CN115441893A - 使用单个接收链的到达角估计 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了使用单个接收链的到达角估计。提供了用于确定无线传输的到达角的技术，包括采用第一天线(202)接收无线传输(208)的至少第一部分，确定何时将接收无线传输(208)的第二部分，切换到第二天线(208)以接收无线传输(208)的第二部分，基于无线传输(208)的第一部分和第二部分确定无线传输(208)的到达角Φ，并输出无线传输(208)的到达角。

Description

使用单个接收链的到达角估计
背景技术
无线接收器可以被配置为支持基于接收到的信号的定位。基于接收到的信号的定位可以帮助定位无线接收器相对于接收信号的发射器的位置。能够相对于发射器定位接收器可能有助于在封闭空间(例如，室内空间)内导航、邻近服务、信标服务等。通常使用由多种技术提供的信息来执行准确定位，包括例如接收到的信号强度指示(RSSI)、飞行时间(ToF)、空间指纹和到达角(AOA)。通常，AOA测量可以提供对应于发射器相对于接收器的角位置的传入信号的角度的估计。传统上，具有多个天线和多个接收链的接收器用于执行AOA测量。然而，包括多个接收链可增加接收器的成本、复杂性和/或功耗。
发明内容
本公开涉及一种电路，包括存储器、接收链和可操作地耦合到存储器的一个或多个处理器，其中一个或多个处理器被配置为执行指令，使一个或多个处理器：由接收链使用第一天线接收无线传输的至少第一部分，确定何时将接收无线传输的第二部分，由接收链使用第二天线接收无线传输的第二部分，基于无线传输的第一部分和第二部分确定无线传输的到达角，并输出无线传输的到达角。
本公开的另一方面涉及一种技术，包括采用第一天线接收无线传输的至少第一部分，确定何时将接收无线传输的第二部分，切换到第二天线以接收无线传输的第二部分，基于无线传输的第一部分和第二部分确定无线传输的到达角，并输出无线传输的到达角。
本公开的另一方面涉及一种无线设备，包括：接收链、耦合到接收链的第一天线、耦合到接收链的第二天线、存储器以及可操作地耦合到存储器的一个或多个处理器，其中一个或多个处理器被配置为：执行指令，使一个或多个处理器采用第一天线接收无线传输的至少第一部分，确定何时将接收无线传输的第二部分，切换到第二天线以接收无线传输的第二部分，基于无线传输的第一部分和第二部分确定无线传输的到达角，并输出无线传输的到达角。
附图说明
对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，在附图中：
图1是根据本公开的方面的具有两个接收链的无线收发器的电路图。
图2是示出根据本公开的方面的到达角确定的概念图。
图3是根据本公开的方面的能够采用单个接收链确定AoA的无线收发器的电路图。
图4A-图4C示出根据本公开的方面的无线系统的示例预定义信号。
图5是示出根据本公开的方面的用于AoA确定的技术的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的具体实施例。在本发明的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的特征以避免不必要地使描述复杂化。
图1是根据本公开的方面的具有两个接收链的无线收发器100的电路图。如图所示，无线收发器100包括被配置为处理两个射频(RF)流(此处为第一流104和第二流106)的基带处理器102。基带处理器102是管理无线电功能的处理器。基带处理器102可以耦合到与第一流104相关联的第一发射链108和第一接收链110。发射链包括一组耦合电路(未示出)，该组耦合电路接收从基带处理器102输出的数字信号并将数字信号转换为适合无线系统的正确格式的模拟信号，并将模拟信号输出到天线。例如，发射链可以包括多个耦合电路，包括但不限于数字/模拟转换器、低通滤波器、混频器、功率放大器等。类似地，接收链可以包括一组耦合电路(未示出)，该组耦合电路接收从天线输出的模拟信号并将模拟信号转换为正确格式化的数字信号，该数字信号输出到基带处理器。作为示例，接收链可以包括多个耦合电路，包括但不限于模拟/数字转换器、可调增益控制器、混频器、低噪声放大器等。在该示例中，基带处理器102也被耦合到与第二流116相关联的第二发射链112和第二接收链114。第一发射链108和第一接收链110可以经由第一RF开关116耦合到第一天线118。类似地，第二发射链112和第二接收链114可以经由第二RF开关120耦合到第二天线122。无线收发器100以半双工模式操作。因此，无线收发器100可以在任何时间点基于RF开关116和120的状态在接收模式或发射模式下操作。
