בנוף המתפתח במהירות של שירותי בריאות, הנדסה מרחוק בריאות התפתחה כאבן הפינה להרחבת השירותים הרפואיים לאוכלוסיות באזורים כפריים, מוחלשים, או אזורים שנפגעו ממשבר.הצלחתם של ניטור רפואי, מרוחק של מטופלים, ובריאות ניידת (mHealth) תלויה במידה רבה ביתרונות רפואיים אמינים, כוח נמוך, וטכנולוגיות תקשורת אלחוטיות חזקות.

הבנה של Frequency Shift Keying (FSK)

(ב) [17] (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מעבר בינארי FSK, יש גרסאות מרובות ברמת או M-ary FSK (למשל, 4FSK, 8-FSK) כי המפה מספר ביטים לסמל, הגדלת יעילות ספק מרכזית בעלות של יחס אות גבוה ל-noise (SNR) דרישות M-ary FSK פחות נפוצות במכשירים רפואיים דלת כוח נמוך עקב המורכבות והצריכה המוגברת, אך השימוש בגרסאות של נתונים קצרים, כגון רמות הפחתת יעילות של מדד FS) של מדדים של יעילות נמוכה של רמות ה-FSK, כלומר, כלומר, כלומר, רמת יכולת נמוכה יותר.

בהשוואה ל- Amplitude Shift Keying (ASK) ו- שלב Shift Keying (PSK), FSK מציע יתרונות טבועה בסביבות רועשות. כי מידע מקודד בתדר ולא amplitude, FSK הוא חסין לתנודות מפוסלות הנגרמות על ידי fading או אות אטמורציה - יתרון קריטי בבית החולים עם ציוד מתכת ומשקף משטחים.

יישומי מפתח של FSK בהנדסת בריאות מרחוק

מעקב מרחוק של המטופל (RPM)

מערכות RPM אוספים מידע פיזיולוגי ממטופלים מחוץ להגדרות קליניות מסורתיות - לעתים קרובות בבתים שלהם או במרפאות כפריות - ולהעביר אותו לספקי שירותי בריאות לניתוח.FSK בשימוש נרחב במערכות אלה כי הוא תומך בדל-נתונים נמוכים, קישורים עתירי משקל גבוה הדרושים עבור אותות חיוניים של TRVS, לדוגמה, משקפי אלקטרוקרדיגרמה לב עקשניים (G) משדרים נתונים רצופים באמצעות תדרי רדיו קלים (SKD) או D.

באופן דומה, ג'וקרים רצופים (CGMs) לניהול סוכרת משתמשים לעתים קרובות ב-FSK כדי לשדר קריאת גלוקוז מ חיישן תת-עורי למקבל או לסמארטפון, מכיוון ש- CGMs דורשים עדכונים תכופים (כל 1-5 דקות) ולפעול בסביבה אלקטרומגנטית רועשת עם הפרעות פוטנציאליות מלבושות אחרות, התנגדותו של FSK לרעשי אמפודה מבטיחה נתונים עקביים ומדויקים של 10: FEEFEE2FEE) אשר הראו ירידה של נתונים:

ציוד טלמדיק ודיגנוסטי

פלטפורמות טלמדיקניות מסתמכות על העברת נתונים אבחון גבוה - כגון רדיוגרפיה דיגיטלית (X-ray), תמונות אולטרסאונד ועקוםיפי ספירומטריה - ממכשירים היקפיים ועד שרתים מרכזיים או מנועי ניתוח מבוססי ענן.מודולים FSK לעתים קרובות מוטבעים בציוד הדמיה רפואי כדי לייעל נתונים פיקסל או רצפים מפוסקים על פני קישורים אלחוטיים קצרים, לדוגמה, בדיקות אולטרסאונד כדי להפעיל פקודות FSK כדי למזעריות (FSLC) על מנת למזעריות קבועות (FSLC) על מנת למזעריות (FSLC) של שליטה אחת של נתונים הדמיה (FSK) על גבי שיבושים) מקבצי הדמיה (Ricial) על מנת למזערית של תמונות גלימותק תמונות לוחיות (R) על מנת למזעריות (FSLC) מתמונות הדמיה (FSLC) על מנת למזעריות של תמונות גלימותק תמונות לוחמתיקים) על מנת למזעריות קבוע של תמונות לוחמת תמונות לוחמת שימוש ב-costicial של תמונות לוחמת שימוש ב-FSLCD (R) על מנת למזערי של תמונות מקבצי הדמיה (R) על מנת למזער את תמונות מקבצי הדמיה (R) כדי למזער

