【摘要】：隨著IEEE 802.11標準的推廣,無線網(wǎng)絡在室內環(huán)境的覆蓋率逐年增加,由此帶來了新的可探索空間——基于無線局域網(wǎng)(WiFi,Wireless Fidelity)信號的特征提取感知室內空間中的變化,例如室內人員入侵檢測、呼吸檢測、心率檢測等。利用WiFi信號進行室內定位的研究也成為近年來研究的熱門。一些基于室內定位的服務也逐漸應運而生,如學校或公司里的簽到系統(tǒng)、商場里利用公共WiFi在商鋪附近投放廣告、倉庫里機器人自動倉儲管理服務等。本文通過研究移動通信系統(tǒng)中的多輸入多輸出和正交頻分復用技術(MIMOOFDM,Multi-input Multi-output,Orthogonal frequency-division multiplexing)中基于信道狀態(tài)信息(CSI,Channel State Information)測量實現(xiàn)波束成形的原理深入分析,并基于原子范數(shù)最小化(ANM,Atomic Norm Minimization)框架下的半正定規(guī)劃(SDP,Semidefinite Programing)優(yōu)化問題對室內環(huán)境中多徑信道的信息進行估計。利用CSI信息通過ANM-SDP算法獲得包含當前環(huán)境下多徑信道狀態(tài)信息的拓普利茲矩陣u,并對u矩陣進行范德蒙德分解得到多徑飛行時間(ToF,Time of Flight)的估計結果。本文的主要工作是基于ANM-SDP算法提出了單測量向量(SMV,Single Measurement Vector)模型、多重測量向量(MMV,Multiple Measurement Vector)模型和加權原子范數(shù)(RAM,Reweighted Atomic Norm Minimization)模型下的半正定規(guī)劃算法,這三種模型在應對不同需求場景時有各自的性能優(yōu)缺點,本文將從多維度對比分析三種模型的性能極限和參數(shù)限制。首先搭建了MATLAB仿真平臺,模擬電磁波在障礙物眾多的室內場景中的瑞利衰落信道傳輸模型,根據(jù)預設的信道帶寬、多徑間隔和首徑傳播時延等歸一化參數(shù)獲得信道相應觀測向量,將此模擬信道傳輸模型獲得的觀測向量對三種模型進行仿真實驗分析。然后在實際室內環(huán)境下布置3個接入點(AP,Access Point)和1個站點(STA,Station)的實驗場景,采集真實場景中STA和多AP間的CSI數(shù)據(jù),對三種模型的實測性能進行對比分析。本文提出的基于ANM-SDP算法的三種模型的WiFi室內定位技術有效解決了在不同真實場景中不同定位精度的實際需求,有效解決了傳統(tǒng)室內定位對硬件設備的高依賴性、定位精度不可控、定位效率低等難題。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN92
【圖文】：

MACPMDPLCPData LinkPhysical圖 2-1 IEEE 802.11 數(shù)據(jù)傳輸過程MAC 層服務數(shù)據(jù)單元(MSDU, MAC Service Data Unit)，是最原始的待發(fā)數(shù)據(jù)息，經(jīng)過封裝變成 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU，MAC Protocol Data Unit)，MPD傳送到物理層的PLCP子層轉換成PLCP子層服務數(shù)據(jù)單元(PSDU,PLCPServiceDaUnit)，PSDU 經(jīng)過封裝變成 PLCP 子層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU,PLCPProtocolDataUnit與其他的 IEEE 802.11 標準一樣，存在物理層匯聚協(xié)議 PLCP，并且依據(jù)此協(xié)議定了 PLCP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PPDU 幀結構如下圖 2-2 所示[23]。根據(jù)協(xié)議，接收機的定同步、載波頻偏估計以及信道估計等都是由數(shù)據(jù)幀前置的兩個訓練符號來完成的。于 IEEE 802.11ac，已定義為后向兼容 IEEE 802.11a 和 IEEE 802.11n。

圖 2-3 IEEE 802.11 標準 OFDM 基帶處理器接收部分總體架構由此可見，在信道估計模塊輸出 CSI 數(shù)據(jù)時不僅包含有信道中的多徑信息，還包含有信號處理過程的電路中引入的誤差。疊加到 CSI 數(shù)據(jù)中對原始信道信息造成相位和幅值的誤差，下圖 2-4 為原始未進行相位矯正的原始 CSI 經(jīng)過解卷繞后的相位圖。

圖 2-3 IEEE 802.11 標準 OFDM 基帶處理器接收部分總體架構見，在信道估計模塊輸出 CSI 數(shù)據(jù)時不僅包含有信道中的多處理過程的電路中引入的誤差。疊加到 CSI 數(shù)據(jù)中對原始信的誤差，下圖 2-4 為原始未進行相位矯正的原始 CSI 經(jīng)過解

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本文編號：2792648