JP2010510709A - 制限された通過帯域を用いる人体通信システムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、制限された通過帯域を用いる人体通信システムおよびその方法に関する。本発明は、人体通信システムにおける送信機であって、ユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号でスクランブルされたデータを用いて、人体通信用伝送フレームを生成するための人体通信用伝送フレーム生成手段と、前記生成された人体通信用伝送フレームを所定の変調方式でシンボル化するためのシンボルマッピング手段と、該シンボルマッピング手段から出力されるシンボルを拡散させるための拡散手段と、該拡散手段において拡散されたデータに対し、所定の範囲に帯域制限された基底帯域信号を生成するための波形生成手段と、前記基底帯域信号を、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号に変調するための中間帯域送信手段と、備える。

Description

本発明は、制限された通過帯域を用いる人体通信システムおよびその方法に関し、さらに詳細には、人体を介して伝送される信号の周波数帯域を、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉（例えば、他のユーザや他の電子機器による干渉）の影響を最小化できる周波数帯域（５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ）内に制限して使用し、また、ユーザ識別情報（ＩＤ）を用いてデータスクランブルを行なうことによって、低電力、かつ安定した人体通信ができる、制限された通過帯域を用いる人体通信システムおよびその方法に関する。

「人体通信」とは、伝導性を有する人体を通信チャネルとして用いて人体と連結している機器間に信号を伝達する技術、すなわち伝導性を有する人体を通信チャネルとして用いて人体の一部に取り付けられている送信機の電極に情報を送信し、人体内の他の部分に取り付けられている、または人体の外部にある受信機の電極に接触して送信された情報を復元する技術を指す。このような「人体通信」技術は、個人携帯情報端末機（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯用パソコン（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、デジタルカメラ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃａｍｅｒａ）、ＭＰ３プレーヤ（ＭＰ３ ｐｌａｙｅｒ）、携帯電話機などの多様な携帯機器間の通信、またはプリント（プリンタとの通信）、クレジットカードの決済、ＴＶ受信、出入（出入システムとの通信）、バス、および地下鉄の搭乗時の運賃支払いなどを目的とする「固定機器との通信」がユーザの簡単な接触だけで行なわれる技術である。

従来の人体通信技術は、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）など、特定の周波数を用いて最大数十Ｋｂｐｓ程度の低速データの通信を具現し、その応用分野は、簡単なデータ伝送のみを必要とする分野に限定された。

従来の人体通信技術として「光電効果を用いた技術」があるが、これはデジタル信号（ＮＲＺ：Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎｔｏ Ｚｅｒｏ）を直接人体に印加し、これを光電効果を用いて受信する技術であって、伝送速度を画期的に改善し、１０Ｍｂｐｓの通信を可能にした。このような高速のデータ伝送は、いままで制約的であった応用分野を拡大させることによって、生活周辺に至るまで幅広く適用できるようにした。

かかる通信速度の改善にもかかわらず、従来の光電効果を用いた技術は、モジュールのサイズ、消費電力、他の照明による干渉などの技術的な問題によって小型の携帯機器に適用することが困難であった。

このような問題点を解決する方法として、「電気的な復元方式を用いた技術」が紹介され、このような技術は、現在２Ｍｂｐｓの通信を具現しただけでなく、単一チップの具現が可能になることで生活周辺の多様な電子機器への適用の可能性を見せている。

かかる技術は心電図（ＥＣＧ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃａｒｄｉｏ Ｇｒａｐｈ）、非観血式血圧（ＮＩＢＰ：Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）、心拍モニタ（Ｈｅａｒｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ）など、人体に適用可能な多様なセンサ間のネットワークをはじめ、今まで具現上において多くの困難を伴っていたウェアラブルコンピュータのような人体基盤のネットワーク具現において最適の技術になり得る。

人体は非常に多様な物質および形態から構成され、低い伝導性および高い誘電率を有しているため、広い周波数領域においてアンテナのような役割を行なう。このような特性によって人体をアンテナとして用いて通信することができるが、隣接の他のユーザの信号や外部電子機器から希望しないノイズが人体で誘起される不具合があり、また周囲の物体や機器間の距離および位置によって通信が不安定になる不具合があった。

