[go: up one dir, main page]

CN112285688A - 讯号感测系统与方法 - Google Patents

讯号感测系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112285688A
CN112285688A CN201911293358.7A CN201911293358A CN112285688A CN 112285688 A CN112285688 A CN 112285688A CN 201911293358 A CN201911293358 A CN 201911293358A CN 112285688 A CN112285688 A CN 112285688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
dimension
frequency domain
receiver
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201911293358.7A
Other languages
English (en)
Inventor
何庭武
刘家隆
徐福得
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from TW108140738A external-priority patent/TWI739204B/zh
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of CN112285688A publication Critical patent/CN112285688A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/0507—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves using microwaves or terahertz waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/20—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves whereby multiple time-around echoes are used or eliminated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/347—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using more than one modulation frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/04—Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/0816—Measuring devices for examining respiratory frequency
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7282—Event detection, e.g. detecting unique waveforms indicative of a medical condition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

讯号感测系统与方法。讯号感测系统包括处理器、发送器、接收器以及振荡器。振荡器耦接至发送器以及接收器。振荡器产生时脉讯号。发送器根据时脉讯号发送多个输出讯号。接收器根据时脉讯号接收经由物体反射的第一输出讯号，并根据第一输出讯号获得通道状态资讯。处理器根据通道状态资讯识别物体的状态并输出物体的状态。

Description

讯号感测系统与方法
技术领域
本发明涉及一种讯号感测系统与方法，特别涉及一种基于ODFM技术的讯号感测系统与方法。
背景技术
雷达感测技术被广泛地应用在各种不同的非接触式感测领域上，例如健康照顾、安全监测、智慧家庭、食安把关等应用。现有的雷达感测装置(例如：都卜勒(Doppler)雷达、毫米波(mmWave)雷达等)成本过高，考虑到消费者会因价格的考量而产生购买上的犹豫，利用便宜的正交分频多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，OFDM)装置(例如：应用WiFi、LTE、5G等技术的装置)当作非接触式感测使用已是近年来热门的研究技术之一。
OFDM装置的非接触式感测原理是类似蝙蝠的声纳系统。待测物的性质(例如，身体的动作或液体的类型)会造成无线电波的变化。例如，在发射器发出讯号后，该讯号会与受测者身体碰撞后通过接收器所接收。最后，接收器的装置会再对所接收的讯号进行分析以识别出待测物的性质。然而，上述的方式仍存在下述两个关键问题需克服。
问题一：单一OFDM装置无法感测本身所发送的讯号
不同于现有的雷达感测装置，OFDM装置的发送器与接收器是分属于两个不同的装置。在具有发送器的装置(亦称为，发送装置)发送讯号后，具有发送器的装置(亦称为，接收装置)并无法感测该装置本身所发送出的讯号。特别是，由于发送装置与接收装置之间存在频率偏移的问题，此问题会引起具有接收装置在感测上的杂讯使得讯号感测上容易出现误差(例如，相位或振幅的误差)。
