上海潤欣科技股份有限公司創研社

無線電波是指在自由空間傳播的電磁波，她通過直射、反射、散射、穿透等方式進行傳播，而WIFI、藍牙等通信技術是無線電波最常用的一些技術應用方案，這些應用為我們生活帶來了很大的便利性，已經跟我們的生活方式息息相關。本文所描述的無線電波的顛覆式應用方案先講述基于WIFI的空間探測應用。

說到WIFI，大家腦海里呈現出的應用場景可能是上網，可能數據文件傳輸，可能是界面共享等，在家里面可以通過WIFI進行工作的設備有很多，除了手機和電腦之外還有電視機、攝像頭、空調等，甚至在某些家庭的電燈、冰箱、油煙機里面都帶有WIFI連接功能。這是目前大家所能使用到的WIFI技術在生活應用方面的一些場景，大家所關注的技術參數是WIFI的傳輸性能，WIFI的用戶數容量，WIFI的通信距離，等等性能參數；然而，基于目前家庭里面的WIFI設備，還有一個隱藏的功能，就是WIFI空間探測，她是基于WIFI信道信息分析后形成的一種空間感知算法應用。

通過家庭里面現有的WIFI設備，我們只需要做軟件升級就可以監控你家庭里的各種行為動態，是不是覺得很不可思議呢！

WIFI通信是一種工作在特定頻段下的電磁波傳遞，WIFI信號在從一端到另一端的傳遞過程中會發生直射、反射、散射等多路徑傳播，接收端會進行多徑疊加信號形成一個信號強度，大家在手機上或電腦上看到的信號強與弱就是跟這個疊加后的信息有關，而WIFI空間探測技術方案就是跟這個多路徑傳遞相關的一種非通信類應用，見圖1。

圖1

衡量WIFI信號的一般是信號強度RSSI（Received Signal Strength），而實際上RSSI是屬于MAC層（媒體訪問控制層），來自每個信號包，這個信號強度是對反射、散射、繞射等多個路徑多個信號的疊加，并且由于信號在不同路徑下傳輸時時延的不同會產生相位差，不同相位的疊加會形成多徑衰減，所以RSSI強度信息因為環境的關系會有較大的波動，對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，需要用到WIFI的另一個重要的空口信息CSI。CSI是衡量信道情況的信道狀態信息（Channel State Information）,屬于PHY層，來自OFDM系統下解碼的子載波。OFDM正交頻分復用技術屬于多載波調制技術，就是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各個子載波并行傳輸。CSI是細粒度的物理信息，對環境更加敏感，通過每個子載波上的信道信息，能夠刻畫WIFI信道的頻率選擇性衰落特性，此外，CSI包含了每一個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CSI可以做到物體和行為的更精確的定位和識別。

基于WIFI CSI信息的環境感知功能只需要一臺WIFI路由器和一個WIFI終端設備即可完成，由于WIFI的信號發射是全方位無死角的，所以能夠感知環境內各個隱蔽角落的信號變化，對于各種安全式監控有著非常大的優勢。

WIFI空間探測不需要收集可見光，所以不受光照和能見度的影響，并且不存在侵犯隱私問題，其監控范圍廣而無死角，非常適合智能家居應用；通過高精度的算法可以實現人員闖入、移動、姿態等行為檢測，通過一些定制的WIFI接收器甚至可以做到手勢遙控等功能。