УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ СВЯЗИ ПОСРЕДСТВОМ ПРИКОСНОВЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК H04L29/06 H04W12/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к области связи и, в частности, к установлению радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя с помощью связи через тело человека (HBC).

Описание предшествующего уровня техники

[0002] В настоящее время существует потребность в установлении беспроводной связи между устройствами для их совместной работы и/или управления устройствами с помощью других устройств. Такими устройствами могут быть, например, смартфоны, мобильные телефоны, беспроводные головные телефоны, очки виртуальной/дополненной реальности, телевизоры, бытовая техника, различного рода датчики в умном доме, транспорте, городской инфраструктуре и т.д. Устройство должно быстро и правильно выбрать требуемое устройство для установления беспроводной связи с ним и осуществить установление беспроводной связи по стабильному каналу и с уменьшенным энергопотреблением.

[0003] В предшествующем уровне техники известны решения, обеспечивающие установление беспроводной связи между устройствами.

[0004] Патентная заявка US 20110250837 A1, опубликованная 13.10.2011 под названием «COMMUNICATIONS SYSTEM AND METHOD USING A PART OF HUMAN BODY AS AN ANTENNA IN A BODY AREA NETWORK», раскрывает систему и способ связи с использованием части тела человека в качестве антенны. Однако раскрытое техническое решение имеет недостатки, в частности, система требует использования перестраиваемых или переключающих компонентов, что приводит к увеличению веса, размера и стоимости устройства. Кроме того, раскрытое техническое решение не содержит средств снижения энергопотребления.

[0005] Патентная заявка US 20170093822 A1, опубликованная 30.03.2017 под названием «METHODS AND APPARATUS FOR CONVEYING A NONCE VIA A HUMAN BODY COMMUNICATION CONDUIT», раскрывает техническое решение, в котором два устройства могут передавать код через канал связи через тело человека (HBCC), а затем устанавливать сеанс беспроводной связи. Однако раскрытое техническое решение имеет недостатки, в частности, отсутствует взаимодействие блока связи через тело человека с блоком беспроводной связи для снижения энергопотребления.

[0006] Патент США US 8666313 B2, опубликованный 04.03.2014 под названием «PAIRING DEVICES USING DATA EXCHANGED IN AN OUT-OF-BAND CHANNEL» раскрывает техническое решение, в котором два устройства определяют друг друга в пределах диапазона связи ближнего поля (NFC). Информация для установления связи по стандарту Bluetooth передается по каналу NFC. Затем устанавливается связь по стандарту Bluetooth. Однако раскрытое техническое решение имеет недостатки, в частности, для подключения Bluetooth-устройств пользователь должен выполнить дополнительные действия, например, вынуть телефон из кармана и поднести его к совместимому Bluetooth-устройству на расстояние в несколько сантиметров.

[0007] Патент США US 7664476 B2, опубликованный 16.02.2010 под названием «Human body communication system and communication device» раскрывает техническое решение, в котором устройства осуществляют связь через тело человека. Однако раскрытое техническое решение имеет недостатки, в частности, устройства не имеют средств снижения энергопотребления и средств для стабильной передачи данных при нахождении устройств в любых местах на теле пользователя.

[0008] В целом, известная в уровне техники связь ближнего радиуса действия (например, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), Zig-Bee, 2,4 ГГц Ant +, Wi-Fi, Wi-Fi Direct и другие) и связь через тело человека (HBC) имеют следующие недостатки.

[0009] Известная в уровне техники связь ближнего радиуса действия требует многоэтапной процедуры идентификации и/или установления связи, поскольку невозможно обнаружить, находится ли устройство на теле пользователя или нет, и отсутствуют средства для установления связи посредством прикосновения пользователя.

[0010] Известная в уровне техники HBC требует изменения импеданса электродов для разных местоположений устройств на теле пользователя и разного расстояния от устройства связи до тела пользователя, что усложняет установление надежного соединения через тело пользователя. Кроме того, HBC требует синхронизации между устройствами связи, разрешения конфликтов и, следовательно, дополнительного энергопотребления для отслеживания запросов на подключение. Однако в HBC отсутствуют средства снижения энергопотребления.

[0011] Настоящее изобретение создано для устранения по меньшей мере одного из вышеописанных недостатков и для обеспечения по меньшей мере одного из нижеописанных преимуществ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа для установления радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя, которые позволяют получить по меньшей мере одно из следующих преимуществ:

- надежный канал HBC для любых местоположений устройств на теле пользователя;

- сверхнизкое энергопотребление модуля HBC;

- обеспечение функции установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, которая позволяет быстро установить РЧ связь с использованием защищенного канала связи.

