KR100764687B1 - 음파를 이용한 데이터 통신 방법 및 이를 수행하는 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대폰, 개인 휴대 단말기(Personal Digital Assistant : PDA), 스마트폰, 노트북 등과 같은 휴대단말기 또는 이외의 고정단말기의 음파를 이용한 근거리 통신 방법에 관한 것으로, 음파의 각 특성과 디지털 데이터를 소정의 규칙에 따라 대응시킨 적어도 하나의 매핑 테이블을 마련하는 단계와, 상기 매핑 테이블에 따라 송신용 디지털 데이터를 음파로 변환하는 단계와, 상기 음파를 스피커 수단을 이용하여 방출하는 단계와, 상기 방출된 음파를 마이크 수단을 이용하여 수신하는 단계와, 상기 음파를 상기 매핑 테이블을 이용하여 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함하며, 상기 매핑 테이블에 정의되는 상기 음파의 각 특성은 음높이 및 음량, 음의 길이 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 매핑 테이블은 불허주파수음 및 무의미주파수음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 매핑 테이블은 소정 조건에 따라 음파통신 중에 가변된다.

본 발명에 의하면, 안정적으로 음파를 이용한 근거리 통신이 가능하다.

음파, 근거리 통신, 간섭, 매핑 테이블, 변환

Description

음파를 이용한 데이터 통신 방법 및 이를 수행하는 단말기{Sonic wave communication method and device}

도 1은 근거리 블루투스 네트워크 게임 구성도.

도 2는 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 구성도.

도 3은 음파통신 근거리 네트워크 토폴로지.

도 4는 휴대폰을 이용한 근거리 음파통신 네트워크를 위한 휴대폰의 블록구성도.

도 5는 로드된 코딩 규칙에 의한 데이터 인코딩 및 디코딩 방법을 도시한 흐름도.

도 6은 디지털 데이터에 대응하여 변환되는 음파의 특성값이 각각 음파 주파수, 진폭, 위상인 매핑테이블의 일 실시예를 나타낸 도면.

도 7은 디지털 데이터에 대응하여 변환되는 음파의 특성값이 MFSK(M-ary Frequency Shift Keying)변조 주파수로 구성되는 매핑테이블.

도 8는 코딩 규칙 결정 및 음파통신 수준 설정에 영향을 끼치는 4요소를 도시한 도면.

도 9는 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 연결 과정을 도시한 흐름도.

도 10은 음파통신 수준 메뉴 구성 실시예를 도시한 도면.

도 11은 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 초기화 순서도.

도 12는 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 본진행 단계 순서도.

도 13는 근거리 음파통신 데이터 프레임 포맷 일 실시예를 도시한 도면.

도 14는 2개의 주파수음 조합을 이용하는 매핑 규칙과 불허 주파수음, 무의미 주파수음 적용 방법을 도시한 것으로서, E2음을 불허 주파수음, F2#음을 무의미 주파수음으로 예시한 도면.

도 15는 저전력 음파통신을 위한 송수신 시각 동기화를 설명하기 위한 타이밍도.

도 16은 휴대단말기 음파통신 및 RF 통신 동시 사용 근거리 네트워크 구성도.

도 17은 본 발명에서의 휴대단말기 음파통신을 비롯한 근거리 통신의 자동 선택 연결 순서도를 나타내는 도면.

본 발명은 휴대폰, 개인 휴대 단말기(Personal Digital Assistant : PDA), 스마트폰, 노트북 등과 같은 휴대단말기의 근거리 통신 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 음파를 이용하여 근거리의 다수의 사람들이 참여하여 게임을 하거나 채팅, 회의, 협업 및 메시지 전송 등을 할 수 있는 근거리 네트워크 통신 방법에 관 한 것이다.

주로 PC를 단말기로 사용하는 유선 네트워크를 통해서는 다수의 사람들이 참여하여 네트워크 게임을 즐기고, 채팅을 하는 것이 일상화되었다. 최근에는 이동통신망을 비롯한 무선 네트워크의 발달로 인해 휴대폰, PDA, 노트북 등의 휴대단말기를 이용한 다자간 네트워크 게임 및 채팅이 활성화되고 있다.

휴대단말기를 이용한 종래의 네트워크 게임에서는, 먼저 이동통신사에 원거리 접속을 한 후 게임 서비스를 제공하는 사이트의 서버를 통하여 다자간 게임에 참여하는 것이 일반적이다. 상기 종래의 이동통신망 등의 원거리 통신을 이용한 다자간 네트워크 게임에서는 사용자가 고가의 통신비용을 부담해야 하고 게임중에 통신속도가느려지거나 통신품질이 떨어지는 경우가 많고 통신망 자원을 효과적으로 활용하지 못하는 문제점이 있다. 휴대단말기 사이에 근거리 통신을 통해 로컬 네트워크 게임을 하면 통신비용을 대폭 절감하고, 상호간에 고품질 통신을 하며 통신망 자원을 효과적으로 활용하게 되는 장점이 있다.

휴대단말기 사이의 근거리통신으로는 적외선통신(IRDA)과 블루투스 등의 RF 통신방식이 제안되고 있다. 적외선통신(IRDA)은 휴대폰 결제 등의 응용에 사용되고 있으나 송수신 각도 제한으로 인해 지속적인 송수신이 일어나는 게임, 채팅에는 적합하지 않다. 블루투스 등의 RF 통신을 근거리 네트워크 게임에 사용하는 발명은, 한국 특허출원 1999-0032178호 삼성전자㈜의 "휴대폰을 이용한 네트워크 게임기능 구현방법", 한국 특허등록 0363222호 이세민의 "블루투스 칩을 이용한 무선단말기 간의 게임방법"에 기술되어 있다.

상기 블루투스 등의 RF 통신을 이용하면 근거리 네트워크 게임을 무리없이 할 수 있다. 그러나, 블루투스 등 근거리 RF 통신 기능을 구비한 휴대단말기의 보급이 현재는 저조하고 보급이 지연되고 있는 상황이다. 가장 낙관적으로 블루투스 휴대단말기 보급이 급속히 증가한다고 하더라고 상당수의 사용자는 블루투스 등의 RF 통신 기능이 없는 종래의 휴대단말기를 소유하고 있을 것이고, 상기 사용자는 근거리 네트워크 게임 참여가 원천적으로 불가능해 진다. 게임 참여를 원하는 어느 하나의 단말기라도 게임에 참여할 수 없다면 친구나 지인들 사이의 친밀감을 바탕으로 하는 근거리 네트워크 게임은 보급되기 어렵다. 이러한 점이 현재 블루투스 방식의 근거리 네트워크 게임이 활성화되어 있지 않는 가장 큰 이유이다.

근거리 네트워크 게임 및 채팅이 활성화되려면 현재 시중에서 사용 중인 거의 모든 휴대단말기에서 별도의 장치를 추가하지 않고 소프트웨어 다운로드만으로 사용 가능한 근거리 통신방식이 필요하다. 휴대단말기는 기본적으로 음성통신 기능이 구비되어 있는 점에 착안하면 음파를 이용한 통신이 유효한 대안이 될 수 있다. 또한, 많은 경우에 음파통신은 블루투스 등 RF 통신보다 저전력 통신이 가능하다.

음파통신은 바이오메트릭스(Biometrics, Inc.)의 미국 특허 제 5,848,027호에 개시되어 있다. 상기 특허에서는 디지털 디스플레이 손목시계 등의 휴대용 단말의 비프음을 이용하여 PC에 디지털 데이터를 전송하는 방법과 시스템을 기술한다. 이 시스템은 데이터를 전송하기 위하여 BFSK(Binary Frequency Shift Keying)변조와 ASK(Amplitude Shift Keying) 등의 CW(Continuous Waveform)변조를 이용한다.

BFSK 변조 방식은 2개의 특정 주파수 음파에 각각 0과 1을 할당하는 방식이 고, CW 변조 방식은 주파수와 무관하게 특정 세기 이상의 소리를 특정 시간 이상 지속하는 것을 1로 소리가 없는 상태를 특정 시간 이상 지속하는 것을 0으로 할당하는 방식이다. 이러한 변조 방식에 의한 통신은 특정 단위 시간 동안 2개 형태의 음파로 1비트의 데이터만을 전송할 수 있다.

