JP4843734B2 - 複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置及びデータ受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、人体を通信チャネルとして利用する人体通信システムに関し、より詳細には、人体を媒質とする人体通信において、複数の受信機又は受信電極を利用して受信した複数のデータに空間ダイバーシチ取得関連ＳＩＭＯ技術を適用して受信信号の誤り率を低減し、他の使用者又は電子機器から誘起される干渉に対して安定的にデータを送信するための、複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置及びデータ受信方法に関する。

人体通信とは、導電性を有する人体を通信チャネルとして利用して人体に接続された電子機器間で信号を伝達する技術をいう。これは、個人用携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ；ＰＤＡ）、携帯型パーソナルコンピュータ（ｐｏｒｔａｂｌｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、デジタルカメラ（ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｅｒａ）、ＭＰ３プレーヤ（ＭＰ３ ｐｌａｙｅｒ）、携帯電話などの様々な携帯機器間の通信、及びプリンタ、テレビ、出入システムなどの固定した機器との通信が、使用者の簡単な接触だけで行われるように、ネットワークを構成する技術である。本発明は、前記機器の通信過程で複数の受信機を使用することにより、受信効率を向上させ、受信信号の誤り率を低減する方法及び装置に関する。

人体通信は、複数の使用者が存在する環境で使用者同士に信号の干渉が発生するだけでなく、他の電子機器から誘起される信号によっても干渉が発生する。

また、人体通信を利用した場合、送信手段により伝達された信号の流れ、並びに受信端の信号電極の方向によって受信信号の安定性及び正確性が劣り、受信信号にエラーが発生し得る。

これに関連して、人体通信のために複数の受信機を使用する技術として、人体の様々な部位に装着された複数の受信電極から最適な受信電極対を選択し、前記最適な受信電極対に対応する値に対して画像処理を行う段階を含む技術が提案された。しかしながら、このような技術は、複数の受信電極から電圧差が最も大きい１つの受信電極対のみを選択する方式により、受信感度を高めることはできるが、１対の受信電極から得られる受信信号のみを選択して使用するため、複数の受信電極から得られる複数の受信信号を利用した受信信号の推定は難しい。

韓国特許公開公報許2004-0068424号

これにより、複数の使用者と複数の電子機器により発生する人体通信の干渉を減らし、受信信号の誤り率を低減することのできる、人体通信システムの受信装置が必要となった。

そこで、本発明は、使用者相互間の干渉と他の機器から誘起される強い干渉を減らすために限られた周波数帯域を使用する人体通信システムにおいて、周波数選択的拡散符号技術に複数の受信電極を使用する空間ダイバーシチ取得技術を適用して、受信信号の誤り率を低減することのできる、複数の受信電極を利用した人体通信システムの受信装置及びデータ受信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、人体の複数の地点に装着され、人体を媒質として伝達される信号を受信するＮ個（Ｎは正の整数である）の複数の受信信号電極と、前記複数の受信信号電極にそれぞれ接続されて、前記受信信号の雑音を除去し、前記信号を増幅した後、前記受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットを補償することにより、それぞれの信号を伝達するＮ個の複数の人体通信ＡＦＥ（ａｎａｌｏｇ ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ）と、前記複数の人体通信ＡＦＥから伝達されたＮ個の信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する周波数選択的復調器と、前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力するデジタル信号空間ダイバーシチ取得器と、前記出力された信号をデータ処理過程を経て上位層に伝達するデータ処理器とを含む、複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置を提供する。

前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記再推定過程を行うことが不可能な場合、最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号（Ｗａｌｓｈ Ｃｏｄｅ）により復調された信号を出力することを特徴とする。

また、前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが偶数か奇数かを判断することを特徴とする。

さらに、前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが偶数の場合、特定の位置ビットに対してＮ／２＋１個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とし、また、前記Ｎ個の信号の特定の位置ビットの値を比較し、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号が同一のビット値を有さない場合、前記Ｎ個の信号のデータビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散された値を、前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とする。

さらに、前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが奇数の場合、特定の位置ビットに対して（Ｎ＋１）／２個以上の前記復調された信号のビット値が同一であると、前記（Ｎ＋１）／２個以上の前記復調された信号の前記ビット値を前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とする。

