西安邮电大学卢光跃教授团队：反向散射通信技术的研究与发展
中国移动发布的《面向万物互联的无源物联网技术》白皮书指出：无源物联网有望开启千亿级连接市场，真正构建万物互联新时代。反向散射通信作为无源物联网的核心技术手段，其主要思想是借助入射信号进行低功耗的被动信息传输和能量收集，以期实现物联网节点的能源自持。具体而言，物联网节点（反向散射设备）通过调节反向散射系数将入射信号划分为两部分：一部分作为载波，利用低速、简单的调制方案将信息调制到该载波上并将已调信号通过天线反射出去，实现低功耗的被动信息传输；另一部分用于能量收集来补偿信息传输消耗的能量，为极低功耗甚至无源通信提供可能。
为全面呈现反向散射通信技术的研究现状及未来研究方向，西安邮电大学卢光跃教授团队在《电信科学》2024年第1期发表了《反向散射通信技术的研究与发展》。此篇文章对反向散射通信技术的研究与进展进行了综述，并给出了作者关于该技术的一些观点，其写作思路如下。首先，分析了弱终端物联网发展面临的频谱短缺与能量受限问题，从而聚焦于反向散射通信技术。其次，介绍了反向散射通信的基本原理及其通信架构演进，并总结不同反向散射通信架构的优缺点。接着，针对不同反向散射通信架构综述已有工作，旨在了解各通信架构下的研究内容及局限性。受此启发，给出了融主被动的互惠共生反向散射通信架构，并通过初步研究和仿真实验展示其性能优势。最后，结合已有工作的研究内容，指出所给融主被动的互惠共生反向散射通信架构的潜在研究问题与挑战。
本研究得到了国家自然科学基金资助项目（No.62201451）及中铁一院科研项目(No.2022KY52ZD(ZNXT)-03）的支持，点击下方链接可获取全文:
叶迎晖, 徐瑞，田雨佳, 等. 反向散射通信技术的研究与发展[J]. 电信科学， 2024,40（1）：1-23. doi: 10.11959/j.issn.1000−0801.2024001
成果精炼
频谱短缺问题：为了构建“万物智联”的全覆盖物联网应用场景，需要充分利用现有频谱资源。然而，目前适用于物联网通信的频谱资源十分匮乏，无法满足爆炸式增长的物联网节点数目和网络数据流量对频谱资源的迫切需求。未来物联网的应用领域将更加广泛，这必然会产生海量的节点数目与数据流量，从而对频谱资源提出更高的需求与挑战。
能量受限问题：物联网节点通常由自身配备的电池供电。然而，受节点尺寸和制造成本的影响，电池容量很难满足长达数十年的工作时长要求。此外，对于部署在复杂或极端环境的物联网应用，节点的电池寿命通常无法维持正常水平。虽然将物联网节点接入电网或更换电池可以延长其工作时长，但节点分布的广泛性和无规律性会使其产生过高的维护成本，且在部分应用环境（如军事、医疗领域中的传感器和芯片等）下不便于实现。
现有环境反向散射通信架构的演进过程为：传统反向散射通信（包括单站反向散射通信和双站反向散射通信），环境反向散射通信，共生反向散射通信（包括寄生反向散射通信和互惠共生反向散射通信）。
3) 总结了不同反向散射通信架构的优缺点
针对不同的反向散射通信架构，分别从资源优化、性能分析、信道估计、信号检测等方面对现有研究工作进行了梳理和总结。在这些工作中，资源优化通常以吞吐量最大化、能效最大化、和速率最大化、时延最小化、能耗最小化等为目标，结合优化理论，通过优化相关网络参数使系统性能达到最优；性能分析主要以误码率、中断概率、可达速率、保密中断概率、保密容量等作为性能指标，结合随机过程理论，推导性能表达式的闭式解或渐进解，以此来探究网络参数对系统性能的影响机理；信道估计的目的是结合信道估计理论设计高精度、低复杂度的估计算法；信号检测主要结合信号检测与估值理论设计接收机处的最佳检测算法或最佳检测器。具体文献回顾详见论文。
融主被动的互惠共生反向散射通信将主被动混合携能通信与互惠共生反向散射通信相结合，充分利用主被动混合通信在速率和能耗方面的互补性以及主、次用户之间的互惠共生关系，在提高次用户传输速率的同时充分调动了主用户参与协作的积极性。
不同方案下次用户和速率随主用户功率变化曲线图
研究团队
西安邮电大学卢光跃教授带领的团队是陕西省科技创新团队，入选陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍，已成为陕西省信息通信网络及安全重点实验室的重要科研力量。近年来围绕物联网通信技术（包括反向散射通信、携能通信、移动边缘计算等）、通信信号处理技术、多天线技术等方面开展科研工作，在国内外期刊和会议上发表学术论文200余篇；主持完成国家“863”、国家重大专项、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学青年基金、教育部科学技术研究重点项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目、陕西省自然科学基金、陕西省国际合作计划等各类纵横向项目30余项；合作出版教材3部；授权国家发明专利32件；获“陕西高等学校科学技术奖”特等奖1项、二等奖3项、三等奖1项，“无线电管理科学技术奖”一等奖1项，“中国电子学会电子信息科学技术奖”三等奖1项、“西安市科学技术奖”三等奖1项；获国家教学成果奖二等奖1项，陕西省高等教育教学成果奖一等奖、二等奖各2项。
来源：电信科学
