具体实施方式

结合附图示出了本发明的具体实施例。

本申请阐述了涉及某些实施例的各种细节。然而，本发明还能够以不同于本申请所描述的方式来实现。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以对所讨论的实施例进行修改。因此，本发明不限于本申请公开的特定实施例。

实施例示出了用于通过具有至少两个天线阵列的天线系统确定所测量到的由发射电路发射的RF信号的离开角(AoD)的电路和方法，或者用于通过具有至少两个天线阵列的天线系统确定所测量到的在接收电路处接收到的RF信号的到达角(AoA)的电路和方法。基于RF信号的多个数字化样本，在接收电路处确定AoA或AoD。由于AoA或AoD的计算精度对AoA或AoD灵敏，因此，基于由更垂直于接收电路的发射电路的天线阵列发射的RF信号的数字化样本，计算AoA或AoD，或基于由更垂直于发射电路的接收电路的天线阵列接收到的RF信号的数字化样本，计算AoA或AoD。图1A和图1B分别示出了接收电路和发射电路的示意图。图2A和图2B分别示出了AoA和AoD。图3和图4示出了AoA或AoD测量对AoA或AoD的灵敏度。图5和图6示出了双阵列天线系统和计算AoA或AoD的方法。

图1A为根据一个实施例的发射电路100的实施例的示意图。发射电路100包括天线或天线阵列110、开关120、RF链130和控制器140。发射电路100示出了一种特定的示例。可使用其他实施例的发射电路。

天线或天线阵列110可以是任意天线或天线阵列。例如，在一些实施例中，天线或天线阵列110包括1、2、3、4或更多个天线。在一些实施例中，天线或天线阵列110包括线性天线阵列。在一些实施例中，天线或天线阵列110包括二维天线阵列，例如具有多行线性天线阵列，或者，例如具有形成第一天线阵列的单行天线和形成第二天线阵列的单列天线。

在天线或天线阵列110包括一个天线的实施例中，该一个天线可以直接连接到RF链130，且可以省略开关120。在天线或天线阵列110包括多个天线的实施例中，每个天线可以直接连接到单独的RF链。每个RF链可以具有RF链130的特征。或者，在天线或天线阵列110包括多个天线的一些实施例中，如图所示，每个天线可选择性地一次一个地连接至单个RF链。

天线或天线阵列110可用于将RF信号发射到接收电路，诸如参见如下图1B描述的接收电路200。RF信号包括在载波频率处用低频信息信号调制的高频信号。例如，根据由控制器140控制的、由开关120形成的可编程电连接，由天线或天线阵列110中的一个天线发射高频信号。如本领域技术人员所理解的，通过天线或天线阵列110发射的RF信号从发射器100以AoD发射。

控制器140用于向RF链130提供数字信号，其中数字信号对天线或天线阵列110待发射的信息信号进行编码。

RF链130包括数模转换器(DAC)132、混频器136、频率合成器134和功率放大器(PA)138。RF链130仅为示例，或者可使用其他RF链的实施例。例如，在一些实施例中，如本领域技术人员所理解的，可包括一个或更多放大器和/或滤波器。

数字信号由数模转换器132使用本领域已知的技术处理，以生成表示数字信号的模拟基带信号。可以使用本领域中已知的各种数模转换器结构。

混频器136接收输出自数模转换器132的模拟基带信号和在载波频率处由频率合成器134生成的振荡信号。响应于模拟基带信号和振荡信号，混频器136使用本领域中已知的技术，将来自模数转换器132的模拟基带信号上变频为高频信号。可以使用本领域已知的各种混频器结构。所产生的高频信号是在载波频率上且被调制以便包括低频信息信号的信息。

功率放大器138用于接收高频信号，例如，根据由控制器140控制的、由开关120形成的可编程电连接，将高频信号驱动至天线或天线阵列110中的一个天线。功率放大器138使用本领域已知的技术将高频信号驱动至一个天线。可以使用本领域中已知的各种功率放大器结构。

如本领域技术人员所理解的，使用图1A中未示出的通信连接，来自控制器140的控制信号可以控制，例如，如本领域技术人员所理解的，开关120、功率放大器138、频率合成器134、混频器136和数模转换器132的某些可变功能。

