JP5380548B2

JP5380548B2 - 人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム及び方法

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Publication number: JP5380548B2
Application number: JP2011543411A
Authority: JP
Inventors: チュン−ファンファン、; キュン−スーキム、; チュン−ブンキム、; イン−ギリン、; チャン−ヒヒュン、; ヒュン−イルパク、; ソン−ウンキム、; テ−ウクカン、; ヘイ−ジンミュン、; キュン−ファンパク、; ソク−ボンヒュン、; ビュン−グンチェ、; テ−ユンカン、; ソン−ウォンカン、
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN102449923A; JP2012514372A; US20110250837A1; KR20100075353A

Description

本発明は、人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム及び方法に関し、より詳細には送信側通信装置が送信側カプラーを介して人体に電気的信号を印加し人体の一部をアンテナとして動作させ、電波信号により人体の他の部分に起こされた電気的信号を受信側カプラーを介して受信側通信装置に伝達することで、低周波帯域を利用しながらも体積の大きいアンテナを用いず無線通信を行うことができるようにする技術に関する。

現代社会では、多くの人がＰＤＡ、携帯電話、医療機器などのような装置を常に携帯している。このような携帯用機器間に各種データを送受信するために人体を取り囲んだ空間でネットワークが構成されるが、これを人体通信（ＢｏｄｙＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）と定義する。

このような人体通信に用いられるデータ送信方式には、ケーブルを利用した有線送信方式と電波を利用した無線伝送方式がある。有線送信方式は送信データの保安や伝送速度が速いという長所があるが、ケーブルなどの有線装置を常に携帯しなければならないという短所がある。これに対し、無線伝送方式はデータ送信は便利であるが、人体又は人体の動きに無線チャンネルが非常に大きい影響を受けるという短所がある。即ち、人体通信における通信装置間の無線チャンネルには、電波損失が非常に大きい損失誘電体である人体が介在するため、信号損失が非常に大きい。また、人体の動きに従い通信装置間には直接経路（Ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ）と間接経路（Ｎｏｎ−ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ）の無線チャンネルが繰り返して形成されるが、これにより、無線チャンネルの信号損失変化が非常に大きく安定的なチャンネル構成が困難である。このような無線伝送方式の問題点を解決するためには低周波帯域を使用しなければならない。低周波帯域は高周波帯域より人体による電波の損失が少なく、電波の直進性が弱くて人体の動きによる信号損失変化が少ないという長所がある。しかし、無線送信のために必要なアンテナのサイズが使用周波数の波長に比例する傾向にあり、低周波帯域を使用すると、アンテナのサイズが非常に大きくなるという短所がある。

韓国特許登録公報許0785764号

従って、本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためのもので、送信側通信装置がカプラーを介して人体に電気的信号を印加し、人体の一部をアンテナとして動作させ、電波信号により人体の他の部分に起こされた電気的信号をカプラーを介して受信側通信装置に伝達することで、低周波帯域を利用しながらも、体積の大きいアンテナを使用せず無線通信を行うことができるようにする人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム及び方法を提供するためのものである。

上記の目的を達成するための本発明の一実施例による人体の一部をアンテナとして使用する通信システムは、無線伝送方式によりデータ信号を送受信する送信側及び受信側通信装置と、上記送信側及び受信側通信装置と人体の間で上記データ信号を伝達する送信側及び受信側カプラーと、上記送信側及び受信側通信装置と上記送信側及び受信側カプラーとの間のインピーダンス整合のための送信側及び受信側インピーダンス整合器とを含む。

ここで、上記送信側通信装置は上記送信側カプラーを介して電気的信号形態の送信データ信号を人体に印加することで、人体の一側を通じて電気的信号が流れるようにし、人体の一側から空気中に電波が放射されるようにする。

これにより、上記受信側通信装置は、上記受信側カプラーを介して上記人体の一側から放射された電波により人体の他側に起こされた電気的信号の伝達を受ける。

上記送信側及び受信側カプラーはデータ信号を伝達するための信号電極として具現されることができる。また、上記送信側及び受信側カプラーは上記送信側及び受信側通信装置の接地にそれぞれ連結される接地電極をさらに含むこともできる。

上記送信側及び受信側カプラーは人体に接触してもよく、接触しなくてもよい。

上記送信側及び受信側カプラーは、人体に接触する場合、上記送信側及び受信側通信装置の外部に別途に形成されて人体と直接接触し、人体に接触しない場合は、上記送信側及び受信側通信装置の内部にそれぞれ含まれる。

また、上記送信側及び受信側インピーダンス整合器は上記送信側及び受信側カプラーの人体への接触有無によって変化するインピーダンスにより異なるように設計される。

また、上記の目的を達成するための本発明の他の実施例による人体の一部をアンテナとして使用する通信方法は、人体の一側を通じて電気的信号が流れるように送信側通信装置が送信側カプラーを介して電気的信号形態の送信データ信号を人体に印加する段階と、電気的信号が流れる人体の一側から空気中に電波が放射される段階と、受信側通信装置が受信側カプラーを介して上記人体の一側から放射された電波により人体の他側に起こされた電気的信号の伝達を受ける段階とを含む。

