调频后向散射技术：将日常物品变为无线电台！
导读
虽然物联网技术使得万物变得互联，但是功耗仍然是其中一项核心挑战。最近，美国华盛顿大学的科研人员发明了一项「调频后向散射技术」，将我们生活中日常物品变为无线电台，能够与手机或者汽车通信交换数据，且功耗远低于蓝牙、WiFi等无线通信技术。
未来生活畅想
未来生活中，我们可以畅想如下的场景。
例如，你的汽车正在等待行驶，突然有一张你期待已久的音乐会海报映入你的眼球，你会不会想到将自己的汽车变成一个无线电台，立即收听这个乐队的音乐？
或者，也许你看到街道另一边的公交车站上的一张音乐会海报，你会不会想让自己的手机收到打折门票或者会场的导航信息？
还有，如果你正在户外跑步，你会不想到自己的T恤可以感知汗水，并且将你的生命体征数据直接发送至手机。
创新技术
梦想变成现实需要技术创新。最近，美国华盛顿大学的工程师开创了一项的新技术，它使得「智能」海报或者衣服，能够直接和汽车中的无线电设备或者智能手机进行通信，而且重要的是耗电极低。
(图片来源于：华盛顿大学)
这项技术可以带来许多应用，例如，公交站台的广告牌，能够发送当地好玩的数字内容；道路路标能够发送十字路口的名字，或者提示过马路是否安全，惠及残疾人出行；另外，集成传感器的智能衣服也可以检测穿戴者的生命体征，并且将有关信息发送至手机。
这项研究的领头人、华盛顿大学计算机科学和工程系的助理教授 Shyam Gollakota 这么说：
“我们想要做的是，让「智慧城市」和「智能织物」依靠户外环境中的日常物品中实现，无论是一个广告海报或者是一个路标，甚至是你日常所穿的T恤，都可以通过向你的手机或者汽车发送信息，与你交流。”
传统无线通信技术的劣势
也许你会说，现今的物联网通信中有许多技术可以实现这一功能，例如蓝牙，WiFi 等等。对此，论文的合著者、华盛顿大学电气工程专业的博士生 Vikram Iyer 说道：
“无线电通信技术例如WiFi、蓝牙以及传统调频广播，依靠一个纽扣电池进行传输时，持续时间不到半天，这是目前的挑战所在。所以，我们开发了一种新型通信方式，通过反射周围环境空气中已存在的无线电信号，发送数据信息，这样使用的电力几乎为零。”
”调频后向散射“技术
华盛顿大学的科研团队首次演示了这种称为「后向散射」的技术，演示中介绍了它是如何应用于户外的调频广播信号。新系统对于城市环境中无处不在的调频广播信号中的音频和数据，进行发射和编码，并且不影响原来的无线电通信。
这项研究成果，将在3月份于波士顿召开的第十四届高等计算机系统协会关于网络系统设计和实现的研讨会上，以论文的形式进行发表。
技术演示
“会唱歌”的海报
团队展示了一张放置在公交站台上的“Simply Three”乐队的“会唱歌的海报”，其背面嵌入了铜带制成的天线。它可以将乐队音乐中的片段以及乐队的广告，发送至12英尺以外的智能手机或者60英尺以外的汽车。他们对于本地公共广播电台的新闻信号上的音频和数据信号的进行覆盖。
(图片来源于：华盛顿大学)
(图片来源于：华盛顿大学)
论文的合著者、华盛顿大学计算机科学和工程系的博士研究生 Anran Wang 说：
“调频广播信号无处不在。你可以在汽车内听音乐或者新闻，这对于我们来说是获取信息的常用方法。所以，我们需要做的基本上是让日常生活中遇到的物品变成迷你的调频电台，并且耗电几乎为零。”
“会说话”的衣服
这种无处不在的低功耗连接性，也能够应用于智能织物例如集成传感器的服装，检测跑步者的步法和生命体征，且将信息直接传输到用户的手机上。
在第二个演示中，华盛顿大学网络和移动系统实验室的研究人员使用导电线，将天线缝进纯棉T恤中，它能够使用周围环境中的无线电信号，以达3200比特每秒的速率，向智能手机传输数据。
(图片来源于：华盛顿大学)
原理和效果
该系统利用了「城市无线电塔广播的调频信号」。“智能”海报或者T恤，使用低功耗的反射器控制信号，在调频广播的基础上编码所需要的音频或者数据，并且以一个空闲的调频广播频段，向智能手机接收器发送“信息”。
也许有的朋友会问，这种技术是否会干扰现有的调频广播？对此，文章的合著者之一，华盛顿大学计算机和工程系以及电气工程系的副教授 Joshua Smith 说：
“我们的系统并不干扰现有的调频广播频率。我们使用了一个无人使用的邻近频段发送信息，所以我们在向你推送新闻和音乐频道的同时，并不影响原始的传输。”
团队一共展示了使用“调频后向散射”技术发送音频信号和数据的「三种方法」：
简单地在现有信号基础上覆盖新的信息；
利用立体声调频广播中未经使用的部分；
利用两个智能手机之间的合作解码消息；
论文的合著者、华盛顿大学计算机科学和工程专业的博士后研究员 Vamsi Talla
说：
“因为调频广播信号的独特结构，将原有的信号叠加以后向散射信号，实际上制造了附加的频率改变。这些频率改变，可以被汽车和智能手机内置的普通的调频接收器解码为音频。”
在团队的演示中，后向散射系统的总体功耗达11微瓦，可以简单的通过一个纽扣电池供电达几年之久，或者也可以使用微型太阳能电池供电。
参考资料
【1】https://news.utexas.edu/2017/02/28/goodenough-introduces-new-battery-technology
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