통상적인 통신단말기에서 사용하는 음파는 전파에 비해 상당히 저주파이기 때문에 전송할 데이터 열을 구분할 시간인 단위 시간이 전파에 비해 상당히 길다. 따라서 바이오메트릭스 특허에서와 같이 2가지 형태의 음파만을 이용하여 단위 시간 동안 1비트만을 전송할 경우 전송속도가 낮을 수밖에 없다. 한국 특허출원 제2002-0013978호, 장중혁 출원의 "음파를 통한 데이터 송수신을 위한 디지털 데이터의 음파에 대한 인코딩 및 디코딩 방법과 그 방법을 이용한 디지털 데이터 송수신 장치" 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 2가지 형태의 음파만이 아닌 다양한 주파수음을 갖는 음파를 사용하여 통신한다. 즉, 사용되는 주파수음을 음악에서 사용되는 음높이 주파수로 정하여 각각의 음높이 주파수에 데이터 디지털값을 대응시키고 다양한 주파수음을 전송하여 디코드함으로써 통신한다. 이렇게 하여 단위시간당 다수의 비트를 전송하게 된다. 이 통신방식을 신용카드 지불 정보나 디지털 티켓 정보를 근거리 전송하는 데 사용할 것을 제안하고 있다.

상기 바이오메트릭스나 장중혁의 음파통신은 심장박동수 등의 간단한 신체측정 정보나 신용카드 지불 정보 및 디지털 티켓 정보를 일회성으로 전송하는 휴대단말기와 상기 정보를 수신하는 고정된 통신단말기 사이의 일대일 통신에 구현되고 있다. 상기 음파통신 시스템 중에 바이오메트릭스 시스템의 경우 손목시계 형태의 휴대단말기를, 장중혁 음파통신 시스템의 경우 지불 정보 및 티켓 정보를 수신하는 고정단말기를 추가로 구매하여 설치하는 방식이므로, 실제로 적용하려면 번거롭고 많은 비용이 소모된다. 음파통신이 전파통신에 비해 저주파 저속통신이라는 단점과 함께 음파통신 시스템을 구축할 때 전파통신 시스템에 비해 설치비가 대폭 절감되지도 않으며 상용화된 음파통신 실시예가 전무하다는 점이 음파통신의 실용화를 가로막고 있다.

아울러 게임, 채팅, 협업을 위한 2대 이상의 휴대단말기사이의 근거리 음파통신 시스템에 대한 어떠한 시도도 존재하지 않고 있다. 바이오메트릭스나 장중혁 시스템의 지불 정보나 티켓 정보, 신체 측정 정보 전송은 전송되는 데이터가 적고 일회성인 데 비해, 근거리 게임, 채팅에서는 전송되는 데이터가 상대적으로 많고 지속적으로 전송하는 상황이기 때문에 전송의 신뢰도를 위한 간섭 방지 및 보안이 확보되는 음파통신 시스템을 필요로 한다. 또한, 바이오메트릭스나 장중혁 시스템은 고정된 단말기에 휴대단말기가 접근하여 데이터 전송을 하는 시스템인 반면, 본 발명의 적용분야인 휴대단말기 사이의 통신은 사용자 자신의 휴대단말기 종류 및 성능과 불특정 상대의 다양한 휴대단말기 종류 및 성능에 따라 매우 다른 상황에서 음파통신을 해야 하므로 이러한 상황에 적응할 수 있는 적응적 음파통신 시스템을 필요로 한다. 아울러, 휴대단말기를 이용한 게임, 채팅은 주위의 음향 상태가 매우 다양한 곳에서 행해진다. 상당한 수준의 조용함을 요구하는 상황이나 매우 시끄러운 상황에서도 안정적인 음파통신 통해 게임, 채팅을 하려면 이러한 음향상황에 적응할 수 있는 적응적 음파통신 시스템을 필요로 한다. 또한, 3인 이상이 근거리에 서 게임, 채팅을 하는 응용에도 사용할 수 있도록 3대 이상 휴대단말기 사이의 다자간 음파통신 시스템의 기술적 구현이 요구된다.

전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 번거로운 별도 단말기의 추가 구매나 별도 근거리 통신 장치 추가의 필요 없이 이미 보유하고 있는 휴대단말기를 사용하여 휴대단말기 사이의 음파통신 방법 및 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 근거리 게임, 채팅을 크게 확산시키는 효과가 있도록 거의 모든 종류의 휴대단말기에 적용가능하면서 2대 이상의 휴대단말기가 상호 음파통신하며 게임, 채팅, 협업을 할 수 있는 적응적 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 휴대단말기간 근거리 음파통신에 있어서 사용자 자신의 휴대단말기 성능과 불특정 상대의 다양한 휴대단말기 성능에 따라 매우 다른 상황의 음파통신에 적응할 수 있는 적응적 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상당한 수준의 조용함을 요구하는 상황이나 매우 시끄러운 상황에서도 안정적인 음파통신 통해 게임, 채팅 등의 애플리케이션을 진행할 수 있도록 다양한 주위 음향상황에 적응할 수 있는 적응적 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다. 아울러, 조용함을 특별히 요구하는 상황에서 조용한 음파통신 방법 및 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전송되는 데이터가 상대적으로 많고 지속적으로 통신해야하는 휴대단말기 간의 근거리 게임, 채팅을 위한 전송의 신뢰성을 보장하기 위한 간섭 방지 및 보안 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 애플리케이션의 특성에 맞게 가장 효율적인 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다. 아울러, 애플리케이션의 태스크를 단말기 자체 실행, 음파통신 처리, 다른 근거리 통신 처리, 원거리 통신 처리 등으로 상호 보완적이고 효율적으로 배분하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 애플리케이션에 참여하는 참여자가 불편없이 애플리케이션에 참여하도록 편리하고 자동적인 음파통신 연결 방법 및 시스템 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 3인 이상이 근거리에서 게임, 채팅을 하는 응용에도 사용할 수 있도록 3대 이상 휴대단말기 사이의 다자간 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다른 근거리 통신방식과 상호 보완적으로 통신할 수 있는 음파통신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따라 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따르는 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 구성도이며 경우에 따라 이동통신망(205)등을 통한 원거리 통신 연결 없이 구성될 수 있다. 도 3은 본 발명에 적용되는 음파통신 근거리 네트워크 토폴로지이다.

도 3a는 허브 역할을 하는 주최자가 음파통신을 중계하는 역할을 하는 구성도로서, 참여자는 참여자끼리 통신하지 않고 주최자와만 통신한다. 이 때 허브 역할을 하는 주최자가 게임 등 애플리케이션에 참여할 수도 있고 참여를 하지 않고 딜러, 중재자, 심판 역할만을 할 수도 있다. 도 3b는 참여자끼리 직접적으로 상호 통신하는 구성도로서, 액션을 취하는 참여자가 방송하면 다른 모든 참여자가 수신한다. 근거리 네트워크는 형성된 근거리 네트워크에 참여를 원하는 참여자가 요청하고 허락받는 형식 또는 주위에 참가 가능자가 인지된 후 초대하고 응락이 이루어지는 형식 등으로 형성된다.

도4는 본 발명의 휴대폰을 이용한 근거리 음파통신 네트워크를 위한 휴대폰의 블록구성도이다. RF부(405)는 예컨대, 통상의 이동통신망을 이용하는 원거리 무선통신에 이용되는 것이며, 오디오부(406)가 본 발명에 따르는 음파통신을 위한 기능을 수행한다. 본 발명에 따르는 음파통신은 스피커와 마이크가 있으면 가능하므로, 종래의 휴대폰의 H/W 구성에서도 구현이 가능하다.

도5는 본 발명의 음파통신 방법에서 로드된 코딩 규칙에 의한 데이터 인코딩 및 디코딩 과정을 나타낸다.

