KR102630582B1 - 모션 감지 및 도래각 검출 회로부를 갖는 전자 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
전자 디바이스는 근처의 디바이스들의 위치에 관한 정보를 사용하여, 이들 디바이스들과의 공유를 사용자에게 더 직관적으로 만들 수 있다. 전자 디바이스는 제어 회로부, 제1 및 제2 안테나들을 포함하는 무선 회로부, 및 모션 센서 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부는, 근처의 전자 디바이스에 의해 송신되는 신호들의 도래각을 계산함으로써 근처의 전자 디바이스의 위치를 결정할 수 있다. 완전하고 모호하지 않은 도래각 솔루션을 획득하기 위해, 전자 디바이스는 도래각 측정 동작들 동안 상이한 위치들로 이동될 수 있다. 각각의 위치에서, 제어 회로부는 수신된 신호들과 연관된 위상 차이를 계산할 수 있다. 모션 센서 회로부는, 전자 디바이스가 상이한 위치들로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집할 수 있다. 제어 회로부는 완전한 도래각 솔루션을 결정하기 위해, 수신된 안테나 신호들 및 모션 데이터를 사용할 수 있다.
Description
본 출원은 2019년 4월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/382,120호의 이익을 주장한다. 본 출원은 2018년 4월 17일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/658,738호의 이익을 주장하며, 그 가특허 출원은 이로써 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는 다른 무선 전자 디바이스들과 통신하는 데 사용되는 무선 전자 디바이스들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 종종 무선 통신 회로부를 포함한다. 예를 들어, 셀룰러 전화기들, 컴퓨터들, 및 다른 디바이스들은, 종종, 무선 통신을 지원하기 위해 안테나들 및 무선 송수신기들을 포함한다.
무선 전자 디바이스들은 종종 다른 근처의 무선 전자 디바이스들과 통신한다. 예를 들어, 사용자는 블루투스® 또는 WiFi®와 같은 단거리 통신 링크를 통해 파일들을 다른 근처의 사용자와 무선으로 공유할 수 있다.
근처의 전자 디바이스들과 무선으로 정보를 공유하는 것은 사용자에게 번거로울 수 있다. 사용자는 다른 사용자의 디바이스가 단거리 무선 통신 링크를 확립하기에 충분히 가까운 때를 알지 못할 수 있다. 범위 내에 다수의 디바이스들이 존재할 수 있어서, 원하는 디바이스와의 통신 링크를 안전하고 용이하게 확립하는 것을 어렵게 한다. 예를 들어, 사용자가 많은 수의 익숙하지 않은 디바이스들을 갖는 공공 환경에 있을 때, 사용자는 자신이 무선으로 통신하기를 원하는 원하는 디바이스를 찾고 선택하는 데 어려움을 가질 수 있다.
안테나들은 때때로 다른 전자 디바이스들의 위치를 결정하는 데 사용되지만, 종래의 전자 디바이스들 내의 안테나들은 모호성 없이 다른 전자 디바이스들의 위치를 결정하기에 충분한 정보를 제공하지 않는다.
전자 디바이스에 무선 회로부가 제공될 수 있다. 무선 회로부는 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 IEEE 802.15.4 초광대역 통신 신호들 및/또는 밀리미터파 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나들은 또한 무선 로컬 영역 네트워크 안테나들, 위성 내비게이션 시스템 안테나들, 셀룰러 전화 안테나들, 및 다른 안테나들을 포함할 수 있다.
전자 디바이스에 제어 회로부 및 디스플레이가 제공될 수 있다. 제어 회로부는 근처의 전자 디바이스들이 전자 디바이스에 대해 어디에 위치되는지를 결정할 수 있다. 디스플레이는 근처의 디바이스가 어디에 위치되는지를 표시하는 이미지들을 생성할 수 있다. 제어 회로부는 전자 디바이스가 근처의 디바이스에 대해 특정 방식으로 배향될 때를 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스가 다른 디바이스와 엔드-투-엔드로 또는 나란히 배열된다고 결정하는 것에 응답하여, 제어 회로부는 전자 디바이스와 정보를 자동으로 교환하기 위해 무선 송수신기 회로를 사용할 수 있거나, 또는 사용자가 정보를 전자 디바이스와 교환하고 싶어하는지 여부를 표시하도록 사용자에게 자동으로 프롬프트(prompt)할 수 있다.
제어 회로부는, 근처의 전자 디바이스에 의해 송신되는 신호들의 도래각을 계산함으로써 근처의 전자 디바이스의 위치를 결정할 수 있다. 완전하고 모호하지 않은 도래각 솔루션을 획득하기 위해, 전자 디바이스는 도래각 측정 동작들 동안 상이한 위치들로 이동될 수 있다. 각각의 위치에서, 제어 회로부는 수신된 신호들과 연관된 위상 차이를 계산할 수 있다. 모션 센서 회로부는, 전자 디바이스가 상이한 위치들로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집할 수 있다. 제어 회로부는 완전한 도래각 솔루션을 결정하기 위해, 수신된 안테나 신호들 및 모션 데이터를 사용할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 무선 통신 회로부 및 센서들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 무선 통신 회로부 및 센서들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 3은 일 실시예들에 따른, 예시적인 송수신기 회로 및 안테나의 다이어그램이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 다이폴 안테나의 다이어그램이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 전자 디바이스에서 사용될 수 있는 예시적인 패치 안테나의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 밀리미터파 안테나 어레이 기판 상의 밀리미터파 안테나들의 예시적인 어레이의 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 노드들을 갖는 예시적인 시스템의 다이어그램이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 예시적인 전자 디바이스와 시스템 내의 노드 사이의 거리가 어떻게 결정될 수 있는지를 예시하는 다이어그램이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 시스템 내의 노드에 대한 예시적인 전자 디바이스의 위치 및 배향이 어떻게 결정될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 10은 일 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내의 예시적인 안테나 구조들이 도래각을 검출하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내는 개략도이다.
도 11은 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 제1 위치에 있을 때 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 12는 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 제2 위치에 있을 때 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 13은 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동됨에 따라 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 제어 회로부가 도래각 솔루션을 결정하기 위해 모션 데이터 및 안테나 신호들을 수집함에 따라 전자 디바이스를 이동시키는 액추에이터를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 제어 회로부가 도래각 솔루션을 결정하기 위해 모션 데이터 및 안테나 신호들을 수집함에 따라 전자 디바이스를 이동시키도록 사용자에게 지시하는 디스플레이를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른, 안테나 신호들 및 모션 데이터를 사용하여 전자 디바이스에 대한 노드의 위치를 결정하는 데 수반되는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 무선 통신 회로부 및 센서들을 갖는 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 3은 일 실시예들에 따른, 예시적인 송수신기 회로 및 안테나의 다이어그램이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 다이폴 안테나의 다이어그램이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 전자 디바이스에서 사용될 수 있는 예시적인 패치 안테나의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 밀리미터파 안테나 어레이 기판 상의 밀리미터파 안테나들의 예시적인 어레이의 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 노드들을 갖는 예시적인 시스템의 다이어그램이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 예시적인 전자 디바이스와 시스템 내의 노드 사이의 거리가 어떻게 결정될 수 있는지를 예시하는 다이어그램이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 시스템 내의 노드에 대한 예시적인 전자 디바이스의 위치 및 배향이 어떻게 결정될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 10은 일 실시예들에 따른, 전자 디바이스 내의 예시적인 안테나 구조들이 도래각을 검출하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내는 개략도이다.
도 11은 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 제1 위치에 있을 때 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 12는 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 제2 위치에 있을 때 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 다이어그램이다.
도 13은 일 실시예에 따른, 전자 디바이스가 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동됨에 따라 도래각 솔루션들이 어떻게 획득될 수 있는지를 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 제어 회로부가 도래각 솔루션을 결정하기 위해 모션 데이터 및 안테나 신호들을 수집함에 따라 전자 디바이스를 이동시키는 액추에이터를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 제어 회로부가 도래각 솔루션을 결정하기 위해 모션 데이터 및 안테나 신호들을 수집함에 따라 전자 디바이스를 이동시키도록 사용자에게 지시하는 디스플레이를 갖는 예시적인 전자 디바이스의 평면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른, 안테나 신호들 및 모션 데이터를 사용하여 전자 디바이스에 대한 노드의 위치를 결정하는 데 수반되는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
일부 무선 시스템들에서, 제공되는 서비스들은 다른 무선 통신 디바이스에 대한 하나의 무선 통신 디바이스의 위치에 의존할 수 있다. 예를 들어, 제1 무선 디바이스의 사용자가 제2 무선 디바이스의 사용자와 정보를 공유하기를 원하는 시나리오를 고려한다. 2개의 디바이스들이 서로 적절한 범위 내에 있을 때, 단거리 통신 링크가 확립될 수 있고 정보가 통신 링크를 통해 교환될 수 있다.
이러한 유형의 시나리오에서, 사용자가 무선 통신 링크가 확립되었을 때를 알 뿐만 아니라 사용자가 어느 디바이스와 정보를 교환하는지를 용이하게 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 다수의 무선 통신 디바이스들이 통신 링크를 확립하기에 충분히 가까운 혼잡한 룸에서, 사용자가 어느 디바이스들이 사용자 부근에 있는지, 디바이스들이 사용자에 대해 어디에 위치되는지, 및 통신 링크가 확립되었는지 여부 및 누구와 확립되었는지를 더 용이하게 통지받는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 사용자가 어느 디바이스와 정보를 공유하는지, 어떤 정보가 공유되는지, 및 언제 정보가 2개의 디바이스들 사이에서 통신되는지에 대한 더 양호하고 더 직관적인 제어를 사용자가 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 1의 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스는 시스템 내의 노드들과 상호작용할 수 있다. 용어 "노드"는 전자 디바이스, 전자기기가 없는 물체, 및/또는 특정 위치를 지칭하는 데 사용될 수 있다. 일부 배열들에서, 노드들은 맵핑된 환경과 연관될 수 있다(예를 들어, 용어 노드는 맵핑된 환경 내의 디바이스, 물체, 또는 위치를 지칭할 수 있다). 전자 디바이스(10)는, 다른 노드들이 전자 디바이스(10)에 대해 어디에 위치되는지를 결정하는 제어 회로부를 가질 수 있다. 디바이스(10) 내의 제어 회로부는 노드가 디바이스(10)에 대해 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 결정하고 그리고/또는 그 노드에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정하기 위해 카메라들, 모션 센서들, 안테나들과 같은 무선 회로부, 및 다른 입출력 회로부로부터의 정보를 합성할 수 있다. 제어 회로부는 노드의 위치에 기초하여 디바이스(10)의 사용자에게 출력(예를 들어, 디스플레이 출력, 오디오 출력, 햅틱 출력, 또는 다른 적합한 출력)을 제공하기 위해 디바이스(10) 내의 출력 컴포넌트들을 사용할 수 있다. 제어 회로부는, 예를 들어, 안테나 신호들 및 모션 데이터를 사용하여, 다른 전자 디바이스들로부터의 신호들의 도래각을 결정해서, 그에 의해 사용자의 전자 디바이스에 대한 이들 전자 디바이스들의 위치들을 결정할 수 있다.
디바이스(10) 내의 안테나들은 셀룰러 전화 안테나들, 무선 로컬 영역 네트워크 안테나들(예를 들어, 2.4 ㎓ 및 5 ㎓의 WiFi® 안테나들 및 다른 적합한 무선 로컬 영역 네트워크 안테나들), 위성 내비게이션 시스템 신호들, 및 근거리 통신 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나들은 또한, IEEE 802.15.4 초광대역 통신 프로토콜들을 지원하는 안테나들 및/또는 밀리미터파 통신들을 처리하기 위한 안테나들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나는 2개 이상의 초광대역 주파수 안테나들 및/또는 밀리미터파 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다. 때때로 극고주파(EHF) 통신들로 지칭되는 밀리미터파 통신들은 60 ㎓ 또는 약 10 ㎓와 400 ㎓ 사이의 다른 주파수들에서의 신호들을 수반한다.
디바이스(10) 내의 무선 회로부는 IEEE 802.15.4 초광대역 프로토콜을 사용하여 통신들을 지원할 수 있다. IEEE 802.15.4 시스템에서, 한 쌍의 디바이스들은 무선 타임 스탬핑된 메시지들을 교환할 수 있다. 메시지들에서의 타임 스탬프들이 분석되어 메시지들의 비행 시간을 결정하고 그에 의해 디바이스들 사이의 거리(범위)를 결정할 수 있다.
