本申請一般地涉及用于定位的方法和裝置，更具體地涉及用于移動平臺中發(fā)射器地理定位的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：被應(yīng)用于便攜設(shè)備的越來越多的無線通信標(biāo)準(zhǔn)和朝向更小、更薄和更輕的便攜設(shè)備的趨勢可以導(dǎo)致多個天線或一個天線(下面在該文件中被稱為天線)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。天線代表可以與便攜設(shè)備中的其它組件根本不同的一類組件。例如，天線可以被配置為在自由空間中有效地輻射，但是其它組件或多或少地與它們的周圍隔離。對于高數(shù)據(jù)速率短程鏈路，以毫米波(mm波)頻率工作的天線被期望得到普及。此系統(tǒng)的一個示例被稱為無線WiGig，其在60GHz頻帶上工作并且利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在該工作頻率上發(fā)送或接收射頻(RF)信號。估計(jì)無線發(fā)射器位置的當(dāng)前天線設(shè)計(jì)可能需要在天線陣列的全部天線信道中低效使用多個模擬數(shù)字(A/D)采樣器(如每個天線信道一個A/D采樣器)。如此，需要提高估計(jì)準(zhǔn)確度，尤其當(dāng)在發(fā)射器位置估計(jì)期間包括弱發(fā)射信號時。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種估計(jì)發(fā)射器位置的方法，該方法包括：由至少一個天線陣列接收射頻(RF)信號；在所述至少一個天線陣列的每個元件上相位偏移所接收的RF信號；組合被相位偏移的RF信號并且將組合的被相位偏移的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號；將所述基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號；以及生成所接收的數(shù)字基帶信號的瞬象(snapshot)，使用最大似然估計(jì)(MLE)運(yùn)算生成估計(jì)的發(fā)射器位置。根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種設(shè)備，包括：至少一個天線陣列，該至少一個天線陣列被配置為接收射頻(RF)信號；配置給所述至少一個天線陣列的每個元件的相位偏移器組件，該相位偏移器組件被配置為在所述至少一個天線陣列的每個元件上相位偏移所接收的RF信號；第一組合器組件，該第一組合器組件被配置為組合被相位偏移的RF信號；轉(zhuǎn)換器組件，該轉(zhuǎn)換器組件被配置為將組合的被相位偏移的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號；模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件，該模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件被配置為將所述基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號；以及位置估計(jì)器組件，該位置估計(jì)器組件被配置為生成所接收的數(shù)字基帶信號的瞬象，使用最大似然估計(jì)(MLE)運(yùn)算生成估計(jì)的發(fā)射器位置。附圖說明具體實(shí)施方式參考附圖被描述。在圖中，參考標(biāo)號的最左邊數(shù)字標(biāo)識該參考標(biāo)號首次出現(xiàn)的附圖。全部附圖中所使用的相同編號指類似的特征和組件。圖1是如本文呈現(xiàn)的實(shí)施方式中所描述的在毫米波無線通信期間毫米波(mm波)便攜設(shè)備的示例布置。圖2是如本文呈現(xiàn)的實(shí)施方式中所描述的被配置為實(shí)現(xiàn)直接估計(jì)特定發(fā)射器位置的示例接收器電路。圖3是圖示了用于通過便攜設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接估計(jì)發(fā)射器位置的示例方法的示例流程圖。