KR101448823B1 - 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

Abstract

디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장부가 저장하고 있는 단계; 상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 상기 아날로그 신호를 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 단계;를 포함하며, 상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 심볼로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법이 제공될 수 있다. 이로써,

Description

시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법 및 이를 이용한 장치{Sound wave transmission and reception method using symbol with time-varying frequencies and apparatus using the same}

본 발명은, 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법 및 이를 이용한 장치와 어플리케이션에 관한 것이다.

최근 음파를 이용하여 정보를 제공하는 기술들이 연구되고 있다.

예를 들면, 한국공개특허공보 2013-0064014호(2013.06.17)("음파 통신을 이용하여 위치 기반 서비스를 제공하기 위한 시스템, 서버, 방법, 및 기록 매체")에는 음파 통신을 이용하여 위치 기반 서비스를 제공하는 시스템 등이 개시되어 있다.

다른 예를 들면, 한국공개특허공보 2012-0045613 (2012.05.09) ("가청주파수 대역 음파 통신에서의 데이터 송수신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치")에는 가청주파수 대역에서 데이터를 송수신하는 방법 및 장치가 개시되어 다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 오토 코릴레이션과 크로스 코릴레이션이 우수하여, 전송거리/동기화에 용이한, 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법과, 이를 이용한 장치 및 어플리케이션이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 송수신장치를 간단하게 구현할 수 있는, 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법과, 이를 이용한 장치 및 어플리케이션이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 스피커와 마이크는 주파수가 높아질수록 주파수 특성이 좋지 않은 환경에서도, 강인하게 음파 통신을 할 수 있는, 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법과, 이를 이용한 장치 및 어플리케이션이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 스피커와 마이크를 오퍼레이팅 시스템(OS)와는 독립적으로 제어할 수 있는 음파를 이용하는 어플리케이션이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장부가 저장하고 있는 단계;

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및

상기 아날로그 신호를 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 단계;를 포함하며,

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 심볼로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장하는 저장부;

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및

상기 아날로그 신호를 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 출력부;를 포함하며,

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 심볼로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법에 있어서,

음파로 전송할 '1'과 '0'으로 이루어진 디지털 비트 데이터를, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 특성을 가진 심볼로 변조하는 변조단계; 및

상기 변조단계에서 변조된 데이터에 훈련열을 부가하는 훈련열 부가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파를 마이크가 수신하여 아날로그 신호로서 출력하는 단계; 및

마이크가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하는 단계;를 포함하며,

상기 아날로그 신호는, 시간에 따라 주파수가 높아지는 적어도 하나 이상의 시변 업 신호와 시간에 따라 주파수가 낮아지는 적어도 하나 이상의 시변 다운 신호로 이루어지며, 상기 시변 업 신호와 상기 시변 다운 신호는 각각 음파 대역 내에서 시간에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 음파 수신 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 마이크와 상기 마이크가 변환한 전기적 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하는 A/D 컨버터를 구비한 컴퓨터에

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 정보가 되는 부분(이하, ‘패킷 데이터’라고 함)을 검출하는 단계; 및

상기 검출하는 단계에서 검출된 패킷을, 디지털 비트 데이터로 복조하는 단계;를 실행시키기 위한 어플리케이션을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서,

상기 어플리케이션은 상기 복조하는 단계를 실행할 때, 시변에 따라 주파수가 변화되는 시변 기반 심볼을 사용하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 마이크;

상기 마이크가 변환한 전기적인 신호를 디지털 형태의 웨이브폼으로 변환하는 A/D 컨버터;

상기 A/D 컨버터에 의해 변환된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 정보가 포함된 부분(이하, '데이터 패킷')을 검출하는 패킷 검출부;

상기 패킷 검출부에서 검출된 데이터 패킷을 디지털 비트 데이터로 복조하는 데이터 복조부;를 포함하며,

상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 심볼로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 수신 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 오토 코릴레이션과 크로스 코릴레이션이 우수하여, 전송거리/동기화에 용이하다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 송수신장치를 간단하게 구현할 수 있다. 특히, PSK(Phase Shift Keying)와 대비할 때 정밀하고 지속적인 위상 동기화 과정이 필요하지 않아서 PLL(Phase Lock Loop)이 필요 없다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 스피커와 마이크의 특성이 주파수가 높아질수록 좋지 않아도, 강인한 음파 통신이 가능한 방법이다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 높은 주파수를 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 사용할 때, 주파수 대역간의 스피커 및 마이크의 특성에 따른 수신 신호 왜곡 현상으로 인한 성능 열화가 없이 송수신이 가능하다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 스피커나 마이크를 오퍼레이팅 시스템(OS)과는 독립적으로 제어할 수 있는 어플리케이션으로 구현이 가능하므로, 오퍼레이팅 시스템이 가하는 제약 없이 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 2 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 훈련열이 포함된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 Zero-filling을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 어플리케이션을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본원 발명의 일 실시예에 따른 시변 신호의 코릴레이션 특성을 설명하기 위한 도면이고,
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 심볼을 설명하기 위한 도면이고,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적인 송신과 반복되는 수신을 설명하기 위한 도면이고,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치가 2개 이상의 사본 음파를 수신하는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 그리고
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 심볼을 시간축에서 겹치지 않게 하거나, 겹치게 하였을 때의 수신을 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법(이하, '본 음파 송신 방법')은, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장하고 있는 단계(S101), 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 형태의 전기적 신호(이하, ‘전기적 신호’ 또는 ‘아날로그 신호’라고 함)로 변환하는 단계(S103), 및 전기적 신호를 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 단계(S105)를 포함할 수 있다. 여기서, S103 단계에서 변환된 전기적 신호(또는 아날로그 신호)는 도 2를 참조하여 설명하는 웨이브폼 데이터 형태를 가질 수 있다.

S101 단계에서 저장하고 있는 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 신호로 이루어진 적어도 하나 이상의 심볼(‘시변 주파수 기반의 심볼’)로 구성된 것이다.

S103 단계는, S101 단계에서 저장하고 있는 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 전기적 신호(즉, 아날로그 형태의 웨이브폼 데이터)로 변환하는 단계이다.

S105 단계는, S103 단계에서 변환된 전기적 신호를 음파로 출력하는 단계이다.

도 2 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브폼 데이터를 설명하기 위한 도면이다.

본원 명세서에서, ‘웨이브폼 데이터’라고 함은, 주파수 특성에 있어서, 도 2(a)에서 예시적으로 도시한 것처럼, 시간적으로 주파수가 변화(예를 들면, 증가 또는 감소)하는 특성을 가지도록 구성된, 데이터를 의미한다.

한편, 본원 발명의 설명의 목적을 위해서, 도 2(a)에 도시된 것은, ‘디지털 형태의 웨이브폼 데이터’ 또는 ‘아날로그 형태의 웨이브폼 데이터’를 예로서 사용하기로 한다.

한편, 본원 명세서에서 ‘디지털 형태의 웨이브폼 데이터’라고 함은, 주파수 특성에 있어서, 시간적으로 주파수가 변화(예를 들면, 증가 또는 감소)하는 특성을 가지도록 구성된 디지털 데이터를 의미하고, ‘아날로그 형태의 웨이브폼 데이터’라고 함은, 주파수 특성에 있어서, 시간적으로 주파수가 변화(예를 들면, 증가 또는 감소)하는 특성을 가지도록 구성된 아날로그 데이터를 의미한다.

또한, 본원 명세서에서는, ‘웨이브폼 데이터’라고 함은 ‘디지털 형태의 웨이브폼 데이터’와 ‘아날로그 형태의 웨이브폼 데이터’ 중 어느 하나 또는 양자 모두를 지칭하는 용어로 사용하기로 한다.

한편, 본원 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나의 샘플링율과, 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나의 양자화 레벨로 아날로그 신호로 변환하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 형태의 웨이브폼 데이터가 될 수 있다. 반대로, 본원 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 형태의 웨이브폼 데이터를, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나의 샘플링율과, 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나의 양자화 레벨로 디지털 데이터로 변환하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터가 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브폼 데이터는 시변 신호 기반의 심볼(이하, ‘시변 심볼’이라고도 함)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시변 신호 기반의 심볼은, 업(Up) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 데이터와, 다운(Down) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 감소할 수 있는 특성을 가진 데이터일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 웨이브폼 데이터에 포함된 시변 신호 기반의 심볼은, 업(Up) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 디지털 코드(이하, '제1 디지털 코드')와 다운(Down) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 감소할 수 있는 특성을 가진 디지털 코드(이하, '제2 디지털 코드') 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 형태의 웨이브폼 데이터에 포함된 시변 신호 기반의 심볼은, 업(Up) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 아날로그 신호와, 다운(Down) 시변 신호와 같이 시간에 따라 주파수가 감소할 수 있는 특성을 가진 아날로그 신호 중 어느 하나일 수 있다.

