商業(yè)主流毫米波雷達(dá)趨勢新解，24GHz異軍突起

自兩年前穀歌ATAP展示了酷炫的Project Soli，而特斯拉也開始使用毫米波雷達(dá)作為防撞探測雷達(dá)，越來越多的軟硬體開發(fā)者將目光投向了mmWave（毫米波）雷達(dá)技術(shù)。
 
利用Soli操控移動設(shè)備的演示

Soli是一項(xiàng)運(yùn)用微型雷達(dá)監(jiān)測空中手勢動作的新型傳感技術(shù)。這種特殊設(shè)計的雷達(dá)感測器可以追蹤手部的運(yùn)動，然後將採集到的mmWave雷達(dá)回波信號進(jìn)行演算處理後，識別成一系列交互手勢，以控制可穿戴和手持設(shè)備。這項(xiàng)傳感技術(shù)的硬體基於英飛淩mmWave收發(fā)晶片，識別演算法與軟體則由穀歌負(fù)責(zé)編寫，兩家公司深入合作，聯(lián)手對Soli技術(shù)進(jìn)行個人消費(fèi)類電子應(yīng)用的商業(yè)化開發(fā)。

其實(shí)運(yùn)動識別與追蹤的解決方案已存在許多，比如光學(xué)成像、紅外線、超聲波、鐳射等等，與這些方案相比，mmWave方案優(yōu)勢非常明顯，因此適用範(fàn)圍非常廣闊：

在室外環(huán)境下，紅外線干擾嚴(yán)重，依賴紅外線追蹤運(yùn)動的解決方案可靠性不佳，而mmWave則幾乎不會受到紅外線干擾；
與光學(xué)成像方案相比，mmWave方案所需處理的資料較少，從而能夠間接降低功耗、提高解析度，且在低光亮環(huán)境下mmWave方案依然適用；
受惠於多普勒效應(yīng)，mmWave方案依靠簡單的計算就能輕鬆獲得物體的運(yùn)動方向與速率；
mmWave具有一定穿透力，即使受到輕微遮擋，也能很好完成運(yùn)動識別與追蹤的工作。
由於具備上述優(yōu)勢，越來越多運(yùn)動識別與追蹤應(yīng)用開始偏向採用mmWave解決方案，而這些應(yīng)用又反過來推動mmWave解決方案逐步邁向成熟。來聽聽英飛淩電源管理及多元化市場部--射頻及感測器部門亞太區(qū)總監(jiān)Jeffrey Mai的專業(yè)分析。
 
英飛淩電源管理及多元化市場部--射頻及感測器部門亞太區(qū)總監(jiān)Jeffrey Mai
硬體具備，只欠演算法東風(fēng)
英飛淩的mmWave雷達(dá)產(chǎn)品種類豐富，除了前面提到的穀歌Project Soli採用的60GHz方案外，還提供24GHz與77GHz方案。受無線信號衰減的影響，在信號發(fā)射功率一定的情況下，毫米波雷達(dá)頻率越高，其探測距離越短。
拿英飛淩的24GHz雷達(dá)與60GHz雷達(dá)舉例，24GHz雷達(dá)的探測距離最短可達(dá)到0.6~1m左右，而60GHz雷達(dá)的探測距離一般在2~3cm，當(dāng)然探測距離跟天線設(shè)計也息息相關(guān)。不過60GHz雷達(dá)的解析度要優(yōu)於24GHz雷達(dá)，且尺寸較小。
 
24GHz方案與60GHz毫米波雷達(dá)方案對比
而根據(jù)探測距離與解析度的不同，不同頻率的方案針對的應(yīng)用場景有所區(qū)別。如在安防或智慧家居的應(yīng)用場景下，只需監(jiān)測室內(nèi)有無物體運(yùn)動，卻對監(jiān)測範(fàn)圍的要求較高，便適合採用24GHz雷達(dá)方案；而類似Soli的應(yīng)用則需要追蹤手部的細(xì)微變化，這對雷達(dá)解析度的要求相當(dāng)高，因此適合採用能追蹤物體細(xì)微變化的60GHz方案。
mmWave的頻率範(fàn)圍相當(dāng)寬廣（從30GHz到300GHz都被定義為mmWave），雖然不同mmWave雷達(dá)方案間的頻率落差巨大，但其硬體架構(gòu)卻是相似的，假如不考慮對mmWave信號進(jìn)行大量處理，只需DSP與Transceiver相配合，就能構(gòu)成最簡單的mmWave系統(tǒng)。不過假如要對信號進(jìn)行大量處理，再考慮到不同應(yīng)用場景的具體需求，最終的硬體組成千變?nèi)f化。
 
