KR100799571B1

KR100799571B1 - 인체를 이용한 통신장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100799571B1
Application number: KR1020060055448A
Authority: KR
Inventors: 황정환; 강성원; 형창희; 성진봉; 박덕근; 김진경
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-30
Also published as: EP2028997A4; EP2028997B1; JP4699554B2; WO2007148877A1; CN101472519A; CN101472519B; KR20070120761A; US20090233558A1; JP2009540728A; US8265554B2; EP2028997A1

Abstract

인체를 이용한 통신장치 및 그 방법이 개시된다. 통신장치는 신호의 전송방향에 따른 신호전극 및 접지전극의 배치방향 및 송수신 거리에 따른 접지전극의 인체 접촉여부를 결정한 후 인체를 통해 연결된 타 통신장치와 데이터 통신을 수행함으로써 신호손실을 최소화한다.

Description

인체를 이용한 통신장치 및 그 방법{Communication device and method using human body}

도 1은 신호전극과 접지전극의 배치방향에 따른 신호손실의 변화를 측정하기 위한 측정환경을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 측정환경을 통해 측정된 신호손실의 변화를 도시한 도면,

도 3은 접지전극의 인체 접촉 여부에 따른 신호손실의 변화를 측정하기 위한 측정환경을 도시한 도면,

도 4는 도 3의 측정환경을 통해 측정된 신호손실의 변화를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 인체통신을 위한 통신장치의 구성을 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 통신장치의 신호전극 및 접지전극의 배치 예를 도시한 도면, 그리고,

도 7은 본 발명에 따른 인체를 이용한 통신 방법의 일 실시예의 흐름을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체를 통신 채널로 이용하는 통신 장치에 관한 것이다.

현대 사회에서 많은 사람들은 PDA, 핸드폰, 휴대용 의료기기 등을 항상 휴대하고 있다. 이러한 기기들 사이의 각종 데이터 전송을 위한 방법으로는 케이블을 이용한 유선전송방식과 전파 및 빛 등을 이용한 무선전송방식이 있다.

유선전송방식은 전송 데이터의 보안이나 전송 속도에서 장점이 있으나, 케이블 등의 유선 장치를 사용자가 항상 휴대하여야 하는 단점이 있다. 또한 무선전송방식은 데이터 전송은 편리하나 무선전송을 위한 추가회로들이 각 기기들에 추가되어야 하므로 저가격화가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에 인체를 전송매체로 이용한 인체통신이 제안되고 있다. 즉, 통신장치의 송신부를 통해 출력된 신호는 인체에 연결된 전극을 통해 인체에 인가된 후 인체를 통해 전송되며, 이 신호는 인체에 연결된 또 다른 전극을 통해 다른 통신장치의 수신부에 의해 수신되는 방식이다. 이러한 인체 통신은 케이블 등의 유선장치가 필요 없어 이용이 편리하며 무선 전송을 위한 추가 회로들이 필요없는 장점이 있다.

인체통신을 위한 통신장치를 구성하는 전극은 그 기능에 따라 신호전극과 접지전극으로 구분된다. 신호전극은 통신장치의 송신부의 출력 신호선 또는 수신부 입력 신호선과 연결되어 인체에 신호를 송신하거나 인체로부터 신호를 수신한다. 접지전극은 통신장치의 접지부와 연결되며 신호전극과의 배치방향 및 인체에의 접촉여부에 따라 인체를 통한 신호 전송의 특성에 영향을 미친다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 신호전극 및 접지전극의 배치 방향 및 송수신 거리에 따른 신호손실을 최소화하여 효율적인 인체통신을 가능케 하는 통신장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 인체를 이용한 통신장치의 일 실시예는, 신호전극 및 접지전극으로 구성된 전극 쌍을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 전극 쌍들을 적어도 하나 이상의 방향으로 배치한 전극부; 상기 전극 쌍들 중 어느 하나의 전극 쌍을 선택하는 전극선택 스위치; 상기 선택된 전극 쌍을 통해 인체로 데이터 신호를 출력하는 송신부; 및 테스트 신호를 상기 전극 쌍들의 각각을 통해 인체로 연결된 타 통신장치로 전송함으로써 파악된 신호손실량이 가장 작은 전극 쌍을 선택하도록 상기 전극선택 스위치를 제어하는 스위치 제어부;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 인체를 이용한 통신방법의 일 실시예는, 인체를 이용한 통신장치의 통신방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 방향으로 배치되고 신호전극 및 접지전극으로 구성된 전극 쌍들의 각각을 통해 테스트 신호를 인체로 연결된 타 통신장치로 전송하는 단계; 상기 테스트 신호의 신호손실량이 가장 작게 나타나는 전극 쌍에 대한 정보를 상기 타 통신장치로부터 수신하는 단계; 상기 타 통신장치로부터 수신된 정보를 기초로 전극 쌍을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 전극 쌍을 통해 인체로 데이터 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.

