1.执行摘要

Wi-Fi测距技术使用飞行时间测量来估计两个Wi-Fi设备之间的距离。十多年来，这项技术一直使应用程序开发人员和其他解决方案实现者能够提供各种服务，包括室内导航、资产跟踪、地理围栏、访问控制（锁定/解锁）和设备操作，所有这些都在不牺牲房地产或整体BOM成本的情况下提高了准确性和性能。自2009年实施以来，高通的Wi-Fi测距技术已在全球数十亿台设备中出货，并有明显的加速采用的迹象。射程能力也在几代人中不断改进。

在性能方面，Wi-Fi无线电有四个关键特征来决定其测量的准确性：频率带宽的利用、多天线技术的使用、发射功率和接收机的灵敏度。除此之外，应用程序开发人员还可以通过应用统计方法来进一步提高测量精度，比如平均多个单独的测量和位置跟踪算法。因此，高测距速度还可以通过每秒提供更多的测量数据来用于这些计算来提高精度。

高通技术公司进行了广泛的测试，以突出我们的Wi-Fi测距技术在各种实现中的准确性。当分析高通Wi-Fi测距技术在实际应用中的应用和设备中的功能时，可以得出以下结论：

通过对多个测距测量突发进行平均，在现实环境中可以实现十米级精度，室内用例的精度为21厘米，点对点用例的精度为11厘米，点对点的精度为11厘米。
位置跟踪算法的使用，如卡尔曼滤波器的应用，可以提供一个显著的性能提高，在第90%和第99百分位的精度都小于10厘米。

这些性能水平可以在今天发布的高通Wi-Fi设备上实现。在短期内，将增加额外的基于标准的功能，进一步提高准确性、安全性、可伸缩性以及对扩展用例集的支持。

2.介绍和目标

现代移动设备利用Wi-Fi定位（以及其他技术，如蓝牙®和超宽带）和测距技术，用于广泛的应用和用例。

Wi-Fi测距技术使用飞行时间测量来估计两个Wi-Fi设备之间的距离。自推出以来，在新的行业标准和后续一代又一代的支持Wi-Fi的芯片组和终端产品方面取得了重大进展。这一进展导致了更高水平的准确性和性能，使广泛的潜在用例成为可能。

本白皮书的目的是提供对Wi-Fi测距技术的历史、用例、性能因素和近期创新的见解。我们还讨论了应用程序开发人员和其他解决方案实现者可以使用它们来提高其应用程序中的测距精度的统计方法。我们利用使用高通Wi-Fi测距技术的广泛测量活动的结果，以证明在现实场景中可实现的测距精度。

3.无线网络测距技术的历史与现状

Wi-Fi往返计时（RTT）测距技术于2009年首次引入，作为一种基于两个Wi-Fi设备之间的旅行时间来测量它们之间距离的方法。这些旅行时间，以及无线信号的速度（每100米333纳秒），提供了计算两个设备之间物理距离的估计值的方法。2015年，基于802.11个标准的精细定时测量（FTM）技术的Wi-Fi芯片组进入市场。

2017年，Wi-Fi联盟推出了针对实现FTM的产品的互操作性认证项目，第二年，Android推出了第一个支持Wi-Fi FTM的API。自从这个项目启动以来，搭载Wi-Fi FTM功能的智能手机设备已经大量涌现。图3.1提供了高通Wi-Fi测距技术演变和整个行业的简要时间表。

Wi-Fi测距技术的最初市场驱动力预计将是一个广泛使用的类别，称为精确室内定位，它包括室内导航、资产跟踪、网络管理、地理围栏、超本地营销和应急服务等用途。

随着多供应商的互操作性和端到端管理多年来的发展，Wi-Fi测距功能不断发展，应用程序也不断出现。今天，越来越流行的点对点移动应用程序、企业网络基础设施供应商对Wi-Fi扩展应用程序的部署，以及Wi-Fi传感（其应用程序通常与Wi-Fi扩展应用程序配对）的出现，有望推动整个行业对Wi-Fi扩展解决方案的认识和势头。

