先進(jìn)的調(diào)制和RF傳輸從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

在近日舉行的IEEE射頻無(wú)線會(huì)議上，眾多發(fā)言人紛紛表示：先進(jìn)的調(diào)制和RF傳輸機(jī)制正在迅速走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決方案中。

在話題范圍從超寬帶(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)線數(shù)據(jù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)如何才能滿足全球消費(fèi)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)，展示了在執(zhí)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和物種多樣性跟蹤等任務(wù)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是如何與調(diào)節(jié)器和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合形成自適應(yīng)視覺(jué)的。

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

UCLA中心脫胎于為美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原型項(xiàng)目，該項(xiàng)目由William Kaiser教授領(lǐng)導(dǎo)。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(luò)模型，該模型利用微控制器作為負(fù)載處理器，從而使網(wǎng)絡(luò)在20-60%的工作負(fù)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(dú)到之處在于本身能夠“收集”并高效地使用太陽(yáng)能。

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

* 監(jiān)測(cè)孟加拉國(guó)內(nèi)飲用井中的砷污染物擴(kuò)散；

* 在2005年10月巴基斯坦發(fā)生地震后在當(dāng)?shù)貙?shí)施地震監(jiān)測(cè)；

* 研究San Joaquin和Merced河在加州的匯合；

* 使用地面成像網(wǎng)絡(luò)觀察幾個(gè)大陸的小氣候。

小型機(jī)器人和調(diào)節(jié)器子系統(tǒng)是這些應(yīng)用的關(guān)鍵部分，Estrin指出，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的可移動(dòng)性有助于克服網(wǎng)絡(luò)中靜態(tài)節(jié)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(jié)構(gòu)：位于終端被稱為“微塵(Mote)”的簡(jiǎn)單微型計(jì)算機(jī)；控制許多Mote的微服務(wù)器；以及獨(dú)立的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，許多節(jié)點(diǎn)還使用了照相機(jī)和其它感應(yīng)器件。

Estrin表示，這種層級(jí)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(zāi)害等方面極具優(yōu)勢(shì)。不過(guò)她指出，控制這些自底向上網(wǎng)絡(luò)的人們必須認(rèn)識(shí)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(yīng)用量體裁衣

在射頻與無(wú)線研討會(huì)上，許多設(shè)計(jì)師在正在從事為認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)提供可配置RF和基帶模塊的工作。其中，日本國(guó)家信息與通信技術(shù)研究院的Hiroshi Harada，通過(guò)將芯片設(shè)計(jì)和政府的頻譜分配計(jì)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(jié)束模擬電視廣播的計(jì)劃，將為日本在開放頻譜方面帶來(lái)怎樣的困難和機(jī)遇。這些也正是美國(guó)現(xiàn)在所面臨的，因?yàn)?009年2月美國(guó)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(shè)計(jì)者考慮認(rèn)知無(wú)線電時(shí)，他們應(yīng)該斟酌預(yù)期的可用頻段及其如何影響所設(shè)計(jì)器件的動(dòng)態(tài)范圍。這直接關(guān)系到研究院正在開發(fā)的頻率范圍在0.4-5.3GHz內(nèi)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(jié)合在一起，其中DSP系統(tǒng)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(zhuǎn)換的多頻段天線。

認(rèn)知無(wú)線電設(shè)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(hào)的量變過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，基站會(huì)自加載無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)軟件，并從蜂窩網(wǎng)轉(zhuǎn)向Wi-Fi網(wǎng)?！袄硐肭闆r下，單個(gè)設(shè)備可以服務(wù)移動(dòng)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?。

今年的射頻與無(wú)線研討會(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(qiáng)了對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(lái)直接影響無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在一篇論文中，英特爾公司通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)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?fù)?，他表示?/P>

英特爾的工作表明，無(wú)線廣域網(wǎng)吞吐量的最大化就相當(dāng)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。