이로써, 신호손실을 최소화하는 효율적인 인체통신이 가능하다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인체를 이용한 통신장치 및 그 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 신호전극과 접지전극의 배치방향에 따른 신호손실의 변화를 측정하기 위한 측정환경을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 측정환경을 통해 측정된 신호손실의 변화를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 수정 발진기로 구성된 송신장치(100)를 손목밴드를 사용하여 인체의 오른쪽 손목에 고정시킨 후 송신신호를 인체에 인가한 뒤, 오른손 손끝(110)에서 스펙트럼 애널라이저(120)를 이용하여 인체를 통해 전송된 신호의 손실량을 측정한다. 특히, 신호전극과 접지전극이 신호의 전송방향과 평행하게 배치되어 있는 경우(130)와, 신호전극과 접지전극이 신호의 전송방향과 수직으로 배치되어 있는 경우(140)에 대해 신호손실을 측정한다.

도 2를 참조하면, 전극이 신호의 전송방향과 수직으로 배치되어 있는 경우의 신호손실보다 전극이 신호의 전송방향과 평행하게 배치되어 있는 경우의 신호손실이 더 작음을 알 수 있다. 즉, 신호전극과 접지전극을 신호의 전송방향으로 배치함으로써 신호손실을 최소화할 수 있고 효율적인 통신장치의 운용이 가능하다.

도 3은 접지전극의 인체 접촉여부에 따른 신호손실의 변화를 측정하기 위한 측정환경을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 측정환경을 통해 측정된 신호손실의 변화를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 수정 발진기로 구성된 송신장치들(300,310)을 손목밴드를 사용하여 인체의 오른손 손목(송수신 거리 = 약 15cm)과 왼쪽 손목(송수신 거리 = 약 150cm)에 각각 고정시킨 후 송신신호를 인체에 인가한다. 그리고 오른쪽 손끝(320)에서 스펙트럼 애널라이저(330)를 이용하여 인체를 통해 전송된 신호의 손실량을 측정한다. 이때 접지전극을 인체에 접촉시키는 경우와 접촉시키지 않는 경우에 대하여 각각 신호손실을 측정한다.

도 4를 참조하면, 접지전극이 인체에 접촉됨에 따라 신호손실이 감소하고 있음을 알 수 있다. 그러나, 오른쪽 손목에 송신장치가 있는 경우 접지전극이 인체에 접촉함에 따라 신호손실이 약 25㏈ 정도 감소하고 있으나, 왼쪽 손목에 송신장치가 있는 경우에는 신호손실이 약 10㏈ 정도만 감소하고 잇다. 즉, 접지전극이 인체에 접촉함에 따라 나타나는 신호손실의 감소량은 송수신 거리가 멀어짐에 따라 점차 줄어들고 있음을 알 수 있다.

특히, 도 4에 도시된 A 영역을 살펴보면, 송수신 거리가 큰 경우에는 접지전극이 인체에 접촉되지 않았을 때와 거의 비슷한 신호손실을 나타내고 있다. 따라서 인체통신을 위한 수신장치가 송수신 거리가 멀고 접지전극이 인체에 접촉한 경우에 나타나는 신호손실을 극복하고 송신신호를 복원할 수 있도록 구성된다면, 송수신 거리가 적은 경우에는 접지전극이 인체에 접촉하지 않더라도 신호의 복원이 가능하다.

