Titel

OFDM-Radarsensor mit mehreren Sendekanälen und fortschreitender Berech nung von Zeitsicinalen

Die Erfindung betrifft einen OFDM-Radarsensor mit mehreren Sendekanälen und mit wenigstens einem Empfangskanal. Weiter betrifft die Erfindung ein Ver fahren zum Betreiben eines solchen OFDM-Radarsensors.

Stand der Technik

Ein OFDM-(orthogonal frequency division multiplex)-Verfahren ist ein digitales Modulationsverfahren mit mehreren Trägerfrequenzen. Zukünftig werden OFDM-Verfahren für Radarsysteme an Bedeutung gewinnen. Bei einem

OFDM-Verfahren wird ein Frequenzband in mehrere orthogonale Unterbänder jeweiliger Unterträger oder sub-carriers aufgeteilt, und es werden OFDM- Symbole sequentiell nacheinander gesendet. Das gesendete Signal eines OFDM-Symbols ist zusammengesetzt aus gemäß einem Modulationsschema des Symbols modulierten, zueinander orthogonalen Unterträger-Signalen (sub- carrier Signals), die gleichzeitig innerhalb der OFDM-Symbol-Periode gesendet werden. Dazu werden die Unterträgerfrequenzen so gewählt, dass im Fre quenzspektrum das Maximum eines Unterträgers auf einem Nulldurchgang der anderen Unterträger liegt.

Beim empfangenen Signal kann anhand der Laufzeit der OFDM-Symbole eine Entfernung eines Radarobjekts geschätzt werden, während anhand eines aus dem Doppler-Effekt resultierenden Phasenverlaufs über eine Folge von OFDM- Symbolen eine Geschwindigkeitsschätzung vorgenommen werden kann. Meh rere Radarobjekte verursachen eine Summe von verzögerten und dopplerver schobenen Echos des gesendeten OFDM-Signals. Durch einen Zyklusvorspann (Prefix) vor der Symbol-Periode können sich überlagernde Radarechos mit un- terschiedlichen Laufzeiten von Radarechos eines nachfolgenden OFDM- Symbols getrennt werden.

US 2016/0356885 A1 und DE 10 2015 210 454 A1 beschreiben ein Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung mit wenigstens zwei Sendeantennen, bei dem OFDM-Unterträger nicht-überlappend und im wesentlichen nicht

äquidistant auf Sendespektren aufgeteilt werden, welche gleichzeitig von den Sendeantennen gesendet werden, wobei jedes Sendespektrum wenigstens zwei direkt benachbarte OFDM-Unterträger aufweist. Die Sendespektren wer den durch komplexe Modulation von zueinander äquidistanten orthogonalen OFDM-Unterträgern erzeugt. Aus einem Empfangssignal wird ein Empfangs spektrum pro Sendespektrum erzeugt, wobei ein Aufteilen der OFDM- Unterträger entsprechend ihrer Aufteilung in den Sendespektren durchgeführt wird. Aus den Empfangsspektren werden die gesendeten Signalformen der Sendespektren eliminiert, und es wird pro Empfangsspektrum ein Radarbild erzeugt, wobei die Radarbilder in einer Abstandsdimension und in einer Ge schwindigkeitsdimension ausgewertet werden. In einem Beispiel werden 256 äquidistante Frequenzlinien entsprechend den OFDM-Unterträgern auf zwei nicht-äquidistante Teilspektren pseudo-zufällig aufgeteilt. “Stepped-Carrier OFDM-Radar Processing Scheme to Retrieve High-Resolution Range-Velocity Profile at Low Sampling Rate”, B. Schweizer, C. Knill, D.

Schindler, C. Waldschmidt, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE

THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 66, NO. 3, MARCH 2018, pp. 1610-1618, beschreibt ein Verarbeitungsverfahren für Stepped-OFDM-Radarsignale. Jedes OFDM-Symbol wird in Subsymbole aufgeteilt, die mit jeweils um einen Schritt erhöhter Trägerfrequenz gesendet werden, um die Basisband-Bandbreite zu verringern. Eine aufgrund der schrittweise gesendeten Subsymbole erforderli che Phasenkorrektur der empfangenen Signale wird in eine modifizierte DFT (Digital Fourier Transformation) integriert.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen OFDM-Radarsensor und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen zu schaffen, bei dem der Speicher- und/oder Rechenauf wand für die Erzeugung der Signale mehrerer Sendekanäle verringert ist oder die Anzahl der Sendekanäle erhöht werden kann, ohne den Speicheraufwand in gleichem Maße zu steigern.

Bei einem herkömmlichen OFDM-Radarverfahren werden die jeweiligen Zeit signale der einzelnen Sendekanäle durch inverse Fouriertransformation, insbe sondere IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation), aus dem mit komplexen Amplituden modulierten OFDM-Unterträgern eines jeweiligen OFDM-Symbols erzeugt. Der für die Zeitsignale erforderliche Speicher steigt somit mit der An zahl der Sendekanäle. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen OFDM-Radarsensor mit mehreren Sendekanälen und mit wenigstens einem Empfangskanal, mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, die für eine Betriebsweise ausgelegt ist, bei der die mehreren Sendekanäle jeweilige Signale senden, wobei ein Signal ei nes jeweiligen Sendekanals eine Folge von OFDM-Symbolen umfasst und wo- bei die Signale der mehreren Sendekanäle gleichzeitig gesendet werden,

wobei die auf einem jeweiligen Sendekanal gesendeten OFDM-Symbole jeweils OFDM-Unterträger aufweisen, die orthogonal sind zu den OFDM- Unterträgern der gleichzeitig auf den anderen der mehreren Sendekanäle ge sendeten OFDM-Symbole, wobei für ein von dem wenigstens einen Empfangskanal empfangenen Empfangssignal eine spektrale Trennung von Signalanteilen des Empfangssig nals erfolgt, wobei eine Aufteilung von OFDM-Unterträgern auf die Signalanteile entsprechend ihrer Aufteilung auf die Sendekanäle in den gleichzeitig auf den Sendekanälen gesendeten OFDM-Symbolen erfolgt und eine Auswertung der Signalanteile erfolgt,

