低功耗通信技术

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低功耗通信技术
为了满足 6G 时代万物互联的需求，低功耗通信的需求应运而生。将万亿设备连接起来，不仅需要充足的管道，更重要的是每个连接本身需要具备低功耗、低成本和低复杂度的特性，以适配各行各业的需求。
低功耗通信的使用场景可主要分为四类:
(1) 标签识别：对标签识别后及时进行资产管理等，以仓储、物流等为代表；
(2) 传感器数据上报：针对传感器数据进行上报，达到检测的目的，以家庭危险、畜牧业等为代表；
(3) 目标跟踪定位：跟踪目标物的方位，以智能家居、物品找寻为代表；
(4) 执行器：它负责在物联网环境中控制或采取动作，例如打开和关闭电灯。综合低功耗通信的需求和应用场景来看，主要涉及能量收集、射频和基带的功耗降低技术和广域覆盖提升技术。能量收集是解决低功耗的能量供给，他不需要依赖外部的能源供给。而是依靠自身的能量收集。射频和基带的功耗降低是降低设备的使用功耗，达成低功耗的需求。广域覆盖提升技术是从低功耗的使用场景来看，未来低功耗技术需要使能万物互联，因此，低功耗技术需要能够提供广域覆盖以满足越来越多的场景需求。

 能量收集技术
传统终端的能量源自外界电源和电池，需要人工充电或者更换，成本较高。因此，低功耗场景下可考虑能量收集的方式解决供能问题，不仅可以降低硬件成本还可以降低维护的人工成本。主要的能量采集技术包括：
• 射频能量采集：
射频能量采集的原理通常是通过整流器将专门的射频源或者环境中的射频源信号的能量转换成直流电压，并通过电源管理电路储存起来，再对标签的其它设备进行供电。环境中的射频源可以是移动通信基站、电视塔、WiFi 路由器等。
• 环境光能采集：
环境光能量采集技术的主要原理是利用光伏效应来收集太阳能。光伏效应是指半导体材料在吸收太阳光照射下，会产生光生电效应的现象。这个效应指当光子在半导体材料内被吸收时，会释放一个电子，并使其从价带跃迁到导带。在产生电流和电压的过程中，将光能转化成电能。
• 热能采集：
热能转化原理是基于热电材料的赛贝克效应，根据两个不同导体接合处的温度差而产生电压。一些可穿戴设备在探索使用热能采集技术，将人体作为发热端，环境作为冷的一端，高低温度之间的差值决定产生的能量大小。
• 振动能量采集：
机械能广泛存在于桥梁、楼宇、车辆、机器、家电等场合，机械能技术可以通过多种方式进行能量转换，如压电转换、静电转换和磁电转换等。其中，静电转换方式是借助静电感应将机械能转化成电能；压电转换方式是通过压电效应发电，借助初始的电压差进行设备供电的能量转换；磁电转换方式通过振动使导体切割磁感线产生能量。以上不同的收集方式的条件和收集能量效率差异较大，需要研究合理的能量收集方式。另外，为了更好进行能量收集，还需要研究配套的能量存储和能量管理技术，目的是提供最优的能量供给。

 射频低功耗技术：
射频模块的功耗在整个设备中占比极大，因此，如何降低射频模块的功耗是设备能耗降低的关键。射频模块包含发射机和接收机两个部分，发射机的降功耗通常采用反向散射机制，而接收机的降功耗则通常采用低复杂度的接收机，例如，基于射频能量检测的接收机。
• 反向散射
反向散射的好处是设备本身不需要产生信号，而是将自身信息调制到激励信号上，这样可以极大降低设备的复杂度和成本。反向散射技术基本通信原理是：标签通过负载调制等方式将信号加载到接收到的无线激励射频信号上，再通过反射这个射频信号传递信息，而标签自身不产生射频信号。例如，通过反射和不反射收到的无线信号来表示0 和1 这两种状态。反向散射的类别包括：单站反向散射，双站反向散射和环境反向散射。单站反向散射指的是传统的读写器和标签之间的反向散射，即读写器产生并发送一个射频信号，而标签接收并反射回读写器。双站反向散射指的是在标签附近设置一个专门的载波发生器，载波发生器发送固定载波，标签收到后加载自身信息并反射给读写器。环境反向散射指的是标签利用周围已有的无线信号和读写器进行通信，即标签将信息加载到收到的周围已有的无线信号上并将其反向散射给读写器。

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