用于采用相位跟踪传输安全测距分组的装置和方法与流程

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年6月29日提交的名称为“apparatusandmethodfortransmittingasecurerangingpacketwithphasetracking”的美国专利申请no.62/692,351的权益，该专利申请全文以引用方式并入本文。

本发明所述实施方案总体涉及对无线通信分组启用安全飞行时间(stof)测量。

背景技术：

利用可预测和重复结构(例如，循环前缀正交频分复用(cp-ofdm)或基于循环前缀的单载波(cp-sc)和golay序列)的无线通信系统易受可导致服务质量差和/或服务中断的攻击。例如，黑客设备可由未参与安全测距但试图篡改由参与安全测距的实体交换的到达时间(toa)测量/测量报告的实体来使用。黑客设备可监听利用循环前缀(cp)的无线传输——例如，从发起站到响应站。黑客设备可发送在响应站处接收的闯入者信号，这导致发起站和响应站之间的范围(例如，距离)的计算不正确。范围计算可基于从到达时间(toa)和离开时间(tod)导出的往返时间(rtt)。toa可基于导频从多径信道估计导出。因此，依赖重复结构的信道估计容易受到对抗性攻击。此外，通过传统802.11技术进行通信的各种设备可能存在于相同的频带内，并且可能干扰用于安全测距的通信。此外，用于确定在较高频带(例如，60ghz)下和非视距(nlos)状况下的无线通信分组的安全飞行时间(stof)测量的解决方案存在挑战。

技术实现要素：

一些实施方案包括用于启用无线通信分组的安全飞行时间(stof)测量的电子设备、方法和计算机程序产品，该无线通信分组包括具有零填充随机序列波形的安全测距分组，包括在较高频带(例如，60ghz)下和非视距(nlos)场景下。一些实施方案提供了允许协商各种安全参数和stof操作参数的灵活协议。例如，一些实施方案采用：相位跟踪和信令用来支持具有相位噪声约束的设备以减少在更高频率下的相位噪声；确定用于stof的多个随机序列(rs)以支持一致性检查和信道验证；支持stof操作的子阶段的附加规则；和/或确定第一路径波束成形(fpbf)天线权重向量(awv)模式、亚最佳awv模式和/或混合路径awv模式以及这些模式的预处理使用。

附图说明

并入本文并形成说明书一部分的附图示出了所公开的公开内容，并且与说明书一起进一步用于解释本公开的原理并使相关领域的技术人员能够制造并使用该公开内容。

图1示出了根据本公开的一些实施方案的实现灵活安全飞行时间测量的示例系统。

图2示出了根据本公开的一些实施方案的具有安全飞行时间测量的示例无线测距系统的框图。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的用于安全精密时间测量(ftm)的示例方法。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的用于无互易性的第一路径波束成形(fpbf)操作子阶段的示例方法。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的用于无互易性的fpbf操作子阶段的更详细示例方法。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的具有互易性的fpbf操作阶段的示例方法。

图7示出了根据本公开的一些实施方案的用于设置和协商阶段的示例方法。

图8a至图8c示出了根据本公开的一些实施方案的各种bf天线权重向量(awv)模式。

图9a至图9f示出了根据本公开的一些实施方案的示例安全ftm请求帧格式和字段格式。

图10示出了根据本公开的一些实施方案的用于保护建立阶段和安全测量阶段的示例方法。

图11示出了根据本公开的一些实施方案的用于stof测量的示例增强定向多千兆比特z(edmgz)分组。

图12a至图12c示出了根据本公开的一些实施方案的用于安全测距波形的选项。

图13示出了根据本公开的一些实施方案的具有相位跟踪的示例零填充随机序列波形。

图14a示出了根据本公开的一些实施方案的具有对所接收到的信号的相位跟踪的示例零填充随机序列波形。

图14b示出了根据本公开的一些实施方案的用于相位跟踪补偿的示例方法。

图15是用于实施一些实施方案或其一个或多个部分的示例计算机系统。

图16示出了重复结构波形的示例符号。

图17示出了循环前缀(cp)ofdm波形的示例传输和接收器案。

参考附图描述了本公开。在附图中，通常，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。另外，通常附图标记的最左边的一个或多个数字标识首先出现参考标号的附图。

具体实施方式

无线通信分组可包括具有零填充随机序列波形的安全测距分组以对循环前缀(cp)—重放攻击进行寻址。零填充随机序列波形可以是例如训练(trn)子字段的形式。在较高频带中，相位噪声可能导致性能下降，并且安全飞行时间(stof)范围测量可能不准确，从而阻止高精度测距用例。第一到达路径(fap)是发射器和接收器之间的传播路径，该传播路径被估计为具有最短飞行时间(tof)。在非视距(nlos)场景中，fap可能要小得多(例如，比最强路径的fap低-35db到-30db)。fap可能太小而无法估计。由于fap用于确定电子设备与另一电子设备的高精度范围或距离，因此stof范围测量可能不准确。

为了解决上述问题，一些实施方案提供了允许协商各种安全参数和stof操作参数的灵活协议。例如，一些实施方案采用：相位跟踪和信令用来支持具有相位噪声约束设备以减少在更高频率下的相位噪声；确定用于stof的多个随机序列(rs)以支持一致性检查和信道验证；支持stof操作的子阶段的附加规则；和/或确定第一路径(fp)模式、亚最佳路径模式和/或混合路径awv模式以及这些模式的预处理使用。

一些实施方案能够使无线设备通信彼此协作并且利用实现安全信道估计的波形，这对于安全测距是重要的。为了防止重复重放攻击，一些实施方案包括单载波物理层(sc-phy)波形和/或内插ofdm波形，其不包括可重复或可预测结构。

在测距过程开始之前，可从一个无线系统到另一无线系统进行信息(例如，随机序列(rs)和/或用于相位跟踪的保护间隔(gi))的生成和安全交换。所交换的信息支持安全波形结构1130，当测距过程开始时一个无线系统在edmgz分组1110(例如，安全测距分组)中向另一个无线系统发送该安全波形结构。所接收的edmgz分组1110(包含安全波形结构1130)和由无线系统先前交换的信息(例如，rs或gi)使得接收无线系统能够安全地确定信道估计(例如，在没有无线系统之间的多路径信道中的不真实fap的闯入者传输的情况下确定信道估计)。因此，无线系统可安全地确定彼此之间的距离。