例如，来自控制器140的控制信号可以控制开关120，以控制通过多个天线RF链130中的哪个来驱动高频信号。

在多个天线各自连接至多个RF链中的一个的实施例中，控制器140可针对RF链中的每一个生成控制信号。

图1B为根据一个实施例的接收电路200的实施例的示意图。接收电路200包括天线或天线阵列210、开关220、RF链230和控制器240。接收电路200示出了一种特定的示例。可以使用其他实施例的接收电路。

天线或天线阵列210可以是任意天线或天线阵列。例如，在一些实施例中，天线或天线阵列210包括1、2、3、4或更多个天线。在一些实施例中，天线或天线阵列210包括线性天线阵列。在一些实施例中，天线或天线阵列210包括二维天线阵列，例如具有多行线性天线阵列，或者，例如具有形成第一天线阵列的单行天线和形成第二天线阵列的单列天线。

在天线或天线阵列210包括一个天线的实施例中，该一个天线可以直接连接到RF链230，且可以省略开关220。在天线或天线阵列210包括多个天线的实施例中，每个天线可以直接连接到单独的RF链。每个RF链可以具有RF链230的特征。或者，在天线或天线阵列210包括多个天线的一些实施例中，如图所示，每个天线可选择性地一次一个地连接至单个RF链。

天线或天线阵列210可用于接收由发射器(例如，参见如上图1A所描述的发射器100)生成的RF信号。如本领域技术人员所理解的，天线或天线阵列210所接收到的RF信号从发射器，诸如发射器100，以AoA接收。

RF链230包括低噪声放大器(LNA)232、频率合成器234、混频器236和模数转换器(ADC)238。RF链230仅为示例，或者可使用其他RF链的实施例。例如，在一些实施例中，如本领域技术人员所理解的，可包括一个或更多放大器和/或滤波器。

低噪声放大器232用于在载波频率处接收高频信号并且通过低频信息信号进行调制。例如，根据由控制器240控制的、由开关220形成的可编程电连接，从天线或天线阵列210中的一个天线接收高频信号。使用本领域已知的技术，高频信号由低噪声放大器232放大，以生成放大的RF信号。可以使用本领域中已知的各种低噪声放大器结构。

混频器236接收经由低噪声放大器232输出的放大的RF信号和在载波频率处或基本在载波频率处由频率合成器234生成的振荡信号。响应于放大的RF信号和振荡信号，混频器236使用本领域中已知的技术，将经由低噪声放大器232放大的RF信号下变频到基带信号。可以使用本领域已知的各种混频器结构。所得到的基带信号包括低频信息信号的信息。

然后，使用本领域已知的技术，由模数转换器238处理基带信号，以生成表示基带信号的数字信号。可以使用本领域中已知的各种模数转换器结构。

控制器240接收基带信号的数字表示。

如本领域技术人员所理解的，使用图1B中未示出的通信连接，来自控制器240的控制信号可以，例如，如本领域技术人员所理解的，控制开关220、低噪声放大器232、频率合成器234、混频器236和模数转换器238的某些可变功能。

例如，来自控制器240的控制信号可以控制开关220，以从多个天线RF链230中选择哪个来接收高频信号。

例如，控制器240可生成控制信号，其导致控制器240接收一组数字信号，其中该组中的每个数字信号由RF链230基于所选择的一个天线所接收到的高频信号生成。在多个天线各自连接到多个RF链中的一个的实施例中，控制器240可针对每个RF链生成控制信号，使得控制器240接收一组数字信号，其中该组中的每个数字信号由一个RF链基于与其连接的特定天线所接收到的RF信号生成。使用以下描述的技术，控制器240用于将该组数字信号存储在存储器中，并且基于其接收的该组数字信号确定所接收到的RF信号的AoA或AoD。

