一种人体通信信道建模方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人体通信技术领域，特别涉及一种人体通信信道建模方法和系统。
【背景技术】
[0002] 人体通信技术是一种以人体为信号传输介质的通信技术，其基本思想为：将通信 信号加载于人体皮肤表面并在人体内传输。在接收端，通过高灵敏度接收器检测出经由人 体传输的微弱电信号，从而实现以人体为介质的数据通信。与目前已有的蓝牙等短距离无 线通信技术相比，人体通信技术具有高质量信号传输、较高的传输速率、较高的安全性、接 触式网络接入、无通信带宽问题等优势，在个人区域网络、计算机网络接入、植入式人体信 息监测、人体能量传输、医疗保健、零售支付等领域具有广泛的应用前景。
[0003] 软件仿真是人体通信技术研究的重要技术手段，其主要原因包括：（1)人体是一 个复杂的电磁兼容系统，目前已有的研究尚不能完全阐述电信号在人体内的传输机制。通 过软件仿真可对电信号在人体不同组织内的传输过程进行模拟；（2)人体通信需将不同频 率、幅值的电信号通过人体介质进行传输。
[0004] 人体通信是以人体作为信号传输的介质，因而人体软件模型是人体通信软件仿真 的重要基础。人体通信对人体软件模型的主要要求包括：（1)具备与真实人体相接近的几 何特性，可满足不同人体通信传输路径的仿真要求；（2)具备与真实人体相类似的电磁学 特性，可满足不同人体介质层的仿真要求。
[0005] 目前已公开的人体信道建模方法主要有如下三种，第一种是将整个人体视为同一 种均匀介质来建立模型，这种建模方法比较简单，然而由于人体本身并不是均匀介质，导致 该模型计算出的信道特征与实际值会有较大差距；第二种建模方法是将人体体素化处理， 这种建模方法非常复杂，且在计算时需要占用非常大的计算机内存空间，对硬件要求过高， 且仿真时间过长，缺少可行性；第三种是将人体划分为头部、躯干、手臂和大腿等多个部分， 每个部分等效为不同的几何体，且每个几何体是由多种不同均匀介质组成，然后将所有的 几何体进行组合，建立一个人体模型，这种建模方法的缺点为：在组合模型的过程中，无法 确保同一种介质在人体模型中的分布是连续的。
[0006] 有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述技术问题的，用于降低数值计算时对 计算机硬件要求低、仿真时间缩短和仿真精确度较高的人体通信信道建模方法和系统。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于：提供一种仿真时间较短、仿真精确度较高的人体通信信道建 模方法和系统。
[0008] 为了实现上述发明的目的，本发明提供了一种人体通信信道建模方法，所述方法 包括如下步骤：
[0009] 将人体从整体上划分为皮肤层、脂肪层、肌肉层和骨骼层；
[0010] 建立所述皮肤层、脂肪层、肌肉层和骨骼层的模型；
[0011] 组合所述皮肤层模型、脂肪层模型、肌肉层模型和骨骼层模型，形成一个完整的人 体模型。
[0012] 作为本发明人体通信信道建模方法的一种改进，建立所述骨骼层的模型具体为：
[0013] 将所述骨骼层划分为头部骨、躯干骨、肩胛骨、上臂骨、前臂骨、大腿骨和小腿骨七 部分，并将所述七部分抽象为不同的组合体；
[0014] 组合所述不同的组合体，建立一个连续的骨骼层模型。
[0015] 作为本发明人体通信信道建模方法的一种改进，所述头部骨抽象为椭圆柱，躯干 骨抽象为长方体，肩胛骨、上臂骨、前臂骨、大腿骨和小腿骨抽象为圆柱体。
[0016] 作为本发明人体通信信道建模方法的一种改进，建立所述皮肤层、脂肪层、肌肉层 的模型具体为：
[0017] 根据肌肉与骨骼厚度的比例，对所述骨骼层模型进行尺寸变换，建立一个连续的 肌肉层模型；
[0018] 根据脂肪与肌肉厚度的比例，对所述肌肉层模型进行尺寸变化，建立一个连续的 脂肪层模型；
[0019] 根据皮肤与脂肪厚度的比例，对所述脂肪层模型进行尺寸变化，建立一个连续的 皮肤层模型。
[0020] 作为本发明人体通信信道建模方法的一种改进，所述组合所述皮肤层模型、脂肪 层模型、肌肉层模型和骨骼层模型，形成一个完整的人体模型。具体为：
[0021] 将所述肌肉层模型与所述骨骼层模型进行差集运算，得到一个内部中空的肌肉层 丰旲型；
