CN109844557B - 用于确定无线信号的到达角的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在第一通信设备的天线阵列处，接收由第二通信设备传输的无线信号。第一通信设备计算与无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，该多个过采样匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的信号延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应的相位的不同值。第一通信设备跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，其中局部最大值对应于首先到达天线阵列的无线信号的分量。第一通信设备使用与多个匹配滤波器值中的局部最大值相对应的相位的值来计算无线信号在天线阵列处的到达角。

Description

用于确定无线信号的到达角的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月2日提交的题为“WiFi到达角处理(Wi-Fi Angle-of-Arrival Processing)”的美国临时专利申请No.62/383,114的权益，其公开内容通过引用而被明确地整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及无线通信系统，并且更具体地涉及用于确定通信设备处的无线信号的入射角的方法。
背景技术
无线局域网(WLAN)在过去十年中已经得到快速发展，并且诸如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准系列的WLAN标准的开发已经改善了单用户峰值数据吞吐量。例如，IEEE 802.11b标准规定单用户峰值吞吐量为每秒11兆比特(Mbps)，IEEE 802.11a和802.11g标准规定单用户峰值吞吐量为54Mbps，IEEE 802.11n标准规定单用户峰值吞吐量为600Mbps，并且IEEE 802.11ac标准规定单用户峰值吞吐量在千兆比特/秒(Gbps)范围内。未来的标准有望提供甚至更高的吞吐量，诸如在数十Gbps范围内的吞吐量。
一些移动通信设备包括WLAN网络接口和卫星定位技术，诸如全球定位系统(GPS)技术。例如，移动通信设备中的GPS技术针对导航到期望位置是有用的。然而，当GPS接收器不在GPS卫星的视角中时，GPS技术通常不提供精确的位置信息，并且因此当移动通信设备在诸如机场、购物中心等建筑物内，在隧道内等时，GPS技术通常对提供位置信息是没有用的。
发明内容
在实施例中，方法包括：在第一通信设备的天线阵列处接收由第二通信设备传输的无线信号，其中天线阵列包括多个天线；在第一通信设备处计算与无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的信号延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应相位的不同值；在第一通信设备处跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，多个匹配滤波器值中的局部最大值对应于首先到达天线阵列的无线信号的分量；以及在通信设备处使用与多个匹配滤波器值中的局部最大值相对应的相位的值来计算到达角，其中到达角对应于无线信号的在天线阵列处的入射角。
在另一实施例中，装置包括：一个或多个集成电路(IC)；以及与第一通信设备相关联的网络接口设备，其中网络接口设备在一个或多个IC上被实现，网络接口设备包括多个收发器。一个或多个IC被配置为：计算与在第一通信设备的天线阵列处接收的无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的信号延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应的相位的不同值，其中无线信号由第二通信设备传输，其中天线阵列包括多个天线元件，并且其中多个收发器被耦合到天线阵列；跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，多个匹配滤波器值中的局部最大值对应于首先到达天线阵列的无线信号的分量；以及，使用与多个匹配滤波器值中的局部最大值相对应的相位的值来计算到达角，其中到达角对应于无线信号的在天线阵列处的入射角。
附图说明
图1是根据实施例的示例无线局域网(WLAN)的框图。
图2是根据实施例的到达线性天线阵列的无线信号的模型的图。
图3是根据实施例的响应于接收到诸如WLAN分组的WLAN信号而生成的示例匹配滤波器输出的曲线图。
图4是根据实施例的图1的WLAN中的通信设备被配置为生成和传输的物理层(PHY)数据单元的图。
图5是根据实施例的执行与确定无线信号的到达角有关的计算的示例网络接口设备的组件的框图。
图6是根据实施例的用于计算无线信号的到达角的示例方法的流程图。
具体实施方式
下面描述的是用于确定无线信号在第一通信设备的天线阵列处的到达角的技术的实施例，其中无线信号已经由第二通信设备传输。根据一些实施例，这种到达角针对确定第二通信设备的位置是有用的，诸如当第一通信设备和第二通信设备位于建筑物内并且基于卫星的定位不可用或不准确、第二通信设备不包括卫星定位能力等时。例如，可以通过测量第一通信设备与第二通信设备之间的无线传输的飞行时间来确定第一通信设备与第二通信设备之间的距离，并且所确定的距离和所确定的到达角可以被用于确定第二通信设备的位置。
在其他实施例中，所确定的到达角可以被用于计算、选择或调节波束导向矢量或矩阵。在一些实施例中，使用这种波束导向矢量或矩阵可以提高吞吐量和/或范围。在其他实施例中，所确定的到达角可以用于被确定干扰方向。所确定的干扰方向可以被用于通过例如计算、选择或调节在所确定的干扰方向上呈现低增益的波束导向矢量或矩阵来减轻或避免干扰。
