面向萬物互聯(lián)的蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)技術白皮書2025

發(fā)布單位：中移智庫編制單位：中國移動通信研究院移動通過產學研用一體化生態(tài)協(xié)同，連續(xù)3年發(fā)布蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)系列白皮書，， 4 6 6 6 8 9 10 10 11 114.端到端核心技術 11 11 12 13 16 17 19 20 21 22 23 23 24 24 24 25 26 27 27 28 29 29 31 354蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)方案研究TR23.700-13《StudyonArchitectur立項蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)空口技術研究、網(wǎng)絡架構技術研究、安全技術研究工作項（WorkItem,WI標志著蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)技術規(guī)范制定流程正式啟動。在國內5證等多方面加速推進蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)進程，目前已取得眾多階段性成果。62.應用場景及服務價值2.1.能力優(yōu)勢蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)能夠為萬億級連接提供“通-感-識”能力，蜂窩網(wǎng)絡廣覆蓋的3、部署成本優(yōu)勢：蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)讀寫設備可與蜂窩基站共站址，2.2.高價值應用782.3.服務價值在數(shù)據(jù)價值方面，蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)通過環(huán)境采能技術，可實現(xiàn)標簽免9l3.關鍵技術挑戰(zhàn)3.1.遠距離通信挑戰(zhàn)干擾的反向散射通信與靈活組網(wǎng)，是蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)面臨3.2.海量接入挑戰(zhàn)在萬物互聯(lián)場景下，無源物聯(lián)標簽連接密度高、接戰(zhàn)。在接入效率方面，傳統(tǒng)無源物聯(lián)網(wǎng)無法支持多標簽同聯(lián)多接入機制為基礎，研究低復雜度、低信令開銷、高冊、認證鑒權等機制，且標簽信息密度低、多數(shù)時間處已有連接管理和會話管理機制。這需要突破性發(fā)展新型3.3.高效能量利用挑戰(zhàn)純無源及半無源標簽不具備穩(wěn)定電源供應，環(huán)境中獲取，因此，能量采集效率及靈敏度是決定終拆分實現(xiàn)工作模式實時按需調整。受限于功耗，無源頻繁與系統(tǒng)交互更新配置，標簽亟需突破傳統(tǒng)能量采集量采集架構及材料，構建智能能量管理算法及機制，3.4.信號處理挑戰(zhàn)源標簽受限于能量供給，無法像傳統(tǒng)有源終端那樣集成器來實現(xiàn)信號增強。這一約束使得系統(tǒng)面臨以下核心挑構下，如何確保標簽芯片能夠精準接收復雜電磁環(huán)境中最小損耗反射回基站以實現(xiàn)可靠解調。這需要在半導體術改進以及天線設計創(chuàng)新等方面取得突破，以降低信號l4.端到端核心技術4.1.系統(tǒng)設計目標用戶對環(huán)境感知、低成本定位的需求提升，無源標簽應具備溫濕度/振動/氣壓等4.2.新網(wǎng)絡還將引入新的設備——中繼/終端。同時，為了解決反向散射全雙工通信帶來的4.2.1.輕量化空口蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸：1）為物聯(lián)網(wǎng)設備發(fā)送下行控多標簽接入容易發(fā)生碰撞的問題，可以從碰撞解決的角度，結合多叉樹的思路，D2R低功耗頻移方案[10]、收發(fā)機載波同步[11]、低階相位調制等，增大供能信號發(fā)射功率，也可以有效提升蜂窩無源物聯(lián)激勵+分集接收”機制以及智能化載波跳頻機制，增提升標簽能量利用效率或者降低標簽平均功耗也是蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)空口協(xié)議設信令開銷；另一方面，可參考低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端4.2.2.靈活組網(wǎng)性開展?jié)M足最大化信號覆蓋率、最小化干擾和最小化成本的網(wǎng)絡部署方案設計。4.2.3.極簡網(wǎng)絡架構為降低標簽復雜度與成本，僅支持從標簽到核4.3.新標簽4.3.1.高效能量采集及利用技術能量效率提升是指依托材料科學與微電子技術創(chuàng)新提高環(huán)境能量采集效率MoS?等二維材料[17-18]作為整流器件性實現(xiàn)低漏電流與高開關比。4.3.2.通信能力增強技術高性能天線及匹配網(wǎng)絡：蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)標簽由于需要兼顧蜂窩基站解調，容二極管調整匹配網(wǎng)絡參數(shù)[21-22]，在毫秒級完成芯以上[25-26]，在微瓦級功耗下顯著擴展上行鏈路4.3.3.通感融合技術量的變化[27]，基于天線的感知方法具有功耗低，但易受環(huán)境影響的特點。4.4.新功能4.4.1.無源融合定位蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)融合定位技術能夠以極低成本為用戶提供物品/人員定位信而造成目標定位結果模糊的情況，通常無源定位技術中需要綜合考慮多種測量，取的次數(shù)也就更多。根據(jù)上述現(xiàn)象，可以考慮融合Rl5.未來技術演進5.1.主被動融合5.2.