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# 不用手环也不开摄像头，普通 Wi-Fi 怎么仅凭胸口起伏测出你的呼吸？

哪怕你躺在床上一动不动，连一句话都不说，房间里的 Wi-Fi 也能把你认出来。
不需要开摄像头，不需要戴智能手环，甚至连你的手机都不用拿在手里。
只要屋里有两台正常的无线设备在通信。
你的每一次吸气和呼气，都会在空气中留下清清楚楚的波形。

这事听起来很像科幻电影里的穿墙雷达。
但翻开无线电工程的底牌，它的物理机制非常干净。
关键就在你呼吸时，胸口起伏的那几毫米。
人在安静坐着的时候，每次呼吸，胸腔扩张和收缩的幅度大概只有 4 到 5 毫米。
4 毫米在日常生活里微不足道。
可在无线电波面前，这个尺寸一点都不小。

我们家里常用的 5 GHz 频段 Wi-Fi，电磁波的波长只有大约 6 厘米。
4 毫米的胸口位移，相当于整个波长的十五分之一。
更关键的是，人体大约百分之七十都是水。
对于几吉赫兹的高频无线电波来说，含水量极高的人体就像一面反射率相当高的镜子。
电磁波打在身上，大部分都会被直接弹开。

路由器在发射信号的时候，电磁波并不是只走一条直线。
一部分电磁波直接射向接收端，这叫直射径。
另一部分电磁波会在天花板、地板、墙壁和家具之间来回弹跳，这叫多径反射。
当你坐在房间里，有一束电磁波一定会打在你的胸口上，再弹射到接收设备那里。
墙壁是固定的，地板是固定的。
这些固定障碍物反射回来的信号，路程和时间永远不变。
唯独你的胸壁在不断起伏。

吸气的时候，胸口往前挺起 4 毫米，电磁波反射的往返路程就缩短了这几毫米。
呼气的时候，胸壁往回收缩，电磁波的路程又拉长了这几毫米。
不同路径的电磁波在接收天线那里碰头，会发生经典的波动干涉。
波峰碰到波峰，信号就被加强。
波峰碰到波谷，信号就被削弱。
胸口每起伏一次，那束反射波的相位就会产生明显的偏移。
两束波叠在一起，接收端测到的信号强弱，就会出现一段像荡秋千一样的周期性震荡。

既然原理这么直接，为什么以前的设备感觉不到有人在呼吸？
因为以前的指标太粗糙了。
过去我们看无线信号好不好，只看一个参数，叫接收信号强度指示，也就是手机状态栏里显示信号有几格的 RSSI。
这个数值太糙了。
它把几十个不同频率、成百上千条反射路径的所有能量，混成了一个笼统的总分。
你在房间里换个坐姿，或者电风扇转一圈，总信号强度的跳动比呼吸大成千上万倍。
区区 4 毫米的胸口起伏，扔进这个大杂烩里，瞬间就被噪音彻底淹没了。

真正把这扇门推开的，是现代无线芯片里的底层能力：信道状态信息，简称 CSI。
现在的 Wi-Fi 为了在有限的频带里塞进高清视频，普遍采用了正交频分复用技术。
它把一个 20 兆赫兹或者 80 兆赫兹的信道，细细切成了几十个甚至上百个子载波。
每一台无线路由器和接收网卡在传输数据包时，硬件必须实时测量每一个子载波受到的衰减和相位变化。
这套记录了每一个细分频率波形状态的精细数据矩阵，就是 CSI。
有了 CSI，工程师手里的工具就从一个只能看总亮度的粗光敏计，变成了一台高分辨率的电磁显微镜。

人体呼吸的生理节律又非常独特。
正常成年人在安静状态下，一分钟呼吸 12 到 20 次。
换算成频率，正好落在 0.1 到 0.33 赫兹这个极窄的区间里。
房间里的水泥墙和木地板不会动，它们的多普勒频移是 0 赫兹。
人在房间里走动或者大幅度挥手，频率通常在几赫兹以上。
算法只要在 CSI 的数据流里挂上一个 0.1 到 0.5 赫兹的带通滤波器。
静止的房间背景被直接扣掉，剧烈运动的高频晃动被当场过滤。
屏幕上留下的，就是一条干干净净的正弦波。

电气电子工程师学会的期刊最近刊登过一套叫 WiRe-Breath 的系统。
研究人员把医用的胸带呼吸传感器绑在测试者身上当基准对照。
另一边，他们只用普通无线路由器的常规信标信号，去抓空气里的 CSI 扰动。
把两组曲线画在同一张图上，从 Wi-Fi 信号里提取出来的呼吸波形，跟贴身医疗传感器的曲线几乎严丝合缝地重合在一起。
在安静环境下，呼吸率的识别准确率达到了 98.8%。
如果测试者屏住呼吸，或者出现睡眠呼吸暂停，图上的波峰在几秒钟之内就会彻底拉平，当场就能触发报警。

这已经不再是实验室里拿改装网卡玩的小实验。
负责制定全球无线通信标准的 IEEE，已经正式推进了 IEEE 802.11bf 标准。
这个标准的名字就叫无线局域网感知。
这意味着未来的 Wi-Fi 协议在设计之初，除了搬运数据包，还把空间感知写进了底层规范。
路由器和智能家居芯片在日常通信的同时，顺手就能把房间里的人体动作和生命体征给量出来。

它带来了一个非常接地气的应用前景。
家里有独居老人，平时装摄像头侵犯隐私，戴手环老人又经常嫌麻烦忘记充电。
利用无处不在的无线电波，老人晚上睡在床上有没有呼吸暂停，甚至在浴室里有没有发生跌倒，路由器自己就能默默完成看护。
在地震或者火灾现场，救援队员拿着手持无线设备在废墟外面扫一圈，只要砖石下面还有人胸膛在微弱起伏，就能定位到生命迹象。

过去二十年，我们身边的空气里一直充斥着看不见摸不着的无线电波。
大家以前总觉得它们只是在空中飞来飞去，替我们传输网页、照片和视频。
没想到只要静静待着，我们的肺部每一次吸入氧气，都在给满屋子的电磁场编织着专属于自己的涟漪。

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