下面在无线局域网(WLAN)的上下文中讨论用于确定无线信号的到达角的技术的实施例，无线局域网仅出于解释目的而利用与由电气和电子工程师学会(IEEE)的802.11标准定义的协议相同或类似的协议。然而，在其他实施例中，到达角确定技术在其他类型的无线通信系统中被利用，诸如个域网(PAN)、诸如蜂窝网络的移动通信网络、城域网(MAN)、卫星通信网络等。
图1是根据实施例的示例WLAN 110的框图。WLAN 110包括接入点(AP)114，AP 114包括被耦合到网络接口设备122的主机处理器118。主机处理器118被耦合到存储机器可读指令的存储器设备(未示出)，该机器可读指令在由主机处理器118执行时使得主机处理器执行各种动作。
网络接口122包括媒体访问控制(MAC)处理器126和物理层(PHY)处理器130。PHY处理器130包括多个收发器134，并且收发器134被耦合到多个天线138。尽管图1中示出了三个收发器134和三个天线138，但是在其他实施例中，AP 114包括其他合适数目(例如，1、2、4、5个等)的收发器134和天线138。在一些实施例中，AP 114包括比收发器134更多数目的天线138，并且利用天线切换技术。
网络接口122使用被配置为如下所述进行操作的一个或多个集成电路(IC)而被实现。例如，MAC处理器126可以至少部分地在第一IC上被实现，并且PHY处理器130可以至少部分地在第二IC上被实现。作为另一示例，MAC处理器126的至少一部分和PHY处理器130的至少一部分可以在单个IC上被实现。例如，网络接口122可以使用片上系统(SoC)而被实现，其中SoC包括MAC处理器126的至少一部分和PHY处理器130的至少一部分。
在各种实施例中，AP 114的MAC处理器126和/或PHY处理器130被配置为生成数据单元，并且处理所接收的数据单元，这些数据单元符合WLAN通信协议，诸如符合IEEE802.11标准的通信协议或其他合适的无线通信协议。例如，MAC处理器126可以被配置为实现MAC层功能，包括WLAN通信协议的MAC层功能，并且PHY处理器130可以被配置为实现PHY功能，包括WLAN通信协议的PHY功能。例如，MAC处理器126可以被配置为生成诸如MAC服务数据单元(MSDU)、MAC协议数据单元(MPDU)等的MAC层数据单元，并且将MAC层数据单元提供给PHY处理器130。PHY处理器130可以被配置为从MAC处理器126接收MAC层数据单元，并且封装MAC层数据单元以生成诸如PHY协议数据单元(PPDU)的PHY数据单元，以用于经由天线138的传输。类似地，PHY处理器130可以被配置为接收经由天线138接收的PHY数据单元，并且提取被封装在PHY数据单元内的MAC层数据单元。PHY处理器130可以将所提取的MAC层数据单元提供给MAC处理器126，MAC处理器126处理MAC层数据单元。
WLAN 110包括多个客户站154。尽管图1中示出了三个客户站154，但是在各种实施例中，WLAN 110包括其他合适数目(例如，1、2、4、5、6个等)的客户站154。客户站154-1包括被耦合到网络接口设备162的主机处理器158。主机处理器158被耦合到存储机器可读指令的存储器设备(未示出)，该机器可读指令在由主机处理器158执行时使得主机处理器执行各种动作。
网络接口162包括MAC处理器166和PHY处理器170。PHY处理器170包括多个收发器174，并且收发器174被耦合到多个天线178。尽管在图1中示出了三个收发器174和三个天线178，但是在其他实施例中，客户站154-1包括其他合适数目(例如，1、2、4、5个等)的收发器174和天线178。在一些实施例中，客户站154-1包括比收发器174更多数目的天线178，并且利用天线切换技术。
网络接口162使用被配置为如下所述进行操作的一个或多个IC而被实现。例如，MAC处理器166可以在至少第一IC上被实现，并且PHY处理器170可以在至少第二IC上被实现。作为另一示例，MAC处理器166的至少一部分和PHY处理器170的至少一部分可以在单个IC上被实现。例如，网络接口162可以使用SoC而被实现，其中SoC包括MAC处理器166的至少一部分和PHY处理器170的至少一部分。
在各种实施例中，客户端设备154-1的MAC处理器166和PHY处理器170被配置为生成数据单元，并且处理符合WLAN通信协议或其他合适的通信协议的所接收的数据单元。例如，MAC处理器166可以被配置为实现MAC层功能，包括WLAN通信协议的MAC层功能，并且PHY处理器170可以被配置为实现PHY功能，包括WLAN通信协议的PHY功能。MAC处理器166可以被配置为生成诸如MSDU，MPDU等的MAC层数据单元，并且将MAC层数据单元提供给PHY处理器170。PHY处理器170可以被配置为从MAC处理器166接收MAC层数据单元，并且封装MAC层数据单元以生成诸如PPDU的PHY数据单元，以用于经由天线178的传输。类似地，PHY处理器170可以被配置为接收经由天线178接收的PHY数据单元，并且提取被封装在PHY数据单元内的MAC层数据单元。PHY处理器170可以将所提取的MAC层数据单元提供给MAC处理器166，MAC处理器166处理MAC层数据单元。
在实施例中，客户站154-2和154-3中的每个客户站具有与客户站154-1相同或相似的结构。客户站154-2和154-3中的每个客户站具有相同或不同数目的收发器和天线。例如，根据实施例，客户站154-2和/或客户站154-3每个仅具有两个收发器和两个天线(未示出)。
图2是根据实施例的到达线性天线阵列208的无线信号204的模型200的图。线性天线阵列208包括四个天线元件212，但不一定是四个天线元件。在其他实施例中，例如，天线阵列包括另一合适数目的天线元件，诸如两个、三个、五个、六个、七个等。
无线信号204被建模为：
