CN110794398B - 无线通信***中通过镜面反射的车辆微波成像方法和设备 - Google Patents

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Abstract

无线通信***中通过镜面反射的车辆微波成像方法和设备。本发明的一个实施方式涉及一种在无线通信***中由感测车辆SV执行车辆图像重构的方法，该方法包括以下步骤：从目标车辆TV接收多个步进频率连续波SFCW；在所述多个SFCW的不同频率范围中接收签名波形；基于签名波形使用到达相位差PDoA执行同步；重构TV的一个或更多个虚拟图像；以及从所确定的一个或更多个虚拟图像推导真实图像。

Description

无线通信***中通过镜面反射的车辆微波成像方法和设备
技术领域
以下描述涉及无线通信***，更具体地，涉及一种基于位置误差信息来执行波束搜索或波束传输的方法和设备。
背景技术
无线通信***已被广泛部署以提供诸如语音或数据的各种类型的通信服务。通常，无线通信***是通过在多个用户之间共享可用***资源(带宽、传输功率等)来支持多个用户的通信的多址***。例如，多址***包括码分多址(CDMA)***、频分多址(FDMA)***、时分多址(TDMA)***、正交频分多址(OFDMA)***、单载波频分多址(SC-FDMA)***和多载波频分多址(MC-FDMA)***。
装置对装置(D2D)通信是在用户设备(UE)之间建立直接链路并且UE在没有演进节点B(eNB)干预的情况下直接交换语音和数据的通信方案。D2D通信可涵盖UE至UE通信以及对等通信。另外，D2D通信可应用于机器对机器(M2M)通信和机器型通信(MTC)。
正在考虑D2D通信作为由于快速增加的数据业务导致的eNB的开销的解决方案。例如，由于装置通过D2D通信在没有eNB干预的情况下彼此直接交换数据，与传统无线通信相比，网络开销可降低。另外，预期D2D通信的引入将减少eNB的过程，使参与D2D通信的装置的功耗降低，增加数据传输速率，增加网络的容纳能力，使负荷分散，并且扩展小区覆盖范围。
目前，正在考虑与D2D通信结合的车辆对一切(V2X)通信。在概念上，V2X通信涵盖车辆对车辆(V2V)通信、用于车辆与不同类型的终端之间的通信的车辆对行人(V2P)通信以及用于车辆与路边单元(RSU)之间的通信的车辆对基础设施(V2I)通信。
随着在不同感测技术融合的基础上的对象检测、识别和映射的进步，自主驾驶已成为现实。2D或3D成像是自主驾驶的重要部分，因为图像信息可帮助车辆进行对象识别和路线规划[1]。近年来，基于光检测和测距(LiDAR)和视觉数据的实时检测***非常流行，其中激光扫描仪和相机用于数据收集。超声波传感器在短距离检测中也起到重要作用[2]。然而，上述所有检测和识别技术在非视线(NLoS)条件下无法很好地起作用。为了应对该问题，通过建立车辆对车辆(V2V)通信提出了一些技术，其使得车辆能够通过协作来共享信息。但是在动态道路条件下V2V通信无法稳定。在本说明书中，提出了使用毫米波的成像***，其能够在LoS和NLoS条件下捕获车辆周围的3D图像。此外，在雾天，激光扫描仪和相机可能表现不佳，而毫米波(MMW)***更加鲁棒。
多传感器广泛用于自主驾驶，其中从不同传感器的信息收集有助于保证驾驶安全性并明智地规划路线[3]。来自不同传感器的信息的对准改进了感测的准确性和可靠性。最广泛使用的传感器包括相机、LiDAR、雷达传感器等。在所有类型的传感器当中，在自主驾驶中MMW***主要被视为一种雷达传感器以确保在雾天的驾驶安全性，其可同时提供高分辨率和适当检测范围。对于MMW成像技术，传统合成孔径雷达(SAR)[4]和逆合成孔径雷达ISAR[5]依赖于传感器或目标的运动，其已成熟地应用在飞行器或航天器中。在过去几年中，在MMW频率中可获得成本适中的高度集成的电路。因此，基于MMW天线阵列的成像技术由于其高分辨率和快速电子扫描能力而越来越流行[6]。基于阵列的成像技术可被分成三类：单站开关阵列、多输入多输出(MIMO)阵列和相控阵列。然而，所有这些MMW成像技术基于天线扫描处理的要求，其中天线依次发送信号，因为如果所有发送天线和接收天线同时打开，则无法确定往返距离。扫描处理非常耗时，特别是对于3D成像。提出了一些压缩感测技术[6]、[7]以减少扫描时间，然而如果应用于自主驾驶则可能导致一些安全问题。
发明内容
技术问题
本公开的目的在于提供一种获取目标车辆的形状的方法。
本领域技术人员将理解，可利用本公开实现的目的不限于上文具体描述的那些，本公开可实现的上述和其它目的将从以下详细描述更清楚地理解。
技术方案
在本发明的一个方面，本文提供了一种在无线通信***中由感测车辆(SV)执行车辆图像重构的方法，该方法包括以下步骤：从目标车辆(TV)接收多个步进频率连续波(SFCW)；在多个SFCW的不同频率范围中接收签名波形；基于签名波形使用到达相位差(PDoA)执行同步；重构TV的一个或更多个虚拟图像；以及从所确定的一个或更多个虚拟图像(VI)推导真实图像。
签名波形对应于两对签名波形，每对包含两个签名波形。
每对签名波形从TV处的两个代表性天线发送。
每对签名波形在SFCW的带宽之外的不同频率处接收。
通过推导TV和SV之间的同步间隙来执行同步。
基于两对签名波形中的一对中的SFCW之间的相位差来推导同步间隙。
使用3D傅里叶变换来重构所述一个或更多个VI。
使用真实图像基于镜面车辆的反射侧在VI的对称位置执行真实图像的推导。
虚拟图像l的两个公共点是和/>
两个公共点对应于TV的两个代表性天线。
真实图像的两个公共点是x1＝(x1，y1，z1)和x2＝(x2，y2，z2)。
(x1，x2)的坐标之间的关系被表示为其中，θ(l)表示从x轴到作为两个公共点的(/>和x1)或(/>和x2)之间的虚拟线的有向角，φ(l)是从x轴到VI l的线段的有向角，l1和l2是VI1和VI2。
x轴对应于SV的移动方向。
在本发明的另一方面，本文提供了一种在无线通信***中执行车辆图像重构的感测车辆(SV)，第一终端包括：发送装置和接收装置；以及处理器，其中，处理器被配置为：从目标车辆(TV)接收多个步进频率连续波(SFCW)；在多个SFCW的不同频率范围中接收签名波形；基于签名波形使用到达相位差(PDoA)执行同步；重构TV的一个或更多个VI；以及从所确定的一个或更多个VI推导真实图像。
有益效果
根据本发明的实施方式，获取从感测车辆不可见的目标车辆的形状。
本领域技术人员将理解，可利用本公开实现的效果不限于上文具体描述的那些，本公开的其它优点将从以下结合附图进行的详细描述更清楚地理解。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入本申请并构成本申请的一部分，附图示出本公开的实施方式并且与说明书一起用于说明本公开的原理。附图中：
图1是示出无线电帧的结构的示图。
图2是示出一个下行链路时隙的持续时间期间的资源网格的示图。
图3是示出下行链路子帧的结构的示图。
图4是示出上行链路子帧的结构的示图。
图5是示出具有多个天线的无线通信***的配置的示图。
图6是示出承载装置对装置(D2D)同步信号的子帧的示图。
图7是示出D2D信号的中继的示图。
图8是示出用于D2D通信的示例性D2D资源池的示图。
图9是示出调度指派(SA)周期的示图。
图10示出新无线电接入技术(RAT)中可用的帧结构。
图11示出同步方法。
图12示出VI和TV之间的关系。
图13示出场景的初始设置。
图14示出VI的成像重构。
图15示出场景的初始设置。
图16示出不同VI与TV之间的几何关系。
