CN101467370A - 使用多载波调制方法的人体通信方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用多载波调制方法的人体通信方法，其中，在具有数个用户的环境中用户互不干扰，并且当用户暴露于在其它电子设备处生成的强干扰时用户可能进行稳定的通信。此外，提供了一种多载波调制方法和使用该多载波调制方法的多连接方法，其中与用作信道的人体连接的通信设备之间的数据被划分到多个子信道，并且通过将数据加载到多个副载波信号的每一个上来传送所述数据。具有预定带宽的多个子信道包括数个副载波，并且通过改变应用到副载波上的调制方法，可以实现稳定的通信。

Description

使用多载波调制方法的人体通信方法

技术领域

本发明涉及使用多载波调制方法的人体通信，且更具体地，涉及一种在人体被用作传送信道的情况下实现稳定的通信状态的方法。

背景技术

人体通信是一种使用传导性(conductive)人体作为通信信道而在连接到人体的设备之间传送信号的技术。用户通过简单地接触每个设备能够形成在各种便携式设备(诸如个人数字助理(PDA)、便携式个人计算机、数码相机、MP3播放器、移动电话等)与固定设备(诸如打印机、电视机、入口系统等)之间的通信网络。

传统人体通信技术使用特定的频率以几十Kbps的最大速度实现了低速数据通信，诸如频移键控(FSK)或幅移键控(ASK)。传统人体通信技术的应用领域限于需要简单数据传送的领域。

用于直接将数字信号(即，不归零(NRZ)信号)施加到人体并使用光电效应恢复所接收的信号的技术通过显著提高传送速度而实现了10Mbps通信。

图1是图示直接将NRZ信号施加到人体并电恢复NRZ信号的传统通信设备的图。

传统的通信设备包括NRZ数据发射机100以及基于时钟和数据恢复(CDR)的接收机110。

前置放大器对通过人体信道接收的宽带脉冲信号进行放大，并且触发器恢复0和1状态。

电平移位器将所恢复的信号的幅度值下降到地电平，并且所恢复的信号被输入到CDR。

图2A和图2B是图示直接将NRZ信号施加到人体并使用电光(EO)效应恢复NRZ信号的另一传统通信设备的图。

人体所生成的电场改变在图2B中图示的EO晶体210的折射率。

从激光二极管220发出的光的偏振随着EO晶体的折射率的改变而变化。

光的偏振的变化会导致偏振分束器230和两个光检测器(PD)240所测量的电功率改变。

这样的高速数据传送将已经限于简单数据传送的传统通信设备的应用领域拓宽到了生活环境。

尽管通信速度得以提高，但是使用光电效应的技术由于诸如模块大小、功耗等的技术问题而不能被应用于小设备。

为了解决上面的问题，已经引入了使用电恢复的技术。这些技术不仅实现了2Mbps通信而且还可以实现在可应用于各种电子设备的单个芯片中。

这样的技术可用于实现可被应用于人体的各种传感器(诸如心电图仪(ECG)、非侵入性血压计(NIBP)、心脏监护器等)之间的网络，并且还可用于实现难以实现的基于人体的网络，诸如可携带的计算机。

人体由各种形式的各种材料形成，并且由于其传导性和高介电常数而可用作宽频域中的天线。

基于上面的属性，人体可用作用于通信的天线，但是人体可能暴露于不期望的、来自外部电子设备的信号。

诸如FSK、ASK或相移键控(PSK)的频率调制可选择并使用具有低外部干扰的领域。

在实现通信时，可请求低信噪比，或者可能难以解决干扰。

直接传送数字信号的方法需要非常宽的带宽，并且数字信号可以在已经被暴露到来自外围设备的强干扰之后从发射机接收。

当在信号带宽中生成干扰时，即使接收机的接收良好也不能适当地分离期望的信号。

此外，为了以几Mbps的速率直接传送数字信号，需要超过几十MHz的带宽。当这个数字信号被施加到人体时，发出大于特定频率的信号频率。相应地，当存在数个用户时，即使用户不接触他们之间也存在干扰。这样，不能实现稳定的网络。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种人体通信方法，通过该方法，在具有数个用户的环境中用户互不干扰，并且稳定的通信与在其它电子设备处生成的强干扰无关。

技术解决方案

根据本发明，提供了一种使用人体作为信道与多个外围设备进行通信的人体通信方法，该人体通信方法包括：确定是否使用信道；形成具有预定带宽的多个子信道；确定在子信道的带宽中是否存在来自外围设备的干扰信号；基于是否存在干扰信号的确定来确定用于调制子信道的调制方法；基于所确定的调制方法将数据映射到码元数据；以及将映射的码元数据加载到副载波上。

有利效果

如上所述，根据使用多载波调制方法的人体通信，人体通信被限制到特定频率，以便减少由使用人体的传统高速通信方法所导致的用户之间的干扰。此外，代替直接传送数字信号，在该受限的频率中使用诸如QPSK或QAM的调制方法，从而增加频率效率。