wobei der OFDM-Radarsensor wenigstens für erste Sendekanäle der mehreren Sendekanäle je erstem Sendekanal mehrere Zwischenspeicher für Teile einer Signalform des zu sendenden Signals des Sendekanals aufweist, wobei bei der genannten Betriebsweise wenigstens für die ersten Sen dekanäle je Sendekanal die Signalform des zu sendenden Signals, welche die betreffende Folge von OFDM-Symbolen umfasst, fortschreitend in Teilen be rechnet wird, wobei die mehreren Zwischenspeicher umschichtig verwendet werden zum Ablegen eines berechneten Teils der Signalform und zum Ausle sen eines zuvor berechneten und abgelegten vorhergehenden Teils der Signal form, welcher digital-analog-gewandelt und gesendet wird,

wobei ein jeweiliger Teil der Signalform berechnet und in einem der Zwischenspeicher abgelegt wird, während ein vorhergehender Teil der Sig nalform bereits aus einem anderen der Zwischenspeicher ausgelesen und digi- tal-analog-gewandelt wird und auf dem betreffenden Sendekanal gesendet wird.

Auf diese Weise können für die jeweiligen Sendekanäle Symbole verwendet werden, deren Unterträger orthogonal zu denen der Symbole der anderen Sen- dekanäle sind, während zumindest für die ersten Sendekanäle lediglich Zwi schenspeicher für Teile der Signalform der gesamten Folge von OFDM- Symbolen benötigt werden. Die Anzahl der ersten Sendekanäle ist mindestens 1 (eins). Die Anzahl der ersten Sendekanäle kann beispielsweise geringer als die Anzahl der Sendekanäle sein. Unter einer Signalform ist ein Zeitsignal zu verstehen, also eine Signalform, die den zeitlichen Verlauf eines Signals oder eines Teils davon, z.B. eines OFDM- Symbols, wiedergibt. Unter dem fortschreitenden Berechnen der Signalform des zu sendenden Signals ist zu verstehen, dass fortschreitend nacheinander (Stück für Stück) Teile des Zeitsignals, also der Signalform, die den zeitlichen Verlauf des Signals wiedergibt, erzeugt werden. Jeder Teil umfasst vorzugswei se eines oder mehrere der OFDM-Symbole der Folge von OFDM-Symbolen des Signals des Sendekanals. Jeder Zwischenspeicher hat vorzugweise eine Größe entsprechend einem Teil, bevorzugt eine Größe entsprechend einem oder zwei OFDM-Symbolen.

Es wird somit für das fortschreitende Ablegen und Auslesen für das digital- analog-Wandeln der Teile der Signalform des Sendesignals ein jeweiliger Zwi schenspeicher wiederholt zum Ablegen und zum Auslesen für das digital- analog-Wandeln verwendet. Beispielsweise können zwei Zwischenspeicher abwechselnd verwendet werden, oder es können mehr als zwei Zwischenspei cher umlaufend verwendet werden.

Indem die Berechnung fortschreitend in Teilen erfolgt, ist es nicht nötig, für die gesamte Folge von OFDM-Symbolen eines ersten Sendekanals den entspre chenden Speicher für die gesamte Signalform bereitzustellen. Die Anzahl der ersten Sendekanäle kann somit erhöht werden, ohne dass der benötigte Spei cher dabei stark anwächst. Die Verwendung von wenigstens zwei Zwischen speichern je Sendekanal ermöglicht es, dass ein Digital-Analog-Wandler auf einen Zwischenspeicher zum Auslesen und unmittelbaren Wandeln in ein ana loges Signal zugreifen kann, während ein anderer Zwischenspeicher für den nahtlos anschließenden nächsten Teil des Signals beschrieben werden kann. Bei den mehreren Zwischenspeichern kann es sich um jeweilige Speicherberei che eines Speichers handeln. Unter einem von der Signalform umfassten OFDM-Symbol wird somit insbe sondere eine Signalform eines Zeitabschnitts der Folge von OFDM-Symbolen verstanden, welche Signalform ein in den Zeitbereich transformiertes Sym bolspektrum des OFDM-Symbols umfasst. Das Symbolspektrum ist durch die belegten OFDM-Unterträger und deren jeweilige komplexe Phasen definiert.

Für ein jeweiliges OFDM-Symbol kann ein entsprechender Signalabschnitt des Signals beispielsweise basierend auf Phasencodes des OFDM-Symbols be rechnet werden. Dabei wird ein jeweiliges Symbolspektrum durch komplexe Modulation mit komplexen Phasencodes von zueinander orthogonalen OFDM- Unterträgern erzeugt. Das jeweilige Symbolspektrum wird in den Zeitbereich transformiert, beispielsweise mittels IFFT, wodurch ein entsprechender Ab schnitt der Signalform erhalten wird. Der jeweilige Teil der Signalform umfasst somit einen oder mehrere dieser Abschnitte, welche jeweils einem OFDM- Symbol entsprechen.

Das digital-analog-Wandeln durch einen DA-Wandler (digital-analog-Wandler) kann direkt aus dem auszulesenden Zwischenspeicher erfolgen. Alternativ kann ein DA-Wandler einen eigenen Pufferspeicher aufweisen, der aus dem auszu lesenden Zwischenspeicher befüllt wird.