전자 디바이스(10)는, 랩톱 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 디바이스, 임베디드 컴퓨터를 포함하는 컴퓨터 모니터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 미디어 플레이어, 또는 다른 핸드헬드 또는 휴대용 전자 디바이스, 더 작은 디바이스, 예컨대 손목시계 디바이스, 펜던트(pendant) 디바이스, 헤드폰 또는 이어피스(earpiece) 디바이스, 안경 또는 사용자의 머리에 착용되는 다른 장비에 임베딩된 디바이스, 또는 다른 웨어러블(wearable) 또는 소형 디바이스, 텔레비전, 임베디드 컴퓨터를 포함하지 않는 컴퓨터 디스플레이, 게이밍 디바이스, 내비게이션 디바이스, 디스플레이를 구비한 전자 장비가 키오스크(kiosk) 또는 자동차에 장착되어 있는 시스템과 같은 임베디드 시스템, 이들 디바이스들 중 2개 이상의 디바이스들의 기능을 구현하는 장비, 또는 다른 전자 장비일 수 있다. 도 1의 예시적인 구성에서, 디바이스(10)는 셀룰러 전화기, 미디어 플레이어, 태블릿 컴퓨터, 또는 다른 휴대용 컴퓨팅 디바이스와 같은 휴대용 디바이스이다. 원하는 경우, 디바이스(10)를 위한 다른 구성들이 사용될 수 있다. 도 1의 예는 단지 예시적일 뿐이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 디스플레이(14)와 같은 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(14)는 하우징(12)과 같은 하우징에 장착될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 대향하는 전방 및 후방 면들을 가질 수 있으며, 디스플레이(14)는 디스플레이(14)가 도 1에 도시된 바와 같이 디바이스(10)의 전방 면을 덮도록 하우징(12)에 장착될 수 있다. 때때로 인클로저 또는 케이스로 지칭될 수 있는 하우징(12)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재들, 금속(예를 들어, 스테인리스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료들, 또는 이들 재료 중 임의의 2개 이상의 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 하우징(12)은, 하우징(12)의 일부 또는 전부가 단일 구조물로서 기계가공 또는 성형되는 일체형 구성을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 다수의 구조물들(예를 들어, 내부 프레임 구조물, 외부 하우징 표면들을 형성하는 하나 이상의 구조물들 등)을 사용하여 형성될 수 있다. 원하는 경우, 하우징(12)의 상이한 부분들이 상이한 재료들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징 측벽들은 금속으로부터 형성될 수 있고, 하우징(12)의 후방 벽의 일부 또는 전부는 플라스틱, 유리, 세라믹, 사파이어 등과 같은 유전체로부터 형성될 수 있다. 이들과 같은 유전체 후방 하우징 벽 재료들은, 원하는 경우, (일 예로서) 후방 하우징 벽의 강도를 향상시키기 위해 금속 플레이트들 및/또는 다른 금속 구조물들과 라미네이팅됨으로써 이루어질 수 있다.
디스플레이(14)는, 전도성 용량성 터치 센서 전극들의 층 또는 다른 터치 센서 컴포넌트들(예를 들어, 저항성 터치 센서 컴포넌트들, 음향 터치 센서 컴포넌트들, 힘 기반 터치 센서 컴포넌트들, 광 기반 터치 센서 컴포넌트들 등)을 통합하는 터치 스크린 디스플레이일 수 있거나, 또는 터치 감응형이 아닌 디스플레이일 수 있다. 용량성 터치 스크린 전극들은 인듐 주석 산화물 패드들의 어레이 또는 다른 투명 전도성 구조물들로부터 형성될 수 있다.
디스플레이(14)는 액정 디스플레이(LCD) 컴포넌트들로부터 형성된 픽셀들의 어레이, 전기영동 픽셀들의 어레이, 플라즈마 픽셀들의 어레이, 유기 발광 다이오드 픽셀들의 어레이, 전기습윤 픽셀들의 어레이, 또는 다른 디스플레이 기술들에 기초한 픽셀들을 포함할 수 있다.
디스플레이(14)는 투명(transparent) 유리, 투명한(clear) 플라스틱, 사파이어, 또는 다른 투명 유전체의 층과 같은 디스플레이 커버 층을 사용하여 보호될 수 있다. 디스플레이 커버 층에 개구들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 버튼(16)과 같은 버튼을 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 개구가 형성될 수 있다. 버튼(16)과 같은 버튼들은 또한 개구를 형성하지 않으면서 디스플레이 커버 층을 통해 동작할 수 있는 용량성 터치 센서들, 광 기반 터치 센서들, 또는 다른 구조물들로부터 형성될 수 있다.
원하는 경우, 개구는 스피커 포트(18)와 같은 포트를 수용하기 위해 디스플레이 커버 층에 형성될 수 있다. 통신 포트들(예를 들어, 오디오 잭 포트, 디지털 데이터 포트 등)을 형성하기 위해 하우징(12)에 개구들이 형성될 수 있다. 하우징(12) 내의 개구들은 또한 스피커 및/또는 마이크로폰과 같은 오디오 컴포넌트들을 위해 형성될 수 있다. 플라스틱-충전 개구들과 같은 유전체-충전 개구들(20)은 (예를 들어, 안테나 윈도우들로서 기능하고 그리고/또는 안테나들의 부분들을 서로 분리시키는 갭들로서 기능하도록) 금속 측벽 구조물들과 같은 하우징(12)의 금속 부분들에 형성될 수 있다.
안테나들이 하우징(12)에 장착될 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(예를 들어, 빔 조향을 구현할 수 있는 안테나 어레이들 등)의 일부는 디바이스(10)의 유전체 부분들(예를 들어, 디스플레이 커버 층의 부분들, 하우징(12)의 금속 하우징 측벽 부분 내의 플라스틱 안테나 윈도우의 부분들 등) 아래에 장착될 수 있다. 하나의 예시적인 구성을 이용하여, 디바이스(12)의 후방 면의 일부 또는 전부가 유전체로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(12)의 후방 벽은 유리 플라스틱, 세라믹, 다른 유전체로부터 형성될 수 있다. 이러한 유형의 배열에서, 안테나들은, 안테나들이 디바이스(10)의 후방 벽을 통해 (그리고 원하는 경우, 하우징(12) 내의 선택적인 유전체 측벽 부분들을 통해) 안테나 신호들을 송신 및 수신하게 허용하는 위치에서 디바이스(10)의 내부 내에 장착될 수 있다. 안테나들은 또한 하우징(12) 내의 금속 측벽 구조물들로부터 형성될 수 있고, 디바이스(10)의 주변 부분들에 위치될 수 있다.
사람의 손 또는 사용자의 다른 신체 부분과 같은 외부 물체가 하나 이상의 안테나들을 차단할 때 통신을 방해하는 것을 피하기 위해, 안테나들이 하우징(12) 내의 다수의 위치들에 장착될 수 있다. 하나 이상의 안테나들이 하우징(12)의 배향, 사용자의 손 또는 다른 외부 물체에 의한 차단, 또는 다른 환경적 요인들로 인해 유해한 영향을 받고 있는 경우를 결정하는 데 있어서, 근접 센서 데이터와 같은 센서 데이터, 실시간 안테나 임피던스 측정치들, 수신 신호 강도 정보와 같은 신호 품질 측정치들, 및 다른 데이터가 사용될 수 있다. 이어서, 디바이스(10)는 유해한 영향을 받고 있는 안테나들 대신에 하나 이상의 대체 안테나들을 사용하도록 스위칭할 수 있다.
안테나들은, 하우징의 코너들에, 하우징(12)의 주변 에지들을 따라, 하우징(12)의 후방에, 디바이스(10)의 전방 상에서 디스플레이(14)를 덮고 이를 보호하는 데 사용되는 디스플레이 커버 층(예를 들어, 유리 커버 층, 사파이어 커버 층, 플라스틱 커버 층, 다른 유전체 커버 층 구조물 등) 아래에, 하우징(12)의 후방 면 또는 하우징(12)의 에지 상의 유전체 윈도우 아래에, 하우징(12)의 유전체 후방 벽 아래에, 또는 디바이스(10) 내의 다른 곳에 장착될 수 있다. 일 예로서, 안테나들은 디바이스(10)의 하나 또는 둘 모두의 단부들(50)에(예를 들어, 하우징(12)의 상부 및 하부 에지들을 따라, 하우징(12)의 코너들 등에) 장착될 수 있다.
디바이스(10)에서 사용될 수 있는 예시적인 컴포넌트들의 개략도가 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(10)는 제어 회로부(22)와 같은 저장 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부(22)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리, 또는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive)를 형성하도록 구성된 다른 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(22) 내의 프로세싱 회로부는 디바이스(10)의 동작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 베이스밴드 프로세서 집적 회로들, 응용 주문형 집적 회로들 등에 기초할 수 있다.
제어 회로부(22)는 인터넷 브라우징 애플리케이션들, VOIP(voice-over-internet-protocol) 전화 통화 애플리케이션들, 이메일 애플리케이션들, 미디어 재생 애플리케이션들, 운영 체제 기능들 등과 같은, 디바이스(10) 상의 소프트웨어를 실행하기 위해 사용될 수 있다. 외부 장비와의 상호작용들을 지원하기 위해, 제어 회로부(22)는 통신 프로토콜들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(22)를 사용하여 구현될 수 있는 통신 프로토콜들은 인터넷 프로토콜들, 무선 로컬 영역 네트워크 프로토콜들(예를 들어, IEEE 802.11 프로토콜들 -- 때때로, WiFi®로 지칭됨), 블루투스® 프로토콜과 같은 다른 단거리 무선 통신 링크들에 대한 프로토콜들, 셀룰러 전화 프로토콜들, MIMO 프로토콜들, 안테나 다이버시티 프로토콜들, 위성 내비게이션 시스템 프로토콜들, 밀리미터파 통신 프로토콜들, IEEE 802.15.4 초광대역 통신 프로토콜들 등을 포함한다.
디바이스(10)는 입출력 회로부(24)를 포함할 수 있다. 입출력 회로부(24)는 입출력 디바이스들(26)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은, 데이터가 디바이스(10)에 공급되게 허용하고 데이터가 디바이스(10)로부터 외부 디바이스들로 제공되게 허용하기 위해 사용될 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 사용자 인터페이스 디바이스들, 데이터 포트 디바이스들, 및 다른 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입출력 디바이스들(26)은 하나 이상의 디스플레이들(14)(예를 들어, 터치 스크린들, 또는 터치 센서 기능들이 없는 디스플레이들), 하나 이상의 이미지 센서들(30)(예를 들어, 디지털 이미지 센서들), 모션 센서들(32), 및 스피커들(34)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(26)은 또한 버튼들, 조이스틱들, 스크롤링 휠들, 터치 패드들, 키 패드들, 키보드들, 마이크로폰들, 햅틱 요소들, 예컨대 진동기들 및 액추에이터들, 상태 표시자들, 광원들, 오디오 잭들 및 다른 오디오 포트 컴포넌트들, 디지털 데이터 포트 디바이스들, 광 센서들, 커패시턴스 센서들, 근접 센서들(예를 들어, 용량성 근접 센서 및/또는 적외선 근접 센서), 자기 센서들, 및 다른 센서들 및 입출력 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
이미지 센서들(30)은 하나 이상의 가시 디지털 이미지 센서들(가시광 카메라들) 및/또는 하나 이상의 적외선 디지털 이미지 센서들(적외선 광 카메라들)을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 이미지 센서들(30)은 거리들을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 적외선 비행 시간 이미지 센서는, 적외선 광 펄스가 디바이스(10) 부근의 물체들로부터 다시 반사되는 데 걸리는 시간을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 이어서 이들 물체들까지의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10) 내의 전방 및/또는 후방 대면 카메라와 같은 가시적 이미징 시스템들이 또한 환경 내의 물체들의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 동시 위치화 및 맵핑(simultaneous localization and mapping; SLAM)을 수행하기 위해 이미지 센서(30)를 사용할 수 있다. SLAM은 이미지화된 환경의 표현을 또한 구성하면서 환경 내의 난점들의 위치를 결정하기 위해 이미지들을 사용하는 프로세스를 지칭한다. 시각적 SLAM 기법들은 에지들, 텍스처들, 룸 코너들, 윈도우 코너들, 도어 코너들, 면들, 인도 에지들, 거리 에지들, 빌딩 에지들, 트리 트렁크(tree trunk)들, 및 다른 현저한 특징부들과 같은 소정의 특징부들을 이미지들에서 검출 및 추적하는 것을 포함한다. 제어 회로부(22)는 동시 위치화 및 맵핑을 수행하기 위해 이미지 센서들(30)에 전적으로 의존할 수 있거나, 또는 제어 회로는(22)는 하나 이상의 거리 센서들(예를 들어, 광 기반 근접 센서들)로부터의 범위 데이터과 이미지 데이터를 합성할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 맵핑된 환경의 시각적 표현을 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)를 사용할 수 있다.
