DE112019006030T5

DE112019006030T5 - Dynamisches antennen-array-musterschalten in drahtlossystemen

Info

Publication number: DE112019006030T5
Application number: DE112019006030.9T
Authority: DE
Inventors: Victor Simileysky
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN112930699A; US20200178054A1; WO2020117409A2; WO2020117409A3; US10972886B2

Abstract

Ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung weist Folgendes auf: Verwenden einer Schaltstufe zu einer ersten Teilmenge von Antennen aus einem Antennen-Cluster, Verwenden der ersten Teilmenge von Antennen, um ein erstes Bluetooth-Signal zu empfangen, Erzeugen eines ersten Richtungswerts des ersten Bluetooth-Signals, Verwenden eines Verarbeitungselements, um wenigstens eine Antenne des Antennen-Clusters zumindest teilweise auf der Grundlage des ersten Richtungswerts zu beurteilen, Auswählen einer zweiten Teilmenge von Antennen auf der Grundlage der Beurteilung, Verwenden der zweiten Teilmenge von Antennen, um ein zweites Bluetooth-Signal zu empfangen, und Erzeugen eines zweiten Richtungswerts des zweiten Bluetooth-Signals. Andere Ausführungsformen der Vorrichtung und Betriebsarten davon werden auch offenbart.

Description

PRIORITÄT
Die vorliegende Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der am 6. März 2019 eingereichten US-Non-Provisional-Anmeldung 16/294 586 , welche die Priorität und den Vorteil nach 35 U.S.C. § 119(e) der am 4. Dezember 2018 eingereichten US-Provisional-Anmeldung 62/775 012 beansprucht, welche hier in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Drahtlosvorrichtungs-/Systemkonnektivitätsprobleme. Sie betrifft insbesondere Ausführungsformen zum Antennen-Array- oder dynamischen Cluster-Musterschalten und ein Betriebsverfahren dafür.
HINTERGRUND
Rechenvorrichtungen können über Netze in der Art von Drahtlosnetzen (beispielsweise WiFi-Netzen, Bluetooth-Netzen usw.) miteinander kommunizieren. Eine Rechenvorrichtung kann mit einer anderen Vorrichtung (beispielsweise einer anderen Rechenvorrichtung) im Drahtlosnetz kommunizieren, indem sie Funkfrequenz (RF)-Signale zueinander senden und/oder voneinander empfangen. Diese Vorrichtungen innerhalb des Drahtlosnetzes können die gesendeten/empfangenen RF-Signale auch verwenden, um Daten zur relativen Richtung zueinander zu erzeugen. Eine der Techniken besteht in der Verwendung einer Ankunftswinkel(AoA)- oder Ausgangswinkel(AoD)-Schätzung, um die Erzeugung dieser Daten zu unterstützen. Existierende Entwürfe und Techniken zur Schätzung von AoA oder AoD sehen sich verschiedenen Herausforderungen gegenüber, wie Abwärtskompatibilitätsproblemen und Anforderungen zur Erhöhung der Genauigkeit und zur Verringerung der Kosten, des Fußabdrucks, der Betriebszeit und des Stromverbrauchs.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung ist beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der anliegenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm von Drahtlosvorrichtungen unter Verwendung von AoA-Schätztechniken gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
2 ein schematisches Diagramm von Drahtlosvorrichtungen unter Verwendung von AoD-Schätztechniken gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
3A ein schematisches Diagramm eines RF-Wellenausbreitungsmodells zur Bestimmung einer AoA-Schätzung gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
3B ein Graphendiagramm von Phasendifferenzen an individuellen Antennen eines Antennen-Arrays gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
4 ein schematisches Diagramm eines Empfängers gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
5 ein schematisches Diagramm einer Drahtlosvorrichtung gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
die 6A und 6B schematische Diagramme von Antennen-Arrays unter Verwendung eines RF-Wellenausbreitungsmodells zur Bestimmung einer AoA-Schätzung gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
7 ein schematisches Diagramm eines RF-Wellenausbreitungsmodells zur Bestimmung einer AoA-Schätzung gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
8 ein Graphendiagramm von Wirkungen von RF-Ausbreitungswinkeln auf die Empfindlichkeit gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Schätzen des AoA gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands,
die 10A, 10B, 10C schematische Diagramme eines dynamischen Schaltens eines Antennen-Arrays gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands und
11 ein schematisches Diagramm einer Anwendung der Ausführungsformen zum dynamischen Antennen-Array-Schalten gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten in der Art von Beispielen spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren usw. dar, um ein gutes Verständnis mehrerer Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands bereitzustellen. Fachleute werden jedoch verstehen, dass zumindest einige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten verwirklicht werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Komponenten oder Verfahren nicht detailliert beschrieben oder in einem einfachen Blockdiagrammformat präsentiert, um es zu vermeiden, die hier beschriebenen Techniken unnötig unklar zu machen. Demgemäß dienen die nachstehend dargelegten spezifischen Einzelheiten lediglich als Beispiel. Spezielle Implementationen können von diesen beispielhaften Einzelheiten abweichen und noch als innerhalb des Gedankens und Schutzumfangs des Erfindungsgegenstands liegend angesehen werden.
Sofern nichts anderes spezifisch ausgesagt wird, ist es, wie anhand der folgenden Erörterungen ersichtlich werden wird, zu verstehen, dass sich verwendete Begriffe in der Art von „Erzeugen“, „Erkennen“, „Verarbeiten“, „Berechnen“, „Bestimmen“ oder dergleichen in den Erörterungen der Patentschrift auf die Aktion und/oder Prozesse eines Computers oder Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, welche als physikalische in der Art elektronischer Größen innerhalb der Register und/oder Speicher des Rechensystems repräsentierte Daten in andere Daten manipulieren und/oder transformieren, die ähnlich als physikalische Größen innerhalb der Speicher, Register oder eines anderen derartigen Informationsspeichers, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen repräsentiert werden. Verschiedene Einheiten, Schaltungen oder andere Komponenten können als „ausgelegt für“ oder „auslegbar für“ die Ausführung einer oder mehrerer Aufgaben beschrieben oder beansprucht werden. In diesen Zusammenhängen wird der Ausdruck „ausgelegt für“ oder „auslegbar für“ verwendet, um eine Struktur mit einzuschließen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Schaltungen/Komponenten eine Struktur (beispielsweise Schaltungsanordnung) aufweisen, welche die eine oder die mehreren Ausgaben während des Betriebs ausführt. Daher kann ausgesagt werden, dass die Einheit/Schaltung/Komponente dafür ausgelegt ist, die Aufgabe auszuführen, oder dafür auslegbar ist, die Aufgabe auszuführen, selbst wenn die spezifizierte Einheit/Schaltung/Komponente gegenwärtig nicht in Betrieb ist (beispielsweise nicht eingeschaltet ist). Die Einheiten/Schaltungen/Komponenten, die mit dem Sprachgebrauch „ausgelegt für“ oder „auslegbar für“ verwendet werden, schließen Hardware ein, beispielsweise Schaltungen, einen Speicher, der ausführbare Programmbefehle für die Implementation der Operation speichert, usw. Es sei ausdrücklich bemerkt, dass die Erwähnung, dass eine Einheit/Schaltung/Komponente „dafür ausgelegt ist“, eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, oder „dafür auslegbar ist“, eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, nicht 35 U.S.C. 112, Absatz 6 für diese Einheit/Schaltung/Komponente betreffen soll. Zusätzlich kann „ausgelegt für“ oder „auslegbar für“ eine generische Struktur (beispielsweise eine generische Schaltungsanordnung) einschließen, die durch Software und/oder Firmware (beispielsweise ein FPGA oder einen Software ausführenden Prozessor für allgemeine Zwecke) manipuliert wird, um in einer Weise zu arbeiten, in der die betreffende Aufgabe (die betreffenden Aufgaben) ausgeführt werden kann (können). „Ausgelegt für“ kann auch die Anpassung eines Herstellungsprozesses (beispielsweise einer Halbleiter-Herstellungsanlage) für die Herstellung von Vorrichtungen (beispielsweise integrierten Schaltungen), die für die Implementation oder Ausführung einer oder mehrerer Aufgaben angepasst werden, einschließen. „Auslegbar für“ soll ausdrücklich nicht für unbeschriebene Medien, einen nicht programmierten Prozessor oder einen nicht programmierten generischen Computer oder eine nicht programmierte programmierbare Logikvorrichtung, ein programmierbares Gate-Array oder eine andere nicht programmierte Vorrichtung gelten, es sei denn, dass sie von programmierten Medien begleitet werden, welche der nicht programmierten Vorrichtung die Fähigkeit geben, für die Ausführung der einen oder der mehreren offenbarten Funktionen ausgelegt zu werden.
KURZFASSUNG DES ERFINDUNGSGEGENSTANDS
Die hier beschriebenen Beispiele, Implementationen und Ausführungsformen können dynamische Schalttechniken zur Änderung eines Antennen-Cluster-Musters zum Verbessern der Genauigkeit der relativen Richtungsschätzung, des Stromsparens und der Latenzverringerung verwenden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren aus dem Erfindungsgegenstand die folgenden Schritte aufweisen: Verwenden einer Schaltstufe zum Auswählen einer ersten Teilmenge von Antennen aus einem Antennen-Cluster und zum Bilden eines ersten Musters, Verwenden der ersten Teilmenge von Antennen, um ein erstes Bluetooth-Signal zu empfangen, Erzeugen eines ersten Richtungswerts des ersten Bluetooth-Signals, Verwenden eines Verarbeitungselements, um wenigstens eine Antenne des Antennen-Clusters zumindest teilweise auf der Grundlage des ersten Richtungswerts zu beurteilen, Verwenden der Schaltstufe zum Auswählen einer zweiten Teilmenge von Antennen aus dem Antennen-Cluster auf der Grundlage von Ergebnissen der Beurteilung der wenigstens einen Antenne, um ein zweites Muster zu bilden, das vom ersten Muster verschieden ist, Verwenden der zweiten Teilmenge von Antennen, um ein zweites Bluetooth-Signal zu empfangen, und Erzeugen eines zweiten Richtungswerts des zweiten Bluetooth-Signals.
