OPPO无源物联网白皮书.docx

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1、01.m目录01引言02.nd04零功耗通信的典型应用场景03.17零功耗通信技术原理0426零功耗通信系统总体设计0536零功耗通信关键技术和挑战06.54零功耗通信与6G关键技术的融合07.67结语自20世纪90年代以来,移动通信技术蓬勃发展.数字移动通信经历2G.3G、4G-1.1直到当前的5G,很好的满足了人们在语音通信、数字移动通信和移动宽带互联网通信等方面的需求.然而,随希社#恪拗发展,物联网通信需求期i廊.从2010年开始,物联网发展现状物联网通信相关的技术与标准逐步得以发展.其中，3GPP（3rdGenerationPartnershipProject,第三彳悌SKS信麒化Si

2、R）标准化了MTQMachineTypeCommunications,机器类通信）,NB-IoT（Narrow8andIoT,窄带物联网）和RedCap（ReducedCapabi1ityUE,缩减能力终端）等一系列的物联网技术.其中,MTC/NB-1oT采用小带宽、单天线、降低蜂值速率、半双工、隔叫射功率等技术显著降低了物联网终端的成本.进一步地，通过引入eDRX（enhancedDiscontinuousReception,嘀的非收）、PSM（PowerSavingMode,节臃式）确氏了物联网终前的功耗,同时，MTC/NB-1oT可以支持大量物联网终端接入网络，从而满1.2未满足的物联现

3、有物联网技术如MTC,NB-IoT等技术虽然实现了物联网终端的氏成本.低功帽和大连接，进而满足了众多场景下的物联网通信需求，但仍有很妥场景下的物联网通信需求无法（吏用现有技术褥理龌,例如：网通信需求严苛蹒信襁某些物联网场景,可礴临高温、极低S、高湿、高压、高幅9域高速运初等极婶槐如超高压电站、高速运动的列车车轨监测、高寒地带环境监测、IIkjcc段等.在这些场景中,受限于常规电源的工作环境限制，现有物联网终端将无法工作.另外，极端的工作环境也不利于物联网曜护，如更换电池.极小尺寸腾端形态需求某些物联网通信场景，如食品溯源、商品流通以及智能可穿戴等要求终端具管糠小的尺寸以方便在这些场景下使用.例

4、如，用于流通环节上商品簿理的物联网终疏通常使用电子标签的形式，以非常4M5的形态嵌入到商品包装.再例如，轻巧的可穿戴设备可以在满足用户需求的同时提开用户使用体验.演SM械联网通信需求众多的物联网通信场景要求物联网终端的成本足够低廉,从而提升相对于其他可图锄技术的竞争力.如物流或仓储场景,为了便于管理大量流通的物品，可以将物联网终端附着在每一件物品上,从而通过该终端与物流网络之间的通信完成物流全过程、全周期隹皓确管理,这些场景要求物联网终端价格具备足够竞勺，力.因此，以上述场景为代表的物联网通信场景要求支持具苗免电池、超低功耗、极小尺寸和极低成本特性的物联网通信终端.现有的物联网通信技术难以满足

5、这些需求,如何解决这些耒艇的物联网通信需求，更好服务泾济与社会发展，是一个值得探的Iw究的问题.引言历经10余年发展,3GPP标准化了多项物联网技术，实现了彳的冰.低功耗、大连接以及深厦盖的设计目标，较好满足了多样化的物联网通信场景需求.然而，仍有较多的物联网通信场里需要超低功标甚至零功耗、超低成本、极小尺寸等特性的物联网终端形态.零功耗通信借助于能量采集、反向散射以及低功耗计首,可满足这些新的物联网通信需求,鉴于其优良特性,零功耗通信有望发展成为下T弋物联网技术。01琴功的典&S用场U零功耗通信的典型应用场景零功耗通信的突出技术优势是免电池通信,由于使用射胶袋量采集、反向散射和彳氐功耗计算等

