FDTD를 이용한 인체 채널 모델링

Abstract

무선 이동통신의 발전과 device의 소형화, IT·NT·BT 융합기술의 발전으로 U-health에 대한 세계적인 관심이 증가하고 있다. 인체 내부와 근처 5m 내에 위치하는 device의 무선 데이터 통신 기술이며 device들을 상호 연결하는 Wireless Body Area Network(WBAN)는 U-health의 핵심 기술이다. WBAN 무선 통신 시스템 개발을 위해서는 전자파 전파 매질로서의 인체 채널 모델링에 대한 연구가 필요하기 때문에 본 논문에서는 인체 채널 모델링을 위해 인체 내부와 표면간의 Channel Model(CM) 1, CM2 환경에서의 전자파 전파 특성을 연구하고 모델링해 보았다. 인체는 복잡한 구조와 구성을 가지고 주파수에 따라 변하는 조직으로 구성된 변화가 큰 비균일 손실 분산 매질로 다양한 요인에 의해 영향을 받기 때문에 그 특성을 연구하기가 어렵다. 본 논문에서는 FDTD 알고리즘을 이용하여 수치 해석을 통해 전자파 전파 특성을 알아보고 시뮬레이션 결과를 디지털필터 구현과 수식을 이용한 curve fitting으로 모델링 하였다. 성별 또는 모델 구성의 차이 때문에 조직 구성이 달라지면 다른 전자파 전파 특성을 가지며 대체적으로 주파수가 높아질수록 거리가 멀어질수록 전파 손실이 커졌다. 또한 인체 표면은 인체 내부와는 다른 전파 특성을 가짐을 알 수 있었다.;Recently, because of convergence of IT, NT and BT and development of wireless mobile communication technology and devices, interests are growing about U-health which puts communication technology and medical services together. WBAN means wireless communication near and inside body, and connection of many devices near the body is core technology of U-health. In this study electromagnetic wave propagation characteristics of inside human body is investigated to model wireless communication channel for WBAN. A human body consists of various materials composing complex structures that have frequency-dependent characteristics. It also has curvature that results in diffraction, reflection and dispersion. In this thesis, electromagnetic wave propagation characteristics inside and near the body is analyzed based on FDTD simulation. Pathloss is calculated from the simulation data, and curve fitting and digital filter implementation are performed for modeling the human body channel. Propagation loss is increased as the distance and frequency increases. It has different patterns when the location of signal source is changed and when the human body model is changed. For more accurate human body channel modeling, fluctuation and variations due to complex composition of composite tissues should be considered in more detail in the model.