问题二：电磁波的菲涅耳波带(Fresnel zone)效应
一般来说，在无线电收发装置之间会形成一个以收发装置为焦点的椭圆区域。该区域是无线电磁波强度集中的区域，大概占到整个无线电磁波能量的80％。若待测物离菲涅耳波带越远，所感测到的讯号变化越容易受到菲涅耳波带内的电磁波能量所影响。
特别是，OFDM装置的发送器在发送讯号前需选择子载波(subcarrier)的频率。而在公知技术中，当接收器收到经由待测物反射的讯号时，通常是仅使用该讯号的单一特性(例如，仅使用频率或仅使用相位)来进行分析以获得待测物的相关资讯。然而，在某些特定频率的子载波中，接收器所接收到的讯号在振幅有较明显的变化但相位的变化较不明显，这些频率并不易于使用在仅使用相位来进行分析的技术中。此外，在某些特定频率的子载波中，接收器所接收到的讯号在相位有较明显的变化但振幅的变化较不明显，这些频率并不易于使用在仅使用振幅来进行分析的技术中。
发明内容
因此，本发明提供一种讯号感测系统与方法，可以解决发送器与接收器之间频率偏移所造成的杂讯问题，并且有效降低菲涅耳波带效应影响的机制，由此提升OFDM雷达的感测距离。
本发明提出一种讯号感测系统，包括：感测装置与耦接至感测装置的处理器。感测装置包括：发送器、接收器以及振荡器。振荡器耦接至所述发送器以及所述接收器并用以产生一时脉讯号。所述发送器产生彼此相互正交的多个子载波，分别根据所述多个子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据所述时脉讯号发送所述多个输出讯号。所述接收器根据所述时脉讯号接收所述多个输出讯号中经由一物体反射的至少一第一输出讯号，并根据所述第一输出讯号获得一通道状态资讯。所述处理器根据所述通道状态资讯识别所述物体的一状态，并输出所述物体的所述状态。
本发明提出一种讯号感测方法，用于一讯号感测系统，所述讯号感测系统包括一感测装置以及一处理器，所述感测装置包括一发送器、一接收器以及耦接至所述发送器以及所述接收器的一振荡器，所述方法包括：通过所述振荡器产生一时脉讯号；通过所述发送器产生彼此相互正交的多个子载波，分别根据所述多个子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据所述时脉讯号发送所述多个输出讯号；通过所述接收器根据所述时脉讯号接收所述多个输出讯号中经由一物体反射的至少一第一输出讯号，并根据所述第一输出讯号获得一通道状态资讯；以及通过所述处理器根据所述通道状态资讯识别所述物体的一状态，并输出所述物体的所述状态。
基于上述，本发明的讯号感测系统与方法可以将基于OFDM技术的发送器与接收器整合于同一装置中，并让该发送器与该接收器共用同一个震荡器，藉此解决发送器与接收器之间频率偏移所造成的杂讯问题。此外，本发明还提出一个能有效降低菲涅耳波带效应影响的机制，由此提升OFDM雷达的感测距离。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测系统的示意图；
图2是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测模块的示意图；
图3是依照本发明的一实施例所绘示的讯号平滑模块的示意图；
图4是依照本发明的一实施例所绘示的频率分析模块的示意图；
图5是依照本发明的一实施例所绘示的特征检测模块的示意图；
图6是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测方法的示意图。
上述附图中，附图标记含义如下：
1000：讯号感测系统
101：讯号感测模块
102：讯号平滑模块
103：频率分析模块
104：特征检测模块
201：讯号产生模块
202：感测装置
203：回声消除模块
201a：封包配置模块
201b：封包处理模块
202a：发送器
202b：接收器
202c：振荡器
SGL、SGL_1：讯号
OB：物体
OL：离群
M1、M2：最大值
400、401：图表
S601：振荡器产生时脉讯号的步骤S603：发送器产生彼此相互正交的多个子载波，分别根据这些子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据时脉讯号发送这些输出讯号的步骤S605：接收器根据时脉讯号接收经由物体反射的至少一第一输出讯号，并根据第一输出讯号获得通道状态资讯的步骤S607：处理器根据通道状态资讯识别物体的状态，并输出物体的状态的步骤
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测系统的示意图。
请参照图1，讯号感测系统1000主要包括讯号感测模块101、讯号平滑(signalsmoothing)模块102、频率分析模块103以及特征检测模块104。
图2是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测模块的示意图。
请参照图2，图1中的讯号感测模块101包括讯号产生模块201、感测装置202以及回声消除模块203。讯号产生模块201包括封包配置模块201a以及封包处理模块201b。感测装置202包括发送器202a、接收器202b以及振荡器202c。
