适用于智简IoT网络的基于背向散射超低功耗软件无线电设计

2022年第23卷第1期

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《信息与电子工程前沿（英文）》 >> 2022年第23卷第1期 doi: 10.1631/FITEE.2100321

适用于智简IoT网络的基于背向散射超低功耗软件无线电设计

1华中科技大学电子信息与通信学院，中国武汉市，430074；2华中科技大学管理学院，中国武汉市，430074；2中铁第四勘察设计院集团有限公司，中国武汉市，430063；3武汉船舶通信研究所，中国武汉市，430079；3艾塞克斯大学计算机科学与电子工程学院，英国科尔切斯特市，CO4 3SQ

收稿日期： 2021-07-02 录用日期： 2022-01-24 发布日期： 2022-01-24

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摘要

近年来，对智能和简化、为众多小型化设备提供超低功耗的通信物联网（IoT）的需求激增。尽管科研人员已开始为这些网络设计通信协议，但缺乏一个低功耗、高能效软件无线电（SDR）开发平台实现快速实施和实验评估。现有SDR平台只能在有源场景下工作良好，但不适用于硬件条件和能量高度受限的小型化IoT设备。本文率先尝试实现一种超低功耗SDR平台，可满足超低功耗甚至无源物联网节点的通信研发需求。为实现这个目标，将μW级背向散射通信技术有效集成到SDR平台，避免使用高耗能有源射频前端器件。设计了一个包含能量收集和功率管理的新颖电路，并提出消除背向散射造成的谐波和镜像频率干扰方法。评估了不同调制方式下的SDR性能，实现了100 kb/s的高通信速率，该节点在唤醒状态能耗低于200 μW，在睡眠状态下能耗为10 μW。利用该平台进行一个铁路检查案例研究，在真实环境中且距离为50米时，实现1 kb/s的无源数据传输效率。此外，提供智能工厂和物流配送两个案例，探索所提平台的应用。

关键词

背向散射 ; 超低功耗软件无线电 ; IoT网络