בנוסף, אנטאוסקופים אלקטרוניים ו- otoscopes דיגיטליים אשר משדרים צלילים או תמונות אוזן יכול לעתים קרובות להשתמש FSK עבור יעילות האנרגיה שלה. תרחיש טיפוסי כרוך אחות פוסט בריאות מרחוק הצבת FSK-en-en-en-en-en-nFed teamced teamced teamc-SK-SK-SK-S-Fre-S-S-S-S-S-S-S-F נשמר על ידי טיפול רפואי קפדני (מ-F) ו-Frelimates) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, בעוד קרדיולוגרפיסטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטומטי (מאט-F) בתנאי טיפול רפואי מאובטח ב-F) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, ו-FLSFSFSK) בתנאי טיפול רפואי מאובטח (מטיס (מטיסהמערכת הפעלה מרחוק) בתנאי טיפול רפואי מרחוק) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, ו-Frelimates) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, ו-Frelimates) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, ו-FSKFSKFrelimates) בתנאי טיפול רפואי מרחוק, יש צורך ב-Frelimates-

רשתות שטח גוף אלחוטיות (WBANs)

רשתות שטח אלחוטיות (WBANs) מורכבות מאבני חיישן מרובות המוצבות על הגוף או בתוך הגוף, כל אחד מדידת מכשירים פיזיולוגיים שונים (למשל, טמפרטורה, לחץ דם, שחיקה חמצן, תנועה) אלה חייבים לתקשר ביניהם לבין עצמם ועם מרכז מרכזי (לעיתים קרובות טלפון חכם או שער) באמצעות פרוטוקול קצר טווח.

לדוגמה, ®WBAN למעקב אחרי הניתוח עשוי לכלול רצף טמפרטורה מבוסס FSK, הדופק oximeter, ו a Fall-detection accelerometer, all משדר למרכז מיטה 3:3 מכיוון שכל חיישן פועל על תדר מרכז ויזואלי מעט שונה בתוך רצועת המידע של 2.4K, התדירות הטבה של FSK מאפשרת למרכז השידור הנפרד לתפוצה נפרדת של 30 ימים: FANF2, ללא ספק, 000 ימים של מערכת מידע מורכבת.

יתרונות השוואתיים של FSK בסביבת בריאות

רובנס ל Noise and Interference

(ב) סביבות בריאות עוינות לשמצה לסימנים אלחוטיים בשל נוכחות של מיטות בית חולים מתכתי, משאבות אינפוזיות, מכונות MRI וציוד אלקטרוני אחר שיוצרו הפרעה אלקטרומגנטית (EMK) היתרון הראשי של FSK בהקשר זה הוא חסינות גבוהה שלה לרעש מבוסס mpude (Fvdulator) רק לאחר ש-FS1DVervFer (F) הוא פחות גבוה מ-Fervf) מאשר במידה מסוימת, לעומת LT2 (האפקט ה-Fer) הוא פחות גבוה יותר מ-FervFervF) מ-F1:

יתר על כן, המעטפה הקבועה של FSK מאפשרת שימוש בהגבלת המגברים בקדמת המקלט, אשר מקליד וריאציות והסרת רעש חי לפני התדירות של המפליטור.זה מפשט מאוד את השליטה האוטומטית של 3:5C) במעגלים של Bluetooth (AGC), צמצום מורכבות מקלט ועלויות - יתרון ממשי עבור מכשירים רפואיים ניידים שיש להיות סביר וקל לייצור ניסויים שדהיים במסגרות אמיתיות של 10 מ"מ"ר:

איכות נמוכה וחיים ארוכים של סוללה

מכשירים רפואיים מרוחקים רבים מופעלים על סוללות ועליהם לפעול במשך שבועות או חודשים ללא קידוד.FSK משדרים מצטיינים במבצע כוח נמוך כי הם רק צריכים לעבור בין שניים (או יותר) תדרים; הם אינם דורשים מגבר ליניארי שפסול כוח כמו חום. A טיפוסי FSKter עבור חיישן לבישת 10-20 מ"מ במהלך שידור dBm, עם μi פחות מ- 20 חודשים) לעומת ממוצע של שבץ (כמטר) עם מחזור אחד בלבד, רק על פני שטח אחד בלבד, כאשר הוא מסוגל ל-32 רגיל של פחות מ- 2 חודשים).

