一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法，属于无线通信的技术领域。首先基于3GPP协议标准使用小区参考信号获取频域信道响应，解调转化为时域信道响应，对主径上的时域信道响应进行提取并预处理，消除频偏和随机噪声，得到纯净的时域信道响应。然后通过长平滑窗或低通滤波器过滤得到其静态部分，进而计算动态部分，实现动静信号的分离。利用纯净的时域信道响应的幅度，以及提取的动态信号的幅度和相位对运动状态物体进行检测。最后利用反射路径的相位信息实现运动目标方向和速度的计算，同时实现运动目标定位。本发明专利技术实现物体的运动方向，速度和位置的估计，能够对指定区域进行长时间观测，具有广大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法
本专利技术属于无线通信的
，涉及一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法。
技术介绍
近年来随着无线通信技术的快速发展，无线射频信号已经从单纯的通信功能延伸为感知环境变化的工具。发射机发出的信号会在无线传播环境内的各种物体上反射，形成多径最后到达接收机，多径信号中携带着无线传播信道中的相关信息。无线通信信号作为一种相干辐射源，在电磁波传播的任意方向和任意路径上其都具有明确的幅度和相位。在空间的任一平面，二维波前就是一张全息图，它编码了电波传播过程中经过的所有物体的三维信息。目标物体对电磁波的反射、散射和衍射等行为都会影响发射机到接收机之间的传播信道。接收机通过分析传播信道的变化可以发现运动的目标，通过分析信道变化的规律可以进行动作识别。传统上运动检测是雷达系统的主要功能，但是雷达系统一般需要专用的频谱资源和独特的信号格式，同时其还需要专用的设备来发射和接受信号。近年来，基于外辐射源的目标检测、运动识别等研究逐渐获得了人们的关注。研究人员使用较多的外辐射源是Wi-Fi信号，但是Wi-Fi信号一般只覆盖在商场、酒店、家庭等室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、在小基站或室内环境下，基于3GPP协议标准使用小区参考信号获取频域信道响应，解调转化为时域信道响应，并对主径上的时域信道响应进行提取；频域信道响应由下式表示：

【技术特征摘要】
1.一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、在小基站或室内环境下，基于3GPP协议标准使用小区参考信号获取频域信道响应，解调转化为时域信道响应，并对主径上的时域信道响应进行提取；频域信道响应由下式表示：H(f,t)为频域信道响应的真实值，为频域信道响应的估计值；n(f,t)为频域信道响应下方差为σn2的噪声；时域信道响应由下式表示：h(t)＝hs+hd(t)+z(t)其中，hs为时域信道响应中的静止部分；hd(t)为时域信道响应中受人体运动影响的动态部分，z(t)为时域信道响应下方差为σz2的噪声；当小区参考信号占据N个子载波时，有如下换算关系，σz2＝σn2/N；步骤二、对提取的主径上的时域信道响应进行数据预处理，依次消除频偏和随机噪声，得到纯净的时域信道响应；步骤三、针对纯净的时域信道响应，通过长平滑窗或低通滤波器过滤得到其静态部分，进而计算动态部分，实现动静信号的分离；纯净的时域信道响应的动态部分为主径信号减去静态信号的结果；动静信号的分离公式如下：其中，表示纯净的时域信道响应信道信号；表示纯净的时域信道响应的静态部分；表示纯净的时域信道响应的动态部分；步骤四、利用纯净的时域信道响应的幅度，以及提取的动态信号的幅度和相位对运动状态物体进行检测；基于幅度的实现方式，包括基于纯净的时域信道响应的幅度，和提取的动态信号的幅度；具体如下：1)、利用反射路径的幅度波动的方差作为决策统计量来进行运动状态的检测；时域信道响应的动态部分对应着受人体运动影响的反射路径；如下式：其中，t0为给定观测时刻，T表示观测窗口；v1是基于反射路径的幅度波动方差的决策统计量，当其大于阈值ρ1时，环境中存在运动的物体；2)、利用纯净的时域信道响应的幅度波动的方差作为决策统计量来进行运动状态的检测；如下式：其中，v2是基于纯净的时域信道响应的幅度波动方差的决策统计量，当其大于阈值ρ2时，环境中存在运动的物体；基于相位的实现方式，是基于提取的动态信号的相位，具体如下：综合考虑反射路径相位变化的斜率和噪声干扰来进行物体运动状态的检测；首先，对反射路径相位进行处理得到去噪后的反射路径相位；然后，分别计算观测窗内相位斜率的大小，及反射路径去噪后的相位和去噪前相位的均方根误差；最后，通过将上述两个统计量相除，获得决策统计量并进行运动状态的判断；由下式表示：其中，p(t)为反射路径去噪前的原始相位；sp(t)为反射路径去噪后的相位；kphase为相位斜率的统计量；RMSEphase为相位均方根误差统计量；v3是基于反射路径相位的决策统计量，当其大于阈值ρ3时，环境中存在运动的物体；步骤五、在确定检测到运动目标后，利用反射路径的相位信息实现运动方向和速度的计算；步骤六、在确定检测到运动目标后，利用重新变换的频域信道响应的相位信息实现运动目标定位；相位包括静态路径中的直射路径相位和反射路径的相位，然后利用两者计算出直射路径和反射路径的传播距离，再进行定位。2.如权利要求1所述的一种利用LTE信号信道状态信息实现运动检测的方法，其特征在于，步骤二中所述的消除频偏具体步骤如下：首先，通过平滑或锁相环估计出频偏信息；1)、平滑：提取一段连续时间内的主径上的时域信道响应的相位，并通过平滑窗获取频偏误差的估计；2)、锁相环：利用锁相环跟踪主径上的时域信道响应的相位重构出频偏信息，得到估计值；然后，利用频偏信息估计值对主径上的时域信道响应进行频偏补偿，消除频偏；具体公式如下：其中，F{}表示频偏估计的函数；为频偏信息的估计值；为频偏补偿后的时域信道响应。...

【专利技术属性】
技术研发人员：田亚飞，徐三嘉，段浩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11