CN109792278A - 用于基于rf的通信和位置确定的通信设备及方法 - Google Patents

用于基于rf的通信和位置确定的通信设备及方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于基于RF的通信和位置确定的通信设备及相应方法。发起方通信设备(1)包括：天线单元(10)，被配置为发送和接收RF信号；波束形成单元(11)，被配置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发送和/或接收RF信号；控制单元(12)，被配置为在训练阶段控制波束形成单元(11)执行波束形成以确定至响应方通信设备(2)的发起方视距(LOS)波束；及处理单元(13)，被配置为确定发起方LOS波束和/或发起方LOS波束的发起方角信息以在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束和/或发起方角信息来确定所述通信设备的位置。

Description

用于基于RF的通信和位置确定的通信设备及方法
技术领域
本公开涉及用于基于RF的通信和位置确定中使用的信息的获取的通信设备及通信方法。
背景技术
RF信号用于室内定位是未来可行的关键技术。然而，基于RF的定位常常遇到非视距(NLOS)传播，即，接收器由于信号反射和折射而接收多份时延且衰减的发射信号，但直接传播路径缺失或至少大大地被衰减。因此，存在一种对利用常用于通信目的的RF信号支持室内定位的改进方式的需求。
在此所提供的“背景”说明是用于一般性地呈现本公开的背景之目的。在此背景段落，以及在申请时可能不被认定为现有技术的说明观点中所述范围内的目前所指名发明人的著述，并未被明确地或暗示地认可作为相对本公开的现有技术。
发明内容
一个目的是提供使用RF信号能够并且改进室内定位的通信设备和方法。另一目的是提供一种对应的计算机程序和用于实现所述方法的非暂存性计算机可读记录介质。
根据一方面，提供了一种用于基于RF的通信和位置确定的通信设备，所述通信设备包括：
-天线单元，被配置为发射并接收RF信号，
-波束形成单元，被配置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元，被配置为控制波束形成单元在训练阶段执行确定至响应方通信设备的发起方视距LOS波束的波束形成，及
-处理单元，被配置为确定发起方LOS波束和/或发起方LOS波束的发起方角信息并且在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束和/或发起方角信息确定所述通信设备的位置。
根据另一方面，提供了一种通信方法，供发起方通信设备用于与响应方通信设备进行的基于RF的通信和用于发起方通信设备的位置确定，所述通信方法包括：
-控制发起方通信设备在训练阶段执行波束形成，用于确定从发起方通信设备至响应方通信设备的发起方视距LOS波束，
-确定发起方LOS波束和/或确定发起方LOS波束的发起方角信息，并且
-在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束和/或发起方角信息确定发起方通信设备的位置。
根据一方面，提供了一种通信设备，用于基于RF的通信和位置确定，所述通信设备包括：
-天线单元，被配置为发射并接收RF信号，
-波束形成单元，被配置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元，被配置为在训练阶段控制波束形成单元，以执行用于确定至发起方通信设备的响应方视距LOS波束的波束形成，以及
-处理单元，被配置为确定响应方LOS波束和/或响应方LOS波束的响应方角信息并且在测量阶段使用所确定的响应方LOS波束和/或响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
根据另一方面，提供了一种通信方法，供响应方通信设备用于与发起方通信设备进行基于RF的通信和用于发起方通信设备的位置确定，所述通信方法包括：
-控制响应方通信设备在训练阶段执行用于确定至发起方通信设备的响应方视距LOS波束的波束形成，
-确定响应方LOS波束和/或响应方LOS波束的响应方角信息，并且
-在用于确定发起方通信设备的位置的测量阶段，使用所确定的响应方LOS波束和/或响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
根据更进一步的方面，提供了包括程序方法的计算机程序，该计算机程序用于使计算机当在计算机执行所述计算机程序时实施在此公开的方法步骤，以及其中存储有计算机程序产品的非暂存性计算机可读记录介质，计算机程序产品在被处理器执行时，执行本文中公开的方法。
实施方式被限定在从属权利要求中。应理解的是，公开的通信方法、公开的计算机程序以及公开的计算机可读记录介质具有与要求保护的通信设备相似和/或相同的并且如在从属权利要求中限定和/或本文中公开的另外的实施方式。
本公开的方面中的一个是应用波束形成用于基于RF的定位。波束形成(beamforming)提供解决诸如NLOS信号传播和LOS路径检索等RF室内定位的主要问题的手段，即，其容易地或甚至完全能够把脉冲响应中的LOS和NLOS分量区分开，而且因为脉冲响应中的LOS路径可被大大地减弱并且因为波束形成扇区的角信息作为结果可能是错误的。波束形成尤其提供增加脉冲响应中的LOS路径的检测概率的手段。此外，虽然传统的波束形成被用于使信道容量最大化，但是根据本公开，其用于例如通过使到达时间最小化并且通过应用波束形成来抑制来自波束主瓣之外的其他方向的NLOS分量来增加LOS路径的检测概率。因此，本公开因为LOS路径检测概率增加而能够更可靠地使用扇区角信息用于定位。
对于随后在测量阶段在通信设备之间交换RF信号，使用通信信道，其中获取的信息可用于绝对地或者相对于响应方通信设备确定发起方通信设备的位置。通信信道优选由LOS路径组成，但是仍然可具有NLOS分量。然而，由于使用如公开的波束形成，与LOS分量相比较，NLOS分量被衰减，使得通信信道基本上与LOS路径对应。
公开的获取位置确定使用的信息的方式可利用60GHz频带的无线LAN(WLAN)应用(例如，如IEEE802.11ad中描述的)。此外，如本文公开的，可改变现有的定位协议FTM(精细时间测量)并且改变60GHz WLAN标准(IEEE802.11ad/ay)，这允许增强采用波束形成的定位。尤其在以固有的波束形成为特征的通信系统中(诸如以例如60GHz运行的毫米波系统)中，公开的设备和方法可有利地应用。然而，本公开不限于毫米波系统。
前面的段落是以一般介绍的方式提供的，并不意图限制下面的权利要求的范围。通过参考以下结合附图的详细描述，将最好地理解所描述的实施方式以及其他优点。
附图说明
当本公开及其许多伴随优点通过参照以下结合附图考虑时的详细说明而变得更好理解时，将更容易地获得对本公开及其许多伴随优点的更完整的理解，其中：
图1示出了一般性地说明使用ToF和角信息进行定位的示图；
图2示出了一般性地说明其中执行使信道容量最大化的波束形成的LOS和NLOS场景的示图；
图3示出了说明使信道容量最大化的波束形成与根据本公开的用于LOS检测的波束形成之间的差异的示图；
图4示出实际通常应用于毫米波系统的模拟波束形成布置的实施方式的示意图；
图5示出通常应用于60Ghz以下操作良好的MIMO通信系统的数字波束形成布置的实施方式的示意图；
图6示出了说明用于LOS检测和设备方位估计的角定义的示图；
图7示出发起方通信设备和响应方通信设备的第一实施方式的示意图；
图8示出发起方通信设备和响应方通信设备的第二实施方式的示意图；
图9示出发起方通信设备和响应方通信设备的第三实施方式的示意图；
图10示出了说明传统的精细时间测量流程的示图；
图11示出了说明根据本公开的精细时间测量流程的第一实施方式的示图；
图12示出了说明根据本公开的精细时间测量流程的第二实施方式的示图；
图13示出了说明限定WLAN系统中的设备方位的方法的示图；
图14示出了说明根据本公开的方法的训练阶段的示图；
图15示出了说明传统的SSW反馈字段格式的示图；
图16示出了说明已知的SSW反馈字段格式与根据本公开的SSW反馈字段格式的实施方式的示图；
图17示出了说明BRP请求字段格式的示图；
图18示出了说明DMG STA容量信息字段格式的示图；