이때, 송신장치의 접지전극이 인체에 접촉하지 않음으로써 신호전극과 접지전극 사이에 흐르는 전류량은 대폭 감소한다. 예를 들어, 5MHz 대역에서 접지전극이 인체에 접촉하는 경우에는 3V의 전압에서 신호전극과 접지전극 사이에 약 16mA 의 전류가 흐르는 반면, 같은 조건하에서 접지전극이 인체에 접촉하지 않는 경우에는 약 0.2mA의 전류가 흐르게 된다. 따라서 위에서 언급한 바와 같이 송수신 거리가 작은 경우에는 접지전극이 인체에 접촉하지 않게 함으로써 송신장치에서 소모되는 전력을 줄일 수 있고 이에 따라 효율적인 통신장치의 운용이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 인체통신을 위한 통신 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 인체에는 적어도 하나 이상의 통신장치(500,502)가 부착되어 인체를 통해 데이터를 송수신한다. 이러한 인체통신을 위한 통신장치(500,502)는 신호의 송수신을 위한 송신부(510) 및 수신부(515), 기저대역의 신호처리를 위한 기저대역 신호처리부(520), 신호손실을 측정하기 위한 신호손실 측정부(525), 쌍으로 이루어진 복수개의 신호전극(530) 및 접지전극(535), 송수신 신호의 선택을 위한 절환 스위치(550), 신호전극 및 접지전극 중 한 쌍을 선택하기 위한 전극선택 스위치(540,545), 스위치의 조절을 위한 스위치 제어부(555)로 구성된다.

송신부(510) 및 수신부(515)는 종래의 인체통신에 사용되는 송수신부를 이용하여 용이하게 달성될 수 있으므로, 본 발명에서는 송수신부 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다.

인체통신을 위한 통신장치(500,502)는 인체의 임의의 장소에 위치할 수 있으며, 이에 따라 송수신 거리는 인체통신의 응용에 따라 다양하게 변화한다. 또한 대부분의 통신장치는 임의적인 방향으로 놓여져 사용되므로, 통신장치의 신호전극 및 접지전극이 신호의 전송방향과 평행하게 배치되지 않을 경우가 많다. 가장 효율적 인 신호 전송을 위해서는 앞서 언급한 신호전극과 접지전극의 배치방향 및 송수신 거리에 따라 접지전극의 인체 접촉여부가 적절히 조절되어야 한다.

인체에 부착된 제1통신장치(500)와 제2통신장치(502)가 인체를 통한 데이터의 송수신에 앞서 효율적인 신호 전송을 위한 전극의 구조를 선택하기 위하여 다음의 과정이 수행된다. 여기서, 제1통신장치(500) 및 제2통신장치(502)의 구성은 동일하므로 제1통신장치(500) 및 제2통신장치(502)의 구성요소의 참조번호는 동일하게 표현한다.

먼저, 제1통신장치(500)의 스위치 제어부(555)는 전극선택 스위치(540,545)를 제어하여 신호전극(530) 및 접지전극(535) 중 임의의 한 쌍을 선택하고, 제1통신장치(500)의 송신부(510)는 신호손실 측정을 위한 임의 파형의 테스트 신호를 인체를 통해 송신한다.

제1통신장치(500)로부터 출력된 테스트 신호를 수신하는 제2통신장치(502)의 신호손실 측정부(525)는 수신된 테스트 신호의 손실을 측정하고, 제2통신장치(502)의 기저대역 신호처리부(520)는 측정된 신호손실 값을 저장한다.

이와 같은 방법으로 모든 신호전극 및 접지전극 쌍에 대해 신호손실이 측정되고 저장된다. 제2통신장치(502)는 저장된 신호손실의 측정값을 비교하여 가장 적은 신호손실을 보인 신호전극 및 전지전극 쌍의 번호를 제1통신장치(500)로 전송한다. 가장 적은 신호손실의 측정값을 나타내는 신호전극 및 접지전극의 쌍이 곧 신호의 전송방향과 평행하게 배치된 전극들이며, 이러한 신호전극 및 전지전극 쌍을 사용함으로써 신호손실을 최소화한 효율적인 신호전송이 가능하다.

