[发明专利]用于身体耦合的通信系统的宽带通信

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理身体耦合的通信信号的通信设备、方法和计算机程序产品。

背景技术

身体耦合的通信（body coupled communications，BCC）或者基于身体的通信已被提议为有希望替代射频（RF）通信作为身体区域网络的基础。BCC允许在多个位于人或动物身体处或离人或动物身体很近的设备之间交换信息。这可通过电容或电流耦合低能量电场到身体表面上来实现。信号通过身体而不是通过空中传输。同样，与覆盖大得多的区域的RF通信相比，该通信被限制于靠近身体的区域。因此，在位于身体上、与身体相连接或靠近身体放置的设备之间通信是可能的。并且，由于可应用比典型地应用于基于RF的低范围通信的频率更低的频率，它为身体区域网络（BAN）或个人区域网络（PAN）的低成本和低功率实现敞开了大门。因此，人的身体被用作通信信道，使得通信能够以比在通常用于BAN（例如ZigBee或蓝牙系统）的标准无线电系统中低得多的功耗来进行。由于BCC通常紧接（in close proximity）身体应用，它可用来实现新的和直观的基于接触或接近的身体设备接口。这为识别和安全领域中的许多应用创造了可能性。

图1示出了指示人体处于BCC通信系统中的示意图。无直接皮肤接触的小尺寸BCC设备可通过使用对人身体的电容耦合来实现。双电极TX设备生成与人身体耦合的可变电场；双电极RX设备感测人身体相对于环境的可变电势。测量表明典型的身体信道具有高通特性，低转角频率由RX设备的输入阻抗以及由电极的电容确定。对于在静止或运动的人身体上位于各种距离处的设备，信号衰减小于80dB。关于干扰，身体在低于1MHz的频带中拾取大量干扰，而对于较高的频率，干扰的等级保持为低于70dBm，并且它们的频谱很大程度上取决于环境。因此，所建立的身体信道属性使在1-30MHz之间的频带对BCC来说特别地有吸引力，因为该频带能为医疗保健或消费型应用提供足够的数据速率（达10Mb/s），并且射频（RF）干扰的影响较小，因为身体不充当有效的天线。

BCC可通过由小的随身佩戴（body-worn）的标签生成的电场来技术地实现，所述标签例如集成在信用卡或另一种附着于身体或紧接身体佩戴的合适设备中。该标签将低功率信号电容地或电流地（galavanicly）耦合至身体。有时，该身体耦合的通信被称为“近场身体内通信”。BCC是允许人身体上和附近的电子设备经由人身体本身通过电容或电流耦合交换数字信息的无线技术。通过调制电场以及或电容地或电流地将微弱的电流耦合到身体上来传输信息。身体将该微弱的信号传导至安装在身体上的接收器。环境（空中和/或大地）为传输的信号提供返回路径。

图2示出了示例性的身体通信系统结构，其中数据信号经由放置在身体附近或身体上的耦合器而被传输。这些耦合器或电流或电容地向身体传送数据信号。在图2的实例中，一个耦合器或电极提供地电势GND，并且另一个耦合器或电极被用来发送/接收信号S。在图1中，描绘了通过手臂从发射器（TX）10到接收器（RX）20的传输。一般地，每个节点原则上既用作发射器也可用作接收器，即用作收发器（TRX），并且通信可从身体上的任何地方发生。经由身体信道的数据传送可用于从大约100kHz到大约100MHz的频率。低于100kHz的频率可被身体信道中显著的静电干扰影响。在高于100MHz的频率处，波长（即< 3m）进入人身体（的部位）的长度范围中。从而，人的身体开始充当天线。从而，存在以下可能性：位于不同身体上的BCC节点可使用“人体天线”相互通信。对于甚至更高的频率，甚至耦合器开始充当天线。因此，通信也可以在（人）身体不作为通信介质存在时发生。两种效果都是不需要的，因为只有放置在同一（人）身体上或附近的设备被允许通信。

给定了身体信道的特性和感兴趣的带宽，BCC的令人感兴趣的解决方案证明是数字宽带信号到人体的直接耦合，而无需任何种类的调制或上转换（up-conversion）。将宽带数字信号用于BCC通信是以非常低的功耗和简单的可配置性提供高比特率的有效方法。然而，该方法要求接收器具有足够大的带宽以正确地接收这种信号，并且因此暴露（open to）于环境噪声和干扰。迄今为止所提出的接收器架构通过执行显著的高通滤波并检测相应于信号转换的峰值来克服该问题。然而，这种方法面临以下问题：高通滤波也衰减想要的宽带信号，并且接收器链暴露于由于身体信道的特定特性的原因而最可能出现的较高频率处的干扰。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在身体耦合或基于身体的通信系统中的改进的宽带数据传播。