图19示出了说明信标间隔控制字段格式的示图；
图20示出根据本公开的方法的流程图；
图21示出了说明根据分别在图11或者图12中示出的精细时间测量流程的第一或者第二实施方式的基本FTM消息交换的简图；
图22示出了说明基于根据本公开的精细时间测量流程的第三实施方式的基本FTM消息交换的简图；
图23示出了说明接收波束的波束跟踪的示图；
图24示出了说明发射波束的波束跟踪的示图；
图25示出了说明接收波束的波束跟踪的另一示图；以及
图26示出了说明发射波束的波束跟踪的另一示图。
具体实施方式
过去几年，60GHz频段(毫米波)的数据传输引起人们的注意，因为它有希望替代非授权频谱中位于2.4GHz和5GHz的拥塞频段。此外，可以获得允许超过几Gbps的高数据速率的高带宽(>2Ghz)。然而，由于60GHz频段中的高频和氧吸收的原因，与2.4GHz和5GHz频带相比，自由空间路径损耗明显更高。无论如何，为了实现合理的链路长度，波束形成的定向通信被应用。因此，发射器和/或接收器以可转向天线阵列为特色，可以形成朝向远程站的定向波束。所采用的波束以大增益(以克服高的路径损耗)为特色，但是具有非常窄的空间形状。因此，波束对准对于良好的系统性能至关紧要。
此外，60GHz通信系统也具有良好的定位特性。解决大带宽所需要的高采样频率，允许发射器与接收器之间的高度准确的定时测量，而无需应用相当复杂的超分辨率算法。定时测量用于确定两个通信设备之间的飞行时间(ToF)。例如，2GHz采样频率导致最大误差为±7.5cm的测距。此外，波束的方向带有角信息，这给出了设备位置的方向。如图1所示，定时和角信息均可易于确定通信设备B相对于通信设备A的位置。在二维中，定时信息限定一圆圈，而角信息给出设备B所在的圆圈段(circle segment)。与需要若干位置已知的锚定物的诸如三角测量的其他定位技术相反，该定位技术仅需要单个锚定物(通信设备A)。在三维中，ToF和角信息限定一球形段(spherical segment)。基于该信息，可以获得相对定位估计，这对于一些应用可能已经足够。如果需要设备B的绝对位置，那么需要知道设备A的绝对位置。
通信设备A与B之间的最佳波束对准取决于链路应用。如果该链路应用于数据通信(为IEEE802.11ad修订中的情况)，最佳的波束由使信道容量最大化的(一个或多个)波束或者(一个或多个)扇区限定。在SISO系统，即，通信设备A和B仅具有一个发射或者接收天线阵列情况下，这相当于使接收功率或者信噪比(SNR)最大化。然而，该波束对准策略对于定位而言不是最佳的并且可能导致错误定位信息。
图2示出数据通信的最佳波束选择的两种情形。在图2A中示出的情况中，存在视距(LOS)并且最佳的扇区与LOS路径对准(成直线)。在图2B中示出的情况下，设备A与设备B之间的障碍物O1衰减LOS路径，而另一障碍物O2用作反射器。假定LOS分量的衰减强于反射损耗，最佳的扇区选择为使得两者都排列朝向反射障碍物O2，从而产生最大SNR或者接收功率。因此，如图2B中所示的部分遮挡导致的弱LOS路径引起经由反射器O2的数据通信。
从定位的角度来看，在图2A中示出的情形将提供关于ToF和扇区角度的正确信息，而在图2B中示出的情形将提供错误信息。因此，ToF被估计得太长，即，通信设备A与B之间的距离估计得过大并且扇区角度也是错误的，这是因为虽然通信设备B驻留在通信设备A的正上方，但是其被预计为相对通信设备A位于上面且位于左侧。因此，用于通信的波束对准不适用于定位。
图2B中示出的情形中的信道条件常常称作近NLOS(n-NLOS)条件，其中信道由弱LOS分量和强NLOS分量组成。LOS部分的功率仍然假定为大于零；否则信道将被认为是NLOS。此外，扇区通过定向性非常强的天线特性形成并且强烈抑制未与扇区的主方向对准的脉冲响应信息。因此，脱离支持信道的任何NLOS部分的扇区所生成的基带数据重构LOS分量是不可能的或者非常复杂的。
本公开在广义上使用波束形成用于定位应用，即公开的方法和设备不仅仅局限于60GHz系统，而且还可以应用于其中波束形成对于数据通信不是必需的常规的多天线通信方案。图3示出了说明使信道容量最大化的波束形成与根据本公开的用于LOS检测的波束形成之间的差异的示图。简要概括，如图3中所示，NLOS路径P1可用于(常规的)通信，即，数据扇区选择，并且LOS路径P2可以用于定位，即定位扇区选择。
通常，图4和图5中示出的波束形成架构的以下实施方式可用于在本公开的上下文中的波束形成。图4示出典型的毫米波发射器架构100，其中，波束形成在模拟域执行。输入数据在基带处理单元101(例如，包括编码器、调制器等)中处理并且分配给RF链路(RFC)。RFC分为部分A(RFC-A102)和部分B(RFC-B103)，其中，部分A带有DAC、滤波及频率升频转换器，部分B带有功率放大器。RFC-A元件102的数量对应于天线阵列的数量(图4中一个)。可控制的移相器104位于RFC-A102和各个RFC-B103之间。移相器104受控于波束控制单元105，使得可以通过天线阵列形成定向射束。移相器104和RFC-B元件103的数量与相关联的天线阵列中的天线元件的数量对应。
与此相反，图5示出执行数字波束形成的常规的多天线发射器架构110。分别设置两个基带处理单元111和112，一个在波束形成单元113的前面，一个在后。每个发射天线以完整RFC114为特征。波束形成在数字域执行并且完成，使得发射天线的集合可形成定向波束。
除了执行逆操作外，接收器与发射器具有类似的设置。接收器侧的波束形成以与发射器侧的方式类似的方式完成，使得可以选择若干接收波束。简而言之，不同的波束形成架构可在发射器侧和/或接收器侧生成若干定向波束或者扇区，这可被控制。
本公开的一个实施方式涉及用于定位的专用波束选择算法。不是选择使接收功率最大化的扇区，而是选择使到达时刻(ToA)最小化的扇区。为了概述构思，考虑到在图6A中示出的简化(且非限制性)情形，其中通信设备A可形成若干定向波束，然而通信设备B具有由扁平椭圆体表示的(准)全向图案。该设置常常称作定向至全向(D2O)，然而，图2的设置示出定向至定向(D2D)设置。从D2O至D2D的扩展是简单的并且将随后提出。
在下文中，假设设备A处于发射模式，而设备B处于接收模式。通过复值多维函数给出两个设备之间的2D全向信道模型。因此，表示设备A处的发射角(AoD)和n表示离散时间。在训练阶段期间，发射器在接收器(准)全向侦听的同时，扫过所有扇区或者扇区的子集。接收器能够估计针对某个扇区实现的脉冲响应。定向发射可以被认为是相对于的空间滤波。每个发射扇区a可以由函数Ta表示，函数Ta对滤波，以获得接收器知道或者测量的脉冲响应ha(n)
因此，Ta通常增强扇区a的以AoD为特征的主方向上的空间分量，而衰减主方向以外的分量。
该构思可被一般化至支持D2D的3D环境。在这种情况下，是作为发射器侧的方位角和仰角AoD的角度和限定接收器侧的到达角(AoA)的角度的函数。通过发射波束形成的空间滤波由对朝向扇区a的主发射方向成进行滤波的Ta完成。与此相反，接收器波束形成由Rb进行，Rb对朝向扇区b的主接收方向成进行滤波。设备A与B之间的关于发射与接收波束形成的脉冲响应通过以下公式给出：
以上符号非常一般性并且还覆盖D2O，甚至O2O情形。在D2O中，接收天线具有(准)全向图案并且Rb(准)均等地考虑方向上的所有空间分量，而在O2O中，Ta和Rb(准)均等地考虑的所有空间分量。还应注意，常规的子60GHz通信系统通常实现O2O情形。明显地，与D2O或D2D情形相比较，这种情况下的测量脉冲响应带有更多的NLOS分量。
在下文中，考虑复值脉冲响应hs(n)，其中n＝0…N-1是离散时间，整数s∈S统一扇区标号(a，b)。从扇区标号(a,b)至s的映射是双射的并且是可逆的。脉冲响应长度N取决于实现方式和信道估计序列。
定位波束选择算法的实施方式考虑所有扇区s或其子集的hs(n0)。指数(index，索引)n0表示脉冲响应的第一采样。n0根据实现方式来确定并且是信道估计序列参数和噪声功率的函数。例如阀值转换法可通过以下公式提供该信息
其中，是取决于噪声和/或训练序列参数的检测阈值。简单但有效的阈值可以是这相当于考虑|hs(n)|的最大值。这种选择是有效的，因为扇区执行空间滤波，即扇区s具有定向特性，这放大来自角度与主方向相同或者接近的多路径分量并且抑制来自主方向以外的分量。对于常规的实现O2O的发射器架构，这种阈值选择的性能差，因为弱LOS路径由于其幅度通常远低于在n-NLOS中的|hs(n)|的最大值而检测不到。因此，天线扇区的方向性益于用于定位。
