CN107209249A - 具有抵达角和离开角的ftm协议 - Google Patents

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Abstract

公开了可以执行发起方设备和响应方设备之间的测距操作的装置和方法。该发起方设备可以请求该响应方设备执行测距操作。该响应方设备可以向该发起方设备传送第一精细定时测量(FTM)帧，可以从该响应方设备接收确收(ACK)帧，以及可以向该发起方设备传送第二FTM帧。该第二FTM帧可以包括时间值和角度信息。该时间值可以指示该第一FTM帧的离开时间(TOD)和该ACK帧的抵达时间(TOA)之间的差。该角度信息可以指示该发起方设备相对于该响应方设备的方向。该发起方设备可以至少部分地基于所接收到的时间值和角度信息来确定其相对于响应方设备的位置。

Description

具有抵达角和离开角的FTM协议
技术领域
示例实施例一般涉及无线网络，且尤其涉及在无线设备之间执行的测距操作。
相关技术背景
近来无线局域网(WLAN)中接入点的激增已使得定位系统有可能使用这些接入点进行位置确定，尤其是在其中活跃Wi-Fi接入点大量集中的区域中(例如，城市中心、购物中心、办公建筑物、体育场馆等)。例如，无线设备(诸如蜂窝电话或平板计算机)可以使用与接入点(AP)交换的信号的往返时间(RTT)来确定无线设备和AP之间的距离。一旦确定了无线设备和具有已知位置的三个AP之间的距离，就可以使用三边测量技术来确定无线设备的位置。
在不牺牲准确性的情况下使用较少数目的其他设备作为参考点来确定无线设备的位置将是合乎期望的。
概述
提供本概述以便以简化形式介绍以下将在详细描述中进一步描述的概念选集。本概述并非旨在标识出要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，亦非旨在限定要求保护的主题内容的范围。
公开了可允许无线设备使用与一个其他设备的信号交换来确定其位置的装置和方法。对于一些实现，公开了一种方法，其中第一设备可以向第二设备传送第一精细定时测量(FTM)帧，可以从该第二设备接收确收(ACK)帧，以及可以向该第二设备传送第二FTM帧。该第二FTM帧可以包括时间值和角度信息。该时间值可以指示该第一FTM帧的离开时间(TOD)与该ACK帧的抵达时间(TOA)之差，而该角度信息可以指示该第二设备相对于该第一设备的方向。在一些方面，该角度信息可包括该第一FTM帧的离开角(AoD)和/或该ACK帧的抵达角(AoA)。该第二设备可以使用该时间值和角度信息来确定其相对于该第一设备的位置。
在另一示例中，公开了一种可以执行与第二设备的测距操作的第一设备。该第一设备可包括一个或多个处理器以及配置成存储指令的存储器。由该一个或多个处理器执行这些指令可使得该第一设备：向该第二设备传送第一FTM帧，从该第二设备接收ACK帧，以及向该第二设备传送第二FTM帧。该第二FTM帧可以包括时间值和角度信息。该时间值可以指示该第一FTM帧的TOD与该ACK帧的TOA之差，而该角度信息可以指示该第二设备相对于该第一设备的方向。在一些方面，该角度信息可包括该第一FTM帧的AoD和/或该ACK帧的AoA。该第二设备可以使用该时间值和角度信息来确定其相对于该第一设备的位置。
在另一示例中，公开了一种非瞬态计算机可读存储介质。该非瞬态计算机可读存储介质可以存储包含指令的一个或多个程序，当这些指令由第一设备的一个或多个处理器执行时，使得该第一设备通过执行数个操作来执行与第二设备的测距操作。这数个操作可包括向该第二设备传送第一FTM帧，从该第二设备接收ACK帧，以及向该第二设备传送第二FTM帧。该第二FTM帧可以包括时间值和角度信息。该时间值可以指示该第一FTM帧的TOD与该ACK帧的TOA之差，而该角度信息可以指示该第二设备相对于该第一设备的方向。在一些方面，该角度信息可包括该第一FTM帧的AoD和/或该ACK帧的AoA。该第二设备可以使用该时间值和角度信息来确定其相对于该第一设备的位置。
在另一示例中，公开了一种可以执行与第二设备的测距操作的第一设备。该第一设备可以包括用于向该第二设备传送第一FTM帧的装置，用于从该第二设备接收ACK帧的装置，以及用于向该第二设备传送第二FTM帧的装置。该第二FTM帧可以包括时间值和角度信息。该时间值可以指示该第一FTM帧的TOD与该ACK帧的TOA之差，而该角度信息可以指示该第二设备相对于该第一设备的方向。在一些方面，该角度信息可包括该第一FTM帧的AoD和/或该ACK帧的AoA。该第二设备可以使用该时间值和角度信息来确定其相对于该第一设备的位置。
附图简要说明
示例实施例是作为示例来解说的，且不旨在受附图中各图的限制。相似的附图标记贯穿附图和说明书指代相似的元素。
图1是其内可实现示例实施例的WLAN系统的框图。
图2是根据示例实施例的无线设备的框图。
图3示出了示例测距操作的信号图。
图4示出了另一示例测距操作的信号图。
图5A示出了根据示例实施例的测距操作的信号图。
图5B示出了根据示例实施例的描绘图5A的测距操作的序列图。
图6描绘了根据示例实施例的示例FTM帧。
图7A描绘了根据示例实施例的图6的FTM帧的示例抵达角字段。
图7B描绘了根据示例实施例的图6的FTM帧的示例离开角字段。
图8描绘了根据示例实施例的另一示例FTM帧。
图9描绘了根据示例实施例的图8的FTM帧的示例抵达角和离开角字段。
图10描绘了用于与示例实施例联用的坐标系。
图11示出了描绘根据示例实施例的示例测距操作的解说性流程图。
详细描述
仅出于简化起见，以下在由启用Wi-Fi的设备执行并在启用Wi-Fi的设备之间进行的测距操作的上下文中描述诸示例实施例。将理解，诸示例实施例等同地适用于使用其他各种无线标准或协议的信号来执行测距操作，以及等同地适用于在各种设备之间(例如，在STA和无线AP之间、在诸AP之间、在诸STA之间等等)执行测距操作。由此，虽然以下在WLAN系统的上下文中描述诸示例实施例，但是诸示例实施例等同地适用于其它无线网络(例如，蜂窝网络、微微网络、毫微微网络、卫星网络)，以及适用于使用一个或多个有线标准或协议(例如，以太网和/或HomePlug/PLC标准)的信号的系统。如本文所使用的，术语WLAN和Wi-Fi可包括由IEEE 802.11标准、蓝牙、HiperLAN(与IEEE 802.11标准相当的无线标准集，主要在欧洲使用)、以及具有相对较短无线电传播射程的其他技术来管控的通信。由此，术语“WLAN”和“Wi-Fi”在本文能被可互换地使用。
此外，尽管以下以包括一个或多个AP以及数个STA的基础设施WLAN系统的方式进行描述，但是这些示例实施例等同地适用于其他WLAN系统，包括例如多个WLAN、独立基本服务集(IBSS)系统、对等系统(例如，根据Wi-Fi直连协议操作)、和/或热点。另外，尽管本文以在无线设备之间交换数据帧的方式进行描述，但是这些示例实施例可应用于无线设备之间的任何数据单元、分组、帧和/或信号的交换。由此，术语“帧”可包括任何信号、帧、分组、或数据单元，诸如举例而言协议数据单元(PDU)、媒体接入控制(MAC)协议数据单元(MPDU)、以及物理层汇聚规程协议数据单元(PPDU)。术语“A-MPDU”可指聚集MPDU。如本文中所使用的，术语“时间值”可以指一个帧从给定设备的离开时间(TOD)和另一帧在该给定设备处的抵达时间(TOA)之间的时间差。进一步，术语“角度信息”可以指代指示一个设备相对于另一设备的方向的信息和/或指代从中可以推导出一个设备相对于另一设备的方向的信息。
本文所使用的术语仅出于描述特定方面的目的，而并不旨在限定这些方面。如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其群组的存在或添加。此外，要理解，单词或摂与布尔运算符“OR(或)”具有相同含义，即它涵盖了“任一者”以及“两者”的可能性并且不限于“异或”(“XOR)，除非另有明确声明。还应理解，两个毗邻单词之间的符号“/”具有与“或”相同的意思，除非另有明确声明。
