## 概述 过去二十年，物联网的每一个变种——NB-IoT、LoRa、RedCap——都在回答同一个问题：怎么把模组做便宜。但几乎没人动过那颗电池。3GPP 在 Rel-19 立项的**无源物联网（Ambient IoT）**第一次把电池整个扔掉：设备不装电池、不充电，靠收集空间里的射频能量供电，用背散射方式把数据传回蜂窝网络。本文以 3GPP 研究报告 TR 38.848 为主线，结合 Wiliot、沃达丰等公司的商用案例与国内运营商的公开试点，回答三个问题：不用电池的设备如何上网、3GPP 标准走到了哪一步、一线运维要为它做什么准备。 ## 目录 - 电池：物联网最贵的一颗螺丝 - 背散射：没有源，怎么发声 - 3GPP 把它写进标准：Rel-19 战报 - 谁在把它做成生意 - 工程师视角：五块硬骨头 - 它和 RFID、NB-IoT、RedCap 是什么关系 - 时间表与冷静判断 ## 一、电池：物联网最贵的一颗螺丝 在核心网干了十八年，我见过无数“物联网”项目的尸体。大部分死因不是技术，是电池。 一家物流公司给十万个托盘装了 tracker，方案设计得很漂亮：NB-IoT 模组、五年电池寿命、云平台大屏。第三年开始，电池陆续到期的托盘变成“失踪资产”，仓库的人不知道哪个标签死了，IT 的人不可能爬上货架挨个换电池。最后这批硬件的整体利用率不到一半。维护成本吃掉物联网项目，是行业里反复上演的老剧本——业界做过测算，对海量小设备而言，**部署后的人工换电成本往往超过设备本身的价格**，这使得“电池寿命”实际上成了物联网连接数的隐性天花板。 还有一层是环保账。每年进入市场的 IoT 设备以十亿计，大量设备生命周期结束时，里面那颗纽扣电池或锂电池就是不可回收的化学垃圾。欧盟新电池法规对便携电池的可拆卸、可更换要求日趋严格，对嵌入式 IoT 设备尤其不友好。 于是行业里一直有一个“终极问题”：能不能造一种设备，**没有电池，也永远不用充电**？ 答案早就存在——超市门口的防盗磁贴、仓储里扫货的 UHF RFID 标签，都是“无源”的。但 RFID 是专用网络的玩法：读写器自成一体，标签不进蜂窝网，没有连接管理、没有移动性、没有安全体系，数据出了仓库就是孤岛。真正让行业兴奋的问题是：**能不能把“RFID 式的零功耗”和“蜂窝式的可管理”焊在一起？** 这就是 Ambient IoT（无源物联网）。注意它和此前火热过的 LPWAN 不是一回事：NB-IoT、LoRa 解决的是“省电”，Ambient IoT 解决的是“无电”。省电设备的字典里还有电池寿命，无源设备的字典里根本没有电池这个词。 ## 二、背散射：没有源，怎么发声 无源设备上网，物理上靠的是**背散射（Backscatter）**，原理并不神秘，UHF RFID 用了半个世纪。 读写器或基站发射一股射频载波，标签天线把它接收下来，先走一条“供电链路”：微弱的交流信号经过肖特基二极管整流、电容储能，攒出微瓦级的直流电，把片上逻辑唤醒。这条链路的能量预算极其苛刻——标签在几十米外收到的功率大约只有 -15 到 -20 dBm，也就是**十到几十微瓦**，点亮一颗 LED 都不够，只够跑几千到上万个逻辑门。 上电之后走“通信链路”：标签不给发射机供电，而是改变天线输入端口的匹配阻抗（简单说就是开/关一个开关），让入射波的一部分被“原样反射”，一部分被“吸收”。反射和吸收交替切换，反射波就被打上了 0 和 1。接收端解调这个被调制的反射波，就拿到了数据。整个过程里，标签自己**不产生任何载波**——它像一面会说话的镜子。 ```mermaid flowchart TD A["读写器或基站"] -->|下行发射射频载波| B["无源标签天线"] B -->|拾取微瓦级能量| C["RF整流与储能"] C -->|给芯片上电| D["千门级基带逻辑"] D -->|开关匹配阻抗| E["反射波被调制"] E -->|背散射上传数据| F["读写器接收解调"] F -->|经核心网汇聚| G["物联平台与应用"] ``` 这套链路的工程含义有三个。第一，**上下行极不对称**：下行是广播式的供能+命令，上行是无功放的反射，链路预算双程打折，所以距离、速率都被死死摁住——这是物理定律，不是工程不够努力。第二，**功耗上限决定了复杂度上限**：Ambient IoT 芯片的目标复杂度是千门到万门级逻辑，比 NB-IoT 模组低两三个数量级，这直接决定了它的成本可以做到 RFID 和模组之间。