ＦＳＫ、ＡＳＫ、ＰＳＫなどの「周波数変調方式」は、前述のような外部干渉の少ない領域を選択して使用することができ、また通信の具現において比較的低い信号対ノイズ比を要求するものの、干渉が発生したとき、その解決に困難がある。

一方、「デジタル信号を直接伝送する方式」は非常に広い帯域を必要とし、受信信号の特性を復元すると、送信機から送信された信号以外に、周辺機器から誘起される強い干渉も共に入力されることが分かる。仮りに、信号帯域内に干渉が発生した場合、受信機の感度が優れていても希望する信号を正しく分離することができない。また、数Ｍｂｐｓ以上のデジタル信号を直接送信するためには数十ＭＨｚ以上の帯域幅が必要であり、このような信号が人体に印加されると、特定の周波数以上の信号は放射されることによって、多数のユーザが存在する場合、互いに接触しなかった場合でも他のユーザに干渉を起こすことで安定したネットワークの構成が難しくなる問題がある。

したがって、隣接している多数のユーザが互いに干渉することなく安定した通信を行なうために、人体を介して送信する信号の占有周波数を、隣接している人に影響が与えられない周波数以下に制限する方法が提案されているが、このように人体をチャネルとして使用するとき使用可能な周波数を制限すると、具現できる通信速度においても相当な制約が伴ってしまう。現在、このような方式で具現された最高の通信速度は１０Ｍｂｐｓであり、この方式における伝送信号は多くの高調波信号を含んでいることから、占有周波数帯域を考慮する際に最小の数十ＭＨｚの信号が人体に印加され、かかる成分は人体で留まることなく放射され、近接のユーザに干渉を引き起こすようになる。

要するに、現在までの従来技術は、多数のユーザが限定された空間に存在する場合、ユーザ相互間に干渉を引き起こすことにより安定した通信の具現が困難という問題があった。

本発明は前述した問題を解決するために提案され、その目的は、人体を介して伝送される信号の周波数帯域を、人体が導波管の特性を維持しつつ、干渉（例えば、他のユーザや他の電子機器による干渉）の影響を最小化できる周波数帯域（５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ）内に制限して使用し、また、ユーザ識別情報（ＩＤ）を用いてデータスクランブルを行なうことによって、低電力、かつ安定した人体通信ができる、制限された通過帯域を用いる人体通信システムおよびその方法を提供することにある。

本発明の他の目的および長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってさらに明らかに理解することができるであろう。また、本発明の目的および長所は、特許請求の範囲に示す手段およびその組合せによって実現できることが容易に分かる。

本発明の目的を達成するための本発明は、人体通信システムにおける送信機であって、ユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報と、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号でスクランブルされたデータを用いて、人体通信用伝送フレームを生成するための人体通信用伝送フレーム生成手段と、前記生成された人体通信用伝送フレームを所定の変調方式でシンボル化するためのシンボルマッピング手段と、該シンボルマッピング手段から出力されるシンボルを拡散させるための拡散手段と、該拡散手段において拡散されたデータに対し、所定の範囲に帯域制限された基底帯域信号を生成するための波形生成手段と、前記基底帯域信号を、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号に変調するための中間帯域送信手段と、を備える。

一方、本発明は、人体通信システムにおける受信機であって、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を人体チャネルを介して受信し、基底帯域信号に復調するための受信処理手段と、前記復調された受信基底帯域信号を逆拡散させてシンボルデータを復元するための逆拡散手段と、該逆拡散手段で復元されたシンボルデータをデータビットにデマッピングするためのシンボルデマッピング手段と、該シンボルデマッピング手段から出力される人体通信用伝送フレームをプリアンブル、ヘッダ、およびデータに分離し、前記ヘッダからユーザ識別情報（ＩＤ）を抽出した後、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号で前記分離されたデータをデスクランブルするための人体通信用伝送フレーム処理手段と、を備える。