6、关键技术，终端可以做到免电池，支持极低硬件复杂度,因此零功耗通信能够满足超低功耗、极小尺寸和极低成本的需求.可以预见，零功耗技术在广泛的应用领域将具有显著的应用优势.例如面向垂直行业的工业传感器网络、智能交通、智感物流、智能仓储、智皴农业、智融城市、能源领域等应用以及面向个人消费者的智能穿戴、智能家居以及医疗护理等方面的应用.本节我们将选取其中部分典型场景说明零功耗通信在这些领域的应用潜力。021.3零功耗通信的技术定位与发展愿景零功耗通信技术使用射频能采集、反向散射和1氐功耗计算等关犍技术.零功耗通信通过采集空间中的无线电波获得能以驱动终端工作，因此零功耗通信终端可不使用常规电池.进一步地，

7、可采用反向散射和低功耗计算技术使得零功耗终端实现极其简单的射频和热带电路结构，从而极大降低了终端的终端成本、尺寸和电路能量功耗,因此，零功耗通信有望实现免电池僦,满足超低功在极小尺寸和极低成本的物联网通信需求.正是基于终疏免电池的优良特性，我麻之为零功耗终端,对应的通信过程称之为零功耗通信.0功耗NB-IbT就MTC-时延连接数RedCapSOi*ZP1oT尺寸图13-1物联网技术对比如图1.3-1所示,相对于现有的MTC、NB-IoT以及RedCap等技术，零功耗通信在终端的功耗、终端尺寸以及终端成本等方面将具有显著优势,例如，从功耗上有里将终端功耗从NB-IoT终端的数十毫瓦阐曙几十微瓦甚

8、到;瓦；从成本上有望将终雉通信模组成本从上述技术中最便宜的NB-IoTt的十几元降低至1元甚至更低,因此，基于上述与其他物联网技术明显的差异化特性，零功耗通信技术有望成为下T弋物联网技术的需要候选技术.图13-2物联网技术发展路线综上，零功耗通信将致力于满足现有的物联网通信技术仍无法满足的通信场景,实现与现有物联网通信技术的良好互补，从而满足多层次多维度的物联网通信需求.零牌通信的典3!应用场It06图2.1-1零功耗技术在工业传感网中的应用示例工i1k传感网的典型需求：终端需求：零功耗物联网终端形态为电子标卷,可集成存储器用于数据存取或集成传感器用于传感信息采集。由于一般是大规模应用（每个资

9、产或者设备都会贴一个标签），其成本、S耗都需要重点考虑.隧螭：终蝴麻小于ImW,无源免电池，免维护；工作环境：留够四肺特殊环境，在高温高压、极感辐射等特殊环境下正常工作；标签体积：极小体积，便于大规模应用；通信J瞒：除却敷十疮擞百涧6倍；鹿类型：纸质两限金属标签.网络需求基于笠窝网基础设施，灵活部署：网络设备可部署于室勺出站，室内同DIS（Digita1IndoorSystem,室内数字系统）站间距部署,提供基础覆盖;可按需部署补盲或扩展覆盖；蝇要求：单站伽施距离要求（室内30m室外100m）;网络安全：基于授权的标签读取，保护隐私fiKi据安全；连接需求：支持足够的颗容量，支持量终端0州端趣

10、.ZJk传酮（IWSN,Industria1Wire1essSensorNetwork）林广泛,包2.1工业传感网豆掰自动化,工业过程自动化,电力设施自动化.自郁表彳喃?管理.环境传感、安全、生产戡监控等.应用场景中往往会部署大的传感器节点，这些节点用于温度、湿度、振动监测、生产线监测、工业自动化和数值化管理、危险事件监测等方面,累凑、低成本的传感器设备是实现IWSN大规模部署的关键,为了应对技术挑战并满足各种IWSN,需要遵循（5、小传S节购制十目标.鉴于前述零功耗通信终端所具有的超低功耗、极小尺寸和极低成本的优点，零功耗通信在（WSN场景下将具有广泛的应用潜力。特另施要指出的是,零功耗终端

11、免电池通信的特点，也可使得零功耗通信拓展5!1传统的物联网通信技术无去涉及的应用场景.例如，在某些IWSN应用中,工业传感器节点可能部署在恶劣的环娜!特殊的位SS空间，甚至是在极端危险环境中迸行部髻（例如高/低温、移动或旋转部件、高振动条件、高温度环境等）.在这些应用场St下，一方面受限于工作环境，普通电池终端可能无法正常工作（受限于电池的理化特性对工作环境的要求）.另一方面使用传统电源终谓时高昂的网络维护成本或工作环境的限制使得网络维护而去执行，因此使用常规电池终端无法满足这类应用场景下的使用需求.在IWSN中应用零功耗通信技术,借助于能量采集和反向散射等技术,传感器节点可以做到免电池、超低

