WIFI文献笔记|Placement Matters: Understanding the Effects of Device Placement for WiFi Sensing

2023/3/20，天大开学一个多月了，最近开始探索WIFI感知的idea阶段了。

■ 不管研究什么课题，希望一边精读论文，先读个二三十篇，把阅读笔记保留下来；

■ 实验过程细节部分粗读即可，毕竟相研究问题也用不到；

一、文献信息

（1）标题：Placement Matters: Understanding the Effects of Device Placement for WiFi Sensing 
（2）作者：xuanzhi wang,KAI NIU,张大庆
（3）单位：北京大学
（4）期刊：Ubicomp，2022.5
（5）标签：CSI | 感知范围&准确性 | 收发器位置影响

二、摘要

1. 研究问题

• 本文研究的是WIFI感知距离受限、非目标带来感知干扰两个问题。

2. 研究方法

• 受到WIFI通信感知度量指标SNR的影响，本文提出了WIFI感知能力度量指标SSNR——信噪比感知，用来度量WIFI感知能力；

3. 研究结果

• 建立了收发器距离和WIFI感知能力的模型：随着收发器距离的增加，感知范围由最初的小椭圆，逐步增加到一个最大的椭圆。进一步增加距离，感知范围呈现减小呈现花生状，最终分开为两个圆分别围绕在收发器周围；

• 有效解决了两个研究问题：仅仅通过合理放置收发器位置，感知目标有限和受到其他干扰源的影响能较好的解决。

4. 研究意义

• 在单目标的场景下，通过放置收发器距离，使用户行走识别系统感知范围增加200%；

• 在多目标场景下，合理增加收发器距离，使检测范围仅包含感知目标，能在干扰人在0.5m的周围实现准确的呼吸检测。

三、前言

1. 当前研究

(1) 本领域研究

CSI做感知早期工作有人的存在性检测，室内人体跟踪，以及近期的手势/活动识别、呼吸生命特征检测，甚至最新的材料感知（都能搞材料了）和成像，以及鲁棒性和准确性（本论文的价值）。

（2）存在问题

感知范围有限：因为WIFI的感知依赖于目标微弱的信号反射，所以感知范围在4-6m，而WIFI通信有几十米；

非目标的干扰：WIFI的信号是多个反射信号叠加的信号，来自非感知目标运动带来的影响也会在接收端信号叠加，对接收信号带来干扰，使WIFI感知只能部署单用户环境下。

（3）别人方案

其一:采用专门信号处理方案，例如CSI商消除硬件带来的噪音，能提高信号质量，缺点是感知范围提升微乎其微；

其二：采用专门硬件设备，例如采用天线阵列的波束成形，将信号聚焦在感知目标从而提升感知范围，缺点是会破坏信号相位，需要设计信号恢复算法使能与波束成形同时使用。

2. 我们创新

（1）解决思路：

发现感知WIFI感知范围受到收发器距离有明显的影响，进一步研究，设想单用户能不能提高感知范围，多用户下能否控制感知范围排除其他人运动带来干扰；

（2）创新点

★受到WIFI通信度量指标SNR的启发，提出WIFI感知度量指标SSNR，量化WIFI系统感知能力；

★基于SSNR，提出了WIFI感知能力和收发器距离的数学模型，并用实验验证模型的有效性；

★模型发现：当LOS距离增加时，WIFI的感知范围先由较小的椭圆逐步变为最大的椭圆，随后范围之间变小呈现花生状，进一步增加距离时，感知范围分离为围绕收发器的两个椭圆。

★两个研究问题能有效的处理：基于模型的发现，应用在行人步态识别和呼吸检测系统，行走识别的感知范围提升200%，同时当附近有其他人的干扰，人体呼吸依然能准确检测。

三、实验图表

1. 理论验证实验

（1）实验一：研究静态信号（静态路径叠加的信号）对感知范围的影响

■ 原因：在实验中，发现除了热噪音（硬件自带的）会影响感知性能，静态信号也会有影响。所以，有必要下实验研究一下下。

■过程：

■结论：三个实验表面感知效果和静态功率线性相关的。

（2）实验二：验证WIFI感知范围模型的特性；

■ 原因：基于提出的SSNR、感知模型模型由小到大在分开，需要实验来支撑。

■过程：

■结论：感知的模型能在验证实验中得到体现（笑话，模型不能验证文章还能收录？）。

2. 案例验证实验

（1）案例一：模型对提高人体行走的感知范围

■ 原因：要验证解决了第一个问题——感知范围有限，需要一个案例来验证。

■过程：

■结论：能够提高行走检测感知范围200%。

（1）案例二：模型对提高呼吸检测的干扰消除

■ 原因：要验证解决了第二个问题——周围人运动的干扰，需要1个案例来验证。

■过程：

■结论：周围有人的活动方式，依旧能消除干扰，准确检测呼吸。

四、局限性与展望

1. 模型的假设：实验的假设是收发器之间人沿着一个方向走的反射是一个常量，尽管很早有文章提出来过，但理论和真实还是会有偏差；

2. 收发器高度差：实验中发现收发器高度差在2m模型开始有明显偏差，如果从2D到3D（例如一个在天花板、一个在地面），这个方向也是一个比较大挑战。

五、文章启发

■本文的创新点表达有逻辑,一环扣一环：先提出SSNR->基于SSN提出范围模型->基于模型验证案例；

■他的idea产生：好像来源于实际需要，需要提高感知范围，然后发现了合理放置弄个模型来提高范围；

■他这个图：WIFI多径传播信号可借鉴，不要只有三根线，都添加一些家居、环境，这样好看一些。