CN105209927A - 利用天线阵列进行到达角位置检测 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种装置包括：多个天线；与多个天线通信的接收器，用于在基于块的调制环境中接收一个或多个分组；插入在天线的一部分和接收器之间的开关，用于在天线之间进行切换；以及处理器，用于计算用来识别发送一个或多个分组的移动设备的位置的到达角。

Description

利用天线阵列进行到达角位置检测
技术领域
本公开一般地涉及通信系统，更具体地涉及无线通信系统。
背景技术
对基于位置的服务的需求持续增加。存在很多使用无线电信号来确定设备位置的技术。诸如全球定位系统(GPS)之类的技术通常被用在室外环境中。室内位置检测相比室外定位存在很多问题。传统的方法难以精确计算高天花板区域或者包括开放天井、楼梯、或者自动扶梯的多层区域中的室内位置。
附图说明
图1示出了可以实现这里描述的实施例的环境的示例。
图2示出了用于实现这里描述的实施例的网络设备的示例。
图3A是根据一个实施例的用于位置检测的PLCP分组数据结构的示意图。
图3B是根据另一实施例的用于位置检测的PLCP分组数据结构的示意图。
图4A是示出根据一个实施例的使用接入点利用切换方法计算到达角进行位置检测的处理的概况的流程图。
图4B是示出根据一个实施例的使用客户端利用切换方法计算到达角进行位置检测的处理的概况的流程图。
图4C是示出根据一个实施例的利用并行方法进行到达角计算的处理的概况的流程图。
图5是根据一个实施例的用于位置检测的切换方法中使用的接入点的框图。
图6是根据一个实施例的用于位置检测的频域图表。
图7是根据一个实施例的用于位置检测的并行方法中使用的接入点的框图。
图8是根据一个实施例的用于从接入点发送信号供移动设备处的位置检测使用的发射器的框图。
图9是根据另一实施例的用于从接入点发送信号供移动设备处的位置检测使用的发射器的框图。
图10是示出根据一个实施例的用于位置检测的接入点阵列的示例的示意图。
图11是示出根据一个实施例的图10中的接入点之间的连线的示意图。
贯穿附图中的多个视图，相应的参考标号指示相应的部分。
具体实施方式
概述
在一个实施例中，一种装置总地包括：多个天线；与所述多个天线通信的接收器，用于在基于块的调制环境中接收一个或多个分组；插入在一部分天线与接收器之间的开关，用于在天线之间进行切换；以及处理器，用于计算用来识别发送一个或多个分组的移动设备的位置的到达角。
在另一实施例中，一种装置总地包括：多个天线；与天线通信的发射器，用于在基于块的调制环境中向移动设备发送一个或多个分组，用于计算用于移动设备处的位置检测的到达角；以及插入在发射器与至少两个天线之间的开关，用于在天线之间进行切换。发射器被配置用于发送聚合媒体接入控制协议数据单元(MPDU)，该聚合MPDU包括至少一个MPDU及跟随其的至少一个其他MPDU中的元数据。切换在其他MPDU的发送期间执行。
在又一实施例中，一种方法总地包括：在基于块的调制环境中在无线设备处接收多个射频链；记录子载波相位和子载波相位之间的差；以及使用子载波相位差来构建特征矢量，用于通过计算到达角进行的移动设备的定位。
在再一实施例中，一种装置总地包括：包括多个天线的第一接入点；以及分别包括多个天线的一个或多个其他接入点。来自每个接入点的至少一个天线被与来自另一接入点的一个天线耦合，使得全部接入点被连接从而使能在接入点之间共享用于位置检测的信息。
示例实施例
给出下面的描述，以使本领域普通技术人员能够做出并使用这些实施例。具体实施例和应用的描述仅被作为示例提供，并且各种变形对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里描述的总体原则可以被应用于其他应用，而不脱离实施例的范围。因此，实施例不限于所示出的实施例，而是符合根据这里描述的原理和特征的最大范围。出于清楚的目的，涉及在与这些实施例有关的技术领域中已知的技术资料的细节没有详细描述。
到达角(AoA)的样式精度在诸如使用位于建筑物的天花板中或者水平面向开放中庭(针对层间解决方案)的Wi-Fi的高天花板部署之类的室内应用中非常重要。这里描述的实施例使用到达角(AoA)提供室内定位信息。在一个实施例中，到达角计算与网络中的通信并行执行。这些实施例可以使用例如，2D或3D天线配置来估计接入点(AP)处的到达角。这些实施例还可以被用来提供室内定位的客户端计算到达角。
