本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法及装置。
背景技术:
近些年来,wi-fi技术逐渐成为了一个重要的“感知”平台——基于wi-fi的室内定位、人员检测、摔倒检测、睡眠监测、活动识别等应用层出不穷。
在wi-fi的众多特征中,信道状态信息(channelstateinformation,以下简称csi)由于刻画了多个子载波的幅度与相位信息,可以一定程度上抵抗室内常见的多径效应,并被广泛地用于高精度的感知应用。然而,目前利用csi进行环境感知的工作都以室内无射频射频干扰为前提,但是众所周知,wi-fi工作的频段是无需授权许可的频段,尤其是在2.4ghzism频段,存在大量其他射频设备可以与wi-fi设备同时工作,例如蓝牙、zigbee、微波炉、无绳电话等。因此,在利用csi进行环境感知的工作时不可避免的会受到射频干扰。前人的研究虽然验证了射频射频干扰会对采集到的csi与基于csi的感知应用产生重要影响,但是最终只针对活动识别这一特殊案例提出了可以容忍射频射频干扰的分类器。该分类器不仅不适用于其他非机器学习类的感知应用,例如室内定位和人员追踪,还具有极高的计算量,无法满足感知要求的实时性。目前尚未出现一种的无线感知抗射频干扰处理方法,以进一步提升基于csi的感知应用的性能。
因此,如何提出一种方法,能够提高基于csi的感知应用的抗射频干扰能力,成为业界亟待解决的重要课题。
技术实现要素:
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种基于信道状态信息的无线感知抗射频干扰方法及装置。
一方面,本发明提出一种基于信道状态信息的无线感知抗射频干扰方法,包括:
对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;
对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;其中,所述待处理子载波包括所述失真子载波;
对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
另一方面,本发明提供一种基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置,包括:
检测单元,用于对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;
提取单元,用于对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;
处理单元,用于对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
再一方面,本发明提供一种电子设备,包括:处理器、存储器和通信总线,其中:
所述处理器和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信;
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述各实施例提供的基于信道状态信息的无线感知抗射频干扰方法。
又一方面,本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行如上述各实施例提供的基于信道状态信息的无线感知抗射频干扰方法。
本发明提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法及装置,由于能够对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包,并进行失真子载波的提取,获得待处理子载波,然后对待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波的失真,从而加强了基于wi-fi信号的无线感知应用在无线感知过程中的抗干扰能力,提高了通信数据的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图;
图2为本发明另一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图;
图3为本发明一实施例未受到射频干扰的csi的谱相关函数图;
图4为本发明一实施例受到射频干扰的csi的谱相关函数图;
图5为本发明又一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图;
图6为本发明一实施例受到射频干扰与未受到射频干扰的csi的幅度对比图;
图7为本发明一实施例受到干扰的csi校正处理前后的对比图;
图8为本发明一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图;
图9为本发明另一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图;
图10为本发明又一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
由于不同设备的发送wi-fi数据包的速率和wi-fi数据包的时间有差异,并不是每个wi-fi数据包对应的csi都会被工作环境存在的射频干扰所影响。因此,本发明提出的解决方案是识别出那些失真的csi并对其失真部分进行处理,而对那些未受到射频干扰的csi则不做处理。从而加强了所述不同设备在利用wi-fi信号进行无线感知时的抗射频干扰能力,提高了无线感知的准确性。
图1为本发明一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图,如图1所示,本发明提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法,包括:
