устройство и способ для передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела и система связи при помощи человеческого тела

Формула изобретения

1. Устройство для передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела, причем устройство устанавливает бесконтактный или близостный контакт с человеческим телом, причем устройство содержит:

генератор преамбулы для генерации сигнала преамбулы;

генератор заголовка для генерации информации заголовка пакета;

генератор данных для генерации данных;

последовательно-параллельный преобразователь для преобразования данных, переданных от генератора данных, в символы посредством последовательно-параллельного преобразования;

ортогональный модулятор для отображения символов, переданных от последовательно-параллельного преобразователя, в одну из последовательностей, ортогональных друг другу;

мультиплексор для разделенного во времени выбора сигналов, выходящих из генератора преамбулы, генератора заголовка и ортогонального модулятора; и

сдвигатель частоты для сдвига выходного сигнала мультиплексора к определенной частоте.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:

генератор разграничителя начального кадра (SFD) для генерации SFD, указывающего начальную точку информации заголовка в переданном пакете, включающем в себя преамбулы, SFD, заголовок и данные; и

генератор пилотных сигналов для генерации пилотного сигнала, который позволяет осуществлять процесс синхронизации при приеме данных.

3. Устройство по п.1, в котором сдвигатель частоты сдвигает выходной сигнал мультиплексора к определенной частоте путем использования последовательности сдвига частоты.

4. Устройство по п.3, причем последовательность сдвига частоты, используемая сдвигателем частоты, является последовательностью, включающей в себя поочередное повторение 0 и 1.

5. Устройство по п.1, в котором полоса пропускания устройства вариативно управляется скоростью передачи С данных, длиной 2^L2 ортогонального модулятора и N последовательно-параллельного преобразователя, который является последовательно-параллельным преобразователем N:1.

6. Устройство по п.1, в котором сдвигатель частоты устанавливает центральную частоту кратной выходной скорости передачи (С·2^L2)/N, которая получается путем умножения выходной скорости передачи (C·2^L2)/N на натуральное число.

7. Устройство по п.2, в котором выходная скорость передачи каждой из последовательностей подстраивается к ортогональному модулятору так, чтобы полосы передачи в конечном выходном порте совпадали друг с другом, когда передается пакет, включающий в себя преамбулы, SFD, заголовок, пилотные сигналы и данные.

8. Устройство по п.2, в котором преамбула из генератора преамбулы повторяется один или более раз и затем передается, передается SFD из генератора SFD, передается заголовок, генерируемый генератором заголовка, и затем передаются данные, генерируемые генератором данных, с пилотными сигналами, вставленными в данные с предварительно определенным периодом, причем пилотные сигналы генерируются генератором пилотных сигналов.

9. Система связи при помощи человеческого тела для выполнения бесконтактной связи с использованием электрического поля вокруг человеческого тела, причем система связи при помощи человеческого тела содержит:

цепь передачи для передачи данных, которые генерируются в соответствии с форматом пакета, заданным процессором передачи/приема MAC, с использованием определенной частоты;

электрод для вывода выходного сигнала из цепи передачи вовне;

цепь аналогового входного каскада (AFE) для приема сигнала с электрода, усиления упомянутого сигнала и удаления шума из упомянутого сигнала;

блок измерения интенсивности принятого сигнала для измерения интенсивности принятого сигнала;

датчик близости для вывода значения датчика близости в соответствии с обнаружением близости человеческого тела;

мультиплексор для выборочного вывода сигналов из датчика близости и блока измерения интенсивности принятого сигнала;

цепь приема для обработки сигналов от мультиплексора и аналого-цифрового преобразователя; и

блок микроконтроллера (MCU) для определения, путем использования значения RSSI или значения датчика близости, того, находится ли электрод в бесконтактном состоянии, и вывода управляющего сигнала на основании результата определения.

10. Система связи при помощи человеческого тела по п.9, в которой измеренная интенсивность принятого сигнала используется в качестве основания для выбора, по меньшей мере, одного из последовательных кодов, скорости передачи данных, коэффициента расширения, коэффициента усиления, полосы пропускания фильтра, выбора частоты и регулировки усиления цепи аналогового входного каскада (AFE).

11. Система связи при помощи человеческого тела по п.9, дополнительно содержащая:

блок главного интерфейса, взаимно соединяющий блок микроконтроллера (MCU) и модем; и

процессор передачи/приема MAC, задающий формат пакета для передачи и приема данных.

12. Система связи при помощи человеческого тела по п.9, в которой цепь передачи содержит:

генератор преамбулы для генерации сигнала преамбулы;

генератор заголовка для генерации информации заголовка пакета;

генератор данных для генерации данных;

последовательно-параллельный преобразователь для преобразования данных, переданных от генератора данных, в символы посредством последовательно-параллельного преобразования;

ортогональный модулятор для отображения символов, переданных от последовательно-параллельного преобразователя, в одну из последовательностей, ортогональных друг другу;

мультиплексор для разделенного во времени выбора сигналов, выходящих из генератора преамбулы, генератора заголовка и ортогонального модулятора; и

сдвигатель частоты для сдвига выходного сигнала мультиплексора к определенной частоте.

