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电子内窥镜中超宽带的应用

2011年11月18日 15:29 次阅读

  超宽带(UWB)是一项高带宽(480-1320Mb/秒)和短距离(10-50米)的无线传输技术,正逐渐在医疗应用中更多的使用。医疗设备制造商已经开始将UWB技术用于电子内窥镜、喉镜和超声波传感器。本文介绍如何将超宽带技术应用于电子内窥镜。

  将UWB技术用于内窥镜的考虑因素

  柔性光学内窥镜有一根长而细的管子,其可被导入病人体内。新式内窥镜在顶端包含了一个光源和一个微小的成像传感器。通过采用新型LED光源和微型CMOS摄像头,这种结构是可行的。内窥镜顶端的LED光源的功耗要远远低于传统高功率光源。因此,一组小小的电池就足以支持内窥镜工作几个小时。此外,可用铜导线取代昂贵的光管。还有另一个优势是图像可以显示在液晶显示器上,并在同一时间被记录下来。显示器的无线连接消除了内窥镜的物理限制,使得病人和医生在检查过程中更加舒适。

  数字传输是一种理想的传输方式,因其能提供高清晰的画面质量和避免失真。由于医生是通过视频监视器来观察他对病人的操作,画面应实时出现在屏幕上---换而言之,延迟要尽可能短。因此,视频信号不能经过压缩电路或大规模的协议栈。UWB的高带宽、低延迟、低辐射和稳固性使得其成为用于内窥镜的理想无线传输技术。

  超宽带无线电技术

  以NTSC品质传输未经压缩的视频需要确定性的数据传送速率至少达到166 MB /秒,而传统技术根本没办法实现这样的数据传送速率。传统的无线技术采用一种取决于频道可用性的无线访问机制。这意味着接收范围内的其它设备可能会暂时减少数据带宽。若采用UWB技术,则在会话期间永久地保留一个通道。超宽带技术的协议开销很低,这对减少传输延迟非常重要。通过将数据分散到128个子载波可建立非常稳固的无线通道。接下来将对超宽带技术的其它优势和细节进行探讨。

  UWB 无线通信层

  早期的UWB研发基于不同的物理(PHY)和介质访问控制(MAC)层规范。在过去三年里,WiMedia联盟的MAC层和PHY层规范已被大多数超宽带实施者采用。与已制定的无线传输技术(如WLAN)不同的是,UWB 每个传输通道占用528MHz 的频带。相比之下,无线局域网(WLAN)通道的最大带宽为20 MHz。三个528MHz的频带组成一个频带组。UWB的整个频率范围为3.1~10.6 GHz,被分为5个频带组。现已有工作在频带群1和3的先进双频带收发器。

  WiMedia-UWB所采用的是正交频分复用(OFDM)调制技术。每个528MH频带被分成128个子载波,每个子载波的波峰正好处在相邻子载波的零点位置(因而得名‘正交’,见图1,第27页)。传输信息被分配到这128个子载波,每个528MHz信道的最高速率为480 Mb /秒。

  由于子载波分布在528MHz 的较大带宽范围,因此支持非常低的发射功率---37微瓦(相比之下,WLAN允许的发射功耗超过了300 mW)。适于信息传送的宽带和超低发射功率使得UWB在射频(RF)领域能很好的与其它射频共存。尽管发射功率只有37微瓦,但其传输距离可达到10米远,并可以穿过一堵25厘米厚的砖墙而不会影响信号传送。

  

1.jpg

 

  图 1 WiMedia-UWB的每个528 MHz频带被分为128个子载波。

  请注意,每个子载波的波峰在其相邻子载波的零点

  

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