Zum Senden eines Signals eines jeweiligen Sendekanals erfolgt ein hochfre quentes Modulieren des digital-analog-gewandelten Signals, insbesondere mit einer Radarfrequenz eines lokalen Oszillators. Das Senden des FIF-modulierten Signals erfolgt über eine jeweilige Sendeantenne des Sendekanals. ln einem Empfangskanal wird ein empfangenes Empfangssignal demoduliert und digitalisiert, also analog-digital-gewandelt. Aufgrund des beschriebenen Aufbaus der Sendesignale der jeweiligen Sendekanäle, bei dem die OFDM- Unterträger der gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbole auf die Sendekanäle aufgeteilt sind, kann in einem von einem Radarobjekt reflektierten, empfange- nen Signal für jede OFDM-Unterträgerfrequenz eine Zuordnung zu dem betref fenden Sendekanal erfolgen, von welchem sie stammt. Es erfolgt dementspre chend eine spektrale Trennung von Signalanteilen des Empfangssignals, wobei eine Aufteilung der OFDM-Unterträger auf die Signalanteile entsprechend ihrer Aufteilung auf die Sendekanäle in den gesendeten Signalen erfolgt.

Für jeden der Signalanteile erfolgt ein Eliminieren des entsprechenden gesen deten OFDM-Symbols, insbesondere durch eine komplexe spektrale Division des empfangenen Signalanteils durch das gesendete OFDM-Symbol. Dies kann auch als Normierung des empfangenen Signalanteils bezeichnet werden. Die durch Eliminieren der gesendeten OFDM-Symbole erhaltene Kanalinforma tion umfasst dann Information über die Laufzeit und eine etwaige Phasenver schiebung des Signals und kann weiter ausgewertet werden zum Erhalten von Abstandsinformation und Geschwindigkeitsinformation sowie Winkelinformation.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist der OFDM-Radarsensor für jeden der mehreren Sendekanäle je Sendekanal mehrere Zwischenspeicher für Teile einer Signalform des zu sendenden Signals des Sendekanals auf, wobei bei der genannten Betriebsweise für jeden der mehreren Sende kanäle die Signalform des zu sendenden Signals, welche die betreffende Folge von OFDM-Symbolen umfasst, fortschreitend in Teilen berechnet wird, wobei die mehreren Zwischenspeicher umschichtig verwendet werden zum Ablegen eines berechneten Teils der Signalform und zum Auslesen eines zuvor berech neten und abgelegten vorhergehenden Teils der Signalform, welcher digital- analog-gewandelt und gesendet wird, wobei ein jeweiliger Teil der Signalform basierend auf Phasencodes be rechnet wird, welche durch ein jeweiliges OFDM-Symbol der Folge von OFDM- Symbolen des Signals jeweiligen OFDM-Unterträgern zugeordnet sind,

wobei ein jeweiliger Teil der Signalform berechnet und in einem der Zwi- schenspeicher abgelegt wird, während ein vorhergehender Teil der Signalform bereits aus einem anderen der Zwischenspeicher ausgelesen und digital- analog-gewandelt wird und auf dem betreffenden Sendekanal gesendet wird.

Auf diese Weise können die Zeitsignale der Sendekanäle vollständig„live“ be rechnet werden, so dass der Speicherbedarf minimiert wird.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswer teeinrichtung dazu ausgelegt, bei der genannten Betriebsweise für die ersten Sendekanäle den jeweiligen Teil der Signalform des zu sendenden Signals des Sendekanals aus einem entsprechenden Teil einer Signalform eines generi schen Signals oder aus einem entsprechenden Teil einer Signalform eines zu sendenden Signals eines zweiten Sendekanals von wenigstens einem zweiten Sendekanal der mehreren Sendekanäle zu berechnen mittels Multiplikation mit einer periodischen Schwingung mit einer Frequenz, die einem n-fachen eines OFDM-Unterträgerabstands entspricht, wobei n eine ganze Zahl ungleich Null ist, und wobei für unterschiedliche erste Sendekanäle unterschiedliche n ver wendet werden. Der (minimale) OFDM-Unterträgerabstand ist durch das ver wendete OFDM-Schema vorgegeben. Auf diese Weise können die jeweils zu berechnenden Teile der Signalformen der ersten Sendekanäle auf besonders einfache und effiziente Weise aus ei nem entsprechenden Teil einer Signalform eines zweiten Sendekanals oder aus einem Teil einer Signalform eines generischen Signals, insbesondere aus einer generischen Signalform, berechnet werden. Dabei wird in vorteilhafter weise ausgenutzt, dass die Wahl der Phasencodes der OFDM-Symbole der jeweiligen Sendekanäle frei gewählt werden kann. Mit anderen Worten können die auf die OFDM-Unterträgern aufmodulierten Phasencodes beliebig gewählt werden. Wenn somit ein Teil einer Signalform eines ersten Sendekanals durch Multipli kation mit der genannten periodischen Schwingung aus einem entsprechenden Teil einer Signalform eines zweiten Sendekanals oder des generischen Signals berechnet wird, ist durch eine geeignete Wahl der Frequenz der Schwingung, d.h. durch geeignete Wahl von n, sichergestellt, dass die so berechneten OFDM-Symbole eines ersten Sendekanals zu den gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbolen des zweiten Sendekanals bzw. der anderen ersten Sendeka näle orthogonal sind in dem Sinne, dass ihre jeweiligen Unterträger zu den Un terträgern der anderen OFDM-Symbole, die gleichzeitig gesendet werden, or thogonal sind.

Die Durchführung einer einfachen Multiplikation mit der periodischen Schwin gung bedeutet eine erhebliche Einsparung des Rechenaufwands gegenüber einer individuellen Berechnung einer Signalform durch komplexe Modulation der OFDM-Unterträger und Transformieren in den Zeitbereich. Durch das fort schreitende Berechnen in Teilen wird zudem Speicher in großem Umfang ein gespart. Es wird somit je erstem Sendekanal für die Berechnung eines Teils der Signalform ein entsprechender Teil der Signalform eines zweiten Sendekanals bzw. des generischen Signals aus einem Speicher ausgelesen, beispielsweise aus einem entsprechenden Zwischenspeicher für den Teil der Signalform des Signals des zweiten Sendekanals; der ausgelesene Teil wird im Zeitbereich mit der genannten periodischen Schwingung multipliziert und in dem entsprechen- den Zwischenspeicher als berechneter Teil der Signalform des Signals des be treffenden ersten Sendekanals abgelegt.