다음으로, 신호전극 및 접지전극 쌍이 선택된 후에는 접지전극의 인체 접촉여부에 대해서 결정한다. 제1통신장치(500)의 스위치 제어부(555)는 전극선택 스위치(540,545)를 제어하여 접지전극과 제1통신장치(500)의 접지부(560)와의 연결을 끊어줌으로써, 마치 접지전극(535)이 인체에 접촉하지 않은 효과를 달성한다. 접지전극(535)이 인체에 접촉되지 않은 상태에서 제1통신장치(500)의 송신부(510)는 신호손실 측정을 위한 임의 파형의 테스트 신호를 인체를 통해 송신한다.

제2통신장치(502)의 신호손실 측정부(525)는 인체를 통해 수신한 테스트 신호의 손실량을 측정한다. 제2통신장치(502)의 수신부(515)는 제2통신장치(502)의 신호손실 측정부(525)에 의해 측정된 신호 손실량을 송신신호의 복원을 위해 요구되는 최대 신호 손실량과 비교한다. 송신신호의 복원을 위해 요구되는 최대 신호 손실량은 통신장치의 감도(sensitivity)에 비례하는 값으로서 통신장치의 수신부(515) 성능에 의해 결정된다.

측정된 신호 손실량이 최대 신호 손실량보다 클 경우에, 제2통신장치(502)는 이러한 상태를 표현하는 특정한 신호를 제1통신장치(500)로 송신한다. 제1통신장치(500)의 스위치 제어부(555)는 측정된 신호 손실량이 최대 신호 손실량보다 크다는 신호를 제2통신장치(502)로부터 수신한 경우 전극선택 스위치(545)를 조절하여 접지전극(535)을 접지부(560)와 연결한다.

이와 반대로 측정된 신호 손실량이 최대 신호 손실량보다 작은 경우에, 제2통신장치(502)는 이러한 상태를 표현하는 특정한 신호를 제1통신장치(500)로 송신한다. 제1통신장치(500)의 스위치 제어부(555)는 측정된 신호 손실량이 최대 신호 손실량보다 작다는 신호를 제2통신장치(502)로부터 수신하면 접지전극(535)을 접지부(560)와 연결되지 않은 상태로 유지한다.

접지전극(535)의 인체 접촉 여부를 제어함으로써, 신호전극(530) 및 접지전극(535) 사이에는 매우 적은 전류가 흐르게 되어 통신장치의 소모전력을 줄임으로써 효율적인 신호전송이 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 통신장치의 신호전극 및 접지전극의 배치 예를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 통신장치가 놓여지는 방향에 따라 신호의 전송방향은 다양하게 변화하므로 쌍으로 이루어진 복수개의 신호전극 및 접지전극은 방사형으로 배치된다. 그러나 전극의 배치 방향은 인체통신에 적용되는 응용분야에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 또한, 각 전극의 크기 및 개수는 통신장치에서 전극이 부착되는 부분의 면적에 따라 적절히 조절된다.

도 7을 참조하면, 인체에 접촉된 두 통신장치 간에 데이터 통신이 요구되는 경우(S700), 데이터를 전송하고자 하는 제1통신장치는 여러 방향으로 배치된 신호전극 및 접지전극 쌍들의 각각을 통해 테스트 신호를 인체로 연결된 제2통신장치에 전송함으로써 모든 전극 쌍들에 대한 신호손실량을 측정한다(S705). 그리고, 제1통신장치는 측정된 신호손실량들 중 가장 작은 신호 손실량을 나타내는 전극 쌍을 선택한다(S710).