일 예를 들면, 업(Up) 시변 신호는 시간에 따라 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 증가하는 특성을 가지고 있고, 다운(Down) 시변 신호는 시간에 따라 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 감소하는 특성을 가질 수 있다.

다른 예를 들면, 업(Up) 시변 신호는 시간에 따라 주파수가 지수적으로 증가하는 특성을 가지고 있고, 다운(Down) 시변 신호는 시간에 따라 주파수가 지수적으로 감소하는 특성을 가질 수 있다.

도 13 내지 도 16은 본 발명의 실시에에 따른 시변 심볼들을 설명하기 위한 도면들이다. 이들 도면 각각에는 시변 심볼을 예시적으로 표시하였다.

도 13을 참조하면 오토 코릴레이션과 크로스 코릴레이션의 특성이 좋은 4개의 시변 심볼을 나타내었고, 도 14를 참조하면 오토 코릴레이션과 크로스 코릴레이션의 특성이 좋은 8개의 시변 심볼을 나타내었고, 도 15를 참조하면 증가 혹은 감소하는 시변 심볼의 조합으로 새로운 시변 심볼을 구성하는 것을 나타내었다. 그리고 도 16을 참조하면 시간에 따라 지수적으로 변화되는 심볼을 나타내었다. 코릴레이션의 특성이 좋다는 것은 도 12를 설명하며 후술하기로 한다.한편, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, '1' (또는 '0') 을 의미하는 제1 디지털 코드를 적어도 하나 이상 포함하고, 그리고 '0'(또는 '1')을 의미하는 제2 디지털 코드를 적어도 하나 이상 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이브폼 데이터는, 훈련열(Training Sequence)을 더 포함할 수 있다.

도 3은 훈련열이 포함된 웨이브폼 데이터를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 웨이브폼 데이터에 포함된 훈련열은 시간에 따라 주파수가 변화되는 심볼(이하, ‘훈련열 심볼’)로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에 포함된 훈련열은, 시간에 따라 주파수가 변화되는 특성을 가진 디지털 데이터(또는 '훈련열 디지털 코드'라고도 함)로 구성된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 형태의 웨이브폼 데이터에 포함된 훈련열도, 시간에 따라 주파수가 변화되는 특성을 가진 아날로그 신호로 구성된다.

본원 명세서에서 ‘훈련열’이라고 함은, ‘디지털 형태의 웨이브폼 데이터에 포함된 훈련열’과 ‘아날로그 형태의 웨이브폼 데이터에 포함된 훈련열’ 중 어느 하나 또는 양자 모두를 지칭하는 것으로 사용하기로 한다.

훈련열의 길이는, ‘1’ 혹은 ‘0’을 의미하는 시변 신호 기반의 심볼의 길이보다 길수 있다. 이는 오토 코릴레이션과 크로스코릴레이션의 특성이 시변 심볼의 길이에 비례해 좋아지기 때문에, 음파의 시작점을 수신측에서 보다 정확하게 검출할 수 있도록 하기 위함이다. 코릴레이션의 특성이 좋다는 것은 도 12를 설명하며 후술하기로 한다.

훈련열은 도 3처럼 프리앰블(Preamble)의 형태로 웨이브폼 데이터의 첫부분 또는 마지막 부분에 포함될 수도 있으며, 파일럿(Pilot)의 형태로 작은 훈련열로 나누어져서 포함될 수도 있다. 또한, 무선 채널의 효과를 고려하여, 훈련열과 디지털 정보를 나타내는 시변 신호 사이에 공백을 삽입하거나, 순환접두부(Cyclic Prefix)의 형태로 훈련열의 일정부분을 반복하게 하여 포함될 수 있다.

상술한 시변 업 신호와 시변 다운 신호의 각각의 주파수는 시간에 따라 변화된다. 일 예를 들면, 시변 업 신호의 주파수는 선형적으로 증가되고, 시변 다운 신호의 주파수는 선형적으로 감소될 수 있다. 다른 예를 들면, 시변 업 신호의 주파수는 비선형적으로 변화하고, 시변 다운 신호의 주파수는 비선형적으로 변화되되, 두 신호의 오토 코릴레이션 특성 및 크로스 코릴레이션 특성이 매우 좋은 것일 수 있다. 코릴레이션의 특성이 좋다는 것은 도 12를 설명하며 후술하기로 한다.

또한, 상술한 시변 업 신호와 시변 다운 신호는 음파 대역(예를 들면, 20Hz 내지 24 kHz )내에서 시변할 수 있다.

S103 단계는, S101 단계에서 저장하고 있는 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 단계이다.

S103 단계에서는, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 소정의 샘플링율과 소정의 양자화 레벨로 아날로그 신호로 변환한다.

소정의 샘플링율은 예를 들면 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나일 수 있고, 소정의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있다. 여기서, 수치는 예시적인 것이므로 본원 발명이 그러한 수치에만 한정되는 것이 아님을 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자(당업자)라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

S105 단계는, S103 단계에서 변환된 아날로그 신호를 음파로 출력하는 단계이다. S105 단계는, 예를 들면, S103 단계에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하는 단계와, 증폭된 아날로그 신호를 스피커로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 송신방법은, 예를 들면, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하여, 그 신호를 스피커로 음파로 출력하는 것을 지속적으로 반복할 수 있다(일 예를 들면, S101, S103, S105 단계 수행후에, 다시 S103과 S105 단계 수행하고, 다시 S103과 S105 단계 수행하고, ... 이러한 방식으로 수행 가능할 것이다). 이러한 경우, 해당 음파의 수신을 원하는 수신측에서는 별도의 송신 요청 없이 임의의 시간에 음파를 수신할 수 있다. 또한, 반복적으로 출력되는 음파를 수신한 후 그 음파를 결합하여 복조함으로써 수신 성능을 높일 수 있다.

이상과 같이 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 송신 방법은, 예를 들면, 디지털 비트 데이터로 이루어진 임의의 데이터를 재생하여 스피커를 통해서 출력하는 음파 시스템과 같은 곳에 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법은, 음파로 전송할 '1'과 '0'으로 이루어진 디지털 비트 데이터를 저장하고 있는 단계(S201), S201 단계에서 저장하고 있는 디지털 비트 데이터를 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 신호 기반의 심볼들로 변조하는 변조단계(S203), 변조단계에서 변조된 데이터에 훈련열을 부가하는 훈련열 부가단계(S205)를 포함할 수 있다.

S201 단계는, 디지털 비트 데이터를 저장하고 있는 단계이다.

S201 단계는, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체(램, 하드, 롬, CD, 자기 테이프)가 디지털 비트 데이터를 저장하고 있는 단계일 수 있다. 예를 들면, 디지털 비트 데이터는 10101100과 같은 디지털 코드일 수 있다.

한편, 디지털 비트 데이터는, 오류 검출 혹은 정정을 위한 오류 검출 혹은 정정 부호를 더 포함하고 있을 수 있다.

S203 단계는, 디지털 비트 데이터를, 시간에 따라 주파수가 변화되는 신호기반의 심볼들로 변조하는 단계이다.

S203 단계는, 예를 들면, 디지털 비트 데이터를 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드로 변조하는 단계이다. 여기서, 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드는 시간에 따라 주파수가 변화되는 특성을 가진 디지털 데이터이다.

예를 들면, 제1 디지털 코드는 시간에 따라 주파수가 증가되는 특성을 가진 코드이고, 제2 디지털 코드는 시간에 따라 주파수가 감소되는 특성을 가진 코드이다.

한편, 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드의 샘플링율은, 예를 들면, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나일 수 있고, 제1 디지털 코드와 제2 디지털 코드의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있다. 여기서 수치는 예시적인 것이므로 본원 발명이 그러한 수치에만 한정되는 것이 아님을 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자(당업자)라면 이해할 수 있을 것이다.

이해의 편의를 위해 일 예를 들면, 제1 디지털 코드가 '01010011'이고, 제2 디지털 코드가 '10001001'라고 임의로 가정한다면, S201 단계에서 저장하고 있던 디지털 코드 10101100은 다음과 같이 변조될 수 있을 것이다(이해의 편의를 위해 제1 디지털 코드로 변조된 부분만 두껍게 표시하였음).

0101001110001001010100111000100101010011010100111000100110001001

여기서, 수치는 예시적인 것으로서, 본원 발명은 그러한 수치에만 한정되지 않는다는 것을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

S205 단계에서는, S203 단계의 수행결과에 대하여 훈련열을 부가하는 단계이다. 훈련열은 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 원래 보내고자 하는 디지털 비트 데이터의 심볼(예를 들면, 제1디지털 코드 또는 제2디지털 코드)보다 길 수 있다.

그리고, 훈련열 역시, 시간에 따라 주파수가 변화되는 특성을 가진 디지털 코드(‘훈련열 디지털 코드’)로 구성될 수 있다.