Gemäß einer Ausführungsform kann das vorstehend erwähnte Verfahren auch die folgenden Schritte aufweisen: Verwenden des Verarbeitungselements zum Beurteilen wenigstens einer Antenne, die nicht im zweiten Muster enthalten ist, zumindest teilweise auf der Grundlage des zweiten Richtungswerts des zweiten Bluetooth-Signals, Hinzufügen wenigstens einer Antenne auf der Grundlage von Ergebnissen der Beurteilung zur zweiten Teilmenge von Antennen, um eine dritte Teilmenge zu bilden, Verwenden der dritten Teilmenge von Antennen, um ein drittes Bluetooth-Signal zu empfangen, und Erzeugen eines dritten Richtungswerts des dritten Bluetooth-Signals.
Gemäß einer Ausführungsform können das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale mit einer Konstanttonerweiterung (CTE) sein.
Gemäß einer Ausführungsform können der erste und der zweite Richtungswert einen Ankunftswinkel (AoA) in Zusammenhang mit dem ersten bzw. dem zweiten Bluetooth-Signal aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das zweite Muster weniger Antennen aufweisen als das erste Muster.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Beurteilens wenigstens einer Antenne des Antennen-Clusters auch die Schritte des Erzeugens und Vergleichens eines oder mehrerer Beitragsfaktoren jeder Antenne im ersten Muster aufweisen. Gemäß Ausführungsformen können die Beitragsfaktoren wenigstens eines der Folgenden aufweisen: Orientierung von Antennenpaaren im ersten Muster gegenüber dem ersten Richtungswert, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) sowie Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des ersten Bluetooth-Signals.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Auswählens der zweiten Teilmenge von Antennen auch das Abwählen wenigstens einer Antenne aus der ersten Teilmenge von Antennen, um die zweite Teilmenge von Antennen zu bilden, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform können Antennenpaare in der ersten Teilmenge von Antennen, die eine Orientierung innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts von 90° oder 270° gegenüber einer Ausbreitungsrichtung des ersten Bluetooth-Signals haben, ausgewählt werden, um die zweite Teilmenge von Antennen zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das vorstehend erwähnte Verfahren auch folgenden Schritt aufweisen: Mitteilen einer das erste Bluetooth-Signal sendenden Drahtlosvorrichtung, um die Dauer der CTE im zweiten Bluetooth-Signal zu verkürzen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Vorrichtung Folgendes aufweisen: einen Sendeempfänger, eine Schaltstufe, die dafür ausgelegt ist, mit einem Antennen-Cluster zu koppeln, wobei die Schaltstufe ferner dafür ausgelegt sein kann, wenigstens eine Antenne des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, und ein Verarbeitungselement, das dafür ausgelegt sein kann, die Schaltstufe zu veranlassen, eine erste Teilmenge von Antennen des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein erstes Bluetooth-Signal zu empfangen, eine erste Ankunftswinkel(AoA)-Schätzung des ersten Bluetooth-Signals zu erzeugen, die Schaltstufe zu veranlassen, eine zweite Teilmenge von Antennen des Antennen-Clusters zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein zweites Bluetooth-Signal zu empfangen, wobei die erste und die zweite Teilmenge von Antennen voneinander verschieden sind, und eine zweite AoA-Schätzung des zweiten Bluetooth-Signals zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verarbeitungselement ferner dafür ausgelegt sein, die Schaltstufe zu veranlassen, eine dritte Teilmenge von Antennen zumindest teilweise auf der Grundlage der zweiten AoA-Schätzung mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein drittes Bluetooth-Signal zu empfangen, und eine dritte AoA-Schätzung des dritten Bluetooth-Signals zu erzeugen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Verarbeitungselement auch dafür ausgelegt sein, jeder Antenne in der ersten Teilmenge auf der Grundlage ihres einen oder ihrer mehreren Beitragsfaktoren bei der Erzeugung der ersten AoA-Schätzung zu beurteilen.
Gemäß einer Ausführungsform können die Beitragsfaktoren zumindest einen der Folgenden aufweisen: Orientierung von Antennenpaaren in der ersten Teilmenge gegenüber einer Ausbreitungsrichtung des ersten Bluetooth-Signals auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des ersten Bluetooth-Signals.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verarbeitungselement auch dafür ausgelegt sein, wenigstens eine Antenne, die nicht in der zweiten Teilmenge vorhanden ist, auf der Grundlage ihres einen oder ihrer mehreren Beitragsfaktoren bei der Erzeugung der zweiten AoA-Schätzung zu beurteilen. Gemäß Ausführungsformen können die Beitragsfaktoren zumindest einen der Folgenden aufweisen: Orientierung von Antennenpaaren, die nicht in der zweiten Teilmenge liegen, gegenüber der Ausbreitungsrichtung des zweiten Bluetooth-Signals, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des zweiten Bluetooth-Signals.
Gemäß einer Ausführungsform können das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale mit einer Konstantzeiterweiterung (CTE) sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Teilmenge weniger Antennen als die erste Teilmenge aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Drahtlosvorrichtung Folgendes aufweisen: einen Antennen-Cluster, der wenigstens drei Antennen aufweisen kann, einen Sendeempfänger, einen Schaltkreis, der dafür ausgelegt sein kann, wenigstens zwei Antennen des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um eine Antennenteilmenge zu bilden, und ein Verarbeitungselement, das dafür ausgelegt sein kann, eine erste AoA-Schätzung eines von einer ersten Antennenteilmenge empfangenen ersten Bluetooth-Signals zu erzeugen, den Schaltkreis zu veranlassen, wenigstens eine Antenne aus der ersten Antennenteilmenge abzuwählen, um eine zweite Antennenteilmenge zu bilden, zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung, und eine zweite AoA-Schätzung eines von der zweiten Antennenteilmenge empfangenen zweiten Bluetooth-Signals zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform können das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale mit einer Konstantzeiterweiterung (CTE) sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Sendeempfänger eine Einzelfunkkonfiguration aufweisen und kann der Schaltkreis dafür ausgelegt sein, eine Antenne zur Zeit mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um die Antennenteilmenge zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verarbeitungselement ferner dafür ausgelegt sein, den Schaltkreis zu veranlassen, wenigstens eine Antenne, die nicht in der zweiten Antennenteilmenge ist, zumindest teilweise auf der Grundlage der zweiten AoA-Schätzung hinzuzufügen, um eine dritte Antennenteilmenge zu bilden, und eine dritte AoA-Schätzung eines von der dritten Antennenteilmenge empfangenen dritten Bluetooth-Signals zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Antennen-Cluster als eines der Folgenden ausgelegt sein: ein lineares Muster, ein kreisförmiges Muster und ein ovales Muster.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Drahtlosnetzes 100, das Drahtlosvorrichtungen aufweist, die ein AoA-Verfahren zum Bestimmen relativer Richtungen verwenden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 1 sei bemerkt, dass eine Drahtlosvorrichtung 102 RF-Signale 108 zu einer Drahtlosvorrichtung 118 sendet. Die Drahtlosvorrichtungen 102 und 118 können beliebige Drahtlosvorrichtungen sein, die über ein Drahtlosnetz miteinander kommunizieren. Das Drahtlosnetz 100 kann ein öffentliches Netz (beispielsweise das Internet), ein privates Netz (beispielsweise ein lokales Netz (LAN) oder ein Weitbereichsnetz (WAN)) oder eine Kombination davon sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Drahtlosnetz 100 eine Drahtlosinfrastruktur aufweisen, die durch ein oder mehrere Drahtloskommunikationssysteme in der Art eines Wireless-Fidelity(WiFi)-Zugangspunkts oder -Hotspots bereitgestellt sein kann, die mit dem Netz und/oder einem Drahtlosträgersystem, das unter Verwendung verschiedener Datenverarbeitungsgeräte, Kommunikationsmasten (beispielsweise Mobilfunkmasten) usw. implementiert sein kann, verbunden sind. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Netz 100 ein persönliches Netz in der Art eines Bluetooth-Netzes, eines Bluetooth-Low-Energy-Netzes, eines ZigBee-Netzes, eines Z-Wave-Netzes usw. sein.
Das Drahtlosnetz 100 kann Kommunikationen (beispielsweise Daten, Nachrichten, Pakete, Frames usw.) zwischen Drahtlosvorrichtungen 102 und 118 übertragen. Bei einem Beispiel sind die Drahtlosvorrichtungen 102 und 118 Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Vorrichtungen, bei denen eine Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 102 ihre Richtung einer Peer-Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 zur Verfügung stellen kann, indem sie ein oder mehrere Pakete, an die eine Richtungsfindekomponente in der Art einer Konstanttonerweiterung (CTE) angehängt ist, unter Verwendung einer einzigen oder mehrerer Antennen (in 1 nicht dargestellt) sendet. Gemäß einer Ausführungsform kann die Drahtlosvorrichtung 102 eine Antenne 104 und einen RF-Sender 106 aufweisen. Die Drahtlosvorrichtung 118 kann einen Antennen-Cluster oder ein Antennen-Array 110, eine RF-Schaltkomponente 112, einen RF-Empfänger 114 und eine Richtungskomponente 116 aufweisen. Die RF-Schaltkomponente 112 schaltet Antennen innerhalb des Antennen-Arrays 110, während sie RF-Signale 108 empfängt und die I- und Q-Proben erfasst. Gemäß Ausführungsformen kann der RF-Empfänger 114 einen oder mehrere Funkempfänger aufweisen. Die I- und Q-Proben können von der Richtungskomponente 116 verwendet werden, um einen AoA empfangener RF-Signale 108 zu schätzen.
