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導入人體區(qū)域網(wǎng)路技術,醫(yī)療系統(tǒng)實現(xiàn)遠程智能監(jiān)控(三)

作者: 時間:2013-04-26 來源:網(wǎng)絡 收藏
建立人體通訊通道模型 掌握頻率響應與信噪比

  在人體通訊系統(tǒng)中,資料透過電極以電壓信號感應人體方式傳送,因而產(chǎn)生頻率響應與噪音。尤其人體為非導體,電壓信號振幅將依此衰減,且電壓信號還會因人體具有電容特性而產(chǎn)生相位差,所以每位使用者身高體重有所差異,就擁有各自不同的頻率響應。

  許多電器裝置產(chǎn)生的電磁波輻射干擾人體通訊,亦將于人體中產(chǎn)生噪聲,統(tǒng)計特性成高斯分布。也因此,建立人體通訊通道模型,從而掌握資訊傳導特性,對人體通訊系統(tǒng)而言相當重要。人體通訊使用近場耦合,兩耦合媒介介于傳送端與接收端之間(空氣與身體),兩個媒介距離定義表示如圖1所示;人體通道響應方程式(1)、(2)、(3)分別表示為:

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  其中,hR(t)表示為參考通道脈沖響應,Ch表示為系數(shù),相關于接地平面大小與傳送端和接收端之間距離。

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  Av表示為信號損失波動系數(shù),成高斯分布表示為Av N(1, 0.162)。A、tr、t0、xc為常數(shù)(表3),Ch如方程式(3)所示:

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  其中,GT和GR分別表示為傳送端與接收端之接地平面大小,dair和dbody分別表示為空氣媒介與身體媒介中傳送端至接收端之最短距離,單位皆為平方公分(cm2)。參數(shù)于此通道模型限制如方程式(4):

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  實際人體通道量測架構如圖1所示,傳接收電極各放于左右手掌,并發(fā)送脈沖訊號,經(jīng)過人體傳導后接收。圖6為量測結果,顯示人體通道脈沖響應因人體為非導體特性造成信號振幅衰減。而通道傳輸延遲極小,因此多重路徑傳播效應之干擾也幾乎可以忽略。

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  圖6 人體實際量測通道脈衝響應分析

  利用先進演算法 優(yōu)化人體通訊接收機設計

  由于人體通訊資料傳輸系統(tǒng)採用非同調(diào)編碼技術(Non-coherent Modulation),再加上操作頻段極低,因此接收端不須進行頻率同步。人體通訊資料傳輸基本上為封包傳輸,如何有效利用前導序列進行時間同步,將是設計關鍵。

  封包偵測演算法基于封包傳輸架構,由于接收端不知道何時會收到封包,因此進行初始化同步的程序前,須先進行封包偵測,進而將人體通訊系統(tǒng)的訊號封包分辨出來。

  封包偵測演算法主要利用第一個前導序列進行,為讓接收端藉由量測接收信號的能量,以判斷是否有收到資料封包,首先須計算接收信號能量,如方程式(5)所示:

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  其中r代表接收信號、k為累加器指標、K則為觀察區(qū)間。當C大于一個事前設定的門檻值T,則表示此觀察區(qū)間內(nèi)的信號功率滿足人體通訊系統(tǒng)的封包功率特性,因此判斷為一個人體通訊系統(tǒng)的封包。

  符元時序同步則是當接收端判斷為收到一個資料封包后,進一步利用剩余的前導序列進行符元時序估測。此時,接收端將接收信號與已知的前導序列Gold碼做互相關運算,最大值的偏移量即為符元時序的估測點,如方程式(6)所示:

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  。。。。。。。。(6)

  其中為符元時序估測,c為前導序列Gold碼,n為搜尋的指標,m是累加器的指標。



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