如下面详细描述的，基础设施(AP)计算的AoA可以使用每个客户端的附加分组利用现有硬件实现(或者精度降低地实现)，或者利用提供来自单个分组的更好精度的新硬件实现。位置检测可以在任意Wi-Fi类型的分组上被执行。这有助于基础设施计算的实施例，因为即使利用最安静的无线设备，该设备上的应用也通常可以促使分组在Wi-Fi接口上被发送，从而使能AP计算的位置确定。客户端计算AoA可以经由更多分组被发送给客户端的现有硬件被实现(精度降低)，或者经由具有来自单个分组的更好精度的新硬件实现。
现在参考附图，首先参考图1，示出了可以实现这里描述的实施例的无线网络的示例。图1示出了与位于建筑物(例如，购物中心、零售店(杂货店、硬件、部门等)、仓库、会议中心、宴会中心、体育竞技场、体育场等)中的位置的移动设备(客户端、无线设备、用户设备)12通信的接入点(AP)10。建筑物可以包括任意数目的楼层、楼梯、电梯、开放中庭等。在图1示出的示例中，移动设备12由位于建筑物中的楼梯18上的用户16携带。为了简单，仅示出了一个楼层14。图1的示例仅示出了一个移动设备12，但是接入点10可以与任意数目的移动设备12通信。另外，可存在一个以上接入点10。
AP10可以包括任意数目的天线20(也称为天线元件或者天线阵列)。如下面描述的，AP10包括发射器和接收器(或者收发器)。AP10处的接收器可以被用来基于从移动设备12接收到的信号识别移动设备12的位置。AP10处的发射器可以被用来向移动设备12发送信号，以使能移动设备识别其位置。AP10还可以与有线网络(未示出)通信。AP10可以被用来例如，经由WLAN(无线局域网)向移动设备12提供无线互联网接入。
移动设备12可以是支持无线通信的任何适当装备，包括例如，移动电话、无线VoIP电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、平板计算机、多媒体设备、或者能够在无线环境中进行操作的任何其他设备。移动设备12可以具有一个或多个天线。
AP10可以是MIMO(多输入多输出)设备。在一个实施例中，AP10被配置为从其天线20同时向移动设备12发送多个信号流(也称为空间流)。AP10被配置用于基于块的调制(例如，OFDM(正交频分复用)、正交频分多址(OFDMA))或者其他多载波调制方法。这里使用的术语“基于块的调制”是指在Wi-Fi类型的环境(即，不是蓝牙技术)中执行的操作。接入点10和移动设备12可以被配置为根据诸如，IEEE802.11/Wi-Fi、IEEE802.16/WiMAX、或者其他适当协议之类的无线网络通信协议执行无线通信。
在这里描述的实施例中，从客户端12到AP10的传输被称为上行链路传输(在AP处的北向接口(NBI)被接收)，并且从AP到客户端的传输被称为下行链路传输(从AP处的南向接口(SBI)被发送)。在第一实施例中，北向接口被用于基础设施(AP)使用到达角计算位置。在第二实施例中，南向接口被用于客户端使用到达角计算位置。
到达角在AP10处被用来通过确定信号到达接收传感器(天线)20的入射角来定位移动设备12。客户端12发送具有元数据(例如，客户端身份)的有效载荷，其中波形跟随该元数据。使用在多天线阵列处接收到的信号，移动设备12在AP10处的AoA(也称为到达方向(DoA))可以被从无线信道的特性估计出来。几何关系可以被用来根据由到每个天线20的辐射线形成的两条方向线的交叉点来估计位置。例如，AoA可以被定义为入射波的传播方向和某参考方向之间的角度(例如，图1中的角度θ)。如下面描述的，可以在天线之间执行电子切换，并且数学计算由用于提取入射角的背景计算系统处理。
在一个实施例中，通过测量每个元件处的接收相位中的差，计算阵列元件之间的到达时间差(TDoA)(该TDoA使用每个接收传感器处的相对时间测量结果)。AoA通过测量阵列的个体元件处的TDoA来确定方向。这些延迟被用来计算AoA。可以通过测量天线阵列中的每个元件处的接收相位中的差来获取TDoA测量结果。例如，较近的天线先接收到信号，较远的天线后接收到信号。时间经由光速转换为距离，并且距离相对于波长的模(distancemodulothewavelength)可作为载波相位进行测量。
