基于Wi-Fi信道状态信息的室内定位算法研究

发布时间：2020-06-09 17:32

【摘要】：随着物联网时代的到来,位置信息将成为移动设备和移动应用中的重要组成部分。目前,Wi-Fi作为一种最常用的无线通信协议已经被部署在几乎所有的公共基础设施中,因此,研究如何利用无处不在的Wi-Fi实现对移动设备的室内定位是非常具有价值和意义的。考虑到接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)在室内环境下的不稳定性,本文将利用Wi-Fi底层的信道状态信息(Channel State Information,CSI)进行室内定位算法研究。本文的主要研究内容和贡献如下:首先,针对目前Wi-Fi芯片阵列天线数量不足导致多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法无法解析各路信号到达角度(Angle of Arrival,AoA)的问题,本文充分利用Wi-Fi CSI中子载波的频域信息扩展了 Wi-Fi芯片传感器的数量,从而将传统MUSIC算法的基本思想运用到了测量的CSI矩阵上,构建了基于CSI的AoA-ToF联合估计算法,最终实现了对路径到达角度和飞行时间(Time of Flight,ToF)的估计。仿真实验证明了算法的可行性。然后,针对现有基于CSI的空间平滑算法在低信噪比情况下对相干信号分辨率不高的问题,本文提出了一种基于CSI的前后向空间平滑算法对信号进行解相干。仿真结果和实测结果均表明本文提出的算法有效地提高了相干信号在低信噪比和复杂室内环境下的分辨率,从而保证了基于CSI的AoA-ToF联合估计算法的估计精确度。接着,本文研究如何从多径信号中识别出直达波并获取相应的AoA估计值,针对现有直达波识别方法存在的计算量较大、需要用户参与等问题,本文提出一种基于多发送天线测量的直达波识别方法,实验表明该方法对直达波的识别兼具准确性和时效性,且无需用户参与,有效地解决了目前室内多径环境下直达波识别较为困难的问题。最后,本文通过融合目标设备与各锚节点间的角度和距离信息实现了位置估计,并基于所设计的定位算法全流程实现了一个室内定位系统。根据实验结果,本文设计的定位系统的在典型室内环境下的中值定位误差约为0.7m,优于目前Wi-Fi平台上最具代表性的AoA定位系统之一的SpotFi室内定位系统。
【图文】：

影响信号强度的接收机与发射机之间最大的障碍物（墙）数量，ＭＭＦ表示障碍物（墙）逡逑衰减系数旦通过ＲＳＳ测距估计出待测节点和多个锚节点的距离，便可以通过三角逡逑定位［４５］的方法获得待测节点的位置，如图２－１所示：逡逑卞锚节点３邋？３逦＼逡逑／’邋＼一逡逑ｒ、２邋NB卜位置，＼逡逑＼逦锚节点１邋ｚ、／逦逦邋ｚ逦＇逡逑＼＼逦１／邋又邋Ｉ逡逑＼邋、２、丨逡逑＼逦ｙ逡逑图２－１三角定位法逡逑７逡逑

华南理３：大学硕士学位论文取相对复杂，也需要接收器部署天线阵列，但是基于ＡｏＡ方法具有非常多的优势。首先，基于ＡｏＡ的定位方法是具纹定位方法需要在前期耗时耗力建立指纹数据库，也不像，其次，，该方法也不要求收发端保证严格的时钟同步，这定位技术的广泛运用提供了前提基础。目前，学术界已有的定位精确度都达到了分米级。随着８０２．１１ｎ的普及和８０２．１１多天线Ｗｉ－：Ｆｉ设备已经被广泛运用在实际生活中，因此，的定位方法将逐渐被运用在现有Ｗｉ－Ｆｉ网络中，成为未来商位方法。逡逑
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄开俊;胡强;覃团发;;基于过时信道状态信息的机会协作性能研究[J];信息技术;2013年10期

2 张倩;王晶晶;;一种基于部分信道状态信息的稳健性预编码方案[J];电子测试;2008年08期

3 赵志信;周泓岑;;非理想信道状态信息下调制方式切换阈值最优化算法[J];黑龙江科技大学学报;2015年01期

4 孙强;张源;金石;高西奇;;基于统计信道状态信息的有限反馈空分多址方法(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2012年01期

