[发明专利]一种稳健的信道状态信息CSI相位校准方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种稳健的信道状态信息CSI相位校准方法。本发明用于消除因为传播环境与收发设备引入的相位误差，同时解决当前校准方法在非直达以及多径丰富的无线传播环境下校准性能较差的问题。首先通过多载波无线收发系统获取信道状态信息CSI；再通过CSI数据的实部与虚部数据计算每个信道的原始相位；根据CSI原始相位对信道质量进行鉴别；针对信道质量较高的数据包：整体进行解卷绕，再采用最小二乘的方法进行误差消除；针对信道质量较差的数据包：估计卷绕长度Q，将原始相位数据划分为长度为β·Q的子段，对每一个子段进行解卷绕，再对每一子段采用最小二乘的方法进行误差消除。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种稳健的信道状态信息CSI相位校准方法。

背景技术

近年来，随着移动网络、微电子器件和互联网等技术的飞速发展，利用无线信号对环境进行感知成为了热点。此处的环境指的是无线信道，其中包括收发设备之间的距离以及传播链路之间的障碍物，比如运动或者静止的人以及其它物体等。通过无线感知可以实现环境中的位置信息感知，比如室内定位。还可以实现人体姿态检测、生理参数监测、人机交互等等。因此利用无线信号进行环境感知具有重要的发展前景与商业价值。利用无线信号进行感知早在多年前就已有研究与成果，最典型的是雷达系统，如探测目标的主动式雷达系统，借助无线信号的反射与衍射特性，主动测量雷达与目标之间的距离。由于雷达系统具有较高的部署成本，很难实现此类设备的大规模使用。而借助易携带的设备，比如手机等，也具有无线信号收发与测量功能的设备，也可以实现对环境进行感知。此类设备的广泛应用推动了无线感知领域的发展。

常见的是利用WIFI信号进行无线感知。另外，近年来随着5G技术的发展，利用移动网络进行感知，使得各种低延时人机交互任务的执行成为了可能。在无线通信系统中，由于信道状态信息(Channel State Information,CSI)比接收信号强度(Received SignalStrength,RSS)蕴含更加丰富的环境信息，使得CSI成为无线感知的主要信号源。由于CSI相位相较CSI幅度对环境更为敏感。因此信道环境的细微变化可以通过CSI相位进行测量，但是由于收发硬件设备的影响会引入误差。相位方面的误差包含载波频率偏差(CarrierFrequency Offset，CFO)、采样率偏差(Sampling Frequency Offset，SFO)、包检测时延(Packet Detection Delay，PDD)、锁相环相位偏差(PLL Phase Offset，PPO)等等。在同一包数据中，这些误差对于不同子载波的影响较为固定，主要引入线性误差以及偏差。CSI相位误差校正对正确测量信道状态至关重要。

文献“Kotaru,Manikanta；Joshi,Kiran；Bharadia,Dinesh；Katti,Sachin,”spotFi:Decimeter Level Localization Using WiFi,”Proceedings of the 2015ACMConference on special interest group on data communication,17August 2015,pp.269-282”提出一种使用WIF信号进行室内定位的系统SpotFi，定位精度可达分米级。文献中提出了相关的CSI相位校正方法。方法包括：1)：采集CSI数据，提取CSI原始相位，并对其进行解卷绕；2)建立线性相位误差模型；3)基于最小均方误差的原则对误差曲线进行拟合；4)测量相位减去误差相位，实现误差消除。这种相位误差校正方法在LOS环境以及传播路径数量较少的情况下具有较好的校正性能，但NLOS传播信道以及多径丰富的传播信道更为常见。此时部分子载波相位数据会发生突变，导致解卷绕的过程中产生累积误差，使得校准后的相位方差较大。因此，该类CSI相位校准方法是不稳健的，不足以同时应对不同质量无线信道下的CSI相位校准问题，限制了基于CSI的无线感知场景。

发明内容