在北向接口处的一个示例中，AP10切换通过其天线阵列的一部分，并且得到相位矢量(每个切换天线一个相位)。相位矢量根据客户端12在AP下的xy位置而改变。这可以被称为特征矢量(也称为签名或者指纹)。如果天线20间隔得足够近，则特征矢量类似于紧密相邻的xy位置处的特征矢量，但是不同于远离的特征矢量。
对于南向接口，AP10发送包括有效载荷(AP身份等)、及跟随有效载荷的已知垃圾(例如，零分隔符或者其他非可用数据)的分组。在一个示例中，AP10切换通过其天线20，并且客户端12记录相位矢量。客户端12还接收辅助数据(例如，AP位置、天线阵列、和几何形状等)，并计算其自身的位置。
在一个实施例中，二维(2D)或者三维(3D)天线阵列被用来测量针对AP10下方的不同位置的不同相位特征矢量。AP10还可以包含天线20的平面阵列。AP10可以被安装在建筑物中的天花板上或者诸如墙之类的其他位置上(例如，AP被安装在其指向中庭的侧面上，从而使得AP可以测量高度)。在一个示例中，切换后的贴片天线被放置在AP边缘周围。2D天线阵列可以包括例如，外环和内环的天线元件，其中一个环更接近天花板，另一个环更接近地面。
将理解的是，图1中示出并且以上描述的环境只是示例，并且这里描述的实施例可以在具有不同配置、网络设备、或者网络拓扑的环境中被实现。例如，如前所述，接入点10可以与任意数目的客户端12通信，并且可以使用一个以上AP。另外，在不脱离实施例的范围的条件下，AP10和天线阵列可以不同于这里所述的AP和天线阵列。
图2是示出可以被用来实现这里描述的实施例的无线网络设备22(例如，接入点)的示例的框图。在一个实施例中，网络设备22是可以被实现在硬件、软件、或者它们的任意组合中的可编程机器。设备22包括发射器24、接收器26、调制解调器28、控制器30、处理器32、存储器34、以及接口36。这里使用的术语“发射器”和“接收器”也可以指代收发器。
调制解调器28被配置为在控制器30的控制下，根据可用的通信协议或标准(例如，IEEE802.11)来执行信号的调制和构架。调制解调器28从接收器26接收作为输入的RF(射频)接收器的输出。模数转换器(ADC)可以驻留在调制解调器和RF接收器的输出端之间、调制解调器内部、或者RF接收器内部。调制解调器28对来自接收器的信号进行解调，并且对发射信号进行调制以供传输。调制解调器28的输出端被耦合到发射器24处的RF发射器。发射器被耦合到多个天线38(例如，4、8、16、32个天线)。数模转换器(DAC)可以被设置在调制器的数字输出端和发射器的模拟输入端之间。
控制器30包括从客户端12或者AP10的角度实现这里描述的实施例的逻辑。该逻辑可以被编码在一个或多个有形介质(存储器34)中，供处理器32执行。例如，处理器32可以执行存储在诸如存储器34之类的计算机可读介质中的代码。该逻辑可以是例如，处理器执行的软件、数字信号处理器指令的形式，或者集成电路中的固定逻辑的形式。
存储器34可以是易失性存储器或者非易失性存储设备，其存储各种应用、操作系统、模块、和数据供处理器32执行和使用。存储器34可以包括多个存储器组件。
接口36可以包括任意数目的无线或有线接口。例如，AP10可以包括用于与LAN通信的网络接口。
将理解的是，图2中示出并且以上描述的网络设备22只是示例，并且可以使用不同配置的网络设备。例如，网络设备22还可以包括可操作以促进这里描述的功能的硬件、软件、算法、处理器、设备、组件、或者元件的任意适当组合。图2的框图中示出的一个或多个组件可以被实现在芯片或者芯片组上。
再次参考图1，这里描述的第一实施例在AP10处的北向接口处被执行，以提供基础设施(AP)计算的AoA用来识别移动设备位置。第二实施例在AP10的南向接口处被执行，用于使能客户端计算AoA。在每个实施例中，存在很多可能的变形。例如，每个实施例包括分组内切换方法、分组内或者分组间并行方法、以及分组内+分组间切换+并行方法。分组间切换方法还被提供用于北向接口。对于北向接口实施例，这些切换方法包括频域实施方式和时域实施方式。
这里使用的术语“内”是指在分组内执行的操作(例如，天线循环)，并且术语“间”指的是在分组(或者分组的群组)间执行的操作。例如，就分组内切换而言，切换可以在分组内的每隔一个OFDM符号(例如，奇数OFDM符号)上被执行。就分组间切换而言，天线在分组之间被切换(例如，在每个接收(RX)分组之前、或者紧接着分组之后)。如下面描述的，也可以使用分组间和分组内的组合。这里使用的术语“分组内”和“分组间”分别可以指代以下描述的PPDU内和PPDU间。
