利用天线阵列进行到达角位置检测的制作方法

文档序号:9457554
利用天线阵列进行到达角位置检测的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及通信系统,更具体地涉及无线通信系统。
【背景技术】
[0002]对基于位置的服务的需求持续增加。存在很多使用无线电信号来确定设备位置的技术。诸如全球定位系统(GPS)之类的技术通常被用在室外环境中。室内位置检测相比室外定位存在很多问题。传统的方法难以精确计算高天花板区域或者包括开放天井、楼梯、或者自动扶梯的多层区域中的室内位置。
【附图说明】
[0003]图1示出了可以实现这里描述的实施例的环境的示例。
[0004]图2示出了用于实现这里描述的实施例的网络设备的示例。
[0005]图3A是根据一个实施例的用于位置检测的PLCP分组数据结构的示意图。
[0006]图3B是根据另一实施例的用于位置检测的PLCP分组数据结构的示意图。
[0007]图4A是示出根据一个实施例的使用接入点利用切换方法计算到达角进行位置检测的处理的概况的流程图。
[0008]图4B是示出根据一个实施例的使用客户端利用切换方法计算到达角进行位置检测的处理的概况的流程图。
[0009]图4C是示出根据一个实施例的利用并行方法进行到达角计算的处理的概况的流程图。
[0010]图5是根据一个实施例的用于位置检测的切换方法中使用的接入点的框图。
[0011]图6是根据一个实施例的用于位置检测的频域图表。
[0012]图7是根据一个实施例的用于位置检测的并行方法中使用的接入点的框图。
[0013]图8是根据一个实施例的用于从接入点发送信号供移动设备处的位置检测使用的发射器的框图。
[0014]图9是根据另一实施例的用于从接入点发送信号供移动设备处的位置检测使用的发射器的框图。
[0015]图10是示出根据一个实施例的用于位置检测的接入点阵列的示例的示意图。
[0016]图11是示出根据一个实施例的图10中的接入点之间的连线的示意图。
[0017]贯穿附图中的多个视图,相应的参考标号指示相应的部分。
【具体实施方式】
[0018]概述
[0019]在一个实施例中,一种装置总地包括:多个天线;与所述多个天线通信的接收器,用于在基于块的调制环境中接收一个或多个分组;插入在一部分天线与接收器之间的开关,用于在天线之间进行切换;以及处理器,用于计算用来识别发送一个或多个分组的移动设备的位置的到达角。
[0020]在另一实施例中,一种装置总地包括:多个天线;与天线通信的发射器,用于在基于块的调制环境中向移动设备发送一个或多个分组,用于计算用于移动设备处的位置检测的到达角;以及插入在发射器与至少两个天线之间的开关,用于在天线之间进行切换。发射器被配置用于发送聚合媒体接入控制协议数据单元(MPDU),该聚合MPDU包括至少一个MPDU及跟随其的至少一个其他MPDU中的元数据。切换在其他MPDU的发送期间执行。
[0021]在又一实施例中,一种方法总地包括:在基于块的调制环境中在无线设备处接收多个射频链;记录子载波相位和子载波相位之间的差;以及使用子载波相位差来构建特征矢量,用于通过计算到达角进行的移动设备的定位。
[0022]在再一实施例中,一种装置总地包括:包括多个天线的第一接入点;以及分别包括多个天线的一个或多个其他接入点。来自每个接入点的至少一个天线被与来自另一接入点的一个天线耦合,使得全部接入点被连接从而使能在接入点之间共享用于位置检测的信息。
[0023]示例实施例
[0024]给出下面的描述,以使本领域普通技术人员能够做出并使用这些实施例。具体实施例和应用的描述仅被作为示例提供,并且各种变形对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里描述的总体原则可以被应用于其他应用,而不脱离实施例的范围。因此,实施例不限于所示出的实施例,而是符合根据这里描述的原理和特征的最大范围。出于清楚的目的,涉及在与这些实施例有关的技术领域中已知的技术资料的细节没有详细描述。
[0025]到达角(AoA)的样式精度在诸如使用位于建筑物的天花板中或者水平面向开放中庭(针对层间解决方案)的W1-Fi的高天花板部署之类的室内应用中非常重要。这里描述的实施例使用到达角(AoA)提供室内定位信息。在一个实施例中,到达角计算与网络中的通信并行执行。这些实施例可以使用例如,2D或3D天线配置来估计接入点(AP)处的到达角。这些实施例还可以被用来提供室内定位的客户端计算到达角。
