[論文レビュー] Radar Interference Mitigation for Automated Driving

Canan Aydoğdu, Gisela Carvajal+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2019

Radar Systems and Signal Processing参考文献 28被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、FMCWレーダーにおける干渉を軽減するためのマルチレイヤードアプローチを提案する。適応波形設計、信号処理技術、および協調プロトコルを統合する。ステップ周波数OFDMおよびPMCW波形が干渉耐性と検出精度を顕著に向上させることを示しており、特に高レーダー密度の密集交通環境下で顕著である。

ABSTRACT

Autonomous driving relies on a variety of sensors, especially on radars, which have unique robustness under heavy rain/fog/snow and poor light conditions. With the rapid increase of the amount of radars used on modern vehicles, where most radars operate in the same frequency band, the risk of radar interference becomes a compelling issue. This article analyses automotive radar interference and proposes several new approaches, which combine industrial and academic expertise, toward the path of interference-free autonomous driving.

研究の動機と目的

• 同じ周波数帯域内でレーダー密度が増加する中で、自動運転におけるレーダー干渉の増大する課題に対処すること。
• 干渉がFMCWレーダーの性能に与える影響を、確率、深刻度、検出誤りの観点から分析すること。
• 干渉耐性を向上させる新規信号波形（例：ステップ周波数OFDMおよびPMCW）の提案と評価。
• 将来的なADASおよび自動走行車両における干渉のないレーダー運用を実現するための協調メカニズムおよびハードウェア革新の探求。
• 5G以降の分野におけるコスト効率的で統合型のレーダー・通信ソリューションの標準化およびシステム設計を支援すること。

提案手法

• 信号対干渉＋ノイズ比（SINR）および検出確率という指標を用いて、FMCWレーダーにおける干渉を分析する。
• 広帯域および狭帯域OFDMの妥当なトレードオフを実現するため、ステップ周波数OFDMを提案する。これにより、高い分解能を実現するとともに、ハードウェアの複雑さを低減する。
• 直交コード設計による干渉耐性の向上を図るため、位相変調連続波（PMCW）波形を評価する。
• 速度測定の向上とハードウェア要求の低減を図るため、スローチャープモodulationを導入する。
• ミリ波フロントエンド、高速デジタル信号生成、制御可能な干渉注入を備えたデモンストレータープラットフォームを設計し、実世界での検証を可能にする。
• 5G NR波形を用いたレーダーと通信信号の共存を検討し、車両ネットワークにおける超高信頼性低遅延通信（URLLC）を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FMCWベースの自動車レーダーシステムにおいて、レーダー密度の上昇が干渉確率および検出性能に与える影響は何か？
• RQ2 干渉制限環境下において、広帯域、狭帯域、ステップ周波数OFDM波形の間で性能のトレードオフは何か？
• RQ3 PMCW波形は、密集した車両環境下において従来のFMCWに比べて、どの程度干渉耐性を向上させ得るか？
• RQ4 集中制御を必要としない条件下で、協調プロトコルおよび波形設計は、相互干渉をどの程度低減できるか？
• RQ5 PMCWやOFDMのような高度な波形を商業用自動車レーダーシステムに実装可能にするために、必要なハードウェアおよび信号処理の革新は何か？

主な発見

• ステップ周波数OFDMは、広帯域OFDMに比べてハードウェアの複雑さを低減しつつ、範囲およびドップラー分解能を向上させるため、コスト感受性の高い自動車用途に適している。
• PMCW波形は直交コード設計により優れた干渉耐性を発揮し、高線形性を要する周波数ラムプを必要としないため、ハードウェアの複雑さが低減される。
• 5G NRに基づく波形の利用により、レーダーと通信機能の共存が可能となり、車両ネットワークにおける超高信頼性低遅延運用を支援する。
• 信号処理による干渉低減は、干渉電力が所望信号電力を上回る場合でさえも、誤検出および見逃し検出を低減できる。
• 高速デジタル信号生成および制御可能な干渉を備えたデモンストレータープラットフォームにより、理論的なSINRおよび検出性能の予測値の検証が可能になる。
• 高度なCMOS統合により、フルデジタルビームフォーミングおよび複雑な波形生成が可能となり、将来的なイメージングレーダーおよびMIMO構成の実現が可能になる。