这里使用的术语“分组”可以指PDU(协议数据单元)、或者在AP10处从移动设备12接收到(或者从AP发送到移动设备)的信号内包含的其他单元结构。在一个实施例中，PDU(分组)是PLCP(物理层会聚协议)PDU(PPDU)。PLCP采用站点希望发送的每个IEEE802.11帧，并且形成PLCP协议数据单元(PPDU)。这里使用的术语“分组”可以指包括PPDU在内的任意类型的协议数据单元。
PPDU包括PLCP前导、PLCP报头、以及数据(PSDU(PLCP服务数据单元))。PLCP向MPDU(MAC(媒体接入控制)协议数据单元)添附包含物理层发射器和接收器需要的信息的PHY专用前导和报头字段。MAC层将它传递给物理层的数据称作MPDU，而物理层将它称作PSDU。PPDU是通过向MPDU添加前导和报头创建的。
图3A示出了PPDU的格式的第一示例。分组包括PLCP报头(前导和报头)40、AoA分组标识符帧42、以及可变数目(1...N)的数据子帧(例如，OFDM符号)44。数据子帧被空隔46隔开(例如，OFDM符号被保护间隔隔开，以减少符号间干扰)。AoA分组标识符42指示分组是用于AoA位置检测(locationsensing)的专用AoA分组。
图3B示出了其中AoA分组标识符帧42被替换为跟随有SIFS(短帧间间隔)50的公告帧48的替代实施方式。PLCP报头40和数据子帧44跟随SIFS。如上所述，数据子帧44之间可存在空隔46。
将理解的是，图3A和3B中示出的数据结构只是示例，并且在不脱离实施例的范围的条件下可以使用其他格式。
图4A-4C是示出可以用于AoA位置检测的不同处理的概况的流程图。图4A描述了在AP的北向接口处执行的用于AP计算到达角的切换方法。图4B描述了在AP的南向接口处执行的使能客户端计算到达角的切换方法。图4C提供了AP或者客户端用于计算到达角的并行方法的概况。下面描述这些处理及其变形的细节。
首先参考图4A，示出了根据一个实施例的用于AP10处的AoA位置检测的处理的概况。在步骤52，AP10在天线20处从移动设备12接收一个或多个信号(图1和4A)。如前所述，AP10包括与天线20通信的、用于在基于块的调制环境(例如，供被配置用于Wi-Fi类型的通信的系统中使用的OFDM或其他调制方法)中接收一个或多个分组(例如，PPDU)的接收器。AP10包括用于使天线20中的一部分天线轮转的一个或多个开关(步骤54)。AP10包括用于计算到达角用来识别发送分组的移动设备12的位置的处理器(步骤56)。通信和位置检测由相同分组提供，使得定位可以与Wi-Fi通信并行进行，从而可以利用AP的MIMO能力。如下面描述的，分组内切换或者分组间切换可以被执行。利用频域或者时域技术处理信号(在下面详细描述)，以基于到达角计算来识别移动设备12的位置。
图4B是示出根据一个实施例的用于使能移动设备12处的AoA位置检测的处理的概况的流程图。发射器被配置用于发送AMPDU(聚合MAC协议数据单元)，该AMPDU包括一个或多个MPDU中的元数据及跟随其的一个或多个其他MPDU(例如，垃圾MPDU)。发射器发送分组，并且开关切换通过天线(步骤58和60)。如下面描述的，发射天线在选择MPDU期间进行切换。客户端12使用从AP10接收的信号来基于AoA计算其位置(步骤62)。
图4C的流程图示出了根据一个实施例的用于位置检测的并行方法的概况。在步骤61，无线设备(例如，AP10、移动设备12)接收RF链。无线设备记录子载波相位和子载波相位之间的差(步骤63)，并计算AoA(步骤65)。
将理解的是，图4A、4B、4C中示出并且以上描述的处理只是示例，并且在不脱离实施例的范围的条件下可以添加、组合、或者修改这些步骤。
下面首先描述北向接口实施例的实施细节(其中包括针对分组内切换、分组间切换、以及并行组合的细节)，随后描述南向接口实施例(其中包括针对第二实施例的分组内切换、分组间切换、以及并行组合的细节)。这两个实施例的讨论之后是对可以被单独使用或者与上述实施例中的任意实施例结合使用的AP接口和AP结构(称为菊花链(daisychain)实施方式)的描述。
北向接口
