無(wú)線電波的顛覆式應(yīng)用方案

上海潤(rùn)欣科技股份有限公司創(chuàng)研社

無(wú)線電波是指在自由空間傳播的電磁波，她通過(guò)直射、反射、散射、穿透等方式進(jìn)行傳播，而WIFI、藍(lán)牙等通信技術(shù)是無(wú)線電波最常用的一些技術(shù)應(yīng)用方案，這些應(yīng)用為我們生活帶來(lái)了很大的便利性，已經(jīng)跟我們的生活方式息息相關(guān)。本文所描述的無(wú)線電波的顛覆式應(yīng)用方案先講述基于WIFI的空間探測(cè)應(yīng)用。

說(shuō)到WIFI，大家腦海里呈現(xiàn)出的應(yīng)用場(chǎng)景可能是上網(wǎng)，可能數(shù)據(jù)文件傳輸，可能是界面共享等，在家里面可以通過(guò)WIFI進(jìn)行工作的設(shè)備有很多，除了手機(jī)和電腦之外還有電視機(jī)、攝像頭、空調(diào)等，甚至在某些家庭的電燈、冰箱、油煙機(jī)里面都帶有WIFI連接功能。這是目前大家所能使用到的WIFI技術(shù)在生活應(yīng)用方面的一些場(chǎng)景，大家所關(guān)注的技術(shù)參數(shù)是WIFI的傳輸性能，WIFI的用戶(hù)數(shù)容量，WIFI的通信距離，等等性能參數(shù)；然而，基于目前家庭里面的WIFI設(shè)備，還有一個(gè)隱藏的功能，就是WIFI空間探測(cè)，她是基于WIFI信道信息分析后形成的一種空間感知算法應(yīng)用。

通過(guò)家庭里面現(xiàn)有的WIFI設(shè)備，我們只需要做軟件升級(jí)就可以監(jiān)控你家庭里的各種行為動(dòng)態(tài)，是不是覺(jué)得很不可思議呢！

WIFI通信是一種工作在特定頻段下的電磁波傳遞，WIFI信號(hào)在從一端到另一端的傳遞過(guò)程中會(huì)發(fā)生直射、反射、散射等多路徑傳播，接收端會(huì)進(jìn)行多徑疊加信號(hào)形成一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度，大家在手機(jī)上或電腦上看到的信號(hào)強(qiáng)與弱就是跟這個(gè)疊加后的信息有關(guān)，而WIFI空間探測(cè)技術(shù)方案就是跟這個(gè)多路徑傳遞相關(guān)的一種非通信類(lèi)應(yīng)用，見(jiàn)圖1。

圖1

衡量WIFI信號(hào)的一般是信號(hào)強(qiáng)度RSSI（Received Signal Strength），而實(shí)際上RSSI是屬于MAC層（媒體訪問(wèn)控制層），來(lái)自每個(gè)信號(hào)包，這個(gè)信號(hào)強(qiáng)度是對(duì)反射、散射、繞射等多個(gè)路徑多個(gè)信號(hào)的疊加，并且由于信號(hào)在不同路徑下傳輸時(shí)時(shí)延的不同會(huì)產(chǎn)生相位差，不同相位的疊加會(huì)形成多徑衰減，所以RSSI強(qiáng)度信息因?yàn)榄h(huán)境的關(guān)系會(huì)有較大的波動(dòng)，對(duì)于位置的感知存在較大的偏差。

為了更精確地基于WIFI完成空間探測(cè)，需要用到WIFI的另一個(gè)重要的空口信息CSI。CSI是衡量信道情況的信道狀態(tài)信息（Channel State Information）,屬于PHY層，來(lái)自O(shè)FDM系統(tǒng)下解碼的子載波。OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)，就是將信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各個(gè)子載波并行傳輸。CSI是細(xì)粒度的物理信息，對(duì)環(huán)境更加敏感，通過(guò)每個(gè)子載波上的信道信息，能夠刻畫(huà)WIFI信道的頻率選擇性衰落特性，此外，CSI包含了每一個(gè)子載波的幅度和相位信息，從而可以提供更為豐富的頻域信息，所以通過(guò)CSI可以做到物體和行為的更精確的定位和識(shí)別。

基于WIFI CSI信息的環(huán)境感知功能只需要一臺(tái)WIFI路由器和一個(gè)WIFI終端設(shè)備即可完成，由于WIFI的信號(hào)發(fā)射是全方位無(wú)死角的，所以能夠感知環(huán)境內(nèi)各個(gè)隱蔽角落的信號(hào)變化，對(duì)于各種安全式監(jiān)控有著非常大的優(yōu)勢(shì)。

WIFI空間探測(cè)不需要收集可見(jiàn)光，所以不受光照和能見(jiàn)度的影響，并且不存在侵犯隱私問(wèn)題，其監(jiān)控范圍廣而無(wú)死角，非常適合智能家居應(yīng)用；通過(guò)高精度的算法可以實(shí)現(xiàn)人員闖入、移動(dòng)、姿態(tài)等行為檢測(cè)，通過(guò)一些定制的WIFI接收器甚至可以做到手勢(shì)遙控等功能。