[发明专利]一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统

说明书

本发明公开了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，所述WiFi模块连接有CSI提取模块，所述CSI提取模块连接有设备传输相位误差消除模块，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。本发明增加了一个设备传输相位误差消除模块用于对设备间传输所引起的相位偏移进行消除，保证了相位测距的可靠性，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别是一种基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统。

背景技术

从星图导航到指南针，从GPS到室内定位，人们对于位置服务的需求自古至今。在当今社会的定位技术之中，无线定位技术由于其穿透性高，覆盖范围广，超视距传输，价格低廉等特点，成为了主流定位技术。随着物联网产业的发展，人们对位置的需求越来越高，传统的无线定位精度(2M-10M)已经渐渐的不能满足当前的需求。例如在无人机的定位追踪领域，或者是室内的电子围栏等等，都对定位精度有很高的要求。

于是也出现了一批高精度的无线定位技术，例如UWB技术。但是UWB技术需要额外的部署UWB基站，不仅造价高昂，而且对于普通用户来说该设备仅仅是定位设备，这就会造成空间中的设备冗余或是利用率低等问题。而解决这一个问题的最好办法就是利用当前随处可见的WiFi设备进行无线定位。

正是由于WiFi的普遍性这一特点，近几年WiFi定位的研究和应用已经成为热点。

学术界和市场上涌现出了一批WiFi定位技术，这些技术大多基于RSSI场强信号，或是RSSI指纹信息进行定位。由于WiFi并不是专门的定位设备，其频段受环境的干扰也较强，利用以上的定位技术，一般的定位精度只有5M-10M。

为了解决传统WiFi定位技术精度低的问题，近两年，学术界关注到了802.11n协议中提供的一种CSI信道状态信息，许多IEEE802.11标准使用OFDM调制信号，将其通过多个正交子载波进行传送，每个子载波上传送的信号都有不同的信号强度和相位。

具体来说，可以以CSI的形式输出WiFi带宽范围内的CFR的一个采样：

H＝[H(f1)，H(f2)，…，H(fi)，…，H(fN)]T，i∈[1，30]。

每个CSI刻画了一个子载波的幅度和相位。

哈尔滨工业大学的CN 106950538 A专利就公开了一种基于中国剩余定理的ToF测距方法。该方法求取ToF的步骤如下：

1、通过跳频获取多个频率的CSI信息

2、从CSI中提取出相位信息

3、对信道状态信息中的相位进行消除

4、利用中国剩余定理求解ToF

理论上该方法可行，利用跳频能够求解出ToF时间，然而其步骤3中，对于信道状态信息中的相位进行消除，依然存在问题。

该专利的步骤3利用OFDM的0号子载波来去除子载波之间的频差带来的相位偏移，然而除了这个偏移以外，发射端和接受端的交互过程中依然存在众多误差，例如不同频率的PLL锁相环偏移和天线处理的频偏等等。甚至是由于没有高精度时钟，带来的相位检测不准确。种种因素都导致了该方法无法去除相位误差，以至于使用该架构无法进行最终的ToF测距。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高精度的基于信道状态信息的WiFi ToF测距定位系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现。