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TOPIC①

Wireless Body Area Network (WBAN)
기술 개요
- 몸을 중심으로 약 3미터 이내 (인체 내부 또는 외부)에 부착된 여러 장치들을 무선으로 연결하여 상호통신을 하는 새로운 유형의 네트워킹 기술
- 체내 혹은 인체주변에서 일어나는 근거리 통신, 바이오센서, 인체 내부에 이식하기 위한 극소형의 나노 기술, 인체 부착형 RF 인터페이스, 구동체 등의 다양한 기술이 복합적으로 적용
기술 분류
연구 이슈 (현재 연구 내용)

5세대(5G) 이동통신의 도래

- 최근 다양한 통신 서비스의 출현으로 인해 모바일 네트워크를 통한 데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가함에 따라 넓은 대역폭의 확보가 가능한 밀리미터파 기반의 5세대 이동통신 기술 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있음

5G WBAN 기술 연구의 필요성

- 5세대 이동통신의 도래로 대규모 사물인터넷 기기를 수용할 수 있게 되면서 향후 대부분의 웨어러블 디바이스 및 사물 인터넷용 스마트기기는 5세대 이동통신을 따라 연구되고 개발되어질 것으로 예상됨
- 이에 따라 기존의 인체 근접 통신(WBAN) 기술도 5세대 이동통신에 초점을 맞춰 연구되어야 함. 5세대 이동통신에서 사용하는 밀리미터파 대역은 기본적으로 경로 감쇄가 매우 크기 때문에 높은 이득 특성을 갖는 안테나가 필요함. 특히, 인체 부착형 디바이스 안테나의 경우 주파수가 높아짐에 따라 인체의 도전율이 증가하기 때문에 전파의 경로 손실이 발생함.
연구추진방향
WBAN 안테나 시스템 구현 예시

이식형 안테나

- 다양한 인체 내부 물질의 특성에 의해 안테나의 방사 및 손실 특성 변화
1. 복잡한 인체 내부 매질의 전기적 특성을 모델링하고 그 특성을 고려
2. 극소형 또는 초박형
3.전자파가 인체에 미치는 영향 고려 – 매우 낮은 SAR 요구

착용형 안테나

- 인체의 움직임이나 옷에 의해 그 형태 및 통신 성능 가변
   1. 안테나 형태 변형에 의한 특성 변화 고려
   2. 착용감 고려 - 유연한 형태의 안테나 구현
   3. 안테나 송수신 경로 변화에 의한 통신 열화 – 다중 안테나 구조 (MIIMO 또는 Diversity)
- 전자파에 의한 인체 영향 최소화 : EBG, absorber 등 이용 - 안테나의 후방 방사 감소
- SDR / CR 시스템 과의 호환성 고려 : Off-body 통신 시 한정된 주파수 자원의 효율적 활용, 상호 간섭 최소화
인체영향분석

모든 안테나가 인체 내부/표면에 부착되기 때문에 인체 영향을 우선적으로 고려하여 시스템 설계

- 각 주파수 대역에서 설계된 안테나들을 인체 모델링 데이터와 연동하여 시뮬레이션과 측정을 통해 정확하게 분석
- 각 안테나들의 인체 영향을 분석하고, 인체에 미치는 영향이 최소화되도록 안테나를 최적화 하여 인체에 안전한 안테나 설계
- On-body 간 통신, In-body와 Off-body 그리고 On-body 간 통신 시 인체 영향을 분석
- 인체의 자세, 움직임, 중계 시스템과 인체의 거리 에 따른 각 인체 장기 영향 분석
- 인체분석을 위한 측정 변수는 SAR(Specification Absorption Rate)값과 인체의 전류의 양을 이용
채널 모델링 및 시스템 통합/최적화

FDTD를 이용한 인체 전파전파 환경 모델링

- 각기 다른 조직들의 유전율과 전도도를 통한 인체 모델링함.

다양한 전파 경로에 따른 채널 모델링

- 인체에서의 안테나 위치, 다양한 주파수 대역의 통신방식에 따라서 인체를 통과하여 전달되는 전파, 신체의 면을 따라 회절 되어 전달 되는 전파, 주변에 반사되어 되돌아오는 전파 등 각각의 채널 모델 수립
- 안테나의 착용 부위와 신체의 움직임으로 인한 위치 변화에 따른 다중경로 성분의 측정값을 분석
- 실·내외 주변 환경의 구조에 따른 경로 손실 채널 모델, 전력지연분포(Power delay profile) 채널 모델로 실제 WBAN 시스템 사용 시의 시나리오에 따른 전파전파 환경에 서의 성능을 평가
- Rician, Rayleigh, Nakagami, Akaike 페이딩 채널 모델 중 적합한 채널 모델을 선택, 채널 모델의 시뮬레이션 결과와 실측값과의 비교를 통해 채널 모델의 유효성을 검증
- 유효성이 검증된 채널 모델을 통해 WBAN 시스템에서 변조 방식에 따른 통신 성능과 주변 네트워크의 간섭에 의한 영향 등을 평가
연구 최종 목표
- 인체의 영향을 고려한 In/On/Off-body 통신 시스템에 적합한 안테나 설계 기술 확보
- 인체에서의 전자계 분포, SAR 분석 및 측정
- In/On/Off-body 통신에 대한 채널 모델링과 통신 성능 예측

인체에 대한 안전성과 송·수신 데이터의 신뢰성이 검증된
최적의 WBAN 안테나 시스템을 구현