Vorzugsweise ist die periodische Schwingung, mit der multipliziert wird, eine harmonische Schwingung. Unter einer harmonischen Schwingung ist dabei eine reelle, sinusförmige Schwingung (umfassend eine Linearkombination aus einem Sinus und einem Kosinus mit jeweiligen Amplituden) oder eine komplex-wertige Schwingung mit sinusförmigem Realteil und sinusförmigem Imaginärteil zu ver stehen (beispielsweise entsprechend der Schreibweise Z exp (icot), wobei Z ei ne komplexe Amplitude ist und w die Kreisfrequenz ist mit w = 2pί).

Gemäß einer Ausführungsform weist der OFDM-Radarsensor einen Speicher auf, in welchem wenigstens eine Signalform wenigstens eines OFDM-Symbols gespeichert ist,

wobei bei der genannten Betriebsweise für den wenigstens einen zwei ten Sendekanal der mehreren Sendekanäle die Signalform des Signals eines jeweiligen zweiten Sendekanals mehrere Teile umfasst, die jeweils wenigstens ein OFDM-Symbol umfassen, und

wobei die Teile bereitgestellt werden und digital-analog-gewandelt und auf dem betreffenden zweiten Sendekanal gesendet werden,

wobei zum Bereitstellen eines jeden Teils der genannten Teile der Signalform des Signals des betreffenden zweiten Sendekanals auf die wenigstens eine in dem Speicher gespeicherte Signalform zugegriffen wird. Dabei werden die ge nannten Teile der Signalfolge bereitgestellt zum digital-analog-Wandeln und Senden.

Dabei wird vorzugsweise für die ersten Sendekanäle der jeweilige Teil der Sig nalform des zu sendenden Signals des jeweiligen Sendekanals aus einem ent sprechenden Teil der Signalform eines zu sendenden Signals eines zweiten Sendekanals von wenigstens einem zweiten Sendekanal der mehreren Sende- kanäle berechnet mittels der Multiplikation mit einer periodischen Schwingung mit einer Frequenz, die einem n-fachen eines OFDM-Unterträgerabstands ent spricht, wobei n eine ganze Zahl ungleich Null ist, und wobei für unterschiedli che erste Sendekanäle unterschiedliche n verwendet werden. Auf diese Weise ist lediglich für den oder die zweiten Sendekanäle Speicher für Signalformen der in der Folge von OFDM-Symbolen verwendeten OFDM- Symbole erforderlich, oder für die Signalform entsprechend der vollständigen Folge von OFDM-Symbolen. Auf diese Weise kann die benötigte Rechenleis tung minimiert werden, während dennoch durch das Berechnen der Teile der Sendesignale der ersten Sendekanäle aus entsprechenden Teilen des Sende signals eines zweiten Sendekanals der Speicherbedarf für die ersten Sendeka näle minimiert werden kann. Beispielsweise wird während des digital-analog- Wandelns und Sendens aller Teile der Signalform des betreffenden zweiten Sendekanals die wenigstens eine in dem Speicher gespeicherte Signalform des OFDM-Symbols im Speicher beibehalten.

Beispielsweise kann die Signalform des Signals des zweiten Sendekanals, um fassend die Folge von OFDM-Symbolen, vollständig in dem Speicher gespei chert sein. Die Signalform des Signals des zweiten Sendekanals kann jedoch auch aus der in dem Speicher gespeicherten wenigstens einen Signalform ei nes OFDM-Symbol zusammengestellt werden. Somit braucht der Speicherin halt während des Bereitstellens und Sendens der Signalform des Signals des zweiten Sendekanals nicht geändert werden.

Bei dem Speicher kann es sich beispielsweise um einen Festspeicher handeln. Alternativ kann bei der genannten Betriebsweise beispielsweise eine Signalform des gesamten Signals eines zweiten Sendekanals berechnet werden und in dem Speicher abgelegt werden, wobei die Signalform zu jeweiligen OFDM- Symbolen basierend auf Phasencodes berechnet wird, welche durch das jewei lige OFDM-Symbol jeweiligen OFDM-Unterträgern zugeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform weist der OFDM-Radarsensor für wenigstens einen zweiten Sendekanal der mehreren Sendekanäle je zweitem Sendekanal mehrere Zwischenspeicher für Teile einer Signalform des zu sendenden Sig nals des Sendekanals auf,

wobei bei der genannten Betriebsweise für den wenigstens einen zwei ten Sendekanal je Sendekanal die Signalform des zu sendenden Signals, wel che die betreffende Folge von OFDM-Symbolen umfasst, fortschreitend in Tei len berechnet wird, wobei die mehreren Zwischenspeicher umschichtig verwen det werden zum Ablegen eines berechneten Teils der Signalform und zum Aus lesen eines zuvor berechneten und abgelegten vorhergehenden Teils der Sig nalform, welcher digital-analog-gewandelt und gesendet wird,

wobei ein jeweiliger Teil der Signalform berechnet und in einem der Zwi schenspeicher abgelegt wird, während ein vorhergehender Teil der Signalform bereits aus einem anderen der Zwischenspeicher ausgelesen und digital- analog-gewandelt wird und auf dem betreffenden Sendekanal gesendet wird, wobei ein jeweiliger Teil der Signalform basierend auf Phasencodes be rechnet wird, welche durch ein jeweiliges OFDM-Symbol der Folge von OFDM- Symbolen des Signals jeweiligen OFDM-Unterträgern zugeordnet sind.

