[发明专利]模拟/数字混合式无线传感器网络

说明书

技术领域

本发明为一种具有实时无线视频传输能力的模拟/数字混合式无线传感器网络，属于光电技术领域。

背景技术

在军事及民用领域，存在以下典型的技术需求：(1)为了获得局部区域的全面信息，需通过图像传感器实时获取监测区域的视频信号。例如：当监测区域出现可疑目标或发生了突发事件，通过视频图像可在第一时间内确定目标的类型及状态；(2)需将其它传感器(声音、振动、化学传感器等)的所输出的探测信息通过无线方式传输至中心控制单元。例如：通过获取目标的声音信息，以确定目标的运行状态；(3)中心控制单元需通过无线方式对包括图像传感器在内的各个传感器的控制参数进行实时的配置，以便依据环境的变化，获得理想的探测信息。例如：通过实时配置图像传感器的积分时间、增益、背光补偿等参数，获得最佳的图像质量等；(4)为了降低成本及易于配置，系统中的各模块应实现微小型化。

满足以上技术需求所需解决的主要问题是：在保证短距离无线数字通信的前提下，实现图像传感器输出视频信号的低成本、微小型化、实时无线传输。目前，实现视频信号的无线传输的方式主要有两种，即：数字方式和模拟方式。其中，数字方式是通过A/D转换器将视频信号转换为数字视频，而后进行调制、无线发射。由于数字视频信号自身具有较高的数据率，因此，基于数字方式实现视频信号的实时传输对于无线数字模块的数据率具有较高的要求。以10bit数字视频为例，VGA(640×480)信号的数据率为3.1Mbps，SVGA(800×600)信号的数据率为4.8Mbps，XGA(1024×768)信号的数据率为7.9Mbps。因此，如果要实现数字视频的无线传输，无线数字通信模块的数据率一般应大于5Mbps。另一方面，虽然通过图像数据压缩技术可在一定程度上降低数据率，但图像压缩电路将增大系统的体积和成本，且部分压缩算法将使图像质量下降；相对而言，模拟方式则直接对模拟视频信号进行高频调制，因而无需考虑数据率问题，可实现视频信号的实时无线传输。

短距离无线数字通信技术是局域范围内无线数字通信的主要技术手段。目前主要的短距离无线数字通信技术包括：蓝牙(blue tooth)，Wi-Fi，IrDA，UWB，ZigBee等。

蓝牙技术由爱立信、诺基亚、IBM等公司于1998年共同推出，主要用于通信和信息设备之间的无线连接。蓝牙模块的工作频率为2.4GHz，有效范围约10m，其实现成本相对较低。作为一种电缆替代技术，应用蓝牙技术可把计算机、手机和多种便携通信终端互联起来，以提供语音和数字接入服务，实现信息的自动交换和处理。由于数据率较低(1Mbps)，蓝牙技术难以满足高速视频传输的要求。同时，其通信距离仅有10m，也在一定程度上限制了其应用领域。

Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一种无线通信协议，其正式名称为IEEE802.11b。Wi-Fi的工作频率为2.4GHz，有效范围为100m左右，其速率最高可达11Mb/s。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高11Mb/s的速率接入网络。Wi-Fi模块主要问题是其价格相对昂贵，难以满足低成本的系统设计要求。同时，其在通信距离、兼容性方面尚有待于进一步提高。

IrDA(Infrared Data Association)是一种利用红外线进行点对点通信的技术。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，且通信成本相对低廉。此外，IrDA还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。由于数据传输率较高(16Mb/s)，适于传输大容量的文件和多媒体数据。IrDA的主要不足在于它是一种视距传输，即两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于两台设备之间的连接。因此，虽然IrDA可在一定范围内满足数字视频传输的数据率的要求，但其应用领域受到了限制。

超宽带技术(UWB，Ultra Wideband)主要通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。UWB工作于3.1-10.6GHz频段，主要应用于小范围、高分辨率的雷达和图像系统中。UWB可支持高达110Mb/s的数据传输率，可实现数字视频信号的高速无线传输。UWB技术的主要问题是其工作范围有限(小于10m)，难以满足大部分领域的应用需求。目前该技术主要应用于视频娱乐领域。