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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第11期51卷 10-17页

作者：刘娇蛟陈阿粤马碧云华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

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... 详细信息

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。

关键词：体内通信直扩超声波宽带通信多径干扰误比特率

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植入式医学传感器体内通信的建模与分析

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仪器仪表学报 2012年第12期33卷 2661-2666页

作者：高跃明潘少恒麦炳源韦孟宇杜民福州大学物理与信息工程学院福州350002 福州大学福建省医疗器械和医药技术重点实验室福州350002 澳门大学科技学院电机及电脑工程系澳门999078

研究植入式医学传感器体内通信的人体信道传输特性。采用有限元方法建立植入式医学传感器体内通信的准静态场模型,设计实验平台验证模型的正确性,计算出模型电导率分别为各向同性和各向异性时体内电信号沿轴向和径向传输的电位增益。结... 详细信息

研究植入式医学传感器体内通信的人体信道传输特性。采用有限元方法建立植入式医学传感器体内通信的准静态场模型,设计实验平台验证模型的正确性,计算出模型电导率分别为各向同性和各向异性时体内电信号沿轴向和径向传输的电位增益。结果表明,植入式医学传感器的体内通信信号在准静态场频段内沿轴向衰减明显,沿径向稳定传输;信号增益受频率变化的影响较小;当电导率为各向异性时信号增益明显大于各项同性的情况;并比较了体内通信对射频通信在信号增益上的优势。

关键词：植入式传感器体内通信建模增益各向异性

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基于皮肤-脂肪模型的太赫兹体内多输入多输出信道特性分析与建模

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1276-1285页

作者：张杰尹镜涵邵羽廖希王洋余子明重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 谢菲尔德大学电子电气工程系谢菲尔德S102TN 华为技术有限公司成都611731

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8~1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合... 详细信息

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8~1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合太赫兹频段人体组织的介电特性和人体皮肤的解剖学结构构建皮肤-脂肪模型。其次,对比分析了3条链路的路径损耗和阴影衰落,提出带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型。最后,对3条链路的莱斯K因子、均方根时延扩展、MIMO容量进行分析。仿真分析表明,带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型可以更准确地描述加长距离垂直链路2的路径损耗,发射端在体表可以增强MIMO容量。该文的工作可以为太赫兹体内通信系统的设计和优化提供参考。

关键词：太赫兹体内通信多输入多输出信道特性

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面向超声体域网多点接入的自适应速率调整

面向超声体域网多点接入的自适应速率调整

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作者：陈阿粤华南理工大学

学位级别：硕士

体域网技术可实现体表与体内传感器间的连接以及生理数据的采集与监测,是构建医学物联网系统的必要组成部分。其中,体内节点可采用电磁波、超声波和光波等多种信号进行通信,实现植入式传感器的互连。超声波因为在体内传输衰减小、辐射... 详细信息

体域网技术可实现体表与体内传感器间的连接以及生理数据的采集与监测,是构建医学物联网系统的必要组成部分。其中,体内节点可采用电磁波、超声波和光波等多种信号进行通信,实现植入式传感器的互连。超声波因为在体内传输衰减小、辐射小和频谱资源分配灵活等优点,较传统的射频通信而言更适合在含水量高的人体软组织中进行传输,在体内通信和组网中具有明显优势。然而超声波人体通信处于起步阶段,面临许多难题。因人体组织的异构性,超声波在体内传播时会产生反射、折射等现象,因此超声波在体内传输时存在多条路径,并未按照唯一路径传播,导致最终接收信号是多个路径信号的叠加。同时,超声波在体内传播速度仅有1500m/s。慢速传播和短距离通信使得体内多径呈现出密集的特点。为了深入研究多径干扰对超声人体通信产生的影响及抗多径干扰的通信方法,有必要针对体内多径时延的统计特性、多径干扰对通信性能的影响和多点接入的自适应速率调整进行了相关研究。直接序列扩频超声波宽带通信技术(Direct Sequence Ultrasonic Wideband,DS-UsWB)采用超短脉冲可有效减少多径交叠程度和多径干扰,在多点接入时能通过改变帧长和码长适应信道干扰变化,根据最大速率或者最小能耗的要求自适应调整速率。因此,本文主要研究内容和取得的成果包括:(1)对超声人体通信信道进行数学建模,通过多次人体信道仿真获取多径时延数据及其统计特性,采用理论推导分析DS-UsWB通信性能。多次蒙特卡罗实验证明经密集多径信道的DS-UsWB通信可通过调节码长将误码率降至1×10以下甚至更低水平,比未扩频时的误码率降低了5×10。蒙特卡罗实验也验证了推导结果是多径信道通信误比特率(Bit Error Rate,BER)的下界;(2)针对超声体域网的多点接入,分别采用速率最大和能耗最小作为优化目标,根据其它并发接入节点的通信干扰设计一种自适应速率调整方法,并通过凸优化理论和拉格朗日函数法求出显式解。目标链路的有效通信速率在速率最大化的优化下可达到2.6kbit/s,是其他方案的3倍,且不易受其他干扰节点的影响。在能耗最小化方案下,目标链路的能耗最低可达38n J,远低于其他两种方案。(3)基于协商对策论对多节点接入的竞争与合作关系进行数学建模,采用自适应速率调整的策略保证网络吞吐量达到最优。引入协商对策论的调整方案则改善了网络总吞吐量,使得网络总吞吐量维持在33kbit/s。在通信链路数为6时,基于协商对策论的速率调整方案则令目标节点的有效通信速率稳定在6.2kbit/s,分别是其他三种方案的10、10、10倍。基于协商对策论的速率调整方案的目标链路能耗从最初的5n J增加到13n J,比能耗最小化方案高3n J,链路平均能耗最高也仅有13n J。

关键词：超声波体内通信 DS-UsWB 凸优化协商对策论

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