CN105026948A - 用于在无线网络中确定到达角的系统及方法 - Google Patents

Abstract

通过使用经特殊构建的RF定位器装置确定在未知位置处具有无线电装置的射频RF网络中的到达角AoA。可由所述RF定位器装置使用复相关来解码包括举例来说但不限于直接序列展频DSSS符号的任何种类的调制。所述RF定位器装置连接到具有在DSSS符号之间进行切换的多个天线元件的天线阵列。所述RF定位器装置确定所述无线电装置的相关量值及角数据以供进一步处理。从不同位置收集具有CFO补偿相关量值及相位结果的DSSS符号实现电波束形成以用于通过使此波束围绕所述天线阵列的视角扫掠来确定所述AoA。可对多个信道及包执行此AoA确定以减小多路径传播的效应。

Description

用于在无线网络中确定到达角的系统及方法

相关专利申请案

本申请案主张由安德拉斯杰奥杰别克菲杰斯(Andras Gyorgy Bukkfejes)及彼得吉尔维斯特科瓦奇(Peter Szilveszter Kovacs)于2013年3月14日提出申请的标题为“用于在无线网络中确定到达角的系统及方法(System and Method for Determining an Angle ofArrival in a Wireless Network)”的序列号为61/784,046的共同拥有的美国临时专利申请案的优先权；且所述美国临时专利申请案特此出于所有目的以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种经配置以确定IEEE 802.15.4射频(RF)包的到达角且定位其源的无线网络设置。

背景技术

无线网络，特定来说根据IEEE 802标准(举例来说，例如IEEE 802.15且特定来说，IEEE 802.15.4)的无线网络，所述标准在50米通信范围内以250kbit/s的发射速率提供无线网络。存在构建于基本IEEE 802.15.4标准上的各种实施方案，例如ZigBee、MiWi及类似物。所述实施方案中的一些实施方案使用专有无线协议且可增强发射速率。无线网络(例如，(例如)IEEE 802.15.4网络)中的发射器通常在富无线电波反射环境中操作，且期望确定此(些)发射器的位置(location)。

发明内容

因此，需要一种能够确定其发射及/或接收节点的位置(location)的无线网络设置。

根据一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的方法可包括以下步骤：用天线阵列的多个天线接收多个包，其中所述多个天线中的每一者可依序接收从发射器发射的所述多个包的符号；在所述所接收的多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移(CFO)；确定来自所述发射器的信号的每一所接收的符号与经重建相位之间的相位差；且使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角(AoA)。

根据所述方法的又一实施例，所述多个包可在多个不同频率上发射以减小影响所述AoA的确定的多路径传播。根据所述方法的又一实施例，可包括将每一所接收包的角数据提供到微控制器的步骤。根据所述方法的又一实施例，所述微控制器可在接收到中断之后在所述多个天线中的不同者之间进行切换。根据所述方法的又一实施例，接收器可耦合到所述多个天线中的不同者之间的天线阵列切换器。根据所述方法的又一实施例，可用针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器执行所述确定信号角数据的步骤。根据所述方法的又一实施例，所述针对每一所接收包计算所述复相关的步骤可包括所接收的所述多个包中的每一者的相关量值及角。根据所述方法的又一实施例，可延迟所述微控制器的中断以补偿处理等待时间及天线切换时间。根据所述方法的又一实施例，耦合到所述天线阵列的所述接收器可使在所述多个天线中的所述不同者之间的切换延迟以补偿处理等待时间及天线切换时间。

根据所述方法的又一实施例，所述多个包可包括多个直接序列展频(DSSS)符号。根据所述方法的又一实施例，所述DSSS符号可为IEEE标准802.15.4顺应的。根据所述方法的又一实施例，可使用所述信号的偏移正交相移键控(OQPSK)调制来发射所述多个包。

根据另一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的方法可包括以下步骤：用天线阵列的多个天线发射多个包，其中所述多个天线中的每一者可将所述多个包的符号依序发射到接收器；在由所述接收器接收的所述多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移(CFO)；确定来自所述发射器的信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；及使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角(AoA)。

根据所述方法的又一实施例，所述多个包可在多个不同频率上接收以减小影响所述AoA的确定的多路径传播。根据所述方法的又一实施例，可提供将每一所接收包的角数据提供到与所述天线阵列相关联的微控制器的步骤。根据所述方法的又一实施例，所述微控制器可在接收到中断之后在所述多个天线中的不同者之间进行切换。根据所述方法的又一实施例，耦合到所述天线阵列的发射器可在所述多个天线中的不同者之间进行切换。根据所述方法的又一实施例，可用针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器执行所述确定信号角数据的步骤。根据所述方法的又一实施例，所述针对每一所接收包计算所述复相关的步骤可包括所接收的所述多个包中的每一者的相关量值及角。根据所述方法的又一实施例，可延迟所述微控制器的中断以补偿处理等待时间及天线切换时间。根据所述方法的又一实施例，耦合到所述天线阵列的所述发射器可使在所述多个天线中的所述不同者之间的切换延迟以补偿处理等待时间及天线切换时间。根据所述方法的又一实施例，所述多个包可包括多个直接序列展频(DSSS)符号。根据所述方法的又一实施例，所述DSSS符号可为IEEE标准802.15.4顺应的。

根据又一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的方法可包括以下步骤：在中断请求之后收集在包的每一符号边界上的角数据；当可接收不具有循环冗余检查(CRC)错误的包时，将所述角数据推送到缓冲器；从所述缓冲器选择第一包；使用多个天线中的仅一者估计所述包的第一符号中的残余载波频率偏移(CFO)；估计及补偿在所述多个天线上接收的后续多个符号的CFO；用所述多个天线中的相应者将所述所接收的后续多个符号的样本分组；使用傅立叶(Fourier)估计的整数及增强版本估计关于给定包的到达角(AoA)；将相关对角结果附加到平均总和；从具有最大可能频率差的多个信道上的多个包收集估计结果以用于频谱求平均；及报告所述频谱求平均的结果。根据所述方法的又一实施例，可将所述频谱求平均报告提供到用户接口。