13. Система связи при помощи человеческого тела по п.9, дополнительно содержащая:

компаратор для сравнения величины сигнала из цепи аналогового входного каскада (AFE) и преобразования упомянутого сигнала в цифровой сигнал в соответствии с величиной упомянутого сигнала,

при этом блок измерения интенсивности принятого сигнала измеряет интенсивность сигнала от компаратора.

14. Система связи при помощи человеческого тела по п.9, дополнительно содержащая:

аналого-цифровой преобразователь для преобразования сигнала из цепи аналогового входного каскада (AFE) в цифровой сигнал в соответствии с величиной сигнала из цепи аналогового входного каскада (AFE),

при этом блок измерения интенсивности принятого сигнала измеряет интенсивность сигнала от аналого-цифрового преобразователя.

15. Система связи при помощи человеческого тела по п.14, в которой блок измерения интенсивности принятого сигнала измеряет интенсивность сигнала от аналого-цифрового преобразователя и выполняет автоматическую регулировку усиления на основании измеренной интенсивности.

16. Способ передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела с использованием электрического поля вокруг человеческого тела, причем способ содержит этапы, на которых:

генерируют сигнал преамбулы, информацию заголовка пакета и данные;

преобразуют сгенерированные данные в символы посредством последовательно-параллельного преобразования;

отображают символы на одну из последовательностей, ортогональных друг другу;

выбирают с разделением во времени сигнал преамбулы, информацию заголовка пакета и отображенные символы; и

сдвигают выбранные сигналы, информацию и символы к определенной частоте.

17. Способ по п.16, в котором сдвиг выбранных сигналов, информации и символов к определенной частоте использует последовательность сдвига частоты.

18. Способ по п.16, дополнительно содержащий этапы, на которых:

генерируют разграничитель начального кадра (SFD), указывающий начальную точку информации заголовка в переданном пакете, включающем в себя преамбулы, SFD, заголовок и данные; и

генерируют пилотный сигнал, который позволяет осуществлять процесс синхронизации при приеме данных.

19. Способ по п.16, в котором при сдвиге выбранных сигналов, информации и символов к определенной частоте, центральная частота устанавливается кратной выходной скорости передачи (С·2^L2)/N ортогонального модулятора, которую получают при умножении выходной скорости передачи (С·2 ^L2)/N ортогонального модулятора на натуральное число.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для передачи данных в низкочастотной полосе и, в частности, к устройству и способу для передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела и к системе связи с помощью человеческого тела.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Связь при помощи электрического поля относится к связи, имеющей схему связи, в которой передатчик индуцирует электрическое поле и формирует электрическое поле в диэлектрическом материале, а приемник затем обнаруживает электрическое поле с тем, чтобы обеспечить передачу и прием данных. В частности, среди такой связи при помощи электрического поля связь, использующая человеческое тело в качестве диэлектрического материала, называется связью при помощи человеческого тела.

В целом, связь при помощи человеческого тела имеет сильный шум в полосе нескольких МГц из-за помех пользователя и т.д., и имеет шум, распределенный в полосе нескольких десятков МГц. Фиг. 1 показывает частотные характеристики каналов связи с помощью человеческого тела, как описано выше. В схеме связи с помощью человеческого тела, как описано выше, эффективность передачи максимизируется путем применения схемы модуляции, подходящей для характеристик канала для связи. Поэтому в связи при помощи человеческого тела передаваемые данные должны переноситься с помощью несущих с полосой, выполненной с возможностью избежать полосу в несколько десятков МГц, в которой сконцентрирован шум от человека. Однако в связи при помощи человеческого тела, когда несущие находятся слишком высоко, увеличиваются элементы, излучаемые от человеческого тела. Поэтому полоса частот сигнала, передаваемого через человеческое тело, обычно имеет полосу в пределах нескольких десятков МГц с учетом увеличения излучаемых элементов и шумовых характеристик.

Кроме того, в связи при помощи человеческого тела также важно максимизировать эффективность полосы передачи, потому что обычно человеческий шум имеет уровень энергии выше, чем температурный шум. Поэтому, центральная частота f₀ должна быть расположена в пределах десятков МГц, как показано на фиг. 1, и передача с максимальной эффективностью полосы является важной задачей, которая должна быть достигнута в связи при помощи человеческого тела.

Между тем, в связи при помощи человеческого тела передача данных возможна через электрическое поле, сформированное вокруг человеческого тела, с использованием диэлектрической характеристики человеческого тела, и она выполняется после интуитивного выбора терминала пользователем. Поэтому связь при помощи человеческого тела может обеспечить пользователям интуитивное удобство. Для максимизации интуитивного удобства пользователя при передаче данных необходимо передать все данные за короткое время, в течение которого человеческое тело устанавливает бесконтактный или близостный контакт с информационным терминальным устройством, которое требует выполнения высокоскоростной передачи. В случае бесконтактного выполнения, как описано выше, по мере увеличения расстояния от тела пользователя величина электрического поля уменьшается в соотношении 1/r², которое подразумевает, что величина принимаемого сигнала быстро уменьшается по мере удаления от тела пользователя. Соответственно, чтобы компенсировать ослабление сигнала из-за человеческого тела, чувствительность приема связи была улучшена различными способами, такими как способы, использующие оптические датчики, магнитные датчики и т.д., или способы, использующие электроды для улучшения основного соединения. Ограничение чувствительности приема, как описано выше, ограничено случаем связи через человеческий контакт и делает обработку сигналов трудной в случае низкого уровня сигнала приемника. Кроме того, поскольку трудно определить состояние близости человеческого тела или бесконтактное состояние, или состояние сверхблизости между устройствами, трудно выбрать канал и схему связи, подходящую для каждого состояния. Кроме того, в случае бесконтактной связи при помощи человеческого тела определение того, выполнять ли связь, делается не на основании того, есть ли контакт с человеческим телом, а только близость самого человеческого тела запускает работу системы связи. Поэтому эти замечания должны быть учтены в конструкции системы связи при помощи человеческого тела.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

