專利名稱：一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線室內(nèi)定位的需求與日俱增。為了向用戶提供基于定位信息的各種服務(wù)，室內(nèi)定位作為定位技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Networks,WLAN)是一種廣泛部署的新型信息獲取平臺(tái)，作為在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的一項(xiàng)技術(shù)，其高密度低成本的特性尤其具備競(jìng)爭(zhēng)力。然而，由于室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性，室內(nèi)定位技術(shù)面臨重大挑戰(zhàn)。如何消除這種影響， 從而提高無(wú)線局域網(wǎng)室內(nèi)的定位性能成為問(wèn)題?，F(xiàn)行大多數(shù)無(wú)線室內(nèi)定位技術(shù)是依據(jù)開(kāi)放環(huán)境下的射頻信號(hào)傳播損耗模型中接收信號(hào)強(qiáng)度與距離的關(guān)系進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的位置計(jì)算。作為通用的無(wú)線電接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)，接收信號(hào)的強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)值是一個(gè)對(duì)接收端射頻信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量值，指示接收端天線的功率大小。RSSI值越大代表信號(hào)越強(qiáng)，反之則信號(hào)越弱。在從理論上講，射頻信號(hào)從發(fā)射源到接收端沿著單獨(dú)的一條直線視距路徑傳播，并隨著距離增加，接收端信號(hào)強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)減弱。然而在現(xiàn)實(shí)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，發(fā)射源和接收端之間往往存在各種障礙物(天花板、地板和墻壁等)，使得信號(hào)沿不同的非直線(或者反射)的路徑進(jìn)行傳播，這就是通常所說(shuō)的多徑效應(yīng)。在這種效應(yīng)下，沿各種相異的反射路徑傳播的射頻信號(hào)在接收端相互重疊或抵消，使得接收信號(hào)強(qiáng)度不再滿足信號(hào)傳播損耗模型。換言之，由接收信號(hào)強(qiáng)度依據(jù)射頻信號(hào)傳播模型計(jì)算發(fā)射源與接收端之間距離的方法會(huì)產(chǎn)生定位不準(zhǔn)的影響。因此，利用接收信號(hào)的強(qiáng)度指示值(RSSI值)去計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度并不可靠?，F(xiàn)有基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)值的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)如下RADAR是第一個(gè)提出應(yīng)用無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的接受信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)值的室內(nèi)定位系統(tǒng)。它部署了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的802. 11網(wǎng)絡(luò)適配器來(lái)測(cè)量在多個(gè)基站的無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度，采用KNN算法處理離線階段接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，它兼顧墻壁衰減因子(WAF)和地面衰減因子 (FAF)構(gòu)建一個(gè)信號(hào)傳播模型，RADAR精度為3米；Horus應(yīng)用概率算法來(lái)確定目標(biāo)位置，并具有高精度(0. 6米)。另一種是設(shè)計(jì)了在線定期測(cè)量RSSI值以減緩多徑衰落及物理環(huán)境變化的不良影響的室內(nèi)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)環(huán)境波動(dòng)具備良好適應(yīng)性，并保持定位誤差在 3米以內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法及其裝置，可以有效地減少室內(nèi)環(huán)境多徑的影響，提高定位的精度及降低成本。
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為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，所述方法包括基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；根據(jù)優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度的步驟包括通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；根據(jù)所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息的步驟包括將頻域上的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息進(jìn)行快速傅立葉逆變換以獲得時(shí)域上的信道響應(yīng)；對(duì)從時(shí)域區(qū)分的多徑信號(hào)進(jìn)行濾波處理并獲得所述多徑信號(hào)的直線視距；根據(jù)所述信道響應(yīng)和所述多徑信號(hào)的直線視距獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信肩、ο優(yōu)選地，所述根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型的步驟包括獲取所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息與距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的步驟為 根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。優(yōu)選地，所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的數(shù)量為30個(gè)。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度的方式是通過(guò)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的頻率多樣性計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置， 所述裝置包括獲取模塊，用于基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述獲取模塊所獲取的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；優(yōu)化模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述優(yōu)化模塊所優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；定位模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度和所述距離計(jì)算模塊所計(jì)算的距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。