University of Oulu

Evaluations and analysis of IR-UWB receivers for personal medical communications

Saved in:
Author: Niemelä, Ville1,2,3,4
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Communications Engineering
3Centre for Wireless Communications
4Infotech Oulu
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526215037
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2017
Publish Date: 2017-02-28
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the OP auditorium (L10), Linnanmaa, on 10 March 2017, at 12 noon
Tutor: Professor Jari Iinatti
Reviewer: Assistant Professor Tony Q. S. Quek
Professor Eryk Dutkiewicz
Opponent: Professor Mohammad Ghavami
Description:

Abstract

Impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technology, due to its baseband signaling, potentially offers a low cost, low complexity and low power consumption option for different short range sensor network applications. These sensor networks can be applied to many kinds of future implementations, including the Internet of Things (IoT) applications. In the medical and healthcare context, the term wireless body area network (WBAN) is often used, but, as mentioned, the wireless technology itself can be applied to any kind of body, e.g., to car or robot body networks.

This thesis studies IR-UWB receivers’ performances in different hospital environment channel models by means of computer simulation. The main focus is on receivers that are capable of detecting the signals specified either in the IEEE 802.15.4-2015 or in the IEEE 802.15.6-2012 standards. The used channel models from two independent research groups include both on-body to on-body and on-body to off-body scenarios in different hospital environments.

The evaluations and comparisons of various receivers include energy detector (ED) and rake receivers, the latter with both selective- and partial-rake structures. One of the studied receiver structures is further analyzed as it was noticed that the simulation results did not correspond to the assumed theoretical bit error probability (BEP) curves. Along the standards based studies, some modifications are also suggested for the two existing IR-UWB standards for increased compatibility and improved performance. One of the propositions resulted a Patent Cooperation Treaty (PCT) patent application. Additionally, an extensive survey is provided offering a compilation which includes presentations of IR-UWB research by other researchers, existing standards’ IR-UWB physical layer (PHY) specifications and the main global regulations concerning UWB.

see all

Tiivistelmä

Erittäin laajakaistainen impulssiradioteknologia (IR-UWB) tarjoaa potentiaalisen vaihtoehdon yksinkertaisille, edullisille ja matalan tehonkulutuksen omaaville lähetin-vastaanotin-ratkaisuille, jotka soveltuvat lyhyen kantaman sensoriverkkoihin. Nämä sensoriverkot ovat monikäyttöisiä soveltuen esimerkiksi tulevaisuuden esineiden internetin (IoT) tiedonsiirtoratkaisuiksi. Esimerkiksi sairaanhoidon ja terveydenhuollon asiayhteyksissä käytetään monesti termiä langaton kehoverkko (WBAN), joka voidaan asentaa monenlaisiin eri sovelluskohteisiin kuten autoon tai vaikkapa robotin "keholle".

Tässä väitöskirjassa on tutkittu tietokonesimulaatioiden avulla erilaisten IR-UWB vastaanotinrakenteiden suorituskykyä sairaalaympäristöä mallintavissa radiokanavissa. Tutkimuksen painopiste on vastaanottimissa, jotka kykenevät vastaanottamaan joko IEEE 802.15.4-2015- tai IEEE 802.15.6-2012-standardeissa määritellyn signaalin. Sairaalaympäristöä mallintavat radiokanavat perustuvat kahden toisistaan riippumattoman tutkijaryhmän mallinnuksiin, jotka sisältävät sekä keholta-keholle että keholta-kehon ulkopuolelle -radiokanavamallit.

Energiailmaisin (ED) ja erilaiset harava-vastaanottimet ovat niitä vastaanotinrakenteita, joita tähän väitöskirjaan kuuluvissa artikkeleissa on arvioitu ja vertailtu. Yhtä vastaanotinrakennetta on myös analysoitu tarkemmin, kun havaittiin, etteivät kyseistä rakennetta koskevat simulaatiotulokset vastanneet oletettuja teoreettisia bittivirhetodennäköisyyksiä. Tutkimuksessa kehitettiin lisäksi olemassa olevien standardien ratkaisuihin liittyviä parannusehdotuksia, joita esitettiin muutamissa tähän väitöskirjaan sisällytetyissä artikkeleissa. Yhdestä ehdotuksesta tehtiin myös PCT-sopimuksen alainen patentointihakemus. Lisäksi yhdessä tähän väitöskirjaan sisällytetyssä artikkelissa on paitsi laaja kirjallisuuskatsaus sisältäen katsauksen muiden tekemiin IR-UWB- tutkimuksiin, myös olemassa olevien standardien fyysisten kerroksien määritykset koskien IR-UWB-teknologiaa ja tärkeimmät maailmanlaajuiset UWB-tekniikkaa koskevat signaalin tehotiheysmääräykset.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1503-7
ISBN Print: 978-952-62-1502-0
Issue: 607
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2017. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.