[0013] В настоящей заявке раскрыто устройство для установления радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя c по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом упомянутое устройство содержит: модуль РЧ связи, выполненный с возможностью осуществления поиска по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи и осуществления РЧ связи с по меньшей мере одним совместимым устройством; процессор, выполненный с возможностью обработки цифровых данных для модулятора HBC, обработки цифровых данных от демодулятора HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством; модуль связи через тело человека (HBC), выполненный с возможностью осуществления HBC с найденным по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом модуль HBC содержит: сигнальный электрод и электрод заземления, предназначенные для передачи и приема сигнала HBC по каналу HBC, модулятор HBC, выполненный с возможностью преобразования цифровых данных процессора в сигнал HBC, схему стабильности канала HBC, выполненную с возможностью задания параметров канала HBC в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя, демодулятор HBC, выполненный с возможностью преобразования сигнала HBC, принятого от по меньшей мере одного совместимого устройства, в цифровые данные и передачу этих цифровых данных процессору; и при этом, когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, процессор включает модуль HBC с первым рабочим циклом, причем рабочий цикл представляет собой отношение промежутков времени в состоянии включено к промежуткам времени в состоянии выключено, при этом сигнал HBC содержит идентификатор РЧ связи, содержащийся в цифровых данных процессора упомянутого устройства.

[0014] В дополнительном аспекте, когда упомянутое устройство первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, модуль HBC принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0015] В другом дополнительном аспекте, когда по меньшей мере одно совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, модуль HBC передает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0016] В еще одном дополнительном аспекте модуль HBC выключается после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи.

[0017] В еще одном дополнительном аспекте в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, модуль HBC дополнительно выполнен с возможностью формирования сигнала HBC, подтверждающего наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством, и передачи этого сигнала HBC по меньшей мере одному совместимому устройству.

[0018] В еще одном дополнительном аспекте модуль HBC дополнительно содержит датчик близости тела пользователя, выполненный с возможностью определения расстояния от упомянутого устройства до тела пользователя, причем, если датчик близости тела пользователя определяет, что расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает порогового значения, то модуль HBC включается и передает или принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи.

[0019] В еще одном дополнительном аспекте модуль РЧ связи дополнительно содержит индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) для определения расстояния от упомянутого устройства до совместимого устройства, причем, если RSSI определяет, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то модуль HBC включается и передает или принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи.

[0020] В еще одном дополнительном аспекте, когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и одним из по меньшей мере одного совместимого устройства и модуль РЧ связи обнаруживает другое из по меньшей мере одного совместимого устройства, процессор включает модуль HBC со вторым рабочим циклом, и модуль HBC принимает или передает сигнал HBC, причем второй рабочий цикл больше первого рабочего цикла.

[0021] В еще одном дополнительном аспекте первый рабочий цикл составляет 0,1 - 20%.

[0022] В еще одном дополнительном аспекте второй рабочий цикл составляет 10 - 50%.

[0023] В еще одном дополнительном аспекте модуль РЧ связи выполнен с возможностью осуществления РЧ связи по любому из стандартов беспроводной связи ближнего радиуса действия.

[0024] Кроме того, в настоящей заявке раскрыт способ установления радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя между устройством для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя c по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых: осуществляют поиск упомянутым устройством по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи посредством РЧ связи; когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, включают модуль связи через тело человека (HBC) с первым рабочим циклом, причем рабочий цикл представляет собой отношение промежутков времени в состоянии включено к промежуткам времени в состоянии выключено; формируют канал HBC с параметрами, заданными в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя; осуществляют обмен сигналами HBC по каналу HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом сигнал HBC содержит идентификатор РЧ связи.

[0025] В дополнительном аспекте, когда упомянутое устройство первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, принимают в упомянутом устройстве сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0026] В другом дополнительном аспекте, когда по меньшей мере одно совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, передают из упомянутого устройства сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0027] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этап, на котором выключают модуль HBC после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи.

[0028] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этап, на котором в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, формируют и передают сигнал HBC, подтверждающий наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0029] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этап, на котором определяют расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя, причем если определено, что расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

[0030] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этап, на котором определяют расстояние от устройства до совместимого устройства, причем, если определено, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

[0031] В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно содержит этапы, на которых, когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и совместимым устройством, обнаруживают другое совместимое устройство, включают модуль HBC со вторым рабочим циклом для обмена сигналами, причем второй рабочий цикл больше первого рабочего цикла.

[0032] В еще одном дополнительном аспекте первый рабочий цикл составляет 0,1 - 20%.

[0033] В еще одном дополнительном аспекте второй рабочий цикл составляет 10 - 50%.