S203 단계의 산출물이 다음

0101001110001001010100111000100101010011010100111000100110001001

과 같다고 하고, 훈련열 디지털 코드가 '1110100100101010' 라고 가정하면, S205 단계의 결과는 다음과 같을 수 있다.

11101001001010100101001110001001010100111000100101010011010100111000100110001001

여기서 디지털 코드는 시간축에서 서로 겹치지 않게 덧붙여지는 것으로 예시하였으나, 설명한 방법에 사용되는 시변 심볼의 오토 코릴레이션 및 크로스 코릴레이션 특성을 이용해서, 수신단에서 충분이 복조 가능한 범위 내에서 서로 겹치게 덧붙이는 것도 가능하다. 이 경우, 전체 디지털 코드의 전체 길이는 줄어든다. 코릴레이션의 특성이 좋다는 것은 도 12를 설명하며 후술하기로 한다.한편, 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 송신 방법은, 전송할 디지털 비트 데이터에 오류 정정 혹은 검출 부호를 포함시키는 오류 정정 혹은 검출 부호화 단계(미도시)를 더 포함하도록 구현될 수 도 있다. 여기서, 오류 정정 혹은 검출 부호화 단계는, S201 단계 이전에 수행거나, S201 단계와 S203 단계 사이에 수행될 수 있다. 이상 설명한 방법에 따라서 생성되는 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 예를 들면, 본원 명세서에서 설명하는 음파 송신 방법이나 장치 등에 사용될 수 있다.

예를 들면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 음파 송신 방법에서, S101 단계에서 저장하고 있는 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 S205 단계가 수행되고 난 후의 산출물일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 방법(이하, '음파 수신 방법')은 음파를 마이크가 수신하여 아날로그 신호로 변환하는 단계(S301), 아날로그 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하는 A/D 변환 단계(S303), A/D 변환 단계의 수행결과인 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로부터 데이터 패킷을 검출하는 단계(S305), 및 상기 데이터 패킷을 디지털 비트 데이터로 복조하는 단계(S305)를 포함할 수 있다.

S301 단계에서, 마이크가 수신한 음파는, 시간에 따라 주파수가 높아지는 시변 업 신호와 시간에 따라 주파수가 낮아지는 시변 다운 신호로 이루어지고, 시변 업 신호와 시변 다운 신호는 각각 음파 대역 내에서 시간에 따라 변화되는 것일 수 있다.

예를 들면, S301 단계에서 수신하는 신호는, 도 1에서의 S105 단계의 수행결과일 수 있다.

S303 단계에서는, 마이크가 출력하는 아날로그 신호를 소정의 샘플링율과 양자화 레벨로 디지털 형태의 웨이브폼으로 변환한다.

예를 들면, 소정의 샘플링율은 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나일 수 있고, 소정의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있다.

S305 단계에서는, S303 단계에서 변환된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로부터 원래 수신하고자 하는 정보가 포함된 부분('패킷' 또는 '데이터 패킷'라고 함)을 검출하는 동작을 수행한다.

예를 들면, S305 단계에서는, S303 단계에서 변환된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 주파수 영역으로 변환하기 위해서 먼저 고속 퓨리에 변환(FFT)을 하고, 고속 퓨리에 변환된 신호에서 포락선을 검출한 후, 이를 이용하여 훈련열의 시작 위치를 찾아낸다. 찾아낸 훈련열의 위치를 시작 위치로 하는 패킷을 검출할 수 있다.

한편, 본원 명세서에서는 S305 단계를 장치로서 구현한 실시 예를, 도 10을 참조하여 후술하고 있으므로 참조하기 바란다. 도 10을 참조하면, 훈련열 트리머(205)가 분리한 훈련열이 도식적으로 나타나 있다.

S305 단계는, 또한, 무선 채널 추정(channel estimation) 동작과, 채널 등화(channel equalization) 동작을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 훈련열 트리머에 의해 분리된 훈련열을 이용하여 채널 효과를 추정하고, 이렇게 추정한 채널 효과를 이용하여, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에 대하여 채널 효과를 제거할 수 있다.

S305 단계에서는, Time-Inversed 훈련열의 고속 퓨리에 변환을 미리 저장하고 있다가, 포락선을 검출할 때 사용할 수 있다.

즉, S303단계에서 변환된 디지털 데이터에 대하여 고속 퓨리에 변환한 신호에, Time-Inversed 훈련열의 고속 퓨리에 변환한 신호를 곱한 후, 본 발명이 속하는 기술분야에서 Zero-filling라고 불리우는 동작과 Invese 고속 퓨리에 변환하는 동작을 연속적으로 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 Zero-filling을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, Zero-filling 동작은 고속 퓨리에 변환한 신호 결과 중 처음 절반을 Zero로 만드는 동작으로서, 이것은 Negative 주파수 부분을 Zero로 채우는 것과 같다.

이처럼, Zero-filling 동작을 수행함으로써, 코릴레이션 결과에서 포락선 부분만을 분리할 수 있으며, S307 단계를 수행할 때 최대값이 되는 부분을 보다 정확히 찾을 수 있도록 한다.

S307 단계에서는, S305 단계에서 검출된 패킷을, 디지털 비트 데이터로 복조하는 동작을 수행한다.

S305 단계에서 검출된 패킷은, 예를 들면 채널 측정과 채널 등화 동작을 통과하여 무선 채널 효과가 제거된 것일 수도 있다.

S307 단계에서는, S305 단계에서 검출된 패킷에 대하여, 다음과 같이 포락선을 검출하는 동작을 2번 할 수 있다.

첫번째 포락선 검출하는 동작(이하, '제1 포락선 검출 동작')은, 시간축에서 인버스된(Time-Inversed) 업 신호의 고속 퓨리에 변환(FFT of Time-Inversed Up Signal) 신호를 S305 단계에서 검출된 패킷에 곱함하고, 포락선을 검출하는 동작이다.

두번째 포락선 검출하는 동작은, 시간축에서 인버스된(Time-Inversed) 다운 신호의 고속 퓨리에 변환(FFT of Time-Inversed Down Signal) 신호를 S305 단계에서 검출된 패킷에 곱하고, 포락선을 검출하는 동작(이하, '제2 포락선 검출 동작')이다.

이들 두 가지 포락선 검출하는 동작은, 어느 쪽이 먼저 수행되거나, 또는 동시에 수행되어도 무방하다.

S307 단계에서는, 계속하여, 제1 포락선 검출 동작의 결과물과, 제2 포락선 검출 동작의 검출물에 대하여 비트 디텍션 동작을 수행한다.

비트 디텍션 동작은 수신 장치에서 이미 알고 있는 시변 신호 심볼 간의 거리 값과 주어진 포락선, 그리고 패킷 검출을 통해 알게된 주어진 디지털 웨이브폼 데이터에서 훈련열이 시작되는 지점, 그리고 훈련열의 길이를 참고하여, 각 시변 신호 심볼이 시작되는 지점을 추정하는 샘플러와 각 시변 신호 심볼이 시작되는 지점에서의 값들(코릴레이션 값들)을 비교하여 더 높은 값을 가지는 시변 신호의 디지털 의미를 판단하는 컴패러로 구성되어 진행된다.

제1 포락선과 제2 포락선 검출물을 바탕으로 샘플러와 컴패러의 동작을 통해서 송신단에서 송신한 디지털 비트 데이터를 수신단에서 산출해 낸다. 본원 명세서에서는 S307 단계를 장치로서 구현한 실시 예를, 도 11을 참조하여 후술하고 있으므로 참조하기 바란다.

도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 방법은, 동일한 정보가 포함된 음파(이처럼 동일한 정보가 포함된 음파들을 이해의 편의를 위해서 ‘사본 음파’라고 부르기로 한다)를 소정의 시간 간격(또는 랜덤하게)으로 적어도 2회 이상 반복되어 순차적으로 송신할 수 있다. 예를 들면, 제1사본 음파를 수신한 후, 소정의 시간이 경과된 후, 제2사본 음파를 수신하고, 다시 소정의 시간이 경과된 후, 제3사본 음파를 수신할 수 있다. 본 예에서는 사본 음파를 3회 수신하는 예를 들었지만, 이는 예시적인 것으로서 4회 이상 수신하는 것도 가능할 것이다.

이러한 사본 음파들은 비록 동일한 정보를 포함하고는 있지만, 사본 음파들 각각에 포함되는 잡음과 사본 음파들 각각에 영향을 준 채널의 왜곡 현상은 서로 다를 수 있다. 따라서, 복조의 정확도를 높이기 위해서, 사본 음파들 각각에 대하여 모두 복조하되, 디텍션 동작에서 사본 음파들을 모두 고려하여 판단함으로써, 수신 가능성을 높일 수 있다. 이에 대하여는, 도 11의 설명을 참조하기 바란다.