此外，支持传统802.11系统的设备也可以接收与传统802.11系统兼容的安全测距分组。例如，传统802.11系统可能不支持用于安全信道估计的波形系统，并且可能包括ieee802.11az之前的ieee802.11技术。支持接收安全测距分组的传统802.11系统的设备可确定安全测距分组的持续时间，并因此确定延缓信道接入的持续时间。这允许参与测距的无线系统获得对信道的控制。安全测距分组包括与传统802.11系统兼容的安全测距分组结构。

图1示出了根据本公开的一些实施方案的实现用于灵活安全飞行时间(stof)测量的波形系统的示例系统100。提供示例系统100仅用于说明的目的，而不是对所公开的实施方案进行限制。系统100可包括但不限于无线通信设备110、通信设备120、车辆应答器设备130、进入应答器设备140、凭票进入设备150和接近检测设备160。可受益于一些或所有实施方案的其他设备(为简单起见，图1中未示出)可包括其他计算设备，包括但不限于智能手表、膝上型电脑、台式计算机、平板电脑、个人助理、路由器、监视器、电视、打印机、家用设备(例如恒温器)和电器。示例使用可包括一旦接近设备或入口就访问设备或入口。由用户携带的设备通常使用响应的设备发起测距过程。在系统100中，无线通信设备110被示出为发起设备，但其他发起设备(未示出)包括但不限于智能手表、平板电脑、个人助理、智能电话和膝上型电脑。

当无线通信设备110在车辆应答器设备130或进入应答器设备140附近(例如，数米)时，一些实施方案可使相应的车门或其他入口(例如，到房屋、办公室、大楼的门的入口或者对膝上型电脑的访问权限)解锁或打开。同样，当无线通信设备110在凭票进入设备150附近时，一些实施方案允许识别、验证与无线通信设备110相关联的票证(例如，音乐会门票、地铁轨道票证或体育赛事票证)并且允许持票人(通过无线通信设备110)进入场地。凭票进入设备150可包括其他具体实施，包括但不限于允许进入的旋转门，或者解锁或打开的自动门。接近检测设备160可利用店面附近的无线通信设备110检测潜在客户，并将促销优惠券或广告发送到无线通信设备110以诱使潜在客户访问商店。同样，第一用户的无线通信设备120可识别第二用户的无线通信设备110何时接近并且向无线通信设备110发送邀请以邀请第二用户见面(例如，帮助朋友和家庭成员找到彼此)。又如(未示出)，当无线通信设备110接近时，可将家用设备的设置调整为与无线通信设备110相关联或存储在无线通信设备110上的偏好。又如，带绳标签(未示出)可为附接到宠物项圈或流浪幼儿衣服的可移除设备，其中带绳标签和无线通信设备110之间的安全通信导致当带绳标签与无线通信设备110超过可配置的距离阈值时无线通信设备110上发出警报通知。

上述无线通信设备可为便携式的或移动的，并且可确定彼此的相对位置和/或距离。一些无线设备可为静止的(例如，接近检测设备160)并且可确定绝对位置或地理位置。

系统100还可包括无线通信设备165，其利用可能不支持用于安全信道估计的波形结构的传统802.11技术。当无线通信设备165接收到包括波形结构的安全测距分组时，无线通信设备165可确定安全测距分组的持续时间(例如，安全测距分组的长度)并且至少在该持续时间内延缓通信设备165对该信道的访问。可从安全测距分组结构的前导码的一个或多个字段确定安全测距分组的持续时间。

图2是示出根据本公开的一些实施方案的具有安全信道估计的示例无线测距系统200的框图。系统200可为系统100的任何电子设备(例如，110、120、130、140、150和/或160)。系统200可包括中央处理单元(cpu)210、收发器220、通信接口225、通信基础设施230、存储器235，以及一个或多个天线250a-250n。收发器220传输和接收包括安全测距分组结构的通信信号，安全测距分组结构包括根据一些实施方案的支持灵活stof测量的波形，并且可耦接到天线250a-250n。通信接口225允许系统200与可为有线和/或无线的其他设备通信。通信基础设施230可为总线。存储器235可包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓存，并且可包括控制逻辑部件(例如，计算机软件)和/或数据。天线250a-250n可包括相同和/或不同类型的天线。

图16和图17是用于说明利用已知和/或重复符号结构的无线通信系统如何易受黑客设备攻击的示例图示。图16示出了重复结构波形的示例符号1600。在该示例中，符号1600是循环前缀(cp)ofdm波形。符号1600包括核心符号1610、末端1620(例如，核心符号1610的后25％)和cp1630。传输和接收符号1600的离散傅里叶逆变换(idft)/离散傅立叶变换(dft)对的大小等于核心符号1610的长度。符号1600是已知结构，并且黑客设备可容易地监听并开始记录符号1600的部分。一旦检测到重复末端1620，黑客设备就可以通过定时超前来发送符号1600的闯入者传输。当在任何真实的无线传输之前接收到符号1600的闯入者传输时，接收器可将闯入者传输解释为符号1600的fap，使用闯入者传输fap来确定不正确的到达时间(toa)，并因此使用不正确的toa来计算相对于接收器正在与之进行通信的系统(例如，不是黑客设备)的不正确的范围。因此，黑客设备可篡改定时测量/报告，导致不正确的信道估计和不正确的范围计算。这种不正确的信道估计会导致安全问题。例如，由于闯入者传输，当无线通信设备110比预期更远离车辆(例如，50m)时，图1中的车辆应答器130可解锁或打开门。类似的攻击也可应用于基于循环前缀的单载波(cp-sc)(例如，攻击者可识别核心符号并且通过定时超前传输闯入者传输，并且可创建早期假路径，这最终导致不正确的范围估计)。