一方、本発明は、人体通信システムに適用される人体通信データの送信方法であって、人体チャネルを介して外部に伝送するデータ、およびユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報をＭＡＣ処理部から受信する伝送データ受信ステップと、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号を用いて、前記データをスクランブルするスクランブルステップと、前記データ情報および前記スクランブルされたデータを用いて人体通信用伝送フレームを生成する伝送フレーム生成ステップと、前記生成された人体通信用伝送フレームを所定の変調方式によりシンボル化するマッピングステップと、該マッピングステップを介して生成されたシンボルを拡散させる拡散ステップと、該拡散ステップにおいて拡散されたデータに対し、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を生成して人体チャネルに送信する送信ステップと、を含む。また、前記本発明は、前記伝送フレーム生成ステップにおける人体通信用伝送フレームの生成前に、前記データ情報および前記スクランブルされたデータに対してチャネルエンコードおよびインターリーブを行うステップをさらに含む。

一方、本発明は、人体通信システムに適用される人体通信データの受信方法であって、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を人体チャネルを介して受信し、基底帯域信号に復調する受信処理ステップと、前記復調された受信基底帯域信号を逆拡散させ、シンボルデータを復元する逆拡散ステップと、該逆拡散ステップにおいて、復元されたシンボルデータをデータビットでデマッピングするデマッピングステップと、該デマッピングステップを介して復元された人体通信用伝送フレームをデータ情報とデータとに分離し、前記分離されたデータ情報からユーザ識別情報（ＩＤ）を抽出する分離ステップと、前記抽出されたユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて直交符号を生成し、前記直交コードで前記分離されたデータをデスクランブルして復元するデータ復元ステップと、を含む。また、前記本発明は、前記分離されたデータ情報および前記デスクランブルされたデータをＭＡＣ処理部に伝送するステップ、および前記分離ステップにおいて分離されたデータに対し、デインターリーブおよびチャネルデコードを行うステップをさらに含む。
本発明は、人体を媒質とした通信方式に関し、詳細には、人体の周辺のノイズ電力が他の帯域に比べて集中しているＤＣから５ＭＨｚまでの周波数帯域を避け、人体が導波管の役割を行なって伝送される信号の強度が人体の外部に放射される信号の強度よりも更に大きくなる周波数帯域（４０ＭＨｚ）を使用することによって、情報伝送のエネルギー消費が少なく、外部のノイズにも強い人体通信を行なう。

さらに、本発明は、前述の制限された周波数帯域を使用しても、隣接のユーザから放射されて入ってくる干渉を最小化するために、ユーザＩＤを使用した固有のＰＮ直交符号で伝送データをスクランブルして伝送する。

さらに、本発明では、人体周辺の他の電子機器から誘起される干渉に対して安定的な通信を行なうようにＤＣから５ＭＨｚ帯域（かかる周波数帯域は、他の周波数帯域よりも干渉が集中されている周波数帯域であって、数多い実験測定の結果を介して獲得されたものである）を避け、さらに付加的に伝送エラーの訂正のためのチャネルコーディングと外部干渉によるバーストエラーに対処するためのインターリーバ／デインターリーバ方式を組み合わせることができる。

要するに、本発明は、安定的、かつ低電力で人体通信が具現できるように、５ＭＨｚ帯域から４０ＭＨｚ帯域までの制限された通過帯域（ｐａｓｓｂａｎｄ）を使用し、また、固有のユーザＩＤを使用したスクランブル、チャネルコーディング、インターリーブ、拡散などを有機的に組み合わせることで人体通信を行なうことにある。

本発明は、多数のユーザが存在する環境において、ユーザ相互間の干渉および他の電子機器から誘起される強い干渉の影響を最小化することによって、安定した人体通信ができる効果がある。

すなわち、本発明は、５ＭＨｚ帯域から４０ＭＨｚ帯域までの制限された通過帯域（ｐａｓｓ ｂａｎｄ）を使用し、これにユーザ識別情報（ＩＤ）を使用したデータのスクランブル、エラー訂正およびバーストエラーを防止のためのチャネルエンコードおよびインターリーブ、プロセス利得のための拡散などの技術を效率よく組み合わせることによって、人体を用いた高速データの伝送時、他のユーザや他の機器からの干渉に安定的に動作しながらも、データの保安性を維持し、低電力で人体通信を行なうことができる効果がある。

