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ComplexBeat: Breathing Rate Estimation from Complex CSI

Résumé

In this paper, we explore the use of channel state information (CSI) from a WiFi system to estimate the breathing rate of a person in a room. In order to extract WiFi CSI components that are sensitive to breathing, we propose to consider the delay domain channel impulse response (CIR), while most state-of-the-art methods consider its frequency domain representation. One obstacle while processing the CSI data is that its amplitude and phase are highly distorted by measurement uncertainties. We thus also propose an amplitude calibration method and a phase offset calibration method for CSI measured in orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) multiple-input multiple-output (MIMO) systems. Finally, we implement a complete breathing rate estimation system in order to showcase the effectiveness of our proposed calibration and CSI extraction methods.

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Concepts associés (33)
Channel state information
Dans les communications sans fil telles que le Wi-Fi, les informations d'état du canal (CSI) font référence aux propriétés connues du canal d'une liaison de communication. Ces informations décrivent comment un signal se propage de l'émetteur vers le récepteur et représentent l'effet combiné, par exemple, de la diffusion, de l’affaiblissement et de la diminution de la puissance du signal avec la distance. La méthode est appelée estimation de canal.
Orthogonal frequency-division multiplexing
L’OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) est un procédé de codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses. Cette technique permet de lutter contre les canaux sélectifs en fréquence en permettant une égalisation de faible complexité. Ces canaux se manifestent notamment en présence de trajets multiples et sont d'autant plus pénalisants que le débit de transmission est élevé.
MIMO (télécommunications)
Multiple-Input Multiple-Output ou MIMO (« entrées multiples, sorties multiples » en français) est une technique de multiplexage utilisée dans les radars, réseaux sans fil et les réseaux mobiles permettant des transferts de données à plus longue portée et avec un débit plus élevé qu’avec des antennes utilisant la technique SISO (Single-Input Single-Output). Alors que les anciens réseaux Wi-Fi ou les réseaux GSM standards utilisent une seule antenne au niveau de l'émetteur et du récepteur, MIMO utilise plusieurs antennes tant au niveau de l'émetteur (par exemple un routeur) que du récepteur (par exemple un PC portable ou un smartphone).
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