さらに、前記複数の受信電極は、人体内の受信信号が様々な方向から受信されるように、様々な方向に配置されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明は、他の態様として、人体の複数の地点に装着されて人体を媒質として伝達される信号を受信するＮ個（Ｎは正の整数である）の複数の受信信号電極からＮ個の信号を受信し、予め設定された情報に応じて空間ダイバーシチの方法を選択するダイバーシチ選択器と、前記受信したＮ個の信号の電圧値のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）出力値の平均をとり、１つの信号を出力するアナログ信号空間ダイバーシチ取得器と、前記出力された１つの信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第１周波数選択的復調器と、前記ダイバーシチ選択器から受信したＮ個の信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第２周波数選択的拡散復調器と、前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力するデジタル信号空間ダイバーシチ取得器と、前記第１周波数選択的復調器で復調された信号を受信するか、又は前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器から出力された１つの信号を受信し、データ処理過程を経て上位層に処理された前記信号を伝達するデータ処理器とを含む、複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、人体の複数の地点に装着されたＮ個（Ｎは正の整数である）の受信信号電極から人体を媒質として伝達されたＮ個の信号を受信して伝達する第１段階と、前記伝達されたＮ個の受信信号のそれぞれに対して雑音を除去し、前記信号を増幅する第２段階と、前記増幅されたＮ個の受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットを補償することにより、それぞれの信号を伝達する第３段階と、前記伝達されたＮ個の信号を、周波数選択的復調器の送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第４段階と、前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較することにより、複数存在し且つ同一の位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択して、前記位置ビットのビット値に対して再推定過程を行うする第５段階と、前記Ｎ個の信号のフレームの全ての位置ビットに対して前記再推定過程を行うことにより、１つの信号を出力する第６段階と、前記出力された信号をデータ処理過程を経て上位層に伝達する第７段階とを含む、複数の受信機を利用した人体通信システムのデータ受信方法を提供する。

前記第５段階は、前記Ｎ個の信号の数が偶数か奇数かを判断する段階と、前記判断の結果、前記Ｎ個の復調された信号の数が偶数の場合、特定の位置ビットに対してＮ／２＋１個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択する段階と、前記判断の結果、前記Ｎ個の復調された信号の数が奇数の場合、特定の位置ビットに対して（Ｎ＋１）／２個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記（Ｎ＋１）／２個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択する段階とを含むことを特徴とする。

また、前記第５段階は、前記特定の位置ビットの値を選択できない場合、前記Ｎ個の信号のデータビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散された値を、前記特定の位置ビットの値として選択する段階をさらに含むことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明は、他の態様として、Ｎ個（Ｎは正の整数である）の複数の受信信号電極からＮ個の信号を受信し、予め設定された情報に応じて空間ダイバーシチの方法を選択する第１段階と、前記予め設定された情報に応じてアナログ信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号の電圧値のＡＤＣ出力値の平均をとり、１つの信号を出力して復調する第２段階と、前記予め設定された情報に応じてデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号を、周波数選択的復調器の送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第３段階と、前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力する第４段階と、前記第２段階により復調された１つの信号、又は前記第４段階により出力された１つの信号を受信し、データ処理過程を経て処理された前記信号を上位層に伝達する第５段階とを含む、複数の受信機を利用した人体通信システムのデータ受信方法を提供する。

本発明による複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置及びデータ受信方法は、１つの受信装置を利用した場合に発生するチャネルの歪みと信号の雑音を低減し、伝送速度を低下させることなく安定してデータを送受信できるという効果がある。

本発明による複数の受信機を利用した人体通信が行われる人体通信用周波数選択的ベースバンドの概念を示す図である。 本発明による周波数選択的ベースバンドを使用する、１つの受信電極を利用した人体通信システムを示す図である。 本発明による複数の受信機を利用した人体通信システムの構成を示す図である。 本発明による人体通信用ＡＦＥの構成を示す図である。 本発明によるデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得するための再推定過程を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができる、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明の好ましい実施形態の動作原理を説明するにあたって、関連の公知機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にする場合は、その詳細な説明を省略する。

なお、図面全体にわたって類似の機能及び作用を果たす部分には同一符号を付す。

図１は、本発明による複数の受信機を利用した人体通信が行われる人体通信用周波数選択的ベースバンドの概念を示す図である。

図１に示すように、人体通信に使用される周波数帯域は、ＤＣ〜４０ＭＨｚでは、人体内伝達信号（人体を導波管として伝達される信号）の電力１１が人体外に放射される信号（人体がアンテナの役割を果たして人体外に放射される信号）の電力１２より大きいが、４０ＭＨｚ以上では、人体外放射電力１２が人体内伝達電力１１より大きい。

また、人体の周辺に存在する様々な機器、例えば自動車、蛍光灯、携帯電話、コンピュータ、テレビ、ラジオなどから誘起される（発生する）各種電磁波は、人体内に信号を誘起し、このように人体に誘起された信号は、人体通信において干渉信号として作用する。

様々な測定場所で人体に誘起される干渉信号を測定し、その測定結果を合計して５ＭＨｚ単位で平均することによって、図１に示すような雑音電力１３が得られた。図１に示す雑音電力１３のグラフから、ＤＣ〜５ＭＨｚの周波数帯域で雑音電力が最も大きいことが分かる。