人体内の伝達電力および人体外の放射電力を測定するための測定方法に対する説明図である。 図１の測定方法に係る周波数別の人体内の伝達信号電力、人体外の放射電力と人体周辺のノイズ電力との関係に対する説明図である。 本発明に係る制限された通過帯域を用いる人体通信システムの一実施形態の構成図である。 本発明に係る人体通信用のフレームに対する一実施形態の構成図である。

前述した目的、特徴、および長所は、添付の図面と関連した次の詳細な説明を介してさらに明確になり、それに沿って本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的な思想を容易に実施することができる。また、本発明を説明することにおいて、本発明と関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁すものと判断される場合、その詳説は省略する。以下、添付の図面を参照して本発明に係る好ましい一実施形態を詳説する。

図１は、人体内の伝達電力および人体外の放射電力を測定するための測定方法に対する説明図である。

人体１の１０に取り付けられた送信電極１０１を介して伝達された信号は、人体を媒質にして一定の距離に位置した人体１の１０に取り付けられた受信電極１０２を介して受信され、このような人体内の伝達電力は、測定装置１２によって測定される。

人体の伝導性は非常に低いため、人体を介して伝達される信号の一部は外部に放射され、他のユーザの人体内の通信を妨害する。このような人体外に放射される信号の電力を測定するためには、人体２の１１の送信電極１１１を介して信号を伝達し、人体２の１１と一定の距離（約１０ｃｍ）離れた人体１の１０の受信電極１０２で信号を受信し、測定装置１２はこのように人体１の１０の受信電極１０２で受信された信号から人体外の放射電力を測定する。

図２は、図１の測定方法に係る周波数別の人体内の伝達信号電力、人体外の放射電力、および人体周辺のノイズ電力の関係に対する説明図である。

同図に示すように、人体通信において使用される周波数帯域が、ＤＣから４０ＭＨｚまでにおいては人体内の伝達信号（人体を導波管にして伝達される信号）の電力が人体外に放射される信号（人体がアンテナの役割を行って人体外に放射される信号）の電力よりもさらに大きいものの、４０ＭＨｚ以上になると、人体外の放射電力が人体内の伝達電力よりも大きくなる現象を示す。

また、人体周囲に存在する種々の機器、例えば自動車、蛍光灯、携帯電話機、コンピュータ、ＴＶ、ラジオから発生する各種の電子波は、人体内に信号を誘起させ、このような人体で誘起した信号は人体内の通信において干渉信号として作用する。

多様な測定場所において人体で誘起する干渉信号を測定した結果を獲得し、この測定結果を加えて５ＭＨｚ単位で平均することにより、図２に示すようなノイズ電力２３を獲得した。

同図におけるノイズ電力２３のグラフに示すように、ＤＣにおいて５ＭＨｚまでの周波数帯域において最も大きいノイズ電力を発生していることが分かる。

したがって、本発明においては、ノイズ電力が最も大きい区間（ＤＣ〜５ＭＨｚ）と、人体外の放射信号電力が人体内の伝達信号電力よりも大きくなる４０ＭＨｚ（図２において「２１」および「２２」が交差する点に該当する周波数）以上の区間を除いた５ＭＨｚから４０ＭＨｚまでの周波数帯域を通過帯域として使用する。すなわち、本発明においては、信号対ノイズ比が良好な周波数帯域を人体通信の周波数帯域として使用することによって、相対的に低い送信電力を使用して人体への電子的な影響を減少させるだけでなく、人体通信システム（送受信装置）における消費電力も減少させる効果がある。また、本発明において、人体外の放射信号電力が小さいため、伝達されるデータの保安にも役に立つ。

図３は、本発明に係る制限された通過帯域を用いる人体通信システムの一実施形態の構成図である。以下、同図を説明しながら本発明に係る人体通信システムに適用される人体通信方法（送受信方法）も共に説明する。

人体通信システム（送受信機）は、人体通信ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理部３１、人体通信物理階層モデム３２、人体通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部３３、信号電極３４、および接地電極３５を備えてなる。人体通信ＭＡＣ処理部３１は、伝送するデータおよびデータ情報を人体通信物理階層モデム３２内の送信部３２１に伝達し、受信部３２２により受信されたデータおよびデータ情報を受信して処理する役割を行なう。

