Page 430 - 《软件学报》2026年第1期

黄宇红 等: 基于 RFID 的无源物联网无线感知研究现状与发展趋势 427

现节点间通信的技术 [16] . UHF RFID 作为无源物联网的代表性技术, 起源于 20 世纪 40 年代, 在 2010 年前后开始
规模商用, 并形成了以 EPC Gen2 为主的技术标准体系. 中国移动在面向万物互联的无源物联网技术白皮书 [13] 中
提出了无源物联网的未来演进路线, 包括单点式无源 1.0、组网式无源 2.0、蜂窝式无源 3.0 这 3 个发展阶段.
单点式无源 1.0 即为 UHF RFID 技术, 系统包含无源标签、读写器及管理平台这 3 部分, 读写器为收发一体
结构, 向无源标签发射连续无线载波信号, 无源标签使用载波信号为自身供能, 并通过反向散射将发送数据调制到
该载波信号上, 读写器同时接收标签反向散射的信号, 并将解调得到的数据上传到管理平台. 由于收发路径相同,
系统存在较强的上下行自干扰, 限制了读写器和标签之间的通信距离, 覆盖范围在 10 m 以下.
组网式无源 2.0 将读写器从收发一体架构演进至收发分离, 系统将收发一体读写器分为激励器和接收器两个
设备, 包括无源标签、接收器、激励器及管理平台这 4 部分, 激励器向无源标签发射连续无线载波信号, 转发来自
接收器的指令数据给无源标签并给标签供能, 接收器负责接收标签的反向散射信号以及激励器的管理控制, 管理
平台负责统一的业务流程管理以及多接收器的调度. 系统的收发分离机制提高了发送、接收信号的空间隔离度,
降低了读写器的自干扰, 进而提升接收器对标签反射信号的接收灵敏度, 有效扩展系统覆盖范围, 标签和接收器之
间的上行覆盖距离是无源 1.0 的 10 倍, 可达百米.
蜂窝式无源 3.0 将蜂窝网络与无源物联网进行结合, 充分利用蜂窝基础设施和授权频谱的优势, 复用蜂窝网
络的广覆盖技术, 抑制系统自干扰和互干扰, 进一步提升通信距离, 增强运维管理能力. 李源等人 [16] 提出了蜂窝式
无源物联网潜在的空口架构和网络架构, 空口架构包括蜂窝直连式、辅助供能式、中继收发一体式、中继分离激
励式、中继分离接收式, 为未来蜂窝式系统部署提供多种选择, 网络架构将无源物联网业务统一纳入运营商网络
整体集中式管理, 支持标签的全流程追踪以及认证、授权、计费等操作.

3 无源物联网无线感知研究现状

无源物联网技术正处于从单点式 (传统 UHF RFID, 以下简称 RFID) 向组网式和蜂窝式演进的阶段, 因此目前
的无源物联网无线感知技术研究工作主要是基于单点式的收发一体商用 RFID 读写器 (如 ImpinJ Speedway
R420) 开展, 面向不同的感知目标研究从系统部署、信号建模到数据分析算法的感知技术方案, 并不断拓展新型
应用和感知极限. 本节将从无源物联网无线感知系统架构出发, 分析主要感知目标下的当前研究进展.
3.1 系统架构及原理
无源物联网无线感知是基于信道状态信息的无线感知机制, 通过分析读写器上接收的无源标签反向散射的上
行信号特征变化实现感知目标, 系统架构如图 1 所示, 感知数据是从读写器上获取的原始数据, 感知建模建立感知
数据和基本现象的关联物理模型, 并根据物理模型提取感知特征, 感知计算对感知特征进行进一步数据分析从而
实现不同的感知目标.

感知数据 感知建模 感知计算 感知目标

信号强度 干扰滤除 定位跟踪
绑定式感知建模 物品状态识别
信号相位 规则判断 人体行为识别
非绑定式感知建模 生命体征检测
部署方式 AI 模型 …

图 1 单点式无源物联网无线感知系统架构

在感知数据层面, 读写器发射单载波连续波信号 (以 920 MHz 为例, 波长约为 326 mm), 标签通过调整反射系
数来编码上行数据, 信号从发射经过标签反向散射到接收的信号强度和信号相位会受到传播衰减、多径效应及标
签状态的影响, 反映出标签以及周边人或物体的状态变化. 因此, 当前无源物联网无线感知中, 能够从单标签获得
的感知原始数据包括单载波的信号强度和信号相位, 可以由读写器在读取标签 EPC 的同时提供. 单点式无源物联