本発明によると、人体通信において送信側及び受信側通信装置間の無線通信を行う際、人体の一部をアンテナとして使用することで、体積の大きいアンテナを使用しなくても低周波帯域を利用して安定的な無線チャンネルを構成することができる。

また、送信側及び受信側通信装置と送信側及び受信側カプラーとの間にインピーダンス整合器を備えることで、送信側及び受信側カプラーの人体への接触有無によって変化するインピーダンスを整合させ、信号損失を減らすことができる。

また、通信装置の接地と連結される接地電極をさらに備えることで、さらに強い信号を人体に印加したり、人体からの伝達を受けることができるようになる。

本発明の一実施例により、人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システムの概路図である。本発明の一実施例により、人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システムの詳細構成図である。人体の一部をアンテナとして使用する通信システムにおいて、カプラーが人体に接触する場合と、そうではない場合のカプラーの入力インピーダンスを示す図面である。

以下、添付の図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるように好ましい実施例を詳しく説明する。但し、本発明の好ましい実施例を詳細に説明するにおいて、係わる公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。また、類似する機能及び作用をする部分に対しては図面全体にわたって同じ符号を使用する。

また、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとは、「直接的に連結」されている場合だけではなく、その間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含む。また、ある構成要素を「含む」とは、特に反対する記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

図１は、本発明の一実施例により、人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システムの概路図である。

人体は程度は弱いが、導体性質を有しており、このような人体の導体性質を利用すると、人体を無線送信のためのアンテナとして使用することができる。

具体的には、送信側通信装置１０が人体３０の一側に電気的信号を印加すると、人体３０を通じて電気的信号１が流れるようになる。これにより人体３０の一部は空気中に電波２を放射し、送信アンテナとして動作するようになる。

また、人体３０の他側が空気中に放射された電波２に露出されると、人体３０を通じて電気的信号３が流れるようになり、上記電気的信号３が受信側通信装置２０に伝達されることで、人体３０の一部が受信アンテナとして動作するようになる。

このように人体通信を構成する送信側及び受信側通信装置１０、２０は人体３０の一部をアンテナとして動作させることで、別途のアンテナ装置を備えなくても無線通信を行うことができる。

図２は本発明の一実施例により、人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システムの詳細構成図であり、上記通信システムは送信側及び受信側通信装置１０、２０と、上記送信側及び受信側通信装置１０、２０にそれぞれ備えられる送信側及び受信側カプラー１１、２１と、上記送信側及び受信側カプラー１１、２１と送信側及び受信側通信装置１０、２０との間のインピーダンス整合のためのインピーダンス整合器１２、２２を含んで構成される。

ここで、通信装置１０、２０は無線伝送方式によりデータを送受信する無線通信装置であり、例えば、ＰＤＡ、携帯電話、医療機器などのように人体通信を構成することができる通信装置であれば、種類に関係なく用いることができる。通信装置１０、２０は、説明の便宜のために、送信側及び受信側通信装置１０、２０に分けるが、データ伝送の側面では同じ機能を有する。

また、カプラー１１、１２は通信装置１０、２０と人体３０の間で電気的信号形態の送受信データ信号を伝達するためのもので、説明の便宜のために、送信側及び受信側通信装置１１、２１に分けるが、同じ機能を有する。

送信側通信装置１０は送信側カプラー１１を介して電気的信号形態の送信データ信号を人体３０に印加する。

受信側通信装置２０は受信側カプラー２１を介して人体３０に流れる電気的信号形態の受信データ信号の伝達を受ける。

送信側及び受信側カプラー１１、２１は電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）であることができ、人体に接触してもよく、接触しなくてもよい。

図３は人体の一部をアンテナとして使用する通信システムにおいて、カプラーが人体に接触する場合と、そうではない場合のカプラーの入力インピーダンスを示す図面である。図３に示されたように、送信側及び受信側カプラー１１、２１が人体に接触する場合、人体の高い誘電率特性によって人体に接触しない場合より低いインピーダンス値を有する。

従って、本発明では、送信側及び受信側通信装置１０、２０と送信側及び受信側カプラー１１、２１の間にインピーダンス整合器１２、２２を備え、例えば、図３に示されたようにそれぞれのインピーダンスに合わせてインピーダンス整合器１２、２２を設計することで、送信側及び受信側カプラー１１、２１が人体に接触する場合だけではなく、接触しない場合でもさらに強い信号を人体３０に印加したり、人体３０からの伝達を受けることができるようにする。

一方、カプラー１１、２１が人体３０に接触する場合、カプラー１１、２１はデータ信号を伝達するための信号電極に通信装置１０、２０の接地と連結される接地電極１３、２３が追加された形態で具現されることができる。この場合、信号電極と接地電極の間には人体を通じて強い信号が流れるようになる。即ち、カプラー１１、２１を信号電極のみで具現するときより信号の強さが大きくなる。従って、さらに強い信号を人体３０に印加したり、人体３０からの伝達を受けることができる。

