TW201445170A - 在一無線網路中判定一到達角的系統及方法 - Google Patents

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TW201445170A
TW201445170A TW103109792A TW103109792A TW201445170A TW 201445170 A TW201445170 A TW 201445170A TW 103109792 A TW103109792 A TW 103109792A TW 103109792 A TW103109792 A TW 103109792A TW 201445170 A TW201445170 A TW 201445170A
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Andras Gyorgy Bukkfejes
Peter Szilveszter Kovacs
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Microchip Tech Inc
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    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G01S3/48—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems the waves arriving at the antennas being continuous or intermittent and the phase difference of signals derived therefrom being measured

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Abstract

藉由使用一經特殊構建之RF定位器裝置判定在未知位置處具有無線電裝置之一射頻(RF)網路中之到達角(AoA)。可由該RF定位器裝置使用複相關性來解碼包括舉例而言但不限於直接序列展頻(DSSS)符號之任何種類之調變。該RF定位器裝置連接至具有在DSSS符號之間進行切換之多個天線元件之一天線陣列。該RF定位器裝置判定該無線電裝置之相關性量值及角資料以供進一步處理。自不同位置收集具有CFO補償相關性量值及相位結果之DSSS符號實現電波束形成以用於藉由使此波束圍繞該天線陣列之一視角掃掠來判定該AoA。可對多個通道及封包執行此AoA判定以減小多路徑傳播之效應。

Description

在一無線網路中判定一到達角的系統及方法 相關申請案交叉參考
本申請案主張由Andras Gyorgy Bukkfejes及Peter Szilveszter Kovacs於2013年3月14日提出申請之標題為「System and Method for Determining an Angle of Arrival in a Wireless Network」之序列號為61/784,046之共同擁有之美國臨時專利申請案之優先權；且該美國臨時專利申請案出於所有目的以引用方式併入本文中。
本發明係關於一種經組態以判定IEEE 802.15.4射頻(RF)封包之一到達角且定位其源之無線網路設置。
無線網路，特定而言，根據IEEE 802標準(例如，IEEE 802.15且特定而言，IEEE 802.15.4)之無線網路，該標準在一50米通信範圍中以250kbit/s之一傳輸速率提供一無線網路。存在基於IEEE 802.15.4標準構建之各種實施方案，諸如ZigBee、MiWi及諸如此類。該等實施方案中之某些實施方案使用專屬無線協定且可增強傳輸速率。無線網路(例如，諸如IEEE 802.15.4網路)中之傳輸器通常在一富無線電波反射環境中操作，且期望判定此(等)傳輸器之位置(location)。
因此，需要一種能夠判定其傳輸及/或接收節點之位置(location) 之無線網路設置。
根據一實施例，一種在一無線網路中判定一到達角的方法可包括以下步驟：用一天線陣列之複數個天線接收複數個封包，其中該複數個天線中之每一者可依序接收自一傳輸器傳輸之該複數個封包之符號；在所接收之該複數個封包中之每一者之一選定部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收之符號與一重新建構相位之間的一相位差；且使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
根據該方法之一另外實施例，該複數個封包可係在複數個不同頻率上傳輸以減小影響該AoA之判定之多路徑傳播。根據該方法之一另外實施例，可包括將每一所接收封包之角資料提供至一微控制器之步驟。根據該方法之一另外實施例，該微控制器可在接收到一中斷之後在該複數個天線中之不同者之間進行切換。根據該方法之一另外實施例，一接收器可耦合至該複數個天線中之不同者之間的天線陣列切換器。根據該方法之一另外實施例，可用針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器來執行判定信號角資料之步驟。根據該方法之一另外實施例，針對每一所接收封包計算該複相關性之該步驟可包括該所複數個接收之封包中之每一者之一相關性量值及角。根據該方法之一另外實施例，該微控制器之一中斷可經延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。根據該方法之一另外實施例，耦合至該天線陣列之該接收器可使在該複數個天線中之該等不同者之間的切換延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。
根據該方法之一另外實施例，該複數個封包可包括複數個直接序列展頻(DSSS)符號。根據該方法之一另外實施例，該等DSSS符號可遵循IEEE標準802.15.4。根據該方法之一另外實施例，可使用該信號之偏移正交相移鍵控(OQPSK)調變來傳輸該複數個封包。
根據另一實施例，一種在一無線網路中判定之一到達角的方法包括以下步驟：用一天線陣列之複數個天線傳輸複數個封包，其中該複數個天線中之每一者可將該複數個封包之符號依序傳輸至一接收器；在由該接收器所接收之該複數個封包中之每一者之一所選擇部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；且使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