其中yk(t)是在第k个天线212处接收的无线信号204，p是指示无线信号204的第p个分量的索引，P是无线信号204的分量的数目，s(t)是最初传输的无线信号204，Ap是无线信号204的第p个分量的幅度，是在第k个天线212-k处的无线信号204的第p个分量的相位，τp是无线信号204的第p个分量的延迟，并且nk(t)是在第k个天线处接收的噪声。无线信号204的不同分量包括直接分量和一个或多个多径分量。在模型200中，假定Ap和τp针对所有天线、即针对所有k是相同的。
在模型200中，天线元件212被间隔开距离d。无线信号204的分量以入射角度α到达线性天线阵列208。由于入射角，无线信号204的分量将首先到达天线元件212-1。同样，由于入射角，无线信号204的分量必须行进附加的距离以到达天线元件212-2至212-4，并且因此与无线信号204到达天线元件212-1的时间相比，无线信号204的分量将在连续的晚些时间到达天线元件212-2至212-4。距离x对应于与第k天线元件212相比的无线信号204的分量到第(k+1)天线元件212的附加行进距离。附加行进距离x可以被建模为：
x＝dsin(α) (等式2)
时间差Δt对应于与第k天线元件212相比的无线信号204的分量到第(k+1)个天线元件212的附加行进时间，并且可以被建模为：
其中c是光速。
相位差对应于与第k天线元件212相比的无线信号204的分量到第(k+1)天线元件212的附加行进时间，并且可以被建模为：
其中T是无线信号204的周期，c是光速，并且Tc是无线信号204的波长λ。针对WLAN信号，λ可以被认为是WLAN信号的中心频率。例如，IEEE 802.11标准定义了中心频率为2462MHz的信道11，并且定义了中心频率为5180MHz的信道36。因此，在信道11中传输的无线信号204的波长λ可以被认为是12.2cm，并且在信道36中传输的无线信号204的波长λ可以被认为是5.8cm。公式4可以被重新写为：
通常，天线间隔d小于λ/2。如果天线间隔d大于λ/2，则的绝对值可能大于π，这是不明确的。
在第k个天线212处的无线信号204的第p个分量的相位可以被建模为：
针对k＝0 (等式6)
针对k＝1，...K-1
其中K是天线阵列208中的天线212的数目。
一些雷达系统使用匹配滤波器技术来确定雷达信号反射的入射角，如下面将更详细描述的。模型200的匹配滤波器Φ可以被表示为：
如果忽略yk(t)中的噪声，则可以将等式7被重新写为：
s(t)的时间自相关函数可以被定义为：
并且模型200的线性天线阵列的天线阵列相关函数可以被定义为：
因此，等式8可以被重新写为：
一些雷达系统使用类似于等式11的匹配滤波器来确定雷达信号的反射的入射角。在这种雷达系统中，信号s(t)被设计为使得：
其中B是信号s(t)的带宽。另外，模型200的线性天线阵列的天线阵列相关函数可以被简化为：
其对于很小。换言之，除了与对应于相同/>元组(tuple)的接收信号的分量相匹配的每个特定/>元组，匹配滤波器/>接近于零。以这种方式，雷达系统可以分析匹配滤波器/>以标识非零值，并且然后确定与非零值相对应的相位例如，雷达系统可以分析与不同/>元组相对应的匹配滤波器/>值的网格以标识非零值。然后，雷达系统使用与每个非零值相对应的相位/>来计算离开相应雷达目标的雷达信号的相应反射的相应入射角α。
在雷达系统中，雷达目标通常分开很远的距离，并且天线阵列的天线组件被分开跨相对较大的距离。另外，匹配滤波器值的网格的/>元组间隔通常被设计为足够密集以不会错过目标，但是足够宽以使得目标通常仅对应于一个非零/>元组并且最多两个非零/>元组。因此，与不同雷达目标相对应的所接收的雷达信号的不同分量倾向于具有非零/>元组，这些元组在网格内间隔很宽并且易于彼此区分。如果在匹配滤波器值的网格中存在两个相邻的非零/>元组，则雷达系统通常假定两个相邻的非零元组对应于单个雷达目标。
典型的WLAN环境与上面讨论的雷达系统环境明显不同。例如，与雷达系统的天线组件相比，WLAN设备的天线元件的数目小得多并且组件跨更小的距离而被分开。作为另一示例，与雷达系统相比，与WLAN信号的不同分量(例如，直接分量和多径分量)相对应的相位和延迟(τ)之间的差异要小得多。此外，WLAN信号的直接分量通常是仅针对计算入射角有意义的分量——多径分量通常不是有意义的并且仅用作关于计算WLAN信号的入射角的杂波或噪声。
在下面描述的实施例中，与上面讨论的雷达匹配滤波器相比，用于确定WLAN中的入射角的匹配滤波器使用过采样而被计算，以增加匹配滤波器的分辨率。匹配滤波器的增加的分辨率有助于在与WLAN信号的不同分量(例如，直接分量和多径分量)相对应的匹配滤波器中的局部最大值之间进行标识和区分。
用于WLAN的匹配滤波器ΦWLAN可以被表示为：
其中是特定于天线阵列的函数，其取决于接收设备的天线阵列的类型。例如，针对诸如如上所述的均匀线性天线阵列，/>在下面讨论的示例实施例中，利用均匀线性天线阵列。在使用不同类型的天线阵列的其他实施例中，使用不同的特定于天线阵列的函数/>
等式14的第二分量对应于信道H的脉冲响应hk(τ)：
在利用正交频分复用(OFDM)的WLAN系统中，出于均衡、波束形成、空间复用等目的，设备通常针对每个OFDM子载波(fn)估计信道H的频域表示Hk(n)：
其中Yk(fn)是所接收的OFDM信号yk(t)在子载波频率fn处的频域分量，Xk(fn)是所传输的OFDM信号xk(t)在fn处的频域分量，N是OFDM子载波的数目，B是OFDM信号的带宽，B/N是以赫兹为单位的OFDM子载波间隔，以及n是OFDM子载波索引。脉冲响应hk(τ)可以使用逆离散傅立叶变换(例如，大小为N的逆快速傅立叶变换(IFFT))根据Hk[n]来计算：
因此，等式14可以被重新写为：
或者
在一些实施例中，为了将匹配滤波器ΦWLAN的分辨率增加r倍，利用rN个零来填充频域表示Hk[n]，并且执行大小为rN的IFFT：
用于增加等式17中反映的分辨率的技术有时被称为上采样或过采样。另外，使用任何合适的技术(例如，插值，采用样条函数，上采样等)来计算特定于天线阵列的函数的更高分辨率。然后，利用更高分辨率的特定于天线阵列的函数/>和来计算匹配滤波器ΦWLAN，从而得到具有增加的分辨率的匹配滤波器。
