一、课题来源与背景： 本项目来源于国家自然科学基金委员会资助的青年科学基金项目。随着移动终端相关技术的进步和产品的迅速普及，多移动终端、多无线通信制式和多应用需求导致了传统点对点的信息交互技术越来越难以满足以“人”为中心的深层次应用需求。具体来说，在移动终端无线信号稳定性方面，由于人体对无线信号传输的影响，导致了移动终端无线信号稳定性受限；在无线网络吞吐量方面，如何减低传输延迟和传输错误，实现在多个移动终端设备之间无卡顿传输、共享音频视频流媒体等应用面临着网络吞吐量的挑战。人体通信被认为是未来最有前景的适用于移动终端的通信技术之一。对信道的传播特性研究是目前人体通信研究的热点，这些研究为设计低功耗，高可靠性的人体通信系统提供有力的理论支撑和工程指导。然而，在目前的研究中，有以下几点不足：1）人体的运动将会导致人体通信耦合路径特性的改变，从而影响到信号的传播，然而大部分研究者都没有考虑人运动时对人体通信传播信道的影响；2）采用实验统计方法来建模人体通信信道的研究中，实验数据的获取需要投入大量的人力和物力，且没有从机理上来探讨，只从统计方式来得出一个特性；3）在基于数值计算仿真的研究中，研究者主要采用了人体是一个均匀介质的假设来简化模型，然而，人体是一个复杂的非均匀介质体，具有不同的物理几何结构组成，均匀介质人体模型不符合实际情况。综上所述，为了将人体通信技术应用于移动终端设备，对人体通信动态信道进行深入和精确的研究是非常有必要的和非常紧迫的。

    二、技术原理及性能指标： 技术原理：根据人体解剖学原理，人体主要由四肢及躯干和头等部分组成，每个部分可等效为同心圆柱体或长方体，这些柱体和方体由不同的组织环绕而成，这样每个部分可以等效为均匀体，而不同部分的均匀体组成了一个完整的非均匀体介质的人体模型。同时，采用Maxwell-Garnett等效电磁参数公式也可以计算出均匀介质模块的等效相对介电常数。 技术方法及性能指标主要包括以下三个方面： 1）基于非均匀介质的人体建模：将人按照体型轮廓，运动关节和电磁参数特性，将人体结构模型划分为头、躯干、上臂、前臂、大腿、小腿。针对上述划分的结构模型，进行不同的组织划分，并将具有分层介质的结构体重构成初步三维人体模型。使用Maxwell-Garnett 等效电磁参数公式计算结构体的等效相对介电常数，由于不同结构体的内部生物组织填料体积分数不同，各结构体计算出不同的等效电磁参数，重构成人体三维非均匀介质块状电磁模型，模型分辨率达到2mm。 2）电磁仿真技术研究：采用直角坐标系中的立方体网格空间来建立仿真网格，在介质交界面两侧建立改进型的非均匀网格来保证时域有限差分算法的二阶精度，高介电常数区域引入细网格，电磁能量相对分散区使用粗网格，调节非均匀网格的尺寸，达到可变自由度，消除电磁场量的二阶项，从而达到精度准确数值稳定的计算结果。 3）人体通信动态信道传播模型建立：借助于体域网传感节点，对传播信道的衰落特性信息进行采集，采集到的信息通过最大信息熵定理提取关键运动帧，建立关键帧数据库；关键帧在形式上为在特定时间点上的信道衰落，该信道衰落特性与上述建立的自回归模型计算出的结果进行对比。自回归分析不同分辨率运动帧时间序列的衰落特性，可以得到不同分辨率分析的人体通信动态信道传播模型。

    三、技术的创造性与先进性： 本项目的创造性与先进性主要体现在以下两个方面： 1）将人体建模成非均匀介质来研究人体通信传播信道，较以往将人体等效为均匀介质得出的模型更具有真实性和精确度，相关成果已申请发明专利保护并获得授权。 2）从高分辨率连续运动帧时间序列角度来建模人体通信动态信道，不仅考虑了运动姿态的连续性，还考虑了运动的时间特征，模型将更加贴近实际情况，所阐述的技术为以后工程应用提供了应用基础理论。

    四、技术的成熟程度，适用范围和安全性： 本项目所研发的基于非均匀介质的人体通信信道建模技术已经比较成熟，成果处于成熟运用阶段。适用范围为：适用于移动终端穿戴设备的信息交互，有效的解决移动终端由于多个设备共同工作导致无线信号稳定性受限问题，且可以实现多个移动终端设备之间无卡顿传输、共享音频视频流媒体等功能。本项目所研发的技术满足IEEE 802.15.6 标准，其安全性得到保障。

    五、应用情况及存在的问题： 本项目所研发的基于非均匀介质的人体通信信道建模技术可运用于娱乐休闲、健康监护、智能家居等多个领域，构建一种基于移动终端的高稳定性、高吞吐量的网络框架，并根据需要形成相应的网络拓扑结构。同时，个体之间也可以通过握手等身体接触来建立人体通信链路。该网络以人体通信系统为基础，是每个人自己的专属网络，能快速地实现人体周围的不同移动终端的互联互通。本项目所研发的技术成果已顺利实现转移转化，取得了巨大的经济效益。

    六、历年获奖情况： 本项目开发了基于人体通信的智能门锁，获得了第十七届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。