具體實(shí)施方式本文描述的是基于由便攜設(shè)備接收的原始射頻(RF)信號直接估計(jì)發(fā)射器的位置的架構(gòu)、平臺和方法。例如，直接估計(jì)可以是基于由便攜設(shè)備平臺內(nèi)的至少一個天線陣列接收的原始RF信號。在該示例中，數(shù)學(xué)運(yùn)算(諸如最大似然估計(jì)(MLE)算法，其利用從接收的原始RF信號收集的瞬象作為變量)被實(shí)施來執(zhí)行直接估計(jì)。在此情況下，初始估計(jì)和使用到達(dá)角(AOA)作為隨后估計(jì)發(fā)射器位置的基礎(chǔ)的典型需要被忽略。作為本文描述的示例實(shí)施方式，RF信號通過便攜設(shè)備平臺內(nèi)的(一個或多個)天線或不同天線陣列的元件被接收。對于天線陣列中的每個天線，接收的RF信號被相位偏移。例如，相位偏移來自哈達(dá)瑪(Hadamard)矩陣的行。對于在天線陣列的每個天線上被相位偏移的接收的RF信號，組合步驟被實(shí)施以收集被相位偏移的接收的RF信號并且將其合并成一個接收的RF信號。接收的RF信號然后被轉(zhuǎn)換成基帶信號輸出，并且基帶信號輸出通過每個天線陣列的單個A/D轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號。在之后，每個天線陣列的數(shù)字基帶信號的瞬象被獲得，并且全部天線陣列的多個瞬象被收集以獲得“N”個瞬象。如本文中所描述的，MLE算法利用“N”個瞬象來產(chǎn)生最終發(fā)射器位置。圖1是如本文呈現(xiàn)的實(shí)施方式中所描述的便攜設(shè)備的示例布置100。便攜設(shè)備例如可以利用具有毫米波波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的天線陣列來實(shí)現(xiàn)在WiGi頻帶(如60GHz)上的視線(LOS)無線通信。在該示例中，天線陣列可以被進(jìn)一步用來幫助估計(jì)發(fā)送天線或設(shè)備的位置(例如方位和/或海拔)。如所示的，布置100示出了具有多個天線陣列104-2、104-4和104-6的便攜設(shè)備102和具有單個天線陣列108的另一便攜設(shè)備106。布置100進(jìn)一步示出了具有天線陣列112-2和112-4的接入點(diǎn)(AP)110。便攜設(shè)備102可以包括但不限于：平板電腦、上網(wǎng)本、筆記本電腦、膝上型計(jì)算機(jī)、移動電話、蜂窩電話、智能電話、個人數(shù)字助理、多媒體播放設(shè)備、數(shù)字音樂播放器、數(shù)字視頻播放器、導(dǎo)航設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)等等。由于便攜設(shè)備102或104在WiGi工作頻率操作的特征或能力，便攜設(shè)備102或104被認(rèn)為是毫米波便攜設(shè)備。便攜設(shè)備102例如利用天線陣列104-2與其它便攜設(shè)備106或AP110進(jìn)行LOS無線通信。在另一示例中，便攜設(shè)備102利用天線陣列104-2和104-4從AP110接收RF信號。在這些示例中，每個天線陣列104可以位于毫米波波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的開口端。如本文所描述的，天線陣列104具有對便攜設(shè)備102的已知定向(orientation)。例如，天線陣列104-2被最佳地布置在至少一條邊緣上并且在便攜設(shè)備平臺內(nèi)與另一天線陣列104-4成一定距離(如等于或小于半波長)。在該示例中，天線陣列104的已知定向可以在直接估計(jì)發(fā)射器位置(諸如發(fā)射AP110或便攜設(shè)備106的位置)期間被用于數(shù)學(xué)運(yùn)算。例如，便攜設(shè)備102檢測并接收來自AP110和/或便攜設(shè)備106的RF信號。