4.使用无线网络测距技术

使用Wi-Fi技术对设备进行测距有一些关键的好处。除了Wi-Fi联盟提供的多供应商互操作性计划外，Wi-Fi还在数十亿台设备上广泛扩散。测距只是Wi-Fi技术的另一种使用，该技术已经包含在各种网络设备中。此外，正如我们将在本文中讨论的，现代Wi-Fi测距技术可以在现实场景中提供十米级的精度。这种水平的精度，加上Wi-Fi在众多设备中的普及，根据Wi-Fi设备使用的拓扑结构，实现了广泛的潜在用例。

4.1.基础设施使用案例

基础设施使用案例发生在室内设置中，使用企业/公共Wi-Fi网络。在这种设置下，移动设备的位置是通过一种称为三边化的技术来确定的，该技术涉及测量设备和多个接入点（如路由器）之间的距离。基础设施用例的示例包括：

资产跟踪（例如，软件包）
地理定位（当用户进入特定位置时触发动作）
超本地营销
室内导航辅助
网络管理（例如，定位特定设备）
个人递送（例如，将食物送往餐厅餐桌，或向酒吧里的顾客发送饮料）
零售分析

4.2.对等使用案例

点对点的使用案例发生在两个Wi-Fi设备之间。有一种安全的方法来测量它们之间的距离，可以实现许多潜在的用例。例如：

访问控制（例如，解锁车辆）
资产跟踪
协助对接
设备查找
设备操作（例如，连接到最近的监视器或家庭娱乐系统）
电子票务
地理围栏
家庭自动化控制（例如，基于用户存在的照明调整或温度控制）
社交游戏

4.3.安全注意事项

对于上面列出的大多数用例，范围安全威胁不是一个主要问题。在安全增强讨论的背景下，最常见的案例是涉及到访问控制，比如解锁汽车等高价值资产。一个普遍的担忧是主题之人攻击，攻击者拦截无线通信，通常使用蓝牙技术，导致他们获得未经授权的资产访问权。

为了解决这些问题，行业标准化机构在过去几年中已经相当重视加强设备对设备测距技术的安全方面。对于使用现有的Wi-Fi范围的实现，可能没有最新的内置安全特性，通过包括额外的握手步骤、离异常检测方法和MAC层上方的挑战/响应序列，它们可以变得更加安全。IEEE 802.11az生成技术将包括进一步的MAC和phy级增强，以确保安全范围，适用于涉及非常高值对象的访问控制应用程序。

5.范围性能的驱动因素

测距技术的性能相当于其测量设备之间距离的速度和准确性。测距应用程序可以通过使用统计方法来显著提高精度，如平均跨多个单独的测量和位置跟踪算法。这些方法使用对特定距离的多个单独测量来计算对该距离的更准确的最终测量。这使得速度特别重要，因为它们提供了每秒更多的单独测量来用于这些计算。现有一代的一代Wi-Fi测距可以在一秒钟内进行至少250次单独的测量。

然而，这些统计方法仍然首先依赖于进行精确的个体距离测量。Wi-Fi无线电有四个关键特性来决定其单独测量的精度：频率带宽、多天线的使用、发射设备的发射功率和接收设备的接收机灵敏度。我们对领先的Wi-Fi技术长达数十年的投资，有助于这些关键元素的进步和高度优化的实现，以提高许多常见应用程序的准确性。

表5.1一个无线无线电的测距性能的驱动因素的高级概述

测距性能驱动程序	说明
频带宽度	在20/40/80/160 MHz频段之间，测距误差大约每增加一半。
多天线	使用多根天线可以减少测距误差。例如，使用两个接收天线的配置比使用只有一个接收天线的配置的测距误差要低近30%。
传输功率	设备的传输功率决定了其无线信号传输的传输距离。需要足够的发射功率才能有效地在距离范围和非视线条件下进行距离测量。传输功率受到监管限制和电池消耗考虑因素的影响。
接收器灵敏度	一个设备的接收机灵敏度决定了它所能检测到的最小信号强度。接收机的灵敏度主要由使用的频率带宽（MHz）和接收机的质量驱动，质量由它产生的固有噪声和可以识别接收信号的水平决定。

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