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1、零功耗通信1.1.引言引言历经 10 余年发展，3GPP 标准化了多项物联网技术，实现了低成本、低功耗、大连接以及深覆盖的设计目标，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景需要超低功耗甚至零能耗、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算，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一代物联网技术。1.11.1 物联网发展现状物联网发展现状自 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 一直到当前的 5G，很好的满足了人们在语音通信、数字移动通信和移动

2、宽带互联网通信等方面的需求。然而，随着社会和经济的发展，物联网通信需求逐渐兴起。从 2010 年开始，满足物联网相关的技术与标准逐步得以发展。其中，3GPP（3rdGeneration Partnership Project，第三代移动通信标准化组织）标准化了 MTC（Machine Type Communications，机器类通信）、NB-IoT（Narrow Band IoT，窄带物联网）和 RedCap（Reduced Capability UE，缩减能力终端）等一系列的物联网技术。MTC、NB-IoT 采用小带宽、单天线、降低峰值速率、半双工、降低发射功率等技术显著降低了物联网终端的

3、成本。进一步地，通过引入 eDRX（enhanced Discontinuous Reception，增强的非连续接收）、PSM（Power SavingMode，节能模式）极大降低了物联网终端的功耗。同时，MTC、NB-IoT 可以支持大量物联网终端接入网络，从而满足大连接的需求。其中，NB-IoT 是一种低功耗广域网技术，具有低成本、低功耗、强覆盖、大连接 4 大关键特点。它在很大程度上基于非后向兼容的 E-UTRA 来制定，其覆盖目标是 MCL 为 164dB，大大增强了室内覆盖，而且能支持大量低吞吐量、低延迟敏感度的设备。NB-IoT 支持带内工作、独立工作、保护带工作三种工作模式，其

4、上下行射频带宽都是 180 kHz，下行采用基于 15 kHz 子载波间隔的 OFDMA 技术，上行采用 SC-FDMA 技术，且支持单子载波（single-tone）和多子载波（multi-tone）发送。增强版本的 NB-IoT 能支持多载波、定位、多播、唤醒信号、快速小数据传输等丰富功能，并能与 LTE 和 NR 系统共存。eMTC 是 LTE-M（LTE-Machine-to-Machine）的增强版本，是基于 LTE 演进的物联网技术。它也是一种低成本、低功耗的广域网技术。相比 NB-IoT，eMTC 覆盖能力略弱，目标是 MCL 156dB，但可以支持更高的传输速率、一定的移动性和

5、语音业务。eMTC 的上下行射频带宽都是 1.4 MHz，能支持最大 1Mbps 的峰值速率。RedCap，全称 Reduced Capability，它是基于 5G NR 的一种新技术标准，简单的说，RedCap 就是轻量级的 5G。在 5G 需求所描述的大规模工业无线传感器网络（IWSN）用例中，不仅包括要求非常高的 URLLC 服务，还要求设备外形尺寸较小、支持完全无线传输以及电池寿命数年的相对低端应用。这些应用的要求高于LPWA（即 LTE-M/NB-IOT），但低于 URLCC 和 eMBB。此外，5G 需求的智能城市场景中的监控摄像机，以及以智能手表、电子健康相关设备和医疗监控设备

6、为代表的可穿戴设备用例等，也都存在设备体积小、功能简化、且需要连接到 5G 无线接入网和核心网的特点，迫切需要引入更低成本的简化 5G NR 终端。为此 5G NR在 R17 版本引入 NR Redcap 议题，预计 2022 年中可以完成所有标准化内容。近些年来，基于 NB-IoT 和 eMTC 技术的物联网已得到广泛测试和商用，如智能电网、智慧停车、智能交通运输/物流、智慧能源管理系统等，涉及智慧城市、智慧家庭、智慧工厂等众多垂直领域，快速推动了传统行业的升级改造。图 1.1-1 智慧停车场示意图图 1.1-2 智能电网系统示意图如图 1.1-1 所示，智慧停车系统可以满足地下场景的深覆盖