2 ist ein schematisches Diagramm eines Drahtlosnetzes 200, das Drahtlosvorrichtungen aufweist, die ein AoD-Verfahren zum Bestimmen relativer Richtungen verwenden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich 1 kann die Drahtlosvorrichtung 202 eine RF-Schaltkomponente 206 zur periodischen Verwendung einer oder mehrerer Antennen im Antennen-Array 204 zum Senden vom RF-Sender 208 erzeugter RF-Signale 210 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Drahtlosvorrichtung 202 den AoD der gesendeten RF-Signale durch Senden von Paketen mit einer angehängten CTE während des Sendens erkennbar machen. Die Drahtlosvorrichtung 212 kann eine Ausführungsform mit einer einzigen oder mehreren Anteilen (in 2 nicht dargestellt), einschließlich eines RF-Empfängers 216 und einer Richtungskomponente 218, sein. Die Antenne 214 kann die gesendeten Pakete empfangen und erfasst die I- und Q-Proben während des CTE-Teils dieser Pakete. Die I- und Q-Proben können von der Richtungskomponente 218 verwendet werden, um den AoD mit den Profilebeneninformationen des Antennen-Arrays 204 auf der Seite der Drahtlosvorrichtung 202 zu schätzen.
Gemäß einigen Ausführungsformen können die in den 1 und 2 dargestellten Drahtlosvorrichtungen 102, 118, 202, 212 auch Hardwarevorrichtungen in der Art von Verarbeitungsvorrichtungen (beispielsweise Prozessoren, Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs), Speicher (beispielsweise Direktzugriffsspeicher (RAM), Speichervorrichtungen (beispielsweise Festplattenlaufwerk (HDD), Halbleiterlaufwerk (SSD) usw.) und anderen Hardwarevorrichtungen (beispielsweise Soundkarte, Videokarte usw.) aufweisen. Die Drahtlosvorrichtungen 102, 118, 202, 212 können auch einen geeigneten Typ einer Rechenvorrichtung oder -machine umfassen, die einen programmierbaren Prozessor aufweist, einschließlich beispielsweise Servercomputer, Desktopcomputer, Laptopcomputer, Tabletcomputer, Smartphones, persönlicher digitaler Assistenten (PDAs), Settop-Boxen usw. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Drahtlosvorrichtungen 102, 118, 202, 212 eine einzige Maschine oder mehrere miteinander verbundene Maschinen (beispielsweise mehrere in einem Cluster konfigurierte Server) aufweisen. Die Drahtlosvorrichtungen 102, 118, 202, 212 können ein Betriebssystem (OS) ausführen oder aufweisen. Das OS der Drahtlosvorrichtungen 102, 118, 202, 212 kann die Ausführung anderer Komponenten (beispielsweise Richtungs-, Software-, Anwendungs- usw.) und/oder den Zugriff auf die Hardware (beispielsweise Prozessoren, Speicher, Speichervorrichtungen usw.) behandeln.
3A ist ein schematisches Diagramm eines RF-Wellenausbreitungsmodells 300 zum Bestimmen einer AoA-Schätzung gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands. Wie in 1 erörtert, kann eine Drahtlosvorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 den AoA empfangener RF-Signale verwenden, um relative Richtungsinformationen einer Peer-Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 102 zu bestimmen. Mit Bezug auf 3A sei bemerkt, dass Ant. 1 308 und Ant. 2 306 zwei Antennen eines Antennen-Arrays in der Art des Antennen-Arrays 110 in 1 sein können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Ant. 1 308 und Ant. 2 306 ein Teil eines linearen Arrays, eines kreisförmigen Arrays, eines ovalen Arrays oder eines Arrays mit einer anderen physischen Konfiguration und Anzahl von Antennen, wie auf dem Fachgebiet bekannt, sein. Ant. 1 308 und Ant. 2 306 können in einem Abstand (d) getrennt voneinander angeordnet sein. Ein RF-Eingangsmuster 302 kann aus RF-Signalen, die von einer Fernfeld-Sendeantenne in der Art der Antenne 104 in 1 gesendet werden, bestehen. Gemäß Ausführungsformen kann das RF-Eingangsmuster 302 (beispielsweise die Trägerwellen) moduliert sein, um Nachrichten zu codieren und/oder Muster eines Kommunikationsprotokolls, entweder gestreamt oder paketiert, zu definieren. Die Ausbreitungsrichtung 304 kann die Annäherungsrichtung des RF-Eingangsmusters 302 sein, und AoA (θ) kann der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung 304 und der Ant. 1 308 und Ant. 2 306 verbindenden Ebene sein. Beispielsweise und wie auch in 3A dargestellt ist, können Wellenfronten des RF-Eingangsmusters 302 vor Ant. 2 306 bei Ant. 1 308 ankommen, und die zusätzliche Strecke, über welche sich das RF-Eingangsmuster 302 von Ant. 1 308 zu Ant. 2 306 bewegt, kann als Wegdifferenz (ΔD) repräsentiert werden. AoA kann in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt werden: $θ= {cos}^{- 1} (Δ D/d)$
Die Wegdifferenz (ΔD) kann mathematisch durch Attribute des RF-Eingangsmusters 302, wie in Gleichung (2) ausgedrückt werden: $Δ D = λ / 2 π \times (φ 2 - φ 1)$
wobei λ die Wellenlänge des RF-Eingangsmusters 302 ist und φ1 und φ2 Phasenwerte des bei Ant. 1 308 bzw. Ant. 2 306 beobachteten RF-Eingangsmusters 302 sind. Weil Wellenlänge (λ) = Lichtgeschwindigkeit (c)/Frequenz (f) ist, kann AoA (θ) folgendermaßen ausgedrückt werden: $θ= {cos}^{- 1} (c \times (φ 2 - φ 1) / (2 π fd))$
Wie vorstehend gezeigt wurde, kann, weil c, f und d bekannte Werte sind, die Schätzung des AoA des RF-Eingangsmusters 302 in Bezug auf eine Ant. 1 308 und Ant. 2 306 verbindende Ebene durch Herausfinden der Phasendifferenz (Δφ) zwischen dem RF-Eingangsmuster 302, das bei Ant. 2 306 und Ant. 1 308 beobachtet/empfangen wird (φ2 - φ1), erreicht werden.
3B zeigt Graphendiagramme, die Phasendifferenzen an individuellen Antennen eines Antennen-Arrays zeigen, gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands. Unter Verwendung von Ant. 1 308 aus 3A als Beispiel sei bemerkt, dass Diagramm 1 350 aus 3B den Phasenwert (φ1) von Ant. 1 308 bei t1, wenn Ant. 1 308 das RF-Eingangsmuster 302 empfängt, zeigt. Mit Bezug auf Diagramm 2 352 aus 3B sei bemerkt, dass φ2 der Phasenwert des bei t1 an Ant. 2 306 beobachteten/empfangenen RF-Eingangsmusters 302 ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Drahtlosvorrichtung 118 eine Mehrfunklösung sein, wobei Ant. 1 308 und Ant. 2 306 jeweils mit zwei dedizierten Funkempfängern verbunden sind, so dass das RF-Eingangsmuster 302 bei t1 sowohl an Ant. 1 308 als auch an Ant. 2 306 beobachtet werden kann. Sobald φ 1 und φ2 erhalten wurden, kann eine AoA-Schätzung unter Verwendung der Phasendifferenz der an Ant. 1 308 und Ant. 2 306 beobachteten Signale und Gleichung (1) - (3), wie zuvor erörtert, erzeugt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen können Antennen-Arrays in der Art des Antennen-Arrays 110 mehr als zwei Antennen aufweisen. Mit Bezug auf Diagramm 3 354 aus 3B sei bemerkt, dass φ3 den Phasenwert des bei t1 an Ant. 3 beobachteten RF-Eingangsmusters 302 repräsentiert. Gemäß einer Ausführungsform kann Ant. 3 (in 3B nicht dargestellt) eine Antenne desselben Ant. 1 308 und Ant. 2 306 aufweisenden Antennen-Arrays sein und ist mit ihrem dedizierten Funkempfänger verbunden. Ant. 3 kann sich möglicherweise auf derselben Ebene befinden, die Ant. 1 308 und Ant. 2 306 verbindet. Sobald φ3 bestimmt wurde, können Phasendifferenzen zwischen den an Ant. 1 308 und Ant. 2 306, Ant. 1 308 und Ant. 3 und Ant. 2 306 und Ant. 3 beobachteten RF-Eingangsmustern 302 für die AoA-Schätzung erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann es die Verwendung mehrerer Antennen für die AoA-Schätzung einer Rechenkomponente von Drahtlosvorrichtungen in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 ermöglichen, die Richtungsauflösung oder Richtungsgenauigkeit bei der Bestimmung des AoA des eingehenden RF-Signals zu verbessern. Gemäß Ausführungsformen kann ein Antennen-Array oder -Cluster gemäß dem Systementwurf und -anforderungen eine beliebige Anzahl (mehr als zwei), eine beliebige Orientierung von Antennen in einer beliebigen physischen Konfiguration oder räumlichen Anordnung aufweisen und können Phasenwertdaten von zwei oder mehr Antennen für die Erzeugung der AoA-Schätzung verwendet werden.
