OpenWIFI项目中CSI相位跳变问题的分析与解决

问题背景

在使用OpenWIFI项目进行无线感知研究时，研究人员发现了一个令人困惑的现象：在环境相对稳定的情况下，信道状态信息(CSI)的相位会出现突然跳变。这种现象严重影响了基于CSI的无线感知应用的准确性，如室内定位、手势识别等。

现象描述

在测试过程中，研究人员将收发天线保持静止状态，甚至将测试环境移至暗室以最大限度减少环境干扰。然而，观测到的CSI相位仍然会出现突然变化，且这种变化呈现出一定的规律性。具体表现为：

1. 相位跳变幅度通常接近180度
2. 幅度信息保持正常
3. 即使频率偏移为零时，相位跳变现象仍然存在

初步分析

研究人员最初怀疑相位跳变是由频率偏移引起的，但后续测试排除了这一可能性。通过深入分析捕获的IQ数据，发现：

1. STF(短训练序列)和LTF(长训练序列)的峰值位置与理论预期存在偏差
2. 对STF序列进行FFT分析后，在幅度较大的频率点上出现了180度的相位不连续
3. 连续数据包的CSI相位有时保持一致，有时则突然跳变180度

解决方案探索

经过多次试验和技术交流，确定了以下解决方案：

1. 使用IQ捕获功能：采用特定的触发条件(条件3：tx_intf_iq0变为非零)来捕获更稳定的信号
2. 优化天线配置：将收发天线近距离共置(约30cm)，并使用喇叭天线
3. 手动增益控制：将接收增益设置为30dB(实际接收增益约41dB)，避免自动增益控制带来的不稳定性
4. 关闭发射本振自动控制：通过设置xpu寄存器13为1，禁用Tx LO的自动控制功能，防止每次LO开关导致的相位变化

实施细节

具体实施步骤如下：

1. 配置系统参数：

   • 设置IQ捕获长度为4095
   • 配置触发模式为3
   • 手动设置接收增益

2. 信号处理流程：

   • 生成标准的LTF和STF序列
   • 去除DC分量后进行相关计算
   • 从峰值位置提取160个样本作为STF/LTF序列
   • 进行FFT分析获取频域特性

3. CSI计算：

   • 对捕获的LTF序列进行FFT
   • 除以发射端的LTF频域信号
   • 解卷绕相位信息进行分析

技术要点

1. 相位稳定性关键：保持硬件配置的一致性对相位稳定性至关重要，特别是本振控制和增益设置
2. 信号处理技巧：准确识别和提取STF/LTF序列是获得可靠CSI的基础
3. 环境控制：减少多径干扰和环境噪声可以提高测量结果的可靠性

结论

通过系统性的问题分析和多方面的优化措施，成功解决了OpenWIFI项目中CSI相位跳变的问题。这一解决方案不仅提高了CSI测量的稳定性，也为后续基于CSI的无线感知应用研究奠定了坚实基础。对于无线通信和感知领域的研究人员，这一案例提供了宝贵的实践经验，特别是在处理相位敏感型测量时的注意事项和解决方法。