בניגוד לכך, PSK מודולטורים לעתים קרובות דורשים לינאריזציה וגלולות מורכבות של שלב נעולות אשר מגבירות את צריכת החשמל, בעוד ASK משדרים סובלים מיעילות מופחתת כי המשדר חייב במהירות את כוח-הנושא, המוביל ל-spectral splatter ולהגדיל את האנרגיה ל- A.A 2019 להעביר את קצב ההשוואתי של 0JFLT/J2KEEC) ב-THVR.

וודאות של הטמעה ואינטגרציה

טכנולוגיית FSK היא בוגרת ומאופיינה, עם ספרות נרחבת, כלי סימולציה, ועיגולים משולבים מחוץ ל-Hlf הזמינים מיצרנים כגון Texas Instruments, Analog מכשירים, ו-Semtech. רבים שבבים בתדר נמוך כוח נמוך (למשל, CC1101, Si446x סדרה) מגיעים עם תמיכה מודולציה FSK בנוי, ומאפשר למהנדסים לעצב מכשירים רפואיים אלחוטיים ללא צורך לפתח תצורה אישית או מעבדים פשוטים.

יתר על כן, תאימות של FSK לסטנדרטים אלחוטיים הקיימים - כגון IEEE 802.15.4 (Zigbee) ופרוטוקולים בעלי קיבולת קניינית שונים של תת-הרץ - כלומר מכשירים רפואיים יכולים להתחבר בקלות לתשתיות מבוססות כמו שערי Zigbee או רשתות LoRaWAN (שמשתמשים גם ב-FSK כאופציה מודולציה באזורים מסוימים).

אתגרים ומגבלות של FSK בבריאות

שיעור נתונים ויציבות ספקטרלית

(המגבלות המשמעותיות ביותר של מערכות FSK קלאסיות הן יעילות ספקטרלית יחסית בהשוואה לתוכנות מודרניות של Modulation.BFSK דורש רוחב פס שווה ל-FLT:02R5+2Rlant) שימוש באפליקציות מודרניות (בקיצור של CLT) עבור זיהוי לא קבוע, שבו FLT:4 LT5 הוא תדירות של מקבילה גבוהה עבור רוחב פס נמוך 2 / k {\displaystyle CV} עבור ניגודים אופייני ל- k {\displaystyle 2 ניגודים (ב- k {\displaystyle C {3) עבור ניגודים לא מתאים ל- k {\displaystyle C {3.

עם זאת, יישומים רבים של בריאות מרחוק (למשל, קצב לב, טמפרטורה, ספירת צעד) דורשים שיעורי נתונים של רק כמה קילוביט לשנייה, כך רוחב הפס של FSK הוא לעתים רחוקות צוואר בקבוק מעשי. כאשר שיעורי גבוה יותר נדרשים (למשל, הזרמת אודיו מ anthKoscope דיגיטלי ב 64 kb/s), Gausian FSKSK) יכול להפחית את רוחב הפסים (FKen) באופן דרסטי) או להפחית את רמת הפחתת את הפחתת תפקודו של לחץ רוחב הפסים (למשל, תוך כדי שמירה על ידי GKSKSKSK) באופן דרסטי (DSKSK) באופן קבוע (למשל, תוך כדי שמירה על ידי הגבלת זמן קצר) באופן קבוע (GKen) באופן קבוע (למשל, תוך כדי להפחית את רמת לחץ דם CKen) באופן קבוע (DSKen) באופן קבוע (DLC) באופן קבוע (GKen) באופן קבוע (DLC) באופן קבוע (DSKen) באופן קבוע (למשל, תוך כדי שמירה על ידי הגבלת זמן קצר) באופן קבוע, תוך כדי שמירה על ידי שינוי קלפיינטק-FKen) באופן קבוע (DSKen) באופן קבוע (DSKen) עם גישה

השוואות וקיום

ככל שהמכשירים הרפואיים יותר ויותר פרוסים בלהקות ISM לא מורשה (במיוחד 2.4 GHz ו-868/915 MHz), הם חייבים להתמודד עם מספר גדל והולך של טכנולוגיות אלחוטיות מתחרות: WiFi, Bluetooth, Zigbee ומערכות קנייניות. אותות FSK יכולים לסבול מהתנגשויות תדירות אם רוחב הפס של המקלט הוא גם חפיפות של חומר מהפרעה חזקה.

