摘要
随着人口老龄化趋势和医护资源负担的加剧，由若干穿戴或植入设备及中心节点组成的，用于电子医疗监测的无线体域网(WBAN)，已成为当前医疗物联网重要应用方向之一。基于体域网传感节点长续航、小体积等特征，近年来适用于无线医疗监测的体域网生物医学传感技术受到学术界、工业界的广泛关注，设计具备低功耗、小体积、低延迟、高可靠性传输特性的数字电路以满足WBAN协议组网需求，对于现代体域网电子医疗监测领域的发展具有重要作用。 本文基于IEEE802.15.6协议实现体域网窄带物理层通信系统，具体工作如下: (1)基于软件无线电的WBAN无线通信系统验证平台 基于软件定义无线电(SDR)平台GNURadio和通用软件无线电外设USRPN210搭建WBAN多种数据处理模块，有组包成帧、调制解调，以及一系列确保可靠性传输的校验模块，并在此基础上建模完整的WBAN无线通信系统并验证其可实现性。通过使用GNURadio平台自带模块如数据流格式转换、锁相环路等基带数据处理电路，以及USRPN210对数据通用的处理如数字上下变频及模拟端数据处理能力，缩短WBAN无线通信系统建模周期。 (2)低功耗可重构数字收发系统 在软件定义无线电平台验证基础上，通过FPGA实现基于IEEE802.15.6协议的低功耗可重构体域网窄带物理层数字收发机系统，该收发机囊括扩频、交织、加扰、成形滤波和调制解调等多种电路实现。为确保数据传输的可靠性，嵌入CRC、BCH编码，同时在接收端使用查找表的方式实现不超过两比特的BCH误码自动纠错功能。缩短码的插入移除算法中使用资源消耗较少的实现方案可进一步降低数字收发机功耗。系统中集成了GMSK和三种偏置DPSK调制方式，并仿真测试了GMSK调制的相干解调与非相干解调方案，通过资源消耗和解调性能比较分析两种解调方式优缺点。为提高收发系统解调性能，分组检测、定时同步等模块被应用于系统接收端。 (3)流片与发射节点电路测试 最后对包含数字基带和模拟射频电路的完整体域网传感节点发射芯片进行测试验证，芯片数字基带部分可支持WBAN窄带物理层可重构帧结构通信，并与射频电路交互稳定。用软件定义无线电平台做节点网络接收，实测接收端正常接收解码数据满足体域网的传输距离需求。 总之，本文结合WBAN网络节点尺寸小、功耗低、可靠性强等特点，先于软件定义无线电平台建模原型并验证，随后在FPGA中实现体域网窄带物理层数字收发机系统，复用多种调制方式共有电路，为具有可重构特性的WBAN传感节点的ASIC实现打下基础，最后验证发射芯片与SDR接收端的跨平台无线传输系统可行性。
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