まず、人体通信システムにおける送信機に対して説明すると、送信機は人体通信ＭＡＣ処理部３１における送信処理機能、人体通信物理階層モデム３２の送信部３２１、人体通信ＩＦ処理部３３における中間帯域送信機３３０を備えてなる。特に、人体通信物理階層モデム３２内の送信部３２１は、プリアンブル生成器３２１５、ヘッダ生成器３２１０、データ生成器３２１１、スクランブラ３２１２、チャネルエンコーダ３２１３、インターリーバ３２１４、フレーム形成器３２１６、シンボルマッパ３２１７、拡散器３２１８、波形生成器３２１９を備えてなる。ここで、ヘッダ生成器３２１０、データ生成器３２１１、スクランブラ３２１２、チャネルエンコーダ３２１３、インターリーバ３２１４、プリアンブル生成器３２１５、フレーム形成器３２１６をまとめて「人体通信用伝送フレーム生成部３２１ａ」とし、これは、ユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報と、そのユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号にスクランブルされたデータとを用いて人体通信用伝送フレームを生成する機能を有するものである。以下、各々の構成要素に対して詳説する。

プリアンブル生成器３２１５は、全てのユーザが知っている初期値にセットされ、一定の長さのフレーム同期用のプリアンブルを生成する。

ヘッダ生成器３２１０は、人体通信ＭＡＣ処理部３１から伝送するデータ情報（伝送速度、変調方式、ユーザＩＤ、データの長さ）を受信してＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を行い、図４に示すようなフォーマットのヘッダ（人体通信用フレームのヘッダ）を生成する。

データ生成器３２１１は、人体通信ＭＡＣ処理部３１から伝送されるデータを受信して希望の時間に出力する。スクランブラ３２１２は、直交符号生成器およびＸＯＲ論理ゲートから構成されるが、ここで、直交符号生成器は、ユーザＩＤにより初期化されることによってＰＮ直交符号を出力し、ＸＯＲ論理ゲートは、その直交符号およびデータ生成器３２１１の出力を排他的論理和ＸＯＲを演算することによってデータスクランブルが完成される。

チャネルエンコーダ３２１３は、前述のような過程を介して生成されたデータに対してチャネルエンコードを行い、そのチャネルエンコードされた信号は、インターリーバ３２１４によってインターリーブされる。ここで、チャネルエンコードおよびインターリーブは周辺の干渉から発生するバーストエラーを分散させて訂正することを目的とする。

その後、フレーム形成器３２１６は、「プリアンブル」、「ヘッダ」、および「チャネルエンコード／インターリーブされたデータ」を含み、図４に示すような人体通信用伝送フレームを生成する。この生成されたフレームは、シンボルマッパ３２１７で希望の変調方式（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫなど）によりシンボル化され、このシンボルは、拡散器３２１８に入力されて時間軸に拡散されたり周波数軸に拡散されるが、このような拡散過程を介して充分な処理利得が獲得され得る。ここで、拡散器３２１８は、制限された通過帯域内において時間軸の拡散および周波数軸の拡散をすべて使用することができ、または時間軸の拡散または周波数軸の拡散のいずれか１つのみを使用し得る。

波形生成器３２１９は、パルス成形フィルタから構成され、拡散されたデータに対して帯域制限された基底帯域（ｂａｓｅ ｂａｎｄ）の信号ＴＸ＿ＩＦを出力する。このＴＸ＿ＩＦ信号は、中間帯域の送信機３３０に入力され、「制限された通過帯域（ｐａｓｓ ｂａｎｄ）信号」（すなわち、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる所定の周波数範囲に制限された通過帯域信号であって、５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ内の信号）に変調されて出力され、この通過帯域信号は、信号電極３４を介して人体内に伝送される。そして、接地電極３５は、人体通信システム（送受信機）の接地のように基準電位を提供する。

ここで、人体通信システムにおける受信機に対して説明すると、受信機は、人体通信ＩＦ処理部３３における中間帯域受信機３３１および周波数生成器３３２、人体通信物理階層モデム３２の受信部３２２および同期化部３２３、ならびに人体通信ＭＡＣ処理部３１における受信処理機能を備えてなる。

