Modele numeryczne ciała człowieka umożliwiające analizę i projektowanie nowoczesnych systemów łączności bezprzewodowej

• Autorzy: Januszkiewicz Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2025.4.3

Warianty tytułu

EN

Numerical human body models for the analysis and design of modern wireless communication systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione zostały modele numeryczne ciała człowieka umożliwiające przeprowadzenie symulacji komputerowych nowoczesnych systemów łączności bezprzewodowej. Omówione zostały ograniczenia modeli pełnofalowych, w przypadku zastosowania ich do analizy systemów wykorzystujących wielkie częstotliwości. Następnie zaprezentowane zostały modele służące do analizy efektu przesłonięcia łącza bezprzewodowego ciałem człowieka, wykorzystujące jednorodną teorię dyfrakcji. Omówione zostały również modele pozwalające wyznaczyć gęstość mocy fali elektromagnetycznej we wnętrzu ciała. Skupiono się na modelach bazujących na śledzeniu promieni oraz modelach wykorzystujących techniki głębokiego uczenia (Deep-Learning) i sztuczne sieci neuronowe. Wskazano również kierunki rozwoju modeli ciała człowieka w kontekście systemów 6 generacji.

EN

This article presents numerical human body models that enable computer simulations of modern wireless communication systems. Limitations of full-wave models when applied to the analysis of systems utilizing high frequencies are discussed. Subsequently, models for analyzing the human body shadowing effect on wireless links, employing the uniform theory of diffraction, are introduced. Additionally, models for determining the power density of electromagnetic wave within the body are discussed. The focus is on ray-tracing based models and models utilizing deep-learning techniques and artificial neural networks. Directions for the development of human body models in the context of 6th generation systems are also indicated.

Słowa kluczowe

PL

metody numeryczne; łączność bezprzewodowa; elektromagnetyzm obliczeniowy; sieci WBAN; model ciała człowieka

EN

numerical methods; wireless communication; computational electromagnetics; WBAN networks; human body model

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 4
• Strony: 25--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Januszkiewicz Łukasz

• Politechnika Łódzka, Instytut Elektroniki

Bibliografia

• [1] A. Takei, K. Murotani, S. -I. Sugimoto, M. Ogino and H. Kawai, „High-Accuracy Electromagnetic Field Simulation Using Numerical Human Body Models,” in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 52, no. 3, pp. 1-4, March 2016, Art no. 7402704, doi: 10.1109/TMAG.2015.2479467
• [2] S. N. Makarov et al., „Virtual Human Models for Electromagnetic Studies and Their Applications,” in IEEE Reviews in Biomedical Engineering, vol. 10, pp. 95-121, 2017, doi: 10.1109/RBME.2017.2722420
• [3] M. J. Ackerman, „The Visible Human Project: From Body to Bits,” in IEEE Pulse, vol. 8, no. 4, pp. 39-41, July-Aug. 2017, doi: 10.1109/MPUL.2017.2701221.
• [4] A. Christ i in., „The Virtual Family—development of surface-based anatomical models of two adults and two children for dosimetric simulations”, Physics in Medicine & Biology, t. 55, nr 2, s. N23, grudz. 2009, doi: 10.1088/0031-9155/55/2/N01.
• [5] N. Homsup, J. Breakall, „Application of XFDTD and FEKO program to the analysis of planar antennas”, 2010 10th International Symposium on Communications and Information Technologies, Tokyo, Japan, 19–21 October 2010; pp. 646–650. https://doi.org/10.1109/ISCIT.2010.5665070.
• [6] S. Wang, Z. Song, H. Li, G. Guo, i X. Xi, „Numerical simulation and analysis of effects of individual differences on the field distribution in the human brain with electromagnetic pulses”, Scientific Reports, t. 11, nr 1, s. 16504, sie. 2021, doi: 10.1038/s41598-021-96059-3.
• [7] Ł. Januszkiewicz, S. Hausman and P. D. Barba, „Human Body Modelling for Wireless Body Area Network Optimization,” 2020 14th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Copenhagen, Denmark, 2020, pp. 1-5, doi: 10.23919/EuCAP48036.2020.9136084.
• [8] https://itis.swiss/virtual-population/tissue-properties/database/
• [9] https://www.remcom.com/resources/brochures/xgtd-overview
• [10] Ł. Januszkiewicz, „Model for Ray-Based UTD Simulations of the Human Body Shadowing Effect in 5G Wireless Systems,” International Journal of Antennas and Propagation, tom 2018, 2018
• [11] Ł. Januszkiewicz, „Analysis of Human Body Shadowing Effect on Wireless Sensor Networks Operating in the 2.4 GHz Band”, Sensors, t. 18, nr 10, 2018, doi: 10.3390/s18103412.
• [12] J. Kawecki, Ł. Januszkiewicz, P. Di Barba: Model dwuwymiarowy do symulacji gęstości mocy w obszarze głowy i oczu dla częstotliwości 26 GHz. Artykuł w Przegląd Telekomunikacyjny - Wiadomości Telekomunikacyjne, , nr 4, str. 285-288. 2023. Tryb dostępu: https://sigma-not.pl/publikacja-144791-2023-4.html. DOI: 10.15199/59.2023.4.63.
• [13] S. Dodge, N. Fontana, M. E. Mognaschi, E. Canicattì, i S. Barmada, „A Deep Learning Based Prediction of Specific Absorption Rate Hot-Spots Induced by Broadband Electromagnetic Devices”, IET Science, Measurement & Technology, t. 19, nr 1, s. e70009, sty. 2025, doi: 10.1049/smt2.70009.
• [14] P. Di Barba, Ł. Januszkiewicz, J. Kawecki, i M. E. Mognaschi, „Electromagnetic Wave Absorption in the Human Head: A Virtual Sensor Based on a Deep-Learning Model”, Sensors, t. 23, nr 6, 2023, doi: 10.3390/s23063131.
• [15] K. Trichias, A. Kaloxylos and C. Willcock, „6G Global Landscape: A Comparative Analysis of 6G Targets and Technological Trends,” 2024 Joint European Conference on Networks and Communications & 6G Summit (EuCNC/6G Summit), Antwerp, Belgium, 2024, pp. 1-6, doi: 10.1109/EuCNC/6GSummit60053.2024.10597064.
• [16] W. Yamada et al., „Pioneering New Frequency bands towards 6G Mobile Communication Systems,” 2022 IEEE International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition (iWEM), Narashino, Japan, 2022, pp. 95-96, doi: 10.1109/iWEM52897.2022.9993485.
• [17] T. Nagaoka, „Estimation of Electromagnetic Absorption Characteristics Using a Human Model with Anatomical Structures at Frequencies above 100 GHz,” 2023 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Venice, Italy, 2023, pp. 461-461, doi: 10.1109/ICEAA57318.2023.10297688.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).