在以下描述中，阐述了众多具体细节(诸如具体组件、电路、和过程的示例)，以提供对本公开的透彻理解。另外，在以下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名以提供对示例实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以不需要这些具体细节就能实践示例实施例。在其他实例中，以框图形式示出公知的电路和设备以避免混淆本公开。如本文所使用的，术语“耦合”意指直接连接到、或通过一个或多个居间组件或电路来连接。本文所描述的在各种总线上提供的任何信号可以与其他信号进行时间复用并且在一条或多条共用总线上提供。另外，各电路元件或软件块之间的互连可被示为总线或单信号线。每条总线可替换地为单信号线，而每条单信号线可替换地为总线，并且单线或总线可表示用于各组件之间的通信的大量物理或逻辑机制中的任一个或多个。这些示例实施例不应被解释为限于本文描述的具体示例，而是在其范围内包括由所附权利要求所限定的所有实施例。
本文中所描述的技术可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现，除非被具体描述为以特定方式实现。描述为模块或组件的任何特征也可一起实现在集成逻辑器件中或者分开地实现为分立但可互操作的逻辑器件。如果在软件中实现，这些技术可至少部分地由包括指令的非瞬态处理器可读存储介质来实现，这些指令在被执行时执行以上所描述的一种或多种方法。非瞬态处理器可读数据存储介质可形成可包括包装材料的计算机程序产品的一部分。
非瞬态处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)(诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM))、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、其他已知的存储介质等等。补充地或替换地，这些技术可以至少部分地由携带或传达以指令或数据结构形式的并且可由计算机或其他处理器访问、读取和/或执行的代码的处理器可读通信介质来实现。
结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和指令可由一个或多个处理器执行，诸如，一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)，现场可编程门阵列(FPGA)，或其他等效的集成或分立的逻辑电路系统。如本文中所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或者适用于实现本文中所描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面，本文中所描述的功能性可以在如本文中所描述地配置的专用软件模块或硬件模块内提供。同样，各技术可完全实现在一个或多个电路或逻辑元素中。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合(例如DSP与微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP核协作的一个或多个微处理器、或任何其他合适的配置。
图1是其内可实现示例实施例的无线系统100的框图。无线系统100被示为包括4个无线站STA1-STA4、无线接入点(AP)110、以及无线局域网(WLAN)120。WLAN 120可由可根据IEEE 802.11标准族(或根据其他合适的无线协议)来操作的多个Wi-Fi接入点(AP)形成。由此，尽管图1中出于简单化而仅示出一个AP 110，但是将理解，WLAN 120可由任何数目的接入点(诸如AP 110)形成。AP 110被指派唯一性媒体介入控制(MAC)地址，该唯一性MAC地址例如由接入点的制造商编程在AP 110中。类似地，站STA1-STA4中的每一者也被指派唯一性MAC地址。对于一些实施例，无线系统100可对应于多输入多输出(MIMO)无线网络，并且可以支持单用户MIMO(SU-MIMO)和多用户(MU-MIMO)通信。此外，尽管WLAN 120在图1中被描绘为基础设施BSS，但对于其他示例实施例，WLAN 120可以是IBSS、自组织(ad-hoc)网络、或对等(P2P)网络(例如，根据Wi-Fi直连协议来操作)。
站STA1-STA4中的每一者可以是任何合适的启用Wi-Fi的无线设备，包括例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、平板设备、膝上型计算机、或诸如此类。站STA1-STA4中的每一者也可被称为用户装备(UE)、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动订户站、接入终端、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、用户代理、移动客户端、客户端、或其他某个合适的术语。对于至少一些实施例，每个站STA1-STA4可包括一个或多个收发机、一个或多个处理资源(例如，处理器和/或ASIC)、一个或多个存储器资源、以及电源(例如，电池)。存储器资源可包括非瞬态计算机可读介质(例如，一个或多个非易失性存储器元件，诸如EPROM、EEPROM、闪存、硬盘驱动器等)，其存储用于执行以下关于图5A、5B和11所描述的操作的指令。
AP 110可以是允许一个或多个无线设备使用Wi-Fi、蓝牙、或任何其他合适的无线通信标准经由AP 110连接至网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、和/或因特网)的任何合适的设备。对于至少一个实施例，AP 110可包括一个或多个收发机、一个或多个处理资源(例如，处理器和/或ASIC)、一个或多个存储器资源、以及电源。存储器资源可包括非瞬态计算机可读介质(例如，一个或多个非易失性存储器元件，诸如EPROM、EEPROM、闪存、硬盘驱动器等)，其存储用于执行以下关于图5A、5B和11所描述的操作的指令。
对于站STA1-STA4和/或AP 110，该一个或多个收发机可包括Wi-Fi收发机、蓝牙收发机、蜂窝收发机、和/或其他合适的射频(RF)收发机(出于简化而未示出)以传送和接收无线通信信号。每个收发机可在不同操作频带中和/或使用不同通信协议与其他无线设备通信。例如，Wi-Fi收发机可根据IEEE802.11规范在2.4GHz频带内、在5GHz频带内通信，和/或在60GHz频带内通信。蜂窝收发机可根据由第三代伙伴项目(3GPP)所描述的4G长期演进(LTE)协议在各种RF频带内(例如，在约700MHz到约3.9GHz之间)和/或根据其他蜂窝协议(例如，全球移动系统(GSM)通信协议)通信。在其他实施例中，包括在站STA1-STA4中的每一者中的收发机可以是任何技术上可行的收发机，诸如由来自ZigBee规范的规范所描述的ZigBee收发机、WiGig收发机、和/或由来自HomePlug联盟的规范所描述的HomePlug收发机。
对于至少一些实施例，站STA1-STA4中的每一者和AP 110可包括射频(RF)测距电路系统(例如，使用公知的软件模块、硬件组件、和/或其合适的组合形成)，该射频测距电路系统可以被用来估计自身与另一启用Wi-Fi的设备之间的距离以及使用本文中所描述的测距技术来确定自身相对于一个或多个其他无线设备的位置。此外，站STA1-STA4中的每一者和/或AP 110可包括本地存储器(出于简化而未在图1中示出)以存储Wi-Fi接入点的高速缓存和/或站数据。
