接近零功率设备的远程通信障碍被打破

华盛顿大学的研究人员首次证明，几乎以零功率运行的设备可以在长达2.8公里的距离内传输数据-打破了长期存在的障碍，并有可能实现大量互连设备。

例如，灵活的电子设备-从捕获关节炎患者运动范围的膝盖补丁到使用汗水检测运动员或士兵疲劳的补丁-有望收集医学上相关的数据。

但是，如今的柔性电子设备和其他传感器无法使用笨重的电池，并且需要以非常低的功率运行，通常无法与其他设备通信，而这些设备的通信距离不能超过几英尺或几米。这限制了它们在医疗监控和家庭传感到智能城市和精确农业等应用中的实际使用。

相比之下，UW的远程反向散射系统使用反射的无线电信号以极低的功率和低成本传输数据，在4800平方英尺的房屋，覆盖41个房间的办公区域和一个1英亩的蔬菜上实现了可靠的覆盖农场。该系统在9月13日于UbiComp 2017上发表的一篇论文中进行了详细介绍。

“到目前为止，可以长距离通信的设备已经消耗了很多功率。在消耗微瓦功率的低功率设备中，要权衡的是它的通信范围很短，” Syam Gollakota说道，他是该学院的首席教授和副教授。 Paul G. Allen计算机科学与工程学院。“现在我们已经证明了我们可以提供这两种产品，这将改变很多行业和应用程序，改变游戏规则。”

该团队最新的远程反向散射系统可与传感器进行可靠的远程通信，这些传感器的功耗比现有技术能够在相似距离上传输数据的能耗低1000倍。这是将连通性嵌入数十亿个日常对象的重要且必要的突破。

远程反向散射系统将由Jeeva Wireless商业化，这是一家由UW计算机科学家和电气工程师团队创建的分拆公司，预计将在六个月内开始销售。

这些传感器非常便宜-预期每个的总成本为10至20美分-以至于希望测量土壤温度或湿度的农民可以负担得起地覆盖整个田地，以确定如何有效种植种子或水。其他潜在的应用范围包括可以监视“智能”城市中的污染，噪声或交通状况的传感器阵列或可以全天候无线传输有关心脏病患者状况信息的医疗设备。

Jeeva Wireless的首席技术官Vamsi Talla表示：“多年来，人们一直在将连接性嵌入洗衣粉，纸巾和咖啡杯之类的日常对象中，但是问题是实现此目的的成本和功耗。”艾伦学院的博士后研究员，并获得了威斯康星大学电气工程博士学位。“这是第一个可以以最小的成本将连接性注入任何设备的无线系统。”

例如，研究团队构建了一个隐形眼镜原型和一个附着在人体皮肤上的柔性表皮贴片，该贴片成功地利用了远距离反向散射在3300平方英尺的中庭上传输信息。这比以前的智能隐形眼镜设计达到的3英尺范围大几个数量级。

该系统包括三个部分：一个发射无线电信号的源，一个在该信号反射后对信息进行编码的传感器以及一个对信息进行解码的廉价现成接收机。当传感器放置在信号源和接收器之间时，系统可以在475米的距离内传输数据。当传感器放置在信号源旁边时，接收器可以解码远达2.8公里的信息。

使用反射或“反向散射”的无线电信号来传递信息的优势在于，传感器可以以极低的功率运行，该功率可以由薄型廉价柔性印刷电池提供，也可以从周围环境中获取，从而无需笨重的电池。缺点是接收机很难将这些极弱的反射与原始信号和其他噪声区分开。

“这就像试图听在厚壁另一侧发生的谈话一样-您可能听到一些微弱的声音，但您听不清楚，”艾伦学校的博士生Mehrdad Hessar说。“借助我们的新技术，即使在对话本身很难听到的情况下，我们也可以对这些单词进行解码。”

为了解决这个问题，UW团队在其背向散射设计中引入了一种新型的调制方式，称为线性调频扩频。即使将反射信号分散在多个频率上，团队也可以实现更高的灵敏度，并在更远的距离解码反向散射信号，即使该信号低于噪声也是如此。

“我们基本上是从一开始就说的很清楚，如果要实现智能应用真正需要的是远程通信，那么我们如何从头开始设计系统以实现该目标呢?”Jeeva Wireless的联合创始人布莱斯·凯洛格(Bryce Kellogg)说，他是威斯康星大学电气工程系的学生。