图17是示出发送装置和接收装置的配置的图。
具体实施方式
下面所述的本公开的实施方式是本公开的元件和特征的组合。除非另外提及，否则元件或特征可被认为是选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本公开的实施方式可通过部分元件和/或特征的组合来构造。本公开的实施方式中所描述的操作顺序可重新安排。任一实施方式的一些构造或特征可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造或特征代替。
在本公开的实施方式中，集中于基站(BS)与用户设备(UE)之间的数据发送和接收关系进行描述。BS是直接与UE通信的网络的终端节点。在一些情况下，被描述为由BS执行的特定操作可由BS的上层节点执行。
即，显而易见的是，在由包括BS的多个网络节点构成的网络中，为了与UE通信而执行的各种操作可由BS或者BS以外的网络节点执行。术语“BS”可用术语“固定站”、“节点B”、“演进节点B(eNode B或eNB)”、“接入点(AP)”等代替。术语“中继器”可用术语“中继节点(RN)”或“中继站(RS)”代替。术语“终端”可用术语“UE”、“移动站(MS)”、“移动订户站(MSS)”、“订户站(SS)”等代替。
如本文所使用的，术语“小区”可被应用于诸如基站(eNB)、扇区、远程无线电头端(RRH)和中继器的发送点和接收点，并且还可由特定发送/接收点扩展地用于在分量载波之间进行区分。
用于本公开的实施方式的特定术语被提供以帮助理解本公开。在本公开的范围和精神内，这些特定术语可用其它术语代替。
在一些情况下，为了防止本公开的概念模糊，已知技术的结构和设备将被省略，或者将基于各个结构和设备的主要功能以框图的形式示出。另外，只要可能，贯穿附图和说明书将使用相同的标号来指代相同或相似的部件。
本公开的实施方式可由针对至少一种无线接入***、电气和电子工程师协会(IEEE)802、第3代合作伙伴计划(3GPP)、3GPP长期演进(3GPP LTE)、LTE-advanced(LTE-A)和3GPP2所公开的标准文献支持。为了使本公开的技术特征清晰而未描述的步骤或部件可由那些文献支持。另外，本文所公开的所有术语可由所述标准文献说明。
本文所述的技术可用在各种无线接入技术中，例如码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、正交频分多址(OFDMA)、单载波-频分多址(SC-FDMA)等。CDMA可被实现为诸如通用地面无线电接入(UTRA)或CDMA2000的无线电技术。TDMA可被实现为诸如全球移动通信***(GSM)/通用分组无线电服务(GPRS)/增强型数据速率GSM演进(EDGE)的无线电技术。OFDMA可被实现为诸如IEEE802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、演进UTRA(E-UTRA)等的无线电技术。UTRA是通用移动电信***(UMTS)的一部分。3GPPLTE是使用E-UTRA的演进UMTS(E-UMTS)的一部分。3GPP LTE对于下行链路采用OFDMA，对于上行链路采用SC-FDMA。LTE-A是3GPP LTE的演进。WiMAX可由IEEE802.16e标准(无线城域网(无线MAN)-OFDMA参考***)和IEEE 802.16m标准(无线MAN-OFDMA高级***)描述。为了清晰，本申请集中于3GPP LTE和3GPP LTE-A***。然而，本公开的技术特征不限于此。
LTE/LTE-A资源结构/信道
参照图1，下面将描述无线电帧的结构。
在蜂窝正交频分复用(OFDM)无线分组通信***中，在子帧中发送上行链路和/或下行链路数据分组。一个子帧被定义为包括多个OFDM符号的预定时间周期。3GPP LTE标准支持适用于频分双工(FDD)的类型1无线电帧结构以及适用于时分双工(TDD)的类型2无线电帧结构。
图1的(a)示出类型1无线电帧结构。下行链路无线电帧被分成10个子帧。各个子帧在时域中被进一步分成两个时隙。发送一个子帧的单位时间被定义为传输时间间隔(TTI)。例如，一个子帧的持续时间可为1ms，一个时隙的持续时间可为0.5ms。时隙在时域中包括多个OFDM符号，在频域中包括多个资源块(RB)。由于3GPP LTE***对于下行链路采用OFDMA，所以OFDM符号表示一个符号周期。OFDM符号可被称作SC-FDMA符号或符号周期。RB是包括时隙中的多个邻接子载波的资源分配单位。
一个时隙中的OFDM符号的数量可根据循环前缀(CP)配置而变化。有两种类型的CP：扩展CP和正常CP。在正常CP的情况下，一个时隙包括7个OFDM符号。在扩展CP的情况下，一个OFDM符号的长度增加，因此时隙中的OFDM符号的数量少于正常CP的情况。因此，当使用扩展CP时，例如，一个时隙中可包括6个OFDM符号。如果信道状态变差，例如在UE的快速移动期间，可使用扩展CP以进一步降低符号间干扰(ISI)。
在正常CP的情况下，由于一个时隙包括7个OFDM符号，所以一个子帧包括14个OFDM符号。各个子帧的前两个或三个OFDM符号可被分配给物理下行链路控制信道(PDCCH)，其它OFDM符号可被分配给物理下行链路共享信道(PDSCH)。
图1的(b)示出类型2无线电帧结构。类型2无线电帧包括两个半帧，各个半帧具有5个子帧、下行链路导频时隙(DwPTS)、保护周期(GP)和上行链路导频时隙(UpPTS)。各个子帧被分成两个时隙。DwPTS用于UE中的初始小区搜索、同步或信道估计。UpPTS用于eNB处的信道估计以及与UE的上行链路传输同步的获取。GP是上行链路与下行链路之间的周期，其消除由于下行链路信号的多径延迟引起的上行链路干扰。无论无线电帧的类型如何，一个子帧包括两个时隙。
上述无线电帧结构仅是示例性的，因此要注意的是，无线电帧中的子帧的数量、子帧中的时隙的数量或者时隙中的符号的数量可变化。
图2示出一个下行链路时隙的持续时间的下行链路资源网格的结构。下行链路时隙在时域中包括7个OFDM符号，并且RB在频域中包括12个子载波，这不限制本公开的范围和精神。例如，在正常CP的情况下，下行链路时隙可包括7个OFDM符号，而在扩展CP的情况下，下行链路时隙可包括6个OFDM符号。资源网格的各个元素被称作资源元素(RE)。RB包括12×7个RE。下行链路时隙中的RB的数量NDL取决于下行链路传输带宽。上行链路时隙可具有与下行链路时隙相同的结构。
图3示出下行链路子帧的结构。下行链路子帧中的第一时隙的开始最多三个OFDM符号用于分配了控制信道的控制区域，下行链路子帧的其它OFDM符号用于分配了PDSCH的数据区域。3GPP LTE***中所使用的下行链路控制信道包括物理控制格式指示符信道(PCFICH)、物理下行链路控制信道(PDCCH)和物理混合自动重传请求(HARQ)指示符信道(PHICH)。PCFICH位于子帧的第一OFDM符号中，承载关于子帧中用于控制信道的传输的OFDM符号的数量的信息。PHICH传送响应于上行链路传输的HARQ确认/否定确认(ACK/NACK)信号。PDCCH上承载的控制信息被称为下行链路控制信息(DCI)。DCI传输上行链路或下行链路调度信息、或者用于UE组的上行链路传输功率控制命令。PDCCH传送关于下行链路共享信道(DL-SCH)的资源分配和传输格式的信息、关于上行链路共享信道(UL-SCH)的资源分配信息、寻呼信道(PCH)的寻呼信息、关于DL-SCH的***信息、关于PDSCH上发送的高层控制消息(例如，随机接入响应)的资源分配的信息、UE组中的各个UE的传输功率控制命令的集合、传输功率控制信息、互联网协议语音(VoIP)激活信息等。