優(yōu)選地，所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊還用于通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；并根據(jù)所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述定位模塊用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。在本發(fā)明實(shí)施例中，在室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)普遍存在的情況下，在無(wú)線局域網(wǎng)中利用精準(zhǔn)的信道狀態(tài)信息對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而進(jìn)行室內(nèi)定位，利用信道狀態(tài)信息的頻率多樣性減少多徑衰減，減少典型室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰減的影響，可以更精確地計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置信息，提高定位精度。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的子載波信道狀態(tài)信息傳輸示意圖；圖2是本發(fā)明的定位實(shí)現(xiàn)過(guò)程的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的子載波信道狀態(tài)信息的多樣性的示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的消除時(shí)域多徑效應(yīng)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的智能網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)組成示意圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的收集子載波信道狀態(tài)信息的示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。目前大多數(shù)無(wú)線局域網(wǎng)采用 IEEE 802. lla/g/n標(biāo)準(zhǔn)以提供無(wú)線通訊服務(wù)。這些標(biāo)準(zhǔn)是基于物理層的正交頻分復(fù)用技術(shù) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的，其主要思想是在發(fā)送方將一個(gè)頻道正交分解為更精細(xì)的若干個(gè)正交子頻道，也稱為子載波，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在各個(gè)子載波上進(jìn)行傳輸。這使得能在接收方同時(shí)獲取若干個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息(Channel State ^formation，CSI)，如圖1所示。CSI是表示通信鏈路信道特性的信道狀態(tài)信息。CSI描述和反映了射頻信號(hào)從發(fā)射源到接收端的傳播狀態(tài)， 如散射、反射和衰減等。子載波上的信道狀態(tài)信息能反映出各個(gè)不同頻率上信號(hào)強(qiáng)度的大小。不同于傳統(tǒng)的從一個(gè)包獲取各頻率信號(hào)強(qiáng)度的平均值，在本發(fā)明實(shí)施例中，能夠獲取到更為精細(xì)的信號(hào)強(qiáng)度指示。本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)原理主要是首先，從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層詳細(xì)分析造成接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)值不準(zhǔn)的原因，包括在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下信號(hào)的反射衰減和多徑效應(yīng)，從而進(jìn)一步尋求更精準(zhǔn)的信道信息以重新評(píng)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；其次，基于物理層的更精細(xì)的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度，改進(jìn)室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型，并根據(jù)模型計(jì)算距離。本發(fā)明的定位實(shí)現(xiàn)過(guò)程可參見(jiàn)圖2。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖，如圖3所示，該方法包括S301，基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；S302，根據(jù)多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；S303，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；S304，根據(jù)優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；S305，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和距離對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。進(jìn)一步地，S302包括通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；根據(jù)優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。具體實(shí)施中，通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息的步驟包括將頻域上的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息進(jìn)行快速傅立葉逆變換以獲得時(shí)域上的信道響應(yīng)；對(duì)從時(shí)域區(qū)分的多徑信號(hào)進(jìn)行濾波處理并獲得多徑信號(hào)的直線視距；根據(jù)信道響應(yīng)和多徑信號(hào)的直線視距獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息。圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例的子載波信道狀態(tài)信息的多樣性的示意圖，圖4描述子載波信道信息的多樣性，各個(gè)子載波信道狀態(tài)信息的幅值不同，反映為圖中不同子載波的接收功率不同，可以利用頻率多樣性減少小規(guī)模衰減(Small-scale fading)。具體實(shí)施中， 可以通過(guò)對(duì)各個(gè)子載波的幅值予以頻率作為權(quán)值，計(jì)算加權(quán)平均值的平方，即獲取接收功率。下面結(jié)合圖4對(duì)該方法的S302進(jìn)一步說(shuō)明。在OFDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程中，信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)會(huì)直接輸出到解碼器中進(jìn)行下一步處理。通過(guò)修改系統(tǒng)內(nèi)核，利用低成本的商用無(wú)線網(wǎng)卡獲取解調(diào)后的各個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息，從而計(jì)算對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度。針對(duì)載波信號(hào)狀態(tài)信息的頻率多樣性，在OFDM的快速傅立葉逆變換(IFFT)處理中結(jié)合相應(yīng)的濾波方法以得到更有效的子載波信道狀態(tài)信息(Effective CSI)。具體過(guò)程如下(1)通過(guò)將頻域上若干個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息(信道響應(yīng))進(jìn)行反傅立葉變換，從而得到時(shí)域上的信道響應(yīng)；( 由于802. 11的信道寬度較寬，因而能夠從時(shí)域區(qū)分出部分多徑信號(hào)，通過(guò)濾波處理，能夠減少多徑效應(yīng)的影響，從而提高定位的精度。本發(fā)明實(shí)施例中的消除時(shí)域多徑效應(yīng)示意圖如圖5所示。在典型室內(nèi)環(huán)境中，由于多徑效應(yīng)的普遍存在，接收信號(hào)往往是直線視距與多徑反射的組合。理論上，當(dāng)帶寬比相干帶寬大時(shí)，這些反射可以被消除從而得到直線視距。802. Iln的帶寬滿足這一限定要求，因而能達(dá)到消除多徑影響的效果。具體實(shí)施中，S303進(jìn)一步包括