Dabei wird vorzugsweise für die ersten Sendekanäle der jeweilige Teil der Sig nalform des zu sendenden Signals des jeweiligen Sendekanals aus einem ent sprechenden Teil der Signalform eines zu sendenden Signals eines zweiten Sendekanals von wenigstens einem zweiten Sendekanal der mehreren Sende kanäle berechnet mittels der Multiplikation mit einer periodischen Schwingung mit einer Frequenz, die einem n-fachen eines OFDM-Unterträgerabstands ent spricht, wobei n eine ganze Zahl ungleich Null ist, und wobei für unterschiedli che erste Sendekanäle unterschiedliche n verwendet werden.

Auf diese Weise ist auch für den oder die zweiten Sendekanäle Speicher für das Zeitsignal lediglich in Form der Zwischenspeicher erforderlich. Es kann aus dem jeweiligen Teil der Signalform des zweiten Sendekanals durch Multiplikati- 1 I '3

on mit der genannten periodischen Schwingung ein entsprechender Teil der Signalform des betreffenden ersten Sendekanals erzeugt werden.

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist vorzugsweise die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, bei der genannten Betriebsweise Amplitudenwerte der jeweiligen periodischen Schwingung zu bestimmen durch Auslesen der Amplitudenwerte aus einer Tabelle gemäß einem Tabellenindex, der in Abhängigkeit eines Phasenwinkels bestimmt wird, welcher für zeitlich nachfolgende Amplitudenwerte der Schwingung inkrementiert wird, wobei für Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen unterschiedliche Phaseninkre mente für das Auslesen der Amplitudenwerte aus der gleichen Tabelle verwen det werden. Ein zunehmender Tabellenindex entspricht einem zunehmenden Phasenwinkel.

Auf diese Weise kann der jeweils benötigte Wert der periodischen Schwingung einfach aus der Tabelle ausgelesen werden, so dass Rechenzeit eingespart wird. Insbesondere kann dieselbe Tabelle für die unterschiedlichen Frequenzen der für die jeweiligen ersten Sendekanäle verwendeten periodischen Schwin gungen verwendet werden. Somit wird lediglich eine Tabelle für die kleinste verwendete Frequenz benötigt.

Der Phasenwinkel wird somit mit dem Phaseninkrement inkrementiert, und aus dem neuen Wert des Phasenwinkels wird der Tabellenindex berechnet. Dabei ist vorzugsweise der Verlauf des Phasenwinkels periodisch mit einer Periodizi tät entsprechend 360°. Beispielsweise kann das inkrementieren eine Modulo- Operation umfassen.

Besonders bevorzugt umfasst die Tabelle lediglich ein Viertel einer Periode ei ner periodischen Schwingung, wobei zum Auslesen von Amplitudenwerten ei ner zweiten Hälfte einer ersten oder zweiten Flalbperiode der periodischen Schwingung auf die Tabelle in umgekehrter Reihenfolge des Tabellenindex zu gegriffen wird, und wobei beim Auslesen von Amplitudenwerten einer zweiten Halbperiode der periodischen Schwingung ein Vorzeichen des ausgelesenen Amplitudenwerts umgekehrt wird.

Auf diese Weise kann der Umfang der Tabelle gegenüber einem Speicher eines Verlaufs einer vollen Periode der Schwingung auf ein Viertel reduziert werden. Das Auslesen von Amplitudenwerten einer ersten Hälfte der ersten Halbwelle der periodischen Schwingung erfolgt direkt aus der Tabelle.

Vorzugsweise wird die Multiplikation als Multiplikation mit einer komplex wertigen harmonischen Schwingung berechnet. Wenn beispielsweise bei einer Anzahl von N Sendekanälen ein OFDM-Symbol eines zweiten Sendekanals N-1 unbelegte Unterträger zwischen zwei belegten Unterträgern enthält, kann durch einfache Multiplikation im Zeitbereich mit einer komplexen harmonischen Schwingung mit der Frequenz entsprechend dem Unterträgerabstand multipli ziert mit n=1 , ..., N-1 ein orthogonales Symbol mit einer Anzahl von N-1 ersten Sendekanälen erzeugt werden.

Vorzugsweise weist der OFDM-Radarsensor je Sendekanal der mehreren Sen dekanäle einen Einseitenband-Mischer auf, wobei das digital-analog-Wandeln eines Teils der Signalform ein digital-analog-Wandeln eines Realteils des Teils der Signalform und ein digital-analog-Wandeln eines Imaginärteils des Teils der Signalform umfasst, und wobei das Senden des Teils der Signalform ein Mi schen des Realteils und des Imaginärteils des Teils der Signalform mit einem Radarsignal (einer Radarfrequenz) eines lokalen Oszillators mittels des Einsei tenband-Mischers des Sendekanals umfasst.

Auf diese Weise kann durch die Multiplikation mit einer komplexen harmoni schen Schwingung eine echte Frequenzverschiebung des betreffenden Teils der Signalform erfolgen, ohne dass im HF-modulierten Sendesignal ein zweites Seitenband erzeugt wird.

Vorzugsweise weist bei der genannten Betriebsweise ein jeweiliges OFDM- Symbol eines Signals eines jeweiligen Sendekanals der mehreren Sendekanäle unbelegte OFDM-Unterträger auf, wobei die in einem jeweiligen OFDM-Symbol eines Signals eines jeweiligen der Sendekanäle belegten OFDM-Unterträger im OFDM-Unterträgerspektrum verschachtelt angeordnet sind mit den belegten OFDM-Unterträgern der gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbole der Signale der jeweils anderen Sendekanäle. Die verschachtelte Anordnung bedeutet ins besondere, dass die in einem jeweiligen OFDM-Symbol eines Signals eines jeweiligen der Sendekanäle belegten OFDM-Unterträger in den gleichzeitig ge sendeten OFDM-Symbolen der Signale der jeweils anderen Sendekanäle unbe legt sind.