코딩 규칙은 원래의 디지털 데이터를 변환하고 음파로 인코딩하여 송신하고 수신한 음파를 디코딩하여 원래의 디지털 데이터를 복원하는 일련의 규칙을 의미하며, 디지털 데이터와 음파를 연관지우는 각종 정보를 포함하는 매핑 테이블 생성 및 가변 정보에 의하여 결정된다. 코딩 규칙에는 디지털 데이터와 음파의 특성값( 주파수, 진폭, 위상)을 대응시키는 매핑테이블과, 상기 매핑테이블의 생성 및 가변 정보, 음파 단위시간, 데이터 프레임 구조 정보, 음량 수준, 마이크 감도 등이 포함된다. 상기 매핑테이블에서 디지털 데이터에 대응시키는 음파의 특성값이 음파 주파수라면 FSK, 위상이라면 PSK(Phase Shift Keying), 진폭이라면 ASK 데이터 변조의 성격을 갖는다. 특성값을 주파수, 위상, 진폭의 조합으로 하면 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)등과 같은 복합 변조 성격을 갖는다. 또한, 코딩규칙에는 휴대 단말기 사이의 데이터 송수신 시각을 동기화시키기 위한 시각 동기화, 동일음높이가 연속으로 송신되는 상황을 방지하기 위한 동일음 연속 회피 규칙, 암호화 규칙 등이 포함된다.

도 5(a)는 코딩 규칙에 의한 인코딩, 도 5(b)는 디코딩 과정이다. 본 발명의 음파통신 대상 시스템은 다양한 주위 환경 속에서 다양한 종류의 단말기들이 즉흥적이고 가변적으로 네트워크를 구성하면서도 간섭에 강인하고 보안성이 높은 통신을 애플리케이션 실행 동안 지속적으로 요구하기 때문에, 인코딩 및 디코딩을 위해 매핑테이블을 비롯한 코딩규칙을 생성하고 로드하는 단계(500)는, 음파의 각 특성값과 디지털 데이터를 소정의 매핑테이블 생성 및 가변 정보에 따라 대응시킨 하나 이상의 매핑 테이블을 생성하고, 불참 단말기와 구분되어 음파 통신 참여 단말기만이 상호간에 이용될 특정 매핑 테이블을 선정하고 로드한다. 단계(500)에서 상기 매핑테이블을 비롯한 코딩규칙을 생성하고 로드하면, 통신시 단계(501~503)를 통해 인코딩하고 단계(511~513)를 통해 디코딩한다. 도 5a의 코딩 규칙에 의한 인코딩은 전송하고자 하는 디지털 데이터를 설정된 디지털 데이터 단위로 구분하는 단계 (501), 각 디지털 데이터 단위 비트열에 대하여 상기 매핑테이블에 대응하는 음파의 특성값(주파수, 진폭, 위상)의 열로 변환하는 단계(502), 각 음파 특성값을 가진 합성 음파로 생성하여 송신하는 단계(503)로 이루어진다. 도5b의 로드된 코딩 규칙에 의한 디코딩은 수신한 음파로부터 음파 특성값을 추출하여(511), 추출된 각 음파 특성값을 매핑테이블에 대응하는 디지털 데이터 단위 비트열로 구성하는 단계(512), 상기 데이터 단위 비트열을 디지털 데이터로 구성하여 복원하는 단계(513)로 이루어진다.

도 6은 코딩 규칙 중의 디지털 데이터에 대응하여 변환되는 음파의 특성값이 각각 음파 주파수, 진폭, 위상인 매핑테이블의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 6(a)은 상기 특성값이 음파 주파수인 FSK 변조 중에서 BFSK 실시예로서 비트 0, 1에 음파의 두 주파수 f1, f2 을 대응시켜 변환한다. 도 6(b)은 특성값이 음파 진폭인 ASK 변조 실시예이고, 도 6(c)은 특성값이 음파 위상인 PSK 변조 중에서 QFSK(Quadrature Phase Shift Keying) 실시예로서, 데이터 단위 비트열 "00"에 위상 "0", 비트열 "01"에 위상 "π/2", 비트열 "10"에 위상 "3π/2", 비트열 "11"에 위상 "π"를 대응시켜 변환한다.

도 7은 코딩 규칙 중의 디지털 데이터에 대응하여 변환되는 음파의 특성값이 FSK 변조의 일종인 MFSK(M-ary Frequency Shift Keying) 변조 주파수로 구성되는 매핑테이블의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 바람직하게는 MFSK에서 사용하는 주파수음을 음악의 음높이로 한다. 도 7(a)은 디지털 데이터를 단음 음높이 열로 변환하기 위한 매핑 테이블의 일례를 나타내며, 도 7(b)은 디지털 데이터를 2개의 음높 이로 이루어진 음높이 조합의 열로 변환하기 위한 매핑 테이블의 일 실시예를 나타내는 것으로서, 도시한 바와 같이, 음파의 각 음정(주파수)과 디지털 데이터를 소정의 규칙에 매핑함으로써, 음파를 이용한 디지털 데이터 전송을 수행함을 알 수 있다.

그런데, 휴대폰 등 휴대 단말이 외부의 다양한 실세계 환경에서 본 발명에 따르는 음파통신을 시도할 경우, 주변의 잡음 등에 의한 교란에 의한 통신 에러가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 발명에서는 코딩 규칙에 음파통신의 적절성을 담보하기 위한 방법을 추가로 제시한다.

도8은 본 발명의 코딩 규칙 결정 및 음파통신 수준 설정에 영향을 끼치는 4요소를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 4요소에는 사용자 및 애플리케이션의 요구사항, 주위 환경, 자기 단말기 성능, 상대 단말기 성능이 있다. 상기 4요소를 모두 고려함으로써 상황에 적응하는 적절한 코딩 규칙을 결정하고 효율적인 음파통신 네트워크를 구현할 수 있다.

상기 4요소 중 사용자 및 애플리케이션의 요구사항 중에는 조용함 요구, 음향 오락성 요구, 저전력 요구, 간섭 방지 요구, 보안 요구, 데이터 통신 속도 요구, 저비용 요구 등이 있다. 조용함 요구 정도는 주위상황에 크게 영향을 받는다. 주위 음향이 조용한 곳이라도 타인들이 없다면 조용함 요구는 낮을 것이고, 타인들이 많아도 주위가 시끄러우면 조용함 요구는 낮다. 또한 사용 장소의 성격에 따라 다르다. 음향 오락성 요구란 음파통신의 음파가 일반적인 사람이 들었을 때 불쾌감 을 최소화하고 참여자의 즐거움을 배가시킬 수 있도록 만드는 요구이다. 간섭 방지 요구, 보안 요구, 데이터 통신 속도 요구는 애플리케이션의 성격에 의존한다. 각 요구사항 사이에는 트레이드 오프(trade-off) 관계가 존재하는 데, 이를테면 저전력 요구는 간섭방지 요구, 보안요구, 데이터 통신속도 요구에 제한을 받는다.

상기 4요소 중 주위 환경에는 참여할 음파통신 네트워크의 특성, 주위 음향 환경, 주위 음파통신 사용자수, 원거리 통신 환경 등이 있다. 종래의 음파통신 응용사례처럼 어느 한쪽의 단말기가 특정한 고정식 단말기라면 주위 환경이 거의 일정하거나 주위 환경을 제어할 수 있다. 그러나 휴대단말기는 매우 다양한 환경에서 사용되므로 주위 환경에 대한 고려가 중요해진다. 주위 음향이 시끄럽거나 악의적인 훼방꾼이 교란 음파를 내고 있을 경우나 주위가 매우 조용할 경우 등 중요한 주위 음파 환경이 존재한다. 주위 음파통신 사용자수는 가까운 거리에서 근거리 음파통신을 사용하는 사용자수를 의미하며 상기 사용자수가 많아질수록 음파간섭이 심해지므로 각별한 고려가 필요하다. 원거리 통신 상황은 근거리 통신 애플리케이션을 실행하는 시점에서 원거리 통신의 감도 정도이다. 일 실시예에서는 마이크로 주위음파를 센싱하고 단말기 자신이 내는 음파까지 센싱해보아 주위 환경을 파악한다.

상기 4요소 중 자기 또는 상대 단말기 성능에는 단말기가 화음을 내는 성능, 음원칩 성능, 단말기의 음파 주파수 범위, 스테레오 능력, 단말기의 프로세싱/메모리 능력, 다른 근거리 통신 기능의 보유 여부(유선, 블루투스, 지그비, IRDA 등), 원거리 통신 능력 등이 있다.

도9는 본 발명에서 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 연결 과정을 나타내는 도면이다.