本発明は、雑音電力が最も大きい０ＭＨｚ（ＤＣ）〜５ＭＨｚの区間と４０ＭＨｚ以上の区間を除いた５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの限られた周波数帯域を使用してデータ伝送を行う周波数選択的ベースバンドを使用する人体通信システムにおいて複数の受信機を利用する場合を中心に説明する。

本発明で使用される「周波数選択的ベースバンド（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｂａｓｅｂａｎｄ）」は、データのプロセス利得のために使用される全ての拡散符号のうち、「使用者が所望する周波数帯域で最も優れた周波数特性を有する拡散符号」のみを使用することにより、アナログ送受信部（処理部）が簡単になるベースバンド伝送を行うと共に、所望の周波数帯域とプロセス利得を同時に得られる新しい伝送方式技術である。

図１に示すような本発明の周波数選択方式は、拡散符号として６４個のウォルシュ符号を使用する方式であり、ここで、６４個のウォルシュ符号は、０〜１６ＭＨｚの周波数帯域を６４個に分割して順次最も優れた周波数が均等に分布する特性を有する。さらに、６４個のウォルシュ符号を４つのサブグループに分け、最も大きい周波数帯域１４を使用するウォルシュ符号サブグループを選択することにより、所望の周波数帯域を使用する周波数選択的ベースバンド伝送を行う。

図２は、本発明による周波数選択的ベースバンドを使用する、１つの受信電極を利用した人体通信システムを示す図である。

本発明による人体通信システム（送受信器）は、人体通信ＭＡＣ処理部２１、人体通信物理層モデム（ＦＳ−ＣＤＭＡ）２２、人体通信アナログ処理部２３、信号電極２４、及び接地電極２５を含んで構成される。

人体通信ＭＡＣ処理部２１は、ＭＡＣ送信処理器２１１とＭＡＣ受信処理器２１２とから構成される。ここで、ＭＡＣ送信処理器２１１は、上位層から受けた送信する「データ」と「データ情報」（伝送速度、変調方式、使用者ＩＤ、データ長など）を処理し、人体通信物理層モデム２２の送信部２２１に伝達し、ＭＡＣ受信処理器２１２は、人体通信物理層モデム２２の受信部２２２から受信した「データ」と「データ情報」を処理して上位層に伝達する。

まず、人体通信システムにおける送信器について説明する。送信器は、人体通信ＭＡＣ処理部２１のＭＡＣ送信処理器２１１と、人体通信物理層モデム２２の送信部２２１とを含む。特に、人体通信物理層モデム２２の送信部２２１は、プリアンブル生成器２２１０、ヘッダ生成器２２１１、ＨＣＳ生成器２２１２、拡散器（ｓｐｒｅａｄｅｒ）２２１３、データ生成器２２１４、スクランブラ（ｓｃｒａｍｂｌｅｒ）２２１５、直列／並列変換器（Ｓ／Ｐ）２２１６、周波数選択的拡散器２２１７、マルチプレクサ２２１８を含むもので、人体通信において周波数選択的ベースバンド伝送技術又は周波数選択的符号分割多元接続（ＦＳ−ＣＤＭＡ）技術を適用することにより、周波数選択的拡散符号を使用してプロセス利得を得ると共に、使用者が所望する周波数帯域の拡散符号のみを選択して使用できるようにする。

このような人体通信物理層モデム２２の送信部２２１は、主としてプリアンブル／ヘッダ送信処理部２２１０、２２１１、２２１２及び２２１３、データ送信処理部２２１４、２２１５、２２１６及び２２１７、及びマルチプレクサ２２１８から構成される。ここで、前記プリアンブル／ヘッダ送信処理部は、フレーム同期用プリアンブル及びヘッダ情報を拡散させる機能を実行するもので、プリアンブル生成器２２１０、ヘッダ生成器２２１１、ＨＣＳ生成器２２１２、及び拡散器２２１３を含む。また、前記データ送信処理部は、人体通信により伝送するデータを、使用者が所望する周波数帯域で最も優れた周波数特性を有する拡散符号（周波数選択的拡散符号）で拡散させる機能を実行するもので、データ生成器２２１４、スクランブラ２２１５、直列／並列変換器（Ｓ／Ｐ）２２１６、及び周波数選択的拡散器２２１７を含む。さらに、マルチプレクサ２２１８は、前記プリアンブル／ヘッダ送信処理部で拡散されたプリアンブル及びヘッダと、前記データ送信処理部で周波数選択的に拡散されたデータを多重化し、デジタル信号で伝送する機能を実行するものである。

