赵雪茹 陶文晶

【摘要】新一代信息通信技术日渐兴起，但是仍存在一些发展空间。人体通信技术是有颠覆性意义的通信技术，被普遍认为是未来构建人体无线传感网络理想的通信方式。本文基于国内外人体通信的研究成果，重点分析了人体通信需求和基本原理，探索了人体通信在医疗卫生、信息采集、信息识别等行业实际生产生活中的应用，最后指出广泛地使用人体通信可以达到多维度地利用资源的目的，同时人体通信技术是未来通信行业的重点发展方向，对我国通信行业发展具有举足轻重的价值。

【关键词】人体通信技术;信息采集;信息识别

人体通信技术以利用人体作为信息通道传输信号的通信方式，由于人体器官组织具有导电功能，因此可以完成这一通信过程。人体通信可以完成无线人体域网的相互安全连接，对实现数据的双向交换有着很大意义。这种通信方式对人体的伤害性较低，可大规模地在人体中应用。由于每个人的生物密码都是独一无二的，使得人体通信在身份认证和信息传输的过程更加安全可靠。人体通信作为新兴的通信技术，在这个领域近些年来蓬勃发展，出现大量的研究成果。本文将首先介绍人体通信技术的研究背景和国内外发展现状，然后介绍人体通信过程中的基本原理，分析电容耦合式和电流耦合式的优缺点，并展望这一领城未来的發展方向。

1. 人体通信技术的概述

1.1 人体通信技术的研究背景

随着科技的发展，人们迫切需要一种方式来进行体内的通信，以此来了解自身的健康状况或者用于生物信息的识别。因此人体通信技术的应用将成为实现上述目标的重要方式。人体通信是指建立在个人所携带电子设备之间的信息网络，利用体内或可穿戴设备的传感器进行信息交互，并通过无线通信的方式将我们所需要的人体信息所提取出来，发送到基站，用于数据的保存或者生物信息的识别，上述过程如图1所示：

为了实现无线体网的快速发展，无线体域标准网IEEE802.15.6在2012年确立。标准中规定了用于进行人体通信的信号频段：人体通信（human body communication、HBC）频段。人体通信是将人的身体视为导体，属于一种非射频无线电通信方式。与传统的射频通信方式进行比较，人体通信不会在信号传播过程中产生对信号的阴影效应，并且将通信过程限制于人体表面非常有限的空间区域之中。由于在通信过程中无需天线的参与，人体通信设备的大小也可以近似忽略，因此人体通信的设备也是进行集成化设计。上述的变更和设备的优点都大大促进了人体通信的蓬勃发展，人体通信技术也是日新月异。

1.2 人体通信技术的国内外发展现状

国外的人体通信起步较早，取得的成就较为突出。2012年，Baskourelos K采取了MOM-FDTD的研究方法来对900MHz手机基站天线与人之间耦合效应进行探究。2019年，贝勒大学的研究团队将人体模型应用于人体域网，并对其进行了建模，Alberto Fazzi教授课题组设计了一种适用于人体通信的收发芯片。

国内相较于国外人体通信起步较晚，大部分研究还处于理论阶段。2012年，中国科学院深圳先进技术研究院的人体通信课题组在人体通信技术领域的研究取得了很大进展，团队在人体通信传输机理研究、基于人体通信理论的身份识别研究等方向上均取得了重要研究成果。因此我们更加需要关注人体通信技术的实际应用，才能更加快速地发展人体通信。

2. 人体通信技术的基本原理

在人体通信技术中，目前有电流耦合和电容耦合两种信号进入人体的方式。两种耦合方式各有优点和不足，在不同的通信网络和人体活动方式的研究也有不同的侧重点。

2.1 电容式耦合人体通信

电容式耦合人体通信在1995年被齐默尔曼教授提出，由发送端、人体、接收端联合构成一个系统。发送端需要将编码器和耦合器集成，相应地，接收端将需要将检测器和解码器集成。发送/接收器的表面覆盖着用于检测信号的涂层，涂层参与构成对地的回路，因此必不可少。电容式耦合人体通信的系统如图2所示：

2.2 电流式耦合人体通信

电流式耦合人体通信于1997年由Handa教授提出，与电容耦合人体通信不同的是，发送端和接收端的电极与人体直接接触，不需要与地面进行对地耦合，拓宽了设备放置条件，并且功耗也比电容耦合式低得多。其系统如图3所示：2.3 总结比较

电流耦合与电容耦合比较起来，电流耦合的稳定性与抗电磁干扰的能力更优良。但在电流耦合方式中，对穿戴设备的使用方式具有一定限制，通信设备元件必须与人体直接接触。在电容耦合的模式下，通过发射端电极板的振荡产生电势差，这个电势差会使人体近端产生电场的变化，接收端通过检测到这个电场的变化来完成人体通信过程。人体作为信息传输的介质，在人体完全被这个电极板振荡所产生的电场包围时，通信设备就可以在不与人体直接接触的情况下传输信息。

3. 人体通信技术的前景展望

新一代信息通信技术在当今社会起到了举足轻重的作用，但在医疗卫生、信息采集、信息识别等方面，人体通信技术的研究和应用仍有很大的发展空间。人体通信技术实现个人信息的准确收集，5G技术实现个人信息高速传输、大数据实现个人信息的价值化处理。将人体通信系统技术与5G通信技术、大数据技术等统筹利用，我们就会在信息化道路上加速发展，形成多个新技术融合发展的新局面。