对于至少一些实施例，本文中描述的测距操作可以例如通过使得数个站在自组织(ad-hoc)或对等模式中操作而不使用AP 110来执行，藉此即使当站在AP 110或可见WLAN(或其他无线网络)的接收范围之外时，也允许站彼此进行测距。此外，对于至少一些示例实施例，本文中描述的测距操作可以在处于彼此的无线射程中的两个AP之间执行。
图2示出了无线设备200，其可以是图1中的站STA1-STA4和/或AP 110的一个实施例。无线设备200可包括PHY设备210(其至少包括数个收发机211和基带处理器212)，可包括MAC 220(其至少包括数个争用引擎221和帧格式化电路系统222)，可包括处理器230，可包括存储器240，并且可包括数个天线250(1)-250(n)。收发机211可直接或通过天线选择电路(出于简化而未示出)耦合至天线250(1)-250(n)。收发机211可被用于向和从AP 110、其他站、和/或其他合适的无线设备(同样参见图1)传送信号和接收信号，并且可被用于扫描周围环境以检测和标识附近的接入点和其他无线设备(例如，在无线设备200的无线射程内)。尽管出于简化而未在图2中示出，但收发机211可包括任何数目的发射链以处理信号并经由天线250(1)-250(n)向其他无线设备传送信号，并且可包括任何数目的接收链以处理从天线250(1)-250(n)接收到的信号。由此，对于示例实施例，无线设备200可被配置成用于MIMO操作。MIMO操作可包括SU-MIMO操作和/或MU-MIMO操作。
基带处理器212可以被处理从处理器230和/或存储器240接收的信号，以及将经处理的信号转发到收发机211以供经由一个或多个天线250(1)-250(n)来进行传输，以及可以被用来处理经由收发机211从一个或多个天线250(1)-250(n)接收到的信号，以及将经处理的信号转发到处理器230和/或存储器240。
本文中出于讨论目的，MAC 220在图2中被示为耦合在PHY设备210与处理器230之间。对于实际实施例，PHY设备210、MAC 220、处理器230、和/或存储器240可使用一条或多条总线(出于简化而未示出)来连接在一起。
争用引擎221可争用对一个或多个共享无线介质的接入，并且还可存储分组以供在该一个或多个共享无线介质上传输。对于其他实施例，争用引擎221可与MAC 220分开。对于还有的其他实施例，争用引擎221可被实现为一个或多个软件模块(例如，存储在存储器240中或者存储在MAC 220内所提供的存储器中)，其包含在由处理器230执行时执行争用引擎221的功能的指令。
帧格式化电路系统222可被用于创建和/或格式化从处理器230和/或存储器240接收到的帧(例如，通过向由处理器230提供的PDU添加MAC报头)，并且可被用于重新格式化从PHY设备210接收到的帧(例如，通过从接收自PHY设备210的帧剥离MAC报头)。
存储器240包括Wi-Fi数据库241，其可以存储位置数据、配置信息、数据率、MAC地址、和关于(或涉及)数个接入点、站、和/或其他无线设备的其他合适的信息。Wi-Fi数据库241还可存储数个无线设备的简档信息。给定无线设备的简档信息可包括包含例如无线设备的服务集标识符(SSID)、信道信息、收到信号强度指示符(RSSI)值、有效吞吐量值、信道状态信息(CSI)、和与无线设备200的连接历史的信息。
存储器240还可包括非瞬态计算机可读介质(例如，一个或多个非易失性存储器元件，诸如EPROM、EEPROM、闪存存储器、硬盘驱动器、等等)，其可存储以下软件(SW)模块：
●测距SW模块242，其用以确定RTT值和/或估计无线设备200和一个或多个其他设备之间的距离，例如，如以下针对图5A、5B和11描述的；
●角度确定SW模块243，其用以确定由无线设备200接收到的信号的抵达角(AOA)信息和/或确定从无线设备200传送的信号的离开角(AOD)信息，例如，如以下针对图5A、5B和11的一个或多个操作描述的；
●时间戳SW模块244，其用以捕捉由无线设备200接收到的信号的时间戳(例如，TOA信息)和/或捕捉从无线设备200传送的信号的时间戳(例如，TOD信息)，例如，如以下针对图5A、5B和11的一个或多个操作描述的；
●帧形成和交换SW模块245，其用以创建、发送和/或接收帧或分组，和/或将TOA信息、TOD信息、AOA信息和/或AOD信息嵌入到所选帧或分组中，例如，如以下针对图5A、5B和11的一个或多个操作描述的；以及
●定位SW模块246，其用以基于由测距SW模块242确定的距离和/或由角度确定SW模块243确定的角度信息来确定无线设备200的位置，例如，如以下针对图5A、5B和11的一个或多个操作描述的。
每个软件模块包括指令，这些指令在由处理器230执行时使无线设备200执行相应的功能。存储器240的非瞬态计算机可读介质由此包括用于执行图5A、5B和11的操作的全部或一部分的指令。
耦合至PHY210、MAC 220和存储器240的处理器230可以是能够执行存储在无线设备200中(例如，在存储器240内)的一个或多个软件程序的脚本或指令的一个或多个合适的处理器。例如，处理器230可以执行测距SW模块242以确定RTT值和/或估计无线设备200和一个或多个其他设备之间的距离。处理器230可以执行角度确定SW模块243以确定由无线设备200接收到的信号的AoA信息和/或确定从无线设备200传送的信号的AoD信息。处理器230可以执行时间戳SW模块244以捕捉由无线设备200接收到的信号的时间戳(例如，TOA信息)和/或捕捉从无线设备200传送的信号的时间戳(例如，TOD信息)。处理器230可以执行帧形成和交换SW模块245以创建、发送和/或接收帧或分组，和/或将TOA信息、TOD信息、AoA信息和/或AoD信息嵌入到所选帧或分组中。处理器230可以执行定位SW模块246以基于由测距SW模块确定的距离、由角度确定SW模块243确定的角度信息，和/或指示无线设备200相对于一个或多个其他设备的位置的其他合适的信息来确定无线设备200的位置。
如上文所提及的，一对设备之间的距离可以使用在这些设备之间交换的信号的RTT来确定。例如，图3示出了第一设备D1和第二设备D2之间的示例测距操作300的信号图。第一设备D1和第二设备D2之间的距离(d)可以被估计为d＝c*RTT/2，其中c是光速，而RTT是在设备D1和设备D2之间交换的请求(REQ)帧和确收(ACK)帧的实际信号传播时间之和。设备D1和设备D2可以各自是例如接入点(例如图1的AP 110)、站(例如，图1的站STA1-STA4中的一者)、或另一合适的无线设备(例如，图2的无线设备200)。
更具体而言，设备D2可以使用从设备D2传送的REQ帧的离开时间(TOD)、由设备D2接收到的ACK帧的抵达时间(TOA)，和设备D1的SIFS历时来估计自身与设备D1之间的RTT。SIFS历时(其表示短帧间间隔历时)指示设备D1接收到REQ帧与传送ACK帧之间的时间历时。SIFS历时(其值范围由IEEE 802.11标准提供)为启用Wi-Fi的设备提供了将它们的收发机从接收模式(例如，接收REQ帧)切换到发射模式(例如，传送ACK帧)的时间。
因为通信设备的不同制造商和型号(以及有时甚至是相同的制造商和型号)具有不同的处理延迟，所以精确的SIFS值可能在设备之间变化(以及甚至在同一设备的相继帧接收/传送之间变化)。结果，SIFS的值通常是估计的，这往往导致估计两个设备之间的距离的误差。更具体而言，IEEE 802.11标准将SIFS历时定义为2.4GHz时的10us+/-900ns、5GHz时的16us+/-900ns、以及60GHz时的3us+/-900ns。这些“标准”SIFS历时包括可能降低RTT估计的准确性的容限。例如，即使设备D1的SIFS历时可以被估计在+/-25ns内，也可能导致+/-7.5米的测距误差(这可能对于许多定位系统来说是不可接受的)。
