【摘要】：近幾年來,隨著技術(shù)的發(fā)展,無線信號(hào)不僅當(dāng)作一種通信方式來傳輸數(shù)據(jù),還被廣泛應(yīng)用于無線感知領(lǐng)域。利用無線信號(hào)可以對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行感知,通常包含室內(nèi)定位、行為識(shí)別等。無線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的用戶行為會(huì)給無線信號(hào)的多徑傳播產(chǎn)生影響,導(dǎo)致信號(hào)的強(qiáng)度、相位等信息發(fā)生變化。自2009年IEEE 802.11n協(xié)議在物理層增加了信道狀態(tài)信息后,使用Wi-Fi信號(hào)進(jìn)行無線感知的技術(shù)得到了更為深入的研究。使用Wi-Fi信號(hào)進(jìn)行行為識(shí)別具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)現(xiàn)代生活中,Wi-Fi已經(jīng)得到普及,幾乎家家戶戶都會(huì)安裝無線路由器,公共場(chǎng)所通常會(huì)提供免費(fèi)Wi-Fi供人使用,這使這類技術(shù)具有普適性。(2)無需攜帶運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)備,因此不會(huì)影響和限制用戶的動(dòng)作,用戶友好度更高。(3)相比基于攝像頭和光傳感器的方法,在光線不足的情況下也可以使用。本文分析手的運(yùn)動(dòng)對(duì)無線信號(hào)多徑傳播的影響,從理論角度分析基于Wi-Fi信號(hào)的手寫識(shí)別方案的可行性。為驗(yàn)證該可行性,本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了WiWrite,一個(gè)基于Wi-Fi信號(hào)信道狀態(tài)信息的手寫字母識(shí)別系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)WiWrite系統(tǒng)時(shí),本文提出以下兩點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn):(1)運(yùn)動(dòng)區(qū)間檢測(cè)與分割。依據(jù)信號(hào)的特點(diǎn),使用短時(shí)能量方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分割,分離出每個(gè)字母的信號(hào)。短時(shí)能量方法通常應(yīng)用于語音識(shí)別領(lǐng)域,區(qū)分這段語音中是否有聲音信號(hào)存在。本文使用該方法,區(qū)分在信號(hào)中是否有用戶在進(jìn)行書寫動(dòng)作,以及對(duì)手寫信號(hào)進(jìn)行分割。(2)穩(wěn)定性特征提取。利用時(shí)頻分析技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,以獲取穩(wěn)定性特征。直接使用信道狀態(tài)信息波形作為特征受到環(huán)境的影響較大,而采用時(shí)頻分析技術(shù)得到的特征較為穩(wěn)定,具有一定的抗干擾能力。本文使用一臺(tái)工作在5GHz頻段的無線路由器和一臺(tái)裝有Intel 5300無線網(wǎng)卡的筆記本電腦部署了WiWrite原型系統(tǒng),對(duì)26個(gè)手寫大寫字母進(jìn)行識(shí)別。實(shí)驗(yàn)表明,使用Wi-Fi進(jìn)行手寫識(shí)別具有可行性。本文提出的運(yùn)動(dòng)區(qū)間檢測(cè)與分割方法效果較好,其檢測(cè)與分割正確率可以達(dá)到96.7%。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較,本文提出的特征提取方案識(shí)別正確率達(dá)到75.5%,具有區(qū)分性和穩(wěn)定性,明顯優(yōu)于基于信道狀態(tài)信息波形的特征,其識(shí)別正確率只有51%。性能分析表明,WiWrite系統(tǒng)對(duì)每一秒鐘產(chǎn)生的數(shù)據(jù),平均只需要500毫秒即可處理完成,滿足實(shí)時(shí)識(shí)別要求。
【圖文】：

隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，作為通信技術(shù)的無線信號(hào)也開始被應(yīng)用到感知領(lǐng)域。在傳播過程中會(huì)受到多徑傳播的影響，即信號(hào)不僅通過視距傳播，還會(huì)經(jīng)過多路徑傳播到達(dá)接收設(shè)備。因此如果室內(nèi)環(huán)境發(fā)生了變化，無線信號(hào)也會(huì)隨之產(chǎn)而提取無線信號(hào)中的特征，就可以對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行估計(jì)。這里的環(huán)境變化通常存在和運(yùn)動(dòng)引起的，例如人的走動(dòng)、做出一些動(dòng)作等。所以通過對(duì)接收信號(hào)的推斷出在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的用戶行為。接收信號(hào)強(qiáng)度指示 (Received Signal Strength Indicator, RSSI) 是無線設(shè)備的一個(gè)，常用于推測(cè)設(shè)備間的距離、是否存在遮擋等信息。但隨著正交頻分復(fù)用和多技術(shù)的出現(xiàn)，以及在物理層上增加的細(xì)粒度的信道狀態(tài)信息，這種測(cè)量可以取精度。接下來，將對(duì)相關(guān)的技術(shù)背景進(jìn)行描述和說明。 信號(hào)多徑傳播信號(hào)的多徑傳播是指無線信號(hào)從發(fā)射端經(jīng)過多條傳播路徑到達(dá)接收端的現(xiàn)象徑包括了視距傳播 (Line-of-Sight, LOS) 和非視距傳播 (None-Line-of-Sight, N

LOS 是指無線信號(hào)從發(fā)送端到接收端經(jīng)過直接路徑進(jìn)行傳播，NLOS 是指無線信號(hào)從發(fā)送端經(jīng)過反射，散射和折射等現(xiàn)象, 經(jīng)由非直接路徑到達(dá)接收端。在理想條件下，只有LOS 存在，而在實(shí)際情況下，兩者是同時(shí)存在的。如圖2 1所示，，部分信號(hào)經(jīng)過了人體和墻面的反射到達(dá)筆記本天線，并和經(jīng)過直接路徑傳播的信號(hào)疊加在一起。這種多徑傳播會(huì)影響到信號(hào)的衰減情況，對(duì)于 RSSI 來說，通常在室內(nèi)使用的信號(hào)衰減模型為對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型 (Log-distance Path Loss Model)，如公式 2 1所示。其中 表示信號(hào)經(jīng)過與發(fā)送天線距離為 的位置的路徑損耗，0表示單位距離0處的路徑損耗， 為信道的衰減系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN92

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本文編號(hào)：2694348