专栏 中阁补算我修會通沁第10卷第11期2014年11月 表1 RSSI与CSI的特性比较 信未来CSI能够提供更为精细的 员检测，即人从任意方向接近接 类别 RSSI CSI 多径传播信息。 收机都能被检测到。还有研究 网络层次 MAC层 物理层 人员利用CSI提供的频率分集 多径信号 CSI应用 (frequency diversity)和多天线提 时间分辨率 数据包尺度 簇尺度 供的空间分集(spatial diversity), 频率分辨率 子载波尺度 如何利用从普通Wi-Fi设备 在不同的多径传播环境下选择高 上提取的CSI信息？“他山之石， 敏度的子载波组合以及来自非视 高(CSI整 稳定性 低 体结构) 可以攻玉。”既然CSI是RSSI的 距路径方向的信号，从而提升被 升级版本，不妨借鉴RSSI的方动式人员检测的灵敏度并扩大检 几乎所有 部分M-Fi 普适性 WMi-Fi设备 设备 法。在传统的无线室内定位应用 测范围。该方法可以在安防应用 中，一般通过定位人所携带的智 中形成“无死角”的入侵者检测。 于相同的传播环境，CSI的整体 能手机或者平板电脑来定位人这不禁使我们想起在电影《碟中 结构特征则可能保持相对稳定。员。RSSI既可以当作某个特定谍》中，汤姆·克鲁斯绕过红外 与传统RSSI中简单子载波幅度 位置上的信号特征指纹，用于标线监测，将身体悬挂在天花板上 相加的处理方式不同，通过综合 识这个位置以及区别其他位置，以避免触发地面上的压力传感 应用信号处理和机器学习技术，也可以用于测距，即根据信器，最终成功盗取了电脑中资料 我们可以从CSI中合理提取更为 号传播模型计算出移动终端与的情节。而这样的盗窃行动在无 精细且鲁棒的信号特征，从而在W-F接入点之间的距离，再通线感知面前将无处遁形。无线 时域和频域上感知更细微或更大过三边定位方法确定位置。与 信号在室内多径传播的特性使 范围内的环境信息，提升W-Fi以上方法类似，我们可以把CS 得无线感知在感知范围以及方 信号对环境的感知能力。由于 当作信息更丰富的指纹（包括向性上具有天然优势。在上述 CSI与IEEE802.11a/g/n协议兼 多个子载波上的信号幅度和相工作的基础上，也有研究人员 容，利用普通无线网卡和开源的 位两方面的信息)，也可以依赖利用C$I对环境变化的高灵敏 固件即可获取CSI信息。虽然与 频率选择性衰减的模型，用于度实现人体动作、手势、呼吸 RSSI相比，目前CSI的获取受 更精确的测距。 等微小运动以及日常活动进行 限于使用OFDM技术的W-Fi协 另外，在被动式人员检测与识别4。最近，有研究人员报 议以及支持开源固件网卡，然而 定位中，人员可以不携带任何电告了利用CSI识别唇语的工作， Wi-Fi网络和设备在室内环境的 子设备，无线感知系统通过分析这给运动识别的粒度和复杂性 普遍部署使得CSI也成为一种相 人员对环境中W-Fi信号的影响方面带来了更大的难度。 对普适的无线信号信息。表1总 来确定人员出现的位置。这种模 最后，CSI作为信道特征， 结了RSSI与CSI的基本特点。 式是CSI大展身手的主战场之可以自然而然地应用于无线通 诚然，与专用仪器相比，由 一。与RSSI相比，CSI具有一 信。例如，发射机与接收机之间 于CSI对无线信道的测量精度受 定程度的多径分辨能力，能够察信号视距传播路径是否存在，对 限于Wi-Fi协议的工作带宽，利 觉视距或非视距路径上信号的微通信质量有着明显的影响。若视 用当前的EEE802.11n协议还无 弱波动，从而提高感知灵敏度，距路径存在，则可以采取提高码 法逐一区分每条传播路径。随着 扩大感知区域，增强感知可靠性。 率等措施来相应地提高效率，反 W-Fi协议（如IEEE802.11ac等） 有研究人员利用单发射机-接收 之则可以降低码率以增加可靠 工作带宽的进一步拓展，我们相 机链路实现了接收机附近全向人性。例如，研究人员基于CSI提 58专栏 第 10 卷  第 11 期  2014 年 11 月 58 于相同的传播环境，CSI 的整体 结构特征则可能保持相对稳定。 