三维高分辨率Wi-Fi成像研究

Wi-Fi imaging is a new imaging technology, which can capture the image of a target object by analyzing the Wi-Fi signal dynamics that is caused by the object when the Wi-Fi signals pass through or reflect by the object. Compared with other imaging technologies, Wi-Fi imaging has many advantages such as high-security, long imaging distance and strong penetration ability, thus it can be used in many application scenarios. However, existing Wi-Fi imaging methods cannot be used immediately since they can only generate 2-dimension and low-resolution images. To solve this problem, we plan to investigate the key problem of how to realize 3-dimension and high-resolution imaging in this proposal. We plan to propose a novel MIMO based imaging architecture which is consisting of multiple antennas. Through the cooperation among different antennas, we can fully exploit the 3-dimension space information and consequently get 3-dimension images.

Wi-Fi成像通过分析Wi-Fi信号经过目标物体后衰减或被目标物体反射造成信号参数的改变而获得物体图像。相比其他成像技术，Wi-Fi成像同时具备安全性高、成像距离远、穿透性强等优势，具有广阔应用空间。然而，现有的Wi-Fi成像方法只能实现物体的二维低分辨率成像，无法满足实际应用需求。如何实现物体三维高分辨率Wi-Fi成像，是本课题拟研究的核心问题。本课拟提出MIMO多天线部署的Wi-Fi成像新架构，通过多方位天线间协同挖掘三维空间信息，探索三维成像的新技术。

作为一年期前沿探索项目，本课题的研究聚焦为Wi-Fi成像方法探索。相比其他成像技术，Wi-Fi成像具有独特优势和广阔应用潜力，可应用在非接触式安全检查、基于环境感知的超高短距无线网络等多个方面。.本课题的研究目标是提出创新的Wi-Fi成像架构，探索实现物体3D高分辨率Wi-Fi成像的新方法。为实现该目标，本课题深入研究提出了基于MIMO天线阵列的Wi-Fi成像新方法，通过多方位天线间的协同挖掘空间信息，在此基础上设计了兼容最新Wi-Fi标准IEEE 802.11ad的环境感知新技术和基于环境信息的网络部署优化。此外，本课题也在可扩展MIMO和感知无线电方面开展了更深入的研究，提出了MIMO多用户并发和动态频谱共享机制。.在Wi-Fi成像及其在网络优化应用的核心技术方面，本课题重点研究了基于环境感知重构的波束重定向方法: 在正常网络传输的同时，以逆向工程的方法分析提取MIMO天线阵列(phased array)信道中蕴含的环境信息，实现周围环境的感知重构，准确定位周围环境中高反射率物体。基于这些感知信息，设计了利用反射路径的波束快速重定向，从而大幅度提高实际移动环境下的网络性能。.在可扩展Wi-Fi MIMO传输关键技术方面，本课题提出了一种效用优化的调度机制OUS，通过优化网络整体的效用，在最大化利用网络传输资源的同时保障用户公平性。在此基础上，本课题提出一种贪心调度算法GreedyMax。其主要思路是采用贪心算法逼近离散非线性最优化模型的最优解，并以此降低运算的复杂度。.整个项目进展顺利，截止到目前为止，该项目的计划工作均已顺利完成。在本项目的开展过程中，我们共发表/录用论文7篇，其中顶级国际学术会议论文USENIX NSDI 一篇、IEEE INFOCOM两篇（CCF A类）；取得专利两项，研究报告一篇。这些研究成果揭示了Wi-Fi成像的深层次问题和挑战，也解决了部分关键技术问题，为后续高分辨率成像和移动物体成像的研究奠定了良好基础。