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从事智能建筑系统方案、设计规划(包括方案创意、初步设计、深化施工图设计),已完成设计作品:廊坊(香港)嘉仕丽数码、北京奥体中心、内蒙古体育馆、内蒙古广播电视传媒信息大楼、内蒙古博源大酒店、内蒙古电子信息职业技术学院等. 资料共享:http://yunpan.cn/cfYFAHYabFBQ4 (提取码:41fa) 楼宇自控资料:http://yunpan.cn/cfYFHxd7jcMLR (提取码:dd78)

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Wireless devices go battery-free with new communication technique——不需要电源的 RFID 通信  

2013-08-20 23:10:54|  分类: 技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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Ambient Backscatter: Wireless Communication Out of Thin Air

从空间吸收能量并用作电源,这听起来是不是很疯狂?华盛顿大学研究团队制作了不需要电源的 RFID 卡,可以从每个城市都有的 TV Tower 获取能量用于支持传感器和单片机工作,并反射 TV Tower 射频信号的能量,实现两个相距不超过 50~75 厘米的 RFID 卡之间的自主通信,通信速度可达 1kbps,远程通讯距离可达6.5Km。


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移动设备PCB原型照片,同样可以收集能源、接收、发送信号具有3个触摸按键A/B/C
RFID工作原理:
RFID (Radio Frequency Identification) 是能够存储少量信息并通过射频通信读取的技术。我们平时刷的饭卡、公交卡都是 RFID。这些卡里没有电源,是怎么把数据传送给读卡器的呢?

工作的电源(能量采集):天线收到射频信号(电视、广播、蜂窝传输)读卡器的信号,就会电磁感应形成电流,这个微弱的电流足以驱动芯片工作。

承载信息的射频信号:天线会反射收到的射频信号,在反射信号上进行幅度调制即可。有两种技术:inductive modulation(用于低频)和 backscatter modulation (用于高频,有效距离较远)。而在本文中是以 backscatter。

backscatter 是通过改变天线的阻抗实现的。当电磁波到达阻抗不同的介质界面时,一部分波会被反射,而反射能量的比例与阻抗的差值有关。射频卡中的芯片通过改变天线的阻抗,就能把信息调制在反射波上。

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移动设备框图
 
事实上,目前商用的 RFID 分为 active(主动)、semi-passive(半被动)和 passive(被动)三种。

主动 RFID 有电源,每隔一段时间就主动发送自己的 ID,有效距离 100m 以上。由于发送射频信号需要较多能量,电池寿命较短。
被动 RFID 没有电源,有效距离 1m 左右,成本很低,寿命无理论限制。我们常用的饭卡、公交卡都是被动 RFID。采用上面说的 backscatter modulation 传输信息给读卡器。由于没有持续的电源,不能支持时钟、传感器等。
半被动 RFID 结合了以上两者的优点。半被动 RFID 也有电源,用于维持芯片和(可能有的)传感器工作。射频信号使用 backscatter modulation,不需要使用电池的能量,因此电池寿命可达10年。由于不需要用电磁感应的电流维持芯片运行,天线就可以为 backscatter 专门优化,从而有效距离可达 10m 左右。

存在问题: 
1、信号传输距离与误码率
按照 RFID 卡在室内还是室外,以及离电视信号发射塔远还是近,以及传输比特率,测量出了传输错误的比例:(测试环境的具体配置请看论文)

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2、信噪比
3、载波分离
具体请参照PDF资料

资料来源:

+ University of Washington

http://homes.cs.washington.edu/~gshyam/Papers/amb.pdf

http://www.cisco.com/en/US/docs/solutions/Enterprise/Mobility/wifich6.pdf


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