为了减小由SIFS值的不确定性导致的测距误差，对于IEEE 802.11标准的最近修订要求每个测距设备捕捉传入帧和传出帧的时间戳，从而RTT的值可以在不使用SIFS的情况下被确定。例如，图4示出了根据IEEE 802.11 REVmc标准使用精细定时测量(FTM)帧来执行的设备D1和设备D2之间的示例测距操作400的信号图。设备D1和设备D2可以各自是例如接入点(例如图1的AP 110)、站(例如，图1的站STA1-STA4中的一者)、或其他合适的无线设备(例如，图2的无线设备200)。对于图4的示例，设备D2请求测距操作；由此，设备D2是发起方设备(或替换地请求方设备)而设备D1是响应方设备。注意，术语“发起方设备”还可以指发起方STA，而术语“响应方设备”还可以指示响应方STA。
设备D2可以通过向设备D1传送FTM请求(FTM_REQ)帧来请求或发起测距操作。FTM_REQ帧还可包括对于设备D1捕捉由设备D1接收到的帧的时间戳(例如，TOA信息)和捕捉从设备D1传送的帧的时间戳(例如，TOD信息)的请求。设备D1接收FTM_REQ帧，并且可以通过向设备D2传送确收(ACK)帧来确收所请求的测距操作。ACK帧可以指示设备D1是否能够捕捉所请求的时间戳。注意，FTM_REQ帧和ACK帧的交换是一个握手过程，其不仅发信号通知执行测距操作的意向而且还允许设备D1和D2确定彼此是否支持捕捉时间戳。
在时间ta1，设备D1向设备D2传送第一FTM(FTM_1)帧，并且可以将FTM_1帧的TOD捕捉为时间ta1。设备D2在时间ta2接收FTM_1帧，并且可以将FTM_1帧的TOA捕捉为时间ta2。设备D2通过在时间ta3向设备D1传送ACK帧进行响应，并且可以将ACK帧的TOD捕捉为时间ta3。设备D1在时间ta4接收ACK帧，并且可以将ACK帧的TOA捕捉为时间ta4。在时间tb1，设备D1向设备D2传送包括在时间ta1和ta4捕捉的时间戳(例如，FTM_1帧的TOD和ACK帧的TOA)的第二FTM(FTM_2)帧。设备D2在时间tb2接收FTM_2帧，并且可以将其时间戳捕捉为时间tb2。设备D2在时间tb3向设备D1传送ACK帧。设备D1在时间tb4接收ACK帧。该过程可以例如针对设备D1和D2之间的任何数目的后续FTM和ACK帧交换继续进行，其中设备D1将给定FTM和ACK帧交换的时间戳嵌入在传送给设备D2的后续FTM帧中。
在时间tb2接收FTM_2帧之际，设备D2具有时间ta1、ta2、ta3和ta4的时间戳值，其分别对应于从设备D1传送的FTM_1帧的TOD，设备D2处的FTM_1帧的TOA、从设备D2传送的ACK帧的TOD、和设备D1处的ACK帧的TOA。随后，设备D2可以将RTT确定为(ta4–ta3)+(ta2–ta1)。因为RTT估计不涉及估计设备D1或设备D2的SIFS，所以RTT估计不涉及由SIFS历时的不确定性导致的误差。结果，设备D1和D2之间的距离的最终估计的准确性被改进(例如，与图3的测距操作300相比)。设备可以与具有已知位置的至少三个其他设备执行此测距操作，并使用已知的三边测量技术来估计其位置。
注意，示例测距操作400可以继续。例如，设备D2可以在时间tb3向设备D1传送ACK帧(例如，以确收FTM_2帧)。设备D1在时间tb4接收ACK帧，并且可以将ACK帧的TOA记作时间tb4。设备D1可以在FTM_3帧中嵌入另一时间值，并随后在时间tc1向设备D2传送FTM_3帧。嵌入在FTM_3帧中的时间值可以指示等于tb4–tb1的时间差值。
虽然RTT技术可以被用来确定给定设备相对于另一设备的位置，但是给定设备可能需要与三个其他设备执行测距操作以确定其实际位置。更具体而言，与三个其他设备执行测距操作400可能涉及三个分开的FTM帧交换(与三个其他设备)，这不仅消耗宝贵的时间而且也消耗共享无线介质的有限带宽。这些是要由示例实施例解决的至少一些技术问题。
除了RTT信息之外，可用来确定两个无线设备的相对位置的两个测量是由这些设备接收到的信号的抵达角(AoA)和由这些设备传送的信号的离开角(AoD)。例如，若第二设备具有其自身与第一设备之间的RTT信息，那么第二设备可以估计其自身与第一设备之间的距离，如上文针对图4所描述的。若第二设备还具有与第一设备交换的帧的AoA信息和/或AoD信息，那么第二设备可以确定其自身相对于第一设备的方向(例如，相对于参考线或参考方向的第一和第二设备之间的角度)。第二设备可以随后使用所确定的方向和RTT信息来估计其相对于第一设备的位置。进一步，若第一设备的位置被第二设备知晓，那么第二设备可以使用第一设备的已知位置、第一和第二设备之间的距离、以及第二设备相对于第一设备的方向来确定其实际位置。相应地，例如，在测距操作期间交换AoA信息和/或AoD信息将会是有益的，从而无线设备可以仅使用一个其他无线设备的已知位置来估计其实际位置。
由此，公开了可以允许在测距操作期间在无线设备之间交换AoA信息和/或AoD信息而没有附加的帧交换的示例装置和方法。更具体而言，对于至少一些实施例，第一设备可以在测距操作期间确定与第二设备交换的帧的AoA信息和/或AoD信息，并随后将所确定的AoA信息和/或AoD信息嵌入在传送给第二设备的后续FTM帧中。以这种方式，第二设备可以使用所估计的到第一设备的距离、第一设备相对于第二设备的方向、以及第一设备的已知位置来确定第二设备的实际位置。提供针对前述技术问题的一个或多个技术解决方案的示例实施例的这些以及其它细节在下文更详细地描述。
图5A示出了根据示例实施例的第一设备D1和第二设备D2之间的测距操作500的信号图，而图5B示出了描绘图5A的示例测距操作500的序列图510。设备D1和设备D2可以各自是例如接入点(例如图1的AP 110)、站(例如，图1的站STA1-STA4中的一者)、或另一合适的无线设备(例如，图2的无线设备200)。
作为发起方设备，设备D2可以向设备D1传送执行测距操作和指示其能力的请求(512)。所请求的能力可以包括例如估计AoA和AoD信息的能力和/或捕捉时间戳的能力。对于一些实现，请求可以是FTM_REQ帧，如图5A中所描绘的。FTM_REQ帧可包括对于设备D1估计AoA和/或AoD信息的请求。FTM_REQ帧还可请求所估计的AoA和/或AoD信息的准确度水平。设备D1可以接收执行测距操作和向设备D2指示其能力的请求(513)。
作为响应方设备，设备D1可以通过向设备D2传送响应来响应该请求(514)。对于一些实现，响应可以是ACK帧，如图5A中所描绘的。ACK帧可以指示设备D1是否能够捕捉时间戳，可以指示设备D1是否能够估计AoA和AoD信息，和/或可以指示所估计的AoA和AoD信息的准确度水平。设备D2可以从D1接收响应，并解码由设备D1提供的能力(若有的话)(515)。
在以上握手过程之后，设备D1和D2可以交换FTM帧以执行测距操作500。在时间ta1，设备D1向设备D2传送FTM_1帧，将FTM_1帧的TOD记作时间ta1，以及可以确定FTM_1帧的AoD(在图5A中记作AoDa)(516)。设备D2在时间ta2从设备D1接收FTM_1帧，并且将FTM_1帧的TOA记作时间ta2(517)。
设备D2随后在时间ta3向设备D1传送ACK帧，并且将ACK帧的TOD记作时间ta3(518)。设备D1在时间ta4从设备D2接收ACK帧，将ACK帧的TOA记作时间ta4，并且可以确定ACK帧的AoA(在图5A中记作AoAa)(519)。
随后，设备D1可以将时间值和角度信息嵌入在FTM_2帧中，并且在时间tb1向设备D2传送FTM_2帧(520)。时间值(t值)可以指示在设备D1处接收到的ACK帧的TOA与从设备D1传送的FTM_1帧的TOD之间的时间差(例如，t值＝ta4–ta1)。角度信息(其可以指示设备D2相对于设备D1的方向)可包括在设备D1处接收的ACK帧的AoA(例如，AoAa)和/或从设备D1传送的FTM_1帧的AoD(例如，AoDa)。注意，虽然设备D1在图5A中被描绘为传送时间差值(ta4–ta1)，但是对于其他实施例，设备D1可以替代地将时间戳ta1和ta4嵌入在FTM_2帧中。在一些方面，设备D1可以将FTM_2帧的TOD记作时间tb1，并且可以确定FTM_2帧的AoD(在图5A中记为AoDb)。