在該示例中，天線陣列104的定向可以由便攜設(shè)備102內(nèi)的陀螺儀傳感器(未示出)獲得并且該定向被用作數(shù)學(xué)運(yùn)算中的參考變量來計(jì)算和區(qū)分發(fā)射AP110和/或便攜設(shè)備106的估計(jì)位置。雖然示例布置100以有限的方式示出了在便攜設(shè)備102和106之間毫米波無線通信的基本組件，但是其它組件(諸如電池、一個或多個處理器、SIM卡等)未被描述以便簡化本文描述的實(shí)施例。圖2示出了被配置為實(shí)現(xiàn)直接估計(jì)特定發(fā)射器位置的示例接收器電路200。接收器電路200例如形成便攜設(shè)備102平臺的一部分并且被配置為估計(jì)發(fā)射AP110的位置。在該示例中，發(fā)射AP110發(fā)送由便攜設(shè)備102接收的RF信號。如圖2的總體概述，RF信號例如通過第一天線陣列104-2被接收；使用哈達(dá)瑪矩陣被相位偏移；被降頻轉(zhuǎn)換成基帶信號；并且使用每個天線陣列的單個A/D轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號。之后，數(shù)學(xué)運(yùn)算被執(zhí)行以獲得接收的RF信號的模型，其包括在第一天線陣列104-2中接收的數(shù)字基帶信號的第一組“n”個瞬象。針對通過第二天線陣列104-4接收的RF信號執(zhí)行類似運(yùn)算(如前面所討論的)以獲得第二組“n”個瞬象，其是通過第二天線陣列104-4接收的數(shù)字基帶信號的模型。在收集從每個天線陣列104獲得的全部“n”個瞬象以獲得總“N”個瞬象之后，數(shù)學(xué)運(yùn)算(諸如MLE算法)被執(zhí)行以計(jì)算發(fā)射AP110的估計(jì)位置。繼續(xù)參考圖2，接收器電路200包括針對第一天線陣列104-2和第二天線陣列104-4的單個信號處理運(yùn)算。為了說明，來自發(fā)射AP110的RF信號被假設(shè)通過但不限于天線陣列104-2和104-4接收。基于接收的RF信號，本文描述的數(shù)學(xué)運(yùn)算可以直接幫助估計(jì)發(fā)射AP110的位置(如橫坐標(biāo)(x)、縱坐標(biāo)(y)和/或角(z)定向)。對于天線陣列104-2，RF信號可以通過天線202-2、202-4、…、202-m被檢測和接收，其中“m”可以指天線陣列104-2中的天線或元件的數(shù)目。對于在天線202-2、202-4、…、202-m中的每個天線接收的RF信號，帶通濾波器(BPF)204和低噪聲放大器(LNA)206可以分別過濾和放大每個天線202-2、202-4、…、202-m接收的RF信號。之后，來自相應(yīng)LNA206的每個放大(和過濾)的RF信號通過相位偏移器組件208被相位偏移，該相位偏移器組件208將每個LNA206的放大的RF信號與相位偏移或加權(quán)向量210組合以生成被相位偏移(放大)的RF信號。如本文描述的，相位偏移或加權(quán)向量210可以包括如下定義的哈達(dá)瑪矩陣(即+-1)：H2=Δ111-1]]>H2k=ΔH2k-1H2k-1H2k-1-H2k-1=H2⊗H2k-1,∀2≤k∈N]]>wl,m=ΔemTH2k]]>其中變量是相位偏移或加權(quán)向量210；指Kronecker矩陣積；“em”變量是M×1向量，其第m個條目是1并且其剩余條目是0。對于來自每個相位偏移或加權(quán)向量210的被相位偏移的RF信號輸出，第一組合器組件212-2被配置為將來自第一天線陣列104-2的“m”個元件/分支(如天線202-2、202-4、…、202-m)的全部被相位偏移的RF信號輸出進(jìn)行組合以生成組合的相位偏移RF信號輸出。之后，組合的相位偏移的RF信號輸出通過轉(zhuǎn)換器組件214被降頻轉(zhuǎn)換成基帶信號。例如，轉(zhuǎn)換器組件214被配置為混合來自第一組合器組件212-2的組合的相位偏移的RF信號輸出與來自本地振蕩器(LO)216的降頻轉(zhuǎn)換信號。在實(shí)施中，提供降頻轉(zhuǎn)換信號到轉(zhuǎn)換器組件214-2的LO216可以與如虛線所示的提供另一降頻轉(zhuǎn)換信號到另一轉(zhuǎn)換器組件214-4的LO不同。