인체 채널 환경에서 UWB 통신 시스템 성능 분석

Abstract

With developing of the IT-BT fusion technology, wireless body area networks (WBANs) have attracted interest. WBANs mean local communication technique in body or body area using wireless communication systems. Increasing interest in WBANs drives research and development bio medical devices which using wireless RF communications. In this paper, we studied investigating an efficient method for communications in human body. We analyzed the characteristics of body channel and found the transceiver system appropriated with body channel. According to the simulation results, we can know that body channel is more complicated than free space. The more permittivity of the tissue, distance and frequency is increased, the more dispersion and attenuation are occurred. The more permittivity of the tissue, distance is increased and the frequency is decreased, the more time delay is occurred. In in-body communications there are two paths, direct path and indirect path. Wave from direct path is more attenuated and delayed. If there are timing synchronizations in receiver systems, performance of the narrowband system is better than UWB system. However without timing synchronization and increasing the delay gap between direct and indirect path, narrowband system can’t work in all SNR. Therefore, UWB transceiver system is more robust in body channel.;기술의 발전으로 인해 bio medical에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 아직 인체 통신을 위한 기반은 부족한 상태이다. 따라서 인체 채널 모델 계발과 이에 적합한 송수신기의 계발은 매우 중요하고도 필수적인 요소가 된다. 본 논문에서는 인체 채널 모델을 손실 매질로 보아 통신 채널로 사용 시, 감쇄와 분산 및 시간 지연에 대해 분석하여 주파수 변화에 따라 또한 인체 조직에 따라 그 왜곡의 정도가 다름을 알고, 그 결과를 Matlab 시뮬레이션을 통하여 증명해 보았다. 또한 이 결과를 numerical simulation tool인 xFdtd를 통해 분석한 결과 사용한 인체 모델과 흡사한 결과가 나오는 것을 확인하였다. 나아가 여러 층으로 이루어진 인체 조직을 고려하여 통신 시 발생할 수 있는 여러 전송 경로에 대해 그 특성을 분석하고, 인체 모델을 구현한 후, 이를 협대역 신호와 UWB의 송수신기에 적용하여 그 성능을 비교 분석하였다. 협대역 신호는 QPSK 변조를 이용한 송수신기를 통해 발생시켰고, UWB는 DS-PPM UWB 송신기와 에너지 검파 수신기를 이용하였다. 그 결과 수신기에서 시간 동기화가 되었을 경우에는 QPSK 송수신기 시스템의 성능이 더 좋았지만, 조금의 동기화 에러가 발생했을 경우, 또는 multipath 시, delay 차이가 크게 되면 QPSK가 동작하지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, 보다 강인한 UWB 송수신기가 인체 채널 모델에 적합한 것을 알 수 있다.