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(rèn)識(shí)到了這項(xiàng)通信技術(shù)在智能家居領(lǐng)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(duì)智能家居場(chǎng)景可能帶來(lái)的技術(shù)變革。

通信領(lǐng)域，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看應(yīng)該是毫米波主導(dǎo)的。不談自動(dòng)駕駛和智能家居，我們經(jīng)常念叨的5G，它的終極形態(tài)應(yīng)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(guó)在推動(dòng)基于毫米波的5G建設(shè)（因?yàn)槔迕撞ū卉姺秸加茫?/p>

隨著5G的發(fā)展，毫米波基建會(huì)逐步啟動(dòng)，帶來(lái)真正意義上的通信變革。這個(gè)，應(yīng)該是與每個(gè)人的生活，關(guān)系最密切的毫米波應(yīng)用。當(dāng)然，在這之前，自動(dòng)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(gè)啥？

一般認(rèn)為，頻段介于30~300GHz，波長(zhǎng)在1~10毫米之間的電磁波，被稱(chēng)作毫米波。它正好介于微波和遠(yuǎn)紅外光波之間。這個(gè)區(qū)域，是一個(gè)亟待被挖掘的地帶，因?yàn)樗且黄瑑敉?，幾乎不存在其?a target="_blank">信號(hào)的干擾。

在通信領(lǐng)域，毫米波最大的優(yōu)勢(shì)是帶寬大，翻譯成用戶(hù)的語(yǔ)言，那就是網(wǎng)速快。注意，這里說(shuō)的快，一般是指下載速度大。當(dāng)然，由于毫米波通信技術(shù)，同時(shí)還具備指向性強(qiáng)和傳輸距離短等特點(diǎn)，也就造就了它低延遲的優(yōu)勢(shì)。這是通信意義上的「快」。

可以理解為，毫米波相當(dāng)于是建了一條限速高、車(chē)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(guò)，真正的毫米波通信，其基建成本十分燒錢(qián)。

那么在感知領(lǐng)域呢？為什么要用毫米波？

想想汽車(chē)的ADAS功能，為什么都是基于毫米波雷達(dá)構(gòu)建的。很顯然，毫米波非常用來(lái)適合對(duì)環(huán)境感知要求較高的場(chǎng)景。這是因?yàn)楹撩撞ǖ娜筇匦裕?/p>

1、毫米波的探測(cè)能力強(qiáng)。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?yàn)閷?duì)于雷達(dá)來(lái)說(shuō)，頻率的掃描帶寬決定了對(duì)于目標(biāo)的測(cè)量分辨率。這個(gè)很好理解。此外，毫米波的波束窄，能分辨相距更近的小目標(biāo)，對(duì)于細(xì)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(qiáng)。比如降雨、沙塵和煙霧等，毫米波的可靠性更好。當(dāng)然，只是相對(duì)來(lái)說(shuō)，比如降雨，其實(shí)會(huì)嚴(yán)重干擾毫米波的通信距離，因?yàn)?G領(lǐng)域毫米波的大氣干擾是個(gè)很熱門(mén)的課題。但在室內(nèi)領(lǐng)域，毫米波的這些優(yōu)勢(shì)，就非常明顯了。

3、毫米波頻段的頻率非常干凈，沒(méi)有其他頻段干擾，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸質(zhì)量很高。所以自動(dòng)駕駛這樣的對(duì)于安全冗余要求很高的場(chǎng)景，也采用了毫米波技術(shù)。

還有一個(gè)特點(diǎn)，也是毫米波能作為感知硬件的要素，那就是它的設(shè)備可以做到小型化和隱蔽性。當(dāng)然，在智能家居領(lǐng)域，現(xiàn)有的超聲波和紅外線(xiàn)感知，也具有小型化的特點(diǎn)。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(huà)成了一個(gè)類(lèi)似于煙霧報(bào)警器的裝置，安裝在屋頂。其實(shí)，對(duì)于重視美觀性的家居場(chǎng)景，毫米波雷達(dá)完全可以做到隱蔽。畢竟你的頭頂上老是懸著一個(gè)裝置，可能會(huì)有種自己的生活被監(jiān)視的感覺(jué)。

2
對(duì)于智能家居的殺手級(jí)作用

在智能家居場(chǎng)景，毫米波的作用整體來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)：存在感知。當(dāng)然，超聲波和紅外也可以做到，但不夠精準(zhǔn)。主要是因?yàn)?，這兩種技術(shù)的干擾因素太多。

在煙霧、溫度、強(qiáng)光的抗干擾性能上，只有毫米波完全勝任。在被探測(cè)物體的識(shí)別上，毫米波也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先的。除了一點(diǎn)，那就是如果物體材質(zhì)偏軟，毫米波由于具有穿透性，識(shí)別精度會(huì)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(xiàn)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(yùn)動(dòng)方向。這里要補(bǔ)充一點(diǎn)：紅外線(xiàn)是無(wú)法判斷靜止物體的，它只能識(shí)別動(dòng)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(lái)捕獲物體信息：一是TOF飛行時(shí)間，這個(gè)很好理解，用來(lái)判斷距離的；二是根據(jù)多普勒效應(yīng)，通過(guò)回波的頻率變化來(lái)判斷相對(duì)速度；三是測(cè)量方位角，可以通過(guò)兩個(gè)并列天線(xiàn)的回波相位差，來(lái)得出方位信息。

