一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法。首先，构造人体或人体组织部位的分层几何模型；其次，按电流密度在人体或人体组织部位中的分布情况将人体或人体组织部位阻抗分割为每层组织中轴向传输阻抗、环向传输阻抗及不同组织层间的径向传输阻抗；然后，将每层组织的轴向传输等效为平行传输线，并建立多层传输线电路模型，获得多层传输线的数学模型；最后，计算每层组织的轴向分布阻抗、环向分布阻抗及层间径向分布阻抗，求解多层传输线数学方程，获得多层传输线的电压、电流表达式，从而获得人体或人体组织部位的信道特性。本发明专利技术充分考虑了多层人体组织对信号传输特性的影响，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。

A method of human body channel modeling for wearable devices based on multilayer transmission line model

The invention relates to a human body channel modeling method of a wearable device based on a multilayer transmission line model. First, the hierarchical geometric model to construct the human body or tissue; secondly, according to the distribution of the current density in the human body or tissue in the human body or tissue impedance segmentation for each tissue axial and circumferential radial transmission transfer impedance impedance transmission impedance and different tissue layers; then, the equivalent axial each layer of tissue for transmission of parallel transmission lines, and establish a multilayer transmission line circuit model, the mathematical model for multilayer transmission line; finally, calculate the axial distribution of each layer of tissue impedance, circumferential distribution impedance impedance and the radial distribution of interlayer, solving multilayer transmission line equations, the voltage and current obtained multilayer transmission line thus, the channel characteristics of the human body or tissue. The invention fully considers the influence of the multi-layer human tissue on the signal transmission characteristics, and can comprehensively reflect the real situation of the measured environment, and is in good agreement with the channel characteristics of the real human body.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法
本专利技术涉及一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法。
技术介绍
专利(申请号200910081416.X)提出了一种面向人体通信的有限元人体建模方法。将人体各部位根据外形特性进行几何抽象，定义人体各部位的内部几何结构，设置人体各部位介质层的电磁特性参数，连接人体各部位形成完整的有限元人体模型。专利(申请号201410281066.2)提出一种基于非均匀介质的人体通信信道建模方法和系统。将人体按结构分成多个结构模型并将结构模型抽象成规则几何体，对结构模型内部进行介质层划分，设置各介质层的厚度，并计算模型的等效电学参数。专利(申请号201510736412.6)提出了一种场路结合的穿戴式设备多耦合型人体信道建模方法。将电极间的寄生容性阻抗、外界环境的耦合容性阻抗等人体外部因素等效成外部电路模型，再结合构造人体的电场模型形成一种场路结合的穿戴式设备多耦合人体信道模型。人体通信是以人体为传输媒介的电信号传播技术，在穿戴式设备、人体体域网等短距离无线通信领域具有广泛的应用前景和市场潜力，如医疗检测、运动监护、消费电子、士兵监测等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法，其特征在于：首先，构造人体或人体组织部位的分层几何模型；其次，按电流密度在人体或人体组织部位中的分布情况将电流密度分解为轴向、环向与径向三个方向，由此将人体或人体组织部位阻抗分割为每层组织中轴向传输阻抗、环向传输阻抗及不同组织层间的径向传输阻抗；然后，将每层组织的轴向传输等效为平行传输线，则轴向阻抗为传输线上的阻抗，环向阻抗为传输线间的阻抗，径向阻抗为层间传输线阻抗，并依此建立多层传输线电路模型；再根据多层传输线电路模型推导多层传输线电路方程，获得多层传输线的数学模型；最后，计算每层组织的轴向分布阻抗、环向分布阻抗及层间径向分布阻抗，求解多层...

【技术特征摘要】
1.一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法，其特征在于：首先，构造人体或人体组织部位的分层几何模型；其次，按电流密度在人体或人体组织部位中的分布情况将电流密度分解为轴向、环向与径向三个方向，由此将人体或人体组织部位阻抗分割为每层组织中轴向传输阻抗、环向传输阻抗及不同组织层间的径向传输阻抗；然后，将每层组织的轴向传输等效为平行传输线，则轴向阻抗为传输线上的阻抗，环向阻抗为传输线间的阻抗，径向阻抗为层间传输线阻抗，并依此建立多层传输线电路模型；再根据多层传输线电路模型推导多层传输线电路方程，获得多层传输线的数学模型；最后，计算每层组织的轴向分布阻抗、环向分布阻抗及层间径向分布阻抗，求解多层传输线数学方程，获得多层传输线的电压、电流表达式，从而获得人体或人体组织部位的信道特性。2.根据权利要求1所述的一种基于多层传输线模型的穿戴式设备人体信道建模方法，其特征在于：该方法具体实现如下，S1、构造人体或人体组织部位的几何模型：以人体手臂为例，建立人体手臂分层几何模型，包括皮肤、脂肪、肌肉、骨骼；其中，ra、ds、df、dm、dcb分别为人体手臂圆柱半径、皮肤厚度、脂肪厚度、肌肉厚度与骨质厚度；de为发送电极、接收电极间的距离；larm为手臂长度；ls为信道长度；发送电极、接收电极均粘贴在人体皮肤上；同理，构造人体其他组织部位的几何模型；S2、构建人体信道多层传输线电路模型：以皮肤层为例，将每层组织中的电流分解为轴向、环向与径向三个方向，由此将人体手臂皮肤层分割为轴向传输区域、环向传输区域、不同组织层间的径向传输区域；将轴向传输区域等效为皮肤层的两根平行传输线上的分布阻抗，环向传输区域等效为皮肤层平行传输线间的分布阻抗，由此获得皮肤层平行传输线结构，其中Rsz、Lsz分别为皮肤层轴向等效分布电阻、电感，Gsh、Csh分别为皮肤层环向等效分布电导、电容；同理，可获得脂肪层、肌肉层的平行传输线电路结构；利用皮肤层与脂肪层间的径向分布阻抗及脂肪层与肌肉层间的径向分布阻抗将皮肤层、脂肪层、肌肉层的平行传输线电路进行串行连接，形成多层传输线电路模型；其中，Rsz、Lsz、Rfz、Lfz、Rmz、Lmz分别为皮肤层、脂肪层、肌肉层的等效轴向分布电阻、电感；Gsh、Csh、Gfh、Cfh、Gmh、Cmh分别为皮肤层、脂肪层、肌肉层的等效环向分布电导、电容；Gsf、Csf、Gfm、Cfm分别为皮肤脂肪层间、脂肪肌肉层间的等效径向分布电导、电容；在此忽略了信号在骨骼中的传播，因为骨骼的电导率比肌肉低得多，且骨骼两端的等效电路为对称电路，骨骼中几乎没有电流流过；S3、推导多层传输线电路方程，建立基于多层传输线的人体信道数学模型：根据多层传输线电路模型，定义信号轴向传输方向为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜民，陈志英，高跃明，林施，陈星光，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35