Hızlı gelişen sağlık hizmeti sunumu, uzaktan sağlık mühendisliği, kırsal kesimdeki insanlara sağlık hizmetlerinin uzatılması için temel bir temel olarak ortaya çıktı, korumalı, veya kriz etkilenen bölgelerde kullanılan çeşitli dijital modlama programları arasında, telemedicine, uzaktan hasta izleme ve mobil sağlık (mHealth) izleme başarısı, ve mobil sağlık (mSağlık) teknik temelleri ve sağlam kablosuz iletişim teknolojilerini genişletmek için çok ağır bir şekilde araştırma sağlar.

Frekans Değiştirilmesini Anlama (FSK)

FSK, ikili verilerin sembolün frekansının bir taşıyıcı sinyalinin (CFL) iki frekansın en basit şekilde değiştirilmesiyle temsil edildiği dijital bir modülasyon tekniğidir.[Tf: 9/38|D)[Tf=T=TFL=T=T=T=T=T=T=T=T=T=T=C)

İkili FSK'nın ötesinde, çok seviyeli veya M-ary FSK varyantları vardır (örneğin, 4-FSK, 8FSK), verinin sınırlı bir bant genişliği içinde en üst düzeye ulaşması, yüksek sinyal-to-noise oranı (SNR) gereksinimlerinin maliyetinin arttırılması, yüksek çözünürlükte, frekansta ve hızdaki daha az yaygın olduğunu gösterir.

amplifikasyon Anahtarlama (ASK) ve faz Geçiş Anahtarlama (PSK), FSK, gürültüyü azaltmak için frekansta kodlanmış, PSK'nın doğru faz kurtarmasını gerektirdiğinde, daha karmaşık ve güçlendirici olmayan yükselteçlerin kullanımında daha da kritik bir fayda sağlar.

Uzaktan Sağlık Mühendisliğinde FSK'nın Anahtar Uygulamaları

Uzak Hasta İzleme (RPM)

RPM sistemleri, geleneksel klinik ortamlardaki hastalardan fizyolojik verileri sürekli olarak toplar - örneğin, elektrokardiyogram (ECG) analiz için sürekli kalp ritmi verileri ile FSK-modereli radyo frekansı (örneğin, 433 MHz veya 868/915 MHz ISM bandında) kullanılan düşük kullanılabilirlik bağlantıları için gereklidir. Örneğin, sinyal gücündeki küçük dalgalar nedeniyle RSK-moderikleştirilmiş radyo frekansı (örneğin, Prr) ile ilgili olarak, FSK-moderatif radyo frekansı (örneğin, yüksek çözünürlükte veya 868 / 868 / 377 / 8 MHz ISM bandı destekler.

Aynı şekilde, diyabet yönetimi için sürekli glukoz monitörleri genellikle FSK'yı kullanarak seslendirmek için kullanıyor (CGMs) ve diğer aşınmalardan gelen potansiyel müdahale ile çalışır, FSK'nın direncinden yoksunluk sağlar[TFLT:0) için 10 metreden fazla çalışma süresine kadar kapalıdır.

Telemedicine ve Tanı Ekipman

Telemedicine platformları yüksek sadakatli verilerin iletimine güveniyor - dijital radyografi (X-ray), ultrason görüntüleri ve casus eğrileri - periferik cihazlardan merkezleştirilmiş sunuculara veya bulut tabanlı analiz motorlara kadar. FSK modülleri genellikle FSK'nın sabit ayarlı görüntü dizilerini akışa veya sıkıştırılmış kablosuz bağlantıların doğasının içine yapıştırılır. Örneğin, taşınabilir ultrason görüntüleri, FSK'nın her iki kontrol komutlarını (paratlı görüntü verilerini) ve görüntü verilerini göndermesine izin vermeden otomatik olarak görüntülemeye olanak sağlar.