Из-за характеристик связи при помощи человеческого тела, как описано выше, связь при помощи человеческого тела должна быть реализована в направлении, способном минимизировать потребляемую мощность и реализовать простую структуру с учетом потребляемой мощности и сложности системы, применяемой с данным видом технологии связи. Кроме того, необходимо реализовать систему, которая позволяет осуществлять связь с учетом ослабления в бесконтактной ситуации с человеческим телом. То есть среда канала и системные частотные характеристики связи при помощи человеческого тела должны быть учтены в конструкции устройства для связи при помощи человеческого тела.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Поэтому настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ для передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела и систему связи при помощи человеческого тела, которая может минимизировать полосу передачи, таким образом, максимизируя эффективность полосы.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ, которые могут передавать данные с высокой эффективностью при сохранении чувствительности приема даже в бесконтактном состоянии с человеческим телом в системе связи при помощи человеческого тела, и систему связи при помощи человеческого тела.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает устройство и способ для передачи данных в низкочастотной области в системе связи при помощи человеческого тела и систему связи при помощи человеческого тела, которая может достигнуть простой структуры и низкой потребляемой мощности.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ

В устройстве для передачи данных в низкочастотной полосе для связи при помощи человеческого тела согласно настоящему изобретению можно простым образом перемещать центральную частоту в пределах различных диапазонов и можно минимизировать полосу передачи во время низкоскоростной передачи данных. Кроме того, настоящее изобретение реализует систему, позволяющую пользователю осуществлять связь в бесконтактном состоянии путем использования электрического поля вокруг человеческого тела, таким образом, позволяя осуществлять выбор центральной частоты, минимизацию полосы передачи и управление скоростью передачи данных и модуляцией.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является графиком, показывающим частотные характеристики типичных каналов связи при помощи человеческого тела.

Фиг. 2 изображает типичную структуру пакета.

Фиг. 3 является блок-схемой, изображающей структуру типичной системы связи при помощи человеческого тела.

Фиг. 4 является блок-схемой, изображающей структуру частотно-избирательного расширителя, показанного на фиг. 3.

Фиг. 5 является графиком, показывающим характеристики полосы частот частотно-избирательного расширителя, показанного на фиг. 4.

Фиг. 6 изображает структуру пакета согласно варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 7 является блок-схемой, изображающей структуру системы связи при помощи человеческого тела согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 8 изображает сдвигатель частоты, показанный на фиг. 7.

Фиг. 9 является графиком, показывающим характеристики частот передачи каналов связи при помощи человеческого тела, показанных на фиг. 7.

Фиг. 10 является блок-схемой, изображающей структуру системы связи при помощи человеческого тела согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВОПЛОЩЕНИЯ

ВАРИАНТЫ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела, причем устройство включает в себя: генератор преамбулы для генерации сигнала преамбулы; генератор заголовка для генерации информации заголовка пакета; генератор данных для генерации данных; последовательно-параллельный преобразователь для преобразования данных, переданных от генератора данных, в символы посредством последовательно-параллельного преобразования; ортогональный модулятор для отображения символов, переданных от последовательно-параллельного преобразователя, в одну из последовательностей, ортогональных друг другу; мультиплексор для разделенного во времени выбора сигналов, выходящих из генератора преамбулы, генератора заголовка и ортогонального модулятора; и сдвигатель частоты для сдвига выходного сигнала мультиплексора к определенной частоте.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система связи при помощи человеческого тела для выполнения бесконтактной связи, использующая электрическое поле вокруг человеческого тела, при этом система связи при помощи человеческого тела включает в себя: цепь передачи для передачи данных, которые генерируются согласно формату пакета, заданному процессором передачи/приема MAC, с использованием определенной частоты; электрод для вывода выходного сигнала от цепи передачи вовне; цепь аналогового входного каскада (AFE) для приема сигнала от электрода, усиления сигнала и удаления шума из сигнала; блок измерения интенсивности принятого сигнала для измерения интенсивности принятого сигнала; датчик близости для вывода значения датчика близости согласно обнаружению близости человеческого тела; мультиплексор для выборочного вывода сигналов от датчика близости и блока измерения интенсивности принятого сигнала; цепь приема для обработки сигналов от мультиплексора и аналого-цифрового преобразователя; и блок микроконтроллера (MCU) для определения путем использования значения RSSI или значения датчика близости, находится ли электрод в бесконтактном состоянии, и вывода управляющего сигнала на основании результата определения.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ передачи данных в низкочастотной полосе в системе связи при помощи человеческого тела, причем способ включает в себя: генерирование сигналов преамбулы, информации заголовка пакета и данных; преобразование сгенерированных данных в символы посредством последовательно-параллельного преобразования; отображение символов на одну из последовательностей, ортогональных друг другу; разделенный во времени выбор сигналов преамбулы, информации заголовка пакета и отображенных символов; и сдвиг выбранных сигналов, информации и символов к определенной частоте.