一方、カプラー１１、２１が人体に接触しない場合、即ち、カプラー１１、２１と人体３０の間に空気層、衣服などのような他の物質が存在する場合、インピーダンス不整合による信号損失がさらに発生するが、上述のようなインピーダンス整合器１２、２２により、このような信号損失を減らすことができる。従って、カプラー１１、２１が人体３０に接触しなくても人体３０に電気的信号を印加して人体３０の一部をアンテナとして使用することができる。この場合、カプラー１１、２１は人体３０に接触しなくてもよいため、使用上の便宜を図ることができる。

また、カプラー１１、２１が人体に接触しなければならない場合、カプラー１１、２１は通信装置１０、２０の外部に別途に形成される。しかし、カプラー１１、２１が人体に接触する必要がない場合には通信装置１０、２０の内部に形成されてもかまわない。

本発明は上述の実施例及び添付の図面により限定されるものではない。本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想から外れない範囲内で、本発明による構成要素の置換、変形及び変更することができるということは明白である。

１０送信側通信装置
１１送信側カプラー
１２送信側インピーダンス整合器
１３接地電極
２０受信側通信装置
２１受信側カプラー
２２受信側インピーダンス整合器
２３接地電極

Claims

無線伝送方式によりデータ信号を送受信する送信側及び受信側通信装置と、
前記送信側及び受信側通信装置と人体の間で前記データ信号を伝達する送信側及び受信側カプラーと、
前記送信側及び受信側通信装置と前記送信側及び受信側カプラーとの間のインピーダンス整合のための送信側インピーダンス整合器及び受信側インピーダンス整合器と
を含み、
前記送信側インピーダンス整合器及び受信側インピーダンス整合器は、それぞれ前記送信側カプラー及び受信側カプラーの人体への接触有無によって変化するインピーダンスに従い異なるように設計されることを特徴とする人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記送信側通信装置は、前記送信側カプラーを介して電気的信号形態の送信データ信号を人体に印加することで、人体の一側を通じて電気的信号が流れるようにし前記人体の一側から空気中に電波を放射させることを特徴とする請求項１に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記受信側通信装置は、前記受信側カプラーを介して前記人体の一側から放射された電波により人体の他側に起こされた電気的信号の伝達を受けることを特徴とする請求項２に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記送信側及び受信側カプラーは、データ信号を伝達するための信号電極として具現されることを特徴とする請求項１に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記送信側及び受信側カプラーは、前記送信側及び受信側通信装置の接地にそれぞれ連結される接地電極をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記送信側及び受信側カプラーは人体に接触したり、接触しないことを特徴とする請求項１に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記送信側及び受信側カプラーは、人体に接触する場合、前記送信側及び受信側通信装置の外部に別途に形成されて人体と直接接触し、人体に接触しない場合は、前記送信側及び受信側通信装置の内部にそれぞれ含まれることを特徴とする請求項６に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
無線伝送方式によりデータ信号を送受信する通信装置と、
前記通信装置と人体の間で前記データ信号を伝達するカプラーと、
前記通信装置と前記カプラーの間のインピーダンス整合のためのインピーダンス整合器と
を含み、
前記インピーダンス整合器は、前記カプラーの人体への接触有無によって変化するインピーダンスに従い異なるように設計されることを特徴とする人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記通信装置は前記カプラーを介して電気的信号形態の送信データ信号を人体に印加することで、人体の一側を通じて電気的信号が流れるようにし、前記人体の一側から空気中に電波を放射させることを特徴とする請求項８に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記通信装置は、前記カプラーを介して前記人体の一側から放射された電波により人体の他側に起こされた電気的信号の伝達を受けることを特徴とする請求項８に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記カプラーは、データ信号を伝達するための信号電極として具現されることを特徴とする請求項８に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記カプラーは、前記通信装置の接地に連結される接地電極をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記カプラーは人体に接触したり、接触しないことを特徴とする請求項８に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
前記カプラーは、人体に接触する場合、前記通信装置の外部に別途に形成されて人体と直接接触し、人体に接触しない場合は、前記通信装置の内部に含まれることを特徴とする請求項１３に記載の人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信システム。
人体の一側を通じて電気的信号が流れるように送信側通信装置が送信側カプラーを介して電気的信号形態の送信データ信号を人体に印加する段階と、
電気的信号が流れる人体の一側から空気中に電波が放射される段階と、
受信側通信装置が受信側カプラーを介して前記人体の一側から放射された電波により人体の他側に起こされた電気的信号の伝達を受ける段階と
を含み、前記送信データ信号を人体に印加する段階と、前記電気的信号の伝達を受ける段階では、前記カプラーの人体への接触有無によって変化するインピーダンスに従い異なるように設計されるインピーダンス整合器を介して、前記送信データ信号および前記人体の他側に起こされた電気的信号がそれぞれ伝達されることを特徴とする人体通信において、人体の一部をアンテナとして使用する通信方法。