《電子技術應用》
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基于Wi-Fi信號的環(huán)境反向散射技術分析
2020年電子技術應用第12期
成 剛
上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海200127
摘要： 環(huán)境反向散射技術給物聯(lián)網低功耗設備部署的商業(yè)化帶來了新的技術方案。首先簡要概述反向散射技術的分類和基本特點，然后基于Wi-Fi信號下的環(huán)境反向散射技術，分析反向散射的設備通過接收Wi-Fi報文及反射信號來傳遞信息的可行性，討論設備實現(xiàn)Wi-Fi雙向通信的硬件框架和軟件模塊結構，介紹反向散射技術的應用場景，并歸納該技術的挑戰(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)境反向散射技術分析[J].電子技術應用，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)網中有大量的低成本和低功耗設備通過傳感器對周圍環(huán)境進行監(jiān)測，把相關的數(shù)據(jù)傳送到網關或云端進行處理。這些設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，或者服務器或網關需要查詢它們狀態(tài)的時候，它們將從休眠的狀態(tài)中被激活進行通信。如何降低這些設備的功耗和成本是物聯(lián)網得以快速發(fā)展的關鍵因素。

    目前支持無線連接物聯(lián)網技術有LoRA(Long-Range)、窄帶物聯(lián)網NB-IoT、IEEE802.15.4、低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy，BLE)等，相應的設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)網設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)網設備的能量輸入，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備，將能夠使物聯(lián)網設備省去傳統(tǒng)無線信號發(fā)送和接收所需要的射頻電路或芯片，從而使設備具有非常低的功耗和成本，實現(xiàn)海量物聯(lián)網設備在不同場景下的部署需求。這種把周圍已經存在的無線信號轉變成電能來源和通信媒介的技術稱為環(huán)境反向散射技術。

    本文首先簡要概述反向散射技術的分類和基本特點，然后基于Wi-Fi信號下的環(huán)境反向散射技術，分析反向散射的設備通過接收Wi-Fi報文及反射信號來傳遞信息的可行性，討論設備實現(xiàn)Wi-Fi雙向通信的硬件框架和軟件模塊結構，介紹反向散射技術的應用場景，并歸納該技術的挑戰(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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