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毫米波技術入局智能家居,是大材小用還是技術革命?

2022-04-07 16:44 作者:智哪兒  | 我要投稿


作者:牧之

編輯:小沐

出品:智哪兒 zhinaer.cn


華為推出的毫米波AI超感傳感器,讓很多人第一次認識到了這項通信技術在智能家居領域的潛力——盡管這并不是首創(chuàng)。本文,我們著重講解下毫米波的原理,以及它對智能家居場景可能帶來的技術變革。


通信領域,長遠來看應該是毫米波主導的。不談自動駕駛和智能家居,我們經(jīng)常念叨的5G,它的終極形態(tài)應該就是毫米波通訊。目前5G被分為Sub-6G和毫米波兩種,而全世界只有美國在推動基于毫米波的5G建設(因為厘米波被軍方占用)。


隨著5G的發(fā)展,毫米波基建會逐步啟動,帶來真正意義上的通信變革。這個,應該是與每個人的生活,關系最密切的毫米波應用。當然,在這之前,自動駕駛也好,智能家居也罷,已經(jīng)成為毫米波施展拳腳的重地。


1
毫米波究竟是個啥?

一般認為,頻段介于30~300GHz,波長在1~10毫米之間的電磁波,被稱作毫米波。它正好介于微波和遠紅外光波之間。這個區(qū)域,是一個亟待被挖掘的地帶,因為它是一片凈土,幾乎不存在其他信號的干擾。

在通信領域,毫米波最大的優(yōu)勢是帶寬大,翻譯成用戶的語言,那就是網(wǎng)速快。注意,這里說的快,一般是指下載速度大。當然,由于毫米波通信技術,同時還具備指向性強和傳輸距離短等特點,也就造就了它低延遲的優(yōu)勢。這是通信意義上的「快」。


可以理解為,毫米波相當于是建了一條限速高、車道多的新型高速公路,既不容易發(fā)生擁擠,又能充分保障信息的通行效率。只不過,真正的毫米波通信,其基建成本十分燒錢。

那么在感知領域呢?為什么要用毫米波?


想想汽車的ADAS功能,為什么都是基于毫米波雷達構建的。很顯然,毫米波非常用來適合對環(huán)境感知要求較高的場景。這是因為毫米波的三大特性:

1、毫米波的探測能力強。由于帶寬大、頻譜廣,其頻率資源豐富,可以有效排除干擾,不受雜亂回波的影響。因為對于雷達來說,頻率的掃描帶寬決定了對于目標的測量分辨率。這個很好理解。此外,毫米波的波束窄,能分辨相距更近的小目標,對于細節(jié)的捕捉更好一些。

2、毫米波相較于紅外和激光,其穿透性更強。比如降雨、沙塵和煙霧等,毫米波的可靠性更好。當然,只是相對來說,比如降雨,其實會嚴重干擾毫米波的通信距離,因為5G領域毫米波的大氣干擾是個很熱門的課題。但在室內(nèi)領域,毫米波的這些優(yōu)勢,就非常明顯了。

3、毫米波頻段的頻率非常干凈,沒有其他頻段干擾,因為數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量很高。所以自動駕駛這樣的對于安全冗余要求很高的場景,也采用了毫米波技術。

還有一個特點,也是毫米波能作為感知硬件的要素,那就是它的設備可以做到小型化和隱蔽性。當然,在智能家居領域,現(xiàn)有的超聲波和紅外線感知,也具有小型化的特點。但是論隱蔽性,非毫米波米莫屬。


華為的毫米波傳感器,在官方PPT上為了演示,被畫成了一個類似于煙霧報警器的裝置,安裝在屋頂。其實,對于重視美觀性的家居場景,毫米波雷達完全可以做到隱蔽。畢竟你的頭頂上老是懸著一個裝置,可能會有種自己的生活被監(jiān)視的感覺。


2
對于智能家居的殺手級作用

在智能家居場景,毫米波的作用整體來說,就是一個:存在感知。當然,超聲波和紅外也可以做到,但不夠精準。主要是因為,這兩種技術的干擾因素太多。

在煙霧、溫度、強光的抗干擾性能上,只有毫米波完全勝任。在被探測物體的識別上,毫米波也是遠遠領先的。除了一點,那就是如果物體材質(zhì)偏軟,毫米波由于具有穿透性,識別精度會受影響。