[0034] В еще одном дополнительном аспекте РЧ связь является РЧ связью по любому из стандартов беспроводной связи ближнего радиуса действия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0035] Вышеописанные и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, приведенного в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

[0036] Фиг. 1 изображает часть устройства для HBC предшествующего уровня техники, которое не содержит схему стабильности канала HBC.

[0037] Фиг. 2 изображает часть устройства для HBC, содержащего модуль адаптивного согласования импеданса электродов, предшествующего уровня техники.

[0038] Фиг. 3 изображает один из вариантов осуществления модуля 107 HBC согласно настоящему изобретению.

[0039] Фиг. 4 изображает один из вариантов осуществления модуля 107 HBC согласно настоящему изобретению.

[0040] Фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя.

[0041] Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя.

[0042] Фиг. 7 - блок-схема, иллюстрирующая способ установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя.

[0043] В последующем описании, если не указано иное, одинаковые ссылочные позиции используются для одинаковых элементов, когда они изображены на разных чертежах, и их параллельное описание не приводится.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0044] Нижеследующее описание со ссылкой прилагаемые чертежи приведено, чтобы облегчить полное понимание различных вариантов осуществления настоящего изобретения, заданного формулой изобретения, и его эквивалентов. Описание включает в себя различные конкретные подробности, чтобы облегчить такое понимание, но данные подробности следует считать только примерными. Соответственно, специалисты в данной области техники обнаружат, что можно разработать различные изменения и модификации различных вариантов осуществления, описанных в настоящей заявке, без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Кроме того, описания общеизвестных функций и конструкций могут быть исключены для ясности и краткости.

[0045] Термины и формулировки, используемые в последующем описании и формуле изобретения не ограничены библиографическим значениями, а просто использованы создателем настоящего изобретения, чтобы обеспечить четкое и последовательное понимание настоящего изобретения. Соответственно, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что последующее описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается только для иллюстрации.

[0046] Следует понимать, что формы единственного числа включают в себя множественность, если контекст явно не указывает иное.

[0047] Дополнительно следует понимать, что термины «содержит», «содержащий», «включает в себя» и/или «включающий в себя», при использовании в настоящей заявке, означают присутствие изложенных признаков, значений, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствия или добавления одного или более других признаков, значений, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

[0048] В дальнейшем, различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0049] Настоящее изобретение обеспечивает установление РЧ связи между устройствами с помощью связи через тело человека (HBC) при прикосновении пользователя, имеющего при себе одно устройство, к другому совместимому устройству.

[0050] Настоящее изобретение можно применять в смартфонах, мобильных телефонах, беспроводных головных телефонах, очках виртуальной/дополненной реальности, интеллектуальных часах (смарт-часах), телевизорах, бытовой технике, различного рода датчиках в умном доме, транспорте, городской инфраструктуре и в других устройствах, способных устанавливать связь с совместимыми устройствами.

[0051] Варианты осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя описаны в дальнейшем подробнее со ссылкой на фиг. 3-6.

[0052] В одном варианте осуществления, изображенном на фиг. 5, устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя содержит модуль 101 РЧ связи, процессор 102 и модуль 103 связи через тело человека (HBC).

[0053] Модуль 101 РЧ связи предназначен для осуществления поиска и обнаружения по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи и осуществления РЧ связи с по меньшей мере одним совместимым устройством. РЧ связь может представлять собой любую беспроводную связь, предпочтительно любую связь ближнего радиуса действия, такую как Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), Zig-Bee, 2,4 ГГц Ant +, Wi-Fi, Wi-Fi Direct и другие. Конструкции и выполняемые операции модуля связи для любого из вышеперечисленных стандартов связи известны из уровня техники, поэтому подробное описание модуля 101 РЧ связи не требуется. Модулем 101 РЧ связи может быть, как отдельный модуль РЧ связи для устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, так и модуль РЧ связи электронного устройства, содержащего устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя.

[0054] Модуль 103 HBC содержит сигнальный электрод 104 и электрод заземления 105, предназначенные для передачи и приема сигнала HBC по каналу HBC. Модуль 103 HBC также содержит модулятор 106 HBC, выполненный с возможностью преобразования цифровых данных процессора в сигнал HBC, и демодулятор 108 HBC, выполненный с возможностью преобразования сигнала HBC, принятого от по меньшей мере одного совместимого устройства, в цифровые данные и передачу этих цифровых данных процессору. Модулятор 106 HBC и демодулятор 108 HBC могут выполнять преобразования сигнала HBC посредством амплитудной манипуляции или другим аналоговым или цифровым способом.

