[发明专利]信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法

说明书

本发明公开了信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，属于室内定位技术领域。实现步骤如下：对CSI测向算法进行建模；利用单天线数据计算直达波飞行时间ToF；成对天线间CSI数据平滑处理增加接收阵列孔径；利用直达波飞行时间ToF和直达波入射角度先验信息进行成对天线间幅相误差计算；根据离线数据建立不同来波方向情况下幅相误差表格，在线过程中对照表格动态选取Γ值，进行通道幅相误差校正和迭代测向。本发明解决了商用Wi‑Fi网卡复杂的通道间幅相误差校正问题，保证了Wi‑Fi网卡CSI测向的精度，有效降低基于商用Wi‑Fi网卡的室内定位系统部署使用的复杂度和成本，应用前景广阔，而且操作简单、不需要专用设备、能有效适应室内多径环境。

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法。

背景技术

传统利用无线信号强度的室内定位算法，由于室内环境的多径效应等因素影响，往往难以获得所需的定位精度。当前利用信道状态信息(Channel State Information,CSI)测向的室内定位方法被认为是提高定位精度的一种有效途径。CSI是信道状态不同子载波情况下的细粒度描述，可以更好地反应信道的多径状态。然而，普通商用Wi-Fi网卡的CSI测向精度受限于多天线接收通道不一致性的幅相误差问题。目前，传统的通道不一致性误差的校正方法无法解决室内多径效应问题，校正精度受限；而使用矢量网络分析仪等专用设备进行有线校正或者直接采用专门设计的高精度网卡，操作复杂或硬件成本高，难以大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提出操作简单、能有效适应室内环境的基于信道信息的通道不一致性误差校正测向方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，包括以下步骤：

步骤一：CSI信息获取:

在普通Wi-Fi网卡上获得信道状态信息CSI矩阵如下式所示：

式中，N_ant为天线个数，N_sub为子载波个数，csi_m,n是第m个天线的第n个子载波的CSI值。

步骤二：接收信号建模:

根据阵列信号处理相关知识，假设有M个阵元接收N个入射信号，则CSI接收信号可表示为:

X(t)＝AS(t)+N(t) (2)

式中，X(t)为阵列输出CSI信号，维度为M×1，A为阵列流型矩阵，维度为M×N，S(t)为入射信号复包络，维度为N*1,N(t)为阵列的加性高斯白噪声，维度为M×1。

步骤三：直达波飞行时间ToF的计算:

根据802.11协议中Wi-Fi子载波的定义，ToF在子载波间引入可测量的相移。这里将在两个相邻子载波之间引入的复指数相移作为ToF的函数

式中，f_δ为两个子载波频率间隔，τ_k为第k个入射信号直达波飞行时间。

由于同一天线各子载波间不存在通道幅相误差，所以可以使用同一天线的所有子载波进行空间谱估计计算ToF，则信号模型的阵列流型矩阵为：

A＝[a(τ₁),a(τ₂),...,a(τ_N)] (4)

ToF为τ_k的入射信号导向矢量为：