입출력 디바이스들(26)은 모션 센서 회로부(32)를 포함할 수 있다. 모션 센서 회로부(32)는 하나 이상의 가속도계들(예를 들어, 1개, 2개, 또는 3개의 축들을 따라 가속도를 측정하는 가속도계들), 자이로스코프들, 기압계들, 자기 센서들(예를 들어, 나침반들), 이미지 센서들(예를 들어, 이미지 센서(30)) 및 다른 센서 구조물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 센서들(32)은 하나 이상의 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 센서들(예를 들어, 가속도계들, 자이로스코프들, 마이크로폰들, 힘 센서들, 압력 센서들, 용량성 센서들, 또는 마이크로 전자기계 시스템 기술을 사용하여 형성되는 임의의 다른 적합한 유형의 센서)을 포함할 수 있다.
제어 회로부(22)는 모션 센서 데이터를 저장 및 프로세싱하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 모션 센서 회로부를 형성하는 모션 센서들, 프로세싱 회로부, 및 저장소는 (일 예로서) 시스템-온-칩 집적 회로의 일부를 형성할 수 있다.
입출력 디바이스들(26)은 이동 생성 회로부(28)를 포함할 수 있다. 이동 생성 회로부(28)는 제어 회로부(22)로부터 제어 신호들을 수신할 수 있다. 이동 생성 회로부(28)는 구동될 때 디바이스(10)를 하나 이상의 방향들로 이동시키는 전기기계식 액추에이터 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 생성 회로부(28)는 디바이스(10)를 측방향으로 이동시킬 수 있고 그리고/또는 하나 이상의 회전 축들을 중심으로 디바이스(10)를 회전시킬 수 있다. 이동 생성 회로부(28)는, 예를 들어, 디바이스(10)의 하나 이상의 위치들에 형성된 하나 이상의 액추에이터들(60)을 포함할 수 있다. 모션 제어 신호에 의해 구동될 때, 액추에이터들(60)은 디바이스(10)로 하여금 하나 이상의 방향들로 이동 또는 회전되게 하도록 이동(예를 들어, 진동되거나, 펄싱되거나, 틸팅되거나, 밀어내거나, 끌어당기거나, 회전되는 등)될 수 있다. 이동은 약간일 수 있거나(예를 들어, 디바이스(10)의 사용자에게 눈에 띄지 않거나 거의 눈에 띄지 않음), 또는 이동은 상당할 수 있다. 액추에이터들(60)은 하나 이상의 진동기들, 모터들, 솔레노이드들, 압전식 액추에이터들, 스피커 코일들, 또는 디바이스(10)를 기계적으로(물리적으로) 이동시킬 수 있는 임의의 다른 원하는 디바이스에 기초할 수 있다.
액추에이터들(60)과 같은 이동 생성 회로(28)의 일부 또는 전부는 디바이스(10)의 회전에 관련이 없는 동작들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터들(60)은 디바이스(10)의 사용자에게 햅틱 경보 또는 통지를 발행하도록 작동되는 진동기들을 포함할 수 있다. 그러한 경보들은, 예를 들어, 디바이스(10)가 텍스트 메시지를 수신했다는 것을 식별하는 수신된 텍스트 메시지 경보, 수신된 전화 통화 경보, 수신된 이메일 경보, 알람 통지 경보, 캘린더 통지 경보, 또는 임의의 다른 원하는 통지를 포함할 수 있다. 액추에이터(60)를 작동시킴으로써, 디바이스(10)는 사용자에게 임의의 원하는 디바이스 상태를 알려줄 수 있다.
모션 센서 회로부(32)는 이동 생성 회로부(28)에 의해 생성되는 디바이스(10)의 모션을 감지할 수 있다. 원하는 경우, 모션 센서 회로부(32)는 디바이스(10)의 감지된 모션과 연관된 피드백 신호들을 이동 생성 회로부(28)에 제공할 수 있다. 이동 생성 회로부(28)는 이동 생성 회로부의 작동을 제어하기 위해 피드백 신호들을 사용할 수 있다.
제어 회로부(22)는 디바이스(10)에 의해 다른 전자 디바이스로부터 수신된 무선 신호들의 도래각을 결정하기 위해 모션 센서 회로부(32) 및/또는 이동 생성 회로부(28)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)를 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동시키기 위해 이동 생성 회로부(28)를 사용할 수 있다. 모션 센서 회로부(32)는 디바이스(10)가 상이한 위치들 사이에서 이동됨에 따라 디바이스(10)의 이동을 추적하는 데 사용될 수 있다. 각각의 위치에서, 제어 회로부(22)는 다른 전자 디바이스로부터 무선 신호들을 수신할 수 있다. 제어 회로부(22)는 다른 전자 디바이스의 위치를 더 정확하게 결정하기 위해 모션 센서 회로부(32)로부터의 모션 데이터와 함께, 수신된 무선 신호들을 프로세싱할 수 있다. 그러나, 모션 생성 회로부(28)의 사용은 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 모션 센서 회로부(32)는 모션 생성 회로부(28)에 의해 야기되지 않는 디바이스(10)의 이동을 추적할 수 있다. 이는, 디바이스(10)의 사용자의 자연스러운 자발적인(unprompted) 이동, 및/또는 특정한 방식으로 디바이스(10)를 이동시키도록 (디스플레이(14), 스피커들(34), 디바이스(10) 내의 햅틱 출력 디바이스, 또는 임의의 다른 적합한 출력 디바이스에 의해) 사용자가 프롬프트받은 이후의 디바이스(10)의 사용자의 이동을 포함할 수 있다.
입출력 디바이스들(26)에 포함될 수 있는 다른 센서들은, 주변 광 레벨들에 대한 정보를 수집하기 위한 주변 광 센서들, 근접 센서 컴포넌트들(예를 들어, 광 기반 근접 센서들, 용량성 근접 센서들, 및/또는 다른 구조물들에 기초한 근접 센서들), 깊이 센서들(예를 들어, 그리드, 랜덤 도트 어레이(random dot array), 또는 다른 패턴으로 광의 빔들을 방출하며, 타겟 물체들에 대해 생성된 광의 결과적인 스폿(spot)들에 기초하여 깊이 맵들을 생성하는 이미지 센서들을 갖는 구조화된 광 깊이 센서들), 한 쌍의 입체 이미지 센서들을 사용하여 3차원 깊이 정보를 수집하는 센서들, 라이더(광 검출 및 레인징(ranging)) 센서들, 레이더 센서들, 및 다른 적합한 센서들을 포함한다.
입출력 회로부(24)는 외부 장비와 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 회로부(36)를 포함할 수 있다. 무선 통신 회로부(36)는 하나 이상의 집적 회로들로부터 형성된 무선 주파수(RF) 송수신기 회로부, 전력 증폭기 회로부, 저잡음 입력 증폭기들, 수동 RF 컴포넌트들, 하나 이상의 안테나들(48), 송신 라인들, 및 RF 무선 신호들을 처리하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다. 무선 신호들은 또한 광을 사용하여(예를 들어, 적외선 통신을 사용하여) 전송될 수 있다.
무선 통신 회로부(36)는 다양한 무선 주파수 통신 대역들을 처리하기 위한 무선 주파수 송수신기 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로부(36)는 송수신기 회로부(40, 42, 44, 46)를 포함할 수 있다.
송수신기 회로부(40)는 무선 로컬 영역 네트워크 송수신기 회로부일 수 있다. 송수신기 회로부(40)는 WiFi®(IEEE 802.11) 통신들을 위한 2.4 ㎓ 및 5 ㎓ 대역들을 처리할 수 있고, 2.4 ㎓ 블루투스® 통신 대역을 처리할 수 있다.
회로부(36)는, 700 내지 960 ㎒의 통신 대역, 1710 내지 2170 ㎒의 대역, 2300 내지 2700 ㎒의 대역, 700 내지 2700 ㎒의 다른 대역들, 고대역들, 예컨대 LTE 대역들 42 및 43(3.4 내지 3.6 ㎓), 또는 다른 셀룰러 전화 통신 대역들과 같은 주파수 범위들에서 무선 통신들을 처리하기 위해 셀룰러 전화 송수신기 회로부(42)를 사용할 수 있다. 회로부(42)는 음성 데이터 및 비음성 데이터를 처리할 수 있다.
밀리미터파 송수신기 회로부(44)(때때로 극고주파 송수신기 회로부로 지칭됨)는 극고주파들(예를 들어, 10 ㎓ 내지 400 ㎓의 극고주파들과 같은 밀리미터파 주파수들 또는 다른 밀리미터파 주파수들)에서의 통신들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 회로부(44)는 60 ㎓에서의 IEEE 802.11ad 통신들을 지원할 수 있다. 회로부(44)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들어, 시스템-인-패키지 디바이스 내의 공통 인쇄 회로 상에 장착된 다수의 집적 회로들, 상이한 기판들 상에 장착된 하나 이상의 집적 회로들 등)로부터 형성될 수 있다.
초광대역 송수신기 회로부(46)는 IEEE 802.15.4 프로토콜 및/또는 다른 무선 통신 프로토콜들을 사용하여 통신들을 지원할 수 있다. 초광대역 무선 신호들은 500 ㎒ 보다 큰 대역폭들 또는 방사선의 중심 주파수의 20%를 초과하는 대역폭들에 의해 특징지어질 수 있다. 베이스밴드 내의 더 낮은 주파수들의 존재는 초광대역 신호들이 벽들과 같은 물체들을 통해 침투하는 것을 허용할 수 있다. 송수신기 회로부(46)는 2.4 ㎓ 주파수 대역, 6.5 ㎓ 주파수 대역, 8 ㎓ 주파수 대역, 및/또는 다른 적합한 주파수들에서 동작할 수 있다.
무선 통신 회로부(36)는 1575 ㎒의 GPS(Global Positioning System) 신호들을 수신하기 위한 또는 다른 위성 포지셔닝 데이터(예를 들어, 1609 ㎒의 GLONASS 신호들)를 처리하기 위한 GPS 수신기 회로부(38)와 같은 위성 내비게이션 시스템 회로부를 포함할 수 있다. 수신기(38)에 대한 위성 내비게이션 시스템 신호들은 지구를 선회하는 일정 성상도(constellation)의 위성들로부터 수신된다.
위성 내비게이션 시스템 링크들, 셀룰러 전화 링크들, 및 다른 장거리 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수천 피트 또는 마일에 걸쳐서 데이터를 전달하는 데 사용된다. 2.4 및 5 ㎓에서의 WiFi® 및 블루투스® 링크들 및 다른 단거리 무선 링크들에서, 무선 신호들은 전형적으로 수십 또는 수백 피트에 걸쳐 데이터를 전달하는 데 사용된다. 극고주파(EHF) 무선 송수신기 회로부(44)는 가시선 경로를 통해 송신기와 수신기 사이에서 이동하는 신호들을 이들 단거리들에 걸쳐서 전달할 수 있다. 밀리미터파 통신들에 대한 신호 수신을 향상시키기 위해, 위상 안테나 어레이들 및 빔 조향 기법들(예를 들어, 어레이 내의 각각의 안테나에 대한 안테나 신호 위상 및/또는 크기가 빔 조향을 수행하도록 조정되는 방식들)이 사용될 수 있다. 디바이스(10)의 동작 환경으로 인해 차단되었거나 달리 열화된 안테나들이 비사용 중(out of use)으로 스위칭될 수 있고 더 높은 성능의 안테나들이 그들을 대신하여 사용될 수 있도록 보장하기 위해 안테나 다이버시티 방식들이 또한 사용될 수 있다.
무선 통신 회로부(36)는, 원하는 경우, 다른 단거리 및 장거리 무선 링크들을 위한 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 회로부(36)는 텔레비전 및 무선 신호들을 수신하기 위한 회로부, 호출 시스템 송수신기, 근거리 통신(NFC) 회로부 등을 포함할 수 있다.
임의의 적합한 안테나 유형들을 사용하여 무선 통신 회로부(36) 내의 안테나들(48)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나들(48)은 루프 안테나 구조물들, 패치 안테나 구조물들, 역-F 안테나 구조물들, 슬롯 안테나 구조물들, 평면 역-F 안테나 구조물들, 모노폴들, 다이폴들, 나선형 안테나 구조물들, 야기(Yagi)(Yagi-Uda) 안테나 구조물들, 이들 설계들의 하이브리드들 등으로부터 형성되는 공진 요소들을 갖는 안테나들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 안테나들(48) 중 하나 이상은 후면-공동형 안테나(cavity-backed antenna)들일 수 있다. 상이한 유형들의 안테나들이 상이한 대역들 및 대역들의 조합들에 대해 사용될 수 있다. 예를 들면, 일 유형의 안테나는 로컬 무선 링크 안테나를 형성하는 데 사용될 수 있고, 다른 유형의 안테나는 원격 무선 링크 안테나를 형성하는 데 사용될 수 있다. 위성 내비게이션 시스템 신호들을 수신하기 위해 전용 안테나들이 사용될 수 있거나, 또는, 원하는 경우, 안테나들(48)은 위성 내비게이션 시스템 신호들 및 다른 통신 대역들에 대한 신호들(예를 들어, 무선 로컬 영역 네트워크 신호들 및/또는 셀룰러 전화 신호들) 둘 모두를 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나들(48)은 밀리미터파 통신들을 처리하기 위한 위상 안테나 어레이들을 포함할 수 있다.