24GHz收發(fā)晶片BGT24MTR11與XMC4200組成的mmWave系統(tǒng)
mmWave雷達(dá)其實(shí)並不是一項(xiàng)新興技術(shù)，它已在航空與國防領(lǐng)域發(fā)展多年，硬體方面趨於成熟。不過把原有技術(shù)移植於它用，其挑戰(zhàn)也隨之浮現(xiàn)：在全新的應(yīng)用場景下，需要重新定義信號並架構(gòu)協(xié)定。“直白來講，硬體或許還是那套硬體，但軟體已不是那套軟體了。這正是為什麼Soli要由兩家公司聯(lián)手開發(fā)的原因——谷歌搭建應(yīng)用場景並探索信號處理的演算法，英飛淩則根據(jù)穀歌的需求調(diào)整晶片以配合，”Jeffrey表示。

Jeffrey表示，雖然mmWave雷達(dá)的應(yīng)用場景有很多，但眼下還沒有辦法用某種統(tǒng)一演算法來涵蓋所有，只能根據(jù)不同應(yīng)用場景來開發(fā)專用的演算法，因此mmWave雷達(dá)要大範(fàn)圍應(yīng)用還存在不小門檻。不過隨著演算法越來越多、越來越成熟，mmWave市場會越來越大，預(yù)計三到五年之內(nèi)，mmWave雷達(dá)應(yīng)用的成功案例將如雨後春筍般湧現(xiàn)，而英飛淩希望能與更多的應(yīng)用客戶合作，將這一時間提前。

英飛淩在mmWave收發(fā)器與DSP的研發(fā)上深耕多年，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，能為不同應(yīng)用場景提供完善的硬體支援。不過面對來自演算法的挑戰(zhàn)，英飛淩依然需要與客戶、合作夥伴攜手共進(jìn)，互相配合推敲打磨出最終的解決方案。
各領(lǐng)域應(yīng)用含苞待放，24GHz有望加速先行

工業(yè)應(yīng)用一直是英飛淩的強(qiáng)項(xiàng)，mmWave雷達(dá)在工業(yè)方面的應(yīng)用也非常廣泛，尤其是24GHz雷達(dá)。目前mmWave雷達(dá)的工業(yè)應(yīng)用以24GHz為主流，少數(shù)應(yīng)用場景會採用60GHz雷達(dá)。

 
英飛淩60GHz雷達(dá)晶片大小與手指對比
從全球案例看來，目前mmWave雷達(dá)在工業(yè)方面的應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：
建築與智能家居（物聯(lián)網(wǎng)）
室內(nèi) / 室外照明
智能街燈
無人機(jī) / 多軸飛行器
安全應(yīng)用
機(jī)器人

在建築與智慧家居方面，mmWave雷達(dá)可用來監(jiān)測雷達(dá)附近有無生物活動，進(jìn)而調(diào)節(jié)室內(nèi)外的照明，或者其它電器的開關(guān)，如空調(diào)、電視等；
mmWave雷達(dá)對節(jié)約用電也有所貢獻(xiàn)，智慧街燈系統(tǒng)採用它監(jiān)測街道車流與行人情況，以此調(diào)節(jié)街燈明暗，減少公共用電支出，同時安裝在路燈上的mmWave雷達(dá)所收集的晝夜街道資料對城市規(guī)劃大有說明；
而在高空穿梭的無人機(jī)則利用mmWave探測周遭360度的情況，防止遭遇意外碰撞，這與汽車的防碰撞應(yīng)用類似；
mmWave雷達(dá)還可用於輔助生物識別等安全應(yīng)用，探尋描繪識別物件的身材輪廓，以提高其它生物識別技術(shù)的準(zhǔn)確性；
mmWave雷達(dá)對於遠(yuǎn)端探測機(jī)器人來說，更是不可或缺的感測器，讓操控著得以輕鬆知曉危險地域的環(huán)境情況。
相信隨著時間推移，這類mmWave雷達(dá)的創(chuàng)新應(yīng)用將會越來越多。
可穿戴與手持設(shè)備
mmWave雷達(dá)在可穿戴與手持設(shè)備上的應(yīng)用，Soli當(dāng)然首屈一指?？纱┐髋c手持設(shè)備對晶片尺寸與功耗的要求相當(dāng)高，雖然Soli的尺寸與功耗已經(jīng)相當(dāng)小了，不過依然有進(jìn)一步優(yōu)化的空間；而演算法一直是Project Soli的最大挑戰(zhàn)，穀歌對此的投入的資源也是相當(dāng)多，從項(xiàng)目開始到現(xiàn)在已有兩年，依然在打磨演算法。目前英飛淩已與穀歌合作推出了Soli A、Soli B，不久還將推出Soli C，相信屆時又會再次讓行業(yè)驚豔。