휴대단말기간의 음파통신 근거리 네트워크 연결 과정에서, 번거로운 별도 단말기의 추가 구매 및 설치없이 이미 보유하고 있는 휴대단말기를 사용하여 휴대단말기 사이의 음파통신 시스템을 구축하고, 사용자 휴대단말기 성능과 불특정 상대의 휴대단말기 성능에 따라 매우 다른 상황의 음파통신과 다양한 주위 음향상황에 적응할 수 있는 적응적 음파통신 시스템을 제공하며, 전송의 신뢰성을 보장하기 위한 간섭 방지 및 보안 음파통신 시스템을 제공하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 음파통신 연결시 코딩 규칙 및/또는 음파통신 수준을 전송한다.

음파통신 수준은 음파통신의 전송속도, 음파 음량, 화음수 등과 같은 정도를 단계적인 수준으로 정의하여 코딩 규칙을 수준별로 구분하고 적절한 코딩 규칙을 생성할 수 있도록 도와 음파통신 네트워크를 호환성있고 효율적으로 구성할 수 있도록 만든다.

도9의 단계(901)는 음파통신 수준을 설정하는 단계이고, 단계(902)는 설정된 음파통신 수준에 따라 통신에 참여하는 단말기중 하나 또는 그 이상이 그에 부합하는 코딩규칙을 생성하여 상대 단말기에게 전송하는 단계이고, 단계(903)는 상기에서 생성 또는 전송된 코딩 규칙을 각자의 단말기에서 로드하여 상기 규칙에 따라 음파통신 네트워크를 연결하는 단계이다. 물론 음파통신 수준 개념을 정의하지 않고 단계(901)를 생략하며 통신에 참여하는 단말기중 하나 또는 그 이상이 코딩 규칙을 생성하고 전송할 수 있다. 각 단말기는 생성하고 전송된 코딩 규칙에 의해 음 파통신 네트워크를 연결한다.

다른 실시예에서는 음파통신 수준을 설정하고 수준에 따라 통신에 참여하는 단말기들이 코딩규칙을 생성하고 전송을 하지는 않는다. 각자의 단말기가 생성한 코딩 규칙으로 음파통신 네트워크를 연결한다. 또 다른 실시예에서는 음파통신 수준을 설정하고 통신에 참여하는 단말기중 하나 또는 그 이상이 코딩규칙을 생성한 후에 전송한다. 생성하고 전송된 코딩 규칙에 의해 음파통신 네트워크를 연결한다.

보다 상세히 설명하면, 음파통신 수준을 설정하는 단계(901)에서는, 상기 코딩 규칙 결정 및 음파통신 수준 설정에 영향을 끼치는 4요소를 고려하여 현재의 애플리케이션에 적합한 음파통신 수준을 결정한다. 일실시예에서는 주최자가 음파통신 수준을 결정하고 상대 단말기에 통보한다. 다른 실시예는 추천, 협상, 확정 과정을 거쳐 수준을 설정한다.

추천과정에서는 음파통신 수준의 추천 우선순위를 단말기가 자동으로 혹은 사용자가 수동 설정하여 상대방 또는 상대 단말기에게 추천한다. 이후에 추천한 수준으로 협상하고 수준을 확정한다. 상기 협상은 통신 참여자끼리 구두협상으로 결정하고 이후에 각자의 단말기에 수동으로 설정할 수 있고, 기설정된 디폴트 음파통신으로 자동적으로 수준 협상을 하거나, 음파통신 외에 다른 근거리 통신이나 원거리 통신으로 자동적으로 수준협상을 할 수 있다. 추천과정에서 사용자 또는 사용자 단말기는 사용자 및 애플리케이션의 요구사항, 주위 상황, 자기단말기 성능을 고려하여 수동 혹은 자동 선택으로 단수 혹은 복수의 수준을 우선순위와 함께 추천한다.

협상과정에서는 일례로 한 사용자 혹은 단말기가 추천한 음파통신 수준 가운데에서 상대방 또는 상대단말기가 상기 4요소를 고려 평가하여 적합한 수준을 정한 후 협상을 하여 결정할 수 있다. 예를들어 상대방 단말기의 성능이 추천 1순위와 2순위를 따를 수 없고 3순위 이하에서 따를 수 있다면 3순위로 추천된 수준으로 결정된다. 다른 예에서는 통신에 참여하는 단말기 각각이 우선순위를 갖는 음파통신 수준을 추천하고 이를 비교 및 협상하여 결정한다. 상기 협상은 구두협상후 단말기 입력, 디폴트 음파통신, 다른 근거리 통신, 원거리 통신으로 행한다.

다른 실시예에서는 통신하는 두 단말기가 음파통신 수준을 달리한다. A, B 단말기가 음파통신 할 때 A, B 단말기 성능이 허락한다면 A->B 통신은 임의의 수준 g로 B->A 통신은 수준 h로 할 수 있다. 보통은 송수신을 동일 수준으로 맞추는 게 단순하다.

단계(901)에서 음파통신 수준이 설정되면, 단계(902)에서는 코딩 규칙 생성 및 전송을 한다. 만약 음파통신 수준 개념을 정의하지 않았거나 사실상 하나의 음파통신 수준으로 통신한다고 하면 단계(902)부터 시작한다. 하나의 음파통신 수준에서도 수준을 만족하는 다양한 코딩 규칙이 존재하고 그 가운데서 현재 시점의 코딩 규칙이 생성된다.

예를 들어 애플리케이션 성격, 조용함, 음향 오락성, 저전력과 간섭 방지 및 보안 등을 고려하여 4화음을 사용하고 중간 수준의 전송속도, 중급 간섭 방지와 저음량 수준으로 음파통신 수준을 결정하였다면, 그 수준과 부합하는 여러가지 형태의 코딩 규칙이 가능하다. 가능한 매핑테이블 형태 중에 하나를 결정하고, 상기 매 핑테이블의 생성 정보, 상기 매핑테이블의 가변 정보, 음파 단위시간, 데이터 프레임 구조 등의 코딩 규칙을 결정한다. 또한 필요시 데이터 송수신 시각을 동기화시키기 위한 시각 동기 정보, 동일음높이가 연속으로 송신되는 상황을 방지하기 위한 동일음 연속 회피 규칙, 암호화 규칙 등을 결정하면 코딩 규칙이 생성된다. 상기 코딩 규칙 결정은 수동 혹은 자동으로 결정되어 생성된다.

일실시예에서는 음파통신 수준에 따라 단말기들이 코딩규칙을 생성하고 전송을 하지는 않는다. 다른 실시예에서는 생성된 코딩 규칙은 전송할 수 있다. 전송시 매핑테이블은 매핑테이블 자체를 전송할 수 있고 상대 단말기도 매핑테이블 생성에 관한 로직이나 매핑테이블을 미리 보유하고 있을 때 매핑테이블 생성 정보나 인덱스 정보, 매핑테이블 가변 정보 등을 전송할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 코딩 규칙 전송 단계에 있어서도 코딩 규칙에 대한 협상이 있을 수 있다. 만약 음파통신 수준 개념을 정의하지 않았거나 사실상 하나의 음파통신 수준으로 통신한다면 코딩 규칙을 전송하고 전송된 코딩 규칙에 대한 협상이 마치 단계(901)의 음파통신 협상처럼 진행될 수 있다.

단계(903)는 상기에서 생성 또는 전송된 코딩 규칙을 각자의 단말기에서 로드하여 상기 규칙에 따라 음파통신 네트워크를 연결하는 단계이다.

도10은 본 발명의 음파통신 수준을 선택하기 위한 메뉴 구성 실시예를 도시한다.

음파통신 수준을 수동으로 설정하는 선택 메뉴는 다양한 형태로 구성이 가능하다. 도 10은 통신의 조용함 수준과 통신시 데이터 신뢰도 수준을 중요시한 일실 시예를 보여준다. 이때 사용자는 단계적으로 메뉴 항목을 선택한다.

통신의 조용함수준은 일례로 도 10(a)와 같이 S(Silent,조용함), G(Gentle,약간 조용함), U(Usual,보통), P(Powerful,강한 음향)등으로 표현하고 사용자는 이들 중에서 선택한다. 조용한 통신이라고 반드시 음량이 작은 것은 아니다. 초음파 대역의 주파수음을 데이터 전송에 사용하거나 주위의 음향 상태에 따라 적절한 음파를 발생시킨다.

