【中国联通研究院】5G无源物联网系统白皮书_50页_1mb

中国联通5G无源物联网系统白皮书总结

核心内容

中国联通研究院发布的《5G无源物联网系统》白皮书，聚焦于无源物联网（PIOT）技术的创新与应用，旨在解决传统有源物联网在成本、维护、安全性等方面存在的问题。白皮书围绕微波直驱变频技术，提出了一套完整的5G无源物联网系统架构与关键技术方案，为多个工业场景提供了高效、低成本、免维护的物联网解决方案。

主要观点

• 无源物联网的优势：无源物联网设备无需内置电池，可利用环境能量供能，具有长寿命、低成本、高可靠性等优点，适用于广泛分布、极端环境、需灵活移动的场景。
• 技术挑战与突破：传统有源物联网连接数量有限，而无源物联网技术通过创新手段（如微波直驱变频）突破了这一限制，推动了物联网的规模化应用。
• 5G与无源物联网的融合：中国联通联合行业伙伴，推动5G技术与无源物联网的深度融合，实现无源终端与5G网络的协同通信，提升系统性能与覆盖能力。
• 应用场景拓展：无源物联网技术在危险品仓储、矿山、制造等工业场景中展现出显著的技术优势，为行业提供智能化、远程监测等解决方案。
• 技术演进方向：从组网方式、物理层优化、安全机制、定位能力等方面，提出无源物联网系统的演进路线，推动其向更广泛的应用场景发展。

关键信息

一、前言

• 物联网发展迅速，预计实现数十亿甚至上百亿设备的智能互联。
• 有源物联网成本高，限制了其在物流、仓储等领域的应用。
• 无源物联网通过环境能量供能，具有长寿命、低成本、免维护等优势。
• 中国联通联合行业伙伴，探索5G无源物联网的两个关键技术方向：长距离变频通讯终端与5G通讯模组。

二、基于微波直驱变频技术的5G无源物联网系统

（一）总体架构

• 系统分为四层：云端处理层、通信层、无源感知层、应用层。
• 通过5G通信网络实现无源标签与云端的数据交互。
• 支持物流、制造、医疗、电力等多行业应用。

（二）关键技术

1. 基站关键技术

• 组网与部署方式：分为异频共站和In-Band两种模式。
  • 异频共站：利用现有5G基站与微波直驱信源站，实现快速部署。
  • In-Band：未来趋势，需重新设计物理层，提升系统集成度和资源调度灵活性。
• 空口物理层调整：探讨多址技术（如NOMA）、调制编码方式等，以满足大规模无源物联网的通信需求。

2. 终端关键技术

• 微波直驱变频技术：无需直流供电，直接利用微波能量驱动终端，提升驱动灵敏度与传输距离。
• 无源传感技术：利用电容、电感等参数变化实现传感功能，如温度、湿度、压力、振动等。
• 无源信号调制技术：通过调频方式将传感信息加载于返回信号，实现无线传输。
• ID区分方式：采用频率区分与编码区分，解决海量终端接入问题。

三、应用场景

（一）危险品仓储

• 利用无源传感器实时监测危险品环境参数，提高安全性和效率。
• 系统包括传感器网络、5G通信模组、中心控制系统和远程平台。
• 优势：响应及时、智能分析、无源本征安全、降低人力成本。

（二）矿山

• 在锚杆支护系统中部署无源传感器，监测压力变化。
• 无需人工检测，提升检测效率与安全性。
• 方案支持多点实时监测，降低安全隐患。

（三）制造

• 无源标签在制造场景中用于资产全生命周期管理，支持温度、湿度、振动等监测。
• 免电池、低成本、易部署，有助于实现“一码到底”的全流程管理。
• 与5G技术结合，提升数据传输效率与覆盖范围。

四、总结与展望

（一）技术演进路线

• 作用距离提升：通过优化驱动灵敏度与基站性能，提升覆盖范围。
• 传感种类与准确度提升：融合多种传感技术，提升测量精度与种类。
• 物联与通信融合自由度提升：分阶段实现基站与终端的融合，包括硬件、频段、协议等。
• 海量接入能力提升：通过ID区分技术与标准化协议，支持大规模终端接入。

（二）市场展望

• 无源物联网将在工业、物流、能源、农业等领域发挥重要作用。
• 微波直驱变频技术将成为无源物联网的底层技术，支撑行业快速发展。
• 未来无源物联网将实现广域覆盖、多场景适配、低成本部署，成为万物互联的重要基础设施。

附录信息

• 缩略语：包括BBU、NOMA、OFDMA、PIOT、RFID、RRU、RSSI、SBA、UE等。
• 引用：列出相关技术资料与专利，支持白皮书内容的权威性与可行性。

参编单位与编写组成员

• 中国联合网络通信集团有限公司：范济安、荆雷、李双权、范斌、赵兴龙
• 中国联通研究院：叶晓煜、安岗、魏梓原、盛明哲、王宣、崔振霄、李希金、李卓凡
• 联想集团：李瞳、袁树新、王晓东、王俊龙、王黎伟
• 浙江龙感科技有限公司：曾庆、罗宇、陈柳、李科、陈静、连利波、孙佳宇
• 重庆数智融合创新科技有限公司：周华、唐尚禹、向静波

总结

中国联通在5G无源物联网领域开展深入研究，推动微波直驱变频技术与无源传感、调制技术的融合，构建起一套完整的无源物联网系统架构。该系统在多个工业场景中展现出良好的应用前景，如危险品仓储、矿山监测、制造管理等，具有响应快、效率高、安全性强等优势。未来，随着技术的演进和标准化的推进，无源物联网将在更多领域实现规模化部署，为万物互联时代提供坚实的技术支撑。