图2是示出根据本公开的方面的到达角确定的概念图200。到达角测量利用能够使用在多个天线处接收到的传入信号之间的时间差对传入信号进行三角测量(例如，使用三个角度估计位置)。概念图200示出使用第一天线202和第二天线204这两个天线来确定AoA的简化示例。在该示例中，第一天线202可以对应于图1的第一天线118，并且第二天线204可以对应于第二天线122。可以理解，可以使用多于两个的任何数量的天线。第一天线202与第二天线204隔开距离d 206。具有AoA角θ、频率f和波长λ(其中波长为1除以传入信号的频率)的传入信号208可以由第一天线202和第二天线204接收。如图2中所示，示出传入信号208的波前以由虚线212表示的角度到达，该虚线212垂直于波前，并且实线214表示与第一天线202和第二天线204所在的轴线垂直的轴线。与传播到第一天线202的距离相比，传入信号208必须进一步传播到第二天线204附加距离r 210。距离r 210是d和θ的函数，使得r＝dsin(θ)。由于传入信号208必须进一步传播才能到达天线204，所以在第一天线202和第二天线204接收到的信号之间存在相移。相位是指两个波形的幅度波峰和波谷的位置之间的关系，并且可以由Φ表示。两个天线之间的相移(ΔΦ)然后可以表达为
Figure BDA0003651576970000031
其中在如由第一天线202(和对应的第一接收链)接收的传入信号208和如由第二天线204(和对应的第二接收链)接收的传入信号208之间测量相移。然后可以将AoA计算为
Figure BDA0003651576970000032
可以理解，用于确定AoA的前述技术是说明性的，并且可以使用用于确定AoA的其它技术。例如，多径信号的多信号分类(MUSIC)算法可用于确定AoA。在某些情况下，AoA可以基于如在天线202和天线204之间的传入信号208的接收信号强度之间的差来确定。
图3是根据本公开的方面的能够采用单个接收链确定AoA的无线收发器300的电路图。在无线收发器300中，基带处理器302耦合到发射链304和接收链306。发射链304包括一组耦合电路(未示出)，该组耦合电路接收从基带处理器302输出的数字信号并将数字信号转换为适合无线系统的正确格式的模拟信号，并经由第一天线312或第二天线314之一之间的RF开关308和天线开关310输出模拟信号。类似地，接收链306也包括一组耦合电路(未示出)，该组耦合电路经由天线开关310和RF开关308接收从第一天线312或第二天线314之一输出的模拟信号，并将模拟信号转换为正确格式的数字信号，该数字信号输出到基带处理器。在某些情况下，接收链306还可以包括存储器316。虽然示为接收链306的一部分，但可以理解，存储器316可以并入收发器的另一部分，诸如基带302。在某些情况下，存储器316可以是高速缓存、寄存器或其它存储系统，专用于记录接收的传输的部分或与接收的传输相关的信息。在其它情况下，存储器316可以是通用存储器的一部分。在某些情况下，存储器316还可以包括可由处理器(诸如基带处理器302)执行的非暂态指令。在某些情况下，非暂态指令可以被配置为使处理器(诸如基带处理器302)执行本公开中描述的技术的方面。还可以理解，本文讨论的技术有助于使单个接收链能够执行AoA测量，但它们不排除使用多个接收链。例如，通过允许使用单个接收链来执行AoA测量，具有两个接收链的收发器可以能够生成两个AoA测量而不是单个AoA测量，从而潜在地提高精度。
根据本公开的方面，无线传输的现有特性可以帮助使单个接收链能够执行AoA测量。例如，现有的无线协议通常包括某些预定义的信号，诸如前导码、导频符号、导频载波/子载波或其它预定义的传输，它们作为循环信号被重复传输，使得传输在多个符号上是相同的。例如，特定的前导码可以包括以预定义速率发送的预定义符号集，并且这些符号和速率例如可以在无线系统的规范中定义。
