毫米波技术入局智能家居，是大材小用还是技术革命？

Posted 2022-04-09 智哪儿

作者：牧之

编辑：小沐

出品：智哪儿 zhinaer.cn

华为推出的毫米波AI超感传感器，让很多人第一次认识到了这项通信技术在智能家居领域的潜力——尽管这并不是首创。本文，我们着重讲解下毫米波的原理，以及它对智能家居场景可能带来的技术变革。

通信领域，长远来看应该是毫米波主导的。不谈自动驾驶和智能家居，我们经常念叨的5G，它的终极形态应该就是毫米波通讯。目前5G被分为Sub-6G和毫米波两种，而全世界只有美国在推动基于毫米波的5G建设（因为厘米波被军方占用）。

随着5G的发展，毫米波基建会逐步启动，带来真正意义上的通信变革。这个，应该是与每个人的生活，关系最密切的毫米波应用。当然，在这之前，自动驾驶也好，智能家居也罢，已经成为毫米波施展拳脚的重地。

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毫米波究竟是个啥？

一般认为，频段介于30~300GHz，波长在1~10毫米之间的电磁波，被称作毫米波。它正好介于微波和远红外光波之间。这个区域，是一个亟待被挖掘的地带，因为它是一片净土，几乎不存在其他信号的干扰。

在通信领域，毫米波最大的优势是带宽大，翻译成用户的语言，那就是网速快。注意，这里说的快，一般是指下载速度大。当然，由于毫米波通信技术，同时还具备指向性强和传输距离短等特点，也就造就了它低延迟的优势。这是通信意义上的「快」。

可以理解为，毫米波相当于是建了一条限速高、车道多的新型高速公路，既不容易发生拥挤，又能充分保障信息的通行效率。只不过，真正的毫米波通信，其基建成本十分烧钱。

那么在感知领域呢？为什么要用毫米波？

想想汽车的ADAS功能，为什么都是基于毫米波雷达构建的。很显然，毫米波非常用来适合对环境感知要求较高的场景。这是因为毫米波的三大特性：

1、毫米波的探测能力强。由于带宽大、频谱广，其频率资源丰富，可以有效排除干扰，不受杂乱回波的影响。因为对于雷达来说，频率的扫描带宽决定了对于目标的测量分辨率。这个很好理解。此外，毫米波的波束窄，能分辨相距更近的小目标，对于细节的捕捉更好一些。

2、毫米波相较于红外和激光，其穿透性更强。比如降雨、沙尘和烟雾等，毫米波的可靠性更好。当然，只是相对来说，比如降雨，其实会严重干扰毫米波的通信距离，因为5G领域毫米波的大气干扰是个很热门的课题。但在室内领域，毫米波的这些优势，就非常明显了。

3、毫米波频段的频率非常干净，没有其他频段干扰，因为数据传输质量很高。所以自动驾驶这样的对于安全冗余要求很高的场景，也采用了毫米波技术。

还有一个特点，也是毫米波能作为感知硬件的要素，那就是它的设备可以做到小型化和隐蔽性。当然，在智能家居领域，现有的超声波和红外线感知，也具有小型化的特点。但是论隐蔽性，非毫米波米莫属。

华为的毫米波传感器，在官方PPT上为了演示，被画成了一个类似于烟雾报警器的装置，安装在屋顶。其实，对于重视美观性的家居场景，毫米波雷达完全可以做到隐蔽。毕竟你的头顶上老是悬着一个装置，可能会有种自己的生活被监视的感觉。

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对于智能家居的杀手级作用

在智能家居场景，毫米波的作用整体来说，就是一个：存在感知。当然，超声波和红外也可以做到，但不够精准。主要是因为，这两种技术的干扰因素太多。

在烟雾、温度、强光的抗干扰性能上，只有毫米波完全胜任。在被探测物体的识别上，毫米波也是远远领先的。除了一点，那就是如果物体材质偏软，毫米波由于具有穿透性，识别精度会受影响。