하우징(12)이 금속으로부터 형성된 부분들을 갖는 디바이스(10)에 대한 구성들에서, 개구들은 안테나들(48)을 수용하기 위해 금속 부분들 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 하우징 벽 내의 개구들은 셀룰러 전화 안테나들에서 공진 요소 구조물들과 접지 구조물들 사이에 분할부들(갭들)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이들 개구들은 플라스틱과 같은 유전체로 충전될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 플라스틱-충전 개구(20)의 일부는 하우징(12)의 측벽들 중 하나 이상 위로 이어질 수 있다.
송수신기 회로(76)(예를 들어, 무선 로컬 영역 네트워크 송수신기 회로부(40), 셀룰러 전화 송수신기 회로부(42), 밀리미터파 송수신기 회로부(44), 초광대역 송수신기 회로부(46), 및/또는 무선 회로부(36) 내의 다른 송수신기 회로부)에 커플링된 밀리미터파 안테나 또는 다른 안테나(48)의 개략도가 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 주파수 송수신기 회로부(76)는 송신 라인(70)을 사용하여 안테나(48)의 안테나 피드(80)에 커플링될 수 있다. 안테나 피드(80)는 양극 안테나 피드 단자(68)와 같은 양극 안테나 피드 단자를 포함할 수 있고, 접지 안테나 피드 단자(66)와 같은 접지 안테나 피드 단자를 가질 수 있다. 송신 라인(70)은 인쇄 회로 상의 금속 트레이스들 또는 다른 전도성 구조물들로부터 형성될 수 있고, 단자(68)에 커플링된 경로(74)와 같은 양극 송신 라인 신호 경로 및 단자(66)에 커플링된 경로(72)와 같은 접지 송신 라인 신호 경로를 가질 수 있다. 경로(70)와 같은 송신 라인 경로들은 디바이스(10) 내의 안테나 신호들을 라우팅하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 송신 라인 경로들은 안테나들의 어레이 내의 하나 이상의 안테나들과 같은 안테나 구조물들을 송수신기 회로부(76)에 커플링시키는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10) 내의 송신 라인들은 동축 케이블 경로들, 마이크로스트립(microstrip) 송신 라인들, 스트립라인(stripline) 송신 라인들, 에지-커플링 마이크로스트립 송신 라인들, 에지-커플링 스트립라인 송신 라인들, 이들 유형들의 송신 라인들의 조합들로부터 형성된 송신 라인들 등을 포함할 수 있다. 필터 회로부, 스위칭 회로부, 임피던스 정합 회로부, 및 다른 회로부는 송신 라인(70) 내에 개재될 수 있고 그리고/또는 이들과 같은 회로들은 (예를 들어, 안테나 동조를 지원하거나, 원하는 주파수 대역들에서의 동작을 지원하는 등을 위해) 안테나(48) 내에 통합될 수 있다.
원하는 경우, 밀리미터파 안테나들에 대한 신호들은 중간 주파수들(예를 들어, 60 ㎐보다는 약 5 내지 15 ㎓의 주파수들)을 사용하여 디바이스(10) 내에 분배될 수 있다. 중간 주파수 신호들은, 예를 들어, 디바이스(10)의 중간 부근에 위치된 베이스밴드 프로세서 또는 다른 무선 통신 회로로부터 디바이스(10)의 코너들의 밀리미터파 안테나들의 하나 이상의 어레이들로 분배될 수 있다. 각각의 코너에서, 상향변환기 및 하향변환기 회로부가 중간 주파수 경로에 커플링될 수 있다. 상향변환기 회로부는 베이스밴드 프로세서로부터의 수신된 중간 주파수 신호들을, 밀리미터파 안테나 어레이에 의한 송신을 위한 밀리미터파 신호들(예를 들어, 60 ㎓의 신호들)로 변환할 수 있다. 하향변환기 회로부는 밀리미터파 안테나 어레이로부터의 밀리미터파 안테나 신호들을 중간 주파수 신호들로 하향변환할 수 있으며, 그 중간 주파수 신호들은 이어서 중간 주파수 경로를 통해 베이스밴드 프로세서로 전달된다.
디바이스(10)는 다수의 안테나들(48)을 포함할 수 있다. 안테나들은 함께 사용될 수 있거나, 또는 안테나들 중 하나는 사용 중으로 스위칭될 수 있는 반면에 다른 안테나(들)는 비사용 중으로 스위칭된다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)에서 실시간으로 사용할 최적의 안테나를 선택하기 위해, 그리고/또는 안테나들(48) 중 하나 이상과 연관된 조정가능한 무선 회로부에 대한 최적의 설정을 선택하기 위해 사용될 수 있다. 안테나 조정들은 원하는 주파수 범위들 내에서 수행하기 위해, 위상 안테나 어레이로 빔 조향을 수행하기 위해, 그리고 다른 방식으로 안테나 성능을 최적화시키기 위해 안테나들을 동조시키도록 이루어질 수 있다. 센서들은 안테나들(48)을 조정하는 데 사용되는 센서 데이터를 실시간으로 수집하기 위해 안테나들(48) 내에 통합될 수 있다.
일부 구성들에서, 안테나들(48)은 안테나 어레이들(예를 들어, 빔 조향 기능들을 구현하기 위한 위상 안테나 어레이들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 극고주파 무선 송수신기 회로들(44)에 대해 밀리미터파 신호들을 처리하는 데 사용되는 안테나들은 위상 안테나 어레이들로서 구현될 수 있다. 밀리미터파 통신들을 지원하기 위한 위상 안테나 어레이 내의 방사 요소들은 패치 안테나들, 다이폴 안테나들, 다이폴 안테나 공진 요소들에 부가하여 디렉터(director)들 및 반사기들을 갖는 다이폴 안테나들(때때로 야기 안테나들 또는 빔 안테나들로 지칭됨), 또는 다른 적합한 안테나 요소들일 수 있다. 송수신기 회로부는 통합형 위상 안테나 어레이 및 송수신기 회로 모듈들을 형성하기 위해 위상 안테나 어레이들과 통합될 수 있다.
예시적인 다이폴 안테나가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다이폴 안테나(48)는 아암(arm)들(48-1, 48-2)과 같은 제1 및 제2 아암들을 가질 수 있고, 안테나 피드(80)에서 공급될 수 있다. 원하는 경우, 도 4의 다이폴 안테나(48)와 같은 다이폴 안테나는 (예를 들어, 도 4의 다이폴 안테나(48) 내에 반사기 및 디렉터들을 통합함으로써) 야기 안테나 내에 통합될 수 있다.
예시적인 패치 안테나가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 패치 안테나(48)는 안테나 접지 평면(48G)과 같은 접지 평면으로부터 분리되고 그에 평행한 패치 안테나 공진 요소(48P)를 가질 수 있다. 아암(48A)은 안테나 피드(80)의 패치 안테나 공진 요소(48P)와 양극 안테나 피드 단자(68) 사이에 커플링될 수 있다. 피드(80)의 접지 안테나 피드 단자(66)는 접지 평면(48G)에 커플링될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 유형들의 안테나들 및/또는 다른 안테나들(48)은 밀리미터파 안테나들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 도 4 및 도 5의 예들은 단지 예시적일 뿐이다.
도 6은 밀리미터파 안테나 어레이 기판(134) 상의 안테나 공진 요소들로부터 형성된 예시적인 밀리미터파 안테나 어레이(48R)의 사시도이다. 어레이(48R)는 패치 안테나 공진 요소(48P)로부터 형성된 패치 안테나들(48) 및 아암들(48-1, 48-2)로부터 형성된 다이폴 안테나들(48)과 같은 밀리미터파 안테나들의 어레이를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 구성을 이용하여, 다이폴 안테나들(48)은 기판(134)의 주변부 주위에 형성될 수 있고, 패치 안테나들(48)은 기판(134)의 중심 표면 상에 어레이를 형성할 수 있다. 어레이(48R)에는 임의의 적합한 수의 밀리미터파 안테나들(48)이 있을 수 있다. 예를 들어, 10개 내지 40개, 32개, 5개 초과, 10개 초과, 20개 초과, 30개 미만, 50개 미만, 또는 다른 적합한 수의 밀리미터파 안테나들(패치 안테나들 및/또는 다이폴 안테나들 등)이 있을 수 있다. 기판(134)은 유전체(폴리머, 세라믹 등)의 하나 이상의 층들로부터 형성될 수 있고, 밀리미터파 안테나들 및 신호 경로들을 형성하기 위한 패턴화된 금속 트레이스들을 포함할 수 있다. 신호 경로들은 기판(134) 상에 장착된 하나 이상의 전기 디바이스들(136)과 같은 회로부에 밀리미터파 안테나들을 커플링시킬 수 있다. 디바이스(들)(136)는 하나 이상의 집적 회로들, 이산 컴포넌트들, 상향변환기 회로부, 하향변환기 회로부, (예를 들어, 송수신기의 일부를 형성하는 상향변환기 및 하향변환기 회로부), 빔 조향을 수행하기 위해 신호 진폭 및/또는 위상을 조정하기 위한 회로부, 및/또는 안테나 어레이(48R)를 동작시키기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다.
도 7은 전자 디바이스(10)가 인식하고 그리고/또는 무선으로 통신할 수 있는 물체들의 예시적인 시스템의 다이어그램이다. 시스템(100)은 노드들(78)을 포함할 수 있다. 시스템(100) 내의 노드들(78)은 전자 디바이스들일 수 있거나, 전자기기가 없는 물체들일 수 있거나, 또는 맵핑된 환경 내의 특정 위치들일 수 있다. 노드들(78)은 수동 또는 능동일 수 있다. 시스템(100) 내의 능동 노드들은 신호들(58)과 같은 무선 신호들을 수신 및/또는 송신할 수 있는 디바이스들을 포함할 수 있다. 시스템(100) 내의 능동 노드들은 태깅된 아이템(tagged item)(54)과 같은 태깅된 아이템들, 전자 장비(52)와 같은 전자 장비, 및 전자 디바이스들(10')과 같은 다른 전자 디바이스들(예를 들어, 도 2와 관련하여 설명되고, 디바이스(10)와 동일한 무선 통신 능력들 중 일부 또는 전부를 포함하는 유형의 디바이스들)을 포함할 수 있다. 태깅된 아이템(54)은 무선 수신기 및/또는 무선 송신기가 제공된 임의의 적합한 물체일 수 있다. 예를 들어, 태깅된 아이템(54)은 키 포브(key fob), 셀룰러 전화, 지갑, 랩톱, 책, 펜, 또는 저전력 송신기(예를 들어, RFID 송신기 또는 다른 송신기)가 제공된 다른 물체일 수 있다. 디바이스(10)는 아이템(54)으로부터 송신된 신호들(58)을 검출하고 수신된 신호들에 기초하여 아이템(54)의 위치를 결정하는 대응하는 수신기를 가질 수 있다. 일부 배열들에서, 태깅된 아이템(54)은 내부 전원을 포함하지 않을 수 있고, 대신에 디바이스(10) 또는 다른 디바이스로부터의 전자기 에너지에 의해 전력공급될 수 있다. 다른 배열들에서, 태깅된 아이템(54)은 내부 전원을 포함할 수 있다.
전자 장비(52)는 인프라구조-관련 디바이스, 예컨대 서모스탯(thermostat), 연기 검출기, Bluetooth® 저에너지(Bluetooth LE) 비콘, WiFi® 무선 액세스 포인트, 서버, 난방, 환기, 및 공조(HVAC) 시스템(때때로 온도 제어 시스템으로 지칭됨), 발광 다이오드(LED) 전구와 같은 광원, 광 스위치, 전원 콘센트, 탑승자 검출기(occupancy detector)(예를 들어, 능동형 또는 수동형 적외선 광 검출기, 마이크로파 검출기 등), 도어 센서, 수분 센서, 전자 도어 잠금 장치, 보안 카메라, 또는 다른 디바이스일 수 있다.