图17示出了cpofdm波形诸如符号1600的示例传输和接收器案1700。为了方便而不是限制，将参考图16的元件来描述图17。方案1700包括idft1710、循环前缀加法器1720、信道1730、循环前缀减法器1740和dft1750。idft1710和dft1750的大小都等于核心符号1610的长度，如idft/dft大小1640所示。由于已知cp1630等于末端1620，并且已知末端1620是核心符号1610的25％，因此黑客设备可识别核心符号1610并传输闯入者传输。闯入者传输可以是fap，因此闯入者传输将导致不正确的范围确定。

为了防止可篡改测距/定时测量和/或报告的闯入者传输，实施方案包括在测距过程开始之前在无线系统之间安全地交换信息。所交换的信息对于测距过程中涉及的无线系统是已知的，但是对于其他实体而言是未知的。当设备接近并且测距过程开始时，无线系统交换不包括重复和/或可预测结构(例如，循环前缀正交频分复用(cp-ofdm)和golay序列)的安全测距波形。具有安全测距波形的安全测距分组的示例在图11中示出。

图11示出了根据本公开的一些实施方案的用于stof测量的示例增强定向多千兆比特z(edmgz)分组1110。edmgz指示支持edmg设备上的ieee802.11az安全测距操作。换句话讲，edmgz设备是一种能够支持某些(如果不是全部)802.11az功能的802.11az的edmg设备。edmgz分组1110用于执行安全测距并启用stof的计算。

增强定向多千兆比特(edmg)训练(trn)(e-trn)字段1120用于ieee802.11ay测距分组1100，以用于确定在接收器处接收的最佳路径(bp)，其中bp基于在接收器处提供最佳信噪比(s/n)的信号路径。将e-trn1120的trn子字段用于训练以获得bp波束成形(bf)(bpbf)awv。但是，当接收到使用bpbfawv传输的ieee802.11ay测距分组1100时，e-trn字段1120可不具有足够强的s/n比率以进行恢复。对于通过重新利用e-trn字段1120作为安全测距波形字段1130来支持stof测量的实施方案而言，这可能是有问题的。例如，如果接收到使用bpavw传输的edmgz分组1110，则安全测距波形字段1130可能不可恢复。因此，stof测量并从而取决于stof测量的应用可能不准确。

为了解决上述问题，一些实施方案使得能够恢复由接收器接收的e-trn字段1120或安全测距波形字段1130。例如，在ieee802.11ay测距分组1100中接收(e-trn)字段1120的具有ieee802.11ay硬件的接收器可以使用不同的算法来确定在接收器处接收的第一路径(fp)，其中fp是接收的许多信号路径中的信号路径，其中fp信号路径与接收的许多信号路径的fap相比具有最短的fap。将e-trn1120的trn子字段用于训练以获得fp波束成形(bf)(fpbf)awv。发射器可使用fpbfawv来传输edmgz分组1110。一些实施方案使得用fpbfawv传输的edmgz分组1110的接收器能够准确地恢复安全测距波形字段1130，并确定与用bpbfawv传输的相同edmgz分组1110相比更准确的stof。

edmgz分组1110再利用ieee802.11ay测距分组1100的格式，以便可再利用ieee802.11硬件但使用不同的算法来确定stof测量(例如，基于fp计算而不是bp计算)。edmgz分组1110可用于执行安全测距并启用stof的计算。前四个字段l-stf、l-cef、l-hdr和e-hdr-a用于使得能够与ieee802.11ad/11ay操作共存。plcp服务数据单元(psdu)字段包含测距操作的有效载荷，诸如时间戳(例如，到达时间、离开时间)、对话标记等。

在一些实施方案中，trn子字段格式包括零填充随机序列(rs)波形(例如，零+随机序列，如图12a至图12c所示)。由t表示的trn子字段表示从处理数据(例如，psdu)切换至训练以获得fp的所需时间，由p表示的trn子字段用于信道估计，并且n和m的值可被设定为零(例如，不包括n和m子字段)。

虽然在具有零填充rs波形的trn子字段上的stof测量处理cp重放攻击，但在类似60ghz的较高频带中，相位噪声可能导致性能下降。例如，相位噪声可影响安全飞行时间(stof)测量的确定，从而导致不精确的范围测量，其对如上所述的高精度测距用例产生负面影响。

图12a至图12c示出了根据本公开的一些实施方案的用于安全测距波形1130的选项1210、1230和1260。trn子字段包括768个码片，这些码片可被布置成零和随机序列的各种组合，如选项1210、1230和1260中所示。fft接收器的尺寸、开销百分比和性能基于每个选项而变化，如下表1中所示。选项1210包括trn子字段，其具有包括128个前缀零的768个码片、长度为512的rs，其中rs1和rs2是彼此独立并且随机生成的随机序列，以及128个后缀零。由于接收器处的fft大小为1024，因此选项1210可能难以实现。选项1230包括具有768个码片的trn子字段，其包括192个零、长度各自为384的rs1和rs2，以及192个后缀零。选项1260包括trn子字段，其具有包括128个前缀零的768个码片，长度为256的rs1，其后是128个零，以及长度为256的rs2。示出了类似的trn子字段，其具有768个码片，包括128个前缀零、长度为256的rs3、其后是128个零，以及长度为256的rs4。trn子字段配置的其他选项可能是可行的。

表1trn指子字段选项

为了支持具有相位噪声约束的设备以减轻较高频率的相位噪声，一些实施方案采用相位跟踪和对应的信令。图13示出了根据本公开的一些实施方案的具有相位跟踪的示例零填充rs波形1300。例如，可修改选项1230的前缀零192和后缀零192，使得前64个码片和后64个码片可用于在trn子字段的开始和结束处的相位跟踪，如具有相位跟踪的零填充rs波形1300所示。给定128个码片的最大通道延迟，前64个码片和后64个码片可各自为与384个码片的随机序列无关的保护间隔(gi)。因此，选项1230的rxfft大小可以是512(例如，384+64+64)。gi是用于由接收器进行交叉相关以调节由于相位噪声引起的stof测量的已知的码片序列(对于发射器和接收器而言均为已知的)。其他配置可能是可行的。

