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1、零功耗通信目录01.引言0102.零功耗通信的典型应用场景0403.零功耗通信技术原理1704.零功耗通信系统总体设计2605.零功耗通信关键技术和挑战3606.零功耗通信与6G关键技术的融合5407.结语6701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，物 联 网 通 信 相 关 的 技 术 与 标 准 逐 步 得 以 发 展。其 中，3GPP（3rd Generation

2、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。其中，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成本。进一步地，通过引入 eDRX（enhanced Discontinuous Reception，增强的非连续接收） 、PSM（Power Saving

3、Mode，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。物联网发展现状1.1现有物联网技术如 MTC、NB-IoT 等技术虽然实现了物联网终端的低成本、低功耗和大连接，进而满足了众多场景下的物联网通信需求，但仍有很多场景下的物联网通信需求无法使用现有技术得到满足，例如：因此，以上述场景为代表的物联网通信场景要求支持具备免电池、超低功耗、极小尺寸和极低成本特性的物联网通信终端。现有的物联网通信技术难以满足这些需求，如何解决这些未满足的物联网通信需求， 更好服务经济与社会发展， 是一个值得探讨和研究的问题。未满足的物联网通信

4、需求1.2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功耗、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。01零功耗通信02引言某些物联网场景，可能面临高温、极低温、高湿、高压、高辐射或高速运动等极端环境。如超高压电站、高速运动的列车车轨监测、高寒地带环境监测、工业产线等。在这些场景中，受限于常规电源的工作环境限制

5、，现有物联网终端将无法工作。另外，极端的工作环境也不利于物联网的维护，如更换电池。严苛的通信环境某些物联网通信场景，如食品溯源、商品流通以及智能可穿戴等要求终端具备极小的尺寸以方便在这些场景下使用。例如，用于流通环节上商品管理的物联网终端通常使用电子标签的形式，以非常小巧的形态嵌入到商品包装。再例如，轻巧的可穿戴设备可以在满足用户需求的同时提升用户使用体验。极小尺寸的终端形态需求众多的物联网通信场景要求物联网终端的成本足够低廉，从而提升相对于其他可替代的技术的竞争力。如物流或仓储场景，为了便于管理大量流通的物品，可以将物联网终端附着在每一件物品上，从而通过该终端与物流网络之间的通信完成物流全过

6、程、全周期的精确管理。这些场景要求物联网终端价格具备足够竞争力。极低成本的物联网通信需求02零功耗通信技术使用射频能量采集、反向散射和低功耗计算等关键技术。零功耗通信通过采集空间中的无线电波获得能量以驱动终端工作，因此零功耗通信终端可不使用常规电池。进一步地，可采用反向散射和低功耗计算技术使得零功耗终端实现极其简单的射频和基带电路结构，从而极大降低了终端的终端成本、尺寸和电路能量功耗。因此，零功耗通信有望实现免电池终端，满足超低功耗、极小尺寸和极低成本的物联网通信需求。正是基于终端免电池的优良特性，我们称之为零功耗终端，对应的通信过程称之为零功耗通信。如图 1.3-1 所示，相对于现有的 MT