基于直扩超声波宽带人体通信多点接入的自适应速率调整

体域网是远程医疗和健康监护的重要环节,现有研究多采用电磁波传输。相比之下,人体软组织中超声波传播衰减小,产生的热量少,比电磁波传输距离远且致病风险低,利用超声波实现人体范围的通信和组网具有一定优势。现有的超声波宽带通信多采用超短脉冲减少多径交叠及其带来的干扰,结合直接序列扩频技术可以共享信道实现多点接入。但是,增加通信数量带来的干扰使目标通信链路接收节点的信噪比降低,采用固定帧长与码长无法保证通信可靠性。文中针对多点接入的场景,对节点的通信速率进行数学建模,研究竞争与合作两种场景下的自适应速率调整方法,利用凸优化理论的拉格朗日乘数法推导了帧长和码长的闭式解,在多点通信中动态改变帧长和码长实现速率调整。仿真结果表明,文中方法随着通信链路数及其干扰变化可实现自适应速率调整,其中,基于协商对策论的合作方案可以平衡不同节点的通信速率,获得更好的网络性能,基于速率最大的竞争方案有助于提高目标通信链路的有效通信速率,实际应用中需根据应用场景进行选择。

直扩超声波宽带体内通信的误比特率仿真研究

人体软组织的含水量高达65%,所以超声波在人体软组织中传播的衰减小、致病风险低且干扰范围有限,在体内通信具有优势。然而,超声人体信道具有密集多径特性,经过反射和折射多条路径到达接收端的信号交叠在一起会产生多径干扰,影响通信可靠性。现有研究通过发射极短脉冲的超声波来避免多径交叠及其带来的干扰,但大方向角的超宽带超声探头难以实现,实际探头产生的脉冲宽度不够小,在接收端会产生多径交叠,对信号判决产生的干扰不能忽略。为了研究体内多径干扰的分布特性及其对宽带超声人体通信的影响,文中利用k-Wave仿真工具包对超声人体信道进行三维建模,然后通过仿真实验获得信道冲激响应,分析多径时延分布的统计特性并进行曲线拟合,根据接收端的判决机制估算人体信道的多径干扰,推导了直接序列扩频超声波宽带体内通信的误比特率下界,并通过蒙特卡罗实验验证了这个误比特率下界的有效性。实验结果表明,信噪比较低时多径干扰不能忽略,调整扩频码长可改善通信性能。