A data communication system, utilizing energy-efficient body channel communication (BCC) technology for body area networks, is presented. And this dissertation introduces reliability problem in BCC technology and suggests spread-spectrum technique as a solution. To establish data communication system for multimedia data transmission between mobile devices, a wideband signaling (WBS) and a direct-coupled interface (DCI) technique are adopted with single metal electrode. The channel investigation of BCC using the DCI identifies the relation between signal transmission characteristic and return path strength, and provides more realistic channel model. With this investigated channel model, an optimum channel bandwidth of 50 MHz to 150 MHz is established and called as a body-wire frequency (BWF) band. A communication link is analyzed to determine design parameters for the energy-efficient signal transmission. A proposed WBS transceiver transmits data with direct digital transmit. An analog front-end, which includes the preamplifier, the Schmitt trigger and level shifter, receives the signal from human body and recovers data. For point to point data communication, a simplified MAC layer describes communication protocols and frame structure. To achieve maximum frame success ratio, fame size and re-transmission timeout is determined as 70 byte and 100ms, respectively. The transmission of image data through the human body is successfully demonstrated by using the prototype transceiver module and the mobile phone.
Despite of its high energy efficiency of sub nJ/b, the BCC has a reliability problem due to an interfering signal caused by the 'body antenna effect'. We measure the intrabody interference from 30MHz to 130MHz frequency range, and develop its statistical model. The spread spectrum (SS) technique can be applied to the BCC system to avoid the interference. And the bit error probability (BEP) is evaluated by using the interference model. The analysis shows that the FH is more efficient technique than the DS to avoid the interference. Moreover, the adaptive frequency hopping (AFH) can enhance the wideband E[SIR] by 10 dB at $10^{-5}$ BEP, over the FH. It is proved that the AFH system is the most efficient SS technique for the BCC.
반도체 기술의 발달로 휴대 혹은 착용이 용이한 전자기기가 등장하면서 이 휴대장치를 이용 네트워크를 구성하여 헬스케어, 멀티미디어 등에 이용하려는 움직임이 점점 활발해지고 있다. 본 논문은 사람 주변에 존재하는 휴대형, 착용형 혹은 내장형 전자장치 사이에 인체 영역 네트워크를 구성하기 위해 인체를 신호전송 매질로 사용하는 통신방식의 제안과 송수신기의 설계 및 구현에 관한 것이다. 인체 통신 채널의 특성을 보다 정확히 파악하기 위해서 return path에 대한 채널 상태의 변화를 모델링 하였고 송수신기의 크기와 지면으로부터의 거리가 채널특성에 미치는 영향을 모델링 하였다. 이 채널모델에 적합한 광대역 시그널링 (WBS) 기술을 제안하였으며, 하나의 전극을 가지는 송수신기 설계를 위한 성능지표를 결정하였다. 구현된 송수신 모듈은 광대역 시그널링 방식을 이용하는 analog front end, C8051 compatible MCU 그리고 RS232 인터페이스로 구성되어 있다. 이동전화나 노트북등의 퍼스널 모바일 허브사이에 인체매질통신을 이용한 데이터 송수신을 위해 인체매질통신의 특성을 고려한 MAC layer를 제안하여 휴대전화, 노트북 그리고 송수신 모듈을 이용한 데이터 송수신을 성공적으로 실시하였다.
그동안 많은 연구 그룹들은 인체매질통신의 신뢰도를 높이기 위해서 보다 정확한 채널특성에 대한 연구를 진행하여 보다 정확한 채널 모델을 제시하였지만 통신 신뢰성 향상에는 어려움을 겪었다. 본 논문에서는 인체매질통신의 신뢰도를 저하하는 주원인이 체내 간섭신호라는 것을 밝혔다. 인체매질통신에 사용되는 30 MHz - 130 MHz에 존재하는 체내 간섭신호를 주파수 영역에서 측정하여 체내 간섭신호를 모델링하였다. 이를 효과적으로 회피하기 위해서 간섭 회피기술인 DS와 FH를 적용하여 인체매질통신의 신뢰성을 분석하였다. 결과 FH가 인체매질통신에 보다 적합한 간섭회피 기술임을 밝혔고 나아가 AFH를 이용할 경우 FH에 비해 최대 4배의 throughput 향상을 보임을 확인하여 AFH를 인체매질통신에 가장 적합한 간섭회피 기술로 제안하였다.