设备D2在时间tb2接收FTM_2帧，并解码所嵌入的时间值和角度信息(521)。此时，设备D2具有充足的信息来估计其相对于设备D1的位置。更具体而言，设备D2可以估计沿由嵌入在FTM_2帧内的角度信息所指示的方向的相距设备D1的距离d＝c*RTT/2，其中RTT＝(ta4–ta3)+(ta2–ta1)(522)。因为设备D2可以估计到设备D1的距离(例如，基于RTT值)以及其相对于设备D1的方向(例如，基于嵌入在FTM_2帧中的AoA和/或AoD信息)，所以设备D2可以估计其相对于设备D1的位置。若设备D1的实际位置是已知的，那么设备D2可以基于设备D1的已知位置及其相对于设备D1的位置来确定其实际位置。例如，若设备D1是接入点而设备D2是站，那么设备D2可以检索设备D1的位置(例如，从本地存储器(诸如图2的Wi-Fi数据库241)和/或从存储主动部署的接入点的位置信息的任何合适的服务)。随后，设备D2可以使用设备D2相对于设备D1的位置、所确定的设备D1和设备D2之间的距离、以及设备D1的已知位置来确定其实际位置
再次参照图5A，设备D2可以在时间tb3向设备D1传送ACK帧(例如，以确收FTM_2帧)。设备D1在时间tb4接收ACK帧，可以将ACK帧的TOA记作时间tb4，并且可以确定ACK帧的AoA(在图5A中记作AoAb)。设备D1可以在FTM_3帧中嵌入另一时间值和角度信息，并随后在时间tc1向设备D2传送FTM_3帧。嵌入在FTM_3帧中的时间值可以指示等于tb4–tb1的时间差值，而嵌入在FTM_3帧中的角度信息可包括角度信息值AoAb和/或AoDb。
由此，如上文所描述的，示例实施例可以允许第一无线设备确定与第二无线设备交换的第一组信号的AoA和/或AoD，并将所确定的AoA和/或AoD信息嵌入在传送给第二无线设备的第二信号中。第二无线设备可以使用所嵌入的AoA和/或AoD信息结合RTT信息来估计其相对于第一无线设备的位置。
如上文所提及的，发起方设备可以例如通过向响应方设备传送FTM_REQ帧来请求响应方设备开始测距操作。FTM_REQ帧可包括对于响应方设备确定并在一个或多个后续FTM帧中嵌入AoA和/或AoD信息的请求。在一些方面，FTM_REQ帧的因供应商而异的信息元素(VSIE)中的专用位可以被用来(例如，被断言)请求响应方设备确定AoA和/或AoD信息并将所确定的AoA和/或AoD信息嵌入在后续FTM帧中。在其他方面，FTM_REQ帧的VSIE中的保留位可以被用来(例如，被断言)请求响应方设备确定AoA和/或AoD信息并将所确定的AoA和/或AoD信息嵌入在后续FTM帧中。在还有其他方面，FTM_REQ帧的VSIE中的不同位可以被用来(例如，被断言)单独地请求响应方设备将AoA信息和AoD信息嵌入到后续FTM帧中。例如，当发起方设备仅需要AoA信息和AoD信息中的一者来确定其相对于设备D1的方向时，这可以是合乎期望的。
当响应方设备接收到包括对于AoA和/或AoD信息的请求的FTM_REQ帧(例如，FTM_REQ帧在其VSIE中包括经断言的“请求”位)时，响应方设备可以推断发起方设备能够解码嵌入在后续FTM帧中的AoA和/或AoD信息。响应于此，响应方设备可以进行以下操作中的任一者：(i)断言第一FTM帧(例如，FTM_1帧)中的VSIE的一个或多个位，从而指示其能够确定AoA和/或AoD信息并且确认所确定的AoA和/或AoD信息将被嵌入在后续FTM帧中，或者(ii)解除断言FTM_1帧中的VSIE的该一个或多个位，从而指示其不能够确定AoA和/或AoD信息和/或指示AoA和/或AoD信息将不被嵌入在后续FTM帧中。替换地，响应方设备可以通过不在FTM_1帧中包括VSIE来指示AoA和/或AoD信息将不被包括在后续FTM帧中(例如，以减小第一FTM帧的传送时间)。对于其他实施例，响应方设备可以在响应于接收到FTM_REQ帧而发送的ACK帧中包括其对于AoA和/或AoD信息的请求的接受或拒绝。
发起方设备还可以在FTM_REQ帧中包括对于由响应方设备进行的AoA和/或AoD测量的期望准确度水平的指示。对于期望准确度水平的指示可以被嵌入在FTM_REQ帧的VSIE中的一个或多个专用位中，FTM_REQ帧的VSIE中的一个或多个保留位中，或者FTM_REQ帧的任何其他合适的位中。响应于接收到对于AoA和/或AoD测量的期望准确度水平的指示，响应方设备可以在FTM_1帧中包括对于将嵌入在后续FTM帧中的AoA和/或AoD测量的准确度水平的指示。响应方设备可以将与FTM_REQ帧中的VSIE中的发起方设备用于请求的一个或多个比特位置相同的FTM_1帧中的VSIE的一个或多个比特位置用于响应。
对于其中响应方设备是接入点的至少一些实现，响应方设备可以在信标帧中嵌入指示响应方设备是否能够估计在发起方设备和响应方设备之间交换的一个或多个帧的AoA和/或AoD信息的信息。在一些方面，该信息可以被嵌入在信标帧的信息元素(IE)或因供应商而异的信息元素(VSIE)内。响应方设备可以例如根据目标信标传送时间(TBTT)调度来广播该信标帧。
图6描绘了根据示例实施例的示例FTM帧600。FTM帧600可包括类别字段601、公共动作字段602、对话令牌字段603、后续对话令牌字段604、TOD字段605、TOA字段606、TOD误差字段607、TOA误差字段608、可任选的LCI报告字段609、可任选的位置城市报告字段610、可任选的FTM参数字段611、可任选的AoA字段612、和/或可任选的AoD字段613。对于至少一个实施例，TOD字段605可包括6个字节，TOA字段606可包括6个字节、AoA字段612可包括5个字节、以及AoD字段613可包括5个字节(虽然对于其他实施例，可以使用其他字段长度)。AOA字段612可包括在测距操作期间交换的帧的AoA信息，而AoD字段613可包括在测距操作期间交换的帧的AoD信息。例如，还参照图5A，响应方设备(例如，设备D1)可以将所接收到的ACK帧的AoA信息嵌入到FTM帧600的AoA字段612中，并且可以将FTM_1帧的AoD信息嵌入到FTM帧600的AoD字段613中。在一些方面，响应方设备可以将收到的ACK帧的TOA信息嵌入到FTM帧600的TOA字段606中，并且可以将FTM_1帧的TOD信息嵌入到FTM帧600的TOD字段605中。随后，响应方设备可以使用FTM帧600作为图5A的示例测距操作500中的FTM_2帧，例如，以向发起方设备传送角度信息(例如，AoDa和/或AoAa)和时间值(例如，ta4-ta1)。
图7A描绘了可以是图6的AoA字段612的一个实施例的示例字段700。字段700可包括元素ID字段701、长度字段702、和AoA字段703。对于至少一个实施例，元素ID字段701可包括一个字节，长度字段702可包括一个字节，而AoA字段703可包括5个字节(虽然对于其他实施例，可以使用其他字段长度)。元素ID字段701可以存储指示字段700包含所选帧的抵达角信息(例如，在图5A的示例测距操作500中，从设备D2接收的ACK帧的AoA信息)的元素ID值。长度字段702可以存储指示字段700的长度(以字节为单位)的值。AoA字段703可以存储所选帧的抵达角信息。更具体而言，在一些实现中，AoA字段703可以存储可以指示所选帧的抵达角信息的θ(Theta)_AoA和(Phi)_AoA的值(如以下参照图10更具体地描述的)。
图7B描绘了可以是图6的AoD字段613的一个实施例的示例字段710。字段710可包括元素ID字段711、长度字段712、和AoD字段713。对于至少一个实施例，元素ID字段711可包括一个字节，长度字段712可包括一个字节，而AoD字段713可包括5个字节(虽然对于其他实施例，可以使用其他字段长度)。元素ID字段711可以存储指示字段710包含所选帧的离开角信息(例如，在图5A的示例测距操作500中使用的FTM_1帧的AoD信息)的元素ID值。长度字段712可以存储指示字段710的长度(以字节为单位)的值。AoD字段713可以存储所选帧的离开角信息。更具体而言，在一些实现中，AoD字段713可以存储可以指示所选帧的离开角信息的θ_AoD和的值(如以下参照图10更具体地描述的)。
