[发明专利]一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统有效
申请号: | 201810921247.5 | 申请日: | 2018-08-13 |
公开(公告)号: | CN109150780B | 公开(公告)日: | 2021-05-18 |
发明(设计)人: | 邵力斌 | 申请(专利权)人: | 南京荣飞科技股份有限公司 |
主分类号: | H04L27/00 | 分类号: | H04L27/00;H04L27/26;H04L27/38;H04L5/00;H04W4/33;H04W4/80;H04W64/00 |
代理公司: | 南京知识律师事务所 32207 | 代理人: | 王一源 |
地址: | 210003 江苏省南京市鼓*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 信道 状态 信息 wifi tof 测距 定位 系统 | ||
1.一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统,包括基站和移动点端,所述基站包括WiFi模块,其特征在于所述WiFi模块连接有CSI提取模块,所述WiFi模块至CSI提取模块单向信号传递,所述CSI提取模块连接有设备传输相位误差消除模块,所述CSI提取模块至设备传输相位误差消除模块单向信号传递,所述设备传输相位误差消除模块连接有相位提取和子载波相位误差消除模块,所述设备传输相位误差消除模块至相位提取和子载波相位误差消除模块单向信号传递,所述相位提取和子载波相位误差消除模块连接有ToF测距模块,所述相位提取和子载波相位误差消除模块至ToF测距模块单向信号传递,所述设备传输相位误差消除模块与WiFi模块双向信号传递,所述设备传输相位误差消除模块用于消除两个通信设备之间存在的相位收发误差,所述相位收发误差包括发射端处理误差、天线传输误差、接受端处理误差,所述移动点端包括WiFi定位模块,所述WiFi定位模块与WiFi模块之间通过天线阵列双向信号传递,所述WiFi定位模块连接有高精度时钟,所述CSI提取模块用于从WiFi模块中提取出CSI矩阵,所述ToF测距模块用于根据相位值进行ToF距离估算。
2.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统,其特征在于所述消除两个通信设备之间存在的相位收发误差的方法包括:
定位基站的发送A定位帧,通过MIMO和OFDM方法调制后经由天线阵列发送,此时由于发送端锁相环产生相位偏移;
调制后的A定位帧在空间中传播,基站天线阵列发送过程中产生微小频偏,移动点端天线阵列接受过程中产生微小频偏,此过程中产生的相位偏移和信号飞行时间有关;
调制后的A定位帧被移动点端B捕获,经移动点端芯片处理得到,此时产生发送端锁相环频偏,此时解析的相位值包含以下误差();为基站天线阵列发送过程中产生的相位偏移,为移动点端天线阵列接收过程中产生的相位偏移;
使用CSI信道模型表示,则有,其中表示收到的信道CSI数据,表示未发生偏移的CSI数据,是()产生的偏移;
高精度时钟确保芯片收到信号的同时发送返回信号;
移动点端WiFi定位模块通过MIMO和OFDM方法调制返回帧,经由天线阵列发送,此时由于移动点端锁相环产生相位偏移;
调制后的返回帧在空间中传播,移动点端天线发送过程中产生微小频偏,基站天线在接受过程中产生微小频偏;
调制后的返回帧被基站A捕获,经基站芯片处理得到,此时产生的PLL频偏;
在上述的发送过程,移动点端将收到的传输给基站,所述移动点端将收到的传输给基站的方式包括:在发送返回帧时,将作为数据,一同发送;或者在发送返回帧后,单独将作为数据发送给基站;或者移动点端将作为数据发送给服务器,由服务器发送给基站;
使用CSI信道模型表示,则有;
CFO消除算法,原理是通过和的计算消除中间产生的误差;
根据CSI信道模型,有能够消除CFO相位偏移。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统,其特征在于所述相位提取和子载波相位误差消除模块用于对OFDM传播模型中的0号子载波的相位进行估计,得到最终相位值。
4.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统,其特征在于所述ToF距离估算先利用跳频采样技术能够获取不同频率ToF值,再利用中国剩余定理进行求解,得到唯一ToF值。
5.根据权利要求3所述的一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统,其特征在于所述对OFDM传播模型中的0号子载波的相位进行估计,得到最终相位值具体为:
基站WiFi模型处理经过CFO消除后的CSI信号,提取OFDM的30个子载波相位值,在OFDM的无线信号传播模型中,各子载波的相位值存在频偏,为载波发射频率,为飞行时间,关系如下:
由于0号子载波无任何频偏,且OFDM子载波编号为-15,-14,…-1,1,…,14,15,因此使用-1和1的相位值对0号子载波的相位值进行估计。
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