先進的調制和RF傳輸從實驗室走向現(xiàn)實應用

在近日舉行的IEEE射頻無線會議上，眾多發(fā)言人紛紛表示：先進的調制和RF傳輸機制正在迅速走出實驗室，進入現(xiàn)實問題的解決方案中。

在話題范圍從超寬帶(UWB)個域網(wǎng)到Wi-Fi網(wǎng)格的廣泛討論中，學術研究人員通過幾個具體的實例闡述了先進的無線數(shù)據(jù)和傳感器網(wǎng)絡如何才能滿足全球消費者的需求。

加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Deborah Estrin是該學校嵌入式網(wǎng)絡傳感中心(CENS)的主要研究人員，她向我們演示了河流與森林監(jiān)測系統(tǒng)，展示了在執(zhí)行精準農業(yè)和物種多樣性跟蹤等任務中，無線傳感器網(wǎng)絡是如何與調節(jié)器和機器人技術相結合形成自適應視覺的。

“異質性和空間可變性是常見的環(huán)境難題，這些問題特別適合用嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡來解決。”Estrin指出，“如果沒有非常細微的變化，那么就不需要進行多點感測?！?/P>

UCLA中心脫胎于為美國國防部開發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡原型項目，該項目由William Kaiser教授領導。最近，Kaiser正在開發(fā)一種具有低功耗能量感知處理(LEAP)的網(wǎng)絡模型，該模型利用微控制器作為負載處理器，從而使網(wǎng)絡在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)絡都在使用太陽能，但LEAP網(wǎng)絡的獨到之處在于本身能夠“收集”并高效地使用太陽能。

據(jù)Estrin介紹，最近幾個月，UCLA中心網(wǎng)絡主要被廣泛用于：

* 監(jiān)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?shù)貙嵤┑卣鸨O(jiān)測；

* 研究San Joaquin和Merced河在加州的匯合；

* 使用地面成像網(wǎng)絡觀察幾個大陸的小氣候。

小型機器人和調節(jié)器子系統(tǒng)是這些應用的關鍵部分，Estrin指出，因為節(jié)點的可移動性有助于克服網(wǎng)絡中靜態(tài)節(jié)點固有的采樣不足問題。UCLA中心的網(wǎng)絡一般采用三層結構：位于終端被稱為“微塵(Mote)”的簡單微型計算機；控制許多Mote的微服務器；以及獨立的移動節(jié)點，許多節(jié)點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。不過她指出，控制這些自底向上網(wǎng)絡的人們必須認識到，出于個人考慮，本地參與者可能會選擇性地決定是否只將他們收集到的部分信息進行共享。

SDR為應用量體裁衣

在射頻與無線研討會上，許多設計師在正在從事為認知無線電系統(tǒng)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研究院的Hiroshi Harada，通過將芯片設計和政府的頻譜分配計劃相關聯(lián)，將可配置器件技術又向前推進了一步。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，將為日本在開放頻譜方面帶來怎樣的困難和機遇。這些也正是美國現(xiàn)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)界和學術界的設計者考慮認知無線電時，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態(tài)范圍。這直接關系到研究院正在開發(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(tǒng)結合在一起，其中DSP系統(tǒng)采用了430Mips的micro-iTron處理器和一個可在多個可用頻段間轉換的多頻段天線。

認知無線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程，在這個過程中，基站會自加載無線局域網(wǎng)(WLAN)軟件，并從蜂窩網(wǎng)轉向Wi-Fi網(wǎng)。“理想情況下，單個設備可以服務移動通信、數(shù)字地面電視、WLAN和UWB，并根據(jù)不同類型的鏈接配置自己的軟件?！彼赋觥?/P>

今年的射頻與無線研討會，除了關注射頻與基帶器件的物理層特性外，還特別加強了對無線網(wǎng)絡的研究。有數(shù)篇論文涉及到使用第二層和第三層的橋接和路由特性來直接影響無線網(wǎng)絡拓撲。在一篇論文中，英特爾公司通信技術實驗室的研究科學家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服務增加天線多樣性的方式。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，無線廣域網(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中繼研究小組的多跳中繼工作中。