KR100829865B1 - 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법 Download PDF

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황정환
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김경수
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김혁
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 인체를 통해 전송되는 신호의 주파수 대역을 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭(예를 들면, 다른 사용자나 다른 전자기기에 의한 간섭)의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 대역(즉, 5MHz ~ 40MHz) 내로 제한하여 사용하고, 또한 사용자 식별정보(ID)를 이용하여 데이터 스크램블을 수행함으로써, 저전력으로 안정적인 인체통신을 할 수 있게 하는, 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 인체통신 통신 시스템에서의 송신기에 있어서, 사용자 식별정보(ID)를 포함하는 데이터정보와, 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하기 위한 인체통신용 전송프레임 생성 수단; 상기 생성된 인체통신용 전송프레임을 소정의 변조방식으로 심벌화하기 위한 심벌매핑 수단; 상기 심벌매핑 수단에서 출력되는 심벌을 확산시키기 위한 확산 수단; 상기 확산수단에서 확산된 데이터에 대하여 소정의 범위로 대역제한된 기저대역 신호를 생성하기 위한 파형 생성 수단; 및 상기 기저대역신호를, 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위로 제한된 통과대역 신호로 변조하기 위한 중간대역 송신 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 인체통신 시스템 등에 이용됨.
Figure R1020060113329
통과대역, 인체통신, 인체내 통신, 인체통신 모뎀, 헤더, 사용자 ID, 스크램블러

Description

제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법{System and Method for Human body Communication using limited Passband}
도 1은 인체내 전달전력과 인체외 방사전력을 측정하기 위한 측정방법에 대한 설명도,
도 2는 도 1의 측정방법에 따른 주파수별 인체내 전달 신호전력, 인체외 방사전력과 인체주변의 잡음전력과의 관계에 대한 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템의 일실시예 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 인체통신용 프레임의 일실시예 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
31: 인체통신 MAC 처리부 32: 인체통신 물리계층 모뎀
33: 인체통신 IF 처리부 34: 신호전극
321: 송신부 321a: 인체통신용 전송프레임 생성부
322: 수신부 322a: 인체통신용 전송프레임 처리부
323: 동기화부 3210: 헤더 생성기
3211: 데이터 생성기 3212: 스크램블러
3213: 채널인코더 3214: 인터리버
3128: 스프레더(확산기) 3221: 디스프레더(역확산기)
3225: 디인터리버 3226 채널 디코더
3227: 디스크램블러 3228: 데이터 처리기
3229: 헤더 처리기
본 발명은 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체를 통해 전송되는 신호의 주파수 대역을 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭(예를 들면, 다른 사용자나 다른 전자기기에 의한 간섭)의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 대역(즉, 5MHz ~ 40MHz) 내로 제한하여 사용하고, 또한 사용자 식별정보(ID)를 이용하여 데이터 스크램블을 수행함으로써, 저전력으로 안정적인 인체통신을 할 수 있게 하는, 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
'인체 통신'이란 전도성을 갖는 인체를 통신 채널로 이용하여 인체와 연결되어 있는 기기들 간에 신호를 전달하는 기술, 즉 전도성을 가지는 인체를 통신 채널로 이용하여 인체의 한 부분에 부착되어 있는 송신기의 전극으로 정보를 보내고, 인체 내의 다른 부분에 부착되어 있는 또는 인체의 외부에 있는 수신기의 전극에 접촉하여 송신된 정보를 복원하는 기술을 말한다. 이와 같은 '인체통신' 기술은 개인휴대 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 퍼스널 컴퓨터(Portable Personal Computer), 디지털 카메라(Digital Camera), MP3 플레이어(MP3 player), 휴대폰 등의 다양한 휴대 기기 간의 통신이나, 또는 프린트(프린터와의 통신), 신용카드결제, TV 수신, 출입(출입 시스템과의 통신), 버스 및 지하철 탑승시 운임 결제 등을 목적으로 하는 '고정 기기와의 통신'이 사용자의 간단한 접촉만으로 수행되도록 하는 기술이다.
종래의 인체통신 기술은 FSK(Frequency Shift Keying)나 ASK(Amplitude Shift Keying) 등 특정한 주파수를 이용하여 최대 수십 Kbps 정도의 저속 데이터 통신을 구현하였으며, 그 응용 분야는 간단한 데이터 전송만을 필요로 하는 분야에 한정되었다.
종래의 인체통신 기술로서 '광전 효과를 이용한 기술'이 있는데, 이는 디지털 신호(NRZ: Non Return to Zero)를 직접 인체에 인가하고 이를 광전 효과를 이용하여 수신하는 기술로서, 전송 속도를 획기적으로 개선하여 10 Mbps의 통신을 가능하게 하였다. 이러한 고속의 데이터 전송은 지금까지 제한적이던 응용 분야를 확대시킴으로써 생활 주변에까지 폭 넓게 적용할 수 있게 하는 장을 열었다.
