CN113454928A - 用于确定针对通信的到达角的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定针对频率调制通信的到达角(AOA)的系统和方法。该系统可以包括彼此隔开一段距离的第一天线和第二天线，并且被配置为以频率调制信号的形式接收无线通信。该系统可以与信号中的调制无关地确定所接收的信号之间的相位差，从而支持确定AOA。

Description

用于确定针对通信的到达角的系统和方法
技术领域
本申请涉及确定关于无线信号的到达角，并且更具体地涉及确定针对通信的到达角(AOA)。
背景技术
AOA可以通过比较从两个天线输出的RF信号的相位而被计算。用于比较RF信号的传统技术依赖于锁相接收器来比较相位，或依赖于单个信号换向接收器来在RF信号中所传送的消息分组的单个专用区段期间的后续间隔期间比较相位。
一种传统类型的AOA计算设备在几微秒范围内的持续时间使用消息分组的有效载荷的单个专用区段。该方法有几个缺点。首先，单个专用区段可能没有针对被用于生成消息分组的通信协议而被标准化，留下一些设备由于单个专用区段而不能够理解消息分组内的数据。其次，单个专用区段可以减少用于数据传输所允许的时间(例如，它占用了有效载荷的一部分)。为了避免显著的减少，传统系统中的单个专用分组的持续时间短，只留下针对AOA的简短窗口要被确定，并且因此AOA确定可以易于出错。第三，随着单个专用区段变得更短，处理带宽变得更大，并且因此噪声引起的错误可能会增加。
至少由于这些原因，传统的基于相位的AOA系统通常与实施已经适配于AOA确定的特定通信协议的设备不兼容。附加地，这些传统系统常常无法根据通信协议在单个专用区段的大小与有效载荷或数据的大小之间实现可行的妥协。
发明内容
提供了一种用于基于从至少两个天线输出的RF信号来确定AOA的系统和方法。RF信号可以表示由至少两个天线接收的电磁波。AOA确定可以基于针对根据通信协议接收的标准通信分组的任意长度的RF信号的相位测量。相位测量可以在不妥协于具有专用区段的数据分组的情况下而被确定，并且针对时间的任意时段被确定，以提高相位测量的准确度。这样，关于能够根据通信协议进行传送的任何设备，相位测量可以被获取。
在一个实施例中，系统可以基于单个换向接收器，该换向接收器比较根据通信协议发送的消息分组的后续区段上的接收相位。
在一个实施例中，系统可以使用多个锁相接收器来比较来自两个接收器的接收相位。
在一个实施例中，提供了一种用于确定针对频率调制通信的到达角的系统。该系统可以包括：第一天线、第二天线、以及控制器。第一天线能够无线接收频率调制通信以生成第一频率调制输出。第二天线可以与第一天线被隔开一段距离，并且能够无线接收频率调制通信以生成第二频率调制输出，第一频率调制输出和第二频率调制输出指示在不同时间到达第一天线和第二天线的频率调制通信。
控制器可以被配置为确定由第一天线和第二天线接收的第一频率调制输出和第二频率调制输出之间的相位差，其中相位差基于从第一频率调制和第二频率调制输出确定的未调制形式而被确定，并且其中相位差与第一频率调制输出和第二频率调制输出中的频率调制无关地被确定。
在一个实施例中，提供了一种用于确定针对频率调制通信的到达角的方法。该方法可以包括：基于在第一天线中对频率调制通信的无线接收，生成第一频率调制输出；以及基于在第二天线中对频率调制通信的无线接收，生成第二频率调制输出，其中第二天线与第一天线被隔开一段距离；该方法还包括产生第一频率调制输出的第一未调制形式和第二频率调制输出的第二未调制形式。相位差可以基于第一未调制形式和第二未调制形式而被确定，使得相位差与第一频率调制输出中的频率调制和第二频率调制输出中的频率调制无关地被确定。
在一个实施例中，提供了一种用于确定针对无线通信信号的到达角的系统。该系统可以包括：第一天线，该第一天线能够无线接收无线通信信号的第一任意长度，以支持第一频率调制分段的生成；该系统还包括第二天线，该第二天线与第一天线被隔开一段距离，并且第二天线能够无线接收无线通信信号的第二任意长度，以支持第二频率调制分段的生成。第一频率调制分段和第二频率调制分段在不同时间到达第一天线和第二天线，并且第一频率调制分段和第二频率调制分段包括表示数据的频率调制。
该系统可以包括控制器，该控制器被配置为确定由第一天线和第二天线接收的第一频率调制分段和第二频率调制分段之间的相位差，其中相位差基于第一频率调制分段的未调制形式和第二频率调制分段的未调制形式而被确定，并且与表示数据的频率调制无关地被确定。
在一个实施例中，提供了一种用于确定针对调制通信的到达角的系统。该系统可以包括：第一天线、第二天线、以及控制器。第一天线能够无线接收调制通信，以生成第一调制输出。第二天线与第一天线被隔开一段距离，并且能够无线接收调制通信，以生成第二调制输出。第一调制输出和第二调制输出指示在不同时间到达第一天线和第二天线的调制通信，并且其中调制通信包括多个专用部分，在多个专用部分期间的调制通信的一个或多个特性被预先确定。
控制器可以被配置为确定由第一天线和第二天线接收的第一调制输出和第二调制输出之间的相位差，其中相位差基于在与多个专用部分相对应的时段期间的第一调制输出和第二调制输出的一个或多个样本而被确定
在一个实施例中，提供了一种用于确定针对调制通信的到达角的方法。该方法可以包括：基于在第一天线中对调制通信的无线接收，生成第一调制输出，以及基于在第二天线中对调制通信的无线接收，生成第二调制输出。第二天线与第一天线被隔开一段距离。该方法可以包括对应于调制通信的多个专用区段的至少一部分，对第一调制输出和第二调制输出进行采样，以及基于第一调制输出和第二调制输出的样本来确定相位差。
在一个实施例中，提供了一种用于支持确定针对无线通信信号的到达角的传输设备，无线通信信号从该传输设备被发送。该传输设备可以包括：天线阵列，该天线阵列被配置为经由被提供给远程设备的电磁波形来发送无线通信信号，该天线阵列可以包括一个或多个天线。该传输设备可以包括通信接口，该通信接口包括发送器，该发送器被配置为在无线通信信号中发送多个消息分组。该多个消息分组可以包括专用部分，在专用部分期间的无线通信信号的一个或多个特性被预先确定，其中无线通信信号中的专用部分的存在支持确定无线通信信号相对于远程设备的到达角。在专用部分的传输之前，一个或多个特性可以被预先确定。作为一个示例，通信接口可以结合发送包括专用部分的消息分组来确定一个或多个特性。在专用部分的传输之前，一个或多个特性可以在数据分组中被传送。
通信接口可以被配置为动态地改变专用部分的一个或多个特性，使得针对第一消息分组的第一专用部分的一个或多个特性不同于针对第二消息分组的第二专用部分的一个或多个特性。通信接口可以被配置为在专用部分的传输之前，向远程设备传送与一个或多个特性有关的专用部分信息。
在详细解释本发明的实施例之前，应当理解，本发明不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的操作细节或组件的构造和布置的细节。本发明可以在各种其他实施例中实现并且可以以本文未明确公开的备选方式来被实践或执行。此外，应当理解，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。“包括(including)”和“包括(comprising)”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等价物以及附加项目和其等价物。此外，可以在各种实施例的描述中使用列举。除非另有明确说明，列举的使用不应被解释为将本发明限制于任何特定顺序或组件数目。列举的使用也不应被解释为从本发明的范围中排除任何可能与列举的步骤或组件结合或被结合到列举的步骤或组件中的附加步骤或组件。
附图说明
图1是被配置为接收电磁波的两个天线的代表性视图，并且描绘了该波相对于两个天线的到达角。
图2是被配置为接收电磁波的两个天线的另一代表性视图，并且描绘了该波相对于两个天线的到达角。
图3是根据一个实施例的系统。
图4是根据一个实施例的设备的代表性视图。
图5是根据一个实施例的利用编码数据的RF通信的代表性视图。
图6描绘了根据一个实施例的被耦合到相位检测器的第一天线和第二天线。
图7A示出了根据一个实施例的消息分组。
图7B示出了根据一个实施例的与用于确定相位差的专用部分相对应的消息分组内的数据流。
图7C示出了根据一个实施例的针对专用部分的数据值。
图7D示出了根据一个实施例的用于在第一天线和第二天线之间切换的控制信号或切换输入。
图7E示出了根据一个实施例的用于在第一天线和第二天线之间切换的控制信号或切换输入。
图8描绘了根据一个实施例的被耦合到相位检测器的第一天线和第二天线。
图9描绘了根据一个实施例的被耦合到相位检测器的第一天线和第二天线。
图10描绘了根据一个实施例的被耦合到相位检测器的第一天线和第二天线。
图11示出了根据一个实施例的调制解调器(MODEM)。
图12示出了根据一个实施例的数控振荡器。
图13示出了根据一个实施例的数控振荡器。
具体实施方式
结合本公开的一个或多个实施例，提供了一种用于确定针对频率调制通信的到达角(AOA)的系统和方法。该系统可以包括彼此隔开一段距离的第一天线和第二天线。第一天线和第二天线两者都可以被配置为以频率调制信号的形式接收无线通信。该系统可以与所接收的信号中的调制无关地确定所接收的信号之间的相位差，从而支持确定AOA。应注意，AOA可以不仅根据本文所描述的一个或多个实施例而被确定。AOA确定可以根据一个或多个其他技术而被补充，包括基于幅度或幅度和相位的混合的AOA确定。