根據該方法之一另外實施例，該複數個封包可係在複數個不同頻率上接收以減小影響該AoA之判定之多路徑傳播。根據該方法之一另外實施例，提供每一所接收封包之角資料之步驟可提供至與該天線陣列相關聯之一微控制器。根據該方法之一另外實施例，該微控制器可在接收到一中斷之後在該複數個天線中之不同者之間進行切換。根據該方法之一另外實施例，耦合至該天線陣列之一傳輸器可在該複數個天線中之不同者之間進行切換。根據該方法之一另外實施例，判定信號角資料之步驟可用針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器執行。根據該方法之一另外實施例，針對每一所接收封包計算該複相關性之步驟可包括該複數個所接收之封包中之每一者之一相關性量值及角。根據該方法之一另外實施例，該微控制器之一中斷可經延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。根據該方法之一另外實施例，耦合至該天線陣列之該傳輸器可使在該複數個天線中之不同者之間的切換延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。根據該方法之一另外實施例，該複數個封包可包括複數個直接序列展頻(DSSS)符號。根據該方法之一另外實施例，該等DSSS符號可遵循IEEE標準802.15.4。
根據又一實施例，一種在一無線網路中判定一到達角的方法可包括以下步驟：在一中斷請求之後收集在一封包之每一符號邊界上之 角資料；當可接收不具有一循環冗餘檢查(CRC)錯誤之一封包時將該角資料推送至一緩衝器；自該緩衝器選擇一第一封包；使用複數個天線中之僅一者估計該封包之第一符號之殘餘載波頻率偏移(CFO)；估計及補償在該複數個天線上所接收之後續複數個符號之CFO；將用該複數個天線中之各別者所接收之該後續複數個符號之樣本分組；使用傅立葉估計之一整數及增強版本估計關於一給定封包之到達角(AoA)；將相關性對角結果附加至一平均總和；自具有最大可能頻率差之多個通道上之多個封包收集估計結果以用於頻譜求平均；且報告該頻譜求平均之結果。根據該方法之一另外實施例，該頻譜求平均報告可提供至一使用者介面。
根據又一實施例，一種在一無線網路中判定一到達角的方法可包括以下步驟：提供具有複數個天線元件之一天線陣列；提供用於接收及解調變在該複數個天線元件中之至少一者上所接收之複數個封包之一半同調接收器；在用於接收複數個封包之該複數個天線元件之間進行切換以判定該複數個封包中之每一者之殘餘載波頻率偏移(CFO)，且在該複數個天線元件之間進行切換以用於判定不同位置處之相關性相位值；在每一封包之一部分上量測一殘餘CFO；補償每一封包之一剩餘部分之殘餘CFO；且基於該複數個天線中之哪些天線接收了該複數個封包中之該等各別者判定該等所接收之封包中之每一者之信號角資料。
根據該方法之一另外實施例，傅立葉估計之一整數及增強版本可判定該複數個所接收之封包之該AoA。根據該方法之一另外實施例，可包括以下步驟：用該複數個天線元件中之多個天線在多個通道上接收多個封包以補償多路徑傳播；且將該多個封包累加為一總和以執行其頻譜求平均。
根據另一實施例，一種在一無線網路中判定一到達角的系統可 包括：一傳輸器，其用於傳輸複數個封包；一天線陣列，其可包括複數個天線；一天線切換器，其耦合至該複數個天線；一接收器，其耦合至該天線切換器，其中該天線切換器將該接收器一次一個地耦合至該複數個天線中之每一者；一數位裝置，其耦合至該接收器及該天線切換器；該接收器用該複數個天線接收該複數個封包，其中該複數個天線中之每一者依序接收自該傳輸器傳輸之每一封包之符號；該接收器在所接收之該複數個封包中之每一者之一選定部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；該接收器判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；且該數位裝置使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
根據一另外實施例，該數位裝置可係一微控制器。根據一另外實施例，該天線陣列可包括複數個貼片天線。根據一另外實施例，該天線陣列可包括四個貼片天線。根據一另外實施例，該複數個貼片天線可製作於一絕緣基板及一氣隙芯上。根據一另外實施例，該複數個貼片天線可係圓形極化的。根據一另外實施例，該複數個貼片天線中之每一者可間隔開大於半個波長。根據一另外實施例，隔離切換器可提供於該複數個天線與該天線切換器之間。根據一另外實施例，該接收器可係針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器。根據一另外實施例，藉由切換該複數個天線中之每一者調整該天線陣列之該等方向性特性。
根據又一實施例，一種在一無線網路中判定一到達角的系統可包括：一接收器，其用於接收複數個封包；一數位裝置，其耦合至該接收器；一天線陣列，其包括複數個天線；一天線切換器，其耦合至該複數個天線；一傳輸器，其耦合至該天線切換器，其中該天線切換器將該傳輸器一次一個地耦合至該複數個天線中之每一者；該傳輸器用該複數個天線傳輸該複數個封包，其中該複數個天線中之每一者傳 輸包括符號之封包；該接收器在所接收之該複數個封包中之每一者之一選定部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；該接收器判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；且該數位裝置使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
根據又一實施例，該數位裝置可係一微控制器。根據一另外實施例，該接收器可係針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器。根據一另外實施例，可藉由切換該複數個天線中之每一者調整該天線陣列之該等方向性特性。
100‧‧‧射頻標籤
102a‧‧‧天線
102b‧‧‧天線
102c‧‧‧天線
102d‧‧‧天線
104‧‧‧隔離切換器/切換器/射頻切換器/射頻隔離器切換器
104a‧‧‧隔離切換器
104b‧‧‧隔離切換器
104c‧‧‧隔離切換器
104d‧‧‧隔離切換器
106‧‧‧傳輸線
108‧‧‧多輸入埠天線切換器/天線切換器/切換器/射頻切換器
110‧‧‧射頻收發器/接收射頻收發器
112‧‧‧數位串列匯流排
114‧‧‧控制線
116‧‧‧控制線
118‧‧‧數位裝置/數位處理器/微控制器單元
122‧‧‧介面匯流排
130‧‧‧線/編號
134‧‧‧編號
136‧‧‧編號
138‧‧‧線
140‧‧‧編號/經延遲直接序列展頻邊界中斷請求/經延遲直接序列展頻符號中斷請求
142‧‧‧編號/經延遲直接序列展頻符號中斷
144‧‧‧編號/中斷請求/中斷
146‧‧‧輸入埠
148‧‧‧編號/資料處理
200‧‧‧射頻標籤/標籤/接收射頻標籤
202‧‧‧天線
210‧‧‧射頻收發器
218‧‧‧微控制器單元
418‧‧‧類比轉數位轉換器
420‧‧‧數位混合器
422‧‧‧匹配濾波器
424‧‧‧直接序列展頻解調變器
428‧‧‧COORDIC
430‧‧‧自動頻率控制
432‧‧‧數值控制振盪器
434‧‧‧前置碼相關器
460‧‧‧玻璃纖維芯基板
d‧‧‧距離
x‧‧‧經數位化信號
