基于路徑損耗模型的人體通信信道研究

余曉杰

【摘要】 建立基于路徑損耗模型的人體通信信道，研究人體通信信道的衰落因素，探究頻率對信道路徑損耗的影響和不同收發機位置下路徑損耗的變化。本文采用時域有限差分方法將麥克斯韋方程轉化為差分方程，求解人體模型的空間電磁場，在此基礎上進行體內信道建模并分析影響因素。

【關鍵詞】 無線體域網 路徑損耗 信道模型 MATLAB

Research on Human Body Channel Based on Path Loss Model

Yu Xiaojie （Nangjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing China 210003）

Abstract： The establishment of the human communication channel path loss model based on human factors， fading channel， explore the effect of frequency on the channel path loss and path loss under different transceiver position changes. In this paper， the finite difference time domain method is used to transform the Maxwell equations into difference equations， and to solve the electromagnetic field of the human body model.

Key words： Wireless Body Area Network； Path Loss； Channel Model；MATLB

引言

Zimmerman提出的人類通信相比，與射頻無線通信[ 2 ]，人類的通信在人體傳感器網絡中的應用有很大的優勢，首先，它是以“人”為中心，建立了一個網絡和通信范圍有限的每個人，使每個網絡屬于每個人，網絡安全和通信的穩定性，以及低功耗使得系統可以在較長的時間內工作。

在本文中，WBAN信道特性進行了研究，并影響體內和體外的通道的主要因素進行了分析。本文分析了人體信道的路徑損耗模型的傳輸特性，并進行了不同頻率下的路徑損耗模型的仿真分析。

一、信道模型統計特性

基在無線通信系統中，尤其是在WBAN信道的，且與位置和位置有關，而下降的速度取決于人體的速度。對數正態分布的概率密度函數和累積分布函數的分布是：

通過對數正態分布的分析，為下一章WBAN信道統計建模提供理論依據。

二、多人體信道模型

電磁波在人體內的傳播特性是非常復雜的。電磁波被人體吸收，這是由于有損的介電特性和人體的異質性，這使得傳輸信號大大衰減。由于人體和頻率的介電性能，在不同的工作頻段，如UWB，MICS和HBC，其信道特性是不一樣的。因此，人體區域的信道建模，需要對不同的信道類型和不同的頻率條件，將電磁波在人體區域內的不同的通信特性考慮進去。

不同于傳統的無線通信，WBAN信道路徑損耗是由接收天線的距離和通信頻率的確定。從對人體本身，分析4.1部分的形狀、結構和周圍環境和傳播環境的運動也會影響WBAN信道。一般來說，信道的路徑損耗會隨著距離的增加，增加的頻率；其次，由于人體的運動，導致在無線體域網的拓撲不規則變化，人體和周圍環境也會發生變化，所以在通信距離和頻率的確定，路徑損耗由瞬時值與平均路徑損耗值的波動，這種現象可以被稱為陰影衰落，并在人體靜態和運動必須考慮其影響。路徑損耗模型是用來定義的功率衰減的相對值，根據經驗類型的冪函數衰減規律，以適應，如下：

三、仿真結果

本節對路徑損耗模型在不同頻率，不同接收機位置，不同發射機位置進行仿真，路徑算好公式采用包含陰影衰落的3-1，主要針對B信道，即體內到體表信道進行仿真，仿真分為四類：4GHz（暫時忽略高頻率對人體傷害）下B信道接收機位置為Rx1，B信道接收機位置為Rx2，400MHz下B信道發射機位置在人體深層組織，B信道發射機位置在人體淺層組織。

MATLAB下仿真，并得出不同情況下的路徑損耗圖如下：

四、結論

本文通過MATLAB對人體信道的體內到體表部分信道進行仿真，驗證了UWB頻段和MICS頻段的信道特性，結果表明：

在MICS頻段下，體內到體表信道，由于人體組織的不同幾乎不會影響路徑損耗，在UWB頻段下路徑損耗要比MICS頻段下大，并且，只有UWB頻率情況下人體組織對路徑損耗也會產生一定的影響，因此選擇合適的頻率和合適的接收機位置會大大提高人體通信的效率。

參 考 文 獻

[1] 謝俐，電力線載波數字通信技術研究與實踐[D]，重慶，重慶大學，2009.4.

[2]席亞明，基于OFDM的電力線通信系統的標準研究及性能分析對比[D]，重慶，重慶大學，2012.4.

[3]呂英杰，國內低壓電力線載波通信應用現狀分析[J]，電網與清潔能源，2010年，第4期：P33-36.

[4]詹志飛，中高壓電力線載波通信的相關研究[D]，上海，復旦大學，2012.6