[0026]如下面详细描述的,基础设施(AP)计算的AoA可以使用每个客户端的附加分组利用现有硬件实现(或者精度降低地实现),或者利用提供来自单个分组的更好精度的新硬件实现。位置检测可以在任意W1-Fi类型的分组上被执行。这有助于基础设施计算的实施例,因为即使利用最安静的无线设备,该设备上的应用也通常可以促使分组在W1-Fi接口上被发送,从而使能AP计算的位置确定。客户端计算AoA可以经由更多分组被发送给客户端的现有硬件被实现(精度降低),或者经由具有来自单个分组的更好精度的新硬件实现。
[0027]现在参考附图,首先参考图1,示出了可以实现这里描述的实施例的无线网络的示例。图1示出了与位于建筑物(例如,购物中心、零售店(杂货店、硬件、部门等)、仓库、会议中心、宴会中心、体育竞技场、体育场等)中的位置的移动设备(客户端、无线设备、用户设备)12通信的接入点(AP) 10。建筑物可以包括任意数目的楼层、楼梯、电梯、开放中庭等。在图1示出的示例中,移动设备12由位于建筑物中的楼梯18上的用户16携带。为了简单,仅示出了一个楼层14。图1的示例仅示出了一个移动设备12,但是接入点10可以与任意数目的移动设备12通信。另外,可存在一个以上接入点10。
[0028]AP 10可以包括任意数目的天线20 (也称为天线元件或者天线阵列)。如下面描述的,AP 10包括发射器和接收器(或者收发器)。AP 10处的接收器可以被用来基于从移动设备12接收到的信号识别移动设备12的位置。AP 10处的发射器可以被用来向移动设备12发送信号,以使能移动设备识别其位置。AP 10还可以与有线网络(未示出)通信。AP 10可以被用来例如,经由WLAN(无线局域网)向移动设备12提供无线互联网接入。
[0029]移动设备12可以是支持无线通信的任何适当装备,包括例如,移动电话、无线VoIP电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、平板计算机、多媒体设备、或者能够在无线环境中进行操作的任何其他设备。移动设备12可以具有一个或多个天线。
[0030]AP 10可以是MMO(多输入多输出)设备。在一个实施例中,AP 10被配置为从其天线20同时向移动设备12发送多个信号流(也称为空间流)。AP 10被配置用于基于块的调制(例如,OFDM(正交频分复用)、正交频分多址(OFDMA))或者其他多载波调制方法。这里使用的术语“基于块的调制”是指在W1-Fi类型的环境(即,不是蓝牙技术)中执行的操作。接入点10和移动设备12可以被配置为根据诸如,IEEE802.ll/Wi_F1、IEEE 802.16/WiMAX、或者其他适当协议之类的无线网络通信协议执行无线通信。
[0031 ] 在这里描述的实施例中,从客户端12到AP 10的传输被称为上行链路传输(在AP处的北向接口(NBI)被接收),并且从AP到客户端的传输被称为下行链路传输(从AP处的南向接口(SBI)被发送)。在第一实施例中,北向接口被用于基础设施(AP)使用到达角计算位置。在第二实施例中,南向接口被用于客户端使用到达角计算位置。
[0032]到达角在AP 10处被用来通过确定信号到达接收传感器(天线)20的入射角来定位移动设备12。客户端12发送具有元数据(例如,客户端身份)的有效载荷,其中波形跟随该元数据。使用在多天线阵列处接收到的信号,移动设备12在AP 10处的AoA(也称为到达方向(DoA))可以被从无线信道的特性估计出来。几何关系可以被用来根据由到每个天线20的辐射线形成的两条方向线的交叉点来估计位置。例如,AoA可以被定义为入射波的传播方向和某参考方向之间的角度(例如,图1中的角度Θ)。如下面描述的,可以在天线之间执行电子切换,并且数学计算由用于提取入射角的背景计算系统处理。
[0033]在一个实施例中,通过测量每个元件处的接收相位中的差,计算阵列元件之间的到达时间差(TDoA)(该TDoA使用每个接收传感器处的相对时间测量结果)。AoA通过测量阵列的个体元件处的TDoA来确定方向。这些延迟被用来计算AoA。可以通过测量天线阵列中的每个元件处的接收相位中的差来获取TDoA测量结果。例如,较近的天线先接收到信号,较远的天线后接收到信号。时间经由光速转换为距离,并且距离相对于波长的模(distance modulo the wavelength)可作为载波相位进行测量。
[0034]在北向接口处的一个示例中,AP 10切换通过其天线阵列的一部分,并且得到相位矢量(每个切换天线一个相位)。相位矢量根据客户端12在AP下的xy位置而改变。这可以被称为特征矢量(也称为签
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