例如，在已经协商和/或指示相位跟踪之后，接收器可将第一gi识别为用于标记随机序列开始的trn子字段中的导频符号，并且第二gi标记随机序列的结束。可使用gi来确定由于相位噪声而存在的相移，并且可确定载波频率偏移。如果确定了相移，则可去除由于相位噪声引起的相移的效应，从而提高stof测量的准确性。

接收设备可接收正在使用相位跟踪的指示，并且接收设备可准备接收相应gi的第一64个码片和第二64个码片，使用接收的gi来计算相移，然后校正和/或移除相移的效应。例如，gi可以是固定的(例如，使用ieee802.11ad/ay规范中的现有版本)。在一些实施方案中，可存在许多不同的gi以避免在不同发射器使用诸如固定gi之类的公共信号时可能发生的导频污染和/或碰撞。例如，给定发射器可选择针对预期接收器使用特定的经信号发送的gi(例如，golay序列1)。给定发射器可向预期接收器指示要使用相位跟踪以及特定gi，使得预期接收器可准备接收码片中与从给定发射器接收的gi对应的特定的经信号发送的gi。在一些实施方案中，发射器可选择或随机选择特定的经信号发送的gi并基于具有索引的码本或表格提供对应的gi代码和/或gi索引，以通知预期接收器该发射器将使用的特定的经信号发送的gi。预期接收器可接收gi代码和/或gi索引，并进行相应地调整，以预计对特定的经信号发送的gi的接收。在一些实施方案中，发射器可将所选择的特定的经信号发送的gi整体(例如，整个64位序列)发送至预期接收器。

图14a示出了根据本公开的一些实施方案的具有对所接收的信号y(t)的相位跟踪的示例零填充随机序列波形1400。例如，所接收的信号y(t)可以是在如图1所示的通信设备110与通信设备120、车辆应答器设备130、进入应答器设备140、凭票进入设备150或接近检测设备160之间交换的信号。在更详细的示例中，所接收的信号y(t)可以是发起方设备接收的图10的信号(d1)或(d3)或者可以是响应方设备接收的信号(d2)或(d4)。

在该示例中，接收器接收包括具有相位跟踪的零填充随机序列波形1400的信号y(t)，并在随机序列(例如，rs1)之内对相位噪声和载频偏移进行补偿。图14b示出了根据本公开的一些实施方案的用于相移补偿的示例方法1450。方法1450可以由图2的系统200和/或图15的系统1500执行。接收器接收具有相位跟踪的示例零填充随机序列波形1400，其包括安全trn1、安全trn2等，如图14a所示。在第一示例中，描述了使用gi1和gi2的方法1450，随后是使用gi0和gi2的方法1450的第二示例。

使用gi1和gi2的方法450

在1460处，接收器如下计算gi1和gi2之间的相关性以估计gi1和gi2之间的相位差：

其中y^*(i)是y(i)的共轭，并且(i+704)表示gi2的起始。

在1470处，接收器估计gi1和gi2之间的公共相移：

在1480处，接收器调整所接收到的信号y(t)，以补偿每一样本处的公共相移，从而生成经调整的接收信号y^(i)：

接收器可使用经调整的接收信号y^(i)进行stof计算。

使用gi0和gi2的方法450

在1460处，接收器如下计算gi0和gi2之间的相关性以估计gi0和gi2之间的相位差：

其中y^*(i)是y(i)的共轭，并且(i+768)表示gi2的起始。

在1470处，接收器估计gi0和gi2之间的公共相移：

在1480处，接收器调整所接收到的信号y(t)，以补偿每一样本处的公共相移，从而生成经调整的接收信号

接收器可使用经调整的接收信号y^(i)进行stof计算。

在非视距(nlos)场景中，fap可能要小得多(例如，比最强路径低-35db到-30db)。范围可为估计范围。即使edmgz分组1110的前5个字段(例如，l-stf、l-cef、l-hdr、e-hdr-a和psdu)使用最佳路径波束成形(bpbf)天线权重向量(awv)，在用于stof测量的安全测距波形字段1130中的单个级别中可存在较大功率下降。为了支持功率失衡，可调节自动增益控制(agc)字段以适应信号功率。但是为了支持使用agc字段的大功率下降，调节可能需要相对较长的时间才能使可变增益放大器稳定下来。fap可能太小而无法估计。因此，在nlos场景中，stof和因此高精度测距应用可能会受到负面影响。

为了解决上述问题，一些实施方案通过在安全精密时间测量(ftm)协议中包括支持stof操作的子阶段的附加规则来实现各种安全参数和stof操作参数的协商的灵活性。附加阶段的示例包括波束成形(bf)操作阶段，其能够确定和选择能够实现高精度测距用例的各种天线权重向量(awv)。各种awv可用于不同模式下的无线通信传输：第一路径模式、亚最佳路径模式和/或混合路径awv模式，以及这些模式的预处理使用。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的用于安全精密时间测量(ftm)的示例方法300。为方便而不是限制，可以参照图1、图2和图4至图15的元件来描述方法300。方法300可以由发起方设备和响应方设备来执行，发起方设备和响应方设备可包括图2的无线测距系统200和/或计算机系统1500。方法300的前置条件包括在发起站和响应站之间建立链路。发起站通过传输波束细化协议(brp)帧发起方法300，并且将被称为发起方。示例brp帧格式可包括ieee802.11ay测距分组1100。接收brp帧的站将被称为响应方。发起方可由用户携带。发起方的示例包括但不限于无线通信设备110、智能手表、平板电脑、个人助理、智能电话和膝上型电脑。方法300的发起方功能可由图2的无线测距系统200或图15的计算机系统1500来执行。响应方的示例包括但不限于无线通信设备120、车辆应答器设备130、进入应答器设备140、凭票进入设备150和接近检测设备160。方法300的响应方功能可由另一个无线测距系统200或另一个计算机系统1500执行。