与传统 RSSI 中简单子载波幅度 相加的处理方式不同，通过综合 应用信号处理和机器学习技术， 我们可以从 CSI 中合理提取更为 精细且鲁棒的信号特征，从而在 时域和频域上感知更细微或更大 范围内的环境信息，提升 Wi-Fi 信号对环境的感知能力。由于 CSI 与 IEEE 802.11a/g/n 协议兼 容，利用普通无线网卡和开源的 固件即可获取 CSI 信息。虽然与 RSSI 相比，目前 CSI 的获取受 限于使用 OFDM 技术的 Wi-Fi 协 议以及支持开源固件网卡，然而 Wi-Fi 网络和设备在室内环境的 普遍部署使得 CSI 也成为一种相 对普适的无线信号信息。表 1 总 结了 RSSI 与 CSI 的基本特点。 诚然，与专用仪器相比，由 于 CSI 对无线信道的测量精度受 限于 Wi-Fi 协议的工作带宽，利 用当前的 IEEE 802.11n 协议还无 法逐一区分每条传播路径。随着 Wi-Fi 协议（如 IEEE 802.11ac 等） 工作带宽的进一步拓展，我们相 信未来 CSI 能够提供更为精细的 多径传播信息。 CSI应用 如何利用从普通 Wi-Fi 设备 上提取的 CSI 信息？“他山之石， 可以攻玉。”既然 CSI 是 RSSI 的 升级版本，不妨借鉴 RSSI 的方 法。在传统的无线室内定位应用 中，一般通过定位人所携带的智 能手机或者平板电脑来定位人 员。RSSI 既可以当作某个特定 位置上的信号特征指纹，用于标 识这个位置以及区别其他位置， 也 可 以 用 于 测 距， 即 根 据 信 号传播模型计算出移动终端与 Wi-Fi 接入点之间的距离，再通 过三边定位方法确定位置。与 以上方法类似，我们可以把 CSI 当作信息更丰富的指纹（包括 多个子载波上的信号幅度和相 位两方面的信息），也可以依赖 频率选择性衰减的模型，用于 更精确的测距。 另外，在被动式人员检测与 定位中，人员可以不携带任何电 子设备，无线感知系统通过分析 人员对环境中 Wi-Fi 信号的影响 来确定人员出现的位置。这种模 式是 CSI 大展身手的主战场之 一。与 RSSI 相比，CSI 具有一 定程度的多径分辨能力，能够察 觉视距或非视距路径上信号的微 弱波动，从而提高感知灵敏度， 扩大感知区域，增强感知可靠性。 有研究人员利用单发射机 - 接收 机链路实现了接收机附近全向人 员检测，即人从任意方向接近接 收机都能被检测到 [3] 。还有研究 人员利用 CSI 提供的频率分集 (frequency diversity) 和多天线提 供的空间分集 (spatial diversity)， 在不同的多径传播环境下选择高 敏度的子载波组合以及来自非视 距路径方向的信号，从而提升被 动式人员检测的灵敏度并扩大检 测范围。该方法可以在安防应用 中形成“无死角”的入侵者检测。 这不禁使我们想起在电影《碟中 谍》中，汤姆·克鲁斯绕过红外 线监测，将身体悬挂在天花板上 以避免触发地面上的压力传感 器，最终成功盗取了电脑中资料 的情节。而这样的盗窃行动在无 线感知面前将无处遁形。无线 信号在室内多径传播的特性使 得无线感知在感知范围以及方 向性上具有天然优势。在上述 工作的基础上，也有研究人员 利用 CSI 对环境变化的高灵敏 度实现人体动作、手势、呼吸 等微小运动以及日常活动进行 识别 [4~6] 。最近，有研究人员报 告了利用 CSI 识别唇语的工作， 这给运动识别的粒度和复杂性 方面带来了更大的难度 [7] 。 最后，CSI 作为信道特征， 可以自然而然地应用于无线通 信。例如，发射机与接收机之间 信号视距传播路径是否存在，对 通信质量有着明显的影响。若视 距路径存在，则可以采取提高码 率等措施来相应地提高效率，反 之则可以降低码率以增加可靠 性。例如，研究人员基于 CSI 提 表1 RSSI与CSI的特性比较 类别 RSSI CSI 网络层次 MAC层 物理层 时间分辨率 数据包尺度 多径信号 簇尺度 频率分辨率 无 子载波尺度 稳定性 低 高（C S I整 体结构） 普适性 几乎所有 Wi-Fi设备 部分Wi-Fi 设备