조용함 수준에서 약간 조용한 수준(수준 G)을 선택하면 다음에는 통신시 데이터 신뢰도 수준 선택 메뉴를 표시한다. 데이터 신뢰도는 일례로 도 10(b)와 같이 E(Excellent, 최고신뢰도이며 상대적 고전력소모), H(High, 고신뢰도이며 상대적 중전력), M(Medium, 중급신뢰도이며 상대적 저전력) 수준으로 구분하여 표현하고 사용자가 선택한다. 신뢰도가 높을수록 다양한 간섭 방지 기술을 사용하고 데이터 전송 에러 체크를 엄격히 한다.

신뢰도 수준에서 고신뢰도 수준(수준 H)을 선택하면 다음에는 GH 수준 중에 자기 단말기 성능으로 감당이 가능한 수준들이 표시된다. 도 10의 예에서는 GH3, GH4, GH5 수준이 표시되었다. 표시된 수준에서 사용자가 선택을 하면 처음 선택된 수준부터 1순위로 하여 여러 개의 수준이 추천이 된다. 1순위만 선택해도 기설정한 우선순위에 따라 자동으로 순위가 매겨져 추천된다. 우선순위와 함께 추천된 수준은 협상을 통해 확정한다.

협상과정에서는 일례로 한 사용자 혹은 단말기가 추천한 음파통신 수준 가운데에서 상대방 또는 상대단말기가 상기 4요소를 고려 평가하여 적합한 수준을 선택 하여 결정한다. 만약 상대가 적합한 수준이 없다면 이를 구두로 또는 통신으로 통보하여 다른 수준을 재추천하도록 유도한다. 이런 과정을 통해 협상하여 확정한다. 다른 예에서는 통신에 참여하는 단말기 각각이 우선순위를 갖는 음파통신 수준을 추천하고 이를 비교 및 협상하여 결정한다. 합의된 수준이 없다면 각각이 다른 수준을 재추천한다. 상기 협상은 구두협상후 단말기 입력, 디폴트 음파통신, 다른 근거리 통신, 원거리 통신으로 행한다.

사용자가 음파통신 수준을 수동으로 설정하지 않으면 자동으로 설정된다. 상기 수동 설정에서도 메뉴로 사용자가 선택하는 과정을 제외하면 많은 부분이 자동으로 설정된다. 자동설정은 기설정되었거나 변경가능한 우선순위(priority)에 따라 설정된다. 일례로 상기 우선순위는 비용, 조용함, 전력소모, 간섭방지, 보안, 통신속도 순으로 설정된다.

자동 설정에서 협상은 디폴트 음파통신, 다른 근거리 통신, 원거리 통신 등으로 행한다. 디폴트 음파통신 실시예에서는 일반적으로 거의 모든 단말기가 가능한 저수준 디폴트 음파통신을 무조건 시도하여 상대 단말기와 교신한 후에, 향후에 연결할 음파통신 수준을 자동으로 설정한다. 두 단말기간 수준 협상단계에서는 일례로 하나의 단말기가 1순위, 2순위, 등으로 수준을 제시해 두 단말기가 자동 타협하여 통신 수준을 맞춘다.

이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 연결시 초기화와 본진행을 설명한다. 본 발명에서는 참여한 휴대단말기 사이에 근거리 통신 인터페이스를 확립하는 단계를 초기화 단계라 하고 연결된 네트 워크 기반으로 애플리케이션을 실행하면서 본격적인 서비스나 컨텐츠를 이용하는 단계를 본진행 단계라 정의한다.

도11은 본 발명의 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 초기화 순서도의 일례를 나타낸다.

도11의 (1101)단계는 애플리케이션 선택 및 참여 단계로서, 게임, 채팅 등의 근거리 통신이 필요한 애플리케이션을 선택하여 실행한다. 이때 구두로 참여자를 모아서 애플리케이션을 선택하던지, 애플리케이션 선택을 먼저 하고 다른 참여자를 기다거나 또는 이미 진행중인 애플리케이션에 참여할 수 있다. 애플리케이션에 참여의사를 가진 단말기들은 자신의 단말기 ID를 제시하며 참여한다. 애플리케이션에 참여신청, 초대, 수락, 연결 등은 구두협의후 입력 혹은 원거리통신이나 음파통신 등의 근거리 통신으로 이루어진다.

단계(1102) 내지 단계(1104)는 근거리 음파통신 네트워크를 연결하는 단계이다. 도 11의 실시예는 애플리케이션 선택 및 참여의 단계(1101)가 음파통신 연결의 단계(1102) 내지 단계(1104)보다 먼저 실행되는 경우이나, 본 발명의 다른 실시예에서는 음파통신을 먼저 연결하고 애플리케이션 선택 및 참여를 나중에 할 수 있다.

도 11의 단계(1102)는 음파통신 수준 설정, 애플리케이션 수준 설정 및 애플리케이션의 태스크 배분 단계이다. 이 단계에서는 적응 음파통신을 위한 음파통신 수준을 설정하고, 음파통신 수준 혹은 단말기 성능에 따라 애플리케이션 수준을 설정한다. 음파통신 수준이나 단말기 성능이 낮으면 그에 따라 그래픽, 사운드, 게임 진행속도 등 애플리케이션 성능 수준도 낮게 한다. 음파통신 수준 및 애플리케이션 수준은 구두로 혹은 디폴트 음파통신이나 다른 근거리 통신이나 통신사업자 수익을 위해 원거리 통신으로 협상하여 확정한다. 단계(1102)에서는 또한 애플리케이션의 각 태스크를 단말기 자체 실행 및 근거리 통신과 원거리 통신 태스크로 배분한다. 각 데이터도 애플리케이션의 태스크가 요구하는 처리에 따라 단말기 자체 실행 및 근거리 통신과 원거리 통신 태스크로 배분한다. 태스크 배분은 애플리케이션의 특성과 단말기 성능과 주위 상황에 따라 가변된다. 예를 들어 A 단말기가 B와는 음파통신, C와는 블루투스/지그비 통신하고 있을 경우, A 단말기의 근거리 통신 태스크는 B와 C에 대하여 서로 다르게 배분한다. 일실시예에서는 통신사업자의 수익을 위해 근거리 통신으로 처리가 가능한 태스크를 의도적으로 원거리 통신으로 처리한다.

일실시예에서는 단계(1102)에서 필요하면 근거리 통신 토폴로지 협상 및 확정 과정을 추가한다. 다른 실시예에서는 하나의 통신 토폴로지를 디폴트로 정하여 사용한다.

도 11의 단계(1103)는 데이터의 인코딩/디코딩을 위한 코딩 규칙 생성 및 전송 단계이다. 음파통신 수준이 정해지면 그 수준에 따라 코딩 규칙을 생성한다. 하나의 수준에서도 수준을 만족하는 다양한 코딩 규칙이 존재하고 그 가운데서 현재 시점의 코딩 규칙이 생성된다. 음파통신 수준 개념을 정의하지 않았더라도 코딩 규칙이 생성된다. 생성된 코딩 규칙을 전송할 때는 디폴트 음파통신, 다른 근거리 통신이나 원거리 통신으로 전송한다.

도11의 단계(1104)는 상기에서 생성 또는 전송된 코딩 규칙을 각자의 단말기에서 로드하여 상기 규칙에 따라 음파통신 네트워크를 연결하는 단계이다. 이 단계에서 필요하면 단말기 간의 데이터 송수신 시각 동기를 맞춘다.

도11의 단계(1105)에서는 참여하는 단말기들이 실행하는 애플리케이션의 ID 및 버전이 일치하는지 관리하며 애플리케이션의 자기 단말기 배분 태스크를 실행한다. 단말기끼리 음파통신, 다른 근거리 통신 또는 원거리 통신하여 실행하는 애플리케이션의 ID 및 버전이 일치하는지 관리하고, 다운로드가 필요하면 해당 단말기에게 알려 다운로드 받도록 한다. 애플리케이션의 버전이 다르면 동일 버전으로 다운로드하던지 다른 버전간의 인터페이스가 가능하도록 데이터 변환 과정을 마련한다. 이후에 각각의 참여 단말기가 애플리케이션의 단말기 배분 태스크를 실행하며 본격적인 본진행 단계로 접어들게 된다.