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи будут описаны примерные варианты воплощения настоящего изобретения. В последующем описании одни и те же элементы будут обозначаться одними и теми же номерами позиций, хотя они показаны на различных чертежах. Кроме того, в последующем описании настоящего изобретения подробное описание известных функций и конфигураций, включенных в настоящий документ, будет опускаться, если это может сделать объект настоящего изобретения неясным.

Настоящее изобретение предлагает схему передачи данных с учетом бесконтактного состояния человеческого тела, при этом выбирая центральную частоту в различных диапазонах в системе связи при помощи человеческого тела. С этой целью первый вариант воплощения настоящего изобретения предлагает систему связи при помощи человеческого тела, способную к перемещению центральной частоты простым и легким образом, и, в частности, предлагает систему связи при помощи человеческого тела, которая включает в себя сдвигатель частоты для сдвига выходного сигнала мультиплексора к определенной частоте, чтобы позволить перемещение центральной частоты. Кроме того, второй вариант воплощения настоящего изобретения предлагает систему связи при помощи человеческого тела, которая может достигнуть состояния устойчивой связи даже при бесконтактном состоянии человеческого тела посредством управления скоростью передачи данных, модуляцией и т.д., а так же минимизации полосы передачи и выбора центральной частоты. Согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения можно максимизировать эффективность полосы и достигнуть передачи данных с учетом бесконтактного состояния человеческого тела.

Перед описанием настоящего изобретения базовая конструкция системы связи при помощи человеческого тела будет обсуждена со ссылкой на фиг. 3, которая является блок-схемой, изображающей структуру типичной системы связи при помощи человеческого тела. Во-первых, типичный пакет, передаваемый через устройство передачи данных, имеет типичную структуру, как показано на фиг. 2. В структуре, показанной на фиг. 2, преамбула используется для указания начальной точки заголовка, включенного в пакет, заголовок включает в себя связанную с пакетом информацию, такую как длина пакета, а данные включают в себя информацию для фактической передачи. При построении пакета, имеющего структуру, как описано выше, только преамбулы может быть недостаточно для нахождения точной начальной точки для восстановления заголовка и данных. Поэтому предложение структуры пакета, которая устойчива и одновременно может минимизировать сложность системы, дополнительно к типичной структуре может позволить более эффективную передачу данных.

На фиг. 3 в показанном устройстве передачи данных процессор 200 передачи MAC сначала передает информацию генератору 205 преамбулы, генератору 210 заголовка и генератору 215 данных, чтобы создать пакет, который будет передан. Выходные сигналы генератора 205 преамбулы и генератора 210 заголовка расширяются расширителем 235, разделенным во времени образом выбираются мультиплексором 240 и затем передаются через сигнальный электрод 250.

Данные передаются после заголовка и генерируются посредством следующего процесса. Сначала, когда скорость передачи данных генератором 215 данных равна C, выходной сигнал генератора 215 данных преобразуется в символы N:1 последовательно-параллельным (S/P) преобразователем 220. В это время скорость передачи символов может быть выражена как C/N. Выходной сигнал S/P преобразователя 220 повторяется предварительно определенное число (R) раз повторителем 225 символов в следующем каскаде. В это время скорость передачи символов повторителя 225 может быть выражена в виде C·R/N. N бит выходного сигнала повторителя 225 символов передаются в частотно-избирательный расширитель 230. Частотно-избирательный расширитель 230 является определенным видом ортогонального модулятора и конфигурируется посредством 2^N последовательности, каждая из которых имеет длину 2^L1. Частотно-избирательный расширитель 230 принимает N бит входного сигнала и выводит соответствующую последовательность со скоростью выходного сигнала (C·R·2 ^L1)/N. Выходные сигналы частотно-избирательного расширителя 230 последовательно передаются после передачи заголовка мультиплексором 240. Наконец, выходной сигнал мультиплексора 240 передается вовне через переключатель 245 передачи/приема и сигнальный электрод 250 без аналоговой цепи 270.

Ввод входящего сигнала через сигнальный электрод 250 проходит через переключатель 245 передачи/приема, а затем удаляющий шум фильтр 255, который удаляет частотную составляющую нежелательной полосы. Затем входящий сигнал проходит через усилитель 260, который усиливает входящий сигнал до желаемого аналогового сигнала. Выходной сигнал усилителя 260 передается в следующий каскад, то есть в блок 265 восстановления тактовой синхронизации и восстановления временной синхронизации данных (CDR). То есть, так как данные пакета обычно не имеют отдельной информации для синхронизации приемника, необходимо отдельное аналоговое устройство синхронизации, такое как блок 265 CDR. В это время, так как данные не включают в себя дополнительную информацию о синхронизации, блок 265 CDR должен извлекать данные одновременно при выполнении процесса синхронизации. Однако, когда уровень входного сигнала очень низок, блок 265 CDR может работать неправильно, что может вызвать ухудшение производительности. После этого выходной сигнал блока CDR 265 передается в следующий каскад, то есть в цифровой приемник.

