[发明专利]一种OFDM的子信道估计测距方法

说明书

本发明提出了一种OFDM的子信道估计测距方法。该测距方法分为参数估计阶段和距离估计阶段。在参数估计阶段，首先在测距区域随机选择一个定标点，并且测量该定标点到接入点(Access Point，AP)的距离；然后AP从来自定标点的数据中提取子信道状态信息(Channel Information State，CSI)，同时对其进行滤波去噪和离群点检测；最后结合定标点到AP的距离与子信道CSI得到子信道信号传播模型。在距离估计阶段，首先对采集的子信道CSI进行滤波去噪；然后带入到子信道信号传播模型中进行距离估计，得到子信道距离；最后对子信道距离进行聚类，将类心的坐标作为目标到AP的距离。相比于传统的测距技术，本发明不需要进行CSI相位修正补偿，此外，本发明测距精度高，适用于多种测距场景。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，特别涉及一种OFDM的子信道估计测距方法。

背景技术

随着通信信息技术的发展和日益增长的位置服务需求，定位服务已成为了当下最热门的服务需求之一。对于室外的定位服务，目前的全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS) 和北斗系统可以提供相对稳定的、精度较高位置服务，但是，在室内环境下由于来自卫星的信号会被建筑物或者地面遮挡，GPS以及北斗系统的定位效果会比较差。而且很多的室内位置服务需求需要很高的定位精度，比如在商场中查找商品的位置、应急救援以及特殊人群监护等。

目前在室内定位领域的研究中，基于距离的测距算法主要分为三种方法，基于信号到达时间(Time of arrival，TOA)的测距算法，基于信号到达时间差(Time differenceof arrival, TDOA)的测距算法以及基于能量信息的测距算法。

(1)基于信号到达时间的测距算法

基于到达时间技术利用获得的传播时间乘以所处环境中信号的传播速度，从而得到定标点与待测节点之间的距离。它主要分为基于信号单程传播时间的测距和基于信号双程传播时间的测距。基于信号单程传播时间的测距算法在接收端需要知道信号从信号源发出的精确时刻来计算接收者与信号源之间的距离，因此这种方法对时钟的同步要求较高。基于信号双程传播时间的测距采用信号在信号源与接收者之间传播一个往返的时延(Round-Trip Time， RTT)。在往返时延测量过程中，信号源与接收者双方只需记录从自身发出信号直到接收到对方发出的信号之间的时间差，而无需记录自身发出信号或者接收信号的精确时刻。

(2)基于信号到达时间差的测距算法

基于到达时间差技术不需要十分精准的收发两端时钟同步，但是对本地时钟误差的要求较为苛刻，即接收者可以精确地测量信号的到达时间以及接收者(位置已知的参考点)之间需要做严格的时间同步。它的主要原理是定标点发送信号给待测节点，待测节点接收到信号后将其反射回定标点，利用定标点发送信号与接收到信号的时间差来计算出待测节点与定标点之间的距离。

(3)基于能量信息的距离估计

基于能量信息的距离估计方法使用(Received Signal Strength，RSS)信息，即通过事先测量发射端发送信号在不同位置的强度值来进行待测节点与定标点之间的距离。它的主要原理是信号在无线信道中传播时会发生衰减，更根据其衰减规律建立数学模型。常用的无线信道衰减模型是对数常态衰减模型。RSS对时钟和方向没有特殊的限制，也不需要增加额外的硬件来实现收发两端的同步以及角度衡量，并且成本小。但是传统的基于能量信息的距离估计所建立的传播模型的参数是固定的，当测距环境发生变化时，已建立的模型不能很好地反应信号的能量的变化，造成测距精度下降。

发明内容

基于上述现有室内定位的缺陷和不足，本发明提供了一种OFDM的子信道估计测距方法。相比于传统的测距技术，本发明不需要进行CSI相位修正补偿。此外，本发明测距精度高，适用于多种测距场景。