在此情形下，本文所述的天線陣列104-2和104-4不必被同步來執(zhí)行對發(fā)射器位置的直接估計(jì)。此外，對發(fā)射器位置的直接估計(jì)可以通過諸如天線陣列104-2或天線陣列104-4之類的單個天線陣列被實(shí)現(xiàn)。在從轉(zhuǎn)換器組件214獲得基帶信號輸出后，幅度相位(I/Q)組件218-2被配置為在將I/Q分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號之前處理基帶信號的同相(I)和正交(Q)分量。例如，單個A/D轉(zhuǎn)換器組件220(如每個天線陣列的)被配置為將模擬I/Q基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字I/Q基帶信號。如本文呈現(xiàn)的實(shí)施方式中所描述的，第二組合器組件222-2可以被配置為生成通過天線陣列104-2接收的RF信號的模型。模型可以包括例如從第一天線陣列104-2接收的RF信號的第一組“n”個瞬象。在該示例中，假設(shè)信道路徑的復(fù)合增益保持恒定并且在瞬象之間不改變。將全部訓(xùn)練字段樣本合并成向量，第n個瞬象可以被定義為：其中變量是針對全部可能相位偏移的相位偏移/加權(quán)向量；變量是針對天線陣列的全部天線/元件接收的信號的模型；以及變量是加性高斯噪聲。以另一形式(諸如矩陣形式)，第n個天線陣列瞬象通過下式給出：其中變量是函數(shù)“p”(如位置)的接收陣列導(dǎo)向(steering)向量；變量是與由第陣列觀測的第一信道抽頭(tap)相關(guān)聯(lián)的未知復(fù)合增益。在該情形中，由于天線陣列是共同定位(co-located)的，所以復(fù)合衰減系數(shù)被假設(shè)是互相關(guān)的。上述針對天線陣列104-2的操作和/或處理可以被類似地實(shí)施到第二天線陣列104-4。如所示的，通過第二天線陣列104-4接收的RF信號可以經(jīng)歷BPF228、LNA230、相位偏移組件232、第一組合器212-4、轉(zhuǎn)換器組件214-4、I/Q組件218、單個A/D220-4處理，并且最后，以矩陣形式，第二組“n”個瞬象從第二組合器222-4的輸出被推導(dǎo)出。在從天線陣列104-2和104-4收集全部“n”個瞬象獲得“N”個瞬象后，在存在高斯加性噪聲的情況下，MLE被推導(dǎo)出。即，假定從每個陣列收集N個瞬象，下面余弦函數(shù)被寫為：其中下面是定義：其中1N是(全部)1的N×1向量。使用等式3，余弦函數(shù)Q(p)可以被進(jìn)一步改寫成：使用Kronecker算子屬性，的最小二乘估計(jì)由下式給出：由于變量是哈達(dá)瑪矩陣，所以應(yīng)該注意：此外，因此導(dǎo)出：又進(jìn)一步地，被表示的是并且將等式(7)帶入等式(2)，得到：由于與和無關(guān)，所以最小化等式8等同于最大化下面余弦函數(shù)：其中Tr{.}指矩陣跡算子，并且是由下式給出的樣本協(xié)方差矩陣：如本文所述的，θ和φ的MLE可以被表示為：其中此外，等式11的最大化可以通過二維格點(diǎn)搜索被實(shí)現(xiàn)。關(guān)于p的MLE，角(如θ和φ)和位置之間的關(guān)系可以通過下面的等式12被定義：重新參考上述等式(2)-等式(7)，下面由表示。如此，被示出為和在將等式7帶入等式2后，下面被得出：由于獨(dú)立于p，所以最小化等式13等同于最大化下面余弦函數(shù)：其中Tr{.}指矩陣跡算子，并且是由下式給出的樣本協(xié)方差矩陣：p的MLE被表示為：其中與上述利用二維格點(diǎn)搜索的等式11的最大化相反，等式16的最大化通過在{x,y,z}坐標(biāo)范圍上的三維格點(diǎn)搜索被實(shí)現(xiàn)。繼續(xù)參考圖2，位置估計(jì)器組件224可以被配置為實(shí)現(xiàn)上述的數(shù)學(xué)算法。位置估計(jì)器可以進(jìn)一步被實(shí)現(xiàn)為固件、軟件、硬件或其組合。數(shù)學(xué)算法可以幫助輸出226，其是發(fā)射AP110的估計(jì)的實(shí)際位置。