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獲取優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息與距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型進(jìn)行優(yōu)化。將優(yōu)化處理后的信道狀態(tài)信息作為輸入，根據(jù)設(shè)計(jì)的算法對(duì)不同環(huán)境下的環(huán)境系數(shù)和路徑損耗系數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練過(guò)程，進(jìn)一步獲取優(yōu)化后的信道狀態(tài)信息與距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而完善室內(nèi)環(huán)境下的信號(hào)傳播路徑損耗模型。由于環(huán)境系數(shù)和路徑損耗系數(shù)在特定環(huán)境下保持一致，針對(duì)不同室內(nèi)環(huán)境只需要進(jìn)行一次訓(xùn)練過(guò)程，并利用不同的距離進(jìn)行反復(fù)的多次驗(yàn)證，以保證改進(jìn)后模型的正確性。另外，對(duì)環(huán)境系數(shù)和路徑損耗系數(shù)的訓(xùn)練過(guò)程在線完成，預(yù)期的訓(xùn)練時(shí)間會(huì)限制在一個(gè)可接受的時(shí)間片。因此，需要針對(duì)不同環(huán)境分別搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)算法對(duì)路徑損耗參數(shù)不斷的進(jìn)行測(cè)量和處理，并對(duì)信號(hào)傳播模型進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。具體實(shí)施中，S305為根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。基于有效的信道狀態(tài)信息與距離的關(guān)系和修正后的無(wú)線信號(hào)傳播模型設(shè)計(jì)全新的無(wú)線局域網(wǎng)室內(nèi)定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)由兩部分組成多個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)組成的發(fā)送方和待定位目標(biāo)節(jié)點(diǎn)組成的接收方。在發(fā)送方，無(wú)線接入點(diǎn)將位置信息從網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)傳輸信號(hào)的方式發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。無(wú)線接入點(diǎn)的廣泛存在性可以方便快捷地得到多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的位置信息。在接收方，可以從物理層獲取子載波的信道狀態(tài)信息，根據(jù)改進(jìn)后的信號(hào)傳播路徑損耗模型分別計(jì)算各個(gè)發(fā)送方到接收方的距離，并采用簡(jiǎn)單有效的三點(diǎn)定位法對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。如圖6所示，圖6中假設(shè)三個(gè)發(fā)送方的坐標(biāo)分別為A(xl，yl)、B(x2， y2)、C(x3，y3)，待定位的接收方0坐標(biāo)為0(x，y)，已知該點(diǎn)到三個(gè)發(fā)送方坐標(biāo)點(diǎn)的距離分別為dl、d2、d3，則可用三邊測(cè)量法算出0點(diǎn)的坐標(biāo)，即得到接收方的位置信息。在具體實(shí)施中，接收方可以配備802. Iln無(wú)線網(wǎng)卡，能同時(shí)獲取30個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息。在本發(fā)明實(shí)施例中，在室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)普遍存在的情況下，在無(wú)線局域網(wǎng)中利用精準(zhǔn)的信道狀態(tài)信息對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而進(jìn)行室內(nèi)定位，利用信道狀態(tài)信息的頻率多樣性減少多徑衰減，減少典型室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰減的影響，可以更精確地計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置信息，提高定位精度。另外，圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例的收集子載波信道狀態(tài)信息的示意圖，如圖7所示，依賴無(wú)線網(wǎng)卡這一硬件，修改操作系統(tǒng)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，可以收集信道狀態(tài)信息，并通過(guò)API 將信道狀態(tài)信息提供給用戶。圖8是本發(fā)明實(shí)施例的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖，如圖8所示，該裝置包括獲取模塊80，用于基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊81，用于根據(jù)獲取模塊80所獲取的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；優(yōu)化模塊82，用于根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊81所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；距離計(jì)算模塊83，用于根據(jù)優(yōu)化模塊82所優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；定位模塊84，用于根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊81所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度和距離計(jì)算模塊 83所計(jì)算的距離對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。進(jìn)一步地，信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊81還用于通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；并根據(jù)優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。進(jìn)一步地，定位模塊84用于根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。本發(fā)明裝置實(shí)施例中的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置的各模塊功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及原理可參見(jiàn)本發(fā)明的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)施例中的相應(yīng)過(guò)程描述，這里不再贅述。