[0055] Кроме того, модуль 103 HBC содержит схему 107 стабильности канала HBC, выполненную с возможностью задания параметров канала HBC в зависимости от расположения устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя. Схема 107 стабильности канала HBC предназначена для обеспечения надежного канала HBC и снижения потерь в канале HBC из-за различного расположения устройства на теле пользователя и различных расстояний от устройства до тела пользователя.

[0056] Для HBC могут использоваться частоты в диапазоне от 100 кГц до 21 МГц. При использовании данного диапазона, электрическое поле, создаваемое сигнальным электродом 104 модуля 103 HBC, довольно равномерно распределяется вдоль всей поверхности тела пользователя и быстро затухает при удалении от тела пользователя. Однако частотный диапазон для HBC не ограничен указанным частотным диапазоном. Для HBC могут быть использованы и другие частотные диапазоны, например, входящие в нелицензируемый диапазон ISM (частотный диапазон для промышленной, медицинской и научной аппаратуры) для маломощных радиопередающих устройств. В стандарте IEEE 802.15.6-2012 для HBC предусмотрена несущая частота 21 МГц.

[0057] Устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя могут быть встроены в устройства, носимые на теле пользователя. При этом данные устройства могут быть расположены на теле пользователя в разных местах, например, в кармане брюк, рубашки, куртки, на запястье, на голове. Таким образом одно или более устройств могут находиться в контакте с телом пользователя или находиться на расстоянии до 3 см от тела пользователя. При этом модули 103 HBC устройств должны обеспечивать стабильный канал связи вне зависимости от расположения данных устройств.

[0058] Техническая сложность обеспечения стабильного канала связи заключается в том, что импеданс электродов 104, 105 существенно отличается при различных расположениях устройства на теле пользователя. На основе результатов компьютерного моделирования рассмотрим 2 случая для устройств, в которых отсутствует схема 107 стабильности канала HBC.

[0059] Фиг. 1 изображает часть устройства для HBC предшествующего уровня техники, которое не содержит схему стабильности канала HBC. Импеданс электродов и коэффициент передачи напряжения в двух случаях расположения устройств (при отсутствии схемы стабильности канала HBC представлены на Фиг. 1. Рассмотрим случай 1, в котором HBC электроды 1, 4 двух устройств, находятся в контакте с телом пользователя, при этом импеданс (Z) электродов 1, 2 и 3, 4 каждого из устройств, соответственно, составляет (16.8-1047i) Ом, а коэффициент передачи напряжения (V2/V1) составляет 0,2. Рассмотрим случай 2, в котором электроды 1, 4 двух устройств, находятся на расстоянии 5 мм от тела пользователя, при этом импеданс (Z) электродов 1, 2 и 3, 4 каждого из устройств, соответственно, составляет (2,9-1682i) Ом, а коэффициент передачи напряжения (V2/V1) составляет 0,0027. Низкий коэффициент передачи напряжения для случая 2 указывает на плохой, а, следовательно, нестабильный канал связи HBC. В рамках настоящего изобретения данная проблема решается с помощью настройки и включения схемы 107 стабильности канала в модуль 103 HBC.

[0060] В предшествующем уровне техники известны решения, обеспечивающие стабильность канала HBC за счет модуля адаптивного согласования импеданса электродов (US 20110250837 А1). Фиг. 2 изображает часть устройства для HBC, содержащего модуль адаптивного согласования импеданса электродов, раскрытого в US 20110250837 А1. Недостатком такого подхода является необходимость использования перестраиваемых реактивных элементов или переключающих элементов. Вследствие большого размера и высокой стоимости таких элементов, данный подход является непригодным для массового производства носимых электронных устройств.

[0061] Для устранения недостатков существующих подходов, в настоящем изобретении используется схема 107 стабильности канала HBC, содержащая фиксированный реактивный резонансный элемент, например, катушку индуктивности, и схему мостового типа или источник переменного напряжения, способные формировать сигнал с частотой от 100 кГц до 21 МГц и требуемой мощности. Схемой мостового типа может быть мостовая схема или полумостовая схема. Один вариант осуществления схемы 107 стабильности канала HBC со схемой мостового типа изображен на фиг. 3. Один из вариантов осуществления схемы 107 стабильности канала HBC с источником переменного напряжения, формирующим сигнал с частотой 21 МГц и мощностью 1 мВт, изображен на фиг. 4, однако, как указано выше источником переменного напряжения может быть любой источник переменного напряжения, способный формировать сигнал с частотой от 100 кГц до 21 МГц и требуемой мощности. Такие конфигурации схемы 107 стабильности канала HBC обеспечивают оптимальные параметры канала HBC в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя.

