确定和控制RF系统感知范围的方法、设备及介质技术方案

本发明专利技术涉及一种确定和控制RF系统感知范围的方法、设备及介质，具体通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度进而调整发射设备和接收设备的感知范围，调节方式包括感知范围边界形状调节或感知范围面积调节；感知范围边界形状调节：由于随着LoS路径长度增大，感知范围边界由一个小卵形增大到最大的卵形，然后卵形中间向内凹陷最终形成两个分别围绕着发射设备和接收设备的较小卵形，基于感知范围边界形状的变化调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围；感知范围面积调节：随着LoS路径长度增大，感知范围面积先增大后减小存在极大值，基于感知面积的极大值调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围。备和接收设备的距离控制和确定感知范围。备和接收设备的距离控制和确定感知范围。

【技术实现步骤摘要】
确定和控制RF系统感知范围的方法、设备及介质


[0001]本专利技术是关于一种确定和控制RF(Radio Frequency，射频)系统感知范围的方法、设备及介质，涉及射频感知


技术介绍

[0002]RF系统的感知范围指的是当RF系统收发设备的距离确定后，系统能够检测到由目标活动引起的信号变化的区域。为了确定已部署RF系统的感知范围，用户需要进行全面的现场调查和经验试错，既费时又费力。如果能够建立RF系统的感知范围和收发设备之间距离的定量关系，那么当收发设备给定后便能直接计算出RF系统的感知范围。商用RF设备(例如WiFi)已经广泛存在于日常生活环境中，例如家里、机场等，因此，确定RF系统的感知范围十分重要。现有技术中基于RF系统感知范围的研究主要分为两类：基于雷达的方法和基于WiFi的方法。
[0003]基于雷达系统的感知范围：对于雷达系统来说，因为室外环境的噪声功率可以大致看作一个常数，所以雷达系统的感知范围主要依赖于从目标物体反射信号的功率。为了使目标物体被雷达系统检测到，反射信号的功率必须大于一个阈值。为了扩大感知范围，雷达系统可以采用定向天线来增加反射信号的功率，也可以采用先进的电子元件和信号滤波器来降低噪声功率，以扩大探测范围。需要注意的是，因为雷达系统通常采用定向天线，因此通常不考虑通过LoS(Line
‑
of
‑
Sight)路径的静态功率。
[0004]基于WiFi系统的感知范围：与雷达系统相比，WiFi感知中的感知范围问题很少被关注。现有技术有提出统计模型，将接收信号强度RSS(Received Signal Strength)的方差描述为目标物体相对于发射端和接收端位置的函数，以进行定位。现有技术还提出利用信道状态信息CSI(Channel State Information)构建无设备定位系统FILA，该系统已被证明比基于RSS的解决方案具有更高的精度，其通过修正自由空间路径损耗传播模型，利用CSI估计目标的位置，开发了一个精细的室内传播模型来刻画CSI与距离的关系。现有技术中还提出了FreeSense基于WiFi的人体检测系统，为了估计人体检测的感知范围，只考虑从目标反射回来的信号。因为借鉴了菲涅耳区理论，所以将感知边界建模为椭圆形，并进一步得出了感知范围的大小会随着发射端和接收端之间的距离的增加而增加的结论。经研究发现当LoS路径长度相对较小时，这个结论是正确的，但是当LoS路径长度进一步增加时，上述结论是不正确的。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种不仅能够扩大RF系统感知范围，而且能够缓解非目标活动带来干扰的确定和控制RF系统感知范围的方法、设备及介质。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供的确定和控制RF系统感知范围的方法，RF系统包括发射设备和接收设备，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度进而调整发射设备和接
收设备的感知范围，调节方式包括感知范围边界形状调节或感知范围面积调节；
[0008]感知范围边界形状调节：由于随着LoS路径长度增大，感知范围边界由一个小卵形增大到最大的卵形，然后卵形中间向内凹陷最终形成两个分别围绕着发射设备和接收设备的较小卵形，基于感知范围边界形状的变化调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围；
[0009]感知范围面积调节：随着LoS路径长度增大，感知范围面积先增大后减小存在极大值，基于感知面积的极大值调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围。
[0010]进一步地，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度扩大感知范围：通过使得发射设备和接收设备所确定的感知范围的面积为极大值，并调整到静态功率较小的摆放位置；或者，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度缩小感知范围：将发射设备和接收设备之间的距离调大至感知范围边界变为围绕发射设备和接收设备的两个较小的卵形边界，或者将发射设备和接收设备之间距离调小至感知范围边界变为一个围绕着发射设备和接收设备的一个较小的卵形边界，并调整到静态功率较大的位置，以缓解周围人的干扰。
