基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，包括以下步骤：从室内WiFi无线局域网物理层提取接收信号主要路径的包络；计算所述包络的偏态值；根据所述偏态值判断接收机与发射机之间的主要传播路径是否为视距传播路径。本发明通过从物理层提取多径传播的时域信息，利用信道冲激响应滤除噪声和延迟较长的非视距传播路径的影响，利用接收机的移动提高非视距传播路径的随机性同时维持视距传播路径的确定性，提高了视距传播路径判断的准确性和鲁棒性，在普适的无线局域网设备上和典型室内环境中实现了视距路径传播的判断。
【专利说明】基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动及普适计算领域，尤其涉及一种利用WiFi无线局域网的物理层信息提取时域特征判断视距传播路径的方法及系统。
【背景技术】
[0002]无线网络设备的普及与应用推动了普适计算、移动计算和人本计算的三重融合。作为一种室内普遍部署的无线局域网络，WiFi已经不仅仅是信息的载体，快速革新的应用不断将WiFi的应用场景拓展到如室内定位、穿墙扫描、手势识别等普适计算和人机交互等领域。为使这些新兴应用适用于多径传播丰富的室内场景，就需要对抗室内典型的非视距(NLOS)传播。非视距传播的衰减严重且难以预测，从而导致通信链路质量恶化，无线信道容量缩减，理论传播模型失效等问题。因此，判断当前接收机与发射机之前的主要传播路径是视距(LOS)传播路径还是非视距传播路径，为进一步分离视距传播路径，滤除非视距传播的影响，增强依赖视距传播路径的应用的鲁棒性奠定了基础。
[0003]虽然无线通信领域已经提出了视距传播和非视距传播的理论模型，但在实际应用中辨别视距传播和非视距传播通常涉及专用信道测量仪，或需假设足够的随机性以确保基于统计规律的理论模型的有效性。目前相对普适的解决方案仍需利用超宽带(UWB)信号的高时间分辨率获取较精细的信道信息，或针对长距通信(如蜂窝网络)，且普遍止步于计算机仿真验证。然而，现有WiFi协议带宽仅为20MHz，无法区分路径差小于15m的传播路径，却通常被用于米级精度要求的室内服务和应用场景。这种带宽(即时间分辨率)与物理空间尺度的不匹配使得现有视距和非视距传播路径判别方法无法直接适用于仅能获取粗粒度信道测量信息并工作于短距室内传播环境的WiFi网络。虽然近来工作利用多天线(MMO)技术将视距与非视距传播路径的判别方法延拓至空域，但仍需修改硬件，因此不适宜大规模推广和应用。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法及系统，实现了室内移动场景下准确判断接收机与发射机之间是否以视距传播路径为主的检测机制，本发明采用的技术方案如下:
[0005]一种基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，包括以下步骤:
[0006]从室内WiFi无线局域网物理层提取接收信号主要路径的包络；
[0007]计算所述包络的偏态值；
[0008]根据所述偏态值判断接收机与发射机之间的主要传播路径是否为视距传播路径。
[0009]进一步地，所述从室内WiFi无线局域网物理层提取接收信号主要路径的包络，包括如下步骤:
[0010]从物理层读取信道状态信息(CSI)；[0011]将物理层信道状态信息(CSI)的相位响应用线性拟合方法滤除相位噪声和频率漂移，并将所述滤除相位噪声和频率漂移的相位响应与所述信道状态信息的幅度响应重新组合为新的信道状态信息，最后利用快速傅里叶变换将所述重组后的信道状态信息转换为接收数据包的信道冲激响应(CIR)；
[0012]从所述信道冲激响应中计算幅度斜率最大的分量的对应标号k，并计算冲激响应中标号为k-1，k，k+1的分量的幅度之和作为所述接收信号主要路径的包络。
[0013]更进一步地，在从所述室内WiFi无线局域网物理层提取信息时，接收机在1-2米范围内移动，移动速度为每秒1-2米，移动方向不限。
[0014]进一步地，所述计算所述包络的偏态值具体为根据所述接收信号主要路径的包络计算一个时间窗口内的偏态值，包括:
[0015]将获得的所述接收信号主要路径的包络归一化；
[0016]然后计算预先确定的时间窗口内的接收信号主要路径包络的偏态值；
[0017]偏态值s计算公式如下:
【权利要求】
1.一种基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，其特征在于，包括以下步骤: 从室内WiFi无线局域网物理层提取接收信号主要路径的包络； 计算所述包络的偏态值； 根据所述偏态值判断接收机与发射机之间的主要传播路径是否为视距传播路径。
2.根据权利要求1所述的基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，其特征在于，所述从室内WiFi无线局域网物理层提取接收信号主要路径的包络，包括如下步骤: 从物理层读取信道状态信息； 将物理层信道状态信息的相位响应用线性拟合方法滤除相位噪声和频率漂移，并将所述滤除相位噪声和频率漂移的相位响应与所述信道状态信息的幅度响应重新组合为新的信道状态信息，最后利用快速傅里叶变换将所述重组后的信道状态信息转换为接收数据包的信道冲激响应； 从所述信道冲激响应中计算幅度斜率最大的分量的对应标号k，并计算冲激响应中标号为k-1，k，k+1的分量的幅度之和作为所述接收信号主要路径的包络。
3.根据权利要求2所述的基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，其特征在于，在从所述室内WiFi无线局域网物理层提取信息时，接收机在1-2米范围内移动，移动速度为每秒1-2米，移动方向不限。
4.根据权利要求3所述·的基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，其特征在于，所述计算所述包络的偏态值具体为根据所述接收信号主要路径的包络计算一个时间窗口内的偏态值，包括: 将获得的所述接收信号主要路径的包络归一化； 然后计算预先确定的时间窗口内的接收信号主要路径包络的偏态值； 偏态值s计算公式如下:
5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断方法，其特征在于，所述根据所述偏态值判断接收机与发射机之间的主要传播路径是否为视距传播路径，包括: 当所述偏态值大于预先设定的阈值时，判定当前发射机与接收机之间的主要传播路径以非视距传播路径为主； 当所述偏态值小于设定的阈值时，判定当前发射机与接收机之间的主要传播路径以视距传播路径为主。
6.一种基于WiFi物理层时域特征的视距传播路径判断系统，其特征在于，所述系统包括: 发射机和接收机，所述发射机和所述接收机通过无线局域网相互通讯； 所述发射机用于发射无线信号； 所述接收机用于接收所述发射机发射的无线信号，从所述无线信号中提取主要路径的包络； 计算所述包络的偏态值；根据所述偏态值判断当前发射机与接收机之间的传播路径是否以视距传播路径为主。
【文档编号】H04W24/00GK103532647SQ201310479219
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】刘云浩, 周子慕, 苗欣, 杨铮, 吴陈沭, 孙伟 申请人:无锡清华信息科学与技术国家实验室物联网技术中心