【技术分享】无线电波的颠覆式应用方案

日期:2018-11-01 作者:润欣科技创研社 返回列表

无线电波是指在自由空间传播的电磁波,它通过直射、反射、散射、穿透等方式进行传播,而WIFI、蓝牙等通信技术是无线电波最常用的一些技术应用方案,这些应用为我们生活带来了很大的便利性,已经跟我们的生活方式息息相关。本文所描述的无线电波的颠覆式应用方案先讲述基于WIFI的空间探测应用。


说到WIFI,大家脑海里呈现出的应用场景可能是上网,可能数据文件传输,可能是界面共享等,在家里面可以通过WIFI进行工作的设备有很多,除了手机和电脑之外还有电视机、摄像头、空调等,甚至在某些家庭的电灯、冰箱、油烟机里面都带有WIFI连接功能。这是目前大家所能使用到的WIFI技术在生活应用方面的一些场景,大家所关注的技术参数是WIFI的传输性能,WIFI的用户数容量,WIFI的通信距离,等等性能参数;然而,基于目前家庭里面的WIFI设备,还有一个隐藏的功能,就是WIFI空间探测,它是基于WIFI信道信息分析后形成的一种空间感知算法应用。


通过家庭里面现有的WIFI设备,我们只需要做软件升级就可以监控你家庭里的各种行为动态,是不是觉得很不可思议呢!


WIFI通信是一种工作在特定频段下的电磁波传递,WIFI信号在从一端到另一端的传递过程中会发生直射、反射、散射等多路径传播,接收端会进行多径叠加信号形成一个信号强度,大家在手机上或电脑上看到的信号强与弱就是跟这个叠加后的信息有关,而WIFI空间探测技术方案就是跟这个多路径传递相关的一种非通信类应用,见图1。


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图1


衡量WIFI信号的一般是信号强度RSSI(Received Signal Strength),而实际上RSSI是属于MAC层(媒体访问控制层),来自每个信号包,这个信号强度是对反射、散射、绕射等多个路径多个信号的叠加,并且由于信号在不同路径下传输时时延的不同会产生相位差,不同相位的叠加会形成多径衰减,所以RSSI强度信息因为环境的关系会有较大的波动,对于位置的感知存在较大的偏差。


为了更精确地基于WIFI完成空间探测,需要用到WIFI的另一个重要的空口信息CSI。CSI是衡量信道情况的信道状态信息(Channel State Information),属于PHY层,来自OFDM系统下解码的子载波。OFDM正交频分复用技术属于多载波调制技术,就是将信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各个子载波并行传输。CSI是细粒度的物理信息,对环境更加敏感,通过每个子载波上的信道信息,能够刻画WIFI信道的频率选择性衰落特性,此外,CSI包含了每一个子载波的幅度和相位信息,从而可以提供更为丰富的频域信息,所以通过CSI可以做到物体和行为的更精确的定位和识别。


基于WIFI CSI信息的环境感知功能只需要一台WIFI路由器和一个WIFI终端设备即可完成,由于WIFI的信号发射是全方位无死角的,所以能够感知环境内各个隐蔽角落的信号变化,对于各种安全式监控有着非常大的优势。


WIFI空间探测不需要收集可见光,所以不受光照和能见度的影响,并且不存在侵犯隐私问题,其监控范围广而无死角,非常适合智能家居应用;通过高精度的算法可以实现人员闯入、移动、姿态等行为检测,通过一些定制的WIFI接收器甚至可以做到手势遥控等功能。

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