智能電話和智能物聯(lián)網設備通過無線電信號實現(xiàn)了互聯(lián)，Wi-Fi信號在室內無處不在，LTE（長期演進技術）信號幾乎遍布世界的每一個角落，5G 也將會更加強大。無論在家中，或者在旅途中，人們都可以利用無線電進行聊天、上網、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。
事實上，當人們提及“無線”時，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、恢復消息，卻忽略了（或者根本不知道）無線電信號中關于環(huán)境和人的行為信息。如果無線電信號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、追蹤、識別環(huán)境與行為并進行交流，這本質上是一種新的智能。信息分析、信號處理和機器學習使得這種新智能演變成為一個新興的領域—無線人工智能（無線 AI）。
那么無線 AI 為何物？它利用無線電信號感知環(huán)境、檢測監(jiān)視人的行為、追蹤定位目標，將 “物體”互聯(lián)并賦能，為未來的信道提供平臺。
如何才能實現(xiàn)這個愿景？近年來，許多研究團體已經擁有了揭開該奧秘的鑰匙。在本書中，我們通過結合時間反演的物理概念和信號處理、信息科學，提出了一個統(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，尤其是在室內環(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、壓制或者補償它們造成的不良影響，但是這于事無補，因為多徑的輪廓隨時隨地都在變化，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，將其到達時間乘以光速，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？有兩個方法：一是增加功率，發(fā)射功率越大，環(huán)境中就會有越多的無線電波四處反彈，便能觀測到更多的多徑。然而，發(fā)射功率會受條例和標準的限制。二是增加帶寬，帶寬越大，時間分辨率就會越高，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呢？基于時間反演原理的物理思想，可以利用時間反演波形控制多徑，產生熟知的聚焦效應。
在一個典型的室內環(huán)境下，通過使用足夠大的帶寬，能夠可靠地產生聚焦效應。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，直徑可達毫米
級。這種效應是我們在視距和非視距條件下能夠令室內定位精度達到空前的厘米 / 毫米精度的基礎。
利用機器學習與信號處理技術可構建一個革命性的 AI 平臺，實現(xiàn)許多設想已久但從未實現(xiàn)的前沿物聯(lián)網應用。
本書旨在全面介紹由多種無線分析引擎組成且應用廣泛的無線 AI 平臺，包括首次實現(xiàn)厘米級精度的室內定位與追蹤、健康監(jiān)測、居家/辦公安全、無線人體生物特征辨識、健康護理、無線充電和5G信道。本書的目標是在先進的科學研究與行業(yè)實際應用之間架起一座橋梁，使讀者了解無線 AI的發(fā)展藍圖和目標。
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，利用時間反演可獲得直徑1～2cm的聚焦球，等價于同等精度的室內定位方法。基于時間反演的精確定位與室內條件無關，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章展示如何利用標準Wi-Fi設備來獲得同樣的厘米級定位精度—這歸功于使用多天線得到更大的有效帶寬。第4章利用跳頻實現(xiàn)更大有效帶寬，以再次獲得厘米級的定位精度。如果使用60GHz的Wi-Fi設備，聚焦球直徑將達毫米級別，因此可獲得毫米級的定位精度。第5章給出了一個發(fā)現(xiàn)，當多徑數(shù)目足夠多時，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，因此可用該方法追蹤目標，無須運算和繪制地圖，便可達到分米級精度。只需要擁有起點和地圖，便能追蹤無數(shù)目標。
第二部分聚焦無線感知與分析。第6章展示室內無線事件檢測的基本原理。第7章通過統(tǒng)計模型擴展了這個概念，改善了魯棒性。第8章通過開發(fā)無線人體生物特征進一步擴展到身份識別領域。人體的含水量超過 70%，每個人對無線電波的偏轉、扭曲、吸收都是獨特的，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信號中提取人的呼吸率。盡管呼吸是很細微的動作，卻在無線電波中嵌入了胸部的周期運動，因此可用于估計呼吸率。即使動作是非周期性的，也能檢測到。第10章證明能夠以極高的準確率和較低的誤報率檢測動作。本部分的最后一章，即第11章將電磁波的統(tǒng)計理論作為估計速度的依據，介紹在沒有任何穿戴設備的條件下的速度估計。
第三部分介紹基于時間反演的無線功率傳輸和能源效率。第12章給出基于時間反演技術的能源效率，并說明這是一項理想的綠色技術。不同于時間反演波形，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章擴展多天線場景的功率波，它與波束成形技術一起，大幅改善系統(tǒng)