In Mehrfunkvorrichtungen ist jeder Antenne (beispielsweise Ant. 1 308, Ant. 2 306 und Ant. 3) ein Komplexitätsniveau zugeordnet. Nicht nur beeinflusst die Anzahl der Transceiver das Materialbudget (BOM) und den Fußabdruck der Drahtlosvorrichtung, sondern es gibt eine lineare Beziehung zwischen der Anzahl der Antennen und der Komplexität, was unter anderen Leistungszielen den Stromverbrauch beeinflusst. Einige Drahtlosvorrichtungen können eine Schaltstufe verwenden, um ihren einzigen Sendeempfänger (beispielsweise einzelne Funkvorrichtung) nacheinander einzeln mit mehreren Antennen zu koppeln, was zu einem verringerten BOM, einem verringerten Fußabdruck, einer verringerten Komplexität und einem verringerten Gesamtstromverbrauch (beispielsweise verglichen mit Mehrfunklösungen) führen kann. Diese Systeme können die einer Antenne zugeordnete Komplexität zuzüglich eines kleinen Overheads für die Schaltsteuerung aufweisen. Bei Einzelfunklösungen werden die RF-Signale zu verschiedenen Zeiten durch Antennen empfangen, so dass die Bestimmung der relevanten Phasendifferenzen (beispielsweise für die AoA-Schätzung) auf Festfrequenz-RF-Signalen in der Art der Konstanttonerweiterung (CTE) von Bluetooth-Signalen beruhen kann, um ausreichend genaue AoA-Schätzungen bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Drahtlosvorrichtung 118 eine Einzelfunklösung sein, wobei Ant. 1, 2, 3, ...N zu verschiedenen Zeiten unter Verwendung einer Schaltstufe in der Art der Schaltkomponente 112 abgetastet werden können. Mit Bezug auf Diagramm 4 356 sei bemerkt, dass φ1 den bei t1 an Ant. 1 308 beobachteten Phasenwert des eingehenden RF-Signals in der Art des RF-Eingangsmusters 302 repräsentiert. Gemäß einer Ausführungsform repräsentiert φ2 den bei t2 an Ant. 2 306 beobachteten Phasenwert des eingehenden RF-Signals. Weil es einen Zeitversatz (t2 - t1) zwischen den beiden Beobachtungen gibt, kann die Phasendifferenz der bei t1 an Ant. 1 308 und Ant. 2 306 beobachteten Signale folgendermaßen erzeugt werden: $φ 2,t1 - φ 1,t1 = φ 2,t2 - φ 1,t1 - Δ φ 2, (t2 - t 1)$
wobei Δcp2,(t2 - t1) die Phasenänderung des RF-Signals an Ant. 2 306 zwischen t2 und t1 ist. Wenn die Frequenz (f) des eingehenden RF-Signals konstant und bekannt ist, kann die Phasenänderung folgendermaßen erzeugt werden: $Δ φ 2, (t2 - t1) = 2 π f \times (t2 - t 1)$
Gemäß einer Ausführungsform können Phasendifferenzen zwischen zweien der mehreren Antennen in der Art von Ant. 1 308, Ant. 2 306 und Ant. 3 für die AoA-Schätzung des RF-Eingangsmusters 302 unter Verwendung der Gleichungen 4 und 5 erzeugt werden. Es ist zu verstehen, dass die vorstehend erörterte Ausführungsform lediglich für Erklärungszwecke eines der Verfahren für die AoA-Schätzung in einer Einzelfunklösung ist. Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet können die AoA-Schätzung in Einzelfunklösungen mit anderen Algorithmen und Verfahren erzeugen.
Wie vorstehend erörtert wurde, können die Drahtlosvorrichtungen 118, 102 aus 1 und 202, 212 aus 2 Bluetooth-Vorrichtungen sein. Gemäß einer Ausführungsform können Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Vorrichtungen eine Konstanttonerweiterung (CTE) für Richtungsschätzzwecke verwenden. CTE ist ein Signal mit einer festen Frequenz, das an über RF-Signale gesendete Bluetooth-Pakete in der Art des RF-Eingangsmusters 302, das eine variable Länge aufweist, angehängt ist. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Vorrichtung, falls sie 1-µs-lange Schalt- und Abtastschlitze unterstützt, sie auf allen unterstützten PHYs, die CTEs ermöglichen, unterstützen. Die CTE kann einem von zwei Typen angehören: AoA oder AoD. Gemäß Ausführungsformen kann die CTE eine begrenzte Ressource sein.
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Empfänger 404 zeigt, gemäß einer Ausführungsform. Der Empfänger 404 aus 4 ist ein Beispiel der Analog- und Digitalsignalverarbeitung, die zur Bereitstellung der Demodulationsfunktion für eine Drahtlosvorrichtung in der Art des RF-Empfängers 114 der Drahtlosvorrichtung 118 in 1 verwendet wird. Der Empfänger 404 weist wie dargestellt eine Kontinuierliche-Zeit-Signalverarbeitung 432, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 434, einen Phasenschätzer 436 und einen Demodulator 438 entlang einem gesamten Empfangsweg 430 auf. Gemäß einer Ausführungsform tritt ein RF-Signal 431 in der Art des an Ant. 1, 2 oder 3 in 3A und 3B beobachteten RF-Signals in die Kontinuierliche-Zeit-Signalverarbeitung 432 ein, wo es gefiltert und mit dem Lokaloszillatorsignal 433 gemischt wird, um die gewünschte Frequenz (oder beispielsweise den gewünschten Kanal) zu einer Zwischenfrequenz abwärtszuwandeln. Gemäß einer Ausführungsform stellt der Abwärtswandlungsprozess die Zwischenfrequenz als komplexe I- und Q-Signale bereit, die durch den ADC 434 abgetastet und digitalisiert werden. Der Phasenschätzer 436 kann Berechnungen zur Schätzung der Phase 437 des RF-Signals 431 für die Zeit, zu der es an der Antenne empfangen wurde, unter Verwendung der I- und Q-Werte 435 ausführen und den Phasenwert zum Demodulator 438 weiterleiten, der die Daten 439 (beispielsweise die decodierte Sequenz von Einsen und Nullen) zur Weiterverarbeitung (beispielsweise Paketverarbeitung) weiterleitet. Der Phasenschätzer 436 leitet die Phase 437 auch zum Richtungsschätzer 522 aus 5 (oder beispielsweise zu einem Speicher) zur Verwendung bei der AoA-Schätzung, wie hier beschrieben, weiter. Es ist zu verstehen, dass die in 4 dargestellte Ausführungsform ein der Erklärung dienendes Beispiel des RF-Empfängers ist und nicht als einschränkend ausgelegt werden sollte.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Drahtlosvorrichtung 500 zum Schätzen des AoA auf der Grundlage eines RF-Signals zeigt, gemäß Ausführungsformen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Drahtlosvorrichtung 500 die Drahtlosvorrichtung 118 aus 1 sein. Die verschiedenen Funktionsblöcke in 5 sind als durch ein Bussystem 526 miteinander gekoppelt dargestellt. Das die Verbindungen (beispielsweise die Pfeile) zwischen den verschiedenen Blöcken aufweisende Bussystem 526 kann ein oder mehrere Medien zur Ausbreitung von Analogsignalen, Digitalsignalen, Steuersignalen, zur Stromversorgung und/oder für andere Kommunikation repräsentieren. Das Bussystem 526 kann eine beliebige geeignete Buskonfiguration aufweisen, ohne vom beanspruchten Erfindungsgegenstand abzuweichen.
Der Richtungsschätzer 522 dient dem Schätzen des AoA, des AoD oder der Richtung einer Quelle (beispielsweise der Sendeantenne 104 in 1) eines RF-Signals in Bezug auf mehrere Empfangsantennen (beispielsweise drei oder mehr) unter Verwendung eines oder mehrerer Attribute des RF-Signals. Der Richtungsschätzer 522 kann die Richtung zumindest teilweise auf der Grundlage einer Phasendifferentiation wie in der vorstehend mit Bezug auf 3A erörterten Gleichung (3) schätzen. Die Genauigkeit der AoA-Schätzung kann von verschiedenen Faktoren abhängen, einschließlich ohne Einschränkung einer Betragsdifferentiation, der Polarität von RF-Signalen, der Anzahl der Antennen (beispielsweise Diversität im Raum), des Abstands zwischen Antennen, der Dauer an jeder Antenne empfangener RF-Signale (beispielsweise Anzahl der Proben), Verfügbarkeit eines direkten RF-Wegs und Signalqualität. Gemäß Ausführungsformen entsprechen die Proben des RF-Signals alle einem oder mehreren Kommunikationsprotokollpaketen (beispielsweise aufeinander folgenden Paketen) und kann der Richtungsschätzer 522 den AoA schätzen, ohne eine Modulations(beispielsweise gaußsche Frequenzumtastung (GFSK))-Verbindung mit der Quellvorrichtung einzurichten. Gemäß Ausführungsformen kann der Richtungsschätzer 522 eine Rohdatenverarbeitung bereitstellen oder einleiten, um eine Rauschfiltrierung, Datenmittelung über die Zeit und/oder Antennenmodellkorrelation für die Schätzung des Endergebnisses auszuführen.