多个PDCCH可在控制区域中发送。UE可监测多个PDCCH。PDCCH通过聚合一个或更多个连续的控制信道元素(CCE)来形成。CCE是用于基于无线电信道的状态按照编码速率提供PDCCH的逻辑分配单位。CCE包括多个RE组。PDCCH的格式以及PDCCH的可用比特数根据CCE的数量和CCE所提供的编码速率之间的相互关系来确定。eNB根据发送给UE的DCI来确定PDCCH格式，并将循环冗余校验(CRC)添加到控制信息。根据PDCCH的所有者或用途通过被称为无线电网络临时标识符(RNTI)的标识符(ID)来对CRC进行掩码处理。如果PDCCH指向特定UE，则可通过UE的小区-RNTI(C-RNTI)来对其CRC进行掩码处理。如果PDCCH用于寻呼消息，则可通过寻呼指示符标识符(P-RNTI)来对PDCCH的CRC进行掩码处理。如果PDCCH承载***信息(具体地讲，***信息块(SIB))，则可通过***信息ID和***信息RNTI(SI-RNTI)来对其CRC进行掩码处理。为了指示PDCCH承载响应于UE所发送的随机接入前导码的随机接入响应，可通过随机接入RNTI(RA-RNTI)来对其CRC进行掩码处理。
图4示出上行链路子帧的结构。上行链路子帧可在频域中被分成控制区域和数据区域。承载上行链路控制信息的物理上行链路控制信道(PUCCH)被分配给控制区域，承载用户数据的物理上行链路共享信道(PUSCH)被分配给数据区域。为了维持单载波的性质，UE不同时发送PUCCH和PUSCH。UE的PUCCH被分配给子帧中的RB对。RB对中的RB在两个时隙中占据不同的子载波。因此也就是说，分配给PUCCH的RB对在时隙边界上跳频。
参考信号(RS)
在无线通信***中，在无线电信道上发送分组。鉴于无线电信道的本质，在传输过程中分组可能失真。为了成功地接收信号，接收器应该利用信道信息补偿所接收的信号的失真。通常，为了使得接收器能够获取信道信息，发送器发送发送器和接收器二者已知的信号，并且接收器基于在无线电信道上接收的信号的失真来获取信道信息。该信号被称为导频信号或RS。
在通过多个天线的数据发送和接收的情况下，为了成功接收信号需要知道发送(Tx)天线和接收(Rx)天线之间的信道状态。因此，应该通过各个Tx天线发送RS。
RS可分成下行链路RS和上行链路RS。在当前LTE***中，上行链路RS包括：
i)用于信道估计以便于在PUSCH和PUCCH上传送的信息的相干解调的解调参考信号(DMRS)；以及
ii)用于eNB或网络以测量在不同频率下上行链路信道的质量的探测参考信号(SRS)。
下行链路RS被分为：
i)在小区的所有UE之间共享的小区特定参考信号(CRS)；
ii)专用于特定UE的UE特定RS；
iii)当发送PDSCH时用于PDSCH的相干解调的DM-RS；
iv)当发送下行链路DM-RS时承载CSI的信道状态信息-参考信号(CSI-RS)；
v)用于在多媒体广播单频网络(MBSFN)模式下发送的信号的相干解调的MBSFNRS；以及
vi)用于估计关于UE的地理位置信息的定位RS。
RS还可根据其用途分成两种类型：用于信道信息获取的RS以及用于数据解调的RS。由于其用途在于UE获取下行链路信道信息，所以前者应该在宽频带中发送并且甚至由在特定子帧中未接收到下行链路数据的UE接收。此RS也用于类似切换的情形。后者是eNB在特定资源中连同下行链路数据一起发送的RS。UE可利用该RS通过测量信道来解调数据。此RS应该在数据传输区域中发送。
MIMO***的建模
图5是示出具有多个天线的无线通信***的配置的示图。
如图5的(a)所示，与仅在发送器或接收器中使用多个天线的情况不同，如果Tx天线的数量增加至NT并且Rx天线的数量增加至NR，则理论信道传输容量与天线的数量成比例地增加。因此，可改进传送速率并且显著改进频率效率。随着信道传输容量增加，传送速率可理论上增大利用单个天线时的最大传送速率Ro与速率增加比Ri的乘积那么多。
[式1]
Ri＝min(NT，NR)
例如，在使用四个Tx天线和四个Rx天线的MIMO通信***中，可获得比单天线***高四倍的传输速率。由于在20世纪90年代中已证明了MIMO***的这一理论容量增加，所以正在对各种技术进行许多尝试以显著改进数据传输速率。另外，这些技术已经被部分地采用作为诸如3G移动通信、下一代无线LAN等的各种无线通信的标准。
如下说明MIMO相关研究的趋势。首先，正在各种方面进行许多尝试以开发和研究与各种信道配置和多址环境中的MIMO通信容量计算等有关的信息理论研究、对MIMO***的无线电信道测量和模型衍生研究、用于传输可靠性增强和传输速率改进的空时信号处理技术研究等。
为了详细说明MIMO***中的通信方法，可将数学建模表示如下。假设存在NT个Tx天线和NR个Rx天线。
关于发送的信号，如果存在NT个Tx天线，则可发送的信息的最大条数为NT。因此，传输信息可如式2所示表示。
[式2]
此外，可分别针对各条传输信息彼此不同地设定发送功率。如果发送功率分别被设定为/>则具有调节的发送功率的传输信息可被表示为式3。
[式3]
另外，可利用传输功率的对角矩阵P被表示为式4。
[式4]
假设通过将权重矩阵W应用于具有调节的发送功率的信息向量来配置实际发送的NT个发送信号/>的情况，权重矩阵W用于根据传输信道状态将传输信息适当地分配给各个天线。/>可利用如下的向量X表示。
[式5]
在式5中，wij表示第i Tx天线与第j信息之间的权重。W也被称为预编码矩阵。
如果存在NR个Rx天线，则天线的各个接收信号可表示如下。
[式6]
如果在MIMO无线通信***中对信道进行建模，则信道可根据Tx/Rx天线索引来区分。从Tx天线j至Rx天线i的信道由hij表示。在hij中，需要注意的是考虑到索引的顺序，Rx天线的索引在Tx天线的索引前面。
图5的(b)是示出从NT个Tx天线至Rx天线i的信道的示图。信道可被组合并以向量和矩阵的形式来表示。在图5的(b)中，从NT个Tx天线到Rx天线i的信道可被表示如下。
[式7]
因此，从NT个Tx天线到NR个Rx天线的所有信道可被表示如下。
[式8]
在信道矩阵H之后将AWGN(加性高斯白噪声)增加到实际信道。分别增加到NR个Rx天线的AWGN可被表示如下。
[式9]
通过上述数学建模，接收信号可被表示如下。
[式10式]
此外，指示信道状态的信道矩阵H的行和列的数量由Tx天线和Rx天线的数量确定。信道矩阵H的行数等于Rx天线的数量NR，其列数等于Tx天线的数量NT。即，信道矩阵H为NR×NT矩阵。
矩阵的秩由彼此独立的行数和列数中的较小者限定。因此，矩阵的秩不大于行数或列数。信道矩阵H的秩rank(H)被限制如下。
[式11]
rank(H)≤min(NT，NR)
另外，当对矩阵进行特征值分解时，矩阵的秩也可被定义为非零特征值的数量。类似地，当对矩阵进行奇异值分解时，矩阵的秩可被定义为非零奇异值的数量。因此，信道矩阵的秩的物理含义可为可发送不同信息的信道的最大数量。
在本文献的说明书中，MIMO传输的“秩”指示能够在特定时间和频率资源上独立地发送信号的路径的数量，“层数”指示通过各个路径发送的信号流的数量。通常，由于发送端发送与秩数对应的层数，所以除非特别提及，否则一个秩具有与层数相同的含义。
D2D UE的同步获取
现在，将基于以上描述在传统LTE/LTE-A***的背景下描述D2D通信中的UE之间的同步获取。在OFDM***中，如果没有获取时间/频率同步，则所导致的小区间干扰(ICI)可使得无法在OFDM信号中复用不同的UE。如果各个单独的D2D UE通过直接发送和接收同步信号来获取同步，则这是效率低的。因此，在诸如D2D通信***的分布式节点***中，特定节点可发送代表性同步信号，其它UE可利用该代表性同步信号来获取同步。换言之，一些节点(可以是eNB、UE和同步参考节点(SRN，也称作同步源))可发送D2D同步信号(D2DSS)，剩余UE可与该D2DSS同步地发送和接收信号。
