专利名称：使用人体的通信设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种通信设备，更具体地，涉及一种使用人体作为通信信道 的通信设备。
背景技术：
许多人一直随身携带PDA、蜂窝电话、便携式医疗设备等。为了在这些 设备之间传送数据，使用了利用线缆的有线传送方法和利用无线电波的无线 传送方法。
有线传送方法确保传送数据，并具有高传送速率，但是它的缺点在于用 户必须一直随他/她携带诸如线缆的有线设备。无线传送方法可以容易地传送 数据，但是它需要附加的电路来进行无线传送，并因此难以减少通信设备的 成本。
为了解决上述问题，最近已经提出了使用人体作为传送介质的人体通 信。也就是说，通过与人体连接的电极将利用通信设备的发射机输出的信号 施加到人体，并且该信号通过人体传送。另一通信设备的接收机通过与人体 连接的另一电极来接收该信号。这个人体通信便于使用，因为它不需要诸如 线缆之类的有线设备，并具有它不需要附加电路用于无线传送的优点。
用于构建人体通信的通信设备的电极基于它们的功能而被划分为信号 电极和地电极。信号电极连接到通信设备的发射机的输出信号线或者通信设 备的接收机的输入信号线，以便传送信号到人体或者从人体接收信号。地电 极连接到通信设备的接地部分，并根据信号电极和地电极的排列方向以及地 电极是否与人体接触来影响通过人体的信号传送的特性
发明内容
技术问题
本发明提供了 一种用于根据信号电极和地电极的排列方向以及传送/接 收距离来最小化信号损耗、以便实现有效的人体通信的通信方法和设备。
4技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种使用人体的通信设备，包括电极单 元，包括至少一个电极对，所述电极对包括信号电极和地电极，所述电极对 被排列在至少一个方向；电极选择开关，选择所述至少一对电极对中的一对； 发射机，通过所选择的电极对将数据信号输出到人体；以及开关控制器，控 制电极选择开关，来通过电极对将测试信号传送到与人体连接的其它通信设 备，以选择具有最小信号损耗的电极对。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用人体的通信方法，包括通过 各自包括信号电极和地电极的电极对，将测试信号传送到与人体连接的其它 通信设备，所述电极对被排列在至少一个方向；从所述其它通信设备接收与 具有测试信号的最小信号损耗的电极对有关的信息；基于从所述其它通信设 备接收的信息来选择电极对；以及通过所选择的电极对将数据信号输出到人 体。
技术效果
根据本发明，根据信号传送方向来适当地控制信号电极和地电极的排列 方向。此外，根据传送/接收距离来控制是否地电极变成与人体接触，以便进 行有效的人体通信。
图1图示了根据信号电极和地电极的排列方向来测量信号损耗的变化的 测量环境；
图2是图示在图1图示的测量环境中测量的信号损耗变化的图； 图3图示了用于根据是否地电极变成与人体接触来测量信号损耗中的变 化的测量环境；
图4是图示在图3图示的测量环境中测量的信号损耗变化的图5图示了根据本发明实施例的人体通信的通信i殳备的配置；
图6图示了根据本发明实施例的信号电极和地电极的排列的示例；以及
图7是#>据本发明实施例的使用人体的通信方法的流程图。
最佳模式
根据本发明的一方面，提供了一种使用人体的通信设备，包括电极单元，包括至少一个电4及对，所述电极对包括信号电极和地电极，所述电极对
被排列在至少一个方向；电极选择开关，选择所述至少一对电极对中的一对； 发射机，通过所选择的电极对将数据信号输出到人体；以及开关控制器，控 制电极选择开关，来通过电极对将测试信号传送到与人体连接的其它通信设 备，以选择具有最小信号损耗的电极对。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用人体的通信方法，包括通过 各自包括信号电极和地电极的电极对，将测试信号传送到与人体连接的其它 通信设备，所述电极对被排列在至少一个方向；从所述其它通信设备接收与 具有测试信号的最小信号损耗的电极对有关的信息；基于从所述其它通信设 备接收的信息来选择电极对；以及通过所选择的电极对将数据信号输出到人 体。
