5G無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)白皮書（2024.2）

目錄一前言 2（）打長距變頻源物網(wǎng)通終端 3（）打面向頻物網(wǎng)通終端的5G通模組 3二基于波直變頻術(shù)的5G無物聯(lián)系統(tǒng) 4（）總架構(gòu) 4（）關(guān)技術(shù) 55G5基微波驅(qū)變技術(shù)的5G無物聯(lián)系統(tǒng)端關(guān)技術(shù)16三應(yīng)用景 （）危品倉儲 29（）礦山 31（）制造 32四總結(jié)展望 33（）技演進(jìn)線 33基技術(shù)進(jìn)路線 34系產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)路線 38（）市展望 42附錄 43縮語 43引用 44參編單位與編寫組成員：中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司：范濟(jì)安、荊雷、李雙權(quán)、范斌、趙興龍中國聯(lián)通研究院：葉曉煜、安崗、魏梓原、盛明哲、王宣、崔振霄、李希金、李卓凡聯(lián)想集團(tuán)：李瞳、袁樹新、王曉東、王俊龍、王黎偉浙江龍感科技有限公司：曾慶、羅宇、陳柳、李科、陳靜、連利波、孫佳宇重慶數(shù)智融合創(chuàng)新科技有限公司：周華、唐尚禹、向靜波一、前言另一方面，許多物件因分布廣泛、需靈活移動(dòng)或應(yīng)用于極端環(huán)境，更加緊湊，簡化了維護(hù)，并提高了安這（一）打造長距離變頻無源物聯(lián)網(wǎng)通訊終端（二）打造面向變頻物聯(lián)網(wǎng)通訊終端的5G通訊模組面對無源物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)的不斷升級，中國聯(lián)通積極跟進(jìn)并對通5G二、基于微波直驅(qū)變頻技術(shù)的5G無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（一）總體架構(gòu)5G1圖15G無源傳感物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)整體架構(gòu)圖（二）關(guān)鍵技術(shù)5G（PIOT無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基站側(cè)技術(shù)發(fā)展需要考慮的關(guān)鍵領(lǐng)域有基站的組網(wǎng)與部署方式、空口物理層設(shè)計(jì)以及其他輔助技術(shù)。（1）基站的組網(wǎng)與部署方式5G5G5G5G5G5GR18在R195G5GR195G2示。圖25G微波直驅(qū)變頻技術(shù)的兩個(gè)階段兩個(gè)階段的特點(diǎn)如表1所示。方案特點(diǎn)第一階段無源物聯(lián)網(wǎng)與5G段，并共站址部署可借用運(yùn)營商已有的城域網(wǎng)第二階段無源物聯(lián)網(wǎng)5G采用5G定載頻作為驅(qū)動(dòng)信號需要等待3GPP需要提前規(guī)劃好對既有5G表15G微波直驅(qū)變頻技術(shù)的兩個(gè)階段兩個(gè)階段各有特點(diǎn)。異頻共站的模式可以選擇現(xiàn)有的5G基站和In-Band5G3圖3異頻共站模式架構(gòu)圖5G干擾問題，以RFID125kHz、133kHz、13.56MHz27.12MHz、433MHz、902MHz~928MHz、2.45GHz5.8GHz902MHz~928MHzRFID在一定的干擾可能。當(dāng)RFID47dBmRFID3整RFID但共站模式也存在明顯的缺點(diǎn)，天線端存在兩套射頻系統(tǒng)，RFID5G5G3GPPR18a.室分站直驅(qū)的方式5G250mW10~20m4圖4室分站直驅(qū)方式架構(gòu)圖5G1與rHUBrHUB與BBU1223增加室內(nèi)pRRU34可以利用5G數(shù)字化室內(nèi)基站提供較好的室內(nèi)定位服4務(wù)。該方式將會成為未來室內(nèi)無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要的組網(wǎng)方式。b.第三方中繼的方式5G種移動(dòng)的UE圖5第三方中繼方式架構(gòu)圖以快速的提升室內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號強(qiáng)度。室外宏站與中繼站之間可以通過5Gc．驅(qū)動(dòng)源與接受端分離的方式圖6 驅(qū)源與受端離的式架圖5G方式二：直接通過室外宏站作為驅(qū)動(dòng)源向無源標(biāo)簽發(fā)射驅(qū)動(dòng)信（2）5G空口物理層的調(diào)整如前文所述，5G5GL2L3多址技術(shù)設(shè)計(jì)5GOFDMAOFDMA4GOFDMAOFDMA景下展現(xiàn)出更好的適應(yīng)性。