而且，使用多载波调制方法，可在每个频率的信道特性不同的环境中进行稳定的通信，并且可以在信号波段中存在强RF干扰的环境中形成网络。

此外，由于可能存在与用户连接的各种设备之间的多连接，所以可以实现有效的通信。

附图说明

图1是图示直接将NRZ信号施加到人体并电恢复NRZ信号的传统通信设备的图；

图2A和图2B是图示直接将NRZ信号施加到人体并使用电光(EO)效应恢复NRZ信号的另一传统通信设备的图。

图3是图示当用户受到其它电子设备的强干扰时的通信的图；

图4是图示当用户间存在干扰时和当用户暴露于来自其它电子设备的强干扰时、在具有各种用户的环境中的通信的图；

图5是图示在图3或图4图示的环境中、根据本发明实施例的在每个频率具有不同属性的信道中的多载波调制方法的特性的图；

图6图示了在图3或图4图示的环境中、用于实现根据本发明的实际通信环境的稳定通信的实施例；

图7是图示根据本发明实施例的、使用多载波调制方法的人体通信方法的流程图；以及

图8是图示根据本发明实施例的、使用多载波调制方法的人体通信方法的流程图，其中基于预设的信道特性来确定子信道调制。

具体实施方式

最佳模式

根据本发明的一方面，提供了一种使用人体作为信道与多个外围设备进行通信的人体通信方法，该人体通信方法包括：确定是否使用信道；形成具有预定带宽的多个子信道；确定在子信道的带宽中是否存在来自外围设备的干扰信号；基于是否存在干扰信号的确定来确定用于调制子信道的调制方法；基于所确定的调制方法将数据映射到码元数据；并将映射的码元数据加载到副载波上。

发明模式

下文中，将参考其中示出了本发明的示范实施例的附图来更全面地描述本发明。

图3是图示当用户受到其它电子设备的强干扰时的通信的图。

图4是图示当用户间存在干扰时和当用户暴露于在其它电子设备处生成的强干扰时、在具有数个用户的环境中的通信的图。

当在具有单个用户或多个用户的环境中同时使用诸如通信设备、音响器、图像显示设备、操作处理器、和医学传感器的外围设备时，穿过人体的信号由于在外围设备中生成的强射频(RF)干扰信号而失真。

因此，在本发明中，限制可以施加到每个人体的信号的频带，从而防止相邻用户之间的干扰。

提供了一种用于在受限的频率带宽中增加数据传送速度的通信方法和使用该通信方法的多连接方法。

为了各个相邻用户实现稳定的通信而没有彼此干扰，通过人体传送的信号所占用的频率被保持为低于不影响相邻人的频率。

当人体被用作信道时，可用频率受限。因此，直接传送的数字信号的通信速度受限。

最快的通信速度是10Mbps。占用至少几十MHz的高频域的信号被施加到人体。该信号不限于人体，而是通过辐射干扰相邻用户。

换言之，使用传统的技术，当在有限的空间中存在数个用户时，难以实现稳定的通信，因为用户彼此干扰。

因此，为了解决上面的问题，提供了一种通信方法，其增加了有限频率带宽中的已分配频率的效率、并在人体被暴露于来自各种电子设备的电磁干扰的环境中实现了稳定的通信。

首先，为了增加已分配频率带宽的效率，使用了增加可以表达的每码元比特数的调制方法。

所述调制方法的示例是作为传统相移键控(PSK)的变体的正交相移键控(QPSK)。

在传统人体通信中使用PSK的情况中，可以使用一个载波表达两个信息流。然而，在QPSK的情况中，载波的相位被划分为四个状态，每个状态表达指定的信息。因此，每码元的比特数翻倍。

而且，可同时应用利用载波的幅度来表达信息的正交幅度调制(QAM)方法，以便基于给予载波的相位和幅度的级别(level)来进一步地增加可表达的每码元比特数。

当应用了QAM方法时，可以实现在受人体的辐射限制的波段中能够以高速度传送数据的通信方法。

在这样的通信方法中，当数个用户彼此相邻时没有发生干扰。然而，在通信中使用的信号频带中，不能防止外部设备对人体的强信号干扰。

由于人体在每个频率具有不同的传送特性，所以为了应用QAM方法，需要在接收机处获得每个信道的细微特性的均衡器。此外，人体容易受到脉冲噪声和已占用频率中的干扰的影响。

多载波调制方法是一种用于在针对每个频率具有不同信噪比的信道环境中保持使用频率的效率的通信方法。

图5是图示在图3或图4图示的环境中、根据本发明实施例的在每个频率具有不同属性的信道中的多载波调制方法的特性的图。如图5所示，使多载波调制方法适合于对于每个频率具有不同信噪比的信道。所述信道包括数个子信道。

