University of Oulu

Selected methods for WBAN communications — FM-UWB and SmartBAN PHY

Saved in:
Author: Viittala, Harri1,2,3,4
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering
3Centre for Wireless Communications
4University of Oulu, Infotech Oulu
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526217277
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2017
Publish Date: 2017-12-05
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 15 December 2017, at 12 noon
Tutor: Professor Jari Iinatti
Docent Matti Hämäläinen
Reviewer: Professor Ilangko Balasingham
Doctor Huan-Bang Li
Opponent: Assistant Professor Luca De Nardis
Description:

Abstract

The value of wearable market is booming, especially in the healthcare application segment. This segment is driven by an increasing need for regular monitoring and early diagnosis of patients with growing prevalence of chronic diseases.

Wireless communications worn in the close proximity of the body, the variety of applications, and their requirements set design considerations and challenges. In addition to the technical requirements, coexistence with adjacent wireless body area networks (WBANs) and other wireless systems need to be taken into account. A WBAN system needs to be highly reliable, low power, fast, and interference-immune.

This thesis studies the performance of two different PHY layer implementations in interfered fading channels. The systems are the frequency modulated ultra wideband (FM-UWB), defined in the IEEE 802.15.6 standard, and narrowband SmartBAN physical layer. The performance of the systems was analyzed by using software simulators developed in Matlab. The author developed the SmartBAN simulator for the ETSI Technical Committee (TC) SmartBAN to study the performance of the new SmartBAN system. This is the first physical layer performance study of the SmartBAN system. In addition, the open literature does not offer similar results on the FM-UWB as presented in this thesis.

Based on the results, it can be concluded that the FM-UWB is performing well in situations where high reliability and high interference tolerance is needed. In addition, the simplicity of the FM-UWB transceiver makes it more suitable than the direct sequence UWB (DS-UWB) for applications with data rates of hundreds of kbps. SmartBAN has the best performance in cases where more relaxed requirements for reliability and interference tolerance can be applied. Nevertheless, it became obvious that both systems need proper coexistence and interference mitigation mechanisms to ensure reliability in all scenarios.

see all

Tiivistelmä

Puettavien laitteiden markkina-arvo on voimakkaassa kasvussa erityisesti terveydenhuollon sovellusalueella. Tämän sovellusalueen kiihdyttimenä toimii yhä suurempi tarve potilaiden kunnon jatkuvalle tarkkailulle sekä kroonisille taudeille alttiimpien potilaiden varhaiselle diagnosoinnille.

Langattoman kehoverkon (WBAN) suunnittelun suurimpia haasteita ovat langaton tiedonsiirto kehon läheisyydessä, erilaiset sovellustyypit sekä niiden vaatimukset. Teknisten vaatimusten lisäksi on myös huomioitava rinnakkaiset kehoverkot sekä muut langattomat järjestelmät. Kehoverkkojärjestelmän on oltava todella luotettava, matalatehoinen, nopea ja häiriösietoinen.

Väitöskirjassa tutkitaan kahta kehoverkon fyysisen kerroksen toteutusta häipyvissä ja häirityissä kanavissa. Nämä toteutukset ovat IEEE 802.15.6 -standardissa määritelty taajuusmoduloitu ultralaajakaista (FM-UWB) sekä kapeakaistainen SmartBAN. Järjestelmien suorituskykyä analysoitiin Matlab-ohjelmistosimulaattoreiden avulla. Työssä kehitettiin SmartBAN-simulaattori ETSI Technical Committee (TC) SmartBAN -työryhmälle järjestelmän suorityskykytutkimukseen. Tässä työssä esitetään SmartBAN-järjestelmän fyysisen kerroksen suorituskykytulokset, jotka ovat ensimmäiset laatuaan. Lisäksi kirjallisuudesta ei löydy vastaavia tuloksia FM-UWB:n osalta, kuten tässä työssä on esitetty.

Tuloksien pohjalta voidaan päätellä, että FM-UWB suoriutuu hyvin tilanteissa, joissa vaaditaan suurta luotettavuutta sekä suurta häiriönsietokykyä. Lisäksi yksinkertainen lähetin-vastaanotinrakenne tekee siitä kiinnostavamman vaihtoehdon kuin suorahajotettu UWB (DS-UWB) sovelluksille, jotka vaativat satojen kbps:n tiedonsiirtonopeutta. SmartBAN toimii hyvin tilanteissa, joissa näistä vaatimuksista voidaan hieman joustaa. Kuitenkin on selvää, että molemmat järjestelmät tarvitsevat sopivan rinnakkais- ja häiriönvaimennustekniikan taatakseen luotettavuuden kaikissa tapauksissa.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1727-7
ISBN Print: 978-952-62-1726-0
Issue: 633
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.