关于商业主流毫米波雷达趋势分析和应用

自两年前谷歌ATAP展示了酷炫的Project Soli，而特斯拉也开始使用毫米波雷达作为防撞探测雷达，越来越多的软硬件开发者将目光投向了mmWave（毫米波）雷达技术。

利用Soli操控移动设备的演示

Soli是一项运用微型雷达监测空中手势动作的新型传感技术。这种特殊设计的雷达传感器可以追踪手部的运动，然后将采集到的mmWave雷达回波信号进行演算处理后，识别成一系列交互手势，以控制可穿戴和手持设备。这项传感技术的硬件基于英飞凌mmWave收发芯片，识别算法与软件则由谷歌负责编写，两家公司深入合作，联手对Soli技术进行个人消费类电子应用的商业化开发。

其实运动识别与追踪的解决方案已存在许多，比如光学成像、红外线、超声波、激光等等，与这些方案相比，mmWave方案优势非常明显，因此适用范围非常广阔：

在室外环境下，红外线干扰严重，依赖红外线追踪运动的解决方案可靠性不佳，而mmWave则几乎不会受到红外线干扰；

与光学成像方案相比，mmWave方案所需处理的数据较少，从而能够间接降低功耗、提高分辨率，且在低光亮环境下mmWave方案依然适用；

受惠于多普勒效应，mmWave方案依靠简单的计算就能轻松获得物体的运动方向与速率；

mmWave具有一定穿透力，即使受到轻微遮挡，也能很好完成运动识别与追踪的工作。

由于具备上述优势，越来越多运动识别与追踪应用开始偏向采用mmWave解决方案，而这些应用又反过来推动mmWave解决方案逐步迈向成熟。来听听英飞凌电源管理及多元化市场部--射频及传感器部门亚太区总监Jeffrey Mai的专业分析。

英飞凌电源管理及多元化市场部--射频及传感器部门亚太区总监Jeffrey Mai

硬件具备，只欠算法东风

英飞凌的mmWave雷达产品种类丰富，除了前面提到的谷歌Project Soli采用的60GHz方案外，还提供24GHz与77GHz方案。受无线信号衰减的影响，在信号发射功率一定的情况下，毫米波雷达频率越高，其探测距离越短。

拿英飞凌的24GHz雷达与60GHz雷达举例，24GHz雷达的探测距离最短可达到0.6~1m左右，而60GHz雷达的探测距离一般在2~3cm，当然探测距离跟天线设计也息息相关。不过60GHz雷达的分辨率要优于24GHz雷达，且尺寸较小。

24GHz方案与60GHz毫米波雷达方案对比

而根据探测距离与分辨率的不同，不同频率的方案针对的应用场景有所区别。如在安防或智能家居的应用场景下，只需监测室内有无物体运动，却对监测范围的要求较高，便适合采用24GHz雷达方案；而类似Soli的应用则需要追踪手部的细微变化，这对雷达分辨率的要求相当高，因此适合采用能追踪物体细微变化的60GHz方案。

mmWave的频率范围相当宽广（从30GHz到300GHz都被定义为mmWave），虽然不同mmWave雷达方案间的频率落差巨大，但其硬件架构却是相似的，假如不考虑对mmWave信号进行大量处理，只需DSP与Transceiver相配合，就能构成最简单的mmWave系统。不过假如要对信号进行大量处理，再考虑到不同应用场景的具体需求，最终的硬件组成千变万化。

24GHz收发芯片BGT24MTR11与XMC4200组成的mmWave系统

mmWave雷达其实并不是一项新兴技术，它已在航空与国防领域发展多年，硬件方面趋于成熟。不过把原有技术移植于它用，其挑战也随之浮现：在全新的应用场景下，需要重新定义信号并架构协议。“直白来讲，硬件或许还是那套硬件，但软件已不是那套软件了。这正是为什么Soli要由两家公司连手开发的原因——谷歌搭建应用场景并探索信号处理的算法，英飞凌则根据谷歌的需求调整芯片以配合，”Jeffrey表示。

Jeffrey表示，虽然mmWave雷达的应用场景有很多，但眼下还没有办法用某种统一算法来涵盖所有，只能根据不同应用场景来开发专用的算法，因此mmWave雷达要大范围应用还存在不小门坎。不过随着算法越来越多、越来越成熟，mmWave市场会越来越大，预计三到五年之内，mmWave雷达应用的成功案例将如雨后春笋般涌现，而英飞凌希望能与更多的应用客户合作，将这一时间提前。

英飞凌在mmWave收发器与DSP的研发上深耕多年，积累了丰富经验，能为不同应用场景提供完善的硬件支持。不过面对来自算法的挑战，英飞凌依然需要与客户、合作伙伴携手共进，互相配合推敲打磨出最终的解决方案。

各领域应用含苞待放，24GHz有望加速先行

前文提到，越来越多的运动识别与追踪应用在考虑采用mmWave雷达解决方案，而按照不同性质，Jeffrey将这些新兴的mmWave雷达应用目标领域主要划分成了汽车、工业、可穿戴与手持设备三大类型。