下面描述AP10的北向接口处的AP(基础设施)计算AoA的第一实施例。
分组内切换
现在参考图5，接收器64被示出为用于在AP的北向接口处接收分组。该示例中示出的AP包括八个天线(天线元件)68。两个天线用于通信(M1＝2(两个RF链))，六个天线用于位置检测(分别连接到天线开关70的三个RF链)(M2＝3)。每个开关70被耦合到两个天线68。AP具有被分配给通信的M1个RF链、和被分配给位置接收(RX)的M2个RF链，其中，M1个RF链被直接连接到天线68并且被用来接收所有分组(PPDU)。这种布置允许通信和位置检测在相同分组(PPDU)上进行，其中位置测量与客户端的MAC(媒体接入控制)地址相关联。在一个实施例中，用于通信的天线包括偶极阵列，并且用于位置检测的天线包括共形阵列。
将理解的是，图5中示出的布置只是示例，并且接收器64可以利用任意数目的天线元件进行通信。另外，M1和M2可以具有不同于所示出的其他值(例如，1、2、3、...)。例如，对于M2，在无线电基带的控制下，在连接到4x1、8x1、16x1、或者32x1(即，N路)RF开关70的每个RXRF链中可存在4、8、16、或者32个天线元件。另外，可存在任意数目的开关70(例如，1、2、3、...)。例如，4x4：3(4个天线，3个数据流)AP可以具有M1＝3和M2＝1。这允许用于多达三个空间流(SS)的PPDU的通信，并且提供了位置信息。
PPDU包括传统长训练字段(L-LTF)(IEEE802.11a)或者(非常)高吞吐量LTF((V)HT-LTF)(IEEE802.11n/ac)。在接收到LTF或者(V)HT-LTF后，基带命令M2RF开关70轮转通过天线元件68。切换可以与所接收的信号的OFDM信号同步，从而使得切换在奇数OFDM符号上进行。这意味着所有的偶数符号被原始捕捉(中间没有天线切换)，从而使得它们的子载波在FFT(快速傅里叶变换)后是正交的。
在替代实施例中，不是在奇数OFDM符号期间切换，AP10可以在循环扩展期间切换。这同时提供了两倍长的特征矢量，但是却使得系统对定时恢复、多路径、以及滤波器瞬态更加敏感。
可以使用如下描述的频域实施方式或时域实施方式执行PPDU内切换方法。
图6是示出OFDM结构的示例的图表。在频域中，信道由分别被利用OFDM符号上的数据和导频子载波的混合调制的相邻子载波的群组构成。示出的该图表只是示例，并且每个符号可以具有不同的导频序列。在频域实施方式中，AP的RX基带移除了载频偏移(在前导期间测量并且由M1个天线跟踪的或者在M2个天线上接收的偶数符号)，然后执行FFT并且为了简单仅记录偶数符号处的导频音的IQ(同相正交)采样。这避免了必须对数据音进行解调或者对数据进行解码然后对数据进行重新编码和重新调制。AP移除了已知的导频调制，并且在频域上对导频进行平均(在同相或者正交(IQ)域、或者相位域、或者振幅相位加权域)。这在切换天线处产生了相位矢量(即，特征矢量)。
时域实施方式由图5中的虚线示出。(为了简单，仅示出了针对一个RF链的操作。)为了避免需要移除导频(或者数据)调制，成对地相乘被使用。来自M1个RF链中的每个RF链的子载波IQ值被与来自M2个天线中的一个天线的相同子载波IQ值的复数共轭成对地相乘。乘积的相位变化反映了由天线切换导致的相位变化。这是针对1SS(一个空间流)PPDU的导频和数据子载波的。它还是针对具有任意数目的空间流的IEEE802.11acPPDU的。
处理器因此被配置用于对来自用于通信的一个天线的值与来自用于位置检测的一个天线的值的复数共轭成对地相乘。该值可以是例如，子载波值、或者原始时域IQ采样。
对于IEEE802.11nPPDU，每个空间流具有不同的导频序列，因此将上述技术应用于1SSPPDU是最简单的(例如，发送1SS帧，以引出1SS响应)。无论引出块应答的块应答协议(BlockAckagreement)是否存在，块应答请求(BlockAckRequest)都可以被发送，因为块应答(不同于应答)包括发射器地址。
如果PPDU太短(例如，32个天线元件*2个OFDM符号比很多PPDU长)，则可以使用PPDU内+PPDU间并行方法(下面描述)。
