15、体内无线通信编码能耗与微针技术研究

体内无线通信编码能耗与微针技术研究

1. 体内无线通信编码能耗分析

在体内无线通信中，植入式医疗设备与外部监测器之间的通信需遵循MICS要求。研究考察了编码对这种体内无线链路能量使用的影响，采用了一种上行链路模型，其中植入设备仅包含编码器，而外部监测器被假定有充足的电力资源，因此无需对自身传输的数据进行编码以节省能量。

推导了在指定接收器误码率（BER）下，编码系统与未编码系统每比特所需最小发射能量之比的方程。该比值渐近地仅取决于编码增益，但在较短距离下，编码器的功耗起着重要作用。

对各种编码器实现方案进行了功率估算，并针对不同编码器，计算了在50 cm至10 m距离范围内编码系统与未编码系统每比特所需最小发射能量之比，以确定在何种距离下哪种编码系统的能量效率最高。

不同距离下各编码系统的能量效率如下：
- 距离小于50 cm ：未编码系统比所考虑的任何编码系统都更节能。
- 距离在50 cm至4 m之间 ：速率为1/2的卷积码提供了最佳的能量效率。
- 距离大于4 m ：更强的编码的编码增益占主导，速率为1/2的LDPC - CC提供了最佳的能量效率，(16, 11)₂乘积码的能量效率也相近。

在整个10 m的距离范围内，卷积码在所有考虑的编码中表现最佳。速率为1/2的卷积码在0.5至4 m范围内能量效率最高，在该范围内，更强的编码远不如卷积码节能，在2 m以下，它们甚至比未编码系统的能量效率更低。在4 m以上，卷积码的能量效率接近但略低于更复杂的LDPC - CC和(16, 11)₂涡轮乘积码。