3.1 人体通信技术在医疗方面的潜在应用

近年来，近距离无线通信技术在医疗行业中的应用越发广泛，例如：ZigBee、红外无线数据通信技术。但这些无线通信技术存在局限性较大、辐射较高、安全性低和保密性低等问题，而人体通信恰好弥补了这些无线通信技术的不足。

当医务人员进行病情诊断时，大多数情况是需要进行直接接触的。当患者携带传染病时，为了避免医务人员被感染，同时确保医务人员能够正常工作，我们通常采用以医用防护服和医护面罩等物理保护的方式间接接触，这样的传统做法不仅妨碍了医务人员的行动，而且仍有一定被感染的风险。若我们采用人体通信技术，同时结合超低功率射频技术，利用双向RF链路，医生能够远程监控患者的健康状态，并无线调节人体设备的性能。可使医务人员实时监测到患者的身体指标的同时，减少医护人员与患者的接触次数，增强了医务人员的安全保障。

未来的远程医疗也将广泛应用人体通信技术。例如，在人体的不同部位放置多个穿戴式设备（也可采用可植入设备），采集生理参数，通过人体通信技术，把这些生理参数传输到具有远程通信功能的信息收集设备上，再把生理参数远程传输，使医生可实时监测远在家中的患者的生理参数，实现远程医疗和健康监护。

3.2 人体通信技术在人员信息采集和识别方面的潜在应用

人体安装通信元件之后，通过直接接触或间接接触的方式，通信元件与信息收集装置完成自动连接，就能传输个人的信息资料，并且会储存到信息收集装置的通信终端。人体作为传输媒介，可以满足通信所需要的稳定性和正确率。在当今这个信息化的时代，高效率的信息采集对于各个行业都显得十分重要。传统的信息采集使用不同的体外传感器，如红外温度传感器等，这种传统模式效率十分低下，如果使用人体通信技术，每个人将自己的信息上传到基站，就不必进行低效率的信息采集。与此同时，传统的生物识别技术也十分低效和低精度，如：我们可以通过指纹手套等工具进行破解指纹识别，可以通过照片等带有肖像的资料进行破解人脸识别。高精度的传统生物识别方法是视网膜识别，每个人的视网膜都是独一无二的，但这种识别技术十分低效且相关技术的发展比较缓慢，而每个人的生物密码也是独一无二的，与视网膜有异曲同工之妙，但所采取的信息收集方式十分简单易行，因此使用人体通信技术可以提高生物识别的效率，广泛地使用人体通信技术可以使得身份认证和信息传输的过程更加高效和安全可靠。

3.3 人体通信技术在无人操作领域中的潜在应用

无人操作领域近几年来颇受关注，人体通信技术可进一步优化无人管理系统。但无人操作领域的难题就是身份识别问题和安全问题。上文提到每个人的生物密码是独一无二的，人体通信技术也就给无人操作带来新的方向。当我们需要在无人零售和无人餐饮等零售行业进行操作时，我们着重需要关注的就是身份识别的问题，近些年来，盗取他人身份的问题也十分严重，传统的二维码支付已经不再足够的安全，而使用人体通信技术可以使我们和收银机器的身份确认得到保证，大大提高了支付的安全性。

3.4 人体通信技术在智能家居中的潜在应用

当今时代，人口老龄化是每个国家都不得不关注的一个问题。人们对于医疗资源的需求大幅提高，由此衍生出许多智能家居，如智能手表可以监控人们的心率和脉搏，而血糖、血压等体内数据尤为重要，人体通信技术允许我们通过植入式设备（体内血糖血压传感器等）来获取信息，来帮助我们更加直接快速地判断人体健康，并将其传输到家中的基站，而呼吸机等设备可以与基站进行通信，调节进氧量，使人体的健康程度达到预期的标准。因此人体通信技术在智能家居中有广阔的应用前景，是我们需要着重关注的一个方向。

4. 结语

在快速发展的信息时代，我国在信息通信技术取得了巨大成就。但在新一代通信技术中，特别是人体通信技术仍有需要完善的地方。人体通信技术前景广阔，潜力巨大，值得深入研究。放眼未来，开发人体通信技术可以更加系统地、更加迅速地、更加精确地收集数据，充分利用信息通信技术带来的新能力。

参考文献：

[1]汪啸尘.人体通信技术研究进展[J].中国生物医学工程学报，2015，（3）：345-353

[2]晓晨.人体通信未来应用模式[J].信息网络，2008，（11）：60-61.

[3]刘益和，张双，秦雨萍，张绍祥，谭立文.植入式人体通信技术发展与未来[J].中国科技论文，2014，9（01）：16-23.

[4]徐望婷.人体通信无线传输关键技术研究[D].南昌航空大学，2014.

[5]萬建峰.疫情过后商业市场的十大变化[J].中国商论，2020，（12）：23-24.

作者简介：赵雪茹;民族：汉;籍贯：安徽宿州;研究方向：人体通信、物联网;陶文晶籍贯：安徽枞阳;学历：研究生;职称：讲师;职务：专职辅导员;研究方向：课程与教学论（数学）