以下、送信部２２１の各構成要素について詳細に説明する。

プリアンブル生成器２２１０は、全ての使用者が知っている初期値に設定され、一定の長さのプリアンブルを生成する。

ヘッダ生成器２２１１は、ＭＡＣ送信処理器２１１から入力されるデータ情報（伝送速度、変調方式、使用者ＩＤ、データ長さ）を予め定められたヘッダフォーマットに構成して出力し、ＨＣＳ生成器２２１２は、これが入力されるとヘッダチェックシーケンス（Ｈｅａｄｅｒ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ； ＨＣＳ）を生成する。

拡散器２２１３は、プリアンブル生成器２２１０で生成されたプリアンブルとＨＣＳ生成器２２１２で生成されたヘッダチェックシーケンス（ＨＣＳ）のそれぞれを、予め定められた拡散符号で拡散させる。特に、本発明においては、周波数選択的拡散器２２１７で使用する周波数選択的拡散符号のいずれか１つの拡散符号を使用する。

一方、データ生成器２２１４は、ＭＡＣ送信処理器２１１から入力される「データ」を所望の時点に出力する。スクランブラ２２１５は、ホスト端末とセキュリティを必要とする特定の端末間でセキュリティを維持するために使用されるもので、２つの端末間に既に定義された初期値を使用して直交付号を生成し、その生成された直交符号で「データ生成器２２１４から出力されたデータ」をスクランブルする（つまり、直交付号とデータ生成器２２１４の出力がＸＯＲ演算されることでデータスクランブルされるのである）。

直列／並列変換器（Ｓ／Ｐ）２２１６は、スクランブルされたデータが入力されると４ビット直列／並列変換を行う。直列／並列変換は、データ伝送時に使用される周波数帯域を１／４に減少させる効果があるが、これは、結果的に、同一周波数帯域内でより多くのデータを伝送させるか、又は同一周波数帯域内でより大きい拡散符号利得を使用することにより、高品質のデータを伝送できるようにするという効果がある。

周波数選択的拡散器２２１７は、直列／並列変換器（Ｓ／Ｐ）２２１６の出力４ビットを並列に入力し、周波数選択的拡散符号で拡散させる。

マルチプレクサ２２１８は、フレーム構成に合わせて、プリアンブル、ヘッダ、及びデータを多重化して出力する。

周波数選択的拡散器２２１７の使用により、所望の周波数帯域を使用するベースバンド伝送が可能になり、出力ビットも１ビットでデジタル直接伝送が可能になった。従って、マルチプレクサ２２１８の出力は、送信フィルタ、デジタル−アナログ変換器、中間周波数変換器など、別途の「アナログ送信処理部」がなくても、送信／受信スイッチ２３０と信号電極２４を介して人体内に伝送される。接地電極２５は、人体通信システム（送受信器）の接地のように基準線の電位を提供する。

つまり、本発明は、周波数選択的拡散符号を使用して選択された周波数帯域をデジタルで直接伝送することにより、送信フィルタ、デジタル−アナログ変換器、中間周波数変換器などのアナログ送信端を使用しない。

次に、人体通信システムにおける受信器について説明する。受信器は、人体通信アナログ処理部２３と、人体通信物理層モデム２２の受信部２２２と、人体通信ＭＡＣ処理部２１のＭＡＣ受信処理器２１２とを含む。

信号電極２４を介して入力された受信信号（デジタル受信信号）は、送信／受信スイッチ２３０と人体内伝送時に付加された雑音を除去するための雑音除去フィルタ２３１を経て、増幅器２３２により所望の大きさの信号に増幅される。その増幅された受信信号は、クロックリカバリ／データリタイミング部（Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ＆ Ｄａｔａ Ｒｅｔｉｍｉｎｇ Ｐａｒｔ； ＣＤＲ）２３３に入力され、受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットが補償される。クロックリカバリ／データリタイミング部（ＣＤＲ）２３３の出力は、人体通信物理層モデム２２の受信部２２２に入力される。

まず、フレーム同期前に、受信部２２２に入力された受信信号がフレーム同期部２２２８に入力されると、フレーム同期部２２２８は、受信信号のプリアンブルを使用してフレーム同期化を行う。

フレーム同期部２２２８によりフレーム同期が取れると、共通制御信号生成部２２２９では、送信部２２１及び受信部２２２が必要とする共通制御信号、すなわちフレーム境界信号、ヘッダ区間信号、データ区間信号、送信区間信号、受信区間信号などを生成する。受信部２２２のデマルチプレクサ２２２０は、共通制御信号生成部２２２９で生成された信号を使用して、受信信号から「ヘッダ部分」と「データ部分」とを分離して出力する。