n0的确定需要发射器与接收器之间的定时同步。该同步需要整个脉冲响应估计过程期间稳定，即，定时同步对于所有hs(n)必须相同或者适当地校正。假定在帧结构中连续估计脉冲响应，每个hs(n)的时基必须参考第一或前一个接收扇区而知道。
适当的定位扇区由在指数n0实现最高幅值的扇区给出，即与此相反，用于通信的波束选择通常由完成。相关的ToA值由t0＝n0Ts-∈推导，其中，是采样间隔和∈是实现方式相关的处理延迟。此外，扇区给出的对应角被限定为如下对于一些应用，ToA精度可能至关紧要并且t0至多个TS的量化可能不够。在这种情况下，超分辨率算法(例如，X.Li和K.Pahlavan的″Super-ResolutionTOA Estimation With Diversity for Indoor Geolocation，″IEEE Transactions onWireless Communications，vol.3，no.1，pp.224-234，2004中描述的MUSIC)是能应用的。因此，应考虑每个hs(n)的由MUSIC推导出的第一到达路径。第一到达路径相对于扇区s的全部或者子集的最小化得到n0。与以上方法相反，n0现在可能是有理数并且等式从上述改为为如下
以上等式中的MUSIC运算符从每个脉冲响应中检索非整数间隔脉冲响应抽头(tap，分支)。
在真实系统中，希望首先执行双向通信的波束形成，即，确定设备A传输至设备B的最佳的通信或者数据扇区。作为第二步骤，执行用于定位的波束形成，其仅应用于信道探测和/或用于定位相关的数据通信。使用用于通信或者数据交换的最好扇区仍然执行常规的数据传输。因此，用于定位的扇区搜索范围是灵活的并且通常独立于通信或者数据扇区搜索。
以下搜索空间或者波束设置是合理的：(a)D2O，根据D2O，通信设备A或B应用定向图案，而通信设备B或A以(准)全向接收特性为特征；和(b)D2D，根据D2D，两个通信设备A和B应用分别用于发射和接收数据的定向图案。
通过复杂度或者训练总开销来以递增顺序排序选项。然而，与选项(b)相比较，选项(a)导致更差的性能，这是因为在(b)的情况下由于两个定向图案Ta和Rb应用于H，空间滤波更强。因为选项(a)考虑(准)全向接收或者发射图案，这使信道的主方向外的NLOS分量衰减较少。这适用于ToA和角信息。
此外，角信息可用于情况(a)和(b)，而仅可用于情况(b)或者用于互逆(reciprocal)信道(见下文)情况下的双向D2O。事实上，如图1所示，足够用于定位，但是可用于NLOS情形的检测。图6B示出2D中的基本方法。为了评估设备A和B的角信息，需要通信设备B的天线阵列相对于设备A的方位如将在以下针对混合应用更详细地说明的。原始角信息通过天线方位校正并且在第二步骤进行比较。如果存在LOS路径，以下等式有效
相同的等式在3D情形中对于θ角也有效。然而，在真实系统实现方式中，所应用波束的小的角扩散不可避免。角扩散可由表示以主方向为中心的角距离的最大角误差进行量化。为了改进位置估计和/或LOS检测，可使用该信息并且等式从上述等式变化如下
如果对于任何∈，δ∈[-1，1]满足该等式，则检测到LOS路径，其中，和分别是扇区a和b的最大角误差。相同的等式在3D情形中也适用于θ角。因此，提供了一种评估方法，该评估方法组合来自发起方和响应方的角信息，以进行一个通信设备的方位估计或者进行LOS验证。
在实际情形中，难以获得相对方位因此，可以实现以上等式的若干应用：(i)已知，NLOS/LOS情况未知：如果存在LOS，等式满足；及(ii)未知，LOS条件已知或者假定可获得
混合应用也是可行的。因此，通过结合不同时间点和/或若干天线阵列、和/或不同频率、和/或不同天线方向、和/或正交序列的测量，可以相继应用选项(i)和(ii)。
假设混合应用在两侧具有至少两个RF链路，可以相当精确地测量从一个发射器至每个接收器天线的路径之间的TOA差。这可以通过使所有接收信号成对地相关以获得样品数量的时间差来完成，这可以转化为时间单位的时间差。每个设备的一对相关联的信号(即，发起方侧一对和响应方侧一对)可能足以计算方位。在该测量在两侧(发起方和响应方)完成而且控制单元已知几何天线位置的条件下，可以计算两个设备相互之间的角方位，即，这在图6C中示出。
区分LOS和NLOS的另一方法由对分别用于数据传输和定位估计的所应用扇区和的评估组成。在LOS情形中，两者可能相等。
图7示出根据本公开的发起方通信设备1和响应方通信设备2的第一实施方式的示意图。用于基于RF通信和收集用于位置确定的信息的发起方通信设备1包括被配置为发射与接收RF信号的天线单元10，例如，具有一个或多个天线，诸如相位阵天线(能够进行波束形成)的天线单元。波束形成单元11设置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号。控制单元12在训练阶段控制波束形成单元11执行用于确定至响应方通信设备2的发起方LOS波束的波束形成，即允许确定发起方LOS波束本身(其完整配置)或者与发起方LOS波束相关的任何信息，诸如发起方角信息。换言之，“用于确定发起方LOS波束”应理解为“确定发起方LOS波束配置和/或与发起方LOS波束相关的信息，诸如发起方角信息”。处理单元13确定发起方LOS波束并且确定发起方LOS波束的发起方角信息。
响应方通信设备2包括被配置为发射并接收RF信号的天线单元20。波束形成单元21设置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号。控制单元22在训练阶段控制波束形成单元21执行用于确定至发起方通信设备1的响应方LOS波束的波束形成。处理单元23确定响应方LOS波束并且确定响应方LOS波束的响应方角信息。
在用于实际确定发起方通信设备1的位置的实施方式中，控制单元12可以进一步被配置为在测量阶段控制波束形成单元11和天线单元10，使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道，与响应方通信设备2交换RF信号，并且处理单元13可以进一步被配置为确定在测量阶段与响应方通信设备交换的RF信号的飞行时间并且根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的发起方角信息来确定通信设备的位置。此外，在这种情况下，控制单元22可以进一步被配置为在测量阶段控制波束形成单元21和天线单元20，使用所确定的响应方LOS波束经由通信信道与发起方通信设备1交换RF信号，并且处理单元23可以进一步被配置为确定在测量阶段与发起方通信设备交换的RF信号的飞行时间。控制单元22进一步控制天线单元20向发起方通信设备1或者外部实体发射响应方角信息和/或所确定的飞行时间，用于根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
图8示出根据本公开的发起方通信设备1和响应方通信设备2的第二实施方式的示意图。在这个实施方式中，选择单元25基于ToA/ToF估计单元27执行的ToA/ToF估计，来选择波束形成单元21在测量阶段使用的扇区(即，天线波束)。控制单元12、22管理数据交换和帧。设备1、2的一个或两个中的存储器14、24存储用于在测量阶段(随后)定位最佳的波束扇区，即，在测量阶段，控制单元12、22使用在存储器14、24中存储的信息来配置波束形成单元11、21和收发器单元10’、20’(包括天线10、20)。AoA/AoD估计单元15、25(或者AoA/AoD表)被用来基于取自各个存储器14、24的波束形成数据确定AoA/AoD。
在该实施方式中，外部位置估计单元3设置为处理定时和/或角信息以确定发起方通信设备1的位置，即，在该实施方式中，处理单元13的该功能由外部实体接管(但是可替代地，该功能也可由可包括这种位置估计单元的处理单元13或者23执行)。在FTM中，例如，位置估计单元以FTM发起方为中心。