Ek olarak, bir fizyoskopu iletilen elektronik askoplar ve dijital heoskoplar, bir kardiyoloji seslerini veya kulak kanallarını genellikle FSK'yı enerji verimliliği için kullanır. Tipik bir senaryo, bir FSK'nın uzaktan sağlık postalarını bir hastaya yerleştirmek için, bir kardiyologu gerçek zamanlı olarak alırken, FSK'nın düşük gecikmeli ameliyatları ve yüksek dirençli WTS'nin yüksek dirençlilik ve yüksek dirençlilik süresine uyması gerekir.

Kablosuz Vücut Alan Ağı (WBANs)

Kablosuz vücut alanı ağları (WBANs) düşük güç, kısa menzilli bir protokol kullanarak birden çok sensör düğümü oluşturur.Alan 802.1 standart, sıcaklık, kan basıncı, oksijeni, hareket). Bu düğümler, birkaç yüz k /s ile iletişim kurabilir. FSK'nın düşük seviyeli bir güç oranı (PR) WBAN için çok kısıtlı bir pompa tabakasını tanımlar ve FSK modunu destekleyen aşırı dar bir tabakayı içerir.

Örneğin, bir multi-sensor WBAN, ameliyat sonrası hastaların izleme için çok sayıda WBAN, FSK'nın doğal frekansının %99'u karmaşık çoklu erişim programları olmadan ayırabilmesini sağlar.Spektif Ağlar[0]Uluslararası Telsiz Ağlar Dergisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Sağlık Ortamlarında FSK'nın Karşılaştırmalı Avantajları

Gürültü ve Interferences

Sağlık ortamı, metalik hastane yataklarının varlığı nedeniyle kablosuz sinyallere karşı çok kötü niyetlidir, çünkü FSK alıcısı mutlak güç seviyelerinden ziyade sıfırdan veya frekans geçişlerine bakar.

Ayrıca, FSK'nın sürekli zarfı alıcı ön uçlarında sınırlı yükselteçlerin kullanımını sağlar, bu da FSK'nın bağlı telemetri bağlantılarının 10'un altında BER'i genişletdiğini gösterdi (AGC) devreleri, alıcı karmaşıklığı ve maliyeti azaltır - uygun fiyatlı ve kolay olması gereken taşınabilir sağlık cihazları için maddi fayda sağlar.

Düşük Güç Tüketimi ve Genişletilmiş Battery Life

Birçok uzaktan sağlık cihazı bataryaya güçlenir ve bir aşınma olmadan hafta veya ay boyunca çalışır. FSK vericiler düşük güç işleminde başarılı olur, çünkü sadece iki (veya daha fazla) frekans arasında geçiş yapmak zorunda kalır; sadece ısı ile atıkların% 0.1-1'i gerekir.Bir aşınma sensörü, 0 dBm çıkışı gücünde 10-20 mA'yı tüketiyor, çünkü sadece 1 μA'dan daha az bir araya gelir.

Buna karşılık, PSK modülcular genellikle elektrik tüketimini artıran ve karmaşık bir faz kilitleri gerektirir, ancak ASK vericileri azaltılabilir verimlilikten muzdariptir, çünkü vericinin taşıyıcıyı hızla ilerletmesi ve enerjiyi biraz artırması gerekir. A 2019 Karşılaştırmalı bir çalışma:0)IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) ile aynı zamanda bir veri için eşitleme cihazının yüksek çözünürlükte otomatik olarak ölçtüleme ve FSK'ye kıyasla daha düşük çözünürlükte otomatik olarak yükseltilmesi gerekir.

Uygulama ve Bütünleşme

FSK teknolojisi olgun ve iyi karakterizedir, geniş literatür, simülasyon araçları ve dışı-kullanıcılar, Analog cihazlar ve Semtech gibi üreticilerden mevcut olan tümleşik devreler ile gelir.Seks1101, Si446x serisi ile ilgili olarak, genel olarak daha düşük maliyetli bir araştırma sistemi geliştirmek için mühendislere izin verir.

Dahası, FSK'nın mevcut kablosuz standartlarla uyumluluğu - IEEE 802.15.4 (Zigbee) ve çeşitli özel alt anahtar protokolleri - sağlık cihazlarının Zigbee ağları veya LoRaWAN ağları gibi kolayca bağlantı kurmasına olanak tanır (bazı bölgelerde bir modulation seçeneği olarak FSK'yi de kullanabilir).