Auf diese Weise verwenden die verschiedenen Sendekanäle jeweilige überlap pende gesamt-Frequenzbereiche, wobei die Frequenzen eines jeweiligen Sen dekanals in Frequenzlücken der anderen angeordnet sind. Insbesondere wei sen die Signale aller Sendekanäle vergleichbare spektrale Verteilungen der be legten OFDM-Unterträger der gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbole auf, so dass die Radarsignaleigenschaften hochgradig ähnlich sind. Zugleich lassen sich auf diese Weise durch die genannte Multiplikation mit periodischen

Schwingungen Signale für die ersten Sendekanäle auf einfache und effiziente Weise aus einem Signal eines zweiten Sendekanals berechnen.

Vorzugsweise besitzt jedes OFDM-Symbol zwischen benachbarten Gruppen von belegten OFDM-Unterträgern eine Anzahl von unbelegten OFDM- Unterträgern, welche Anzahl der Anzahl der übrigen Sendekanäle, multipliziert mit dem Umfang der Gruppen, entspricht. Beispielsweise können sich bei drei Sendekanälen Gruppen von 2 belegten OFDM-Unterträgern mit Lücken von 4 unbelegten OFDM-Unterträgern abwechseln (zwei übrige Sendekanäle mal Gruppenumfang 2).

Vorzugsweise wird das digital-analog-Wandeln und/oder das Auslesen eines Teils einer Signalform eines Signals zum digital-analog-Wandeln durch ein Taktsignal gesteuert, welches sich von einem Taktsignal unterscheidet, welches das Berechnen oder Zurverfügungstellen der jeweiligen Signalform eines Sig nals eines Sendekanals durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung steuert. Besonders bevorzugt wird das digital-analog-Wandeln und/oder das Auslesen eines Teils einer Signalform eines Signals zum digital-analog-Wandeln durch ein Taktsignal gesteuert, welches sich von einem Taktsignal unterscheidet, wel ches das Berechnen der jeweiligen Signalform eines Signals eines ersten Sen dekanals durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung steuert. Das heißt, das Taktsignal des Digital-Analog-Wandlers unterscheidet sich von dem Taktsignal, welches den Betrieb der Steuer- und Auswerteeinrichtung insbesondere beim Berechnen der jeweiligen Signalform eines ersten Sendekanals steuert. Dies wird durch die Zwischenspeicher ermöglicht.

Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 11. Vor zugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zum Betreiben eines OFDM- Radarsensors wie beschrieben oder in einem der anderen Ansprüche angege ben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines OFDM-Radarsensors;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens der Be

rechnung von Signalformen; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Variante einer Berech nung von Signalformen; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer

Berechnung von Signalformen.

Fig. 5 eine schematische Darstellung von belegten Unterträgern in

OFDM-Symbolen mehrerer Sendekanäle; und

Fig. 6.1 bis 6.3 schematische Darstellungen von Amplituden

werten einer gespeicherten Tabelle.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines OFDM-Radarsensors mit beispielsweise vier Sendekanälen 10 und beispielsweise einem Empfangskanal 12. Die Sen dekanäle 10 umfassen jeweils eine Sendeantenne 14. Eine erste Einrichtung 16 einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, die von einem Taktsignal 17 gesteuert wird, berechnet für die einzelnen Sendekanäle 10 jeweilige Signalformen eines Sendesignals. Die Signalformen werden beispielsweise fortschreitend in Teilen berechnet. Je Sendekanal 10 sind zwei oder mehr Zwischenspeicher 18, 20 für berechnete Teile der Signalformen vorgesehen, in denen umschichtig berech nete Teile der Signalform des Sendesignals durch die ersten Einrichtung 16 abgelegt werden. Ein Digital-Analog-Wandler 22, welcher von einem Taktsignal 23 gesteuert wird, greift umschichtig auf die Zwischenspeicher 18, 20 zu und erzeugt aus dem betreffenden ausgelesenen Teil der Signalform ein analoges Signal. Das analo ge Signal wird durch einen Modulator 24 hochfrequenzmoduliert und von der Sendeantenne 14 abgestrahlt. Das abgestrahlte Sendesignal, welches von ei- nem oder mehreren Radarobjekten 26 reflektiert wird, wird von einer Emp- fangsantenne 28 empfangen, von einem Modulator 30 hochfrequenzdemodu- liert und im Empfangskanal 12 von einem Analog-Digital-Wandler 32 digitali siert.

Die Sendesignale der einzelnen Sendekanäle 10 haben jeweils Signalformen, die einer Folge von OFDM-Symbolen entsprechen. Dabei sind für gleichzeitig auf den unterschiedlichen Sendekanälen 10 gesendete OFDM-Symbole die belegten OFDM-Unterträger eines OFDM-Symbols eines Sendekanals ortho gonal zu den in den gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbolen der anderen Sendekanäle belegten OFDM-Unterträger.

Im Empfangskanal 12 folgt eine Transformation in den Frequenzbereich durch eine Transformationseinrichtung 34, beispielsweise mittels FFT. Im Frequenz bereich werden die im erhaltenen Spektrum enthaltenen Frequenzen, die den Frequenzen der OFDM-Unterträger der Sendekanäle 10 entsprechen, auf Emp fangszweige 36 aufgeteilt entsprechend der Zuordnung der enthaltenen OFDM- Unterträgerfrequenzen zu den in den jeweiligen Sendekanälen 10 belegten OFDM-Unterträgern. Der in einem jeweiligen Empfangszweig 36 weiterverarbei tete Signalanteil entspricht somit einem zugeordneten der Sendekanäle 10.