根据本公开的一个实施例，第一天线102-A1和第二天线102-A2在图1和图2所示的实施例中被示出。第一天线102-A1和第二天线102-A2可以被隔开距离d，并且被配置为从源接收通过空间传播的电磁波。在一个实施例中，诸如图3所示的实施例中被描绘的源，电磁波的源可以是便携式设备20，并且第一天线102-A1和第二天线102-A2可以形成被布置在对象10上的天线阵列30。本公开不限于具有第一和第二天线102的天线阵列30——天线阵列30可以包括一个或多个天线102，包括以距离间隔被提供的三个或更多个天线102。可选地，天线阵列30中的多个中的一个或多个天线102的波束可以不同于多个中的至少一个其他天线102的另一波束。波束的差异可以包括方向性(例如，全向或定向)和增益、或它们的组合。
在图1和图2所示的实施例中，第一天线102-A1和第二天线102-A2可以被隔开距离d，并且被配置为接收具有与波长λ相对应的频率(例如，载波频率)的平面波101。每个天线102-A1、102-A2可以输出与由天线102-A1、102-A2检测到的平面波101的分量对应的波形信号。为了讨论的目的，将第一天线102-A1和第二天线102-A2隔开的距离d是平面波101的频率的波长λ的一半。这样，平面波101相对于第一天线102-A1和第二天线102-A2的AOA是从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的波形信号的相位差的一半。该相位差可以作为相位差信号104而被输出，在一个实施例中，相位差信号104具有与相位差的值相对应的电压(例如，2.5V＝>0°，5V＝>90°，0V＝>-90°)。
在一个示例中，如果入射到第一天线102-A1和第二天线102-A2的平面波101的源被放置为与第一天线102-A1和第二天线102-A2呈90°，则从第二天线102-A2输出的波形信号领先从第一天线102-A1输出的波形信号180°。通过确定从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的波形信号之间的相位差，AOA可以被标识。在该示例中，通过确定相位差为180°，并且在距离d是波长λ的一半的情况下，AOA可以被确定为90°。作为另一示例，如果从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的波形信号的相位差是0°，则AOA可以被确定为0°。并且如果从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的波形信号的相位差是-180°，则AOA可以被确定为-90°。
基于这些示例可以看出，在距离d是波长λ的一半的情况下，AOA是相对于由第一天线102-A1和第二天线102-A2检测到的平面波101所确定的相位差的一半。距离d可能逐应用而变化并且不必是波长λ的一半。相反，该距离d被提供是为了支持相对于图2的理解，并且是为了证明AOA可以被确定为根据相对于由第一天线102-A1和第二天线102-A2检测到的平面波101所确定的相位差而变化。
出于公开的目的，图2中的示例结合确定针对入射两个天线102的平面波101的接收的AOA而被描述。从附加天线输出的波形信号可以与上述波形信号被比较，用于确定具有进一步置信度的AOA或三维的AOA、或两者。例如，在三个天线102彼此隔开使得每个天线102与相邻的天线102被隔开距离d(形成等边三角形)的情况下，AOA可以在三维空间中被确定，而不是根据一个实施例的相对于源位置在平面上的投影。
I.系统概述
根据一个实施例的系统在图3的所示的实施例中被示出并且总体上被指定为100。系统100可以包括如本文概述的一个或多个系统组件。系统组件可以是用户或电子系统组件，电子系统组件可以是便携式设备20、传感器40和对象组件50。如本文所讨论的，对象组件50可以被配置为作为这些设备中的任何一个或多个设备来操作。在该意义上，在一个实施例中，便携式设备20、传感器40和对象组件50之中可以有若干共用的方面或特征。换句话说，结合图4中所描绘的对象组件50所描述的特征可以并入便携式设备20或传感器40、或两者。在一个实施例中，对象组件50可以形成被布置在对象10上的设备组件，诸如车辆或建筑物。对象组件50可以被通信地耦合到对象10的一个或多个系统以控制对象10的操作、向对象10的一个或多个系统发送信息、或从对象10的一个或多个系统接收信息、或上述组合。
对象组件50可以包括执行一个或多个应用57(软件和/或包括固件)的一个或多个处理器51、一个或多个存储器单元52(例如，RAM和/或ROM)、以及一个或多个通信接口53、以及其他电子硬件。对象组件50可以具有或可以不具有经由通信接口53控制对下级设备/电子器件的访问的操作系统56。对象组件50可以具有也可以不具有基于硬件的密码单元55——在它们不存在的情况下，密码功能可以在软件中被执行。对象组件50可以具有或可以不具有(或可以访问)安全存储器单元54(例如，安全元件或硬件安全模块(HSM))。在所示的实施例中，可选组件和通信路径以虚线被示出。
图3所示的实施例中的系统100不依赖于任何组件中的安全存储器单元54的存在。在可选地不存在安全存储器单元54的情况下，可以以其他方式被存储在安全存储器单元54中(例如，私有和/或秘密密钥)的数据可以被静态加密(当可能时)。基于软件的缓解措施和基于硬件的缓解措施两者可以被利用来基本上阻止对这样的数据的访问、以及基本上阻止或检测或阻止和检测整个系统组件妥协。这样的缓解特征的示例包括实现物理障碍或屏蔽、禁用JTAG和其他端口、强化软件接口以消除攻击向量、使用受信任的执行环境(例如，硬件或软件，或两者)、以及检测操作系统根访问或妥协。
出于公开的目的，安全通常被认为是机密(加密)、经认证和完整性验证。然而，应当理解，本公开不限于此，并且术语“安全”可以是这些方面的子集或者可以包括与数据安全相关的附加方面。
通信接口53可以是任何类型的通信链路，包括本文所描述的任何类型的通信链路，包括有线的或无线的。通信接口53可以支持外部或内部或两者的通信。例如，通信接口53可以被耦合到或被并入天线阵列30。
作为另一示例，通信接口53可以向呈便携式设备20形式的另一对象组件50提供无线通信链路，诸如根据WiFi标准的无线通信。在另一示例中，通信接口53可以被配置为经由有线链路(诸如可以支持多个设备之间的通信的基于CAN的有线网络)与车辆的设备组件(例如，车辆组件)通信。一个实施例中的通信接口53可以包括用于向用户60发送信息和/或从用户60接收信息的显示器和/或输入接口。
在一个实施例中，如图4所示，对象组件50可以被配置为与除另一对象组件50或用户之外的一个或多个辅助设备通信。辅助设备可以被配置为与对象组件50不同——例如，辅助设备可以不包括处理器51，并且反而可以包括用于对象组件50的信息的传输或接收或两者的至少一个直接连接和/或通信接口。例如，辅助设备可以是接受来自对象组件50的输入的螺线管，或者辅助设备可以是向电子系统组件200提供模拟和/或数字反馈的传感器(例如，接近传感器)。
所示的实施例中的系统100可以被配置为实时确定关于便携式设备20的位置信息。在图3所示的实施例中，用户60可以携带便携式设备20(例如，智能电话)。系统100可以支持以足够的精度实时地相对于对象10(例如，车辆)定位便携式设备20，以确定用户是否位于如下位置处：对对象的访问或针对对象命令的许可应该被准许的位置处。
例如，在对象10是车辆的实施例中，系统100可以支持确定便携式设备20是否在车辆外部但非常接近驾驶员侧车门，诸如5英尺、3英尺或2英尺或更小。该确定可以形成用于标识系统100是否应该解锁车辆的基础。另一方面，如果系统100确定便携式设备20在车辆外部并且不接近驾驶员侧门(例如，在2英尺、3英尺或5英尺的范围之外)，则系统100可以确定锁上驾驶员侧车门。作为另一示例，如果系统100确定便携式设备20非常接近驾驶员侧座椅但不接近乘客座椅或后排座椅，则系统100可以确定启用车辆的移动。相反，如果便携式设备20被确定为在非常接近驾驶员侧座椅的外部，则系统100可以确定固定车辆或保持车辆的固定。
对象10可以包括多个对象组件50或其变体，诸如根据本文的一个或多个实施例的被耦合到天线阵列30的传感器40。传感器40可以被配置为至少部分地基于关于由天线阵列30的两个或更多个天线102接收的通信所确定的相位差，来确定关于与便携式设备20的通信的到达角。
便携式设备20的微位置可以以多种方式而被确定，诸如使用从全球定位系统获取的信息、来自便携式设备20的通信的一个或多个信号特性，以及一个或多个传感器(例如，接近传感器、限位开关，或视觉传感器)，或其组合。可以配置系统100的微定位技术的示例被如下专利公开：由Raymond Michael Stitt等人于2017年4月14日提交的、主题为“用于建立实时位置的系统和方法(SYSTEM AND METHOD FOR ESTABLISHING REAL-TIMELOCATION)”的美国非临时申请No.15/488，136——其公开内容通过引用整体并入本文。
在一个实施例中，在图3所示的实施例中，对象组件50(例如，系统控制模块(SCM))和多个传感器40(被耦合到天线阵列30)可以被布置在对象10上或相对于对象10的固定位置上。对象10的示例用例包括在前面的示例中标识的车辆、或其访问由对象组件50控制的建筑物。所示的实施例中的传感器40可以被并入或被耦合到如本文所述的一个或多个天线102。传感器40的布置(arrangement)或位置可以根据本文所描述的一个或多个实施例。对象组件50的信号处理可以根据本文所描述的一个或多个实施例。