根据本公开的方面，可以使用耦合到多个天线并且可在多个天线之间切换的单个接收链来确定传输的AoA，诸如收发器300中所示的。例如，收发器300可以经由第一天线接收预定义无线传输的第一部分。在某些情况下，无线传输的第一部分可以是接收分组的一部分。例如，第一部分可以是前导码的一部分(例如，一个或多个符号)，诸如传统前导码长训练字段、短训练字段等，分组主体的一部分，诸如在分组的未使用部分处的导频音，或在分组末尾处的填充，诸如无线传输末尾的零填充，或预期无线传输的某些方面中的其它预定义无线传输。作为零填充的示例，如果要传输的数据不足以填充数据分组的整个数据部分，则可以将零添加到数据的末尾以填写(例如填充)数据分组的数据部分。在某些情况下，可以基于例如接收到的零的数量和分组的预期长度来检测零填充。在其它情况下，接收到的无线传输的第一部分可以是符号的预定义导频子载波。通常，导频信号可以在符号的特定子载波上传输，并且包括可用于帮助解码其它符号的预定义信息。这些预定义信号可能已经存在于现有的无线系统中。在某些情况下，这些预定义信号可以用于(例如，寻址到或以其它方式指向)接收无线设备或另一个无线设备。例如，前导码可以包括在某些无线系统的每次传输中，并且前导码可以用于关于诸如接入点的发射机的AoA确定，而不管预期的接收无线设备如何。类似地，无论预期的接收无线设备如何，都可以在传输中检测到导频信号。在某些情况下，接收到的无线传输的第一部分可以保存到存储器，诸如存储器316。在某些情况下，保存的第一部分可以是无线传输的记录。在某些情况下，保存的第一部分可以是描述无线传输的第一部分的数学函数或运算，诸如后快速傅里叶变换二进制信息。在某些情况下，该记录可以是用于AoA测量的无线传输的一部分，诸如前导码、导频信号或符号、零填充区域等。
值得注意的是，根据本公开的各方面，将预定义信号用于AoA确定会重新利用无线系统中的现有信号，而不是将信号特定信号用于AoA、天线切换或定位功能。例如，本文所讨论的技术可以在不改变现有传输格式的情况下将传统无线系统(诸如802.11a/b/g/n/ac)的前导码或导频载波重新用于AoA测量。作为另一示例，可以在不首先请求AoA测量、天线切换或定位信号并且然后接收AoA测量、天线切换或定位信号以执行AoA测量的情况下执行本文讨论的技术。
收发器300可以切换到第二天线并且接收预定义无线传输的第二部分。在某些情况下，预定义无线传输的第二部分可以基于预定义无线传输的调制和比特率来确定，使得无线传输的第一部分和无线传输的第二部分预期具有与第一部分相同的信息和相位差。关于无线传输的第一部分和无线传输的第二部分之间的相位的任何差异可能是由于无线传输在第一天线和第二天线之间传播的距离引起的。因此，无线传输的第一部分和无线传输的第二部分之间的相位差可以被测量为第一天线和第二天线之间的相移以用于确定AoA。
在AoA测量之后，收发器可以继续接收无线传输的剩余部分(例如，分组)。例如，在无线传输的第一部分发生在定向到收发器的数据传输之前，诸如在前导码或导频信号中，定向到收发器的数据可以被包括在例如主体或无线传输的数据部分中。在确定无线传输的AoA之后，收发器可以继续接收无线传输的剩余部分。在某些情况下，收发器可以切换回第一天线以继续接收无线传输的剩余部分。在某些情况下，收发器还可以继续接收无线传输的剩余部分的至少一部分。例如，收发器可以执行AoA测量，继续接收无线传输的另一部分，确定无线传输指向另一收发器，并停止接收无线传输的剩余部分。
图4A、图4B和图4C示出根据本公开的方面的无线系统的示例预定义信号。在图4A中，示出了用于无线系统中的传输的前导码400。在该示例中，前导码400可以是802.11b的物理层汇聚协议(PLCP)前导码。虽然使用802.11b前导码作为示例，但应理解，本文讨论的技术可适用于包括重复同步、前导码或其它预定义信号的任何无线协议。例如，信标可以广播重复的、预定的数据符号集，并且该数据符号集可以用于以与关于前导码400所讨论的方式一致的方式来确定AoA。
在某些情况下，可以在诸如802.11b的无线系统的每次传输之前包括前导码400，并且可以使用前导码400来帮助无线接收器与传输同步。前导码400的内容诸如在无线网络的规范中可以是预定义的，并且前导码400的内容是无线系统的无线设备所预期的。在该示例中，前导码400包括同步字段402和起始帧定界符(SFD)404字段。在某些情况下，同步字段402可以包括128位长前导码或56位短前导码，其中每个位包括重复值，诸如“0”或“1”。此外，前导码400以预定义的比特率、调制和每比特相移的数量来传输。因此，收发器300在接收到前导码400的第一部分后，预期在某个时间段接收到前导码400的另一部分。
