被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

神說要有網,要有物聯網,要萬物互聯,讓附在各種物體上的傳感器都能把數據傳輸到網絡上。但神也遇上了技術問題:現在WiFi、藍牙、ZigBee等主流的無線聯網方式,它們的功耗都太高了。使用這些技術的設備,還是得有電池供電才能跑,要用在真正的物聯網設備中,其體型、成本和維護上都有壓力。

收/發端不對稱的功耗需求

而所謂的無線電通訊,需要雙邊具備信息發出和接受能力,即必定包含發射和接受兩個部分。接受部分的芯片得益於半導體工藝製程的進步,它們的功耗已經可以降得很低了。

但發射部分卻一直居高不下,因為發射信號需要的能量就是那麼多(信號太弱,別人就收不到了)——正常的wifi路由發出射頻的功耗在0.1W左右。而手機發WiFi時,為了電池和發熱的考量,會控制在25mW左右(終於知道為什麼手機熱點信號那麼弱,而且還會讓手機還那麼熱的原因了吧)。

因禍得福,「無源」射頻芯片

信號發射端的功耗居高不下,這個「禍」反過來想其實也是個可以好好利用的條件:我們平時的wifi、藍牙甚至可見光都是頻率不同的無線電波,有規律的無線電信號可以傳輸信息,讓它它們本身也是能量,被吸收之後也是能轉化為電能的(就像太陽能板曬太陽)。

這也為下面會說到的被動傳輸技術(「無源」供電)立下了物理基礎——只要信號發射芯片能耗足夠低,從信號無線電上吸收的能量,就有可以讓芯片即便沒有電池也能再發一個信號出去。

被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

Apple Pay蘋果支付

事實上我們早就有類似的技術了——Backscatter Communication(背向散射通訊),不嚴謹地說就是被動通訊技術,當中的RFID射頻技術早就被融入到公交卡、飯卡之中。

而最近Apple Pay、三星智付等功能用的NFC就是跑在13.56MHz,傳輸距離小於10cm的版本RFID射頻技術,只要發射器提供的信號強度夠,沒有自帶電源的芯片也能發出信號進行通訊。

太陽能手電筒的「囧境」

被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

《國產凌凌漆》中,太陽能手電筒劇照

被動射頻設備雖然功耗低,但它們發出來的信號,其傳輸距離、速度和頻段,都很馬洛斯需求中最底層的WiFi相去甚遠。此外,它們只能吸收特定頻段的無線電,空氣中大量的可見光(對應的是太陽能板)、廣電電視信號、無線電信號和WiFi信號就被「浪費」了。

之前也有研究,嘗試讓被動通訊設備吸收廣電電視和WiFi信號以供電,但成績比較憂傷,傳輸速度只有1Kbps(摺合0.125KB/s,額,和斷網了沒什麼分別…),傳輸距離還好,還能有0.6米左右,然而貌似並沒有什麼卵用。

另外,當年純粹是把WiFi信號轉化為電力,然後又用了另外一種不同頻率的無線信號發射出去(環境中的WiFi變成了另外一種頻率的無線電……),而且手機等常用設備還沒辦法接收。情形頗有「太陽能手電筒」的意味,吸收了強烈溫暖的陽光,但轉化出來的只是手電筒的光。

突破要來了?

被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

上圖最下面名為 WiLab_0000 的就是被動式Wi-Fi的信號

2月24日,美國華盛頓大學的計算機科學家和工程師宣布,他們的被動式Wi-Fi(Passive Wi-Fi)系統功耗已經降低至傳統WiFi的萬分之一,而且這次它們吸收無線電能量后,發出來的,還是血統純正的WiFi信號!!!!!!

被動WiFi技術:無需額外供電14.5μW逆天功耗

被動式Wi-Fi設備的真容

該系統可以發出802.11b標準的WiFi信號,手機平板電腦等設備可以直接識別,其極限速度高達11Mbps(1375KB/S),傳輸距離達到30米。在1Mbps速率下的耗電為14.5μW、11Mbps下為59.2μW(0.0000592瓦)。

這功耗太逆天,只有傳統WiFi的萬分之一,甚至比藍牙和ZigBee(智能家居中最被看好的低功耗傳輸技術)還要省電上千倍,工程師和機佬們簡直感動跪了。

他們通過一家名為Jeeva Wireless的公司嘗試讓這項技術商用,產品預計將在2到3年內面市。另外,華盛頓大學在上一年在搞用WiFi信號給手機充電技術的技術。雖然和太陽能用的可見光都是無線電波,而且不如太陽能板的技術成熟,但起碼沒光線也能用……

不過以前也聽到過通過環境中的信號轉化為電能,然後推動藍牙芯片工作的設備,但最後空歡喜一場,失敗了。所以得等真機跑出實驗室之後才能真正的確認┑( ̄Д  ̄)┍


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