デマルチプレクサ２２２０の出力のうち「ヘッダ部分」は、逆拡散器（ｄｅｓｐｒｅａｄｅｒ）２２２１とＨＣＳ検査器２２２２を経て、ヘッダ処理器２２２３に入力される。ヘッダ処理器２２２３は、入力されたヘッダ情報から受信信号データの制御情報を抽出し、ＭＡＣ受信処理器２１２に伝送する。

一方、デマルチプレクサ２２２０の出力のうち「データ部分」は、周波数選択的逆拡散器２２２４に入力される。

周波数選択的逆拡散器２２２４は、入力されたデータに対して、送信側で使用された周波数選択的拡散符号（６４個の拡散符号のうち送信部２２１で周波数選択的に使用された１６個の拡散符号）を使用して相関値を計算し、最大値で４ビットのデータビットを出力する。このように出力された４ビットは、並列／直列変換器（Ｐ／Ｓ）２２２５に入力されて直列に変換され、デスクランブラ（ｄｅｓｃｒａｍｂｌｅｒ）２２２６に入力される。

デスクランブラ２２２６は、２つの端末間に既に定義された初期値を使用して生成された直交符号で、入力された受信データをデスクランブルする。そのデスクランブルされた受信データは、データ処理器２２２７に入力されて処理された後、ＭＡＣ受信処理器２１２に伝送される。

一方、人体通信物理層モデム２２の送信部２２１と同様に、人体通信物理層モデム２２の受信部２２２も、主としてデマルチプレクサ２２２０、ヘッダ受信処理部２２２１、２２２２及び２２２３、データ受信処理部２２２４、２２２５、２２２６及び２２２７から構成される。ここで、デマルチプレクサ２２２０は、人体チャネルを介して伝達されたデジタル信号をプリアンブル、ヘッダ、データに分離する機能を実行するものである。また、前記ヘッダ受信処理部は、分離されたヘッダを逆拡散させて元のデータ情報を復元する機能を実行するもので、逆拡散器２２２１、ＨＣＳ検査器２２２２、及びヘッダ処理器２２２３を含む。さらに、前記データ受信処理部は、分離されたデータを使用者が所望する周波数帯域で最も優れた周波数特性を有する拡散符号（周波数選択的拡散符号）で逆拡散させる機能を実行するもので、周波数選択的逆拡散器２２２４、並列／直列変換部（Ｐ／Ｓ）２２２５、デスクランブラ２２２６、及びデータ処理器２２２７を含む。

図２で説明した人体通信システムにおいては、複数の受信機を利用した人体通信システムの概略的な構成を説明するために、１つの受信電極がある場合に人体通信が行われる過程を説明した。ただし、これは、人体通信の一実施形態であって、様々な形態の人体通信が可能であることはもちろんであり、本発明は、このような人体通信において、複数の受信機を利用して誤り率を低減することにその技術的特徴がある。以下、複数の受信電極を利用した人体通信システムの技術的特徴を説明する。ただし、図２などで説明された部分についてはその説明を省略する。

図３は、本発明による複数の受信機を利用した人体通信システムの構成を示す図である。

具体的には、図３は本発明を適用可能な人体通信送受信器の実施形態である。人体通信送受信器は、人体通信ＭＡＣ Ｈ／Ｗ３１、人体通信物理層モデム３２、及び送信信号電極３３０から構成される。人体通信受信装置は、複数の受信信号電極３３３、３３５、３３７、複数の受信信号電極のそれぞれに接続された人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６、受信部３２２から構成される。

本発明において、人体通信受信装置は、人体に装着される２つ以上の受信信号電極３３３、３３５、３３７と、それぞれの受信信号電極に対応する人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６とを含み、これにより受信された複数の受信信号に所定のデータ処理を施して伝送エラーを減らして伝送速度を最適化するＳＩＭＯ技術が適用され、空間ダイバーシチ利得を得ることができる。

以下、複数の受信機を利用した人体通信システムの概略的な構成を説明する。ただし、図２で説明された構成要素部分は簡単に説明する。

人体通信ＭＡＣ Ｈ／Ｗ３１は、ＭＡＣ送信処理器３１１とＭＡＣ受信処理器３１２とからなる。ＭＡＣ送信処理器３１１は、上位層から伝達された送信するデータとデータ情報を処理し、人体通信物理層モデム３２の送信部３２１に伝達する。ＭＡＣ受信処理器３１２は、人体通信物理層モデム３２の受信部３２２から受信したデータとデータ情報を処理して上位層に伝達する。

人体通信物理層モデム３２の送信部３２１は、データ生成器３２１０と周波数選択的拡散変調器３２１１とから構成される。データ生成器３２１０は、ＭＡＣ送信処理器３１１から伝送されるデータを受け取り、所望の時点に出力する。周波数選択的拡散変調器３２１１は、プリアンブル生成器、ヘッダ生成器、ＨＣＳ生成器、スクランブラ、拡散器などから構成されている。周波数選択的拡散変調器３２１１の使用により、所望の周波数帯域を使用するベースバンド伝送が可能になり、出力ビットも１ビットでデジタル直接伝送が可能になった。従って、デジタル−アナログ変換器、中間周波数変換器など、別途のアナログ送信部の処理なく、送信信号電極３３０に入力されて人体内に伝送される。

