信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法与相关技术

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本技术介绍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

技术解决了商用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。

技术要求

1.信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、信道状态信息获取；

步骤二、接收信号模型建立，根据阵列信号处理相关知识，将接收信号建模为X(t)＝AS(t)+N(t)；

步骤三、直达波飞行时间ToF的计算，使用CSI数据同一天线的各子载波间的相位差计算出直达波飞行时间ToF；

步骤四、成对天线间CSI数据进行平滑处理增加天线孔径；

步骤五、通道间幅相误差计算；

步骤六、在线迭代测向，依据离线过程不同来波方向下幅相误差值，我们对在线数据迭代测向。

2.根据权利要求1所述的信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，其特征在于，所述的直达波飞行时间ToF的计算具体为：

ToF在子载波间引入可测量的相移，相邻子载波之间的相移函数可表示为可以得到阵列流型为A＝

[a(τ1),a(τ2),...,a(τN)]，其中导向矢量为使用空间谱理论对CSI数据进行ToF值的求解。

3.根据权利要求1所述的信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，其特征在于，所述的成对天线间CSI数据进行平滑处理以增加天线孔径具体为：

选取两个天线进行空间平滑处理可以避免通道幅相误差值Γ与AoA、ToF的耦合，进行成对天线间通道幅相误差Γ的独立求解，同时增加接收天线孔径，设一个天线平滑之后阵元个数为L，则成对天线平滑之后CSI矩阵的快拍数为Nsub-L+1，天线1对与天线i平滑结果如下所示：

4.根据权利要求1所述的信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，其特征在于，所述的通道间幅相误差计算具体为：

根据信号子空间与噪声子空间的正交关系构造目标优化函数，

其中，θ0为已知直达波的入射角度AoA，τ0为权利要求2中计算得到的直达波飞行时间ToF，基于信号子空间与噪声子空间的正交原理，可以利用谱峰

索或解析法对目标函数解得到两个通道幅相误差参数Γ，遍历所有天线就可以得出接收阵列对于参考天线的幅相误差，使用已知角度入射信号计算得到

的通道幅相误差值建立不同来波方向对应的通道幅相误差表。

5.根据权利要求1所述的信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法，其特征在于，所述的迭代测向具体为：

在线过程中对照权利要求4中建立的表格动态选取Γ值，来进行迭代测向，迭代步骤：

(1)选定初始Γ值(对应某个角度，例如0°)，对在线数据进行通道幅相误差校及测向，得到粗估计的AoA；

(2)基于前一次通道幅相误差校正的测向结果，查表得到测向结果对应的通道幅相误差值Γ，结合直达波飞行时间τ，使用MUSIC算法测向；

(3)迭代执行步骤(2)直到满足预设条件要求(测向结果变化小于预设值)退出迭代，结果即为通道幅相误差校正的最终测向结果。

技术说明书

信道状态信息的通道不一致性误差校正测向方法

技术领域

本技术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 Informa 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 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。

技术内容

本技术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。

本技术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，Nant为天线个数，Nsub为子载波个数，csim,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 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，fδ为两个子载波频率间隔，τk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为：

A＝[a(τ1),a(τ2),...,a(τN)] (4)

ToF为τk的入射信号导向矢量为：

阵列接收CSI数据的协方差矩阵Rxx可以用统计平均表示为：

Rxx＝E[X(t)XΗ(t)]＝ARSSAΗ+σ2I＝ES+EN (6)

式中，ES为信号子空间，EN为噪声子空间。

由空间谱估计理论知识得阵列流型矩阵A的列向量张成的空间与信号子空间ES相同，与噪声子空间EN正交，如下式所示：

span(A)⊥span(EN) (7)

因此可以根据两子空间的正交特性，使用多重信号分类算法(multiple signalclassification algorithm,MUSIC)对各路径的ToF值进行计算，MUSIC谱峰如下所示:

由于接收CSI信号包含多条路径，使用MUSIC算法将求出多条路径的飞行时间。选定ToF 值最小的路径作为直达波信号的飞行时间。

根据阵列信号处理相关知识，空间谱估计算法可识别路径数少于接收天线个数。而室内信号传播通常包含多条路径，使得接收信号中的信源数大于接收天线入各子载波间相移构造虚拟子阵列，进行空间平滑处理以增加可解析的信源个数。