y‧‧‧所得信號/輸出
Z i ‧‧‧結果
θ‧‧‧到達角
Σ‧‧‧複總和
可結合隨附圖式參考以下說明獲取對本發明之一更完整理解，其中：圖1圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一系統之一示意性方塊圖；圖2圖解說明根據本發明之另一特定實例性實施例之其中一定位器在單獨天線上依序傳輸封包且一單個天線接收器判定其一到達角之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一系統之一部分示意性方塊圖；圖3圖解說明根據本發明之特定實施例之一接收器架構之一示意性方塊圖；圖4圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之一四個元件貼片天線陣列；圖5圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之使用四個(4)貼片天線元件之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形；圖6圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之使用四個(4)貼片 天線元件之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形；圖7圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之使用兩個(2)貼片天線元件之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形；圖8圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之使用兩個(2)貼片天線元件之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形；圖9圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之用於偵測一20度角內之最大所接收功率之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形；圖10圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之用於偵測一20度角內之最大所接收功率之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形；圖11圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之在一20度角內具有僅一個路徑且具有100mm之元件距離之一天線陣列之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形；圖12圖解說明根據本發明之特定實例性實施例之在一20度角內具有僅一個路徑且具有100mm之元件距離之一天線陣列之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形；圖13圖解說明根據本發明之教示之以一平面電磁波激發之一天線陣列之一示意圖；且圖14圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一操作之一示意性程序圖。
儘管本發明易於做出各種修改及替代形式，但在圖式中已展示且在本文中詳細闡述其特定實例性實施例。然而，應理解，本文中對特定實例性實施例之說明並非意欲將本發明限制於本文中所揭示之特定形式，而是相反，本發明意欲涵蓋由隨附申請專利範圍所定義之所 有修改及等效物。
一般系統說明
參考圖1，繪示根據本發明之一特定實例性實施例之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一系統之一示意性方塊圖。一射頻(RF)TAG 100自一未知位置傳輸RF封包。一天線陣列102可包括接收自RF標籤100傳輸之此等RF封包之複數個天線，例如，圓形極化貼片天線。每一天線102a、102b、102c及102d(出於例示性目的僅展示四個)分別用可接近於耦合至其之一天線102之一隔離切換器104a、104b、104c及104d進行切換。此等隔離切換器104較佳地接近(靠近)於其各別天線102以便藉由將當前未使用天線關斷而減小傳輸線(在此實施例中為50Ohm微帶線)當中之串擾。傳輸線106較佳地係實質上相同長度以便不在穿過其傳播之RF信號上引入相移誤差。傳輸線106耦合至具有耦合至一RF收發器110之一RF埠之一共同埠之一多輸入埠天線切換器108。
RF收發器110接收、偵測及解碼由RF TAG 100發送之RF封包。來自RF收發器110之經解碼資訊(例如，來自TAG之靜態資訊)-電池電壓、操作模式、如用以增強局部化結果之陀螺儀、加速度計、羅盤之額外感測器資料或任何種類之使用者資料發送一數位裝置118(例如，微控制器單元(MCU))以用於進一步處理，如後文中更全面地闡述。封包有效負載並不重要。
RF收發器110及/或RF TAG 100可係(舉例而言但不限於)一MRF24XA RF收發器(併入在www.microchip.com處之一微晶片產品)。MRF24XA資料工作表可在www.microchip.com處獲得且出於所有目的以引用方式併入本文中。本發明涵蓋且在本發明之範疇內，根據本發明之教示，具有本文中所闡述之類似特徵之任何其他種類之無 線電裝置可用以提供來自任何IEEE 802.15.4標準或專屬封包之角資料，且熟習數位通信技術且受益於本發明者可使用此等RF收發器中之任何一或多者容易地設計該無線電裝置。
數位裝置118可分別經由控制線114及116控制天線切換器108及/或隔離切換器104。本發明涵蓋在本發明之範疇內，RF收發器110可控制天線切換器108及/或隔離切換器104而非數位裝置118(控制線在RF收發器110與切換器104及108之間(未展示但可經暗示))。資訊自RF收發器110至數位裝置118之傳輸可係經由一數位串列匯流排112，例如，一SPI介面、用於即時天線切換之一中斷線且可能地用於一般無線電中斷之一或多個線。來自數位處理器118之經處理資訊輸出可經由一介面匯流排122提供，例如，個入電腦(PC)介面匯流排，例如，USB、火線、乙太網路、RS-232或甚至無線(若其未使用與RF收發器110對RF標籤100之位置使用之頻率相同之頻率)。
此特定實例性實施例之架構取決於經提供以用於在RF收發器110(例如，微晶片MRF24XA RF收發器)中之局部化之硬體支援。RF收發器110能夠儲存相關性量值及相位資料，然而，能夠量測傳入RF信號之量值及角資料之任何此RF收發器皆可使用且併入本文中。結合本文中所揭示之系統及方法使用此一硬體裝置可提供電波束形成及到達角(AoA)估計。針對電波束形成，需要來自多個傳輸位置之量值及相位資料。