D2DSS可包括主D2DSS(PD2DSS)或主侧链路同步信号(PSSS)以及辅D2DSS(SD2DSS)或辅侧链路同步信号(SSSS)。PD2DSS可被配置为具有预定长度的Zadoff-chu序列或者主同步信号(PSS)的相似/修改/重复的结构。与DL PSS不同，PD2DSS可使用不同的Zadoff-chu根索引(例如，26、37)。并且，SD2DSS可被配置为具有M序列或者辅同步信号(SSS)的相似/修改/重复的结构。如果UE使其定时与eNB同步，则eNB用作SRN并且D2DSS为PSS/SSS。与DL的PSS/SSS不同，PD2DSS/SD2DSS遵循UL子载波映射方案。图6示出发送D2D同步信号的子帧。物理D2D同步信道(PD2DSCH)可以是承载在D2D信号发送和接收之前UE应该首先获得的基本(***)信息(例如，D2DSS相关信息、双工模式(DM)、TDD UL/DL配置、资源池相关信息、与D2DSS有关的应用的类型等)的(广播)信道。PD2DSCH可在与D2DSS相同的子帧中发送或者在承载D2DSS的帧之后的子帧中发送。DMRS可用于将PD2DSCH解调。
SRN可以是发送D2DSS和PD2DSCH的节点。D2DSS可以是特定序列，PD2DSCH可以是表示通过预定信道编码生成的特定信息或码字的序列。SRN可以是eNB或特定D2D UE。在部分网络覆盖范围或者网络覆盖范围外的情况下，SRN可以是UE。
在图7所示的情况下，D2DSS可被中继以用于与覆盖范围外UE的D2D通信。D2DSS可经由多次跳跃来中继。以下描述基于以下认识来给出：SS的中继涵盖根据SS接收时间以单独的格式的D2DSS传输以及eNB所发送的SS的直接放大转发(AF)中继。随着D2DSS被中继，覆盖范围内UE可直接与覆盖范围外UE通信。
D2D资源池
图8示出第一UE(UE1)、第二UE(UE2)以及UE1和UE2用来执行D2D通信的资源池的示例。在图8的(a)中，UE对应于终端或者诸如根据D2D通信方案发送和接收信号的eNB的网络装置。UE从与资源集合对应的资源池选择与特定资源对应的资源单元，并且UE使用所选择的资源单元来发送D2D信号。与接收UE对应的UE2接收UE1能够发送信号的资源池的配置并且在该资源池中检测UE1的信号。在这种情况下，如果UE1位于eNB的覆盖范围内，则eNB可将资源池告知给UE1。如果UE1位于eNB的覆盖范围外，则可由不同的UE告知资源池，或者可通过预定资源来确定资源池。通常，资源池包括多个资源单元。UE从多个资源单元当中选择一个或更多个资源单元并且能够使用所选择的资源单元来进行D2D信号传输。图8的(b)示出配置资源单元的示例。参照图8的(b)，整个频率资源被分成NF个资源单元，并且整个时间资源被分成NT个资源单元。具体地讲，能够总共定义NF*NT个资源单元。具体地讲，资源池可按照NT个子帧的周期重复。具体地讲，如图8所示，一个资源单元可周期性地和重复地出现。或者，映射有逻辑资源单元的物理资源单元的索引可根据时间按照预定图案改变以在时域和/或频域中获得分集增益。在该资源单元结构中，资源池可对应于意图发送D2D信号的UE能够使用的资源单元的集合。
资源池可被分类为各种类型。首先，资源池可根据经由各个资源池发送的D2D信号的内容来分类。例如，D2D信号的内容可被分类为各种信号，可根据各个内容配置单独的资源池。D2D信号的内容可包括调度指派(SA或物理侧链路控制信道(PSCCH))、D2D数据信道和发现信道。SA可对应于包括关于D2D数据信道的资源位置的信息、关于对数据信道进行调制和解调所需的调制和编码方案(MCS)的信息、关于MIMO传输方案的信息、关于定时提前(TA)的信息等的信号。SA信号可按照与D2D数据复用的方式在相同的资源单元上发送。在这种情况下，SA资源池可对应于按照复用的方式发送SA和D2D数据的资源池。SA信号也可被称作D2D控制信道或物理侧链路控制信道(PSCCH)。D2D数据信道(或者物理侧链路共享信道(PSSCH))对应于发送UE用来发送用户数据的资源池。如果SA和D2D数据按照复用在相同资源单元中的方式来发送，则可仅在用于D2D数据信道的资源池中发送除了SA信息之外的D2D数据信道。换言之，在SA资源池的特定资源单元中用于发送SA信息的RE也可用于在D2D数据信道资源池中发送D2D数据。发现信道可对应于用于使得邻近UE能够发现发送信息的发送UE的消息(例如，UE的ID等)的资源池。
尽管D2D信号的内容彼此相同，可根据D2D信号的发送/接收属性使用不同的资源池。例如，在相同D2D数据信道或者相同发现消息的情况下，D2D数据信道或发现信号可根据D2D信号的传输定时确定方案(例如，是否在接收到同步参考信号的时间或者增加了规定定时提前的定时发送D2D信号)、资源分配方案(例如，各个信号的传输资源是由eNB指定还是各个发送UE从池中选择各个信号传输资源)、信号格式(例如，子帧中D2D信号所占据的符号的数量、用于发送D2D信号的子帧的数量)、来自eNB的信号强度、D2D UE的发送功率的强度等而被分类为不同资源池。为了清晰，eNB直接指定D2D发送UE的传输资源的方法被称作模式1(在V2X的情况下，模式3)。如果预先配置传输资源区域或者eNB指定传输资源区域并且UE直接从该传输资源区域选择传输资源，则它被称作模式2(在V2X的情况下，模式4)。在执行D2D发现的情况下，如果eNB直接指示资源，则它被称作类型2。如果UE直接从预定资源区域或者eNB所指示的资源区域选择传输资源，则它被称作类型1。
SA发送/接收
模式1 UE可在由eNB配置的资源中发送SA(D2D控制信号或侧链路控制信息(SCI))。对于模式2 UE，eNB配置用于D2D传输的资源。模式2 UE可从所配置的资源选择时间-频率资源并在所选择的时间-频率资源中发送SA。
SA周期可如图9所示定义。参照图9，第一SA周期可在与特定***帧隔开由高层信令指示的预定偏移SAOffsetIndicator的子帧中开始。各个SA周期可包括用于D2D数据传输的SA资源池和子帧池。SA资源池可包括SA周期的第一子帧至子帧位图saSubframeBitmap中指示为承载SA的最后子帧。用于D2D数据传输的资源池可包括通过在模式1下应用用于传输的时间-资源图案(T-RPT)或时间-资源图案(TRP)而用于实际数据传输的子帧。如所示，如果除了SA资源池之外包括在SA周期中的子帧的数量大于T-RPT比特数，则可重复地应用T-RPT，并且最后应用的T-RPT可被截断为剩余子帧的数量那么长。发送UE在所指示的T-RPT中与T-RPT位图中设定的1对应的位置处执行传输，并将一个介质访问控制层协议数据单元(MAC PDU)发送四次。
在车辆对车辆通信中，可发送周期性消息类型的协同感知消息(CAM)、事件触发消息类型的分散环境通知消息(DENM)等。CAM可包含诸如关于车辆的动态状态信息(包括方向和速度)、静态车辆数据(例如，尺寸)、外部照明条件和路线历史的基本车辆信息。CAM消息的大小可为50至300字节。CAM消息将被广播并且延迟将短于100ms。DENM可以是在诸如车辆故障或事故的非预期情况下生成的消息。DENM的大小可小于3000字节，并且传输范围内的任何车辆可接收消息。在这种情况下，DENM可具有高于CAM的优先级。具有高优先级可意指当从UE的角度同时触发传输时，优先执行具有较高优先级的传输，或者意指在时间方面优先尝试多个消息当中具有较高优先级的消息的传输。从多个UE的角度，与具有较低优先级的消息相比，具有较高优先级的消息可被设定为更少经受干扰，以降低接收错误的概率。当包括安全开销时，与不包括安全开销时相比，CAM可具有更大的消息大小。