Из элементов устройства передачи данных, как описано выше, будет более подробно обсуждаться частотно-избирательный расширитель 230. Фиг. 4 показывает структуру частотно-избирательного расширителя. Частотно-избирательный расширитель 230 принимает N входных сигналов, выбирает одну последовательность из 2^N последовательностей, каждая из которых имеет длину 2^L1, и передает выбранную последовательность в следующий каскад. 2^N последовательности, используемые частотно-избирательным расширителем 230, соответствуют последовательностям, имеющим энергию, распределенную на относительно высоких полосах, которые выбираются из (2^L1, 2^L1) последовательности Адамара. Необходимо, чтобы последовательности, используемые частотно-избирательным расширителем, выбирались только из определенных кодов, то есть кодов Адамара, с учетом эффективности полосы. Так как коды Адамара имеют плохую корреляционную характеристику, необходимо применять последовательности, имеющие хорошую корреляционную характеристику.

Характеристика полосы частот частотно-избирательного расширителя 230 показана на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, данные передачи могут быть разнесены по желаемой полосе частотно-избирательным расширителем 230 с фиг. 4, при этом центральная частота желаемой полосы передачи равна (C·R·2^L1)/(2·N).

Если скорость С передачи данных, которые будут передаваться, составляет 2 Мбит/с, N для N:1 S/P преобразователя равно 4 и R повторителя символов равно 1, конечная выходная скорость передачи составляет 32 МГц, если длина последовательности частотно-избирательного расширителя равна 64. В это время центральная частота передачи равна 16 МГц. Кроме того, 16 последовательностей, используемых частотно-избирательным расширителем, являются последовательностями, имеющими относительно большую энергию, распределенную по 16 МГц, которые выбраны из последовательностей Адамара (64, 64). Если скорость С передачи данных, которые должны передаваться, составляет 1 Мбит/с, N для N:1 S/P преобразователя равно 4 и R повторителя символов равно 1, конечная выходная скорость передачи составляет 16 МГц, если длина последовательности частотно-избирательного расширителя равна 64. Однако в это время центральная частота передачи снижается до 8 МГц. Так как влияние шума человеческого тела увеличивается с понижением частоты передачи, R повторителя символов должно быть равно 2, чтобы компенсировать эту проблему. Затем, хотя центральная частота поддерживается равной 16 МГц, даже передача в 1 Мбит/с имеет такую же полосу пропускания передачи, что и передача в 2 Мбит/с.

Как описано выше, так как центральная частота может быть изменена на кратное 2 или обратное этому кратному существует ограничение в перемещении центральной частоты сигналом помех. Кроме того, когда центральная частота увеличивается на кратное 2, характеристика излучения может стать слишком хорошей, так что может иметь место передача данных излучением вместо передачи данных через человеческое тело. В случае передачи данных излучением потребляемая мощность системы может стать слишком большой. Поэтому необходим способ, способный перемещать центральную частоту. Кроме того, так как требуется поддерживать одинаковую полосу пропускания для поддержания центральной частоты даже во время низкоскоростной передачи данных, эффективность полосы может ухудшаться. Поэтому, принимая во внимание этот момент, необходим способ, способный максимизировать эффективность полосы при минимизации полосы передачи.

Ниже будут более подробно описаны варианты воплощения настоящего изобретения. Первый вариант воплощения настоящего изобретения предлагает систему связи при помощи человеческого тела, которая позволяет осуществлять выбор центральной частоты и минимизацию полосы передачи и, в частности, предлагает устройство передачи данных системы связи при помощи человеческого тела. Второй вариант воплощения настоящего изобретения предлагает систему связи при помощи человеческого тела, которая может обеспечить управление скоростью передачи данных, модуляцией и т.д., а также минимизацию полосы передачи и выбор центральной частоты.

Во-первых, система связи при помощи человеческого тела согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения в целом включает в себя устройство передачи данных и устройство приема данных, из которых теперь будет описано устройство передачи данных со ссылкой на фиг. 7. Во-вторых, для более эффективной передачи данных настоящее изобретение предлагает структуру пакета, как показано на фиг. 6. Как показано на фиг. 6, структура пакета согласно настоящему изобретению включает в себя преамбулы 600, разграничитель 610 начального кадра (SFD), заголовок 620, пилотные сигналы 640, 660, 680 и данные 630, 650, 670, 690. Путем вставки кода синхронизации, называемого пилотным сигналом, между частями данных, CDR для восстановления синхронизации и извлечения данных на стороне приемника становится ненужным. Начальная точка SFD детектируется посредством многократного повторения преамбулы, а затем передается SFD, которой присвоена последовательность, отличающаяся от преамбулы, так что стартовая точка заголовка точно детектируется. В результате лишь простым 1 битовым компаратором и цифровой цепью можно компенсировать временную ошибку, которая может возникнуть в процессе приема.