이러한 통신 속도의 개선에도 불구하고, 종래의 광전 효과를 이용한 기술은 모듈의 크기, 소비 전력, 다른 조명으로 인한 간섭 등의 기술적 문제로 인하여 소형 휴대기기에 적용하는 데에는 어려움이 있었다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로 '전기적 복원 방식을 이용한 기술들'이 소개되었으며, 이러한 기술들은 현재 2Mbps의 통신을 구현하였을 뿐만 아니라 단일 칩 구현이 가능하여 생활 주변의 다양한 전자 기기에 적용 가능성을 보여주고 있다.
이러한 기술은 심전도(ECG: ElectroCardioGraph), 비관혈식혈압(NIBP: Non-Invasive Blood Pressure), 심장박동계(Heart Monitor) 등 인체에 적용 가능한 다양한 센서들간의 네트워크는 물론, 그 동안 구현상에 많은 어려움을 겪고 있던 웨어러블 컴퓨터와 같은 인체 기반의 네트워크 구현에 있어 최적의 기술이 될 수 있다.
인체는 아주 다양한 물질과 형태로 구성되어 있고 낮은 전도성과 높은 유전율을 가지고 있기 때문에, 넓은 주파수 영역에서 안테나와 같은 역할을 하게 된다. 이러한 특성으로 인하여 인체를 안테나로 이용하여 통신할 수도 있으나, 인접한 다른 사용자의 신호나 외부 전자기기로부터 원하지 않은 잡음신호가 인체로 유기될 수 있으며, 또한 주위물체나 기기간의 거리나 위치에 의하여 통신이 불안정하게 되는 경우가 있다.
FSK, ASK, PSK 등의 '주파수 변조 방식'은 상기와 같은 외부 간섭이 적은 영역을 선택하여 사용할 수 있고 또한 통신 구현에 있어서 비교적 낮은 신호 대 잡음비를 요구하지만, 간섭이 발생할 때에는 그 해결에 어려움이 있다.
한편, '디지털 신호를 직접 전송하는 방식'은 매우 넓은 대역을 필요로 하며, 수신 신호의 특성을 복원해 보면 송신기로부터 송신된 신호 외에 주변 기기로 부터 유기되는 강한 간섭들이 함께 입력된다는 것을 알 수 있다. 만약 신호 대역 내에 간섭이 발생할 경우, 수신기의 감도가 아무리 좋아도 원하는 신호를 제대로 분리해 낼 수 없다. 또한 수 Mbps이상의 디지털 신호를 직접 보내기 위해서는 수십 MHz 이상의 대역폭이 필요하며, 이러한 신호들이 인체에 인가되면 특정 주파수 이상의 신호는 방사됨으로써 다수의 사용자가 있을 경우 서로 접촉을 하지 않았음에도 다른 사용자들에게 간섭을 일으켜 안정된 네트워크 구성을 어렵게 하는 문제점이 있다.
따라서, 인접해 있는 다수의 사용자가 서로 간섭 없이 안정된 통신을 하기 위해서, 인체를 통해 보내는 신호의 점유 주파수를 인접해 있는 사람에게 영향을 주지 않는 주파수 이하로 제한하는 방법이 제안되었으며, 이와 같이 인체를 채널로 사용할 때 가용한 주파수가 제한하게 되면 구현할 수 있는 통신 속도에도 상당한 제약이 따르게 된다. 현재 이러한 방식으로 구현된 최고의 통신 속도는 10Mbps이며, 이 방식에서의 전송 신호는 많은 고조파 신호를 포함하고 있기 때문에, 점유 주파수 대역을 고려할 때 최소 수십 MHz의 신호가 인체에 인가되고 이런 성분들은 인체에 한정되지 않고(머물러 있지 않고) 방사되어 근접한 사용자에게 간섭을 일으키게 된다.
요컨대, 현재까지의 종래기술은 다수의 사용자가 한정된 공간에 존재할 경우, 사용자 상호 간에 간섭을 일으키게 되어 안정된 통신의 구현을 곤란하게 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인체를 통해 전송되는 신호의 주파수 대역을 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭(예를 들면, 다른 사용자나 다른 전자기기에 의한 간섭)의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 대역(즉, 5MHz ~ 40MHz) 내로 제한하여 사용하고, 또한 사용자 식별정보(ID)를 이용하여 데이터 스크램블을 수행함으로써, 저전력으로 안정적인 인체통신을 할 수 있게 하는, 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인체통신 통신 시스템에서의 송신기에 있어서, 사용자 식별정보(ID)를 포함하는 데이터정보와, 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하기 위한 인체통신용 전송프레임 생성 수단; 상기 생성된 인체통신용 전송프레임을 소정의 변조방식으로 심벌화하기 위한 심벌매핑 수단; 상기 심벌매핑 수단에서 출력되는 심벌을 확산시키기 위한 확산 수단; 상기 확산수단에서 확산된 데이터에 대하여 소정의 범위로 대역제한된 기저대역 신호를 생성하기 위한 파형 생성 수단; 및 상기 기저대역신호를, 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위로 제한된 통과대역 신호로 변조하기 위한 중간대역 송신 수단을 포함한다.