类似于雷达***，传统MMW成像***使用相干信号进行检测，其中发送器和接收器连接[8]。然而，由于长的扫描处理，***可能无法实时工作。在我们的场景中，目标车辆(TV)利用位于车身周围的天线发送信号，而感测车辆(SV)从所接收的信号恢复形状信息。在该场景中，成像算法允许TV将所有信号一起发送。因此不再需要扫描处理。此外，传统成像技术基于反射处理来检测对象的形状，而在我们的工作中，在发送天线的位置中包含形状信息。因此，与传统技术相比，整个处理更有效。在多个镜面车辆(MV)的帮助下，我们处理了TV可能对感测车辆不可见的更一般的问题。实际上，LoS情况是更容易的问题，其中接收器可通过其功率级别来区分LoS中的信号并直接得到位置信息。另一方面，提出了利用从多个路径反射的信号来算出TV的位置信息的公共点检测方法。还表明LoS情况是特殊情况，在本说明书中可按照相同的方式解决。
实施方式
图10描绘了一个实施方式的场景，其中多个车辆位于道路上。每一个车辆致力于获得附近车辆的3D图像以实现宽范围的应用，即，事故避免、自主驾驶和导航。为此，各个车辆在车身周围配备有天线阵列，其通常可表示车辆的形状。我们采用了针对各个发送天线使用毫米波范围的步进频率连续波(SFCW)[9]作为波形的宽带成像***，其已广泛用在雷达***中以检测不同距离处的目标。其由具有多个频率的连续波(CW)信号组成，各个频率分离开特定量。一旦正确地检测到与传播时间直接相关的接收信号的相位信息，其它车辆可恢复该车辆的图像，这将在后续详述。在毫米波频带，由于高衰减损失和散射的稀疏分布，大多数信号传播遵循LoS，特别是当车辆分散时。然而，具有良好反射性质的车辆的金属车身使得即使在NLoS的情况下也可传播信号。图10以图形方式示出上述NLoS情况，使得SV正通过从TV接收信号来检测TV，但SV被其它车辆阻挡，无法直接检测TV。另一方面，还可存在能够反射来自TV的信号的附近车辆(称为MV)。借助于多个MV，SV能够获得TV的图像，这是这项工作的主题。在不失一般性的情况下，我们使x方向为SV的移动方向，y方向为高度，z方向为深度，并且假设接收孔径在SV的左侧。
基于图10，感测车辆接收来自目标车辆(TV)的多个步进频率连续波(SFCW)以及多个SFCW的不同频率范围中的签名波形。签名波形对应于两对签名波形，每对包含两个签名波形。每对签名波形从TV处的两个代表性天线发送。每对的签名波形在SFCW的带宽之外的不同频率处接收。
基于所接收的信号，SV基于签名波形使用到达相位差(PDoA)来执行同步。通过推导TV和SV之间的同步间隙来执行同步。基于两对签名波形中的一对中的SFCW之间的相位差来推导同步间隙。
在同步之后，SV重构TV的一个或更多个虚拟图像并从所确定的一个或更多个虚拟图像(VI)推导真实图像。使用3D傅里叶变换来重构一个或更多个虚拟图像。使用真实图像基于镜面车辆的反射侧在虚拟图像的对称位置来执行真实图像的推导。虚拟图像l的两个公共点是和/>这两个公共点对应于TV的两个代表性天线。并且真实图像的两个公共点是x1＝(x1，y1，z1)和x2＝(x2，y2，z2)。(x1，x2)的坐标之间的关系被表示为
其中，θ(l)表示从x轴到(和x1)或(/>和x2)之间的虚拟线的有向角。
以下，针对上述实施方式提供具体说明。
信号模型
如上所述，TV处的所有发送天线同时广播由s(t)表示的相同SFCW波形，其被给出为
[方程1]
s(t)＝[exp(j2πf1(t))，...，exp(j2πfK(t))]T，
其中表示具有恒定间隙Δf的频率集合，使得对于k＝1，…，K，fk＝f1+Δf(k-1)。SV的接收天线m处所接收的信号被表示为
[方程2]
其中将由第lMV反射的信号路径表示为
[方程3]
这里，Γ(l)是复反射系数，给出为Γ(l)＝|Γ(l)| exp(j∠Γ(l))，σ是TV和SV之间的同步间隙，是与传播距离dn，m成比例的从发送天线n到接收天线m的信号传播时间，即，其中c＝3·108(米/秒)是光的速度。需要注意的是，在不失一般性的情况下，信号路径l＝0表示反射系数Γ(0)为一的LoS路径。最后，我们假设由不同MV反射的信号来自不同的方向，从而方便根据到达角(AoA)区分来自不同MV的信号。换言之，可将方程2如下重写为K×L+1矩阵Rm(t)：
[方程4]
方程4的接收信号可通过乘以D＝diag{s(t)H}来解调为
[方程5]
其中分量/>为
[方程6]
此外，两个代表性天线n1和n2选自坐标分别被表示为和的TV中的天线阵列。使用所选择的天线，TV以不同的频率/>(n1处)和/>(n2处)同时发送签名波形[11]。使用方程6中的类似解调步骤，SV可将波形区分为
[方程7]
目标车辆的图像重构
假设TV和SV被同步(σ＝0)。然后通过以下面积分形式重写上述
[方程8]
其中Ix是指示符，如果发送天线存在于点x上则其为一，否则为零。D(x，pm)表示p与pm所表示的接收天线m的位置之间的总传播距离。回想天线密集地部署在TV的表面上，估计{Ip}等同于重构TV图像l，即，
[方程9]
值得注意的是，在LoS路径(l＝0)的情况下，距离D(p，pm)被给出为p和pm之间的直接距离。因此，重构的图像在真实TV的位置上。在NLoS路径(l＝1，…，L)的情况下，另一方面，D(p，pm)是从p经由MV l到pm的总距离。由于SV没有MV的位置的先验信息，所以重构的图像的位置可不同于真实的图像，这被称为虚拟图像(VI)(参见图10)。有必要将多个VI映射到正确的TV位置，即，
[方程10]
结果，所提出的TV成像技术遵循三个步骤：
1)后续介绍的TV和SV之间的同步，
2)通过求解方程9来重构图像l，以及
3)通过求解方程10来映射多个VIs。
情况1：LOS信号路径
在此节中，我们考虑存在TV和SV之间的LoS路径的情况，使得由于LoS和NLoS路径之间的显著功率差异，忽略其它NLoS路径是合理的。因此，仅需要1)同步和2)成像重构步骤。
同步
我们应用到达相位差(PDoA)[12]和定位技术以形成零同步间隙(σ＝0)，其在下面示出。
对于LoS方案中的同步，仅考虑来自代表性天线n1的信号。因此，方程7可被重写为
[方程11]
其中为了简明，省略路径l和发送天线n1的索引。
在各个接收天线处，两个波形之间的相位差为ηm＝2πΔ(τm-σ)+εm，其中Δ＝fK+2-fK+1并且εm是接收天线m处的相位误差。换言之，由dm表示的传播距离根据ηm给出为
[方程12]
注意到SV的天线m的位置是已知的，当估计四个未知参数时计算dm：位于xn＝(xn，yn，zn)上的所选SV天线的位置和同步间隙σ。换言之，如果存在至少四个相位差信息，则我们可一起推导xn和σ。
将发送天线n的位置表示为xn，并将接收天线的位置表示为利用PDoA信息，SV可首先使用双曲线定位方法[13]推导发送天线xn的位置。然后，可直接获得同步间隙σ。
从方程12，两个接收天线mi和mj之间的传播距离差可被表示为
[方程13]
其可被重写为
[方程14]
定义
[方程15]
其中关于xn的偏导数为
[方程16]
如果xn的初始值为xn，0＝(xn，0，yn，0，zn，0)，则使用Newton-Raphson方法，第一更新解可被表示为
[方程17]
其中的泰勒展开的二阶和更高阶项被忽略。因此，方程14可被修改为
[方程18]
