面向万物互联的蜂窝无源物联网技术白皮书2025

发布单位：中移智库编制单位：中国移动通信研究院移动通过产学研用一体化生态协同，连续3年发布蜂窝无源物联网系列白皮书，， 4 6 6 6 8 9 10 10 11 114.端到端核心技术 11 11 12 13 16 17 19 20 21 22 23 23 24 24 24 25 26 27 27 28 29 29 31 354蜂窝无源物联网核心网方案研究TR23.700-13《StudyonArchitectur立项蜂窝无源物联网空口技术研究、网络架构技术研究、安全技术研究工作项（WorkItem,WI标志着蜂窝无源物联网技术规范制定流程正式启动。在国内5证等多方面加速推进蜂窝无源物联网产业进程，目前已取得众多阶段性成果。62.应用场景及服务价值2.1.能力优势蜂窝无源物联网能够为万亿级连接提供“通-感-识”能力，蜂窝网络广覆盖的3、部署成本优势：蜂窝无源物联网读写设备可与蜂窝基站共站址，2.2.高价值应用782.3.服务价值在数据价值方面，蜂窝无源物联网通过环境采能技术，可实现标签免9l3.关键技术挑战3.1.远距离通信挑战干扰的反向散射通信与灵活组网，是蜂窝无源物联网面临3.2.海量接入挑战在万物互联场景下，无源物联标签连接密度高、接战。在接入效率方面，传统无源物联网无法支持多标签同联多接入机制为基础，研究低复杂度、低信令开销、高册、认证鉴权等机制，且标签信息密度低、多数时间处已有连接管理和会话管理机制。这需要突破性发展新型3.3.高效能量利用挑战纯无源及半无源标签不具备稳定电源供应，环境中获取，因此，能量采集效率及灵敏度是决定终拆分实现工作模式实时按需调整。受限于功耗，无源频繁与系统交互更新配置，标签亟需突破传统能量采集量采集架构及材料，构建智能能量管理算法及机制，3.4.信号处理挑战源标签受限于能量供给，无法像传统有源终端那样集成器来实现信号增强。这一约束使得系统面临以下核心挑构下，如何确保标签芯片能够精准接收复杂电磁环境中最小损耗反射回基站以实现可靠解调。这需要在半导体术改进以及天线设计创新等方面取得突破，以降低信号l4.端到端核心技术4.1.系统设计目标用户对环境感知、低成本定位的需求提升，无源标签应具备温湿度/振动/气压等4.2.新网络还将引入新的设备——中继/终端。同时，为了解决反向散射全双工通信带来的4.2.1.轻量化空口蜂窝无源物联网系统需要下行链路数据传输：1）为物联网设备发送下行控多标签接入容易发生碰撞的问题，可以从碰撞解决的角度，结合多叉树的思路，D2R低功耗频移方案[10]、收发机载波同步[11]、低阶相位调制等，增大供能信号发射功率，也可以有效提升蜂窝无源物联激励+分集接收”机制以及智能化载波跳频机制，增提升标签能量利用效率或者降低标签平均功耗也是蜂窝无源物联网空口协议设信令开销；另一方面，可参考低功耗物联网终端4.2.2.灵活组网性开展满足最大化信号覆盖率、最小化干扰和最小化成本的网络部署方案设计。4.2.3.极简网络架构为降低标签复杂度与成本，仅支持从标签到核4.3.新标签4.3.1.高效能量采集及利用技术能量效率提升是指依托材料科学与微电子技术创新提高环境能量采集效率MoS₂等二维材料[17-18]作为整流器件性实现低漏电流与高开关比。4.3.2.通信能力增强技术高性能天线及匹配网络：蜂窝无源物联网标签由于需要兼顾蜂窝基站解调，容二极管调整匹配网络参数[21-22]，在毫秒级完成芯以上[25-26]，在微瓦级功耗下显著扩展上行链路4.3.3.通感融合技术量的变化[27]，基于天线的感知方法具有功耗低，但易受环境影响的特点。4.4.新功能4.4.1.无源融合定位蜂窝无源物联网融合定位技术能够以极低成本为用户提供物品/人员定位信而造成目标定位结果模糊的情况，通常无源定位技术中需要综合考虑多种测量，取的次数也就更多。根据上述现象，可以考虑融合Rl5.未来技术演进5.1.主被动融合5.2.高谱效多址目前，业界讨论较多的多址接入的演进方向为码分多址（CDMA,CodeDivisionMultipleAccess）技术、非正交多址（NOMA,Non-OrthogonalMultiple域实现灵活的基带调制，并将其调制到基站发射的环境载波上并反射到基站/接5.3.共生通信5.4.无源无线感知用户和非法用户。因此，将无源物联网和通感一体毫6.系统测试体系6.1.标签测试标签作为蜂窝无源物联网系统的关键设备，其核心功能，相关测试内容涵盖数据传输格式，各种状态码调制方式等协议一致性。测试标签的唤醒功能，验证标后能够正常唤醒并进入工作状态。对于具备传感器的标测量标签的通信性能，需要在不同环境下，通过反向信号强度来评估标签的覆盖范围。