专利名称：用于估计到达方向的方法和装置的制作方法
技术领域：
本申请一般涉及到达方向的估计。
背景技术：
无线电发射机定位，也被称为到达方向(DoA)估计或到达角度估计，是旨在确定无线发射机相对于无线接收机的方向的技术领域。现有技术中具有多种用于DoA估计的技术，其中大多数技术涉及通过阵列天线接收无线发射机所发射的需要估计其方向的信号，以及涉及处理这些信号以确定DoA。此外，使用天线阵列的DoA估计技术广义上可被分为两类一类要求阵列中的每个天线都具有自己的接收机，另一类允许阵列中的一个或多个天线共享接收机。
发明内容
本发明的实施例的各方面在权利要求中得以阐明。根据本发明的第一方面，一种装置，包括接收机，被配置为接收在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的无线电信号的第二部分，无线电信号的第一部分包括时间冗余部分；相关器，被配置为确定第一部分和第二部分之间的相关值；以及处理器，被配置为至少部分地基于相关值估计无线电信号的到达方向。根据本发明的第二方面，一种方法，包括确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向。根据本发明的第三方面，一种计算机程序，包括当所述计算机程序在处理器上运行时，用于确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性的代码，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及用于至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向的代码。
为了更全面地理解本发明的示例性实施方式，现参照以下结合附图所做的描述，在附图中图I示出了无线电信号通过无线介质的传播；图2示出了用于保持平面波假设的距离无线电发射机足够远的天线阵列；图3不出了不例性的正交频分复用符号；图4(a)示出了根据本发明的示例性实施方式，如何由天线阵列接收OFDM符号(诸如图3中示出的OFDM符号)；图4(b)示出了根据本发明的示例性实施方式，如何由天线阵列接收采用时域冗余的通用无线电信号；
图5示出了根据本发明的示例性实施方式的用于估计无线电信号的到达方向的装置；以及图6是示出根据本发明的示例性实施方式的用于估计到达方向的操作的流程图。
具体实施例方式通过参考图I至图6来理解本发明的示例性实施方式及其潜在的优势。图I示出了无线电信号通过无线介质的传播。无线电信号是以光速通过无线介质传播的电磁波。从无线电发射机100发出的无线电波可呈球状散开，使得球体上的每个点都具有相同的相位。在距离无线电发射机足够远的位置，球体110的半径变得足够大，由此可以假设球体表面上的两个点120和130位于同一平面上。在示例性实施方式中，这种假设被称为平面波假设。图2示出了用于保持平面波假设的距离无线电发射机足够远的天线阵列220，例如图I中的无线电发射机100。天线阵列220包括沿直线安置的并且间隔距离为d的多个 天线230。平面波210以角度Θ到达天线阵列220。角度Θ被称为天线阵列处无线电信号的到达角度或到达方向(DoA)。应当注意到，很多其他天线阵列配置也可以与本发明的方法和装置以及本发明的教导一起使用，而不要求天线沿直线或等距离地安置。本发明的各种实施方式利用无线电信号的时域冗余来确定其DoA。通信系统可以出于各种理由在它们的传输中选择实现时域冗余，这之中最常见的是防止由无线介质引入的失真。时域冗余可以通过复制一部分信号并将其附加于信号本身而被引入。正交频分复用(OFDM)是一种通过复制信号的一部分到其自身来利用时域冗余的调制技术。当前OFDM在多种无线通信系统中被使用，诸如各种IEEE 802. 11无线局域网(WLAN)系统、全球微波接入互操作性(WiMAX)系统、长期演进(LTE)等。为了讨论起见，且不以任何方式限制本发明的范围，将关于符合用于WLAN的IEEE Std. 802. lla_1999标准的系统来描述本发明的各种实施方式。图3 示出了 IEEE Std. 802. lla-1999 标准中描述的 OFDM 符号。IEEEStd. 802. lla-1999标准定义了 4微秒长的OFDM符号310，其总共包含80个采样。这些采样中的64个采样，即采样17-80是从快速傅里叶变换的输出得出的。最后的16个采样，SPOFDM符号310的采样65-80330被复制于OFDM符号的开始，以作为循环前缀320，从而在OFDM符号中引入时域冗余以防止符号间干扰。因此，对于图3的OFDM符号，循环前缀为时域冗余部分，OFDM符号的最后16个采样构成从中得出时域冗余部分或循环前缀的符号部分。同样，前16个采样320和最后16个采样330被画有阴影，以指示这些采样是相同的。图4 (a)示出了根据本发明的示例性实施方式，如何由天线阵列接收OFDM符号，例如图3中的OFDM符号310。在本发明的该示例性实施方式中，天线阵列中的天线共享单个接收机，因此根据模式来切换天线，以使得接收机可以处理每个天线所接收的信号。根据本发明的实施方式，执行天线切换以使得OFDM符号的循环前缀以及用于构建循环前缀的OFDM符号的部分由不同的天线接收。如图4(a)所示，接收机从天线I接收符号I的循环前缀，然后接收机切换至天线
2。切换发生在OFDM符号被天线I接收之后、且在OFDM符号的最后16个采样被天线I接收之前的时间，即切换可以发生在符号I的采样17至采样64之间的任意位置。由于切换，符号I的最后16个采样由天线2接收。由于符号I的最后16个采样是用于构建符号I的循环前缀的采样，所以由天线I接收的循环前缀的采样与由天线2接收的符号I的最后16个采样之间的相位差由两个天线之间的间隔引起。该相位差可以通过计算由天线I接收的循环前缀与由天线2接收的符号I的最后16个采样之间的相关值以及提取该复数相关的相位来计算。在本发明的示例性实施方式中，在OFDM符号的中间切换天线。在这种情况下，天线I首先接收在前的符号I的采样41-80，之后是符号I的采样1-40。类似地，天线2将接收符号I的采样41-80，然后是符号2的采样1-40。因此，符号I的循环前缀将包含在天线I所接收的采样号41-56中，而符号I的最后16个采样将包含在天线2所接收的采样号25-40中。基于这一点，天线2和天线I之间的相位差φ2,1可以根据下列公式计算
权利要求
1.一种装置，包括 接收机，被配置为接收在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分； 相关器，被配置为确定所述第一部分和所述第二部分之间的相关值；以及 处理器，被配置为至少部分地基于所述相关值估计所述无线电信号的到达方向。
