隨著5G新的演進(jìn)方向不斷的清晰和6G研究的進(jìn)展，無源物聯(lián)網(wǎng)受到的關(guān)注程度不斷提高，3GPP組織相關(guān)代表和專家已啟動了無源物聯(lián)網(wǎng)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。不過，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界很早就開始了對無源物聯(lián)網(wǎng)的研究，除了已經(jīng)非常成熟的RFID外，多家企業(yè)已經(jīng)推出一些新型無源物聯(lián)網(wǎng)商用化產(chǎn)品。而無源物聯(lián)網(wǎng)納入移動通信領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的范疇始于業(yè)界對5G Advanced演進(jìn)的探討，在確定3GPP R18版本方向時將無源物聯(lián)網(wǎng)作為研究的內(nèi)容。

在筆者看來，新型無源物聯(lián)網(wǎng)尚處于發(fā)展初級階段，在全球移動通信主流廠商的推動下，無源物聯(lián)網(wǎng)將形成3GPP和非3GPP兩大陣營，在不同技術(shù)方向推動無源物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

新型無源物聯(lián)網(wǎng)破解傳統(tǒng)無源RFID痛點(diǎn)

何謂新型無源物聯(lián)網(wǎng)?主要是針對傳統(tǒng)無源RFID的一些痛點(diǎn)進(jìn)行改造而形成的無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。無源RFID已有多年發(fā)展歷史，產(chǎn)業(yè)生態(tài)也非常龐大，可以說是當(dāng)前最為成熟的無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方案。不過，隨著應(yīng)用場景不斷擴(kuò)大，無源RFID存在的痛點(diǎn)不斷顯現(xiàn)，集中表現(xiàn)在通信距離較短和依賴于專用的讀寫設(shè)備。

近期舉行的多場無源物聯(lián)網(wǎng)研討會上，產(chǎn)學(xué)研各界專家對新型無源物聯(lián)網(wǎng)形成一些共識。以中國移動研究院的觀點(diǎn)為例，無源物聯(lián)網(wǎng)分為一體式無源1.0、組網(wǎng)式無源2.0和蜂窩式無源3.0。其中，一體式無源1.0即傳統(tǒng)無源物聯(lián)網(wǎng)，更多是傳統(tǒng)無源RFID的應(yīng)用場景，在這些場景下，對無源標(biāo)簽激勵信號發(fā)射源和接收機(jī)位于同一設(shè)備中，由專用讀寫設(shè)備來承擔(dān)，這一設(shè)計會導(dǎo)致發(fā)射和接收信號自干擾，限制了通信的距離，尤其是沒有有效的干擾管理機(jī)制，在擁有非常密集終端的場景中，很難形成大規(guī)模無縫網(wǎng)絡(luò)部署。

針對這些痛點(diǎn)，組網(wǎng)式無源2.0和蜂窩式無源3.0是新型無源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。組網(wǎng)式無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用激勵信號和接收機(jī)分離的架構(gòu)，支持組網(wǎng)部署，這種模式在很大程度上解決了傳統(tǒng)無源RFID讀寫器自干擾、互干擾的問題，提升了接收距離，極大拓展了應(yīng)用場景。

而蜂窩式無源物聯(lián)網(wǎng)則在組網(wǎng)式架構(gòu)基礎(chǔ)上，發(fā)揮蜂窩網(wǎng)絡(luò)廣泛部署的優(yōu)勢，使現(xiàn)成的基站資源作為無源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽激勵信號源和接收設(shè)備，通過統(tǒng)一調(diào)度實(shí)現(xiàn)更大范圍組網(wǎng)和擴(kuò)大通信距離。

近年來，國內(nèi)外多家無源物聯(lián)網(wǎng)新銳企業(yè)開始了新型無源物聯(lián)網(wǎng)的研究和商業(yè)化，基本上均采用組網(wǎng)式的系統(tǒng)，通過攻克多個技術(shù)難點(diǎn)，破解傳統(tǒng)RFID的痛點(diǎn)，優(yōu)化了原有場景，并支持了大量新的場景。

