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射頻/無線  

先進調變與RF傳輸從實驗室走向實際應用

上網時間: 2007年04月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:感測器  機器人技術  智慧塵埃  認知無線電系統  micro-iTron 

在日前舉行的IEEE射頻與無線研討會上,眾多與會發言人紛紛表示:先進的調變和RF傳輸機制正迅速從實驗室步入實際應用,以解決現實世界的問題。

該會議針對從超寬頻(UWB)個人區域網路(PAN)到Wi-Fi網格等議題展開廣泛討論,學術研究人員提出幾個具體的實例,以闡述先進無線數據和感測器網路如何滿足全球消費者的需求。

研究人員關切的還不只是消費市場的需求。例如,加州大學洛杉磯分校(UCLA)嵌入式網路感測中心(CENS)首席研究員Deborah Estrin便展示了在河流與森林監測系統中,無線感測器網路如何結合起動器和機器人技術,以形成自適應性視覺,應用於精緻農業和物種多樣性追蹤等任務中。

“異質性與空間可變性是最常見的環境問題,也特別適合利用嵌入式無線感測器網路來解決,”Estrin指出,“如果不是非常細微的變化,就不需要進行多點感測。”

UCLA的嵌入式網路感測中心源於一項為美國國防部所開發的無線感測器網路原型計劃,該計劃由William Kaiser教授所領導。最近,Kaiser正開發一種具有低功耗能量感知處理(LEAP)的網路模型,該模型利用微控制器作為負載處理器,使該網路可在20~60%的功率週期下持續正常運作長達20年。

Estrin透露,雖然目前很多感測器網路都使用太陽能,但LEAP網路的獨道之處在於它本身能夠‘收集’太陽能,且能更有效率地使用。

據Estrin介紹,最近幾個月,CENS中心網路主要被廣泛應用於幾項任務,包括:監測孟加拉國內飲用井中的砷污染物擴散;在2005年10月的巴基斯坦大地震後實地進行地震監測;研究San Joaquin和Merced兩大河川在加州的匯流;使用地面成像網路觀察幾個大陸的小氣候。

小型機器人和起動器子系統是這些應用的關鍵部份,Estrin指出,因為節點的可行動性有助於克服網路中靜態節點原生的採樣不足問題。CENS中心的網路一般採用三層結構:位於終端的‘微塵(Mote)’簡單微電腦;控制許多Mote的微伺服器;以及獨立的行動節點,其中許多節點還使用了照相機和其它感測元件。

Estrin表示,這種層級模型可使城市研究人員進行充分本地化的分散式參與,特別是在追蹤地震和水災等天然災害等方面更具優勢。不過,她指出,控制這些由下而上的網路必須體認到,當地參與調查研究者由於個人考量時,很可能選擇性地決定是否僅分享他們所收集到的部份資訊。

SDR為應用量身定做

在這次的射頻與無線研討會上,許多設計人員正針對感知無線電系統提供可配置RF和基頻模組的設計。其中,日本情報通信研究機構(NICT)的Hiroshi Harada由於為晶片設計和政府的頻譜分配計劃之間建立起關聯性,使得可配置元件技術又向前邁進了一大步。

Harada在一場演講中解釋了2011年7月日本結束類比電視廣播的計劃,以及它將為日本在頻譜開放方面帶來了什麼樣的困難和商機。而這些也正是美國目前所面臨的,因為2009年2月美國也將停播類比電視廣播。

Harada指出,產業界和學術界的設計者考慮到感知無線電時,他們應該斟酌預期可用頻段及其如何影響所設計元件的動態範圍。因為這直接關係到NICT現正開發的一款頻率範圍在0.4~5.3GHz內的多頻帶SiGe-BiCMOS混頻器。

該混頻器與雙電路板基頻DSP系統結合,其中DSP系統採用了430Mips的micro-iTron處理器和一個可在多個可用頻段之間轉換的多頻段天線。

感知無線電設備除了可以選擇頻段外,還有更多用處,Harada表示。他展示了射頻訊號的量變過程,在這個過程中,基地台會自加載無線區域網路(WLAN)軟體,並從蜂巢式網路轉向Wi-Fi網路。“理想情況下,單一設備可以服務行動通訊、數位地面電視、WLAN和UWB,並根據不同類型的鏈接配置自己的軟體,”他指出。

今年的射頻與無線研討會除了關注RF與基頻元件的實體層特性外,還特別加強對無線網路的分析。有數篇論文討論到採用L2和L3橋接和路由對無線網路拓樸的直接影響。在一篇論文中,英特爾公司通訊技術實驗室研究科學家Ozgur Oyman提出了多點跳躍路由方法,它可針對WiMAX或網狀Wi-Fi等微微蜂巢式(picocellular)寬頻OFDM服務,提供增加天線多樣性的方式。就像空間或頻率分集能夠最佳化寬頻網路一樣,多點跳躍路由模式本身也能夠影響寬頻OFDM蜂巢式拓樸,他表示。

英特爾的工作顯示,無線廣域網路(WAN)吞吐量的最大化就相當於人們非常熟悉的、在IP路由網路中遇到的最小成本路由問題。Oyman的研究工作也被納入IEEE 802.16j中繼研究小組的多點跳躍中繼工作中。

作者:衛玲




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