도 11의 단계(1106)는 애플리케이션을 본격적으로 진행시키는 본진행 단계이고 이 단계는 도 12를 참조하여 후술한다. 한편, 본진행 단계에서 음파통신 수준 혹은 코딩 규칙을 변경하려고 하거나 근거리 통신 방식을 변경하려면 다시 초기화 단계로 올 수 있다.

초기화 단계 동안 그 중에서 특히 코딩 규칙을 전송하는 단계와 음파통신을 연결하는 단계는 본진행 단계보다 간섭에 더욱 강인해야 하고 보안을 강화해야 한다. 아울러 초기화 단계 동안은 본진행 단계보다 데이터 전송량이 많아서 저속이 특징인 음파통신으로는 초기화 단계 수행 시간이 오래 걸릴 가능성이 있다. 초기화 단계뿐만 아니라 본진행 단계에서도 특정 시점에서는 데이터를 많이 전송할 필요가 생긴다. 예를 들어 근거리 게임을 할 경우 본진행 단계의 특정 시점에는 데이터량이 많은 게임의 기초 구성 데이터나 영상 데이터를 전송할 경우가 발생한다.

본 발명의 일실시예에서는 간섭 방지, 보안, 고속 전송을 위해 초기화 단계 동안 및 본진행 단계중 데이터 전송량이 특히 많은 일부 시점에서는 참여하는 휴대단말기를 근접시켜 모아 놓아 휴대단말기의 각 마이크에서 수신되는 음파의 강도가 크도록 만든다. 다른 실시예에서는 초기화 단계 동안 및 본진행 단계중 데이터 전송량이 특히 많은 일부 시점에서는 휴대단말기를 근접시키거나 지향 각도를 조준하고 IRDA 등 보조 통신 수단을 함께 이용하여 데이터를 전송한다. 또다른 실시예에서는 초기화 단계 동안 및 본진행 단계중 데이터 전송량이 특히 많은 일부 시점에서는 블루투스 등 근거리 RF 통신 또는 원거리 통신하여 데이터를 전송한다.

도 12는 본 발명의 휴대단말기 음파통신 근거리 네트워크 본진행 순서도를 나타낸다.

애플리케이션을 실행하고 음파통신을 연결하는 초기화 단계가 끝나면 단계(1201)부터 본진행 단계가 시작된다. 도12의 단계(1201)는 애플리케이션의 자기 단말기 배분 태스크 실행단계이고, 단계(1202)에서 태스크 배분에 따라 음파통신등의 근거리 통신이나 원거리 통신으로 상대 휴대단말기와 통신을 한다.

단계(1202)에서 통신을 통한 데이터 교환이 발생하면, 단계(1203)에서는 상기 단계에서 교환된 데이터를 각 단말기에서 실행중인 애플리케이션이 읽어서 처리를 한다. 애플리케이션 실행중에 음파통신 수준이나 코딩 규칙을 변경하기를 원하면 단계(1204)에서 선택하여 초기화를 다시 한다. 이와 같은 방식으로 애플리케이 션의 본진행이 실행된다.

상기 초기화 단계와 본진행 단계를 게임 애플리케이션을 예로들어 설명한다. 세 명이 고스톱 등의 근거리 네트워크 게임을 한다면 일단 세 명이 동일한 근거리 게임을 실행시킨다. 주최자-참여자 토롤로지로 음파통신을 한다면 한 명이 주최자 다른 두 명이 참여자가 되어 음파통신 수준과 코딩 규칙을 결정하고 결정된 코딩 규칙으로 음파통신을 연결하여 참여한다. 음파통신이 연결되었으면 1명의 참여자 또는 주최자는 매 판마다 한 판의 데이터를 다른 참여자에게 전송한다. 그래픽 데이터 등 데이터 처리 중 많은 부분은 각 단말에서 자체적으로 로드되어 실행된다. 이후에 게임의 각 참여자들은 키패드 조작등을 통해 본격적으로 게임을 진행하게 된다.

도 13은 본 발명에서 근거리 음파통신 데이터 프레임 포맷의 일 실시예를 도시한다. 동기화를 위한 Preamble과 프레임 시작을 나타내는 SFD(Start of frame delimiter), 수신지(수신 단말기) ID와 발신지(발신 단말기) ID, 데이터, 전송 에러 체크를 위한 FCS (Frame Check Sequence)로 이루어진다.

수신지 ID는 많은 경우 생략할 수 있지만 가급적 발신지 ID는 표시한다. 일실시예에서는 훼방꾼이 참여자로 위장하여 의도적인 간섭신호를 발신하는 것을 배제할 수 있도록 암호화된 ID로 통신한다. 암호화 규칙은 코딩 규칙의 일부이다. 훼방꾼이 애플리케이션 참여자의 ID를 갖는 간섭신호를 발생시키면, 상기 ID를 갖는 참여자가 상기 간섭신호를 받은 후에 자신이 발신한 게 아니므로 간섭신호의 존재 및 훼방꾼의 존재를 명확히 알고 유효 신호와 간섭신호를 구분할 수 있다.

다른 방법으로서, 훼방꾼이 어느 한 참여자의 ID와 코딩 규칙을 알아내어 간섭 신호를 보낸다면, 간섭 신호를 해독하고 간섭 신호의 발생이 현재상황에서 불가능한 상황의 발생(불가능한 패를 던지는 상황 등)이면 이걸로 간섭신호인지 유효신호인지를 구분하게 된다.

음파 통신은 방송개념의 통신으로 게임 참여자가 모두 수신할 수 있다. 상호 확인 통신 방식으로 진행하고 참여자가 3명인 경우, 정해진 신호 발신시간이 되었을 때, 현재 패를 던질 차례가 된 참여자a가 발신하면 다음 차례 참여자b, 그 다음 차례 참여자c 순으로 발신신호 수신 확인 신호를 발신한다. 그러면 모든 참여자 a,b,c가 a,b,c순으로 발신하는 신호를 동일하게 수신하게 된다. 이 때 한 참여자가 수신한 모든 참여자의 발신신호가 모두 동일하고 각 참여자끼리 상기 신호가 모두 동일해야 한다. 그렇지 않으면 간섭에 의한 에러이다. 일실시예에서는 게임의 빠른 진행을 위해서 참여자 a의 신호만 수신되면 곧바로 모든 사용자가 게임의 액션을 진행시키고 확인신호 b,c를 그다음 혹은 동시에 보낸다.

도 14는 본 발명의 일실시예에서 2개의 주파수음 조합을 이용하는 매핑 규칙과 불허 주파수음, 무의미 주파수음 적용 방법(E2음을 불허 주파수음, F2#음을 무의미 주파수음으로 예시함)을 나타내는 도면이다. 본 발명의 불허 주파수음, 무의미 주파수음 개념은 도 14와 같이 MFSK를 이용하는 매핑테이블에 적용될 뿐만 아니라 BFSK, PSK, ASK, QAM 등 다른 변조 방식을 이용할 경우에도 동일 혹은 유사하게 적용된다.

(데이터 주파수음, 불허 주파수음과 무의미 주파수음) 음파통신은 주위의 잡 음이나 의도적인 간섭 음파에 대한 강인함과 보안이 요구된다. 의도적인 침해자는 교란 음파를 발생시키는 방해자와 몰래 엿들어 정보를 빼가는 염탐자로 구분한다. 간섭을 방지하고 보안을 위하여 본 발명에서 정의하는 데이터 주파수음 혹은 허용 주파수음이란 실제 데이터를 의미하는 주파수음(음높이)이다. 불허 주파수음이란 현재의 코딩 규칙의 데이터 전송에서 제외된 주파수로 참여 단말기는 이 주파수의 음파를 발생시키지 않는다. 만약 불허 주파수 근처의 음이 수신되면 잡음이거나 누군가 방해자가 있다는 뜻이다. 무의미 주파수음이란 현재의 코딩 규칙의 데이터 전송에서 제외된 주파수로 일부러 의미없는 이 주파수의 음파를 발생시켜 염탐자를 혼란시킨다. 데이터주파수음, 불허 주파수음과 무의미 주파수음을 통틀어 사용주파수음으로 정의한다. 반드시 음악에서 정한 음높이 주파수만을 사용 주파수음으로 선택할 필요는 없다. 본 발명의 일실시예에서는 데이터 주파수음, 불허 주파수음과 무의미 주파수음으로 매핑테이블을 구성한다.