圖3示出了圖示說明用于通過便攜設(shè)備實(shí)現(xiàn)直接估計(jì)發(fā)射器位置的示例方法的示例流程圖300。例如，直接估計(jì)可以基于從發(fā)射器接收的原始信號并且使用可以不需要AOA的初始估計(jì)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，該AOA的初始估計(jì)一般用作估計(jì)發(fā)射器位置的基礎(chǔ)。方法被描述的順序不意在被當(dāng)做限制，并且任意數(shù)目的所描述的方法塊可以被以任意順序組合以實(shí)現(xiàn)該方法或替代的方法。另外，單個塊可以被從方法中刪除而不背離本文所述主題的精神和范圍。此外，方法可以以任意合適的硬件、軟件、固件或其組合被實(shí)現(xiàn)，而不背離本發(fā)明的范圍。在塊302，接收RF信號通過至少一個天線陣列被執(zhí)行。例如，便攜設(shè)備(如便攜設(shè)備102)通過天線陣列104檢測并接收毫米波無線信號或RF信號。如本文描述的，便攜設(shè)備102可以包括非同步的兩個或多個天線陣列來接收RF信號。例如，非同步的兩個或多個天線陣列104可以被連接到便攜設(shè)備102內(nèi)的不同LO。在該示例中，本文描述的對發(fā)射器位置的估計(jì)可以利用單個天線陣列104或多個天線陣列104。在塊304，RF信號的相位偏移在至少一個天線陣列的每個天線上被執(zhí)行。例如，哈達(dá)瑪矩陣算法可以幫助每個接收的RF信號在至少一個天線陣列104的每個天線上相位偏移。相位偏移具有+π或–π(如±1)相位偏移并且從哈達(dá)瑪矩陣的行獲得。在塊306，組合被相位偏移的RF信號被執(zhí)行。例如，第一組合器組件212-2可以組合來自天線陣列104-2的不同天線/元件的被相位偏移的RF信號。之后，組合的相位偏移的RF信號通過轉(zhuǎn)換器組件214被轉(zhuǎn)換成基帶信號。在塊308，將基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號被執(zhí)行。例如，針對每個天線陣列104的單個A/D被用來執(zhí)行對基帶信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，其從第一組合器組件212-2的組合的相位偏移RF信號輸出被推導(dǎo)出。在塊310，基于組合的相位偏移RF信號執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來估計(jì)發(fā)射器位置。例如，給定從每個天線陣列104收集的N個瞬象，余弦函數(shù)被推導(dǎo)以生成發(fā)射器的估計(jì)位置。以下示例涉及其它實(shí)施例。示例1是一種估計(jì)發(fā)射器位置的方法，該方法包括：由至少一個天線陣列接收射頻(RF)信號；在所述至少一個天線陣列的每個元件上相位偏移所接收的RF信號；組合被相位偏移的RF信號并且將組合的被相位偏移的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號；將所述基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號；以及生成所接收的數(shù)字基帶信號的瞬象，使用最大似然估計(jì)(MLE)運(yùn)算生成估計(jì)的發(fā)射器位置。在示例2中，如示例1中所述的方法，其中所述相位偏移所接收的RF信號包括從哈達(dá)瑪矩陣的行生成相位偏移。在示例3中，如示例1中所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號包括使用每個天線陣列的單個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。在示例4中，如示例1中所述的方法，其中生成瞬象包括生成每個天線陣列的單獨(dú)瞬象，以及收集全部天線陣列的單獨(dú)瞬象。在示例5中，如示例1中所述的方法還包括在相位偏移之前過濾并放大所接收的RF信號。在示例6中，如示例1中所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號包括使用每個天線陣列的不同本地振蕩器。