根据再一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的方法可包括以下步骤：提供具有多个天线元件的天线阵列；提供用于接收及解调在所述多个天线元件中的至少一者上接收的多个包的半相干接收器；在用于接收多个包的所述多个天线元件之间进行切换以确定所述多个包中的每一者的残余载波频率偏移(CFO)，且在所述多个天线元件之间进行切换以用于确定不同位置处的相关相位值；在每一包的部分上测量残余CFO；补偿每一包的剩余部分的所述残余CFO；及基于所述多个天线中的哪些天线接收了所述多个包中的所述相应者来确定所述所接收包中的每一者的信号角数据。

根据所述方法的又一实施例，傅立叶估计的整数及增强版本可确定所接收的所述多个包的AoA。根据所述方法的又一实施例，所述方法可包括以下步骤：用所述多个天线元件中的多个天线元件在多个信道上接收多个包以补偿多路径传播；及将所述多个包累加为总和以执行其频谱求平均。

根据另一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的系统可包括：发射器，其用于发射多个包；天线阵列，其可包括多个天线；天线切换器，其耦合到所述多个天线；接收器，其耦合到所述天线切换器，其中所述天线切换器将所述接收器一次一个地耦合到所述多个天线中的每一者；数字装置，其耦合到所述接收器及所述天线切换器；所述接收器用所述多个天线接收所述多个包，其中所述多个天线中的每一者依序接收从所述发射器发射的每一包的符号；所述接收器在所述所接收的多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移(CFO)；所述接收器确定来自所述发射器的信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；且所述数字装置使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角(AoA)。

根据又一实施例，所述数字装置可为微控制器。根据又一实施例，所述天线阵列可包括多个贴片天线。根据又一实施例，所述天线阵列可包括四个贴片天线。根据又一实施例，所述多个贴片天线可制作于绝缘衬底及气隙芯上。根据又一实施例，所述多个贴片天线可为圆形偏振的。根据又一实施例，所述多个贴片天线中的每一者可间隔开大于半个波长。根据又一实施例，可在所述多个天线与所述天线切换器之间提供隔离切换器。根据又一实施例，所述接收器可为针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器。根据又一实施例，通过切换所述多个天线中的每一者来调整所述天线阵列的所述方向性特性。

根据又一实施例，一种用于在无线网络中确定到达角的系统可包括：接收器，其用于接收多个包；数字装置，其耦合到所述接收器；天线阵列，其包括多个天线；天线切换器，其耦合到所述多个天线；发射器，其耦合到所述天线切换器，其中所述天线切换器将所述发射器一次一个地耦合到所述多个天线中的每一者；所述发射器用所述多个天线发射所述多个包，其中所述多个天线中的每一者发射包括符号的包；所述接收器在所述所接收的多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移(CFO)；所述接收器确定来自所述发射器的信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；且所述数字装置使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角(AoA)。

根据又一实施例，所述数字装置可为微控制器。根据又一实施例，所述接收器可为针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器。根据又一实施例，可通过切换所述多个天线中的每一者来调整所述天线阵列的所述方向性特性。

附图说明

可通过结合所附图式参考以下说明获取对本发明的更完整理解，其中：

图1图解说明根据本发明的特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的系统的示意性框图；

图2图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的系统的部分示意性框图，其中定位器在单独天线上依序发射包且单个天线接收器确定其到达角；

图3图解说明根据本发明的特定实施例的接收器架构的示意性框图；

图4图解说明根据本发明的特定实例性实施例的四元件贴片天线阵列；

图5图解说明根据本发明的特定实例性实施例的在使用四个(4)贴片天线元件的傅立叶估计的笛卡尔(Descartes)坐标平面中所展示的示意性图表；

图6图解说明根据本发明的特定实例性实施例的使用四个(4)贴片天线元件的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表；

图7图解说明根据本发明的特定实例性实施例的使用两个(2)贴片天线元件的傅立叶估计的笛卡尔坐标平面中所展示的示意性图表；

图8图解说明根据本发明的特定实例性实施例的使用两个(2)贴片天线元件的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表；

图9图解说明根据本发明的特定实例性实施例的用于检测20度角内的最大所接收功率的傅立叶估计的笛卡尔坐标平面中所展示的示意性图表；

图10图解说明根据本发明的特定实例性实施例的用于检测20度角内的最大所接收功率的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表；

图11图解说明根据本发明的特定实例性实施例的在20度角内仅具有一个路径且具有100mm的元件距离的天线阵列的傅立叶估计的笛卡尔坐标平面中所展示的示意性图表；

图12图解说明根据本发明的特定实例性实施例的在20度角内仅具有一个路径且具有100mm的元件距离的天线阵列的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表；

图13图解说明根据本发明的教示的以平面电磁波激发的天线阵列的示意图；且

图14图解说明根据本发明的特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的操作的示意性程序图。

虽然本发明易于做出各种修改及替代形式，但在图式中已展示且在本文中详细描述了其特定实例性实施例。然而，应理解，本文中对特定实例性实施例的说明并不打算将本发明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖由所附权利要求书所定义的所有修改及等效物。

具体实施方式

一般系统说明

参考图1，描绘根据本发明的特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的系统的示意性框图。射频(RF)TAG 100从未知位置发射RF包。天线阵列102可包括接收从RF标签100发射的这些RF包的多个天线，例如，圆形偏振贴片天线。每一天线102a、102b、102c及102d(出于示范性目的仅展示四个)分别用隔离切换器104a、104b、104c及104d进行切换，所述隔离切换器可接近于耦合到其的天线102。这些隔离切换器104优选为接近(靠近)于其相应天线102以便通过将当前未使用天线从其关断而减小发射线(在此实施例中为50Ohm微带线)当中的串扰。发射线106优选地为实质上相同长度以便不在穿过其传播的RF信号上引入相移误差。发射线106耦合到多输入端口天线切换器108，所述多输入端口天线切换器具有耦合到RF收发器110的RF端口的共同端口。

RF收发器110接收、检测及解码由RF TAG 100发送的RF包。来自RF收发器110的经解码信息(例如，来自TAG的状态信息-电池电压、操作模式、如用于增强定位结果的陀螺仪、加速度计、罗盘的额外传感器数据或任何种类的用户数据)经发送到数字装置118(例如，微控制器单元(MCU))以用于进一步处理，如后文中更全面地描述。包有效负载并不重要。

