Page 438 - 《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 435

Q

焦点为 2 个 Q 的双曲线
T 焦点为 Q 和 R 的椭圆
T
Q R
焦点为 Q 和 R 的椭圆
图 8 多发单收感知模式

在多传播路径信号特征同步获取的问题上, 单点式架构的多天线模式由多个 I 节点分时读取标签获得, 组网
式架构的多发单收模式由多个 Q 节点分时激励标签时获得, 均无法实现信号特征的同步获取. 单发多收模式中由
于多个 R 是处于同时接收状态, 感知系统可实现多个传播路径信号特征的同步获取, 对于行为识别、体征监测等
感知对象移动较快的场景有望进一步提升感知性能.
未来基于收发分离组网式架构的感知部署以及模型构建在应用于不同感知目标时还有待继续发掘. 蜂窝式无
源物联网进一步将组网式架构与蜂窝网络基础设施相结合, 实现无源物联网系统的广域组网覆盖, 通过基站、中
继节点、核心网网元的多节点协作为感知应用提供统一入口, 为物联网“泛在感知”提供了可能.
4.2 新空口——空口通感一体设计增强感知特征
现有的 UHF RFID 采用单载波和振幅键控调制方式, 基于 ALOHA 防冲突机制实现覆盖范围的无源标签标识
读取, 现有空口协议是面向标签的反向散射通信能力设计, 在直接应用于感知时存在信号特征单一、感知采样不
同步等问题. 空口通感一体设计是基于一套设备硬件及空口协议同时实现通信和感知能力, 从而达到两者在频谱、
信号、硬件的多层面融合, 因此, 无源物联网的新空口协议演进应面向通感一体, 在提升标签读取性能的同时, 从
空口物理层波形到链路层协议进一步满足无线感知的性能需求.
在空口波形上, 现有的单载波系统对感知能力只能提供单个频点的反向散射信号强度和相位 (如 920.5 MHz),
若要获得不同频点下的信号特征, 则需要通过跳频的方式使用不同频点来读取标签, 但是此方法由于需要对标签
进行多次分时读取, 不仅数据获取效率低, 而且无法实现对多个频点信号特征的同时采样. OFDM 的多载波机制
可通过多个子载波的同时收发实现同时获取多个频点的感知信号特征, OFDM 是 4G、5G、WiFi 等无线通信技术
使用的通信波形, 在技术和产业链上已经非常成熟, WiFi 感知已建立了较为成熟的基于 OFDM 波形多子载波信
号强度和相位的 CSI 感知机制. 考虑将 OFDM 应用于无源物联网, 无源标签对于 OFDM 波形信号的激励和反向
散射与单载波区别不大, 因此现有标签可兼容 OFDM 波形, 虽然标签无法对 OFDM 的每个载波进行单独调制, 对
标签的通信性能提升有限, 但其提供的多子载波信号特征则可进一步提升感知性能. Zhao 等人 [72] 对基于 OFDM
的无源物联网感知进行了研究, 使用 125 kHz 子载波间隔, 针对美国、澳大利亚、中国、日本等国家在频段上的
差异, 在 25 MHz、10 MHz、2 MHz 带宽下实现了标签读取并对比了液体分类、手势识别的感知效果, 表明
OFDM 多载波系统能有效提升感知性能, 且带宽越大感知性能越好. Li 等人 [73] 基于标签在 OFDM 波形不同子载
波频率下的反向散射特征差异, 为每个标签生成独特的标签指纹, 实现了名为 RCID 的标签认证系统.
在空口协议上, 现有的 ALOHA 防冲突协议基于所有标签生成随机数的碰撞来实现标签的盘点, 目前的感知研
究工作也都是使用此机制“尽力而为”的随机获取所有的感知标签信号特征, 这套机制在直接应用于感知中会存在数
据上报时序不稳定、与标签盘点业务无法协调等问题. 因此, 空口协议应面向感知进一步优化, 针对感知业务设计专
用模式, 一是支持感知标签的定时读取和确定性顺序上报, 使得感知标签信号特征的采样率和采样间隔准确度可以
在运行时得到有效保证, 从而可以在系统设计阶段明确采样率并基于此设计基于信号特征的数据分析算法. 二是支
持感知标签与普通标签在读取时序上的协调调度, 使得普通标签读取可以在感知标签定时读取的间隙中进行, 从而