类似地，利用M个选择的天线，可建立个方程，因此我们得到
[方程19]
将矩阵形式的方程19重写为
[方程20]
GΔxn，0＝b。
使用MMSE估计器，Δxn，0的估计值因此可被给出为
[方程21]
xn的估计位置然后被更新为
[方程22]
通过多次重复更新处理，获得发送天线位置xn的充分近似解。
命题1(双曲线定位方法的最优性)。上述双曲线定位方法给出最优解，其中原始优化问题被给出为
[方程23]
minζζT
zn＞0，
其中如果选择M个接收天线，则约束由个方程组成，并且ζ＝[ζ12，ζ13，...，ζ23，ζ24，...，ζ(M-1)M]。在条件/>下，优化问题仅在(xn，yn，zn)实现全局最优性(如果去除约束zn，则(xn，yn，-zn)将自然是另一全局最优解)。考虑多个点，该方法可以高概率实现全局最优解。实际上，约束中的任何方程通过设置/>形成双曲线。因此，可通过从约束适当地选择3个方程容易地找到一些交叉点。该方法可通过以交叉点作为初始点非常有效地工作。
备注1(采样要求)。上述同步过程基于这样的假设：在每两个相邻接收天线处估计的相位间隙不大于因此，SV处的每两个相邻接收天线之间的距离需要满足/>在实践中可容易地满足该要求。
当大于2π时，相位差ηm＝2πΔ(τm-σ)+εm的测量可受相位不确定性影响。在SV处，方程12可被重写为
[方程24]
其中是在接收天线处检测的相位，/>是满足/>的对应同步间隙。然而，当满足备注1时，仍可由下式正确地检测相位差间隙/>
[方程25]
/>
因此，双曲线定位方法仍有效，并且可获得dm。根据方程24，SV可利用下式估计的值
[方程26]
其中当M足够大(例如，M≥32)时，噪声的影响可忽略不计。通过利用补偿方程6中的同步间隙，SV处的信号/>可被表示为
[方程27]
可从方程27观察到
[方程28]
当且仅当/>时，因为估计的同步间隙确保/>为整数。
备注2(相位不确定性约束)。成像算法仅当方程28成立时才起作用，其中所接收的信号的相位仅与传播距离或时间相关。如上所示，要求这意指用于成像过程的所有频率需要是Δ的整数倍。因此，Δ不大于用于成像的信号的频率步长Δf。
图像重构
可通过先前步骤去除同步间隙σ，从而方便在下面求解方程9。回想能够将表示为3D面积分形式的同步解调方程8
[方程29]
其中表示点x与pm＝[xm，ym，z0]所表示的SV天线m的位置之间的欧几里得距离。使/>表示分量表示对应方向的空间频率的向量，即，
[方程30]
由于球面波可被分解为平面波的无限叠加[14]，所以方程27中的指数项可根据fk重写，使得
[方程31]
改变上述积分顺序得到
[方程32]
其中FT3D(·)表示3D傅里叶变换。需要注意的是，项可被分解为各个空间频率
[方程33]
通过将方程33***方程32中，我们得到
[方程34]
其中表示2D逆傅里叶变换。结果，由/>表示的估计的指示符向反方向估计为
[方程35]
其中/>FT2D分别表示3D逆傅里叶变换和2D傅里叶变换。需要注意的是，由于TV处的天线的有限部署，估计的/>可以是[0，1]之间的连续波。因此有必要将/>映射到一或零，即，
[方程36]
其中v表示影响仿真部分中描述的图像重构的性能的检测阈值。
备注3(频域中的重采样)。为了在方程35中计算逆3D傅里叶变换，需要在频域上以恒定间隔采样。然而，由于作为的各个频率分量的非线性关系，/>和/>上的规则采样得到/>域上的不规则采样序列。因此，需要使用插值对不规则采样序列重采样以使其规则。
备注4(空间和距离分辨率)。由于作为的各个分量的关系，从2D傅里叶变换获得的采样/>在/>和/>上约束，如果/> 则其需要被设定为零。因此，空间分辨率受/>上的所选频率影响，其限制/>和/>上的带宽。x和y方向上的空间分辨率[9]可被近似为
[方程37]
此外，z方向上的距离分辨率为
[方程38]
1).使θ(l)表示从x轴(SV的移动方向)到和x1或/>和x2之间的虚拟线的有向角(参见图12)。(x1，x2)的坐标之间的关系根据/>和/>被给出为
[方程42]
2).使φ(l)表示从x轴到VI l的线段的有向角，如图12所示。角度θ(l)和φ(l)能够建立两个VI l1和l2之间的关系为
[方程43]
证明：参见附录A。
从引理1得到一些直觉。首先，在方程40中表明当给出和/>时可计算(x1，x2)的坐标。其次，注意到可从VI l1和l2直接观察到/>和/>当给出/>时容易地计算最后，如果两个VI的另一组合(例如，l1和l3)可得出(x1，x2)的等同结果，则/>和所得(x1，x2)被称为正确的。结果，我们可得到以下可行性条件。
命题1(图像重构的可行性条件)。为了重构TV的真实图像，需要至少三个VI：L≥3。
证明：参见附录B。
假定在SV处获得同一TV的L个VI。首先，SV将VI划分成不同的对其由VIl1和VIlq组成。对于/>的给定值，SV可基于方程42和方程43利用每对VI{l1，lq}计算(x1，x2)。因此，可在SV中获得(x1，x2)的(L-1)个估计，其被表示为/>然后，SV在[-π，π]中搜索角度/>以使/> 最小化。在搜索处理之后，可通过对由最优/>确定的(L-1)个估计/>取平均来获得最优结果此外，基于最优结果，MV l1的反射侧的线函数可由下式给出
[方程44]
因此，SV可使VI l1相对于移位至对称位置。因此，在SV中获得TV的图像。
情况2：NLOS信号路径
在此节中，我们考虑更复杂的方案，其中TV被一些卡车阻挡，因此对SV不可见。为了在SV中恢复TV的图像，同步和成像过程也是必要的并且类似于LoS方案。此外，在此方案中使用公共点检测方法以寻找TV的位置，因为其无法直接获得。
同步
在NLoS方案的同步过程中，在SV中使用来自两个代表性天线n1和n2的信号。首先我们考虑来自天线n1的信号，其中SV可如方程7区分两个波形。此外，传播距离被给出为
[方程39]
其中是两个波形之间的相位差。类似于LoS方案中的同步处理，可使用至少四个相位差信息来推导σ，并且也可实现同步。
两个方案中的同步部分之间的仅有差异在于，方程39中的是距路径l的距离。需要注意的是，/>等于从关于第l MV与x1对称的虚拟点/>到接收天线m的距离。在不知道MV的情况下，SV将/>视为发送天线的位置。因此，/>可与σ一起推导，并且/>可按照相同的方式推导。另外，由于不知道MV，SV在随后的成像过程中重构VI。
虚拟图像重构
SV可采取与LoS方案相同的成像处理。仍可从重构的VI获得形状信息，然而无法利用一个图像直接确定TV的位置。在下文中，我们证明可类似地获得形状信息。
在不失一般性的情况下，我们以来自路径l的信号为例。的3D面积分形式可被表示为
[方程40]
其中表示从关于第l MV与x对称的xl到由pm＝[xm，ym，z0]表示的SV天线m的位置的欧几里得距离。然后将球面波分解为平面波的无限叠加，方程40中的指数项可被重写为
[方程41]
从方程41和方程31的比较，很容易推断出，可通过采取与LoS方案相同的过程来获得尽管该结果受到由于反射引起的相位改变影响，仍保留形状信息，因为exp(-j∠Г(l))仅影响所接收的信号的角度。因此，在NLoS方案中，SV仍能够利用LoS方案中介绍的成像算法来恢复TV的VI。然而，无法仅从一个VI获得TV的准确位置信息。因此，我们在下一小节中介绍在多个VI的帮助下定位TV的公共点检测方法。
从多个虚拟图像重构真实图像
在此小节中，我们致力于从多个VI重构TV的真实图像。为此，我们利用这样的事实：VI l中坐标为和/>的两个代表点与真实图像上由x1＝(x1，y1，z1)和x2＝(x2，y2，z2)表示的对应点具有一些地理关系，这些总结于引理1中。利用这些性质，推导真实图像重构的可行条件并基于可行条件设计对应算法。