便携式设备20可以与对象组件50经由通信链路无线通信。多个传感器40可以被配置为嗅探便携式设备20和对象组件50之间的通信以确定通信的一个或多个信号特性，诸如信号强度或到达角，或两者。所确定的信号特性可以被传送或分析，并且然后经由与便携式设备20和对象组件50之间的通信链路隔开的通信链路，向对象组件50传送。附加地或备选地，便携式设备20可以建立与一个或多个传感器40的直接通信链路，并且一个或多个信号特性可以基于该直接通信链路而被确定。
作为一个示例，如图示实施例中所示，相对于被发送到天线阵列30A、30B的通信的到达角可以根据便携式设备20相对于天线阵列30A、30B的位置而变化。在图3所示的实施例中所示的位置处，便携式设备20可以发送以第一角度θ1到达天线阵列30A并且以第二角度θ2到达天线阵列30B的通信，第二角度θ2比第一角度θ1更锐利或更小。至少基于这两个到达角，便携式设备20的位置可以被确定，或者结合一个或多个其他感测到的特性而被确定的便携式设备20的位置的准确度可以被提高。
如本文所述，一个或多个信号特性可以被分析，诸如信号强度和到达角，以确定关于便携式设备20相对于对象10的位置信息、相对于对象10的一个方面的位置信息，或相对于对象组件50的位置信息，或上述组合。例如，传感器40和对象组件50之间的到达的时间差或到达角的时间差或两者可以被处理以确定便携式设备20的相对位置。一个或多个天线阵列30相对于对象组件50的位置可以是已知的，使得便携式设备20的相对位置可以被转换成关于天线阵列30和对象组件50的绝对位置。
信号特性的附加或备选示例可以被获取以支持根据一种或多种算法确定位置，包括距离函数、三边测量函数、三角测量函数、多边函数、指纹函数、微分函数、飞行时间函数、到达时间函数、到达时间差函数、出发角函数、几何函数等，或其任何组合。
II.相位检测器
根据一个或多个实施例的相位检测组件70可以被并入系统100中以确定从两个或更多个天线102输出的波形信号之间的相位差。根据一个实施例，相位检测组件70可以被并入传感器40的通信接口53中。一个实施例中的相位检测组件70可以形成如下接收器，该接收器能够解调经由从两个或更多个天线102输出的波形信号接收的通信。
相位检测组件70可以被配置为生成相位差输出，诸如结合图1和图2的所示的实施例所描述的相位差信号104。相位差输出可以是指示相位差的任何类型的输出，包括例如具有表示相位差的电压的模拟信号、具有表示相位差的占空比的PWM信号、表示可以被传送到另一组件的相位差的一组串行位，以及相位差被存储于其中的存储器寄存器，或上述任意组合。
基于从第一和第二天线102输出的波形信号的相位差，系统100可以确定关于如下电磁波的到达角：生成从第一和第二天线102输出的波形信号的电磁波。在所示的实施例中，波由便携式设备20产生，但是应当理解，波可以由系统100的任何组件生成，包括从传感器40。
结合图1和图2所示的实施例描述了用于基于来自第一和第二天线102的波形输出信号之间的相位差来确定到达角的函数的示例。到达角可以在对象组件50、或传感器40、或系统100的任何组件、或它们的任何组合中被确定。在一个实施例中，到达角可以关于多对天线102(例如，第一和第二天线102、第二和第三天线102、以及第一和第三天线)而被确定。基于一对或多对天线102的到达角，关于便携式设备20的位置的信息可以被确定。
由便携式设备20或系统100的另一组件生成的电磁波可以依赖于应用以及通信是否正在被发送(例如，数据位)而变化。在一个实施例中，电磁波可以包括具有频率FC的载波。电磁波可以在没有通信和没有调制的情况下以频率FC或另一频率保持基本不变。例如，电磁波可以在其整个持续时间内基本不变或者可以在一个时间段内基本不变。
在一个实施例中，电磁波可以被调制以将通信从第一设备发送向第二设备发送。通信可以包括以下数据：a)从第一设备生成和发送的数据，以及b)由第二设备接收和处理的数据。被利用于针对通信的传输的调制方案可以逐应用而变化。示例调制方案包括频移键控(FSK)、幅移键控(ASK)、最小频移键控(MSK)和高斯最小频移键控(GMSK)。
图5中示出了根据一个实施例的对电磁波的调制的表示。所示的实施例中的示意图描绘了GMSK频率调制波形的频率与时间的关系，该关系具有由第一频率204和第二频率206在f1、f2处表示的符号(例如，数据位)，其中f1、f2可以以中心频率f0为中心。换言之，图5中所示的电磁波形201是2电平(或两个符号)GMSK频率调制(FM)波形。
在所示的实施例中，从第一频率204到第二频率206从第二频率206到第一频率204的改变可以支持经由电磁波的符号的传输或通信。该通信模式的示例包括2.402MHz的中心频率以及相对于中心频率分别为+180kHz和-180kHz的第一频率204和第二频率206。
需要注意的是，GMSK具有使其对基于相位的AOA有用的特性。例如，当传输相同符号的序列时，频率可以保持基本不变或稳定而不改变。此外，当从一个符号改变为另一符号时，GMSK中的相位可以是连续的。
在一个实施例中，如本文所讨论的，相位差输出可以关于包括调制的电磁波形的部分203而被确定。因为由于调制引起的变化可以发生在电磁波的不同时间点，并且因为在一个实施例中相位检测器的第一和第二天线102可以被隔开距离d，所以相位检测器可以确定以第一频率204输出的第一波形与以第二频率206输出的第二波形之间的相位差。例如，在从第一频率204到第二频率206的转变处或附近，第一天线102(如果靠近电磁波形源)可以输出对应于第二频率206的波形信号，同时第二天线102(如果远离电磁波形源)可以输出仍然对应于第一频率204的波形信号。
根据本公开的一个实施例可以从由第一和第二天线102生成的波形输出信号中移除调制，从而提供基于未调制形式的波形输出信号的比较。作为一个示例，来自第一和第二天线102的波形输出信号可以被处理以产生具有共用频率(例如，载波频率)而没有调制的未调制波形输出信号。根据一个实施例，两个未调制波形输出信号的相位可以被相互比较以产生相位差输出。调制可以从波形输出信号中被动态地移除——即，不是预先知道调制将是什么以便从波形输出信号中移除它们，而是调制可以从波形输出信号被确定并且以动态方式从波形输出信号移除。
在一个实施例中，通过从波形输出信号中移除调制，针对从第一和第二天线102生成的针对多个时间时段的波形输出信号的相位差可以被确定，上述多个时间时段明显长于根据通信协议的消息分组、这样的消息分组的部分、或多个消息分组之间的持续时间、或其任何组合。出于公开的目的，消息帧可以是以太网分组或类似于图7所示的实施例中所描绘的分组。换句话说，在一个实施例中，不必等到已知波形输出信号共享共用频率以便确定针对两个信号的相位差输出。相位差输出可以关于来自第一和第二天线102的波形输出信号而被确定，而不管提供波形输出信号基础的电磁波中的任何频率调制。
在备选实施例中，相位差输出可以基于针对电磁波形的专用或指定部分202的波形输出信号的比较而被确定。电磁波形的专用部分202可以提供电磁波形201的一个或多个方面在其期间已知或被预先确定的时段，并且因此支持确定相位差。专用部分202的预先确定可以包括在专用部分202的传输之前动态确定专用部分202的一个或多个方面(例如，消息分组内的时间位置、持续时间或调制内容，或其组合)。在一个实施例中，这些一个或多个方面可以在与专用部分202相同的消息分组中但是在专用部分202的传输之前被传送给接收器。
为了提供专用部分202的一些示例，如果在专用部分202的期间，电磁波形201的频率和相位保持基本不变，则从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号之间的相位比较可以在不需要以针对电磁波形201的频率或相位或两者的变化的RF信号为条件下进行。作为另一个示例，电磁波形201的频率或相位或两者的调制可以在传输之前被建立或者可以被接收器知道，使得在确定相位差时，这些调制可以被考虑。考虑调制的示例包括根据本文中的一个或多个实施例生成未调制形式的RF信号，或将用于确定相位的采样时段限制为共享一个或多个共用特性的RF信号的部分，例如，在0被发送的同时进行采样，并且避免在由于调制引起的转变的期间进行采样。在另一示例中，采样时段可以被确定为使得RF信号关于频率和相位基本相同，并且可选地在不同时间段的期间被获取。
电磁波形201的专用部分202的定时或一个或多个特性或其组合可以动态地确定，例如，在消息分组的传输之前由发送器动态地确定。发送器可以被并入设备50的通信接口53中。
附加地或备选地，电磁波形201的专用部分202的定时或一个或多个特性或其组合可以根据通信协议标准(例如，WiFi)而被建立。作为一个示例，电磁波形201的专用部分202的时间位置和持续时间可以被建立用于通信协议，以便使用该协议进行通信的设备知道专用部分202存在于通信中，并且专用部分202可以被用作确定关于共享共用频率特性的波形输出信号的相位差输出的基础。可以根据通信协议标准动态被确定或建立的专用部分202的一个或多个特性的示例包括传输频率、传输持续时间，以及消息分组内的定时位置。例如，在图5所示的实施例中，在表示符号的调制之间以第一频率F1提供专用部分202，使得在用于相位测量的专用部分202的期间，单个符号被重复(由频率F1、204表示)。
专用部分202的一个或多个方面可以在消息分组600之间变化。例如，专用部分202在消息分组600中的定时位置对于一个消息分组与另一消息分组可以不同。换言之，一个消息分组中的定时位置可以与另一分组中的定时位置不同。这样，伪造相位差(以及由此产生的到达角确定)的尝试可以被宣布无效。例如，如果坏设备尝试伪造相位差，则坏设备将需要知道专用部分202的正确位置以生成一个或多个电磁波来伪造相位差。