在本实施例中，讯号感测系统1000还会包括处理器(未绘示)以及储存电路(未绘示)，处理器会耦接至储存电路以及前述的感测装置202。讯号感测系统1000的储存电路中储存有多个程式码片段，在上述程式码片段被安装后，会由处理器来执行。例如，储存电路中包括多个模块，通过这些模块来分别执行封包配置模块201a、封包处理模块201b、回声消除模块203、讯号平滑模块102、频率分析模块103以及特征检测模块104的各个运作，其中各模块是由一或多个程式码片段所组成。然而本发明不限于此，封包配置模块201a、封包处理模块201b、回声消除模块203、讯号平滑模块102、频率分析模块103以及特征检测模块104的各个运作也可以是使用其他硬体形式的方式来实现。
特别是，本发明的发送器202a与接收器202b可以是基于OFDM技术的收发装置(或电路)。
振荡器202c耦接至发送器202a以及接收器202b。振荡器202c是用以产生符合规范的时脉讯号，并同时提供发送器202a与接收器202b当振荡源使用。在本实施例中，发送器202a以及接收器202b会共用振荡器202c所产生的时脉讯号。
在本实施例中，讯号产生模块201用以根据一封包配置资讯发送多个封包以产生一讯号。更详细来说，讯号产生模块201中的封包配置模块201a会接收由使用者或装置设定的封包配置资讯。封包配置资讯可以是封包的发送速率。封包处理模块201b例如可以根据封包配置资讯，将欲发送的资料切割为多个封包并发送这些封包以产生需通过发送器202a传递的讯号。
之后，发送器202a会基于OFDM的运作原理产生彼此相互正交的多个子载波(subcarrier)，将前述来自封包处理模块201b的讯号区分为多个子讯号，并分别根据前述的多个子载波调变前述的多个子讯号以产生多个输出讯号。之后，发送器202a会根据封包配置资讯以及振荡器202c的时脉讯号发送输出讯号SGL。
之后，接收器202b会根据振荡器202c的时脉讯号接收输出讯号SGL中经由物体OB反射的至少一输出讯号SGL_1(亦称为，第一输出讯号)。例如，接收器202b会根据振荡器202c的时脉讯号接收类比讯号形式的输出讯号SGL_1并取样为数位讯号形式的输出讯号SGL_1。
在获得输出讯号SGL_1后，接收器202b会根据输出讯号SGL_1获得通道状态资讯(channel state information，CSI)。讯号感测系统1000的处理器会根据该通道状态资讯识别物体OB的一状态，并输出此物体的状态。
更详细来说，在根据输出讯号SGL_1获得通道状态资讯的运作中，可以先通过回声消除模块203消除输出讯号SGL_1中的干扰讯号。特别是，此干扰讯号是经由发送器202a以及接收器202b之间的一路径(亦称为，第一路径)所传送，且此第一路径非经由物体OB反射。也就是说，基于无线传输的多重路径(multipath)问题，部分发送器202a发送的讯号会未经反射而直接地从发送器202a传送至接收器202b，而这些讯号会造成判断上的误差，故会将这些讯号识别为干扰讯号。而回声消除模块203消除干扰讯号的方式可以使用硬体的方式、多重参考主动杂讯消除(Mutiple Reference Active Noise Control，Mutiple ReferenceANC)、递回最小平方(Recursive Least Squares，RLS)、最小均方(Least Mean Square，LMS)或X滤波最小均方(Filtered-X LMS，FxLMS)等方式。
图3是依照本发明的一实施例所绘示的讯号平滑模块的示意图。
请参照图3，在获得已去除干扰讯号的输出讯号SGL_1后，讯号平滑模块102会使用滤波器(filter)过滤已去除干扰讯号的输出讯号SGL_1以删除至少一离群(outlier)资料OL。
图4是依照本发明的一实施例所绘示的频率分析模块的示意图。
请参照图4，在去除输出讯号SGL_1中的干扰讯号以及离群资料OL后，频率分析模块103会根据已去除干扰讯号与离群资料OL的输出讯号SGL_1获得通道状态资讯。之后，频率分析模块103会根据此通道状态资讯获得在时域中的至少一复数(complex number)。如何根据一讯号获得通道状态资讯以及对应该通道状态资讯的复数可以由习知的OFDM技术所得知，在此不再赘述。如图4中的图表400所示，图表400用以绘示时间、所获得的复数的实部(real part)以及所获得的复数的虚部(imaginary part)三者在一三维空间中的分布关系。
在根据通道状态资讯获得在时域中的至少一复数后，频率分析模块103会将这些复数转换为在频域中的频域讯号(如图4的图表401所示)，并根据此频域讯号识别物体OB的状态。也就是说，频率分析模块103是以复数的形式(例如，IQ Data)来描述传送的通道(Channel)，并将该通道在时间的变化通过频谱分析方法转换到频域。频谱分析方法可以是傅立叶转换(Fourier transform，FT)或离散小波变换(Discrete Wavelet Transform，DWT)等方法。
图5是依照本发明的一实施例所绘示的特征检测模块的示意图。
请参照图5，在获得频域讯号后，特征检测模块104可以判断物体OB的状态。具体来说，假设物体OB为人体并且特征检测模块104用以检测人体的呼吸频率以及心跳频率。图5的图表401是延续图4的图表401的范例。在图表401中横轴的维度(亦称为，第一维度)用以表示每分钟的节拍数(beats per minute，BPM)，纵轴的维度(亦称为，第二维度)用以表示频率。特征检测模块104会识别频域讯号中在BPM(即，第一维度)的某一范围(亦称为，第一范围)，并将此第一范围中频率(即，前述的第二维度)的最大值M1(亦称为，第一最大值)识别为第一生理资讯。例如，在频域上找BPM范围介于6与25之间的频率的最大值作为呼吸频率(即，前述的第一生理资讯)。
