6 環境反向散射通信隨著室內外蜂窩覆蓋范圍越來越廣,射頻信號可作為無線電鏈路二次利用的資源,無需額外的功率,這種技術系統被稱為環境反向散射通信系統。在該系統中,發射機可以收集電視塔、基站以及接入點輻射周圍連續的電磁波,使用簡單的電路進行調制后反射到接收器。環境反向散射收發器不需要專用的頻譜帶運行,也不需要復雜的電子元件(如模數轉換器)來處理信號。6.1 反向散射通信工作機制通常,反向散射通信系統將撞擊到反向散射發射機的信號沿信號原點方向反射,由于不是完美的鏡面反射,信號會在環境的一定角度范圍內散射,在該范圍內的反向散射通信接收器可以接收信號。反向散射通信在架構方面分3種:單基、雙基和環境反向散射通信。單基反向散射通信系統是射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)應用中最常用的反向散射通信方式,結構最簡單,僅由一個反向散射發射器和一個讀取器組成,該讀取器具有射頻信號源和帶有改變操作模式開關的反向散射接收器。一旦接收器發出請求,射頻源激活反向散射發射器,然后發射器調制并將撞擊到它的電磁波反射回接收器,如圖7(a)所示[11]。單基反向散射通信架構的缺點是由于開關機制,讀取器不能執行全雙工通信,且信號從讀取器發送到發射器然后反射回讀取器時伴有往返路徑損失。雙基反向散射通信架構中,射頻源和接收機是分離的,如圖7(b)所示,在空間域中提供了更高的靈活性。與單基反向散射方案相比,多個射頻源和反向散射發射器放置良好,服務范圍可以顯著擴展,但雙基反向散射通信系統在真實網絡中運行的成本高,因為需要射頻源和發射機放置良好才能達到預期的性能,而且這種條件大多很難滿足,特別是在如室內或密集的市區等復雜的網絡場景中。
不同于單基、雙基,環境反向散射通信系統的設備是由發射器和接收器組成的,不需要專用射頻源來專供服務,可以顯著減少基礎設施和維護支出,所以環境反向散射通信為6G物聯網網絡中的傳感器提供了最節能的應用解決方案。6.2 環境反向散射通信中面臨的問題(1)頻譜和能源效率隨機部署的物聯網設備利用環境反向散射鏈路來實現良好的吞吐量,并且保持擴展的傳輸距離,即使單個反向散射通信設備表現出良好的能源性能,由大量的此類設備組成的物聯網網絡可能仍然需要在系統層面上優化能效。(2)協議設計現有的環境反向散射通信系統大多用于特定的應用目的,與其他無線通信系統缺乏良好的兼容性。協議設計對于標準化環境反向散射通信的關鍵操作和管理如數據包大小、路由協議等方面尤其重要。7 衛星物聯網衛星物聯網(Internet
of Space Things,IoST)是一個泛在的信息物理系統,涵蓋地面、空中和太空,可應用于監測和偵察、空間回傳和整體數據集成。如圖8所示,IoST由構成地面段的地面站、客戶場所和地面感知設備,以及構成空間段的立方體衛星(CubeSats)、無人機和近地感知設備等組成。地面對衛星鏈路將IoST樞紐與立方體衛星連接起來以交換請求和數據,衛星間鏈路將信息中繼到位于同一軌道和相鄰軌道的相鄰立方體衛星。另外,無人機之間以及傳感器和立方體衛星之間建立鏈接,形成本地化數據聚合層。立方體衛星設計包括一個全新的通信子系統,可在各種頻帶中無縫運行,存在的多波段收發器和天線能夠支持微波、mmW和太赫茲波段的無線通信。通過這種獨特的立方體衛星設計,有可能實現超過100
Gb/s的數據速率。