[發明專利]一種基于信道狀態信息的WiFi ToF測距定位系統

有效

• 申請號: 201810921247.5
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109150780B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 邵力斌
• 申請（專利權）人: 南京榮飛科技股份有限公司
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L27/26;H04L27/38;H04L5/00;H04W4/33;H04W4/80;H04W64/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 王一源

本發明公開了一種基于信道狀態信息的WiFi ToF測距定位系統，包括基站和移動點端，所述基站包括WiFi模塊，所述WiFi模塊連接有CSI提取模塊，所述CSI提取模塊連接有設備傳輸相位誤差消除模塊，所述設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，所述相位提取和子載波相位誤差消除模塊連接有ToF測距模塊，所述設備傳輸相位誤差消除模塊與WiFi模塊雙向信號傳遞。所述設備傳輸相位誤差消除模塊用于消除兩個通信設備之間存在的相位收發誤差。本發明增加了一個設備傳輸相位誤差消除模塊用于對設備間傳輸所引起的相位偏移進行消除，保證了相位測距的可靠性，提高了測量精度。

技術領域

本發明涉及無線定位技術領域，特別是一種基于信道狀態信息的WiFi ToF測距定位系統。

背景技術

從星圖導航到指南針，從GPS到室內定位，人們對于位置服務的需求自古至今。在當今社會的定位技術之中，無線定位技術由于其穿透性高，覆蓋范圍廣，超視距傳輸，價格低廉等特點，成為了主流定位技術。隨著物聯網產業的發展，人們對位置的需求越來越高，傳統的無線定位精度(2M-10M)已經漸漸的不能滿足當前的需求。例如在無人機的定位追蹤領域，或者是室內的電子圍欄等等，都對定位精度有很高的要求。

于是也出現了一批高精度的無線定位技術，例如UWB技術。但是UWB技術需要額外的部署UWB基站，不僅造價高昂，而且對于普通用戶來說該設備僅僅是定位設備，這就會造成空間中的設備冗余或是利用率低等問題。而解決這一個問題的最好辦法就是利用當前隨處可見的WiFi設備進行無線定位。

正是由于WiFi的普遍性這一特點，近幾年WiFi定位的研究和應用已經成為熱點。

學術界和市場上涌現出了一批WiFi定位技術，這些技術大多基于RSSI場強信號，或是RSSI指紋信息進行定位。由于WiFi并不是專門的定位設備，其頻段受環境的干擾也較強，利用以上的定位技術，一般的定位精度只有5M-10M。

為了解決傳統WiFi定位技術精度低的問題，近兩年，學術界關注到了802.11n協議中提供的一種CSI信道狀態信息，許多IEEE802.11標準使用OFDM調制信號，將其通過多個正交子載波進行傳送，每個子載波上傳送的信號都有不同的信號強度和相位。

具體來說，可以以CSI的形式輸出WiFi帶寬范圍內的CFR的一個采樣：

H＝[H(f1)，H(f2)，…，H(fi)，…，H(fN)]T，i∈[1，30]。

每個CSI刻畫了一個子載波的幅度和相位。

哈爾濱工業大學的CN 106950538 A專利就公開了一種基于中國剩余定理的ToF測距方法。該方法求取ToF的步驟如下：

1、通過跳頻獲取多個頻率的CSI信息

2、從CSI中提取出相位信息

3、對信道狀態信息中的相位進行消除

4、利用中國剩余定理求解ToF

理論上該方法可行，利用跳頻能夠求解出ToF時間，然而其步驟3中，對于信道狀態信息中的相位進行消除，依然存在問題。

該專利的步驟3利用OFDM的0號子載波來去除子載波之間的頻差帶來的相位偏移，然而除了這個偏移以外，發射端和接受端的交互過程中依然存在眾多誤差，例如不同頻率的PLL鎖相環偏移和天線處理的頻偏等等。甚至是由于沒有高精度時鐘，帶來的相位檢測不準確。種種因素都導致了該方法無法去除相位誤差，以至于使用該架構無法進行最終的ToF測距。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種高精度的基于信道狀態信息的WiFi ToF測距定位系統。

本發明的目的通過以下技術方案實現。