כדי להפחית את זה, מקלטי FSK מודרניים משלבים התכה של תדר הסתגלות, שבו מתג השידור והמקבל במהירות בין קבוצה של תדרים המוגדרים מראש ברצף פסאודו-ראן.לדוגמה, תקן IEEE 802.15.6 WBAN משתמש תדירות הפחתת התנגשויות מתמשך.בנוסף, מנגנוני הקשבה לפני-דבר (LBT) יכולים להיות מיושמת בשכבה בינונית של בקרת גישה (MAC) לתחושה ולצמצם אסטרטגיות אלה הן יעילות במיוחד אם הן יעילות, אך הן יעילות, אך הן יעילות, אך הן יעילות, אך הן יעילות, אך הן יכולות להיות מיטיבה עם מנגנונים של פעילות גופנית יעילה מאוד.

אבטחה וחדשנות

בעוד ש-FSK עצמו אינו מספק הצפנה, הוא משמש כנושאת שכבתי פיזית; אבטחה חייבת להתבצע בשכבות גבוהות יותר של פרוטוקול התקשורת.ברפואה מרחוק, נתוני המטופל מוגנים על ידי תקנות כמו HIPAA בארצות הברית ו-GDPR באירופה, הדורשות הצפנה חזקה הן במנוחה והן ב-FSK-up-based Devices, בדרך כלל ליישם את AES-128 או הצפנה של AES-256 בשכבה או יישום, עם הסתברות נמוכה, עם בדיקות אבטחה נמוכות מאוד, אך ורקמותרפיות, אך ורקמותרפיות של CRC, אך ורקמותרפיות, יש צורך ב-CDC, אך ורק ב-CDC, אך ורק ב-CDC, יש צורך ב-CDC, אך ורק ב-CDC, אך ורק ב-CDC, בדרך כלל, עם אלגוריתמיות נמוכה.

דאגה ביטחונית נוספת היא הפוטנציאל להתקפות ערוץ צד המנצלות את הקשר בין ה-FSK המועבר לבין הנתונים הבסיסיים או המפתח הסודי.מכיוון ש-FSK הוא מודולציה מתמדת, הוא פחות רגיש להתקפות ניתוח חשמל מאשר ASK (שיכול לחשוף וריאציות מעטות ברמת הכוח ההוליסטית) הן בלתי-אפשרות, אך קשה יותר לבצע ללא קרבה פיזית לשדר את השכבה המקיפה, אך ורק ל-FK, אך ורק כדי לספק את המערכת הביטחונית באופן בלעדי.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

שילוב עם 5G ומעבר

ה- 5G רשתות סלולריות מבטיחות תקשורת נמוכה יחסית (URLLC) ומערכת תקשורת מסוג מכונות מסיבית (mTC), שניהם רלוונטיים מאוד לבריאות מרחוק. בעוד ששכבה פיזית של 5G משתמשת בגלימות גל מורכבות כמו DM ו- CP-OKM, טכניקות FSK נבדקות לשימוש ספציפי.

יתר על כן, טכנולוגיות רדיו קוגניטיביות - שבו מכשיר בוחר באופן דינמי להקות תדר לא בשימוש - יכול לאפשר חיישנים רפואיים מבוססי FSK להזב לתוך ספקטרום ברור אפילו בבתי חולים מחוסנים.טיפוסי מחקר הוכיחו טרנזירים קוגניטיביים FSK החושבים את הספקטרום באמצעות זיהוי אנרגיה ומחליפים לערוץ זמין בתוך מיקרו-שניות, השגת שיפור של 40% ביחס לחבילות לעומת ניתוח קבוע של ניתוח בסימולציה של בית חולים.

שיטות של שינוי וטכניקה הסתגלות

כדי להתגבר על מגבלות הנתונים של FSK תוך שמירה על העוצמה והעוצמה הנמוכה שלה, עיצובים מתעוררים משלבים את FSK עם מודולים אחרים באופן הסתגלותי.לדוגמה, מכשיר עשוי להשתמש BFSK עבור אותות שליטה בתדר נמוך וסימנים קריטיים, ולאחר מכן לעבור לתקני שינוי גבוהים יותר (למשל, 16-QAM) כדי להעביר גל דחוס או עדיין תמונה טובה, כאשר הם באמת מתאימים להתאמה אישית של תכונות למידה (אופטיות) אבל תכונות אישיות).

היברידית מבטיחה נוספת היא FSK-OOK (על-Off Keying), שם נמצא המוביל (FSK for Data 1) או נעדר (נתונים 0) אך עם היכולת הנוספת לשנות את תדירות השינוי.זה מאפשר למקלט לזהות הן אמפליטודה והן תדירות, מתן רווח מגוון בערוצים המשתנים.