去年在“Google I/O”大會上展示的手勢控制產(chǎn)品原型所採用的Soli晶片
除了手勢識別應(yīng)用Soli以外，英飛淩還正與合作夥伴探索mmWave雷達(dá)在AR/VR領(lǐng)域的應(yīng)用。AR/VR設(shè)備的功能表操作是道難題，若用遙控設(shè)備操作功能表，會大大破壞AR/VR的沉浸感。如採用mmWave雷達(dá)，可在用戶眼前的40~50cm處浮現(xiàn)能用手進(jìn)行互動的虛擬功能表，mmWave雷達(dá)採集使用者手勢，完成相應(yīng)的指令輸入，以此實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的無縫銜接。
 
利用mmWave雷達(dá)技術(shù)對虛擬介面進(jìn)行操作
汽車
ADAS的實(shí)現(xiàn)離不開mmWave雷達(dá)的指引，而各國也紛紛出臺法規(guī)強(qiáng)制要求汽車安裝防撞雷達(dá)。除了日漸成熟的77GHz前向防撞雷達(dá)，24GHz的側(cè)向/後向防撞雷達(dá)亦備受關(guān)注。相比77GHz解決方案，24GHz解決方案具有良好的成本優(yōu)勢，適用於盲點(diǎn)檢測（BSD）、變道輔助（LCA）、追尾警報（RCTA）等應(yīng)用場景，對成本敏感的汽車異常具有吸引力。
 

因?yàn)槠嚨膽?yīng)用場景已非常明確，全球各車廠探索多年，所以演算法與軟體已非mmWave雷達(dá)用於汽車的主要挑戰(zhàn)，取而代之的挑戰(zhàn)是確保晶片符合安規(guī)和汽車級要求。英飛淩在汽車電子領(lǐng)域馳騁多年，作為全球第二大的汽車電子晶片供應(yīng)商，英飛淩深知安全的重要性，所供應(yīng)的汽車級器件均通過AEC-Q100及相關(guān)安規(guī)認(rèn)證。從安全角度出發(fā)，英飛淩的mmWave雷達(dá)絕對是汽車防碰撞應(yīng)用的最佳選擇；在確保安全的前提下，與競爭對手相比，英飛淩mmWave雷達(dá)系列產(chǎn)品亦能提供給客戶超高性價比的價值。特別值得一提的是，英飛淩的mmWave雷達(dá)種類齊全，是第一家針對任何類型的短距離雷達(dá)ADAS應(yīng)用都能提供具有競爭力和長期產(chǎn)品規(guī)劃之解決方案的供應(yīng)商。

成功案例不斷湧現(xiàn)，英飛淩加強(qiáng)24GHz方案中國佈局

為了切實(shí)將mmWave技術(shù)引入了人們生活當(dāng)中，致力於讓人們生活更加便利、安全和環(huán)保的英飛淩已逐漸將更多資源往該市場方向傾斜。在可穿戴與手持設(shè)備和汽車應(yīng)用上，英飛淩有餘力提供給合作夥伴與谷歌Project Soli相類似的深度合作；在分散的工業(yè)應(yīng)用上，英飛淩亦能憑藉立體的服務(wù)體系，為中小客戶提供完善、及時的技術(shù)支援。

在中國市場，英飛淩已與眾多方案設(shè)計合作夥伴展開合作，為客戶提供完整的24GHz mmWave雷達(dá)解決方案，而且已經(jīng)取得了豐碩成果。比如最近成功的安防案例，客戶想讓攝像頭在監(jiān)控範(fàn)圍內(nèi)出現(xiàn)移動物體時，能自動轉(zhuǎn)向移動物體並對準(zhǔn)拍攝，英飛淩的方案設(shè)計合作夥伴利用英飛淩的24GHz雷達(dá)等相關(guān)器件，結(jié)合客戶提供的應(yīng)用場景編制演算法，最終形成完整的解決方案，目前該方案已開始出貨。
 
英飛淩24/60GHz雷達(dá)解決方案主要市場及需求
所以假如您正在進(jìn)行與上述案例類似或者創(chuàng)新的運(yùn)動識別與追蹤項(xiàng)目，可隨時與我們聯(lián)繫，英飛淩及方案設(shè)計合作夥伴將非常樂意與您交流溝通。