디바이스(10)는 통신 신호들(58)을 사용하여 노드들(54, 52, 10')과 통신할 수 있다. 통신 신호들(58)은 블루투스® 신호들, 근거리 통신 신호들, IEEE 802.11 신호들과 같은 무선 로컬 영역 신호들, 60 ㎓의 신호들과 같은 밀리미터파 통신 신호들, 초광대역 무선 주파수 신호들, 다른 무선 주파수 무선 신호들, 적외선 신호들 등을 포함할 수 있다. 무선 신호들(58)은 위치 및 배향 정보와 같은 정보를 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10) 내의 제어 회로부(22)는 무선 신호들(58)을 사용하여 디바이스(10)에 대한 능동 노드들(54, 52, 10')의 위치를 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)는 또한, 능동 노드들(54, 52, 및 10')의 위치를 결정하기 위해 이미지 센서들(30)로부터의 이미지 데이터, 모션 센서들(32)로부터의 모션 센서 데이터, 및 다른 센서 데이터(예를 들어, 근접 센서로부터의 근접 데이터 등)를 사용할 수 있다.
수동 아이템(56)과 같은 시스템(100) 내의 수동 노드들은 무선 주파수 신호들을 방출하거나 수신하지 않는 물체들, 예컨대 가구, 빌딩들, 도어들, 윈도우들, 벽들, 사람들, 애완동물들, 및 다른 아이템들을 포함할 수 있다. 아이템(56)은 디바이스(10)가 (예를 들어, 이미지 센서(30)를 사용하여) 특징부 추적을 통해 인식하는 아이템일 수 있거나, 또는 아이템(56)은 맵핑된 환경 내의 좌표들의 연관된 세트를 갖는 특정 위치일 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 환경의 가상 3차원 맵을 구성할 수 있고(또는 환경의 이전에 구성된 3차원 맵을 수신 및 저장할 수 있고), 3차원 맵 내의 좌표들의 세트(예를 들어, 지리적 좌표들, 직교 좌표들, 수평 좌표들, 구 좌표들, 또는 다른 적절한 좌표들)를 환경 내의 물체들 또는 위치들에 할당할 수 있다. 일부 배열들에서, 가상 3차원 맵은 알려진 위치를 갖는 하나 이상의 아이템들에 의해 앵커링될 수 있다(예를 들어, 알려진 위치를 갖는 하나 이상의 태깅된 아이템(54), 알려진 위치를 갖는 전자 장비(52), 또는 알려진 위치를 갖는 다른 아이템들에 의해 앵커링될 수 있음). 이어서, 디바이스(10)는 시스템(100) 내의 앵커링된 아이템들에 대해 수동 아이템(56)이 어디에 위치되는지에 기초하여 아이템(56)과 같은 수동 아이템들에 좌표들을 할당할 수 있다. 디바이스(10)는 수동 아이템(56)의 좌표들을 저장할 수 있으며, 디바이스(10)가 아이템(56)에 대해 소정의 위치 또는 배향에 있을 때 소정의 액션들을 취할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 디바이스(10)를 방향(62)으로 포인팅하면, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)가 아이템(56)에 포인팅되고 있다는 것을 인식할 수 있고, 소정의 액션들을 취할 수 있다(예를 들어, 디스플레이(14) 상에 아이템(56)과 연관된 정보를 디스플레이할 수 있고, 스피커들(34)을 통해 오디오 출력을 제공할 수 있고, 디바이스(10) 내의 진동기 또는 햅틱 액추에이터를 통해 햅틱 출력을 제공할 수 있고 그리고/또는 다른 적합한 액션을 취할 수 있음). 수동 아이템(56)이 통신 신호들을 전송 또는 수신하지 않기 때문에, 회로부(22)는 수동 아이템(56)의 위치를 결정하고 그리고/또는 아이템(56)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정하기 위해(예를 들어, 디바이스(10)가 언제 아이템(56)에 포인팅되고 있는지를 결정하기 위해) 이미지 센서들(30)로부터의 이미지 데이터, 모션 센서들(32)로부터의 모션 센서 데이터, 및 다른 센서 데이터(예를 들어, 근접 센서로부터의 근접 데이터 등)를 사용할 수 있다.
도 8은 디바이스(10)가 디바이스(10)와 노드(78) 사이의 거리(D)를 어떻게 결정할 수 있는지를 도시한다. 노드(78)가 통신 신호들을 전송 또는 수신할 수 있는 배열들(예를 들어, 도 7의 태깅된 아이템(54), 전자 장비(52), 또는 다른 전자 디바이스들(10'))에서, 제어 회로부(22)는 통신 신호들(예를 들어, 도 7의 신호들(58))을 사용하여 거리(D)를 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)는 신호 강도 측정 방식들(예를 들어, 노드(78)로부터 무선 신호들의 신호 강도를 측정함)을 사용하여, 또는 시간 기반 측정 방식들, 예컨대 비행 시간 측정 기법들, 도착 시간차 측정 기법들, 도래각 측정 기법들, 삼각측량 방법들, 비행 시간 방법들을 사용하여, 크라우드소싱된(crowdsourced) 위치 데이터베이스 및 다른 적합한 측정 기법들을 사용하여, 거리(D)를 결정할 수 있다. 그러나, 이것은 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 글로벌 포지셔닝 시스템 수신기 회로부(38)를 사용하여, 근접 센서들(예를 들어, 적외선 근접 센서들 또는 다른 근접 센서들)을 사용하여, 카메라(30)로부터의 이미지 데이터, 모션 센서들(32)로부터의 모션 센서 데이터를 사용하여 그리고/또는 디바이스(10) 내의 다른 회로부를 사용하여 거리(D)를 결정할 수 있다.
제어 회로부(22)는 또한 센서들, 예컨대 적외선 근접 센서들, 깊이 센서들(예를 들어, 그리드, 랜덤 도트 어레이, 또는 다른 패턴으로 광의 빔들을 방출하며, 타겟 물체들에 대해 생성된 광의 결과적인 스폿들에 기초하여 깊이 맵들을 생성하는 이미지 센서들을 갖는 구조화된 광 깊이 센서들), 한 쌍의 입체 이미지 센서들을 사용하여 3차원 깊이 정보를 수집하는 센서들, 라이더(광 검출 및 레인징) 센서들, 레이더 센서들, 카메라(30)와 같은 이미지 센서들을 사용하여 그리고/또는 디바이스(10) 내의 다른 회로부를 사용하여 거리(D)를 결정할 수 있다. 일부 배열들에서, 디바이스(10)는 노드(78)가 시스템(100) 내의 다른 아이템들에 대해 어디에 위치되는지를 표시하는, 노드(78)에 대한 좌표들의 세트를 저장할 수 있다. 시스템(100) 내의 앵커링된 노드들에 대한 노드(78)의 위치를 알고 디바이스(10)에 대한 앵커링된 노드들의 위치를 아는 것에 의해, 디바이스(10)는 디바이스(10)와 노드(78) 사이의 거리(D)를 결정할 수 있다. 이러한 유형들의 방법들은 노드(78)가 무선 통신 신호들을 전송 또는 수신하지 않는 수동 아이템인 시나리오들에서 유용할 수 있다. 그러나, 제어 회로부(22)는 또한 노드(78)가 무선 통신들이 가능한 시나리오들에서 이들 기법들을 이용할 수 있다.
시스템(100) 내의 디바이스(10)와 노드들(78) 사이의 거리를 결정하는 것에 부가하여, 제어 회로부(22)는 노드들(78)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다. 도 9는, 제어 회로부(22)가 제1 노드(78-1) 및 제2 노드(78-2)와 같은 근처의 노드들에 대한 디바이스(10)의 위치 및 배향을 정의하기 위해 수평 좌표계를 어떻게 사용할 수 있는지가 결정될 수 있는 것을 도시하는 다이어그램이다. 이러한 유형의 좌표계에서, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)에 대한 근처의 노드들(78)의 위치를 설명하기 위해 방위각(azimuth angle)(θ) 및 고각(elevation angle)(φ)을 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)는 로컬 수평선(162)과 같은 기준 평면 및 기준 벡터(164)와 같은 기준 벡터를 정의할 수 있다. 로컬 수평선(162)은, 디바이스(10)와 교차하고 디바이스(10)의 표면에 대해 정의되는 평면일 수 있다. 예를 들어, 로컬 수평선(162)은 디바이스(10)의 디스플레이(14)에 평행하거나 그와 동일 평면 상에 있는 평면일 수 있다. 기준 벡터(164)(때때로 "북쪽" 방향으로 지칭됨)는 로컬 수평선(162) 내의 벡터일 수 있다. 원하는 경우, 기준 벡터(164)는 디바이스(10)의 종축(102)(예를 들어, 디바이스(10)의 중심 아래로 길이 방향으로 이어지는 축)과 정렬될 수 있다. 기준 벡터(164)가 디바이스(10)의 종축(102)과 정렬될 때, 기준 벡터(164)는 디바이스(10)가 포인팅되고 있는 방향에 대응할 수 있다.
방위각(θ) 및 고각(φ)은 로컬 수평선(162) 및 기준 벡터(164)에 대해 측정될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 노드(78-2)의 고각(φ)(때때로 고도로 지칭됨)은 노드(78-2)와 디바이스(10)의 로컬 수평선(162) 사이의 각도(예를 들어, 디바이스(10)와 노드(78-2) 사이에서 연장되는 벡터(166)와, 디바이스(10)와 수평선(162) 사이에서 연장되는 동일 평면 벡터(168) 사이의 각도)이다. 노드(78-2)의 방위각(θ)은 로컬 수평선(162) 주위의 노드(78-2)의 각도(예를 들어, 기준 벡터(164)와 벡터(168) 사이의 각도)이다.
도 9의 예에서, 노드(78-1)가 디바이스(10)의 가시선에 위치되기 때문에(예를 들어, 노드(78-1)는 기준 벡터(164) 및 수평 평면(162)과 교차함), 노드(78-1)의 방위각 및 고각은 둘 다 0°이다. 반면에, 노드(78-2)의 방위각(θ) 및 고각(φ)은 0°보다 크다. 제어 회로부(22)는 적절한 액션을 트리거하기 위해 근처의 노드가 디바이스(10)의 가시선에 충분히 가까운지 여부를 결정하도록 임계 방위각 및/또는 임계 고각을 사용할 수 있다. 도 10 내지 도 16과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 제어 회로부(22)는 노드들(78-1, 78-2)과 같은 근처의 노드들의 방위각(θ) 및 고각(φ)을 결정하기 위해 도래각 안테나 측정들을 모션 센서 데이터와 조합할 수 있다.
제어 회로부(22)는 또한 디바이스(10)에 대한 근처의 노드들(78)의 근접도를 결정할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제어 회로부(22)는 노드(78-1)가 디바이스(10)로부터 거리(D1)이고 노드(78-2)가 디바이스(10)로부터 거리(D2)라고 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)는 도 8과 관련하여 설명된 유형의 방법들을 사용하여 근접 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 무선 통신 신호들(예를 들어, 도 7의 신호들(58))을 사용하여, 거리 센서들(예를 들어, 적외선 근접 센서들, 구조화된 광 깊이 센서들, 입체 센서들, 또는 다른 거리 센서들)을 사용하여, 모션 센서들(32)로부터의 모션 센서 데이터(예를 들어, 가속도계, 자이로스코프, 나침반, 또는 다른 적합한 모션 센서로부터의 데이터)를 사용하여, 카메라(30)로부터의 이미지 데이터를 사용하여 그리고/또는 디바이스(10) 내의 다른 회로부를 사용하여 근접도를 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)는 적절한 액션을 트리거하기 위해 근처의 노드가 디바이스(10)에 충분히 가까운지 여부를 결정하도록 임계 거리를 사용할 수 있다.
원하는 경우, 종축(102) 이외의 다른 축들이 기준 벡터(164)로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 기준 벡터(164)로서 종축(102)에 수직인 수평축을 사용할 수 있다. 이는 노드들(78)이 디바이스(10)의 측면 부분 옆에 위치될 때(예를 들어, 디바이스(10)가 노드들(78) 중 하나와 나란히 배향될 때)를 결정하는 데 유용할 수 있다.
노드들(78-1, 78-2)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정한 이후, 제어 회로부(22)는 적합한 액션을 취할 수 있다. 예를 들어, 노드(78-1)가 디바이스(10)의 가시선에 있고 그리고/또는 디바이스(10)의 주어진 범위 내에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 제어 회로부(22)는 노드(78-1)에 정보를 전송할 수 있고, 78-1로부터 정보를 요청 및/또는 수신할 수 있고, 노드(78-1)와의 무선 페어링의 시각적 표시를 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)를 사용할 수 있고, 노드(78-1)와의 무선 페어링의 오디오 표시를 생성하기 위해 스피커들(34)을 사용할 수 있고, 노드(78-1)와의 무선 페어링을 표시하는 햅틱 출력을 생성하기 위해 진동기, 햅틱 액추에이터, 또는 다른 기계적 요소를 사용할 수 있으며, 그리고/또는 다른 적합한 액션을 취할 수 있다.