具体实施例方式
现在，将参考其中示出了本发明的示范实施例的附图来更完全地描述本 发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并不应该被理解为限于这 里陈述的实施例；而是，提供这些实施例，使得这个公开将是彻底和完整的， 并将完全地向本领域的技术人员传达本发明的构思。贯穿图中，相同的附图 标记指的是相同的元件。
图1图示了根据信号电极和地电极的排列方向来测量信号损耗的变化的 测量环境，而图2是图示在图1图示的测量环境中测量的信号损耗变化的图。 参考图1，使用腕带将被配置为晶体振荡器的信号发射机100固定到人体的 右手腕上，将传送信号施加到人体，并且使用频谱分析仪120在右指尖处(即， 信号接收点110)测量传送通过人体的信号的损耗量。具体地，对于情况130 和情况140测量信号损耗，在情况130中信号电极和地电极与信号传送方向 平行地排列，而在情况140中信号电极和地电极与信号传送方向垂直地排列。
参考图2,可以确定，在信号电极和地电极与信号传送方向平行地排列 时的信号损耗小于在信号电极和地电极与信号传送方向垂直地排列时的信 号损耗。也就是说，通过在信号传送方向排列信号电极和地电极，可以使信 号损耗最小化、并可以有效地操作通信设备。
图3图示了用于根据是否地电极变成与人体接触来测量信号损耗中的变 化的测量环境，而图4是图示在图3图示的测量环境中测量的信号损耗变化 的图。参考图3，使用腕带将各自被配置为晶体振荡器的信号发射机300和310分别固定到人体的右手腕(传送/接收距离=大约15 cm)和左手腕(传 送/接收距离=大约150 cm)上，并然后将信号施加到人体。然后，使用频 谱分析仪330在右指尖320处测量传送通过人体的信号的损耗量。这里，对 于地电极变成与人体接触的情况和地电极没有与人体接触的情况，来测量信 号损耗。
参考图4，将确定，当地电极变成与人体接触时，信号损耗降低。然而， 随着地电极变成与人体接触，当发射机附着到右手腕时，信号损耗降低大约 25dB,但是，当发射机附着到左手腕时，信号损耗P争低大约10 dB。也就是 说，随着传送/接收距离增加，减少了当地电极变成与人体接触时发生的信号 损耗降低。
在图4图示的区域A中，情况1和情况2具有几乎相同的信号损耗。相 应地，如果构建用于人体通信的接收机使得在传送/接收距离长并且地电极变 成与人体接触时，接收机可以克服信号损耗并恢复传送信号，则即使在地电 极没有与人体接触而传送/接收距离短时，也可以实现信号恢复。当发射机的 地电极没有接触人体时，信号电极和地电极之间的电流流动显著地减少。例 如，当电极变成与人体接触时，在5MHz带宽、3V的条件下，在信号电极 和地电极之间流动大约16 mA;而当电极没有与人体接触时，在相同的条件 下，在信号电极和地电极之间流动大约0.2 mA。因此，如上所述，当传送/ 接收距离短时，通过防止地电极变成与人体接触，可以减少在发射机中消耗 的功率、并可以有效地操作通信设备。
图5图示了根据本发明实施例的人体通信的通信设备的配置。参考图5， 第一通信设备500和第二通信设备502被附着到人体，以便通过人体传送和 接收数据。第一通信设备500和第二通信设备502包括用于传送和接收信号 的发射机510和接收机515、用于处理基带信号的基带信号处理器520、用 于测量信号损耗的信号损耗测量单元525、多对信号电极530和地电极535、 用于选择传送/接收信号的开关550、用于选择信号电极和地电极对的电极选 择开关540和545、以及用于控制开关的开关控制器555。
发射机510和接收机515可以使用用于人体通信的传统发射机和接收机 来实现，并因此省略了发射机510和接收机515的详细描述。
