近日，OPPO发布了《零功耗通信》报告，揭示了零功耗通信的概念、技术原理和整体结构、关键技术和挑战，以及与6G整合关键技术。
主要结合零功耗设备，为了实现设备节点不携带电源电池的优点。终端通过能量收集获得驱动自己工作的能量。采用低功耗计算和反向散射技术，实现信号的解调和调制。
零功耗通信基本原理图
其中，射频能量采集的核心是将射频能量转化为直流，可存储在储能单元（如电容器）中，也可直接用于驱动逻辑电路、数字芯片或传感器件，完成反向散射信号的调制和发射，以及传感信息的采集和处理。
射频能量收集的基本原理是通过电磁感应收集空间电磁波能量。射频能量收集的本质是将射频能量转化为直流电压（RF-DC）。在零功耗通信中，射频采集能量的核心需求是有效地利用收集到的能量驱动负载电路（低功耗操作、传感器等），实现无电池通信。
输入功率与能量转换效率的关系图
经过多年的发展和探索，射频能量采集电路的研究一直是电路设计中最受关注的问题。从射频能量到直流电源的转换，不同电路设计和工艺对效率的影响较大。适当使用整流器可以更好地将射频能量转化为稳定的直流电压（RF-DC），当输出电压较低时，需要进一步直流转换升压（DC-DC），产生可驱动数字逻辑电路的电压水平。电压调节器和电压监测器也常用于帮助升压和稳压的装置，常用于级联二极管 - 将电压将电压升高到可用水平。基于二极管的整流电路（diode-based rectififier circuits）是最基本的能量采集方法。使用分离器件和 CMOS 工艺设备对射频输入功率的要求差异很大。CMOS 与微控制器或其他外部数字设备相比，工艺定制电子设备往往效率更高，工作电压更低，因此可以输入信号的能量 -20dBm 甚至更好。
典型的能量采集电路包括：半波整流器、单并联整流天线、单级电压倍增器、Cockcroft-Walton/Greinacher 电荷泵、Dickson 电荷泵和改进 Cockcroft-walton/greinacher 电荷泵。
能量采集电路一半波整流器/能量采集电路一单级电压倍增器
反向散射技术是一种实现信号传输和编码的无线技术，无需有源发射机。类似于雷达原理，当电磁波到达物体表面时，部分电磁波会被反射。反射信号的强度取决于物体的形状和材料 质 与 距 离，从 雷 达 的 角 度 讲 每 个 物 体 有 其 雷 达 截 面（RCS， Radar Cross-Section)，标签（tag）通过改变其 RCS 调制反射信号。反向散射发射机调制接收 RF 没有必要自己生成信号来传输数据 RF 信号。
最近，环境反向散射通信（Ambient Backscatter Communication，AmBC）它已成为一种更有前途的技术，可以有效地解决传统反向散射通信系统中的上述局限性 AmBC 技术在实际应用中得到了更广泛的应用。
环境反向散射通信系统一般包括三个部分：环境射频源（ambient radio-frequency (RF) source）、反向散射设备（ backscatter device (BD)）和读写器（reader）。在环境反向散射通信系统中，反向散射设备可以通过利用从环境 RF 源(如电视塔，FM 塔，蜂窝基站和 Wi-Fi 接入点 (AP)）广播的无线信号相互通信。通过分离载波发射器和反向散射接收器，反向散射设备 RF 组件数量最小化，设备可以主动运行，即反向散射发射器可以从 RF 当源收集足够的能量时，无需接收器启动即可发送数据。
AmBC系统示意图
零功耗设备（如反向散射标签）通过读写器接收读写器发送的载波信号 RF 能量采集模块用于低功耗处理模块的能量供应。获得能量后，反向散射标签驱动相应电路调制来波信号并反向散射。
反向散射通信原理图
零功耗通信技术的主要特点是通过调制波信号实现反向散射通信，也可以通过能量收集获得驱动数字逻辑电路或芯片的能量(如 MCU（Microcontroller Unit，实现信号编码、加密或简单计算等功能的微控制单元)或传感器芯片。