根据本公开的方面，收发器300可以使用诸如第一天线312的第一天线来接收前导码400的第一部分。在某些情况下，无线传输的第一部分可以包括一个或更多符号。该接收到的前导码400的第一部分可以存储在存储器中，诸如存储器316。在某些情况下，保存的第一部分可以是用于AoA测量的无线传输的第一部分的记录，诸如前导码400的一部分。
收发器300可以切换到第二天线，诸如第二天线314，以接收前导码400的预期的第二部分。收发器可以基于在第一天线和第二天线之间切换所需的时间量来确定天线切换周期。该确定可以基于例如预先配置的切换周期，或者通过跟踪切换天线之后开始接收传输所需的时间量来确定。此外，由于每比特的相移数量是基于调制的，并且比特率是预定义的，因此可以定义如每个相移之间的时间N。在某些情况下，N的乘数(诸如用于二进制相移键控(BPSK)的2N或用于正交相移键控(QPSK)的4N)然后可以对应于全相移旋转。由于同步字段402以预定义的比特率和预定义的相移在预定义数量的比特上重复相同的值，所以如传输的前导码400的相位在每个相移旋转周期之间是相同的。因此，如第一部分和第二部分的相移旋转周期的对应部分之间的任何相位差都是由传入信号在第一天线和第二天线之间传播的距离r的差引起的。收发器可以根据需要基于切换周期、时间N和时间N的乘数来确定接收与接收到的第一部分对应的前导码400的第二部分的相位连续时间。收发器基于相位连续时间接收前导码400的第二部分。在某些情况下，收发器可以将前导码400的第二部分记录到存储器中。然后可以基于保存的前导码400的第一部分和前导码400的第二部分经由任何已知的AoA技术来计算AoA。
图4C示出根据本公开的方面的无线系统的帧结构430。帧结构430表示802.11ax帧，802.11ax帧可以包括用于与其它无线系统向后兼容的传统前导码432。帧结构430还可以包括802.11ax前导(例如，HE(高效))前导码434。上面讨论的关于802.11b分组的技术可以类似地适用于802.11ax。例如，前导码的传统短训练字段(L-STF)436和/或传统长训练字段(L-LTF)可以在无线传输的第一和第二部分处使用。作为更详细的示例，收发器在检测到L-STF 436时，可能预期随后接收L-LTF 438，然后收发器可以使用第一天线接收L-LTF 438的第一部分，切换到第二天线，并接收L-LTF 438的第二部分。类似地，对于HE前导码434，无线收发器可以利用用于无线传输的第一和第二部分的高效短训练字段(HE-STF)440和高效长训练字段(HE-LTF)442。作为更详细的示例，收发器在检测到HE-STF 440后，可预期随后接收多个HE-LTF 442。在802.11ax中，HE-LTF 442可用于增强信道估计、波束成形、MIMO空间分集，并且传输的HE-LTF 442的确切数量可以例如基于无线系统的配置而变化。在传输多个HE-LTF 442的情况下，收发器可以使用第一天线接收第一HE-LTF 442作为无线传输的第一部分，切换到第二天线，并接收第二HE-LTF 442作为无线传输的第二部分。
在图4C中，示出了无线系统的示例正交频分复用(OFDM)信号450。某些无线系统可以利用OFDM，其中OFDM信号450的每个符号包括多个子载波，多个子载波包括数据子载波452和导频子载波454上的导频信号。在某些情况下，保护带456可以将OFDM信号450的频率与其它传输分开。导频子载波454可以以预定义的间隔被包括在OFDM信号450中。例如，导频子载波454可以在每个符号期间、每隔一个符号期间或基于另一个预定义模式存在。导频子载波454的极性、相位和比特率诸如在无线网络的规范中可以是预定义的，并且相同的导频信号可以以预定义的间隔传输。因此，收发器300在接收到作为无线传输的第一部分的第一导频子载波454时，预期稍后接收作为无线传输的第二部分的第二导频子载波454。
根据本公开的方面，收发器300可以使用诸如第一天线312的第一天线来接收诸如第一导频子载波454的无线传输的第一部分。该接收的第一部分可以存储在诸如存储器316的存储器中。在某些情况下，保存的第一部分可以是无线传输的记录。在某些情况下，该记录可以是用于AoA测量的无线传输的一部分，诸如导频子载波。