RF收发器110及/或RF TAG 100可为(举例来说但不限于)MRF24XA RF收发器(微芯片公司(Microchip Incorporated)www.microchip.com的产品)。MRF24XA数据表可在www.microchip.com处获得且出于所有目的以引用方式并入本文中。据预期且在本发明的范围内，根据本发明的教示，可使用具有本文中所描述的类似特征的任何其它种类的无线电装置来提供来自任何IEEE 802.15.4标准或专有包的角数据，且所属数字通信技术领域的且受益于本发明的技术人员可使用此类RF收发器中的任何一者或多者容易地设计所述无线电装置。

数字装置118可分别经由控制线114及116控制天线切换器108及/或隔离切换器104。据预期且在本发明的范围内，RF收发器110可控制天线切换器108及/或隔离切换器104而非数字装置118(控制线在RF收发器110与切换器104及108之间(未展示但可为隐含的))。信息从RF收发器110到数字装置118的发射可经由数字串行总线112，例如，SPI接口、用于实时天线切换的中断线及可能地用于一般无线电中断的一或多个线。可经由接口总线122(例如，个人计算机(PC)接口总线，例如，USB、火线、以太网、RS-232或甚至无线(如果其未使用与正进行RF标签100的定位的RF收发器110相同的频率))提供来自数字处理器118的经处理信息输出。

此特定实例性实施例的架构取决于经提供以用于在RF收发器110(例如，微芯片MRF24XA RF收发器)中的定位的硬件支持。RF收发器110能够存储相关量值及相位数据，然而，本文中可使用且预期能够测量传入RF信号的量值及角数据的任何此RF收发器。结合本文中所揭示的系统及方法使用此硬件装置可提供电波束形成及到达角(AoA)估计。针对电波束形成，需要来自多个发射位置的量值及相位数据。

在图1中所展示的实施例中，可实施接收模式定位。此意指任何类型的IEEE 802.15.4顺应的RF TAG 100均可发射信号，例如，包。根据本发明的教示，具有经恰当设计的天线阵列102的RF收发器110可接收标签信号(例如，包)且此后执行波束形成。为实现此，可将多个天线102放置在恰当位置处且可使用RF切换器104及/或108来在时间序列上将RF收发器110连接到所期望天线102。仅使用一个RF切换器108可能不在发射线106之间提供充分隔离，借此影响天线102之间的RF隔离。因此，RF隔离器切换器104在发射线106中的每一者中的添加可比仅使用天线切换器108自身在天线102之间提供更好的信号隔离。

参考图2，描绘根据本发明的另一特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的系统的部分示意性框图，其中定位器(如图1中所展示)在单独天线上依序发射包且单个天线接收器确定其到达角。RF TAG 200中的RF收发器210使用本发明中所描述的相同RX定位特征，但具有单个天线202。定位器上具有多个天线102的RF收发器110具有用于发射定位模式的硬件支持。此为与图1中所展示的实质上相同操作，但与图1不同的是，RF收发器110将由空间分集包(图1)移位的相位发射到接收RF TAG200且天线102将其辐射到接收RF TAG 200。在此情形中，RF收发器110(图1)在载波频率偏移(CFO)确定周期之后在不同天线102上发射每一直接序列展频(DSSS)符号。可以与针对本文中所描述的接收模式定位所展示的相同方式实施在DSSS符号发射模式期间的天线切换。RF TAG 200的RF收发器210可在单个天线202上接收包且以如本文中针对每一包所描述的相同方式为TAG 200的MCU 218提供量值及相位数据。由于AoA相依相移包含于发射器AoA中(来自图1中所展示的RF收发器110及天线102)，因此其可以相同方式计算。RF收发器200可为(举例来说但不限于)MRF24XA RF收发器或具有如本文中所描述的类似特征的任何其它种类的无线电装置。

通过在接收模式中使用RF TAG 200，多个RF TAG 200可同时从定位器(RF收发器110及天线102)接收经发射包以确定在每一RF TAG 200处接收的包的相应到达角。此可使用RF收发器110及所述多个天线102仅从单个组的包发射为大量RF TAG 200快速地提供位置及/或移动指示。举例来说，“智能”购物图，各自具有RF TAG 200；高值商品；例如，电视、移动电话、个人计算机、珠宝及类似物。每一RF TAG 200在计算之后还可将其相应到达角发送到可显示每一RF TAG 200位置、位置的改变及/或从一个位置到另一位置的改变速率的中心监测站(未展示)。这些特征可有效地用于出于库存及/或安全目的而监测TAG 200位置。

天线设计

基于波束形成理论，天线阵列必须具有来自不同位置(例如，空间差异)的量值及相位数据。以下步骤可提供构建用于RF标签的室内定位的适当天线阵列：

为天线阵列的元件选择基本天线类型，

确定天线元件计数，及

确定天线元件之间的距离。

选择天线类型

根据波束形成理论，任何类型的天线阵列均可被使用且与所述阵列具有+/-90度视角。在现实生活情形中，如果天线彼此靠近(例如，d<λ)，那么将在其之间观察到可毁坏角测量的显著干扰。此为选择可提供元件之间的充分(>～20dB)隔离的天线类型为优选的原因。举例来说，在2.4GHz范围内，贴片天线将满足上文所提及要求。偏振也具有重要作用。在交叉偏振在直接路径上形成阻尼的情形中，用户将观察到约20dB信号损失。在其中可存在可致使偏振改变的反射的情形中，则所反射信号可大于来自直接路径中的信号。因此，圆形偏振贴片天线可为最优选择。

定位不需要额外天线设计。其应取决于用户的需要而正常运行。用户可期望低成本生产，因此可将贴片天线制作于玻璃环氧树脂FR4(或FR4+气隙)衬底上。可使用例如(举例来说但不限于)可导致较小大小天线阵列组合件的陶瓷材料的替代衬底。针对图4中所展示的实例性天线阵列，FR4衬底加气隙芯可包括正方形截角、圆形偏振贴片天线。

天线元件计数

所使用的贴片天线的数目可确定电形成波束的宽度。存在越多元件，那么波束将越窄。因此，角分辨率可通过元件计数确定。还应注意，波束宽度取决于用于天线阵列的波束形成方法的类型。为实现大约一(1)度精确度，选择四个(4)天线元件。此配置中的波束及使用傅立叶估计足够陡突来以大约一(1)度精确度区分方向。此精确度可取决于环境。因此，对于大约一(1)度精确度，假定典型环境。