类似地，特征检测模块104会识别频域讯号中在BPM的另一范围(亦称为，第二范围)，并将此第二范围中频率的最大值M2(亦称为，第二最大值)识别为第二生理资讯。例如，在频域上找BPM范围介于50与100之间的频率的最大值作为心跳频率(即，前述的第一生理资讯)。
需说明的是，前述范例是的物体OB是人体并且前述方法用以感测该人体的呼吸频率与心跳频率。然而本发明不限于此，在一实施例中，被感测的物体OB为液体，且特征检测模块104是用于判断该液体的种类(例如，水或酒精)。此外，在一实施例中，特征检测模块104也可以是用来判断被感测的物体OB在一空间中的位置以用于定位。
特别是，表一是描述共用同一振荡器202c的发送器202a与接收器202b与一般公知的未共用振荡器的发送器与接收器在讯号处理上的效果差异。
Figure BDA0002319748130000071
Figure BDA0002319748130000081
表一
请参照上表一，表一的范例是使用振幅进行分析。表一中的“讯号飞行距离”代表讯号从发送器发送后经物体反射到达接收器所经过的路径长度。由表一可以清楚地看出，当物体OB实际上以12BPM进行呼吸时，非共用振荡器的装置在讯号飞行距离为6公尺时即产生误差，而共用振荡器的装置(即，本发明的讯号感测系统1000)在讯号飞行距离为10公尺时才产生误差。
类似地，当物体OB实际上以15BPM进行呼吸时，非共用振荡器的装置在讯号飞行距离为8公尺时即产生误差，而共用振荡器的装置(即，本发明的讯号感测系统1000)在讯号飞行距离为14公尺时才产生误差。
表二是描述共用同一振荡器202c的发送器202a与接收器202b与一般习知的未共用振荡器的发送器与接收器在讯号处理上的效果差异。
Figure BDA0002319748130000082
表二
请参照上表二，表二的范例中非共用振荡器的装置是使用振幅(例如，将复数转换为振幅)进行分析，而共用振荡器的装置(即，本发明的讯号感测系统1000)是直接观察复数地整体变化来进行分析。由表二可以清楚地看出，当物体OB实际上以12BPM进行呼吸时，非共用振荡器的装置在讯号飞行距离为6公尺时即产生误差，而共用振荡器的装置(即，本发明的讯号感测系统1000)在讯号飞行距离为10公尺时仍未有误差。
类似地，当物体OB实际上以15BPM进行呼吸时，非共用振荡器的装置在讯号飞行距离为8公尺时即产生误差，而共用振荡器的装置(即，本发明的讯号感测系统1000)在讯号飞行距离为14公尺时才产生误差。
由上述可知，本发明可以有效地降低菲涅耳波带效应影响的机制，由此提升OFDM雷达的感测距离。特别是，本发明是直接对“复数的整体变化”进行观察而非如公知技术将复数转换为频率或相位再使用两者的其中之一的单一特性进行分析。
图6是依照本发明的一实施例所绘示的讯号感测方法的示意图。
请参照图6，在步骤S601中，振荡器202c产生一时脉讯号。在步骤S603中，发送器202a产生彼此相互正交的多个子载波，分别根据这些子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据时脉讯号发送这些输出讯号。在步骤S605中，接收器202b根据时脉讯号接收经由物体反射的至少一第一输出讯号，并根据第一输出讯号获得通道状态资讯。在步骤S607中，处理器根据通道状态资讯识别物体的状态，并输出物体的状态。
综上所述，本发明的讯号感测系统与方法可以将基于OFDM技术的发送器与接收器整合于同一装置中，并让该发送器与该接收器共用同一个震荡器，由此解决发送器与接收器之间频率偏移所造成的杂讯问题。此外，本发明还提出一个能有效降低菲涅耳波带效应影响的机制，由此提升OFDM雷达的感测距离。

Claims (20)

1.一种讯号感测系统，其特征在于，包括：
一感测装置，包括：
一发送器；
一接收器；
一振荡器(oscillator)，耦接至所述发送器以及所述接收器并用以产生一时脉讯号；
一处理器，用以耦接至所述感测装置，其中
所述发送器产生彼此相互正交的多个子载波(subcarrier)，分别根据所述多个子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据所述时脉讯号发送所述多个输出讯号，
所述接收器根据所述时脉讯号接收所述多个输出讯号中经由一物体反射的至少一第一输出讯号，并根据所述第一输出讯号获得一通道状态资讯(channel stateinformation，CSI)，
所述处理器根据所述通道状态资讯识别所述物体的一状态，并输出所述物体的所述状态。
2.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，在根据所述通道状态资讯识别所述物体的所述状态的运作中，
所述处理器根据所述通道状态资讯获得在时域中的至少一复数(complex number)，将在时域中的所述复数转换为在频域中的一频域讯号，并根据所述频域讯号识别所述物体的所述状态。
3.如权利要求2所述的讯号感测系统，其特征在于，所述频域讯号包括一第一维度以及一第二维度，在根据所述频域讯号识别所述物体的所述状态的运作中，