用于人体通信系统的第一通信设备500和第二通信设备502可被附着到 人体的任意点上，并因此传送/接收距离可根据人体通信的应用而变化。大多数通信设备被定位在任意方向，使得在许多情况中没有与信号传送方向平行 地排列通信设备的信号电极和地电极。对于最有效的信号传送，必须适当地 控制信号电极和地电极的排列方向、和响应于传送/接收距离而适当地控制是 否地电极变成与人体接触。
现在，将说明附着到人体的第一通信设备500和笫二通信设备502的操 作，所述操作用于在通itA体传送和接收数据之前选择电极排列以确保有效 的信号传送。这里，第一通信设备500和第二通信设备502具有相同的配置， 并因此用相同的附图标记来表示所述通信设备的组件。
第一通信设备500的开关控制器555控制电极选择开关540和545,以 选择信号电极530和地电极535对。开关550选择第一通信设备500的发射 机510，并且发射机510传送具有任意波形的测试信号以测量通过人体的信 号损耗。
在第二通信设备502从第一通信设备500接收测试信号时，开关550选 择信号损耗测量单元525并且它测量所接收的测试信号的损耗，而第二通信 设备502的基带信号处理器520存储所测量的信号损耗。
通过这个操作，测量所有电极对的信号损耗，并进行存储。第二通信设 备502比较所存储的信号损耗测量值，并向第一通信设备500传送与具有最 小信号损耗的电极对对应的数值。具有最小信号损耗的电极对是与信号传送 方向平行地排列的电极。通过使信号损耗最小，使用这个电极对使能有效的 信号传送。
在选择电极对之后，确定地电极是否变成与人体接触。具体地，第一通 信设备500的开关控制器555控制电极选择开关545从第一通信设备500的 接地部分560断开地电极535,从而实现了据此地电极535不与人体接触的 效果。第一通信设备500的发射机510传送具有任意波形的测试信号，以便 测量在地电极535不与人体接触时通过人体的信号损耗。
第二通信设备502的信号损耗测量单元525测量通过人体接收的测试信 号的损耗。第二通信设备502的接收机515将第二通信设备502的信号损耗 测量单元525所测量的信号损耗与用于恢复传送信号所需要的最大信号损耗 进行比较。所述最大信号损耗与通信设备的灵敏度成比例，并且根据通信设 备的接收机515的性能来确定。
当所测量的信号损耗大于最大信号损耗时，第二通信设备502向第一通信设备500传送一特定信号，该特定信号指明所测量的信号损耗大于最大信 号损耗。第一通信设备500的开关控制器555在接收所述特定信号时，控制 电极选择开关545将地电极535连接到接地部分560。
当所测量的信号损耗小于最大信号损耗时，第二通信设备502向第一通 信设备500传送用于指明所测量的信号损耗小于最大信号损耗的特定信号。 然后，第一通信i殳备500的开关控制器555在接收用于指明所测量的信号损 耗小于最大信号损耗的特定信号时，控制电极选择开关545以维持地电极 535 /人接地部分560断开。
当地电极535没有与人体接触时，仅仅有非常小的电流在信号电极530 和地电极535之间流动，从而可以减少通信设备的功率消耗，这导致了有效 的信号传送。
图6图示了根据本发明实施例的信号电极和地电极的排列的示例。参考 图6，信号传送方向随着通信设备放置的方向而变化。这样，多个信号电极 和地电极成对地放射状排列。然而，电极的排列方向可以根据人体通信被应 用到的应用场所而适当地变化。此外，根据电极被附着在通信设备中的区域 来适当地控制电极的大小和数量。
图7是根据本发明实施例的使用人体的通信方法的流程图。参考图7, 当在步骤S700请求在附着到人体的第一通信设备和第二通信设备之间的数 据通信时，意^:传送数据的第一通信设备通过电极对来传送测试信号到第二 通信设备，所述电极对各自包括信号电极和地电极、并且排列在各种方向， 从而在步骤S705中针对所有电极对测量信号损耗。然后，第一通信设备在 步骤S710中选择具有最小信号损耗的电极对。