收发器300可以切换到第二天线，诸如第二天线314，以接收无线传输的预期的第二部分，诸如第二导频子载波454。收发器可以基于在第一天线和第二天线之间切换所需的时间量来确定天线切换周期。该确定可以基于例如预先配置的切换周期，或者通过跟踪切换天线之后开始接收传输所需的时间量来确定。另外，可以基于预期相移、导频子载波的比特率和预定义的间隔来定义时间N。在某些情况下，N的乘数(诸如BPSK的2N或QPSK的4N)可随后对应于全相移旋转。由于导频子载波具有恒定的内容，因此第一导频子载波和第二导频子载波的相移旋转周期的对应部分之间的任何相位差异是由传入信号在第一天线和第二天线之间传播的距离r的差异引起的。收发器可以根据需要基于切换周期、时间N和时间N的乘数来确定接收与接收到的第一导频子载波454相对应的预期(例如，第二)导频子载波454的相位连续时间。收发器基于相位连续时间接收第二导频子载波。在某些情况下，收发器可以将第二导频子载波记录到存储器。然后可以基于保存的第一导频子载波(例如，第一部分)和第二导频子载波(例如，第二部分)经由任何已知的AoA技术来计算AoA。
图5是示出根据本公开的方面的用于AoA确定的技术500的流程图。在框502处，无线传输的至少第一部分可以由第一天线接收。例如，接收器可以经由第一天线接收预定义无线传输的第一部分。在某些情况下，预定义无线传输的部分可能已经存在于现有无线系统中，诸如前导码、导频符号或子载波、信标、无线传输结束时的零填充等。在某些情况下，第一部分可以保存到存储器。在框504处，确定何时将接收到无线传输的第二部分。例如，基带处理器可以确定何时将接收到无线传输的第二部分，并且确定何时接收第二部分可以考虑在第一天线和第二天线之间切换所需的时间量。该确定还可以考虑无线传输的调制编码方案(MCS)和带宽(BW)。在框506处，在切换到第二天线之后接收无线传输的第二部分。例如，第一天线和第二天线可以经由天线开关耦合到单个接收链。基带处理器可以向天线开关指示执行天线切换。在框508处，可以基于无线传输的第一部分和第二部分来确定无线传输的到达角。例如，基带处理器可以确定无线传输的保存的第一部分和接收到的第二部分之间的相移，并且该相移可以用于确定AoA。在框510处，输出无线传输的到达角。例如，基带处理器可以输出确定的AoA。
在整个说明书中使用术语“耦合”。该术语可以涵盖实现与本公开的描述一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A生成信号以控制设备B执行动作，则在第一示例中，设备A耦合到设备B，或者在第二示例中，如果中间组件C基本上不改变设备A和设备B之间的功能关系，使得设备B由设备A经由由设备A生成的控制信号控制，则设备A通过中间组件C耦合到设备B。
在权利要求的范围内，在所述的实施例中的修改是可能的，并且其它实施例也是可能的。

Claims (22)

1.一种电路，包括：
存储器；
接收到的链；以及
一个或多个处理器，其可操作地耦合到所述存储器，其中，所述一个或多个处理器被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器：
由所述接收链使用第一天线接收无线传输的至少第一部分；
确定何时将接收所述无线传输的第二部分；
由所述接收链使用第二天线接收所述无线传输的第二部分；
基于所述无线传输的所述第一部分和所述第二部分确定所述无线传输的到达角；以及
输出所述无线传输的所述到达角。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述一个或多个处理器进一步被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器：
将所述无线传输的所述第一部分保存到所述存储器中。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，确定所述无线传输的所述到达角是基于所述无线传输的保存的所述第一部分和接收到的所述第二部分。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述一个或多个处理器进一步被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器：
由所述接收链接收所述无线传输的剩余部分；以及