Der Empfänger 512 dient dazu, RF-Signale durch eine oder mehrere Antennen im Antennen-Cluster oder -Array 530 zu empfangen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Empfänger 512 durch eine Schaltstufe (beispielsweise Schaltkomponente 510) mit einer Antenne im Antennen-Array 530 gekoppelt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Empfänger 512 zusammen mit dem Sender 514 Teil eines Sendeempfängers 528 sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Schaltkomponente 510 ein Multipolschalter sein, der über ein Eingangssignal durch die Verarbeitungskomponente 516 gesteuert wird. Die Schaltkomponente 510 kann eine geeignete auf dem Fachgebiet bekannte Kopplungsschaltungsanordnung oder Multiplexierkomponente (beispielsweise Schaltungen, Drähte, Leiterbahnen, Stifte usw.) sein, deren Schalt- und/oder Wählfunktion durch einen mit ihrem Eingang gekoppelten Block (beispielsweise innerhalb oder außerhalb der Drahtlosvorrichtung 500) gesteuert werden kann. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Empfänger 512 zusätzlich zur Schätzung von Phasenwerten von RF-Signalen für AoA-Schätzungen eine Analog- und Digitalsignalverarbeitung zum Bereitstellen einer Demodulation von RF-Signalen für die Drahtlosvorrichtung 500 bereitstellen.
Der Attributschätzer 520 dient dazu, Attribute von RF-Signalen zu schätzen. Attribute von RF-Signalen können ohne Einschränkung Signalfrequenz, Winkelfrequenz, Amplitude, Phase, Wellenlänge, Wellengeschwindigkeit, Ankunftszeit, Ankunftszeitdifferenz, Phasendifferenz, Ankunftsphasendifferenz, Signalstärke und/oder andere RF-Signalattribute oder Ableitungen davon einschließen. Der Attributschätzer 520 dient in dazu, dem Richtungsschätzer 522 geschätzte Attribute zur Verwendung bei der Schätzung des AoA bereitzustellen. Gemäß einigen Ausführungsformen empfängt der Attributschätzer 520 Attributinformationen, die RF-Signalattribute repräsentieren oder sich darauf beziehen, vom Empfänger 512 und kann der Attributschätzer 520 RF-Signalattribute unter Verwendung der Attributinformationen schätzen. Der Attributschätzer 520 kann eine analoge und/oder digitale Logik und/oder Messkonfigurationen zum Erhalten von RF-Attributen auf der Grundlage von Messungen oder Abtastungen an einer oder mehreren Stellen entlang dem Empfangsweg eines RF-Signals aufweisen. Wenngleich sie als getrennt dargestellt sind, kann der Attributschätzer 520 insgesamt oder teilweise innerhalb des Richtungsschätzers 522 oder des Empfängers 512 implementiert sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Empfänger 512 seinen eigenen Attributschätzer aufweisen.
Ein Regler 518 dient dem Regeln und/oder Kompensieren von Bedingungen des Empfängers 512, so dass auf Attribute der empfangenen RF-Signale für die Verwendung bei der AoA-Schätzung vertraut werden kann. Beispielsweise kann der Regler 518 Frequenz-, Phasen- oder andere Kennlinien der Eingabe in den Empfänger 512 oder der Ausgabe von diesem bestimmen und/oder regeln, um die Wirkung auf für die AoA-Schätzung verwendete RF-Signalattribute zu steuern.
Gemäß Ausführungsformen dient die Verarbeitungskomponente 516 der Ausführung zumindest eines Teils eines oder mehrerer vom Richtungsschätzer 522, vom Attributschätzer 520, vom Regler 518 oder eines anderen Funktionsblocks der Drahtlosvorrichtung 500 unter Verwendung entsprechender in der Speicherkomponente 524 gespeicherter Firmware. Alternativ oder zusätzlich können jegliche der in 5 dargestellten Funktionsblöcke der Drahtlosvorrichtung 500 ihre eigene Verarbeitungsschaltungsanordnung (nicht dargestellt) und/oder ihren eigenen Speicher aufweisen. Beispielsweise kann der Richtungsschätzer 522, der Attributschätzer 520, der Regler 518 oder ein anderer Funktionsblock der Drahtlosvorrichtung 500 Hardware (Schaltungsanordnung, dedizierte Logik usw.), Software (wie sie auf einem Rechensystem für allgemeine Zwecke oder einer dedizierten Maschine ausgeführt wird), Firmware (eingebettete Software) oder eine Kombination davon zur Ausführung ihrer Funktionalität aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Verarbeitungskomponente 516, die Speicherkomponente 524, der Empfänger 512 und/oder die Schaltkomponente 510 Teil eines System-on-Chip (SoC) und können sich auf einem gemeinsamen Trägersubstrat befinden oder in verschiedenen Kombinationen getrennter integrierter Schaltungen implementiert sein. Der beispielhafte SoC kann gemäß Ausführungsformen dafür ausgelegt sein, den Attributschätzer 520, den Richtungsschätzer 522 und/oder den Regler 518 zu implementieren.
Die 6A und 6B sind schematische Diagramme, die zwei Beispiele eines Antennen-Arrays gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen. 7 ist ein schematisches Diagramm, das zwei Antennen eines Antennen-Arrays zeigt. Wie zuvor erörtert wurde, können Messdifferenzen, einschließlich einer Phasendifferentiation und einer Betragsdifferentiation zwischen zwei Antennen, zur Richtungsschätzung beitragen, wie AoA, AoD oder eine Quelle von RF-Signalen. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Betragsdifferentiation bei Antennen-Arrays, die Richtantennen aufweisen, nützlicher sein. Gemäß einigen Ausführungsformen können bestimmte komplexe Antennen-Cluster mit omnidirektionalen Antennen bei der Richtungsschätzung mit der Einführung einer Betragsrichtungsunterscheidung infolge der Kopplung und Interferenz von RF-Signalen (Wellen) nützlich sein. Gemäß einer Ausführungsform kann unabhängig von der Antennen-Array-Geometrie und von Algorithmen bei der Erzeugung der Richtungsschätzung das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bei der Phasendifferentiation und Betragsdifferentiation die Obergrenze der AoA- oder AoD-Auflösung definieren.
Mit Bezug auf 7 sei bemerkt, dass Ant. 1 und Ant. 2 zwei Empfangsantennen mit einem Abstand D voneinander sind. Gemäß einer Ausführungsform können Ant. 1 und 2 omnidirektionale Antennen sein und kann die Fehlerverteilung bei der Phasenmessung für die Gesamtfehlerverteilung der Richtungsschätzung entscheidend sein. Wie in 7 gezeigt, sind RF1, RF2 und RF3 drei RF-Signale, die sich unter etwa 90°, 0° bzw. 45° (θ = Ausbreitungsrichtungswinkel oder AoA) zu einer Ant. 1 und Ant. 2 verbindenden Ebene ausbreiten. Zur Differenzierung der Ausbreitungsrichtungswinkeländerung können Drahtlosvorrichtungen die entsprechende Phasendifferenzänderung folgendermaßen statistisch differenzieren: $θ 2 = θ 1 + Δ θ,$
wobei Δθ die Richtungswinkeländerung ist. Entsprechend gilt $d φ 2 = d φ 1 + Δ φ,$
wobei Δφ die Phasendifferenzänderung zwischen Antennenpaaren in der Art von Ant. 1 und Ant. 2 ist. Die Beziehung zwischen Δθ und Δφ kann folgendermaßen definiert werden: $\begin{array}{l} d φ= 2 π D \times cos (θ) / λ \\ d φ 2 - d φ 1 = 2 π D \times (cos (θ 2) - cos (θ 1)) / λ \\ Δ φ= 2 π D \times (cos (θ 2) - cos (θ 1)) / λ \end{array}$
wobei die Phasendifferenzänderung (Δφ) die RF-Empfindlichkeit bei der Richtungsschätzung von Antennenpaaren angeben kann. 8 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der RF-Empfindlichkeit, dem Richtungswinkel (θ) und der θ-Änderung (Δθ) zeigt. Wie dargestellt ist Δθ bei zwei RF-Empfindlichkeitsniveaus (Δφ = 30° und Δφ = 10°) gegen θ aufgetragen. Bei beiden Empfindlichkeitsniveaus zeigen die Ergebnisse, dass, wenn θ von 90° auf 0° abnimmt, die RF-Empfindlichkeit abnimmt, weil eine größere Richtungswinkeländerung (Δθ) erforderlich ist, um die gleiche Phasendifferenzänderung (30° oder 10°) zu bewirken. Beispielsweise zeigen die Ergebnisse bei Δφ = 30° und sowohl D als auch λ gleich 125 mm: $Δ θ= 4,78 °,wenn θ \approx 90 °,$
$Δ θ=5,69 °,wenn θ \approx 60 °$
und $Δ θ= 23,56 °,wenn θ \approx 0 ° .$
Weil Ant. 1 und 2 omnidirektional sein können, können die Ergebnisse angeben, dass Antennenpaare, welche eine Verbindungsebene aufweisen, die zur Ausbreitungsrichtung von RF-Signalen senkrecht ist (θ = 90°/270°), die höchste RF-Empfindlichkeit aufweisen, während sie bei der Verbindungsebene, die parallel ist (θ = 0°/180°) am niedrigsten ist. Mit Bezug auf 7 sei bemerkt, dass dementsprechend das Ant. 1 und Ant. 2 aufweisende Antennenpaar am empfindlichsten für RF1 sein kann, gefolgt von RF3, wobei sie für RF2 am schlechtesten ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Funktionsweise lineare Arrays bei der Richtungsschätzung von AoA und AoD bis zu fünf mal verschlechtert werden, wenn die eingehenden RF-Signale zur die Antennen verbindenden Ebene parallel sind. Dies zeigt, dass die Antennenorientierung zu eingehenden RF-Signalen einer der beitragenden Faktoren ist, der die Auflösung und Genauigkeit der Richtungsschätzung beeinflussen kann.