送信信号電極３３０から送信された信号は、人体チャネルを介して、人体に装着された複数の受信信号電極３３３、３３５、３３７にそれぞれ受信される。複数の受信信号電極３３３、３３５、３３７に受信される信号は同じデータを含む。

複数の受信信号電極３３３、３３５、３３７を利用する場合は、人体に装着される受信信号電極の方向を様々にすることができる。従って、人体内信号の様々な受信方向に対応して適切に配置された受信信号電極を利用して、受信信号の品質を向上させるという効果がある。

複数の受信信号電極３３３、３３５、３３７に受信された受信信号は、それぞれの受信信号電極３３３、３３５、３３７に接続された人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６に伝達される。人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６は図４を参照して説明する。

人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６は、雑音除去フィルタ３３２２、増幅器３３２１、及びＣＤＲ（Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ＆ Ｄａｔａ Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）３３２０を含む。雑音除去フィルタ３３２２は、受信信号電極３３３から受信した信号から人体内伝送時に付加された雑音を除去する。雑音が除去された信号は増幅器３３２１に伝達され、増幅器３３２１は、その雑音が除去された信号を所望の大きさの信号に増幅する。そして、その増幅された信号は、ＣＤＲ３３２０に伝達され、受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットが補償される。人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６は、それぞれのＣＤＲ３３２０の信号を人体通信物理層モデム３２の受信部３２２に伝達する。

複数の人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６から複数のＮ個（以下、Ｎは整数である。）の信号を受信した人体通信物理層モデム３２の受信部３２２は、空間ダイバーシチ取得方法を選択するダイバーシチ選択器３２２３、アナログ信号空間ダイバーシチ取得器３２２２、第１周波数選択的拡散復調器３２２１、第２周波数選択的拡散復調器３２２５、デジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４、及びデータ処理器３２２０とからなる。

ダイバーシチ選択器３２２３は、Ｎ個の人体通信ＡＦＥ３３２、３３４、３３６からＮ個の信号を受信し、前記各信号に対して、アナログ信号処理による空間ダイバーシチを取得するか、又はデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得するかを選択する過程を行う。ここでの選択は予め設定された情報によって行われる。

ダイバーシチ選択器３２２３によりアナログ信号処理による空間ダイバーシチを取得しようとする場合、Ｎ個の信号はアナログ信号空間ダイバーシチ取得器３２２２に伝達される。Ｎ個の信号を受信したアナログ空間ダイバーシチ取得器３２２２は、Ｎ個の信号の電圧値に対するＡＤＣを行い、前記ＡＤＣ出力値の平均をとり、１つの信号にして第１周波数選択的拡散復調器３２２１に伝達する。第１周波数選択的拡散復調器３２２１は、前記伝達された信号を送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調し、データを出力してデータ処理器３２２０に伝達する。

一方、ダイバーシチ選択器３２２３によりデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得しようとする場合は、Ｎ個の信号は第２周波数選択的拡散復調器３２２５に伝達される。第２周波数選択的拡散復調器３２２５は、Ｎ個の信号のそれぞれを送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する。このように復調されたＮ個の信号はデジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４に伝達され、デジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４は、その復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、複数存在する値を前記位置ビットの値として選択する再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行い、１つの信号を出力する。このように出力された信号はデータ処理器３２２０に伝達される。データ処理器３２２０は、第１周波数選択的拡散復調器３２２１又はデジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４から伝達された信号を、データ処理過程を経てＭＡＣ受信処理器３１２に伝達する。

人体通信物理層モデム３２の受信部３２２の第１周波数選択的拡散復調器３２２１又は第２周波数選択的拡散復調器３２２５は、プリアンブルを使用したフレーム同期化、逆拡散、デスクランブル、ＨＣＳ検査などの過程を行って周波数選択的拡散変調信号を復調し、ＭＡＣ受信処理器３１２に伝送する。具体的な構成についての説明は図２で説明したので省略する。

デジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４における空間ダイバーシチ取得のための再推定信号処理過程については、図５を参照して説明する。

図５は、本発明によるデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得するための再推定過程を示す図である。

デジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４における空間ダイバーシチ取得のための再推定信号処理過程は次の通りである。受信データはＮ（Ｎ＝３、４、５、…）個と仮定し、前記受信データをそれぞれ受信データ１、受信データ２、受信データ３、…、受信データＮと名称する。前記各受信データは、１と０の２進数値で構成されたデータフレームである。図５は、各受信データフレームの同一位置ビットに対して空間ダイバーシチを取得する過程の一例をフローチャートで示す。ここで、同一位置ビットとは、１つの受信データフレームで同一のデータビットを伝送した位置であり、図５において各ｉ（ｉ＝１、２、３、…、Ｍ）番目のビットを意味する。各受信データはＭ個のビットで構成されていると仮定する。

まず、Ｎ個の受信信号の各ｉ番目のビットが入力される（Ｓ５００）。次に、受信データの数Ｎが偶数か奇数かを判断する（Ｓ５１０）。前記判断の結果、前記受信データの数Ｎが偶数の場合、Ｎ個の受信データの同一位置ビットｉ（又は、「各ｉ番目の入力ビット」という。）を比較し（Ｓ５２０）、同一の値がＮ個である場合は、その値を同一位置ビットｉの値として推定し、データフレームで対応ビットを前記推定値にしてデータ処理器３２２０に入力する（Ｓ５２１）。同一の値がＮ個でない場合は、Ｎ個の受信データの同一位置ビットｉを比較し、同一の値がＮ−１個であると（Ｓ５３０）、その値を同一位置ビットｉの値として推定し、データフレームで対応ビットを前記推定値にしてデータ処理器３２２０に入力する。

前記再推定過程は同一の値がＮ／２＋１個であると判断されるまで行う（Ｓ５４０）。Ｎ個の受信データビットのうちＮ／２＋１個の同一位置ビットが同一の値を有しないと、Ｎ個の受信データビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散されたビット値を選択し、データ処理器３２２０に入力する。

前記再推定過程はＭ個のビットに対して行う。すなわち、図５においてｉがＭ番目のビットとなるまで繰り返して、データフレームを構成する全てのビットに対する推定値を計算し、データ処理器３２２０に入力する。ただし、デジタル信号空間ダイバーシチ取得器３２２４から出力されるビット値は、位置ビットに対して推定されたそれぞれの値を順次データ処理器３２２０に伝達することはもちろん、フレームのＭ個の位置ビットに対する値を推定して全てをデータ処理器３２２０に伝達することができる。

前記判断の結果、前記受信データの数Ｎが奇数の場合、上記と同様の方法で、Ｎ個の受信信号の各ｉ番目のビットを比較し（Ｓ５５０）、Ｎ個のビットが２進数の１又は０で同一であるか否かを判断し、Ｎ個全部が同一であると、その値をｉ番目のビット値として推定する（Ｓ５５１）。

このような方法（Ｓ５６０、Ｓ５６１）で、ｉ番目のビット値が（Ｎ＋１）／２個の受信信号で同一である場合、その値をｉ番目のビット値として推定する（Ｓ５７１）。

ｉ番目のビット値がＮ個の受信信号のうち（Ｎ＋１）／２個以上の受信信号で同一でない場合は、Ｎ個の受信データビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散されたビット値を選択し、ｉ番目のビット値として出力する（Ｓ５８０）。

本発明は、前述した実施形態及び添付された図面により限定されるものではなく、本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な置換、変形、及び変更が可能であることは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。

Claims (12)