测试标签的功状态下的能量消耗，评估标签的续航能力。此外，测对标签进行长时间的连续工作测试，记录标签在运故障类型，评估标签的可靠性。模拟恶劣环境条件动等，测试标签在极端环境下的工作性能，确保标6.2.基站测试基站需实现信号覆盖、标签接入、数据传输等基量的标签接入，测试基站在多种业务并发场景下的盘点、情况、协议一致性符合情况。同时，验证基站与核心网的测量基站的覆盖范围，通过在不同位置设置信和质量，评估基站是否满足设计的覆盖需求。测试标签数量，监测系统吞吐量、延迟等性能指标，确外，还需测试基站在不同环境干扰下的抗干扰能力基站需与多类标签兼容。测试基站与不同品牌、数据传输性能。同时，确保基站与现网中的其他对基站进行长时间的连续运行测试，记录设备在运故障类型等信息，评估基站的可靠性。模拟电源故测试基站在故障恢复后的自启动和自配置能力，确6.3.核心网测试周期管理方面，模拟标签批量注册、异常注册等场景，测试AI认证、密钥协商、Reader协同管理等能力。业务管理能限，验证AIoTF对蜂窝无源物联网业务的数据读取、指重点评估核心网在不同场景下的运行效率。针在多业务并发场景中，测试核心网的数据处理性能，监测AIoTl7.产业合作联盟宗旨是以技术创新为导向，推动“产-学-研-用-物联网技术的规模化应用与产业升级，打造开放、创ATIA联盟通过完善的组织架构设计与职责分工，确保各项工作有序推免核心成员，审批重要人事任免，制定和修改规则及机构的设立与变更，领导联盟工作并制定内部制制化解决方案，推动无源物联网技术在各垂直入开展测试技术研究和测试规范制定，推进产业新生态系统，推动无源物联网领域各方深度l8.总结及展望缩略语列表3rdGenerationPartnerNewRadioAnalogtoDigitalConveArtificialIntelligAmbientInternetofThing(s)AmbientIoTNetworkFrequencyDivisionDupInverseFastFouriertr国际电信联盟-射频通信NASNon-accessstratumNOMANon-OrthogonalMultipleAccePacketDataConvergenRadioFrequencyIdentiUniversalSubscriberIdentityModuleUsertoNetworkInter参考文献[1]中国移动通信有限公司研究院.面向万物互联的无源物联网技术白皮书,[3]中国移动通信有限公司研究院.面向万物互联的无源物联网技术白皮书[R].FiDownlinkwithUltra-lowPowerConferenceonRFID-TechnologiesandApplicatiCircuitforSub-CarrierBackscatte10.1109/WPTCE59894.2024.10557268.10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448755.SymposiumonAntennasan10.1109/apusncursinrsm.20BackscatteredRFIDCommunications[J].IEEEComponentsLetters,2021,31(1):57-60.DOIPlanningviaHybridMultiobjectivOptimizerforConstrainedMult-oTransactionsonEvoefficiencyUHFRFIDrectifierinsilicon-on-sapphireCMOS[C]//20RadioFrequency10.1109/RFIC.2010.5477409.CALL,CREPALDIP,fSchottkyBarrierDiodesforConferenceonMicroelectronics.IEEE,2012RectificationandConductanceUsingTwo-DimensionalM10.1109/EDTM53872.2022.9798125.[19]GREENMA,etal.SolarcelPhotovoltaics:ResearchandApplic10.1002/pip.3601.[20]HUANGCY,YUEZApplications[J].IEEEAntennatags[C]//2010IEEEInternatio[22]FOUCAULDD,SEVERINON,etal.A433-MHzS[25]LIG,etal.AReflection-AmplifieDesignwi