在圖1中所展示之實施例中，可實施接收模式局部化。此意指任何類型之遵循IEEE 802.15.4之RF TAG 100皆可傳輸一信號，例如，封包。根據本發明之教示，具有一正確設計之天線陣列102之RF收發器110可接收標籤信號(例如，封包)且此後執行波束形成。為達成此，多個天線102可放置在正確位置處且RF切換器104及/或108可用以在時間序列上將RF收發器110連接至所要天線102。使用僅一個RF切 換器108可不在傳輸線106之間提供充分隔離，藉此影響天線102之間的RF隔離。因此，傳輸線106中之每一者中之RF隔離器切換器104之添加可在天線102之間提供較佳信號隔離，接著僅使用天線切換器108自身。
參考圖2，繪示根據本發明之另一特定實例性實施例之其中一定位器(如圖1中所展示)在單獨天線上依序傳輸封包且一單個天線接收器判定其一到達角之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一系統之一部分示意性方塊圖。一RF TAG 200中之一RF收發器210使用本發明中所闡述之相同RX局部化特徵，但具有一單個天線202。具有多個天線102之定位器上之RF收發器110具有用於一傳輸局部化模式之硬體支援。此係與圖1中所展示之實質上相同操作，但與圖1不同的是，RF收發器110將由空間分集封包(圖1)移位之相位傳輸至接收RF TAG 200且天線102輻射該相位。在此情形中，RF收發器110(圖1)在載波頻率偏移(CFO)判定週期之後在一不同天線102上傳輸每一直接序列展頻(DSSS)符號。在DSSS符號傳輸模式期間之天線切換可以與針對本文中所闡述之接收模式局部化所展示相同之方式經實施。RF TAG 200之RF收發器210可在一單個天線202上接收封包且以如本文中針對每一封包所闡述之相同方式為TAG 200之MCU 218提供量值及相位資料。由於AoA相依相移包含於傳輸器AoA中(來自圖1中所展示之RF收發器110及天線102)，因此其可以相同方式計算。RF收發器210可係(舉例而言但不限於)一MRF24XA RF收發器或具有如本文中所闡述之類似特徵之任何其他種類之無線電裝置。
藉由在一接收模式中使用RF TAG 200，複數個RF TAG 200可同時自定位器(RF收發器110及天線102)接收經傳輸封包以判定在每一RF TAG 200處所接收之封包之一各別到達角。此可使用RF收發器110及該複數個天線102自僅一單個組封包傳輸為大量RF TAG 200快速地提 供位置及/或移動指示。舉例而言，「智慧」購物圖，各自具有一RF TAG 200；高值商品；例如，電視、行動電話、個人電腦、珠寶及諸如此類。每一RF TAG 200在計算之後亦可將其各別到達角發送至可顯示每一RF TAG 200位置、位置之改變及/或自一個位置至另一位置之改變速率之一中心監測站(未展示)。此等特徵可有效地用以出於庫存及/或安全目的而監測TAG 200位置。
天線設計
基於波束形成理論，一天線陣列必須具有來自不同位置之量值及相位資料，例如，空間差異。以下步驟可提供構建用於一RF標籤之室內局部化之一適當天線陣列：為一天線陣列之元件選擇一基本天線類型，判定天線元件計數，及判定天線元件之間的距離。
選擇天線類型
根據波束形成理論，任何類型之天線陣列皆可使用且與陣列具有+/-90度視角。在現實生活情形中，若天線彼此靠近(例如，d<λ)，則將在期間觀察到可毀壞角量測之顯著干擾。此係選擇可提供元件之間的充分(>~20dB)隔離之天線類型為較佳之原因。在2.4GHz範圍中，舉例而言，貼片天線將滿足上文所提及要求。極化亦具有一重要作用。在交叉極化在直接路徑上形成阻尼之情形中，一使用者將觀察到約20dB信號損失。在其中可存在可致使極化改變之一反射之情形中，則所反射信號可大於來自直接路徑中之一者。因此，圓形極化貼片天線可係最佳選擇。
局部化不需要額外天線設計。其應取決於使用者之需要而正常運行。一使用者可期望低成本生產，因此貼片天線可製作於一玻璃環氧樹脂FR4(或FR4+氣隙)基板上。可使用(例如但不限於)可導致一較 小大小天線陣列總成之陶瓷材料之替代基板。針對圖4中所展示之實例性天線陣列，一FR4基板加氣隙芯可包括正方形截角、圓形極化貼片天線。
天線元件計數
所使用之貼片天線之數目可判定電形成波束之寬度。存在越多元件，則波束將越窄。因此，角解析度可藉由元件計數判定。亦應注意，波束寬度取決於用於天線陣列之波束形成方法之類型。為達成大致一(1)度精確度，選擇四個(4)天線元件。此組態中之波束及使用傅立葉估計足夠敏銳來以大致一(1)度精確度區分方向。此精確度可取決於環境。針對大致一(1)度精確度假定此一典型環境。
參考圖5，繪示根據本發明之特定實例性實施例之使用四個(4)貼片天線元件之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形。參考圖6，繪示根據本發明之特定實例性實施例之使用四個(4)貼片天線元件之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形。波束係大致+/-16度寬且足夠敏銳以在大致一(1)度內區分。
參考圖7，繪示根據本發明之特定實例性實施例之使用兩個(2)貼片天線元件之一傅立葉估計之一笛卡爾座標平面中所展示之一示意性圖形。參考圖8，繪示根據本發明之特定實例性實施例之使用兩個(2)貼片天線元件之一傅立葉估計之一極座標平面中所展示之一示意性圖形。波束係大致+/-40度。此處波束寬度係更寬且不足夠敏銳在一(1)度精確度內區分。圖5至圖8在+/-90度視角中模擬。一寬波束之更重要問題係不能區分多個路徑！在圖4中所展示之天線實施例中，出於此原因選擇四個(4)貼片元件。其他應用可取決於環境及所需解析度需要更多或更少數目之天線元件。
使用僅極面(分別4個元件及2個元件)比較圖6與圖8，針對四個(4)元件之情形總共波束寬度係32度，該波束與其中波束寬度係80度且平 坦之兩個(2)元件情形相比係一更敏銳波束。發現一真實環境中之最大點及對應角係關於一窄波速更精確的。根據典型環境中之量測，可針對一(1)度精確度需要四個(4)天線。一敏銳波束較佳地在直接路徑與一反射之結果之間進行區分。(在反射之情形中在存多個峰值；通常直接路徑係較大的)。若波束係過於敏銳則其可發現圍繞直接路徑+/-5度之太多反射，此可使得進一步處理較難。
判定天線元件之間的距離
根據波束形成理論，天線元件應放置於小於λ/2之一距離內。在具有電流介電芯(FR4+氣隙)之情況下，貼片元件寬度係大致48毫米，而在空氣中λ/2係大致62.5mm。因此，相鄰貼片天線之邊緣之間的距離將大致14.5mm。若將貼片天線放置地如此靠近，則可達成充分隔離。然而，若貼片天線間隔更遠(例如，大於λ/2)，則混疊效應出現。此意指一額外波束表現為或多或少垂直於正常波束。此波束之確切角及大小取決於天線陣列之距離。當此波束進行電旋轉時，則混疊波束可旋轉至視角中，從而導致錯誤警報。
此混疊效應之一實例，當一虛擬傳輸器足夠遠離天線(在此模擬中30米)放置時。使用d=50毫米(mm)及d=100mm天線距離。參考圖9及圖10，繪示在一20度角內具有僅一個路徑且元件之一距離係50mm(<λ/2)之一天線陣列之傅立葉估計圖形。圖9展示一笛卡爾繪圖且圖10展示用於偵測來自20度之最大所接收功率之一極座標圖。針對50mm距離存在僅一個主波瓣。