特に、人体通信物理階層モデム３２内の受信部３２２は、受信ＤＦＥ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）３２２０、逆拡散器３２２１、シンボルデマッパ３２２２、フレーム処理器３２２３、プリアンブル処理器３２２４、デインターリーバ３２２５、チャネルデコーダ３２２６、デスクランブラ３２２７、データ処理器３２２８、およびヘッダ処理器３２２９を備えてなる。ここで、フレーム処理器３２２３、デインターリーバ３２２５、チャネルデコーダ３２２６、デスクランブラ３２２７、データ処理器３２８、およびヘッダ処理器３２２９をまとめて「人体通信用伝送フレーム処理部３２２ａ」とすることができ、これは、シンボルデマッパ３２２２から出力される人体通信用伝送フレームをプリアンブル、ヘッダ、およびデータに分離し、そのヘッダからユーザ識別情報（ＩＤ）を抽出してから前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号で前記分離されたデータをデスクランブルすることである。以下、各々の構成要素に対して詳説する。

信号電極３４を介して入力された受信信号は、中間帯域受信機３３１に入力されて基底帯域信号ＲＸ＿ＩＦに復調された後、受信ＤＦＥ３２２０に入力される。受信ＤＦＥ３２２０は、受信自動利得制御、ＤＣオフセット制御、周波数オフセット制御などを行なった後、自動利得制御信号およびＤＣオフセット制御信号は、中間帯域受信機３３１にフィードバックさせることによって利得制御およびＤＣオフセット制御を完成し、一方、周波数オフセット制御信号は、周波数生成器３３２にフィードバックさせることによって周波数オフセット制御を完成する。ここで、中間帯域受信機３３１、周波数生成器３３２、および受信ＤＦＥ３２２０を「受信処理部」とし、これは人体チャネルを介して受信された「制限された通過帯域信号」を基底帯域信号に復調する。

まず、フレーム同期の前に同期化部３２３内のプリアンブル検出器３２３０は、受信ＤＦＥ３２２０から出力信号を受信してプリアンブルを検出し、正確なフレーム開始時間を検出し、タイミング検出器３２３１は正確なタイミング同期を行い、時間追跡器３２３２は受信信号のタイミングオフセットを補正する。

前記同期化の後、受信ＤＦＥ３２２０を経た基底帯域信号ＲＸ＿ＩＦは、逆拡散器３２２１に入力されて逆拡散され、その逆拡散された結果は、シンボルデマッパ３２２２に入力されてデータビットにデマッピングされる。

フレーム処理器３２２３は、デマッピングされたフレームをプリアンブル、ヘッダ、およびデータに分離する機能を行なう。

前記同期化の後、フレーム処理器３２２３で分離された「プリアンブル」は、プリアンブル処理器３２２４を経て同期化部３２３内のプリアンブル検出器３２３０、タイミング検出器３２３１、時間追跡器３２３２に入力される。ここで、プリアンブル検出器３２３０は正確なフレーム開始時間を再検出し、タイミング検出器３２３１は正確なタイミング同期を再度行い、時間追跡器３２３２は受信信号のタイミングオフセットを再度補正する。

一方、フレーム処理器３２２３から出力される「ヘッダ」がヘッダ処理器３２２９に入力されると、ヘッダ処理器３２２９は、ＣＲＣデコードして受信信号データ情報を抽出し、人体通信ＭＡＣ処理部３１へ伝送する。

一方、フレーム処理器２３の出力のうち、データは、デインターリーバ３２２５でデインターリーブされ、チャネルデコーダ３２２６において伝送中に発生したエラーが訂正される。チャネルデコーダ３２２６から出力されるデータは、デスクランブラ３２２７において「ユーザＩＤ」によって生成されたＰＮ直交符号にデスクランブルされる。すなわち、デスクランブラ３２２７は、「ユーザＩＤ」によって初期化されることによって直交符号を生成する直交符号生成器と、その生成された直交符号およびチャネルデコーダ３２２６の出力をＸＯＲすることによってデスクランブルを完了する。ここで、「ユーザＩＤ」はヘッダ処理器３２２９から抽出されたものである。