图9示出根据本公开的包括发起方通信设备1和响应方通信设备2的系统的另一实施方式的示意图。示出了发射器1(即，发起方通信设备)和接收器2(即，响应方通信设备)具有波束形成能力(需要至少一个设备采用若干不同的扇区)。发射器1和接收器2都包括向波束控制单元12’、22’提供扇区选择的控制单元12、22，其控制包括基带处理单元31、41以及RF链路和波束转向单元32、42的波束形成实体，使得形成希望的波束。扇区信息还存储在表33、43中。还具有角估计单元16、26(也称为AoA/AoD估计单元)，该单元可根据扇区信息推导(发射器1中的)AoD或者(接收器2中的)AoA。设置这些角估计单元16、26是因为不同的设备可以具有对天线扇区的不同解释。然而，该信息对于采用特定扇区的相应设备是已知的。
在发射器侧，控制单元12进一步控制帧生成单元34，该帧生成单元生成估计帧(例如，扇区扫掠帧)，估计帧以某个天线扇区发射。与此相对，接收器2包括连接至信道估计单元45的帧评估单元44，其确定诸如脉冲响应的信道状态信息。发射器和接收器侧的控制单元12、22优选(优选用无线电(over the air))同步并且执行若干扇区a和b的训练。接收器侧的扇区和ToA估计单元27选择其最佳的扇区并且其ToA直接传递至用于位置估计的处理单元46，然而扇区信息在划分单元47被分为发射器扇区信息和接收器扇区信息。接收器扇区信息直接被AoA估计单元26处理，而发射器扇区信息经由信令50传输至发射器1，其中AoD被确定并且经由信令50反馈至接收器2用于位置估计的处理单元46。
根据另一实施方式，位置估计可以集中在发射器侧(如图7中所示)或者集中为例如，在服务器中、在云中、在基站中等集中执行的外部处理。如果发射器侧提供位置估计，AoA、ToA及发射扇区信息经由信令从接收器传输至发射器。在其他实施方式中，多个天线阵列可以利用。在该情况下，基本原理保持不变。然而，现在针对各个天线分别定义扇区。具有最低的ToA的Tx-Rx天线阵组合应被认为是定位探测的输出。AoD和AoA是指这些Tx和Rx天线阵列。
以下协议描述给出公开的方法和装置如何根据IEEE802.11ad或者802.11ay或者802.11az应用于系统的实现实例。在根据IEEE802.11的WLAN系统中，通过采用精细时间测量(FTM)协议可执行定位，精细时间测量协议测量两个STA之间的往返时间(RTT)。RTT除以2得到ToF。
图10示出说明具有一个基本测量事件的基本FTM过程的流程图。FTM发起方200在协商阶段S10期间发起与FTM响应方201的FTM会话。随后，进行测量阶段，FTM帧在步骤S11从FTM响应方201传输至FTM发起方200。确定出发时间(ToD)t1以及ToA t2。随后，FTM发起方200在步骤S12以具有ToD t3和ToA t4的ACK进行响应。步骤S13中，FTM响应方201将值t1和t4返回至FTM发起方200，FTM发起方在步骤S14以ACK确认接收。FTM发起方200现在能够通过以下公式确定ToF
FTM会话在另一消息交换S15之后终止。
在FTM中，相同的扇区用于整个FTM会话。FTM发起方和FTM响应方的实际天线扇区由天线权重向量(AWV)限定。数据通信的AWV由AWVD表示。
根据本公开，测量阶段使用不同的AWV，如示出了在本公开背景下可以使用的FTM过程的实施方式的流程图的图11中表示的。在下文中，AWVP表示用于定位的AWV，其通过使FTM发起方200与FTM响应方201之间ToA最小化得出。FTM协商阶段S20使用FTM发起方200和FTM响应方201的AWVD执行。随后，在步骤S21进行信道探测定位(CSP)，确定FTM发起方200和FTM响应方201的AWVP。AWVP应用于整个测量阶段期间。在测量阶段之后，可选地进行步骤S26的进一步的信道探测数据通信，AVWD用于传送以下消息直至在步骤S27终止FTM会话。如果在该阶段省去CSD步骤S26，则应用来自先前的CSD步骤S21的AVWD。在稳定情形中，FTM发起方200和响应方201移动缓慢，可以偶尔执行CSP和CSD。在该情况下，应用分别来自先前确定的CSP和CSD的AWVP和AWVD。
为了使用来自FTM响应方(索引R表示FTM响应方)的AoDR和/或AoAR信息，具有t1和t4的FTM帧可以另外具有带有先前的FTM帧的AoDR和/或AoAR的角字段和/或带有针对使用的扇区的最大角误差(AoDerrorR和/或AoARerror)的角误差元素。最大AoD或者AoA误差应居中于主方向。FTM发起方知道其自身的AOAI和AoDI(索引I指FTM发起方)。因此，不需要信令。
因为与AWVD相比，就误码率(BER)而言，AWVP通常实现较低性能的数据通信，所以期望AWVP发送的消息使用低吞吐量的调制编码方案(MCS)，诸如DMG控制模式(如例如IEEE计算机协会，Part 11:Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)Specifications Amendment 3:Enhancements for Very High Throughput inthe60GHz Band,New York:IEEE,2012(部分11：无线LAN媒体存取控制(MAC)和物理层(PHY)规范修订3：增强60GHz频带的甚高吞吐量，纽约：IEEE，2012)所描述的)，然而，对噪声的鲁棒性更强。
FTM协议的另一实施方式支持提高定位性能的多次连续测量。图12示出在本公开背景下可以使用的这种FTM过程的实施方式的流程图。以下方面是重要的：根据STA移动性，每个基本测量之间可选地执行CSP。在该情况下，每个FTM帧应具有先前测量的AoDR和/或AoAR和AoDR和/或AoAR误差子字段。此外，如果CSP仅完成一次，优选对于N＝1，仅一次包括AoDR和/或AoAR和AoDR和/或AoAR误差元素就足够了，因此该信息在很早的阶段对FTM发起方而言可获得。
在图12中示出的过程涵盖最一般性情形，即，D2D，其中下行链路与上行链路之间的扇区甚至可以不同。如果应用全向图案，相应的角字段具有任意值并且相应的角误差字段具有的2π或者360°值和θ的π或者180°值。
假定FTM发起方200仅关注定位，而不需要数据传输，则整个FTM协议可仅利用AWVP运行。在基站(STA)未与接入点(AP)相关联(无关联模式)并且数据传输是不可能的和/或不需要的情况下，这可能是有益的。
在图11和图12中示出的修改的FTM协议使FTM发起方200能够确定TOF并且知晓FTM响应方的AoD和AoA。此外，FTM发起方200知道其自身的AoD和AoA。根据希望的定位模式，FTM发起方200需要FTM响应方201的更多的但是静态的信息。FTM发起方200和响应方201应利用相同的坐标系统操作。对于FTM发起方200相对于FTM响应方201的相对定位，需要FTM响应方天线阵的方位，即，参考所有AoD/AoA角度所指的方位。对于FTM发起方200的绝对定位，需要FTM响应方201的方位和绝对位置(例如，经度、纬度、高度)。
因为FTM响应方201的方位和位置是静态的(在固定的FTM响应方的情况下)，所以可以不频繁地和/或应要求传输该信息。在FTM中，这可利用具有FTM响应方201的绝对位置的“位置配置信息(LCI)报告”实现。为此，通过应用限定第二点的另一LCI字段，可以使用方位指示。第一点和第二点限定表示FTM响应方201的方位的矢量的始点和终点，其中涉及AoD、AoA信息。这在图13中示出的示图中示出。IEEE802.11规范中已实现单个LCI。其给出了设备的绝对位置。构思是具有与第一LCI一起限定表示(设备的)方位的矢量的第二LCI。
CSP与CSD过程取决于被用于定位估计的通信系统。
根据IEEE802.11ad，经由扇区级扫描(SLS)和(可选地)经由波束细化阶段(BRP)完成波束形成。SLS执行双向D2O训练，而BRP实现双向D2D训练。假定信道是互逆的，即，信道相对于通信方向不变，SLS中检索的最佳的扇区可应用于实现双向D2D链路。
图14示出描述根据本公开的可应用于训练阶段的SLS阶段的示图。每个阶段中应用的天线波束图案对于定向性和全向特性分别由窄波束和宽波束表示。窄图案300表示传输，而宽图案301表示接收。在图9和图12中，扇区扫描(SSW)发起方是FTM响应方，而SSW响应方是FTM发起方，但是原则上，相反处理也可以。SLS阶段以及BRP阶段可以扩展为不仅支持数据通信的最佳的扇区，而且支持定位的最佳的扇区。
特别地，在一方面，本公开提出SLS阶段的扩展，以支持ToA的确定。此外，对于建议的用于定位的SLS，反馈和确认帧包含用于定位的最佳的扇区，例如，具有最小的ToA的扇区，这与当前限定SLS的帧相反，其中具有最强信道的扇区有信号。该第一训练阶段可跟随进一步的细化阶段，其被提议作为BRP阶段的扩展。扩展在某种意义上是发起方和响应方关于定位信息请求最佳的波束候选的细化。