所述处理器识别所述频域讯号中所述第一维度的一第一范围，并将所述第一范围中所述第二维度的一第一最大值识别为一第一生理资讯，
所述处理器识别所述频域讯号中所述第一维度的一第二范围，并将所述第二范围中所述第二维度的一第二最大值识别为一第二生理资讯。
4.如权利要求3所述的讯号感测系统，其特征在于，所述第一维度用以表示每分钟的节拍数(beats per minute，BPM)，所述第二维度用以表示频率，所述第一生理资讯用以表示一呼吸频率，所述第二生理资讯用以表示一心跳频率。
5.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，更包括：
一回声消除(echo cancellation)模块，其中在根据所述第一输出讯号获得所述通道状态资讯的运作中，
所述回声消除模块用以消除所述第一输出讯号中的一干扰讯号，其中所述干扰讯号是经由所述发送器以及所述接收器之间的一第一路径所传送，且所述第一路径非经由所述物体反射。
6.如权利要求5所述的讯号感测系统，其特征在于，
所述处理器使用滤波器(filter)过滤已去除所述干扰讯号的所述第一输出讯号以删除至少一离群(outlier)资料。
7.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，更包括：
一讯号产生模块，用以根据一封包配置资讯发送多个封包以产生所述讯号。
8.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，所述物体为一使用者，且所述物体的所述状态为所述使用者的呼吸频率。
9.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，所述物体的所述状态为所述物体的位置。
10.如权利要求1所述的讯号感测系统，其特征在于，所述物体为一液体，且所述物体的所述状态为所述液体的种类。
11.一种讯号感测方法，其特征在于，用于一讯号感测系统，所述讯号感测系统包括一感测装置以及一处理器，所述感测装置包括一发送器、一接收器以及耦接至所述发送器以及所述接收器的一振荡器，所述方法包括：
通过所述振荡器产生一时脉讯号；
通过所述发送器产生彼此相互正交的多个子载波，分别根据所述多个子载波调变一讯号的多个子讯号以产生多个输出讯号，并根据所述时脉讯号发送所述多个输出讯号；
通过所述接收器根据所述时脉讯号接收所述多个输出讯号中经由一物体反射的至少一第一输出讯号，并根据所述第一输出讯号获得一通道状态资讯；以及
通过所述处理器根据所述通道状态资讯识别所述物体的一状态，并输出所述物体的所述状态。
12.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，根据所述通道状态资讯识别所述物体的所述状态的步骤包括：
通过所述处理器根据所述通道状态资讯获得在时域中的至少一复数，将在时域中的所述复数转换为在频域中的一频域讯号，并根据所述频域讯号识别所述物体的所述状态。
13.如权利要求12所述的讯号感测方法，其特征在于，所述频域讯号包括一第一维度以及一第二维度，根据所述频域讯号识别所述物体的所述状态的步骤包括：
通过所述处理器识别所述频域讯号中所述第一维度的一第一范围，并将所述第一范围中所述第二维度的一第一最大值识别为一第一生理资讯；以及
通过所述处理器识别所述频域讯号中所述第一维度的一第二范围，并将所述第二范围中所述第二维度的一第二最大值识别为一第二生理资讯。
14.如权利要求13所述的讯号感测方法，其特征在于，所述第一维度用以表示每分钟的节拍数(beats per minute，BPM)，所述第二维度用以表示频率，所述第一生理资讯用以表示一呼吸频率，所述第二生理资讯用以表示一心跳频率。
15.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，根据所述第一输出讯号获得所述通道状态资讯的步骤包括：
通过一回声消除模块消除所述第一输出讯号中的一干扰讯号，其中所述干扰讯号是经由所述发送器以及所述接收器之间的一第一路径所传送，且所述第一路径非经由所述物体反射。
16.如权利要求15所述的讯号感测方法，其特征在于，更包括：
通过所述处理器使用滤波器(filter)过滤已去除所述干扰讯号的所述第一输出讯号以删除至少一离群(outlier)资料。
17.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，更包括：
通过一讯号产生模块根据一封包配置资讯发送多个封包以产生所述讯号。
18.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，所述物体为一使用者，且所述物体的所述状态为所述使用者的呼吸频率。
19.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，所述物体的所述状态为所述物体的位置。
20.如权利要求11所述的讯号感测方法，其特征在于，所述物体为一液体，且所述物体的所述状态为所述液体的种类。
CN201911293358.7A 2019-07-22 2019-12-16 讯号感测系统与方法 Withdrawn CN112285688A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962876788P 2019-07-22 2019-07-22
