智能電話和智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過無線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，Wi-Fi信號(hào)在室內(nèi)無處不在，LTE（長期演進(jìn)技術(shù)）信號(hào)幾乎遍布世界的每一個(gè)角落，5G 也將會(huì)更加強(qiáng)大。無論在家中，或者在旅途中，人們都可以利用無線電進(jìn)行聊天、上網(wǎng)、視頻通話、發(fā)送信息等。無線電為人們提供了巨大的便利，離開了它，人們寸步難行。
事實(shí)上，當(dāng)人們提及“無線”時(shí)，它不再是狹義的通信。狹義的通信致力于消除干擾、均衡信道、解密、恢復(fù)消息，卻忽略了（或者根本不知道）無線電信號(hào)中關(guān)于環(huán)境和人的行為信息。如果無線電信號(hào)可以提供一種超越人的視覺、聽覺和觸覺等的第六種“感覺”，即可以感知、探測(cè)、追蹤、識(shí)別環(huán)境與行為并進(jìn)行交流，這本質(zhì)上是一種新的智能。信息分析、信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)使得這種新智能演變成為一個(gè)新興的領(lǐng)域—無線人工智能（無線 AI）。
那么無線 AI 為何物？它利用無線電信號(hào)感知環(huán)境、檢測(cè)監(jiān)視人的行為、追蹤定位目標(biāo)，將 “物體”互聯(lián)并賦能，為未來的信道提供平臺(tái)。
如何才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景？近年來，許多研究團(tuán)體已經(jīng)擁有了揭開該奧秘的鑰匙。在本書中，我們通過結(jié)合時(shí)間反演的物理概念和信號(hào)處理、信息科學(xué)，提出了一個(gè)統(tǒng)一的框架來解決困擾人們多年的難題。
多徑（Mutipaths）總是伴隨著無線信號(hào)，尤其是在室內(nèi)環(huán)境中。長期以來，人們將多徑視為干擾、噪聲等，因此總是試圖消除、壓制或者補(bǔ)償它們?cè)斐傻牟涣加绊�，但是這于事無補(bǔ)，因?yàn)槎鄰降妮喞�隨時(shí)隨地都在變化，不能區(qū)分哪條多徑是好的，哪條是不好的。
隨著帶寬持續(xù)增加，人們可以看到越來越多的多徑。每條多徑都可以視為其來源方向的虛擬天線或者虛擬傳感器，將其到達(dá)時(shí)間乘以光速，便可得到它的位置。這樣看來，人們被數(shù)量巨大的虛擬天線所包圍，它們無處不在，可以按需取用。
那么，如何獲得多徑？有兩個(gè)方法：一是增加功率，發(fā)射功率越大，環(huán)境中就會(huì)有越多的無線電波四處反彈，便能觀測(cè)到更多的多徑。然而，發(fā)射功率會(huì)受條例和標(biāo)準(zhǔn)的限制。二是增加帶寬，帶寬越大，時(shí)間分辨率就會(huì)越高，也就能獲取更多的多徑。
每條多徑都有基本的自由度和用途。如何將這些多徑用于特定目標(biāo)呢？基于時(shí)間反演原理的物理思想，可以利用時(shí)間反演波形控制多徑，產(chǎn)生熟知的聚焦效應(yīng)。
在一個(gè)典型的室內(nèi)環(huán)境下，通過使用足夠大的帶寬，能夠可靠地產(chǎn)生聚焦效應(yīng)。例如，使用 5GHz 的 ISM 波段，能夠得到直徑 1 ～ 2cm 的聚焦球。若使用 60GHz 波段，直徑可達(dá)毫米
級(jí)。這種效應(yīng)是我們?cè)谝暰嗪头且暰鄺l件下能夠令室內(nèi)定位精度達(dá)到空前的厘米 / 毫米精度的基礎(chǔ)。