参考图5，描绘根据本发明的特定实例性实施例的使用四个(4)贴片天线元件的傅立叶估计的笛卡尔坐标平面中所展示的示意性图表。参考图6，描绘根据本发明的特定实例性实施例的使用四个(4)贴片天线元件的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表。波束为大约+/-16度宽且足够陡突以在大约一(1)度内区分。

参考图7，描绘根据本发明的特定实例性实施例的使用两个(2)贴片天线元件的傅立叶估计的笛卡尔坐标平面中所展示的示意性图表。参考图8，描绘根据本发明的特定实例性实施例的使用两个(2)贴片天线元件的傅立叶估计的极坐标平面中所展示的示意性图表。波束为大约+/-40度。此处波束宽度为宽得多且不够陡突以在一(1)度精确度内区分。在+/-90度视角中模拟图5到8。宽波束的更重要问题为不能区分多个路径！在图4中所展示的天线实施例中，出于此原因选择四个(4)贴片元件。其它应用可取决于环境及所需分辨率而需要更多或更少数目个天线元件。

比较仅使用极面(分别为4个元件及2个元件)的图6与8，针对四个(4)元件的情形总波束宽度为32度，所述波束与其中波束宽度为80度且为平坦的两个(2)元件情形相比为更陡突波束。发现真实环境中的最大点及对应角关于窄波速为更精确的。根据典型环境中的测量，可对于一(1)度精确度需要四个(4)天线。陡突波束优选为在直接路径与反射的结果之间进行区分。(在反射的情形中存在多个峰值；通常直接路径为较大的)。如果波束太陡突，那么其可发现围绕直接路径+/-5度的太多反射，此可使得进一步处理较难。

确定天线元件之间的距离

根据波束形成理论，应将天线元件放置在小于λ/2的距离内。在具有电流电介质芯(FR4+气隙)的情况下，贴片元件宽度为大约48毫米，而在空气中λ/2为大约62.5mm。因此，相邻贴片天线的边缘之间的距离将大约为14.5mm。如果将贴片天线放置地如此靠近，那么无法实现充分隔离。然而，如果贴片天线被放置地隔开更远(例如，大于λ/2)，那么混叠效应出现。此意指额外波束或多或少垂直于正常波束出现。此波束的确切角及大小取决于天线阵列的距离。当此波束进行电旋转时，那么混叠波束可旋转到视角中，从而导致假警报。

此混叠效应的实例，当虚拟发射器被放置离天线足够远(在此模拟中为30米)时。使用d＝50毫米(mm)及d＝100mm天线距离。参考图9及10，描绘在20度角内仅具有一个路径且元件的距离为50mm(<λ/2)的天线阵列的傅立叶估计图表。图9展示笛卡尔图且图10展示用于检测来自20度的最大所接收功率的极坐标图。针对50mm距离存在仅一个主波瓣。

参考图11及12，描绘在20度角内仅具有一个路径且元件的距离为100mm的天线阵列的傅立叶估计图表。图11展示笛卡尔图且图12展示用于检测20度角内的最大所接收功率的极坐标图。针对100mm距离存在两个波瓣，主波瓣及混叠波瓣。优选地，期望可能的最小干扰，因此天线可被放置地尽可能隔开远以在+/-45度处操作(此允许用户将图1中所展示的定位器装置放置于房间的角落中且使空间被完全覆盖)。混叠波瓣的大小取决于天线距离。因此，模拟器经构建以确定满足此视角要求的上述天线设计的最大距离。结果表明，大约80mm的中心到中心距离可为满足此实施例要求最优的。

模拟器操作

可在确定最优天线阵列间距时使用以下步骤：

1)在其中元件的距离为参数的阵列前面在所期望视野(在此实施例中为+/-45度)中以1度步阶在各处放置虚拟标签。

2)用给定阵列设置针对所有角估计TAG的位置。

3)针对所有角检查估计误差是否小于所需要的1度，及

4)用另一阵列设置执行相同方法。

针对具有不同设计参数的要求，上述步骤可用于针对最优天线阵列及视野要求确定最优距离。

参考图4，描绘根据本发明的特定实施例的四元件贴片天线阵列。每一贴片天线可为大约48mm正方形；贴片天线之间的中心到中心距离可为大约80mm，且FR4玻璃纤维芯衬底460为约1.5mm厚度加反射器平面与印刷电路板(PCB)之间的5mm气隙。贴片天线通常包括两个部件：贴片自身及反射器平面。RF导电金属反射器平面可提供于1.5mm厚PCB的底部层上，然而在所述情形中，可能无法实现最优带宽。当反射器平面与贴片之间的距离增加时，贴片天线的带宽也将增加。此天线模拟的馈入点阻抗可为大约50ohms。

接收器架构及内部CFO补偿

在无线通信系统中，合成载波频率取决于晶体振荡器频率稳定性及准确性。在温度上不是确切或绝对稳态的晶体振荡器频率致使发射及接收损害两者、载波频率偏移及取样漂移偏移。IEEE 802.15.4标准规定关于标称值的+/-40ppm载波频率偏移公差。此表示两个节点之间的+/-80ppm最糟糕情形偏差。MRF24XA RF收发器110中的基带处理器经设计以估计及补偿所述载波频率偏移(CFO)量。此外，MRF24XA RF收发器110具有用于解调IEEE 802.15.4顺应的信号的块相干接收器链。参考图3，描绘根据本发明的特定实施例的接收器架构的示意性框图。在RX模式中，MRF24XA RF收发器110可由图3中所展示的示意性框图表示。

图3中所展示的接收器架构可含有以下功能块。

1.模/数转换器(ADC)418可用于将来自RF标签100所接收信号的传入I/Q信号转换为数字域。取样频率可为每秒8百万个样本(MSps)。经数字化信号在图3中由x表示。

