超宽带无线电技术在医疗设备中的应用

超宽带无线电技术在医疗设备中的应用

由于按时隙来组织通道，因此并不需要每个设备每时每刻都在接收和发送数据。一个设备只需每隔65.5ms被唤醒来收听信标；如果该设备没有任何任务，将重新返回睡眠状态，类似于手机延长电池寿命的睡眠模式。这样就延长了电池供电系统的工作时间。

　　UWB的无线接口很像电缆：如果有多个通信成员而通道又有限，就必须对访问权限进行管理。当打算发送信息到某一通道时，该设备成员需要进行“侦听”以确定该通道是否已被别的设备占用。如果其发现该通道空闲，就发送信息。

　　当然，有可能两个设备同时侦听该通道，都发现它是空闲的，并同时向其发送信息，这就是所谓的“冲突”。发生“冲突”时，设备将尝试稍后再访问通道。这期间，每个设备在重试前都等待一个随机时长。优先级较高的设备可能比优先级较低的设备先进行重试。这种“竞争访问”机制是20世纪70年代随以太网发明的，也常用于WLAN。显然，如果要以最低延迟持续地传输一段视频流，这种方法就行不通了。

图3 超级帧被划分成 信标段（BP）和数据传送段（DTP）

　　为确保能无中断地传输视频流，UWB采用了分布式驻留协议(DRP)。由于UWB基于TDMA，网络成员可保留一些固定的时隙(媒体访问时隙)以保障和另一设备的通信。保留通道占用时隙的相关信息在信标时段传送。如果某一时隙被标记为“硬保留”，任何第三方都不可占用该时隙。这是保障视频传输要求的确定性数据传输速率所必须的。

实施方案

　　图5所示为内窥镜摄像头单元的框图。窥镜的框图与之相似，除了数字视频接口为显示控制器所取代。UWB物理层基于Wionics Research的RTU7012双波段PHY，符合WiMedia PHY 1.1 和PHY 1.2规范。它可以用于频带组1和3。

　　在这个例子中，UWB流媒体MAC由苏黎世应用科学大学设计并通过ASIC或FPGA实现，且针对实现低延时的数据传输进行了优化。为了方便将MAC集成到任何系统级芯片（SoC）， 将ARM高级主机总线（AHB）用作数据传输总线，将ARM外设总线用作控制总线。这些接口使得MAC非常适合集成到基于ARM的系统级芯片。

　　UWB标准的许多参数都由微控制器固件来控制。这样，在需要增添其它高层协议（如无线USB）时，无须修改任何硬件。使用固件实施方案，可以在规范发生变更的情况下降低风险和提高灵活性。

图4电子内窥镜单元的框图