非均勻介質(zhì)人體通信信道建模與衰落特性研究.pdf

1、隨著全球老齡化的發(fā)展，與生物醫(yī)療相關的可穿戴設備越來越受到人們的密切關注。人體區(qū)域通信作為一項新型的通信技術，是把人體本身作為信號傳輸?shù)拿浇?，將植在人體體表或體內(nèi)各種生物傳感設備連接起來，組成一個能夠處理人體健康信息的體域網(wǎng)。人體通信信道建模是探索人體區(qū)域通信技術的前提，一個完善的人體信道模型對于研究信道傳播特性是非常有必要的。本研究內(nèi)容是基于國家自然科學基金“基于非均勻介質(zhì)模型的人體通信動態(tài)信道傳播特性研究”(No.61403366)

2、，深圳市基礎研究“用于穿戴式設備的人體通信動態(tài)信道傳播機制的理論研究與建模分析”(No.JCYJ20140417113430695)相關課題，重點研究了多層非均勻介質(zhì)人體信道建模及其衰落特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于時域有限差分的原理，建立包括皮膚、脂肪、肌肉、骨骼等多層非均勻介質(zhì)人體計算模型，考慮人體組織復介電常數(shù)與頻率的相關性，擬合了生物介質(zhì)Debye模型。通過在人體體表、體內(nèi)植入信號電極，研究1～100MHz頻率范圍

3、體表-體表、體表-體內(nèi)、體內(nèi)-體表、體內(nèi)-體內(nèi)四種植入信道幅度傳播特性，并設計了基于豬肉的信道衰減測量方案。最后，使用Balun隔離變換器探究了人體通信信道地電極的“共地”影響。⑵在頭部植入發(fā)射信號電極，研究了腦機接口鏈路45MHz通信頻率時人體體內(nèi)、體表、周圍附近相對電場強度分布，并分析激勵源正弦波不同相位時刻體表電場變化。在此基礎上研究正弦波3MHz、45MHz、403.5MHz和2400MHz不同頻率對人體電場分布影響。此外，還研

4、究了頭部-心臟、頭部-手臂、頭部-腿部腦機接口鏈路信道的幅度衰減和群延遲特性。⑶建立圓柱形人體手臂非均勻介質(zhì)模型，包括前臂、關節(jié)及上臂部分，研究手臂彎曲0/180deg～150deg動態(tài)信道衰落，并設計基于人體的信道衰減測量方案，分析手臂彎曲角度，以及金屬盒對信道傳播信號遮擋影響。此外，在人體動態(tài)鏈路研究方面，本文建立了32幀人體走路姿態(tài)模型，研究特定頻率下，人體腹部-頭部、腹部-手腕和腹部-腳踝的典型鏈路信道動態(tài)衰落特性。⑷研究實際人