最为显著的差别在于，毫米波捕获的信息量大。超声波和红外线只能判断物体的存在和距离，但毫米波还可以判断物体的速度、运动方向。这里要补充一点：红外线是无法判断静止物体的，它只能识别动态物体。

我们顺便讲下毫米波感知的原理。它主要依靠三方面的算法来捕获物体信息：一是TOF飞行时间，这个很好理解，用来判断距离的；二是根据多普勒效应，通过回波的频率变化来判断相对速度；三是测量方位角，可以通过两个并列天线的回波相位差，来得出方位信息。

在智能家居场景中，毫米波的运用简单来说能实现三大功能：一是人体的存在与否，判断房间里有没有人；二是人体的运动信息，速度和方位；三是人体的姿态，是坐着还是站着还是躺着。

这对于以人为本的智能家居，应该是画龙点睛之笔。而且，应用场景非常丰富。随便举个例子：通过人体姿态的判断，可以在用户从站立到躺下后，关闭客厅的灯光。又或者，从躺下到站立，自动开启卧室的灯光等。

其实，毫米波的潜力远不止于此。由于波长短，这意味它的精度很高。比如频率为60或77GHz的毫米波雷达（对应波长在4毫米范围内），就能够检测出短至小于1mm的移动。因为，毫米波雷达可以精确判断人体的微动，来推测人的动作状态，甚至心理状态。

我们再进一步科普下：毫米波其实还可以测量人的呼吸、心跳和体温等生命特征。由此来判断用户的睡眠质量和健康状况。对于家中有小孩、老人或者慢性病人的场景，非常实用。至于是如何测量生命体征的，原理比较复杂，我们暂不赘述。

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大材小用还是技术革命？

按照余承东的说法，毫米波是自动驾驶技术「降维」至智能家居。这么说有些过分了。毫米波固然神奇，但也不是什么神仙技术。在自动驾驶领域，激光雷达才算是有资格降维的。

但说实话，智能家居场景中，毫米波的运用确实是非常稀少的。关键是，它确实能带来一些实质性的体验升级。各种场景数不胜数：

调解光源对于一个家庭中不同用户的影响…

吹空调时可以避免直吹…

洗澡或上厕所时，根据姿态来决定是否开启暖风或排气扇…

老人不慎跌倒时，准确告知家属…

小孩蹬掉了被子，及时通知父母…

宠物狗从笼子里跑了出来…

孩子不上网课偷偷摸摸玩手机…

等等等…

你可能会说，以上很多场景，通过智能摄像头不就可以解决吗？前提是，你得安装很多个摄像头，而且摄像头必须得有高超的识别算法。当然，重点还是隐私问题。很多人不想有个摄像头对着自己，监控生活。

摄像头一盖，证据就缺失了。但是毫米波雷达不一样，它可以隐藏在吊顶中…这可能是毫米波雷达相较于摄像头，一个明显的优势。那就是隐私的保护。当然，也不要抬杠，摄像头本来就是监控用途，该监控的地方还是要监控的。

整体来说，毫米波雷达对于智能家居的核心价值，就是让系统主动服务成为现实。而且这个过程是无感的，非指令式的。它可以让智能家居，真正的主动服务用户，而不是依赖于各种联动逻辑来被动服务用户。

所以我们说它是智能家居的一个画龙点睛之笔。目前来看，从性能和成本方面考虑，貌似没有比毫米波雷达更适合的感知硬件，所以智能家居很需要它。

结语

不仅家庭场景，酒店、写字楼、养老院等场景，也都需要毫米波雷达的加持，来实现场景的主动化服务。智能家居有一点跟自动驾驶是相通的，那就是感知是第一位的。如果你采集不到用户的行为特征，谈何主动服务呢？

没有主动服务的智能家居，不就是家庭自动化吗？

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