针对专用部分202变化的一个或多个方面可以被传送给相位检测组件70以支持专用部分202在确定相位差中的使用。在一个实施例中，要在第一消息分组600中被发送的专用部分202的一个或多个特性在第一消息分组600中但在其专用部分202的传输之前被传送。附加地或备选地，专用部分202的一个或多个方面可以以加密形式向相位检测组件70传送。共享密钥可以在相位检测组件70和电磁波201的发送器之间被建立，以支持包括要被传送到相位检测组件70的专用部分202的一个或多个方面的信息的加密。
在一个实施例中，专用部分202可以不具有不变频率特性。例如，专用部分202可以包括与如下符号相对应的调制：在专用部分202的传输之前定义的符号。这样，相位检测器可以基于调制的已知值移除调制，或者在一个或多个时段对专用部分202进行采样，这些时段基本上排除了从一个频率到另一频率的转变时段。通过知道调制的定时，一个或多个时段可以被确定以避免由于转变时段的采样而对相位差测量产生不利影响。专用部分202的符号可以在传输之前以安全的方式被传送给相位检测器，从而允许这些符号动态地或以可以从一个消息分组到另一消息分组变化的方式而被确定。
在一个实施例中，可以存在分散在整个消息分组中的多个专用部分202。根据标准，这些专用部分202的位置可以保持静态或相同。附加地或备选地，专用部分202的位置可以从一个消息分组到另一消息分组变化。位置可以作为消息分组的部分或在先前的消息分组中，可选地以安全的方式进行通信。通过改变专用部分202的位置，尝试伪造系统以确定有利于坏设备的不正确相位差的坏设备可以被宣布无效。
在图7A至图7E所示的实施例中，根据通信的一个实施例的消息分组被示出并且被指定为600。消息分组600可以被定义为包括多个位字段，包括前导码、地址、有效载荷和帧校验序列。位字段的类型和数目可以基于通信协议(例如，通信协议的数据链路层)而变化。所示的实施例中的消息分组600可以经由电磁波形201作为从左到右的一系列符号而被发送。如本文所讨论的，专用部分202或多个专用部分可以在消息分组600中被提供。专用部分202的一个或多个位置和每个专用部分202的比特序列针对发送器(例如，便携式设备20)和接收器(例如，天线阵列30和传感器40)的通信会话可以保持静态或可以是动态的。专用部分202的示例动态方面包括专用部分202相对于另一专用部分202(在同一消息分组或另一消息分组内，或其组合内)的比特序列的差异。专用部分202的另一示例动态方面是专用部分202或其多个在消息分组600内的一个或多个位置不同于专用部分202或其多个在另一消息分组600内的一个或多个位置。消息分组600内的专用部分202的动态方面可以在消息分组600的传输之前或在消息分组600内但在专用部分202出现之前被传送给相位检测组件70。
图7B至图7E描绘了根据本公开的一个或多个实施例的消息分组600的专用部分202，示出了关于图7A中的专用部分202的放大视图并且示出了消息分组600和相位检测组件70的定时的相关方面。所示的实施例中的专用部分202设置在消息分组600的有效载荷字段中被提供——但本公开不限于此。专用部分202可以在消息分组600的一个或多个其他位置处被提供。
图7B所示的实施例示出了消息分组600的有效载荷字段的比特值可以变化。即，消息分组600的被标识为专用部分202的部分可以不是一个消息分组600中的专用部分202，而是另一消息分组600中的专用部分202。附加地或备选地，一个消息分组600中的专用部分202的比特值可以不同于另一消息分组600中的专用部分202的比特值。
出于讨论的目的，根据一个实施例的专用部分202的比特值在图7C中被描绘。图7中的专用部分202包括重复序列1000，其中1指示每个序列的开始。
相位检测组件70可以基于在专用部分202的期间的从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号的样本来确定从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号之间的相位差。从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号可以同时或在不同时间被采样。作为一个示例，如果RF信号在不同时间被采样，则关于专用部分202的基本上相似的部分(例如，相同类型的调制)的样本可以被获取——诸如由图7C中的0标识的部分。备选地，如本文所讨论的，样本可以在不同时间被获取并且与从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号中的任何调制无关(例如，无论所采样的区段在调制类型上是否不同)，其中调制从RF信号中被移除，以支持指示到达角的RF信号之间的相位的比较。
对从第一天线和第二天线输出的RF信号在不同时间的采样可以根据RF切换器的状态被进行，诸如结合图6、图8和图10所示的实施例描述的RF切换器302、502。RF切换器可以被配置为取决于RF切换器的状态而传递通过来自多个天线102中的一个天线的RF信号。在图7D和图7E所示的实施例中，RF切换器有两种状态，其中一个状态是来自第一天线102-A1的RF信号被直接或间接地传递到采样电路(例如，模数转换器)，另一个状态是来自第二天线102-A2的RF信号直接或间接传递到采样电路。
RF切换器的切换率可能取决于应用而变化。例如，在图7D所示的实施例中，RF切换器的切换率大于RF信号中表示的通信的比特率。例如，RF切换器可以以30ns或大约333MHz的切换时段被操作，而通信的比特率可以大约为2Mbps。备选地，在一个实施例中RF切换器的切换率可以小于通信的比特率。在图7E所示的实施例中可以看到这样的操作模式的示例，其中每个采样时段跨越RF信号中表示的一个或多个比特。作为另一示例，图7E中注释为A1和A2的切换区段两者可以跨越针对第二天线102-A2的一个采样时段，并且针对专用部分202的类似部分(例如，序列1000的000部分)的另一采样时段可以针对从第一天线102-A1输出的RF信号被进行。
在一个实施例中，从第一天线102-A1和第二天线102-A2中的每个天线输出的RF信号中表示的比特或调制可以从RF信号中被动态移除，使得来自第一天线102-A1和第二天线102-A2的RF信号的未调制形式的相位可以被比较。例如，来自天线102的RF信号中的相位或频率调制可以被动态检测并且从RF信号中被移除，留下未调制形式的RF信号，该未调制形式的RF信号包括RF信号的相位和频率信息但没有由于符号的传输而引起的相位调制。
A.针对相位检测器的第一实施例
根据本公开的一个实施例的相位检测器在图6中被示出并且总体上被指定为300。相位检测器300的一个或多个方面可以被并入相位检测组件70中。在一个实施例中，相位检测器300可以在单个芯片上被实现。注意，相位检测器300和相位检测器的其他实施例可以作为接收器的部分被并入对象组件50中，用于解调在电磁波形201中接收的通信。
在所示的实施例中，相位检测器300可以被耦合到天线阵列30，根据本公开的一个实施例，该天线阵列30可以包括第一天线102-A1和第二天线102-A2。相位检测器300可以是被配置为测量从天线102-A1、102-A2输出的RF信号之间的相位差的接收器。天线102-A1、102-A2可以被连接到RF切换器302，RF切换器302被配置为基于RF切换器302的状态传递通过从天线102-A1、102-A2中的一个天线输出的RF信号。RF切换器302的输出和本地振荡器305可以被连接到混频器304。
RF切换器302的状态可以被控制为根据切换输入301而变化，切换输入301可以由相位检测器的组件提供。切换输入301可以被控制，使得RF切换器302重复以下序列：针对时间的第一持续时间从天线102-A1中的一个天线提供RF输出，然后针对时间的第二持续时间从天线102-A2中的其他天线提供RF输出。时间的第一持续时间和第二持续时间可以相同，并且可以与电磁波形201的时间时段(例如，中心频率的倒数)、或其倍数或分数(例如，谐波)相对应。在一个实施例中，RF切换器302可以被选择性地控制，使得第一天线102-A1和第二天线102-A2被换向。RF切换器302的切换率可以基于系统配置而被确定。切换输入301可以由振荡器生成。
尽管结合一对天线102-A1、102-A2的RF输出信号之间的切换进行了描述，但是RF切换器302可以被配置为选择性地将来自多于两个天线102的RF输出信号输出到RF切换器302的RF输出。例如，RF切换器302可以在以彼此间隔开的关系而被布置的八个天线102之间换向。
在一个实施例中，RF切换器302的状态可以基于利用电磁波形201的源而被建立的通信协议、或基于经由电磁波形201接收的通信、或其组合而选择性地改变。例如，RF切换器302可以被配置为从第一天线102-A1输出针对如下持续时间RF输出信号：与电磁波形201中表示的多个符号(例如，4个符号)相对应的持续时间，并且从第二天线102-A2输出针对如下持续时间的RF输出信号：在与电磁波形201中表示的相同数目的符号(例如，4个符号)相对应的持续时间。作为另一示例，RF切换器302可以被配置为以比电磁波形201中表示的通信的比特率或符号率基本上更大的速率在第一天线102-A1和第二天线102-A2之间切换。