[0011]进一步地，RF系统的感知范围与LoS路径长度的关系获得过程包括：
[0012]设置感知信噪比SSNR指标，用于定量地描述RF感知系统中CSI信号的感知能力；
[0013]确定RF感知系统中干扰与静态信号能量的关系；
[0014]建立感知能力SSNR与LoS路径长度和目标到收发设备距离之间的关系；
[0015]建立感知范围边界的定量数学模型，用于描述感知范围边界与LoS路径长度和应用所需最小SSNR的关系。
[0016]进一步地，SSNR指标：
[0017][0018]其中，P
d
为从目标反射引起的动态信号功率，由在t时刻，给定信号中心频率f，由动态反射路径引起的CSI信号H
d
(f,t)表示，P
i
为总干扰功率，包含热噪声H
n
(f,t)，其他动态对象的影响即干扰H
i
(f,t)以及静态信号引起的干扰g(H
s
(f,t))；
[0019]当只有一个目标且无任何干扰时，SSNR简化为：
[0020][0021]进一步地，确定RF感知系统中干扰与静态信号能量的关系为：干扰功率与静态功率成正比，且干扰功率与静态功率拟合的曲线斜率大小与硬件有关，而与环境无关。
[0022]进一步地，建立感知能力SSNR与LoS路径长度和目标到收发设备距离之间的关系：
[0023][0024]其中，r
T
和r
R
分别是目标到发射端和接收端的距离，r
D
是收发设备之间的距离即LoS路径的长度。
[0025]进一步地，建立感知范围边界的定量数学模型：
[0026][0027]进一步地，在具有复杂多径的室内环境中，建立感知范围边界的定量数学模型：
[0028][0029]其中，ΔP来表示由多径引起的功率变化，无多径情况下的感知范围，ΔP＝0，ΔP＜0，感知范围边界扩大，ΔP＞0，感知范围边界缩小，通过改变多径来改变感知范围边界。
[0030]第二方面，本专利技术还提供一种电子设备，所述电子设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述的方法。
[0031]第三方面，本专利技术还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述的方法。
[0032]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下特点：
[0033]1、本专利技术提出感知信噪比SSNR(sensing
‑
signal
‑
to
‑
noise
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定和控制RF系统感知范围的方法，RF系统包括发射设备和接收设备，其特征在于，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度进而调整发射设备和接收设备的感知范围，调节方式包括感知范围边界形状调节或感知范围面积调节；感知范围边界形状调节：由于随着LoS路径长度增大，感知范围边界由一个小卵形增大到最大的卵形，然后卵形中间向内凹陷最终形成两个分别围绕着发射设备和接收设备的较小卵形，基于感知范围边界形状的变化调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围；感知范围面积调节：随着LoS路径长度增大，感知范围面积先增大后减小存在极大值，基于感知面积的极大值调整发射设备和接收设备的距离控制和确定感知范围。2.根据权利要求1所述的确定和控制RF系统感知范围的方法，其特征在于，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度扩大感知范围：通过使得发射设备和接收设备所确定的感知范围的面积为极大值，并调整到静态功率较小的摆放位置；或者，通过调节发射设备和接收设备之间的LoS路径长度缩小感知范围：将发射设备和接收设备之间的距离调大至感知范围边界变为围绕发射设备和接收设备的两个较小的卵形边界，或者将发射设备和接收设备之间距离调小至感知范围边界变为一个围绕着发射设备和接收设备的一个较小的卵形边界，并调整到静态功率较大的位置，以缓解周围人的干扰。3.根据权利要求1或2所述的确定和控制RF系统感知范围的方法，其特征在于，RF系统的感知范围与LoS路径长度的关系获得过程包括：设置感知信噪比SSNR指标，用于定量地描述RF感知系统中CSI信号的感知能力；确定RF感知系统中干扰与静态信号能量的关系；建立感知能力SSNR与LoS路径长度和目标到收发设备距离之间的关系；建立感知范围边界的定量数学模型，用于描述感知范围边界与LoS路径长度和应用所需最小SSNR的关系。4.根据权利要求3所述的确定和控制RF系统感知范围的方法，其特征在于，SSNR指标：其中，P
d
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大庆，王炫之，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：