工业

工业应用一直是英飞凌的强项，mmWave雷达在工业方面的应用也非常广泛，尤其是24GHz雷达。目前mmWave雷达的工业应用以24GHz为主流，少数应用场景会采用60GHz雷达。

英飞凌60GHz雷达芯片大小与手指对比

从全球案例看来，目前mmWave雷达在工业方面的应用主要集中在以下几个方面：

建筑与智能家居（物联网）

室内 / 室外照明

智能街灯

无人机 / 多轴飞行器

安全应用

机器人

在建筑与智慧家居方面，mmWave雷达可用来监测雷达附近有无生物活动，进而调节室内外的照明，或者其它电器的开关，如空调、电视等；

mmWave雷达对节约用电也有所贡献，智能街灯系统采用它监测街道车流与行人情况，以此调节街灯明暗，减少公共用电支出，同时安装在路灯上的mmWave雷达所收集的昼夜街道资料对城市规划大有说明；

而在高空穿梭的无人机则利用mmWave探测周遭360度的情况，防止遭遇意外碰撞，这与汽车的防碰撞应用类似；

mmWave雷达还可用于辅助生物识别等安全应用，探寻描绘识别对象的身材轮廓，以提高其它生物识别技术的准确性；

mmWave雷达对于远程探测机器人来说，更是不可或缺的传感器，让操控着得以轻松知晓危险地域的环境情况。

相信随着时间推移，这类mmWave雷达的创新应用将会越来越多。

可穿戴与手持设备

mmWave雷达在可穿戴与手持设备上的应用，Soli当然首屈一指。可穿戴与手持设备对芯片尺寸与功耗的要求相当高，虽然Soli的尺寸与功耗已经相当小了，不过依然有进一步优化的空间；而算法一直是Project Soli的最大挑战，谷歌对此的投入的资源也是相当多，从项目开始到现在已有两年，依然在打磨算法。目前英飞凌已与谷歌合作推出了Soli A、Soli B，不久还将推出Soli C，相信届时又会再次让行业惊艳。

去年在“Google I/O”大会上展示的手势控制产品原型所采用的Soli芯片

除了手势识别应用Soli以外，英飞凌还正与合作伙伴探索mmWave雷达在AR/VR领域的应用。AR/VR设备的菜单操作是道难题，若用遥控设备操作菜单，会大大破坏AR/VR的沉浸感。如采用mmWave雷达，可在用户眼前的40~50cm处浮现能用手进行互动的虚拟菜单，mmWave雷达采集用户手势，完成相应的指令输入，以此实现虚拟与现实的无缝衔接。

利用mmWave雷达技术对虚拟界面进行操作

汽车

ADAS的实现离不开mmWave雷达的指引，而各国也纷纷出台法规强制要求汽车安装防撞雷达。除了日渐成熟的77GHz前向防撞雷达，24GHz的侧向/后向防撞雷达亦备受关注。相比77GHz解决方案，24GHz解决方案具有良好的成本优势，适用于盲点检测（BSD）、变道辅助（LCA）、追尾警报（RCTA）等应用场景，对成本敏感的汽车异常具有吸引力。

因为汽车的应用场景已非常明确，全球各车厂探索多年，所以算法与软件已非mmWave雷达用于汽车的主要挑战，取而代之的挑战是确保芯片符合安规和汽车级要求。英飞凌在汽车电子领域驰骋多年，作为全球第二大的汽车电子芯片供货商，英飞凌深知安全的重要性，所供应的汽车级器件均通过AEC-Q100及相关安规认证。从安全角度出发，英飞凌的mmWave雷达绝对是汽车防碰撞应用的最佳选择；在确保安全的前提下，与竞争对手相比，英飞凌mmWave雷达系列产品亦能提供给客户超高性价比的价值。特别值得一提的是，英飞凌的mmWave雷达种类齐全，是第一家针对任何类型的短距离雷达ADAS应用都能提供具有竞争力和长期产品规划之解决方案的供货商。

成功案例不断涌现，英飞凌加强24GHz方案中国布局

为了切实将mmWave技术引入了人们生活当中，致力于让人们生活更加便利、安全和环保的英飞凌已逐渐将更多资源往该市场方向倾斜。在可穿戴与手持设备和汽车应用上，英飞凌有余力提供给合作伙伴与谷歌Project Soli相类似的深度合作；在分散的工业应用上，英飞凌亦能凭借立体的服务体系，为中小客户提供完善、及时的技术支持。

在中国市场，英飞凌已与众多方案设计合作伙伴展开合作，为客户提供完整的24GHz mmWave雷达解决方案，而且已经取得了丰硕成果。比如最近成功的安防案例，客户想让摄像头在监控范围内出现移动物体时，能自动转向移动物体并对准拍摄，英飞凌的方案设计合作伙伴利用英飞凌的24GHz雷达等相关器件，结合客户提供的应用场景编制算法，最终形成完整的解决方案，目前该方案已开始出货。

英飞凌24/60GHz雷达解决方案主要市场及需求