[发明专利]一种基于MIMO-OFDM信道状态信息的室内测距及定位方法

摘要

本发明提出一种基于MIMO‑OFDM信道状态信息的室内测距及定位方法。该方法充分利用目前基于OFDM的商用WiFi网卡，通过在待测位置用户端获取信道状态信息CSI，并结合收发端都是多天线的MIMO系统，提出一种基于MIMO‑OFDM的自由空间路径损耗模型，计算室内锚点WiFi接入点AP到被测位置用户之间的视距LOS距离，最后通过经典的三边定位方法得到所测用户的位置。该发明基于目前使用最为广泛的多天线WiFi AP及主流的基于OFDM的无线网卡，可以实现快速、简单、高效的室内测距及定位。

主权项

1.一种基于MIMO‑OFDM信道状态信息的室内测距及定位方法，其特征在于，包括：S1，从待测用户端获取MIMO‑OFDM信道状态信息，对MIMO‑OFDM信道状态信息进行信号处理分析；所述S1中获取MIMO‑OFDM信道状态信息包括：S1‑1，在接收MIMO‑OFDM信道状态信息进行离散傅里叶变换DFT处理之后，第k个子载波的第q根接收天线的频域符号Rq(k)表示为，其中，W_q(k)是噪声的DFT频谱，表示时变频率选择性信道h_p,q(l,n)的DFT，其中，就是第p根发射天线第q根接收天线在子载波为k时的CSI；所述S1中对MIMO‑OFDM信道状态信息进行信号处理分析包括：S1‑2，获得锚点AP到待测用户端之间选择视距LOS路径，具体的方法为：将所有路径的取其幅度，幅值最大的为LOS对应的路径，其中，p为发射射端的第p根天线，q为接收端的第q根天线，k为第k个子载波，p、q、k均为正整数；对于发射端有NT、接收端有NR根天线、子载波数为N的MIMO‑OFDM系统而言，接收端的第q根天线接收到第p根发射天线之间LOS路径的CSI为其中，是子载波k的CSI，θ_k表示其相位；锚点AP和用户终端的多天线阵列为线性阵列，天线之间的间隔为λ/2，其中，λ为无线电波的波长，不同的发射天线通过LOS路径达到同一根接收天线的距离、同一根发射天线到达不同的接收天线之间的LOS距离，均有一些差异，采用加权平均归一化的方法求出CSI；加权平均归一化CSI，其中，CSI_norm为归一化CSI，N为载波数目，f_c为中心频率，为第k个子载波的CSI幅度；S2，通过获取锚点AP到待测用户端的路径，对锚点AP到待测用户端进行测距计算，利用已知坐标位置的锚点AP进行最优位置参数选定；所述S2包括：单个锚点AP到待测用户端的距离表达为：其中，c表示光速，n为衰减因子，σ为环境因子，包含了其余所有硬件相关因素，参数n和σ对不同室内场景进行预先设定；所述n为衰减因子，σ为环境因子的预设方法包括：利用室内3个已知坐标位置的锚点AP进行最优参数选定，方法如下：定义Di,i∈R＝{1,2,3}，Di表示3个已知AP之间的真实距离；步骤1、选取2个距离D₁和D₂；将D₁和D₂带入公式的等式左边，分别建立联合方程组，CSI当做已知量，联立方程，求解得到n和σ的值；步骤2、将步骤1得到的2个参数n和σ带入公式并对AP1和AP3之间的距离进行估计，得到估计值并与实际AP1和AP3的距离D₃做差，得到以上过程完成第一次参数验证，其中AP1为第一锚点和AP3为第三锚点；步骤3、选取真实距离D₁和D₃带入公式将D₂作为距离验证对象，重复步骤1和2得到步骤4、选取真实距离D₂和D₃带入公式将D₁作为距离验证对象，重复步骤1和2得到步骤5、通过对比3次迭代得到的diff值大小，确定最小的diff对应训练步骤得到的参数n和σ即为该室内区域最优的衰减因子和环境因子；S3，对于锚点AP到待测用户端测距完成之后，对待测用户端进行定位处理；所述S3中对待测用户端进行定位处理的方法包括：三个锚点是非线性的，即不在一条直线上，三边定位方法如下：已知3个锚点位置坐标(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，已知未知点(x0,y0)到三点距离d1，d2，d3，以d1、d2和d3为半径作3个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即待未知点的位置计算公式