先進(jìn)的調制和RF傳輸從實(shí)驗室走向現實(shí)應用

在近日舉行的IEEE射頻無(wú)線(xiàn)會(huì )議上，眾多發(fā)言人紛紛表示：先進(jìn)的調制和RF傳輸機制正在迅速走出實(shí)驗室，進(jìn)入現實(shí)問(wèn)題的解決方案中。

在話(huà)題范圍從超寬帶(UWB)個(gè)域網(wǎng)到Wi-Fi網(wǎng)格的廣泛討論中，學(xué)術(shù)研究人員通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)例闡述了先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)數據和傳感器網(wǎng)絡(luò )如何才能滿(mǎn)足全球消費者的需求。

加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Deborah Estrin是該學(xué)校嵌入式網(wǎng)絡(luò )傳感中心(CENS)的主要研究人員，她向我們演示了河流與森林監測系統，展示了在執行精準農業(yè)和物種多樣性跟蹤等任務(wù)中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是如何與調節器和機器人技術(shù)相結合形成自適應視覺(jué)的。

“異質(zhì)性和空間可變性是常見(jiàn)的環(huán)境難題，這些問(wèn)題特別適合用嵌入式無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )來(lái)解決?！盓strin指出，“如果沒(méi)有非常細微的變化，那么就不需要進(jìn)行多點(diǎn)感測?！?/P>

UCLA中心脫胎于為美國國防部開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )原型項目，該項目由William Kaiser教授領(lǐng)導。最近，Kaiser正在開(kāi)發(fā)一種具有低功耗能量感知處理(LEAP)的網(wǎng)絡(luò )模型，該模型利用微控制器作為負載處理器，從而使網(wǎng)絡(luò )在20-60%的工作負荷下正常工作20年。

Estrin透露，雖然目前很多傳感器網(wǎng)絡(luò )都在使用太陽(yáng)能，但LEAP網(wǎng)絡(luò )的獨到之處在于本身能夠“收集”并高效地使用太陽(yáng)能。

據Estrin介紹，最近幾個(gè)月，UCLA中心網(wǎng)絡(luò )主要被廣泛用于：

* 監測孟加拉國內飲用井中的砷污染物擴散；

* 在2005年10月巴基斯坦發(fā)生地震后在當地實(shí)施地震監測；

* 研究San Joaquin和Merced河在加州的匯合；

* 使用地面成像網(wǎng)絡(luò )觀(guān)察幾個(gè)大陸的小氣候。

小型機器人和調節器子系統是這些應用的關(guān)鍵部分，Estrin指出，因為節點(diǎn)的可移動(dòng)性有助于克服網(wǎng)絡(luò )中靜態(tài)節點(diǎn)固有的采樣不足問(wèn)題。UCLA中心的網(wǎng)絡(luò )一般采用三層結構：位于終端被稱(chēng)為“微塵(Mote)”的簡(jiǎn)單微型計算機；控制許多Mote的微服務(wù)器；以及獨立的移動(dòng)節點(diǎn)，許多節點(diǎn)還使用了照相機和其它感應器件。

Estrin表示，這種層級模型允許城市里的研究人員進(jìn)行充分地本地化、分散式參與，特別是在跟蹤地震和洪澇災害等方面極具優(yōu)勢。不過(guò)她指出，控制這些自底向上網(wǎng)絡(luò )的人們必須認識到，出于個(gè)人考慮，本地參與者可能會(huì )選擇性地決定是否只將他們收集到的部分信息進(jìn)行共享。

SDR為應用量體裁衣

在射頻與無(wú)線(xiàn)研討會(huì )上，許多設計師在正在從事為認知無(wú)線(xiàn)電系統提供可配置RF和基帶模塊的工作。其中，日本國家信息與通信技術(shù)研究院的Hiroshi Harada，通過(guò)將芯片設計和政府的頻譜分配計劃相關(guān)聯(lián)，將可配置器件技術(shù)又向前推進(jìn)了一步。在演講中，Harada解釋了2011年7月日本結束模擬電視廣播的計劃，將為日本在開(kāi)放頻譜方面帶來(lái)怎樣的困難和機遇。這些也正是美國現在所面臨的，因為2009年2月美國也將停止模擬電視廣播。

Harada指出，在產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的設計者考慮認知無(wú)線(xiàn)電時(shí)，他們應該斟酌預期的可用頻段及其如何影響所設計器件的動(dòng)態(tài)范圍。這直接關(guān)系到研究院正在開(kāi)發(fā)的頻率范圍在0.4-5.3GHz內的多頻帶SiGe-BiCMOS混頻器。

該混頻器與雙電路板基帶DSP系統結合在一起，其中DSP系統采用了430Mips的micro-iTron處理器和一個(gè)可在多個(gè)可用頻段間轉換的多頻段天線(xiàn)。

認知無(wú)線(xiàn)電設備除了可以選擇頻段外，還有更多的用處，Harada表示。他演示了射頻信號的量變過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，基站會(huì )自加載無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)軟件，并從蜂窩網(wǎng)轉向Wi-Fi網(wǎng)?！袄硐肭闆r下，單個(gè)設備可以服務(wù)移動(dòng)通信、數字地面電視、WLAN和UWB，并根據不同類(lèi)型的鏈接配置自己的軟件?！彼赋?。

今年的射頻與無(wú)線(xiàn)研討會(huì )，除了關(guān)注射頻與基帶器件的物理層特性外，還特別加強了對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的研究。有數篇論文涉及到使用第二層和第三層的橋接和路由特性來(lái)直接影響無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲。在一篇論文中，英特爾公司通信技術(shù)實(shí)驗室的研究科學(xué)家Ozgur Oyman提出了多跳路由方法，并將其作為面向WiMAX或網(wǎng)狀Wi-Fi等微微蜂窩(picocellular)OFDM服務(wù)增加天線(xiàn)多樣性的方式。就像空間分集或頻率分集能夠優(yōu)化寬帶網(wǎng)絡(luò )一樣，多跳路由模式自身也可以影響寬帶OFDM蜂窩拓撲，他表示。

英特爾的工作表明，無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)吞吐量的最大化就相當于人們非常熟悉的、在IP路由網(wǎng)絡(luò )中遇到的最小成本路由問(wèn)題。Oyman的研究工作也被納入IEEE 802.16j中繼研究小組的多跳中繼工作中。