一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统技术方案

一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，它主要由天线、天线、天线组成的天线阵列，微控制单元，外置网卡，衰减器，功分器，WiFi接收器，校准/通信开关组成，所述校准/通信开关可切换校准模式和通信模式，其中校准模式由WiFi接收器与外置网卡通过物理链路进行连接，WiFi接收器发送或者接收的WiFi信号基于外置网卡来进行CSI校准，本发明专利技术所提出的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统相比于其他校准方法，解决了天线信号之间的随机pi相位偏移，可实现更高精度的校准；整个校准过程由预装的程序以及相应的硬件部分进行控制，不需要人为干预和昂贵的辅助设备，实现了真正意义上的自动校准。

【技术实现步骤摘要】
一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统
本专利技术涉及用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，属于无线感知与定位

技术介绍
移动应用数量的爆发性增长推动了室内无线定位系统技术的发展，基于WiFi阵列信号的室内定位技术由于其普适性、成本低等特点，成为当下的研究热点。无线信号波达角(AoA)是影响定位准确度的重要参数，它是根据阵列信号的之间的相关性来进行计算。信号之间的相关性可以用信道状态信息(CSI)来表示，CSI描述了信道中散射、衰落、功率衰减等多种效应的联合影响。CSI信息通过MUSIC算法可以计算空间中信号的波达角，但由于无线信号收发器时钟不同步性和电路设计的缺陷，常常在无线信号中不能准确获得信道状态信息(CSI)，这也导致不能准确计算空间中信号的波达角信息，进而影响定位效果。CSI校准工作是高精度定位系统实现的前提，对于阵列信号而言，CSI校准大多都是基于每根天线信号的相对相位信息。来自莱斯大学、伦敦大学、电子科技大学等多所高校的研究学者做了许多有价值的研究，先前的研究提出了许多校准CSI的方法，但是大多数校准方法常常依赖昂贵的、庞大的辅助设备，比如，需要辅助设备具备多个网卡，很明显这对于商用WiFi设备是不适用的。目前大多数校准方法都要求在每次校准前进行人为部署设备，这对于大规模的室内定位无疑造成了巨大的人力和物力成本。由于802.11n采用OFDM技术进行调制，多子载波也为CSI的校准增加了难度，先前的研究工作大多针对于不同天线的相对相位进行校准，忽略了天线之间还存在相差为π的相位偏移，并且天线之间的这种π相位偏移是随机出现，这为精确的校准工作带来了极大的挑战。因为，我们需要一种高精度的自动校准方法，要想实现高精度的校准，仅仅通过软件的方式是达不到的，由此，我们设计了一种低成本、体积小的电子元件，结合我们所设计的校准算法，来满足大/小规模定位的校准需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，本专利技术通过硬件和算法的结合，使得整个校准过程不需要人为干预和借助辅助设备，就能实现高精度的自校准，为了实现本专利技术的目地，本专利技术设计了一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，它主要由一号天线、二号天线、三号天线组成的天线阵列，微控制单元，外置网卡，衰减器，功分器，WiFi接收器，校准/通信开关组成，所述校准/通信开关可切换校准模式和通信模式，其中校准模式由WiFi接收器与外置网卡通过物理链路进行连接，WiFi接收器基于外置网卡进行CSI校准，通信模式由WiFi接收器与天线阵列通过物理链路进行连接，此时WiFi接收器实现接收或者发送网络数据包的功能，所述微控制单元控制控制开关。作为优选：所述校准模式时，WiFi接收器通过功分器与外置网卡连接，来自外置网卡的信号经过衰减器和功分器分为多路相同信号到达WiFi接收器，WiFi接收器接收到校准信号后，通过校准算法即可实现高精度的校准。校准工作完成后，开关切换为网络通信模式，此时WiFi接收器将连接到由多根天线组成的天线阵列，实现信号的发送和接收。整个校准过程都是在WiFi接收器和微控制单元中的预装程序控制下进行的，不需要人为进行干预。作为优选：所述校准算法为：步骤1：使用三天线的WiFi接收器，由外置网卡发送的校准信号到达WiFi接收器后，系统提取对应的CSI信息，以天线校准信号的相位为基础相位，计算一号天线、二号天线、三号天线之间的相对偏移表示校准信号到达天线(i)处的相位，由于天线之间会存在相差为π的相位偏移，实际针对多个数据包在计算一号天线、二号天线、三号天线之间的相对位移时，会出现四个可能的值，即也就是说每两根天线之间会存在两个可能的偏移值，并且存在以下关系：步骤2：根据校准信号，我们可以得到两两天线之间的相对相位偏移。校准硬件通过开关(9)将工作模式从校准模式切换到通信模式后，即可通过以上得到的相位偏移对接收信号的CSI进行校准，很明显，不同天线之间的相位偏移对于每一个CSI数据包是确定的，所以我们接下来要对进行区分。将天线的接收信号减去天线之间的固有偏移，得到初始的测量值X，一号天线接收信号的初始测量值，二号天线接收信号的初始测量值。步骤3：使用MUSIC算法对以上不同天线的初始测量值组合计算波达角，即对一号天线和三号天线的接收信号进行波达角的计算，对二号天线和三号天线的接收信号进行波达角的计算,空间谱波峰所对应的角度即信号的波达角。