在其他实施例中，为了将匹配滤波器ΦWLAN的分辨率增加r倍，在脉冲响应hk(τ)的连续元素之间插入r个零生成并且然后对/>进行低通滤波以生成更高分辨率的脉冲响应/>(这是上采样或过采样的另一实现)。然后，利用更高分辨率的特定于天线阵列的函数/>和/>来计算匹配滤波器ΦWLAN，从而得到具有增加的分辨率的匹配滤波器。
在其他实施例中，例如，根据等式14或18来计算匹配滤波器ΦWLAN，并且然后使用任何合适的技术(例如，插值，采用样条函数，上采样等)来计算匹配滤波器ΦWLAN的更高分辨率。
针对如图2所示的线性阵列，等式19可以被重新写为：
其中m是与/>的不同值相对应的索引，/>是与/>相对应的步长参数，是大于1的正整数，/>是步长与/>相对应的步长，/>ι是与τ的不同值相对应的索引，βτ是与τ相对应的步长参数，βτ是大于1的正整数，/>是与τ相对应的步长。等式21对应于大小为/>的二维(2D)FFT。等式21对应于上采样匹配滤波器ΦWLAN，因为利用零填充信道估计H并且在/>上计算2D FFT，其中βτN＞N并且/>
图3是根据实施例的响应于接收到诸如WLAN分组的WLAN信号而生成的示例匹配滤波器输出的曲线图200。例如，在实施例中，曲线图200根据等式21而被生成。曲线图200的水平轴对应于不同的延迟(τ)值，曲线图200的垂直轴对应于不同的相位值。曲线图200包括与WLAN分组传输的不同分量(例如，直接分量(例如，视线分量和多径分量))相对应的多个局部最大值，包括局部最大值304、308、312和316。在典型的WLAN场景中，最直接分量(例如，视线分量)将具有最短延迟(τ)。因此，在实施例中，通过确定与最短延迟(τ)相对应的局部最大值来确定与最直接分量(例如，视距分量)相对应的局部最大值。然后，使用与对应于最短延迟(τ)的局部最大值相对应的相位/>来计算WLAN信号的入射角α。
在实施例中，针对将被考虑的局部最大值，局部最大值必须超过合适的阈值。在实施例中，阈值是根据与接收信号相对应的信号功率而变化的可变阈值。可以使用用于计算与接收信号相对应的信号功率的任何合适技术。因此，在实施例中，当确定与最短延迟(τ)相对应的局部最大值时，仅考虑超过阈值的局部最大值。
在实施例中，为了减小针对局部最大值的搜索空间，确定与WLAN信号的最强分量相对应的延迟值τmax，并且然后仅考虑与小于τmax的延迟相对应的局部最大值。例如，τmax根据以下等式而被确定：
等式22对应于1维搜索，而不是针对根据等式21生成的输出中的局部最大值的2维搜索，并且因此使用等式22减小局部最大值的搜索空间减少了总体处理量。相应地，在实施例中，当确定与最短延迟(τ)相对应的局部最大值时，仅考虑i)超过阈值以及ii)与小于τ_max的延迟相对应的局部最大值。
在一些实施例中，被用于计算匹配滤波器输出的信号被包括在PHY数据单元的PHY前导码中。图4是根据实施例的网络接口162(图1)被配置为生成并且向AP 114传输的单用户PHY数据单元400的图。网络接口122(图1)还可以被配置为向客户站154中的一个客户站(例如，客户站154-1)传输与数据单元400相同或相似的数据单元。数据单元400可以占用20MHz带宽或另一合适带宽。在其他实施例中，类似于数据单元400的数据单元占用其他合适带宽，诸如40MHz、80MHz、160MHz、320MHz、640MHz或其他合适的带宽。
数据单元400包括前导码402，前导码402包括传统短训练字段(L-STF)405、传统长训练字段(L-LTF)410、传统信号字段(L-SIG)415、重复L-SIG字段(RL-SIG)418、高效(HE)信号字段(HE-SIG-A)420、HE短训练字段(HE-STF)425和M个HE长训练字段(HE-LTF)430，其中M是合适的正整数。在实施例中，M通常对应于(例如，大于或等于)将经由其传输数据单元400的多个空间流。前导码402的传统前导码部分442包括L-STF 405、L-LTF 410和L-SIG 415。前导码402的HE前导码部分444包括RL-SIG 418、HE-SIG-A 420、HE-STF 425和M个HE-LTF430。数据单元400还包括数据部分440。在一些场景中，数据单元400可以省略数据部分440。
在一些实施例中，前导码402省略了字段405-430中的一个或多个字段。在一些实施例中，前导码402包括图4中未示出的附加字段。
L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG 415、RL-SIG 418、HE-SIG-A 420、HE-SIG-B 422、HE-STF 425和M个HE-LTF 430中的每一个包括一个或多个OFDM符号。仅作为说明性示例，至少在一些实施例中，HE-SIG-A 420包括两个OFDM符号。
在图4的图示中，数据单元400包括L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG 415、RL-SIG 418和HE-SIG-A 420中的每个中的一个。在其中类似于数据单元400的数据单元占用除了20MHz之外的累积带宽的一些实施例中，L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG 415、RL-SIG 418和HE-SIG-A 420中的每个在数据单元的整个带宽的对应数目的20MHz子带上被重复。例如，在其中数据单元占用80MHz带宽的实施例中，数据单元400包括L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG415、RL-SIG 418和HE-SIG-A 420中的每个中的四个。
在实施例中，使用训练信号字段L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG 415、RL-SIG 418、HE-STF 425和/或HE-LTF 430中的一个或多个来计算匹配滤波器输出，该匹配滤波器输出被包括在PHY数据单元的PHY前导码中。例如，L-LTF 410和HE-LTF 430通常被用于生成信道估计，并且如上所述，信道估计可以被用于计算匹配滤波器输出。