2.经匹配滤波器422可根据以下方程式对传入I/Q样本执行频率鉴别：

$y_{i,a}=\underset{n}{\overset{M}{\&Sigma;}}{x}_{i-n}\&CenterDot;e^{-j\frac{\mathrm{\&pi;}}{8}\&CenterDot;(\frac{1}{2}+i)\&CenterDot;{(-1)}^a}$

z_i＝|y_i，0|-|y_i，1|

其中a∈[0，1]。0意指“+”旋转而1意指“-”旋转。

3.报头相关器434在经匹配滤波器422输出z_i与IEEE 802.15.4标准中所定义的报头之间执行卷积。

$M_i=\frac{1}{L}\underset{n=0}{\overset{L-1}{\&Sigma;}}{z}_{i-4n}\&CenterDot;c_n$

其中c_m＝-1 -1 1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1。

请注意，可将所述序列转换为MSK格式。L为DSSS符号中的芯片的数目(＝32)。

4.DSSS解调器424可执行16个同时解扩展操作。解扩展操作中的每一者对应于IEEE 802.15.4标准中所定义的32芯片长序列中的一者。

$r_{n,k}=\underset{m=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_{L\&CenterDot;n+m,a}\&CenterDot;e^{-j\underset{l=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{cs}}_{m+1,k}\&CenterDot;{\mathrm{cs}}_{m,k}\&CenterDot;{(-1)}^l}$

$a=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{cs}}_{m+1,k}\&CenterDot;{\mathrm{cs}}_{m,k}\&CenterDot;{(-1)}^m<0& {}^{\&prime;\&prime;}{-}^{\&prime;\&prime;}MFhypothesis\\ {\mathrm{cs}}_{m+1,k}\&CenterDot;{\mathrm{cs}}_{m,k}\&CenterDot;{(-1)}^m>0& {}^{\&prime;\&prime;}{+}^{\&prime;\&prime;}MFhypothesis\end{array}\right\}$

${\mathrm{dec}}_n=\underset{k}{max}\left|r_{n,k}\right|$

其中L为DSSS符号中芯片的数目(＝32)，n为DSSS符号数目且cs_m,k变量表示以O-QPSK方式的第k个DSSS序列中的第m个芯片。

5.COORDIC 428可用于将复相关从笛卡尔坐标转换为如所属通信领域的技术人员众所周知的极坐标。

6.自动频率控制(AFC)430可用于估计载波频率偏移。

${\mathrm{\&theta;}}_n=\left(\left(\arg \left(r_{n,{\mathrm{dec}}_n}\right)-\arg \left(r_{n-1,{\mathrm{dec}}_{n-1}}\right)+\mathrm{\&pi;}\right)\mathrm{mod}2\mathrm{\&pi;}\right)-\mathrm{\&pi;}$

${\mathrm{CFO}}_n=\frac{{\mathrm{\&theta;}}_n\&CenterDot;2e12}{2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L\&CenterDot;f_{carrier}}\&lsqb;Hz\&rsqb;$

针对2MSps取样频率。

7.数值控制振荡器432及数字混合器420可用于补偿载波频率偏移。

接收器控制流程可在包接收期间具有以下步骤：

a)初始化

b)等待直到报头相关的量值(M)超过预定义阈值限制

c)出于CFO估计的目的执行2个连续DSSS符号相关

d)计算先前步骤中所计算的DSSS符号的角

e)计算实际包的CFO，且控制剩余包的NCO+MIXER

f)SFD搜寻及有效负载处理

g)在包的结束处行进到a)

在e)中完成内部CFO估计之后，AFC操作冻结，因此不对剩余包实施CFO跟踪。请注意，始终存在残余CFO(<13ppm2.4Ghz)，MCU 118可在后处理期间处理所述残余CFO。基带处理器可针对每一及每一个传入DSSS符号执行COORDIC 428功能且将角及相关量值信息提供到MCU 118。这些角及相关量值信息值可在接收到每一个DSSS符号之后存储于MCU 118的寄存器(未展示)中。为了使MCU 118及时接收此数据，可断言中断从RF收发器110到MCU 118。在每一DSSS符号边界处，RF收发器110(例如，MRF24XA)可基于内部寄存器值设定计时器。可在此计时器期满时设定中断。此可调整延迟使程序设计者能够微调恒定中断处置时间以确保大约在边界处切换天线且使测量结果在下一符号到达之前经读取。

整数波束形成理论

参考图13，描绘根据本发明的教示的以平面电磁波激发的天线阵列的示意图。如图13中所展示的天线阵列可包括多个天线元件(展示N个)且在其之间具有距离d。具有θ的到达角的来自RF标签100的平面波RF信号可经接收为天线102中的每一者上的复信号。所得信号y可表达为：

$y=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{z}_i{h}_i---\left(1\right)$

其中N为天线元件的数目，d为天线元件之间的距离，θ为平面波的到达角，Z_i为每一天线上的所接收复信号，h_i为相应天线元件_i的复乘数且Σ为到天线元件102的所接收信号输入的复总和。

观看图13中所展示的几何形状，很明显，来自方向的平面波将产生以下接收信号向量：

其中

其中所有标记如上文，除了λ为空气中的波长，且s^T表示“s转置”。

为在从θ的平面波激发的情形中使y最大化，则必须相应地选择h向量：

h(θ)＝s^≯(θ)  (4)

其中s*表示“s共轭”。

可使用矩阵标记法计算输出y：

y(θ)＝z^Th＝h^Tz＝z^Ts^≯(θ)＝s^H(θ)z  (5)

其中s^H表示“s转置共轭”。

如果想要得到平均所接收信号功率：

P_m(θ)＝Mean{|y(θ)|²}＝s^H(θ)Mean{z*z^H}s(θ)＝s^H(θ)Rs(θ)  (6)

其中：

R＝Mean{z*z^H}  (7)

到此刻为止，上述方程式包括电波束形成的常规方式。定位可以其它估计方法使用且出于所有目的涵盖于本文中。

当θ为未知时怎么办

在到达角为未知的情形中，则必须以所期望精确度计算视角中的所有角的平均所接收信号强度，且检查哪个所估计角得到最高平均接收功率(在本文中所揭示的特定实例性实施例的情形中以1度精确度，+/-45度)。在此情形中，实施恰如上文所解释的公式，但所述方案将不会针对计算时间进行优化。

