器和所述接收器中的所述至少一个，被配置成支持用于通信操作模式的abf，且被配置成支持在慢速码分多址st-cdma多输入多输出mimo雷达操作模式下的信号处理；并且

6、其中所述发送器和所述接收器中的至少一个包括相位调整电路(103、214、234)，所述相位调整电路包括多个相位调整元件(530、532、534、536)，其中所述多个相位调整元件(530、532、534、536)分别耦合到所述波束-索引lut(117)，且每个相位调整元件(530、532、534、536)的相位根据所述波束-索引lut(117)中取决于所述操作模式的预编程值被个别地控制。

7、在一个或多个实施例中，接收的输入调制rf信号由应用于个别天线元件的正交相位设置序列调制，并且所述接收器包括处理器，所述处理器被配置成对st-cdma mimo接收信号执行后处理并直接导出波束在期望方向上的方向性信息。

8、在一个或多个实施例中，在对所述st-cdma mimo接收信号进行后处理之后，直接导出的方向性信息仅表示虚拟波束。

9、在一个或多个实施例中，所述双模式abf电路另外包括增益调整电路(103、216、236)，所述增益调整电路包括多个增益调整元件(540、542、544、546)，其中所述多个增益调整元件中的所述增益调整元件分别耦合到所述波束-索引lut(117)，并且每个增益调整元件的增益由所述波束-索引lut(117)个别地控制。

10、在一个或多个实施例中，所述波束-索引lut包括当支持所述st-cdma mimo雷达操作模式时在扫描方向上至少匹配天线元件的数目的多个值。

11、在一个或多个实施例中，所述波束-索引lut(117)被配置成支持以下各项中的至少一个：用于所述通信操作模式的发送器笔形波束成形、用于所述通信操作模式的接收器笔形波束成形、在所述st-cdma mimo雷达操作模式下的雷达感测。

12、在一个或多个实施例中，所述波束-索引lut(117)被配置成处于所述st-cdmamimo操作模式，以在用于在波束发现期间标识接收波束的角度时支持用于通信模式的abf。

13、在一个或多个实施例中，所述多个相位调整元件的数目是与所述多个个别天线元件中的天线元件的数目相同的数目。

14、在一个或多个实施例中，所述通信单元(100)针对所述通信操作模式和所述st-cdma-mimo雷达操作模式两者使用数个相同电路组件，且所述两种操作模式遵循相同的定时框架，并且所述通信单元(100)包括耦合到所述波束-索引lut(117)的控制器(114)，其中所述控制器被配置成通过选择新波束-索引lut(117)值在所述通信操作模式与所述st-cdma-mimo雷达操作模式之间转变。

15、根据本发明的第二方面，提供一种在使用双模式模拟波束成形abf电路(104)的包括多个个别天线元件(102)的通信单元(100)中支持双操作模式的方法(700)，所述方法包括以下各项中的至少一个：

16、在发送器中接收输入调制射频rf信号，并将所述输入调制rf信号拆分成多个调制rf信号，所述多个调制rf信号被应用于所述多个个别天线元件的相应天线元件；以及

17、在接收器中从所述多个个别天线元件的相应天线元件接收多个输入调制射频rf信号，并将所述多个输入调制rf信号组合成调制rf信号；

18、将单个波束-索引lut配置成支持在慢速码分多址st-cdma多输入多输出mimo雷达操作模式下的处理，且支持用于通信操作模式的模拟波束成形；

19、将波束-索引查找表lut耦合到相位调整电路中的多个相位调整元件；以及

20、根据所述波束-索引lut中取决于所述操作模式的预编程值个别地控制每个相位调整元件的相位。

21、在一个或多个实施例中，接收的输入调制rf信号由应用于个别天线元件的正交相位设置序列调制，并且所述方法另外包括：

22、对st-cdmamimo接收信号执行后处理；以及

23、直接导出波束在期望方向上的方向性信息。

24、在一个或多个实施例中，在对所述st-cdmamimo接收信号进行后处理之后，直接导出的方向性信息仅表示虚拟波束。

25、在一个或多个实施例中，所述方法另外包括将所述波束一索引lut(117)分别耦合到增益调整电路(216、236)，且通过所述波束-索引lut(117)个别地控制每个增益调整元件的增益。

26、在一个或多个实施例中，所述波束-索引lut包括当支持所述st-cdma mimo雷达操作模式时在扫描方向上至少匹配天线元件的数目的多个值。

27、在一个或多个实施例中，所述方法另外包括根据以下各项中的至少一个配置所述波束-索引lut(117)：

28、支持用于通信操作模式的发送器笔形波束成形、用于通信操作模式的接收器笔形波束成形，且被配置成支持雷达感测st-cdma mimo雷达操作模式；

29、处于st-cdma mimo模式以在用于在波束发现期间标识接收波束的角度时支持用于通信模式的abf。

30、本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。