6A zeigt ein kreisförmiges Antennen-Array mit 4 gleichmäßig um seinen Umfang angeordneten Antennen (Antennen 1, 2, 3 und 4). Gemäß der vorhergehenden Erörterung anhand der 7 und 8 kann aus einer Antennenorientierungsperspektive das die Antennen 1 und 2 aufweisende Paar das empfindlichste sein und daher das wirksamste Paar für die Richtungsschätzung des RF-Signals 1 (θ ≈ 90°). Ähnlich können die Antennen 3 und 4 das wirksamste Paar für das RF-Signal 2 bilden. Gemäß einer Ausführungsform können weder die Antennen 1 und 2 noch die Antennen 3 und 4 ein wirksames Antennenpaar für das RF-Signal 3, das bei etwa 45° eintritt, bilden. Gemäß einer Ausführungsform können die Antennen 2 und 3 aus einer reinen Antennenorientierungsperspektive ein wirksames Paar für das RF-Signal 3 bilden. Die Antennen 2 und 3 können jedoch einen geringeren Abstand voneinander aufweisen, und der geringe Abstand kann ihre Wirksamkeit und Empfindlichkeit bei der Richtungsschätzung beeinträchtigen. Daher weist dies darauf hin, dass die Antennenpaarorientierung nur einer der Beitragsfaktoren für die Entscheidung über wirksame und am stärksten beitragende Antennen bei der Richtungsschätzung ist.
6B zeigt ein kreisförmiges Antennen-Array mit 8 gleichmäßig um seinen Umfang angeordneten Antennen (Antennen 1 - 8). Ähnlich dem Vier-Antennen-Array in 6A kann das Acht-Antennen-Array das wirksamste Paar für beide RF-Signale 1 (Antennen 1 und 5) und 2 (Antennen 3 und 7) aufweisen. Zusätzlich können die Antennen 2 und 6 ein wirksames Paar für das bei etwa 45° eintretende RF-Signal 3 bilden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Acht-Antennen-Array die Richtungsschätzungsauflösung um das etwa 1,3 Fache gegenüber dem schlimmsten Fall beim Vier-Antennen-Array verbessern. Dies weist daraufhin, dass die Anzahl der Antennen in einem Array auch einer der Beitragsfaktoren für die Entscheidung über wirksame Antennen bei der Richtungsschätzung sein kann. Wenngleich die Richtungsauflösung verbessert werden kann, indem eine größere Anzahl aktiver Antennen in einem Array bereitgestellt wird und der physische Abstand zwischen den Antennen vergrößert wird, kann dies bei einigen Anwendungen infolge von Beschränkungen des Stromverbrauchs, der BOM und des Fußabdrucks nicht möglich sein. Zusätzlich können nicht alle Antennen in einem Array gleich ansprechend auf unter verschiedenen Winkeln einfallende RF-Signale beitragen. Wenn das in 6A dargestellte Vier-Antennen-Array als Beispiel verwendet wird, ist für das RF-Signal 1 das die Antennen 3 und 4 aufweisende Paar am wenigsten empfindlich für die Richtungsschätzung und kann am wenigsten zur Verbesserung der Richtungsauflösung beitragen. Gemäß einigen Ausführungsformen erzeugen die Antennen 3 und 4 sogar Richtungsschätzungsdaten, welche die Richtungsauflösung des Vier-Antennen-Arrays beeinträchtigen können. Daher können durch Nichtauswählen oder Nichtabtasten einer oder mehrerer Antennen für Richtungsschätzungszwecke von RF-Signalen, die sich mit bestimmten Einfallswinkeln ausbreiten, Strom gespart werden, die Latenz verringert werden und Ressourcen eingespart werden. Ähnlich können nicht alle acht Antennen im Acht-Antennen-Array wirksam oder entscheidend zur Auflösungsverbesserung für die Richtungsschätzung beitragen. Beispielsweise können die Antennen 3 und 7 für die Richtungsschätzung von RF 1 abgewählt werden, während die Antennen 4 und 8 für die Richtungsschätzung von RF 3 abgewählt werden können.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Richtungsschätzung 900 gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstands zeigt. 10A ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer anfänglichen oder ersten Richtungsschätzung, und 10B ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer zweiten Richtungsschätzung, die beide gemäß der vorliegenden Offenbarung erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform beginnt das Verfahren 900, wenn eine Drahtlosvorrichtung RF-Signale von einer Peer-Drahtlosvorrichtung empfängt. Wenn die in 1 dargestellte Ausführungsform als Beispiel verwendet wird, sendet die Drahtlosvorrichtung 102 RF-Signale 108, und die Signale werden von der Drahtlosvorrichtung 118 empfangen. Wie zuvor erörtert, können die RF-Signale 108 gemäß einer Ausführungsform Bluetooth- oder BLE-Signale sein, wobei eine Konstanttonerweiterung (CTE) für Richtungsfindungszwecke angefügt sein kann. Die Dauer der CTE wird durch das Bluetooth-Protokoll gesteuert und beschränkt. Wenngleich die CTE-Dauer durch Vervielfachen gesendeter AoA-Pakete verlängerbar sein kann, kann die längere oder vervielfachte CTE-Dauer die Stromversorgung sowohl an der sendenden Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 102 als auch der empfangenden Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 aus 1 erschöpfen. Weil die CTE eine begrenzte Ressource ist, können durch Abbilden einer oder mehrerer Antennen, die am wenigsten beitragen, der Stromverbrauch und die Auflösung bei der Richtungsschätzung verbessert werden. Gemäß anderen Ausführungsformen können RF-Signale 108 RF-Signale anderer Netze (in der Art von WiFi) mit einer für Richtungsfindungszwecke angehängten Konstantfrequenzkomponente sein.
Mit Bezug auf 9 und 10A sei bemerkt, dass das Antennen-Array 1002 das Antennen-Array 110 der Drahtlosvorrichtung 118 aus 1 oder das Antennen-Array 530 der Drahtlosvorrichtung 500 aus 5 sein kann. Gemäß einer Ausführungsform weist das Antennen-Array 1002 zehn Antennen auf. Es sei bemerkt, dass die Anzahl und die räumliche Anordnung der Antennen im in 10A dargestellten Antennen-Array 1002 nur der Erläuterung dienen und nicht als einschränkend ausgelegt werden sollten. Gemäß Ausführungsformen würden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet diese Konfigurationen entsprechend dem Systementwurf und den Systemanforderungen festlegen. Das Antennen-Array 1002 kann mit der Schaltstufe 1004, die der Schaltkomponente 112 in 1 oder der Schaltkomponente 510 in 5 ähneln kann, gekoppelt sein. Die Schaltstufe 1004 kann eine Antenne mit einem einzigen Empfänger oder einer einzigen Empfängerkomponente zur Zeit koppeln (beispielsweise kann die Schaltkomponente 510 zwischen mehreren Antennen rotieren und eine Antenne zur Zeit mit dem Empfänger 512 koppeln). Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Schaltstufe 1004 mehrere Antennen mit einem einzigen Empfänger oder einer einzigen Empfängerkomponente zur Zeit koppeln. Bei einem weiteren Beispiel kann die Schaltstufe eine Antenne mit einem ersten Empfänger oder einer ersten Empfängerkomponente koppeln und mehrere Antennen mit einem zweiten Empfänger oder einer zweiten Empfängerkomponente koppeln. Die Schaltstufe 1004 kann eine beliebige auf dem Fachgebiet bekannte geeignete Kopplungs- oder Multiplexierschaltungsanordnung sein, bei der die Schalt-, Multiplexier- und/oder Auswahlfunktion durch einen mit ihrem Eingang gekoppelten Block gesteuert werden kann. Wie am besten in den 9 und 10A ersichtlich ist, wählt die Schaltstufe 1004 in Schritt 902 für eine anfängliche Richtungsschätzung eine erste Antennenteilmenge. Gemäß einer Ausführungsform können acht ausgewählte Antennen 1008 ein erstes oder anfängliches Antennenmuster (oder eine erste oder anfängliche Teilmenge) 1006 bilden. Die abgewählte Antenne oder die abgewählten Antennen 1010 können für Richtungsschätzzwecke abgeschaltet oder nicht abgetastet werden. Es sei bemerkt, dass das anfängliche Antennenmuster 1006 nur Erläuterungszwecken dient und nicht als einschränkend anzusehen ist. Anschließend kann in Schritt 904 das anfängliche Antennenmuster 1006 zur Erzeugung der Richtungsschätzung eingehender RF-Signale 1012 verwendet werden. Gemäß Ausführungsformen können ausgewählte Antennen 1008 des anfänglichen Antennenmusters 1006 Antennenpaare für die Richtungsschätzung (AoA oder AoD) eingehender RF-Signale 1012 gemäß in den 3A, 3B, 4 und 5 offenbarten Ausführungsformen oder anderen auf dem Fachgebiet bekannten Algorithmen bilden. Es kann bei der Schlussfolgerung von Schritt 904 eine erste oder anfängliche geschätzte Richtung erzeugt werden.
Gemäß einigen alternativen Ausführungsformen kann die anfängliche geschätzte Richtung nicht durch das Antennen-Array 1002 und den Empfänger erzeugt werden. Die anfängliche geschätzte Richtung kann stattdessen zumindest teilweise durch Systeme des globalen Navigationssatelliten(GPS)-Systems, des WiFi-basierten Positionsbestimmungssystems (WPS), RFID, Ankunftszeit(ToA) oder Nicht-Funk-Systeme in der Art einer magnetischen Positionsbestimmung, Trägheitsmessungen, einer Positionsbestimmung auf der Grundlage von Sichtmarkierungen, einer ortsbasierten Positionsbestimmung anhand bekannter Sichtmerkmale usw. erzeugt oder bereitgestellt werden.
