Wireless sensing——device-free and context awareness（part one）

也许你曾经在科幻片里面曾经看到过以下让你着迷的场景——随时随地，无需借助任何设备，主人公都能无中生有的召唤出一个屏幕进行一些酷炫的操作。又或许你也曾幻想过高科技的未来生活，或又是在魔幻的魔法大陆里畅游。现如今，我们已经在这块未知的领域迈出了一小步——无线感知。
无线感知，使用无线信号去感知环境的一切信息。如果把人类社会比作大海的话，我们人类就仿若大海里各种各样的鱼儿，而无线信号就如同海水一般存在鱼儿周围，鱼儿却感受不到它的存在。鱼儿的游动会对水的状态进行无时无刻的干扰，而我们人类的活动理所当然也会影响到无线信号。设想一下，如果鱼儿能感受到水的存在，那它也能从“肉眼上”看到其他鱼儿游动时产生的波纹，如果碰巧它是加来道雄的“鲤鱼科学家”的话，兴许它能够借助波纹的特性对哪一个波纹属于哪一条鱼儿进行判定呢。而就是这么巧合，鱼儿有没有科学家我们不知道，但是我们有科学家，所以我们虽然肉眼看不见无线信号，但是我们却能借助各种工具去观察无线信号并且检测它——最简单的就是通过示波器。
如此，我们知道了我们的存在，甚至是世界万物的存在的的确确会影响到我们的无线信号。也正是正如此，只要能够能够获得我们想要的特征，我们就可以用它来做许许多多有趣的事情，而很多研究人员也早已投入到这一领域。那么是所有类型的无线信号都能应用于此吗？显然不是，只有我们想要的某些无线信号可以应用于此，就像当下主流的wifi，又或是跨越各种波段雷达信号等可以付诸于实际。接下来，笔者就谈谈wifi和雷达信号的无线感知。
现代社会的人类，显然早已离不开的wifi的存在，而wifi信号确实改善人们的生活。我们在信道中传输的wifi信号必然会受到各种各样的干扰而影响到信号本身，倘若你正在玩游戏的话，你这时候肯定是对此咬牙切齿。而我们研究人员却对此非常感兴趣，因为信号的变化必然携带了信道的信息，只要我们能利用好这些信息，就能尽可能的还原出信道的模样。事实上，通过特定手段采集到的wifi信号在示波器上呈现出类似与sin波的形状，而如果有人在其传输信道中走动的话，我们会发现sin波的形状发生了改变，幅值，相位以及频率也发生了改变。我们只要通过特定的手段便可以通过分析幅值，相位以及频率的改变来还原人的走动（这里有model和leaning两种方法，笔者往后会介绍）。类比，掌握此法，理论上我们不仅能还原场景，还能类推跟wifi进行互动呢。举个例子，如果我们能识别出哪些变化是对应与哪些手势，我们就能够实现无线手势识别，而这可以应用到各个领域。
接下来是雷达信号的无线感知，实际上，这一领域的发展早已进行多时，只不过大多数人并没有称其为无线感知，因为我们雷达的发展史也已有好一段历史了。最典型的就是二战时期利用雷达探测敌机，它实际上也是利用了受到影响的无线信号（或者确切说是反射信号）的特征来识别目标。又如最近火热的智能驾驶，在其里面也运用了各种雷达模块，来实现避障，测距等功能。
在本节，笔者只是浅谈了无线感知的概念以方便大家理解。再接下来，笔者会逐步讲解wifi以及雷达信号是如何实现无线感知（从硬件到软件以及信号处理）。当然，笔者本身也只是略懂皮毛的初学者，如若有错误之处，欢迎大家指正批评。
孤独的拉普拉斯
二零一八年十月二十四