In jedem Empfangszweig 36 erfolgt durch einen OFDM-Demodulator 38 eine OFDM-Demodulation des Signalanteils. Die dadurch erhaltene Kanalinformati on wird durch jeweilige Detektionseinrichtungen 40 der Steuer- und Auswer teeinheit weiter ausgewertet, indem beispielsweise Geschwindigkeiten und/oder Abstände eines Radarobjekts 26 detektiert werden. Eine weitere Einrichtung 42 der Steuer- und Auswerteeinrichtung wertet die von den Detektionseinrichtun gen 40 erhaltenen Objektdetektionen der einzelnen Empfangszweige 36 aus.

Fig. 2 zeigt eine erste Variante einer Berechnung der Signalformen der Sende signale der Sendekanäle 10, wie sie beispielsweise in einer Ausführungsform der Erfindung von der ersten Einrichtung 16 der Steuer- und Auswerteeinrich tung durchgeführt werden kann. In diesem Beispiel umfasst die erste Einrich tung 16 Phasencodespeicher 50 für jeden Sendekanal 10. Der Phasencode speicher 50 eines Sendekanals 10 speichert beispielsweise für ein OFDM- Symbol eines Sendekanals einen Phasencode zu jedem zu belegenden OFDM- Unterträger des OFDM-Symbols. Als Phasencode kann beispielsweise ein 2-Bit QPSK (Quadrature Phase-Shift-Keying) Code verwendet werden. Die Anzahl der belegten OFDM-Unterträger eines OFDM-Symbols kann beispielsweise 512 betragen. Je OFDM-Symbol eines Sendekanals umfasst der Phasencodespei cher 50 somit 512 x 2 Bit.

Durch komplexe Modulation von für die jeweiligen Sendekanäle zu belegenden OFDM-Unterträgern mit den gespeicherten Phasencodes werden bei der Durchführung einer Transformation der OFDM-Symbole in den Zeitbereich, bei spielsweise mittels einer IFFT 52, Signalformen der gleichzeitig zu sendenden OFDM-Symbole der verschiedenen Sendekanäle 10 parallel für die Sendekanä le berechnet. Jede Signalform eines OFDM-Symbols stellt einen Teil einer auf dem betreffenden Sendekanal zu sendenden Folge von OFDM-Symbolen dar. Die jeweils berechnete Signalform eines OFDM-Symbols wird beispielsweise in einem der Zwischenspeicher 18, 20 abgelegt, während aus dem anderen der Zwischenspeicher 18, 20 eine zuvor berechnete Signalform eines vorhergehen den OFDM-Symbols von dem Digital-Analog-Wandler 22 ausgelesen und ge wandelt wird. In Fig. 2 sind die im Frequenzbereich 54 durchgeführten Operati onen und die im Zeitbereich 56 durchgeführten Operationen durch die gestri chelt dargestellten Bereiche 54, 56 gekennzeichnet.

Die dargestellte Berechnung kann beispielsweise in einem FPGA (Field Pro- grammable Gate Array) oder einem ASIC (Application Specific Integrated Cir cuit) implementiert sein. Sie zeichnet sich durch einen besonders geringen Speicherbedarf aus, da die hier beschriebenen Berechnungen im laufenden Betrieb durchgeführt werden, basierend auf den gespeicherten Phasencodes für die OFDM-Symbole.

Fig. 3 zeigt eine zweite Variante der Berechnung der Signalformen der zu sen denden Signale, wie sie beispielsweise in einer Ausführungsform durch die ers te Einrichtung 16 der Steuer- und Auswerteeinrichtung durchgeführt werden kann. In diesem Beispiel umfasst der OFDM-Radarsensor einen Zeitsignal- Speicher 60, in dem ein Zeitsignal (eine Signalform), welches einem oder meh reren OFDM-Symbolen entspricht, gespeichert ist. Der Zeitsignalspeicher 60 kann beispielsweise für ein OFDM-Symbol eine Anzahl von 2048 Samples mit einer Auflösung von beispielsweise 16 Bit umfassen.

Für erste Sendekanäle 10.1 wird daraus durch Multiplikation mit der komplexen harmonischen Schwingung exp (ΐ2phDίί) ein entsprechender Teil eines Sende signals erzeugt. Dabei ist im einfachsten Fall Af der Abstand zwischen den Un terträgern der verwendeten OFDM-Codierung, n die Nummer des jeweiligen ersten Sendekanals (n = 1 , ... , 3), und t die Zeit. Die Multiplikation wird in den ersten Sendekanälen 10.1 jeweils durch einen digitalen Mischer 62 durchge führt. Durch die Verwendung komplexer Signalformen und eines Digital-Analog- Wandlers 22, der Realteil und Imaginärteil separat wandelt (entsprechend einer Wandlung von I/Q-Komponenten), kann auf rechnerisch einfache Weise eine echte Frequenzverschiebung erreicht werden.

Für einen zweiten Sendekanal 10.2 wird das aus dem Zeitsignalspeicher 60 ausgelesene Zeitsignal direkt als Zeitsignal zur Verfügung gestellt, d.h. ohne die Multiplikation durch einen Mischer 62.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nur eine geringe Rechenleistung benötigt wird. Die Berechnungen, basierend auf dem im Zeitsignalspeicher 60 gespeicherten Signal, finden im Zeitbereich 66 statt, wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt eine dritte Variante der Berechnung, wie sie beispielsweise in einer Ausführungsform in der ersten Einrichtung 16 der Steuer- und Auswerteeinrich tung durchgeführt werden kann. In diesem Beispiel umfasst der OFDM- Radarsensor einen Phasencode-Speicher 70, der Phasencodes für ein oder mehrere OFDM-Symbole speichert. Dabei kann es sich um generische OFDM- Symbole oder um OFDM-Symbole für einen zweiten Sendekanal 10.2 handeln. Beispielsweise wird, entsprechend der Variante der Fig. 2, aus den im Phasen codespeicher 70 gespeicherten Phasencodes eines OFDM-Symbols mittels Transformation von OFDM-Unterträgern mit Phasenmodulation gemäß dem Phasencode ein Zeitsignal für einen zweiten Sendekanal 10.2 durch eine Transformationseinheit 72 berechnet. Dies entspricht der Berechnung eines Sendekanals der Variante der Fig. 2.

