Scalable on-body pathloss models based on surface wave propagation for wireless body area networks

基于无线体域网表面波传播的可扩展体上路径损耗模型

基本信息

项目摘要

Nowadays the use of wireless communication technologies for the intercommunication of body-worn applications is increasing rapidly. These applications range from security technologies, multimedia products and telemetric sports applications to healthcare systems. Especially the combination of these applications offers a wide variation of possible realizations. In accordance with the ongoing miniaturization of wearable devices the interaction between the antenna and the user becomes more severe. Along with the lack of the traditional free-space antenna theory in describing the excitation of on-body surface waves, this leads to insufficient insight in the development of such body centric systems so far. Therefore, the aim of this research proposal is a derivation of scalable, physically motivated pathloss models for wireless body area networks that can later be used to develop optimized design strategies. The models shall be closely connected to basic geometric and dielectric parameters of the on-body channel, making it scalable. Corresponding to the preceding research activities of the applicant a developed antenna de-embedding approach will be used to separate antenna and channel characteristic. Based on this, the pathloss models will be derived by the adaption of the ground wave propagation theory (e.g. from terrestrial and naval wireless communications). Here, each modification step towards a more realistic model is verified by numerical simulations and practical measurements.Finally, the physically motivated pathloss models are calculated for different on-body propagation links. Here, the underlying modeling process contains the basic geometric features, the frequency, the dielectric tissue values of the on-body channel and the antenna integration setup itself. By variation of these explicit parameters the model can be adapted to a wide class of specific propagation scenarios.
目前,无线通信技术在穿戴式应用间通信中的应用正在迅速增加。这些应用范围从安全技术、多媒体产品和遥测运动应用到医疗保健系统。特别是这些应用程序的组合提供了多种可能的实现。随着可穿戴设备的不断小型化,天线与用户之间的交互变得越来越严重。由于缺乏传统的自由空间天线理论来描述对体表面波的激励,这导致迄今为止对这种以体为中心的系统的发展认识不足。因此,本研究计划的目的是推导可扩展的、物理驱动的无线体域网络路径损失模型,该模型可用于开发优化的设计策略。模型应与体上通道的基本几何参数和介电参数紧密相连,使其具有可扩展性。与申请人先前的研究活动相对应,将使用一种开发的天线去嵌入方法来分离天线和信道特性。在此基础上,将采用地波传播理论(例如从陆地和海军无线通信中)推导出路径损耗模型。在这里,每一步修改,以更真实的模型是通过数值模拟和实际测量验证。最后,计算了不同体上传播链路的物理驱动路径损失模型。在这里,底层建模过程包含基本几何特征、频率、体上信道的介电组织值和天线集成设置本身。通过这些显式参数的变化,该模型可以适应广泛的特定传播场景。

项目成果

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On-Body Antenna Parameters
贴体天线参数
Norton Surface Waves in the Scope of Body Area Networks
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