解码所述无线传输的所述剩余部分。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述无线传输的所述剩余部分使用所述第一天线接收。
6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述无线传输的所述到达角基于所述无线传输的所述第一部分和所述无线传输的所述第二部分之间的相移。
7.根据权利要求1所述的电路，其中，确定何时将接收所述无线传输的所述第二部分基于切换到所述第二天线所需的时间量。
8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述无线传输的所述第一部分和所述第二部分包括所述无线传输的前导码或导频子载波的部分。
9.根据权利要求1所述的电路，其中，所述一个或多个处理器进一步被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器在接收所述无线传输的前导码或主体期间从接收来自所述第一天线的所述无线传输切换到所述第二天线。
10.根据权利要求1所述的电路，其中，所述无线传输被发送到第三无线设备。
11.一种方法，包括：
采用第一天线接收无线传输的至少第一部分；
确定何时将接收所述无线传输的第二部分；
切换到所述第二天线以接收所述无线传输的所述第二部分；
基于所述无线传输的所述第一部分和所述第二部分确定所述无线传输的到达角；以及
输出所述无线传输的所述到达角。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述无线传输的所述第一部分保存到存储器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述无线传输的所述到达角是基于所述无线传输的保存的所述第一部分和接收的所述第二部分。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
由所述接收链接收所述无线传输的剩余部分；以及
解码所述无线传输的所述剩余部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述无线传输的所述剩余部分使用所述第一天线接收。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线传输的所述到达角基于所述无线传输的所述第一部分和所述无线传输的所述第二部分之间的相移。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，确定何时将接收所述无线传输的所述第二部分基于切换到所述第二天线所需的时间量。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线传输的所述第一部分和所述第二部分包括所述无线传输的前导码或导频子载波的部分。
19.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在接收所述无线传输的前导码或主体期间从接收来自所述第一天线的所述无线传输切换到所述第二天线。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无线传输被发送到第三无线设备。
21.一种无线设备，包括：
接收链；
第一天线，其耦合到所述接收链；
第二天线，其耦合到所述接收链；
存储器；以及
一个或多个处理器，其可操作地耦合到所述存储器，其中，所述一个或多个处理器被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器：
采用所述第一天线接收无线传输的至少第一部分；
确定何时将接收所述无线传输的第二部分；
切换到所述第二天线以接收所述无线传输的所述第二部分；
基于所述无线传输的所述第一部分和所述第二部分确定所述无线传输的到达角；以及
输出所述无线传输的所述到达角。
22.根据权利要求21所述的无线设备，其中，所述一个或多个处理器进一步被配置为执行指令，从而使所述一个或多个处理器：
将所述无线传输的所述第一部分保存到所述存储器，以及其中，基于所述无线传输的保存的所述第一部分和接收的所述第二部分来确定所述无线传输的所述到达角。
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