引理1.考虑代表点分别为和/>的VI l1和l2，其与真实图像上由(x1，x2)表示的对应点具有如下关系。
备注5(LoS路径的存在)。SV在一些条件下可能无法区分来自LoS的信号。需要注意的是，LoS情况是NLoS情况的特殊实现，其中一对代表点与正确结果(x1，x2)重合。因此，公共点检测方法中的所有数学表达式在LoS条件下仍成立，并且可按照相同的方式获得结果/>此外，在SV中设定具有适当值的阈值∈以检测LoS条件。一旦SV将其检测为LoS条件并将VI lq视为TV的图像。
仿真结果
在仿真中，给出一些图以显示成像算法的性能，其也有助于例示整个过程。6个频率下的签名波形用于同步过程。成像处理中所使用的频率在Ka频带中从27GHz至30GHz，其中Δf＝46.87MHz并且K＝64。TV中的发送天线的数量为300，并且接收孔径中的接收天线的数量为16×16＝256。接收孔径尺寸为1m×1m。
首先，我们介绍用于测量图像的性能的度量。我们使用Hausdorff距离[15]作为性能度量以评估利用适当检测阈值获得的图像的性能。Hausdorff距离广泛用于图像配准，其被给出为
[方程45]
H(A，B)＝max(h(A，B)，h(B，A))，
其中是从B到A的直接Hausdorff距离。Hausdorff距离测量两个图像之间的相似度。我们证明了VI与预先设定的TV模型之间的Hausdorff距离非常小，这意味着这两个图像可彼此替换。因此，SV可从VI捕获TV的形状。
(a)TV的点模型、反射面和接收孔径。
(b)TV的包络图。
图13是场景的初始设置。x方向是SV的移动方向。y和z方向分别表示高度和深度。这里，使用汽车的离散点模型来表示TV，如图13的(a)所示。此外，MV的三个面利用平面设定。
[方程46]
S1：z＝1.02x+3，
S3：z＝3x+4，
并且还绘制了SV中的孔径。接收孔径平行于y轴并以(0，0，0)为中心。图13的(b)中还给出了包络图。可通过VI和TV的比较来评估利用我们的算法获得的图像的性能。
在不失一般性的情况下，选择从第1 VI的方向接收的信号。因此，SV可接收被第1MV反射的信号并且区分来自第1 VI中的公共点的签名波形。然后，采取同步过程并且可算出公共点的位置。在同步之后，SV可基于所接收的信号重构第1 VI。图14中示出VI的性能。还绘制了SV中的反射面和接收孔径。
当选择其它AoA时，其它VI也可按照相同的方式重构。需要注意的是，每次成像之前需要完成同步过程，因为同步过程也可帮助识别信号是否来自同一TV(指示图像是否属于同一车辆)。
在AoA选择、同步和成像处理过程之后，SV从不同VI收集所有公共点的位置信息并使用公共点检测方法来定位TV。然后，可算出TV与所有VI之间的关系。这里，我们选择第1重构的VI并使其移位至TV的估计位置。重构的图像与理想TV模型之间的Hausdorff距离为H(A，B)＝0.1262m，其与TV模型的大小相比相对小。图15的(a)中示出性能。此外，图15的(b)中还示出重构的图像的包络图，其中可观察到TV的一般形状信息。
(a)重构的TV图像和初始TV模型。
(b)重构的TV图像的包络图。
附录A：引理1的证明
在图16中，我们使并且线/>和/>的方程为
因此，我们使
[方程47]
并且
[方程48]
方程42中的一般关系可类似地推导。
由于VI与TV之间的对称关系，我们使
[方程49]
这可从图16观察到。因此获得方程43。
附录B：命题1的证明
将方程49带入方程47中，x1可被简化为
[方程50]
这指示x1仅由角度确定。给定角度/>来自方程50的x1的估计被表示为/>
类似地，可从公共点和/>获得x1的另一估计，其被给出为
[方程51]
来自方程51的x1的估计被表示为并且可从方程51观察到/>也仅由/>确定。因此，SV可在[-π，π]的范围内搜索/>以使/>最小化。可利用最优/>获得两个解，其被表示为/>和/>然后，x1的最优解可被获得为/>利用/>可根据方程42计算y1和z1。因此，获得x1的位置。点x1的位置可按照相同的方式推导。因此，三个VI足以使SV重构TV的真实图像。这完成了证明。
上述实施方式可总结如下
应该发送什么信号/消息？
毫米波范围的步进频率连续波(SFCW)[9]已广泛用于雷达***以检测不同距离处的目标。其由具有多个频率的连续波(CW)信号组成，各个频率分离开特定量。在我们的工作中，TV处的所有发送天线同时广播由s(t)表示的相同SFCW波形，其被给出为
s(t)＝[exp(j2πf1(t))，...，exp(j2πfK(t))]T， (2)
其中表示具有恒定间隙Δf的频率集合，使得对于k＝1，…，K，fk＝f1+Δf(k-1)。
此外，从TV中的天线阵列选择两个代表性天线n1和n2，其坐标分别被表示为和/>使用所选择的天线，TV以不同的频率(n1处)和/>(n2处)同时发送签名波形[11]。
2).在1)中，存在任何特定条件或假设？
a.发送的信号是连续波，并且应该在毫米波范围内以确保金属表面或有色玻璃上的反射性质。
b.用于成像的信号和用于同步的信号一起发送。
c.在同步过程之后，由于相位不确定性，估计的同步间隙可能不是真实同步间隙σ。因此，仅一些特定频率的信号可实现同步，这对频率间隙Δ＝fK+2-fK+1设定了约束：用于成像的信号的频率步长Δf需要为Δ的整数倍。
d.我们假设由不同MV反射的信号来自不同的方向，这满足实际条件。
e.我们假设信号在附近车辆的表面上经历“镜面”反射。这是因为毫米波范围的信号具有相当的方向性并且具有良好的光学性质。并且其波长与较低频率的信号(例如，WiFi信号)相比较短，这给该技术带来良好的分辨率[14]。此外，与诸如LiDAR的一些新技术相比，毫米波在金属表面[16]、[17]上显示出更好的反射性质，因此可帮助应对NLoS条件。毫米波在金属表面上的反射系数大约为1，并且如果入射角没有过于接近0°或90°，则相移近似恒定。因此，考虑到车辆表面在大多数情况下平坦，毫米波将具有良好的性能以在LoS和NLoS条件下捕获TV的形状信息。
3).当接收到1)中的信号时，应该执行什么接收器行为？
A.接收器内部操作
B.应该发送什么响应消息？
i.至哪一节点？
ii.消息内容或信号格式？
A.在第一步骤中，接收器利用不同频率的异步信号对所接收的信号进行解调。因此，可容易地区分不同频率的信号。
其次，将存储频率的解调信号以等待同步。并且接收器还通过相位检测器获取频率fK+1和fK+2的信号。将在同步部分中使用所检测的相位，并且将获得对同步间隙σ的估计/>可通过利用/>补偿方程6中的同步间隙来实现同步。在信号实现同步之后，接收器可直接以这些信号应用成像算法。
如果处于NLoS条件(一般条件)，则SV还需要利用在同步步骤中获得的位置信息来定位TV。并且恢复的图像将最终移位至正确位置。
在***模型部分中详细示出了传输处理。并且在以下部分中给出同步、成像和位置检测过程。
B.SV不向TV发送任何反馈。为了捕获TV的形状信息，SV仅需要从TV接收波形。此外，考虑到车辆的高移动性，在TV和SV之间可能不易建立稳定链接，而利用一些波形来进行感测应该更实际。
4)从上述过程，可实现什么益处？
首先，可使用在LoS条件下两个频率或者在NLoS条件下四个频率的签名波形来解决同步问题(LoS条件可包括在NLoS条件中)。该同步算法易于应用并有效地工作。
其次，我们应用成像算法来捕获形状信息。该成像算法演进自应用于雷达***中的一些成像技术[4]-[7]，其中发送器和接收器位于同一终端处。所有这些雷达***需要长时间扫描并且会难以实现实时结果。然而，在我们的工作中，形状信息包含在发送天线的位置中，并且在MV的表面(在大多数情况下平坦)上反射。因此，TV可同时发送所有信号，SV可快速地恢复其形状信息以及位置信息。