다음으로, 제1통신장치는 접지전극을 인체로부터 분리(도 5의 경우에는 접지전극을 접지부로부터 분리)한 후(S715), 테스트 신호를 제2통신장치로 전송하여 신호손실량을 측정한다(S720). 측정된 신호손실량이 신호 복원을 위해 요구되는 최대 신호 손실량보다 큰 경우에는(S725), 접지전극을 인체에 접촉시킨다(S735). 만약, 측정된 신호손실량이 최대 신호 손실량보다 작다면(S725), 접지전극이 인체와 분리된 현재의 상태를 그대로 유지한다(S730).

이상의 과정을 통해 신호전극 및 접지전극의 방향 및 접지전극의 인체 접촉여부가 결정되면 두 통신장치간의 데이터 통신을 수행한다(S740).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 신호전극 및 접지전극의 배치 방향을 신호의 전송방향에 따라 적절히 조절하고, 송수신 거리에 따른 접지전극의 인체 접촉여부를 결정하여 신호손실이 최소화된 효율적인 인체통신이 가능하다.

Claims

신호전극 및 접지전극으로 구성된 전극 쌍을 적어도 하나 이상 포함하고, 상기 전극 쌍들을 2차원 평면상에서 적어도 하나 이상의 방향으로 배치한 전극부;

상기 전극 쌍들 중 어느 하나의 전극 쌍을 선택하는 전극선택 스위치;

상기 선택된 전극 쌍을 통해 인체로 데이터 신호를 출력하는 송신부; 및

테스트 신호를 상기 전극 쌍들의 각각을 통해 인체로 연결된 타 통신장치로 전송함으로써 파악된 신호손실량이 가장 작은 전극 쌍을 선택하도록 상기 전극선택 스위치를 제어하는 스위치 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극 쌍들은 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극선택 스위치는 상기 접지전극과 접지부와의 연결 여부를 선택하고,

상기 스위치 제어부는, 테스트 신호를 상기 접지전극과 접지부의 연결을 끊은 상태에서 상기 타 통신장치에 전송함으로써 파악된 신호손실량이 신호 복원을 위해 요구되는 최대 신호 손실량보다 큰 경우 상기 접지전극과 접지부가 연결되도 록 상기 전극선택 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신장치.
제 1항에 있어서,

상기 타 통신장치에서 2차원 평면상에 각각 서로 다른 방향으로 배치된 전극 쌍들의 각각을 통해 전송된 테스트 신호의 신호손실량을 측정하는 신호손실 측정부; 및

상기 측정된 신호손실량들 중 최소의 신호손실량을 나타내는 전극 쌍을 파악하여 상기 타 통신장치로 전송하는 기저대역 신호처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신장치.
인체를 이용한 통신장치의 통신방법에 있어서,

2차원 평면상에서 적어도 하나 이상의 방향으로 배치되고 신호전극 및 접지전극으로 구성된 전극 쌍들의 각각을 통해 테스트 신호를 인체로 연결된 타 통신장치로 전송하는 단계;

상기 테스트 신호의 신호손실량이 가장 작게 나타나는 전극 쌍에 대한 정보를 상기 타 통신장치로부터 수신하는 단계;

상기 타 통신장치로부터 수신된 정보를 기초로 전극 쌍을 선택하는 단계; 및

상기 선택된 전극 쌍을 통해 인체로 데이터 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신방법.
제 5항에 있어서,

상기 전극 쌍들은 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신방법.
제 5항에 있어서,

상기 접지전극과 상기 통신장치의 접지부와의 연결을 끊는 단계;

테스트 신호를 상기 타 전송장치로 전송하는 단계;

상기 타 전송장치로부터 상기 테스트 신호의 신호손실량과 신호 복원을 위해 요구되는 최대 신호 손실량을 비교한 결과를 수신하는 단계; 및

상기 수신한 결과를 기초로 상기 접지전극과 상기 접지부의 연결 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신방법.
제 7항에 있어서, 상기 연결 여부를 결정하는 단계는,

상기 테스트 신호의 신호손실량이 상기 최대 신호 손실량보다 큰 경우, 상기 접지전극과 상기 접지부를 연결하는 단계; 및

상기 테스트 신호의 신호손실량이 상기 최대 신호 손실량보다 작은 경우, 상기 접지전극과 상기 접지부의 연결이 끊긴 상태를 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 통신방법.