Sağlıkta FSK'nın Zorlukları ve Sınırları

Data Rate and Spectral Verimliliği

Klasik FSK'nın en önemli sınırlaması, modern modulation şemalarına kıyasla nispeten zayıf olan verimliliktir. BFSK, 20 kHz ve biraz fazla hassasiyet için kullanılan QPSK'nin tam anlamıyla yüksek çözünürlükte kullandığı bir anahtarlama sistemidir.

Ancak, birçok uzaktan sağlık algılayıcısı (örneğin, kalp oranı, sıcaklık, adım) ikinci başına birkaç kilo (GF) veya en az geçiş Anahtarlama (MSK) sabit kullanımlarını korumak için kullanılan bant genişliğine sahip.

Interference ve Coexistence

Tıbbi cihazlar giderek artan oranda yüksek oranda rakipsiz ISM gruplarında (özellikle 2.4 GHz ve 868/915 MHz) olarak, frekans ayrımcılığından sonra büyüyen sayıda rekabetçi kablosuz teknolojiyle karşılanmalıdır (Finansal, Zigbee ve özel sistemler de alıcının bant genişliği sabitlendiğinden dolayı frekans çarpışmalarından muzdariptir), geniş bir müdahaleye karşı- yüksek çözünürlükte bir WiFi iletiminden dolayı - frekans ayrımcılığından sonra filtrelenebilir.

Bu, modern FSK alıcıları, uyarı ve alıcının, bir sözde dizi önceden tanımlanmış frekanslar arasında hızlı bir şekilde geçiş yapmayı umuyorlar. Örneğin, IEEE 802.1 WBAN standart kullanımları, kalıcı çarpışmalardan kaçınmak için frekans kullanıyor. Ek olarak, bu tür müdahalelerin tasarımını dinlemek için özellikle de orta erişim kontrolü (MAC) tabakasında, kanal ve defer iletimini algılamak için çok düşük güçlendirici ve gecikmeli bir şekilde kullanmak gerekir.

Güvenlik ve Veri Bütünlüğü

FSK'nın kendisi şifreleme sağlamazken, fiziksel katman taşıyıcı olarak hizmet eder; iletişim protokolünin yüksek katmanlarında güvenlik uygulanmalıdır. Uzak sağlıklarında, hasta verileri, ABD ve GDPR gibi düzenlemelerle Avrupa'da, yüksek şifreleme gerektiren, FSK tabanlı cihazlar genellikle doğrulanmış veri kullanımı ve uygulama katmanında AES-256 veya AES-256 şifreleme oranına karşı korumalıdır.

Başka bir güvenlik endişesi, ASK'dan gelen bağlantıyı kullanan yan kanal saldırıları ve altta yatan veriler veya gizli anahtar arasında korelasyondur.FSK sürekli olarak güvenli bir fiziksel katman temeli olduğundan, ancak kapsamlı güvenlik ASK'dan daha az hassas olmalıdır (bu, biraz seviyeli güç varyasyonlarını ortaya çıkarabilir). Frekans-bölge saldırıları teorik olarak mümkün ancak verici bir şekilde uygulamak için çok daha zor. Genel olarak FSK, FSK, nispeten güvenli fiziksel bir katman temeli sağlar, ancak kapsamlı bir güvenlik, cihaz ve ağ mimarisine göre daha az hassas olmalıdır.

Future Yol ve Gelişen Trendler

5G ve Ötekile Bütünleşme

5G hücresel ağların yuvarlanması ultra-reliable düşük çözünürlükli iletişim (URLLC) ve büyük makine tipi iletişim (mMTC), her ikisi de uzaktan sağlık için oldukça alakalıdır. 5G fiziksel katmanı, karmaşık dalgaformları OFDM ve CP-OFDM gibi, FSK teknikleri belirli kullanım durumlarına göre incelenir. Örneğin, non-orthogonal çoklu erişim (NOMA) programları bazen güç domaini için FSK benzeri frekans kodları içerir.