[0062] Мостовая схема, полумостовая схема или источник переменного напряжения используется в качестве источника сигнала для электродов 104, 105 при передаче сигнала HBC. Процессор 102 и модулятор 106 HBC эквивалентны источникам тока, следовательно, при изменениях реактивной нагрузки, они не могут обеспечить стабильный сигнал на выходе. Если к выходу модулятора 106 HBC подключить буфер, эквивалентный источнику напряжения, в виде мостовой схемы, полумостовой схемы или источника переменного напряжения, то это обеспечит устойчивость параметров канала HBC к изменениям импеданса электродов 104, 105.

[0063] Для сравнения, в предшествующем уровне техники (US 20110250837 А1) решения не имеют схемы 107 стабильности канала HBC, при этом возникает необходимость в адаптивном согласовании импеданса.

[0064] Фиксированный реактивный резонансный элемент в схеме 107 стабильности канала HBC предназначен для снижения импеданса электродов 104, 105 в случае, когда электроды 104, 105 устройства находятся на расстоянии более 5 мм от тела пользователя. При подключении реактивного резонансного элемента в схему, изображенную на фиг. 1, модуль импеданса сократится с 1628 Ом до 165 Ом для случая, когда электроды устройства находятся на расстоянии 5 мм от тела пользователя. Реактивная часть импеданса станет положительной, то есть индуктивной, при этом схема мостового типа и источник переменного напряжения устойчивы к переменному индуктивному импедансу.

[0065] Сравнение двух подходов задания параметров канала HBC, соответствующих предшествующему уровню техники, изображенному на фиг. 2, и настоящему изобретению, изображенному на фиг. 4, показало следующее. Для успешного детектирования сигнала HBC, прошедшего от одного устройства к другому через тело пользователя, наиболее важным параметром является выходное напряжение. Выходная мощность источников сигнала в подходе, изображенном на фиг. 2, и подходе, изображенном на фиг. 4 составляет 1 мВт. В подходе, изображенном на фиг. 2, при переходе от случая 2 (устройства на расстоянии 5 мм от тела пользователя) к случаю 1 (устройства в непосредственном контакте с телом пользователя) в модуле адаптивного согласования импеданса происходит перенастройка реактивных элементов в оптимальное значение под управлением процессора. В подходе, изображенном на фиг. 4, при переходе от случая 2 (устройства на расстоянии 5 мм от тела пользователя) к случаю 1 (устройства в непосредственном контакте с телом пользователя) никакая перенастройка не требуется. При этом оба подхода обеспечивают одинаковое выходное напряжение, приемлемое для детектирования сигнала HBC в случае 2, и высокое выходное напряжение в случае 1, также приемлемое для детектирования сигнала HBC. С учетом того, что подход предшествующего уровня техники, изображенный на фиг. 2, требует использование элементов большого размера и высокой стоимости, можно сделать вывод, что подход, применяемый в настоящем изобретении, который, изображен на фиг. 4, предпочтителен для массового производства носимых электронных устройств.

[0066] Выбор значения фиксированного реактивного резонансного элемента выполняют на этапе разработки устройства. Значение фиксированного реактивного резонансного элемента соответствует оптимальным параметрам канала HBC при «наихудшем» расположении устройства, то есть при максимальном расстоянии устройства от тела, при котором должна быть обеспечена HBC. Это максимальное расстояние может варьироваться от 0 до 3 см в зависимости от типа электронного устройства, в которое встроено устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, и способа его применения.

[0067] Мостовая схема, полумостовая схема и источник переменного напряжения могут быть реализованы на транзисторах, логических элементах или на других переключающих элементах.

[0068] Процессор 102 управляет модулем 101 РЧ связи и модулем 103 HBC. Процессор 102 также выполнен с возможностью обработки цифровых данных для модулятора HBC, обработки цифровых данных от демодулятора HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством. Процессором 102 может быть, как отдельный процессор для устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, так и центральный процессор электронного устройства, содержащего устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления процессор 102 может включать в себя модулятор 106 HBC и/или демодулятор 108 HBC.

[0069] В процессе установления связи между устройствами модуль 101 РЧ связи осуществляет поиск по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи. Когда устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, процессор 102 включает модуль 103 HBC с первым рабочим циклом. В рабочем цикле модуль 103 HBC периодически включается и выключается для приема и/или передачи сигнала HBC. Рабочий цикл представляет собой отношение промежутка времени в состоянии включено к промежутку времени в состоянии выключено. Модуль 103 HBC может иметь несколько рабочих циклов, значения которых устанавливаются при производстве устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя. Значение первого рабочего цикла может быть установлено в диапазоне 0,1% - 20%. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления во время работы модуль 103 HBC может переключаться с первого рабочего цикла на второй рабочий цикл в зависимости от времени с момента обнаружения совместимого устройства.