한편, 본 발명은 인체 통신 시스템에서의 수신기에 있어서, '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 인체채널을 통해 수신하여 기저대역 신호로 복조하기 위한 수신처리 수단; 상기 복조된 수신 기저대역신호를 역확산시켜 심벌 데이터를 복원하기 위한 역확산 수단; 상기 역확산 수단에서 복원된 심벌 데이터를 데이터 비트로 디매핑하기 위한 심벌 디매핑 수단; 및 상기 심벌 디매핑 수단에서 출력되는 인체통신용 전송프레임을 프리앰블, 헤더, 데이터로 분리하고, 상기 헤더로부터 사용자 식별정보(ID)를 추출한 후 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 상기 분리된 데이터를 디스크램블링하기 위한 인체통신용 전송프레임 처리 수단을 포함한다.
한편, 본 발명은, 인체통신 시스템에 적용되는 인체통신 데이터 송신 방법에 있어서, 인체채널을 통하여 외부로 전송할 '데이터'와, 사용자 식별정보(ID)를 포함하는 '데이터정보'를 MAC 처리부로부터 수신하는 전송데이터 수신 단계; 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호를 이용하여 상기 데이터를 스크램블링하는 스크램블링 단계; 상기 데이터정보와 상기 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하는 전송프레임 생성 단계; 상기 생성된 인체통신용 전송프레임을 소정의 변조방식으로 심벌화하는 매핑 단계; 상기 매핑 단계를 통하여 생성된 심벌을 확산시키는 확산 단계; 및 상기 확산단계에서 확산된 데이터에 대하여 '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 생성하여 인체채널로 송신하는 송신 단계를 포함한다. 또한, 상기 본 발명은, 상기 전송프레임 생성단계에서의 인체통신용 전송프레임 생성 전에, 상기 데이터정보 및 상기 스크램블링된 데이터에 대하여 채널 인코딩 및 인터리빙을 수행하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명은, 인체통신 시스템에 적용되는 인체통신 데이터 수신 방법에 있어서, '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 인체채널을 통해 수신하여 기저대역 신호로 복조하는 수신처리 단계; 상기 복조된 수신 기저대역신호를 역확산시켜 심벌 데이터를 복원하는 역확산 단계; 상기 역확산 단계에서 복원된 심벌 데이터를 데이터 비트로 디매핑하는 디매핑 단계; 상기 디매핑 단계를 통하여 복원된 인체통신용 전송프레임을 '데이터정보'와 '데이터'로 분리하고, 상기 분리된 데이터정보로부터 사용자 식별정보(ID)를 추출하는 분리 단계; 및 상기 추출된 사용자 식별정보(ID)에 의하여 직교부호를 생성하고, 상기 직교코드로 상기 분리된 데이터를 디스크램블링하여 복원하는 데이터 복원 단계를 포함한다. 또한 상기 본 발명은, 상기 분리된 데이터정보와 상기 디스크램블링된 데이터를 MAC 처리부로 전송하는 단계; 및 상기 분리 단계에서 분리된 데이터정보와 데이터에 대하여 디인터리빙 및 채널디코딩을 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 인체를 매질로 하는 통신 방식에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 주변의 잡음전력이 다른 대역에 비하여 집중되어 있는 DC부터 5MHz까지의 주 파수 대역은 피하고, 인체가 도파관 역할을 하여 전송되는 신호의 세기가 인체 외부로 방사되는 신호의 세기보다 더욱 크게 되는 주파수 대역(40MHz)까지로 제한된 통과대역(passband)을 사용함으로써, 정보 전송을 하는 에너지 소비가 작고 외부잡음에도 강한 인체통신을 수행한다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 제한된 주파수대역을 사용하더라도 인접한 사용자로부터 방사되어 들어오는 간섭을 최소화하기 위해, 사용자 ID를 사용한 고유의 PN 직교부호로 전송 데이터를 스크램블링하여 전송한다.
또한, 본 발명에서는 인체 주변의 다른 전자기기로부터 유기되는 간섭에 대해 안정적인 통신을 할 수 있도록 DC부터 5MHz 대역(이러한 주파수 대역은 다른 주파수 대역보다 간섭이 집중되어 있는 주파수 대역으로서, 많은 실험 측정결과를 통해 획득된 것이다)을 피하고, 더 나아가 부가적으로 전송오류 정정을 위한 채널코딩과 외부 간섭에 의한 버스트 에러에 대처하기 위한 인터리버/디인터리버 방식을 결합할 수 있다.