s101、对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;
需要说明的是,本发明实施例提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的执行主体为基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置(以下简称抗干扰装置),具有wi-fi通信功能,所述抗干扰装置可以是现有的触屏手机、平板电脑或者智能手环等。
具体地,在进行wi-fi通信时,所述抗干扰装置会对接收到的每个数据包进行检测,如果哪个数据包受到了射频干扰,所述抗干扰装置会获取受到射频干扰的数据包,以便进行后续处理。
s102、对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;其中,所述待处理子载波包括所述失真子载波;
具体地,所述数据包受到射频干扰时,其包括的受到射频干扰的子载波的幅度就会变得极高或极低,出现异常的波峰或者波谷,包含上述异常波峰或者波谷的子载波即为失真子载波。所述抗干扰装置可以提取所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波,并以所述失真子载波的位置为中心,选择与所述失真子载波相邻的多个子载波与所述失真子载波一起,作为待处理子载波。可理解的是,如果所述受到射频干扰的数据包中存在多个所述失真子载波,所述待处理子载波可以有多个。所述待处理子载波包括的所述子载波的数量,根据实际经验进行设定,本发明实施例不做限定。
s103、对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
具体地,所述抗干扰装置在获得所述待处理子载波后,会对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波的受到的射频射频干扰,还原所述失真子载波的信道状态信息。
例如,所述抗干扰装置对其工作环境进行判断,如果所述工作环境稳定,那么根据所述受到射频干扰的数据包的接收时间,获取在所述接收时间的预设时间范围内的未受到射频干扰的数据包,利用未受到射频干扰的数据包的信道状态信息替换所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息,从而消除所述失真子载波的受到的射频干扰。如果所述工作环境动态变化,所述抗干扰装置可以采用导频辅助的信道估计算法,即将部分已知的未受到射频干扰的子载波的信道状态信息定义为导频,根据已知的所述导频,对所述待处理子载波的信道状态信息进行推算,还原所述失真子载波的信道状态信息,从而消除所述失真子载波受到的射频干扰。
本发明提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法,由于能够对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包,并进行失真子载波的提取,获得待处理子载波,然后对待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波的失真,从而加强了基于wi-fi信号的无线感知应用在无线感知过程中的抗干扰能力,提高了无线感知的准确性。
图2为本发明另一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图,如图2所示,在上述实施例的基础上,进一步地,所述对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包包括:
s1011、获取一个数据包的信道状态信息;
具体地,在进行wi-fi通信时,所述抗干扰装置每接收到一个数据包,就会获取所述数据包的csi。
例如,所述数据包包括n个所述子载波。所述数据包的csi表示为:
h=[h(1),h(2),…h(k),…h(n)],k∈[1,n]
其中,
s1012、根据所述信道状态信息,计算所述数据包的谱相关函数;
具体地,所述抗干扰装置在获取到所述数据包的csi后,根据所述数据包的csi,计算所述数据包的谱相关函数。
由于每个所述数据包的preamble序列是固定的,因此所述抗干扰装置常用下式估计信道状态信息:
其中,x代表preamble序列原始信息,y代表所述抗干扰装置接收到的preamble信息,
当所述抗干扰装置在受到其他设备的射频干扰时,所述抗干扰装置接收的csi实际可以由下式表达:
其中,h表示wi-fi信号的信道状态信息,h′表示干扰信号的信道状态信息,x′代表干扰信号的原始信息。结合以上两个数学公式与图6可知,对于wi-fi信号的csi,射频干扰只会对干扰信号工作频段对应的wi-fi信号的子载波产生影响,对其他子载波的影响则微乎其微,可以忽略不计。
为了发现所述射频干扰对所述信道状态信息的影响,计算所述数据包的谱相关函数如下:
其中,
例如,图3为未受到射频干扰的csi的谱相关函数图,如图3所示,未受到射频干扰的csi的谱相关函数图比较光滑;图4为本发明一实施例受到射频干扰的csi的谱相关函数图,如图4所示,受到射频干扰的csi的谱相关函数图在受到射频干扰的位置产生尖峰。
s1013、根据所述谱相关函数,获得梯度矩阵;
具体地,所述抗干扰装置在获得所述谱相关函数后,根据所述谱相关函数,获得所述谱相关函数的复数矩阵,再根据所述复数矩阵获得幅度矩阵,然后根据所述幅度矩阵获得梯度矩阵。
s1014、对所述梯度矩阵进行奇异值分解,获得最大的奇异值;
具体地,所述抗干扰装置在获得所述梯度矩阵后,对所述梯度矩阵进行奇异值分解,可以得到多个奇异值。由于受到射频干扰影响的所述数据包的csi对应的梯度矩阵会在部分区域具有极大的梯度,相应地,获得的最大的奇异值比所述数据包在未受到射频干扰的情况下对应的最大的奇异值大。
s1015、若判断获知所述最大的奇异值大于等于预设阈值,则所述数据包为受到射频干扰的数据包。