사본 음파가 지속적으로 반복하여 송신되고 있을 때, 동일한 내용이지만 다른 잡음을 포함하는 여러 사본의 패킷을 수신하여 비트 디텍션 단계 전까지를 각 사본에 적용할 수 있다. 이 경우 각 사본에서 얻은 비트 디텍션 이전 단계의 신호와 신호에 관한 정보를 결합하여 비트 디텍션 단계를 수행함으로써, 수신 가능성을 높일 수 있다.

한편, 사본 음파들은 비록 동일한 정보를 포함하고는 있지만, 사본 음파들에 포함되는 잡음과 사본 음파들 각각에 영향을 준 채널의 왜곡 현상은 서로 다를 수 있다. 따라서, 복조의 정확도를 높이기 위해서, 사본 음파들 각각에 대하여 모두 복조하되, 디텍션 동작에서 사본 음파들을 모두 고려하여 판단함으로써, 디텍션의 정확도를 높일 수 있다. 구체적인 설명은, 도 11에서의 설명을 참조하기 바란다.

한편, 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 방법은, 복조 단계(S307)에서 복조된 디지털 비트 데이터에 오류 정정 혹은 검출 부호가 포함된 경우에는, 오류 정정 부호(Error Correction Coding) 혹은 검출 부호(Error Detection Coding)를 이용하여 오류를 검출하고 정정하는 오류 정정 단계 혹은 오류 검출 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 오류 정정 단계는, S307 단계에서 복조된 디지털 비트 데이터에 포함된 오류 정정 부호를 이용하여 S307 단계에서 복조된 디지털 비트 데이터의 오류를 정정하는 동작을 수행한다.

여기서, 오류 검출 단계는 S307 단계에서 복조된 디지털 비트 데이터에 포함된 오류 검출 부호를 이용하여 S307 단계에서 복조된 디지털 비트 데이터에 오류가 있는지 여부를 검사하는 동작을 수행한다.

이상 도 5를 참조하여 설명한 실시예에서, 샘플링율은 각각 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나이고, 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있으나, 이러한 수치들은 어디까지나 예시적인 것임을 당업자는 이해하여야 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 어플리케이션을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어플리케이션이 동작하는 컴퓨터의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 여기서, '컴퓨터'는 예를 들면 스마트폰이나, 태블릿 PC, 웨어러블 컴퓨터 또는 데스크탑 PC와 같은 장치들일 수 있다.

도 7을 참조하면, 컴퓨터는, 음파를 수신할 수 있는 마이크(1), 어플리케이션(3)이 저장되어 실행되는 메모리(2), 메모리(2)에 어플리케이션을 로딩시켜 실행시키는 컴퓨터 프로세서(4), A/D 컨버터(5), 및 컴퓨터를 동작시키는 데 필요한 기타 하드웨어 및 소프트웨어 리소스들(6)을 포함할 수 있다.

여기서, 어플리케이션(3)은, 컴퓨터 프로세서(4)에 의해 메모리(2)에 로딩되어 실행될 수 있는 프로그램일 수 있다. 여기서, 프로그램은 컴퓨터 프로세서(4)에 의해 실행될 수 있는 코드로 이루어진다.

어플리케이션(3)은, 컴퓨터 프로세서(4)에 의해 메모리(2)에 로딩되면, 마이크(1)가 온 되어 있는지 여부를 확인한다.

어플리케이션(3)은 마이크(1)가 온 되어 있지 않으면, 마이크(1)를 온 시킬 수 있다.

마이크(1)는 수신한 음파를 아날로그 형태의 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 아날로그 형태의 전기적 신호는 도 2를 참조하여 설명한 웨이프폼을 가질 수 있다.

A/D 컨버터(5)는, 마이크(1)가 수신하여 출력하는 전기적 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환한다.

A/D 컨버터(5)는, 즉, 마이크(5)가 출력하는 전기적 신호를 소정의 샘플링율과 양자화 레벨로 디지털 형태의 웨이브폼으로 변환한다.

예를 들면, 소정의 샘플링율은 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나일 수 있고, 소정의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있다.

어플리케이션(3)은, A/D 컨버터(5)에 의해 변환된 디지털 데이터에 대하여 패킷 검출 및 복조 동작을 수행하여 디지털 비트 데이터로 변환한다.

한편, 어플리케이션(3)이 변환하는 대상인 음파는, 시간에 따라 주파수가 높아지는 시변 업 신호와 시간에 따라 주파수가 낮아지는 시변 다운 신호로 이루어져 있다. 예를 들면, 어플리케이션(3)이 변환하는 대상인 음파는, 상술한 S105 단계에서 출력되는 신호일 수 있다.

또한, 어플리케이션(3)이 변환하는 대상인 음파는, 도 1 내지 도 3에서 상술한 지속적으로 반복해서 송신되는 음파일 수 있다.

여기서, 패킷 검출 동작은 도 9에서의 패킷 검출부(300)의 동작과 동일하고, 복조 동작은 도 9에서의 데이터 복조부(400)의 동작과 동일하다.

예를 들면, 어플리케이션(3)은, 패킷 검출 동작을 할 때, 훈련열을 이용하며, 본 실시예에 이용되는 훈련열은 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호로 구성되어 있다.

구체적으로 살펴보면, 어플리케이션(3)은, 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호의 FFT 값을 이용하여 패킷을 검출한다. 예를 들면, 어플리케이션(3)은, A/D 컨버터(5)에 의해 변환된 디지털 데이터를 FFT 변환시키고, FFT 변환시킨 신호의 포락선을 검출하는 동작을 수행하는데, 이때 시간-인버스된 훈련열의 고속 퓨리에 변환 값을 이용한다.

또한, 어플리케이션(3)은 채널 추정 및 채널 등화 동작도 수행하는데, 채널 추정 동작을 수행할 때에도, 훈련열의 고속 퓨리에 변환 값을 이용한다.

어플리케이션(3)의 패킷 검출 동작에 대한 구체적인 것은, 도 9의 패킷 검출부(300)의 동작과 도 10의 설명을 참조하기 바란다.

한편, 어플리케이션(3)은 검출된 패킷을 디지털 비트 데이터로 복조하는 동작을 수행하는데, 이때 본원 발명의 일 실시에에 따른 심볼을 이용한다 예를 들면, 어플리케이션(3)이 복조 동작을 수행할 때 사용하는 심볼은 시변 업 신호와 시변 다운 신호일 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 어플리케이션(3)은, 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호의 FFT 값을 이용하여 패킷을 검출한다. 예를 들면, 포락선 검출할 때에, 시간축에서 인버스된 시변 업 신호의 고속 퓨리에 변환 값과, 시간축에서 인버스된 시변 다운 신호의 고속 퓨리에 변환 값을 각각 이용한다.

어플리케이션(3)의 복조 동작에 대한 구체적 설명은, 도 9의 데이터 복조부(900)의 동작과, 도 11의 설명을 참조하기 바란다.

한편 상술한 바와 같이, 어플리케이션(3)이, 음파를 디지털 비트 데이터로 변환하는 동작은, 예를 들면 도 5를 참조하여 설명하였던 S305, 및 S307 단계를 포함하도록 이루어지는 동작일 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에서 설명했던 본 발명의 한 실시예처럼 사본 음파를 소정의 시간 간격으로(또는 랜덤하게) 적어도 2회 이상 순차적으로 송신되고 있을 때, 어플리케이션(3)이 음파를 디지털 비트 데이터로 변환하는 동작은 도 5를 참조하여 설명하였던 것과 같은 단계들을 거쳐서 복조된다.

이러한 사본 음파들은 비록 동일한 정보를 포함하고는 있지만, 사본 음파들에 포함되는 잡음은 서로 다를 수 있다. 따라서, 복조의 정확도를 높이기 위해서, 사본 음파들 각각에 대하여 모두 복조하되, 디텍션 동작에서 사본 음파들을 모두 고려하여 판단함으로써, 정확도를 높일 수 있다. 보다 상세한 설명은, 도 11과 도 18을 참조하여 본원 발명에 따른 음파 수신 장치를 설명 한 부분을 참조하기 바란다.

이상과 같이 도 7을 참조하여 설명한 컴퓨터에서의 어플리케이션은 마이크를 온 시키는 동작을 수행하도록 설명되었으나, 이와 다르게 구현되는 것도 가능하다.

예들 들면, 도 7의 컴퓨터가 저전력 음성 탐지 칩을 더 포함하도록 구성하는 것이 가능하다. 이러한 구성에서는, 컴퓨터 장치가 대기상태일 때에도, 저전력 음성 탐지 칩이 음파 패턴(의미있는 음파가 있다는 것을 나타내는 패턴, 이러한 음파 패턴은 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에 포함되어 있을 수 있음. )을 탐지하면, 마이크(1)를 온 시키고, 대기 상태의 컴퓨터 프로세서를 활성화 상태로 바꾸어 미리 지정된 적어도 하나 이상의 어플리케이션을 실행시킨다. 여기서의 적어도 하나 이상의 어플리케이션은, 상술한 어플리케이션(3)을 의미하거나 또는 어플리케이션(3)을 실행시키거나 또는 어플리케이션(3)을 실행되기 위해서 필요한 어플리케이션일 수 있다.