デスクランブルされた受信データは、データ処理器３２２８に入力されて処理された後、レジスタなどを介して人体通信ＭＡＣ処理部３１に伝送される。

図４は、本発明に係る人体通信用フレームの一実施形態の構成図である。

同図に示すように、人体通信用フレーム４００は、一定の長さの複数のスロット４１０から構成され、１つまたは複数のスロットは、さらにプリアンブル４２０、ヘッダ４２１、データ４２２、およびデータＣＲＣ４２３を含んで構成され、ここで、ヘッダ４２１には、送信すべきデータの伝送速度４３０、変調方式４３１、ユーザＩＤ４３２、データの長さ４３３などのようなデータ情報、ヘッダＣＲＣ出力値４３４が含まれる。

前述したような本発明の方法は、プログラムで具現されてコンピュータで読み取ることができる形態で記録媒体（ＣＤＲＯＭ 、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスクなど）に保存され得る。このような過程は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるため、これ以上の詳説はしない。

以上で説明した本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的な思想が離脱しない範囲内で様々な置換、変形、および変更が可能であるため、前述した実施形態および添付の図面により限定されるのでない。

Claims (20)

1. 人体通信システムにおける送信機であって、
   ユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報と、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号でスクランブルされたデータを用いて、人体通信用伝送フレームを生成するための人体通信用伝送フレーム生成手段と、
   前記生成された人体通信用伝送フレームを所定の変調方式でシンボル化するためのシンボルマッピング手段と、
   該シンボルマッピング手段から出力されるシンボルを拡散させるための拡散手段と、
   該拡散手段において拡散されたデータに対し、所定の範囲に帯域制限された基底帯域信号を生成するための波形生成手段と、
   前記基底帯域信号を、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号に変調するための中間帯域送信手段と、
   を備えることを特徴とする制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
2. 前記人体通信用伝送フレーム生成手段は、
   タイミング同期用のプリアンブルを生成するためのプリアンブル生成手段と、
   ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理部から伝送される伝送速度、変調方式、ユーザ識別情報（ＩＤ）、およびデータの長さを含むデータ情報を受信してＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を行い、前記伝送フレームのヘッダを生成するためのヘッダ生成手段と、
   前記ＭＡＣ処理部から伝送されるデータを受信し、所定の時間に出力するためのデータ生成手段と、
   前記データ情報のうち、ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号を用いてデータスクランブルを行うためのスクランブル手段と、
   前記生成されたヘッダ、前記スクランブルされたデータ、および前記生成されたプリアンブルを用いて前記人体通信用伝送フレームを生成するためのフレーム形成手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
3. 前記フレーム形成手段における人体通信用伝送フレームの生成前に、前記スクランブルされたデータに対してチャネルエンコードを行なうためのチャネルエンコーダ手段をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
4. 前記チャネルエンコーダ手段において、チャネルエンコードされたデータをインターリーブするためのインターリーブ手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
5. 前記ヘッダ生成手段において生成されたヘッダは、データの伝送速度、変調方式、ユーザ識別情報（ＩＤ）、データの長さ、およびこれらに対するＣＲＣ値を含むことを特徴とする請求項２に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
6. 前記拡散手段は、前記シンボルマッピング手段から出力されるシンボルを時間領域または周波数領域上で拡散させることを特徴とする請求項１に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
7. 前記中間帯域送信手段は、前記基底帯域信号を５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚ内の信号に変調することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける送信機。
8. 人体通信システムにおける受信機であって、
   人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を人体チャネルを介して受信し、基底帯域信号に復調するための受信処理手段と、
   前記復調された受信基底帯域信号を逆拡散させてシンボルデータを復元するための逆拡散手段と、
   該逆拡散手段で復元されたシンボルデータをデータビットにデマッピングするためのシンボルデマッピング手段と、
   該シンボルデマッピング手段から出力される人体通信用伝送フレームをプリアンブル、ヘッダ、およびデータに分離し、前記ヘッダからユーザ識別情報（ＩＤ）を抽出した後、前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号で前記分離されたデータをデスクランブルするための人体通信用伝送フレーム処理手段と、
   を備えることを特徴とする制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
9. 前記受信処理手段は、