具体地,所述抗干扰装置在获得所述最大的奇异值后,将所述最大的奇异值与预设阈值进行比较,如果所述最大的奇异值大于等于所述预设阈值,那么所述数据包受到了射频干扰,即所述数据包为受到射频干扰的数据包。其中,所述预设阈值根据实际情况进行设定,本发明实施例不做限定。
图5为本发明又一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰方法的流程示意图,如图5所示,在上述各实施例的基础上,进一步地,所述对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待消除子载波包括:
s1021、根据所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息,获取所述失真子载波的位置;
具体地,所述抗干扰装置可以获得所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息,即:h=[h(1),h(2),…h(k),…h(n)],k∈[1,n],其中,
例如,图6为本发明一实施例受到射频干扰与未受到射频干扰的csi的幅度对比图,如图6所示,未受到射频干扰的csi的幅度较为平滑,而受到射频干扰的csi的失真子载波幅度出现了波峰和波谷。
s1022、根据所述失真子载波的位置,提取预设数量的子载波作为所述待处理子载波。
具体地,所述抗干扰装置在获得所述失真子载波的位置后,以所述失真子载波的位置为中心,选择预设数量的子载波,作为所述待处理子载波。例如,可以选择所述失真子载波的所在位置的前三个子载波和后三个子载波,总共七个子载波作为所述待处理子载波。其中,所述预设数量根据实际情况进行设定,本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上,进一步地,所述对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰包括:
若判断获知工作环境稳定,则根据所述受到射频干扰的数据包的接收时间,选择在所述接收时间的预设时间范围内的未受到射频干扰的数据包的信道状态信息替换所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息。
具体地,所述抗干扰装置进行工作环境的判断,如果所述抗干扰装置的工作环境稳定,那么所述抗干扰装置获取所述受到射频干扰的数据包的接收时间,并在所述接收时间的预设时间范围内查找未受到射频干扰的数据包,获取上述未受到射频干扰的数据包中与所述待处理子载波的位置对应的未受到干扰的子载波,获取各个对应的所述未受到干扰的子载波的信道状态信息,使用上述信道状态信息替代所述待处理子载波的信道状态信息,从而消除所述失真子载波受到的射频干扰。
其中,所述抗干扰装置的工作环境的判断步骤如下:首先,所述抗干扰装置获取预设时间内的m个数据包的csi,如果每个数据包包括30个子载波,那么由m个数据包的子载波可以构成一个30*m的二维矩阵,对所述二维矩阵中的每个元素取绝对值,可以获得所述二维矩阵的在所述预设时间内的幅度矩阵;其次,计算所述幅度矩阵中各列之间的相关系数,获得所述幅度矩阵的相关系数矩阵;对所述相关系数矩阵进行奇异值分解,获得所述相关系数矩阵的最大奇异值,用最大奇异值除以m作为所述相关系数矩阵的特征值,如果所述特征值大于预设值,则所述工作环境稳定。其中,所述预设时间和m根据实际情况进行选取,本发明实施例不做限定。所述预设值根据实际经验进行设定,本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上,进一步地,所述对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰包括:
若判断获知所述工作环境动态变化,则利用基于线性插值的信道估计法对所述待处理子载波进行处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
具体地,所述抗干扰装置进行工作环境的判断,如果所述抗干扰装置的工作环境动态变化,那么所述抗干扰装置利用基于线性插值的信道估计法对所述待处理子载波进行处理。基于线性插的信道估计是一种常用且复杂度低的方法,将部分已知的子载波的信道状态信息定义为导频,其他子载波的信道状态信息可由导频的信道状态信息推算而来,即受到干扰的子载波的信道状态信息可以由未受到干扰的子载波的信道状态信息进行推算,在根据基于线性插值的信道估计法对所述待处理子载波进行处理时,只需将未受到干扰的子载波的信道状态信息视为所述导频,根据所述导频即可推算所述失真子载波的信道状态信息,从而消除所述失真子载波受到的射频干扰。根据所述未受到干扰的子载波的信道状态信息对所述失真子载波的信道状态信息进行估计的过程为现有技术,此处不再赘述。
例如,图7为本发明一实施例受到干扰的csi校正处理前后的对比图,如图7所示,两灰色垂直虚线中的子载波包括被判定为失真的子载波,在进行线性插值后,所述射频干扰产生的影响可以被有效地消除。
图8为本发明一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图,如图8所示,本发明提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置包括:检测单元801、提取单元802和处理单元803,其中:
检测单元801用于对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;提取单元802用于对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;其中,所述待处理子载波包括所述失真子载波;处理单元803用于对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