除了为AP切换天线服务以外，附近AP也可以执行这种天线切换，并贡献附加的AoA信息。两个AP可以直接或者通过控制器通信。这些附近AP可以距离足够远，以至于它们无法正确解码PSDU(PLCP服务数据单元(在PHY处从MAC接收的有效载荷比特))从而获取发射器地址。然而，导频仍然被二进制相移键控(BPSK)调制，并且通过记录时间戳，中央实体(控制器或者移动服务引擎(MSE))可以经由时间戳将附近AP的测量结果与正确解码后的测量结果(例如，来自服务AP)相关联，并且使用所有AP上的所有AoA信息。AP时间戳计数器可以被对准。存在实现此的多种方式。例如，可以使用IEEE1588和AP上校正。另一选项是由多个AP解码的唯一可标识帧的时间戳的后处理(具有它们的连续增加的TSF(定时同步功能)/时间戳字段的信标可以被用于唯一可标识帧。)
下面参考图10和11，进一步描述使用来自多个AP的信息的示例。
分组内并行
图7示出了用于针对北向接口的PPDU内并行实施方式的AP72的示例。该实施方式使用具有M个RXRF链但不具有天线开关的MIMO(多输入多输出)AP。然而，在图7示出的示例中，M＝4，并且可以使用任意数目的天线74。数据被照常解码，但是子载波相位76也被记录。子载波相位可以在例如，L-LTF或者(V)HT-LTF期间被记录。这提供了大量频域平均，并产生了M长度的特征矢量78。M可以是例如，4、8、16、或32。
分组间切换
下面描述PPDU间切换方法，其可以是使用例如，图5中示出的接收器执行的。在本实施方式中，存在M1个RF链(指向天线)和具有N路RF开关的M2个RF链(N*M2个天线)。M1可以等于1或者大于1。在每个RXPPDU之前(或者紧接着PPDU后面)，M2个N路RF开关中的每个开关被伪随机地改变到新天线，并且在PPDU期间不存在天线切换。通信在MI+M2个RF链上照常进行，尽管波束形成系数与RF开关位置相关联。导频如上所述地被接收并处理，优选地针对M1个参考RF链中的一个或多个使用复数共轭乘法(时域实施方式)。由于M1个参考RF链不进行切换，所以IQ乘积的相位在多个PPDU上是稳定的。所以，特征矢量包括min(M2*N，M2+M2+M2，...)＝min(M2*N，M2*Npkt)个条目。Npckt是在多路径应该具有很小改变的时间窗口中从单个客户端接收到的PPDU的数目。
分组内+分组间切换+并行
如上所述，PPDU内方法和PPDU间方法可以被结合在一起(图5和图7)。在本实施方式中，M2个切换天线经由复数共轭乘法被与M1个稳定天线(在PPDU上未切换的天线)中的一个或多个稳定天线相关，从而使得相位被测量以在多个PPDU上构建特征矢量。M2个RF链还执行PPDU内切换。例如，AP可以是具有M1＝3个未切换RF链、M2＝1个切换RF链、以及16x1个开关的4x4：3的AP。如果AP从相同的客户端接收到12数据OFDM符号PPDU(6个相位)，然后接收到8数据OFDM符号PPDU(4个相位)，并且随后接收到12数据OFDM符号PPDU(6个相位)，则AP将具有完整的特征矢量。
南向接口
下面描述南向接口实施例，其包括分组间切换、分组内切换、以及分组内+分组间切换+并行。如前面所讨论的，该实施例使得客户端计算到达角用于在移动设备处识别移动设备的位置。
分组内切换
图8示出了用在南向接口处的发射器80的示例。该发射器具有RF链和4路开关82。将理解的是，这仅是示例，并且AP可以具有连接到一个或多个N路RF开关的任意数目的RF链(例如，1、2、3...)，其中该一个或多个N路RF开关被连接至任意数目的天线(例如，4、8、16、32)。AP80广播包含一个或多个MPDU中的元数据的1SS聚合MAC协议数据单元(聚合MPDU或AMPDU)。该元数据可以包括例如，APMAC地址、AP纬度/经度/海拔高度/地面高度、天线序列(例如，天线索引的列表)、天线阵列几何图形、或者它们的任意组合。元数据MPDU后面跟随有一个或多个其他MPDU(称为垃圾MPDU)。垃圾MPDU可以具有例如，零分隔符。发射天线切换仅在垃圾MPDU期间(例如，在稍后的奇数OFDM符号期间)进行，有可能在用于对元数据进行解码的一些延迟之后进行，从而有可能选择性地使能导频IQ捕捉。客户端利用偶数OFDM符号中稍后的频域平均导频构建其特征矢量。
分组间并行
图9示出了用在针对南向接口的PPDU间并行方法中的发射器90。一般，在单个TXOP(传输时机)中，AP广播包含如上所述的元数据的位置突发公告分组，其中跟随在该位置突发公告分组后面的是分别经由不同天线92发送的一行中的短ISSPPDU序列(例如，发送到自身的清除发送(CTS)(CTS2self))。客户端接收在每个前导期间测量出的子载波相位差，并使用这些子载波相位差来构建特征矢量。在本实施例中，客户端12具有至少两个天线。