[0070] Работа модуля 103 HBC в режиме периодического включения и выключения обеспечивает снижение энергопотребления.

[0071] Если устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, процессор 102 включает модуль 103 HBC с первым рабочим циклом. Схема 107 стабильности канала HBC формирует канал HBC. Модуль 103 HBC принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя через сформированный канал HBC от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством. Демодулятор 108 HBC преобразует принятый сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, в цифровые данные и передает эти цифровые данные с идентификатором РЧ связи процессору 102. Процессор 102 обрабатывает цифровые данные от демодулятора 108 HBC и выдает команду модулю 101 РЧ связи для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством. Процесс установления РЧ связи модулем 101 РЧ связи известен из уровня техники, поэтому подробное описание этого процесса не требуется.

[0072] Если совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, процессор 102 включает модуль 103 HBC с первым рабочим циклом и передает в модулятор 106 HBC цифровые данные, содержащие идентификатор РЧ связи. Модулятор 106 HBC преобразует цифровые данные, содержащие идентификатор РЧ связи, в сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи. Схема 107 стабильности канала HBC формирует канал HBC. Модуль 103 HBC передает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя через сформированный канал HBC по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством. Процесс установления РЧ связи модулем 101 РЧ связи известен из уровня техники, поэтому подробное описание этого процесса не требуется.

[0073] В одном варианте осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, процессор 102 может выключить модуль 103 HBC.

[0074] В другом варианте осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, процессор 102 может передать в модулятор 106 HBC цифровые данные, подтверждающие наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством. Модулятор 106 HBC преобразует эти цифровые данные в сигнал HBC, и модуль 103 HBC передает этот сигнал HBC по меньшей мере одному совместимому устройству.

[0075] На фиг. 6 изображен еще один вариант осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, в котором данное устройство дополнительно может содержать датчик 109 близости тела пользователя, выполненный с возможностью определения расстояния от упомянутого устройства до тела пользователя. Датчик 109 близости тела пользователя может быть любым датчиком близости, основанным на по меньшей мере одном из принципов действия, таких как электромагнитный (емкостной, индуктивный, микроволновой), оптический (отражательный, пирометрический), ультразвуковой.

[0076] Датчик 109 близости определяет касается ли пользователь устройства. Прикосновением пользователя может считаться как непосредственный контакт пользователя с устройством, так и нахождение устройства на некотором расстоянии от пользователя, например, когда устройство лежит в кармане одежды пользователя, надето поверх одежды пользователя и т.д. Прикосновением пользователя может считаться нахождение устройства от тела пользователя на расстоянии не более порогового значения, которое устанавливается на этапе изготовления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя. Пороговое значение может быть установлено в пределах от 0 см до 3 см.

[0077] Когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, датчик 109 близости тела пользователя выполняет определение, превышает ли расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя пороговое значение. Если расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает пороговое значение, то процессор 102 включает модуль 103 HBC, который выполняет вышеописанные операции для передачи или приема сигнала HBC.

[0078] В еще одном варианте осуществления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя модуль 101 РЧ связи может дополнительно содержать индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) для определения расстояния от упомянутого устройства до совместимого устройства. Если RSSI определяет, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то процессор 102 включает модуль 103 HBC, который выполняет вышеописанные операции для передачи или приема сигнала HBC. Пороговое значение устанавливается на этапе изготовления устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя и составляет от 0-2 м, в зависимости от типа электронного устройства в которое встраивается устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя.

[0079] Когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и совместимым устройством и модуль 101 РЧ связи может продолжать выполнять обнаружение другого совместимого устройства. Когда другое совместимое устройство обнаружено, процессор 102 включает модуль 103 HBC со вторым рабочим циклом, и модуль 103 HBC может выполнять вышеописанные операции для передачи или приема сигнала HBC. Значение второго рабочего цикла устанавливается при производстве устройства для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя. Значение второго рабочего цикла превышает значение первого рабочего цикла и может быть установлено в диапазоне 10% - 50%. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления во время работы модуль 103 HBC может переключаться со второго рабочего цикла на первый рабочий цикл или с первого рабочего цикла на второй рабочий цикл в зависимости от времени с момента обнаружения совместимого устройства.

[0080] Предлагаемый способ установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, который может быть реализован устройством для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя, описан со ссылкой на фиг. 7.

[0081] На этапе 201 упомянутое устройство осуществляет поиск по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи посредством РЧ связи.