射频能量的转化效率往往不足 10%决定了驱动数字逻辑电路或芯片计算的功耗要求不能太高。虽然随着工艺的改进和设计的优化，每微焦耳能量可用于计算的次数增加，但仍不能满足复杂的计算。
计算能力向低功耗方向发展
零功耗通信的部署也应考虑与现有通信系统的共存。
在部署零功耗通信系统时，应考虑使用适当的通信频段。一般而言，非授权频段和授权频段可用于零功耗通信。采用非授权频段工作，在满足规范要求的情况下，可自由灵活地使用频谱资源，从而降低运功耗通信系统的应用。使用授权频段可以充分利用现有运营商的频谱资源，规范授权频段上的系统发射功率高，有利于蜂窝覆盖和相对较远的覆盖。运营商可以合理规划授权频段的使用，避免其他系统与零功耗系统的干扰，有利于构建相对可靠的零功耗通信网络。因此，
与传统通信一样，零功耗通信网络的网络覆盖受到网络设备发射功率、工作频段、设备天线增益和设备接收灵敏度的影响。此外，需要指出的是，零功耗通信网络的覆盖与无线供能信号的功率水平密切相关。
因此，为了支持零功耗通信，网络设备首先需要为零功耗终端提供无线能源供应功能分析零功耗终端数据传输的挑战，包括潜在的调制、编码、多址、资源分配和时钟同步。对无线能源供应的依赖和终端极简主义的软硬件结构也需要支持轻协议栈和轻量化安全机制。最后，零功耗通信行业也对网络架构提出了新的要求，需要适应简化网络架构的零功耗通信。
5G技术方兴未艾，6G技术已经到来。目前有6种G候选通信技术引起了业界的广泛关注。零功耗通信作为一种新型通信技术，有望与其他6相比G应聘技术深度融合，构建绿色节能、智能高效的下一代移动通信网络。
无电池通信是零功耗通信的突出技术优势。由于采用射频能量采集、反向散射、低功耗计算等关键技术，终端可以实现无电池，支持极低的硬件复杂性，零功耗通信可以满足超低功耗、极小尺寸和极低成本的需求。可以预见，零功耗技术将在广泛的应用领域具有显著的应用优势。例如，工业传感器网络、智能交通、智能物流、智能仓储、智能农业、智能城市、能源等垂直行业的应用，以及个人消费者的智能穿戴、智能家居和医疗护理。
工业传感网（IWSN, Industrial Wireless Sensor Network）建筑自动化、工业工艺自动化、电力设施自动化、自动抄表及库存管理、环境传感、安全、生产线监控等应用广泛。大量的传感器节点经常部署在应用场景中，用于温度、湿度、振动监测、生产线监测、工业自动化和数值管理、危险事件监测等。传感器设备紧凑，成本低 IWSN 大规模部署的关键是应对技术挑战，满足各种需求 IWSN应用遵循低成本、小传感器节点的设计目标。
工业传感网中零功耗技术的应用示例
鉴于上述零功耗通信终端的超低功耗、极小尺寸和极低成本优势，零功耗通信是 IWSN 场景将具有广泛的应用潜力。需要指出的是，零功耗终端免电池通信的特点也可以将零功耗通信扩展到传统物联网通信技术无法涉及的应用场景。例如，在某些 IWSN 在应用程序中，工业传感器节点可能部署在恶劣的环境和特殊的位置空间，甚至在极端危险的环境中（如高） / 低温、移动或旋转部件、高振动条件、高湿度环境等。在这些应用场景下，一方面受限于工作环境，普通电池终端可能无法正常工作（受限于电池的理化特性对工作环境的要求）。另一方面，传统电源终端的高网络维护成本或工作环境的限制使得网络维护无法实施，因此传统电池终端的使用无法满足此类应用场景的使用需求。
在 IWSN 零功耗通信技术的应用，借助能量收集和反向散射技术，传感器节点可以实现免电池和超低功耗，大大解决传感器节点的生命周期问题，大大延长使用寿命。同时，零功耗通信的免电池特性也将大大降低传感器节点的维护成本，甚至实现免维护。
因此，将零功耗通信技术与 IWSN 结合起来，可以大大拓展工业传感网络的应用场景，增加传感器节点的使用时间，降低部署和维护成本。
物流是商品流通供应链中非常重要的环节，在国民经济中占有重要地位 , 而仓储