在一个实施例中，本地振荡器305可以生成方波信号，方波信号的频率与天线102-A1、102-A2接收的电磁波形201的载波频率或中心频率基本相同。例如，方波信号的频率可以是2.402MHz。备选地，来自本地振荡器305的输出可以是连续的正弦波。在一个实施例中，本地振荡器305可以以不同于电磁波形201的中心频率或载波频率的频率被操作。例如，本地振荡器305的频率可以高于或低于电磁波形201的中心频率或载波频率。
本机振荡器305的频率可以是可变的，使得相位检测器300能够结合在不同信道或不同频带传送的电磁波形201进行操作，其中通信以不同的中心频率(例如，除2.402MHz之外的中心频率)被发送。
来自RF切换器302的RF输出可以通过混频器304与本地振荡器305混合，该RF输出与来自天线102-A1、102-A2的RF信号相对应。本地振荡器305可以与混频器304结合被使用，以将从天线102-A1、102-A2输出的波形输出信号或RF信号降频转换为具有比中心频率或载波频率更低的频率内容的频谱的中频(IF)信号。作为一个示例，当本地振荡器305在电磁波形201的中心频率处或基本上在其附近操作时，来自天线102-A1、102-A2的RF信号可以被移位为具有基本上以0Hz为中心的频率内容的IF信号。这样的通常以0Hz为中心的IF信号的频谱示例可以在图6中被看到，其被指定为320。在另一示例中，在本地振荡器305以高于电磁波形201的中心频率的频率操作的情况下，从天线102-A1、102-A2输出的RF信号可以被降频转换为具有通常以中心频率与本地振荡器305的频率之差的频率为中心的频谱的IF信号。这样，0Hz处的DC分量可以从信号中被移除，同时基本上保留RF信号的频谱内容(例如，频率和相位信息)。这样的IF信号的频谱的一个示例可以在图6中被看到，总体上被指定为330。
利用本地振荡器305、混频器304和来自天线102-A1、102-A2的RF信号，RF信号可以被移位到中频(IF)，该中频(IF)是低频或零频。IF信号可以通过滤波器311在频域中被隔离。在一个实施例中，由混频器304提供的IF信号可以是低频信号，在这样的情况下，滤波器311可以是带通滤波器(如图6所示)用于基本上隔离频域中的IF信号。备选地，由混频器304提供的IF信号可以是平均的0Hz，在这样的情况下，该信号被认为是具有同相和相位正交信号的分析信号。该配置中的滤波器311可以是低通滤波器用于在频域中基本上隔离IF信号。
从滤波器311输出的信号可以被提供给相位比较电路装置313，相位比较电路装置313可以包括以下一项或多项：模数(ADC)滤波器转换器312、切换器303、第一数字存储器307和第二数字存储器308、以及相位比较器309。相位比较电路装置313的所有或一些组件可以是数字的并且可以根据专用数字功能或处理器执行代码或其组合而被配置。
模数(ADC)滤波器转换器312可以被配置为对从滤波器311输出的信号进行采样并且保留其频谱内容。ADC滤波器转换器312可以被配置为输出表示关于从滤波器311输出的信号所获取的样本的经数字编码的值。从ADC滤波器转换器312获取的样本可以在生成经数字编码的值的过程中被数字滤波(例如，HR滤波器)。经数字编码的值可以被存储在存储器中或被传输到将经数字编码的值存储在存储器中的硬件模块或软件模块或其组合。
从ADC滤波器转换器312输出的经数字编码的值可以被提供给切换器303，这可以以硬件或软件实现。切换器303可以基于切换输入301的状态结合RF切换器302进行操作。例如，如果切换输入301的状态对应于第一天线102-A1，则RF切换器302的输出可以对应于第一天线102-A1的RF信号并且切换器303的输出可以与针对第一天线102-A1的存储器相关联。如果切换输入301的状态对应于第二天线102-A2，则RF切换器302的输出可以对应于第二天线102-A2的RF信号并且切换器303的输出可以与针对第一天线102-A2的存储器相关联。
在一个实施例中，ADC滤波器转换器312可以作为FPGA中的硬件模块被提供，并且ADC滤波器转换器312的经数字编码的值可以基于切换器303的状态被引导到硬件的不同部分。备选地，切换器303可以被实现为存储在相位检测组件70的存储器中的软件模块的一部分，并且被配置为接收ADC滤波器转换器312的经数字编码的值。该示例中的切换器303可以被配置为基于切换输入301的状态将经数字编码的值引导到存储器。
如本文所讨论的，在一个实施例中，RF切换器302和切换器303可以由切换输入301串联控制。切换器303可以向第一数字存储器307和第二数字存储器308中的一个数字存储器提供由混频器304和滤波器311生成并且滤波的IF信号。例如，在图2和图7A所示的实施例中描绘的专用部分202的第一半期间，第一数字存储器307可以被耦合以存储与IF信号对应的经数字编码的值。在专用部分202的第二半期间，第二数字存储器308可以被耦合以存储与IF信号对应的经数字编码的值。在所示的实施例中，因为切换器303与RF切换器302串联操作，所以1)在专用部分202的第一半期间并且被存储在第一数字存储器307中的IF信号与从第一天线102-A1输出的RF信号相对应，以及2)在专用部分202的第二半期间并且被存储在第二数字存储器308中的IF信号与从第二天线102-A2输出的RF信号相对应。
在一个实施例中，在专用部分202已经过去之后，数字存储器307、308可以被配置为通过将它们提供给相位比较器309来重放或输出它们各自的信号。相位比较器309可以被配置为基于被存储在数字存储器307、308中的值来生成第一天线102-A1与第二天线102-A2之间的相位差。来自相位比较器309的输出可以与相位检测组件70的相位差信号104相对应，其根据相位检测器300的一个实施例被配置。B.针对相位检测器的第二实施例
根据本公开的一个实施例的相位检测器在图8中被示出并且总体上被指定为350。相位检测器350的一个或多个方面可以被并入相位检测组件70中。在一个实施例中，相位检测器350可以在单个芯片上被实现。如本文所讨论的，相位检测器350可以包括被配置为生成副波形输出的副接收器信号或与由天线102接收的电磁波形201对应的副RF信号。副RF信号可以被解调以确定在电磁波形201中表示的符号或比特。这些符号或比特可以被传送到主接收器以支持从RF信号中对符号或比特的移除，从而支持关于由主接收器接收的电磁波形201的相位的比较。副接收器可以共享主接收器的一个或多个天线102。备选地，副接收器可以被耦合到与被耦合到主接收器的天线隔开的天线102，并且可以经由单独的通信链路(例如，经由与电磁波形201中表示的通信隔开的无线链路)将从RF信号确定的比特传送到主接收器。
所示的实施例中的相位检测器350类似于图6所示的实施例中的相位检测器300，但有几个例外。例如，相位检测器350可以包括相位检测器300的以下组件中的一个或多个：RF切换器302、混频器304、滤波器311、ADC 312、切换器303以及第一存储器307和第二存储器308。相位检测器350还可以包括相位比较器309，相位比较器309被配置为基于两个输入信号的相位比较来输出相位差信号104。
所示的实施例中的相位检测器350包括被耦合到第一天线102-A1的主接收器电路装置352和副接收器354。副接收器354可以被耦合到不同的天线102，如本文所讨论的。例如，副接收器354可以被耦合到不向主接收器电路装置352提供RF信号的天线102。更具体地，副接收器354和被耦合到副接收器354的天线102可以被布置在单独的设备中(例如，主接收器电路装置352可以在一个传感器40中并且副接收器354可以在另一传感器40中)。
副接收器354可以被配置为解调从第一天线102-A1获取的RF信号，以生成表示RF信号中的调制的调制信息的流(例如，比特流)。该调制信息可以被传送给主接收器电路装置352。传送调制信息可以经由直接电连接(例如，串行、有线接口)或经由无线通信来实现。在一个实施例中，调制信息可以经由与被用于调制信息的接收的通信链路隔开的无线通信链路，从副接收器354被传送给主接收器电路装置352。单独的通信链路可以根据与被用于调制信息的接收的通信链路相同的通信协议而被建立。例如，用于从电磁波形201接收调制信息的通信链路和将调制信息从副接收器354传输到主接收器电路装置352的通信链路两者可以经由Wi-Fi而被建立。
基于从副接收器354对调制信息的接收，主接收器电路装置352可以解调从第一天线102-A1和第二天线102-A2获取的RF信号。解调的RF信号可以分别被存储在第一存储器307和第二存储器308中并且被提供给相位比较器309。
对来自第一天线102-A1和第二天线102-A2的RF信号的解调可以由主接收器电路装置352的解调电路装置356执行。解调电路装置356可以被配置为基于从副接收器354获取的调制信息来解调RF信号。解调可以以多种方式进行，包括通过与同相和正交相位信号混合。C.针对相位检测器的第三实施例
根据本公开的一个实施例的相位检测器在图9中被示出并且总体上被指定为400。相位检测器400的一个或多个方面可以被并入相位检测组件70中。在一个实施例中，相位检测器400可以在单芯片上实现。
在所示的实施例中，相位检测器400可以被配置为测量从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号之间的相位差。第一天线102-A1和第二天线102-A2和本地振荡器403可以分别被连接到第一混频器402A和第二混频器402B。第一混频器402A和第二混频器402B可以形成用于从第一天线102-A1和第二天线102-A2接收通信的第一接收器和第二接收器的一部分。