[0082] На этапе 202, когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, включают модуль 103 HBC с первым рабочим циклом, причем рабочий цикл представляет собой отношение промежутка времени в состоянии включено к промежутку времени в состоянии выключено.

[0083] РЧ связь может представлять собой любую беспроводную связь, предпочтительно любую связь ближнего радиуса действия, такую как Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), Zig-Bee, 2,4 ГГц Ant +, Wi-Fi, Wi-Fi Direct и другие. Операции, относящиеся к РЧ связи, выполняются известным из уровня техники модулем связи для любого из вышеперечисленных стандартов связи, поэтому операции осуществления поиска и обнаружения посредством РЧ связи совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи и осуществления РЧ связи с совместимым устройством известны из уровня техники и подробное описание этих операций не требуется.

[0084] На этапе 203 формируют канал HBC с параметрами, заданными в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя.

[0085] На этапе 204 осуществляют обмен сигналами HBC по каналу HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом сигнал HBC содержит идентификатор РЧ связи.

[0086] Когда упомянутое устройство первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, принимают в упомянутом устройстве сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0087] Когда по меньшей мере одно совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, передают из упомянутого устройства сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0088] Способ может дополнительно содержать этап, на котором выключают модуль HBC после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи.

[0089] Способ может дополнительно содержать этап, на котором в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, формируют и передают сигнал HBC, подтверждающий наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

[0090] Способ может дополнительно содержать этап, на котором определяют расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя, причем если определено, что расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

[0091] Способ может дополнительно содержать этап, на котором определяют расстояние от устройства до совместимого устройства, причем, если определено, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

[0092] Способ может дополнительно содержать этапы, на которых, когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и совместимым устройством, обнаруживают другое совместимое устройство, включают модуль HBC со вторым рабочим циклом для обмена сигналами, причем второй рабочий цикл больше первого рабочего цикла.

[0093] Первый рабочий цикл может составлять 0,1% - 20%, а второй рабочий цикл может составлять 10% - 50%.

[0094] Вышеприведенные описания вариантов осуществления изобретения являются иллюстративными, и модификации конфигурации и реализации не выходят за пределы объема настоящего описания. Например, хотя варианты осуществления изобретения описаны, в общем, в связи с фигурами 3-7, приведенные описания являются примерными. Хотя предмет изобретения описан на языке, характерном для конструктивных признаков или методологических операций, понятно, что предмет изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения, не обязательно ограничен конкретными вышеописанными признаками или операциями. Более того, конкретные вышеописанные признаки и операции раскрыты как примерные формы реализации формулы изобретения. Изобретение не ограничено также показанным порядком этапов способа, порядок может быть видоизменен специалистом без новаторских нововведений. Некоторые или все этапы способа могут выполняться последовательно или параллельно.

[0095] Соответственно предполагается, что объем варианта осуществления изобретения ограничивается только нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области связи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежного канала HBC для любых местоположений устройств на теле пользователя и сверхнизком энергопотреблении модуля HBC. Устройство для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя содержит модуль РЧ связи, выполненный с возможностью осуществления поиска по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи и осуществления РЧ связи с по меньшей мере одним совместимым устройством, процессор, выполненный с возможностью обработки цифровых данных для модулятора HBC, обработки цифровых данных от демодулятора HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством, модуль связи через тело человека (HBC), выполненный с возможностью осуществления HBC с найденным по меньшей мере одним совместимым устройством. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для установления радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя c по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом упомянутое устройство содержит:

- модуль РЧ связи, выполненный с возможностью осуществления поиска по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи и осуществления РЧ связи с по меньшей мере одним совместимым устройством;

- процессор, выполненный с возможностью обработки цифровых данных для модулятора HBC, обработки цифровых данных от демодулятора HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством;

- модуль связи через тело человека (HBC), выполненный с возможностью осуществления HBC с найденным по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом модуль HBC содержит:

- сигнальный электрод и электрод заземления, предназначенные для передачи и приема сигнала HBC по каналу HBC,

- модулятор HBC, выполненный с возможностью преобразования цифровых данных процессора в сигнал HBC,

- схему стабильности канала HBC, выполненную с возможностью задания параметров канала HBC в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя,

- демодулятор HBC, выполненный с возможностью преобразования сигнала HBC, принятого от по меньшей мере одного совместимого устройства, в цифровые данные и передачу этих цифровых данных процессору; и

при этом, когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, процессор включает модуль HBC с первым рабочим циклом, причем рабочий цикл представляет собой отношение промежутков времени в состоянии включено к промежуткам времени в состоянии выключено,

при этом сигнал HBC содержит идентификатор РЧ связи, содержащийся в цифровых данных процессора упомянутого устройства.