在发起方与响应方之间建立链路期间，确定bpbfawv。例如，利用bpbfawv传输的分组导致在接收器处具有最佳s/n比的信号路径。

在310处，在波束成形(bf)操作阶段，在子阶段a处，发起方和响应方执行bf操作以查找fpbfawv，其中fp是与在fpbf操作期间确定的与其他传播路径相比具有最短fap的传播路径。fap是发射器和接收器之间的传播路径，其被估计为具有最短飞行时间。在视距(los)条件下，fp为los路径。在子阶段b处，可确定信息是否在应该进行更新前置条件期间获得bpbf信息。例如，bpbf更新可利用l-stf和l-cef字段来确定在前置条件期间确定的bpbf是否产生最佳s/n比并且是有效的。如果在前置条件期间确定的bpbf无效(例如，确定了更好的bpbfawv)，则可相应地更新bpbf信息。

在320处，在设置和协商阶段，发起方和响应方在发起方和响应方之间设置并协商操作参数320a和安全参数320b。例如，在操作参数320a的协商期间，发起方和响应方共同决定在安全测量阶段340期间要使用的awv操作模式。操作模式可包括：第一路径波束成形(fpbf)awv模式、亚最佳波束成形(bf)awv模式和混合路径awv模式。这些模式可在bp也是fp的los场景中收敛。当发起方指示操作模式(例如，fpbfawv模式、亚最佳awv模式、混合路径awv模式)时，响应方也设置对应的操作模式。发起方还可指示是否要使用相位跟踪，并且如果响应方同意，则响应方可使接收器准备接收保护间隔(gi)、与随机序列不同的适当的gi序列、以及gi内部的多个码片。例如，gi序列可包括golay序列。安全参数320b可包括salt和共享密钥，以及用于导出rs的多个随机序列(rs)。设置和协商阶段还可包括附加规则。例如，使用的随机序列的数量可以是小于或等于发起方所请求的随机序列的数量。

在330处，保护建立阶段，发起方和响应方交换请求发送(rts)和定向多千兆比特(dmg)清除发送(cts)消息，以减少冲突的概率。

在340处，在安全测量阶段，发起方和响应方传输安全测距分组并根据在320处协商的awv模式来执行测量。例如，在340a处，edmgz分组1110能够以混合模式被传输，其中一部分使用bpbfawv来传输，而剩余部分可用fpbfawv来传输。该部分可包括前导码+标头+数据，并且剩余部分可包括如图8c所示的安全测距波形1130。因而edmgz分组1110被接收，并且测量结果被确定。

在340b处，发起方和响应方传输安全测距分组并根据选择的fpbfawv模式来执行测量。例如，整个edmgz分组1110可用fpbfawv传输，如图8a所示。因而edmgz分组1110被接收，并且测量结果被确定。

在340c处，发起方和响应方传输安全测距分组并根据选择的亚最佳awv模式来执行测量。例如，整个edmgz分组1110可用亚最佳awv传输，如图8b所示。因而edmgz分组1110被接收，并且测量结果被确定。

在350处(终止阶段)，发起方终止会话，并且响应方终止会话。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的用于图3的第一路径波束成形(fpbf)操作子阶段310a的示例方法400。为方便而不是限制，可以参照图1、图2、图3以及图5至图15的元件来描述方法400。方法400假定在发起方和响应方之间没有应用互易性(例如，无天线互易性和/或无天线图案互易性)，其中发起方和响应方是如图3所述的发起站和响应站。由于已经建立了链路，因此已确定bpbfawv。因此，应用fpbf训练操作来确定fp，即最短fap。

发起方传输包括brp帧的400(a1)帧，该帧具有包括fpbf传输训练请求的设置信息。该信息可包括例如发起方具有的天线的数量、要使用的trn子字段的数量等。

响应方接收400(a1)帧，并且作为响应，传输包括具有设置信息的brp帧的400(a2)帧，该设置信息包括fpbf传输训练请求的确认，并且可包括响应方具有的天线的数量、要使用的trn子字段的数量等。

发起方从响应方接收确认400(a2)帧。

响应于接收400(a2)帧，发起方通过传输400(a3)执行发起方第一路径传输训练(fptxt)操作子阶段。在发起方fptxt操作期间，发起方使用发起方的第一天线连续地将多个edmgbrp-tx分组传输至响应方的第一天线，并且使用发起方的第二天线连续地重复传输edmgbrp-tx分组到响应方第一天线等等。在发起方使用发起方的最后一个天线连续传输edmgbrp-tx分组到响应方的第一天线之后，发起方连续重复传输edmgbrp-tx分组，再次从发起方的第一天线开始到响应方的第二天线，依此类推，直到使用发起方的每个天线将edmgbrp-tx分组连续地传输到响应方的每个天线完成为止。

响应方在响应方的每个天线处接收来自发起方的每个天线的edmgbrp-tx分组的各个连续传输。响应方基于接收到的edmgbrp-tx分组确定响应方的哪个天线接收到fp测量结果(例如，具有最短fap的信号)。例如，响应方可至少基于所接收的edmgbrp-tx的连续传输的trn字段来确定fp测量结果。另外，响应方确定发起者的哪个天线传输了确定fp测量的分组，以及发起者用于传输与fp测量相关联的分组的相应天线权重向量(awv)。

响应方传输包括具有反馈(fbk)的brp帧的400(a4)。对发起方fptxt操作的反馈包括发起方的fp天线和与fp测量相关联的对应fpbfawv。发起方接收400(a4)的反馈。

发起方通过使用fpbfawv和在对先前的发起方fptxt操作的反馈中识别的fp天线传输包括edmgbrp-rx分组的400(a5)来执行响应方fp接收训练(fprxt)子阶段。响应方经由与先前发起方fptxt操作子阶段期间的fp测量传输对应的fp响应方天线来准备接收以及接收来自发起方的trn字段。

响应方通过传输400(a6)执行响应方fptxt操作子阶段。在响应方fptxt操作期间，响应方使用响应方的第一天线连续地将多个edmgbrp-tx分组传输至发起方的第一天线，并且使用响应方的第二天线连续地重复传输edmgbrp-tx分组到发起方第一天线，以此类推。在响应方使用响应方的最后一个天线连续重复传输edmgbrp-tx分组到发起方的第一天线之后，响应方连续重复传输edmgbrp-tx分组，再次从响应方的第一天线开始到发起方的第二天线，依此类推，直到使用响应方的每个天线将edmgbrp-tx分组连续地传输到发起方的每个天线完成为止。