5 陈俊杰;司江勃;李赞;石莎;黄海燕;;非理想信道状态信息对频谱共享认知中继网络性能的影响[J];电子与信息学报;2012年06期

6 赵睿;郭荣新;蔡灿辉;;基于部分信道状态信息的双向中继系统性能分析[J];山西大学学报(自然科学版);2011年04期

7 杜娟;康桂霞;;基于部分信道状态信息的Tomlinson-Harashima预编码设计[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2010年05期

8 林鸿鑫;赵睿;贺玉成;袁毅;;过时信道状态信息下的机会式中继选择系统的安全性能分析[J];信号处理;2016年07期

9 张立健;金梁;刘璐;罗文宇;;基于非理想信道状态信息的鲁棒安全发送方法[J];电子与信息学报;2015年05期

10 苏钢;朱光喜;刘应状;王德胜;;一种部分信道状态信息下提高频谱效率的方法[J];计算机科学;2007年12期

相关会议论文 前4条

1 钟俊;彭启琮;;部分信道状态信息对MIMO-OFDM通信系统的影响[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年

2 张玄黎;杨东凯;王延昭;修春娣;;基于机器学习的室内高精度指纹定位方法研究[A];第十二届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2018年

3 赵彤;李先圣;;基于CSI煤矿井下重要区域闯入检测系统[A];物联网与无线通信-2017年全国物联网技术与应用大会和2017年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2017年

4 伍永西;许小东;戴旭初;;一种改进的OFDM系统旁瓣抑制算法[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前2条

1 ;MIMO收发技术发展及应用[N];人民邮电;2007年

2 国家知识产权局副研究员 王雷;5G专利:从现在开始[N];通信产业报;2015年

相关博士学位论文 前10条

1 黄伟;大规模MIMO信道状态信息获取与传输方案优化设计[D];东南大学;2018年

2 张雷;基于CSI的煤矿井下定位方法研究[D];中国矿业大学;2019年

3 许杨;基于信道状态信息的人体行走感知技术研究[D];中国科学技术大学;2019年

4 钟俊;部分信道状态信息下的无线下行链接设计方法[D];电子科技大学;2005年

5 孙君;非理想信道状态信息移动通信系统的性能研究[D];山东大学;2008年

6 王举;基于射频信号及信道状态信息的被动式目标定位方法研究[D];西北大学;2016年

7 邓志祥;具有信道状态信息的中继信道容量研究[D];南京邮电大学;2015年

8 郝浪涛;多天线系统中的干扰处理技术研究[D];北京邮电大学;2015年

9 彭张节;非完美信道信息下MIMO通信系统传输技术研究[D];东南大学;2016年

10 张萌;协同无线通信系统中的关键技术研究[D];上海交通大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘先峰;基于Wi-Fi 802.11n信道状态信息的定位技术研究[D];电子科技大学;2019年

2 刘涛;基于信道状态信息的情感感知和行为识别研究[D];合肥工业大学;2019年

3 张逸凡;基于信道状态信息的无源人体行为识别相关技术研究[D];合肥工业大学;2019年

4 廉英浩;基于环境学习的单AP高效WiFi定位[D];西北大学;2019年

5 朱瑾华;基于信道状态信息的室内指纹定位算法研究[D];西安科技大学;2019年

6 李彦斌;水声自适应OFDM非理想信道状态信息反馈的预测研究[D];西安科技大学;2019年

7 鲁翔;基于WiFi信道状态信息的室内人员感知研究与实现[D];电子科技大学;2019年

8 张千坤;基于WLAN信道状态信息的角度/距离联合单站定位算法研究[D];重庆邮电大学;2018年

9 刘宁;基于Wi-Fi信道状态信息的手写识别研究[D];上海交通大学;2018年

10 陈浩翔;基于Wi-Fi信道状态信息的室内定位算法研究[D];华南理工大学;2019年

本文编号：2705018