Für die ersten Sendekanäle 10.1 wird ein entsprechendes Zeitsignal durch Mul tiplikation mit einer komplexen harmonischen Schwingung entsprechend der Multiplikation in der Variante der Fig. 3 durch Mischer 74 berechnet. Dabei wird für den n-ten ersten Sendekanal 10.1 die komplexe harmonischen Schwingung mit der Frequenz nAf verwendet. In Fig. 4 ist wiederum gekennzeichnet, wel cher Teil der Berechnungen in dem Frequenzbereich 76 und welcher im Zeitbe reich 78 erfolgt.

In diesem Beispiel werden somit die Berechnungsverfahren der ersten und zweiten Varianten in vorteilhafter weise kombiniert, so dass eine gewünschte Auslegung der Sende- und Auswerteeinheit hinsichtlich ihrer Rechenleistung und des benötigten Speichers optimiert werden kann. Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel für die Belegung von OFDM-Unterträgern in gleichzeitig gesendeten OFDM-Symbolen 80, 82, 84 der verschiedenen Sen dekanäle 10, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgese hen sein kann. Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein Beispiel mit einem zweiten Sendekanal 10.2 und zwei ersten Sendekanälen 10.1 (für n = 1 , n = 2) dargestellt. Die verschiedenen OFDM-Symbole 80, 82, 84 der unterschiedlichen Sendekanäle 10.2, 10.1 sind in Fig. 5 übereinander angeordnet dargestellt. Der zweite Sendekanal 10.2 hat in einem OFDM-Symbol 80 belegte OFDM- Unterträger 90, zwischen denen jeweils mehrere OFDM-Unterträger (OFDM- Unterträgerfrequenzen) unbelegt sind. Die ersten Sendekanäle 10.1 haben in ihren OFDM-Symbolen 82, 84 belegte OFDM-Unterträger 92 bzw. 94, wobei je Sendekanal 10.1 zwischen belegten OFDM-Unterträgern 92 bzw. 94 jeweils mehrere OFDM-Unterträger unbelegt sind. Die belegten OFDM-Unterträger 90, 92, 94 sind durch gefüllte Kästen über der Frequenz f dargestellt. Im gezeigten Beispiel besitzt jedes OFDM-Symbol 80, 82, 84 zwischen benachbarten und belegten OFDM-Unterträgern eine Anzahl von unbelegten OFDM-Unterträgern, welche Anzahl der Anzahl der übrigen Sendekanäle entspricht.

Wie oben für die Beispiele der Fig. 3 und Fig. 4 erläutert, kann durch einfache Multiplikation mit einer harmonischen Schwingung im Zeitbereich aus dem Zeit signal des zweiten Sendekanals 10.2 ein dazu orthogonales Zeitsignal eines jeweiligen ersten Sendekanals 10.1 erzeugt werden. In diesem Beispiel sind somit die belegten OFDM-Unterträger eines jeweiligen Sendekanals 10.1 , 10.2 im OFDM-Unterträgerspektrum verschachtelt mit den belegten OFDM- Unterträgern der jeweils anderen Sendekanäle 10 angeordnet.

In der Praxis kann beispielsweise eine Bandbreite von 1 GFIz genutzt werden für 3000 OFDM-Unterträger mit einem Unterträgerabstand Af von 333 KFIz. Fig. 6 zeigt schematisch in einer gespeicherten Tabelle des OFDM- Radarsensors enthaltene Amplitudenwerte A einer periodischen Schwingung, wie sie beispielsweise für die Multiplikation mit einer komplexwertigen harmoni schen Schwingung in einem der Beispiele der Figuren 3, 4 und 5 verwendet 5 werden kann. Die Amplitudenwerte A sind über dem Tabellenindex I dargestellt.

Da in den beschriebenen Beispielen die Frequenz der harmonischen Schwin gung, mit der die jeweilige Multiplikation für einen ersten Sendekanal 10.1 durchgeführt wird, ein Vielfaches einer kleinsten derartigen Frequenz Af ist, ge nügt es, wenn die Tabelle lediglich Amplitudenwerte eines Viertels einer Perio de der harmonischen Schwingung umfasst, wobei aufgrund der Phasenver schiebung zwischen Sinus und Kosinus beispielsweise ein Viertel einer reellen Sinuswelle genügt.

Für eine elementweise Multiplikation eines Abtastwertes (Samples) eines Zeit signals eines ersten Sendekanals 10.1 mit entsprechenden Amplitudenwerten A einer Schwingung mit der genannten kleinsten Frequenz werden, wie in Fig. 6.1 gezeigt, die aufeinanderfolgenden Amplitudenwerte aus der Tabelle herange zogen. Für höhere Frequenzen der harmonischen Schwingung, mit der multipli-0 ziert werden soll, wird bei gleicher Abtastrate jeder n-te Wert zur elementweisen Multiplikation aus der Tabelle herangezogen, wie in Fig. 6.2 für n=2 mit ausge führten Symbolen für die entsprechenden Amplitudenwerte dargestellt ist. Fig. 6.3 zeigt eine entsprechende Darstellung für n=3, bei dem nur jeder dritte Wert aus der Tabelle für das elementweise Multiplizieren herangezogen wird.

Durch Multiplikation mit -1 und durch Spiegeln der Reihenfolge der ausgewie senen Werte kann die gesamte Periode der harmonischen Schwingung erzeugt werden, so dass der erforderliche Speicher für die Tabelle weiter minimiert wer den kann.

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