參考圖11及圖12，繪示在一20度角內具有僅一個路徑且元件之一距離係100mm之一天線陣列之傅立葉估計圖形。圖11展示一笛卡爾繪圖且圖12展示用於偵測一20度角內之最大所接收功率之一極座標圖。針對100mm距離存在兩個波瓣，主波瓣及一混疊波瓣。較佳地，期望最小可能干擾，因此天線可儘可能間隔遠地放置以在+/-45 度處操作(此允許一使用者將圖1中所展示之定位器裝置放置於一空間之拐角中且使得空間經全面覆蓋)。混疊波瓣之大小取決於天線距離。因此，一模擬器經構建以判定滿足此視角要求之上述天線設計之最大距離。結果表明，大致一80mm中心至中心距離可係最佳的以滿足此實施例之要求。
模擬器操作
可在判定一最佳天線陣列間距時使用以下步驟：
1)在其中元件之距離係一參數之一陣列前面在所要視野(在此實施例中+/-45度)中以1度步階在各處放置一虛擬標籤。
2)用給定陣列設置針對所有角估計TAG之位置。
3)針對所有角檢查是否估計誤差小於所需要之1度，及
4)用另一陣列設置執行相同方法。
針對具有不同設計參數之要求，上述步驟可用於針對一最佳天線陣列及視野要求判定最佳距離。
參考圖4，繪示根據本發明之一特定實施例之一四個元件貼片天線陣列。每一貼片天線可係大致48mm正方形；貼片天線之間的中心至中心距離可係大致80mm，且FR4玻璃纖維芯基板460係約1.5mm厚度加反射器平面與印刷電路板(PCB)之間的一5mm氣隙。貼片天線通常包括兩個部件：貼片自身及一反射器平面。一RF導電金屬反射器平面可提供於一1.5mm厚PCB之一底部層上，然而在彼情形中，可不達成最佳頻寬。當反射器平面與貼片之間的距離增大時，貼片天線之頻寬將亦增大。此天線模擬之饋入點阻抗可係大致50ohms。
接收器架構及內部CFO補償
在無線通信系統中，合成載波頻率取決於晶體振盪器頻率穩定性及準確性。在溫度上不為確切或絕對穩態的晶體振盪器頻率致使傳輸及接收減損兩者、載波頻率偏移及取樣漂移偏移。IEEE 802.15.4標 準關於一標稱值規定+/-40ppm載波頻率偏移容限。此表示兩個節點之間的+/-80ppm最糟糕情形偏差。一MRF24XA RF收發器110中之頻帶處理器經設計以估計及補償彼載波頻率偏移(CFO)量。此外，MRF24XA RF收發器110具有用於解調變IEEE 802.15.4遵循的信號之一塊同調接收器鏈。參考圖3，繪示根據本發明之特定實施例之一接收器架構之一示意性方塊圖。在RX模式中，MRF24XA RF收發器110可由圖3中所展示之示意性方塊圖表示。
圖3中所展示之接收器架構可含有以下功能方塊。
1. 一類比轉數位轉換器(ADC)418可用以將來自RF標籤100所接收之信號之傳入I/Q信號轉換為數位域。取樣頻率可係每秒8百萬個樣本(MSps)。經數位化信號在圖3中由x標示。
2. 一匹配濾波器422可根據以下方程式對傳入I/Q樣本執行頻率鑑別：
z i =|y i,0|-|y i,1|
其中α[0,1]。0意指「+」旋轉而1意指「-」旋轉。
3. 一前置碼相關器434在匹配濾波器422輸出zi與IEEE 802.15.4標準中所定義之前置碼之間執行褶積。
其中cm=-1-111-111-1-1111-11-11111-1111-1-1-1-1-1-1111。
請注意，序列可轉換為一MSK格式。L係一DSSS符號中之晶片之數目(=32)。
4. DSSS解調變器424可執行16個同時解擴展操作。解擴展操作中之每一者對應於IEEE 802.15.4標準中所定義之32晶片長序列中之一 者。
其中L係一DSSS符號中晶片之數目(=32)，n係DSSS符號數目且可變cs m,k以O-QPSK方式代表第k個DSSS序列中之第m個晶片。
5. 一COORDIC 428可用以將複相關性自笛卡爾轉換為如熟習通信技術者眾所周知之極化座標。
6. 自動頻率控制(AFC)430可用以估計載波頻率偏移。
針對一2MSps取樣頻率。
7. 一數值控制振盪器432及數位混合器420可用以補償載波頻率偏移。
接收器控制流程可在封包接收期間具有以下步驟：
a)初始化
b)等待直至前置碼相關性之量值(M)超過一預定義臨限限制
c)出於CFO估計之目的執行2個連續DSSS符號相關性
d)計算先前步驟中所計算之DSSS符號之角
e)計算實際封包之CFO，且控制剩餘封包之NCO+MIXER
f)SFD搜尋及有效負載處理
g)在封包之結束處行進至a)
在e)中完成內部CFO估計之後，AFC操作凍結，因此不對剩餘封 包執行CFO追蹤。請注意，通常存在殘餘CFO(<13ppm @ 2.4Ghz)，MCU 118可在後處理期間負責彼殘餘CFO。頻帶處理器可針對每一及每一個傳入DSSS符號執行COORDIC 428功能且將角及相關性量值資訊提供至MCU 118。此等角及相關性量值資訊值可在接收到每一個DSSS符號之後儲存於MCU 118之一暫存器(未展示)中。為了使MCU 118及時接收此資料，一中斷可經確證自RF收發器110至MCU 118。在每一DSSS符號邊界處，RF收發器110(例如，MRF24XA)可基於一內部暫存器值設定一計時器。可在此計時器期滿時設定中斷。此可調整延遲使得程式設計者能夠微調恆定中斷處置時間以確保大致在邊界處切換天線且使量測結果在下一符號到達之前經讀取。
整數波束形成理論
參考圖13，繪示根據本發明之教示之以一平面電磁波激發之一天線陣列之一示意圖。如圖13中所展示之天線陣列可包括複數個天線元件(展示N個)且具有其之間的距離d。具有θ之一到達角之來自一RF標籤100之一平面波RF信號可接收為天線102中之每一者上之一復信號。所得信號y可表達為：
其中N係天線元件之數目，d係天線元件之間的距離，θ係平面波之到達角，Zi係每一天線上之所接收之復信號，hi係各別天線元件之一複數乘數且Σ係至天線元件102之所接收之信號輸入之複總和。
觀看圖13中所展示之幾何形狀，很明顯，來自θ方向之平面波將產生以下接收信號向量：s T (θ)=[1 e -iφ ...e -i(N-1)φ ] (2)
其中
其中所有標記法如上文，除了λ係空氣中之波長，且sT標識「s轉置」。
為在自θ之平面波激發之情形中最大化y，則不得不相應地選擇一h向量：h(θ)=s *(θ) (4)
其中s*標識「s共軛」。
可使用矩陣表示法計算輸出y：y(θ)=z T h=h T z=z T s *(θ)=s H (θ)z (5)
其中sH標識「s轉置共軛」。
若想要得到平均所接收之信號功率：P m (θ)=Mean{|y(θ)|2}=s H (θ)Mean{z * z H }s(θ)=s H (θ)Rs(θ) (6)
其中：R=Mean{z * z H } (7)
到此刻為止，上述方程式包括習用電波束形成方式。局部化可以其他估計方法使用且出於所有目的涵蓋於本文中。
當θ係未知時做什麼
