PassiveVLC: Enabling Practical Visible Light Backscatter Communication for Battery-free IoT Applications Xieyang Xu, Yang Shen, Junrui Yang, Chenren Xu,

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1 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

2 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。

3 Retroreflector, 原路反射器 LCD shutter, Liquid Crystal Display Shutter, 主动偏光开关

4 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。

5 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”。

6 RetroReflector反射方式

7 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

8 系统概述 光敏二极管 光敏二极管

9 电路原理 解调解码 放大器 放大器 滤波 编码，调制 AD

10 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

11 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

12 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：

13 解调优化模型 分段最小二乘近似： 整体实现最优：

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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