第三，**反射信号的解调极难**：接收端要在强载波泄漏的背景下分辨微弱的调制分量，对收发隔离、相噪、干扰管理的要求远高于普通蜂窝接收机。 顺便说一句，背散射不是新东西——1948 年 Harry Stockman 的经典论文就描述了反射通信。新的是把它塞进蜂窝标准的努力。 ## 三、3GPP 把它写进标准：Rel-19 战报 让无源标签“入网”，意味着蜂窝网要为一个**没有电池、没有功放、可能连晶振稳定性都堪忧**的设备做随机接入、同步、寻呼和移动性管理——这相当于让 5G 的大炮去打 RFID 的蚊子，所有流程都要按微瓦级的预算重新裁剪。 3GPP 的推进路径很清晰。2022 年底，RAN 全会批准了“Study on Ambient IoT (Air interface) for NR”研究项目；SA1 侧并行开展了用例与服务需求研究。两条腿走了两年多，RAN 侧的研究成果凝结为**TR 38.848《Study on Ambient IoT (Air interface) for NR》**——这是本文的解读主轴，也是目前关于无源物联网空口最系统的一手技术文档（可在 3GPP 官网 Specs 归档免费下载）。 TR 38.848 回答了四件事： **一是设备画像。** 3GPP 用例研究把目标设备分成三类：第一类无电池、无储能，能量随收随用；第二类无电池、有储能（电容），可以攒能量间歇发送；第三类有电池，但复杂度和功耗被压到极低，目标是整个生命周期免维护。划分的本质是**能量从哪来、能不能攒**——具体分类细节以最终标准文本为准，但方向已经清楚：电池在这条路上被逐步降级为可选项。 **二是部署场景。** 研究评估了站内（In-band）复用现有 NR 频段承载无源标签、以及低频段独立载波等方案，覆盖仓储盘点、包裹物流、资产定位、医疗穿戴贴片等场景。评估结论指向几十米到一两百米量级的读写距离，速率定位在 kbps 级——够传一个“我在哪、什么状态、温度几度”，不够传一张图片。 **三是空口设计。** 研究讨论了极简同步信号、无源设备专用的随机接入、基于是能量检测还是序列检测的解调方式、轻量化安全（无源设备没有强算力跑完整的 5G 认证算法栈）等命题。每一项都是在“微瓦预算”这个紧箍咒下做减法。 **四是与现有网的共存。** 这是 RAN4 讨论最激烈的部分：无源标签的反射是全天候的，如果复用蜂窝频段，反射波会不会干扰正常终端的上行？读写器供能载波会不会抬高底噪？结论是共存可行，但需要专门的资源编排——这也正是本文第五节运维部分要展开的。 按照 3GPP 的公开计划，Rel-19 完成研究（Study）后，规范性（Normative）工作向 Rel-20 递进。**研究结题意味着“可行”有了结论，标准定型仍有距离**——这一点行业媒体和设备商白皮书的口径是一致的。 ## 四、谁在把它做成生意 标准还在路上，生意已经开跑。这一轮无源物联网的商业化，玩家结构和以往不同：主角不是模组厂，而是**标签产业链和供应链巨头**。 **Wiliot** 是这个赛道最有代表性的公司。这家总部在美国圣迭戈、发源于以色列的公司做出了名为 Pixel 的无源标签：指甲盖大小，印刷在柔性基材上，没有电池，靠收割空间射频能量（蓝牙信号、蜂窝信号甚至专用供能器）工作，能持续上报位置、温度、开合状态。据公开报道，Wiliot 在 2021 年完成过两亿美元级的融资，软银愿景基金等参与；标签巨头艾利丹尼森（Avery Dennison）既是投资方也是渠道合作方——后者每年生产数百亿枚标签，是通向零售与物流供应链的天然入口。 **运营商也在下注。** 据公开报道，沃达丰与 Wiliot 建立了合作，探索用蜂窝网络为无源标签提供连接与数据服务，试点场景集中在供应链资产追踪。对运营商来说，这是个精明的算盘：无源标签如果走蜂窝标准，连接收入和平台收入就有机会从“仓库里的 RFID 局域网”手里，夺回一整个数量级的连接数。GSMA 旗下研究机构多次把无源物联网列为未来五到十年的关键趋势之一，给出的远景判断是百亿级标签量、千亿级市场空间——**注意这是远景推演，不是落地承诺**。 **国内进展值得单独一节。** 中国移动在宣布 5G-A 商用的发布会上，把“无源物联”与通感一体、RedCap 并列为主推的新能力方向；中兴通讯提出基于蜂窝网络的无源物联网组网方案，据公开报道，已与国内运营商开展端到端外场验证，公开材料提到的读写距离达到百米级——这个数字如果放在“无源”的约束下看相当激进，因为它意味着把传统 RFID 十米级的舒适区往外推了一个量级（具体数据以厂家正式发布为准）。