在所示的实施例中，第一混频器402A和第二混频器402B可以被配置为将分别从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号移位到第一IF信号403A和第二IF信号403B。IF信号403A、403B可以是低频或零频，它们可以分别在频域中被第一滤波器404A和第二滤波器404B隔离。由第一混频器402A和第二混频器402B提供的IF信号403A、403B可以是低频信号，在这样的情况下，第一滤波器404A和第二滤波器404B可以是带通滤波器(如所描绘的)。备选地，IF信号403A、403B可以是平均的0Hz，在这样的情况下，IF信号403A、403B可以被认为是具有同相和相位正交信号的分析信号。
来自第一滤波器404A和第二滤波器404B的输出可以被提供给相位比较器406，相位比较器406转而提供相位差信号104，相位差信号104表示从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号之间的相位差。
D.针对相位检测器的第四实施例
根据本公开的一个实施例的相位检测器在图10-图12中被示出并且总体上被指定为500。相位检测器500的一个或多个方面可以被并入相位检测组件70中。在一个实施例中，相位检测器500可以在单个芯片上实现。注意，为了讨论的目的，相位检测器500的几个组件被描述为“块(block)”——块可以用软件或硬件或两者来实现。块的一个方面可以在软件中实现并且块的另一方面可以在硬件中实现。
在一个实施例中，相位检测器500被配置为检测从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号之间的相位差，而不管RF信号中的任何调制。在RF信号中获取的任何长度的数据可以被分析以确定相位差。作为一个示例，在不使用被并入消息分组600的专用部分202的情况下相位差可以被确定。换言之，相位差可以关于从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号的部分而被确定，而不管任何调制是否被包括在这些部分期间的RF信号中。
在图10所示的实施例中，相位检测器500包括与结合相位检测器300所描述的那些相似的若干组件。例如，相位检测器500包括：分别类似于相位检测器300的切换输入301、RF切换器302、混频器304、滤波器311、ADC 312、以及切换器303的切换输入501、RF切换器502、混频器504、滤波器506、ADC 507、以及切换器503。例如，类似于切换输入301的切换输入501可以与如图10所示的实施例中所示的振荡器的输出相对应。
相位检测器500在一些方面不同于相位检测器300。例如，与相位检测器300的一个实施例相比，相位检测器500的一个实施例可以被配置为确定关于来自第一天线102-A1和第二天线102-A2的一对RF信号的相位差，不管RF信号中的任何调制或不需要使用消息分组600中的专用部分202，或两者。
相位检测器500可以确定针对在大体上比专用部分202长的时间段的RF信号的相位差。在一个实施例中，相位差可以针对比消息分组600长或比消息分组600的字段长的时间段而被确定。在一个实施例中，相位差可以关于从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号而被连续确定，而不管RF信号中的任何调制。
在图10所示的实施例中，相位检测器500包括解调电路装置556，解调电路装置556被配置为解调从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号。解调电路装置556可以在不同时间对RF信号的部分进行采样，并且解调采样部分以产生所采样部分的未调制形式。所采样部分的未调制形式可以支持确定RF信号的所采样部分之间的相位差，而不管所采样部分中的任何调制。
所示的实施例的相位检测器500可以被配置为作为如下接收器进行操作：该接收器测量由第一天线102-A1和第二天线102-A2接收的RF信号之间的相位差。第一天线102-A1和第二天线102-A2可以接收电磁波形201并且提供RF信号，在本文中也被描述为表示电磁波形201的输出波形信号。
由第一天线102-A1和第二天线102-A2提供的RF信号可以由RF切换器503选择并且与来自本地振荡器505的信号一起被施加到混合器504。根据本文所描述的一个或多个实施例，混合器504可以将RF信号移位为中频(IF)信号，该中频(IF)信号可以是低或零平均频率。IF信号可以在频域中被滤波器506基本上隔离。如本文所讨论的，在IF信号是低频信号的情况下，滤波器506可以被配置为带通滤波器。在IF信号的平均值约为0Hz的情况下，IF信号可以被视为具有同相和相位正交信号的分析信号。在所示的实施例中，来自滤波器506的输出可以由ADC 507数字化。可选地，滤波器506可以在ADC之后被提供并且滤波可以关于IF信号的数字化形式而被进行。
从ADC 507输出的表示IF信号的样本的经数字编码的值可以被存储在存储器中或被传输到将经数字编码的值存储在存储器中或对经数字编码的值执行操作的硬件模块或软件模块，或其组合。
在所示的实施例中，经数字编码的值可以被提供给切换器508，切换器508取决于切换输入501的状态将经数字编码的值提供给数字RF存储器(DRFM)509或直接连接信号(或输出)533。例如，当切换输入501为高时，来自第二天线102-A2的RF信号可以从RF切换器502被提供并且被保存在DRFM 509中，并且当切换输入501为低时，来自第一天线102-A1的RF信号可以从RF切换器502被提供给直接连接信号533。
DRFM 509可以在被施加到控制端口534时根据状态535被设置为记录或回放。例如，使用前述段落中的示例，当切换输入501为低时，来自第二天线102-A2的存储的RF信号可以被重放至DRFM输出538。
切换输入501的控制状态或状态可以以比传入RF信号的数据速率基本上更慢的速率、以大约50％的占空比换向。以该速率的每个周期的持续时间例如是在第一天线102-A1和第二天线102-A2处接收的每个符号的至少10倍。切换输入501可以串联控制RF切换器502、切换器503以及DRFM 509。当切换器508将信号施加到DRFM 509时，DRFM 509可以记录被施加的信号。当控制状态将切换器503输出施加于直接连接信号533时，DRFM 509可以是回放模式。
在所示的实施例中，DRFM输出538和直接连接信号533被连接到混频器513和混频器514。基于来自调制/解调器(MODEM)510的输出的第二DCO输出536具有与对应的DRFM输出538基本上相同的频率调制和频率。并且，基于来自调制解调器510的输出的DCO输出537可以具有与对应的直接连接信号533基本上相同的频率调制和频率。结果，被配置为分别接收这些信号的第一混频器513和第二混频器514可以产生没有调制并且其DC幅度与所施加信号的相位差成比例的信号。以该方式，将第二DCO输出536和DRFM输出538提供给第二混频器514可以生成从天线102-A1、102-A2中的一个天线输出的RF信号的未调制形式。并且将第一DCO输出537和直接连接信号533提供给第一混频器可以生成从天线102-A1、102-A2中的另一天线输出的RF信号的未调制形式。
第一混频器513和第二混频器514的输出可以由第一滤波器515和第二滤波器516低通滤波，然后被提供给差异块517。差异块517可以被配置为输出表示在第一天线102-A1和第二天线102-A2处的信号的相位差的DC信号——即，根据本公开的一个实施例，差异块517可以被配置为输出相位差信号(或输出)104。
DCO信号536和DCO信号537可以通过将第一频率控制信号531和第二频率控制信号532施加到数字控制振荡器(DCO)511、512而被产生。MODEM 510可以接收未切换的输入信号528、DRFM输出信号538和直接连接信号533，并且可以被配置为生成针对第一DCO 511的第一调制/控制信号531和针对第二DCO 512的第二调制/控制信号532。虽然直接连接信号533在本文中一般被描述为没有存储器的直接连接，但是本公开不限于此。在被提供给第一混频器513和调制解调器510之前，直接连接信号533可以备选地基于被耦合到直接连接信号533的切换输出信号，并且通过软件模块或硬件模块或两者被处理。附加地或备选地，DRFM输出538可以用软件模块或硬件模块或两者替代或补充，以生成被提供给第二混频器514和MODEM 510的信号538。
图10中的MODEM 510根据图11中的一个实施例被更详细地示出。如本文所讨论的，MODEM 510可以基于未切换的输入信号528、DRFM输出信号538和直接连接信号533来生成第一调制/控制信号531和第二调制/控制信号532。未切换的输入信号528可以被施加到锁频环(FLL)525，该锁频环(FLL)525包括频率检测器522、环路滤波器523、以及DCO 524。DCO524可以被配置为利用由环路滤波器523设置的时间常量跟踪未切换的输入信号528的平均频率，该时间常量相对于切换输入501的切换率(例如，控制状态)是长的。
DRFM输出信号538和直接连接信号533可以被施加到第一解调器518和第二解调器519，第一解调器518和第二解调器519可以被配置为分别向第一调制滤波器520和第二调制滤波器521供应二进制数据。在所示的实施例中，第一调制滤波器520和第二调制滤波器521可以对分别从第一解调器518和第二解调器519接收的信号进行滤波，利用被施加到在天线102-A1、102-A2处接收的信号的调制过程中使用的相同或类似的滤波。第一调制滤波器520和第二调制滤波器521的输出处的信号可以在块526和块527中与DCO频率控制信号530相加，从而产生第一控制信号531和第二控制信号532。
