[发明专利]一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法

说明书

一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，使用相位计算的方法，进行单无线路由器下的距离计算。相对于传统的距离计算方法，本发明的主要计算数据为电磁波的相位信息，相对于幅度信息而言，相位信息在传播过程中更不易发生变形，同时也不用考虑设备增益的影响。本发明提供了简化的距离计算方法，通过对信道状态信息多次获取和计算，实现误差间的相互抵消，使得代码实现更加容易，能作为可执行程序运行于各种设备上。

技术领域

本发明属于无线通信以及地理定位领域，具体涉及一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法。

背景技术

IEEE协议中的802.11n协议，提出了正交频分复用的技术，能够使无线设备可以解析出所有子载波信道的状态值，从而可以用数学方法，计算出电磁波的各种传播参数。而其中，就包含了用于计算设备之间距离的飞行时间参数。

目前无线定位技术中，如一种估计直接路径到达角的方法(CN202010332308.1)，一般做法是使用天线阵列获取CSI，然后使用改进型超分辨率MUSIC算法构建空间谱函数，然后对角度和距离划分刻度进行二维搜索。这种算法，使用的是幅度信息。与相位值相比，幅度值更容易受到干扰影响。噪声干扰，自身反射干扰，设备自动增益带来的干扰，都需要进行滤除。这使得这种计算方法，每次天线阵列取得信息后，都需要大量的计算才能得出最终结果。而且在多次取得最终结果后，还需要再次进行距离的判决。使用现有的这种距离计算方法，需要设备自身带有等距天线整列。因而限制了这种方法的推广。

发明内容

本发明针对上述背景技术中存在的问题，提出一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，以在环境干扰大的情况或空间复杂的情况下，都能实现效果较好的相位距离计算。

一种基于信道状态信息的相位的距离计算方法，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；在之后续数值测量中，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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；