12、功耗，这将极大程度解决传照器节点的生命周期问Sg,大大延长使用寿命.同时零功耗通信的免电池特性,也将大大阳氏传感器节点隹难护成本甚至做到免姗.因此，将零功耗通信技术与IWSN结合，能蝴大的拓展工业传网络的应用场察,增加传蝴节点使用时间，降部署、维护成本.工业传感网的典型场祟：轮胎管理在轮胎中嵌入零功耗标签（邮载相应传感器），利用标签收集和记录轮胎的基本信息叫（如轮胎气压、轮胎寿命、品牌、工厂等），便于轮胎的生产、售后和使用管理,使用零功揩端的显著优势是可以锹到在不破坏轮胎、不移除轮胎的情况下进?亍数据收集和铁路轨道测量在铁轨下部等零功耗设备E,配备相应的传感器,用来进行铁路轨道诸如压力、温度和

13、其他信函监测不晖集.环境信息采集在一些幽环境（碰口高温、高压、极寒、辐射等）下进行信息收集.再加特高压电站、变电期应用环境.月体的，零功耗技术可以通过以下几个方面实现智慧仓储管理并提高仓库效率和生产力：批量读取支持更大的零功耗标签同时读取数目.当货物到达仓库时,可以批B1读取贴在货物上的无战标签（例如每秒读取千汲标签），以准酶取商品信息，例如尺寸/更量、IM造商、有效期、序列号携号、生产线等,可以帮助提高物流仓储效率和准确性，大范围读写支持更大的读写范围在仓库内，部箸f或少数个网络设备，即可实现整个仓库的零功耗标签通信覆盖.在货物或容器上贴的无爱标签，会保存其基本信息和在仓库内的位置信息，通过

14、在仓库内设置中心网培节点，能够及时快速的对仓库中所有的货物进行识Sk帮助快速盘点,便于管理者及时了解库存分布和总量以及则府储需求的快幽题.搬运管理能够对标签进行定位和信息更新.货物在仓阵内移动时，网络设备能够及时识别并进行标签信息的更新.当需要挑拣相应货物时,在整个仓库范圉内能够快速定位货物位SJ.大大提高货物的分拣效率.2.2物流和仓储随若中国经济的持续稳定发展,经济体量越来越大，随之而来的便是物流规模的进一步扩大.物流是商品流通供应链中非常堂要的环节,在国民经济中占据需要地位，而仓储题代挪蹿族冰节.在物流和仓储应用场景中,大疱装/货物需要频繁的在物流站或仓库（数万平方米）进得蟋、储存、装卸

15、和盘存.伴陵若仓库订货、货物入库、货物管理和货物出酗发生，会产生大的仓储信息，这些信息一般具有数据读取冷作频繁、数据量大等特点.为了对物流包褰/货物进行数字化信息管理,提升物流和仓储的管理效率，通常需要将通信终端标识贴在包裹/货物的包装施用于物流信息的获取和物流全潮呈管理因此，小巧的终端尺寸更加有利于行业应用.同时,由于货物的数目巨大以及考虑使用的经济性和竞争力，快递或仓库供应商只雌受极低本的通信终端.零功耗设备本身具有成本极电体积J免维护、耐用、寿命长等特点.在物流和仓储中,利用零功耗设备来记录、保存、更新货物的信息，构建基于零功耗物联网的物流、仓储系统，能够进一步降低运官成本,显著提高物流和仓信省理臧率,有助于智急物流和智禁仓储的实现.图2.2-1智超物流和智慧仓储中的零功耗标签智修居的典型应用场景：物品寻找极小我、毛酰灵活可折酬班摊设备,可以贴在家庭中.例如钥匙、护照、银行卡、钱包等.当需要寻找这些物品时,可以快速定位、找到丢失环境监测、告警零功耗设备与传感器朱成，用于监测房屋的温度、湿度等，也可以用于紧急情况如M泄漏时的告警.零功钝设备的免电也特性,可以极大增加设备的使用时间,实现免