6]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0017] 以下结合具体实施例讲述本发明的技术方案。
[0018] 如图1-2所示，本发明的一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法， 该方法：首先构造人体或人体组织部位的电场模型：根据人体外观特征及内部组织间的分 层规律，建立全身人体或局部人体的几何特征模型，该人体几何特征模型可以是抽象的几 何模型，如圆柱体、椭球体或长方体等，也可以是真实人体的几何模型。对人体几何特征模 型中各组织设置相应的电磁参数，包括电导率、相对介电常数、磁导率等。人体内电磁场满 足Maxwell方程组：
式中麵讓沒^为磁场强度；調__靡为自由电流密度；難煙^#::为电位移矢量； 顆沒爾为电场强度；为磁感应强度；遍_?^为电荷密度。
[0019] 其次，穿戴式设备的通信部分包含发送模块与接收模块，其中发送模块由信号源、 输入阻抗组成，接收模块由接收器、输出阻抗组成，如图1的模块1与模块5所示。并且在 此基础上考虑电极间寄生容性阻抗、外界环境的影响，将穿戴式设备的通信部分、电极间的 寄生容性阻抗，以及外界环境的耦合容性阻抗等也等效成电路模型。
[0020] 再者，通过场路接口单元，将电场模型与电路模型相结合。场路结合的穿戴式设备 电流型人体信道建模方法，采用电流耦合信号传输方式，其场路接口单元的等效模块如图1 的模块2所示，通过场路接口单元将电场模型与电路模型相结合构成场路结合的穿戴式设 备电流型人体信道模型。
[0021] 最后，以Maxwell方程或者相应的简化形式作为场路模型的控制方程。例如在电 流耦合型人体通信模式下，Maxwell方程可简化为拉普拉斯方程 ，其中，％表示电导率，ω表示角频率，七代表真空介电常数，今代表相对介电常数，_为标 量电位。并以建立的全身人体或局部人体的几何特征模型作为人体信道模型的边界条件， 以各组织相应的电磁特性作为人体信道模型的本构关系；采用电磁场的解析法、半解析法 或数值求解方法，获得电信号由发送端传输至接收端的传输方程，计算出路径损耗、相位偏 移，估计信道容量、传输速率、误码率，获得场路结合的穿戴式设备电流型人体信道模型。本 申请中的电流型场路接口单元包括接触电阻、极化电压、接触电容，所述接触电阻与极化电 压串联连接后与所述接触电容并联连接 场路结合的穿戴式设备电流型人体信道模型如图2所示，1和5分别表示穿戴式设备Α的通信部分和穿戴式设备Β的通信部分；2表示电流型场路接口单元；7表示寄生容性阻 抗；4表示外界环境的耦合容性阻抗；6表示人体电场模型。为论证场路模型的必要性，此 处以人体手臂为例，采用图2所示的场路结合建模方法，构建人体手臂信道场路模型。将电 场模型（EF)的结果与场路模型（C-EF)的信道估计结果和人体实验（in-vivo)结果进行对 比。如图3所示，实验结果表明，基于场路模型的信道估计能较好的符合实际情况，场路模 型的信号增益结果与人体实验数据具有较好地一致性。说明采用场路结合建模方法进行人 体信道估计，更接近真实人体信道特性，论证了场路模型的必要性。
[0022] 以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法，其特征在于：包括如下步 骤， 步骤S1 :根据人体外观特征及内部组织间的分层规律，建立全身人体或局部人体的几 何特征模型，而后对全身人体或局部人体的几何特征模型各组织设置相应的电磁参数，包 括电导率、相对介电常数、磁导率； 步骤S2:穿戴式设备的通信部分包含发送模块与接收模块，其中发送模块由信号源、 输入阻抗组成，接收模块由接收器、输出阻抗组成，并且在此基础上考虑电极间寄生容性阻 抗、外界环境的耦合容性阻抗影响，将穿戴式设备的通信部分、电极间的寄生容性阻抗、外 界环境的耦合容性阻抗等效成电路模型； 步骤S3 :采用电流耦合信号传输方式，通过等效的电流型场路接口单元将步骤S1建立 的人体电场模型与步骤S2建立的电路模型相结合构成场路结合的穿戴式设备电流型人体 信道模型； 步骤S4 :以Maxwell方程或者相应的简化形式作为步骤S3建立的场路结合的穿戴式 设备电流型人体信道模型的控制方程；并以步骤S1建立的全身人体或局部人体的几何特 征模型作为人体信道模型的边界条件，以各组织相应的电磁特性作为人体信道模型的本构 关系；采用电磁场的解析法、半解析法或数值求解方法，获得电信号由发送端传输至接收端 的传输方程，计算出路径损耗、相位偏移、估计信道容量、传输速率、误码率，进而获得场路 结合的穿戴式设备电流型人体信道模型。2. 根据权利要求1所述的一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法，其特 征在于：所述全身人体或局部人体的几何特征模型包括圆柱体、椭球体、长方体或真实人体 的几何模型。3. 根据权利要求1所述的一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法，其特 征在于：在步骤S3中，所述的电流型场路接口单元包括接触电阻、极化电压、接触电容，所 述接触电阻与极化电压串联连接后与所述接触电容并联连接。4. 根据权利要求1所述的一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法，其特 征在于：在步骤S4中，所述Maxwell方程：式中：：为磁场强度为自由电流密度；丨::为电位移矢量；为电场强度：为磁感应强度；为电荷密度。5. 根据权利要求1所述的一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方 法，其特征在于：在步骤S4中，所述Maxwel 1方程的相应简化形式为Laplace方程：，其中，:?Γ表示电导率，ω表示角频率，冷代表真空介电常数，g代 表相对介电常数，疋:为标量电位。
【专利摘要】本发明涉及一种场路结合的穿戴式设备电流型人体信道建模方法，采用电流耦合信号传输方式，先建立人体通信的电场模型，在此基础上，将穿戴式设备的通信部分、电极间的寄生容性阻抗、实际测量中外部环境的耦合容性阻抗等等效成外部电路模型，加入到电场模型中得到场路结合的模型。本发明改善了现有的信道建模方法忽略各电极间的寄生容性阻抗、外界环境耦合容性阻抗以及穿戴式设备电路等的不足，完善了建模的完整性，采用场路结合的穿戴式设备电流型人体信道方法进行人体信道估计，能全面反映实测环境的真实情况，与真实人体的信道特性吻合度更高。
【IPC分类】G06F17/50, G06T17/20
【公开号】CN105335564
【申请号】CN201510735461
【发明人】高跃明, 杜民, 韦孟宇, 叶燕婷, 吴珠梅
【申请人】福州大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月3日