高譜效多址目前，業(yè)界討論較多的多址接入的演進方向為碼分多址（CDMA,CodeDivisionMultipleAccess）技術、非正交多址（NOMA,Non-OrthogonalMultiple域實現(xiàn)靈活的基帶調制，并將其調制到基站發(fā)射的環(huán)境載波上并反射到基站/接5.3.共生通信5.4.無源無線感知用戶和非法用戶。因此，將無源物聯(lián)網(wǎng)和通感一體毫6.系統(tǒng)測試體系6.1.標簽測試標簽作為蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關鍵設備，其核心功能，相關測試內容涵蓋數(shù)據(jù)傳輸格式，各種狀態(tài)碼調制方式等協(xié)議一致性。測試標簽的喚醒功能，驗證標后能夠正常喚醒并進入工作狀態(tài)。對于具備傳感器的標測量標簽的通信性能，需要在不同環(huán)境下，通過反向信號強度來評估標簽的覆蓋范圍。測試標簽的功狀態(tài)下的能量消耗，評估標簽的續(xù)航能力。此外，測對標簽進行長時間的連續(xù)工作測試，記錄標簽在運故障類型，評估標簽的可靠性。模擬惡劣環(huán)境條件動等，測試標簽在極端環(huán)境下的工作性能，確保標6.2.基站測試基站需實現(xiàn)信號覆蓋、標簽接入、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然康臉撕灲尤?，測試基站在多種業(yè)務并發(fā)場景下的盤點、情況、協(xié)議一致性符合情況。同時，驗證基站與核心網(wǎng)的測量基站的覆蓋范圍，通過在不同位置設置信和質量，評估基站是否滿足設計的覆蓋需求。測試標簽數(shù)量，監(jiān)測系統(tǒng)吞吐量、延遲等性能指標，確外，還需測試基站在不同環(huán)境干擾下的抗干擾能力基站需與多類標簽兼容。測試基站與不同品牌、數(shù)據(jù)傳輸性能。同時，確?；九c現(xiàn)網(wǎng)中的其他對基站進行長時間的連續(xù)運行測試，記錄設備在運故障類型等信息，評估基站的可靠性。模擬電源故測試基站在故障恢復后的自啟動和自配置能力，確6.3.核心網(wǎng)測試周期管理方面，模擬標簽批量注冊、異常注冊等場景，測試AI認證、密鑰協(xié)商、Reader協(xié)同管理等能力。業(yè)務管理能限，驗證AIoTF對蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的數(shù)據(jù)讀取、指重點評估核心網(wǎng)在不同場景下的運行效率。針在多業(yè)務并發(fā)場景中，測試核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理性能，監(jiān)測AIoTl7.產業(yè)合作聯(lián)盟宗旨是以技術創(chuàng)新為導向，推動“產-學-研-用-物聯(lián)網(wǎng)技術的規(guī)模化應用與產業(yè)升級，打造開放、創(chuàng)ATIA聯(lián)盟通過完善的組織架構設計與職責分工，確保各項工作有序推免核心成員，審批重要人事任免，制定和修改規(guī)則及機構的設立與變更，領導聯(lián)盟工作并制定內部制制化解決方案，推動無源物聯(lián)網(wǎng)技術在各垂直入開展測試技術研究和測試規(guī)范制定，推進產業(yè)新生態(tài)系統(tǒng)，推動無源物聯(lián)網(wǎng)領域各方深度l8.總結及展望縮略語列表3rdGenerationPartnerNewRadioAnalogtoDigitalConveArtificialIntelligAmbientInternetofThing(s)AmbientIoTNetworkFrequencyDivisionDupInverseFastFouriertr國際電信聯(lián)盟-射頻通信NASNon-accessstratumNOMANon-OrthogonalMultipleAccePacketDataConvergenRadioFrequencyIdentiUniversalSubscriberIdentityModuleUsertoNetworkInter參考文獻[1]中國移動通信有限公司研究院.面向萬物互聯(lián)的無源物聯(lián)網(wǎng)技術白皮書,[3]中國移動通信有限公司研究院.面向萬物互聯(lián)的無源物聯(lián)網(wǎng)技術白皮書[R].FiDownlinkwithUltra-lowPowerConferenceonRFID-TechnologiesandApplicatiCircuitforSub-CarrierBackscatte10.1109/WPTCE59894.2024.10557268.10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448755.SymposiumonAntennasan10.1109/apusncursinrsm.20BackscatteredRFIDCommunications[J].IEEEComponentsLetters,2021,31(1):57-60.DOIPlanningviaHybridMultiobjectivOptimizerforConstrainedMult-oTransactionsonEvoefficiencyUHFRFIDrectifierinsilicon-on-sapphireCMOS[C]//20RadioFrequency10.1109/RFIC.2010.5477409.CALL,CREPALDIP,fSchottkyBarrierDiodesforConferenceonMicroelectronics.IEEE,2012RectificationandConductanceUsingTwo-DimensionalM10.1109/EDTM53872.2022.9798125.[19]GREENMA,etal.SolarcelPhotovoltaics:ResearchandApplic10.1002/pip.3601.[20]HUANGCY,YUEZApplications[J].IEEEAntennatags[C]//2010IEEEInternatio[22]FOUCAULDD,SEVERINON,etal.A433-MHzS[25]LIG,etal.AReflection-AmplifieDesignwi