图2A是示出基于相位估计的、在天线阵列处接收到的RF信号的到达角(AoA)的几何示意图，天线阵列包括天线A1和天线A2。

如图所示，所发射的RF信号在天线A1和天线A2处以到达角(AoA)θ被接收。根据本领域技术人员所理解的几何和三角原理，

其中

λ＝RF信号的波长，

ψ＝到达天线A1和天线A2的信号之间的相位差，

d＝天线A1和A2之间的距离。

控制器，诸如图1B的接收电路200的控制器240，使用本领域技术人员已知的技术，可以计算AoA。

例如，在天线A1和天线A2中的每一个具有一个RF链的接收电路200的实施例中，假设没有载波频率偏移，可如下计算AoA：

对于发射信号

其中：

f_h＝载波频率，

t₁＝发射器的振荡器的时间，

f_l＝基带频率。

在天线A1处接收到的信号样本为

其中：

以及，

在天线A2处接收到的信号样本为

其中：

在天线A1处接收到的下变频样本为：

其中：

t₂＝接收器的振荡器的时间。

在天线A2处接收到的下变频样本为：

相位差为：

如上所讨论的，

或者，在天线A1和天线A2两者具有一个RF链的接收电路200的实施例中，假设没有载波频率偏移，可如下计算AoA。

对于发射信号

其中：

f_h＝载波频率，

t₁＝发射器的振荡器的时间，

f_l＝基带频率。

在天线A1处接收到的信号样本为

其中：

以及

在天线A2处接收到的信号样本为

其中：

以及

T＝采样周期。

在天线A1处接收到的下变频样本为：

其中：

t₂＝接收器的振荡器的时间。

在天线A2处接收到的下变频样本为：

相位差为：

因此，

因此，用于计算AoA的相位差等于所测量到的相位差+2πf_l T。

如上所讨论的，

图2B是示出基于相位估计的、由天线阵列发射的RF信号的离开角(AoD)的几何示意图，天线阵列包括天线A1和天线A2。

如图所示，从天线A1和天线A2以离开角(AoD)θ发射RF信号。根据本领域技术人员所理解的几何和三角原理，

其中

λ＝天线A1和天线A2所发射的RF信号的波长，

ψ＝天线A1和天线A2所接收到的信号之间的相位差，

d＝天线A1和天线A2之间的距离。

控制器，诸如图1B的接收电路200的控制器240，使用本领域技术人员已知的技术，可以计算AoD。

例如，一个实施例中的接收电路200可如下计算AoD：

对于天线A1和天线A2分别发射的信号：

和

其中：

f_h＝载波频率，

t₁＝发射器的振荡器时间，

f_l＝基带频率。

在天线RX处接收到的第一样本为

其中：

以及

在天线RX处接收到的第二样本为

其中：

以及

T＝采样周期。

下变频第一样本为：

其中：

t₂＝接收器的振荡器的时间。

下变频第二样本为：

相位差为：

因此，

因此，用于计算AoD的相位差等于所测量到的相位差+2πf_l T。

如上所讨论的，

图3是示出接收到的第一RF信号301和第二RF信号302的AoA的天线阵列系统300的示意图。如图所示，在天线阵列系统300以AoA θ1等于π/3接收RF信号301，且在天线阵列系统300以AoA θ2等于π/6接收RF信号302。

图4为AoA或AoD测量对所测量到的用于计算AoA或AoD的RF信号样本的相位差的灵敏度的图示。图4示出了基于RF信号的数字化样本的相位差的测量值的arccos(x)的图400，其中因此，图400示出了AoA或AoD测量对RF信号的数字化样本的相位差的测量值的灵敏度。

如本领域技术人员所理解的，对所测量到的相位差的灵敏度与图4的曲线的斜率有关，该斜率等于如图所示，当AoA或AoD大于π/4且小于3π/4(感兴趣区域)时，图400的曲线的斜率最小。因此，AoA或AoD大于π/4且小于3π/4情况下的AoA或AoD对所测量到的相位差值的灵敏度，低于AoA或AoD小于π/4或大于3π/4情况下的灵敏度。此外，如果AoA或AoD等于π/2，则AoA或AoD对所测量到的相位差值的灵敏度是最小的。

因此，如果图3的阵列系统300用于针对接收到的第一RF信号301和第二RF信号302计算AoA，由于AoA θ1(等于π/3)比AoA θ2(等于π/6)更接近π/2，针对第一RF信号301所计算的AoA相比于针对第二RF信号302所计算的AoA对相位测量误差较不灵敏。