На фиг. 7 процессор 700 передачи/приема управления доступом к среде (MAC) является общим элементом и для устройства передачи данных, и для устройства приема данных, и процессор 700 передачи/приема MAC работает как процессор передачи для передачи данных в устройстве передачи данных, которое передает данные в низкочастотной полосе. Так как выбор центральной частоты согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения является операцией, выполняемой устройством передачи данных, элементы устройства приема данных, менее тесно связанного с первым вариантом воплощения настоящего изобретения, опущены на фиг. 7.

Устройство передачи данных, включающее в себя процессор 700 передачи/приема MAC, включает в себя генератор 705 преамбулы, генератор 715 заголовка, генератор 725 данных, последовательно-параллельный (S/P) преобразователь 730, ортогональный модулятор 735 и мультиплексор 740. Для создания структуры пакета, как показано на фиг. 6, устройство передачи данных дополнительно включает в себя генератор 710 SFD и генератор 720 пилотных сигналов. В частности, в настоящем изобретении устройство передачи данных дополнительно включает в себя сдвигатель 745 частоты для сдвига выходного сигнала мультиплексора 740 к определенной частоте.

Процессор 700 передачи/приема MAC передает информацию для конфигурации пакета каждому из элементов 705, 710, 715, 720 и 725. В соответствии с передачей информации генератор 705 преамбулы генерирует сигнал преамбулы, генератор 710 SFD генерирует SFD для указания начальной точки информации заголовка, генератор 715 заголовка генерирует информацию заголовка пакета, генератор 720 пилотных сигналов генерирует пилотные сигналы для обеспечения синхронизации во время приема данных и генератор 725 данных генерирует данные. В случае передачи пакета, включающего в себя преамбулы, разграничители SFD и пилотные сигналы, как показано на фиг. 6, выходная скорость передачи каждой последовательности подстраивается к ортогональному модулятору 735 так, чтобы полосы передачи на конечном выходном порте совпадали друг с другом. Устройство передачи данных многократно передает одну и ту же преамбулу, передает SFD, передает заголовок и затем передает данные, в которых вставлены пилотные сигналы с предварительно определенным периодом. Посредством вставки пилотных сигналов сторона приемника может быть реализована в виде только 1-битового компаратора и цифровой цепи вместо CDR.

После этого S/P преобразователь 730 преобразует данные из генератора 725 данных в символы посредством последовательно-параллельного преобразования, а ортогональный модулятор 735 отображает символы S/P преобразователя 730 на одну из последовательностей, ортогональных друг другу. В это время выполняется передача, в то время как выходные скорости передачи генератора 705 преамбулы, генератора 710 SFD и генератора 720 пилотных сигналов поддерживаются равными выходной скорости передачи ортогонального модулятора 735, чтобы поддерживать полосу передачи всех пакетов одинаковой.

В частности, когда скорость передачи данных от генератора 725 данных равна C, данные преобразуются в символы, имеющие N бит, посредством N:1 S/P преобразователя 730. Преобразованные 2 ^N символов передаются ортогональному модулятору 735, имеющему последовательности длиной 2^L2. Затем ортогональный модулятор 735 отображает один из 2^N символов согласно N битам информации и затем передает отображенный символ мультиплексору 740. В этом случае выходная скорость передачи ортогонального модулятора 735 равна (C·2^L2)/N. Так как нет необходимости рассматривать частотную характеристику ортогонального модулятора 735, используемого в настоящем документе, вместо кода Адамара можно использовать ортогональный код, имеющий корреляционную характеристику лучше, чем корреляционная характеристика кода Адамара. Кроме того, этот новый используемый ортогональный код вместо кода Адамара может гарантировать устойчивую производительность на стороне приемника.

Дополнительно, мультиплексор 740 разделенным во времени образом выбирает сигналы, выходящие из генератора 705 преамбулы, генератора 710 SFD, генератора 715 заголовка, генератора 720 пилотных сигналов и ортогонального модулятора 735. Выходной сигнал мультиплексора 740 сдвигается к определенной частоте сдвигателем 745 частоты, с использованием последовательности сдвига частоты. В частности, выходной сигнал мультиплексора 740 передается в сдвигатель 745 частоты. В это время, если частота передачи равна f₀, сдвигатель 745 частоты умножает выходной сигнал мультиплексора 740 с помощью последовательности сдвига частоты, имеющей выходную скорость передачи 2·f₀. Хотя типичным примером последовательности сдвига частоты является последовательность, включающая в себя попеременное повторение 1 и 0, настоящее изобретение этим не ограничивается. Сигнал со сдвигом частоты передается вовне после прохождения через переключатель 750 передачи/приема и сигнальный электрод 755. Структура сдвигателя частоты, как описано выше, показана на фиг. 8. Как показано на фиг. 8, центральная частота может быть установлена сдвигателем частоты равной кратному (C·2 ^L2)/N, которое получается при умножении (C·2^L2 )/N на натуральное число. То есть центральная частота f₀ равна n·(C·2^L2)/N. С помощью этого процесса можно достигнуть различных центральных частот и одновременно получить еще раз выигрыш от обработки.