以下帧可能是SLS的一部分：SSW、SSW-反馈(SSW-FBK)及SSW确认(SSW-ACK)。所有这些帧具有在图15中示出的SSW反馈字段(不等同的SSW-FBK帧)。图15A示出当作为ISS的一部分传输时的SSW反馈字段格式，图15B示出当未作为ISS的一部分传输时的SSW反馈字段格式。
根据本公开可应用以下两种信令模式：定位扇区选择(PSS)和同步扇区搜索(SSR)。如图15中所示，两种模式可以利用SSW反馈字段的范围B17-B23中的两个保留位发信号。需要PSS执行定位扇区选择，而SSR是可选的并且加速扇区训练。
以下规则可应用于PSS(“PSS设置”指定位扇区选择被期望)：
1.在设置PSS之前，需要先前的SLS阶段，其中还没有设置PSS。这是指发起方和响应方已经知道最佳的数据扇区。
2.当设置PSS时，需要第一SSW帧来训练最佳的数据扇区，即，第一SSW帧经由早先确定的最佳的数据扇区发送。建议第二SSW帧也训练最佳的数据扇区。这适用于发起方扇区扫描(ISS)和响应方扇区扫描(RSS)。这确保第一SSW帧由SSW响应方收到，使得SSW响应方可检索PSS信息。然后，SSW响应方可切换到定位扇区评估并且从第二SSW帧开始检索最佳的定位扇区。
3.一旦协商成功，PSS对于整个SLS的应该是稳定的。
4.如果SSW发起方/SSW响应方设置PSS，在下一个传输帧支持定位扇区选择并且假定第一接收SSW帧的扇区ID和DMG天线ID(该信息驻留在SSW帧中)对应于早先确定的最佳的数据扇区的情况下，SSW响应方/SSW发起方应在下一个传输帧设置其PSS。在SSW响应方/SSW发起方不设置其PSS的情况下，应执行数据扇区搜索并且SSW发起方/SSW响应方在下一个传输帧复原PSS。这允许SSW发起方与SSW响应方之间关于PSS设置的协商。SSW响应方/SSW发起方检查实际上是否接收到具有最佳的数据扇区的SSW帧。
5.在RSS期间的SSW反馈字段应保持最佳的数据扇区ID。这确保在SSW响应方要求PSS但是SSW发起方不支持的情况下，最佳的数据扇区可获得。
6.SSW-FBK和SSW-ACK应利用最佳的数据扇区传输。
7.如果PSS被设置并且在SSW发起方与响应方之间得到同意，SSW-FBK和SSW-ACK在SSW反馈字段中保持最佳的定位扇区ID。在SSW-FBK和SSW-ACK中的PSS值应指示最佳的扇区ID的类型(定位或者数据)。这允许定位扇区交换。
8.如果PSS被设置并且得到同意，对于定位扇区评估，应丢弃发起方和响应方的第一SSW帧。尽管定位评估得到同意，但这是为了避免第一扇区的数据扇区评估。
以下规则应用于SSR(“SSR设置”是指同时扇区搜索被期望)：
1.只有设置了PSS，才能设置SSR。如果定位扇区搜索被省略，则无需同时扇区搜索。
2.一旦协商，SSR对于整个SLS应是稳定的(上述的规则3)。
3.如果SSW发起方/SSW响应方设置SSR，则SSW响应方/SSW发起方应在下一个传输帧中设置其SSR(在其支持同时扇区搜索的情况下)。在SSW响应方/SSW发起方未设置其SSR的情况下，应执行非同时扇区搜索并且SSW发起方/SSW响应方在下一个传输帧复原SSR(上述的规则4)。这允许SSW发起方与SSW响应方之间关于SSR设置的协商。
4.如果SSR得到同意，发起方应该以“增强SSW-FBK”来响应(参见下文)。
SSR的支持需要称为增强SSW-FBK的新的帧格式。在图16B中示出。其主要对应于SSW-FBK帧，如图16A中所示，但是具有新的帧控制标识符，该标识符识别增强SSW-FBK帧并且具有另一SSW反馈字段，该字段应具有最佳的定位扇区的ID。
根据IEEE802.11ad的协议还提供BRP阶段，这允许另外的并且更精细的扇区训练。如图17中所示，通过修改BRP请求字段可以实现支持定位的扩展。在实施方式中，可添加BRP-PSS指示。因为SLS和BRP是独立的，所以BRP-PSS可独立于SLS中的PSS设置。BRP-PSS由BRP请求字段中的一个保留位(B27-B31)表示。
以下规则可应用于BRP-PSS：
1、如果设置了BRP-PSS，BRP请求字段中的整个数据适用于BRP-PSS的设置，即，所有请求(REQ)、授权、ID适用于定位扇区。
2、如果BRP请求字段是BRP帧的一部分，整个帧的数据适用于BRP-PSS的设置，即BRP请求本身、DMG波束细化字段和子字段、及信道测量反馈字段和子字段。
对于一些应用，仅关于定位进行波束形成训练可能足够。在这些情形中，确定最佳的数据扇区的先前SLS阶段效率低。为了克服这个问题，在实施方式中，可以使用根据IEEE802.11ad使用的信标报头间隔(BHI)。在BHI期间，发现未知站并且可关于数据通信完成初始的波束形成。为了使主要关于定位执行所有波束形成训练的BHI会被使用，即，在实施方式中，DMG STA能力信息字段中的保留位(B62…B63，如图18中所示，示出了DMG STA能力信息字段格式)的一个比特，表示定位BHI被支持并且偶尔传输。此外，信标间隔控制字段中的保留位(B44…B47，如图18中所示，示出了信标间隔控制字段格式)的一个比特，表示实际的BHI是定位BHI并且将出现的A-BFT是定位A-BFT。
此外，发起方和响应方发送的每个SSW帧可在SSW反馈字段中带有PSS指示符。在定位BHI中，以下规则取代由上所述的规则有效：
1.在定位BHI内，PSS始终由发起方设置。
2.响应方关于其性能设置PSS指示符。这是为了不包括传统STA。
3.如果响应方未设置PSS指示符，(a)应该通过不传输随后的SSW反馈帧丢弃针对该STA的整个波束形成训练(这是为了不包括传统STA并且避免与不同的扇区选择方法冲突；传统STA将遗漏的SSW反馈帧解释成接入争用并且将重试下一个BHI。)或者(b)继续对该STA的波束形成训练，但具有最佳的数据扇区信息的SSW反馈和PSS复原(在这种情况下，发起方必须能够同时进行定位和数据扇区评估)。
4.如果响应方设置了PSS指示符，随后的SSW反馈帧带有响应方的最佳的定位扇区信息并且在RSS期间，响应方返回发起方的最好定位扇区信息。
在图20中示出根据本公开的方法的实施方式的流程图的实施方式。在第一步骤S100中，例如，通过确定使ToA最小化的扇区，进行波束训练(例如，如本文公开的适于定位的改进的SLS、BRP)。在第二步骤S101，例如，通过基于每个发起方和响应方侧的估计的AoD和AoA信息确定扇区信息，进行AoD/AoA估计。因此，如果需要，可在发起方侧与响应方侧之间交换反馈。在第三步骤S102，例如，通过在测量阶段使用定位扇区(来自步骤S100)进行ToF估计(例如，FTM)，并且进行消息交换，消息还包括角信息(来自步骤S101)。在第四步骤S103，例如，通过评估LCI(位置配置信息)获得(例如，响应方的)锚定位置和方位。因此，在定位波束形成之前可以完成步骤S103，或者步骤S103可以仅偶尔完成。在第五步骤S104中，例如，通过组合锚定位置、方位以及ToF和角信息，可选地，通过LOS检测和/或设备方位确定进行定位。
图21示出了说明根据分别在图11或图12中示出的精细时间测量过程的第一或者第二实施方式的测量阶段中的基本FTM消息交换的示图。FTM响应方201在时间t1传输FTM帧，FTM发起方200在时间t2接收FTM帧。完成该帧的接收之后，FTM发起方200在时间t3传输确认帧ACK，该确认帧ACK在时间t4由FTM响应方201接收。FTM和ACK帧使用LOS波束传输和/或接收(由图21中的L表示)。此外，在每个帧的开始限定时间戳t1至t4。它们通过t4-t1-(t3-t2)计算往返时间(RTT)，该时间可用于定位。
图22示出了说明根据根据本公开的精细时间测量过程的第三实施方式的基本FTM消息交换的简图。TRN(训练序列)子字段附加至FTM帧。在IEEE802.11ad/ay标准中很好地定义了TRN子字段。其主要是信道估计序列。还有若干TRN可以附加至FTM帧。时间t1和t2可定义为在最后TRN子字段的开始处。
TRN子字段已被限定为训练不同的发射与接收波束，即，在每个TRN中，发射器或者接收器可以应用不同的波束。有时，TRN训练发射波束称为TRN-T，TRN训练接收波束称作TRN-R。在后者情形中，发射器保持波束不变，但是接收器使用不同的接收波束来接收。训练种类(即TRN-T或者TRN-R)在附加有TRN子字段的帧的前导码中表示出。