图12和图13更详细地描绘了根据本公开的一个实施例的第一DCO 511和第二DCO512。DCO可以是其块在每个时钟周期改变状态的同步设备。在图12所示的实施例中，第一DCO 511包括加-累加块544，其输出表示相位。加-累加块544的输出可以在每个时钟周期被加到自身，加上相位增量信号，相位增量信号是从MODEM 510输出的第一调制信号532。相位增量信号可以表示频率。来自加-累加块544的相位输出可以被施加到正弦(SINE)查找表545，正弦查找表545转而可以生成与加-累加块544的相位输出相对应的数字正弦波537。
在图13所示的实施例中，第二DCO 512可以与第一DCO 511类似地被配置，但除了相位偏移543的使用。所示的实施例中的第二DCO 512可以是加-累加块541，加-累加块541的输出表示第一相位。加-累加块541的输出可以在每个时钟周期加到自身，加上相位增量信号，在所示的实施例中，相位增量信号是来自MODEM的第二调制信号531。相位增量信号可以表示频率。来自加-累加块541的第一相位输出可以在加法器块542中与相位偏移543相加，以产生第二相位输出。来自加-累加的相位输出被施加到正弦查找表540，正弦查找表540转而提供数字正弦波536。第二相位输出可以被施加到正弦查找表540，正弦查找表540可以生成与加法器块542的第二相位输出相对应的数字正弦波536。
在一个实施例中，FLL 525可以对频率变化反应缓慢，并且甚至对相位变化反应更慢。结果，当RF切换器502被换向时，FLL 525可以不会由于从第一天线102-A1和第二天线102-A2输出的RF信号的相位差而基本上改变相位。当将DRFM输出信号538(或直接连接信号533)乘以具有与DRM输出信号538(或直接连接信号533)相同的平均频率加频率调制的信号时，该过程可以从信号中剥离调制并且留下与相位差成比例的DC信号。DCO 512中的相位偏移543可以被应用来补偿针对在第一天线102-A1和第二天线102-A2处对信号进行采样之间的时间延迟。因此，在第二DCO输出536和DRFM输出538之间可以存在第一相位差，并且在直接连接信号533和第一DCO输出537之间可以存在第二相位差。在滤波器515和滤波器516中的低通滤波之后，一个实施例中的这些第一相位差和第二相位差可以容易地被测量。此外，第一相位差和第二相位差之间的差异可以由于第一天线102-A1和第二天线102-A2处的相移而出现，使得来自差异块517的最终输出表示该相移。
方向性术语，诸如“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“内部”、“向内”、“外部”和“向外”用于基于示意图中所示的实施例的定向来帮助描述本发明。方向术语的使用不应被解释为将本发明限制在任何(多个)特定方向。
以上描述是对本发明当前实施例的描述。在不脱离所附权利要求中定义的本发明的精神和更广泛方面的情况下，可以进行各种改变和改变，根据专利法的原则包括等效原则来解释所附权利要求。本公开是出于说明性目的而呈现的，不应被解释为对本发明的所有实施例的详尽描述或将权利要求的范围限制为结合这些实施例图示或描述的特定元素。例如，但不限于，所描述的发明的任何(多个)单独的元件可以由提供基本相似的功能或以其他方式提供适当操作的替代元件替换。这包括，例如，目前已知的替代元素，诸如本领域技术人员当前可能已知的那些，以及将来可能开发的替代元素，诸如本领域技术人员在开发时可能认为是替代方案的那些。此外，所公开的实施例包括多个特征，这些特征被一致描述并且可以协同地提供一系列好处。本发明不仅限于包括所有这些特征或提供所有优点的那些实施例，除非在所发布的权利要求中另外明确规定的范围。以单数形式对权利要求要素的任何引用，例如，使用冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“(the)”或“(said)”，不应被解释为将要素限制为单数形式。任何将权利要求元素称为“X、Y和Z中的至少一个”的任何引用都意味着包括单独的X、Y或Z中的任何一个，以及X、Y和Z的任何组合，例如，X、Y、Z；X、Y；X、Z；以及Y、Z。

Claims (40)

1.一种用于确定针对频率调制通信的到达角的系统，所述系统包括：
第一天线，所述第一天线能够无线接收所述频率调制通信，以生成第一频率调制输出；
第二天线，所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离，所述第二天线能够无线接收所述频率调制通信，以生成第二频率调制输出，其中所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出指示在不同时间到达所述第一天线和所述第二天线的所述频率调制通信；以及
控制器，所述控制器被配置为确定由所述第一天线和所述第二天线接收的所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出之间的相位差，其中所述相位差基于从所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出确定的未调制形式而被确定，由此所述相位差与所述第一频率调制输出中的频率调制和所述第二频率调制输出中的频率调制无关地被确定。
2.根据权利要求1所述的系统，其中针对所述频率调制通信的所述到达角基于所述相位差而被确定。
3.根据权利要求1所述的系统，包括：
第一接收器，被耦合到所述第一天线，以生成所述第一频率调制输出；
第二接收器，被耦合到所述第二天线，以生成所述第二频率调制输出；
所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出由所述第一接收器和所述第二接收器同时生成；以及
所述相位差基于所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出而被确定。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一接收器和所述第二接收器是锁相的。
5.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述第一接收器包括第一混频器，并且所述第二接收器包括第二混频器；
所述第一混频器和所述第二混频器被耦合到来自共用振荡器的振荡输出；
所述第一混频器基于来自所述第一天线的所述第一频率调制输出和所述振荡输出生成第一中频信号；
所述第二混频器基于来自所述第二天线的所述第二频率调制输出和所述振荡输出生成第二中频信号；以及
所述相位差基于所述第一中频信号和所述第二中频信号而被确定。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述第一天线和所述第二天线被可操作地耦合到接收器；
所述接收器生成对应于所述第一频率调制输出的针对第一持续时间的第一接收信号，所述第一接收信号指示所述频率调制通信中的频率调制；以及
所述接收器生成对应于所述第二频率调制输出的针对第二持续时间的第二接收信号，所述第二接收信号指示所述频率调制通信中的所述频率调制，所述第一持续时间与所述第二持续时间不同。
7.根据权利要求6所述的系统，包括：解调电路装置，所述解调电路装置被配置为基于所述第一接收信号生成第一未调制信号并且基于所述第二接收信号生成第二未调制信号，其中所述第一未调制信号与所述第一持续时间相对应，并且所述第二未调制信号与所述第二持续时间相对应。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一未调制信号的第一相位与所述第二未调制信号的第二相位被比较，并且其中所述相位差是基于关于在不同时间被获取并且从所述频率调制通信生成的未调制信号的、所述第一相位和所述第二相位之间的比较。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述解调电路装置被配置为解码所述第一接收信号以生成第一调制信号，并且解码所述第二接收信号以生成第二调制信号，其中所述第一未调制信号是基于所述第一调制信号的中频信号，并且其中所述第二未调制信号是基于所述第二调制信号的中频信号。
10.一种确定针对频率调制通信的到达角的方法，所述方法包括：
基于在第一天线中对所述频率调制通信的无线接收，生成第一频率调制输出；
基于在第二天线中对所述频率调制通信的无线接收，生成第二频率调制输出，其中所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离；
产生所述第一频率调制输出的第一未调制形式和所述第二频率调制输出的第二未调制形式；以及
基于所述第一未调制形式和所述第二未调制形式确定相位差，使得所述相位差与所述第一频率调制输出中的频率调制和所述第二频率调制输出中的频率调制无关地被确定。
11.根据权利要求10所述的方法，包括基于所述相位差确定所述到达角。
12.根据权利要求10所述的方法，包括同时生成被耦合到所述第一天线的第一接收器中的所述第一频率调制输出和来自被耦合到所述第二天线的第二接收器的所述第二频率调制输出。
13.根据权利要求10所述的方法，包括：
以振荡频率提供振荡信号；
将所述第一频率调制输出与所述振荡信号混合以生成第一中频信号；
将所述第二频率调制输出与所述振荡信号混合以生成第二中频信号；以及