发起方在发起方的每个天线处接收来自响应方的每个天线的edmgbrp-tx分组的各个连续传输。发起方基于接收到的edmgbrp-tx分组确定发起方的哪个天线接收到fp测量结果(例如，具有最短fap的信号)。例如，发起器可至少基于所接收的edmgbrp-tx的连续传输的trn字段(例如，安全测距波形)来确定最佳路径测量。另外，发起方确定响应方的哪个天线传输了确定fp测量的分组，以及响应方用于传输与fp测量相关联的分组的相应天线权重向量(awv)。

发起方传输包括具有反馈(fbk)的brp帧的400(a7)。对响应方fptxt操作的反馈包括响应方的第一路径天线和与fp测量相关联的对应的第一路径awv。响应方接收400(a7)的反馈。

响应方通过使用第一路径awv和在对先前的响应方fptxt操作的反馈中识别的第一路径天线传输包括edmgbrp-rx分组的400(a8)来执行发起方fprxt子阶段。发起方经由与先前响应方fptxt操作子阶段期间的fp测量传输对应的第一路径发起方天线来准备和接收来自发起方的trn字段(例如，安全测距波形)。

发起方在帧400(a9)处传输确认子阶段。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的用于无互易性的fpbf操作子阶段310a的更详细示例方法500。为方便而不是限制，可以参照图1、图2、图3、图4以及图6至图15的元件来描述方法500。方法500假定在发起方和响应方之间没有互易性(例如，无天线互易性和/或无天线图案互易性)，其中发起方和响应方是如图3所述的发起站和响应站。因此，将fpbf训练操作应用于发射器(例如，发起方)和接收器(例如，响应方)。

在该示例中，发起方具有3个天线，并且响应方具有2个天线。

在505处，方法500示出了400(a1)的fpbf设置请求信息的传输和接收。在前置条件期间，已经在发起方与响应方之间建立了链路，因此已建立用于传输数据的bp。可使用bpbfawv和对应的bp天线传输fpbf设置信息。

在510处，方法500示出了400(a2)的确认fpbf设置信息的传输和接收。可使用bpbfawv和对应的bp天线来传输设置信息。

在515和520处，方法500示出了400(a3)的发起方fptxt操作。例如，在515a处，发起方天线1可连续地向响应方天线1传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线1接收分组并确定fp。注意，用于确定fp的算法可不同于用于确定bp的算法，但硬件是相同的。

例如，在515b处，发起方天线2可连续地向响应方天线1传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线1接收这些分组并确定fp。

在515c处，发起方天线3可连续地向响应方天线1传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线1接收这些分组并确定fp。

例如，在520a处，发起方天线1可连续地向响应方天线2传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线2接收这些分组并确定fp。

在520b处，发起方天线2可连续地向响应方天线2传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线2接收这些分组并确定fp。

在520c处，发起方天线3可连续地向响应方天线2传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线2接收这些分组并确定fp。

响应方基于接收到的edmgbrp-tx分组确定响应方的哪个天线(1或2)接收到fp测量结果(例如，具有最短fap的信号)。在该示例中，响应方天线2为ant_rx_resp，即fp响应方天线。响应方还确定发起方的哪个天线(1、2或3)传输了确定fp测量的分组，以及发起方用于传输与fp测量相关联的分组的相应awv。在该示例中，发起方天线3为ant_tx_init，即fp发起方天线，并且对应的awv_tx_init是fpbfawv。

在525处，方法500示出400(a4)。例如，响应方通过响应方天线2即ant_rx_resp来传输具有对发起方fptxt操作的反馈的brp帧，其包括作为ant_tx_init的发起方天线3、第一路径发起方天线和awv_tx_init即fpbfawv。由发起方接收反馈。

在530处，方法500示出400(a5)。例如，发起方通过使用fp发起方天线3即ant_tx_init和fpbfawv即awv_tx_init将edmgbrp-rx分组传输至响应方来执行响应方fprxt子阶段。响应方通过fp响应方天线2即ant_rx_resp准备并接收edmgbrp-rx分组。

在535、540和545处，方法500示出了400(a6)的响应方fptxt操作。例如，在535a处，响应方天线1可连续地向发起方天线1传输多个edmgbrp-tx分组。发起方天线1接收分组并确定fp。注意，用于确定fp的算法可不同于用于确定bp的算法，但硬件是相同的。

在535b处，响应方天线2可连续地向发起方天线1传输多个edmgbrp-tx分组。发起方天线1接收这些分组并确定fp。

在540a处，响应方天线1可连续地向发起方天线2传输多个edmgbrp-tx分组。发起方天线2接收这些分组并确定fp。

在540b处，响应方天线2可连续地向发起方天线2传输多个edmgbrp-tx分组。发起方天线2接收这些分组并确定fp。

在545a处，响应方天线1可连续地向发起方天线3传输多个edmgbrp-tx分组。发起方天线3接收这些分组并确定fp。

在545b处，响应方天线1可连续地向发起方天线3传输多个edmgbrp-tx分组。响应方天线3接收这些分组并确定fp。

发起方基于接收到的edmgbrp-tx分组确定发起方的哪个天线(1、2或3)接收到fp测量结果(例如，具有最短fap的信号)。在该示例中，发起方天线1是ant_rx_init，即fp发起方天线。发起方还确定响应方的哪个天线(1或2)传输了确定fp测量的分组，以及响应方用于传输与fp测量相关联的分组的相应awv。在该示例中，响应方天线1是ant_tx_resp，即fp响应方天线，并且相应的awv_tx_resp是fp波束成形(fpbf)awv。

在550处，方法500示出400(a7)。例如，发起方通过发起方天线1即ant_rx_init传输具有对响应方fptxt操作的反馈的brp帧，其包括作为ant_tx_resp的响应方天线1、fp响应方天线和awv_tx_resp即fpbfawv。反馈由响应方接收。

