Passive backscatter wireless sensor with wireless power transmission for IoT applications

Abstract

Nowadays, the Wireless Sensor Networks (WSNs) depend on the battery duration of the sensors and there is a renewed interest in creating a passive sensor network scheme in the area of Internet of Things (IoT) and space oriented WSN systems. The challenges for the future of radio communications have a twofold evolution, one being the low power consumption and, another, the adaptability and intelligent use of the available resources. Specially designed radios should be used to reduce power consumption, and adapt to the environment in a smart and e cient way. This thesis will focus on the development of passive sensors based on low power communication (backscatter) with Wireless Power Transfer (WPT) capabilities used in IoT applications. In that sense, several high order modulations for the communication will be explored and proposed in order to increase the data rate. Moreover, the sensors need to be small and cost e ective in order to be embedded in other technologies or devices. Consequently, the RF front-end of the sensors will be designed and implemented in Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC).

Atualmente, as redes de sensores sem fios dependem da duração da bateria e,deste modo, existe um interesse renovado em criar um esquema de rede de sensores passivos na área de internet das coisas e sistemas de redes de sensores sem fios relacionados com o espaço. Os desafios do futuro das comunicações de rádio têm uma dupla evolução, sendo um o baixo consumo de energia e, outro, a adaptação e o uso inteligente dos recursos disponíveis. Rádios diferentes dos convencionais devem ser usados para reduzir o consumo de energia e devem adaptar-se ao ambiente de forma inteligente e eficiente, de modo a que este use a menor quantidade de energia possível para estabelecer a comunicação. Esta tese incide sobre o desenvolvimento de sensores passivos baseados em comunicação de baixo consumo energético (backscatter) com recurso a transmissão de energia sem fios de modo a que possam ser usados em diferentes aplicações inseridas na internet das coisas. Nesse sentido, várias modulações de alta ordem para a comunicação backscatter serão exploradas e propostas com o objectivo de aumentar a taxa de transmissão de dados. Além disso, os sensores precisam de ser reduzidos em tamanho e económicos de modo a serem incorporados em outras tecnologias ou dispositivos. Consequentemente, o front-end de rádio frequência dos sensores será projetado e implementado em circuito integrado de microondas monolítico.