SIR Evaluation of FSDT Human Body Communication and Its Application for WLAN Service

Abstract

In this thesis, we analyze the characteristics of the body channel and the reception performance according to the surrounding environment of human body communication(HBC) technology using frequency selective digital transmission(FSDT) technology. We evaluate the performance of HBC module using this channel and present a multimedia service system that utilizes HBC. Because the human body acts as an antenna, the HBC is influenced by the human channel and the user's surroundings. To analyze the signal transmission characteristics of the human channel, the received signals were measured and analyzed through human channels of 120 adult males. The average signal loss of the human channel is -65 dB and the standard deviation is 2.35 dB when transmitted from the chest to the wrist. The average signal loss when transmitting from the wrist to the chest was -64 dB and the standard deviation was 2.65 dB. In addition, the correlation between human body channel characteristics and body weight, skeletal muscle mass, body fat mass, total body water and transmission / reception direction signal loss were obtained. The signal to interference ratio(SIR) of the human body channel is obtained by the bit error rate(BER) of the HBC module using the FSDT method. An interference signal of 1-100 MHz in the FM radio frequency band, which has a large influence on the human body, and an interference signal of -2.54 dB in SIR are applied to the channel. The attenuation characteristics of the human channel were constructed by considering the average signal loss measured in 120 subjects. In the in-band 15 MHz band of the HBC module, the BER showed an error rate of 10-3 or less, and in the out-of-band, the error rate was 10-4 or less. The FSDT method has a low error rate of 100 times or more as compared with the another modulation methods. Through this performance analysis, we can confirm that HBC module using FSDT method is very suitable for HBC. A touch-based dual-transmission(TBDT) system in which HBC and wireless local area network(WLAN) are combined to provide an intuitive service, is proposed. This system connects devices and network of devices through HBC, and can transmit high capacity data at high speed through WLAN. The system is expected to provide intuitive and simple services as part of applications utilizing HBC.|이 논문은 주파수 선택적 디지털 전송방식(FSDT)을 사용하는 인체통신(HBC)을 위한 인체 채널의 특성 및 주변 환경에 따른 수신 성능을 분석하고, 이 채널을 사용하는 인체통신 모듈의 성능 평가 및 이를 활용하는 멀티미디어 제공 시스템을 제시한다. 인체통신 기술은 안테나역할을 하는 인체 채널을 사용하기 때문에 인체 채널의 특성과 사용자의 주변 환경에 따라 통신 모듈의 수신 성능에 큰 영향을 받는다. 이러한 인체 채널의 신호 전달 특성을 분석하기 위해 120명의 성인 남성의 인체 채널을 통해 수신신호를 측정하여 분석하였다. 인체 채널의 수신신호 특성은 가슴에서 손목으로 송신했을 경우 주파수별 평균 신호 손실은 –65 dB, 표준편차는 2.35 dB이고, 손목에서 가슴으로 송신했을 경우 평균 신호 손실은 –64 dB, 표준편차는 2.65 dB를 보여주었다. 또한, 인체 채널의 특성을 체중 및 골격근량, 체지방량, 체수분량과 송수신 방향 신호 손실과의 상관관계를 구하였다. 이러한 인체 채널에서 FSDT 방식을 사용하는 인체통신 모듈의 배경간섭신호에 대한 Bit error rate(BER) 특성을 분석하였다. 인체에 큰 영향을 끼치는 주파수 대역인 FM 라디오 주파수 대역의 1-100 MHz의 간섭신호를 –2.54 dB의 Signal to interference ratio(SIR)을 갖는 간섭신호를 채널에 인가하였다. 인체채널의 감쇄특성은 120명의 피실험자를 대상으로 측정한 평균신호손실을 고려하여 측정셋업을 구성하였다. 인체통신 모듈의 In-band 대역인 15 MHz 대역에서 BER은 10-3 이하의 에러율을 보여주었고, Out-of-band 대역에서는 10-4 이하의 에러율을 보여 주었다. FSDT 방식은 다른 인체통신 기술에서 사용되는 모듈레이션 방식에 비해 100배 이상의 낮은 에러율을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 성능 분석을 통해 FSDT 방식을 사용하는 인체통신 모듈이 인체통신 기술에 매우 적합하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 낮은 에러율을 갖는 FSDT 방식을 사용하는 인체통신 기술과 Wireless local area network(WLAN) 기술을 결합하여 고용량의 멀티미디어 데이터를 전송할 수 있는 접촉기반 이중 전송(TBDT) 서비스 시스템을 제안하였다. 이 시스템은 인체통신 기술을 통해 디바이스와 디바이스의 네트워크를 연결하고, WLAN을 통해 고용량 데이터를 고속으로 전송할 수 있는 시스템이다. 이 시스템은 인체통신을 활용한 어플리케이션의 일환으로 직관적이고 간편한 서비스를 제공할 수 있을 것으로 예상된다.