PassiveVLC: Enabling Practical Visible Light Backscatter Communication for Battery-free IoT Applications Xieyang Xu, Yang Shen, Junrui Yang, Chenren Xu, Guobin Shen, Guojun Chen, Yunzhe Ni
背景 radio backscatter(无线电回波)通信可实现接近零耗能连接，主流 方式有：TV band, FM radio, WiFi channel. 而可见光也能用。 可见光通信好处多：防窃听，生物友好（相比于其他频率）。 可见光通信限制多：点对点精度要求高，能量效率低（频带宽）。 RetroVLC(2015)已经基本解决了以上两个限制。
Retroreflector, 原路反射器 LCD shutter, Liquid Crystal Display Shutter, 主动偏光开关
主要工作 1.在RetroVLC的基础上，建立PassiveVLC系统； 2.改进编码方式，曼彻斯特编码->密勒码； 3.改进调制解调方式，引入趋势调制，分段解调->整体优化解调。
论文内容 设计、实现并检验PassiveVLC (Visible Light Communication, 可见光 通信). “8倍”传输速度； 链路预算分析PassiveVLC，检验通信效果； 实现两个概念应用：“智能门禁”和“光学物联网”。
RetroReflector反射方式
LCD shutter工作方式 原理：三明治结构： 两块方向垂直的偏振板夹着 一块可扭曲偏振方向的水晶 调制信号方法： 微电机系统；半导体量子阱 调整水晶状态，控制开关
系统概述 光敏二极管 光敏二极管
电路原理 解调解码 放大器 放大器 滤波 编码，调制 AD
趋势调制 LCD信号是模拟信号，非线性变化： 施加高电平将信号减小； 施加低电平使信号增加 原本需要4ms, 趋势只需要1ms 趋势调制下，连续’1’或’0’会导致 1.直流偏大：信号几乎保持不变 2.易受外部光源干扰
曼彻斯特编码->密勒码 为了避免长的连续’1’、’0’ 曼彻斯特编码： 相同间隔，两倍带宽 密勒码： 仍然可以有长信号，但保证速率 1.只有2~4个小片段连续相同信号 2.每两次‘4个小片段相同信号’，必须间隔偶数个小片段
分段解调->整体解调 分段无法反映每段信号间的依赖 关系，例如第5小段； 分段无法满足密勒码的特点，例 如1~5小段； 受到DTW(Dynamic Time Warping) 启发：
解调优化模型 分段最小二乘近似： 整体实现最优：
评估 上行测量 默认的参数设置: ViTag恒定速率，持续的发送 100个包(4-byte ID) 平均值展示
参数说明 (Incidence Angle)入射角度 (Irradiation Angle)照射角度 (FoV)视场 视场代表着摄像头能够观察到的最大范围，通常以角度来表示，视场越大， 观测范围越大
上行链路的可靠性 PLR-Distance PLR-Incident angle PLR-Packet Length 无损耗的上行链路(一定距离内) PLR-Incident angle -60°~60° 无损耗 PLR-Packet Length 包越长，PLR越大 距离 <2.7 无影响 PLR-Environmental Impact 室外白天最好，黑屋子最差
响应时间 从ViReader查询到接受到ViTag回复 与Bit rate和Packet Length线性比例 最多10个查询每秒
工作范围 容忍50%丢包率 视场调至最大 35° 速率低距离远，最大3.3m 范围角度大约等于光源的视场角
能耗及ViTag尺寸 小的太阳能电池足够供电 ViTag 尺寸设计合理 2/3 太阳能电池 1/3 反射器
链路预算分析 ViReader接受的能量： 发射机功率预算 回传路径损失 Pt and Gt (θ ) Lambertian model Friis free space equation in radio propagation 回传路径损失 反向散射材料的系数 LCD 调制的能量损失 (朗伯模型) 自由空间方程
概念应用 Smart Check-in System Optical IoT/Sensor Networking 无缝体验 ViReader放在2m 门上，使用者带ViTag(不同高度) 90%正确 Optical IoT/Sensor Networking 部署成本低，不受RF-based设备干扰 ViReader天花板，ViTag分布不同地方(ViReader方位内) ViTag不同ID，ViReader查询ID，ViTag给出回复 轮询时间 0.225，0.45，0.675，0.9，1.125