商業主流毫米波雷達趨勢新解，24GHz異軍突起

商業主流毫米波雷達趨勢新解，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作為防撞探測雷達，越來越多的軟硬體開發者將目光投向了mmWave（毫米波）雷達技術。
 
利用Soli操控移動設備的演示

Soli是一項運用微型雷達監測空中手勢動作的新型傳感技術。這種特殊設計的雷達感測器可以追蹤手部的運動，然後將採集到的mmWave雷達回波信號進行演算處理後，識別成一系列交互手勢，以控制可穿戴和手持設備。這項傳感技術的硬體基於英飛淩mmWave收發晶片，識別演算法與軟體則由穀歌負責編寫，兩家公司深入合作，聯手對Soli技術進行個人消費類電子應用的商業化開發。

其實運動識別與追蹤的解決方案已存在許多，比如光學成像、紅外線、超聲波、鐳射等等，與這些方案相比，mmWave方案優勢非常明顯，因此適用範圍非常廣闊：

在室外環境下，紅外線干擾嚴重，依賴紅外線追蹤運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，且在低光亮環境下mmWave方案依然適用；
受惠於多普勒效應，mmWave方案依靠簡單的計算就能輕鬆獲得物體的運動方向與速率；
mmWave具有一定穿透力，即使受到輕微遮擋，也能很好完成運動識別與追蹤的工作。
由於具備上述優勢，越來越多運動識別與追蹤應用開始偏向採用mmWave解決方案，而這些應用又反過來推動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總監Jeffrey Mai的專業分析。
 
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總監Jeffrey Mai
硬體具備，只欠演算法東風
英飛淩的mmWave雷達產品種類豐富，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，在信號發射功率一定的情況下，毫米波雷達頻率越高，其探測距離越短。
拿英飛淩的24GHz雷達與60GHz雷達舉例，24GHz雷達的探測距離最短可達到0.6~1m左右，而60GHz雷達的探測距離一般在2~3cm，當然探測距離跟天線設計也息息相關。不過60GHz雷達的解析度要優於24GHz雷達，且尺寸較小。
 
24GHz方案與60GHz毫米波雷達方案對比
而根據探測距離與解析度的不同，不同頻率的方案針對的應用場景有所區別。如在安防或智慧家居的應用場景下，只需監測室內有無物體運動，卻對監測範圍的要求較高，便適合採用24GHz雷達方案；而類似Soli的應用則需要追蹤手部的細微變化，這對雷達解析度的要求相當高，因此適合採用能追蹤物體細微變化的60GHz方案。
mmWave的頻率範圍相當寬廣（從30GHz到300GHz都被定義為mmWave），雖然不同mmWave雷達方案間的頻率落差巨大，但其硬體架構卻是相似的，假如不考慮對mmWave信號進行大量處理，只需DSP與Transceiver相配合，就能構成最簡單的mmWave系統。不過假如要對信號進行大量處理，再考慮到不同應用場景的具體需求，最終的硬體組成千變萬化。
 
24GHz收發晶片BGT24MTR11與XMC4200組成的mmWave系統
mmWave雷達其實並不是一項新興技術，它已在航空與國防領域發展多年，硬體方面趨於成熟。不過把原有技術移植於它用，其挑戰也隨之浮現：在全新的應用場景下，需要重新定義信號並架構協定。“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要由兩家公司聯手開發的原因——谷歌搭建應用場景並探索信號處理的演算法，英飛淩則根據穀歌的需求調整晶片以配合，”Jeffrey表示。

Jeffrey表示，雖然mmWave雷達的應用場景有很多，但眼下還沒有辦法用某種統一演算法來涵蓋所有，只能根據不同應用場景來開發專用的演算法，因此mmWave雷達要大範圍應用還存在不小門檻。不過隨著演算法越來越多、越來越成熟，mmWave市場會越來越大，預計三到五年之內，mmWave雷達應用的成功案例將如雨後春筍般湧現，而英飛淩希望能與更多的應用客戶合作，將這一時間提前。

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

工業應用一直是英飛淩的強項，mmWave雷達在工業方面的應用也非常廣泛，尤其是24GHz雷達。目前mmWave雷達的工業應用以24GHz為主流，少數應用場景會採用60GHz雷達。

 
英飛淩60GHz雷達晶片大小與手指對比
從全球案例看來，目前mmWave雷達在工業方面的應用主要集中在以下幾個方面：
建築與智能家居（物聯網）
室內 / 室外照明
智能街燈
無人機 / 多軸飛行器
安全應用
機器人

在建築與智慧家居方面，mmWave雷達可用來監測雷達附近有無生物活動，進而調節室內外的照明，或者其它電器的開關，如空調、電視等；
mmWave雷達對節約用電也有所貢獻，智慧街燈系統採用它監測街道車流與行人情況，以此調節街燈明暗，減少公共用電支出，同時安裝在路燈上的mmWave雷達所收集的晝夜街道資料對城市規劃大有說明；
而在高空穿梭的無人機則利用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用類似；
mmWave雷達還可用於輔助生物識別等安全應用，探尋描繪識別物件的身材輪廓，以提高其它生物識別技術的準確性；
mmWave雷達對於遠端探測機器人來說，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境情況。
相信隨著時間推移，這類mmWave雷達的創新應用將會越來越多。
可穿戴與手持設備
mmWave雷達在可穿戴與手持設備上的應用，Soli當然首屈一指。可穿戴與手持設備對晶片尺寸與功耗的要求相當高，雖然Soli的尺寸與功耗已經相當小了，不過依然有進一步優化的空間；而演算法一直是Project Soli的最大挑戰，穀歌對此的投入的資源也是相當多，從項目開始到現在已有兩年，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驚豔。

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

因為汽車的應用場景已非常明確，全球各車廠探索多年，所以演算法與軟體已非mmWave雷達用於汽車的主要挑戰，取而代之的挑戰是確保晶片符合安規和汽車級要求。英飛淩在汽車電子領域馳騁多年，作為全球第二大的汽車電子晶片供應商，英飛淩深知安全的重要性，所供應的汽車級器件均通過AEC-Q100及相關安規認證。從安全角度出發，英飛淩的mmWave雷達絕對是汽車防碰撞應用的最佳選擇；在確保安全的前提下，與競爭對手相比，英飛淩mmWave雷達系列產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雷達種類齊全，是第一家針對任何類型的短距離雷達ADAS應用都能提供具有競爭力和長期產品規劃之解決方案的供應商。

成功案例不斷湧現，英飛淩加強24GHz方案中國佈局

為了切實將mmWave技術引入了人們生活當中，致力於讓人們生活更加便利、安全和環保的英飛淩已逐漸將更多資源往該市場方向傾斜。在可穿戴與手持設備和汽車應用上，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；在分散的工業應用上，英飛淩亦能憑藉立體的服務體系，為中小客戶提供完善、及時的技術支援。

在中國市場，英飛淩已與眾多方案設計合作夥伴展開合作，為客戶提供完整的24GHz mmWave雷達解決方案，而且已經取得了豐碩成果。比如最近成功的安防案例，客戶想讓攝像頭在監控範圍內出現移動物體時，能自動轉向移動物體並對準拍攝，英飛淩的方案設計合作夥伴利用英飛淩的24GHz雷達等相關器件，結合客戶提供的應用場景編制演算法，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雷達解決方案主要市場及需求
所以假如您正在進行與上述案例類似或者創新的運動識別與追蹤項目，可隨時與我們聯繫，英飛淩及方案設計合作夥伴將非常樂意與您交流溝通。