利用機(jī)器學(xué)習(xí)與信號(hào)處理技術(shù)可構(gòu)建一個(gè)革命性的 AI 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)許多設(shè)想已久但從未實(shí)現(xiàn)的前沿物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
本書旨在全面介紹由多種無線分析引擎組成且應(yīng)用廣泛的無線 AI 平臺(tái)，包括首次實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度的室內(nèi)定位與追蹤、健康監(jiān)測(cè)、居家/辦公安全、無線人體生物特征辨識(shí)、健康護(hù)理、無線充電和5G信道。本書的目標(biāo)是在先進(jìn)的科學(xué)研究與行業(yè)實(shí)際應(yīng)用之間架起一座橋梁，使讀者了解無線 AI的發(fā)展藍(lán)圖和目標(biāo)。
第1章介紹一些基本概念，這些概念貫穿全書。第一部分闡述室內(nèi)定位與追蹤。第2章表明，在 5GHz ISM頻段的全部125MHz帶寬下，利用時(shí)間反演可獲得直徑1～2cm的聚焦球，等價(jià)于同等精度的室內(nèi)定位方法�；�于時(shí)間反演的精確定位與室內(nèi)條件無關(guān)，如視距或者非視距條件，這意味著，空間中墻壁和障礙物的概念不再存在。仿佛空間中既沒有墻壁，也沒有障礙物。第3章展示如何利用標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi設(shè)備來獲得同樣的厘米級(jí)定位精度—這歸功于使用多天線得到更大的有效帶寬。第4章利用跳頻實(shí)現(xiàn)更大有效帶寬，以再次獲得厘米級(jí)的定位精度。如果使用60GHz的Wi-Fi設(shè)備，聚焦球直徑將達(dá)毫米級(jí)別，因此可獲得毫米級(jí)的定位精度。第5章給出了一個(gè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多徑數(shù)目足夠多時(shí)，聚焦球的能量分布為貝塞爾函數(shù)。這說明，聚焦球與位置無關(guān)，因此可用該方法追蹤目標(biāo)，無須運(yùn)算和繪制地圖，便可達(dá)到分米級(jí)精度。只需要擁有起點(diǎn)和地圖，便能追蹤無數(shù)目標(biāo)。
第二部分聚焦無線感知與分析。第6章展示室內(nèi)無線事件檢測(cè)的基本原理。第7章通過統(tǒng)計(jì)模型擴(kuò)展了這個(gè)概念，改善了魯棒性。第8章通過開發(fā)無線人體生物特征進(jìn)一步擴(kuò)展到身份識(shí)別領(lǐng)域。人體的含水量超過 70%，每個(gè)人對(duì)無線電波的偏轉(zhuǎn)、扭曲、吸收都是獨(dú)特的，這種微妙的差別，可用來區(qū)分不同的人。第9章討論如何從Wi-Fi信號(hào)中提取人的呼吸率。盡管呼吸是很細(xì)微的動(dòng)作，卻在無線電波中嵌入了胸部的周期運(yùn)動(dòng)，因此可用于估計(jì)呼吸率。即使動(dòng)作是非周期性的，也能檢測(cè)到。第10章證明能夠以極高的準(zhǔn)確率和較低的誤報(bào)率檢測(cè)動(dòng)作。本部分的最后一章，即第11章將電磁波的統(tǒng)計(jì)理論作為估計(jì)速度的依據(jù)，介紹在沒有任何穿戴設(shè)備的條件下的速度估計(jì)。
第三部分介紹基于時(shí)間反演的無線功率傳輸和能源效率。第12章給出基于時(shí)間反演技術(shù)的能源效率，并說明這是一項(xiàng)理想的綠色技術(shù)。不同于時(shí)間反演波形，第13章提出一種稱為功率波的新型波形，以獲得最佳無線功率傳輸。第14章擴(kuò)展多天線場(chǎng)景的功率波，它與波束成形技術(shù)一起，大幅改善系統(tǒng)