2. Устройство по п. 1, в котором, когда упомянутое устройство первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, модуль HBC принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

3. Устройство по п. 1, в котором, когда по меньшей мере одно совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, модуль HBC передает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

4. Устройство по п. 2 или 3, в котором модуль HBC выключается после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи.

5. Устройство по п. 2, в котором в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, модуль HBC дополнительно выполнен с возможностью формирования сигнала HBC, подтверждающего наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством, и передачи этого сигнала HBC по меньшей мере одному совместимому устройству.

6. Устройство по п. 1, в котором модуль HBC дополнительно содержит датчик близости тела пользователя, выполненный с возможностью определения расстояния от упомянутого устройства до тела пользователя,

причем, если датчик близости тела пользователя определяет, что расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает порогового значения, то модуль HBC включается и передает или принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи.

7. Устройство по п. 1, в котором модуль РЧ связи дополнительно содержит индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) для определения расстояния от упомянутого устройства до совместимого устройства,

причем, если RSSI определяет, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то модуль HBC включается и передает или принимает сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи.

8. Устройство по п. 1, в котором, когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и одним из по меньшей мере одного совместимого устройства и модуль РЧ связи обнаруживает другое из по меньшей мере одного совместимого устройства, процессор включает модуль HBC со вторым рабочим циклом, и модуль HBC принимает или передает сигнал HBC,

причем второй рабочий цикл больше первого рабочего цикла.

9. Устройство по п. 1, в котором первый рабочий цикл составляет 0,1 - 20%.

10. Устройство по п. 8, в котором второй рабочий цикл составляет 10 - 50%.

11. Устройство по любому из пп. 1-10, в котором модуль РЧ связи выполнен с возможностью осуществления РЧ связи по любому из стандартов беспроводной связи ближнего радиуса действия.

12. Способ установления радиочастотной (РЧ) связи посредством прикосновения пользователя между устройством для установления РЧ связи посредством прикосновения пользователя c по меньшей мере одним совместимым устройством, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:

- осуществляют поиск упомянутым устройством по меньшей мере одного совместимого устройства в заданном радиусе действия РЧ связи посредством РЧ связи;

- когда упомянутое устройство и по меньшей мере одно совместимое устройство обнаруживают друг друга, включают модуль связи через тело человека (HBC) с первым рабочим циклом, причем рабочий цикл представляет собой отношение промежутков времени в состоянии включено к промежуткам времени в состоянии выключено;

- формируют канал HBC с параметрами, заданными в зависимости от расположения устройства на теле пользователя и расстояния от устройства до тела пользователя;

- осуществляют обмен сигналами HBC по каналу HBC для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством,

при этом сигнал HBC содержит идентификатор РЧ связи.

13. Способ по п. 12, в котором, когда упомянутое устройство первым обнаруживает по меньшей мере одно совместимое устройство, принимают в упомянутом устройстве сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, переданный по телу пользователя от по меньшей мере одного совместимого устройства для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

14. Способ по п. 12, в котором, когда по меньшей мере одно совместимое устройство первым обнаруживает упомянутое устройство, передают из упомянутого устройства сигнал HBC, содержащий идентификатор РЧ связи, по телу пользователя по меньшей мере одному совместимому устройству для установления РЧ связи между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

15. Способ по п. 13 или 14, дополнительно содержащий этап, на котором выключают модуль HBC после приема или передачи сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи.

16. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором в ответ на прием сигнала HBC, содержащего идентификатор РЧ связи, формируют и передают сигнал HBC, подтверждающий наличие канала HBC между упомянутым устройством и по меньшей мере одним совместимым устройством.

17. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этап, на котором определяют расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя,

причем если определено, что расстояние от упомянутого устройства до тела пользователя не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

18. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором определяют расстояние от устройства до совместимого устройства,

причем, если определено, что расстояние от упомянутого устройства до совместимого устройства не превышает порогового значения, то включают модуль HBC для обмена сигналами HBC.

19. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этапы, на которых, когда РЧ связь установлена между упомянутым устройством и совместимым устройством, обнаруживают другое совместимое устройство, включают модуль HBC со вторым рабочим циклом для обмена сигналами,

причем второй рабочий цикл больше первого рабочего цикла.

20. Способ по п. 12, в котором первый рабочий цикл составляет 0,1 - 20%.

21. Способ по п. 19, в котором второй рабочий цикл составляет 10 - 50%.

22. Способ по любому из пп. 12-21, в котором РЧ связь является РЧ связью по любому из стандартов беспроводной связи ближнего радиуса действия.