[發(fā)明專利]基于OFDM信道狀態(tài)信息相位變化特征的高精度室內(nèi)WiFi定位系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610881639.4
• 申請(qǐng)日: 2016-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN106851554A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙亮;陳桂林;趙生慧;楊斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 滁州學(xué)院
• 主分類號(hào): H04W4/02
• 分類號(hào): H04W4/02;H04W64/00;H04W84/12;H04B7/0413
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所32207
• 代理人: 劉林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于OFDM信道狀態(tài)信息相位變化特征的高精度室內(nèi)WiFi定位系統(tǒng)，屬于室內(nèi)導(dǎo)航、物品定位及VR眼鏡跟蹤技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

(1)OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用，一種較為流行的無線通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于PC、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的通信過程；(2)信道狀態(tài)信息：Channel State Information,CSI。一種較信號(hào)接收強(qiáng)度RSSI，更加細(xì)粒度刻畫無線通信過程中，信道響應(yīng)特征的表示方法。通常包含時(shí)域CIR(信道沖擊響應(yīng))和CFR(信道頻率響應(yīng))，其中CFR又包含幅頻特性和相頻特性。

定位問題按照定位范圍可分為室外定位和室內(nèi)定位，室外定位系統(tǒng)通常基于衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)如GPS系統(tǒng)，北斗定位系統(tǒng)等。室內(nèi)定位的應(yīng)用場(chǎng)景在建筑物內(nèi)，如商場(chǎng)、辦公室、家庭內(nèi)等，在此壞境下傳統(tǒng)的室外定位裝置如GPS等信號(hào)無法穿透，則失去了定位功能。在此情況下，出現(xiàn)了一些解決方法，如基于藍(lán)牙裝置進(jìn)行定位(藍(lán)牙定位系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枺?01410335428.1，亞米級(jí)藍(lán)牙定位系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枺?01520274456.7)等等，基于Zigbee的定位(車位定位方法、系統(tǒng)與Zigbee模塊，申請(qǐng)?zhí)枺?01310170194.5，基于ZigBee的井下人員定位方法，申請(qǐng)?zhí)枺?01210220512.X)等等。

室內(nèi)定位方法按照定位原理可以分為①基于信號(hào)強(qiáng)度傳播衰減模型的②基于信號(hào)到達(dá)延遲時(shí)間的③基于室內(nèi)信號(hào)指紋特征等。(一)基于信號(hào)傳播模型是指由于無線信號(hào)在室內(nèi)傳播要經(jīng)歷衰減過程，一般依據(jù)傳播距離按照指數(shù)特征衰減，通過測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度來反推信號(hào)傳播距離從而實(shí)現(xiàn)定位(基于分類閾值及信號(hào)強(qiáng)度權(quán)重的室內(nèi)定位方法，一種基于Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度的井下人員定位方法，申請(qǐng)?zhí)枺?01210474698.1，基于射頻接收信號(hào)強(qiáng)度值的隧道內(nèi)車輛的動(dòng)態(tài)定位方法，申請(qǐng)?zhí)枺?01210366475.3)等等。此類定位方法的缺陷主要有：(1)信號(hào)在室內(nèi)傳播的傳播衰減模型由于天線極化以及傳播過程中多徑、反射以及衍射的影響一般較為復(fù)雜，且在各個(gè)方向缺乏均勻性，且對(duì)于不同的定位區(qū)域沒有統(tǒng)一的解析表達(dá)式；(2)所建立的傳播模型十分容易受到室內(nèi)物體，如家具、窗戶等物體移動(dòng)的影響，需要及時(shí)進(jìn)行校正，否則不能進(jìn)行定位；(3)接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI是并不是直接反應(yīng)接收信號(hào)功率的數(shù)值，且極易受到天線極化特性和室內(nèi)環(huán)境的影響，即使在靜止的室內(nèi)環(huán)境下某位置的RSSI也不能保持為一個(gè)常數(shù)。因此基于接收信號(hào)強(qiáng)度衰減模型進(jìn)行定位準(zhǔn)確度不高。(二)基于信號(hào)到達(dá)延遲時(shí)間(Time of Arrival,TOA)的方法是利用估算無線信號(hào)在室內(nèi)空間中傳播所需時(shí)間，從而反推發(fā)射器到接收器之間距離的方法，通常基于三邊定位方法得到被定位物體的空間位置。(基于TOA測(cè)距的人員精確定位系統(tǒng)及其定位方法，申請(qǐng)?zhí)枺?01210036395.1，一種超寬帶定位的TOA估計(jì)方法及電路總成，申請(qǐng)?zhí)枺?01310065362.4)。此類定位方法的主要缺陷有：(1)由于基于傳播時(shí)間延遲，要求所使用設(shè)備間必須有精度極高的時(shí)間同步性(2)對(duì)設(shè)備中的ADC以及DAC的分辨率和精度要求非常高(3)在室內(nèi)多徑情況下很難分辨直接路徑，造成定位失效。(三)基于室內(nèi)信號(hào)指紋特征的定位方法。這個(gè)方法是通過將不同位置的無線信號(hào)信息如RSSI或CSI等采集下來，并按位置進(jìn)行標(biāo)注，再根據(jù)定位時(shí)所采集的信號(hào)特征反推出所處位置的方法。(位置指紋定位方法及定位系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枺?01210362038.4，室內(nèi)定位指紋庫的指紋信息收集方法及系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枺?01210223335.0)。此類方法的主要缺陷有：(1)指紋構(gòu)建步驟較為繁瑣，需要人員在所處區(qū)域以地毯式進(jìn)行信號(hào)采集(2)所采集的信號(hào)指紋易受天氣、溫度及背景環(huán)境的影響，造成定位失效(3)室內(nèi)環(huán)境中無線信號(hào)分布并不連續(xù)，造成可以在A點(diǎn)或B點(diǎn)定位準(zhǔn)確，但無法定位AB之間的位置。

綜上所述，(1)GPS定位系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號(hào)無法穿透較厚的墻體，使之無法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位；(2)基于GSM/GPRS的移動(dòng)基站定位精確度不高，且易受到移動(dòng)通信運(yùn)營商制約；(3)基于藍(lán)牙，Zigbee等信號(hào)的定位系統(tǒng)需要購置專用設(shè)備，且定位方法基于接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI，精度不高；(4) 普通基于WiFi信號(hào)定位方法，雖無需專用設(shè)備，但通常也是基于接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI，精度有限；(5)相關(guān)基于WiFi通信過程中信道狀態(tài)信息進(jìn)行定位的系統(tǒng)，基于的是CSI中的幅度特征，且依賴于估算WiFi信號(hào)傳播衰減模型，此模型受室內(nèi)環(huán)境影響較大，需要修正，且精度不高。