在本發(fā)明裝置實(shí)施例中，在室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)普遍存在的情況下，在無(wú)線局域網(wǎng)中利用精準(zhǔn)的信道狀態(tài)信息對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而進(jìn)行室內(nèi)定位，利用信道狀態(tài)信息的頻率多樣性減少多徑衰減，減少典型室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰減的影響，可以更精確地計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置信息，提高定位精度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁盤(pán)或光盤(pán)等。另外，以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法及其裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括 基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息； 根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型； 根據(jù)優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離； 根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
2.如權(quán)利要求1所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度的步驟包括通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；根據(jù)所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求2所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息的步驟包括將頻域上的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息進(jìn)行快速傅立葉逆變換以獲得時(shí)域上的信道響應(yīng)；對(duì)從時(shí)域區(qū)分的多徑信號(hào)進(jìn)行濾波處理并獲得所述多徑信號(hào)的直線視距； 根據(jù)所述信道響應(yīng)和所述多徑信號(hào)的直線視距獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息。
4.如權(quán)利要求3所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型的步驟包括獲取所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息與距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型進(jìn)行優(yōu)化。
5.如權(quán)利要求1所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位的步驟為根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
6.如權(quán)利要求1所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的數(shù)量為30個(gè)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 所述根據(jù)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度的方式是通過(guò)所述多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息的頻率多樣性計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。
8.一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括獲取模塊，用于基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述獲取模塊所獲取的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；優(yōu)化模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述優(yōu)化模塊所優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；定位模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊所計(jì)算的信號(hào)強(qiáng)度和所述距離計(jì)算模塊所計(jì)算的距離對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
9.如權(quán)利要求8所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算模塊還用于通過(guò)OFDM的快速傅立葉逆變換對(duì)所述信道狀態(tài)信息進(jìn)行優(yōu)化并獲得優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息；并根據(jù)所述優(yōu)化后的子載波信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求8所述的基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述定位模塊用于根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度和所述距離通過(guò)三點(diǎn)定位方法對(duì)所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種基于物理層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)定位的實(shí)現(xiàn)方法及其裝置，其中，該方法包括基于物理層的正交頻分復(fù)用平臺(tái)獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息；根據(jù)多個(gè)子載波的信道狀態(tài)信息計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的傳播路徑損耗模型；根據(jù)優(yōu)化后的傳播路徑損耗模型計(jì)算每個(gè)發(fā)送方與接收方的距離；根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和距離對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。在本發(fā)明實(shí)施例中，在室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)普遍存在的情況下，在無(wú)線局域網(wǎng)中利用精準(zhǔn)的信道狀態(tài)信息對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而進(jìn)行室內(nèi)定位，利用信道狀態(tài)信息的頻率多樣性減少多徑衰減，減少室內(nèi)環(huán)境多徑效應(yīng)和頻率選擇性衰減的影響，可以更精確地計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置信息，提高定位精度。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102421189SQ20111037321
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者伍楷舜, 倪明選, 羅笑南, 肖江, 陳弟虎 申請(qǐng)人:中山大學(xué)