在555处，方法500示出400(a8)。例如，响应方通过使用fp响应方天线1和fpbfawv将edmgbrp-rx分组传输至发起方来执行发起方fprxt子阶段。发起方经由fp发起方天线1准备和接收edmgbrp-rx分组。

在560处，方法500示出了400(a9)，其中发起方传输确认子阶段。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的具有互易性的fpbf操作阶段的示例方法600。

方法600假定在发起方和响应方之间具有互易性(例如，天线互易性和/或天线图案互易性)。因此，方法600是方法500的简缩版本。例如，传输和接收605和610等同于图5的505和510。天线615a-615c和天线620a-620c及其传输等同于天线515a-515c和天线520a-520c及其传输。反馈625等同于反馈525。此外，在630处传输edmgbrp-rx分组等同于530。在方法600的635处示出了400(a9)，其中发起方传输确认子阶段。

图7示出了根据本公开的一些实施方案的用于如图3所述的设置和协商阶段320的示例方法700。方法700可以由发起方设备和响应方设备来执行，发起方设备和响应方设备可包括图2的无线测距系统200和/或计算机系统1500。

在(b1)处，发起方可传输包括例如ftm参数和edmgz特定参数的初始ftm请求。edmgz特定参数的示例包括但不限于图3的操作参数320a和安全参数320b。用于信号(b1)的安全ftm请求帧格式的示例在下面的图9a中示出。

在(b2)处，响应方可在接收(b1)之后传输确认。

在(b3)处，响应方可传输包括例如ftm参数和edmgz特定参数的ftm请求。用于信号(b3)的安全ftm请求帧格式的示例在下面的图9a中示出。

在(b4)处，发起方可在接收(b3)之后传输确认。

图8a至图8c示出了根据本公开的一些实施方案的各种bf天线权重向量(awv)模式800、835和870。bfawv模式800示出了fpbfawv模式。在fpbf稳健的情况下，一些实施方案在整个edmgz分组1110中使用fpbfawv模式进行stof测量。例如，fp可具有至少4-5db的s/n比。这些条件的示例包括何时在fap上的发射器和接收器之间形成笔形波束或高增益波束。s/n比足以实现低调制和编码方案(mcs)值中的单载波phy操作。在fpbfawv模式中，可使用fpbfawv来传输trn字段(例如，安全测距波形1130)以微调fap的估计。

bfawv模式835示出了亚最佳awv模式。一些实施方案在整个edmgz分组1110中使用亚最佳路径awv模式进行stof测量。亚最佳路径awv模式可以是至少bpbfawv和fpbfawv的组合。例如，发射功率可与bp和fp的两个方向相等地指向或以已知的比例分布，其中不需要附加训练。发射器可在需要附加信令的两个指向(例如，bp和fp)之间分配不同功率。亚最佳路径awv模式可提供bp和fp之间的权衡，其具有降低的fap准确度但是改善的s/n比率(因此较高的mcs)，以正确解码edmgz分组(例如，安全测距分组)。

bfawv模式870示出了混合awv模式。一些实施方案使用混合路径awv模式来传输edmgz分组1110以用于stof测量，该stof测量使用bpbfawv来传输一些字段以及使用fpbfawv来传输其他字段。例如，使用bpbfawv来传输l-stf、l-cef、l-hdr、e-hdr和有效载荷字段，并且使用fpbfawv传输安全测距波形1130。

图9a至图9f示出了根据本公开的一些实施方案的示例安全ftm请求帧格式900，以及字段格式910、920、930、940和950。例如，图7的(b1)和(b3)ftm请求信号可以是图9a所示的安全ftm请求帧格式900的形式。安全ftm请求帧格式900可包括edmgz特定参数910，如图9b所示，其包括edmg能力920、安全测距参数子元素930和edmg方向测量子元素918字段的子集。

图9c示出了例如包括带宽922和天线924的edmg能力920。图9d示出了安全测距参数子元素930，其可以包括测距操作参数940和安全测距参数950。图9e示出了测距操作参数940，其包括rs942的数量、相位跟踪946和第一/亚最佳awv948字段。图9f示出了包括保密密钥952和salt956字段的安全测距参数950。

图10示出了根据本公开的一些实施方案的用于保护建立阶段330和安全测量阶段340的示例方法1000。方法1000可以由发起方设备和响应方设备来执行，发起方设备和响应方设备可包括图2的无线测距系统200和/或计算机系统1500。例如，当在协商阶段320期间选择fpbfawv模式时(例如，第一/亚最佳awv字段948的值被设定为“1”)，则可以执行单次rts/dmgcts帧交换(例如，可执行(c3)和(c4))(例如，不执行(c1)和(c2))。例如，在(c3)处，rts帧可由发起方使用发起方fp传输awv来传输。发起方fp传输awv可以是发起方fpbfawv。响应方可使用响应方fp传输awv在(c4)处传输cts，响应方fp传输awv可以是响应方fpbfawv。请注意，发起方和响应方有自己的fpbfawv。当发起方在协商阶段选择亚最佳awv模式时(例如，第一/亚最佳awv字段948的值被设定为“2”)，可以执行单个rts/dmgcts帧交换(未示出)。rts帧可由发起方使用发起方的亚最佳传输awv来传输，并且dmgcts帧可由响应方使用响应方的亚最佳传输awv来传输。如果发起方在协商阶段选择了混合模式awv(例如，第一/亚最佳awv字段948的值被设定为“3”)，则可以执行两次rts/dmgcts帧交换(例如(c1)-(c4))。第一rts帧(c1)可由发起方使用发起方的bp传输awv(例如，发起方的bpbfawv)来传输，并且第一dmgcts帧(c2)可由响应方使用响应方的bp传输awv(例如，响应方的bpbfawv)来传输。第二rts帧(c3)可由发起方使用发起方的fpbfawv来传输，并且第二dmgcts帧(c4)可由响应方使用响应方的fpbfawv来传输。在上述情况下，rts/dmgcts交换持续时间可覆盖整个安全测量阶段340，如通过bp波束和fp波束上的相应网络分配向量(nav)保护所示。在无线介质上监听的站接收传输时间(例如，持续时间字段)并相应地设置它们的nav以推迟访问无线介质。

