一文搞懂“无源物联网”

所谓无源物联网，就是没有“源”的物联网，这个“源”指的是电源、能量源。

现在备受关注的“无源物联网”，本质上是终端节点无源，它们不带电源线、没有内置电池，而是从环境中获取能源，比如，基于无线电磁能量捕捉技术的物联网，无源物联网终端通过采集网络侧发射过来的无线电波，捕捉和收集能量，从而以完成数据的采集、传输和分布式计算。

我们见过哪些无源物联网应用？

几年来，无源物联网一直默默发展，而最近又一次得到业界的关注，被称为是继Cat.1之后，2021年的物联网行业又一个新的“风口”。

这与各类通信技术的快速发展不无关系。如今，无源物联网进一步延伸，扩展基于蓝牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT、5G通信技术的无源互联。下图中关于未来高中低速物联网连接需求的模型在业界是非常典型的模型。

• 一、基于RFID的无源物联网

目前， RFID技术是我们最为熟悉、应用最广泛的无源物联网技术，其原理非常简单。当RFID标签靠近阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，产生感应电流，获得能量。通过收集的这点能量，标签发送信息，实现与阅读器的通信。
                             

目前，这种方案的无源物联网产品出货量已达到每年数百亿的级别。NFC作为高频RFID的一种，该技术在智能手机中几乎成为标配，也可视为是一个典型的无源物联网技术应用。

基于蓝牙的无源物联网

无源蓝牙低功耗传感器标签无需供电，也可完成感知、存储和通信，该标签通过收集周围的无线射频能量来为其供电，并借助这些能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。一家名为Wiliot的初创公司，其产品正是一款无源蓝牙低功耗传感器标签，因为不需要外加电池，因此该产品的尺寸仅是邮票大小，能便捷地粘贴在各种物品之上。

• 二、基于WiFi的无源物联网

该方案的原理是利用射频信号的后向反射通信技术，当附近WiFi路由器发射功率相对较高的射频信号后，无源物联网节点吸收射频信号并调制天线反射系数，将传感器信息传递出去。

这一技术早在2016年，美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员就已研发出，称之为Passive WiFi。Passive WiFi无源节点传输1Mbps和11Mbps所消耗的电量分别仅为14.5µW和59.2µW，能够实现30米的回传距离，甚至有一定的穿墙能力。

• 三、基于LoRa的无源物联网

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• 2017年，美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员采用线性扩频技术，提升无源标签回传能力，并与商用的LoRa设备兼容，形成基于LoRa的反射调制系统。在测试中，研究人员成功地从射频源和接收器之间相隔475米的任何位置可以实现无源节点反射调制，成功回传传感器信息；将无源节点与射频源位于同一位置时，接收器最远可达2.8公里。

四、基于5G的无源物联网

通过5G蜂窝网络支持无源物联，一个难点是无源终端节点如何获取能量，另一个难点在于如何实现长距离回传，尤其是后者的难度更大。因为无源终端通过各种方式获得的能量是非常微弱的，回传路径过长，信号会快速衰减。目前在实验室阶段最先进的技术，已经可以做到在180米的范围内，收集特定频段的5G射频能量，采集到约6µW的电力。

五、国内外无源物联网的布局

目前，关于无源物联网的研究尚属早期，来自于环境的能量的微弱及不稳定、节点中能源获取存的随机性等原因，导致无源物联网节点连接相对脆弱，难以保持持续连通，这些都制约了无源物联网的应用。

来源：互联网。