A/D 컨버터(5)는 마이크(1)로부터 출력되는 전기적 신호가 있으면, 디지털 데이터로 변환하여 출력하며, 어플리케이션(3)은 A/D 컨버터(5)로부터 출력되는 디지털 데이터에 대하여 패킷 검출 및 복조 동작을 수행하여 디지털 비트 데이터로 변환한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 8에 예시적으로 도시된 도면은, 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치(이하, '음파 송신 장치')는, 상술한 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하였던, 음파 송신 방법을 장치로서 구현한 일 예이다.

도 8을 참조하면, 저장부(12), 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성부(14), 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(16), 아날로그 신호를 증폭하여 음파로서 출력하는 출력부(18)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 저장부(12)는, 음파로 송신할 디지털 비트 데이터를 저장하고 있다.

저장부(12)는, 추가적으로, 웨이브폼 데이터 생성부(14)에 의해 생성된 디지털 웨이브폼 데이터도 저장할 수 있다.

저장부(12)는 예를 들면 램과 같이 임시로 데이터를 저장하거나, 플래시램, CD, 롬이나 HDD와 같은 저장장치일 수도 있다.

본 실시예에서 저장부(12)는 설명의 목적을 위해서 1 개인 것으로 도시하였으나, 저장부(12)는 예를 들면, 디지털 비트 데이터를 저장하는 제1저장부와 디지털 웨이브폼 데이터를 저장하는 제2저장부와 같이, 복수 개로 구현되는 것도 가능하다.

디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성부(14)는, 디지털 비트 데이터를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 생성하는 동작을 수행한다.

예를 들면, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성부(14)는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 동작을 수행할 수 있다(도 4의 설명을 참조).

따라서, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성부(14)의 산출 결과는, 시간에 따라서 주파수가 시변하는 시변 업 신호와 시변 다운 신호 기반의 심볼들로 구성된 디지털 데이터일 수 있다.

D/A 컨버터(16)는 웨이브폼 데이터 생성부(14)에 의해 생성된 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 동작을 수행한다.

D/A 컨버터(16)는, 예를 들면, 도 1를 참조하여 설명한 S103 단계를 수행할 수 있다.

아날로그 신호를 증폭하는 음파로서 출력하는 출력부(18)는 D/A 컨버터(16)에 의해 생성된 아날로그 신호를 증폭하여 출력할 수 있다.

출력부(18)는 예를 들면, 아날로그 신호를 증폭하는 증폭부(미도시)와 증폭부가 증폭한 신호를 음파의 형태로 출력하는 스피커(미도시)를 포함할 수 있다.

이상 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 송신 장치는, 전송할 디지털 비트 데이터에 오류 정정 혹은 검출 부호를 포함시키는 오류 정정 혹은 검출 부호화부(미도시)를 더 포함하도록 구현될 수 도 있다.

여기서, 오류 정정 혹은 검출 부호화부(미도시)는, 저장부(12)에 저장된 디지털 비트 데이터에 대하여 오류 정정 혹은 검출 부호화 동작을 수행하여, 오류 정정 혹은 오류 검출 부호를 웨이브폼 데이터 생성부(14)에 입력되는 디지털 비트 데이터에 추가할 수 있다.

또한, 이상과 같이 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 송신 장치는, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 변환된 아날로그 신호를 증폭하여, 그 신호를 스피커로 음파로 출력하는 것을 지속적으로 반복할 수 있다. 이러한 경우, 해당 음파의 수신을 원하는 수신측에서는 별도의 요청 없이 임의의 시간에 음파를 수신할 수 있다. 또한, 반복적으로 출력되는 음파를 수신한 후 그 음파를 결합하여 복조함으로써 수신 성능을 높일 수 있다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치(이하, '음파 수신 장치'라고 함)는, 마이크(100), A/D 컨버터(200), 패킷 검출부(300), 및 데이터 복조부(400)를 포함할 수 있다. 여기서, '음파 수신 장치'는 예를 들면 스마트폰이나, 태블릿 PC, 웨어러블 컴퓨터 또는 데스크탑 PC, 서버, PDA 와 같은 장치들일 수 있다.

마이크(100)는, 음파를 수신하여 아날로그 형태의 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 아날로그 형태의 전기적 신호는 예를 들면 도 2와 같은 주파수 특성을 가진 웨이브폼으로 구성될 수 있다.

예를 들면, 마이크(100)는, 도 5의 S301 단계를 수행할 수 있다..

마이크(100)가 출력하는 전기적 신호는, 시간에 따라 주파수가 변화되는 시변 업 신호와 시변 다운 신호들로 구성된다.

A/D 컨버터(200)는 마이크(100)에 의해 출력되는 전기적 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하여 출력한다. 예를 들면, A/D 컨버터(200)는, 마이크(100)가 출력하는 전기적 신호를 소정의 샘플링율과 양자화 레벨로 디지털 형태의 웨이브폼으로 변환한다.

예를 들면, 소정의 샘플링율은 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나일 수 있고, 소정의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나일 수 있다.

패킷 검출부(300)는, A/D 컨버터(200)로부터 출력되는 디지털 데이터에서 원래 수신하려고 하던 정보가 포함된 부분(즉, '패킷' 또는 '데이터 패킷')을 검출하는 동작을 수행한다.

예를 들면, 패킷 검출부(300)는, 도 5의 S305 단계를 수행할 수 있다.

데이터 복조부(400)는, 패킷 검출부(300)에 의해 검출된 패킷을 디지털 비트 데이터로 복조한다.

예를 들면, 데이터 복조부(400)는, 도 5의 S307 단계를 수행할 수 있다.

도 10을 참조하여, 패킷 검출부(300)의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

예를 들면, 패킷 검출부(300)는, A/D 컨버터(200)에 의해 출력되는 디지털 데이터를 주파수 영역으로 바꾸기 위해서 고속 퓨리에 변환(FFT) 동작을 수행하는 고속 퓨리에 변환부(201), 고속 퓨리에 변환부(201)에 의해 변환된 신호에 대하여 포락선을 검출하는 포락선 검출부(203), 훈련열의 위치를 찾는 피크 파인더(207), 고속 퓨리에 변환부(201)에 의해 변환된 신호에서 훈련열을 분리하는 훈련열 트리머(205)와 채널 추정부(211), 및 채널 등화기(213)을 포함할 수 있다.

포락선 검출부(203)는, 고속 퓨리에 변환부(201)에 의해 변환된 신호와, 시간-인버스된 훈련열의 고속 퓨리에 변환 값을 입력받고, 이들 양자를 곱(즉, 코릴레이션)하는 곱셈기, 곱셈기의 결과에 대하여 Zero-filling 동작을 수행하는 Zero-filling 부, 및 Zero-filling의 결과에 대하여 인버스 고속 퓨리에 변환 동작을 수행하는 인버스 고속 퓨리에 변환부를 포함한다.

Zero-filling 동작 및 그 효과는 도 6을 참조하여 전술한 바가 있으므로, 여기서는 생략하기로 한다.

포락선 검출부(203)에서 출력되는 데이터는 인버스 고속 퓨리에 변환부에 의해 시간 영역으로 변환된 값이며, 이 값을 이용하여 피크 파인더(207)가, 훈련열의 위치를 판단한다. 도 10에서의 옵셋(Offset)은 전체 수신 신호에서 패킷이 시작되는 시간을 의미한다.

피크 파인더(207)은 주어진 신호에서 최대값을 찾는 기능을 하며, 단순히 최대값을 찾는 방법이나 신호의 특성을 이용해서 패킷의 옵셋을 찾을 수 있는 다양한 휴리스틱으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 코릴레이션의 결과로 나타나는 최대값은 잡음과 채널 왜곡이 없을 시에 좌우 대칭의 특성을 나타내므로, 최대값이 발견된 시점의 전후에 좌우 대칭 정도를 보고, 단순한 최대값이 나타내는 옵셋보다 정확한 옵셋을 계산할 수도 있다.

훈련열 트리머(Trimmer)(205)는, 포락선 검출부의 인버스 고속 퓨리에 변환부에 시간 영역으로 변환된 신호를 수신하며, 피크 파인더(207)가 찾은 훈련열의 위치와 미리 알고 있는 훈련열의 길이 값을 이용하여, 훈련열을 분리한다. 그리고, 여기서 분리된 훈련열 부분은 채널 추정부(211)로 제공된다.