1. 人体の複数の地点に装着され、人体を媒質として伝達される信号を受信するＮ個（Ｎは正の整数）の複数の受信信号電極と、
   前記複数の受信信号電極にそれぞれ接続されて、前記受信信号の雑音を除去し、前記信号を増幅した後、前記受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットを補償することにより、それぞれの信号を伝達するＮ個の複数の人体通信ＡＦＥと、
   前記複数の人体通信ＡＦＥから伝達されたＮ個の信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する周波数選択的復調器と、
   前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力し、前記再推定過程を行うことが不可能な場合、最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により復調された信号を出力するデジタル信号空間ダイバーシチ取得器と、
   前記出力された１つの信号をデータ処理過程を経て上位層に伝達するデータ処理器と
   を含むことを特徴とする複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
2. 前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが偶数か奇数かを判断することを特徴とする請求項１に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
3. 前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが偶数の場合、特定の位置ビットに対してＮ／２＋１個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とする請求項２に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
4. 前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記Ｎ個の信号の特定の位置ビットの値を比較し、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号が同一のビット値を有さない場合、前記Ｎ個の信号のデータビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散された値を、前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とする請求項３に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
5. 前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器は、前記復調された信号の数Ｎが奇数の場合、特定の位置ビットに対して（Ｎ＋１）／２個以上の前記復調された信号のビット値が同一であると、前記（Ｎ＋１）／２個以上の前記復調された信号の前記ビット値を前記特定の位置ビットの値として選択することを特徴とする請求項２に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
6. 前記複数の受信電極は、人体内の受信信号が様々な方向から受信されるように、様々な方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
7. 人体の複数の地点に装着されて人体を媒質として伝達される信号を受信するＮ個（Ｎは正の整数）の複数の受信信号電極からＮ個の信号を受信し、予め設定された情報に応じて空間ダイバーシチの方法を選択するダイバーシチ選択器と、
   前記受信したＮ個の信号の電圧値のＡＤＣ出力値の平均をとり、１つの信号を出力するアナログ信号空間ダイバーシチ取得器と、
   前記出力された１つの信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第１周波数選択的復調器と、
   前記ダイバーシチ選択器から受信したＮ個の信号を、送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第２周波数選択的拡散復調器と、
   前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力するデジタル信号空間ダイバーシチ取得器と、
   前記第１周波数選択的復調器で復調された信号を受信するか、又は前記デジタル信号空間ダイバーシチ取得器から出力された１つの信号を受信し、データ処理過程を経て上位層に処理された前記信号を伝達するデータ処理器と
   を含むことを特徴とする複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
8. 前記ダイバーシチ選択器は、予め設定された情報に応じてアナログ信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号を前記アナログ信号空間ダイバーシチ取得器に伝達し、且つ、予め設定された情報に応じてデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号を前記第２周波数選択的拡散復調器に伝達することを特徴とする請求項７に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
9. 前記Ｎ個の受信信号電極から受信したＮ個の各信号の雑音を除去し、前記信号を所望の大きさの信号に増幅した後、前記受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットを補償することにより、前記増幅された信号を前記ダイバーシチ選択器に伝達するＮ個の複数の人体通信ＡＦＥをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムの受信装置。
10. 人体の複数の地点に装着されたＮ個（Ｎは正の整数）の受信信号電極から人体を媒質として伝達されたＮ個の信号を受信して伝達する第１段階と、
    前記伝達されたＮ個の受信信号のそれぞれに対して雑音を除去し、前記信号を増幅する第２段階と、
    前記増幅されたＮ個の受信信号と受信端クロックとのタイミング同期及び周波数オフセットを補償することにより、それぞれの信号を伝達する第３段階と、
    前記伝達されたＮ個の信号を、周波数選択的復調器の送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第４段階と、
    前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較することにより、複数存在し且つ同一の位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択して、前記位置ビットのビット値に対して再推定過程を行い、前記特定の位置ビットの値を選択できない場合、前記Ｎ個の信号のデータビットのうち最も高い周波数成分を有するウォルシュ符号により拡散及び逆拡散された値を、前記特定の位置ビットの値として選択する第５段階と、
    前記Ｎ個の信号のフレームの全ての位置ビットに対して前記再推定過程を行うことにより、１つの信号を出力する第６段階と、
    前記出力された信号をデータ処理過程を経て上位層に伝達する第７段階と
    を含むことを特徴とする複数の受信機を利用した人体通信システムのデータ受信方法。
11. 前記第５段階は、
    前記Ｎ個の信号に数が偶数か奇数かを判断する段階と、
    前記判断の結果、前記Ｎ個の復調された信号の数が偶数の場合、特定の位置ビットに対してＮ／２＋１個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記Ｎ／２＋１個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択する段階と、
    前記判断の結果、前記Ｎ個の復調された信号の数が奇数の場合、特定の位置ビットに対して（Ｎ＋１）／２個以上の復調された信号のビット値が同一であると、前記（Ｎ＋１）／２個以上の復調された信号のビット値を前記特定の位置ビットの値として選択する段階と
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の複数の受信機を利用した人体通信システムのデータ受信方法。
12. Ｎ個（Ｎは正の整数）の複数の受信信号電極からＮ個の信号を受信し、予め設定された情報に応じて空間ダイバーシチの方法を選択する第１段階と、
    前記予め設定された情報に応じてアナログ信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号の電圧値のＡＤＣ出力値の平均をとり、１つの信号を出力して復調する第２段階と、
    前記予め設定された情報に応じてデジタル信号処理による空間ダイバーシチを取得する場合は、前記受信したＮ個の信号を、周波数選択的復調器の送信側で使用された周波数選択的拡散符号を利用して復調する第３段階と、
    前記復調されたＮ個の信号のフレームで同一位置ビットを比較し、且つ複数存在する前記位置ビットのビット値を位置ビットの値として選択することを含む再推定過程を、前記フレームの全ての位置ビットに対して繰り返し行うことにより、１つの信号を出力する第４段階と、
    前記第２段階により復調された１つの信号、又は前記第４段階により出力された１つの信号を受信し、データ処理過程を経て処理された前記信号を上位層に伝達する第５段階と
    を含むことを特徴とする複数の受信機を利用した人体通信システムのデータ受信方法。

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