摘 要
随着通信技术的发展，人体周围的无线通信设备如手机、笔记本等无线设备越来越多。为更有效地在人体周围的无线设备间实现计算资源和传输带宽的共享，无线体域网的概念开始被提出。同时，随着生物电子学的进一步发展，应用于医学领域的无线体域网技术也开始被提出。该类应用旨在通过人体周围的无线设备检测生理信息并把这些生理信息传输到远程监控设备。IEEE802.15 TG6 工作组在充分考虑上述两种主要应用领域技术特点的基础上提出了无线体域网的规范。无线体域网特殊的应用场景为在体域网中应用传统通信技术带来了新的考验。本文以无线体域环境频谱检测算法作为主轴，对体域网中包括传输信道建模、单点频谱检测算法设计与性能分析以及各无线传输设备的硬件实现等问题进行广泛而深入的讨论。 无线通信技术的很多研究都是从通信信道建模开始的，无线体域网作为无线通信技术的重要分支也不例外。本文将先根据已有的研究成果对无线体域网中体内人体信道和体外无线信道的建模进行讨论。但是，由于体域网中信道建模受到人体或者人体不同部位运动的影响，所以体域网中的信道建模存在很多不确定性。信道模型的不确定性就需要采用有效感知技术对信道环境的状况进行动态感知以提高算法的性能。本文主要对信道环境感知中的单点频谱检测算法进行讨论。这些讨论先根据无线体域网
信道模型设计出体域网内的频谱检测算法，再对比自由空间与无线体域网频谱检测算法,找出无线体域网中存在的制约算法性能的因素，为更有效的实现体域网中的频谱检测算法提供指导。
最后,本文将根据无线体域网中不同传输节点的功能差异，对这些节点的硬件实现方案进行具体讨论。在结论部分，本文将对取得的成果和未尽之处进行讨论，便于后续学者对该领域的深入研究。
关键字： 无线体域网，人体信道，频谱检测，协作频谱检测, 物理层实现。
目 录
摘要 ................................................................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................................................. IV 目 录 ............................................................................................................................................. V 英文缩语表 ................................................................................................................................. VII 表格目录 ................................................................................................................................... VIII 插目录 ......................................................................................................................................... IX 第一章 绪 论 .............................................................................................................................. 1 1.1. 无线体域网的发展现状 ..................................................................................................... 1 1.2. 无线体域网分类 ................................................................................................................. 2 1.3. 无线体域网的传输技术和工作频段 ................................................................................. 3 1.4. 本课题的研究意义 ............................................................................................................. 4 1.5. 本课题的研究内容 ............................................................................................................. 5 1.6. 本文的组织结构 ................................................................................................................. 6 第二章无线体域网信道建模 ........................................................................................................ 7 2.1 引言 ...................................................................................................................................... 7 2.2 无线体域网体表传输信道模型 ........................................................................................... 8 2.2.1 基于路径损耗的信道模型 ................................................................................................ 8 2.2.2 基于阴影效应的信道模型 ................................................................................................ 8 2.2.3 基于信号衰落的信道模型 ................................................................................................ 9 2.3 无线体域网体内信道建模 .................................................................................................... 9 2.3.1 信道建模思路 ..................................................................................................................... 9 2.3.2 信道特性分析 ................................................................................................................. 13 2.4 信道建模混合使用模型 ...................................................................................................... 16 2.5 信道模型的进一步讨论 ..................................................................................................... 21 2.6 本章小结 .............................................................................................................................. 22 第三章 频谱感知算法介绍 ........................................................................................................ 23 3.1. 引言 .................................................................................................................................... 23 3.2. 感知无线电发展 ............................................................................................................... 23 3.3. 感知无线电的关键技术 ................................................................................................... 24 3.4. 基本检测算法 ................................................................................................................... 25 3.4.1. 匹配滤波 ........................................................................................................................ 25 3.4.2. 能量检测 ........................................................................................................................ 25 3.4.3. 循环平稳检测 ................................................................................................................. 26 3.5. 本章小结............................................................................................................................. 26 第四章无线体域网频谱检测算法性能分析 ...............................................................................28 4.1. 无线体域网中采用频谱检测算法的必要性 ................................................................... 28 4.2. 无线体域网中采用协作式频谱检测的必要性 ............................................................... 29 4.3. 基于人体信道的能量检测算法设计和分析 ................................................................... 29 4.3.1. 基于人体信道的能量检测算法仿真 ............................................................................ 31 4.3.2. 基于混合信道的能量检测算法设计和分析 ................................................................ 35 4.4. 改善体域网内频谱检测算法的进一步考虑 ................................................................... 39 4.5. 本章小结.............................................................................................................................. 40 第五章无线体域网算法实现 ......................................................................................................41
5.1. 无线体域网频谱检测算法的实现场景 ........................................................................... 41 5.1.1 无线体域网频谱检测场景介绍 .................................................................................... 41 5.1.2 无线体域网传输节点放置讨论 .................................................................................... 43 5.2. 无线体域网频谱检测算法实现 ....................................................................................... 44 5.3. 无线体域网网内基于人体信道的数据传输方案设计 ................................................... 46 5.4. 无线体域网传输节点设计 ............................................................................................... 50 5.4.1. 控制节点 ........................................................................................................................ 50 5.4.2. 边缘节点和中继节点 .................................................................................................... 56 5.5. 本章小结............................................................................................................................. 58 第六章 总 结 ............................................................................................................................ 59 6.1. 本文所做的工作 ............................................................................................................... 59 6.2. 下一步工作展望 ............................................................................................................. 60 参考文献 ...................................................................................................................................... 61 致谢 ............................................................................................................................................... 64 攻读硕士学位期间发表或录用的学术论文和专利 ................................................................... 65
无线体域网