노드(78-2)가 디바이스(10)에 대해 방위각(θ), 고각(φ), 및 거리(D2)에 위치된다고 결정하는 것에 응답하여, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)에 대한 노드(78-2)의 위치의 시각적 표시를 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)를 사용할 수 있고, 노드(78-2)의 위치의 오디오 표시를 생성하기 위해 스피커들(34)을 사용할 수 있고, 노드(78-2)의 위치를 표시하는 햅틱 출력을 생성하기 위해 진동기, 햅틱 액추에이터, 또는 다른 기계적 요소를 사용할 수 있으며, 그리고/또는 다른 적합한 액션을 취할 수 있다.
도 10은 노드들(78)에 대한 디바이스(10)의 배향을 결정하기 위해 도래각 측정 기법들이 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내는 개략도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(10)는 개개의 송신 라인들(70)(예를 들어, 제1 송신 라인(70-1) 및 제2 송신 라인(70-2))에 의해 송수신기 회로부(76)에 커플링된 다수의 안테나들(예를 들어, 제1 안테나(48-1) 및 제2 안테나(48-2))을 포함할 수 있다. 안테나들(48-1, 48-2)은 각각 노드(78)로부터 무선 신호(58)를 수신할 수 있다. 안테나들(48-1, 48-2)은 거리(d1)만큼 측방향으로 분리될 수 있으며, 여기서 안테나(48-1)는 (도 10의 예에서) 48-2보다 노드(78)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 따라서, 무선 통신 신호(58)는 48-2보다 안테나(48-1)에 도달하기 위해 더 큰 거리를 이동한다. 노드(78)와 안테나(48-1) 사이의 부가적인 거리는 도 10에서 거리(d2)로 도시된다. 도 10은 또한 각도들(x, y)(여기서 x + y = 90°임)을 도시한다.
거리(d2)는 각도(y) 또는 각도(x)의 함수로서 결정될 수 있다(예를 들어, d2 = d1sin(x) 또는 d2 = d1cos(y)). 거리(d2)는 또한 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호와 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상 차이의 함수로서 결정될 수 있다(예를 들어, d2 = (Δφλ)/(2π)이며, 여기서 Δφ는 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호와 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상 차이이고, λ는 수신된 신호(58)의 파장임). 전자 디바이스(10)는 수신된 신호들의 위상을 측정하고 위상들의 차이(Δφ)를 식별하기 위해 각각의 안테나에 커플링된 위상 측정 회로부를 가질 수 있다. d2에 대한 2개의 수학식들은 서로 동일하게 설정될 수 있고(예를 들어, d1sin(x) = (Δφλ)/(2π)) 각도(x)에 대해 풀기 위해 재배열될 수 있거나(예를 들어, x = sin-1((Δφλ)/(2πd1)), 또는 각도(y)에 대해 풀기 위해 재배열될 수 있다. 이와 같이, 도래각은 안테나들(48-1, 48-2) 사이의 알려진(미리 결정된) 거리, 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호와 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호 사이의 검출된(측정된) 위상 차이, 및 수신된 신호들(58)의 알려진 파장 또는 주파수에 기초하여 (예를 들어, 제어 회로부(22)에 의해) 결정될 수 있다.
거리(d1)는 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호와 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호 사이의 위상 차이에 대한 계산을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, d1은 (예를 들어, 다수의 위상 차이 솔루션들을 피하기 위해) 수신된 신호(58)의 파장(예를 들어, 유효 파장)의 1/2 이하일 수 있다.
일부 안테나 배열들은 모호성 없이 신호들(58)의 "완전한" 도래각을 해결하기에 충분할 수 있다. 완전한 도래각(때때로 도착 방향으로 지칭됨)은 (도 9에 도시된 바와 같이) 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 방위각(θ) 및 고각(φ)을 포함한다.
3차원 배열로 위치된 (예를 들어, 다수의 평면들에 걸쳐 있는) 안테나들은 모호성 없이 신호들(58)의 완전한 도래각을 결정하기에 충분할 수 있다. 그러나, 베이스라인 벡터들(즉, 안테나들의 개개의 쌍들 사이에서 연장되는 벡터들)이 모두 하나의 평면에 위치될 때, 신호들(58)의 정확한 방위각(θ) 및/또는 정확한 고각(φ)에 대한 일부 모호성이 있을 수 있다. 도 10의 2-안테나 배열에서, 예를 들어, 정확하고 모호하지 않은 방위각(θ)을 산출하는 하나의 베이스라인 벡터(82)만이 있지만, 고각(φ)을 결정하기에 충분한 정보를 제공하지 않을 수 있다. 따라서, 상이한 고각을 갖는 노드(78')는 그럼에도 불구하고, 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호와 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호 사이의 동일한 위상 차이(Δφ)를 갖는 신호들(58')을 신호들(58)로서 생성할 수 있다. 다시 말하면, 상이한 도착 방향들은 동일한 위상 차이를 초래할 수 있다. 이는 도래각 솔루션에서 모호성을 유발한다. 다른 정보가 없다면, 제어 회로부(22)는 신호들(58)의 방위각(θ)을 결정할 수 있을 수 있지만, 신호들(58)의 고각(φ)을 결정할 수 없을 수 있다. 3개 이상의 동일 평면 안테나들을 갖는 시스템들은, 베이스라인 벡터들이 동일한 평면에 여전히 위치될 것이기 때문에, 도래각에서 전부는 아니지만 일부 모호성들을 해결할 것이다.
완전한 도래각에서 모호성들을 해결하는 것을 돕기 위해, 제어 회로부(22)는 모션 센서 회로부(32)를 사용하여 수집된 모션 데이터와 안테나 신호들을 조합할 수 있다. 특히, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)가 다수의 상이한 위치들에 있는 동안 도래각 측정들(예를 들어, 방위각(θ) 및/또는 고각(φ)의 측정들)을 획득할 수 있다. 각각의 위치에서, 안테나들(48)은 노드(78)로부터 신호들(58)을 수신할 수 있고, 제어 회로부(22)는 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호들과 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호들 사이의 위상 차이에 기초하여 가능한 도래각 솔루션들을 결정할 수 있다. 모션 센서 회로부(32)는 디바이스(10)가 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동됨에 따라 디바이스(10)의 이동을 추적할 수 있다. 모션 센서 회로부(32)로부터의 모션 데이터를 사용하여, 제어 회로부(22)는 도래각 솔루션들의 각각의 세트를 상이한 베이스라인 벡터(82)와 연관시킬 수 있다. 베이스라인 벡터들은 다수의 평면들에 걸쳐 있을 수 있으며, 따라서, 디바이스(10)가 마치 다중-평면 안테나 배열을 갖는 것처럼, 제어 회로부(22)가 정확한 도래각을 결정하기에 충분한 정보를 제공할 수 있다.
수평 좌표계를 사용하고 방위각 및 고각을 갖는 완전한 도래각을 표현하는 것이 단지 예시적일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 원하는 경우, 직교 좌표계가 사용될 수 있으며, 도래각은 x, y 및 z 좌표들을 사용하여 표현되는 단위 방향 벡터를 사용하여 표현될 수 있다. 다른 좌표계들이 또한 사용될 수 있다. 수평 좌표계는 때때로 예시적인 예로서 본 명세서에서 설명된다.
도 11, 도 12 및 도 13은, 제어 회로부(22)가 모션 데이터 및 안테나 신호들을 사용하여 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 정확한 위치(예를 들어, 완전한 도래각 솔루션)를 어떻게 결정할 수 있는지의 일 예를 예시한다. 모션 센서 회로부(32)는 디바이스(10)가 제1 위치(도 11)로부터 제2 위치(도 12)로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집할 수 있다. 디바이스(10)의 이동은 모션 생성 회로부(28)를 사용하여 달성될 수 있거나 모션 생성 회로부(28) 없이 달성될 수 있다(예를 들어, 모션은 디바이스(10)의 사용자의 자발적인 이동에 기인할 수 있거나, 디바이스(10)로부터의 프롬프트에 후속하는 디바이스(10)의 사용자의 이동에 기인할 수 있음).
도 11의 제1 위치에서, 노드(78)는 디바이스(10)에 대한 방위각(θ1) 및 고각(φ1)을 갖는다. 디바이스(10)가 도 11의 제1 위치에 있는 동안, 안테나들(48)(도 10)은 노드(78)로부터 신호들을 수신할 수 있고, 제어 회로부(22)는 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호들과 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호들 사이의 측정된 위상 차이에 기초하여 가능한 도래각 솔루션들의 제1 세트를 결정할 수 있다. 제어 회로부(22)가 이러한 지점에서는 도 11의 제1 위치에서의 안테나(48)로부터의 위상 차이 정보만을 갖기 때문에, 가능한 도래각 솔루션들의 제1 세트는 방위각(예를 들어, θ1)을 포함할 수 있지만, 고각은 알려지지 않은 상태로 유지될 수 있다.
이어서, 디바이스(10)는 도 12의 제2 위치로 틸팅되며, 여기서 노드(78)는 디바이스(10)에 대해 방위각(θ2) 및 고각(φ2)을 갖는다. 디바이스(10)가 도 12의 제2 위치에 있는 동안, 안테나들(48)은 노드(78)로부터 신호들을 수신할 수 있고, 제어 회로부(22)는 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호들과 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호들 사이의 측정된 위상 차이에 기초하여 가능한 도래각 솔루션들의 제2 세트를 결정할 수 있다. 도 11의 배열에서와 같이, 제어 회로부(22)는 도 12의 제2 위치에서 측정된 위상 차이를 사용하여 방위각(예를 들어, θ2)을 결정할 수 있다. 그러나, 제어 회로부(22)는 또한 안테나들(48)이 제1 위치에 있었던 동안 측정된 위상 차이를 알고 있다. 따라서, 안테나들(48)의 이동을 추적하기 위해 모션 센서 회로부(32)를 사용하여, 제어 회로부는 방위각 및 고각을 포함하는 단일의 완전한 도래각 솔루션을 획득하기 위해 제1 및 제2 위치들로부터의 위상 차이 정보를 모션 데이터와 조합할 수 있다.
도 13은 디바이스(10)가 도 11의 제1 위치로부터 도 12의 제2 위치로 이동됨에 따라 안테나들(48)의 위치들이 어떻게 변화될 수 있는지를 예시하는 그래프이다. 디바이스(10)가 도 11의 제1 위치에 있을 때, 안테나들(48-1, 48-2)은 각각 좌표들 (x1, y1, z1) 및 (x2, y2, z2)를 가질 수 있다. 이러한 제1 위치에서, 안테나들(48-1, 48-2) 사이에서 연장되는 벡터(84)는 도 10의 베이스라인 벡터(82)로서 기능할 수 있다. 디바이스(10)가 도 12의 제2 위치로 이동될 때, 안테나들(48-1, 48-2)은 각각 좌표들 (x3, y3, z3) 및 (x4, y4, z4)를 가질 수 있다. 이러한 제2 위치에서, 벡터(86)는 도 10의 베이스라인 벡터(82)로서 기능할 수 있다. 모션 센서 회로부(32)로부터의 모션 데이터를 사용하여, 제어 회로부(22)는 또한 제2 위치에서의 안테나들(48)의 위치들에 대한 제1 위치에서의 안테나들(48)의 위치들을 결정할 수 있다. 제1 및 제2 위치들에서의 위상 측정들 사이의 위상 간섭성(coherency)을 가정하면, 이는 부가적인 베이스라인 벡터들(예를 들어, 도 10의 베이스라인 벡터(82)와 유사함)로서 기능할 수 있는 부가적인 벡터들(88, 90, 92, 94)을 제공한다. 이들 베이스라인 벡터들이 3차원 공간에 걸쳐 있기 때문에, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)가 다중-평면 안테나 어레이를 갖는 것처럼 완전한 도래각 솔루션을 결정할 수 있을 수 있다.
원하는 경우, 안테나 신호들 및 모션 데이터는 디바이스(10)가 2개 초과의 상이한 위치들(예를 들어, 3개의 상이한 위치들, 4개의 상이한 위치들, 5개의 상이한 위치들 등)로 이동됨에 따라 수집될 수 있으며, 도래각 솔루션들의 세트가 각각의 위치에서 수집된다. 디바이스(10)가 2개의 위치들로만 이동되는 도 11, 도 12 및 도 13의 예는 단지 예시적일 뿐이다.