Ayrıca, bilişsel radyo teknolojileri – bir cihaz dinamik olarak kullanılmamış frekans grupları seçer – FSK tabanlı tıbbi sensörlerin, kongested hastanelerde bile net spektruma umut vermesine izin verir. Araştırma prototipleri, mevcut bir kanala enerji algılamasını ve mikrosaniye içinde geçiş yapmayı algılayan, güvenli bir hastanedeki sabit frekans operasyona karşı% 40'a ulaşmalarını sağlar.

Hibrit Modulation and Adaptive Techniques

FSK'nın veri oranını sınırlamalarını korumak için, sağlamlığını ve düşük gücünü korumak için, gelişmekte olan tasarımları FSK'yı uyarak bir şekilde birleştirmektedir. Örneğin, bir cihaz BFSK'yı düşük seviyeli kontrol sinyalleri ve kritik hayati işaretler için kullanabilir, daha sonra karmaşık bir modlama ve enerji verimliliğine geçiş yapar.

Bir başka umut verici hibrit FSK-OOK (On-Off Keying), taşıyıcının (Veri 1) veya mevcut olduğu (veriler için) veya mevcut olması (data 0) ancak alıcının hem amplitüd ve frekansı tespit etmesine izin verir, çeşitli çeşitliliğin fading kanallarında elde etmesi gerekir.

Düzenleme ve Standartlaştırma Efforts

Tıbbi cihaz ekosistemi oldukça düzenlenir ve yeni kablosuz teknoloji IEC 60601-1 (electroman uyumluluğu) gibi standartları uygun olmalıdır; FDA tıbbi cihazlardaki radyo frekansı kablosuz teknoloji ile ilgili kılavuzluk çalışmaları ve IEEE 11073 Kişisel Sağlık Cihazı İletişim ailesindeki (Medical Device Radioile iletişim hizmetleri) gibi, FSK tabanlı sensörler için sorunsuz bir şekilde kontrol edilebilirlik standartlarının sağlanması için uygun fiyatlı hale getirilmesi gerekir.

Üreticiler ayrıca uluslararası varyanları da dikkate almalıdır: 868 MHz grubu Avrupa'da tıbbi FSK cihazları için yaygın olarak kullanılabilirken, 915 MHz grubu Kuzey Amerika'da ve 433 MHz'in diğer bölgelerdeki tespiti ile kullanılır. Multiband FSK transceivers bu, farklı bölgeler için yapılandırılabilir ve FSK tabanlı tıbbi IoT daha evrensel olarak kullanılabilir hale getirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Frekans Değiştirici uzaktan sağlık mühendisliğinde temel teknoloji olmaya devam ediyor, gürültü bağışıklığı, düşük güç tüketimi ve uygulama basitliği, kontrol edilen klinik ortamlarda çalışan tıbbi cihazların kısıtlamalarına uygun olarak karşı iyi bir şekilde eşleştirilmiş durumda. Sürekli glukoz monitörlerinden ve ağlarına kadar ECG yamalarını giymek, yüksek oranda güvenilir, enerji verimliliğine sahip olan bağlantı sağlar.

spektrumu sıkışıklığı, müdahale ve güvenlik gibi zorluklar, düşük güç tıbbi sensörleri için fiziksel katmanın ve hafif şifrelemenin yanı sıra FSK'nın daha geniş kablosuz ekosisteminin yanında gelişmeye devam etmesini sağlamak için etkin bir şekilde ele alınacaktır. 5G, kenar hesaplaması ve yapay zeka, sağlık hizmetlerinde bir şekilde teslim edilmesi, FSK, daha güvenli ve güvenilir bir şekilde inşa edilmesi gereken, güvenli ve bilişsel radyo tekniklerinin geliştirilmesi için temel ve araştırmacıların ve sağlık mühendisliğinde çalışan araştırmacıların güçlü bir şekilde güçlendirilmesi ve daha sağlam bir şekilde bir şekilde sunulması gerekir.