图8描绘了根据示例实施例的另一示例FTM帧800。FTM帧800类似于图6的FTM帧600，除了取代分别包括单独的AoA和AoD字段612和613，FTM帧800包括组合AoA和AoD字段803。对于至少一个实施例，TOD字段605可包括6个字节，TOA字段606可包括6个字节、并且组合AoA和AoD字段803可包括8个字节(虽然对于其他实施例，可以使用其他字段长度)。组合AoA和AoD字段803可包括在测距操作期间交换的帧的AoA和AoD信息二者。例如，还参照图5A，响应方设备(例如，设备D1)可以将所接收到的ACK帧的AoA信息和FTM_1帧的AoD信息嵌入到FTM帧800的组合AoA和AoD字段803中。在一些方面，响应方设备可以将收到的ACK帧的TOA信息嵌入到FTM帧800的TOA字段606中，并且可以将FTM_1帧的TOD信息嵌入到FTM帧800的TOD字段605中。随后，响应方设备D1可以使用FTM帧800作为图5的示例测距操作500中的FTM_2帧，例如以向设备D2传送指示AoDa、AoAa和ta4-ta1的值的信息。
对于其中FTM帧600的AoA字段612和AoD字段613各自包括5个字节并且FTM帧800的组合AoA和AoD字段803包括8个字节的示例实施例，图8的FTM帧800可以比图6的FTM帧600少包括2个字节，并由此可以用比FTM帧600更少的时间来传送(尽管以较小分辨率为代价)。
图9描绘了可以是图8的组合AoA和AoD 803的一个实施例的示例字段900。字段900可包括元素ID字段901、长度字段902、AoA字段903、和AoD字段904。对于至少一个实施例，元素ID字段901可包括一个字节，长度字段902可包括一个字节，AoA字段903可包括3个字节，而AoD字段904可包括3个字节(虽然对于其他实施例，可以使用其他字段长度)。元素ID字段901可以存储指示字段900包含所选帧交换的抵达角和离开角信息(例如，在图5A的示例测距操作500中，从设备D2接收的ACK帧的AoA和FTM_1帧的AoD)的元素ID值。长度字段902可以存储指示字段900的长度(以字节为单位)的值。AoA字段903可以存储所选帧交换的抵达角信息，而AoD字段904可以存储所选帧交换的离开角信息。更具体而言，在一些实现中，AoA字段903可以存储θ_AoA和的值，而AoD字段904可以存储θ_AoD和的值，这些值可以指示在测距操作期间交换的帧的抵达角和离开角信息(如以下参照图10更具体地描述的)。
图10是用于使用半径“r”和角度“θ”和来表示无线设备的位置的示例三维坐标系1000。如图10中所描绘的，可以是相对于水平(x-y)平面的角度，而θ可以是相对于纵(z)轴的角度。的范围可以从0°到360°，而θ的范围可以从0°到180°。半径r是原点与表示无线设备相对于原点的位置的点坐标(r,θ,和)之间的距离。
还参照图9，AoA字段903的前12位可以被用来指示θ_AoA的值，而AoA字段903的后12位可以被用来指示的值。类似地，AoD字段904的前12位可以被用来指示θ_AoD的值，而AoD字段904的后12位可以被用来指示的值。对于图9的示例字段900，θ_AoA和θ_AoD的12位值可以提供大约0.044°(180°除以(212–1))的分辨率，而和的12位值可以提供大约0.088°(360°除以(212–1))的分辨率。
根据当前FTM协议(例如，如由IEEE 802.11REVmc标准定义的FTM协议)格式化的FTM帧包括6字节TOD字段和6字节TOA字段以分别存储TOD和TOA信息(例如，以嵌入图5A的时间戳值ta1和ta4)。因为RTT值可以使用单个时间差值(例如，ta4–ta1)而非两个个体时间戳值(例如，ta4和ta1)来计算，所以这些TOD和TOA字段中的一者可以被转用于存储AoA和AoD信息，藉此消除FTM帧包括存储AoA和AoD信息的单独字段的需要(并由此减小FTM帧的大小)。
更具体而言，根据示例实施例，FTM帧的TOD和TOA字段中的一者可以被用来存储用于测距操作的单个时间差值，而FTM帧的TOD和TOA字段中的另一者可以被用来存储用于测距操作的AoA和AoD信息而不损害RTT估计的准确度。还参照图5A、6和8，对于一些实现，FTM帧600或FTM帧800的TOD字段605可以被用来存储时间值(ta4–ta1)，而FTM帧600或FTM帧800的TOA字段606可以被用来存储AoA和AoD信息(例如，AoAa和AoDa)。在一些方面，TOA字段606可以存储四个12位值：θ_AoA、θ_AoD和TOA字段606的格式可以被表达为：{θ_AoA[0:11],θ_AoD[0:11],
对于其他实现，FTM帧600或FTM帧800的TOA字段606可以被用来存储时间差值(ta4–ta1)，而FTM帧600或FTM帧800的TOD字段605可以被用来存储AoA和AoD信息(例如AoAa和AoDa)。在一些方面，TOD字段605可以存储四个12位值：θ_AoA、θ_AoD和TOD字段605的格式可以被表达为：{θ_AoA[0:11],θ_AoD[0:11],
任何合适的技术可以被用来估计由响应方设备接收到的帧的AoA信息和/或估计从响应方设备传送的帧的AoD信息。对于至少一些实施例，在估计从发起方设备接收到的ACK帧的AoA信息时，响应方设备可以使用数个不同的天线模式。更具体而言，当响应方设备包括数目N≥2个天线时，响应方设备可以选择性地启用天线的不同组合并估计对应数目个不同天线模式的信道状况。信道状况估计可以被用来估计各种天线模式的ACK帧的AoA信息。因为ACK帧通常包括一个或多个预定比特模式(例如，响应方设备知晓)，所以ACK帧可以很好地适合于估计信道状况。
响应方设备可以将整个ACK帧用于估计信道状况和/或估计AoA信息。使用整个ACK帧可以允许响应方设备在ACK帧的接收期间在各种天线模式之间切换。当响应方设备不能够处理整个ACK帧时(例如，响应方设备可能仅能够处理旧式字段，诸如旧式长训练字段(L-LTF))时，响应方设备可以使用一系列N个交换的FTM和ACK帧(例如，针对每个天线模式使用一个FTM/ACK帧交换)来估计信道状况和AoA信息。
如上文所提及的，响应方设备可以使用任何合适的技术来估计AoA信息。这些技术可包括(但不限于)：相关；最大似然估计；多信号分类(MUSIC)技术(包括诸如根值-MUSIC、循环MUSIC，或平滑MUSIC之类的变体)；使用旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)；矩阵束；或用于估计AoA信息的其他技术。
由此，如以上参照图10所描述的，发起方设备可以使用RTT信息和AoA/AoD信息来估计指示其相对于响应方设备的位置的相对距离向量。若知晓响应方设备的3维(3D)位置，那么相对距离向量可以允许发起方设备估计其自身的3D位置。若仅知晓响应方设备的2维(2D)位置，那么发起方设备可以通过将所估计的相对距离向量投影到2D平面上来估计其自身的2D位置。
图11是描绘根据示例实施例的第一设备D1和第二设备D2之间的示例测距操作的解说性流程图1100。设备D1和设备D2可以各自是例如接入点(例如图1的AP 110)、站(例如，图1的站STA1-STA4中的一者)、或其他合适的无线设备(例如，图2的无线设备200)。对于图11的示例操作，设备D2是发起方设备，而设备D1是响应方设备。首先，设备D2向设备D1传送包括对于设备D1估计在设备D1和设备D2之间交换的一个或多个帧的AoA和/或AoD信息的请求的FTM_REQ帧(1102)。FTM_REQ帧还可指示所请求的AoA/AoD信息的期望准确度水平。