它是现代物流的核心环节。大量包装在物流和仓储应用场景中 / 货物需要经常在物流站或仓库 ( 数万平方米 )转移、储存、装卸和库存。仓库订单，货物进入、货物管理和货物出库的发生，会产生大量的仓储信息，这些信息一般具有数据读取操作频繁、数据量大等特点。
智慧物流和智慧仓储中的零功耗应用
为了对物流包裹 / 货物进行数字化信息管理，提升物流和仓储的管理效率，通常需要将通信终端标识贴在包裹/货物的包装表面用于物流信息的获取和物流全流程管理。因此，小巧的终端尺寸更加有利于行业应用。同时，由于货物的数目巨大以及考虑使用的经济性和竞争力，快递或仓库供应商只能接受极低成本的通信终端。
零功耗设备本身具有成本极低、体积小、免维护、耐用、寿命长等特点。在物流和仓储中，利用零功耗设备来记录、保存、更新货物的信息，构建基于零功耗物联网的物流、仓储系统，能够进一步降低运营成本，显著提高物流和仓储管理的效率，有助于智慧物流和智慧仓储的实现。
智能家居以住宅为平台，通过物联网将家中的各种设备连接到一起，构建高效的宜居系统，智能家居利用家电的自动控制、照明控制、温度控制、防盗和报警控制等多种功能和手段，使家居环境更加安全、便利、舒适。智能家居中的传感器和小型设备可以基于反向散射技术来进行通信。
零功耗技术在智能家居中的应用
零功耗通信可以实现免电池，不需要充电，能够极大增加智能家居中相应设备的使用时间，降低维护成本。同时由于其超低成本、极小体积、可清洗、灵活 / 折叠的外形因素等特点，可以在智能家居中非常灵活的进行部署，例如嵌在墙壁、天花板和家具中，或者贴在钥匙、护照、衣服、鞋子上。基于上述优点，零功耗通信能够扩展智能家居场景的应用，对智能家居领域有着极大吸引力。
智能可穿戴场景以消费者为中心，通过物联网技术将消费者所穿戴的各种设备进行无线连接，在多个领域中（例如健康监测、活动识别、辅助生活、移动感知、智能服装、室内定位等）均得到了应用。目前主流的产品形态有以手腕为支撑的手表类（包括手表和腕带等产品），以脚为支撑的鞋子类（包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品），以头部为支撑的眼镜类（包括眼镜、头盔、头带等）。此外还有智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。
零功耗技术在可穿戴领域中的应用
由电池驱动的智能可穿戴设备，续航时间往往比较短。如果开启更多功能，耗电量会进一步增加，使用者往往需要频繁的进行充电才能保证设备的正常使用。这将极大程度上影响用户的使用体验。
零功耗物联网终端具有极低成本、极小体积、极低功耗（免电池）、柔性可折叠、可水洗等优良的特性，特别适合智能可穿戴场景，易于为消费者相关行业（如幼儿园，服装厂等）所接受。一方面，零功耗设备通过能量采集的方式获取能量，不需要电池，这将从根本上解决智能可穿戴设备需要频繁充电的问题；另一方面，零功耗设备成本低，体积小，并且材质柔软，可水洗可折叠，极大的提升了佩戴的舒适度和用户体验。
医疗健康领域涉及病患信息管理、健康数据监测和管理、医疗急救管理、药品存储、血液信息管理、药品制剂防误、医疗器械与药品追溯、信息共享互联等方方面面。在就医过程中，需要确保病人使用正确的药物、正确的剂量、在正确的时间使用正确的用药方法，同时临床医疗过程中需要全程高质量的监控及管理。
零功耗技术在医疗健康领域中的应用
零功耗物联网终端具有极低成本、极小体积、极低功耗（免电池）、柔性可折叠、可水洗等优良的特性，能够帮助医院实现对人的智能化医疗和对物的智能化管理工作，支持医院内部医疗信息、设备信息、药品信息、人员信息、管理信息的数字化采集、处理、存储、传输、共享等。此外，零功耗技术的优良特性使得体内通信、植入治疗等成为可能，业界在基于反向散射的体内通信上也有相关研究。
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