用于改进计算时间的方式

表示改变-在其中收发器以整数格式报告角数据的情形中

1)角表示：RF收发器110以12位2的补数格式表示角(-2048表示-π且+2047表示+π)。

2)Z_i结果可以以下格式读出：

z_i＝corrmag*e^i≯corrang  (8)其中：Corrmag为来自RF收发器110的给定符号的相关量值且Corrang为来自RF收发器110的给定符号的相关角。

3)目标MCU装置不具有浮点单元，因此整数计算可节省显著时间。

4)为避免表示改变加倍，正弦及余弦函数已经重新定义为直接随无线电的角表示而变。借助所述函数可针对Z计算实部及虚部。

5)这些三角函数通常返回-1…1范围内的结果。已应用恒定整数乘法器，使得甚至这些三角函数的结果可存储为整数值。

6)借助此特殊表示，所计算的P_m(θ)不具有任何物理意义。

7)在获得结果时真实单元的此损失不导致任何问题，这是因为本方法搜寻在P_m(θ)为最大时的角。因此，不需要最大值。

傅立叶估计仅在补偿残余CFO的情况下起作用，如在约瑟夫内梅特(Jozsef Nemeth)的标题为“射频TAG位置系统及方法(Radio Frequency TAG Location System andMethod)”(出版日期2012年11月1日)的共同拥有的美国专利申请公开案US2012/0276921 Al中更全面地描述；且所述美国专利申请公开案出于所有目的以引用方式并入本文中。所述改变为针对类似于此整数表示的整数表示重新定义了“残余CFO补偿(Residual CFO Compensation)”部分。

矩阵操作的简化

上文公式(6)需要较深分析以便开始简化：解决方案针对四个(4)天线元件而展示，但对任何大小天线阵列起作用。用于改进计算的方式：

1)方程式内的所有矩阵皆为复数的，然而仅需要结果的实部。

2)无论输入值如何，矩阵均具有允许简化的特殊形式。

矩阵R可为特殊的，这是因为其可具有以下形式：

矩阵为几乎对称的，这是因为在主对角线的每一侧上具有复共轭对。借助以类似方式替换s向量将此形式重新放置到方程式中

必须做的是在上文方程式的结束处计算总和的实部。依据复数计算的基本规则，任何复数a＝(a₁+ia₂)，b＝(b₁+ib₂)，c＝(c₁+ic₂)可展示为：

ab^≯c＝(a^≯bc^≯)^≯  (11)

此暗示

Real{ab^≯c}＝Real{a^≯bc^≯}＝a₁b₁c₁+a₂b₂c₁+a₁b₂c₂-a₂b₁c₂  (12)

借助(11)及(12)中的数学简化，很明显在(10)的结束处的最终总和可计算如下：

1)“对角线”中的所有值均为实的。必须计算所述所有值。

2)计算“对角线”的一侧的实部且将其乘以二为足够的。

3)在S₁＝1时可应用进一步增强

在以80MIPS运行于微处理器上的实例性实施例中，整数计算可花费大约三(3)微妙而非增强计算可花费高达26微妙。由于传入中断时序，因此可存在模糊度。类似简化应与其它种类的波束形成方法一起起作用且出于所有目的涵盖于本文中。

角估计任务

根据本发明的一些实施例，MCU 118可提供以下操作：在中断请求之后收集在每一符号边界上的角数据且在接收不具有循环冗余检查(CRC)错误的给定包的情形中将角数据推送到缓冲器。在主回路中，如果环形缓冲器并非空的，那么选择第一封包且可执行以下计算：a)正规化从准相干接收器读取的角结果(例如，从12位2的补数到整数的改变表示)。b)估计第一符号中的残余CFO，其中仅一个天线用于连续接收。c)(举例来说)根据第US 2012/0276921 Al号美国专利申请公开案中所描述的方法(所述美国专利申请公开案出于所有目的以引用方式并入本文中)补偿在剩余符号上的CFO。d)针对对应天线将样本分组且以所需要精确度针对视角中的所有角执行(举例来说但不限于)傅立叶估计(电波束形成)。对一个包的估计结果为随所测试角而变的相关结果。e)将结果附加到从可能已呈现在其它信道上的其它包累加这些结果的总和。在频谱分析仪上执行类似频谱求平均函数。f)在已将来自给定数目个包的结果添加到总和的情形中，将角对相关图且发现最大相关及其对应角。g)报告所估计角或完整估计图表。在所述图中，在反射的情形中可存在多个峰值。在大多数情形中(当RF TAG 100相应地放置时)，这些峰值中的一者为直接路径的角，但未必是最高的角。此为当可获得冗余信息时此总和可用于额外多路径取消的原因。

参考图14，描绘根据本发明的特定实例性实施例的用于在无线网络中确定信号的到达角的操作的示意性程序图。RF TAG 100将IEEE 802.15.4顺应的包(或具有直接序列展频(DSSS)的任何种类的包)发射到接收RF收发器110。编号130表示DSSS符号边界。根据IEEE标准802.15.4PHY，对16个不同32芯片长DSSS码使用2Mbps芯片速率。因此，一个码表示以250kbps进行的4位。此为符号边界在可在整个包上发现的每一其它符号边界之后为16μs的原因。编号134表示RF TAG 100发射的结束。编号136表示某一时间之后，RF TAG 100可能在另一射频信道上开始发送另一包。

RF收发器110接收包且在包报头相位期间执行硬件载波频率偏移(CFO)估计以增加敏感度且改进信噪比(SNR)。线138指示所延迟符号边界的位置。确切位置/延迟可为可通过RF收发器110中的寄存器进行调整的。此可用于调谐传播及处置时间以便确保MCU 118在DSSS符号边界处确切地切换天线102。编号140表示到MCU 118的所延迟DSSS符号中断请求，且编号142表示MCU 118中的所延迟DSSS符号中断处置器。

MCU 118可对所延迟DSSS符号中断请求140执行以下操作：

1)如果CFO周期完成(例如，在DSSS边界上100ns精确度)，那么执行天线切换。举例来说，在模拟中确定CFO所需要的符号的数目。在计算机上模拟原始测量数据且运行相同计算。在优化之后，在使用MRF24XA RF收发器110时确定40个符号给出最优结果。