在到達角係未知之情形中，則不得不以所要精確度計算視角中之所有角之平均所接收之信號強度，且檢查哪個所估計角得到最高平均接收功率(在本文中所揭示之特定實例性實施例之情形中以1度精確度，+/-45度)。在此情形中，恰如上文所闡釋實施公式，但該方案將針對計算時間不為最佳化的。
用以改良計算時間之方式
表示改變-在其中收發器以整數格式報告角資料之情形中
1)角表示：RF收發器110以12位元2的補數格式表示角(-2048表示-π且+2047表示+π)。
2)Zi結果可以以下格式讀取出：z i =corrmag * e i*corrang (8)
其中：Corrmag係來自RF收發器110之一給定符號之相關性量值且Corrang係來自RF收發器110之給定符號之相關性角。
3)目標MCU裝置不具有浮動點單元，因此整數計算可節省顯著時間。
4)為避免表示改變加倍，正弦及餘弦函數已經重新定義以直接隨無線電之角表示而變。藉助彼等函數可針對Z計算真實及假想部分。
5)此等三角函數通常在-1...1範圍中返回結果。一恆定整數乘法器已經應用以使得甚至此等三角函數之結果可儲存為一整數值。
6)藉助此特殊表示，所計算Pm(θ)不具有任何實體意義。
7)在獲得結果時真實單元之此損失不致使任何問題，此乃因本方法搜尋在Pm(θ)係最大時之角。因此，不需要最大值。
僅在補償殘餘CFO之情況下傅立葉估計起作用，如在Jozsef Nemeth之出版日期2012年11月1日標題為「Radio Frequency TAG Location System and Method」之共同擁有之美國專利申請公開案US 2012/0276921 A1中更全面地闡述；且該申請案出於所有目的以引用方式併入本文中。改變係「Residual CFO Compensation」部分針對整數表示經重新定義為類似於此者。
矩陣操作之簡化
上文公式(6)需要一較深分析以便開始簡化：解決方案針對四個(4)天線元件而展示，而針對任何大小天線陣列起作用。用以改良計算之方式：
1)方程式內之所有矩陣皆係複數，然而僅需要結果之真實部分。
2)無論輸入值如何，矩陣具有允許簡化之一特殊形式。矩陣R可係特殊的，此乃因其可具有以下形式：
矩陣係幾乎對稱的，此乃因在主對角線之每一側上具有複共軛對。藉助以一類似方式替代s向量將此形式重新放置至方程式中
必須做的是在上文方程式之結束處計算總和之真實部分。依據複數計算之基本規則，任何複數a=(a1+ia2)，b=(b1+ib2)，c=(c1+ic2)可展示為：ab * c=(a * bc *)* (11)
此暗示Real{ab * c}=Real{a * bc *}=a 1 b 1 c 1+a 2 b 2 c 1+a 1 b 2 c 2-a 2 b 1 c 2 (12)
藉助(11)及(12)中之數學簡化，很明顯可如下計算(10)之結束處之最終總和：
1)「對角線」中之所有值皆係真實的。必須計算該所有值。
2)計算「對角線」之一側之真實部分且將其乘以二係足夠的。
3)在S1=1時可應用進一步增強
在以80 MIPS運行於一微處理器上之實例性實施例中，整數計算可花費大致三(3)微妙而非增強計算可花費高達26微妙。由於傳入中斷時序，可存在模糊度。類似簡化應與其他種類之波束形成方法一起 起作用且出於所有目的涵蓋於本文中。
角估計任務
根據本發明之某些實施例，MCU 118可提供以下操作：在一中斷請求之後收集在每一符號邊界上之角資料且在接收不具有一循環冗餘檢查(CRC)錯誤之一給定封包之情形中將角資料推送至一緩衝器。在主迴路中，若環形緩衝器並非空的，則選擇第一封包且可執行以下計算：a)正規化自準同調接收器讀取之角結果(例如，自12位元2的補數至整數之改變表示)，b)估計第一符號中之殘餘CFO，其中僅一個天線用於連續接收，c)(舉例而言)根據第US 2012/0276921 A1號美國專利申請公開案中所闡述之方法(該美國專利申請公開案出於所有目的以引用方式併入本文中)補償在剩餘符號上之CFO，d)針對對應天線將樣本分組且以所需要精確度針對視角中之所有角執行(舉例而言但不限於)一傅立葉估計(電波束形成)。對一個封包之估計結果係隨測試角而變之相關性結果，e)將結果附加至自可已呈現在其他通道上之其他封包累加此等結果之一總和。在頻譜分析儀上執行類似頻譜求平均函數，f)在已將來自給定數目之封包之結果添加至總和之情形中，將角對相關性繪圖且發現最大相關性及其對應角，g)報告所估計角或完整估計圖形。在繪圖中，可在反射之情形中存在多個峰值。在大多數情形中(當RF TAG 100相應地放置時)，此等峰值中之一者係直接路徑之角，但不必係最高者。此係當冗餘資訊可用時此總和可用於額外多路徑取消之原因。
參考圖14，繪示根據本發明之一特定實例性實施例之用於在一無線網路中判定一信號之一到達角之一操作之一示意性程序圖。一RF TAG 100將遵循IEEE 802.15.4的封包(或具有直接序列展頻(DSSS)之任何種類之封包)傳輸至一接收RF收發器110。編號130表示DSSS符號邊界。根據IEEE標準802.15.4 PHY，關於16個不同32晶片長DSSS 碼使用2Mbps晶片速率。因此，一個碼表示4位元在250kbps下。此係符號邊界係可在遍佈封包上發現之每一其他符號邊界之後16μs之原因。編號134表示一RF TAG 100傳輸之結束。編號136表示某一時間之後RF TAG 100可能地在另一射頻通道上開始發送另一封包。
RF收發器110接收封包且在封包前置碼相位期間執行一硬體載波頻率偏移(CFO)估計以增加敏感度且改良信雜比(SNR)。線138指示延遲符號邊界之位置。確切位置/延遲可係可透過RF收發器110中之一暫存器來調整的。此可用以調諧傳播及處置時間以便確保MCU 118在DSSS符號邊界處確切地切換天線102。編號140表示至MCU 118之一延遲DSSS符號中斷請求，且編號142表示MCU 118中之一延遲DSSS符號中斷處置器。
MCU 118可對延遲DSSS符號中斷請求140執行以下操作：
1)若CFO週期完成(例如，在DSSS邊界上100ns精確度)，則執行天線切換。舉例而言，在模擬中判定CFO所需要之符號之數目。原始量測資料模擬於一電腦上且相同計算運行。在最佳化之後，在使用一MRF24XA RF收發器110時判定40個符號給出最佳結果。
2)所接收相關性資料經由一介面匯流排122發送至MCU 118(參見圖1)。
3)所接收相關性資料儲存於MCU 118之一緩衝器中。
在其他RF收發器中可存在足夠記憶體來儲存一完整封包之此資料。此外，此切換方案可實施於RF收發器110硬體中。具有彼能力，僅在接收一封包時需要MCU 118互動。
編號144表示在封包之結束處自RF收發器110至MCU 118之一中斷請求。MCU 118之輸入埠146自RF收發器110接收中斷請求144。在局部化模式中，中斷144可以以下方式經處置：
1)讀取中斷暫存器以判定什麼致使中斷。
2)MRF24XA具有多個中斷。針對局部化，封包接收之及封包濾波之中斷係相關的。
3)當封包毀壞(未通過CRC)時或當目的位址不匹配(其意指封包發送至另一裝置)時，封包濾波中斷升高。當第一DSSS符號到達時接收器對封包一無所知，因此資料將經儲存。此係當封包經濾波時緩衝器內容應被丟棄之原因。
