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随着微电子与通信技术的发展,具有感知能力和计算能力的可穿戴式医疗电子与网络微型设备相结合,组建成可以感知人体健康信息的人体传感器网络成为科研人员研究的热点。而目前常用于人体传感器网络的通信技术如Bluetooth、ZigBee等,但是这些协议和技术由于自身有特定的应用场景而导致其应用于人体传感器网络时存在一些问题。近年来在无线通信领域兴起了一种新的通信概念——人体通信,被认为是未来构建人体传感器网络理想的通信方式。
人体通信,即将“人体”作为传输信息的媒介,采用电流耦合或者电容耦合的方式在人体近端进行通信,具有传输频率低、安全性高、功耗低、体积小的优点,更为重要的是采用人体通信能够满足人体传感器网络要求比较高的数据率。设计基于人体通信的收发器或者人体传感器网络的最佳解决方案,首先应当熟悉人体通信的信道特性。由于人体信道的复杂性和特殊性,导致目前的测量仪器设备不能很好的应用于人体通信测量。因此本文提出和设计了一种实验测试系统——人体通信测试系统。该系统采用电池供电,能够真实有效地反映人体通信应用时的真实“浮地”环境,系统测量范围较宽从0到200MHz,同时系统具有测试精度高和使用方便等优点。
为避免外界环境中电磁干扰对人体通信测试带来影响,选择具有一定代表性的志愿者作为实验测试个体,使用人体通信测试系统在电磁兼容屏蔽室内做大量的在体实验与数据仿真,阐述了电极材料和大小、在体通信距离、载波频率及运动等因素与人体信道之间的关系,初步的得到了人体信道的信道特性,为人体通信收发器与方案设计提供了理论基础和设计参数。
根据人体通信实验的分析结果结合实验提供的设计参数,本文设计了采用OOK调制人体通信收发器。测试结果表明,人体通信收发器可以采用2 Mbps的数据率,成功完成从手臂到手指的数据传输,为以后人体通信技术在人体传感器网络中的应用提供基础。