現(xiàn)有技術(shù)無法滿足

在3GPP RAN94e研討會中，專門設(shè)置了針對無源物聯(lián)網(wǎng)的研討，參會代表均認(rèn)可無源物聯(lián)網(wǎng)在未來蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的意義，并討論了在未來5G演進(jìn)中無源物聯(lián)網(wǎng)的場景、技術(shù)、設(shè)計目標(biāo)、終端形態(tài)等內(nèi)容，未來5G乃至6G網(wǎng)絡(luò)支持無源物聯(lián)網(wǎng)成為趨勢。

不過，在討論3GPP系統(tǒng)中無源物聯(lián)網(wǎng)的候選技術(shù)和動機(jī)時，參與討論的代表一致認(rèn)為現(xiàn)有3GPP技術(shù)并不能滿足無電池、超低成本等無源物聯(lián)網(wǎng)的需求，3GPP陣營需要推進(jìn)新技術(shù)來滿足蜂窩式無源物聯(lián)網(wǎng)需求，新的技術(shù)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)的連接數(shù)將要高出現(xiàn)有技術(shù)好幾個數(shù)量級。同時，3GPP專家一致認(rèn)為，新的技術(shù)應(yīng)提供遠(yuǎn)低于NB-IoT、eMTC的功耗和成本，因此不會對其形成替代。

具體來說，無源物聯(lián)網(wǎng)主要采用能量采集技術(shù)來為終端節(jié)點(diǎn)供電，然而，典型的能量采集技術(shù)輸出的電量在1微瓦-100微瓦之間，而且在終端節(jié)點(diǎn)尺寸有限的情況下，能量轉(zhuǎn)換效率也不高，這一微弱的電量無法支持現(xiàn)有3GPP最低功耗的終端運(yùn)行。NB-IoT終端是3GPP陣營技術(shù)支持的最低功耗物聯(lián)網(wǎng)終端，以NB-IoT模組為例，驅(qū)動其正常工作的電量需要數(shù)十毫瓦甚至上百毫瓦的電量，與能量采集技術(shù)供給電量差距千百倍。若使用可充電電池或超級電容，則增大終端體積和成本。因此，3GPP陣營需要推進(jìn)終端進(jìn)一步精簡化，形成與能量采集技術(shù)電量相匹配的終端技術(shù)演進(jìn)。

另外，若要借助現(xiàn)成的5G基站作為無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)激勵信號發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收終端，部署時需要考慮如何使5G網(wǎng)絡(luò)形成對無源物聯(lián)網(wǎng)終端的無縫覆蓋。在典型的網(wǎng)絡(luò)場景下，室內(nèi)小基站之間的距離為數(shù)十米，室外宏基站之間的距離為200-300米，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)到基站之間傳輸距離應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)部署范圍之內(nèi)，因此需要在數(shù)據(jù)傳輸方面做好優(yōu)化，符合5G網(wǎng)絡(luò)部署的現(xiàn)狀。

多家企業(yè)代表認(rèn)為，無源物聯(lián)網(wǎng)將形成千億級連接規(guī)模，當(dāng)前大量行業(yè)已明確了需求。在非3GPP陣營大力投入和發(fā)展新型無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，滿足大量場景需求的同時，若3GPP陣營對其不重視，尤其是當(dāng)前3GPP現(xiàn)有技術(shù)無法支撐無源物聯(lián)網(wǎng)需求，則未來這一領(lǐng)域的市場空間將被非3GPP陣營占據(jù)，因此3GPP對無源物聯(lián)網(wǎng)的研究應(yīng)該加速。

接下來，3GPP將設(shè)立無源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目，對基于5G網(wǎng)絡(luò)的無源物聯(lián)網(wǎng)場景、核心目標(biāo)進(jìn)行研究。例如，對無源物聯(lián)網(wǎng)超低功耗、超低成本的定義，確定功耗目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)成本目標(biāo)等，并明確對鏈路預(yù)算、數(shù)據(jù)速率、連接容量、定位精度、覆蓋等指標(biāo)。

針對無源物聯(lián)網(wǎng)的需求，3GPP陣營需要在5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中考慮精簡射頻、數(shù)字信號處理、協(xié)議棧、同步性等技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端精簡，覆蓋性增強(qiáng)技術(shù)來提升無源物聯(lián)網(wǎng)傳輸距離，以及新的干擾管理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)規(guī)模化部署等。