在其他实施例中，使用用于到达角确定的专用分组。例如，根据实施例，使用与PHY数据单元400类似的格式的PHY数据单元，但是训练信号被附加到前导码402，例如，而不是数据部分240。
图5是根据实施例的与到达角计算有关的示例网络接口设备的组件的框图。在一些实施例中，图5的组件被并入在网络接口122(图1)和/或网络接口162中。MAC处理器504(例如，类似于图1的MAC处理器126和/或MAC处理器166)包括被耦合到存储器512的处理器508，其中处理器被配置为执行被存储在存储器512中的机器可读指令。存储器512存储用于执行MAC层功能的机器可读指令，其中这些指令由处理器508执行。如下面将更详细描述的，根据实施例，存储器512还存储用于执行与到达角确定有关的至少一些计算和/或处理的机器可读指令，其中这些指令由处理器508执行。
根据实施例，PHY处理器520(例如，类似于图1的PHY处理器130和/或PHY处理器170)包括被配置为基于接收信号来确定信道估计H的信道估计器524。例如，信道估计器524被配置为基于训练信号字段L-STF 405、L-LTF 410、L-SIG 415、RL-SIG 418、HE-STF 425和/或HE-LTF 430中的一个或多个确定信道估计H。如上所述，由信道估计器524确定的信道估计H可以被用于计算PHY数据单元的到达角。
根据实施例，PHY处理器520还包括被配置为计算FFT的FFT计算器528。根据实施例，FFT计算器528还可以被配置为计算逆FFT。在一些实施例中，FFT计算器528由PHY处理器520使用以执行OFDM调制、OFDM解调等。根据一些实施例，FFT计算器528可以被用于执行到达角FFT和/或逆FFT计算，诸如与等式17和19-21中的一个或多个相关联的FFT和/或逆FFT计算。
根据实施例，PHY处理器520还包括被配置为计算FFT的匹配滤波器计算器532。根据一些实施例，匹配滤波器计算器532可以被用于执行与等式14和17-22中的一个或多个相关联的计算。在一些实施例中，匹配滤波器计算器532可以使用由信道估计器524和/或FFT计算器528生成的值来执行计算。
根据各种实施例，再次参考处理器508和存储器512，存储器512存储机器可读指令，这些机器可读指令例如用于将值与阈值进行比较，寻找匹配滤波器的局部最大值，确定匹配滤波器的局部最大值是否满足一个或多个条件，选择匹配滤波器的局部最大值，基于所选择的局部最大值来计算到达角，等等。
虽然处理器508和存储器512被示出为MAC处理器504的组件，但是在其他实施例中，处理器508和存储器512与MAC处理器504分离。
根据一些实施例，信道估计器524、FFT计算器528和/或匹配滤波器计算器532被实现为硬件电路。与信道估计器524、FFT计算器528和/或匹配滤波器计算器532相关联的控制操作可以由控制器(例如，硬件状态机或执行机器可读指令的处理器中的一个或两者)来执行。
图6是根据实施例的用于计算无线信号的到达角的示例方法600的流程图。方法600由诸如AP 114(图1)、客户站154(图1)或其他合适的通信设备的通信设备来实现。
在框604处，在第一通信设备的天线阵列处接收无线信号，该无线信号已经由第二通信设备传输。天线阵列包括多个天线元件。在实施例中，天线阵列是具有与上面参考图2讨论的模型200类似的格式的均匀线性阵列。在其他实施例中，天线阵列不是线性阵列，而是天线阵列具有另一合适的配置。
在实施例中，第一通信设备和第二通信设备在WLAN内，并且无线信号是WLAN信号。无线信号对应于具有诸如图4的PHY数据单元400的格式或其他合适格式的PHY数据单元。
在框608处，计算多个过采样匹配滤波器值，多个过采样匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的时间延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应的相位的不同值。
在实施例中，框608包括根据等式14计算多个过采样匹配滤波器值。在一些实施例中，框608包括使用第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的估计来计算多个过采样匹配滤波器值。例如，框608包括根据等式19和21中的一个或两个计算多个过采样匹配滤波器值。在实施例中，信道估计器524(图5)计算被用于计算多个过采样匹配滤波器值的信道估计。根据一个实施例，无线信号是具有PHY前导码的PHY数据单元，并且信道估计使用PHY前导码中的一个或多个字段而被计算。
在使用通信信道的估计的一些实施例中，框608包括对信道估计计算逆FFT以生成与第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道相对应的脉冲响应。在使用通信信道的估计的一些实施例中，框608包括诸如根据等式21计算2D FFT。在一些实施例中，FFT计算器528(图5)计算FFT、逆FFT等。
在一些实施例中，在框608中，匹配滤波器计算器532(图5)计算多个过采样匹配滤波器值。
在框612处，确定与首先到达天线阵列的无线信号的分量相对应的过采样匹配滤波器值中的局部最大值。跨与无线信号相对应的信号延迟的不同值和与无线信号相对应的相位的不同值来确定局部最大值。在实施例中，确定局部最大值包括确定局部最大值是否满足阈值。在实施例中，框612包括限制多个过采样匹配滤波器值的搜索空间，包括确定最大延迟值并且仅分析与小于最大延迟值的延迟相对应的局部最大值。
在框616处，确定与局部最大值(在框612处确定)相对应的无线信号在天线阵列处的入射角(即，到达角)。
在一些实施例中，框612和616使用执行机器可读指令的处理器(例如，处理器508(图5)、主机处理器118等)而被实现。在其他实施例中，框612和/或616使用硬件电路而被实现。
在一些实施例中，在框608处生成的匹配滤波器值不被过采样。