2.如权利要求I所述的装置，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分是通过将所述无线电信号的一部分附加于其自身而获得的。
3.如权利要求I所述的装置，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分是从所述无线电信号的所述第二部分得出的。
4.如权利要求I所述的装置，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分包括正交频分复用符号的循环前缀。
5.如权利要求I所述的装置，其中所述处理器被进一步配置为基于所述相关值的角度来估计所述第一和第二天线之间的相位差。
6.如权利要求I所述的装置，其中使用求平均值运算将所述到达方向的估计与使用多个天线对所获得的到达方向的估计相结合。
7.如权利要求6所述的装置，其中构成所述多个天线对的天线以彼此之间基本上均匀的间隔排列。
8.如权利要求I所述的装置，其中所述处理器被进一步配置为将相关角确定为φ = Angle(UwV), 其中U表示包括时间冗余采样的列向量，所述时间冗余采样包含在所述无线电信号的所述第一部分中，V表示包括所述无线电信号的所述第二部分中所包含的采样的列向量，U是从V得出的，Uh表示列向量U的复共轭转置，Angle (UhV)表示复数UhV的角度。
9.如权利要求I所述的装置，其中所述处理器被进一步配置为将到达方向估计为O = CosA I' \ K2nkd! λ ^ 其中Σ炉是k个天线对之间的相位差之和，d为每个所述天线对中的两个天线之间的距离，λ为所述无线电信号的波长。
10.如权利要求I所述的装置，进一步包括 多个天线，即天线1，天线2，…，天线N;以及 射频开关，被配置为按照以下顺序对所述天线进行切换 天线I-天线2-天线I-天线3-天线I-----天线N-天线I。
11.如权利要求I所述的装置，进一步包括射频开关，所述射频开关被配置为对天线进行切换，使得所述无线电信号的所述时间冗余部分以及用来构建所述时间冗余部分的无线电信号部分由不同的天线接收。
12.—种方法,包括 确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及 至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分是通过将所述无线电信号的一部分附加于其自身而获得的。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分是从所述无线电信号的所述第二部分得出的。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述无线电信号的所述时间冗余部分包括正交频分复用符号的循环前缀。
16.如权利要求12所述的方法，进一步包括基于相关角估计所述第一和第二天线之间的相位差。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括 由不包括所述第一天线和所述第二天线的一组天线形成多个天线对； 基于每个天线对形成所述无线电信号的到达方向的估计；以及 通过将使用所述第一天线和所述第二天线所获得的到达方向的估计与对应于每个天线对的估计进行平均，确定到达方向的联合估计。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个天线以彼此之间基本上均匀的间隔排列。
19.如权利要求12所述的方法，其中相关角被计算为
20.如权利要求12所述的方法，其中所述到达方向被计算为
21.如权利要求12所述的方法，进一步包括 按照以下顺序对多个天线，即天线1，天线2，…，天线N进行切换天线I-天线2-天线I-天线3-天线I-----天线N。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括在多个天线之间进行切换，使得所述无线电信号的所述时间冗余部分以及用来构建所述时间冗余部分的无线电信号部分由不同的天线接收。
23.一种装置，包括 至少一个处理器；以及 至少一个存储器，其包括计算机程序代码； 所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与所述至少一个处理器相结合使得所述装置至少执行以下操作确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及 至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向。
24.一种计算机程序，包括 当所述计算机程序在处理器上运行时， 用于确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性的代码，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及 用于至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向的代码。
25.如权利要求24所述的计算机程序，其中所述计算机程序是包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质承载有体现在其中的用于与计算机一起使用的计算机程序代码。
26.—种编码有指令的计算机可读介质，当由计算机运行时其执行 确定在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的所述无线电信号的第二部分之间的相关性，所述无线电信号的所述第一部分包括时间冗余部分；以及 至少部分地基于所述相关性估计所述无线电信号的到达方向。
全文摘要
根据本发明的示例性实施方式，一种装置包括接收机，被配置为接收在第一天线处所接收的无线电信号的第一部分和在第二天线处所接收的无线电信号的第二部分，无线电信号的第一部分包括时间冗余部分；相关器，被配置为确定第一部分和第二部分之间的相关值；以及处理器，被配置为至少部分地基于相关值估计无线电信号的到达方向。
文档编号G01S3/72GK102947722SQ201080067527
公开日2013年2月27日 申请日期2010年6月19日 优先权日2010年6月19日
发明者M·O·瓦拉康加斯 申请人:诺基亚公司