Wi-Fi是目前使用最普遍的無(wú)線通信技術(shù)之一。它使用簡(jiǎn)單、安裝方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。其性能逐年持續(xù)提高。2020年美國(guó)家庭平均有11個(gè)聯(lián)接設(shè)備,其中大部分使用Wi-Fi技術(shù)。
隨著技術(shù)的進(jìn)步,Wi-Fi不僅是一種提供聯(lián)接和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的通信技術(shù),也是一種傳感技術(shù),在智能家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,實(shí)現(xiàn)了安全保障和家庭關(guān)懷服務(wù)。
Wi-Fi傳感技術(shù)支持運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、人類活動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別、生命體征檢測(cè)等多種功能和應(yīng)用。
由于Wi-Fi廣泛部署在家居和建筑物中,Wi-Fi傳感是一種先天性的高性價(jià)比傳感技術(shù)。
現(xiàn)有的Wi-Fi路由器、網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)和客戶端設(shè)備之間的信號(hào)結(jié)點(diǎn),形成了一個(gè)覆蓋整個(gè)家居的Wi-Fi傳感網(wǎng)絡(luò),可用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和人類活動(dòng)檢測(cè)等應(yīng)用。不需要額外的傳感器或網(wǎng)關(guān)來(lái)構(gòu)建一個(gè)單獨(dú)的、專門的傳感網(wǎng)絡(luò)。
與基于攝像頭或紅外(IR)的傳感和監(jiān)控解決方案不同,Wi-Fi傳感具有多種優(yōu)勢(shì)。
它可以在NLOS(非視線)條件下工作,并且支持更大的覆蓋范圍,具有更遠(yuǎn)的距離和更廣的角度。
此外,它還能保護(hù)用戶的隱私,可以安裝在浴室和臥室等私人區(qū)域。
Wi-Fi傳感從設(shè)備之間用于數(shù)據(jù)通信的普通數(shù)據(jù)包和信號(hào)中收集信息。它既不需要額外或?qū)iT的信號(hào),也不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)性能或用戶體驗(yàn)。
Wi-Fi工作在2.4 GHz、5 GHz、6 GHz和60 GHz頻段。這三個(gè)頻段的Wi-Fi信號(hào)的波長(zhǎng)從4.2 cm(6 GHz頻段)到12.4 cm(2.4 GHz頻段)。
這樣的信號(hào)非常適合通過(guò)更復(fù)雜的天線、DSP(數(shù)字信號(hào)處理)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和技術(shù),對(duì)人類進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、活動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別,以及呼吸頻率甚至心跳檢測(cè)。
過(guò)去,Wi-Fi傳感采用的是RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo))。RSSI是無(wú)線環(huán)境中的相對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度,以任意單位表示。它通常以每個(gè)數(shù)據(jù)包為單位進(jìn)行測(cè)量。在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中,許多廠商只測(cè)量最強(qiáng)天線的RSSI。
安森美半導(dǎo)體的QCS-AX / QSC-AX2產(chǎn)品可測(cè)量每根天線的RSSI值。
RSSI是一個(gè)粗粒度的參數(shù)和一個(gè)低分辨率的功能。它在每個(gè)數(shù)據(jù)包中只有一個(gè)值。
因此,在Wi-Fi傳感方案中,RSSI正在被信道狀態(tài)信息(CSI)所取代。
什么是CSI?
信道狀態(tài)信息是信道頻率響應(yīng)(CFR)的采樣版本。它是信道脈沖響應(yīng)(CIR)的頻域版本。
在QCS-AX和QCS-AX2方案中,CSI可以通過(guò)多達(dá)8個(gè)天線的實(shí)時(shí)方法,為每個(gè)數(shù)據(jù)包捕獲多達(dá)8個(gè)空間流和多達(dá)160 MHz的信道。
下面的矩陣顯示了一個(gè)4x4 MIMO(多輸入多輸出)接收器對(duì)來(lái)自1x1 SISO(單輸入單輸出)客戶端的80 MHz信號(hào)進(jìn)行CSI捕獲的例子。當(dāng)客戶端支持MIMO并通過(guò)多個(gè)天線發(fā)送多個(gè)流時(shí),矩陣就變成了三維的。
注:每行代表一個(gè)天線;每列代表一個(gè)子載波。80 MHz帶寬共234個(gè)可用子載波,160 MHz共468個(gè)可用子載波
從上面可以很容易地觀察到,CSI是一個(gè)非常細(xì)粒度和高分辨率的功能。它增加了頻域和空間域的多樣性。
此外,每個(gè)CSI都有振幅和相位值,這比RSSI的信息量要大得多,而RSSI只是一個(gè)整數(shù),代表每個(gè)數(shù)據(jù)包的信號(hào)強(qiáng)度。
Figure 1, Example of CSI amplitude and phase of a packet from a 20MHz client
還需要指出的是,時(shí)間序列CSI信息對(duì)所有Wi-Fi傳感應(yīng)用非常關(guān)鍵,從運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、活動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別到生命檢測(cè)等。
安森美半導(dǎo)體的QCS-AX和QCS-AX2 Wi-Fi 6芯片組支持高達(dá)3毫秒間隔的實(shí)時(shí)CSI捕獲。將CSI用于Wi-Fi傳感可顯著提高顆粒度、靈敏度、準(zhǔn)確性和魯棒性。
表1、QCS-AX和QCS-AX2方案所支持的CSI功能摘要
液位傳感器??壓力傳感器??扭矩傳感器??測(cè)力傳感器??稱重傳感器??
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