불허 주파수음 및 무의미 주파수음을 데이터 주파수음내에 어떤 식으로 배치할 것인지는 매핑테이블 생성/가변 정보에 의하여 결정될 수 있다.

도 14에서 데이터 주파수음, 불허 주파수음과 무의미 주파수음을 도시한다. E2음을 불허 주파수음, F2#음을 무의미 주파수음으로 예시하고 나머지 테이블의 음이 데이터 주파수음이다. 2개의 주파수음 조합으로 디지털 데이터와 음파 사이에 매핑테이블을 구성하는 데, 배음관계로 제외된 조합은 X 표시하고 조합중에 불허 주파수음이 들어가면 NA, 무의미 주파수음이 들어가면 NM으로 표시한다. 이와 같은 매핑테이블에 근거하여 데이터를 음파로 전송하며 무의미 주파수음으로 염탐자를 혼란시키고 불허주파수음을 센싱하여 방해자가 있는 지 조사한다.

(매핑테이블 가변) 본 발명의 일실시예에서는 매핑테이블을 가변함으로써 간섭에 강인하고 보안이 확보된 음파통신 시스템을 구축한다. 매핑테이블 가변은 데이터 주파수음, 불허 주파수음 또는 무의미 주파수음의 가변을 포함하며, 매핑 테이블 생성 및 가변 정보에 기입된 정보에 따라 매핑 테이블을 가변한다. 일례로 도 6(a)의 BFSK 이용시 주파수음 f1, f2를 시간에 따라 가변함으로써 매핑테이블을 가변한다. 음파의 주파수 가변 외에 진폭, 위상의 가변도 포함한다. 상기 가변은 애플리케이션이 새로 시작할 때 가변할 수도 있고 시간에 따라 가변할 수도 있다. 매핑테이블을 시간 혹은 순서에 따라 가변하면 특정 시간 혹은 순서에서 각기 다른 매핑테이블을 갖고 데이터를 인코딩, 디코딩하게 된다. 특정 시간 혹은 순서에서 매핑테이블을 정확하게 알지 못하는 방해자나 염탐자는 음파통신을 교란시키거나 음파통신 중인 데이터를 해독하기 어렵다. 매핑테이블 가변 관련 정보는 음파통신의 초기화 단계 또는 본진행 단계에서 전달한다.

(동일 주파수음 회피) 본 발명의 일 실시예에서는 간섭에 강인한 전송 및 전송 에러 방지를 위해 동일 음높이가 특정 시간 이상 연속으로 수신되지 않도록 동일 주파수음 회피 규칙을 생성하여 코딩 규칙 생성에 포함시킨다. 일례로 기설정된 시간 이상 연속으로 동일 음높이음을 발신해야 한다면 데이터로서 의미가 없는 다른 주파수음을 삽입한다.

(음량 제한) 본 발명의 일실시예에서는 주위의 다른 음파통신 그룹과 구별하기 위해 각 참여 단말기의 송신 음량을 제한하고 각 참여 단말기들은 합의한 음량 범위 내의 음파 강도만 신호로 인정하고 읽는다.

(피드백 센싱) 본 발명의 일실시예에서는 송신 단말기는 송신전에 주위음파를 수신해 보거나 송신시 스스로 피드백 수신해 보아서 송신 음파 신호에 위협적인 잡음 또는 교란 음파가 있는 지 검사한다. 송신 단말기는 현재의 응용에서 스피커와 마이크의 음량이 적당한 지 판정하여 조정하는 단계를 추가한다. 만약, 음량 조정으로 해결할 수 없는 위협적인 교란 음파가 있다면 교란 음파의 주파수음 근처음을 불허 또는 무의미 주파수음으로 하는 등으로 매핑테이블을 가변한다. 이렇게 하여 잡음/교란 주파수 외의 주파수 영역의 음파로 통신한다.

(간섭방지 참여자 귀 활용) 소리는 전파와는 달리 사람들이 들을 수 있으므로 참여자가 잡음 및 간섭 음파의 존재를 귀로 느낄 수 있는 장점이 있다. 일례로 지속적인 간섭 음파가 존재하면 참여자들은 다른 주파수음을 이용한 통신을 합의하여 유저인터페이스에서 매핑테이블 가변 등으로 보정한다. 만약 휴대단말기에 스테레오 마이크가 있다면 상기 마이크를 이용하여 간섭음파의 위치를 알아내 신호 음파와 간섭 음파를 구별하는 데 이용한다. 다른 예로 휴대 단말기는 구별하기 어려워도 사람 귀는 구별할 수 있는 음색, 발음기호 등의 정보를 이용하여 코딩 규칙에 포함시킨다. 예를 들어, 발신하는 주파수음에 "가"나 "라"등의 음색, 발음 정보를 넣고 발신하면 수신 단말기는 단지 주파수만 인식하지만 참여자들은 "가"인지 "라"인지 등의 음색, 발음 정보까지 인식한다. 따라서 동일 주파수음의 간섭음이 주위에서 발생해도 음색, 발음 정보의 차이로 참여자들은 간섭을 인지하여 대응할 수 있다.

한편 참여자들이 심리음향적으로 즐거움을 느끼며 참여자외 주위 사람들의 거부감을 최소로 하는 음파통신이 요구된다. 일례는 매핑테이블 선정 및 음파 발신시 사람이 좋아하는 화음을 사용한다. 또는 화음을 쓸 때 실제 데이터가 아닌 무의미 주파수음을 많이 사용하여 화음을 첨가한다. 또는 사람 귀로 듣기에 좋은 멜로디/화음으로 발신한다. 또는 백색잡음을 기본적으로 내면서 음파통신을 하여 주위사람들이 거슬리지 않는 백색잡음으로 들리게 한다. 또는 주위의 음향을 센싱하고 그에 따라 사람이 즐거움 또는 편안함을 느낄 수 있는 적절한 음파를 발생시킨다. 또는 조용한 통신을 위해서 전체적인 음색이 물흐르는 소리나 비내리는 소리 등 자연의 소리를 닮은 음파로 통신한다. 또는 조용한 통신을 위해서 초음파 또는 초음파에 근접한 대역의 주파수음을 데이터 주파수음 및 무의미 주파수음으로 하여 통신한다.

극도로 조용함을 요구하는 상황이라면 본 발명의 일실시예로서 참여단말기에 이어마이크폰을 연결하고 이들 이어마이크폰을 묶거나 고정하여 근접시켜서 가까운 거리에서 조용하게 음파통신으로 데이터를 전송한다. 그러면 간섭에 비해 신호가 상대적으로 매우 강해진다.

다른 실시예로 특정 고주파음을 반송파로 하고 FSK나 PSK, ASK 변조방식을 이용하여 다양한 사용주파수음에 해당하는 음파를 합성하여 전송한다.

도 15는 본 발명에서 저전력 음파통신을 위한 송수신 시각 동기화를 나타내는 도면이다.

애플리케이션 실행중에는 음파통신을 계속해야 한다. 음파통신 엔진을 계속 실행시키면 CPU 부담이 크고 배터리 소모가 크다. 음파통신 수신부는 송신 단말기가 음파 신호를 전송하지 않아도 전송 여부를 알기 어려우므로, 계속 음파를 읽어 음파 주파수 검출 등의 처리를 지속해야 한다. 이렇게 하면 단말기 자원낭비와 전력낭비가 발생한다. 본 발명의 일실시예에서는 단말기 자원낭비와 전력낭비를 줄이기 위해 송수신 시각 동기화 방법을 제공한다. 상기 송수신 시각 동기화 규칙은 코딩 규칙의 일부로서 코딩 규칙 전송시 전송한다. 송수신 시각 동기화 규칙을 공유하고 있는 통신 당사자 단말기는 도 15와 같이 통신한다. 도 15에서 t(k-1),t(k),t(k+1),은 송수신 시작 시각을 의미하며, d(k-1), d(k),은 시작 시간 간격이고, S(k-1),S(k),S(k+1),은 송수신 작동 시간이다. 통신 당사자 단말기는 서로 시각 동기를 맞춘다. 시각 동기는 단말기 내장 타이머를 이용해 맞출 수도 있고 원거리 통신의 도움을 받아 맞출 수도 있다. 통신 당사자 단말기는 정해진 송수신 시각 t(k)부터 S(k) 시간 동안만 송수신하고 나머지 시간에는 송수신 작동을 쉬어 단말기 자원낭비와 전력낭비를 줄인다. 통신 당사자 단말기는 그림에서 E(i)시간에 송신 요구가 발생해도 최소한 다음 송수신 시작 시각t(k)까지 기다려야 송신해야 한다.