安全测量阶段340示出了基于在320期间所协商的操作参数和安全参数的edmgz分组1110的交换。结果为stof范围测量，该测量准确并且支持高精度测距用例，即使在较高频带也是如此。

在安全测量阶段340期间，附加规则支持在设置和协商阶段中协商的各种bfawv模式。例如，当发起方选择bfawv模式时，响应方也将选择相同的bfawv模式。当发起方将确认帧传输给响应方时，可使用fpbfawv而不考虑所选择的bfawv模式的类型(例如，无论第一/亚最佳路径awv字段的值如何)。

例如，可使用一个或多个计算机系统诸如图15中所示的计算机系统1500来实现各种实施方案。计算机系统1500可为能够执行本文所述功能的任何已知计算机。例如但不限于如关于图1所描述的电子设备，诸如膝上型电脑、台式计算机和/或图中所示的其他装置和/或组件。膝上型电脑和台式计算机或其他无线设备可包括如图2的系统200中所示的功能和/或分别如图4至图7所示的方法400、500、600和700中的一些或全部。例如，计算机系统1500可用于无线设备中以交换安全测距分组结构，诸如edmgz分组1110，该测距分组结构包括能够在无线设备之间启用安全信道估计的安全测距波形1130。

计算机系统1500包括一个或多个处理器(也称为中央处理单元或cpu)，诸如处理器1504。处理器1504连接到通信基础设施或总线1506。计算机系统1500还包括一个或多个用户输入/输出设备1503，诸如监视器、键盘、指向设备等，其通过一个或多个用户输入/输出接口1502与通信基础设施1506通信。计算机系统1500还包括主存储器或主要存储器1508，诸如随机存取存储器(ram)。主存储器1508可包括一个或多个级别的高速缓存。主存储器1508中存储有控制逻辑部件(例如，计算机软件)和/或数据。

计算机系统1500还可包括一个或多个辅助存储设备或存储器1510。辅助存储器1510可包括例如硬盘驱动器1512和/或可移除存储设备或驱动器1514。可移除存储驱动器1514可以是软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、光学存储设备、磁带备份设备和/或任何其他存储设备/驱动器。

可移除存储驱动器1514可与可移除存储单元1518交互。可移除存储单元1518包括计算机可用或可读存储设备，其上存储有计算机软件(控制逻辑部件)和/或数据。可移除存储单元1518可以是软盘、磁带、光盘、dvd、光学存储盘和/或任何其他计算机数据存储设备。可移除存储驱动器1514以众所周知的方式从可移除存储单元1518读取和/或写入。

根据一些实施方案，辅助存储器1510可包括用于允许计算机程序和/或其他指令和/或数据被计算机系统1500访问的其他装置、工具或其他方法。此类装置、工具或其他方法可包括例如可移除存储单元1522和接口1520。可移除存储单元1522和接口1520的示例可包括程序盒式存储器和盒式接口(诸如存在于视频游戏设备中的)、可移除存储器芯片(诸如eprom或prom)和相关插座、记忆棒和usb端口、存储卡和相关的存储卡插槽，和/或任何其他可移除存储单元和相关接口。

计算机系统1500还可包括通信或网络接口1524。通信接口1524使计算机系统1500能够与远程设备、远程网络、远程实体等的任何组合进行通信和交互(由附图标记1528单独地和共同地引用)。例如，通信接口1524可允许计算机系统1500通过通信路径1526与远程设备1528通信，通信路径1526可以是有线和/或无线的，并且可包括lan、wan、互联网等的任何组合。控制逻辑部件和/或数据可经由通信路径1526传输到计算机系统1500和从计算机系统1500传输。

前述实施方案中的操作可以各种各样的配置和架构实现。因而，前述实施方案中的操作中的一些或所有操作可在硬件、软件中或在硬件和软件两者中执行。在一些实施方案中，有形的、非暂态装置或制品包括有形的、非暂态计算机可用或可读介质，其上存储有控制逻辑部件(软件)，在本文中也称为计算机程序产品或程序存储设备。这包括但不限于计算机系统1500、主存储器1508、辅助存储器1510和可移除存储单元1518和1522，以及体现前述任何组合的有形制品。当由一个或多个数据处理设备(诸如计算机系统1500)执行时，这种控制逻辑部件使得此类数据处理设备如本文所述进行操作。

基于本公开中包含的教导，相关领域的技术人员将清楚如何使用除图15所示的数据处理设备、计算机系统和/或计算机体系结构之外的数据处理设备、计算机系统和/或计算机体系结构来制造和使用本公开的实施方案。特别地，实施方案可与除了本文描述的那些之外的软件、硬件和/或操作系统实现一起操作。

应当理解，具体实施方案部分而不是发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可阐述发明人所预期的本公开的一个或多个但不是所有示例性实施方案，因此，不旨在以任何方式限制本公开或所附权利要求。

尽管本文已经参考示例性领域和应用的示例性实施方案描述了本公开，但是应该理解，本公开不限于此。其他实施方案和修改是可能的，并且在本公开的范围和实质内。例如，并且在不限制本段落的一般性的情况下，实施方案不限于图中所示和/或本文所述的软件、硬件、固件和/或实体。此外，实施方案(无论是否本文明确描述)对于本文描述的示例之外的领域和应用具有显着的实用性。

这里已经借助于示出特定功能及其关系的实现的功能构建块描述了实施方案。为了便于描述，这些功能构建块的边界已在本文被任意地定义。只要适当地执行指定的功能和关系(或其等同物)，就可定义替代边界。另外，替代实施方案可使用与本文描述的顺序不同的顺序来执行功能块、步骤、操作、方法等。

本文对“一个实施方案”、“实施方案”、“示例实施方案”或类似短语的引用指示所描述的实施方案可包括特定特征结构、结构或特性，但是每个实施方案可不必包括特定特征结构、结构或特征。此外，此类措辞用语不必是指相同的实施方案。此外，当结合实施方案描述特定特征结构、结构或特性时，无论是否本文明确提及或描述，将这些特征结构、结构或特征结合到其他实施方案中在相关领域的技术人员的知识范围内。

本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施方案的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。