首先，NOMA求更低，這有助于降低終端的難度；其次，NOMA調(diào)制與編碼方式在該領(lǐng)域，3GPP即將展開深入的討論，目前看為了適應(yīng)無源物聯(lián)網(wǎng)的需求，5G空口上行和下行的編碼與調(diào)制方式需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)可能會圍繞如下幾個(gè)方面：In-Band5G5G其他關(guān)鍵技術(shù)5G空口安全性5G5G5G5GSBAAF圖7管理和健全機(jī)制邏輯圖無源標(biāo)簽定位技術(shù)在傳統(tǒng)RFIDRSSI5G5G8圖8無源定位5G加相關(guān)參考信號設(shè)置。基站在接受標(biāo)簽返回的ULdata5G5G5G和無源物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢來看，未來兩者的深度融合將成為重要方5G5G段?？梢灶A(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，5G無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將在工業(yè)、物流、能源、農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大的價(jià)值。5G感器技術(shù)形成的無源無線傳感終端不用直流供電就能遠(yuǎn)距離無線工低了功耗需求，從而在實(shí)現(xiàn)傳感功能的同時(shí)不降低靈敏度和作用距離。圖9微波直驅(qū)變頻傳感基本原理圖（1）微波直驅(qū)變頻技術(shù)典型的微波直驅(qū)變頻電路（如圖10所示）由輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、微圖10微波直驅(qū)技術(shù)典型電路系統(tǒng)組成較低輸入功率條件下（≤-dm，能量轉(zhuǎn)化效率一般低于3%，在極低輸入功率條件下（≤-dm，能量轉(zhuǎn)化效率一般低于1%。因此在終端側(cè)限制了其驅(qū)動(dòng)能力，在實(shí)際應(yīng)用中極大限制了作用距離。目前采用微波直驅(qū)變頻技術(shù)的驅(qū)動(dòng)靈敏度一般在-18dBm～-dm15~17dB表2微波直驅(qū)輸入輸出功率的關(guān)系表輸入功率(dBm)輸出功率(dBm)驅(qū)動(dòng)頻率(MHz)能量衰減(dB)-10-2543315-15-3143316-20-3643316-21-3843317-10-2694916-15-3094915-20-3694916-21-3794916-22-3994917（2）無源傳感技術(shù)無源傳感技術(shù)的核心是通過待檢測物理量對無源傳感器產(chǎn)生影題，從而不影響整個(gè)終端的能耗平衡。LC（（子鋁電解電容器（高分子Al、薄膜電容器（Fm、溫度補(bǔ)償用獨(dú)MC高分子TM11圖111279。感濕高分子材料的介電常數(shù)較小，濕度圖12高分子薄膜電介質(zhì)濕度傳感器結(jié)構(gòu)等磁材制成如圖13所， 表鐵芯銜鐵的氣厚，表示振動(dòng)引起的微小位移。振動(dòng)發(fā)生時(shí)，其運(yùn)動(dòng)部分與動(dòng)鐵心（振動(dòng)圖13自感式可變電感組成1414（a）為硅電容式壓力傳感器，淀積在膜片下表面上的金屬層形成電為硅諧振式壓力傳感器，硅膜片由靜電或其它方法激勵(lì)而產(chǎn)生諧振f0，當(dāng)膜片受被測壓力直接（間接）作用時(shí)，剛度發(fā)生改變，從而導(dǎo)致諧振頻率的變化Δf，該變化量與被測壓力相對應(yīng)。圖14電容式壓力傳感器和諧振式壓力傳感器結(jié)構(gòu)（3）無源信號調(diào)制技術(shù)無源信號調(diào)制技術(shù)的核心是將傳感器轉(zhuǎn)換的信號以調(diào)頻的方式15圖15頻分型傳感區(qū)分示意圖頻率標(biāo)記為f標(biāo)記為f標(biāo)記額為S傳感信號加載在返回信號上，并通過空間以無線的方式傳輸至采集16圖16變頻調(diào)制與變頻信號解調(diào)的工作原理10～301001005kHz250kHz10～3017圖17終端序列號頻率區(qū)分方式示意圖ASK18圖18終端序列號編碼區(qū)分方式示意圖三、應(yīng)用場景（一）危險(xiǎn)品倉儲無源物聯(lián)網(wǎng)在危險(xiǎn)品儲存（19）的應(yīng)用案例涉及到利5G圖195G無源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)危險(xiǎn)品倉儲場景該系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)、5G通信網(wǎng)、中心控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)端控制平臺組成。5G5G（二）礦山（20圖20無源物聯(lián)網(wǎng)煤礦應(yīng)用場景與解決方案）范電源引起的爆燃風(fēng)險(xiǎn)。