סליחות וסטנדרטיזציה

מערכת האקולוגית של המכשיר הרפואי מוסדרת מאוד, וכל טכנולוגיה אלחוטית חדשה חייבת לעמוד בסטנדרטים כגון IEC 60601-1 (התאמה אלקטרונית), הדרכה של ה- FDA על טכנולוגיית אלחוטית בתדר רדיו במכשירים רפואיים, ותקנות ספקטרום אזוריות.ה- WMTS ו- MedRadio (שירות תקשורתי תקשורת של מכשירים רפואיים אלחוטיים רפואיים קלים) מ-FCC יכולים להבטיח להקות אבטחה סטנדרטיות כגון להקות אבטחה סטנדרטיות של אבטחה סטנדרטיות, כגון להקות אבטחה סטנדרטיות, כגון להקות אבטחה סטנדרטיות, אשר יהיו מוגבלות, כגון להקות אבטחה סטנדרטיות, אשר צריכות להבטיח להקות אבטחה סטנדרטיות של מערכות אבטחה סטנדרטיות של מערכות אבטחה סטנדרטיות של מערכות אבטחה של מערכות אבטחה של מערכות אבטחה של מערכות אבטחה, כגון להקות אבטחה סטנדרטיות של אבטחה של אבטחה, כגון 110K) מואצ'ר (מערכת אבטחה סטנדרטיות של מערכות אבטחה סטנדרטיות של מערכות אבטחה אבטחה אבטחה אבטחה אבטחה אבטחה סטנדרטיות של אבטחה של מערכות אבטחה סטנדרטיות של אבטחה סטנדרטיות של אבטחה סטנדרטיות של אבטחה סטנדרטית של אבטחה סטנדרטית של אבטחה של אבטחה של אבטחה של אבטחה של אבטחה, במיוחד עבור מערכות אבטחה של מערכות אבטחה של אבטחה של אבטחה של מערכות אבטחה של אבטחה של אבטחה של מערכות אבטחה של מערכות אבטחה של מערכות אבטחה סטנדרטיות של אבטחה

יצרנים חייבים גם לשקול שחלות בינלאומיות: בעוד שהלהקה 868 MHz זמינה מאוד באירופה עבור מכשירים רפואיים FSK, הלהקה 915 MHz משמשת בצפון אמריקה, ו-433 MHz באזורים אחרים. Multiband FSK Transceivers שניתן להגדיר עבור אזורים שונים לפשט את הפריסה העולמית, אך להוסיף אתגרים עלות ואנטנה.

מסקנה

תדירות Shift Keying נשאר טכנולוגיה בסיסית בהנדסה רפואית מרחוק, המציע שילוב ייחודי של חסינות רעש, צריכת חשמל נמוכה, ופשטות יישום כי הוא מתאים היטב למגבלות של מכשירים רפואיים הפועלים מחוץ לסביבות קליניות מבוקרות.מ לפקחי גלוקוז רציף ותיקונים ECG לבישים חשמליים לספק ציוד הדמיה טלדמיית ורשתות שטח אלחוטי, FSK מספק את הקישור התקשורת התלת, יעילה אנרגיה, כי תחת ספקטרום גבוה יותר, בעוד הם דורשים יעילות גבוהה יותר של נתונים סטנדרטיים של טיפול רפואי, תוך כדי יעילות גבוהה יותר, תוך כדי יעילות גבוהה יותר, 000.

אתגרים כגון עומס ספקטרום, הפרעה וביטחון מטופלים באופן פעיל באמצעות התדירות הצטמצמות, התאמה מודולציה הסתגלות, הצפנה קלה, להבטיח כי FSK תמשיך להתפתח לצד המערכת האקולוגית האלחוטית הרחבה יותר כמו 5G, מחשוב קצה, ואינטליגנציה מלאכותית הופכת את שירותי הבריאות, FSK סביר לשמור על תפקידה כשכבת העבודה פיזית עבור חיישנים רפואיים בעלי כוח נמוך, בעוד מערכות היברידיות ויכולות רדיו קוגניטיביות להרחיב את המהנדסים ולהבטיח לשמור על הנדסת בריאות חזקה של צוותים של צוותים של צוותים של צוות הבריאות, שמירה על הנדסה גמישים ומהנדסים חזקים של צוותים ומהנדסים ומהנדסים חזקים של צוות הבריאות, שמירה על הנדסה גבוהה של צוותים של צוות הבריאות, שמירה על פיתוח.