[发明专利]一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法

权利要求书

1.一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：所述方法中包括如下步骤：

步骤1，对于连接至无线路由器的无线设备，读取信道状态信息和子载波的状态信息，将各个子载波的状态信息转换为复指数形式，然后以子载波状态信息中的子载波编号值为横坐标，相位值为纵坐标，绘制相位-频率关系点图；

步骤2，对相位-频率关系点图进行平滑处理：对于每一个子载波的相位，与前一个进行比较；如果差值大于3π/2，则将此载波的相位进行2kπ的相位调整，使得最终的相位差值在3π/2之内；然后选择关系点图中基波附近的子载波并进行线性函数的拟合，记录下拟合函数的斜率值，即得到相邻载波的平均相位差值；

步骤3，重复步骤2的操作，获得多个平均相位差值；统计这些值的分布情况，绘制其值分布的柱形统计图；之后用高斯函数进行拟合，选择拟合中心值，作为计算距离所使用的无补偿原始相位差值；

步骤4，根据实际收发设备两端的距离，计算理论的相位差值，比较本步骤计算得到的相位差值与原始相位差值进行相减，记录下偏差值；在后续数值测量中，步骤3中计算出用于计算距离的相位差值后，将此相位差值与记录下的偏差值相加，得到最终的实际相位差值，用实际相位差值计算距离，得到的实际距离；

步骤4中，测量实际两台设备之间的实际距离，按照如下的换算公式，转换成相位/子载波单位的值；

其中，P表示相邻子载波的理论相位差值，即相位/子载波的值；d表示设备之间的距离；c为光速；Δf为相邻子载波频率差，数值固定为312.5kHz；

计算换算后的理论相位差值与步骤3所得原始相位差值的偏差值，将此偏差值作为线性误差补偿值；再次测距时，重复步骤1到步骤3，然后将计算得出的值，加上线性误差补偿值，就为本次测距的实际线性值，将该值按照上述相位和距离的换算公式计算，得出实际距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：步骤1中，使用无线路由器中的CSI-tools工具，获取信道状态信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：步骤1中，对于复指数形式下的各个子载波相位值，如相位值存在2π跳变则对该相位值进行2kπ的补偿。

4.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：步骤1中，将获取到的子载波数据，以子载波编号作为x轴坐标值，以该子载波的相位值为y轴坐标值；在坐标系中，绘制出相应的点，得到关系点图。

5.根据权利要求1所述的一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，选择位于相位-频率关系点图的所有点中，子载波编号值最靠近中位数的点，即x轴坐标值最靠近中位数的点；由于信道状态信息的子载波编号值固定为偶数，所以最靠近中位数的点有两个；

步骤2-2，对相位-频率关系点图中的所有点，找出满足x轴坐标值大于步骤2-1中两个点中较小的点的x轴坐标值的所有点，将其x轴坐标值增加一个单位，即将满足这个条件的点左移一个单位；

步骤2-3，在步骤2-3移动过后的点图中增加一个点，该点的x轴坐标值是，在步骤2-1中最靠近中位数的两点中x轴坐标值较大的点的x轴坐标值；将步骤2-2中的所有点，进行三次样条插值法的计算；将获得的x轴坐标值代入计算得出的结果中，所得结果为步骤2-3中的点的y轴坐标值；

步骤2-4，以步骤2-3做出的增加点的x坐标值为中心，选择x轴坐标值在这个点的x轴坐标值附近的其他点，使得选择的点数占总数的50％，将这些点进行线性拟合；

步骤2-5，将线性拟合出来的函数，表示成y＝K*x+b的形式，其中y为y轴值，表示相位；x为x轴值，表示子载波编号；K是斜率，表示在相同的传输时间下不同频率的电磁波之间的相位差，b为等效的电磁波发射初始相位。

6.根据权利要求5所述的一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，其特征在于：步骤3中，包括如下分步骤：

步骤3-1，重复进行步骤2的操作，记录下拟合的函数公式中K参数的值，然后取获取的参数K值中的最大值和最小值，把最大值和最小值之差划分为20个区间，统计K的值落在各个区间的个数；

步骤3-2，绘制一个条状统计图，统计图的横向坐标为K的分布区间，纵向坐标为该区间上参数K的出现次数，分布区间为步骤3-1划分的20个区间；

步骤3-3，计算条状统计图中，有多少个极大值区间；极大值区间的要求是，该区间中的K参数的分布个数值比相邻区间多；

步骤3-4，对条状统计图进行高斯函数拟合，根据步骤3-3得到的极大值区间，每有一个极大值区间，就要多一重拟合；

步骤3-5，选择拟合得到的高斯函数中，均方差σ值最小的函数，将其中心值μ作为本次测距需要的相位差值。