医疗保健设备中的无线电技术

可摄取应用包括药丸摄影机(参见图4)以传输数以千计的高质量胃肠道图片，以及胃肠道中的药物输送和酸度监控等其它应用。此类应用还要求无线电和电路具有超低功耗，因为受限于电池尺寸，即便其设备的电池寿命可能比植入物更短。

图4：使用美高森美无线电的Pillcam药丸摄影机

除了超低功耗，此类无线电还需要安全的高效通信协议。标准协议，比如低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)或Zigbee，相比于专用协议，需要更高的通信协议开销(protocol overhead)。大多数植入无线电因此使用专用协议来优化功耗并改进通信效率和安全性。

外部无线传感器涵盖了范围广泛的应用，从健康监测到特征生理参数监测。对于无线个人网(wireless personal area network, WPAN) 和无线体域网(wireless body area network, WBAN)，今天的传感和监测解决方案可在极低功耗下支持连续的数据流。这对于可穿戴的医疗系统尤为关键，因为它们都在要频繁更换电池较为困难和昂贵的环境中使用。这些系统以往需要用AA或AAA电池，而现在则可以运行在微功率电池上。使之成为现实的是超低功耗短程无线电收发器，它们的电路设计在一些关键参数上针对功率效率进行了优化。

WPAN占有个人周围的网络空间，覆盖了附近的生活或工作空间( 通常可达十米)，并采用蓝牙和Zigbee等协议来实施。WBAN则占有更小的无线空间，在人体周围大约一米，用于与人体相关的传感器通信。应用已从大量的工作周期性点测扩展到更多数据密集的连续链接。在医院和临床设施、临床家庭监护和非卧床应用、以及消费者健康和健身中，这项技术有着多种应用(参见图5)。

图5：外部感测用例和技术

针对WPAN和WBAN的无线电要求

选择能够在WPAN和WBAN中优化功率效率的短程无线电收发器时，还必须考虑许多问题。针对低功率无线电的某些关键注意事项如图6所示。

图6：ULP无线电要求

其中，电源电压尤其重要。大多数传感器使用单电池(电压依赖化学反应)单元运行,因而更宜采用低于2V的电源电压。这意味着短程无线电收发器必须设计用于低电压运行——最理想是降至1.1 V，以便优化设计灵活性并减少功率管理的限制。

另一个关键问题是峰值电流。几乎所有基于无线的传感器网络都会依赖于某种程度的工作周期性来节省能源并限制无线电空间的使用，它们通常会在传感器的电流消耗曲线上产生峰值。无线电收发器中的低峰值电流消耗减少了无线传感器电源电压方面的限制。

输出阻抗也是重要的，因为它主要影响功率放大器(power amplifier, PA)的功耗。匹配网络来连接无线电和天线有助于使插入损耗达到几个dB。

载波频率的选择也会影响功耗。在医疗(ISM)无线电频带中的两种可用选择为2.4GHz或sub-GHz频率。最常用的2.4GHz协议有Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee。然而，在低功率和较低数据速率无线医疗监控应用中，sub-GHz无线系统提供了几大优势，包括降低功耗，以及由于较低的自由空间传播损耗，对于给定功率具有更长的距离。更安静的频谱意味着更容易传输和更少重试，这不但更高效，而且节省了电池电能。

对于网络级的平均功率分配，通信协议也有着重大的影响。Zigbee 和蓝牙提供了高度复杂的链接和网络层，但这些协议栈会占用大百分比的无线电功耗，以及较高的资源开销。对于超低功率系统，“一刀切”标准化选项罕有最佳解决方案。相反，设计人员为超低功耗应用而开发的解决方案应该考虑使用最适合其需求的协议。