4)所接收之封包中斷：
a. 在當源位址不匹配時之情形中，可接著丟棄被追蹤之裝置位址。
b. 在當封包來自一適當裝置時之情形中，接著將未決量測資料推送至緩衝器且清除封包逾時計數器(在本文中在任務當中提及封包逾時)。
編號148表示其中每當在緩衝器中存在有效量測資料，資料處理便開始之緩衝器處理。基本上，此係當由本文中上文在以角估計任務標題下更全面闡述之步驟組成之角估計任務可運行時之一個可能時間。
圖14展示根據本發明之教示主要操作平行發生。圖14之左部分展示傳輸RF TAG 100可進行何種操作，中間部分展示RF收發器110之操作，且右側上之部分展示MCU 118操作。時間自圖14之頂部過去至底部。RF TAG 100週期地傳輸封包。DSSS符號邊界由線130標記。此等邊界每16μs彼此跟隨，如IEEE 802.15.4標準(在此當前實施例中)中所定義。
接收器端上之RF收發器110(在此實施例之RF TAG位置系統中)以無線方式接收此等封包。針對每一封包，RF收發器110可在兩個步驟中執行內部CFO補償以減小殘餘CFO：a)在前置碼相位期間，及b)在角估計期間；如Jozsef Nemeth之出版日期為2012年11月1日標題為 「Radio Frequency TAG Location System and Method」之共同擁有之美國專利公開申請案US 2012/0276921 A1中更詳細闡述；且該美國專利公開申請案出於所有目的以引用方式併入本文中。在封包接收期間，RF收發器110可產生朝向MCU 118之延遲DSSS邊界中斷請求140。實體DSSS邊界與中斷之間的延遲可由RF收發器110中之一內部暫存器定義。
在每一封包之結束處(如編號134所展示)，RF收發器110可基於在其暫存器中且在MRF24XA資料工作表中更詳細闡述之參數執行內部濾波，該資料工作表可在www.microchip.com處獲得且出於所有目的以引用方式併入本文中。可能濾波器可係(舉例而言但不限於)濾波器CRC、目的位址不匹配、封包類型不匹配及MRF24XA資料工作表中更全面揭示之其他濾波器。在其中封包得到濾波之情形中，則RF收發器110可設定朝向MCU 118之一一般中斷請求且設定可指示一經濾波封包之旗標。在當封包係經CRC校正且未經濾波時之情形中，則一接收中斷旗標可內部地設定且一一般中斷可以相同方式發送。在此實施例中，DSSS中斷線及一般無線電中斷線可在不同埠上。當MCU 118接收此等中斷時，其可執行針對延遲DSSS符號中斷142、自RF收發器110接收中斷請求144之MCU 118之輸入埠146及本文中上文更全面地闡述之資料處理148所闡述之操作。
本發明涵蓋且在本發明之範疇內，該複數個封包可使用任何形式或類型之調變來傳輸，該調變允許來自信號之複相關性角及量值之提取，具有至少0.25(例如，最小相移鍵控)且較佳地0.25之倍數之一調變指數，其中該調變指數可係約0.25×n，其中n可係一正整數。舉例而言但不限於連續相位頻率相移鍵控(CPFSK)及偏移正交相移鍵控(OQPSK)。
本發明涵蓋且在本發明之範疇內，該複數個封包可使用任何形 式或類型之調變來傳輸，該調變允許來自頻率相移鍵控(FSK)信號之複相關性角及量值之提取，具有至少0.25(例如，最小相移鍵控)且較佳地為0.25之倍數之一調變指數，其中該調變指數可係約0.25×n，其中n可係一正整數。舉例而言但不限於偏移正交相移鍵控(OQPSK)。
本發明涵蓋且在本發明之範疇內，本文中所闡述之系統及方法與能夠量測傳入信號之量值及相位之任何種類之無線電裝置一起起作用，且熟習數位通信設計技術且受益於本發明者可容易地想出將仍在本文中之申請專利範圍之範疇及精神內之替代設計。亦參見Jozsef Nemeth之標題為「Automatic Frequency Control Under Low Signal-to-Noise Conditions」之共同擁有之美國專利第US 8,548,033 B2號；該美國專利出於所有目的以引用方式併入本文中。
儘管已藉由參考本發明之實例性實施例來繪示、闡述及定義本發明之各實施例，但此等參考並不暗示對本發明之一限制，且不應推斷出存在此限制。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效物，熟習此項技術且受益於本發明者將會聯想到此等修改、變更及物。所繪示及所闡述之本發明之實施例僅係實例，而並非對本發明之範疇之窮盡性說明。
100‧‧‧射頻標籤
102a‧‧‧天線
102b‧‧‧天線
102c‧‧‧天線
102d‧‧‧天線
104‧‧‧隔離切換器/切換器/射頻切換器/射頻隔離器切換器
104a‧‧‧隔離切換器
104b‧‧‧隔離切換器
104c‧‧‧隔離切換器
104d‧‧‧隔離切換器
106‧‧‧傳輸線
108‧‧‧多輸入埠天線切換器/天線切換器/切換器/射頻切換器
110‧‧‧射頻收發器/接收射頻收發器
112‧‧‧數位串列匯流排
114‧‧‧控制線
116‧‧‧控制線
118‧‧‧數位裝置/數位處理器/微控制器單元
122‧‧‧介面匯流排

Claims (42)

  1. 一種在一無線網路中判定一到達角的方法，該方法包括以下步驟：用一天線陣列之複數個天線接收包括複數個封包之一信號，其中該複數個天線中之每一者依序接收自一傳輸器傳輸之該複數個封包之符號；自該所接收之複數個封包中之每一者之一選定部分量測及補償該信號之載波頻率偏移(CFO)；判定來自該傳輸器之該信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；及使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個封包係在複數個不同頻率上傳輸以減小影響該AoA之判定之多路徑傳播。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括將每一所接收封包之角資料提供至一微控制器之步驟。
  4. 如請求項3之方法，其中該微控制器在接收到一中斷之後在該複數個天線中之不同者之間進行切換。
  5. 如請求項1之方法，其中耦合至該天線陣列之一接收器在該複數個天線中之不同者之間進行切換。
  6. 如請求項1之方法，其中判定信號角資料之該步驟係用針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器執行。
  7. 如請求項6之方法，其中針對每一所接收封包計算該複相關性之該步驟包括該複數個所接收之封包中之每一者之一相關性量值及角。
  8. 如請求項4之方法，其中該微控制器之一中斷經延遲以補償處理 等待時間及天線切換時間。
  9. 如請求項5之方法，其中耦合至該天線陣列之該接收器使在該複數個天線中之該等不同者之間的切換延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。
  10. 如請求項1之方法，其中該複數個封包包括複數個直接序列展頻(DSSS)符號。
  11. 如請求項1之方法，其中該等DSSS符號係遵循IEEE標準802.15.4。
