隨著5G新的演進(jìn)方向不斷的清晰和6G研究的進(jìn)展，無(wú)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(zhuān)家已啟動(dòng)了無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。不過(guò)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界很早就開(kāi)始了對(duì)無(wú)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)商用化產(chǎn)品。而無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)納入移動(dòng)通信領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的范疇始于業(yè)界對(duì)5G Advanced演進(jìn)的探討，在確定3GPP R18版本方向時(shí)將無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)作為研究的內(nèi)容。

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

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

何謂新型無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)?主要是針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)源RFID的一些痛點(diǎn)進(jìn)行改造而形成的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。無(wú)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(shuō)是當(dāng)前最為成熟的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方案。不過(guò)，隨著應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，無(wú)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(lài)于專(zhuān)用的讀寫(xiě)設(shè)備。

近期舉行的多場(chǎng)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)研討會(huì)上，產(chǎn)學(xué)研各界專(zhuān)家對(duì)新型無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)形成一些共識(shí)。以中國(guó)移動(dòng)研究院的觀點(diǎn)為例，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)分為一體式無(wú)源1.0、組網(wǎng)式無(wú)源2.0和蜂窩式無(wú)源3.0。其中，一體式無(wú)源1.0即傳統(tǒng)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，更多是傳統(tǒng)無(wú)源RFID的應(yīng)用場(chǎng)景，在這些場(chǎng)景下，對(duì)無(wú)源標(biāo)簽激勵(lì)信號(hào)發(fā)射源和接收機(jī)位于同一設(shè)備中，由專(zhuān)用讀寫(xiě)設(shè)備來(lái)承擔(dān)，這一設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致發(fā)射和接收信號(hào)自干擾，限制了通信的距離，尤其是沒(méi)有有效的干擾管理機(jī)制，在擁有非常密集終端的場(chǎng)景中，很難形成大規(guī)模無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)部署。

針對(duì)這些痛點(diǎn)，組網(wǎng)式無(wú)源2.0和蜂窩式無(wú)源3.0是新型無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。組網(wǎng)式無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用激勵(lì)信號(hào)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(wú)源RFID讀寫(xiě)器自干擾、互干擾的問(wèn)題，提升了接收距離，極大拓展了應(yīng)用場(chǎng)景。

而蜂窩式無(wú)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(shì)，使現(xiàn)成的基站資源作為無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽激勵(lì)信號(hào)源和接收設(shè)備，通過(guò)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(lái)，國(guó)內(nèi)外多家無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)新銳企業(yè)開(kāi)始了新型無(wú)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(guò)攻克多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，破解傳統(tǒng)RFID的痛點(diǎn)，優(yōu)化了原有場(chǎng)景，并支持了大量新的場(chǎng)景。

現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿足

在3GPP RAN94e研討會(huì)中，專(zhuān)門(mén)設(shè)置了針對(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研討，參會(huì)代表均認(rèn)可無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)在未來(lái)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的意義，并討論了在未來(lái)5G演進(jìn)中無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景、技術(shù)、設(shè)計(jì)目標(biāo)、終端形態(tài)等內(nèi)容，未來(lái)5G乃至6G網(wǎng)絡(luò)支持無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)成為趨勢(shì)。

不過(guò)，在討論3GPP系統(tǒng)中無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的候選技術(shù)和動(dòng)機(jī)時(shí)，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(wú)電池、超低成本等無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的需求，3GPP陣營(yíng)需要推進(jìn)新技術(shù)來(lái)滿足蜂窩式無(wú)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(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，3GPP專(zhuān)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(huì)對(duì)其形成替代。

具體來(lái)說(shuō)，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)主要采用能量采集技術(shù)來(lái)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(wú)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(yíng)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(dòng)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(jí)電容，則增大終端體積和成本。因此，3GPP陣營(yíng)需要推進(jìn)終端進(jìn)一步精簡(jiǎn)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)激勵(lì)信號(hào)發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收終端，部署時(shí)需要考慮如何使5G網(wǎng)絡(luò)形成對(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)終端的無(wú)縫覆蓋。在典型的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)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(wú)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(wú)源物聯(lián)網(wǎng)將形成千億級(jí)連接規(guī)模，當(dāng)前大量行業(yè)已明確了需求。在非3GPP陣營(yíng)大力投入和發(fā)展新型無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，滿足大量場(chǎng)景需求的同時(shí)，若3GPP陣營(yíng)對(duì)其不重視，尤其是當(dāng)前3GPP現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法支撐無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)需求，則未來(lái)這一領(lǐng)域的市場(chǎng)空間將被非3GPP陣營(yíng)占據(jù)，因此3GPP對(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的研究應(yīng)該加速。

接下來(lái)，3GPP將設(shè)立無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目，對(duì)基于5G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景、核心目標(biāo)進(jìn)行研究。例如，對(duì)無(wú)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(duì)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(duì)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的需求，3GPP陣營(yíng)需要在5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中考慮精簡(jiǎn)射頻、數(shù)字信號(hào)處理、協(xié)議棧、同步性等技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端精簡(jiǎn)，覆蓋性增強(qiáng)技術(shù)來(lái)提升無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)傳輸距離，以及新的干擾管理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴鸬?。