在智能家居場(chǎng)景中，毫米波的運(yùn)用簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)能實(shí)現(xiàn)三大功能：一是人體的存在與否，判斷房間里有沒(méi)有人；二是人體的運(yùn)動(dòng)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(duì)于以人為本的智能家居，應(yīng)該是畫(huà)龍點(diǎn)睛之筆。而且，應(yīng)用場(chǎng)景非常豐富。隨便舉個(gè)例子：通過(guò)人體姿態(tài)的判斷，可以在用戶(hù)從站立到躺下后，關(guān)閉客廳的燈光。又或者，從躺下到站立，自動(dòng)開(kāi)啟臥室的燈光等。

其實(shí)，毫米波的潛力遠(yuǎn)不止于此。由于波長(zhǎng)短，這意味它的精度很高。比如頻率為60或77GHz的毫米波雷達(dá)（對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)在4毫米范圍內(nèi)），就能夠檢測(cè)出短至小于1mm的移動(dòng)。因?yàn)?，毫米波雷達(dá)可以精確判斷人體的微動(dòng)，來(lái)推測(cè)人的動(dòng)作狀態(tài)，甚至心理狀態(tài)。

我們?cè)龠M(jìn)一步科普下：毫米波其實(shí)還可以測(cè)量人的呼吸、心跳和體溫等生命特征。由此來(lái)判斷用戶(hù)的睡眠質(zhì)量和健康狀況。對(duì)于家中有小孩、老人或者慢性病人的場(chǎng)景，非常實(shí)用。至于是如何測(cè)量生命體征的，原理比較復(fù)雜，我們暫不贅述。

3
大材小用還是技術(shù)革命？

按照余承東的說(shuō)法，毫米波是自動(dòng)駕駛技術(shù)「降維」至智能家居。這么說(shuō)有些過(guò)分了。毫米波固然神奇，但也不是什么神仙技術(shù)。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，激光雷達(dá)才算是有資格降維的。

但說(shuō)實(shí)話(huà)，智能家居場(chǎng)景中，毫米波的運(yùn)用確實(shí)是非常稀少的。關(guān)鍵是，它確實(shí)能帶來(lái)一些實(shí)質(zhì)性的體驗(yàn)升級(jí)。各種場(chǎng)景數(shù)不勝數(shù)：

調(diào)解光源對(duì)于一個(gè)家庭中不同用戶(hù)的影響…

吹空調(diào)時(shí)可以避免直吹…

洗澡或上廁所時(shí)，根據(jù)姿態(tài)來(lái)決定是否開(kāi)啟暖風(fēng)或排氣扇…

老人不慎跌倒時(shí)，準(zhǔn)確告知家屬…

小孩蹬掉了被子，及時(shí)通知父母…

寵物狗從籠子里跑了出來(lái)…

孩子不上網(wǎng)課偷偷摸摸玩手機(jī)…

等等等…

你可能會(huì)說(shuō)，以上很多場(chǎng)景，通過(guò)智能攝像頭不就可以解決嗎？前提是，你得安裝很多個(gè)攝像頭，而且攝像頭必須得有高超的識(shí)別算法。當(dāng)然，重點(diǎn)還是隱私問(wèn)題。很多人不想有個(gè)攝像頭對(duì)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(dá)不一樣，它可以隱藏在吊頂中…這可能是毫米波雷達(dá)相較于攝像頭，一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。那就是隱私的保護(hù)。當(dāng)然，也不要抬杠，攝像頭本來(lái)就是監(jiān)控用途，該監(jiān)控的地方還是要監(jiān)控的。

整體來(lái)說(shuō)，毫米波雷達(dá)對(duì)于智能家居的核心價(jià)值，就是讓系統(tǒng)主動(dòng)服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。而且這個(gè)過(guò)程是無(wú)感的，非指令式的。它可以讓智能家居，真正的主動(dòng)服務(wù)用戶(hù)，而不是依賴(lài)于各種聯(lián)動(dòng)邏輯來(lái)被動(dòng)服務(wù)用戶(hù)。

所以我們說(shuō)它是智能家居的一個(gè)畫(huà)龍點(diǎn)睛之筆。目前來(lái)看，從性能和成本方面考慮，貌似沒(méi)有比毫米波雷達(dá)更適合的感知硬件，所以智能家居很需要它。

結(jié)語(yǔ)

不僅家庭場(chǎng)景，酒店、寫(xiě)字樓、養(yǎng)老院等場(chǎng)景，也都需要毫米波雷達(dá)的加持，來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的主動(dòng)化服務(wù)。智能家居有一點(diǎn)跟自動(dòng)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(hù)的行為特征，談何主動(dòng)服務(wù)呢？

沒(méi)有主動(dòng)服務(wù)的智能家居，不就是家庭自動(dòng)化嗎？

（智哪兒zhinaer.cn原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)獲取授權(quán)并注明來(lái)源）