设备商的思路高度一致：**把读写器能力做进基站或额外的分布式射频单元，让现网的 5G-A 网络平长出“供能+收发”的第二职业**。 ## 五、工程师视角：五块硬骨头 作为在一线待了十八年的人，我对任何“新能力上线”的第一反应不是它能干什么，而是它会让我半夜爬起来干什么。无源物联网落到现网，我认为有五块硬骨头。 **第一，链路预算的墙。** 微瓦级预算下，距离和速率是跷跷板。供能载波发射功率越大、天线增益越高，覆盖越好，但对共址基站和无源标签本身（整流器耐压）都是压力。组网时要回答：读写器是复用基站大功率功放，还是单独加分布式供能节点？前者省站址、后者灵活。3GPP 研究把两种场景都评估了，但商用选型每个网络都会自己算一遍账。 **第二，共存与干扰。** 无源标签的反射没有“停播”键。如果承载在蜂窝频段内，海量的弱反射会抬高底噪、蚕食上行资源；供能载波如果长时间连续发送，对同频段其他接收机就是持续的干扰源。这要求在资源编排上给无源业务划出专用时频资源或专用信道，调度器、功控、测量都要新增一套逻辑。对我这种老 BSC/RNC 维护出身的人，这套味道很熟悉——当年 GSM 时代给 GPRS 划时隙、给 EDGE 调编码方案的恩怨，本质上是同一个问题。 **第三，海量接入与标识管理。** 一个大型仓库几十万枚标签同时上电，随机接入怎么不塌方？更现实的问题是标识：标签走蜂窝网，用什么身份？GS1 的编码体系（GTIN/SGTIN）和 3GPP 的标识体系怎么映射？核心网的签约数据、计费话单按什么粒度生成——按“每枚标签”还是按“每批标签”？这些问题 R15 的 NB-IoT 遇到过一次轻量版，无源物联网的数量级还要再往下压。 **第四，安全模型重构。** 无电池意味着无防篡改预算，芯片被人物理拆解、克隆、重放的成本极低。3GPP 研究里讨论了轻量级认证，但“轻量”和“够用”之间的度，要在具体场景里重新画：一箱矿泉水的标签被克隆，损失是可接受的小数；一瓶药的标签被克隆，那就是另一回事了。**安全等级应该跟着标签承载的价值走**，这是我自己给将来做无源业务入网评审时定的原则。 **第五，运维工具链的空白。** 网管系统里会多出一类新对象：读写器功能（无论它物理上在基站里还是独立节点）。随之而来的是新 KPI——标签解调成功率、供能覆盖电平分布、并发标签容量利用率；新的告警语义——标签不可达不再是故障（标签本来就时隐时现），供能节点才是运维锚点。现有网管对“资产型终端”的理解还停留在 NB-IoT 的 SIM 签约模型，无源标签大概率要走批量开户、批量生命周期管理的路子。**工具链不先动，业务规模就上不去**——RedCap 这两年的落地节奏已经演示过一遍这个因果。 ## 六、它和 RFID、NB-IoT、RedCap 是什么关系 把无源物联网放进物联网全家福里，位置就清楚了。下表给了个粗颗粒对照（速率、距离为量级参考，具体以标准与产品为准）： | 维度 | UHF RFID | 无源物联网（目标） | NB-IoT | RedCap | | --- | --- | --- | --- | --- | | 供能方式 | 读写器近场供能 | 射频能量收割，无电池 | 电池 | 电池 | | 典型距离 | 约10米内 | 几十米到百米级（评估目标） | 千米级蜂窝覆盖 | 与手机同覆盖 | | 速率量级 | kbps | kbps级 | 百kbps级 | 上百Mbps | | 组网方式 | 专用读写器，局域闭环 | 蜂窝承载，基站/分布式节点集成 | 蜂窝网络 | 蜂窝网络 | | 单端成本 | 标签几分到几角 | 目标1美元内，远期更低 | 模组数十元级 | 模组数百元级 | | 连接管理 | 无（出仓即孤岛） | 有移动性/安全/标识体系 | 完整 | 完整 | | 标准归属 | ISO/IEC 18000系列 | 3GPP Rel-19研究，Rel-20规范化 | 3GPP Rel-13起 | 3GPP Rel-17起 | 三个判断：**RFID 不会被替代，会被“入网”**——成本上 RFID 仍是王座，无源物联网抢的是 RFID 数据出不了仓的痛点；**NB-IoT 无缝衔接**——它的存量场景（水气表）不缺电池预算，无源物联网开辟的是 NB-IoT 从来够不着的“连电池都不值得装”的场景；**RedCap 与它不重叠**——RedCap 是“减配的手机”，无源物联网是“会说话的条码”，一个往高性能走，一个往零功耗走，中间隔着 NB-IoT。 ```mermaid timeline title 无源物联网从立项到商用 2022年底 : 3GPP 批准空口研究立项 2024年 : TR 38.848 研究结题 2025至2026年 : Rel-20 推进规范性标准 2027年以后 : 商用部署窗口逐步打开 ``` ## 七、时间表与冷静判断 给一个我在内部分享时常用的判断框架：**一项蜂窝新技术从“研究结题”到“规模商用”，历史上没有快于四年的**。NB-IoT（Rel-13 冻结到规模放量）走了大约四年，RedCap 从 Rel-17 冻结到今年国内集采放量，也差不多四年。无源物联网按 Rel-20 规范化推算，商用部署窗口大概率在 2027 年之后——前面 timeline 图就是按这个节奏画的。 但商用规模这件事，技术从来不是唯一变量。无源物联网真正的胜负手有两个。一是**成本曲线**：标签目标是 1 美元以内、远期向 RFID 的几分钱逼近，这取决于柔性电子和整流芯片的量产成熟度；二是**场景密度**：只有当一个场景里同时满足“数据有价值、电池不值得装、数量足够大”三个条件——冷链、药品溯源、服装零售、航空行李——才养得起一张新网络。Wiliot 和供应链巨头的合作，正是按这个逻辑在挑场景。 最后说句实在话。无源物联网不会像 5G 那样轰轰烈烈，它更像是给物联网大厦**补上一块一直缺失的地基**：从“有源少数派”走向“无源大多数”。对通信工程师而言，这又是一轮熟悉的老剧情——新的空口、新的资源编排、新的网元、新的告警语义。历史上每一次，最先读懂协议、最先在现网里摸出经验的人，都吃到了最大的红利。这次也不会例外。 ## 参考来源 1. [3GPP TR 38.848《Study on Ambient IoT (Air interface) for NR》](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/38.848/) — RAN 侧无源物联网空口研究结题报告，本文标准解读主轴，3GPP 官网可免费下载 2. [3GPP Release 19 专题页](https://www.3gpp.org/specifications-technologies/releases/release-19) — Rel-19 研究内容与时间线的官方口径 3. [Wiliot 官网](https://www.wiliot.com/) — 无源 Pixel 标签产品形态、供应链案例与合作伙伴公开信息 4. [GSMA Intelligence](https://www.gsma.com/intelligence/) — 物联网连接预测与无源物联网行业趋势研究 5. [爱立信白皮书与报告库](https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/white-papers) — 设备商侧关于零功耗设备与物联网演进的官方技术观点 --- > 本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵**爱卫生**（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 > 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。 > [!tip] 51学通信知识星球 > **星主：爱卫生**（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 > **星球定位**：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 > **当前规模**：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 > **加入福利**：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 > **AI 加持**：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。