US62/876,788 2019-07-22
TW108140738 2019-11-08
TW108140738A TWI739204B (zh) 2019-07-22 2019-11-08 訊號感測系統與方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112285688A true CN112285688A (zh) 2021-01-29

Family

ID=74187555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911293358.7A Withdrawn CN112285688A (zh) 2019-07-22 2019-12-16 讯号感测系统与方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210022619A1 (zh)
JP (1) JP6967619B2 (zh)
CN (1) CN112285688A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210119740A1 (en) * 2019-07-22 2021-04-22 Industrial Technology Research Institute System and method for signal sensing
US12160298B2 (en) * 2022-05-24 2024-12-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Multi-antenna WiFi based breathing rate estimation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200726154A (en) * 2005-11-21 2007-07-01 Freescale Semiconductor Inc Blind bandwidth detection for a sample stream
TW200937899A (en) * 2008-02-18 2009-09-01 Univ Nat Chiao Tung A synchronization method for OFDM systems
US20100241009A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Wright State University Systems and Methods for Detecting Movement of a Target
US20110279275A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-17 National Sun Yat-Sen University Wireless detection apparatus and method
TW201506580A (zh) * 2013-08-14 2015-02-16 Phison Electronics Corp 連接介面單元與記憶體儲存裝置
TW201620441A (zh) * 2014-09-26 2016-06-16 英特爾股份有限公司 心電圖訊號處理

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2789521A1 (en) * 2009-02-25 2010-09-02 Xanthia Global Limited Wireless physiology monitor
CN104459688A (zh) * 2013-09-16 2015-03-25 中兴通讯股份有限公司 生命体探测处理方法、装置及终端
EP3360476B1 (en) * 2017-02-13 2020-09-30 Stichting IMEC Nederland A method and a device for detecting of a vital sign
CN110461230B (zh) * 2017-05-30 2022-04-29 株式会社索思未来 信息处理装置以及检测装置
JP7228375B2 (ja) * 2017-12-01 2023-02-24 オリジン ワイヤレス， インコーポレイテッド オブジェクト追跡とナビゲーションのための方法、装置及びシステム
EP3499731B1 (en) * 2017-12-18 2021-07-14 NXP USA, Inc. Interference cancellation of expected interference signal
US10872209B2 (en) * 2018-10-13 2020-12-22 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for radio frequency sensing in diverse environments