일부 배열들에서, 도래각 측정 동작들 동안의 디바이스(10)의 모션은 디바이스(10) 자체에 의해 개시될 수 있다. 이러한 유형의 배열의 일 예가 도 14에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 디바이스(10)는 액추에이터(60)와 같은 하나 이상의 액추에이터들을 포함할 수 있는 이동 생성 회로부(28)를 포함한다. (측면들을 따라, 코너들 등에서) 디바이스(10)의 임의의 적합한 위치에 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 4개 초과의 액추에이터들(60)이 있을 수 있다. 도 14의 배열은 단지 예시적일 뿐이다. (예를 들어, 디바이스(10)에 대한 노드, 예컨대 노드(78)의 위치를 결정하기 위해) 도래각 정보를 획득하는 것이 요구될 때, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)의 하나 이상의 이동들을 개시하기 위해 제어 신호들을 이동 생성 회로부(28)에 발행할 수 있다. 이동은 x-축, y-축, 및/또는 z-축을 따른 선형 모션을 포함할 수 있거나, x-축, y-축, 및/또는 z-축을 중심으로 하는 회전 모션을 포함할 수 있거나, 또는 선형 및 회전 모션들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 배열들에서, 디바이스(10)의 모션은, 대신 디바이스(10)의 사용자의 이동에 의존함으로써 모션 생성 회로부(28) 없이 달성될 수 있다. 이는 디바이스(10)의 사용자의 자연스러운 자발적인 이동(예를 들어, 사용자가 디바이스(10)를 보유할 때 디바이스(10)의 약간의 또는 상당한 이동들)을 포함할 수 있거나, 이는 디바이스(10)로부터의 프롬프트에 후속하는 디바이스(10)의 사용자의 이동을 포함할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 디스플레이(14)는 디바이스(10)를 특정 방식으로 이동시키도록 사용자에게 지시하는(예를 들어, 디바이스(10)를 틸팅하거나, 회전시키거나, 흔들거나, 들어올리거나, 낮추거나, 또는 달리 이동시키도록 사용자에게 지시하는) 프롬프트(96)와 같은 프롬프트를 디스플레이할 수 있다. 이동은 x-축, y-축, 및/또는 z-축을 따른 선형 모션을 포함할 수 있거나, x-축, y-축, 및/또는 z-축을 중심으로 하는 회전 모션을 포함할 수 있거나, 또는 선형 및 회전 모션들의 조합을 포함할 수 있다. 프롬프트(96)는 도래각 측정 동작들 동안 변화될 수 있거나(예를 들어, 노드(78)로부터의 신호들(58)의 세트가 주어진 위치에서의 안테나들(48)에 의해 수신된 이후 변화될 수 있거나), 프롬프트(96)는 프로세스 전체에 걸쳐 동일하게 유지될 수 있다. 프롬프트(96)는 단어들, 심볼들(예를 들어, 화살표들, 형상들, 그래픽들 등), 또는 다른 정보를 포함할 수 있다. 프롬프트(96)를 제공하기 위한 디스플레이(14)의 사용은 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 도 15의 시각적 프롬프트(96)는 오디오 출력, 햅틱 출력, 또는 다른 적합한 출력과 같은 상이한 유형의 프롬프트에 의해 대체되거나 증강될 수 있다.
도 16은 도 7 내지 도 12의 노드(78)와 같은 노드로부터의 신호들의 완전한 도래각을 결정하는 데 수반되는 예시적인 단계들의 흐름도이다.
단계(200)에서, 디바이스(10)의 안테나들(48)은 노드(78)로부터 무선 신호들(예를 들어, 도 10의 신호들(58))을 수신할 수 있다. 신호들은 60 ㎓의 신호들과 같은 밀리미터파 통신 신호들, 초광대역 무선 주파수 신호들, 및/또는 다른 무선 주파수 무선 신호들을 포함할 수 있다.
단계(200)에 후속하여, 사용자는 (라인(202)에 의해 표시된 바와 같이) 디바이스(10)를 자발적으로 이동시킬 수 있거나, 사용자는 프롬프트에 후속하여 디바이스(10)를 이동시킬 수 있거나(단계(204)), 또는 디바이스(10)는 이동 생성 회로부(28)를 사용하여 그 자신을 이동시킬 수 있다(단계(206)).
디바이스(10)가 라인(202)에 의해 표시된 바와 같이 사용자에 의해 자연스럽고 자발적으로 이동되는 배열들에서, 이동은 디바이스(10)의 약간의 또는 상당한 이동(예를 들어, 선형 이동, 회전 이동, 또는 디바이스(10)의 선형 및 회전 이동의 조합)을 포함할 수 있다.
사용자가 디바이스(10)를 이동시키도록 프롬프트받은 배열들에서, 동작들은 단계(200)로부터 단계(204)로 진행할 수 있다. 단계(204)는 디바이스(10)를 특정 방식으로 이동시키도록 사용자에게 지시하는 프롬프트를 사용자에게 제시하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(14)는 (예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이) 디바이스(10)를 원하는 방식으로 이동시키기 위한 명령어들을 제시할 수 있고, 그리고/또는 스피커 또는 햅틱 출력 디바이스와 같은 다른 출력 디바이스는 디바이스(10)를 이동시키도록 사용자에게 지시하기 위해 사용될 수 있다. 이동은 약간 또는 상당할 수 있고, 선형 모션 및 회전 모션의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 디스플레이(14) 상의 명령어들은 로컬화된 햅틱 출력(예를 들어, 디바이스(10)를 우측 또는 좌측으로 틸팅하거나 이동시키도록 사용자에게 지시하는 것을 돕기 위한 디바이스(10)의 우측 또는 좌측 상에서의 진동)과 조합될 수 있다.
디바이스(10)가 그 자신을 이동시키는 배열들에서, 동작들은 단계(200)로부터 단계(206)로 진행할 수 있다. 단계(206)에서, 이동 생성 회로부(28)는 (예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이) 디바이스(10)를 특정 방식으로 이동시키기 위해 액추에이터들(60)을 사용할 수 있다. 이동은 약간 또는 상당할 수 있고, 선형 모션 및 회전 모션의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
단계(208)에서, 모션 센서 회로부(32)는 디바이스(10)가 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집할 수 있다. 이는 하나 이상의 가속도계들을 이용하여 가속도계 측정들, 하나 이상의 자이로스코프들을 이용하여 자이로스코프 측정들, 하나 이상의 나침반들로부터의 나침반 정보, 및/또는 다른 모션 센서들로부터의 다른 모션 데이터를 수집하는 것을 포함할 수 있다. 모션 센서 데이터는 안테나 측정들 사이의 시간 기간에서 수집될 수 있고 그리고/또는 안테나 측정들이 행해지고 있는 것과 동시에 수집될 수 있다.
단계(210)에서, 디바이스(10)의 안테나들(48)은 노드(78)로부터 부가적인 신호들을 수신할 수 있다. 단계(210)에서의 안테나들(48) 중 하나 이상의 안테나들의 위치는 단계(200)의 위치와 상이할 수 있다. 이는 도래각을 계산하기 위한 부가적인 베이스라인 벡터들을 제공한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 안테나들(48)의 상이한 위치들은, 디바이스(10)가 단계(200)의 위치로부터 단계(210)의 위치로 이동됨에 따라, 3차원 공간에 걸쳐 있는 베이스라인 벡터들을 제어 회로부(22)에 제공한다.
원하는 경우, 부가적인 안테나 측정들 및 모션 데이터가 수집될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱은 (라인(214)에 의해 표시된 바와 같이) 단계(210)에서 안테나 신호들을 수신한 이후 그리고/또는 (라인(216)에 의해 표시된 바와 같이) 주어진 세트의 안테나 신호들 및 모션 데이터를 프로세싱한 이후 단계(200)로 되돌아갈 수 있어서, 디바이스(10)가 부가적인 위치들에 있는 동안 부가적인 안테나 측정들이 수집될 수 있다.
단계(212)에서, 제어 회로부(22)는, 신호들(58)의 완전한 도래각을 결정하고 그에 의해 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 위치를 결정하기 위해 단계(208)에서 수집된 모션 데이터와 함께 단계(200, 212)에서 수집된 안테나 신호들을 프로세싱할 수 있다. 도 9와 관련하여 논의된 바와 같이, 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 위치는 디바이스(10)와 연관된 기준 평면 및/또는 기준 벡터(로컬 수평선(162) 및 기준 벡터(164))에 대해 정의될 수 있다. 디바이스(10)가 도래각 측정 동작들 동안 상이한 위치들 사이에서 이동되고 있으므로, 디바이스(10)와 연관된 기준 평면 및 기준 벡터는 또한 도래각 측정 동작들 동안 이동되고 있다. 원하는 경우, 단계(212)에서 결정된 최종 도래각은 디바이스(10)의 원래 위치(예를 들어, 단계(200)의 위치), 디바이스(10)의 가장 최근의 위치(예를 들어, 단계(210)의 위치), 또는 디바이스(10)의 일부 다른 위치(예를 들어, 디바이스(10)의 평균 위치, 디바이스(10)의 중간 위치 등)와 연관된 기준 평면 및 기준 벡터에 대해 정의될 수 있다.
하나의 적합한 배열에서, 단계(212)는 배치 필터를 사용하여, 주어진 시간 프레임에서 취해진 모션 데이터 및 도래각 측정들 모두를 함께 프로세싱하는 것을 포함할 수 있다. 이는 그 시간 프레임 동안 단일 도래각 벡터(방위각(θ) 및 고각(φ)을 포함함)를 생성할 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 단계(212)는 (예를 들어, 연장된 칼만 필터(extended Kalman filter), 가우스 혼합 필터, 또는 다른 적합한 필터를 사용하여) 모션 데이터 및 도래각 측정들을 순차적으로 프로세싱하는 것을 포함할 수 있다. 모션 센서 데이터는 도래각 측정들의 하나의 세트를 도래각 측정들의 다음 세트와 상관시키는 데 사용되어, 순차적인 측정들 사이에서 정확한 도래각 솔루션을 전파시킬 수 있다. 그러나, 이들 예들은 단지 예시적일 뿐이다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 최소 제곱 추정 기법들, 파티클 필터링(particle filtering) 기법들, 언센티드 칼만 필터링(unscented Kalman filtering) 기법들, 칼만 평활화 기법들, 다른 칼만 필터링 기법들, 선형 회귀 기법들, 또는 다른 적합한 필터링 기법들과 같은 다른 방법들을 사용할 수 있다.
연장된 칼만 필터 접근법에서, 단일 도래각은 디바이스(10)의 각각의 상이한 위치에서의 측정들의 각각의 세트를 이용하여 결정되며, 새로운 측정들이 상이한 위치들에서 취해짐에 따라 보정된다. 고각이 초기에 알려지지 않으므로, 필터는 0 도 또는 다른 적합한 각도와 같은 임의적인 고각으로 초기화될 수 있다. 예를 들어, 도 11의 제1 위치에서, 방위각(θ1)은 안테나(48-1)에 의해 수신된 신호들과 안테나(48-2)에 의해 수신된 신호들 사이의 측정된 위상 차이를 사용하여 결정될 수 있다. 고각(φ1)이 알려져 있지 않으므로, 제어 회로부(22)는 0 도와 같은 임의적인 고각을 선택할 수 있다. 측정들의 각각의 후속 세트를 이용하여, 제어 회로부(22)는 정확하고 완전한 도래각이 획득될 때까지 고각(및 필요한 경우 방위각)을 보정할 수 있다.
가우스 혼합 필터 접근법에서, 필터는 초기 도래각 모호성의 모든 가능성들을 커버하기 위해 상이한 고각들을 갖는 "파티클들"(즉, 가능한 솔루션들)로 초기화될 수 있다. 이러한 구현예에 대한 상태 벡터는 방위각(θ) 및 고각(φ)을 사용하여 표현될 수 있다. 예상된 측정들과 정합되지 않는 고도들을 갖는 실현가능하지 않은 파티클들은 단일의 정확한 도래각 측정이 결정될 때까지 모션 데이터를 사용하여 제거된다.
원하는 경우, 단계(212)는 부정확하거나 부적절한 도래각 솔루션들을 필터링하기 위해, 저장된 플랫폼 모션 조건들을 참고하는 것을 포함할 수 있다. 특히, 제어 회로부(22)는 소정의 사용 경우들에 소정의 가정들을 부과할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)가 고정 위치에 있으면(예를 들어, 벽에 장착되거나 또는 달리 정지 위치에 있으면), 제어 회로부(22)는 일정 범위의 고각들을 제거할 수 있거나, 고각이 미리 결정된 범위 내에 있다고 가정할 수 있다. 다른 예로서, 제어 회로부(22)는 안테나들의 단지 하나의 측면만으로부터 도착하는 각도들이 유효하다는 가정을 부과할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10) 뒤의 노드들로부터 도착하는 신호들은 무시될 수 있는 반면, 디바이스(10)의 전방으로부터 도착하는 신호들은 허용가능 범위 내에 있을 수 있다. 다른 적합한 배열에서, 디바이스(10)는 다수의 쌍들의 안테나들(48)을 가질 수 있고, 제어 회로부(22)는, 노드(78)가 디바이스(10)에 대해 위치되는 구역에 기초하여 도래각 측정들을 위해 어느 쌍이 사용될지를 선택할 수 있다.