天线之间接收信号的波达角和天线固定相位的组合可以表示为利用最小二乘法，找到集合E中的欧式距离最小的两个元素，符合以上要求的便是一号天线和二号天线处的信号相位校准补偿值。本专利技术所提出的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统相比于其他校准方法，解决了天线之间信号的随机π相位偏移，可实现更高精度的校准；整个校准过程由预装的程序进行控制，不需要人为干预和昂贵的辅助设备，实现了真正意义上的自动校准；此外，使用的校准硬件制作成本低，易大规模部署使用，更适用于当下大规模物联网技术的需求。附图说明图1为本专利技术硬件框架图；图2为本专利技术校准算法流程图。图3为本专利技术系统流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作详细的介绍：图1-3所示，一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，它主要由一号天线1、二号天线2、三号天线3组成的天线阵列10，微控制单元4，外置网卡5，衰减器6，功分器7，WiFi接收器8，校准/通信开关9组成，所述校准/通信开关(9)可切换校准模式和通信模式，其中校准模式由WiFi接收器(8)与外置网卡5通过物理链路进行连接，WiFi接收器8基于外置网卡进行CSI校准，通信模式由WiFi接收器8与天线阵列10通过物理链路进行连接，此时WiFi接收器实现接受网络数据包的功能，所述微控制单元4控制控制开关9。所述的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，所述校准模式时，WiFi接收器8通过功分器7与外置网卡5连接，来自外置网卡5的信号经过衰减器6和功分器7分为多路相同信号到达WiFi接收器8，WiFi接收器8接收到校准信号后，通过校准算法即可实现高精度的校准。校准工作完成后，开关9切换为网络通信模式，此时WiFi接收器8将连接到由一号天线1、二号天线2、三号天线3组成的天线阵列10，实现信号的发送和接收。整个校准过程都是在WiFi接收器8和微控制单元4中的预装程序控制下进行的，不需要人为进行干预。所述的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，所述校准算法为：步骤1：使用一号天线1、二号天线2、三号天线3组成的WiFi接收器8，由外置网卡发送的校准信号到达WiFi接收器8后，系统提取对应的CSI信息，以三号天线3校准信号的相位为基础相位，计算一号天线1、二号天线2和三号天线3之间的相对偏移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，它主要由一号天线(1)、二号天线(2)、三号天线(3)组成的天线阵列(10)，微控制单元(4)，外置网卡(5)，衰减器(6)，功分器(7)，WiFi接收器(8)，校准/通信开关(9)组成，其特征在于所述校准/通信开关(9)可切换校准模式和通信模式，其中校准模式由WiFi接收器(8)与外置网卡(5)通过物理链路进行连接，WiFi接收器(8)发送或者接收的WiFi信号基于外置网卡来进行CSI校准，通信模式由WiFi接收器(8)与天线阵列(10)通过物理链路进行连接，此时WiFi接收器实现接收或者发送网络数据包的功能，所述微控制单元(4)控制控制开关(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，它主要由一号天线(1)、二号天线(2)、三号天线(3)组成的天线阵列(10)，微控制单元(4)，外置网卡(5)，衰减器(6)，功分器(7)，WiFi接收器(8)，校准/通信开关(9)组成，其特征在于所述校准/通信开关(9)可切换校准模式和通信模式，其中校准模式由WiFi接收器(8)与外置网卡(5)通过物理链路进行连接，WiFi接收器(8)发送或者接收的WiFi信号基于外置网卡来进行CSI校准，通信模式由WiFi接收器(8)与天线阵列(10)通过物理链路进行连接，此时WiFi接收器实现接收或者发送网络数据包的功能，所述微控制单元(4)控制控制开关(9)。


2.根据权利要求1所述的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，其特征在于所述校准模式时，WiFi接收器(8)通过功分器(7)与外置网卡(5)连接，来自外置网卡(5)的信号经过衰减器(6)和功分器(7)分为多路相同信号到达WiFi接收器(8)，WiFi接收器(8)接收到校准信号后，通过校准算法即可实现高精度的校准。校准工作完成后，开关(9)切换为网络通信模式，此时WiFi接收器(8)将连接到由一号天线(1)、二号天线(2)、三号天线(3)组成的天线阵列(10)，实现信号的发送和接收。整个校准过程都是在WiFi接收器(8)和微控制单元(4)中的预装程序控制下进行的，不需要人为进行干预。


3.根据权利要求1所述的用于商用WiFi信号的CSI自动精确校准系统，其特征在于所述校准算法为：
步骤1：使用一号天线(1)、二号天线(2)、三号天线(3)组成的WiFi接收器(8)，由外置网卡发送的校准信号到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨盘隆，李向阳，韩飞宇，宋年卉，
申请(专利权)人：德清阿尔法创新研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33