《電子技術(shù)應用》
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基于Wi-Fi信號的環(huán)境反向散射技術(shù)分析
2020年電子技術(shù)應用第12期
成 剛
上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海200127
摘要： 環(huán)境反向散射技術(shù)給物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備部署的商業(yè)化帶來了新的技術(shù)方案。首先簡要概述反向散射技術(shù)的分類和基本特點，然后基于Wi-Fi信號下的環(huán)境反向散射技術(shù)，分析反向散射的設(shè)備通過接收Wi-Fi報文及反射信號來傳遞信息的可行性，討論設(shè)備實現(xiàn)Wi-Fi雙向通信的硬件框架和軟件模塊結(jié)構(gòu)，介紹反向散射技術(shù)的應用場景，并歸納該技術(shù)的挑戰(zhàn)和改進方向。最后展望了基于Wi-Fi信號的環(huán)境反向散射技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究方向。
中圖分類號： TN926
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200506
中文引用格式： 成剛. 基于Wi-Fi信號的環(huán)境反向散射技術(shù)分析[J].電子技術(shù)應用，2020，46(12)：43-47，52.
英文引用格式： Cheng Gang. Ambient backscatter technology survey based on Wi-Fi deployment[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：43-47，52.
Ambient backscatter technology survey based on Wi-Fi deployment
Cheng Gang
Nokia Shanghai Bell Co.，Ltd.，Shanghai 200127，China
Abstract： Ambient backscatter technology brings new solution for those devices largely deployed with low power consumption required by Internet of Things. This paper firstly introduces an overview for basic theory and categories of backscatter technology. Then based on Wi-Fi signal transmission with ambient backscatter, the paper gives the analysis how backscatter device handles the messages encoded from Wi-Fi packets and reflects the signal for information transmitting. Then the paper provides the proposal of relevant hardware framework and software architecture, and potential deployment user cases. From perspective of product delivery, the paper also summarizes the technical challenges and key improvement areas. Finally, the paper shares the view for technical evolution trend and key points for next study.
Key words : ambient backscatter；Internet of Things；RFID；CSI

0 引言

    在物聯(lián)網(wǎng)中有大量的低成本和低功耗設(shè)備通過傳感器對周圍環(huán)境進行監(jiān)測，把相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)或云端進行處理。這些設(shè)備不需要隨時進行數(shù)據(jù)通信，能夠在低功耗的情況下長期被使用，當環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化的時候，或者服務器或網(wǎng)關(guān)需要查詢它們狀態(tài)的時候，它們將從休眠的狀態(tài)中被激活進行通信。如何降低這些設(shè)備的功耗和成本是物聯(lián)網(wǎng)得以快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。

    目前支持無線連接物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有LoRA(Long-Range)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT、IEEE802.15.4、低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy，BLE)等，相應的設(shè)備具有低成本和低功耗的特點。然而，這些應用場景都需要給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電或者配置電池來維持基本的工作狀態(tài)，依賴于安裝和部署特定的信號源發(fā)送特定頻段的無線信號來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信等。

    在目前移動通信、電視廣播或Wi-Fi信號非常普及的情況下，如果能利用環(huán)境中的電磁波信號作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能量輸入，并且對這些無線信號進行有條件的反射，把所需要信息傳送給接收設(shè)備，將能夠使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備省去傳統(tǒng)無線信號發(fā)送和接收所需要的射頻電路或芯片，從而使設(shè)備具有非常低的功耗和成本，實現(xiàn)海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在不同場景下的部署需求。這種把周圍已經(jīng)存在的無線信號轉(zhuǎn)變成電能來源和通信媒介的技術(shù)稱為環(huán)境反向散射技術(shù)。

    本文首先簡要概述反向散射技術(shù)的分類和基本特點，然后基于Wi-Fi信號下的環(huán)境反向散射技術(shù)，分析反向散射的設(shè)備通過接收Wi-Fi報文及反射信號來傳遞信息的可行性，討論設(shè)備實現(xiàn)Wi-Fi雙向通信的硬件框架和軟件模塊結(jié)構(gòu)，介紹反向散射技術(shù)的應用場景，并歸納該技術(shù)的挑戰(zhàn)和改進方向。最后展望了基于Wi-Fi信號的環(huán)境反向散射技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究方向。




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作者信息:

成  剛

(上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海200127)

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