요컨대, 본 발명은 안정적이면서도 저전력으로 인체통신을 구현할 수 있도록 5MHz 대역부터 40MHz 대역까지의 제한된 통과대역(passband)을 사용하며, 또한 고유의 사용자 ID를 사용한 스크램블링, 채널코딩, 인터리빙, 스프레딩 등을 유기적으로 결합하여 인체통신을 수행하는 것이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또 한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 인체내 전달전력과 인체외 방사전력을 측정하기 위한 측정방법에 대한 설명도이다.
인체 1(10)에 부착된 송신전극(101)을 통하여 전달된 신호는 인체를 매질로하여 일정 거리에 위치한 인체 1(10)에 부착된 수신전극(102)을 통하여 수신되며, 이러한 인체내 전달전력은 측정장치(12)에 의해 측정된다.
인체의 전도성은 매우 낮기 때문에 인체를 통해 전달되는 신호의 일부는 외부로 방사되어 다른 사용자의 인체내 통신을 방해하게 된다. 이러한 인체 외로 방사되는 신호의 전력을 측정하기 위해서는, 인체 2(11)의 송신전극(111)을 통하여 신호를 전달하고 인체 2(11)와 일정거리(약 10cm) 떨어진 인체 1(10)의 수신전극(102)에서 신호를 수신하며, 측정장치(12)는 이렇게 인체 1(10)의 수신전극(102)에서 수신된 신호로부터 인체외 방사전력을 측정한다.
도 2는 도 1의 측정방법에 따른 주파수별 인체내 전달 신호전력, 인체외 방사전력과 인체주변의 잡음전력과의 관계에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인체통신에서 사용되는 주파수 대역이 DC부터 40MHz까지에서는 인체내 전달 신호(인체를 도파관으로 하여 전달되는 신호)의 전력이 인체외로 방사되는 신호(인체가 안테나 역할을 하여 인체 밖으로 방사되는 신 호)의 전력보다 우세하지만, 40MHz 이상이 되면 인체외 방사전력이 인체내 전달 전력보다 더 커지는 현상을 나타낸다.
또한, 인체 주위에 존재하는 다양한 기기, 예를 들면 자동차, 형광등, 휴대폰, 컴퓨터, TV, 라디오 등에서 유기(발생)되는 각종 전자파는 인체 내에 신호를 유기시키게 되고, 이렇게 인체에 유기된 신호는 인체내 통신에 있어서 간섭신호로 작용한다.
다양한 측정장소에서 인체에 유기되는 간섭신호를 측정한 결과들을 얻었으며, 이 측정결과들을 더하여 5MHz 단위로 평균함으로써 도 2에 도시된 바와 같은 잡음전력(23)을 얻었다.
도 2의 잡음전력(23) 그래프를 살펴보면, DC에서 5MHz까지의 주파수 대역에서 가장 큰 잡음전력을 발생한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 잡음전력이 가장 큰 구간(DC ~ 5MHz)과 인체외 방사 신호전력이 인체내 전달 신호전력보다 커지는 40MHz(도 2에서 "21"과 "22"가 만나는 점에 해당하는 주파수)이상 구간을 제외한 5MHz에서부터 40MHz까지의 주파수 대역을 통과대역으로 사용한다. 즉, 본 발명에서는 신호 대 잡음비가 좋은 주파수 대역을 인체통신의 주파수대역으로 사용함으로써, 상대적으로 낮은 송신전력을 사용하여 인체에의 전자적인 영향을 감소시킬 뿐만 아니라 인체통신 시스템(송수신장치)에서의 소비전력도 감소시키는 효과가 있다. 또한 본 발명에서는 인체외 방사 신호전력이 작기 때문에 전달되는 데이터의 보안에도 상당한 도움이 된다.
도 3은 본 발명에 따른 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템의 일 실시예 구성도이다. 이하, 도 3을 설명하면서 본 발명에 따른 인체 통신 시스템에 적용되는 인체통신 방법(송수신 방법)도 함께 설명하기로 한다.
인체통신 시스템(송수신기)은 인체통신 MAC 처리부(31), 인체통신 물리계층 모뎀(32), 인체통신 IF(Intermediate Frequency) 처리부(33), 신호전극(34), 및 접지전극(35)을 포함하여 구성된다. 인체통신 MAC(Medium Access Control) 처리부(31)는 전송할 데이터와 데이터 정보를 인체통신 물리계층 모뎀(32) 내의 송신부(321)에 전달하고, 수신부(322)에 의해 수신된 데이터와 데이터 정보를 받아 처리하는 역할을 수행한다.