JP2020124337A (ja) * 2019-02-04 2020-08-20 国立大学法人電気通信大学 バイタル情報推定装置及びバイタル情報推定プログラム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200726154A (en) * 2005-11-21 2007-07-01 Freescale Semiconductor Inc Blind bandwidth detection for a sample stream
TW200937899A (en) * 2008-02-18 2009-09-01 Univ Nat Chiao Tung A synchronization method for OFDM systems
US20100241009A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Wright State University Systems and Methods for Detecting Movement of a Target
US20110279275A1 (en) * 2010-05-17 2011-11-17 National Sun Yat-Sen University Wireless detection apparatus and method
TW201506580A (zh) * 2013-08-14 2015-02-16 Phison Electronics Corp 連接介面單元與記憶體儲存裝置
TW201620441A (zh) * 2014-09-26 2016-06-16 英特爾股份有限公司 心電圖訊號處理

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭超;张景涛;郭娟;魏占祯;: "一种基于体域网的非线性加窗心电系统设计研究", 北京电子科技学院学报, no. 02, pages 39 - 46 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021018229A (ja) 2021-02-15
JP6967619B2 (ja) 2021-11-17
US20210022619A1 (en) 2021-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Multi-resident non-contact vital sign monitoring using radar: A review
CN110301917B (zh) 一种无接触呼吸检测方法及装置
JP6865394B2 (ja) プログラム
US10791965B2 (en) Method and apparatus for wirelessly monitoring repetitive bodily movements
JP6873187B2 (ja) チャネル状態情報に基づいて、生理状態情報を測定する方法、装置およびシステム
CN106999090B (zh) 用于估计生理特性的值的装置和方法
CN107576345B (zh) 多节点谐振型声表面波传感器的无线测量系统及测量方法
JP2019148428A (ja) 人検出装置及び人検出方法
JP7349661B2 (ja) 推定方法、推定装置およびプログラム
JP6832534B2 (ja) 推定装置および推定方法
JP2015052475A (ja) 監視システム
CN112285688A (zh) 讯号感测系统与方法
Shi et al. Synthesizing wider WiFi bandwidth for respiration rate monitoring in dynamic environments
CN103919527A (zh) 动作/扰动信号检测系统及方法
JP6893328B2 (ja) センサおよび位置推定方法
CN109330597A (zh) 一种基于信道状态信息的人体呼吸追踪方法
Zhu et al. WiseFi: Activity localization and recognition on commodity off-the-shelf WiFi devices
Bocus et al. Translation resilient opportunistic WiFi sensing
US11047968B2 (en) Estimating method and estimating device
TWI739204B (zh) 訊號感測系統與方法
JP2020109387A (ja) 推定方法および推定装置
Walid et al. Accuracy assessment and improvement of FMCW radar-based vital signs monitoring under Practical Scenarios
Zhang et al. Breath status tracking using commodity wifi
Wan et al. Multi-user room-scale respiration tracking using COTS acoustic devices
Wang et al. Received power-based vital signs monitoring

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210129