如本领域的技术人员所理解的，所讨论的关于AoA计算对所测量的相位差值的灵敏度的原理参见图3和图4，类似地适用于AoD计算对所测量的相位差值的灵敏度。

图5为针对接收到的第一RF信号501和第二RF信号502，可用于计算AoA的双阵列天线系统500的示意图。如图所示，在天线阵列系统500的阵列1处以AoA θ1等于π/3接收第一RF信号501，且在天线阵列系统500的阵列1处以AoA θ3等于π/6接收第二RF信号502。此外，在天线阵列系统500的阵列2处以AoA θ4等于π/3接收第二RF信号502，并且在天线阵列系统500的阵列2处以AoA θ2等于π/6接收第一RF信号501。在本实施例中，阵列1与阵列2垂直。

因此，如果阵列系统500用于针对第一RF信号501计算AoA，由于针对第一RF信号501和阵列1的AoA θ1(等于π/3)比针对第一RF信号501和阵列2的AoA θ2(等于π/6)更接近π/2，所以使用天线阵列1为第一RF信号501计算的AoA相比于使用天线阵列2为第一RF信号501计算的AoA对相位测量误差较不灵敏。类似地，如果阵列系统500用于针对第二RF信号502计算AoA，由于针对第二RF信号502和阵列2的AoA θ4(等于π/3)比针对第二RF信号502和阵列1的AoA θ3(等于π/6)更接近π/2，所以使用天线阵列2为第二RF信号502计算的AoA相比于使用天线阵列1为第二RF信号502计算的AoA对相位测量误差较不灵敏。

因此，与AoA较不垂直的阵列相比，与AoA较垂直的阵列对相位测量误差较不灵敏。

如本领域技术人员所理解的，所讨论的关于AoA计算对所测量到的相位差值的灵敏度的原理参见图5，类似地适用于AoD计算对所测量到的相位差值的灵敏度。因此，与AoD较不垂直的阵列相比，与AoD较垂直的阵列对相位测量误差较不灵敏。

如图所示，天线阵列500的天线阵列为线性天线。在一些实施例中，天线阵列500包括一个或更多额外的线性阵列。这些额外的线性阵列可以在角度上均匀地间隔开、或者在角度上均匀地定向、或者可以在角度上均匀地分布。例如，如果天线阵列500包括三个阵列，则第一阵列可以定向为处于0°，第二阵列可以定向为相对于第一阵列处于45°，且第三阵列可以定向为相对于第一阵列处于90°。类似地，如果天线阵列500包括四个阵列，则第一阵列可以定向为处于0°，第二阵列可以定向为相对于第一阵列处于30°，第三阵列可以定向为相对于第一阵列处于60°，第四阵列可以定向为相对于第一阵列处于90°。

在具有多于两个线性阵列的实施例中，最垂直于AoA或AoD的阵列相比于较不垂直于AoA或AoD的阵列对相位测量误差较不灵敏。

图6示出了基于来自天线阵列系统(诸如天线阵列系统500)的第一天线阵列和第二天线阵列的数据，计算AoA或AoD的方法600的流程图。方法600可例如，通过接收电路(例如接收电路200)来执行。

在610，例如，通过接收电路的控制器，选择天线阵列系统中第一天线阵列和第二天线阵列中的一个。可以使用任意选择方法来进行选择。

在620，例如，通过接收电路的控制器，收集与所选择的天线阵列相关的相位数据，其用于计算AoA或AoD。例如，使用本申请中所讨论的方法，可以由控制器基于与所选择的天线阵列相关的相位数据来计算AoA或AoD。控制器可以使用基于与所选择的天线阵列相关的数据计算AoA或AoD的替代方法。

在630，控制器判断所计算的AoA或AoD减去π/2的绝对值是否小于或等于π/4。控制器可以使用任意方法来进行判断。

如果控制器确定所计算的AoA或AoD减去π/2的绝对值不小于或等于π/4，则在640，控制器选择第一天线阵列和第二天线阵列中的另一个天线阵列，并且该方法返回至620，其中基于与所选择的另一个天线阵列相关的数据，计算AoA或AoD的另一个值。

