基于人体通信的信道传输相关特性研究

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人体通信(Human Body Communication,HBC)是一种在人体周围或人体内部进行的短距离无线通信技术。人体通信技术具有抗干扰性能好、传输稳定、能耗极低、对人体绝对安全等特性。正是由于这些优点,其被越来越多地应用在医疗与保健、残疾人辅助、消费电子产品及用户识别等领域。本文对这种无线通信技术进行了研究,建立了一些实际应用场景下的人体通信信道模型,并对其传输特性进行分析。另外,提出并建模分析了接触型人体通信信道,为多个体域网络间的人体通信提供了理论支撑。最后,探讨了发射端和接收端端口电极结构对人体通信信道传输特性的影响。本文研究的主要内容包含以下几个方面。第一,单人人体通信体域网中通信链路的信号传输特性研究。结合整理出的人体通信技术最新研究理论和成果,提出一种创新性的研究人体通信体表链路信号传输特性的方法,这种方法将不同人体模型中端口位置相对一致的传输链路的路径损耗特性进行比较分析,而常规方法是只在一个模型下研究不同链路的信号传输特性。最终,将其与常规方法的研究结论进行对比发现,这种新的研究链路信号传输特性的方法可以视为是对现有方法的一种补充,两种方法结合能够更加全面的研究和认识人体通信信道传输特性。第二,一种接触型人体通信信道建模和传输特性分析。结合实际应用场景,在握手时,人体之间搭建了一种特殊的人体通信信道。由于现有的关于人体通信信道的研究,基本没有讨论人体之间接触场景,考虑到这种应用场景十分广泛,本文研究了接触型人体信道模型。首先,引入了表面波传输理论来研究此模型下的人体通信信号传输特性,得出了一种接触型人体通信路径损耗模型。接着,研究了这种路径损耗模型的阴影效应,并对阴影效应的分布特性进行统计分析。进一步,分析了HBC频段下200m-1200mm长度范围内接触型手臂信道的路径损耗特性并比较了单人人体通信环境和双人接触型人体通信环境下各自手臂部分信道的信号传输特性,得出了两种通信模型下路径损耗特性之间的一些差异性结论。第三,端口结构对人体通信信号传输的影响研究。本文从人体通信中信号发射端和接收端的电极结构出发,采用对照实验的方法,建模了不同端口尺寸、不同端口阻抗和不同电极片间距端口条件下的人体通信信道,并分析了各种条件下的人体通信信号传输特性。最终得到了一些有关端口电极结构的可优化参数,可为后续人体通信研究提供参考。本文提出的单人人体通信路径损耗研究方法提供了一种研究人体通信的新思路,接触型人体通信路径损耗模型为人体间的穿戴式设备交互提供了理论支持,信号端口特性与路径损耗间的关系则对穿戴式设备的结构改进有一定的指导意义。
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