Durch die Verwendung der anfänglichen geschätzten Richtung kann in Schritt 906 jede Antenne im Antennen-Array 1002 entsprechend ihrem Beitrag oder ihrer Wirksamkeit bei der Verbesserung der Richtungsauflösung für die anfängliche geschätzte Richtung beurteilt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können nur zuvor abgewählte 1010 oder ausgewählte 1008 Antennen beurteilt werden. Oder es werden nur einige der Antennen im Antennen-Array 1002 beurteilt. Wie zuvor erklärt wurde, können Beitragsfaktoren die Antennen(Paar)-Orientierung, wie in den 6A bis 8 erklärt, die Polarität von RF-Signalen, die Betragsdifferenzierung, den Empfangssignalstärkeindikator (RSSI), die Anzahl der Antennen (beispielsweise Diversität im Raum), den Abstand zwischen Antennen, die Dauer an jeder Antenne empfangener RF-Signale (beispielsweise Anzahl der Proben), das Signal-Rausch-Verhältnis und die Signalqualität usw. einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Antennenbeitragsanalysator in der Drahtlosvorrichtung Beitragsfaktoren von Antennen im Antennen-Array 1002 berücksichtigen, um eine Antennenbeitragsmatrix für die Antennenauswahl zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Antennenbeitragsanalysator Teil des Prozessors in der Art der Verarbeitungskomponente 516 der Drahtlosvorrichtung 500 sein.
Anschließend können in Schritt 908 eine oder mehrere zuvor ausgewählte Antennen 1008 im anfänglichen Antennenmuster 1006 infolge ihres geringen Beitragsfaktors abgewählt und bei der Richtungsschätzung von RF-Signalen mit der anfänglichen geschätzten Richtung als nicht entscheidend betrachtet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Schaltstufe 1004 dann nur schalten, um die ausgewählte Antenne 1008 zu beobachten oder abzutasten, und dadurch das zweite Antennenmuster (oder die zweite Teilmenge) 1009 bilden, wie am besten in 10B dargestellt ist. Die mögliche Verringerung der Anzahl ausgewählter Antennen im zweiten Antennenmuster 1009 kann der empfangenden Drahtlosvorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 helfen, Strom zu sparen und die Latenz zu verringern. Gemäß einer Ausführungsform können ausgewählte Antennen 1008 im zweiten Antennenmuster 1009 eine längere Beobachtungszeit aufweisen, um die Richtungsauflösung und -genauigkeit zu verbessern. Zusätzlich oder alternativ kann die Gesamtzeit für die Richtungsschätzung durch die verbesserte Auflösung verringert werden. Folglich kann dies dabei helfen, die CTE-Ressource oder andere Richtungsfindehinzufügungen einzusparen, weil sie nur den am stärksten beitragenden Antennen bereitgestellt werden. Gemäß Ausführungsformen kann die empfangende Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 118 der sendenden Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 102 mitteilen, die CTE-Dauer in ausgesendeten Paketen zu verringern. Gemäß Ausführungsformen kann die Anzahl der Antennen im zweiten Antennenmuster 1009 nicht gegenüber dem ersten Antennenmuster 1006 verringert werden, und es werden stattdessen nur Antennen mit einem hohen Beitragsfaktor für Richtungsauflösungs- und Genauigkeitsverbesserungszwecke ausgewählt. Gemäß einer Ausführungsform können eine oder mehrere zuvor ausgewählte Antennen 1010 im ersten Antennenmuster 1006 infolge ihrer hohen Beitragsfaktoren bei der möglichen Erzeugung der anfänglichen geschätzten Richtung für das zweite Antennenmuster 1009 ausgewählt werden.
Anschließend kann die empfangende Vorrichtung in Schritt 910 eine zweite geschätzte Richtung der eingehenden RF-Signale unter Verwendung des zweiten Antennenmusters 1009 erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite geschätzte Richtung als Verbesserung der Richtungsschätzungsgenauigkeit betrachtet werden, weil nur die am stärksten beitragenden Antennen ausgewählt werden. Zusätzlich oder alternativ können dabei Strom und die CTE-Ressource gespart werden und kann die Latenz verringert werden, weil die Gesamtbetriebszeit verringert werden kann.
Anschließend oder optional kann die empfangende Vorrichtung in Schritt 912 abgewählte Antennen 1010 auf der Grundlage ihrer Beitragsfaktoren beim zweiten Antennenmuster 1009 periodisch neu beurteilen. Der Neubeurteilungsprozess kann 906 ähneln, wobei jede abgewählte Antenne 1010 darauf beurteilt werden kann, ob sie abgewählt bleiben sollte. Gemäß einer alternativen Ausführungsformen können auch eine oder mehrere gegenwärtig ausgewählte Antennen 1008 im zweiten Antennenmuster 1009 in Bezug darauf neu beurteilt werden, ob sie ausgewählt bleiben sollten.
Anschließend kann in Schritt 914 auf der Grundlage des Ergebnisses von Schritt 912 der Auswahlstatus einer oder mehrerer bestimmter Antennen geändert worden sein. Falls eine Modifikation des zweiten Antennenmusters 1009 erforderlich ist, kann der Prozess zu Schritt 908 zurück gehen. Dabei kann die Schaltstufe 1004 eine oder mehrere zuvor abgewählte Antennen 1010 einschalten oder eine oder mehrere zuvor ausgewählte Antennen 1008 ausschalten. Dann kann die empfangende Vorrichtung das modifizierte zweite Antennenmuster verwenden, um weiter die AoA-Schätzung eingehender RF-Signale zu erzeugen. Falls der Status von Antennen unverändert ist, ist es nicht erforderlich, das zweite Antennenmuster 1009 zu modifizieren, und kann die empfangende Vorrichtung weiter das zweite Antennenmuster 1009 für die Richtungsschätzung verwenden. Gemäß einer Ausführungsform kann die empfangende Vorrichtung ihr Antennenmuster dynamisch ändern oder modifizieren, so dass nur die am stärksten beitragenden Antennen ansprechend auf sich ständig ändernde Umgebungsfaktoren und Attribute des RF-Signals 1012 ausgewählt werden können.
Das Verfahren zur Richtungsschätzung 900 kann für die AoD-Schätzung modifiziert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Antennen-Array 1002 in der sendenden Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 202 aus 2 angeordnet werden. Die Schaltstufe 1004 kann der Schaltkomponente 206 ähneln. Die empfangende Vorrichtung in der Art der Drahtlosvorrichtung 212 kann für das Erzeugen der Antennenbeitragsmatrix für die Antennenauswahl verantwortlich sein. Die Drahtlosvorrichtung 212 kann Befehle zur Drahtlosvorrichtung 202 senden, um das Antennenmuster des Antennen-Arrays 204 unter Verwendung zumindest der Schaltkomponente 206 zu bilden und dynamisch zu ändern.
10C zeigt schematisch und repräsentativ ausgewählte Antennen im zweiten Antennenmuster gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie erörtert, kann die Antennenorientierung einer der Beitragsfaktoren bei der Auswahl einer Antenne in einem Antennenmuster zur Richtungsschätzung sein. Wie in 10C dargestellt ist, können die ausgewählten Antennen 1, 2 und 3 drei Antennenpaare bilden, die einen Winkel (AoA) a1, a2, α3 gegenüber der ersten geschätzten Richtung aufweisen. Aus einer reinen Antennenorientierungsperspektive können die Antennen 1 - 3 einen starken Beitrag haben, wenn α1 - α3 innerhalb eines Schwellenwinkels von 90° oder 270° liegen.
11 ist ein Blockdiagramm einer auf verschiedene Anwendungen anwendbaren AoA-Schätzkonfiguration 1100 gemäß Ausführungsformen. Gemäß Ausführungsformen weist die verfolgte Vorrichtung 1102 wenigstens eine Antenne (nicht dargestellt) zum Senden von RF-Signalen auf und weisen die verfolgenden Vorrichtungen 1104 und 1106 jeweils wenigstens drei Antennen oder einen Antennen-Cluster auf und verwenden die hier beschriebenen Systeme und Verfahren zur Schätzung eines AoA der verfolgten Vorrichtung 1102. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann die verfolgte Vorrichtung 1102 mehrere Antennen oder ein Antennen-Array (nicht dargestellt) zum Senden von RF-Signalen aufweisen, und können die verfolgenden Vorrichtungen 1104 und 1106 die hier beschriebenen Systeme und Verfahren für die Schätzung eines AoD der verfolgten Vorrichtung verwenden. AoA- oder AoD-Schätzungen von den mehreren verfolgenden Vorrichtungen 1104 und 1106 und/oder andere Informationen in der Art von Abstandsmess- oder Topologiekenntnissen können für die Schätzung des zwei- oder dreidimensionalen Orts der verfolgten Vorrichtung 1102 (beispielsweise durch einen Netzknoten) verwendet werden. Diese Fähigkeit kann ohne Einschränkung für Warenhaus-/Einzelhandels-Inventarverfolgungs-Innenraumortungs-/Navigationsdienste, die Netzeffizienz, Heimautomatisierungsvorrichtungen mit Ortsunterstützung, Eigentumsverfolgung und einen schlüssellosen Einstieg für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands weisen verschiedene hier beschriebene Operationen auf. Diese Operationen können durch Hardwarekomponenten, Software, Firmware oder eine Kombination davon ausgeführt werden.
