基于空间调制的体域网低功耗无线通信技术

BAN（Body Area Network）based on body centric wireless communications is the core of future intelligent healthcare systems. It needs to overcome the bottleneck of low power technology for the reduction of battery size and radiation. This project aims to study low-power wireless communication technology in BAN. Currently, power consumption becomes more and more intensive due to a large amount of BAN data transmitted by MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) at the increasingly higher central frequencies. Dissipation in multiple power amplifiers and RF chains is the main cause of high power consumption of MIMO technology. This project takes the low-power advantage of spatial modulation, which employs single RF chain or partial RF chains, to reduce the power consumption both at BAN transmitter and receiver, and to improve the data rate of BAN with antenna arrays of small scale. The detailed research includes the following aspects: (1) For stable body channel, GSSK/GSM coding with variable number of active antennas is discussed based on sub-channel correlation; (2) For varying body channel, coding and design independent of varying channels are investigated. GSSK coding is achieved under the criterion of Hamming distance or code weight, and GSM constellation is designed using the rule of Euclidean distance or vector modulus; (3)The receiver for spatial modulation is studied by exploiting signal properties. The project explores low power communication technology in BAN, which is of great importance for promoting the implementation of intelligent healthcare system to alleviate the problem of aging and sub-health in China’s population.

以人体中心无线通信为支撑的体域网将成为未来智能化医疗健康服务的技术核心。它需要突破低功耗的技术瓶颈以减少电池重量并降低辐射。课题针对体域网中低功耗通信技术展开研究。目前体域网功耗问题因大量数据需要MIMO技术在高频段传输而愈加凸显。多条功放射频链的功率耗散是MIMO技术高功耗的主因。课题利用空间调制只采用单射频链或部分射频链的低功耗优势，研究体域网节点收发功耗的降低以及人体小型天线阵列下空间调制数据率的提升。具体研究内容如下：1） 稳定人体信道下，基于子信道相关性且激活天线数目可变的GSSK/GSM编码 ；2）变化人体信道下，独立于信道的编码与设计：基于汉明距离与码重的GSSK编码和基于矢量模与欧氏距离的GSM三维星座设计；3）基于体域网空间调制信号特征的接收机研究。课题探索研究体域网中低功耗通信技术，对实现体域网低功耗化，推动智能医疗系统实现，缓解我国人口老龄与亚健康化压力有重要意义。

课题背景：.以人体中心无线通信为支撑的体域网将成为未来智能化医疗健康服务的技术核心。它需要突破低功耗的技术瓶颈以减少电池重量并降低辐射。课题针对体域网中低功耗通信技术展开研究。目前体域网功耗问题因大量数据需要MIMO技术在高频段传输而愈加凸显。多条功放射频链的功率耗散是MIMO技术高功耗的主因。课题利用空间调制只采用单射频链或部分射频链的低功耗优势，研究体域网节点收发功耗的降低以及人体小型天线阵列下空间调制数据率的提升。课题探索研究体域网中低功耗通信技术，对实现体域网低功耗化，推动智能医疗系统实现，缓解我国人口老龄与亚健康化压力有重要意义。..课题主要内容：.课题针对体域网中低功耗通信要求，探索体域网中低功耗物理层通信技术，研究体域网节点之间的组网，以及体域网与广域网的连接。具体研究内容如下：1） 面向人体信道的空间调制编码技术；2）基于体域网空间调制信号特征的接收机研究；3）体域网节点的放大器线性化技术研究..重要结果：.1.课题分别揭示了MQAM、MPSK等调制信号的特种，并对其分别建立了的数学模型。针对不同调制信号的模型，课题组通过归纳其共同特征，得出了一个统一的数学模型。其信号特征被统一称为共轭对称性； 基于上述统一的信号特征数学模型，我们提出一种通用的广义线性球解码算法用于体域网中心节点分离来自不同节点的信号。以上研究进展被我们归纳总结为成果发表于国际信号处理领域顶级期刊IEEE TSP...2.针对体域网节点RF功放的功耗问题，提出了一种基于查找表技术的数字预失真方法，并通过硬件实验验证了其有效性。该成果发表于EURASIP 系列SCI期刊 ...3.针对可穿戴设备接入无线网络而构成的异构网，我们研究了异构网环境下的频谱资源的分配问题，并提出了基于博弈的算法。该成果发表于IEICE 系列SCI 期刊.