分组间+分组内切换+并行
还可以针对南向接口执行PPDU内+PPDU间切换+并行方法。为了更好的性能，每个PPDU中的第一天线是相同天线，所以相同PPDU中的后续天线可以与该天线有关。
广播空数据分组公告/空数据分组
在下面的示例中，广播空数据分组公告(NDPA)/空数据分组(NDP)被定义为任何客户端可接收的并且不需要来自任何客户端的探测响应的交换。具有Ntx个发射天线和Ntc个发射链的AP利用适当数目的长训练符号(例如，Ntc＝1→Nltf＝1；Ntc＝2→Nltf＝2；Ntc＝3→Nltf＝3；Ntc＝4→Nltf＝4等)将NDPA然后将NDP发送出所有Ntx个天线。由于它是NDP，所以客户端即使仅具有一个天线也可以测量来自所有Ntx个天线的CSI(信道状态信息)，估计相位等。
AP继续发送NDPA+NDP的序列。每个后续NDP被利用第一NDP和Ntc-1个新天线中的一个共用天线发送。所以，客户端可以测量Ntc-1个当前连接的天线相对于第一(共用)天线的相位。
第一NDP允许客户端探测Ntx个天线(例如，1-8)。后续NDP保持来自第一NDP和Ntx-1个新天线的一个天线。这使得天线上的相位差被针对AoA定位可靠地测量。该处理被重复，直到所有天线被覆盖为止。例如，对于Ntx＝16，Ntc＝4，客户端收集一系列五个NDPA+NDP(即，4+3+3+3+3)上的相位信息。在一个实施例中，每个NDPA/NDP可以作为不同的TXOP，利用中间的天线开关被发送。
在一个示例中，VHTNDPA是包含指示“针对所有STA”的专门AID(关联标识符，例如，AID＝0)的广播。NDPA+NDP的序列被利用共用天线发送，而不必征求来自任何站点的意见。客户端使用该信息来构建用于AOA定位的微分角的相位阵列。
在一个示例中，Ntx可以等于Ntc。
AP接口
如上所述，在一个或多个实施例中，基带可能需要控制一个或多个N路RF开关和天线元件。为了专注于外部模块中的位置值，从基带芯片到天线+RF开关模块可以使用串行外设接口(SPI)或者类似接口。SPI命令通常由直接控制RF开关的简单处理实体(SPE)接收。在优选实施例中，每个SPI命令与天线开关以1∶1映射(即，每两个OFDM符号一个命令)，从而使得定时可以被精确控制。SPE可以由现有的SPI通用I/O(GPIO)芯片实现，其中该GPIO可以直接控制RF开关。
在一个实施例中，SPI命令可以是具有在SPE中发生的调度的单个触发器(例如，“OFDM符号现在开始”，然后“PPDU已经结束”)(例如，2μs之后的周期，然后每7.2或8μs)。
菊花链接入点
图10示出了可以被用于一个或多个上述实施例的AP布置(称为菊花链实施方式)。在图10示出的示例中，四个AP(AP1、AP2、AP3、AP4)沿设备的边缘布置。每个AP包括多个天线94。来自每个AP的一个天线被电线连接到相邻AP，如图11中的96处所指示的。在该实施例中，来自每个接入点的至少一个天线被耦合到来自另一接入点的一个天线，从而使得所有接入点被连接。菊花链使得位置服务器(即，会聚所有AP上的相位数据或者所有AoA的网络设备)通过使用共享的天线端口来创建多个AP上的同步AoA估计，作为空中相位(over-the-airphase)的参考。对于具有共享天线的端口，在AP1测量的CSI(信道状态信息)的角度应该与在AP2测量的CSI的角度相同。
对于两个菊花链连接的AP，共享天线在每个AP上创建参考路径，从而使得由两个AP之间的非同步的分组获取和本地振荡器(LO)导致的相位差可以被从CSI角度估计中去除。通过菊花链连接多个AP，如图11中所示，可以在多个AP上这样做。
应该理解的是，图10和11中示出的布置只是一个示例，并且在不脱离实施例的范围的条件下可以使用其他配置。例如，AP可以沿着墙彼此相邻地布置。
尽管已经根据所示出的实施例描述了该方法和装置，但是本领域普通技术人员将很容易认识到，在不脱离实施例的范围的条件下可以做出多种变形。因此，希望以上描述中包含的并且在附图中示出的所有主题应该被解释为说明性的而非限制性的意思。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
