面向萬物互聯(lián)的蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(chǎn)學(xué)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(shù) 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(shù)研究、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)研究、安全技術(shù)研究工作項（WorkItem,WI標志著蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范制定流程正式啟動。在國內(nèi)5證等多方面加速推進蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進程，目前已取得眾多階段性成果。62.應(yīng)用場景及服務(wù)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(luò)廣覆蓋的3、部署成本優(yōu)勢：蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)讀寫設(shè)備可與蜂窩基站共站址，2.2.高價值應(yīng)用782.3.服務(wù)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(shù)，可實現(xiàn)標簽免9l3.關(guān)鍵技術(shù)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(chǔ)，研究低復(fù)雜度、低信令開銷、高冊、認證鑒權(quán)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(yīng)，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(diào)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(gòu)及材料，構(gòu)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(gòu)下，如何確保標簽芯片能夠精準接收復(fù)雜電磁環(huán)境中最小損耗反射回基站以實現(xiàn)可靠解調(diào)。這需要在半導(dǎo)體術(shù)改進以及天線設(shè)計創(chuàng)新等方面取得突破，以降低信號l4.端到端核心技術(shù)4.1.系統(tǒng)設(shè)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(yīng)具備溫濕度/振動/氣壓等4.2.新網(wǎng)絡(luò)還將引入新的設(shè)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(shè)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(jié)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(diào)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?zāi)芰坷眯驶蛘呓档蜆撕炂骄囊彩欠涓C無源物聯(lián)網(wǎng)空口協(xié)議設(shè)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(luò)部署方案設(shè)計。4.2.3.極簡網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為降低標簽復(fù)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(shù)能量效率提升是指依托材料科學(xué)與微電子技術(shù)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(guān)比。4.3.2.通信能力增強技術(shù)高性能天線及匹配網(wǎng)絡(luò)：蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)標簽由于需要兼顧蜂窩基站解調(diào)，容二極管調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(shù)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(jié)果模糊的情況，通常無源定位技術(shù)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(shù)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(shù)、非正交多址（NOMA,Non-OrthogonalMultiple域?qū)崿F(xiàn)靈活的基帶調(diào)制，并將其調(diào)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(guān)鍵設(shè)備，其核心功能，相關(guān)測試內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)傳輸格式，各種狀態(tài)碼調(diào)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(wù)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(shè)置信和質(zhì)量，評估基站是否滿足設(shè)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(shè)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(fù)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(wù)管理能限，驗證AIoTF對蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)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(wù)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(chǎn)業(yè)合作聯(lián)盟宗旨是以技術(shù)創(chuàng)新為導(dǎo)向，推動“產(chǎn)-學(xué)-研-用-物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用與產(chǎn)業(yè)升級，打造開放、創(chuàng)ATIA聯(lián)盟通過完善的組織架構(gòu)設(shè)計與職責(zé)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(gòu)的設(shè)立與變更，領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟工作并制定內(nèi)部制制化解決方案，推動無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各垂直入開展測試技術(shù)研究和測試規(guī)范制定，推進產(chǎn)業(yè)新生態(tài)系統(tǒng)，推動無源物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域各方深度l8.總結(jié)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(shù)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(shù)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.Solarce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