  12. 如請求項10之方法，其中該複數個封包係使用該信號之偏移正交相移鍵控(OQPSK)調變來傳輸。
  13. 一種在一無線網路中判定一到達角的方法，該方法包括以下步驟：用一天線陣列之複數個天線傳輸包括複數個封包之一信號，其中該複數個天線中之每一者將該複數個封包之符號依序傳輸至一接收器；自由該接收器所接收之該複數個封包中之每一者之一選定部分量測及補償該信號之載波頻率偏移(CFO)；判定來自傳輸器之該信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；及使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
  14. 如請求項13之方法，其中該複數個封包係在複數個不同頻率上接收以減小影響該AoA之判定之多路徑傳播。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包括將每一所接收封包之角資料提供至與該天線陣列相關聯之一微控制器之步驟。
  16. 如請求項15之方法，其中該微控制器在接收到一中斷之後在該複數個天線中之不同者之間進行切換。
  17. 如請求項13之方法，其中耦合至該天線陣列之一傳輸器在該複數個天線中之不同者之間進行切換。
  18. 如請求項13之方法，其中判定信號角資料之該步驟係用針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器執行。
  19. 如請求項18之方法，其中針對每一所接收封包計算該複相關性之該步驟包括該所接收之複數個封包中之每一者之一相關性量值及角。
  20. 如請求項16之方法，其中該微控制器之一中斷經延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。
  21. 如請求項17之方法，其中耦合至該天線陣列之該傳輸器使在該複數個天線中之該等不同者之間的切換延遲以補償處理等待時間及天線切換時間。
  22. 如請求項13之方法，其中該複數個封包包括複數個直接序列展頻(DSSS)符號。
  23. 如請求項13之方法，其中該等DSSS符號係遵循IEEE標準802.15.4。
  24. 一種在一無線網路中判定一到達角的方法，該方法包括以下步驟：在一中斷請求之後收集在一封包之每一符號邊界上之角資料；當接收不具有一循環冗餘檢查(CRC)錯誤之一封包時將該角資料推送至一緩衝器；自該緩衝器選擇一第一封包；使用複數個天線中之僅一者估計該封包之第一符號中之殘餘載波頻率偏移(CFO)；估計及補償在該複數個天線上所接收之後續複數個符號之 CFO；用該複數個天線中之各別者將該所接收之後續複數個符號之樣本分組；使用傅立葉估計之一整數及增強版本估計關於一給定封包之到達角(AoA)；將相關性對角結果附加至一平均總和；自具有最大可能頻率差之多個通道上之多個封包收集估計結果以用於頻譜求平均；及報告該頻譜求平均之結果。
  25. 如請求項24之方法，其中將該頻譜求平均報告提供至一使用者介面。
  26. 一種在一無線網路中判定一到達角之方法，該方法包括以下步驟：提供具有複數個天線元件之一天線陣列；提供用於接收及解調變在該複數個天線元件中之至少一者上所接收之複數個封包之一半同調接收器；在該複數個天線元件之間進行切換以用於接收複數個封包以判定該複數個封包中之每一者之殘餘載波頻率偏移(CFO)且在該複數個天線元件之間進行切換以用於判定在不同位置處之相關性相位值；在每一封包之一部分上量測一殘餘CFO；補償每一封包之一剩餘部分之殘餘CFO；及基於該複數個天線中之哪些天線接收了該複數個封包中之各別者判定該等所接收之封包中之每一者之信號角資料。
  27. 如請求項26之方法，其中傅立葉估計之一整數及增強版本判定該所接收之複數個封包之AoA。
  28. 如請求項26之方法，其進一步包括以下步驟：用該複數個天線元件中之多個天線元件在多個通道上接收多個封包以補償多路徑傳播；及將該多個封包累加為一總和以執行其頻譜求平均。
  29. 一種在一無線網路中判定一到達角的系統，該系統包括：一傳輸器，其用於傳輸複數個封包；一天線陣列，其包括複數個天線；一天線切換器，其耦合至該複數個天線；一接收器，其耦合至該天線切換器，其中該天線切換器將該接收器一次一個地耦合至該複數個天線中之每一者；一數位裝置，其耦合至該接收器及該天線切換器；該接收器用該複數個天線接收該複數個封包，其中該複數個天線中之每一者接收自該傳輸器傳輸之每一封包之符號；該接收器在該所接收之複數個封包中之每一者之一選定部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；該接收器判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；及該數位裝置使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
  30. 如請求項29之系統，其中該數位裝置係一微控制器。
  31. 如請求項29之系統，其中該天線陣列包括複數個貼片天線。
  32. 如請求項29之系統，其中該天線陣列包括四個貼片天線。
  33. 如請求項31之系統，其中該複數個貼片天線製作於一絕緣基板及一氣隙芯上。
  34. 如請求項31之系統，其中該複數個貼片天線係圓形極化的。
  35. 如請求項31之系統，其中該複數個貼片天線中之每一者間隔開 大於半個波長。
  36. 如請求項29之系統，其進一步包括在該複數個天線與該天線切換器之間的隔離切換器。
  37. 如請求項29之系統，其中該接收器係針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器。
  38. 如請求項29之系統，其中該天線陣列之該等方向性特性係藉由切換該複數個天線中之每一者來調整。
  39. 一種在一無線網路中判定一到達角的系統，該系統包括：一接收器，其用於接收複數個封包；一數位裝置，其耦合至該接收器；一天線陣列，其包括複數個天線；一天線切換器，其耦合至該複數個天線；一傳輸器，其耦合至該天線切換器，其中該天線切換器將該傳輸器一次一個地耦合至該複數個天線中之每一者；該傳輸器用該複數個天線傳輸該複數個封包，其中該複數個天線中之每一者傳輸包括符號之封包；該接收器在該所接收之複數個封包中之每一者之一選定部分上量測及補償載波頻率偏移(CFO)；該接收器判定來自該傳輸器之一信號之每一所接收符號與一重新建構相位之間的一相位差；及該數位裝置使用該天線陣列之方向性特性判定該信號之一到達角(AoA)。
  40. 如請求項39之系統，其中該數位裝置係一微控制器。
  41. 如請求項39之系統，其中該接收器係針對每一所接收封包計算一複相關性之一準同調接收器。
  42. 如請求項39之系統，其中該天線陣列之該等方向性特性係藉由切換該複數個天線中之每一者來調整。
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