图6图示了在图3或图4图示的环境中、实现了实际通信环境的稳定通信的本发明实施例。

当如图6(a)中所图示的子信道增益特性不根据频域而改变时，使用其中每个副载波具有相同的每码元比特的调制方法。

然而，在实际的通信环境中，大多数信道具有图5或图6的(b)所示的增益特性。因此，可以基于每个子信道的特性而使用各种调制方法。

当如图6的(c)所图示的在可用频率处存在强RF干扰时，多载波调制方法可以选择性地且精确地控制频率。即使在其中信噪比相对高的环境中，通过使用特定的较低频率或使用具有低的每码元比特数的调制方法(诸如PSK或QPSK)，也可以使用该调制方法。

此外，特定信道中的每个副载波可以在每个时刻改变，并因此信道特性可随时间改变。然而，使用在子信道中自动地调整每码元比特数的动态分配方法，尽管在特定频域中存在随时间改变的强RF干扰，也可以实现通信。

在多载波调制方法中，副载波彼此正交，并因此彼此不影响。

到此为止，已经描述了可以有效地使用有限的频率带宽而没有数个用户之间的干扰的方法，并且为了用户在各个设备之间形成网络，应该使用多连接方法。

多载波调制方法具有受限的带宽，并因此交换信息的设备使用相同的频带。相应地，可以形成其中在不同的时间使用通过人体连接的设备的网络。

图7是图示根据本发明实施例的、使用多载波调制方法的人体通信方法的流程图。

在操作S710中，确定是否可以使用信道。

在操作S720中，形成具有子信道传送通过人体的预定带宽的多个子信道。

在操作S730中，确定在子信道的带宽中是否存在来自外围设备(诸如通信设备、音响器、图像显示设备、操作处理器和医学传感器)的干扰信号。也就是说，确定子信道的信道状态。

在操作S740中，基于是否存在干扰信号的确定来确定用于调制子信道的调制方法。

在操作S750中，基于确定的调制方法将数据映射到码元数据。

在操作S760中，将映射的码元数据加载到副载波上进行通信。

图8是图示根据本发明实施例的、使用多载波调制方法的人体通信方法的流程图，其中基于预设的信道特性来确定子信道调制。

在操作S810中，确定是否可以使用信道。

在操作S820中，形成具有子信道传送通过人体的预定带宽的多个子信道。

在操作S830中，考虑来自诸如通信设备、音响器、图像显示设备、操作处理器和医学传感器之类的外围设备的干扰，基于预设的信道特性来确定用于调制子信道的调制方法。

在操作S840中，基于确定的调制方法将数据映射到码元数据。

在操作S850中，将映射的码元数据加载到副载波上进行通信。

本发明还可以实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。所述计算机可读记录介质是可以存储其后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备、和载波(诸如通过因特网的数据传送)。计算机可读记录介质还可以分布在与计算机系统耦接的网络上，从而以分布式方式来存储和运行计算机可读代码。

如上所述，根据使用多载波调制方法的人体通信，人体通信被限制到特定的频率，以便减少由使用人体的传统高速通信方法所导致的用户之间的干扰。此外，代替直接传送数字信号，在受限的频率中使用诸如QPSK或QAM的调制方法，以便增加频率效率。

此外，使用多载波调制方法，可能在每个频率的信道特性不同的环境中进行稳定的通信，并且可以在信号波段中存在强RF干扰的环境中形成网络。

此外，由于可能进行连接到用户的各个设备之间的多连接，所以可实现有效的通信。

尽管已经参考本发明的示范实施例而具体地示出并描述了本发明，但是本领域的普通人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

工业应用性

本发明提供了一种人体通信方法，通过该方法，在具有数个用户的环境中用户互不干扰，并且稳定的通信与在其它电子设备处生成的强干扰无关。

Claims (6)

1.一种使用人体作为信道与多个外围设备进行通信的人体通信方法，该人体通信方法包括：

确定是否使用信道；

形成具有预定带宽的多个子信道；

确定在子信道的带宽中是否存在来自外围设备的干扰信号；

基于是否存在干扰信号的确定来确定用于调制子信道的调制方法；

基于所确定的调制方法将数据映射到码元数据；以及

将映射的码元数据加载到副载波上。

2.根据权利要求1的人体通信方法，其中所述外围设备是通信设备、音响器、图像显示设备、操作处理器、和医学传感器中的至少一个。

3.根据权利要求1的人体通信方法，还包括：划分每个信道到人体的传送时间以便使相邻用户之间的干扰最小化；和将同一信道分配到彼此不同的外围设备。

4.根据权利要求1的人体通信方法，其中，确定是否存在干扰信号和确定调制方法的步骤包括：考虑来自外围设备的干扰、基于预设的信道特性来确定用于调制子信道的调制方法。

5.根据权利要求1的人体通信方法，其中所述调制方法是正交相移键控(QPSK)方法和正交幅度调制(QAM)方法中的一个。

6.根据权利要求1的人体通信方法，其中QAM方法中调制的幅度和相位值是4、16、32和64中的至少一个。

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