먼저, 인체통신 시스템에서의 송신기에 대하여 살펴보면, 송신기는 인체통신 MAC 처리부(31)에서의 송신처리 기능, 인체통신 물리계층 모뎀(32)의 송신부(321), 인체통신 IF 처리부(33)에서의 중간대역 송신기(330)를 포함하여 이루어진다. 특히, 인체통신 물리계층 모뎀(32) 내의 송신부(321)는 프리앰블 생성기(3215), 헤더 생성기(3210), 데이터생성기(3211), 스크램블러(3212), 채널 인코더(3213), 인터리버(3214), 프레임형성기(3216), 심벌 매퍼(3217), 스프레더(확산기)(3218), 파형생성기(3219)를 포함하여 구성된다. 여기서, 헤더 생성기(3210), 데이터생성기(3211), 스크램블러(3212), 채널 인코더(3213), 인터리버(3214), 프리앰블 생성기(3215), 프레임형성기(3216)를 묶어서 '인체통신용 전송프레임 생성부(321a)'라 할 수 있는데, 이는 사용자 식별정보(ID)를 포함하는 데이터정보와, 그 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하는 기능을 수행하는 것이다. 이하 각각의 구성요소에 대하 여 상세히 설명하기로 한다.
프리앰블 생성기(3215)는 모든 사용자가 알고 있는 초기값으로 세팅되어 일정길이의 프레임동기용 프리앰블을 생성한다.
헤더 생성기(3210)는 인체통신 MAC 처리부(31)로부터 전송하는 '데이터 정보'(전송속도, 변조방식, 사용자ID, 데이터 길이)를 입력받아 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 수행하여, 도 4에 도시된 바와 같은 포맷의 헤더(인체통신용 프레임의 헤더)를 생성한다.
데이터생성기(3211)는 인체통신 MAC 처리부(31)로부터 전송되는 '데이터'를 입력받아 원하는 시간에 출력한다. 스크램블러(3212)는 직교부호생성기와 XOR 논리게이트로 구성되는데, 여기서 직교부호생성기는 사용자 ID에 의해 초기화됨으로써 PN 직교부호를 출력하고, XOR 논리게이트는 그 직교부호와 데이터생성기(3211)의 출력을 배타적 논리합(XOR)연산함으로써 데이터 스크램블링을 완성하게 된다.
채널인코더(3213)는 상기와 같은 과정을 통하여 생성된 '데이터'에 대하여 채널인코딩을 수행하며, 그 채널인코딩된 신호는 인터리버(3214)에 의해 인터리빙된다. 여기서, 채널인코딩과 인터리빙은 주변의 간섭으로부터 발생하는 버스트 에러를 분산시켜 정정하는 것을 목적으로 수행되는 것이다.
이후, 프레임 형성기(3216)는 '프리앰블', '헤더', 및 '채널인코딩/인터리빙된 데이터'를 포함하여, 도 4에 도시된 바와 같은 인체통신용 전송프레임을 생성한다. 그 생성된 프레임은 심벌 매퍼(3217)에서 원하는 변조방식(예를 들면, BPSK, QPSK 등)으로 심벌화되며, 이 심벌은 스프레더(확산기)(3218)에 입력되어 시간축 스프레딩이나 주파수축 스프레딩되는데, 이러한 스프레딩 과정을 통해서 충분한 처리이득을 얻을 수 있게 된다. 여기서, 스프레더(확산기)(3218)는 제한된 통과대역 내에서 시간축 스프레딩과 주파수축 스프레딩을 모두 사용할 수도 있으며, 또는 시간축 스프레딩이나 주파수축 스프레딩 하나만을 사용할 수도 있다.
파형 생성기(3219)는 펄스성형 필터로 구성되는 것으로서, 스프레딩된 데이터에 대하여 대역제한된 기저대역(baseband) 신호(TX_IF)를 출력한다. 이 TX_IF 신호는 중간대역 송신기(330)에 입력되어 '제한된 통과대역(passband) 신호'(즉, 인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 소정의 주파수 범위로 제한된 통과대역 신호로서, 5MHz ~ 40MHz 내의 신호)로 변조되어 출력되며, 이 통과대역 신호는 신호전극(34)을 통하여 인체 내로 전송된다. 그리고, 접지 전극(35)은 인체통신 시스템(송수신기)의 접지와 같이 기준 전위를 제공하는 것이다.
다음은, 인체통신 시스템에서의 수신기에 대하여 살펴보면, 수신기는 인체통신 IF 처리부(33)에서의 중간대역 수신기(331) 및 주파수 생성기(332), 인체통신 물리계층 모뎀(32)의 수신부(322) 및 동기화부(323), 인체통신 MAC 처리부(31)에서의 수신처리 기능을 포함하여 이루어진다.