채널 추정부(211)는 훈련열 트리머(205)로부터 제공받은 훈련열로부터 채널 효과를 추정한다. 이를 위해서, 채널 추정부(211)는 예를 들면 나눗셈기(divider)를 포함할 수 있다.

채널 등화기(213)는 고속 퓨리에 변환부(201)에 의해 변환된 데이터를 제공받아 채널 추정부(211)로부터 제공받은 채널 효과를 해당 신호에서 제거하여(즉, 채널의 왜곡 현상을 보정하여), 데이터 복조부(400)로 출력한다.

이상 도 10을 참조하여 설명한 패킷 검출부(300)는 훈련열을 이용함을 알 수 있으며, 특히 본 실시예에 이용된 훈련열은 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호로 구성되어 있다.

구체적으로 살펴보면, 패킷 검출부(300)는, 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호의 FFT 값을 이용하여 패킷을 검출한다. 예를 들면, 포락선 검출할 때에, 시간-인버스된 훈련열의 고속 퓨리에 변환 값을 이용하며, 채널 추정시에는 훈련열의 고속 퓨리에 변환 값을 이용한다.

도 11을 참조하여, 데이터 복조부(400)의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

데이터 복조부(400)는, 제1포락선 검출부(302), 제2포락선 검출부(304), 및 비트 디텍터(306)를 포함할 수 있다.

제1포락선 검출부(302)와 제2포락선 검출부(304)는, 각각 채널 등화기(213)의 출력을 입력받는다.

제1포락선 검출부(302)는, 시간축에서 인버스된 업 신호(Time-Inversed Up Singal)의 고속 퓨리에 변환 값과, 채널 등화기(213)로부터 입력받은 값을 서로 곱하는 곱셈기, 곱셈기의 출력에 대하여 Zero-Filling 동작을 수행한 Zero-Filling 부, 및 Zero-Filling 부의 출력에 대하여 인버스 고속 퓨리에 변환하는 인버스 고속 퓨리에 변환부를 포함한다.

제2포락선 검출부(304)는, 시간축에서 인버스된 업 신호(Time-Inversed Up Singal)의 고속 퓨리에 변환 값과, 채널 등화기(213)로부터 입력받은 값을 서로 곱하는 곱셈기, 곱셈기의 출력에 대하여 Zero-Filling 동작을 수행한 Zero-Filling 부, 및 Zero-Filling 부의 출력에 대하여 인버스 고속 퓨리에 변환하는 인버스 고속 퓨리에 변환부를 포함한다.

비트 디텍터(306)는, 제1포락선 검출부(302)와 제2포락선 검출부(304)의 출력 값을 제공받아, 샘플링 및 비교하여 디지털 비트 데이터를 산출한다.

비트 디텍터(306)는 예를 들면, 수신단에서 이미 알고 있는 훈련열의 길이와 시변 신호 심볼 간의 거리 값과, 피크파인더(207)에서 주어진 옵셋과 검출부(302, 304)에서 주어진 포락선을 이용하여, 각 시변 신호 심볼이 시작되는 지점을 추정하는 샘플러(미도시)와 각 시변 신호 심볼이 시작되는 지점에서의 값들(코릴레이션 값들)을 비교하여 더 높은 값을 가지는 시변 신호의 디지털 의미를 판단하는 컴패러(미도시)를 포함한다.

이상 도 11을 참조하여 설명한 데이터 복조부(400)는 본원 발명의 일 실시에에 따른 심볼을 이용함을 알 수 있다. 예를 들면, 데이터 복조부(400)에서 이용되는 심볼은 시변 업 신호와 시변 다운 신호일 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 데이터 복조부(400)는, 시변 업 신호 또는 시변 다운 신호의 FFT 값을 이용하여 패킷을 검출한다. 예를 들면, 포락선 검출할 때에, 시간축에서 인버스된 시변 업 신호의 고속 퓨리에 변환 값과, 시간축에서 인버스된 시변 다운 신호의 고속 퓨리에 변환 값을 이용한다.

한편, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치는, 데이터 복조부(400)에 의해 복조된 디지털 비트 데이터에 오류 정정 혹은 부호가 포함된 경우에는, 오류 정정 부호(Error Correction Coding) 혹은 오류 검출 부호(Error Detection Coding)를 이용하여 오류를 정정하는 오류 정정부(미도시) 혹은 오류를 검출하는 오류 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 오류 정정부(미도시)는, 데이터 복조부(400)에 의해 복조된 디지털 비트 데이터에 포함된 오류 정정 부호를 이용하여 데이터 복조부(400)에 의해 복조된 디지털 비트 데이터에 오류를 정정한다. 또한, 오류 검출부(미도시)는, 데이터 복조부(400)에 의해 복조된 디지털 비트 데이터에 포함된 오류 검출 부호를 이용하여 데이터 복조부(400)에 의해 복조된 디지털 비트 데이터에 오류가 있는지 여부를 검사한다.

한편, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치는, 저전력 음성 탐지 칩을 더 포함하도록 구성하는 것이 가능하다. 이러한 구성에서는, 음파 수신 장치가 대기상태일 때에도, 저전력 음성 탐지 칩이 음파 패턴(의미있는 음파가 있다는 것을 나타내는 패턴, 이러한 음파 패턴은 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에 포함되어 있을 수 있음. )을 탐지하면, 마이크(100)를 온 시키고, 대기 상태의 컴퓨터 프로세서를 활성화 상태로 바꾸어 A/D 컨버터(200), 패킷 검출부(300), 및 데이터 복조부(400)가 동작하도록 한다.

도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치는, 상술한 구성요소들이 제 동작을 수행할 수 있도록 제어하는 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 그리고, A/D 컨버터(200), 패킷 검출부(300), 및/또는 데이터 복조부(400)는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현이 가능하며, 이들은 컴퓨터 프로세서에 의해 제어되어 동작할 수 있다.

또한, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신 장치는, 적어도 2개 이상의 사본 음파를 수신할 수 있다. 한편 여기서, 2개 이상의 사본 음파는 소정의 시간 간격(또는 랜덤)을 두고 수신될 수 있다. 이러한 경우, 음파 수신 장치는, 도 5를 참조하여 설명하였던 것과 같이, 사본 음파가 수신되는데로 각 사본 음파에 대하여 마이크(100), A/D 컨버터(200), 및 패킷 검출부(300)가 자신의 동작을 각각 수행한다.

이해의 편의를 위해, 사본 음파가 3회 순차적으로 수신된다고 가정하고, 도 18을 참조하여 본 실시예에 따른 음파 수신 장치를 설명하기로 한다. 물론, 여기서 수치는 예시적인 것으로서, 이보다 많거나 적을 수 있음을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 18은, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하였던 음파 수신 장치가 사본 음파를 수신하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 마이크(100)가 시각 t1에 제1사본 음파(C1)를 수신한 경우, 마이크(100)는 제1사본 음파(C1)를 전기적인 신호(이하, ‘제1전기적인 신호’)(C1)로 변환한다. 제1전기적인 신호(C1)를 A/D 컨버터(200)가 디지털 형태의 웨이브폼 데이터(C1)로 변환하고, 패킷 검출부(300)가 디지털 형태의 웨이브폼 데이터(C1)로부터 패킷 데이터(이하 ‘제1 패킷 데이터’)(C1)를 검출하여 데이터 복조부(400)로 제공한다.

한편, 마이크(100)가 시간 t2(여기서, 시간 t1과 시간 t2간의 간격은 적절하게 당업자에 의해 정해질 수 있을 것이다) 에 제2사본 음파(C2)를 수신하면, A/D 컨버터(200)와 패킷 검출부(300)에 의해 패킷 데이터(‘제2 패킷 데이터)(C2)가 검출되어 데이터 복조부(400) 제공된다.

또한, 마이크(100)가 시간 t3(여기서, 시간 t2과 시간 t3간의 간격은 적절하게 당업자에 의해 정해질 수 있을 것이다)에 제3사본 음파(C3)를 수신하면, A/D 컨버터(200)와 패킷 검출부(300)에 의해 패킷 데이터(‘제3 패킷 데이터)(C2)가 검출되어 데이터 복조부(400)로 제공된다.

데이터 복조부(400)는, 제1패킷 데이터(C1)와 제2패킷 데이터(C2)와 제3패킷 데이터(C3)를 모두 참조하여 디지털 비트 데이터를 복조한다. 예를 들면, 데이터 복조부(400)의 제1포락선 검출부(302)와 제2포락선 검출부(304)는 각 패킷 데이터에 대하여 포락선을 검출하여 비트 디텍터(306)에게 제공한다.

도 18을 참조하면, 패킷 검출부(100)에서 출력되는 제1패킷 데이터(C1)에서 검출되는 포락선은 C1’와 C1’’로 표시하였고, 제2패킷 데이터(C2)로부터 검출되는 포락선은 C2’와 C2’’로 표시하였고, 제3패킷 데이터(C3)로부터 검출되는 포락선은 C3’와 C3’’로 표시하였다.