2)接收相关数据经由接口总线122发送到MCU 118(参见图1)。

3)所接收相关数据存储于MCU 118的缓冲器中。

在其它RF收发器中可存在足够存储空间来存储完整包的此数据。此外，此切换方案可实施于RF收发器110硬件中。具有所述能力，仅在接收包时需要MCU 118交互。

编号144表示在包的结束处从RF收发器110到MCU 118的中断请求。MCU 118的输入端口146从RF收发器110接收中断请求144。在定位模式中，中断144可以以下方式进行处置：

1)读取中断寄存器以确定什么导致中断。

2)MRF24XA具有多个中断。针对定位，包所接收的及包所滤波的中断为相关的。

3)当包被毁坏(CRC出故障)时或当目的地地址不匹配(其意指包被发送到另一装置)时，引起包滤波中断。当第一DSSS符号到达时，接收器对包一无所知，因此将存储数据。此为当包经滤波时缓冲器内容应被丢弃的原因。

4)所接收的包中断：

a.在当源地址不匹配时的情形中，可接着丢弃被跟踪的装置地址。

b.在当包来自适当装置时的情形中，接着将未决测量数据推送到缓冲器且清除包超时计数器(本文中在任务当中提及包超时)。

编号148表示其中每当在缓冲器中存在有效测量数据时，数据处理便开始的缓冲器处理。基本上，此为当由上文在角估计任务标题下更全面描述的步骤组成的角估计任务可运行时的一个可能时间。

图14展示根据本发明的教示并行发生的主要操作。图14的左部分展示发射RF TAG100可进行何种操作，中间部分展示RF收发器110的操作，且右侧上的部分展示MCU118操作。时间从图14的顶部到底部消逝。RF TAG 100周期性地发射包。DSSS符号边界由线130标记。这些边界每16μs彼此跟随，如IEEE 802.15.4标准(在此当前实施例中)中所定义。

接收器端上的RF收发器110(在此实施例的RF TAG位置系统中)以无线方式接收这些包。针对每一包，RF收发器110可在两个步骤中执行内部CFO补偿以减小残余CFO：a)在报头相位期间，及b)在角估计期间；如在约瑟夫·内梅特的标题为“射频TAG位置系统及方法(Radio Frequency TAG Location System and Method)”(出版日期为2012年11月1日)的共同拥有的美国专利公开申请案US 2012/0276921 Al中更全面地描述；且所述美国专利申请公开案出于所有目的以引用方式并入本文中。在包接收期间，RF收发器110可产生朝向MCU 118的所延迟DSSS边界中断请求140。物理DSSS边界与中断之间的延迟可由RF收发器110中的内部寄存器定义。

在每一包的结束处(如编号134所展示)，RF收发器110可基于在其寄存器中且在MRF24XA数据表中更详细描述的参数执行内部滤波，所述数据表为可在www.microchip.com处获得且出于所有目的以引用方式并入本文中。可能滤波器可为(举例来说但不限于)滤波器CRC、目的地地址不匹配、包类型不匹配及MRF24XA数据表中更全面揭示的其它滤波器。在其中包得到滤波的情形中，则RF收发器110可设定朝向MCU 118的一般中断请求且设定可指示经滤波包的旗标。在当包为CRC正确且未经滤波时的情形中，则可内部地设定接收中断旗标且可以相同方式发送一般中断。在此实施例中，DSSS中断线及一般无线电中断线可在不同端口上。当MCU 118接收这些中断时，其可执行针对所延迟DSSS符号中断142、从RF收发器110接收中断请求144的MCU 118的输入端口146及上文中更全面地描述的数据处理148所描述的操作。

据预期且在本发明的范围内，所述多个包可使用任何形式或类型的调制来发射，所述调制允许提取来自信号的复相关角及量值，所述信号具有至少0.25(例如，最小移动键控)且优选地0.25的倍数的调制指数，其中所述调制指数可为约0.25×n，其中n可为正整数。举例来说但不限于，连续相位频率相移键控(CPFSK)及偏移正交相移键控(OQPSK)。

据预期且在本发明的范围内，所述多个包可使用任何形式或类型的调制来发射，所述调制允许提取来自频移键控(FSK)信号的复相关角及量值，所述信号具有至少0.25(例如，最小移动键控)且优选地为0.25的倍数的调制指数，其中所述调制指数可为约0.25×n，其中n可为正整数。举例来说但不限于，偏移正交相移键控(OQPSK)。

据预期且在本发明的范围内，本文中描述系统及方法与能够测量传入信号的量值及相位的任何种类的无线电装置一起起作用，并且所属数字通信设计领域且受益于本发明的技术人员可容易地想出将仍在本文中的权利要求书的范围及精神内的替代设计。同样参见约瑟夫内梅特的标题为“低信噪比条件下的自动频率控制(Automatic FrequencyControl Under Low Signal-to-Noise Conditions)”的共同拥有的第US 8,548,033B2号美国专利；所述美国专利特此出于所有目的以引用方式并入本文中。

虽然已通过参考本发明的实例性实施例来描绘、描述及定义本发明的实施例，但此类参考并不暗示对本发明的限制，且不应推断出存在此限制。如所属相关领域且受益于本发明的技术人员将会联想到，所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、变更及等效物。所描绘及所描述的本发明的实施例仅为实例，而并非对本发明的范围的穷尽性说明。

Claims (42)

1.一种用于在无线网络中确定到达角的方法，所述方法包括以下步骤：

用天线阵列的多个天线接收包括多个包的信号，其中所述多个天线中的每一者依序接收从发射器发射的所述多个包的符号；

从所述所接收的多个包中的每一者的选定部分测量及补偿所述信号的载波频率偏移CFO；

确定来自所述发射器的所述信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；及

使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角AoA。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个包在多个不同频率上发射以减小影响所述AoA的确定的多路径传播。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将每一所接收包的角数据提供到微控制器的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述微控制器在接收到中断之后在所述多个天线中的不同者之间进行切换。

5.根据权利要求1所述的方法，其中耦合到所述天线阵列的接收器在所述多个天线中的不同者之间进行切换。

6.根据权利要求1所述的方法，其中用针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器执行所述确定信号角数据的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述针对每一所接收包计算所述复相关的步骤包括所接收的所述多个包中的每一者的相关量值及角。

