基于WiFi的人员呼吸感知边界研究.pdf

摘要

随着物联网科技的飞速发展，万物互联的时代到来，人类逐渐成为信息世界交互的中心。

为了实现人与设备之间更好的交互，基于传感器的感知技术和基于射频的感知技术应运而生。

由于基于传感器设备的感知方法会给用户带来不便且带来隐私侵犯的问题，因此基于射频的

感知技术具有更好的发展趋势和应用前景。本文主要聚焦于基于WiFi信道状态信息（Channel

StateInformation，CSI）的感知技术，在简要阐述当前技术发展以及应用的基础上，重点研究

了基于WiFi的人体呼吸感知边界的相关研究。

呼吸是人类最基础的生命活动之一，人体通过呼吸系统将体内代谢物质排出，为机体提

供所需的氧气，进而为人体提供营养物质和所需的能量。除此之外，呼吸频率与心率和体温/

血压相协调，是监测人类健康的重要生命特征。同时，呼吸模式的改变是慢性疾病发展的一

个有效预测因子，如心脏骤停、慢性肾脏疾病等。因此持续的呼吸频率监测在日常生活中非

常必要。

传统人体呼吸检测方法通常是专用医疗设备，此类设备价格高昂，不适合日常生活中的

呼吸监测。为了实现便捷且成本代价低的无接触式呼吸频率监测，本文提出了基于CSI的人

体呼吸感知边界系统。首先，介绍了CSI的相关理论知识，并且从无线信道的角度，阐释了

呼吸对无线信道的影响，并且给出了相关的理论分析模型。然后，根据两者之间的联系，本

文推导出了呼吸感知边界模型，给出了呼吸感知边界的理论值。最后，进行了大量的实验测

试，通过在不同的环境以及邀请多名实验者参与实验，验证了本系统的有效性和鲁棒性。

同时，考虑到日常实际生活场景中，人们睡眠过程通常会有被子、毯子等覆盖物的遮挡，

这些覆盖物会对无线信号产生阻隔，导致提取到的呼吸信号严重衰减，进而对人的呼吸频率

监测造成干扰，缩减了呼吸感知距离的范围。为解决此类问题，让人体呼吸监测在日常生活

环境中更具备通用性，本文对以上呼吸感知模型进行了扩展。具体的解决思路如下：首先，

通过对双天线的信道状态信息经过最佳权重组合方式以增强动态目标反射的信号。然后，对

组合后的CSI进行处理，从中提取出人的呼吸信号。最后，结合呼吸频率相对误差的概念，

对不同因素导致的实验结果进行对比，进而验证了该系统反射信号增强后的呼吸检测的有效

性和准确性。

关键词:呼吸感知，WiFi，信道状态信息，边界检测

Abstract

WiththerapiddevelopmentofInternetofThings(IoT)technology,theeraofinternetof

everythinghasarrived,andhumangraduallybecomesthecenterofinteractionintheinformation

world.Inordertoachievebetterinteractionbetweenhumansanddevices,sensor-basedsensing

technologyandradiofrequencybasedsensingtechnologyhaveemerged.Sincesensor-basesensing

methodsbringinconvenienceandprivacyviolationtousers,RF-basedsensingtechnologieshave

betterdevelopmenttrendsandapplicationprospects.Thisthesismainlyfocuesonthesensing

technologybasedonWiFiChannelStateInformation(CSI),andfocusesontherelatedresearchof

WiFi-basedhumanbreathingsensingboundarywithabriefdescriptionofthecurrenttechnology

developmentandapplications.