[0022] 将所述脂肪层模型与所述肌肉层模型进行差集运算，得到一个内部中空的脂肪层 丰旲型；
[0023] 将所述皮肤层模型与所述脂肪层模型进行差集运算，得到一个内部中空的皮肤层 丰旲型；
[0024] 以每个模型中的躯干的中点为原点，将所述骨骼层模型、内部中空的肌肉层模型、 内部中空的脂肪层模型和内部中空的皮肤层模型进行叠加，建立一个从内到外分别为骨 骼、肌肉、脂肪和皮肤，且介质是连续的人体模型。
[0025] 作为本发明人体通信信道建模方法的一种改进，所述方法还包括：导入骨骼层、肌 肉层、脂肪层和皮肤层的电导率和介电常数。
[0026] 本发明实施还提供一种人体通信信道建模系统，所述系统包括：
[0027] 划分模块：用于将人体从整体上划分为皮肤层、脂肪层、肌肉层和骨骼层；
[0028] 建立模块：用于建立所述皮肤层、脂肪层、肌肉层和骨骼层的模型；
[0029] 组合模块：用于组合所述皮肤层模型、脂肪层模型、肌肉层模型和骨骼层模型，形 成一个完整的人体模型。
[0030] 作为本发明人体通信信道建模系统的一种改进，所述建立模块具体用于：
[0031] 将所述骨骼层划分为头部骨、躯干骨、肩胛骨、上臂骨、前臂骨、大腿骨和小腿骨七 部分，并将所述七部分抽象为不同的组合体；
[0032] 组合所述不同的组合体，建立一个连续的骨骼层模型。
[0033]作为本发明人体通信信道建模系统的一种改进，所述头部骨抽象为椭圆柱，躯干 骨抽象为长方体，肩胛骨、上臂骨、前臂骨、大腿骨和小腿骨抽象为圆柱体。
[0034] 作为本发明人体通信信道建模系统的一种改进，所述建立模块还用于：
[0035] 根据肌肉与骨骼厚度的比例，对所述骨骼层模型进行尺寸变换，建立一个连续的 肌肉层模型；
[0036] 根据脂肪与肌肉厚度的比例，对所述肌肉层模型进行尺寸变化，建立一个连续的 脂肪层模型；
[0037] 根据皮肤与脂肪厚度的比例，对所述脂肪层模型进行尺寸变化，建立一个连续的 皮肤层模型。
[0038] 作为本发明人体通信信道建模系统的一种改进，所述组合模块具体用于：
[0039] 将所述肌肉层模型与所述骨骼层模型进行差集运算，得到一个内部中空的肌肉层 丰旲型；
[0040] 将所述脂肪层模型与所述肌肉层模型进行差集运算，得到一个内部中空的脂肪层 丰旲型；
[0041 ] 将所述皮肤层模型与所述脂肪层模型进行差集运算，从得到一个内部中空的皮肤 层模型；
[0042] 以每个模型中的躯干的中点为原点，将所述骨骼层模型、内部中空的肌肉层模型、 内部中空的脂肪层模型和内部中空的皮肤层模型进行叠加，建立一个从内到外分别为骨 骼、肌肉、脂肪和皮肤，且介质是连续的人体模型。
[0043] 作为本发明人体通信信道建模系统的一种改进，所述系统还包括：导入模块：用 于导入骨骼层、肌肉层、脂肪层和皮肤层的电导率和介电常数。
[0044] 与现有技术相比，本发明提供的人体通信信道建模方法和系统基于连续分层建立 了人体模型，更加符合人体实际结构，不仅仿真时间较短，而且仿真精确度较高。
【附图说明】
[0045] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明实施例提供的一种人体通信信道建模方 法和系统、及其有益效果进行详细说明。
[0046] 图1为本发明一种实施例提供的一种人体通信信道建模方法的示意图。
[0047] 图2为本发明一种实施例提供的建立骨骼层模型的示意图。
[0048] 图3为本发明一种实施例提供的建立骨骼层、肌肉层、脂肪层和皮肤层模型的主 视图。
[0049] 图4为本发明一种实施例提供的由骨骼层、肌肉层、脂肪层和皮肤层模型组成的 人体仿真模型示意图。
[0050] 图5为本发明一种实施例提供的一种人体通信信道建模系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0051] 为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具 体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方 式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本