Для передачи данных с помощью определенной центральной частоты в низкочастотной полосе, как описано выше, данные подвергаются последовательно-параллельному преобразованию S/P преобразователем 730, ортогонально модулируются ортогональным модулятором 735 и затем сдвигаются из основной полосы к желаемой полосе частот сдвигателем частоты. В это время последовательность, включающая в себя попеременное повторение 0 и 1, используется в качестве последовательности сдвига частоты.

Между тем, в системе связи при помощи человеческого тела устройство приема данных является аналоговым приемником и включает в себя удаляющий шум фильтр 765, усилитель 770 и 1-битовый компаратор 775. 1-битовый компаратор 775 соединен со следующим каскадом, то есть цифровым приемником. Другие элементы устройства приема данных не имеют тесного отношения к первому варианту воплощения настоящего изобретения и, таким образом, их подробное описание здесь опущено.

Частотные характеристики передачи связи при помощи человеческого тела, имеющей конструкцию, как описано выше, показаны на фиг. 9. На фиг. 9 следует отметить, что полоса пропускания меняется в зависимости от выходной скорости передачи (C·2^L2)/N ортогонального модулятора, который обеспечивает функцию, способную к уменьшению полосы пропускания путем уменьшения скорости передачи данных C. Таким образом, полоса пропускания BW может управляться с помощью скорости C передачи данных, длины 2^L2 ортогонального модулятора и N для N:1 S/P преобразователя.

Когда скорость С передачи данных системы равна 2 Мбит/с, и S/P преобразователь имеет N, равное 4, ортогональный преобразователь имеет 16 последовательностей, длина которых равна 16, и сдвигатель частоты имеет центральную частоту в 16 МГц, и используется выходная скорость передачи в 32 МГц, выходные данные имеет характеристику полосы с центральной частотой в 16 МГц и полосой пропускания в 8 МГц. Напротив, в случае 1 Мбит/с полоса пропускания уменьшается до 4 МГц, в то время как центральная частота остается на 16 МГц. То есть в отличие от конструкции, показанной на фиг. 2, уменьшение скорости передачи данных улучшает эффективность полосы.

В случае передачи данных со скоростью 2 Мбит/с несущими на 16 МГц, если есть составляющая помех в этой полосе, 16 МГц должны быть сдвинуты к в два раза более высокой частоте, то есть 32 МГц, со структурой, как показано на фиг. 2. В структуре согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 7, можно не только сдвинуть частоту к 32 МГц, как на фиг. 2, путем увеличения выходной скорости передачи в 8 МГц ортогонального модулятора в четыре раза, но также можно передавать данные несущими на 24 МГц при увеличении выходной скорости передачи три раза. В результате можно легко избежать помех, подавлять характеристику излучения переданных данных и минимизировать увеличение потребляемой мощности.

Далее со ссылкой на фиг. 10 будет описана структура системы связи при помощи человеческого тела, способная к выполнению бесконтактной передачи данных, используя электрическое поле вокруг человеческого тела, согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения. Фиг. 10 является блок-схемой, изображающей структуру системы связи при помощи человеческого тела согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения. Стабильная работа системы связи при помощи человеческого тела согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения в бесконтактном состоянии требует управления простоем, управления состоянием глубокого сна и управления безопасностью, и нижеследующее описание предлагает конструкцию системы, включая разнообразную информацию, касающуюся таких средств управления.

Система связи при помощи человеческого тела, показанная на фиг. 10, также включает в себя устройство передачи данных, устройство приема данных и общие элементы, выполняющие и передачу и прием. Общие элементы для передачи и приема включают в себя процессор 100 передачи/приема MAC, блок 105 главного интерфейса, взаимно соединяющий блок микроконтроллера (MCU) и модем, и MCU 110 для управления модемами и различными сигналами.

Устройство передачи данных включает в себя цепь 115 передачи для передачи сигнала связи, генерируемого процессором 100 передачи/приема MAC, переключатель 120 передачи/приема для передачи выходного сигнала цепи 115 передачи вовне и электрод 125. Переключатель 120 передачи/приема является элементом, неизбежно необходимым для создания системы связи при помощи человеческого тела с помощью одного электрода, он управляет переключателем в момент передачи и приема. Этот сигнал может генерироваться модемами передатчика или приемника или может генерироваться при работе программного обеспечения S/W.

Между тем, хотя отдельные элементы цепи 115 передачи не показаны на фиг. 10, подразумевается, что они могут быть заменены элементами от генератора 705 преамбулы до сдвигателя 745 частоты на фиг. 7. Соответственно, цепь 115 передачи может передать данные, генерируемые согласно формату пакета, определенному в процессоре 100 передачи/приема MAC на определенной частоте. В этом случае выходной сигнал цепи 115 передачи становится таким же, как выходной сигнал от сдвигателя частоты. Поэтому сдвигатель частоты, включенный в систему связи при помощи человеческого тела согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения, позволяет осуществлять выбор центральной частоты и минимизацию полосы передачи.