如图22中所示，使用由AWVD限定的相应的数据波束(由图22中的D表示)，即，用于数据通信的波束，诸如沿着NLOS路径的NLOS波束发送和接收FTM帧。此外，一个或多个TRN字段附加至该帧。另外时间戳优选适用的最后TRN字段(由图22中的L表示)由AWVP限定的LOS波束发射和接收。优选地，最后TRN之前的所有TRN可使用可变波束，即，可使用LOS波束或者数据波束，或者甚至另外波束。此外，FTM帧也可使用可变波束，即，可使用LOS波束或者数据波束。
ACK还可以优选由LOS波束发送和接收。虽然ACK可附加TRN，但是将时间戳适用后来的TRN是不利的，因为由于时钟偏移而导致定位性能劣化。通常，LOS波束优选应用于时间戳所适用的TRN。
因为测量t1至t4之间的时间减少(FTM帧与TRN子字段相比更长并且长度可变)，所以该方案的优势在于RTT(往返时间)测量不易受FTM发起方与响应方之间的相对时钟偏移的影响。
可以设想最后TRN之前的TRN用于持续训练或者跟踪LOS波束。在下面更详细地说明。
关于术语，最后TRN既不是TRN-R也不是TRN-T，因为发射器和接收器同时将它们的波束变为LOS波束。其可称为TRN-T/R。
IEEE802.11ad修订版实现基于TRN序列的波束跟踪特征。在每个传输帧中，设备可使用TRN请求和/或执行波束训练。通常，可分为两种情形：发起方请求训练其接收波束(情形(i))或者其发射波束(情形(ii))。
在两种情形下，发起方在任一传输帧的前导码中设置跟踪请求指示，指定训练长度(TRN子字段的数量)和训练类型，在(i)的情形下，训练类型为TRN-R，在(ii)的情形下，训练类型为TRN-T。
(i)在图23中示出的该情况下，响应方将TRN-R字段附加至为发起方而设的下一个传输帧。在接收该数据包的TRN期间，发起方可利用不同的接收波束接收并且评估这些波束。
(ii)在图24中示出的该情况下，发起方将TRN-T字段附加至当前帧(即，该帧带有请求)并且改变发射图案。响应方进行评估并且附加反馈(例如，BRP帧)至下一个带有反馈信息(例如，先前波束扫描的最佳发射波束)的传输帧。
原则上，该过程也可以应用于跟踪、改进或者更新用于定位的LOS波束。为此，唯一添加是请求波束跟踪LOS波束的指示。该指示可存在于帧(报头)的前导码中，类似用于数据波束的波束跟踪请求指示。因为数据波束和LOS波束可能不同，所以波束跟踪的(或者针对跟踪待训练的)可能的波束候选也可能不同。这应该由发起方和响应方考虑。
关于FTM，以下两个实例示出该过程：
(a)图25中示出该情况：在先前的ACK中接收到接收器训练请求之后，FTM响应方可附加使用LOS发射波束发送的TRN，然而，FTM发起方可训练不同的接收波束以改进或者更新其LOS接收波束。因此，最后TRN优选由LOS波束接收。
(b)图26中示出该情况：为了FTM响应方训练各种LOS发射波束，FTM响应方可利用各种发射波束发射TRN，而FTM发起方利用固定的LOS波束接收。FTM响应方发射的最后TRN优选使用LOS波束。这里，关于“最佳”LOS波束的信息在FTM发起方可获得并且需要通过反馈传播至FTM响应方(例如，附加至后续ACK的BRP帧)。BRP帧可使用数据或者LOS波束。
图25和图26示出训练FTM发起方接收波束和FTM响应方发射波束。类似地，FTM响应方可分别训练其接收波束并且FTM发起方可分别训练其发射波束。
根据上述实施方式，时间信息和/或角信息仍然驻留在FTM帧中。然而，FTM帧附加TRN字段，这些TRN字段通常仅仅是训练字段(即，不包括数据，仅出于训练目的)。通常，然而，存在TRN空间(部分)用于数据传输的可能性。这是所谓的控制标尾。可设想一些时间或者角信息输入控制标尾。
利用公开的波束形成协议，可补充现行标准中限定的波束形成过程以简化位置确定(例如，通过使LOS路径的功率最大化)。因此，公开设备可执行通信或者数据交换和定位并且针对通信或者数据交换和定位保持相关的波束信息。
定位波束形成训练阶段可包括正在发送的一系列波束，其后面是估计阶段，如必要的话，后面是根据先前的估计的进一步波束细化，直至LOS路径足够可靠地进行角测量。还可以控制波束形成单元和天线单元，以创建波束宽度可变的波束，便于确定LOS和NLOS路径。
波束形成单元可形成逐渐暴露LOS路径的波束并且(如果可能)区分LOS路径与NLOS路径。此外，需要定位的设备可请求锚定设备发送与最小的有意义的到达时刻(ToA)对应的波束。更进一步地，能够在扇区扫描阶段期间测量信道路径的ToA(当利用准全向图案侦听另一设备定向传输的波束时)。
通常，来自发起方或响应方的角信息是足够的。如果可获得两者的信息，LOS和方位检测是可行的。此外，仅一侧的波束形成(Tx或者Rx)通常是足够的。两侧(Tx和Rx)的波束形成增加性能(不管是否使用角信息，因为定时信息增强了)。这是上述O2O、D2O、及D2D情形。此外，通过利用多个响应方可进一步改善定位，而在这样情况下，波束形成过程可重复多次，即，针对每个发起方-重复方对重复多次。
简而言之，本公开通过包括用于定位的专用扇区选择(支持LOS路径)对定位提供支持，例如，对DMG/EDMG(即，毫米波WLAN)。本公开的一方面因此是单个或者多个DMG或EDGSTA，应用不同的波束或者扇区用于数据通信和定位。本公开的另一方面是发射器设备或接收器设备，应用波束形成用于抑制信道分量，该些信道分量阻碍所述设备或者多个设备的准确定位。
利用根据本公开的设备和方法，可以实现多个优势，包括：通过应用波束形成对多天线通信设备的定位增强(简化且更准确)、定位的最佳波束选择、采用波束形成的RF定位的设备、用于角支持的FTM协议增强、用于定位扇区选择的SLS和BRP增强、及用于定位扇区选择的BHI增强中的一个或多个。
因此，上述讨论仅公开和描述了本公开的示例性实施方式。如本领域的技术人员应理解的，在不脱离本公开的精神或其基本特性的情况下，本公开可以其它特定形式来体现。因此，本公开的公开内容旨在是说明性的，而不是限制本公开以及其它权利要求的范围。本公开，包括本文中的教导的任何容易辨别的变形，部分地定义了前述权利要求术语的范围，以使得本发明主题不专用于公众。
在权利要求中，术语“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个的元件或其他单元可满足权利要求中所列举的多项特征的功能。仅仅是特定措施记载在相互不同的从属权利要求中的事实不表示这些措施的组合不能被用于改进。
只要本公开的实施方式已经被描述为至少部分地由软件控制的数据处理设备来实现，将会理解，承载这种软件的非暂存性机器可读介质，诸如光盘、磁盘、半导体存储器等，也被认为是表示本公开的实施方式。此外，这种软件也可以其他形式(诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统)来分配。
公开的设备、装置及系统的元件可以通过对应的硬件和/或软件元件，例如适当的电路实现。电路是包括传统电路元件的电子组件的结构装配、包括专用集成电路的集成电路、标准集成电路、专用标准产品和现场可编程门阵列。此外，电路包括根据软件代码来编程或配置的中央处理单元、图形处理单元和微处理器。尽管电路包括上述执行软件的硬件，但是电路不包括纯软件。
接下来是公开的主题的一系列另外的实施方式：
1、一种用于基于RF的通信和位置确定的通信设备(1)，所述通信设备包括：
-天线单元(10)，被配置为发射和接收RF信号，
-波束形成单元(11)，被配置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元(12)，被配置为在训练阶段控制波束形成单元(11)执行确定至响应方通信设备(2)的发起方视距LOS波束的波束形成，及
-处理单元(13)，被配置为确定发起方LOS波束和/或发起方LOS波束的发起方角信息并且在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束和/或发起方角信息确定所述通信设备的位置。
2、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为确定发起方LOS波束的到达角和/或发射角作为发起方角信息。
