1.一种用于室内Wi‑Fi定位的OFDM频域误差估计及其定位精度评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、假设基于CSI的室内Wi‑Fi定位中天线的接收信号波形可表示为:(p)
其中,PN表示信号传播通过的路径总数,s(t)表示发送波形,a 表示第p条路径的信号(p) 2
幅值,τ 表示第p条路径的信号时间延迟,z(t)表示大小为σ的环境噪声;
步骤二、CSI主要包含上述接收信号通过模数转换器(Analog‑to‑Digital Converter,ADC)转换后的信号幅度和相位信息,将接收信号通过ADC转换后的信号波形表示为:其中,n表示采样数,L表示采样点总数,T表示采样周期;
步骤三、定位过程中多径信号对CSI定位存在干扰,为了达到更好的定位效果,只考虑直达径,将第m根天线接收的直达信号波形表示为:rm(nT)=ams(nT‑τm)+z(nT),m=1,…,N, (3)其中,am表示信号到达第m根天线的信号幅度,τm表示信号到达第m根天线的时延,N表示天线总数;
步骤四、根据步骤三中第m根天线接收的直达信号波形表达式,从频域的角度对CFO估计误差进行分析,具体包括以下步骤:步骤四(一)、CFO可视为信号在频域上的固定频偏Δf,故第m根天线接收到受CFO影响的信号波形可表示为:
j2πkε/LT
gm(nT)=ams(nT‑τm)e +z(nT),n=1,…,L, (4)其中, 表示归一化的CFO,fc表示载波频率;
步骤四(二)、对步骤四(一)中的CFO下的信号表达式做L点傅里叶变换,得到:2
其中,S(k‑ε)表示s(t)存在偏移ε的频域表达式,η(k)表示协方差为Lσ的噪声功率谱,2
σ为环境噪声功率,此时,Gm(k)依赖于变量ε、am和τm,可得未知参数向量θ=[ε,am,τm];
步骤四(三)、用向量X表示所有的Gm(k):T
X=[Gm(0),…,Gm(L‑1)]; (6)步骤四(四)、将X的期望表示为:步骤五、由公式(7),计算对θ的费歇尔信息矩阵,具体包括以下步骤:步骤五(一)、对μ中每个元素求偏导,分别计算步骤五(二)、对θ的费歇尔信息矩阵的第i行第j元素求解,其中,θi,θj分别表示未知参数向量θ中的相关参数ε、am,τm其中之一,未知参数向量θ包含三个相关参数,所以可得一个3×3阶的费歇尔信息矩阵:其中,
步骤六、利用等效FIM(Equivalent Fisher Information Matrix,EFIM)的以低维矩阵表示高维矩阵且关键信息量不变的性质,对ε的误差界进行估计,具体包括以下步骤:步骤六(一)、将N×N的FIM进行分块:n×n n×(N‑n) (N‑n)×(N‑n)其中,A∈R ,B∈R ,C∈R ;
步骤六(二)、计算关于θ的EFIM:其中,根据EFIM的性质,
步骤六(三)、对ε的误差界进行估计,A表示为1×1的矩阵I1×1,对矩阵Iθ进行分块进而得到:
步骤六(四)、计算EFIM的逆矩阵来得到CFO的估计误差界:其中,
步骤七、为了得到CFO下的定位估计误差界,需要引入关于待测目标的坐标信息,具体包括以下步骤:
步骤七(一)、令 其中,(x,y)表示目标的真实位置,(xm,ym)表示第m根天线的位置, 表示待测目标和第m根天线的距离,c表示光速;
步骤七(二)、根据幅度衰减模型 Gt表示天线增益,Gr表示信号传播增益 ,以自由 空间中的 信号传 播模型为 例,将第m 根天线的幅 度简化 为其中,a0表示距离天线1米处的信号参考幅值;
步骤七(三)、将步骤七(一)和步骤七(二)中的τm和am代入公式(5),可得:由此可知,关于目标和第m根天线位置原未知参数向量θ=[ε,am,τm]变为新的未知参数向量θ′=[ε,x,y];
步骤七(四)、用向量X表示所有的Gm(k):T
X=[G1(0),…,G1(L‑1),…,Gm(0),…,Gm(L‑1)]; (20)步骤七(五)、将X的期望表示为:步骤八、由公式(21),计算对θ′的费歇尔信息矩阵,具体包括以下步骤:步骤八(一)、对μ中每个元素求偏导,分别计算其中,m=1,…,N,k=0,…,L‑1,步骤八(二)、利用公式(11),对θ′的费歇尔信息矩阵的第i行第j元素求解,其中,θi,θj分别表示待估计参数θ′中的相关参数x、y,ε其中之一,未知参数向量θ′包含三个相关参数,所以可得一个3×3阶的费歇尔信息矩阵:其中,
步骤九、为了求解CFO下的定位估计误差界,如下利用等效FIM(Equivalent Fisher Information Matrix,EFIM)的以低维矩阵表示高维矩阵且关键信息量不变的性质对定位误差界进行估计;
步骤十、定义基于OFDM的室内Wi‑Fi定位中频域误差估计以及定位估计误差的评估准则。
2.根据权利要求1所述的一种用于室内Wi‑Fi定位的OFDM频域误差估计及其定位精度评估方法,其特征在于,所述步骤九包括以下步骤:步骤九(一)、令
可将Iθ′
简化为:
步骤九(二)、利用步骤六(一)、步骤六(二),将3×3的Iθ′进行分块,为了对x,y的进行估计,A可表示为2×2阶的矩阵,对矩阵Iθ进行分块进而得到:步骤九(三)、计算EFIM的逆矩阵来得到CFO下的定位估计误差界其中,