准静态近似条件下电流耦合型人体通信模型的建立与验证

目的建立准静态近似条件下电流耦合型人体通信的电磁理论模型,并验证模型的正确性。方法以人体前手臂为研究对象,讨论人体组织在电流耦合型人体通信过程中满足准静态近似的条件,并由麦克斯韦方程推导出电磁模型的解析解;进而选用圆柱形火腿肠作为实验模拟对象,验证模型的正确性。结果构建了准静态近似条件下人体通信的电磁模型,模型计算值与试验测值间偏差不超过10%;描绘出人体模型在贴附有环形电极的情况下,直径切面的电位分布及衰减情况。结论得到了电流耦合型人体通信在满足准静态近似条件下的电磁理论模型,为人体通信技术提供了初步的理论依据。

电耦合型人体通信收发器的设计与实现

针对电流耦合型人体通信的特点,以FPGA为平台,分别设计出基于DDS的2CPFSK调制器、全数字锁相环位同步电路和信号解调器。此外,外围电路实现了发送端低通滤波、信号保持和接收端前处理等功能。最后对电流耦合型人体通信收发器的进行人体实验。实验结果表明收发器满足设计要求,可以实现数字基带信号在人体内的传输。

人体通信中发送端接触阻抗的实验研究

本研究着眼于电流耦合型人体通信方式,抽象并简化人体前臂的发送端等效电路模型。通过施加交变方波电流激励,测量使用不同尺寸电极时的模型参数,并比较不同频率下接收端的信号衰减率。结果表明人体前臂的信号衰减率随接触阻抗的增大而增大。在小腿处的测量也得到类似的结果。所以,在人体通信过程中应尽可能减小发送端"电极-皮肤"的接触阻抗,可提高通信质量。

基于FPGA的人体通信中位同步提取电路的设计

根据人体信道特点,以FPGA为平台设计了一种适用于电流耦合型人体通信的全数字锁相位同步提取电路。仿真和测试的结果表明,该电路具有较好的相位跟踪性能,可以达到锁定时间短、相位抖动小、锁相精度高的结果,为讨论人体通信系统的实现与传输方式提供了有效保证。

用于电流耦合型人体通信的有限元模型探究

目的:研究电流耦合型人体通信(Intra-Body Communication,IBC)的传输特性。方法:以人体通信中最常使用到的部位-人体手臂为着眼点,合理抽象并得到手臂的等效数学模型,进而使用有限元方法探究人体中电流分布机理。另外,通过给模型施加不同形式下电信号,比较分析人体的信道特性。结果:①在安全阈值内,注入人体电流大小对信号衰减影响不大;②信号衰减随着发送电极尺寸的增大而减小;③收发电极间距离愈大,信号衰减愈大;④人体通信电流主要流经肌肉层,不过随频率增大,集肤效应明显,在骨中的比例很小,足以忽略。结论:本文提出的人体手臂等效有限元模型,可以对电流耦合型人体通信的通信机理展开分析。