[發(fā)明專利]一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810921247.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN109150780B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵力斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京榮飛科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04L27/00
• 分類號(hào): H04L27/00;H04L27/26;H04L27/38;H04L5/00;H04W4/33;H04W4/80;H04W64/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 王一源

1.一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)，包括基站和移動(dòng)點(diǎn)端，所述基站包括WiFi模塊，其特征在于所述WiFi模塊連接有CSI提取模塊，所述WiFi模塊至CSI提取模塊單向信號(hào)傳遞，所述CSI提取模塊連接有設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊，所述CSI提取模塊至設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊單向信號(hào)傳遞，所述設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊連接有相位提取和子載波相位誤差消除模塊，所述設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊至相位提取和子載波相位誤差消除模塊單向信號(hào)傳遞，所述相位提取和子載波相位誤差消除模塊連接有ToF測(cè)距模塊，所述相位提取和子載波相位誤差消除模塊至ToF測(cè)距模塊單向信號(hào)傳遞，所述設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊與WiFi模塊雙向信號(hào)傳遞，所述設(shè)備傳輸相位誤差消除模塊用于消除兩個(gè)通信設(shè)備之間存在的相位收發(fā)誤差，所述相位收發(fā)誤差包括發(fā)射端處理誤差、天線傳輸誤差、接受端處理誤差，所述移動(dòng)點(diǎn)端包括WiFi定位模塊，所述WiFi定位模塊與WiFi模塊之間通過(guò)天線陣列雙向信號(hào)傳遞，所述WiFi定位模塊連接有高精度時(shí)鐘，所述CSI提取模塊用于從WiFi模塊中提取出CSI矩陣，所述ToF測(cè)距模塊用于根據(jù)相位值進(jìn)行ToF距離估算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)，其特征在于所述消除兩個(gè)通信設(shè)備之間存在的相位收發(fā)誤差的方法包括：

定位基站的發(fā)送A定位幀，通過(guò)MIMO和OFDM方法調(diào)制后經(jīng)由天線陣列發(fā)送，此時(shí)由于發(fā)送端鎖相環(huán)產(chǎn)生相位偏移；

調(diào)制后的A定位幀在空間中傳播，基站天線陣列發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生微小頻偏，移動(dòng)點(diǎn)端天線陣列接受過(guò)程中產(chǎn)生微小頻偏，此過(guò)程中產(chǎn)生的相位偏移和信號(hào)飛行時(shí)間有關(guān)；

調(diào)制后的A定位幀被移動(dòng)點(diǎn)端B捕獲，經(jīng)移動(dòng)點(diǎn)端芯片處理得到，此時(shí)產(chǎn)生發(fā)送端鎖相環(huán)頻偏，此時(shí)解析的相位值包含以下誤差（）；為基站天線陣列發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生的相位偏移，為移動(dòng)點(diǎn)端天線陣列接收過(guò)程中產(chǎn)生的相位偏移；

使用CSI信道模型表示，則有，其中表示收到的信道CSI數(shù)據(jù)，表示未發(fā)生偏移的CSI數(shù)據(jù)，是（）產(chǎn)生的偏移；

高精度時(shí)鐘確保芯片收到信號(hào)的同時(shí)發(fā)送返回信號(hào)；

移動(dòng)點(diǎn)端WiFi定位模塊通過(guò)MIMO和OFDM方法調(diào)制返回幀，經(jīng)由天線陣列發(fā)送，此時(shí)由于移動(dòng)點(diǎn)端鎖相環(huán)產(chǎn)生相位偏移；

調(diào)制后的返回幀在空間中傳播，移動(dòng)點(diǎn)端天線發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生微小頻偏，基站天線在接受過(guò)程中產(chǎn)生微小頻偏；

調(diào)制后的返回幀被基站A捕獲，經(jīng)基站芯片處理得到，此時(shí)產(chǎn)生的PLL頻偏；

在上述的發(fā)送過(guò)程，移動(dòng)點(diǎn)端將收到的傳輸給基站，所述移動(dòng)點(diǎn)端將收到的傳輸給基站的方式包括：在發(fā)送返回幀時(shí)，將作為數(shù)據(jù)，一同發(fā)送；或者在發(fā)送返回幀后，單獨(dú)將作為數(shù)據(jù)發(fā)送給基站；或者移動(dòng)點(diǎn)端將作為數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器發(fā)送給基站；

使用CSI信道模型表示，則有；

CFO消除算法，原理是通過(guò)和的計(jì)算消除中間產(chǎn)生的誤差；

根據(jù)CSI信道模型，有能夠消除CFO相位偏移。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)，其特征在于所述相位提取和子載波相位誤差消除模塊用于對(duì)OFDM傳播模型中的0號(hào)子載波的相位進(jìn)行估計(jì)，得到最終相位值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)，其特征在于所述ToF距離估算先利用跳頻采樣技術(shù)能夠獲取不同頻率ToF值，再利用中國(guó)剩余定理進(jìn)行求解，得到唯一ToF值。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于信道狀態(tài)信息的WiFi ToF測(cè)距定位系統(tǒng)，其特征在于所述對(duì)OFDM傳播模型中的0號(hào)子載波的相位進(jìn)行估計(jì)，得到最終相位值具體為：

基站W(wǎng)iFi模型處理經(jīng)過(guò)CFO消除后的CSI信號(hào)，提取OFDM的30個(gè)子載波相位值，在OFDM的無(wú)線信號(hào)傳播模型中，各子載波的相位值存在頻偏，為載波發(fā)射頻率，為飛行時(shí)間，關(guān)系如下：

由于0號(hào)子載波無(wú)任何頻偏，且OFDM子載波編號(hào)為-15,-14,…-1,1,…,14,15，因此使用-1和1的相位值對(duì)0號(hào)子載波的相位值進(jìn)行估計(jì)。