특히, 인체통신 물리계층 모뎀(32) 내의 수신부(322)는 수신 DFE(3220), 디스프레더(3221), 심벌 디매퍼(3222), 프레임 처리기(3223), 프리앰블 처리기(3224), 디인터리버(3225), 채널 인코더(3226), 디스크램블러(3227), 데이터 처리기(3228), 헤더 처리기(3229)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 프레임 처리기(3223), 디인터리버(3225), 채널 인코더(3226), 디스크램블러(3227), 데이터 처 리기(328), 헤더 처리기(3229)를 묶어서 '인체통신용 전송프레임 처리부'(322a)라 할 수 있으며, 이는 심벌 디매퍼(3222)에서 출력되는 인체통신용 전송프레임을 프리앰블, 헤더, 데이터로 분리하고 그 헤더로부터 사용자 식별정보(ID)를 추출한 후 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 상기 분리된 데이터를 디스크램블링하는 것이라 할 수 있다. 이하 각각의 구성요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
신호전극(34)을 통하여 입력된 수신신호는 중간대역 수신기(331)에 입력되어 기저대역 신호(RX_IF)로 복조된 후, 수신 디지털 프런트엔드(DFE: Digital Front End)(3220)에 입력된다. 수신 디지털 프런트엔드(DFE)(3220)는 수신 자동이득 제어, DC 옵셋 제어, 주파수 옵셋 제어 등을 수행한 후, 자동이득제어 신호와 DC 옵셋제어 신호는 중간대역 수신기(331)로 피드백시킴으로써 이득제어 및 DC 옵셋제어를 완성하고, 한편 주파수 옵셋 제어 신호는 주파수생성기(332)로 피드백시킴으로써 주파수 옵셋 제어를 완성한다. 여기서, 중간대역 수신기(331), 주파수 생성기(332), 및 수신 DFE(3220)를 '수신 처리부'라 할 수 있으며, 이는 인체채널을 통하여 수신된 '제한된 통과대역 신호'를 기저대역 신호로 복조하는 것을 수행한다.
먼저, 프레임 동기 이전에 동기화부(323)내의 프리앰블 검출기(3230)는 수신 디지털 프런트엔드(DFE)(3220)의 출력인 수신신호를 입력받아 프리앰블을 검출하여 정확한 프레임 시작시간을 검출하고, 타이밍검출기(3231)는 정확한 타이밍 동기를 수행하며, 시간추적기(3232)는 수신신호의 타이밍 옵셋을 보정한다.
상기 동기화 이후, 수신 디지털 프런트엔드(DFE)(3220)를 거친 기저대역 신 호(RX_IF)는 디스프레더(역확산기)(3221)에 입력되어 디스프레딩(역확산)되고, 그 디스프레딩된 결과는 심벌 디매퍼(3222)에 입력되어 데이터 비트로 디매핑된다.
프레임 처리기(3223)는 디매핑된 프레임을 프리앰블, 헤더, 및 데이터로 구분(분리)하는 기능을 수행한다.
상기 동기화 이후, 프레임 처리기(3223)에서 분리된 '프리앰블'은 프리앰블 처리기(3224)를 거쳐 동기화부(323) 내의 프리앰블 검출기(3230), 타이밍검출기(3231), 시간추적기(3232)로 입력된다. 여기서, 프리앰블 검출기(3230)는 정확한 프레임 시작시간을 재검출하고, 타이밍검출기(3231)는 정확한 타이밍 동기를 재수행하며, 시간추적기(3232)는 수신신호의 타이밍 옵셋을 재보정한다.
한편, 프레임 처리기(3223)에서 출력되는 '헤더'가 헤더 처리기(3229)에 입력되면, 헤더 처리기(3229)는 CRC 디코딩을 수행하고 수신신호 데이터 정보를 추출하여 인체통신 MAC 처리부(31)로 전송한다.
한편, 프레임처리기(23)의 출력중 '데이터'는, 디인터리버(3225)에서 디인터리빙되고, 채널 디코더(3226)에서 전송중 발생한 오류가 정정된다. 채널 디코더(3226)에서 출력되는 '데이터'는 디스크램블러(3227)에서 '사용자ID'에 의하여 생성된 PN 직교부호로 디스크램블링된다. 즉, 디스크램블러(3227)는 '사용자ID'에 의하여 초기화됨으로써 직교부호를 생성하는 직교부호 생성기와, 그 생성된 직교부호와 채널 디코더(3226) 출력을 XOR함으로써 디스크램블링을 완료한다. 여기서, '사용자ID'는 헤더 처리기(3229)에서 추출된 것이다.
디스크램블링된 수신데이터는 데이터처리기(3228)에 입력되어 처리된 후 레 지스터 등을 통하여 인체통신 MAC 처리부(31)로 전송된다.