도 16은 본 발명에서 휴대단말기 음파통신 및 RF 통신 동시 사용 근거리 네트워크 구성도를 나타내는 도면이다.

단말기가 음파통신 이외의 근거리 통신 능력을 보유하고 있다면 경우에 따라 근거리 통신을 배분할 필요가 있다. 예를 들어 주최자 단말기(1602)가 참여자 단말기(1603)과는 블루투스/지그비 등 RF 통신하고 참여자 단말기(1604)와는 음파통신 할 경우, 주최자 단말기(1602)의 근거리 통신 태스크는 참여자(1603)과 참여자(1604)에 대하여 서로 다르게 배분한다.

도 17은 본 발명에서의 휴대단말기 음파통신을 비롯한 근거리 통신의 자동 선택 연결 순서도를 나타내는 도면이다.

본 발명의 일실시예에서는 단말기가 음파통신 이외의 근거리 통신 능력을 보유하고 있다면 단말기들이 지능적이며 자동으로 근거리 통신 방식을 선택하여 네트워크를 연결하도록 한다.

도 17의 단계(1701)는 근거리 통신 연결 전에 미리 근거리 통신 선택의 우선순위를 설정하는 단계이다. 상기 선택 우선순위는 사용자의 선호에 의해 결정되거나, 사용자 및 애플리케이션의 요구사항, 주위 환경, 자기 단말기 성능, 상대 단말기 성능 등 4요소를 고려하여 자동/수동으로 설정된다. 일례로 블루투스, 음파통신, 지그비, IRDA 순으로 우선순위를 설정한다.

단계(1702)는 애플리케이션 선택 및 참여 단계로서, 게임, 채팅 등 근거리 통신이 필요한 애플리케이션을 선택하여 실행한다.

단계(1703)는 사용가능한 근거리 통신 방식의 제시 단계이다. 일례로서 주최자 포함 모든 참여 단말기는 음파통신을 포함한 자기 단말기의 모든 근거리 통신 인터페이스를 작동시켜 사용 가능한 통신 방식을 직접 제시한다. 다른 예로서 모든 참여자의 단말기는 일단 디폴트 음파통신 네트워크를 연결하여 각 단말기가 사용 가능한 무선 인터페이스를 제시한다. 음파통신이 거의 모든 단말기에 적용할 수 있는 통신방식이므로 디폴트 음파통신을 이용한다.

단계(1704)는 우선순위에 따라 협상하여 근거리 통신 방식을 확정하는 단계로서, 하나의 단말기가 동시에 복수개의 근거리 통신을 연결한다면 연결할 근거리 통신 간의 처리의 배분을 결정한다.

단계(1705)는 단말기간 근거리 통신을 연결하는 단계이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 기술하였다. 그러나, 전술한 실시예는 설명을 위한 예시로써 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 범위내의 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 예컨대, 본 발명의 구성은 휴대 단말기를 위주로 설명되었으나, 마이크와 스피커를 부가한다면 PC, TV 등과 같은 고정 단말기에서도 구현될 수 있음은 당연하다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여져야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 별도의 부가 장치 없이 종래의 휴대폰 등을 이용하여 음파를 이용하여 근거리 통신을 수행할 수 있으며, 스피커와 마이크만을 부가하여 PC나 TV와 같은 고정 단말기간의 근거리 통신을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 통신 절차에 따르면 음파통신시의 단말간 간섭이나 해킹 방지, 에러률 감소등 통신 효율을 향상시킬 수 있어서, 음파통신 실질적 이용을 도모할 수 있다.

Claims (17)

1. 삭제
2. 음파를 이용하여 데이터를 송수신하는 방법에 있어서,

   음파의 각 특성값과 디지털 데이터를 소정의 매핑테이블 생성 및 가변 정보에 따라 대응시킨 하나 이상의 매핑 테이블을 마련하는 단계와,

   음파 통신 참여 단말기 상호간에 이용될 특정 매핑 테이블을 선정하는 단계와,

   상기 선정된 매핑 테이블에 따라 송신용 디지털 데이터를 음파로 변환하는 단계와,

   상기 음파를 스피커 수단을 이용하여 방출하는 단계와,

   상기 방출된 음파를 마이크 수단을 이용하여 수신하는 단계와,

   상기 수신된 음파를 상기 매핑 테이블을 이용하여 디지털 데이터로 변환하는 단계

   를 포함하고,

   상기 매핑 테이블에 정의되는 상기 음파의 각 특성값은 음파 주파수 및 진폭, 위상, 음의 길이 중 적어도 하나를 포함하는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 매핑 테이블 생성 및 가변 정보는 불허주파수음 및/또는 무의미주파수음 중 적어도 하나를 상기 음파의 특정 위치에 포함하여 생성시키는 데 이용되는 정보를 포함하는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 매핑 테이블은 소정 조건에 따라 음파통신 중에 가변되는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 음파 방출 단계는 동일 주파수음을 일정 회수 이상 연속으로 전송하지 않는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 음파 방출 단계는 음파 방출 단말기가 자신이 방출한 음파를 감지하여 교란음 및/또는 간섭음이 포함되어 있는지의 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 매핑 테이블을 가변시키는 단계를 포함하는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 음파 방출 단계와 상기 음파 수신 단계는 소정 시간 간격을 두고 상호 동기되어 수행되는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 송신용 디지털 데이터는 송신자 ID를 포함하는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 음파 정보는 전기적 신호로 변환되어 단말기간에 유선 통신선을 통하여 전송되는 것인 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
10. 삭제
11. 음파통신을 위한 단말기간 데이터 송수신 방법에 있어서,

    사용자 및 응용프로그램의 요구, 주위 환경, 단말기 성능 중 적어도 하나를 고려하여 코딩규칙을 생성 및/또는 전송하는 단계와,

    상기 생성 및/또는 전송된 코딩규칙에 따라 데이터 통신을 개시하는 단계

    를 포함하고,

    상기 코딩규칙은 디지털 데이터와 음파 특성값을 대응시키는 매핑테이블과, 상기 매핑테이블의 생성 정보, 상기 매핑테이블의 가변 정보, 음파 단위시간, 데이터 프레임 구조 정보, 음량 수준 및 마이크 감도 중 적어도 하나를 포함하는 것인 음파를 이용한 단말기간 데이터 송수신 방법.
12. 제11항에 있어서, 사용자 및 응용프로그램의 요구, 주위 환경, 단말기 성능 중 적어도 하나를 고려하여 전송할 음파통신 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는 음파를 이용한 단말기간 데이터 송수신 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 음파통신 수준의 결정은 단말기간 협상을 통하여 수행되는 것인 음파를 이용한 단말기간 데이터 송수신 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 코딩규칙을 생성 및/또는 전송하는 단계는 각 단말기의 사용자 및 응용프로그램의 요구, 주위 환경, 단말기 성능을 토대로 통신 참여 단말기간 협상을 통하여 수행되는 것인 음파를 이용한 단말기간 데이터 송수신 방법.
15. 제2항에 있어서, 간섭음파 탐지를 위해 음색 및 발음 정보를 추가로 포함하여 음파를 생성, 방출하는 음파를 이용한 데이터 송수신 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 단말기는 음파 통신 이외의 근거리 통신방식을 더 수행할 수 있는 것이고,

    사용자 및 애플리케이션의 요구사항, 주위 환경, 자기 단말기 성능, 상대 단말기 성능 중 적어도 하나의 요소를 고려하여 상기 복수의 근거리 통신방식의 우선순위를 결정하는 단계와,

    음파통신을 이용하여 근거리에 위치한 각 통신단말기가 자신이 가능한 통신방식 및 상기 우선순위를 전송하는 단계와,

    상기 전송 결과에 의하여 최적 근거리 통신방식을 결정하는 단계와,

    상기 결정된 근거리 통신방식을 이용하여 상기 단말기간의 근거리 통신을 수행하는 단계를 더 포함하는 음파를 이용한 단말기간 데이터 송수신 방법.
17. 제2항 내지 9항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 통신방법을 수행하도록 구성된 통신단말기.

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