多个天线；
与所述多个天线通信的接收器，用于在基于块的调制环境中接收一个或多个分组；
被插入在所述多个天线中的一部分天线和所述接收器之间的开关，用于在所述天线之间进行切换；以及
处理器，用于计算用来识别发送所述一个或多个分组的移动设备的位置的到达角。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置被配置为使得通信和位置检测在相同分组上进行。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述基于块的调制环境包括正交频分复用系统。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述基于块的调制环境包括Wi-Fi网络。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括具有二维或三维天线阵列的接入点。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述分组包括物理层会聚协议(PLCP)协议数据单元(PPDU)。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个天线包括被分配给通信的至少一个天线、以及被分配给位置检测的至少两个天线，所述开关被插入在所述接收器和被分配给位置检测的所述至少两个天线之间。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述开关被配置为在所述分组中的每隔一个数据符号上对天线进行切换。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述开关被配置为在所述分组中的循环扩展期间对天线进行切换。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述开关被配置为在所述分组之间对天线进行切换。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为对频域上的导频子载波进行平均。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置用于成对地对来自用于通信的一个天线的值与来自用于位置检测的一个天线的值的复数共轭相乘。
13.如权利要求1所述的装置，其中，所述开关被配置为在所述分组内部以及所述分组之间对天线进行切换，以测量多个分组上的相位。
14.一种装置，包括：
多个天线；
与所述多个天线通信的发射器，用于在基于块的调制环境中向移动设备发送一个或多个分组，用于计算用于所述移动设备处的位置检测的到达角；以及
被插入在所述发射器和所述多个天线中的至少两个天线之间的开关，用于在所述天线之间进行切换；
其中，所述发射器被配置用于发送聚合媒体接入控制协议数据单元(MPDU)，该聚合MPDU包括至少一个MPDU及跟随其的至少一个其他MPDU中的元数据，并且其中在所述其他MPDU的发送期间执行切换。
15.如权利要求14所述的装置，其中，特征矢量能够是在所述移动设备处从频域平均导频构建的。
16.一种方法，包括：
在基于块的调制环境中在无线设备处接收多个射频链；
记录子载波相位和所述子载波相位之间的差；以及
使用所述子载波相位差来构建特征矢量以供用于移动设备的到达角计算的定位。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述无线设备包括室内安装的接入点。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述无线设备包括所述移动设备。
19.如权利要求16所述的方法，其中，接收多个射频链包括利用共用天线接收空数据分组公告和空数据分组的序列。
20.一种装置，包括：
包括多个天线的第一接入点；
分别包括多个天线的一个或多个其他接入点；
其中，来自每个接入点的至少一个天线被与来自另一接入点的一个天线相耦合，使得所有接入点被连接从而使能横跨接入点的同步到达角估计以用于位置检测。
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