도 4는 본 발명에 따른 인체통신용 프레임의 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인체통신용 프레임(400)은 일정한 길이의 다수개의 슬롯(410)으로 구성되며, 한 개 또는 다수개의 슬롯은 다시 프리앰블(420), 헤더(421), 데이터(422), 및 데이터 CRC(423)를 포함하여 구성되며, 여기서 헤더(421)에는 송신할 데이터의 전송속도(430), 변조방식(431), 사용자 ID(432), 데이터 길이(433) 등과 같은 데이터 정보와, 헤더 CRC 출력값(434)이 포함된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 다수의 사용자가 있는 환경에서 사용자 상호 간의 간섭 및 다른 전자기기로부터 유기되는 강한 간섭의 영향을 최소화함으로써, 안정 적인 인체통신을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 5MHz 대역부터 40MHz 대역까지의 제한된 통과대역(passband)을 사용하고, 이에 사용자 식별정보(ID)를 사용한 데이터의 스크램블링, 오류정정과 버스트 오류를 막기 위한 채널인코딩과 인터리빙, 프로세싱 이득을 위한 스프레딩 등의 기술을 효율적으로 결합함으로써, 인체를 이용한 고속데이터 전송시에 다른 사용자나 다른 기기로부터의 간섭에 안정적 동작하면서도, 데이터의 보안성을 유지하고 저전력으로 인체통신을 수행할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 인체통신 시스템에서의 송신기에 있어서,
    사용자 식별정보(ID)를 포함하는 데이터정보와, 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하기 위한 인체통신용 전송프레임 생성 수단;
    상기 생성된 인체통신용 전송프레임을 소정의 변조방식으로 심벌화하기 위한 심벌매핑 수단;
    상기 심벌매핑 수단에서 출력되는 심벌을 확산시키기 위한 확산 수단;
    상기 확산수단에서 확산된 데이터에 대하여 소정의 범위로 대역제한된 기저대역 신호를 생성하기 위한 파형 생성 수단; 및
    상기 기저대역신호를, '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호로 변조하기 위한 중간대역 송신 수단
    을 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인체통신용 전송프레임 생성 수단은,
    타이밍 동기용 프리앰블을 생성하기 위한 프리앰블 생성 수단;
    MAC(Medium Access Control) 처리부로부터 전송되는 전송속도, 변조방식, 사 용자 식별정보(ID), 데이터 길이를 포함하는 데이터정보를 입력받아 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 수행하여 상기 전송프레임의 헤더를 생성하기 위한 헤더 생성 수단;
    상기 MAC 처리부로부터 전송되는 데이터를 입력받아 소정의 시간에 출력하기 위한 데이터 생성 수단;
    상기 데이터정보 중의 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호를 이용하여 데이터 스크램블링을 수행하기 위한 스크램블링 수단; 및
    상기 생성된 헤더, 상기 스크램블링된 데이터, 및 상기 생성된 프리앰블을 이용하여 상기 인체통신용 전송프레임을 생성하기 위한 프레임 형성 수단
    을 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프레임 형성 수단에서의 인체통신용 전송프레임 생성 전에, 상기 스크램블링된 데이터에 대하여 채널 인코딩을 수행하기 위한 채널 인코딩 수단
    을 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 채널 인코딩 수단에서 채널 인코딩된 데이터를 인터리빙하기 위한 인터리빙 수단
    을 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 헤더 생성 수단에서 생성된 헤더는,
    데이터 전송속도, 변조방식, 사용자 식별정보(ID), 데이터 길이, 및 이들에 대한 CRC값을 포함하는 것을 특징으로 하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 수단은,
    상기 심벌매핑 수단에서 출력되는 심벌을 시간 영역 또는 주파수 영역 상에서 확산시키는 것을 특징으로 하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간대역 송신 수단은,
    상기 기저대역 신호를 5MHz ~ 40MHz 내의 신호로 변조하는 것을 특징으로 하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 송신기.