具体地,在进行wi-fi通信时,检测单元801会对接收到的每个数据包进行检测,如果哪个数据包受到了射频干扰,所述抗干扰装置会获取受到射频干扰的数据包,以便进行后续处理。
所述数据包受到射频干扰时,其包括的受到射频干扰的子载波的幅度就会变得极高或极低,出现异常的波峰或者波谷,包含上述异常波峰或者波谷的子载波即为失真子载波。提取单元802可以提取所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波,并以所述失真子载波的位置为中心,选择与所述失真子载波相邻的多个子载波与所述失真子载波一起,作为待处理子载波。可理解的是,如果所述受到射频干扰的数据包中存在多个所述失真子载波,所述待处理子载波可以有多个。所述待处理子载波包括的所述子载波的数量,根据实际经验进行设定,本发明实施例不做限定。
在获得所述待处理子载波后,处理单元803会对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波的受到的射频射频干扰,还原所述失真子载波的信道状态信息。
本发明提供的基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置,由于能够对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包,并进行失真子载波的提取,获得待处理子载波,然后对待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波的失真,从而加强了基于wi-fi信号的无线感知应用在无线感知过程中的抗干扰能力,提高了无线感知的准确性。
图9为本发明另一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图,如图9所示,检测单元801包括第一获取子单元8011、计算子单元8012、获得子单元8013、分解子单元8014和判断子单元8015,其中:
第一获取子单元8011用于获取一个数据包的信道状态信息;计算子单元8012用于根据所述信道状态信息,计算所述数据包的谱相关函数;获得子单元8013用于根据所述谱相关函数,获得梯度矩阵;分解子单元8014用于对所述梯度矩阵进行奇异分解,获得最大的奇异值;判断子单元8015用于若判断获知所述最大的奇异值大于等于预设阈值,则所述数据包为受到射频干扰的数据包。
具体地,在进行wi-fi通信时,第一获取子单元8011每接收到一个数据包,就会获取所述数据包的csi。
计算子单元8012在获取到所述数据包的csi后,根据所述数据包的csi,计算所述数据包的谱相关函数。
在获得所述谱相关函数后,获得子单元8013根据所述谱相关函数,获得所述谱相关函数的复数矩阵,再根据所述复数矩阵获得幅度矩阵,然后根据所述幅度矩阵获得梯度矩阵。
在获得所述梯度矩阵后,分解子单元8014对所述梯度矩阵进行奇异值分解,可以的得到多个奇异值。由于受到射频干扰影响的所述数据包的csi对应的梯度矩阵会在部分区域具有极大的梯度,相应地,获得的最大的奇异值比所述数据包在未受到射频干扰的情况下对应的最大的奇异值大。
在获得所述最大的奇异值后,判断子单元8015将所述最大的奇异值与预设阈值进行比较,如果所述最大的奇异值大于所述预设阈值,那么所述数据包受到了射频干扰,即所述数据包为受到射频干扰的数据包。其中,所述预设阈值根据实际情况进行设定,本发明实施例不做限定。
图10为本发明又一实施例基于信道状态信息的无线感知抗干扰装置的结构示意图,如图10所示,提取单元802包括第二获取子单元8021和提取子单元8022,其中:
第二获取子单元8021用于根据所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息,获取所述失真子载波的位置;提取子单元8022用于根据所述失真子载波的位置,提取预设数量的子载波作为所述待处理子载波。
具体地,第二获取子单元8021可以获得所述受到射频干扰的数据包的信道状态信息,即:h=[h(1),h(2),…h(k),…h(n)],k∈[1,n],其中,
在获得所述失真子载波的位置后,提取子单元8022以所述失真子载波的位置为中心,选择预设数量的子载波,作为所述待处理子载波。例如,可以选择所述失真子载波的所在位置的前三个子载波和后三个子载波,总共七个子载波作为所述待处理子载波。其中,所述预设数量根据实际情况进行设定,本发明实施例不做限定。
本发明提供的抗干扰装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程,其功能在此不再赘述,可以参照上述方法实施例的详细描述。
图11为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图,如图6所示,所述电子设备包括处理器(processor)1101、存储器(memory)1102和通信总线1103;
其中,处理器1101、存储器1102通过通信总线1103完成相互间的通信;
处理器1101用于调用所述存储器1102中的程序指令,以执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
本实施例公开一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:对接收到的每个数据包进行检测,获取受到射频干扰的数据包;对所述受到射频干扰的数据包中的失真子载波进行提取,获得待处理子载波;对所述待处理子载波进行校正处理,消除所述失真子载波受到的射频干扰。
此外,上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,装置,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如rom/ram、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。