Устройство передачи данных включает в себя цепь 130 аналогового входного каскада (AFE), усиливающую слабый принятый сигнал электрического поля и удаляющую шум из сигнала, компаратор/аналого-цифровой преобразователь (компаратор/ADC) 135 для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал, блок 140 индикатора интенсивности принятого сигнала/автоматической регулировки усиления (RSSI/AGC) для измерения интенсивности входного сигнала и выполнения управления согласно измеренной интенсивности, датчик 145 близости для вывода значения датчика близости в соответствии с обнаружением близости человеческого тела, мультиплексор 150 для разделенного во времени выбора и вывода сигналов от датчика 145 близости и блока 140 RSSI/AGC, и цепь 155 приема для обработки ввода входящего сигнала посредством компаратора/ADC 135 и выходного сигнала от мультиплексора 150. Сигнал от цепи 130 AFE преобразуется в цифровой сигнал посредством сравнения размера сигнала, при этом или компаратор, или ADC могут выборочно использоваться для преобразования. Когда преобразование цифрового сигнала выполняется посредством ADC, измерение RSSI также может выполняться блоком AGC. То есть блок AGC функционирует так же, как блок измерения RSSI, способный измерять интенсивность принятого сигнала, и выполняет AGC на основании результата измерения. Хотя блок измерения RSSI и блок AGC интегрированы в одном элементе для удобства описания на фиг. 10, подразумевается, что они могут быть отделены друг от друга. Аналогично, ADC и компаратор могут также быть отделены друг от друга.

Устройство передачи данных, имеющее конструкцию, как описано выше, управляется с использованием параметров, таких как частота, полоса пропускания и последовательное кодирование, чтобы оптимизировать связь при помощи электрического поля, и управление может иметь широкое разнообразие форм в зависимости от ситуации с каналом. В устройстве приема данных слабый электрический сигнал, вводимый через электрод 125, усиливается до определенной степени цепью 130 AFE, фильтруется и затем передается в компаратор/ADC 135. В это время компаратор сравнивает величину введенного сигнала, а ADC 135 преобразует сигнал в цифровой сигнал согласно сравненной величине, чтобы позволить измерение RSSI. Величина входного сигнала измеряется в тесной взаимосвязи с состоянием канала, то есть в соответствии с тем, хорошо ли или плохо основное соединение.

Здесь ADC 135 может измерить RSSI входящего сигнала в любой позиции в цепи 130 AFE и может генерировать входной сигнал для AGC на основании измеренного RSSI. Причина, почему ADC 135 измеряет RSSI в любой позиции в цепи 130 AFE, состоит в том, что в ситуации хорошего основного соединения, то есть в хорошей среде канала, сигнал может насыщаться слишком рано в каскаде после усилителя или после фильтра. Измеренный RSSI указывает интенсивность принятого сигнала, которая соответствует важному параметру, указывающему на состояние канала бесконтактной связи при помощи электрического поля. То есть, если состояние основного соединения было улучшено близко расположенным человеческим телом или другим фактором, значение RSSI увеличивается. Можно предоставить приоритет канала множеству устройств путем использования этого свойства и можно использовать это свойство для различных других целей, таких как измерение расстояния от человеческого тела.

Измеренный RSSI используется для регулировки усиления самой цепи 130 AFE. Кроме того, измеренный RSSI используется в качестве основания для выбора последовательного кода, скорости передачи данных, коэффициента расширения, полосы пропускания фильтра и усиления, частоты и т.д. в устройстве приема данных. С точки зрения пользователей определение того, находится ли электрод в контакте или в бесконтактном состоянии, должно быть основано на сценарии использования технологии, и в случае множества пользователей для идентификации хорошего пользователя используется наилучшее состояние канала. Кроме того, так как значение RSSI показывает изменение в соответствии с заданными движениями человека, можно обеспечить различные входные сигналы управления, связанные с движениями человека, путем обеспечения этого управляющего значения MCU 110. То есть MCU 110 определяет путем использования значения RSSI или значения датчика близости, находится ли электрод 125 в бесконтактном состоянии, и выводит управляющий сигнал на основании результата определения. Кроме того, значение RSSI может до некоторой степени конфигурироваться путем управления датчиком 145 близости, и можно передать управляющий сигнал цепи 155 приема, MCU 110 и цепи 130 AFE, так как можно собрать информацию только о состоянии человеческого тела.

Кроме того, в бесконтактной системе связи при помощи человеческого тела с использованием электрического поля вокруг человеческого тела общее системное управление выполняется посредством MCU 110 для управления всей системой, которая находится, главным образом, в состоянии ожидания. В общем, чтобы реализовать систему, как описано выше, требуется конструкция поделенной на слоты структуры кадра, и время простоя управляется на основании поделенной, на слоты структуры кадра. Даже в случае сдвига из состояния ожидания в состояние пробуждения, ввод может управляться датчиком 145 близости и входным сигналом от блока 140 измерения RSSI, как описано выше.

Как описано выше, второй вариант воплощения настоящего изобретения обеспечивает систему, которая позволяет пользователю осуществлять связь даже в бесконтактном состоянии посредством использования электрического поля вокруг человеческого тела, и может передавать данные в низкочастотной полосе. Связь при помощи человеческого тела согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения может управлять выбором центральной частоты, минимизацией полосы передачи, центральной частотой, скоростью передачи данных, модуляцией и т.д.