無論是表層還是內(nèi)部難以檢測到的煤層位（三）制造隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，現(xiàn)代制造業(yè)呈現(xiàn)出綠5G、人工同時(shí)，新型無源標(biāo)簽的極低成本特性對現(xiàn)代制造業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影四、總結(jié)與展望（一）技術(shù)演進(jìn)路線聯(lián)網(wǎng)傳感和通信終端的能源依賴問題制約了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步規(guī)模目前巨大的新增應(yīng)用需求與現(xiàn)有技術(shù)的不足形成了現(xiàn)階段無源（基礎(chǔ)技術(shù)演進(jìn)路線作用距離的提升2035dBm圖20驅(qū)動(dòng)靈敏度與傳輸距離的關(guān)系示意圖傳感種類與準(zhǔn)確度提升200Hz±50Hz物聯(lián)與通信融合自由度提升5G6G主要實(shí)現(xiàn)對融合型基站的補(bǔ)盲，以及在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)初期小成本快速部署。215G6G圖21物聯(lián)與通信基站融合工作示意圖海量終端接入能力提升ID終端實(shí)現(xiàn)方法、超大IDIDID以使用通信基站融合無源物聯(lián)網(wǎng)功能，在保持現(xiàn)有通信覆蓋的能力22圖22大規(guī)模無源互聯(lián)示意圖（融合基站主力覆蓋，專用基站輔助補(bǔ)盲）系統(tǒng)產(chǎn)品及形態(tài)演進(jìn)路線微波直驅(qū)基站產(chǎn)品演進(jìn)路線無源物聯(lián)網(wǎng)專用基站息交互的功能，可以對覆蓋范圍內(nèi)的所有無源傳感終端標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)驅(qū)-通信融合基站盲區(qū)進(jìn)行輔助補(bǔ)盲。物聯(lián)-通信融合基站5G6G無源物聯(lián)終端交互的功能，在通信基站的覆蓋范圍內(nèi)可以任意地增無源微波直驅(qū)終端產(chǎn)品演進(jìn)路線微波直驅(qū)傳感器產(chǎn)品下的微波直驅(qū)變頻傳感終端通過使用不同的頻率來區(qū)分各自的序列對公頻干擾的同時(shí)，依靠基站發(fā)射的大功率微波實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的作用距離。同時(shí)基于現(xiàn)階段成果及微波直驅(qū)變頻技術(shù)的特征及潛在指標(biāo)優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)碼分型ID微波直驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)化模組微波直驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)化模組是根據(jù)微波直驅(qū)技術(shù)基礎(chǔ)與微波直驅(qū)傳感微波直驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)化芯片無源物聯(lián)網(wǎng)管理平臺演進(jìn)路線云管端三位一體管理平臺大數(shù)據(jù)人工智能分析平臺（二）市場展望附錄縮略語下列術(shù)語和定義適用于本文件：縮略語英文全名中文解釋BBUBasebandUnit基帶單元NOMANon-OrthogonalMultipleAccess非正交多址接入OFDMAOrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess正交頻分多址接入PIOTPassiveInternetofThings無源物聯(lián)網(wǎng)RFIDRadioFrequencyIdentification射頻識別技術(shù)RRURemoteRadioUnit遠(yuǎn)程射頻單元RSSIReceivedSignalStrengthIndication接收信號強(qiáng)度指示SBAService-BasedArchitecture服務(wù)架構(gòu)UEUserEquipment用戶設(shè)備引用CN115940821B。2023-07-25。UHFRFIDZ]。2021。RFIDJ2008,(07)。KeremKapucu,CatherineDehollain.ApassiveUHFRFIDsystemwithalow-powercapacitivesensorinterface[R].2014IEEERFIDTechnologyandApplicationsConference(RFID-TA),2014JiaMZ,YaoCC,LiuW,YeRY,TutunJuhana,AiB.Sensitivityanddistancebasedperformanceanalysisforbatterylesstagswithtransmitbeamformingandambientbackscattering[J].ChinaCommunications，2022,19:2.RicardoCorreia,NunoBorgesCarvalho.Designofhighordermodulationbackscatterwirelesssensorfo