基于所述第一中频信号和所述第二中频信号确定所述相位差，由此所述相位差经由所述第一中频信号和所述第二中频信号而基于所述第一频率调制输出和所述第二频率调制输出。
14.根据权利要求10所述的方法，包括：
在接收器中，生成对应于所述第一频率调制输出的针对第一持续时间的第一接收信号，其中所述第一接收信号指示所述频率调制通信中的频率调制；以及
在所述接收器中，生成对应于所述第二频率调制输出的针对第二持续时间的第二接收信号，其中所述第二接收信号指示所述频率调制通信中的频率调制，其中所述第一持续时间与所述第二持续时间不同。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：
基于所述第一接收信号确定第一未调制信号分段；
基于所述第二接收信号确定第二未调制信号分段；以及
基于所述第一未调制信号分段的第一相位与所述第二未调制信号分段的第二相位的比较来确定所述相位差，其中所述第一未调制信号分段和所述第二未调制信号分段与所述频率调制通信的不同持续时间相对应。
16.一种用于确定针对无线通信信号的到达角的系统，所述系统包括：
第一天线，所述第一天线能够无线接收所述无线通信信号的第一任意长度，以支持第一频率调制分段的生成；
第二天线，所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离，所述第二天线能够无线接收所述无线通信信号的第二任意长度，以支持第二频率调制分段的生成，其中所述第一频率调制分段和所述第二频率调制分段在不同时间到达所述第一天线和所述第二天线，其中所述第一频率调制分段和所述第二频率调制分段包括表示数据的频率调制；以及
控制器，所述控制器被配置为确定由所述第一天线和所述第二天线接收的所述第一频率调制分段和所述第二频率调制分段之间的相位差，其中所述相位差基于所述第一频率调制分段的未调制形式和所述第二频率调制分段的未调制形式而被确定，并且与表示数据的所述频率调制无关地被确定。
17.根据权利要求16所述的系统，其中针对所述无线通信信号的所述到达角基于所述相位差而被确定。
18.根据权利要求16所述的系统，包括：
第一接收器，被耦合到所述第一天线，以生成所述第一频率调制分段；
第二接收器，被耦合到所述第二天线，以生成所述第二频率调制分段；以及
其中所述第一接收器和所述第二接收器是锁相的，以支持确定所述第一频率调制分段与所述第二频率调制分段的所述相位差。
19.根据权利要求16所述的系统，包括：接收器，所述接收器被可操作地耦合到所述第一天线和所述第二天线，其中所述接收器被换向，以在不同时间持续时间生成所述第一频率调制分段和所述第二频率调制分段。
20.根据权利要求19所述的系统，其中第一未调制信号分段基于所述第一频率调制分段而被生成，其中第二未调制信号分段基于所述第二频率调制分段而被生成，并且其中所述相位差基于所述第一未调制信号分段和所述第二未调制信号分段之间的相位比较而被确定。
21.一种用于确定针对调制通信的到达角的系统，所述系统包括：
第一天线，所述第一天线能够无线接收所述调制通信，以生成第一调制输出；
第二天线，所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离，所述第二天线能够无线接收所述调制通信，以生成第二调制输出，其中所述第一调制输出和所述第二调制输出指示在不同时间到达所述第一天线和所述第二天线的所述调制通信，其中所述调制通信包括多个专用部分，在所述多个专用部分期间的所述调制通信的一个或多个特性被预先确定；以及
控制器，所述控制器被配置为确定由所述第一天线和所述第二天线接收的所述第一调制输出和所述第二调制输出之间的相位差，其中所述相位差基于在与所述多个专用部分相对应的时段期间的所述第一调制输出和所述第二调制输出的一个或多个样本而被确定。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述调制通信包括多个消息分组，其中所述消息分组中的每个消息分组包括所述多个专用部分。
23.根据权利要求22所述的系统，其中第一消息分组中的所述多个专用部分的一个或多个方面不同于第二消息分组中的所述多个专用部分的所述一个或多个方面。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述一个或多个方面包括以下至少一项：a)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的位置，b)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的持续时间，以及c)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的至少一个调制。
25.根据权利要求23所述的系统，其中所述多个专用部分的所述一个或多个方面在经由所述调制通信被发送的专用部分信息中被传送。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述专用部分信息被加密。
27.根据权利要求21所述的系统，其中针对所述调制通信的所述到达角基于所述相位差而被确定。
28.根据权利要求21所述的系统，包括：
第一接收器，所述第一接收器被耦合到所述第一天线，以生成所述第一调制输出；
第二接收器，所述第二接收器被耦合到所述第二天线，以生成所述第二调制输出；
所述第一调制输出和所述第二调制输出由所述第一接收器和所述第二接收器同时生成；以及
所述相位差基于所述第一调制输出和所述第二调制输出而被确定。
29.一种确定针对调制通信的到达角的方法，所述方法包括：
基于在第一天线中对所述调制通信的无线接收，生成第一调制输出；
基于在第二天线中对所述调制通信的无线接收，生成第二调制输出，其中所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离；
对应于所述调制通信的多个专用区段的至少一部分，对所述第一调制输出和所述第二调制输出进行采样；以及
基于所述第一调制输出和所述第二调制输出的样本来确定相位差。
30.根据权利要求29所述的方法，包括基于所述相位差确定所述到达角。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述调制通信包括多个消息分组，其中所述消息分组中的每个消息分组包括所述多个专用区段。
32.根据权利要求31所述的方法，其中第一消息分组中的所述多个专用区段的一个或多个方面不同于第二消息分组中的所述多个专用区段的所述一个或多个方面。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个方面包括以下至少一项：a)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的位置，b)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的持续时间，以及c)所述第一消息分组和所述第二消息分组中的所述多个专用部分中的一个或多个专用部分的至少一个调制。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述多个专用区段的所述一个或多个方面在经由所述调制通信被发送的专用部分信息中被传送。
35.根据权利要求34所述的方法，包括解密所述专用部分信息。
36.一种用于支持确定针对无线通信信号的到达角的传输设备，所述无线通信信号从所述传输设备被发送，所述传输设备包括：
天线阵列，所述天线阵列被配置为经由被提供给远程设备的电磁波形来发送所述无线通信信号；
通信接口，所述通信接口包括发送器，所述发送器被配置为在所述无线通信信号中发送多个消息分组，所述多个消息分组包括专用部分，在所述专用部分期间的所述无线通信信号的一个或多个特性被预先确定，其中所述无线通信信号中的所述专用部分的存在支持确定所述无线通信信号相对于所述远程设备的到达角；
其中所述通信接口被配置为动态地改变所述专用部分的所述一个或多个特性，使得针对第一消息分组的第一专用部分的所述一个或多个特性不同于针对第二消息分组的第二专用部分的所述一个或多个特性；以及
其中所述通信接口被配置为在所述专用部分的传输之前，向所述远程设备传送与所述一个或多个特性有关的专用部分信息。
37.根据权利要求36所述的传输设备，所述传输设备被并入具有所述远程设备的系统，所述远程设备包括：
第一天线，所述第一天线能够无线接收所述无线通信信号，以支持与所述专用部分的至少第一区段相对应的第一调制分段的生成；
第二天线，所述第二天线与所述第一天线被隔开一段距离，所述第二天线能够无线接收所述无线通信信号，以支持与所述专用部分的至少第二区段相对应的第二调制分段的生成，其中所述第一调制分段和所述第二调制分段在不同时间到达所述第一天线和所述第二天线；以及
控制器，所述控制器被配置为确定由所述第一天线和所述第二天线接收的所述第一调制分段和所述第二调制分段之间的相位差。
38.根据权利要求37所述的系统，其中针对所述无线通信信号的所述到达角基于所述相位差而被确定。
39.根据权利要求37所述的系统，包括接收器，所述接收器被可操作地耦合到所述第一天线和所述第二天线，其中所述接收器被换向，以在不同时间持续时间生成所述第一调制分段和所述第二调制分段。
40.根据权利要求37所述的系统，其中所述专用部分信息在经由所述无线通信信号的传输之前被加密，并且所述远程设备被配置为解密所述专用部分信息。
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