根据本发明的实施方式的装置配置
图17是示出根据本发明的实施方式的发送点设备和UE的配置的图。
参照图17，发送点设备10可包括接收器11、发送器12、处理器13、存储器14和多个天线15。多个天线15表示支持MIMO发送/接收的发送点设备。接收器11可在上行链路上从UE接收各种类型的信号、数据和信息。发送器12可在下行链路上向UE发送各种类型的信号、数据和信息。处理器13可控制发送点设备10的总体操作。根据一个实施方式的发送点设备10的处理器13可处理各个上述实施方式中的必要细节。
发送点设备10的处理器13还可执行在计算上处理由发送点设备10接收的信息以及要发送到外部的信息的功能，并且存储器14可将在计算上处理的信息等存储预定时间，并且可由诸如缓冲器(未示出)的组件代替。
接下来，参照图17，UE 20可包括接收器21、发送器22、处理器23、存储器24和多个天线25。多个天线25表示支持MIMO发送/接收的UE。接收器21可在下行链路上从基站接收各种类型的信号、数据和信息。发送器22可在上行链路上向基站发送各种类型的信号、数据和信息。处理器23可控制UE 20的总体操作。
根据一个实施方式的UE 20的处理器23可处理各个上述实施方式中的必要细节。具体地，处理器可接收与第二UE的位置有关的误差信息，使用关于第二UE的误差信息确定波束方向、用于执行波束搜索的范围以及要执行波束搜索的顺序中的一个或更多个，根据该确定执行波束搜索，并且根据波束搜索的结果通过波束成形向第二UE发送信号。UE 20的处理器23还可执行在计算上处理由UE 20接收的信息以及要发送到外部的信息的功能，并且存储器24可将在计算上处理的信息等存储预定时间，并且可由诸如缓冲器(未示出)的组件代替。
发送点设备和UE的具体配置可被实现为使得本发明的各种实施方式中描述的细节可独立地应用，或者被实现为使得两个或更多个实施方式同时应用。为了清晰，省略冗余描述。
在图17的示例中，发送点设备10的描述也可被应用于作为下行链路发送实体或上行链路接收实体的中继装置，并且UE 20的描述也可被应用于作为下行链路接收实体或上行链路发送实体的中继装置。
本公开的实施方式可通过例如硬件、固件、软件或其组合的各种手段来实现。
在硬件配置中，本公开的实施方式可通过一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现。
在固件或软件配置中，根据本公开的实施方式的方法可按照模块、过程、函数等的形式实现。软件代码可被存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并且可经由各种已知手段向处理器发送数据以及从其接收数据。
如前所述，已给出了本公开的优选实施方式的详细描述，以使得本领域技术人员可实现并执行本公开。尽管上面参照了本公开的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，可在本公开的范围内对本公开进行各种修改和变更。例如，本领域技术人员可组合使用上述实施方式中描述的组件。因此，上述实施方式在所有方面均被解释为例示性的而非限制性的。本公开的范围应该由所附权利要求及其法律上的等同物确定，而非由以上描述确定，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变旨在被涵盖于其中。
本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和基本特性的情况下，本公开可按照本文所阐述的那些方式以外的特定方式执行。因此，上述实施方式在所有方面均被解释为例示性的而非限制性的。本公开的范围应该由所附权利要求及其法律上的等同物确定，而非由以上描述确定，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变旨在被涵盖于其中。对于本领域技术人员而言显而易见的是，在所附权利要求中未明确彼此引用的权利要求可作为本公开的实施方式组合地呈现，或者在提交申请之后通过后续修改作为新的权利要求而被包括。
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工业实用性
本公开的上述实施方式适用于各种移动通信***。

Claims (10)

1.一种在无线通信***中由感测车辆SV执行车辆图像重构的方法，该方法包括以下步骤：
从目标车辆TV接收多个步进频率连续波SFCW信号；
在所述多个SFCW信号的不同频率范围中接收签名波形；
基于所述签名波形使用到达相位差PDoA执行同步；
重构所述TV的一个或更多个虚拟图像；
从所述一个或更多个虚拟图像VI推导真实图像，
其中，所述签名波形由两对签名波形组成，每对签名波形包含两个签名波形，
其中，每对所述签名波形是在所述SFCW信号的带宽之外的不同频率处接收的，
其中，使用三维3D傅里叶变换来重构所述一个或更多个虚拟图像，并且
其中，使用所述真实图像基于镜面车辆的反射侧在所述一个或更多个虚拟图像的对称位置来执行所述真实图像的推导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每对所述签名波形是从所述TV处的两个特定发送天线发送的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过推导所述TV和所述SV之间的同步间隙来执行所述同步。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于所述两对签名波形之间的相位差来推导所述同步间隙。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，虚拟图像l的两个公共点为 和/>
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述两个公共点对应于所述TV的两个特定发送天线。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述真实图像的两个公共点为x1＝(x1,y1,z1)和x2＝(x2,y2,z2)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，(x1,x2)的坐标之间的关系被表示为
其中，θ(l)表示从x轴到(和x1)或(/>和x2)之间的虚拟线的有向角。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述x轴对应于所述SV的移动方向。
10.一种在无线通信***中执行车辆图像重构的感测车辆SV，第一终端包括：
发送装置和接收装置；以及
处理器，
其中，所述处理器被配置为：从目标车辆TV接收多个步进频率连续波SFCW信号；在所述多个SFCW信号的不同频率范围中接收签名波形；基于所述签名波形使用到达相位差PDoA执行同步；重构所述TV的一个或更多个虚拟图像VI；以及从所述一个或更多个虚拟图像VI推导真实图像，
其中，每对签名波形是在所述SFCW信号的带宽之外的不同频率处接收的，
其中，使用三维3D傅里叶变换来重构所述一个或更多个虚拟图像，并且
其中，使用所述真实图像基于镜面车辆的反射侧在所述一个或更多个虚拟图像的对称位置来执行所述真实图像的推导。
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