如果控制器确定所计算的AoA或AoD减去π/2的绝对值小于或等于π/4，则在可选的650，通过控制器收集与所选择的天线阵列相关的相位数据，其用于计算AoA或AoD的额外值。例如，使用本申请中所讨论的方法，通过控制器，基于与所选择的天线阵列相关的相位数据，可以计算AoA或AoD。控制器可以使用基于与所选择的天线阵列相关的数据计算AoA或AoD的替代方法。

在一些实施例中，控制器使用所选择的天线计算AoA或AoD的多个值，且将它们组合，例如，通过平均AoA或AoD的多个值，以计算AoA或AoD的预估值。

图7示出了基于来自天线阵列系统(诸如天线阵列系统500)的多个(N个)线性天线阵列的数据计算AoA或AoD的方法700的流程图。在一些实施例中，N个线性阵列在角度上均匀地分布。例如，线性天线阵列可以以90°/(N-1)的角度成角度地间隔。方法700可例如，由接收电路(例如接收电路200)来执行。

在710，例如，通过接收电路的控制器，选择天线阵列系统的N个天线阵列中的一个。可以使用任意的选择方法来进行选择。

在720，例如，通过接收电路的控制器，收集与所选择的天线阵列相关的相位数据，其用于计算AoA或AoD。例如，使用本申请中所讨论的方法，可以由控制器基于与所选择的天线阵列相关的相位数据来计算AoA或AoD。控制器可以使用基于与所选择的天线阵列相关的数据计算AoA或AoD的替代方法。

在730，控制器判断所计算的AoA或AoD减去π/2的绝对值是否小于或等于1/2π/(2(N-1))。控制器可以使用任意方法来进行判断。

如果控制器确定所计算的AoA或AoD的减去π/2绝对值不小于或等于1/2π/(2(N-1))，则在740，控制器选择天线阵列中的不同的天线阵列，并且该方法返回至720，其中基于与所选择的另一个天线阵列相关的数据，计算AoA或AoD的另一个值。

如果控制器确定所计算的AoA或AoD减去π/2的绝对值小于或等于1/2π/(2(N-1))，则在可选的750，通过控制器收集与所选择的天线阵列相关的相位数据，其用于计算AoA或AoD的额外值。例如，使用本申请中所讨论的方法，通过控制器，基于与所选择的天线阵列相关的相位数据，可以计算AoA或AoD。控制器可以使用基于与所选择的天线阵列相关的数据计算AoA或AoD的替代方法。

在一些实施例中，控制器使用所选择的天线计算AoA或AoD的多个值，并且将它们组合，例如，通过平均AoA或AoD的多个值，以计算AoA或AoD的预估值。

在以上说明书和权利要求书中，诸如“至少一个”或“一个或更多”的短语可以跟随元件或特征的联合列表出现。术语“和/或”还可以出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非以其他方式隐含地或明确地与其应用的上下文相矛盾，否则这种短语旨在表示单独列出的元件或特征中的任意一个，或者所引用的元件或特征中的任意元件或特征与其他所引用的元件或特征中的任意元件或特征相结合。例如，短语“A和B中的至少一个”，“A和B中的一个或更多”，以及“A和/或B”，其各自旨在表示“单独的A、单独的B，或，A和B一起”。类似的解释也可用于包括三个或更多个项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一个”，“A、B和C中的一个或更多”，“A、B和/或C”，其各自旨在表示“单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或，A和B和C一起”。上述及权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分基于”，这样使得未引用的特征或元件也是允许的。

本申请所描述的主题可以取决于所希望的配置在系统、装置、方法和/或物品中体现。在前面的说明书中阐述的实现方式不代表符合本申请所描述的主题的所有实现方式。相反，它们仅仅是与所描述的主题有关的方面一致的一些示例。尽管上述已经详细描述了一些变化，但是其他修改或添加也是可能的。具体地，除了本申请阐述的那些特征和/或变化之外，可以提供进一步的特征和/或变化。例如，以上所描述的实现方式可涉及所公开特征的各种组合和子组合，和/或，上文所公开的若干进一步特征的组合和子组合。此外，在附图中描绘和/或在本申请描述的逻辑流不一定要求以所示出的特定顺序或依次顺序来实现所希望的结果。其他实现方式可以在以下权利要求书的范围内。