设备D1接收FTM_REQ帧，并随后传送指示设备D1是否能够估计AoA和/或AoD信息(以及所估计的AoA和/或AoD信息是否将被包括在后续FTM帧中)的ACK帧(1104)。ACK帧可包括针对所请求的AoA/AoD信息提供的准确度水平。
设备D1向设备D2传送FTM_1帧，将FTM_1帧的TOD记作时间t1，并估计FTM_1帧的AoD(1106)。对于其他实施例，FTM_1帧可以指示设备D1是否能够估计AoA和/或AoD信息(以及所估计的AoA和/或AoD信息是否将被包括在后续FTM帧中)。设备D2接收FTM_1帧，并将FTM_1帧的TOA记作时间t2(1108)。
设备D2向设备D1传送ACK帧，并且将ACK帧的TOD记作时间t3(1110)。设备D1在时间t4接收ACK帧，将ACK帧的TOA记作时间t4，并估计ACK帧的AoA(1112)。
设备D1向设备D2传送包括时间值和角度信息的FTM_2帧(1114)。时间值可以指示从设备D1传送的FTM_1帧的TOD与设备D1处接收到的ACK帧的TOA之间的时间差(例如，时间值可以等于t4–t1)。角度信息可以指示设备D2相对于设备D1的方向。在一些方面，角度信息可包括从设备D1传送的FTM_1帧的AoD和/或设备D1处接收到的ACK帧的AoA(1114)。对于其他实施例，FTM_2帧可包括时间t1和t4的实际时间戳(例如，而非指示时间t4和时间t1之间的时间差的时间值)。
设备D2可以基于一个或多个RTT值来确定其本身与设备D1之间的距离(1116)。例如，设备D2可以使用表达式d＝c*RTT/2来确定设备D1和设备D2之间的距离，其中c是光速，而RTT是FTM_1帧和ACK帧的实际信号传播时间之和。更具体而言，RTT的值可以被确定为(t4-t1)-(t3-t2)。随后，设备D2可以至少部分地基于所确定的距离和角度信息来确定其相对于设备D1的位置(1118)。
本领域技术人员将领会，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
此外，本领域技术人员将领会，结合本文中所公开的方面描述的各种解说性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、以及步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本公开的范围。
结合本文所公开的方面描述的方法、序列或算法可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可被整合到处理器。
因此，本公开的一方面可包括实施一种用于非对地同步卫星通信系统中的时间和频率同步的方法的非瞬态计算机可读介质。术语“非瞬态”不排除任何物理存储介质或存储器并且特别不排除动态存储器(例如，常规随机存取存储器(RAM))，而是只排除该介质可被理解为瞬态传播信号的解读。
尽管前面的公开示出了解说性方面，但是应当注意在其中可作出各种改变和修改而不脱离所附权利要求的范围。根据本文中所描述的诸方面的方法权利要求的功能、步骤和/或作不必按任何特定次序来执行，除非另有明确声明。另外，尽管元件可能以单数形式来描述或要求，但是也构想了复数形式，除非明确声明了对单数形式的限制。相应地，本公开不限于所解说的示例且任何用于执行文本所描述的功能性的手段均被包括在本公开的各方面中。

Claims (44)

1.一种用于执行第一设备和第二设备之间的测距操作的方法，所述方法由所述第二设备的一个或多个处理器执行并且包括：
从所述第一设备接收第一精细定时测量(FTM)帧；
向所述第一设备传送确收(ACK)帧；以及
从所述第一设备接收第二FTM帧，所述第二FTM帧包括：
指示所述第一FTM帧的离开时间(TOD)和所述ACK帧的抵达时间(TOA)之间的差异的时间值；以及
指示所述第二设备相对于所述第一设备的方向的角度信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
至少部分地基于在所述第二FTM帧中接收到的所述时间值和所述角度信息来确定所述第二设备相对于所述第一设备的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定包括：
基于所述时间值来确定所述第一FTM帧和所述ACK帧的往返时间(RTT)；以及
至少部分地基于所述RTT和所述角度信息来估计所述第二设备的相对位置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
向所述第一设备传送对于所述第一设备估计在所述第一设备和所述第二设备之间交换的一个或多个帧的抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息的请求。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述请求被嵌入在FTM请求帧的因供应商而异的信息元素(VSIE)内。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述请求指示所述AoA信息或所述AoD信息的期望准确度水平。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示针对所述AoA信息或所述AoD信息提供的准确度水平。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示所述第一设备是否能够估计所述AoA信息或所述AoD信息。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
从所述第一设备接收信标帧，所述信标帧指示所述第一设备是否能够估计抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度信息被嵌入在由所述第二FTM帧的TOD字段和TOA字段构成的组中的一个成员内。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述时间值被嵌入在由所述第二FTM帧的所述TOD字段和所述TOA字段构成的组中的另一个成员内。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度信息是由所述ACK帧的抵达角(AoA)和所述第一FTM帧的离开角(AoD)构成的组中的至少一个成员。
13.一种用于执行与第一设备的测距操作的第二设备，所述第二设备包括：
一个或多个处理器；以及
配置成存储指令的存储器，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述第二设备：
从所述第一设备接收第一精细定时测量(FTM)帧；
向所述第一设备传送确收(ACK)帧；以及
从所述第一设备接收第二FTM帧，所述第二FTM帧包括：
指示所述第一FTM帧的离开时间(TOD)和所述ACK帧的抵达时间(TOA)之间的差异的时间值；以及
指示所述第一设备相对于所述第二设备的方向的角度信息。
14.如权利要求13所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备：
至少部分地基于在所述第二FTM帧中接收到的所述时间值和所述角度信息来确定所述第二设备相对于所述第一设备的位置。
15.如权利要求14所述的第二设备，其特征在于，执行所述指令以确定所述位置使得所述第二设备：
基于所述时间值来确定所述第一FTM帧和所述ACK帧的往返时间(RTT)；以及
至少部分地基于所述RTT和所述角度信息来估计所述第二设备的相对位置。
16.如权利要求13所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备：
