被动WiFi技术:无需额外供电14.5μW逆天功耗

2016-07-28 13:11:27     作者:方查理      来源:雷锋网

标签: WiFi 蓝牙 无源 ZigBee

不用接电就能发WiFi的神级设备要出来了?顺带一大波“无源供电”设备科普。

神说要有网,要有物联网,要万物互联,让附在各种物体上的传感器都能把数据传输到网络上。但神也遇上了技术问题:现在WiFi、蓝牙、ZigBee等主流的无线联网方式,它们的功耗都太高了。使用这些技术的设备,还是得有电池供电才能跑,要用在真正的物联网设备中,其体型、成本和维护上都有压力。

收/发端不对称的功耗需求

而所谓的无线电通讯,需要双边具备信息发出和接受能力,即必定包含发射和接受两个部分。接受部分的芯片得益于半导体工艺制程的进步,它们的功耗已经可以降得很低了。

但发射部分却一直居高不下,因为发射信号需要的能量就是那么多(信号太弱,别人就收不到了)——正常的wifi路由发出射频的功耗在0.1W左右。而手机发WiFi时,为了电池和发热的考量,会控制在25mW左右(终于知道为什么手机热点信号那么弱,而且还会让手机还那么热的原因了吧)。

因祸得福,“无源”射频芯片

信号发射端的功耗居高不下,这个“祸”反过来想其实也是个可以好好利用的条件:我们平时的wifi、蓝牙甚至可见光都是频率不同的无线电波,有规律的无线电信号可以传输信息,让它它们本身也是能量,被吸收之后也是能转化为电能的(就像太阳能板晒太阳)。

这也为下面会说到的被动传输技术(“无源”供电)立下了物理基础——只要信号发射芯片能耗足够低,从信号无线电上吸收的能量,就有可以让芯片即便没有电池也能再发一个信号出去。

Apple Pay苹果支付

事实上我们早就有类似的技术了——Backscatter Communication(背向散射通讯),不严谨地说就是被动通讯技术,当中的RFID射频技术早就被融入到公交卡、饭卡之中。

而最近Apple Pay、三星智付等功能用的NFC就是跑在13.56MHz,传输距离小于10cm的版本RFID射频技术,只要发射器提供的信号强度够,没有自带电源的芯片也能发出信号进行通讯。

太阳能手电筒的“囧境”

《国产凌凌漆》中,太阳能手电筒剧照

被动射频设备虽然功耗低,但它们发出来的信号,其传输距离、速度和频段,都很马洛斯需求中最底层的WiFi相去甚远。此外,它们只能吸收特定频段的无线电,空气中大量的可见光(对应的是太阳能板)、广电电视信号、无线电信号和WiFi信号就被“浪费”了。

之前也有研究,尝试让被动通讯设备吸收广电电视和WiFi信号以供电,但成绩比较忧伤,传输速度只有1Kbps(折合0.125KB/s,额,和断网了没什么分别…),传输距离还好,还能有0.6米左右,然而貌似并没有什么卵用。

另外,当年纯粹是把WiFi信号转化为电力,然后又用了另外一种不同频率的无线信号发射出去环境中的WiFi变成了另外一种频率的无线电……),而且手机等常用设备还没办法接收。情形颇有“太阳能手电筒”的意味,吸收了强烈温暖的阳光,但转化出来的只是手电筒的光

突破要来了?

上图最下面名为 WiLab_0000 的就是被动式Wi-Fi的信号

2月24日,美国华盛顿大学的计算机科学家和工程师宣布,他们的被动式Wi-Fi(Passive Wi-Fi)系统功耗已经降低至传统WiFi的万分之一,而且这次它们吸收无线电能量后,发出来的,还是血统纯正的WiFi信号!!!!!!

被动式Wi-Fi设备的真容

该系统可以发出802.11b标准的WiFi信号,手机平板电脑等设备可以直接识别,其极限速度高达11Mbps(1375KB/S),传输距离达到30米。在1Mbps速率下的耗电为14.5μW、11Mbps下为59.2μW(0.0000592瓦)。

这功耗太逆天,只有传统WiFi的万分之一,甚至比蓝牙和ZigBee(智能家居中最被看好的低功耗传输技术)还要省电上千倍,工程师和机佬们简直感动跪了。

他们通过一家名为Jeeva Wireless的公司尝试让这项技术商用,产品预计将在2到3年内面市。另外,华盛顿大学在上一年在搞用WiFi信号给手机充电技术的技术。虽然和太阳能用的可见光都是无线电波,而且不如太阳能板的技术成熟,但起码没光线也能用……

不过以前也听到过通过环境中的信号转化为电能,然后推动蓝牙芯片工作的设备,但最后空欢喜一场,失败了。所以得等真机跑出实验室之后才能真正的确认┑( ̄Д  ̄)┍

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