无线体域网信道特性研究-许波

《无线体域网信道特性研究-许波》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、研究与开发研究与开发无线体域网信道特性研究*许波，贺鹏飞，段嗣妍（烟台大学光电信息科学技术学院烟台264005）摘要无线体域网（WBAN）包含一系列低功耗、微型化、侵入式或非侵入式无线传感器节点，通过短距离无线通信技术实现与外界的通信，提供医疗保健、消费电子、个人娱乐等多项服务。由于WBAN应用于人体，WBAN信道的传播特性与其他传统的无线信道特性有着显著的不同。本文从频点、环境和人体状态3个方面详细研究了WBAN的信道特性。UWB频段采用了冲激响应模型，而路径损耗模型适用于所有频段；在不同环境下，多径效应是影响信号在体外空间传播的主要因素

2、；此外，天线的位置和人体的运动状态，也是WBAN信道建模和仿真时考虑的关键因素。关键词WBAN；信道特性；频点；环境因素；人体状态[4~6]和难点，低功耗穿戴型和植入型WBAN标准工作组1引言IEEE802.15TG6的主要任务之一就是给出WBAN的信道无线体域网（wirelessbodyareanetwork）通过连接多个模型。传感器节点，实现人体周边、体表以及体内范围的高可靠本文使用路径损耗模型和冲击响应模型研究了性通信，支持远程医疗、保健服务、娱乐等功能。WBAN把WBAN信道建模的过程以及信道特性。针对影响WBAN人体变成通信网络的

3、一部分，从而真正实现了网络的泛在信道模型的3个主要因素进行了综合分析研究：（1）频点[1,2]化，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜能。因素，WBAN的工作频段，如400MHz、600MHz、2.4GHzWBAN可以分为穿戴型和植入型两种，穿戴型WBAN等；（2）环境因素，WBAN所处环境，如消声室内、室外、医可以完成体表或身体周边传感器节点之间的通信，而植入院环境等；（3）天线位置、人体状态因素。型WBAN则实现了体内节点间、体内节点与体外节点间2WBAN信道在不同频点的特性的通信。两种WBAN的通信链路不同，穿戴型WBAN通过自由空间传播

4、信号，而植入型WBAN的传播信道主要是WBAN信道频点的研究，主要集中于以下频段：400MHz，[3]人体组织，其信道特性显然不同。人体组织和形态的复杂600MHz，900MHz，2.4GHz和UWB频段（3.1~10.6GHz）。性、各异性以及工作环境多样性，增加了WBAN信道建在研究方法和信道特性方面，不同频段之间存在区别和联模的难度。信道特性分析和建模成为WBAN研究的热点系。为了准确、全面地描述WBAN信道，本文采用两种不[7~9]同的信道模型：路径损耗模型和冲激响应模型。其中，仅在UWB频段进行冲激响应模型的研究，而路径损耗模型*

5、国家自然科学基金资助项目（No.60871081）,烟台大学博士基金资助项目（No.WL07B26）则适用于所有频段。78电信科学2011年第3期2.1路径损耗模型有400MHz频段被用于植入型WBAN，所以对此频段进WBAN的路径损耗(pathloss)由通信距离和通信频率行单独研究。其余频段均被用于穿戴型WBAN。它们的信[3]共同决定，人体本身也会对它产生影响。首先，路径损耗会道参数见表1和表2，根据上述参数数值模拟结果如图1[4]随距离、频率的增大而增加；其次，由于身体周围环境会和图2所示。有变化，身体各个部位也会不断活动，所以在通

6、信距离和由图1和图2可以看出植入式WBAN的路径损耗明频率确定情况下，得到的路径损耗值将不同于路径损耗平均值（这种现象也称为阴影衰落）。阴影衰落反映了路径损耗值围绕均值的波动，研究表明，它较好地符合对数正态分布，而且在人体静止或运动时都必须考虑它的影响。综合考虑各方面的因素，最终WBAN的路径损耗信[3]道模型为：PL(d,f)[dB]=a×lg(d[mm]+b×lg(f[MHz])+Nd,f（1）其中，d为发射天线与接收天线间的距离，收发天线均位于体表时，它是绕体距离，而非直线距离；f为所使用的频率；阴影衰落因子Nd,f~log-norm

7、al(0,δ)；a，b为系数。通过对实验数据的分析拟合，利用LMS算法，得出图1400MHz频段的路径损耗a=-27.6，b=-46.5，Nd,f=157，δ=4.4dB。通常研究中，因为所处频段已知，所以更多地用到取决于d的路径损耗模型：dPL(d,f)[dB]=PL0+10nlg!"+S（2）d0PL(d,f)[dB]=a×lg(d)+b+N（3）其中，PL0为在参考距离处d0的路径损耗；n为路径损耗指数，与环境有关，在自由空间时取值为2；a,b为系数；S~log-normal(0,δs)；N~log-normal(0,δN)。在具体情

8、况下，式（2）、（3）可以任选一个计算路径损耗。在消声室的实验环境中，人体保持静止状态，则WBAN处于不同频段时会有不同的信道参数。由于目前只图2600MHz,900MHz,2.