在一些实施例中，方法600还包括使用在框616处确定的入射角来确定第二通信设备的位置。例如，可以通过测量第一通信设备与第二通信设备之间的无线传输的飞行时间来确定第一通信设备与第二通信设备之间的距离，并且所确定的距离和所确定的入射角被用于确定第二通信设备的位置。
在其他实施例中，方法600还包括使用在框616处确定的入射角来确定、选择或调节波束导向矢量或矩阵。在其他实施例中，方法600还包括使用在框616处确定的入射角来确定干扰方向。
如上所述，框608、612、616可以使用硬件电路、执行机器可读指令的一个或多个处理器(例如，软件、固件等)或者硬件电路和执行机器可读指令的处理器的组合而被实现。当使用机器可读指令执行时，执行机器可读指令的一个或多个处理器可以包括与网络接口分离的处理器(例如，主机处理器118)和/或在网络接口中包括的一个或多个处理器(例如，处理器508)。
在实施例中，方法包括：在第一通信设备的天线阵列处接收由第二通信设备传输的无线信号，其中天线阵列包括多个天线；在第一通信设备处计算与无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的信号延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应的相位的不同值；在所述第一通信设备处跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，多个匹配滤波器值中的局部最大值对应于首先到达天线阵列的无线信号的分量；以及在通信设备处使用与多个匹配滤波器值中的局部最大值相对应的相位的值来计算到达角，其中到达角对应于无线信号在天线阵列处的入射角。
在其他实施例中，所述方法包括以下特征中的一个或两个或更多个的任何合适组合。
计算多个过采样匹配滤波器值包括使用第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的估计来计算多个过采样匹配滤波器值。
该方法还包括：在第一通信设备处通过执行对第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计的逆快速傅立叶变换(FFT)来计算第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的脉冲响应；其中计算多个过采样匹配滤波器值包括使用脉冲响应来计算多个过采样匹配滤波器值。
计算所述多个过采样匹配滤波器值包括：执行对第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计的二维快速傅立叶变换。
无线信号对应于具有PHY前导码的物理层(PHY)数据单元；方法还包括使用PHY数据单元的PHY前导码中的一个或多个字段来计算第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计；以及，计算多个过采样匹配滤波器值包括使用通信信道的频域估计来计算多个过采样匹配滤波器值。
确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值包括：跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值集合；以及选择集合中的局部最大值中的、与对应于最短延迟的无线信号的分量相对应的一个局部最大值。
确定局部最大值集合包括确定多个过采样匹配滤波器值中的超过阈值的局部最大值。
该方法还包括：在所述第一通信设备处确定最大延迟；其中确定局部最大值集合包括确定与小于最大延迟的延迟相对应的局部最大值。
确定最大延迟包括：在第一通信设备处确定与跨天线阵列的多个天线元件的脉冲响应样本的平方和的最大值相对应的延迟。
该方法还包括：在第一通信设备处使用到达角来确定第二通信设备的位置。
在另一实施例中，装置包括：一个或多个集成电路(IC)；以及与第一通信设备相关联的网络接口设备，其中网络接口设备在所述一个或多个IC上被实现，网络接口设备包括多个收发器。一个或多个IC被配置为：计算与在第一通信设备的天线阵列处接收的无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个匹配滤波器值对应于：i)与无线信号相对应的信号延迟的不同值，以及ii)与无线信号相对应的相位的不同值，其中无线信号是由第二通信设备传输的，其中所述天线阵列包括多个天线元件，并且其中多个收发器被耦合到天线阵列；跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，多个匹配滤波器值中的局部最大值对应于首先到达天线阵列的无线信号的分量；以及使用与多个匹配滤波器值中的局部最大值相对应的相位的值来计算到达角，其中到达角对应于无线信号的在天线阵列处的入射角。
在其他实施例中，所述装置包括以下特征中的一个或两个或更多个的任何合适组合。
一个或多个IC被配置为使用第一通信设备与所述第二通信设备之间的通信信道的估计来计算多个过采样匹配滤波器值。
一个或多个IC被配置为：通过执行对第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计的逆快速傅立叶变换(FFT)来计算第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的脉冲响应；以及，使用脉冲响应来计算多个过采样匹配滤波器值。
一个或多个IC被配置为：作为计算多个过采样匹配滤波器的一部分，执行对第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计的二维快速傅立叶变换。
无线信号对应于具有PHY前导码的物理层(PHY)数据单元；网络接口设备包括信道估计器，信道估计器被配置为使用PHY数据单元的PHY前导码中的一个或多个字段来计算第一通信设备与第二通信设备之间的通信信道的频域估计；以及，一个或多个IC被配置为使用通信信道的频域估计来计算多个过采样匹配滤波器值。