  8. 인체 통신 시스템에서의 수신기에 있어서,
    '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 인체채널을 통해 수신하여 기저대역 신호로 복조하기 위한 수신처리 수단;
    상기 복조된 수신 기저대역신호를 역확산시켜 심벌 데이터를 복원하기 위한 역확산 수단;
    상기 역확산 수단에서 복원된 심벌 데이터를 데이터 비트로 디매핑하기 위한 심벌 디매핑 수단; 및
    상기 심벌 디매핑 수단에서 출력되는 인체통신용 전송프레임을 프리앰블, 헤더, 데이터로 분리하고, 상기 헤더로부터 사용자 식별정보(ID)를 추출한 후 상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 상기 분리된 데이터를 디스크램블링하기 위한 인체통신용 전송프레임 처리 수단
    을 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신처리 수단은,
    인체채널을 통하여 수신된 중간대역 수신신호를 복조하여 기저대역 신호로 변환하기 위한 중간대역 수신 수단; 및
    상기 중간대역 수신 수단에서 출력되는 기저대역의 수신신호를 통하여 수신 이득 제어, DC 옵셋 제어, 주파수 옵셋 제어를 수행하기 위한 수신 디지털 프런트엔트(DFE)
    를 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 인체통신용 전송프레임 처리 수단은,
    상기 심벌 디매핑 수단에서 출력되는 인체통신용 전송프레임을 프리앰블, 헤더, 데이터로 분리하기 위한 프레임 처리 수단;
    상기 분리된 헤더에 포함된 데이터정보에 대하여 CRC 디코딩을 수행하여 MAC 처리부로 전송하기 위한 헤더 처리 수단;
    상기 데이터정보 중 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호로 상기프레임 처리 수단에서 분리된 데이터를 디스크램블링하기 위한 디스크램블링 수단; 및
    상기 디스크램블링된 데이터를 상기 MAC 처리부로 전송하기 위한 데이터 처 리 수단
    을 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프레임 처리 수단에서 분리된 데이터를 디인터리빙하기 위한 디인터리빙 수단
    을 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디인터리빙 수단에서 디인터리빙된 데이터에 대하여 채널 디코딩을 수행하기 위한 채널 디코딩 수단
    을 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 수신 디지털 프런트엔트(DFE)에서 출력되는 수신신호로부터 프리앰블을 검출하여 프레임 시작시간 검출, 타이밍 동기, 타이밍 옵셋 보정을 수행하기 위한 동기화 수단
    을 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 인체통신용 전송프레임 처리 수단에서 분리된 프리앰블을 상기 동기화 수단으로 전송하기 위한 프리앰블 처리 수단을 더 포함하고,
    상기 동기화 수단은,
    상기 전송된 프리앰블을 이용하여 프레임 시작시간 검출, 타이밍 동기, 타이밍 옵셋 보정을 재수행하는 것을 특징으로 하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체 통신 시스템에서의 수신기.
  15. 인체통신 시스템에 적용되는 인체통신 데이터 송신 방법에 있어서,
    인체채널을 통하여 외부로 전송할 '데이터'와, 사용자 식별정보(ID)를 포함하는 '데이터정보'를 MAC 처리부로부터 수신하는 전송데이터 수신 단계;
    상기 사용자 식별정보(ID)에 의하여 생성된 직교부호를 이용하여 상기 데이터를 스크램블링하는 스크램블링 단계;
    상기 데이터정보와 상기 스크램블링된 데이터를 이용하여 인체통신용 전송프레임을 생성하는 전송프레임 생성 단계;
    상기 생성된 인체통신용 전송프레임을 소정의 변조방식으로 심벌화하는 매핑 단계;
    상기 매핑 단계를 통하여 생성된 심벌을 확산시키는 확산 단계; 및
    상기 확산단계에서 확산된 데이터에 대하여 '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 생성하여 인체채널로 송신하는 송신 단계
    를 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 송신 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전송프레임 생성단계에서의 인체통신용 전송프레임 생성 전에, 상기 데이터정보 및 상기 스크램블링된 데이터에 대하여 채널 인코딩 및 인터리빙을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 송신 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 송신 단계는,
    상기 확산단계에서 확산된 데이터에 대하여 5MHz ~ 40MHz 내로 제한된 통과대역 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 송신 방법.
  18. 인체통신 시스템에 적용되는 인체통신 데이터 수신 방법에 있어서,
    '인체가 도파관 특성을 유지하면서도 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 주파수 범위'로 제한된 통과대역 신호를 인체채널을 통해 수신하여 기저대역 신호로 복조하는 수신처리 단계;
    상기 복조된 수신 기저대역신호를 역확산시켜 심벌 데이터를 복원하는 역확산 단계;
    상기 역확산 단계에서 복원된 심벌 데이터를 데이터 비트로 디매핑하는 디매핑 단계;
    상기 디매핑 단계를 통하여 복원된 인체통신용 전송프레임을 '데이터정보'와 '데이터'로 분리하고, 상기 분리된 데이터정보로부터 사용자 식별정보(ID)를 추출하는 분리 단계; 및
    상기 추출된 사용자 식별정보(ID)에 의하여 직교부호를 생성하고, 상기 직교코드로 상기 분리된 데이터를 디스크램블링하여 복원하는 데이터 복원 단계
    를 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 수신 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 분리된 데이터정보와 상기 디스크램블링된 데이터를 MAC 처리부로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 수신 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 분리 단계에서 분리된 데이터에 대하여 디인터리빙 및 채널디코딩을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 제한된 통과대역을 이용하는 인체통신 데이터 수신 방법.
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