電子內(nèi)窺鏡中超寬帶的應(yīng)用

　　超寬帶(UWB)是一項(xiàng)高帶寬(480-1320Mb/秒)和短距離(10-50米)的無線傳輸技術(shù)，正逐漸在醫(yī)療應(yīng)用中更多的使用。醫(yī)療設(shè)備制造商已經(jīng)開始將UWB技術(shù)用于電子內(nèi)窺鏡、喉鏡和超聲波傳感器。本文介紹如何將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于電子內(nèi)窺鏡。

　　將UWB技術(shù)用于內(nèi)窺鏡的考慮因素

　　柔性光學(xué)內(nèi)窺鏡有一根長而細(xì)的管子，其可被導(dǎo)入病人體內(nèi)。新式內(nèi)窺鏡在頂端包含了一個(gè)光源和一個(gè)微小的成像傳感器。通過采用新型LED光源和微型CMOS攝像頭，這種結(jié)構(gòu)是可行的。內(nèi)窺鏡頂端的LED光源的功耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)高功率光源。因此，一組小小的電池就足以支持內(nèi)窺鏡工作幾個(gè)小時(shí)。此外，可用銅導(dǎo)線取代昂貴的光管。還有另一個(gè)優(yōu)勢是圖像可以顯示在液晶顯示器上，并在同一時(shí)間被記錄下來。顯示器的無線連接消除了內(nèi)窺鏡的物理限制，使得病人和醫(yī)生在檢查過程中更加舒適。

　　數(shù)字傳輸是一種理想的傳輸方式，因其能提供高清晰的畫面質(zhì)量和避免失真。由于醫(yī)生是通過視頻監(jiān)視器來觀察他對(duì)病人的操作，畫面應(yīng)實(shí)時(shí)出現(xiàn)在屏幕上---換而言之，延遲要盡可能短。因此，視頻信號(hào)不能經(jīng)過壓縮電路或大規(guī)模的協(xié)議棧。UWB的高帶寬、低延遲、低輻射和穩(wěn)固性使得其成為用于內(nèi)窺鏡的理想無線傳輸技術(shù)。

　　超寬帶無線電技術(shù)

　　以NTSC品質(zhì)傳輸未經(jīng)壓縮的視頻需要確定性的數(shù)據(jù)傳送速率至少達(dá)到166 MB /秒，而傳統(tǒng)技術(shù)根本沒辦法實(shí)現(xiàn)這樣的數(shù)據(jù)傳送速率。傳統(tǒng)的無線技術(shù)采用一種取決于頻道可用性的無線訪問機(jī)制。這意味著接收范圍內(nèi)的其它設(shè)備可能會(huì)暫時(shí)減少數(shù)據(jù)帶寬。若采用UWB技術(shù)，則在會(huì)話期間永久地保留一個(gè)通道。超寬帶技術(shù)的協(xié)議開銷很低，這對(duì)減少傳輸延遲非常重要。通過將數(shù)據(jù)分散到128個(gè)子載波可建立非常穩(wěn)固的無線通道。接下來將對(duì)超寬帶技術(shù)的其它優(yōu)勢和細(xì)節(jié)進(jìn)行探討。

　　UWB 無線通信層

　　早期的UWB研發(fā)基于不同的物理(PHY)和介質(zhì)訪問控制(MAC)層規(guī)范。在過去三年里，WiMedia聯(lián)盟的MAC層和PHY層規(guī)范已被大多數(shù)超寬帶實(shí)施者采用。與已制定的無線傳輸技術(shù)(如WLAN)不同的是，UWB 每個(gè)傳輸通道占用528MHz 的頻帶。相比之下，無線局域網(wǎng)(WLAN)通道的最大帶寬為20 MHz。三個(gè)528MHz的頻帶組成一個(gè)頻帶組。UWB的整個(gè)頻率范圍為3.1~10.6 GHz，被分為5個(gè)頻帶組。現(xiàn)已有工作在頻帶群1和3的先進(jìn)雙頻帶收發(fā)器。

　　WiMedia-UWB所采用的是正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)。每個(gè)528MH頻帶被分成128個(gè)子載波，每個(gè)子載波的波峰正好處在相鄰子載波的零點(diǎn)位置(因而得名‘正交’，見圖1，第27頁)。傳輸信息被分配到這128個(gè)子載波，每個(gè)528MHz信道的最高速率為480 Mb /秒。

　　由于子載波分布在528MHz 的較大帶寬范圍，因此支持非常低的發(fā)射功率---37微瓦(相比之下，WLAN允許的發(fā)射功耗超過了300 mW)。適于信息傳送的寬帶和超低發(fā)射功率使得UWB在射頻(RF)領(lǐng)域能很好的與其它射頻共存。盡管發(fā)射功率只有37微瓦，但其傳輸距離可達(dá)到10米遠(yuǎn)，并可以穿過一堵25厘米厚的磚墻而不會(huì)影響信號(hào)傳送。

　　圖 1 WiMedia-UWB的每個(gè)528 MHz頻帶被分為128個(gè)子載波。

　　請(qǐng)注意，每個(gè)子載波的波峰在其相鄰子載波的零點(diǎn)