3、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为通过估算发射到响应方通信设备的RF信号的飞行时间、从响应方通信设备接收的RF信号的到达时间和/或从响应方通信设备发射的RF信号的接收信号功率中的一个或多个确定发起方LOS波束。
4、根据实施方式3中限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为通过确定导致最小飞行时间或者到达时间的波束和/或使第一到达路径的最大接收功率高于预定接收功率阈值的波束，确定发起方LOS波束。
5、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为在训练阶段控制波束形成单元(11)来通过执行第一扇区扫描和一个或多个另外扇区扫描执行波束形成，在第一扇区扫描期间，RF信号利用不同的波束或者利用全向波束图案发射，在一个或多个其他扇区扫描期间，RF信号利用不同的波束或者利用全向波束图案接收和/或发射。
6、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为在测量阶段控制波束形成单元(11)和天线单元(10)使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道与响应方通信设备(2)交换RF信号，并且
其中，处理单元(13)被配置为在测量阶段确定与响应方通信设备交换的RF信号的飞行时间并且根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的发起方角信息确定通信设备的位置。
7、根据实施方式6中限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为接收响应方通信设备的与通信设备和响应方通信设备之间的LOS路径对应的响应方LOS波束的响应方角信息并且附加地使用响应方角信息确定通信设备的位置。
8、根据实施方式7中限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为接收并且使用响应方LOS波束的到达角和/或发射角作为响应方角信息。
9、根据实施方式6至8中的任一项限定的通信设备，
其中，处理单元(13)被配置为获得响应方通信设备的响应方位置和/或方位信息并且附加地使用所获得的响应方位置信息确定通信设备的位置。
10、根据实施方式6至9中的任一项限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为在测量阶段控制波束形成单元(11)执行波束形成用于确认和/或更新发起方LOS波束，并且处理单元(13)被配置为确认和/或更新发起方LOS波束和发起方LOS波束的发起方角信息。
11、根据实施方式6至10中的任一项限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元和天线单元在测量阶段应用精细时间测量(FTM)过程，用于与响应方通信设备(2)交换RF信号，所述RF信号包括允许处理单元(13)确定所交换的RF信号的飞行时间的时间信息。
12、根据实施方式11中限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元和天线单元将时间信息和/或角信息嵌入FTM帧和/或嵌入附加至交换的RF信号的相应的FTM帧的一个或多个训练子字段。
13、根据实施方式11或12中限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元(11)和天线单元(10)在测量阶段将一个或多个训练子字段附加至相应的FTM帧并且使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道与响应方通信设备(2)至少交换最后的训练子字段。
14、根据实施方式13中限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元(11)和天线单元(10)在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道与响应方通信设备(2)交换最后的训练子字段，并且使用用于与响应方通信设备(2)数据通信的数据波束，尤其是非视距(NLOS)波束，经由通信信道与响应方通信设备(2)交换其他训练子字段和/或相应的FTM帧。
15、根据实施方式6至14中的任一项限定的通信设备，
包括至少两个RF链路，每个连接至空间上分离的至少两个天线，其中，控制单元(12)被配置为估算所述至少两个天线处接收的RF信号的到达时间差以计算通信设备关于响应方通信设备(2)的角定向。
16、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元(11)和天线单元(10)在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道与响应方通信设备(2)交换RF信号，并且
其中，处理单元(13)被配置为在测量阶段确定与响应方通信设备交换的RF信号的飞行时间并且接收外部实体根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的发起方角信息而确定的通信设备的位置。
17、根据任一上述实施方式限定的通信设备，
其中，控制单元(12)被配置为控制波束形成单元(11)和天线单元(10)将训练子字段附加至数据字段并且使用所确定的发起方LOS波束经由通信信道与响应方通信设备(2)交换训练子字段。
18、一种通信方法，供发起方通信设备用于与响应方通信设备的基于RF的通信和用于发起方通信设备的位置确定，所述通信方法包括：
-控制发起方通信设备(1)在训练阶段进行波束形成用于确定从发起方通信设备(1)至响应方通信设备(2)的发起方视距LOS波束，
-确定发起方LOS波束和/或发起方LOS波束的发起方角信息，并且
-在测量阶段使用所确定的发起方LOS波束和/或发起方角信息确定发起方通信设备的位置。
19、一种通信设备(2)，用于基于RF的通信和位置确定，所述通信设备包括：
-天线单元(20)，被配置为发射并接收RF信号，
-波束形成单元(21)，被配置为执行波束形成并且控制天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元(22)，被配置为控制波束形成单元(21)在训练阶段执行用于确定至发起方通信设备(1)的响应方视距LOS波束的波束形成，并且
-处理单元(23)，被配置为确定响应方LOS波束和/或响应方LOS波束的响应方角信息并且在测量阶段使用所确定的响应方LOS波束和/或响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
20、根据实施方式19中限定的通信设备，
其中，控制单元(22)被配置为控制波束形成单元(21)和天线单元(20)在测量阶段使用所确定的响应方LOS波束经由通信信道与发起方通信设备(1)交换RF信号，
其中，处理单元(23)被配置为在测量阶段确定与发起方通信设备交换的RF信号的飞行时间，并且
其中，控制单元(22)被配置为控制天线单元(20)向发起方通信设备(1)或者外部实体发射响应方角信息和/或所确定的飞行时间，用于根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
21、一种通信方法，供响应方通信设备用于与发起方通信设备的基于RF的通信和用于获取在发起方通信设备的位置确定中使用的信息，所述通信方法包括：
-控制响应方通信设备(2)在训练阶段执行波束形成，用于确定从响应方通信设备(2)至发起方通信设备(1)的响应方视距LOS波束，
-确定响应方LOS波束和/或响应方LOS波束的响应方角信息，并且
-在测量阶段使用所确定的响应方LOS波束和/或响应方角信息确定发起方通信设备的位置。
22、一种非暂存性计算机可读记录介质，其中存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品在由处理器执行时使得根据实施方式18或21所述的方法被执行。
23、一种计算机程序，包括程序代码装置，当在计算机上执行所述计算机程序时，使计算机执行根据权利要求18或21所述的方法的步骤。

Claims (20)

1.一种通信设备(1)，用于基于RF的通信和位置确定，所述通信设备包括：
