(来源:CSHIA)财富加
你知道定位一架飞到几百米高、你都快看不见的无人机需要几步吗?
很简单,只需要三步:
第一步,起飞无人机;
第二步,让它飞到你看不到的高度;
第三步,打开 Wi-Fi,让芯片告诉你它在哪里。
没有雷达、没有摄像头,甚至没有专用定位系统,仅靠一颗 ESP 芯片作为发射端,地面八颗芯片组成接收阵列,就能实时获取无人机的位置与高度。支撑这一能力的,是 Wi-Fi 协议中一项被低估的底层机制 —— CSI(Channel State Information,信道状态信息)。Wi-Fi,不止能传数据,也能感知空间。
什么是 CSI ?
在无线信号传输过程中,Wi-Fi 信号并非笔直地从发射端直达接收端,而是会受到周围环境的影响。墙壁、家具、甚至人体都会反射、折射或遮挡信号,使信号发生扭曲和衰减。
为了保证数据的准确传输,Wi-Fi 协议设计了“导频”机制——在发送的数据中插入已知的参考信号,供接收端对比和校正。接收端通过比对导频信号的理想状态与实际接收到的信号,能够判断信号在传播过程中经历了哪些变化。这些变化的细节信息,就称为信道状态信息(CSI)。
简单来说,CSI 是对无线信号在频域上更细粒度的描述,比传统的信号强度指标(RSSI)包含更多维度的数据。通过分析 CSI,设备能够感知到信号路径的微小变化,进而“感知”周围环境的动态。
相比于其他无线感知技术如毫米波雷达和超宽带(UWB),基于 CSI 的感知有以下明显优势:
成本更低:CSI 直接利用现有 Wi-Fi 芯片硬件,无需额外传感器或复杂设备,极大降低了硬件成本。
功耗更小:相比高频雷达设备,Wi-Fi 芯片功耗更低,适合大规模部署和低功耗应用。
感知范围更广:Wi-Fi 信号覆盖范围广泛,能在更大空间内实现感知,不受视距限制。
抗干扰能力强:Wi-Fi 具有较强的穿透能力和信号稳定性,尤其在非视距(NLoS)环境下,依然能保持良好感知效果。
正是这些优势,使得基于 CSI 的无线感知技术具备极大的应用潜力,成为连接通信与智能感知的重要桥梁。
ESP-CSI
在无线感知应用中,芯片本身的射频性能对 CSI 的精度和稳定性至关重要。ESP32-C5 和 ESP32-C6 作为乐鑫新一代 Wi-Fi 芯片,在硬件层面针对 CSI 场景进行了多项优化:
射频电路优化,显著提升了 CSI 的接收灵敏度,同时降低静态噪声,提升微弱信号变化的可观测性;
支持 5 GHz CSI,相比传统 2.4 GHz 通道,具备更高的抗干扰能力和更细粒度的感知分辨率;
为了进一步提升感知精度,ESP-CSI 还引入了多项底层增强特性:
支持固定增益模式,避免 Wi-Fi 默认的自动增益机制掩盖 CSI 波动,从物理层减少测量干扰;
在多芯片协同应用中,采用共晶振设计实现多个芯片之间的时钟级同步,使系统具备毫米级空间分辨能力,为高精度感知提供基础保障。
CSI 应用场景
传统感知技术常常依赖视距直达、无遮挡的环境条件,而基于 CSI 的无线感知能力则突破了这一限制,不仅可以“看见”空间中的目标,还能“感知”环境中的细微变化。
非视距感知:穿墙而“视”
Wi-Fi 信号天然具有一定的穿透能力,CSI 则能精细刻画信号在复杂路径中的变化。即使目标处于墙体或障碍物后方,CSI 依然能通过分析信号反射路径上的细微扰动,完成对目标位置的感知。
这意味着,感知系统不再依赖开阔空间和视线直达。在室内环境中,无论是房间隔断还是实体墙体,都无法阻止 CSI 对目标动态的精准捕捉。
微动作感知:毫厘之间,亦可感知
CSI 对环境变化极其敏感,哪怕是轻微的动作——例如手指的摆动、头部的转动,甚至人体呼吸造成的微小胸腔起伏——都会在 CSI 数据中留下清晰特征。
通过对 CSI 波形的分析,可以识别诸如点头、摇头、举手等典型动作。结合 ESP 芯片的边缘算力,这些特征数据可以直接在设备端运行轻量化神经网络,实现本地实时动作识别,无需将数据上传云端处理,具备更强的响应效率与隐私保障。
从空间定位到环境感知,从动作识别到生命体征监测,基于 CSI 的无线感知正在拓展 Wi-Fi 的边界。而这一切,不再依赖昂贵的雷达硬件或复杂的专用传感器,只需一颗具备 CSI 能力的 ESP 芯片即可实现。
乐鑫不仅持续在芯片层面优化 CSI 支持,还提供配套的开发示例、开源工具和数据处理框架,帮助开发者快速上手。同时也积极与高校、研究机构、开源社区合作,推动 CSI 感知技术的标准化、生态化与产品化进程。
无线通信正在迈入“感知时代”,ESP 芯片正是这场变革的关键入口。
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刘老师:18810502329财富加
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