비트 디텍터(306)는, 각 패킷 데이터에 대한 포락선들을 모두 고려함으로써 보다 정확하게 디지털 비트를 결정할 수 있다. 이로써 음파 수신 장치의 성능이 향상된다.

도 18을 참조하면, 비트 디텍터(306)는, C1’, C2’, 및 C3’를 같이 참조하여 최대점을 찾으며, 그리고, C1’‘, C2’’, 및 C3’’를 같이 참조하여 최대점을 찾은 후, Comparer를 이용하여 비트를 검출할 수 있다.

도 18에 도시한 도면 부호와 그래프들은 이해의 편의를 위해서 나타낸 것으로서, 본원 발명이 그러한 도면 부호와 그래프들에 한정되지 않는다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

한편, 다른 실시예에 따른 본원 발명에 따른 음파 수신 장치는, 덧셈기(미도시)와 버퍼(미도시)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

본 실시예에서의 덧셈기(미도시)와 버퍼(미도시)는 기능적인 측면에서 A/D 컨버터(200)와 패킷 검출부(300) 사이에 위치되며, 버퍼(미도시)는 A/D 컨버터(200)로부터 출력되는 디지털 형태의 웨이브폼을 저장하며, 덧셈기(미도시)는 버퍼(미도시)에 저장된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터들 끼리 상호 덧셈 연산을 한 후 출력한다. 이후의 동작은, 패킷 검출부(300) 및 데이터 복조부(400)에 의해 수행된다.

도 17을 참조하면, 덧셈기가 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 받아서 덧셈 연산을 하는 동작을 도식적으로 표현하였다. 이처럼, 덧셈 연산을 하는 경우에는, 사본 음파에 포함되었던 잡음은 상쇄되는 효과가 발생될 수 있으므로, 데이터 복조부(400)에서 보다 정확한 디텍션을 할 수 있게 된다.

또 다른 일 실시예에 따른 음파 수신 장치는, 2개 이상의 사본 음파 중, 일부는 소정의 시간 간격(또는 랜덤)을 두고 수신하고, 다른 일부는 시간 축 상에서 일부 겹쳐져서 수신하는 경우에도 적용이 가능하다.

예를 들면, 본 발명에 따른 음파 수신 장치는, 5개의 사본 음파를 수신하되, 시간 t1에는 제1 사본 음파를 수신하고, 시간 t2에는 제2 사본 음파를 수신하며, 시간 t3에는 제2사본 음파와 제3 사본 음파를 같이 수신하고, 시간 t4에는 제3 사본 음파와 제4 사본 음파를 같이 수신하고, 시간 t5에는 제5 사본 음파를 수신하는 경우에도 적용될 수 있다.도 12는 본원 발명의 일 실시예에 따른 시변 신호의 코릴레이션 특성을 설명하기 위한 도면이다.

본원 발명에서 사용된 시변 업 신호와 시변 다운 신호의 오토 코릴레이션(Auto-correlation) 특성(도 12의 (a))을 나타낸 그래프이고, 도 12의 (b)는 크로스 코릴레이션(Cross-correlation) 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서, 오토 코릴레이션(Auto-correlation)은 시변 업 신호와 시변 업 신호간의 코릴레이션, 또는 시변 다운 신호와 시변 다운 신호간의 코릴레이션을 의미하고, 크로스 코릴레이션(Cross-correlation)은 시변 다운 신호와 시변 업 신호간의 코릴레이션을 의미한다.

이들 그래프로부터 직관적으로 알 수 있듯이, 본원 발명에서 사용된 시변 업 신호와 시변 다운 신호는 코릴레이션 특성이 매우 우수하여, 외부의 잡음이나 간섭에 강하다. 즉, 두 신호가 동일한 시변 신호일 경우, 정확히 시간축에서 일치하였을 때는 매우 날카로고 높은 신호가 발생하여, 코릴레이션을 통해 동일 신호의 시작점을 찾는 것, 그리고 신호의 존재 유무를 판단하는 것이 유리하다. 또한, 두 신호가 상이한 시변 신호일 경우, 어떠한 시간차를 가지더라도 매우 낮은 신호가 발생하여, 코릴레이션을 통해 찾지 않는 신호를 검출하지 않는 것이 유리하다.

상술한 실시예들에서, 시변 업 신호와 시변 다운 신호, 그리고 훈련열이 시간축에서 서로 겹치지 않게 신호가 만들어져서 송신하고, 이를 수신하는 것으로 설명하였다. 하지만, 이는 예시적인 것으로, 반드시 시간축에서 서로 겹치지 않게 만들 필요는 없고, 수신단에서 코릴레이션으로 성공적인 복조를 할 수 있는 범위 내에서, 시변 업 신호와 시변 다운 신호, 그리고 훈련열이 시간축에서 겹치게 신호가 만들어져 송신하고, 이를 수신하는 것도 본원 발명에 적용 가능하다.

도 19는 (a) 시변 심볼이 겹치지 않게 만들어진 웨이브폼과 이를 훈련열 및 시변 업 신호 및 시변 다운 신호와 각각 코릴레이션하여 높은 값이 나타나는 결과 신호를 조합한 수신 신호와 (b) 시변 심볼이 겹치게 만들어진 웨이브폼과 이를 훈열열 및 시변 업 신호 및 시변 다운 신호와 각각 코릴레이션하여 높은 값이 나타나는 결과 신호를 조합한 수신 신호를 나타내었다. 도 19에서 보듯이 시변 심볼을 겹치게 하는 경우 코릴레이션의 높은 결과 값 간의 간격이 줄어든다. 이러한 간격이 성공적인 수신을 방해하지 않을 정도로 시변 심볼의 간격을 줄 일 수 있다. 이 경우 단위 시간당 전송하는 심볼의 수는 증가하게 된다.

상술한 실시예들은, 음파를 이용하여 위치를 추정하는 기술분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 한국특허출원번호 10-2012-0053286호(2012. 5. 18일 출원)에 개시된 스피커의 식별을 위한 시스템 및 이를 이용한 위치 추정 시스템이나, 한국특허출원번호 10-2012-0038120(2012. 4. 14일 출원)에 개시된 음향 시스템을 이용하여 모바일 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정방법 및 위치 추정 시스템과 이에 사용되는 음향 시스템등에 활용될 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1, 100: 마이크
2: 메모리
3: 어플리케이션
4: 컴퓨터 프로세서
5: 하드웨어 및 소프트웨어 리소스들
12: 저장부
14: 웨이브폼 데이터 생성부
16: D/A 컨버터
18: 출력부
200: A/D 컨버터
300: 패킷 검출부
400: 데이터 복조부

Claims (40)