-天线单元(10)，被配置为发射和接收RF信号，
-波束形成单元(11)，被配置为执行波束形成并且控制所述天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元(12)，被配置为在训练阶段控制所述波束形成单元(11)来执行用于确定至响应方通信设备(2)的发起方视距LOS波束的波束形成，以及
-处理单元(13)，被配置为确定所述发起方LOS波束和/或所述发起方LOS波束的发起方角信息并且在测量阶段使用所确定的所述发起方LOS波束和/或发起方角信息确定所述通信设备的位置。
2.根据权利要求1所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为确定所述发起方LOS波束的到达角和/或发射角作为发起方角信息。
3.根据权利要求1所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为通过估算以下各项中的一项或多项来确定所述发起方LOS波束：向所述响应方通信设备发射的RF信号的飞行时间、从所述响应方通信设备接收的RF信号的到达时间和/或从所述响应方通信设备发射的RF信号的接收信号功率。
4.根据权利要求3所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为通过确定产生最小飞行时间或到达时间的波束和/或确定具有的针对第一到达路径的最大接收功率高于预定接收功率阈值的波束，来确定所述发起方LOS波束。
5.根据权利要求1所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为在训练阶段控制所述波束形成单元(11)通过执行第一扇区扫描和一个或多个另外扇区扫描来执行波束形成，在所述第一扇区扫描期间，利用不同的波束或者利用全向波束图案发射RF信号，在所述一个或多个另外扇区扫描期间，利用不同的波束或者利用全向波束图案接收和/或发射RF信号。
6.根据权利要求1所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为在所述测量阶段控制所述波束形成单元(11)和所述天线单元(10)使用所确定的所述发起方LOS波束，经由通信信道与所述响应方通信设备(2)交换RF信号，并且
其中，所述处理单元(13)被配置为确定在所述测量阶段与所述响应方通信设备交换的RF信号的飞行时间并且根据所确定的飞行时间和/或所述发起方LOS波束的发起方角信息确定所述通信设备的位置。
7.根据权利要求6所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为接收所述响应方通信设备的与所述通信设备和所述响应方通信设备之间的LOS路径对应的响应方LOS波束的响应方角信息，并且附加地使用所述响应方角信息来确定所述通信设备的位置。
8.根据权利要求7所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为接收并且使用所述响应方LOS波束的到达角和发射角作为响应方角信息。
9.根据权利要求6所述的通信设备，
其中，所述处理单元(13)被配置为获得所述响应方通信设备的响应方位置和/或方位信息，并且附加地使用所获得的响应方位置信息来确定所述通信设备的位置。
10.根据权利要求6所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为在所述测量阶段控制所述波束形成单元(11)执行用于确认和/或更新所述发起方LOS波束的波束形成，并且所述处理单元(13)被配置为确认和/或更新所述发起方LOS波束和所述发起方LOS波束的发起方角信息。
11.根据权利要求6所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为控制所述波束形成单元和所述天线单元在所述测量阶段应用精细时间测量FTM过程，用于与所述响应方通信设备(2)交换RF信号，所述RF信号包括允许所述处理单元(13)确定所交换的RF信号的飞行时间的时间信息。
12.根据权利要求11所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为控制所述波束形成单元和所述天线单元将所述时间信息和/或角信息嵌入FTM帧和/或嵌入附加至所交换的RF信号的FTM帧的一个或多个训练子字段中。
13.根据权利要求11所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为在所述测量阶段控制所述波束形成单元(11)和所述天线单元(10)将训练子字段附加至FTM帧，并且使用所确定的所述发起方LOS波束经由所述通信信道与所述响应方通信设备(2)至少交换最后的训练子字段。
14.根据权利要求6所述的通信设备，
包括至少两个RF链路，每个RF链路连接至空间上分离的至少两个天线，其中，所述控制单元(12)被配置为估算在所述至少两个天线处接收的RF信号的到达时间差，以计算所述通信设备相对于所述响应方通信设备(2)的角方位。
15.根据权利要求1所述的通信设备，
其中，所述控制单元(12)被配置为在所述测量阶段控制所述波束形成单元(11)和所述天线单元(10)使用所确定的所述发起方LOS波束经由通信信道与所述响应方通信设备(2)交换RF信号，并且
其中，所述处理单元(13)被配置为确定在所述测量阶段与所述响应方通信设备交换的RF信号的飞行时间，并且接收外部实体根据所确定的飞行时间和/或所述发起方LOS波束的所述发起方角信息而确定的所述通信设备的位置。
16.一种通信方法，由发起方通信设备用于与响应方通信设备进行的基于RF的通信和用于所述发起方通信设备的位置确定，所述通信方法包括：
-控制所述发起方通信设备(1)在训练阶段执行用于确定从所述发起方通信设备(1)至所述响应方通信设备(2)的发起方视距LOS波束的波束形成，
-确定所述发起方LOS波束和/或所述发起方LOS波束的发起方角信息，以及
-在测量阶段使用所确定的所述发起方LOS波束和/或发起方角信息确定所述发起方通信设备的位置。
17.一种通信设备(2)，用于基于RF的通信和位置确定，所述通信设备包括：
-天线单元(20)，被配置为发射和接收RF信号，
-波束形成单元(21)，被配置为执行波束形成并且控制所述天线单元使用一个或多个选择的波束发射和/或接收RF信号，
-控制单元(22)，被配置为在训练阶段控制所述波束形成单元(21)执行用于确定至发起方通信设备(1)的响应方视距LOS波束的波束形成，以及
-处理单元(23)，被配置为确定所述响应方LOS波束和/或所述响应方LOS波束的响应方角信息，并且在测量阶段使用所确定的所述响应方LOS波束和/或响应方角信息确定所述发起方通信设备的位置。
18.根据权利要求17所述的通信设备，
其中，所述控制单元(22)被配置为在测量阶段控制所述波束形成单元(21)和所述天线单元(20)使用所确定的所述响应方LOS波束经由通信信道与所述发起方通信设备(1)交换RF信号，
其中，所述处理单元(23)被配置为确定在所述测量阶段与所述发起方通信设备交换的RF信号的飞行时间，并且
其中，所述控制单元(22)被配置为控制所述天线单元(20)向所述发起方通信设备(1)或者外部实体发射所述响应方角信息和/或所确定的飞行时间，用于根据所确定的飞行时间和/或发起方LOS波束的所述响应方角信息确定所述发起方通信设备的位置。
19.一种通信方法，由响应方通信设备用于与发起方通信设备进行的基于RF通信和用于供所述发起方通信设备的位置确定中使用的信息的获取，所述通信方法包括：
-控制所述响应方通信设备(2)在训练阶段执行用于确定从所述响应方通信设备(2)至所述发起方通信设备(1)的响应方视距LOS波束的波束形成，
-确定所述响应方LOS波束和/或所述响应方LOS波束的响应方角信息，以及
-在测量阶段使用所确定的响应方LOS波束和/或响应方角信息确定所述发起方通信设备的位置。
20.一种非暂存性计算机可读记录介质，其中存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品在由处理器执行时，使得根据权利要求16或19所述的方法被执行。
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