在示例7中，如示例6中所述的方法，其中天線陣列與任意其它天線陣列被分開地同步。在示例8中，如示例1中所述的方法，其中所述MLE運(yùn)算是基于高斯加性噪聲的。在示例9中，如示例1-8中任一個所述的方法，其中所估計(jì)的位置包括發(fā)射器位置的方位和海拔。示例10是一種設(shè)備，包括：至少一個天線陣列，該至少一個天線陣列被配置為接收射頻(RF)信號；配置給所述至少一個天線陣列的每個元件的相位偏移器組件，該相位偏移器組件被配置為在所述至少一個天線陣列的每個元件上相位偏移所接收的RF信號；第一組合器組件，該第一組合器組件被配置為組合被相位偏移的RF信號；轉(zhuǎn)換器組件，該轉(zhuǎn)換器組件被配置為將組合的被相位偏移的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號；模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件，該模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件被配置為將所述基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號；以及位置估計(jì)器組件，該位置估計(jì)器組件被配置為生成所接收的數(shù)字基帶信號的瞬象，使用最大似然估計(jì)(MLE)運(yùn)算生成估計(jì)的發(fā)射器位置。在示例11中，如示例10中所述的設(shè)備，其中所述相位偏移器組件被配置為從哈達(dá)瑪矩陣的行生成相位偏移。在示例12中，如示例10中所述的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)換器組件包括每個天線陣列的單個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。在示例13中，如示例10中所述的設(shè)備還包括本地振蕩器，該本地振蕩器被配置為提供降頻轉(zhuǎn)換信號到所述轉(zhuǎn)換器組件。在示例14中，如示例13中所述的設(shè)備，其中天線陣列與任意其它天線陣列被分開地同步。在示例15中，如示例10-14中任一個所述的設(shè)備，其中所述位置估計(jì)器組件被配置為基于高斯加性噪聲計(jì)算MLE。示例16是接收器電路，包括：具有多個元件的至少一個天線陣列，該具有多個元件的至少一個天線陣列被配置為在每個元件上接收射頻(RF)信號；在所述至少一個天線陣列的每個元件上的相位偏移器組件，該相位偏移器組件被配置為在所述至少一個天線陣列的每個元件上相位偏移所接收的RF信號；第一組合器組件，該第一組合器組件被配置為組合來自所述至少一個天線陣列的每個元件的被相位偏移的RF信號；轉(zhuǎn)換器組件，該轉(zhuǎn)換器組件被配置為將組合的被相位偏移的RF信號轉(zhuǎn)換成基帶信號；模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件，該模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器組件被配置為將所述基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號；以及位置估計(jì)器組件，該位置估計(jì)器組件被配置為對所接收的數(shù)字基帶信號執(zhí)行最大似然估計(jì)(MLE)運(yùn)算以生成估計(jì)的發(fā)射器位置。在示例17中，如示例16中所述的接收器電路，其中所述相位偏移器組件被配置為從哈達(dá)瑪矩陣的行生成相位偏移。在示例18中，如示例16中所述的接收器電路還包括本地振蕩器，該本地振蕩器被配置為提供降頻轉(zhuǎn)換信號到所述轉(zhuǎn)換器組件。在示例19中，如示例16中所述的接收器電路，其中所述位置估計(jì)器組件被配置為基于高斯加性噪聲計(jì)算MLE。在示例20中，如示例16-19中任一個所述的接收器電路，其中所述轉(zhuǎn)換器組件包括每個天線陣列的單個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)前第1頁1 2 3