Wenngleich die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an diesen Ausführungsformen ausgeführt werden können, ohne vom breiteren Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen als erläuternd und nicht als einschränkend anzusehen.
Die Zusammenfassung der Offenbarung ist bereitgestellt, um 37 C.F.R. §1.72(b) zu genügen, worin eine Zusammenfassung gefordert wird, die es dem Leser erlaubt, die Natur einer oder mehrerer Ausführungsformen der technischen Offenbarung schnell zu begreifen. Sie wird mit dem Verständnis eingereicht, dass sie nicht zur Interpretation oder Einschränkung des Schutzumfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Zusätzlich ist in der vorstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, dass verschiedene Merkmale in einer einzigen Ausführungsform zusammengruppiert werden, um die Offenbarung zu straffen. Dieses Verfahren der Offenbarung ist nicht als eine Absicht widerspiegelnd zu interpretieren, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale benötigen als in jedem Anspruch ausdrücklich angegeben ist. Vielmehr liegt der Erfindungsgegenstand, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform. Demgemäß werden die folgenden Ansprüche hiermit in die Detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als getrennte Ausführungsform steht.
Ein in der Beschreibung gemachter Bezug auf eine einzige Ausführungsform oder eine Ausführungsform bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in wenigstens einer Ausführungsform der Schaltung oder des Verfahrens enthalten ist. Die Instanzen des Ausdrucks eine Ausführungsform an verschiedenen Stellen in der Beschreibung beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde der Erfindungsgegenstand mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass daran verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom breiteren Gedanken und Schutzumfang des Erfindungsgegenstands, wie in den anliegenden Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend als erläuternd und nicht als einschränkend anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16/294586 [0001]
US 62/775012 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: - Auswählen einer ersten Teilmenge von Antennen aus einem Antennen-Cluster unter Verwendung einer Schaltstufe, um ein erstes Muster zu bilden, - Empfangen eines ersten Bluetooth-Signals unter Verwendung der ersten Teilmenge von Antennen, - Erzeugen eines ersten Richtungswerts des ersten Bluetooth-Signals, - Beurteilen wenigstens einer Antenne des Antennen-Clusters zumindest teilweise auf der Grundlage des ersten Richtungswerts des ersten Bluetooth-Signals unter Verwendung eines Verarbeitungselements, - Auswählen einer zweiten Teilmenge von Antennen aus dem Antennen-Cluster auf der Grundlage von Ergebnissen der Beurteilung der wenigstens einen Antenne unter Verwendung der Schaltstufe, um ein zweites Muster zu bilden, wobei das zweite Muster von dem ersten Muster verschieden ist, - Empfangen eines zweiten Bluetooth-Signals unter Verwendung der zweiten Teilmenge von Antennen und - Erzeugen eines zweiten Richtungswerts des zweiten Bluetooth-Signals.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: - Beurteilen, unter Verwendung des Verarbeitungselements, wenigstens einer Antenne, die nicht im zweiten Muster enthalten ist, zumindest teilweise auf der Grundlage des zweiten Richtungswerts des zweiten Bluetooth-Signals, - Hinzufügen wenigstens einer Antenne auf der Grundlage von Ergebnissen der Beurteilung der wenigstens einen Antenne, die nicht im zweiten Muster enthalten ist, zur zweiten Teilmenge von Antennen, um eine dritte Teilmenge von Antennen zu bilden, - Empfangen eines dritten Bluetooth-Signals unter Verwendung der dritten Teilmenge von Antennen und - Erzeugen eines dritten Richtungswerts des dritten Bluetooth-Signals.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale sind, die eine Konstanttonerweiterung (CTE) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner Folgendes umfasst: - Mitteilen einer das erste Bluetooth-Signal sendenden Drahtlosvorrichtung, um die Dauer der CTE in dem zweiten Bluetooth-Signal zu verkürzen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Antennenpaare in der ersten Teilmenge von Antennen, die eine Orientierung innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts von 90° oder 270° gegenüber der Ausbreitungsrichtung des ersten Bluetooth-Signals aufweisen, ausgewählt werden, um die zweite Teilmenge von Antennen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Richtungswert einen Ankunftswinkel (AoA) in Zusammenhang mit dem ersten bzw. dem zweiten Bluetooth-Signal aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Muster weniger Antennen aufweist als das erste Muster.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beurteilen der wenigstens einen Antenne des Antennen-Clusters Folgendes umfasst: - Erzeugen und Vergleichen eines oder mehrerer Beitragsfaktoren jeder Antenne in dem ersten Muster, wobei Beitragsfaktoren wenigstens eines der Folgenden umfassen: Orientierung von Antennenpaaren im ersten Muster gegenüber dem ersten Richtungswert, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) sowie Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des ersten Bluetooth-Signals.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Auswählen der zweiten Teilmenge von Antennen Folgendes umfasst: - Abwählen wenigstens einer Antenne aus der ersten Teilmenge von Antennen, um die zweite Teilmenge von Antennen zu bilden.
Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: - einen Sendeempfänger, - eine Schaltstufe, die eingerichtet ist, mit einem Antennen-Cluster zu koppeln, wobei die Schaltstufe ferner eingerichtet ist, wenigstens eine Antenne des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, und - ein Verarbeitungselement, das eingerichtet ist, Folgendes auszuführen: - Veranlassen der Schaltstufe, eine erste Teilmenge von Antennen des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein erstes Bluetooth-Signal zu empfangen, - Erzeugen einer ersten Ankunftswinkel(AoA)-Schätzung des ersten Bluetooth-Signals, - Veranlassen der Schaltstufe, eine zweite Teilmenge von Antennen des Antennen-Clusters zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein zweites Bluetooth-Signal zu empfangen, wobei die erste und die zweite Teilmenge von Antennen voneinander verschieden sind, und - Erzeugen einer zweiten AoA-Schätzung des zweiten Bluetooth-Signals.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Verarbeitungselement ferner eingerichtet ist, Folgendes auszuführen: - Veranlassen der Schaltstufe, eine dritte Teilmenge von Antennen zumindest teilweise auf der Grundlage der zweiten AoA-Schätzung mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um ein drittes Bluetooth-Signal zu empfangen, und - Erzeugen einer dritten AoA-Schätzung des dritten Bluetooth-Signals.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Verarbeitungselement ferner eingerichtet ist, jede Antenne in der ersten Teilmenge auf der Grundlage ihres einen oder ihrer mehreren Beitragsfaktoren bei der Erzeugung der ersten AoA-Schätzung zu beurteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der Beitragsfaktoren zumindest einen der Folgenden umfassen: Orientierung von Antennenpaaren in der ersten Teilmenge gegenüber einer Ausbreitungsrichtung des ersten Bluetooth-Signals auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des ersten Bluetooth-Signals.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Verarbeitungselement ferner eingerichtet ist, wenigstens eine Antenne, die nicht in der zweiten Teilmenge ist, auf der Grundlage ihres einen oder ihrer mehreren Beitragsfaktoren bei der Erzeugung der zweiten AoA-Schätzung zu beurteilen, wobei die Beitragsfaktoren wenigstens einen der Folgenden umfassen: Orientierung von Antennenpaaren, die nicht in der zweiten Teilmenge liegen, gegenüber der Ausbreitungsrichtung des zweiten Bluetooth-Signals, Polarität, Empfangssignalstärkeindikator (RSSI) und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des zweiten Bluetooth-Signals.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale mit einer Konstantzeiterweiterung (CTE) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die zweite Teilmenge weniger Antennen als die erste Teilmenge aufweist.
Drahtlosvorrichtung, umfassend: - einen Antennen-Cluster mit wenigstens drei Antennen, - einen Sendeempfänger, - einen Schaltkreis, der eingerichtet ist, wenigstens zwei Antennen des Antennen-Clusters mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um eine Antennenteilmenge zu bilden, und - ein Verarbeitungselement, das eingerichtet ist, Folgendes auszuführen: - Erzeugen einer ersten AoA-Schätzung eines von einer ersten Antennenteilmenge empfangenen ersten Bluetooth-Signals, - Veranlassen des Schaltkreises, wenigstens eine Antenne aus der ersten Antennenteilmenge abzuwählen, um eine zweite Antennenteilmenge zu bilden, zumindest teilweise auf der Grundlage der ersten AoA-Schätzung und - Erzeugen einer zweiten AoA-Schätzung eines von der zweiten Antennenteilmenge empfangenen zweiten Bluetooth-Signals.
Drahtlosvorrichtung nach Anspruch 17, bei der das erste und das zweite Bluetooth-Signal Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Signale mit einer Konstantzeiterweiterung (CTE) sind.
Drahtlosvorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Sendeempfänger eine Einzelfunkkonfiguration aufweist und wobei der Schaltkreis eingerichtet ist, eine Antenne jeweils mit dem Sendeempfänger zu koppeln, um die Antennenteilmenge zu bilden.
Drahtlosvorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Verarbeitungselement ferner eingerichtet ist, Folgendes auszuführen: - Veranlassen des Schaltkreises, wenigstens eine Antenne, die nicht in der zweiten Antennenteilmenge ist, zumindest teilweise auf der Grundlage der zweiten AoA-Schätzung hinzuzufügen, um eine dritte Antennenteilmenge zu bilden, und - Erzeugen einer dritten AoA-Schätzung eines von der dritten Antennenteilmenge empfangenen dritten Bluetooth-Signals.
Drahtlosvorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Antennen-Cluster als wenigstens eines der Folgenden ausgeführt ist: ein lineares Muster, ein kreisförmiges Muster und ein ovales Muster.