[发明专利]一种基于WiFi的信道状态信息的多普勒频移测量方法

说明书

本发明提出了一种基于WiFi的信道状态信息的多普勒频移测量方法，其中方法的实现包括以下步骤：搭建CSI（Channel State Information，信道状态信息）采集系统的硬件平台以获取CSI源数据；根据得到的CSI源数据进行数据处理：对不同的子载波上的CSI值求和取平均，针对CSI的复数特性进行快速傅里叶变换，最终得到多普勒频移测量结果。本发明利用了覆盖范围广泛的WiFi信号，且测量的多普勒频移不仅限于接收机与发射机之间的相对运动，还可以测量由环境中物体的相对运动引起的多普勒频移。本发明方法利用CSI数据经过傅里叶变换后非共轭对称的特性直接有效地测量多普勒频移，且测量值有正负之分，可以指示相对运动的方向，扩大了方法的应用范围。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于WiFi的信道状态信息的多普勒频移测量方法。

背景技术

近年来，无线通信技术趋于成熟，更多的学者开始关注数据传输以外的应用。目前覆盖范围极广的WiFi就引起了极大的关注，除了日常的数据传输功能外，WiFi信号还可以告诉我们WiFi信道的相关信息。通过感知WiFi信号，研究WiFi在无线信道中的传输特征，如RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度)和CSI(Channel StateInformation，信道状态信息)，就可以检测环境变化，如接收机与发射机之间的相对运动、环境中人的运动等。虽然多种无线技术都在发展这些应用，如：蓝牙(Bluetooth)、UWB(Ultra-wideband，超宽带)、Zigbee等，但WiFi信号凭借其已有的广泛覆盖，配置简单，成本低廉等优点而更受关注。

在目前WiFi环境感知领域中主要运用的信道特征就是RSSI和CSI，其中RSSI测量的是多径传播信号叠加的和，获得很简单，已经被广泛用于基于WiFi的室内定位研究中，但RSSI不够稳定，受多径效应的影响而波动较大，使结果产生误差。一般情况下，室内由于家具、墙壁等障碍物的存在而有丰富的多径传播，这对基于RSSI的检测造成了困难。相对于在MAC层(Media Access Control，媒体介入控制)的粗粒度信息RSSI来说，在PHY层(PhysicalLayer，物理层)的细粒度信息CSI，基于OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)，可以获取各个子载波上的信道频率响应，鲁棒性更高，不仅比RSSI提供了更稳定可靠的幅度信息，还提供了相位信息。在2010年Halperin D基于IntelWiFi 5300网卡发表了CSI Tool之后，更多基于CSI的WiFi检测研究得到了发展。

多普勒效应作为大家熟知的物理现象，在多数文献中，一般都是讨论在高速率条件下的多普勒现象，解决由多普勒频移引起的误码等问题，或是在雷达测速中使用；而在室内等低速移动环境中，由于多普勒频移的数值很小，所以多普勒现象一般都是被忽略的。但是，即使多普勒频移的数值很小，它都是信道的一个重要参数，可以反映信道变化速率，很多轻微的多普勒频移信号叠加时会导致总的接收信号的相移。

在物联网发展的背景下，WiFi感知的前景被广泛看好，希望在入侵检测、人流量检测、室内定位，行为检测等方面大展身手。目前的研究大部分基于机器学习，有特征提取的过程，而多普勒频移就是其中一个重要的特征。目前，多数提取多普勒频移特征的技术中，都是通过CSI(复数值)的幅度(绝对值)去间接求多普勒频率，而抛弃相位信息，这样做并不直接有效，没有完全利用CSI所含的信息。如何更直接有效地从CSI中提取准确的多普勒频移显得非常重要。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种基于WiFi的信道状态信息的多普勒频移测量方法，更直接有效地从WiFi信号的CSI中提取出准确的多普勒频移数据，扩展应用范围。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于WiFi的信道状态信息的多普勒频移测量方法，包括以下步骤：