《物联网导论》课程教学资源（PPT课件）第14章 毫米波感知

物联网导论Introduction to Internet of Things第14章毫米波感知

1 Introduction to Internet of Things 毫米波感知 14

承前启后前一章介绍了无源感知网络，重点讨论了能量获取，感知方面的挑战，通信和组网，最后探讨了无源感知网络的发展和未来趋势本章我们主要关注毫米波感知。介绍毫米波感知的具体平台，以及信号调制与处理的方法。并讨论毫米波感知的具体应用

2 承前启后 前一章 介绍了无源感知网络，重点讨论了能量获取，感知方面的挑战，通信和组网，最后探 讨了无源感知网络的发展和未来趋势 本章我们主要关注 毫米波感知。介绍毫米波感知的具体平台，以及信号调制与处理的方法。并讨论毫米 波感知的具体应用

本章内容5.1毫米波感知平台5.2信号调制与处理5.3毫米波感知应用5.4总结3

3 本章内容 5.1 毫米波感知平台 5.2 信号调制与处理 5.3 毫米波感知应用 5.4 总结

毫米波感知平台与其他无线信号相比，毫米波具有高频率和大带宽的优势。这意味着其能够感知的粒度更细，精度更高毫米波感知技术的硬件平台主要包括商用毫米波雷达和支持60GHz的Wi-Fi设备。得益于极短的波长，毫米波设备能够拥有小尺寸的天线阵列TiAWR1642TP-linkTalon7200

毫米波感知平台 与其他无线信号相比，毫米波具有高频率和大带宽的优势。这意味着其能够 感知的粒度更细，精度更高 4 毫米波感知技术的硬件平台主要包括商用毫米波雷达和支持60GHz的Wi-Fi设 备。得益于极短的波长，毫米波设备能够拥有小尺寸的天线阵列 Ti AWR1642 TP-link Talon 7200

商用毫米波雷达商用毫米波雷达相比于军用的，其特点是体积小、易集成、成本低、易部署毫米波雷达的硬件组成通常包括多个天线组成的天线阵列，数据收发模块以及信号处理模块使用特定的电磁波和信号处理技术，商用毫米波雷达能够对物体的距离、方向和速度进行测量·天线阵列数据收发模块与信号处理模块ANRSA8OCSTIAWR1843毫米波雷达5

商用毫米波雷达 商用毫米波雷达相比于军用的，其特点是体积小、易集成、成本低、易部署 5 毫米波雷达的硬件组成通常包括多个天线组成的天线阵列，数据收发模块 以及信号处理模块 使用特定的电磁波和信号处理技术，商用毫米波雷达能够对物体的距离、方 向和速度进行测量 TI AWR1843毫米波雷达 天线阵列 数据收发模块与 信号处理模块

60GHz Wi-Fi设备60GHzWi-Fi设备遵循IEEE802.11ad、IEEE802.11ay等标准，实现了波束成形(Beamforming）技术设备能够发出很窄的波束，达到定向通信的效果。同时在感知层面也具有较高的空间分辨率正交频分复用（OFDM）的调制方式也使设备能够利用多个子载波得到更丰富的感知信息TP-LinkAD7200路由器家庭中的60GHzWi-Fi6

TP-Link AD7200路由器 60GHz Wi-Fi设备 60GHz Wi-Fi设备遵循IEEE 802.11ad、IEEE 802.11ay等标准，实现了波束 成形(Beamforming)技术 6 设备能够发出很窄的波束，达到定向通信的效果。同时在感知层面也具有较 高的空间分辨率 正交频分复用（OFDM）的调制方式也使设备能够利用多个子载波得到更丰 富的感知信息 家庭中的60GHzWi-Fi

本章内容5.1毫米波感知平台5.2信号调制与处理5.3毫米波感知应用5.4总结

7 本章内容 5.1 毫米波感知平台 5.2 信号调制与处理 5.3 毫米波感知应用 5.4 总结

调频连续波信号以毫米波雷达为例，毫米波雷达通过连续发送和接收FMcW(FrequencyModulatedContinuousWave)信号对目标的位置、速度和角度进行感知FMCW信号的特点是：在一个周期内，信号频率随时间线性变化。在同一个信号周期内，接收信号与发射信号波形相同，但存在一定的传播时延BAf=fbTsFMCW信号8

调频连续波信号 以毫米波雷达为例，毫米波雷达通过连续发送和接收FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)信号对目标的位置、速度和角度进行感知 8 FMCW信号的特点是：在一个周期内，信号频率随时间线性变化。在同一个 信号周期内，接收信号与发射信号波形相同，但存在一定的传播时延 FMCW信号

距离测量FMCW信号经目标反射后回到接收端时，接收信号与发射信号之间存在一定的频率差领串频率差与物体到雷达的距离线性相关，Seu因此可通过频率差计算物体到雷达的距离时间发射信号：Sx(1)=e(2z+xr)Doppler-FFT接收信号：Sx(1)=αS、二-2R)STCj4n(L&+Ki)R(0)Range-FF1混频得到差拍信号：s(t)=αe毫米波感知的理论模型通过差拍信号的频率与相位测量距离9

距离测量 9 发射信号： 接收信号： 混频得到差拍信号： 通过差拍信号的频率与相位测量距离 FMCW信号经目标反射后回到接收 端时，接收信号与发射信号之间存在 一定的频率差 频率差与物体到雷达的距离线性相关， 因此可通过频率差计算物体到雷达的 距离 Rx Tx ) ) 2 ( ( t R t S t S c  − = ( c ) ( ) j4π ( ) e f Kt R t c s t  + = ( ) 2 c j 2π π Tx ( ) e f t Kt S t + = 毫米波感知的理论模型

速度测量由于收到的反射信号包含从多个不同距离处反射的信号，为得到想要的反射信号，需对一个信号周期内的差拍K领车信号做Range-FFT操作S.S)SrRange-FFT结果中每个距离对应-个复数值，代表该距离处的反射信息。时间这个反射信号为j4nLe(Ro+x(o)Doppler-FFTS(t) = αe对连续多个信号周期的反射信号进行Range-FFTDoppler-FFT操作，利用反射信号的毫米波感知的理论模型相位-距离转化关系，实现对物体速度的估计10

速度测量 10 由于收到的反射信号包含从多个不同 距离处反射的信号，为得到想要的反 射信号，需对一个信号周期内的差拍 信号做Range-FFT操作 Range-FFT结果中每个距离对应一 个复数值，代表该距离处的反射信息。 这个反射信号为 c 0 ( ) j4π ( ) ( ) e f R x t c S t  + = 对连续多个信号周期的反射信号进行 Doppler-FFT操作，利用反射信号的 相位-距离转化关系，实现对物体速 度的估计 毫米波感知的理论模型