8.根据权利要求4所述的方法，其中延迟所述微控制器的中断以补偿处理等待时间及天线切换时间。

9.根据权利要求5所述的方法，其中耦合到所述天线阵列的所述接收器使在所述多个天线中的所述不同者之间的切换延迟以补偿处理等待时间及天线切换时间。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个包包括多个直接序列展频DSSS符号。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述DSSS符号是IEEE标准802.15.4顺应的。

12.一种用于在无线网络中确定到达角的方法，所述方法包括以下步骤：

用天线阵列的多个天线发射包括多个包的信号，其中所述多个天线中的每一者将所述多个包的符号依序发射到接收器；

从由所述接收器接收的所述多个包中的每一者的选定部分测量及补偿所述信号的载波频率偏移CFO；

确定来自所述发射器的所述信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；及

使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角AoA。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个包在多个不同频率上接收以减小影响所述AoA的确定的多路径传播。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将每一所接收包的角数据提供到与所述天线阵列相关联的微控制器的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述微控制器在接收到中断之后在所述多个天线中的不同者之间进行切换。

16.根据权利要求12所述的方法，其中耦合到所述天线阵列的发射器在所述多个天线中的不同者之间进行切换。

17.根据权利要求12所述的方法，其中用针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器执行所述确定信号角数据的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述针对每一所接收包计算所述复相关的步骤包括所接收的所述多个包中的每一者的相关量值及角。

19.根据权利要求15所述的方法，其中延迟所述微控制器的中断以补偿处理等待时间及天线切换时间。

20.根据权利要求16所述的方法，其中耦合到所述天线阵列的所述发射器使在所述多个天线中的所述不同者之间的切换延迟以补偿处理等待时间及天线切换时间。

21.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个包包括多个直接序列展频DSSS符号。

22.根据权利要求12所述的方法，其中所述DSSS符号是IEEE标准802.15.4顺应的。

23.一种用于在无线网络中确定到达角的方法，所述方法包括以下步骤：

在中断请求之后收集在包的每一符号边界上的角数据；

当接收到不具有循环冗余检查CRC错误的包时，将所述角数据推送到缓冲器；

从所述缓冲器选择第一包；

使用多个天线中的仅一者估计所述包的第一符号中的残余载波频率偏移CFO；

估计及补偿在所述多个天线上接收的后续多个符号的CFO；

用所述多个天线中的相应者将所述所接收的后续多个符号的样本分组；

使用傅立叶估计的整数及增强版本估计关于给定包的到达角AoA；

将相关对角结果附加到平均总和；

从具有最大可能频率差的多个信道上的多个包收集估计结果以用于频谱求平均；及

报告所述频谱求平均的结果。

24.根据权利要求23所述的方法，其中将所述频谱求平均报告提供到用户接口。

25.一种用于在无线网络中确定到达角的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有多个天线元件的天线阵列；

提供用于接收及解调在所述多个天线元件中的至少一者上接收的多个包的半相干接收器；

在用于接收多个包的所述多个天线元件之间进行切换以确定所述多个包中的每一者的残余载波频率偏移CFO，且在所述多个天线元件之间进行切换以用于确定在不同位置处的相关相位值；

在每一包的部分上测量残余CFO；

补偿每一包的剩余部分的所述残余CFO；及

基于所述多个天线中的哪些天线接收了所述多个包中的所述相应者来确定所述所接收的包中的每一者的信号角数据。

26.根据权利要求25所述的方法，其中傅立叶估计的整数及增强版本确定所接收的所述多个包的所述AoA。

27.根据权利要求25所述的方法，其进一步包括以下步骤：

用所述多个天线元件中的多个天线元件在多个信道上接收多个包以补偿多路径传播；及

将所述多个包累加为总和以执行其频谱求平均。

28.一种用于在无线网络中确定到达角的系统，所述系统包括：

发射器，其用于发射多个包；

天线阵列，其包括多个天线；

天线切换器，其耦合到所述多个天线；

接收器，其耦合到所述天线切换器，其中所述天线切换器将所述接收器一次一个地耦合到所述多个天线中的每一者；

数字装置，其耦合到所述接收器及所述天线切换器；

所述接收器用所述多个天线接收所述多个包，其中所述多个天线中的每一者接收从所述发射器发射的每一包的符号；

所述接收器在所述所接收的多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移CFO；

所述接收器确定来自所述发射器的信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；且

所述数字装置使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角AoA。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述数字装置为微控制器。

30.根据权利要求28所述的系统，其中所述天线阵列包括多个贴片天线。

31.根据权利要求28所述的系统，其中所述天线阵列包括四个贴片天线。

32.根据权利要求30所述的系统，其中所述多个贴片天线制作于绝缘衬底及气隙芯上。

33.根据权利要求30所述的系统，其中所述多个贴片天线为圆形偏振的。

34.根据权利要求30所述的系统，其中所述多个贴片天线中的每一者间隔开大于半个波长。

35.根据权利要求28所述的系统，其进一步包括在所述多个天线与所述天线切换器之间的隔离切换器。

36.根据权利要求28所述的系统，其中所述接收器为针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器。

37.根据权利要求28所述的系统，其中通过切换所述多个天线中的每一者来调整所述天线阵列的所述方向性特性。

38.一种用于在无线网络中确定到达角的系统，所述系统包括：

接收器，其用于接收多个包；

数字装置，其耦合到所述接收器；

天线阵列，其包括多个天线；

天线切换器，其耦合到所述多个天线；

发射器，其耦合到所述天线切换器，其中所述天线切换器将所述发射器一次一个地耦合到所述多个天线中的每一者；

所述发射器用所述多个天线发射所述多个包，其中所述多个天线中的每一者发射包括符号的包；

所述接收器在所述所接收的多个包中的每一者的选定部分上测量及补偿载波频率偏移CFO；

所述接收器确定来自所述发射器的信号的每一所接收符号与经重建相位之间的相位差；且

所述数字装置使用所述天线阵列的方向性特性确定所述信号的到达角AoA。

39.根据权利要求38所述的系统，其中所述数字装置为微控制器。

40.根据权利要求38所述的系统，其中所述接收器为针对每一所接收包计算复相关的准相干接收器。

41.根据权利要求38所述的系统，其中通过切换所述多个天线中的每一者来调整所述天线阵列的所述方向性特性。

42.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述信号的偏移正交相移键控OQPSK调制来发射所述多个包。