随后，第一通信设备在步骤S715中将地电极与人体分开(在图5的情 况中，将地电极与接地部分分开)，并然后传送测试信号到第二通信设备， 以便在步骤S720中测量信号损耗。当在步骤S725中所测量的信号损耗大于 信号恢复所需要的最大信号损耗时，在步骤S735中地电极变成与人体接触。 当在步骤S725中所测量的信号损耗小于最大信号损耗时，在步骤S730中维 持地电极与人体分离的当前状态。
当通过前述的处理确定了信号电极和地电极的排列方向、以及地电极是 否变成与人体接触时，在步骤S740中执行第一通信设备和第二通信设备之 间的数据通信。根据本发明，根据信号传送方向来适当地控制信号电极和地电极的排列 方向。此外，为了进行有效的人体通信，根据传送/接收距离来控制地电极是 否变成与人体接触。
尽管已经参考本发明的示范实施例而具体示出并描述了本发明，但是本 领域的普通技术人员将理解，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。
工业适用性
本发明提供了 一种通信方法和设备，用于根据信号电极和地电极的排列 方向以及传送/接收距离来使信号损耗最小化，以便实现有效的人体通信。
权利要求
1. 一种使用人体的通信设备，包括电极单元，包括多个电极对，该电极对包括信号电极和地电极，所述电极对被排列在至少一个方向；电极选择开关，选择电极对中的一对；发射机，通过所选择的电极对将数据信号输出到人体；以及开关控制器，控制电极选择开关来选择具有最小信号损耗的电极对，所述最小信号损耗是通过经由电极对中的每一对将测试信号传送到与人体连接的其它通信设备来测量的。
2. 根据权利要求1的通信设备，其中所述电极对被放射状地排列。
3. 根据权利要求1的通信设备，其中所述电极选择开关选择是否将地 电极连接到接地部分，并且所述开关控制器当在地电极从接地部分断开的同 时通过传送测试信号到其它通信设备而测量的信号损耗大于信号恢复所需 要的最大信号损耗时，控制所述电极选择开关以将地电极连接到接地部分。
4. 根据权利要求1的通信设备，还包括信号损耗测量单元，测量通过与其它通信设备分离地排列在各个位置中 的电极对而传送的测试信号的信号损耗；以及基带信号处理器，从所测量的信号损耗中检测具有最小信号损耗的电极 对，并向另一通信设备传送关于所检测的电极对的信息。
5. —种使用人体的通信方法，包括通过各自包括信号电极和地电极的电极对，将测试信号传送到与人体连 接的其它通信设备，所述电极对被排列在至少一个方向；从所述其它通信设备接收与具有测试信号的最小信号损耗的电极对有 关的信息；基于从所述其它通信设备接收的信息来选择电极对；以及 通过所选择的电极对将数据信号输出到人体。
6. 根据权利要求5的通信方法，其中所述所述电极对浮皮放射状地排列。
7. 根据权利要求5的通信方法，还包括 从通信设备的接地部分断开地电极； 将测试信号传送到其它通信设备；从所述其它通信设备接收通过比较测试信号的信号损耗和信号恢复所需要的最大信号损耗而获得的结果；以及基于所接收的结果来确定是否将地电极连接到接地部分。
8.根据权利要求7的通信方法，其中所述确定是否将地电极连接到接地部分的步骤包括当测试信号的信号损耗大于所述最大信号损耗时，将地电极连接到接地部分；以及当测试信号的信号损耗小于所述最大信号损耗时，维持地电极从接地部 分断开。
全文摘要
提供了一种使用人体的通信设备和方法。所述通信设备根据信号传送方向来确定信号电极和地电极的排列方向，并根据传送/接收距离来确定地电极是否与人体接触，并然后执行与连接到人体的其它通信设备的数据通信，从而进行有效的人体通信。
文档编号A61B5/00GK101472519SQ200780023019
公开日2009年7月1日 申请日期2007年5月29日 优先权日2006年6月20日
发明者姜盛元, 成真凤, 朴德根, 邢昌熙, 金真庆, 黄正焕 申请人:韩国电子通信研究院