向所述第一设备传送对于所述第一设备估计在所述第一设备和所述第二设备之间交换的一个或多个帧的抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息的请求。
17.如权利要求16所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备将所述请求嵌入在FTM请求帧的因供应商而异的信息元素(VSIE)内。
18.如权利要求16所述的第二设备，其特征在于，所述请求指示所述AoA信息或所述AoD信息的期望准确度水平。
19.如权利要求18所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示针对所述AoA信息或所述AoD信息提供的准确度水平。
20.如权利要求16所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示所述第一设备是否能够估计所述AoA信息或所述AoD信息。
21.如权利要求13所述的第二设备，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备：
从所述第一设备接收信标帧，所述信标帧指示所述第一设备是否能够估计抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息。
22.如权利要求13所述的第二设备，其特征在于，所述角度信息被嵌入在由所述第二FTM帧的TOD字段和TOA字段构成的组中的一个成员内。
23.如权利要求22所述的第二设备，其特征在于，所述时间值被嵌入在由所述第二FTM帧的所述TOD字段和所述TOA字段构成的组中的另一个成员内。
24.如权利要求13所述的第二设备，其特征在于，所述角度信息是由所述ACK帧的抵达角(AoA)和所述第一FTM帧的离开角(AoD)构成的组中的至少一个成员。
25.一种存储包含指令的一个或多个程序的非瞬态计算机可读存储介质，所述指令在由第二设备的一个或多个处理器执行时使得所述第二设备通过执行包括以下各项的操作来执行与第一设备的测距操作：
从所述第一设备接收第一精细定时测量(FTM)帧；
向所述第一设备传送确收(ACK)帧；以及
从所述第一设备接收第二FTM帧，所述第二FTM帧包括：
指示所述第一FTM帧的离开时间(TOD)和所述ACK帧的抵达时间(TOA)之间的差异的时间值；以及
指示所述第二设备相对于所述第一设备的方向的角度信息。
26.如权利要求25所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
至少部分地基于在所述第二FTM帧中接收到的所述时间值和所述角度信息来确定所述第二设备相对于所述第一设备的位置。
27.如权利要求26所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，执行所述指令以确定所述位置使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
基于所述时间值来确定所述第一FTM帧和所述ACK帧的往返时间(RTT)；以及
至少部分地基于所述RTT和所述角度信息来估计所述第二设备的相对位置。
28.如权利要求25所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
向所述第一设备传送对于所述第一设备估计在所述第一设备和所述第二设备之间交换的一个或多个帧的抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息的请求。
29.如权利要求28所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使得所述第二设备将所述请求嵌入在FTM请求帧的因供应商而异的信息元素(VSIE)内。
30.如权利要求28所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述请求指示所述AoA信息或所述AoD信息的期望准确度水平。
31.如权利要求30所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示针对所述AoA信息或所述AoD信息提供的准确度水平。
32.如权利要求28所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
从所述第一设备接收响应于所述请求的响应帧，所述响应帧指示所述第一设备是否能够估计所述AoA信息或所述AoD信息。
33.如权利要求25所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令的执行使所述第二设备执行进一步包括以下的操作：
从所述第一设备接收信标帧，所述信标帧指示所述第一设备是否能够估计抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息。
34.如权利要求25所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述角度信息被嵌入在由所述第二FTM帧的TOD字段和TOA字段构成的组中的一个成员内。
35.如权利要求34所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述时间值被嵌入在由所述第二FTM帧的所述TOD字段和所述TOA字段构成的组中的另一个成员内。
36.如权利要求25所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述角度信息是由所述ACK帧的抵达角(AoA)和所述第一FTM帧的离开角(AoD)构成的组中的至少一个成员。
37.一种用于执行与第一设备的测距操作的第二设备，所述第二设备包括：
用于从所述第一设备接收第一精细定时测量(FTM)帧的装置；
用于向所述第一设备传送确收(ACK)帧的装置；以及
用于从所述第一设备接收第二FTM帧的装置，所述第二FTM帧包括：
指示所述第一FTM帧的离开时间(TOD)和所述ACK帧的抵达时间(TOA)之间的差异的时间值；以及
指示所述第二设备相对于所述第一设备的方向的角度信息。
38.如权利要求37所述的第二设备，其特征在于，进一步包括：
用于至少部分地基于在所述第二FTM帧中接收到的所述时间值和所述角度信息来确定所述第二设备相对于所述第一设备的位置的装置。
39.如权利要求38所述的第二设备，其特征在于，所述用于确定所述位置的装置使得所述第二设备：
基于所述时间值来确定所述第一FTM帧和所述ACK帧的往返时间(RTT)；以及
至少部分地基于所述RTT和所述角度信息来估计所述第二设备的相对位置。
40.如权利要求37所述的第二设备，其特征在于，进一步包括：
用于向所述第一设备传送对于所述第一设备估计在所述第一设备和所述第二设备之间交换的一个或多个帧的抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息的请求的装置。
41.如权利要求40所述的第二设备，其特征在于，所述第二设备将所述请求嵌入在FTM请求帧的因供应商而异的信息元素(VSIE)内。
42.如权利要求40所述的第二设备，其特征在于，所述请求指示所述AoA信息或所述AoD信息的期望准确度水平。
43.如权利要求37所述的第二设备，其特征在于，进一步包括：
用于从所述第一设备接收信标帧的装置，所述信标帧指示所述第一设备是否能够估计抵达角(AoA)信息或离开角(AoD)信息。
44.如权利要求37所述的第二设备，其特征在于，所述角度信息是由所述ACK帧的抵达角(AoA)和所述第一FTM帧的离开角(AoD)构成的组中的至少一个成员。
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