所述一个或多个IC被配置为：跨信号延迟的不同值和相位的不同值来确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值集合；以及，选择集合中的局部最大值中的、与对应于最短延迟的所述无线信号的分量相对应的一个局部最大值。
确定所述局部最大值集合包括确定多个过采样匹配滤波器值中的超过阈值的局部最大值。
一个或多个IC被配置为：确定最大延迟；以及确定集合以仅包括与小于最大延迟的延迟相对应的局部最大值。
一个或多个IC被配置为：将最大延迟确定为与跨天线阵列的多个天线元件的脉冲响应样本的平方和的最大值相对应的延迟。
一个或多个IC被配置为：使用到达角来确定第二通信设备的位置。
该装置还包括：一个或多个处理器，一个或多个处理器被实现在一个或多个IC上；以及，一个或多个存储器设备，一个或多个存储器设备被耦合到一个或多个IC或被实现在一个或多个IC上，并且一个或多个存储器设备存储机器可读指令，机器可读指令在由一个或多个处理器执行时使得一个或多个处理器：确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，以及，计算到达角。
至少一个处理器是网络接口设备的组件；以及机器可读指令在由至少一个处理器执行时使得至少一个处理器执行以下中的至少一项：i)确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，以及ii)计算到达角。
至少一个处理器与网络接口设备分离并且被耦合到网络接口设备；以及，机器可读指令在由至少一个处理器执行时使得至少一个处理器执行一下中的至少一项：i)确定多个过采样匹配滤波器值中的局部最大值，以及ii)计算到达角。
上述各种框、操作和技术中的至少一些可以利用硬件、执行固件指令的处理器、执行软件指令的处理器或其任何组合而被实现。当利用执行软件或固件指令的处理器来实现时，软件或固件指令可以被存储在任何计算机可读存储器中，诸如在磁盘、光盘或其他存储介质上，在RAM或ROM或闪存中，在处理器、硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器等中。软件或固件指令可以包括在由一个或多个处理器执行时引起一个或多个处理器执行各种动作的机器可读指令。
当以硬件实现时，硬件可以包括分立组件、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)等中的一个或多个。
尽管已经参考具体示例描述了本发明，这些示例仅用于说明而不是限制本发明，但是在不偏离本发明的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行改变、添加和/或删除。

Claims (23)

1.一种用于确定无线信号的到达角的方法，包括：
在第一通信设备的天线阵列处接收由第二通信设备传输的无线信号，其中所述天线阵列包括多个天线；
在所述第一通信设备处计算与所述无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个所述匹配滤波器值对应于：i)与所述无线信号相对应的信号时间延迟的不同值，以及ii)与所述无线信号相对应的相位的不同值；
在所述第一通信设备处跨所述信号延迟的不同值和所述相位的不同值来执行多个过采样匹配滤波器值的2维搜索以确定对应于各对信号时间延迟和相位的多个局部最大值；
在所述第一通信设备处，从所述多个局部最大值中确定第一局部最大值，所述多个匹配滤波器值中的所述第一局部最大值对应于首先到达所述天线阵列的所述无线信号的分量；以及
在所述通信设备处使用与多个所述匹配滤波器值中的所述第一局部最大值相对应的所述相位的值来计算到达角，其中所述到达角对应于所述无线信号的在所述天线阵列处的入射角。
2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述多个过采样匹配滤波器值包括：使用所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的通信信道的估计来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在所述第一通信设备处通过执行对所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计的逆快速傅立叶变换(FFT)来计算所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的脉冲响应；
其中计算所述多个过采样匹配滤波器值包括使用所述脉冲响应来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中计算所述多个过采样匹配滤波器值包括：
执行对所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计的二维快速傅立叶变换。
5.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述无线信号对应于具有物理层PHY前导码的PHY数据单元；
所述方法还包括使用所述PHY数据单元的所述PHY前导码中的一个或多个字段来计算所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计；以及
计算所述多个过采样匹配滤波器值包括使用所述通信信道的所述频域估计来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中从所述多个局部最大值中确定所述第一局部最大值包括：
选择所述多个局部最大值中的所述局部最大值中的、与对应于最短时间延迟的所述无线信号的分量相对应的局部最大值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述多个局部最大值包括确定多个过采样匹配滤波器值中的、超过阈值的局部最大值。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述第一通信设备处确定最大时间延迟；