노드(78)로부터의 신호들의 도래각을 결정할 시에, 디바이스(10)는 적합한 액션을 취할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(22)는 (예를 들어, 노드(78)가 디바이스(10)의 우측 또는 좌측에, 디바이스(10) 전방에, 또는 디바이스(10) 뒤에 있을 것을 제안하는 아이콘을 디스플레이(14) 상의 위치 상에 디스플레이함으로써) 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 위치에 관한 정보를 디스플레이하기 위해 디스플레이(14)를 사용할 수 있다. 도래각이 주어진 범위의 각도들 내에 있으면, 제어 회로부(22)는 디바이스(10)가 노드(78)를 향해 의도적으로 포인팅되고 있다고 결정할 수 있으며, 따라서 사용자는 노드(78)와 정보를 공유하고(예를 들어, 노드(78)에 정보를 전송하거나 노드(78)로부터 정보를 수신하고) 싶어할 것임을 제안한다. 이러한 유형의 시나리오에서, 제어 회로부(22)는 노드와 정보를 공유하기 위한 옵션을 사용자에게 제시할 수 있거나, 또는 제어 회로부(22)는 노드(78)와 정보를 자동으로 공유할 수 있다. 사용자는 디바이스(10)에 입력(예를 들어, 디스플레이(14) 상의 터치 입력, 모션 센서 회로부(32)에 의해 검출된 모션 입력, 디바이스(10) 상의 마이크로폰에 의해 검출된 음성 입력, 또는 다른 적합한 사용자 입력)을 제공함으로써 자신이 정보를 공유하기를 원한다는 것을 확인할 수 있다.
일부 배열들에서, 디바이스(10)는 도래각을 측정하기 위한 2개 초과의 안테나들(48)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10)는 노드(78)로부터 초광대역 신호들, 밀리미터파 신호들, 또는 다른 신호들을 수신하기 위한 3개, 4개, 5개, 또는 5개 초과의 안테나들(48)을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 배열에서, 도착 측정 측정이 모호하지 않고, 디바이스(10)에 대한 노드(78)의 위치를 결정하기 위해 모션 센서 데이터가 필요하지 않은 일부 시나리오들이 있을 수 있다. 다른 시나리오들에서, 방위각(θ) 및/또는 고각(φ)에서 일부 모호성이 여전히 있을 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 3개 이상의 안테나들(48)을 사용하여 가능한 도착 방향들의 세트(예를 들어, 방위각 및 고각의 다수의 세트들)를 수집할 수 있다. 제어 회로부(22)는 확률 값을 각각의 가능한 도래각(예를 들어, 각각의 방위각 및 고각 쌍)에 할당할 수 있다. 이어서, 제어 회로부(22)는 그의 확률 값에 기초하여 도래각을 선택할 수 있다. 원하는 경우, 제어 회로부(22)는 도 16의 단계(212)와 관련하여 논의된 바와 같이 모션 센서 데이터를 사용하여 도래각의 모호성을 해결할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 부가적인 전자 디바이스로부터 신호들을 수신하도록 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나 - 신호들은, 전자 디바이스가 제1 위치에 있는 동안 수신된 신호들의 제1 세트, 및 전자 디바이스가 제2 위치에 있는 동안 수신된 신호들의 제2 세트를 포함함 -, 전자 디바이스가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집하는 모션 센서 회로부, 신호들의 제1 세트, 신호들의 제2 세트, 및 모션 데이터에 기초하여 신호들의 도래각을 결정하는 제어 회로부를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 모션 센서 회로부는 가속도계, 자이로스코프, 나침반, 및 기압계로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 모션 센서를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 안테나 및 제2 안테나는 IEEE 802.15.4 초광대역 신호들에 대해 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 안테나 및 제2 안테나는 밀리미터파 신호들에 대해 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 전자 디바이스가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 동안 부가적인 전자 디바이스로부터 신호들의 제1 세트 및 신호들의 제2 세트를 수신하도록 구성된 제3 안테나를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 제1 안테나, 제2 안테나 및 제3 안테나를 사용하여 다수의 도래각 솔루션들을 결정하고, 각각의 도래각 솔루션에 확률을 할당하며, 각각의 도래각 솔루션의 확률에 기초하여 도래각을 결정한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 신호들의 제1 세트와 연관된 제1 위상 차이 및 신호들의 제2 세트와 연관된 제2 위상 차이를 결정한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 제1 위상 차이 및 제2 위상 차이에 기초하여 도래각을 결정한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 디바이스를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 사용자에게 지시하는 이미지를 디스플레이하는 디스플레이를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 디바이스를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 액추에이터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 도래각은 방위각 및 고각을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 배치 필터, 연장된 칼만 필터, 가우스 혼합 필터, 언센티드 칼만 필터, 칼만 평활화기, 파티클 필터, 및 최소 제곱 추정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기법을 사용하여 도래각을 결정한다.
일 실시예에 따르면, 제1 전자 디바이스에 의해 제2 전자 디바이스로부터 수신된 신호들의 도래각을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 신호들은 신호들의 제1 세트 및 신호들의 제2 세트를 포함하고, 제1 전자 디바이스는 제1 안테나 및 제2 안테나, 모션 센서 회로부, 및 제어 회로부를 포함하고, 방법은, 제1 전자 디바이스가 제1 위치에 있는 동안, 제1 안테나 및 제2 안테나를 이용하여 신호들의 제1 세트를 수신하는 단계, 제1 전자 디바이스가 제2 위치에 있는 동안, 제1 안테나 및 제2 안테나를 이용하여 신호들의 제2 세트를 수신하는 단계, 모션 센서 회로부를 이용하여, 제1 전자 디바이스가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집하는 단계, 및 제어 회로부를 이용하여, 신호들의 제1 세트, 신호들의 제2 세트, 및 모션 데이터에 기초하여 신호들의 도래각을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 제3 안테나를 포함하며,
방법은, 제3 안테나를 이용하여 신호들의 제1 세트를 수신하는 단계; 및 제3 안테나를 이용하여 신호들의 제2 세트를 수신하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 방위각 및 고각을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 신호들의 제1 세트와 연관된 제1 위상 차이 및 신호들의 제2 세트와 연관된 제2 위상 차이를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 도래각을 결정하는 단계는 제1 위상 차이 및 제2 위상 차이에 기초하여 도래각을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 도래각을 결정하는 단계는 필터를 사용하여 도래각을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 필터는 배치 필터, 연장된 칼만 필터, 가우스 혼합 필터, 언센티드 칼만 필터, 칼만 평활화기, 파티클 필터, 및 최소 제곱 추정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
일 실시예에 따르면, 제1 위치로부터 제2 위치로의 전자 디바이스의 이동을 야기하는 액추에이터, 전자 디바이스가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 동안 신호들을 수신하는 안테나들, 및 신호들의 도래각을 결정하는 제어 회로부를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 전자기기는 전자 디바이스가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집하는 모션 센서 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 모션 데이터에 기초하여 도래각을 결정한다.
다른 실시예에 따르면, 안테나들은 IEEE 802.15.4 초광대역 신호들을 수신하도록 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함한다.
전술한 것은 단지 예시적일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
Claims (23)
- 전자 디바이스로서,
제2 전자 디바이스로부터 신호들을 수신하도록 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나 - 상기 신호들은, 상기 전자 디바이스가 제1 위치에 있는 동안 수신된 신호들의 제1 세트, 및 상기 전자 디바이스가 제2 위치에 있는 동안 수신된 신호들의 제2 세트를 포함함 -;
액추에이터;
상기 제1 위치에서 상기 신호들의 제1 세트를 수신한 것에 응답하여, 상기 전자 디바이스를 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동시키기 위해 상기 액추에이터로 제어 신호들을 전송하는 제어 회로부; 및
상기 액추에이터가 상기 전자 디바이스를 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동시킴에 따라 모션 데이터를 수집하는 모션 센서 회로부를 포함하고,
상기 제어 회로부는 상기 신호들의 제1 세트, 상기 신호들의 제2 세트, 및 상기 모션 데이터에 기초하여 상기 신호들의 도래각을 결정하는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 모션 센서 회로부는 가속도계, 자이로스코프, 나침반, 및 기압계로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 모션 센서를 포함하는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 IEEE 802.15.4 초광대역 신호들에 대해 구성되는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 밀리미터파 신호들에 대해 구성되는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 전자 디바이스가 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 있는 동안 상기 제2 전자 디바이스로부터 상기 신호들의 제1 세트 및 상기 신호들의 제2 세트를 수신하도록 구성된 제3 안테나를 더 포함하는, 전자 디바이스. - 제5항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 제1 안테나, 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나를 사용하여 다수의 도래각 솔루션들을 결정하고, 각각의 도래각 솔루션에 확률을 할당하며, 상기 각각의 도래각 솔루션의 확률에 기초하여 상기 도래각을 결정하는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 신호들의 제1 세트와 연관된 제1 위상 차이 및 상기 신호들의 제2 세트와 연관된 제2 위상 차이를 결정하는, 전자 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 제1 위상 차이 및 상기 제2 위상 차이에 기초하여 상기 도래각을 결정하는, 전자 디바이스. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도래각은 방위각 및 고각(elevation angle)을 포함하는, 전자 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제어 회로부는 배치 필터(batch filter), 연장된 칼만 필터(extended Kalman filter), 가우스 혼합 필터, 언센티드 칼만 필터(unscented Kalman filter), 칼만 평활화기, 파티클 필터(particle filter), 및 최소 제곱 추정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기법을 사용하여 상기 도래각을 결정하는, 전자 디바이스. - 제1 전자 디바이스에 의해 제2 전자 디바이스로부터 수신된 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 신호들은 신호들의 제1 세트 및 신호들의 제2 세트를 포함하고, 상기 제1 전자 디바이스는 제1 안테나 및 제2 안테나, 모션 센서 회로부, 액추에이터, 및 제어 회로부를 포함하며,
상기 방법은,
상기 제1 전자 디바이스가 제1 위치에 있는 동안, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 신호들의 제1 세트를 수신하는 단계;
상기 제어 회로부를 이용하여, 그리고 상기 제1 전자 디바이스가 상기 제1 위치에 있는 동안 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 신호들의 제1 세트를 수신하는 단계에 응답하여, 상기 제1 전자 디바이스를 상기 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기 위해 상기 액추에이터로 제어 신호들을 전송하는 단계;
상기 제1 전자 디바이스가 상기 제2 위치에 있는 동안, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 이용하여 상기 신호들의 제2 세트를 수신하는 단계;
상기 모션 센서 회로부를 이용하여, 상기 액추에이터가 상기 제1 전자 디바이스를 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동시킴에 따라 모션 데이터를 수집하는 단계; 및
상기 제어 회로부를 이용하여, 상기 신호들의 제1 세트, 상기 신호들의 제2 세트, 및 상기 모션 데이터에 기초하여 상기 신호들의 상기 도래각을 결정하는 단계를 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 전자 디바이스는 제3 안테나를 포함하며,
상기 방법은,
상기 제3 안테나를 이용하여 상기 신호들의 제1 세트를 수신하는 단계; 및
상기 제3 안테나를 이용하여 상기 신호들의 제2 세트를 수신하는 단계를 더 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 도래각을 결정하는 단계는 방위각 및 고각을 결정하는 단계를 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제13항에 있어서,
상기 신호들의 제1 세트와 연관된 제1 위상 차이 및 상기 신호들의 제2 세트와 연관된 제2 위상 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제16항에 있어서,
상기 도래각을 결정하는 단계는 상기 제1 위상 차이 및 상기 제2 위상 차이에 기초하여 상기 도래각을 결정하는 단계를 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제17항에 있어서,
상기 도래각을 결정하는 단계는 필터를 사용하여 상기 도래각을 결정하는 단계를 포함하는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 제18항에 있어서,
상기 필터는 배치 필터, 연장된 칼만 필터, 가우스 혼합 필터, 언센티드 칼만 필터, 칼만 평활화기, 파티클 필터, 및 최소 제곱 추정으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 신호들의 도래각을 결정하기 위한 방법. - 전자 디바이스로서,
상기 전자 디바이스가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 동안 신호들을 수신하는 안테나들;
액추에이터; 및
상기 제1 위치에서 상기 신호들을 수신한 것에 응답하여 상기 전자 디바이스를 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동시키기 위해 상기 액추에이터로 제어 신호들을 전송하고, 상기 신호들의 도래각을 결정하는 제어 회로부를 포함하는, 전자 디바이스. - 제20항에 있어서,
상기 전자 디바이스가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동됨에 따라 모션 데이터를 수집하는 모션 센서 회로부를 더 포함하는, 전자 디바이스. - 제21항에 있어서,
상기 제어 회로부는 상기 모션 데이터에 기초하여 상기 도래각을 결정하는, 전자 디바이스. - 제20항에 있어서,
상기 안테나들은 IEEE 802.15.4 초광대역 신호들을 수신하도록 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는, 전자 디바이스.
Applications Claiming Priority (5)
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