1. 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장부가 저장하고 있는 단계;
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 단계;
   상기 아날로그 신호를 증폭부가 증폭하는 단계: 및
   상기 증폭부에 의해 증폭된 아날로그 신호를, 스피커가 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내의 음파로서 출력하는 단계;를 포함하며,
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는,
   상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 상기 스피커로부터 출력된 음파를 입력받을 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가 혹은 감소하도록 구성된 제1 디지털 코드와, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 제 1 디지털 코드와의 크로스코릴레이션을 고려하여 구성된 제2 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 샘플링율은 각각 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나이고,
   상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 음파 대역은, 20Hz 내지 24 kHz 인 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드는 각각 지수적으로 변화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 훈련열을 더 포함하며,
   상기 훈련열은 시간에 따라 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 높아지거나 디지털 코드 또는 시간에 따라 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 낮아지는 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
8. 제1항, 제3항, 제6항, 및 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 단계와, 상기 아날로그 신호를 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 단계를 적어도 2회 이상 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 방법.
9. 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 저장하는 저장부;
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및
   상기 아날로그 신호를 증폭하는 증폭부와 상기 증폭부가 증폭한 아날로그 신호를 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내의 음파로서 출력하는 스피커를 포함하는 출력부;를 포함하며,
   상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는,
   상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 상기 스피커로부터 출력되는 음파를 입력받을 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가 혹은 감소하도록 구성된 제1 디지털 코드와, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 제 1 디지털 코드와의 크로스코릴레이션을 고려하여 구성된 제2 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 샘플링율은 각각 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나이고,
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드의 양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
12. 제9항에 있어서,
    상기 음파 대역은, 20Hz 내지 24 kHz 인 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
13. 삭제
14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드는,
    각각 시간에 따라 지수적으로 변화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
15. 제9항에 있어서,
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 훈련열을 더 포함하며,
    상기 훈련열은 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 높아지는 디지털 코드와 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 낮아지는 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
16. 제9항, 제11항, 제14항, 및 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 D/A 컨버터는, 상기 저장부에 저장된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 동작을 소정의 시간 간격으로 적어도 2회 이상 반복하여 수행하며,
    상기 출력부는, 상기 D/A 컨버터를 통해서 아날로그 신호가 출력될 때마다 스피커를 통해서 음파로서 출력하는 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송신 장치.
17. '1'과 '0'으로 이루어진 디지털 비트 데이터로부터 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법에 있어서,
    상기 '1'과 '0'으로 이루어진 디지털 비트 데이터를, 음파 대역 내에서 시간에 따라 주파수가 변화하는 특성을 가진 심볼로 변조하는 변조단계; 및
    상기 변조단계에서 변조된 데이터에 훈련열을 부가하는 훈련열 부가단계;를 포함하며,
    상기 변조단계 및 훈련열 부가단계에 의해 생성된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 아날로그 신호로 변환되고 증폭부에 의해 증폭된 후 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내의 음파로서 스피커에 의해 출력될 것으로서,
    상기 심볼은,
    상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 상기 스피커로부터 출력되는 음파를 입력받을 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가 혹은 감소하도록 구성된 제1 디지털 코드와, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 제 1 디지털 코드와의 크로스코릴레이션을 고려하여 구성된 제2 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법.
18. 삭제
19. 제17항에 있어서,
    상기 음파 대역은, 20Hz 내지 24 kHz 인 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법.
20. 삭제
21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 디지털 코드와 상기 제2 디지털 코드는,
    각각 시간에 따라 지수적으로 변화되도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법.
22. 제17항에 있어서,
    상기 훈련열은,
    시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 높아지는 디지털 코드와 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 낮아지는 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법.
23. 제17항, 제21항, 및 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 훈련열 또는 제1 디지털 코드 또는 제2 디지털 코드는,
    코릴레이션 결과가 수신에 문제가 되지 않을 정도로 시간축에서 겹치게 배열하는 것을 특징으로 하는 음파로 전송할 디지털 형태의 웨이브폼 데이터 생성 방법.
24. 증폭부에 의해 증폭되고 스피커에 의해 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 출력된 음파를 마이크가 수신하여 아날로그 신호로서 출력하는 단계; 및
    마이크가 출력하는 아날로그 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하는 단계;를 포함하며,
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는, 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 높아지는 적어도 하나 이상의 시변 업 신호와 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 낮아지는 적어도 하나 이상의 시변 다운 신호로 이루어지며,
    상기 시변 업 신호는, 상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 상기 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가하도록 구성되어 있고,
    상기 시변 다운 신호는, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 상기 시변 업 신호와의 크로스코릴레이션을 고려하여 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 감소하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 음파 수신 방법.
25. 제24항에 있어서,
    상기 변환하는 단계에서,
    샘플링율은 각각 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나이고,
    양자화 레벨은 각각 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음파 수신 방법.
26. 삭제
27. 제24항에 있어서,
    상기 시변 업 신호와 상기 시변 다운 신호는, 각각, 시간에 따라 주파수가 지수적으로 변화되는 특성을 가진 것을 특징으로 하는 음파 수신 방법.
28. 제24항에 있어서,
    상기 시변 업 신호와 상기 시변 다운 신호는, 각각 복수개로 구성되고, 이들 복수개의 시변 업 신호와 시변 다운 신호 중 어느 하나는 훈련열인 것을 특징으로 하는 음파 수신 방법.
29. 증폭부에 의해 증폭되고 스피커에 의해 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 출력된 음파를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 마이크와 상기 마이크가 변환한 전기적 신호를 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환하는 A/D 컨버터를 구비한 컴퓨터에
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 정보가 되는 부분(이하, ‘패킷 데이터’라고 함)을 검출하는 단계; 및
    상기 검출하는 단계에서 검출된 패킷을, 디지털 비트 데이터로 복조하는 단계;를 실행시키기 위한 어플리케이션을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서,
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는,
    상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 입력받는 상기 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가하도록 구성된 제1 디지털 코드와, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 제 1 디지털 코드와의 크로스코릴레이션을 고려하여 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 감소하도록 구성된 제2 디지털 코드로 구성되며,
    상기 어플리케이션은 상기 복조하는 단계를 실행할 때, 시간에 따라 주파수가 변화되는 시변 기반 심볼을 사용하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
30. 제29항에 있어서,
    상기 복조하는 단계에서 사용되는 시변 기반의 심볼은, 시간에 따라 주파수가 증가되는 시변 업 신호와 시간에 따라 주파수가 감소되는 시변 다운 신호인 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
31. 제30항에 있어서,
    상기 시변 업 신호와 상기 시변 다운 신호는 각각 시간에 따라서 주파수가 선형적으로 변화되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
32. 제30항에 있어서,
    상기 시변 업 신호와 상기 시변 다운 신호는 각각 시간에 따라서 주파수가 지수적으로 변화되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
33. 제30항에 있어서,
    상기 어플리케이션은 상기 패킷 데이터를 검출하는 단계를 실행할 때, 시변 기반의 심볼을 사용하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
34. 제33항에 있어서,
    상기 A/D 컨버터는, 디지털 형태의 웨이브폼 데이터로 변환할 때, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 및 192 kHz 중 어느 하나의 샘플링율과, 8 bits, 16 bits, 20 bits, 24 bits, 및 32 bits 중 어느 하나의 양자화 레벨로 변환하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
35. 증폭부에 의해 증폭되고 스피커에 의해 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 출력된 음파를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 마이크;
    상기 마이크가 변환한 전기적인 신호를 디지털 형태의 웨이브폼으로 변환하는 A/D 컨버터;
    상기 A/D 컨버터에 의해 변환된 디지털 형태의 웨이브폼 데이터에서 정보가 포함된 부분(이하, '데이터 패킷')을 검출하는 패킷 검출부;
    상기 패킷 검출부에서 검출된 데이터 패킷을 디지털 비트 데이터로 복조하는 데이터 복조부;를 포함하며,
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는 시간에 따라 주파수가 변화하며,
    상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터는,
    상기 스피커와 상기 증폭부의 주파수 응답 특성 및 상기 마이크의 주파수 응답 특성을 고려해 시간에 따라 주파수가 선형 또는 비선형적으로 증가하도록 구성된 제1 디지털 코드와, 상기 20 Hz ~ 24 kHz 음파 대역 내에서 오토코릴레이션과, 제 1 디지털 코드와의 크로스코릴레이션을 고려하여 주파수가 선형 또는 비선형적으로 감소하도록 구성된 제2 디지털 코드로 구성된 것을 특징으로 하는 시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 수신 장치.
36. 삭제
37. 제35항에 있어서,
    상기 패킷 검출부는,
    시간에 따라 주파수가 변화하는 상기 디지털 형태의 웨이브폼 데이터의 시간축에서 인버스된 것의 고속 퓨리에 변환 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 음파 수신 장치.
38. 제35항에 있어서,
    상기 데이터 복조부는,
    상기 제1 디지털 코드의 시간축에서 인버스된 것의 고속 퓨리에 변환 값과, 상기 제2 디지털 코드의 시간축에서 인버스된 것의 고속 퓨리에 변환 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 음파 수신 장치.
39. 제35항, 제37항, 및 제38항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 마이크는 사본 음파를 적어도 2회 이상 순차적으로 수신하고, 순차적으로 수신한 사본 음파를 전기적인 신호로 각각 변환하며,
    상기 A/D 컨버터는, 각각의 상기 전기적인 신호를 디지털 형태의 웨이브폼으로 각각 변환하며,
    상기 패킷 검출부는, 각각의 상기 디지털 형태의 웨이브폼으로부터 데이터 패킷을 각각 검출하며, 그리고
    상기 데이터 복조부는, 각각의 상기 데이터 패킷을 이용하여 디지털 비트 데이터로 복조하는 것을 특징으로 하는 음파 수신 장치.
40. 제35항, 제37항, 및 제38항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    덧셈기와 버퍼를 더 포함하며,
    상기 마이크는 사본 음파를 적어도 2회 이상 순차적으로 수신하고, 순차적으로 수신한 사본 음파를 전기적인 신호로 각각 변환하며,
    상기 A/D 컨버터는, 각각의 상기 전기적인 신호를 디지털 형태의 웨이브폼으로 각각 변환하며,
    상기 버퍼는 상기 A/D 컨버터에 의해 변환된 디지털 형태의 웨이브폼들을 저장하며,
    상기 덧셈기는 상기 버퍼에 저장된 디지털 형태의 웨이브폼들을 상호 덧셈 연산하여 출력하며,
    상기 패킷 검출부는, 상기 덧셈기에 의해 출력되는 디지털 형태의 웨이브폼으로부터 데이터 패킷을 검출하며,
    상기 데이터 복조부는, 상기 패킷 검출부에 의해 검출된 상기 데이터 패킷을 이용하여 디지털 비트 데이터로 복조하는 것을 특징으로 하는 음파 수신 장치.

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