其中确定所述多个局部最大值包括确定与小于所述最大时间延迟的时间延迟相对应的局部最大值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述最大时间延迟包括：
在所述第一通信设备处确定与跨所述天线阵列的多个天线元件的脉冲响应样本的平方和的最大值相对应的时间延迟。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：
在所述第一通信设备处使用所述到达角来确定所述第二通信设备的位置。
11.一种用于确定无线信号的到达角的装置，包括：
一个或多个集成电路IC；以及
与第一通信设备相关联的网络接口设备，其中所述网络接口设备在所述一个或多个IC上被实现，所述网络接口设备包括多个收发器；
其中所述一个或多个IC被配置为：
计算与在所述第一通信设备的天线阵列处接收的无线信号相对应的多个过采样匹配滤波器值，多个所述匹配滤波器值对应于：i)与所述无线信号相对应的信号时间延迟的不同值，以及ii)与所述无线信号相对应的相位的不同值，其中所述无线信号由第二通信设备传输，其中所述天线阵列包括多个天线元件，并且其中所述多个收发器被耦合到所述天线阵列，
跨所述信号延迟的不同值和所述相位的不同值来执行多个过采样匹配滤波器值的2维搜索以确定对应于各对信号时间延迟和相位的多个局部最大值；
从所述多个局部最大值中确定第一局部最大值，所述多个匹配滤波器值中的所述第一局部最大值对应于首先到达所述天线阵列的所述无线信号的分量，以及
使用与多个所述匹配滤波器值中的所述第一局部最大值相对应的所述相位的值来计算到达角，其中所述到达角对应于所述无线信号的在所述天线阵列处的入射角。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为使用所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的通信信道的估计来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
通过执行对所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计的逆快速傅立叶变换(FFT)来计算所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的脉冲响应；以及
使用所述脉冲响应来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
作为计算所述多个过采样匹配滤波器的一部分，执行对所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计的二维快速傅立叶变换。
15.根据权利要求12所述的装置，其中：
所述无线信号对应于具有物理层PHY前导码的PHY数据单元；
所述网络接口设备包括信道估计器，所述信道估计器被配置为使用所述PHY数据单元的所述PHY前导码中的一个或多个字段来计算所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的所述通信信道的频域估计；以及
所述一个或多个IC被配置为使用所述通信信道的所述频域估计来计算所述多个过采样匹配滤波器值。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
选择所述多个局部最大值中的所述局部最大值中的、与对应于最短时间延迟的所述无线信号的分量相对应的局部最大值。
17.根据权利要求16所述的装置，其中确定所述多个局部最大值包括确定多个过采样匹配滤波器值中的超过阈值的局部最大值。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
确定最大时间延迟；以及
确定所述多个局部最大值以仅包括与小于最大时间延迟的时间延迟相对应的局部最大值。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
将所述最大时间延迟确定为与跨所述天线阵列的多个天线元件的脉冲响应样本的平方和的最大值相对应的时间延迟。
20.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其中所述一个或多个IC被配置为：
使用所述到达角来确定所述第二通信设备的位置。
21.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，还包括：
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被实现在所述一个或多个IC上；以及
一个或多个存储器设备，所述一个或多个存储器设备被耦合到所述一个或多个IC或者被实现在所述一个或多个IC上，其中所述一个或多个存储器设备存储机器可读指令，所述机器可读指令在由所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器：
从所述多个局部最大值中确定所述第一局部最大值，以及
计算所述到达角。
22.根据权利要求21所述的装置，其中：
至少一个处理器是所述网络接口设备的组件；以及
所述机器可读指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器至少执行以下项中的至少一项：
i)从所述多个局部最大值中确定所述第一局部最大值，以及
ii)计算所述到达角。
23.根据权利要求21所述的装置，其中：
至少一个处理器与所述网络接口设备分离并且被耦合到所述网络接口设备；以及
所述机器可读指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器至少执行以下项中的至少一项：
i)从所述多个局部最大值中确定所述第一局部最大值，以及
ii)计算所述到达角。
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