中鸿计算秩学會通沁第10卷第11期2014年11月 Wi-Fi雷达：从RSSI到CSI 杨铮刘云浩 关键词：RSSI CSI无线感知 清华大学 编者按：在本文中，清华大学杨铮和刘云浩介绍了一种利用普通无线设备实现环境 感知的技术。通过分析无线信道状态信息，实现了被动式人员检测，包括识别人的位置 姿势、动作以及其他环境特征，可以应用于室内定位、安全监控、针对老人和小孩的家 庭医疗监护、新型人机交互方式等。本年度ACM MobiCom将大会唯一最佳论文奖授予 刘云浩团队的基于信道状态信息的无线定位工作，该工作使用的正是本文所介绍的技术。 背景 以及一系列运动信息。近些年， 署专用的传感器，一般能达到较 也出现了采用超宽带(Ultra-Wide 好的效果：若能利用广泛部署的 无线电信号不仅可以用于传 Band,UWB)信号的室内雷达系Wi-Fi基础设施实现这些功能， 输数据，还可以用来感知环境。 统。然而，这些技术依赖特殊设将在成本、易用性、普适性等方 在室内环境下，信号发射机产生 计的信号或硬件设备以获得更 面取得重要突破，但无疑更具有 的无线电波经由直射、反射、散 高的时间分辨率以及更准确的测挑战性。这种方式不需要人员携 射等多条路径传播，在信号接收距，适用于军用警用等特殊场景，带传感器，甚至不需要传感器， 机处形成多径叠加信号。多径叠难以应用于普通人的日常生活。有别于我们所熟悉的无线传感网 加信号受其传播物理空间的影响， 另一方面，人们日常生活中中，传感器负责感知而无线信号 携带反映环境特征的信息。这里越来越需要环境感知技术。以被 负责通信。 所说的环境是信号传播的物理空动式人员检测为例，可以广泛应 尽管Wi-Fi基础设施在全球 间，既包括人的因素（是否有人用于安全监控、入侵者检测、针范围内已经广泛普及，但相对 以及人的位置、特征、姿势、动对老人和小孩的家庭医疗监护、于专用雷达信号甚至超宽带信 作等)，也包括其他外物的因素。新型人机交互方式等等。“被动号，W-F信号带宽较窄，时间 将无线电用于环境感知并式”在这里指的是被检测人员分辨率低，在信号处理设备上也 不新奇。典型的应用包括探测空不需要携带任何电子设备，用以存在较大差距。因此亟须突破传 间中飞行器的雷达系统，通过分区别传统无线定位系统通过定位统雷达技术，研发基于W-F环 析无线电信号（即雷达发射的无人所携带的电子设备来定位人境感知理论与技术，在普通商用 线电波经飞行器反射后回到雷达员，这种方式也被称作设备无关 Wi-Fi设备上实现高精度的环境 天线或飞行器自身发出的无线电 的(device--free)或者非侵入式的感知。Wi-Fi和雷达都不是新鲜 波)，判断飞行器的出现、种类(non-invasive)。如果为此目的部事物，但二者结合在一起还是首 55第 10 卷  第 11 期  2014 年 11 月 55 Wi-Fi雷达：从RSSI到CSI 背景 无线电信号不仅可以用于传 输数据，还可以用来感知环境。 在室内环境下，信号发射机产生 的无线电波经由直射、反射、散 射等多条路径传播，在信号接收 机处形成多径叠加信号。多径叠 加信号受其传播物理空间的影响， 携带反映环境特征的信息。这里 所说的环境是信号传播的物理空 间，既包括人的因素（是否有人 以及人的位置、特征、姿势、动 作等），也包括其他外物的因素。 将无线电用于环境感知并 不新奇。典型的应用包括探测空 间中飞行器的雷达系统，通过分 析无线电信号（即雷达发射的无 线电波经飞行器反射后回到雷达 天线或飞行器自身发出的无线电 波），判断飞行器的出现、种类 关键词 ：RSSI CSI 无线感知 以及一系列运动信息。近些年， 也出现了采用超宽带 (Ultra-Wide Band, UWB) 信号的室内雷达系 统。然而，这些技术依赖特殊设 计的信号或硬件设备以获得更 高的时间分辨率以及更准确的测 距，适用于军用警用等特殊场景， 难以应用于普通人的日常生活。 另一方面，人们日常生活中 越来越需要环境感知技术。以被 动式人员检测为例，可以广泛应 用于安全监控、入侵者检测、针 对老人和小孩的家庭医疗监护、 新型人机交互方式等等。“被动 式”在这里指的是被检测人员 不需要携带任何电子设备，用以 区别传统无线定位系统通过定位 人所携带的电子设备来定位人 员，这种方式也被称作设备无关 的 (device-free) 或者非侵入式的 (non-invasive)。如果为此目的部 署专用的传感器，一般能达到较 好的效果 ；若能利用广泛部署的 Wi-Fi 基础设施实现这些功能， 将在成本、易用性、普适性等方 面取得重要突破，但无疑更具有 挑战性。这种方式不需要人员携 带传感器，甚至不需要传感器， 有别于我们所熟悉的无线传感网 中，传感器负责感知而无线信号 负责通信。 尽管 Wi-Fi 基础设施在全球 范围内已经广泛普及，但相对 于专用雷达信号甚至超宽带信 号，Wi-Fi 信号带宽较窄，时间 分辨率低，在信号处理设备上也 存在较大差距。因此亟须突破传 统雷达技术，研发基于 Wi-Fi 环 境感知理论与技术，在普通商用 Wi-Fi 设备上实现高精度的环境 感知。Wi-Fi 和雷达都不是新鲜 事物，但二者结合在一起还是首 杨 铮 刘云浩 清华大学 编者按 ：在本文中，清华大学杨铮和刘云浩介绍了一种利用普通无线设备实现环境 感知的技术。通过分析无线信道状态信息，实现了被动式人员检测，包括识别人的位置、 姿势、动作以及其他环境特征，可以应用于室内定位、安全监控、针对老人和小孩的家 庭医疗监护、新型人机交互方式等。本年度 ACM MobiCom 将大会唯一最佳论文奖授予 刘云浩团队的基于信道状态信息的无线定位工作，该工作使用的正是本文所介绍的技术