最為顯著的差別在于,毫米波捕獲的信息量大。超聲波和紅外線只能判斷物體的存在和距離,但毫米波還可以判斷物體的速度、運動方向。這里要補充一點:紅外線是無法判斷靜止物體的,它只能識別動態(tài)物體。

我們順便講下毫米波感知的原理。它主要依靠三方面的算法來捕獲物體信息:一是TOF飛行時間,這個很好理解,用來判斷距離的;二是根據(jù)多普勒效應,通過回波的頻率變化來判斷相對速度;三是測量方位角,可以通過兩個并列天線的回波相位差,來得出方位信息。


在智能家居場景中,毫米波的運用簡單來說能實現(xiàn)三大功能:一是人體的存在與否,判斷房間里有沒有人;二是人體的運動信息,速度和方位;三是人體的姿態(tài),是坐著還是站著還是躺著。

這對于以人為本的智能家居,應該是畫龍點睛之筆。而且,應用場景非常豐富。隨便舉個例子:通過人體姿態(tài)的判斷,可以在用戶從站立到躺下后,關閉客廳的燈光。又或者,從躺下到站立,自動開啟臥室的燈光等。

其實,毫米波的潛力遠不止于此。由于波長短,這意味它的精度很高。比如頻率為60或77GHz的毫米波雷達(對應波長在4毫米范圍內(nèi)),就能夠檢測出短至小于1mm的移動。因為,毫米波雷達可以精確判斷人體的微動,來推測人的動作狀態(tài),甚至心理狀態(tài)。

我們再進一步科普下:毫米波其實還可以測量人的呼吸、心跳和體溫等生命特征。由此來判斷用戶的睡眠質(zhì)量和健康狀況。對于家中有小孩、老人或者慢性病人的場景,非常實用。至于是如何測量生命體征的,原理比較復雜,我們暫不贅述。


3
大材小用還是技術革命?

按照余承東的說法,毫米波是自動駕駛技術「降維」至智能家居。這么說有些過分了。毫米波固然神奇,但也不是什么神仙技術。在自動駕駛領域,激光雷達才算是有資格降維的。


但說實話,智能家居場景中,毫米波的運用確實是非常稀少的。關鍵是,它確實能帶來一些實質(zhì)性的體驗升級。各種場景數(shù)不勝數(shù):

調(diào)解光源對于一個家庭中不同用戶的影響

吹空調(diào)時可以避免直吹

洗澡或上廁所時,根據(jù)姿態(tài)來決定是否開啟暖風或排氣扇

老人不慎跌倒時,準確告知家屬

小孩蹬掉了被子,及時通知父母

寵物狗從籠子里跑了出來

孩子不上網(wǎng)課偷偷摸摸玩手機

等等等


你可能會說,以上很多場景,通過智能攝像頭不就可以解決嗎?前提是,你得安裝很多個攝像頭,而且攝像頭必須得有高超的識別算法。當然,重點還是隱私問題。很多人不想有個攝像頭對著自己,監(jiān)控生活。

攝像頭一蓋,證據(jù)就缺失了。但是毫米波雷達不一樣,它可以隱藏在吊頂中這可能是毫米波雷達相較于攝像頭,一個明顯的優(yōu)勢。那就是隱私的保護。當然,也不要抬杠,攝像頭本來就是監(jiān)控用途,該監(jiān)控的地方還是要監(jiān)控的。

整體來說,毫米波雷達對于智能家居的核心價值,就是讓系統(tǒng)主動服務成為現(xiàn)實。而且這個過程是無感的,非指令式的。它可以讓智能家居,真正的主動服務用戶,而不是依賴于各種聯(lián)動邏輯來被動服務用戶。

所以我們說它是智能家居的一個畫龍點睛之筆。目前來看,從性能和成本方面考慮,貌似沒有比毫米波雷達更適合的感知硬件,所以智能家居很需要它。



結語

不僅家庭場景,酒店、寫字樓、養(yǎng)老院等場景,也都需要毫米波雷達的加持,來實現(xiàn)場景的主動化服務。智能家居有一點跟自動駕駛是相通的,那就是感知是第一位的。如果你采集不到用戶的行為特征,談何主動服務呢?

沒有主動服務的智能家居,不就是家庭自動化嗎?


(智哪兒zhinaer.cn原創(chuàng)文章,轉載請獲取授權并注明來源)

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