   人体チャネルを介して受信された中間帯域受信信号を復調し、基底帯域信号に変換するための中間帯域受信手段と、
   該中間帯域受信手段から出力される基底帯域の受信信号を介して受信利得制御、ＤＣオフセット制御、および周波数オフセットの制御を行うための受信デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）と、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
10. 前記人体通信用伝送フレーム処理手段は、
    前記シンボルデマッピング手段から出力される人体通信用伝送フレームをプリアンブル、ヘッダ、およびデータに分離するためのフレーム処理手段と、
    前記分離されたヘッダに含まれたデータ情報に対し、ＣＲＣデコードを行なってＭＡＣ処理部に伝送するためのヘッダ処理手段と、
    前記データ情報のうち、ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号で前記フレーム処理手段において分離されたデータをデスクランブルするためのデスクランブル手段と、
    前記デスクランブルされたデータを前記ＭＡＣ処理部に伝送するためのデータ処理手段と、
    を備えることを特徴とする請求項８に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
11. 前記フレーム処理手段から分離されたデータをデインターリーブするためのデインターリーブ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
12. 前記デインターリーブ手段において、デインターリーブされたデータに対してチャネルデコードを行うためのチャネルデコード手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
13. 前記受信デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）から出力される受信信号からプリアンブルを検出し、フレーム開始時間の検出、タイミング同期、タイミングオフセット補正を行うための同期化手段をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
14. 前記人体通信用伝送フレーム処理手段から分離されたプリアンブルを前記同期化手段に伝送するためのプリアンブル処理手段をさらに備え、
    前記同期化手段は、前記伝送されたプリアンブルを用いてフレーム開始時間の検出、タイミング同期、およびタイミングオフセット補正を再度行うことを特徴とする請求項１３に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信システムにおける受信機。
15. 人体通信システムに適用される人体通信データの送信方法であって、
    人体チャネルを介して外部に伝送するデータ、およびユーザ識別情報（ＩＤ）を含むデータ情報をＭＡＣ処理部から受信する伝送データ受信ステップと、
    前記ユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて生成された直交符号を用いて、前記データをスクランブルするスクランブルステップと、
    前記データ情報および前記スクランブルされたデータを用いて人体通信用伝送フレームを生成する伝送フレーム生成ステップと、
    前記生成された人体通信用伝送フレームを所定の変調方式によりシンボル化するマッピングステップと、
    該マッピングステップを介して生成されたシンボルを拡散させる拡散ステップと、
    該拡散ステップにおいて拡散されたデータに対し、人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を生成して人体チャネルに送信する送信ステップと、
    を含むことを特徴とする制限された通過帯域を用いる人体通信データの送信方法。
16. 前記伝送フレーム生成ステップにおける人体通信用伝送フレームの生成前に、前記データ情報および前記スクランブルされたデータに対してチャネルエンコードおよびインターリーブを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信データの送信方法。
17. 前記送信ステップは、前記拡散ステップにおいて拡散されたデータに対し、５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲内に制限された通過帯域信号を生成することを特徴とする請求項１５または１６に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信データの送信方法。
18. 人体通信システムに適用される人体通信データの受信方法であって、
    人体が導波管の特性を維持しつつ干渉の影響を最小化できる周波数範囲に制限された通過帯域信号を人体チャネルを介して受信し、基底帯域信号に復調する受信処理ステップと、
    前記復調された受信基底帯域信号を逆拡散させ、シンボルデータを復元する逆拡散ステップと、
    該逆拡散ステップにおいて、復元されたシンボルデータをデータビットにデマッピングするデマッピングステップと、
    該デマッピングステップを介して復元された人体通信用伝送フレームをデータ情報とデータとに分離し、前記分離されたデータ情報からユーザ識別情報（ＩＤ）を抽出する分離ステップと、
    前記抽出されたユーザ識別情報（ＩＤ）に応じて直交符号を生成し、前記直交コードで前記分離されたデータをデスクランブルして復元するデータ復元ステップと、
    を含むことを特徴とする制限された通過帯域を用いる人体通信データの受信方法。
19. 前記分離されたデータ情報および前記デスクランブルされたデータをＭＡＣ処理部に伝送するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信データの受信方法。
20. 前記分離ステップにおいて分離されたデータに対し、デインターリーブおよびチャネルデコードを行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載の制限された通過帯域を用いる人体通信データの受信方法。

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