KR102071355B1 - 인체를 이용한 데이터 전송 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인체를 매질로 하는 네트워크에서 인체 통신 물리 계층의 송신 신호 주파수 특성에 대한 요구사항에 해당하는 전송 마스크를 만족하면서, 최대 2.2969 Mbps의 데이터를 전송할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위하여, 인체를 이용한 데이터 전송 방법은 입력 받은 직렬 비트열에 대한 병렬 비트열을 출력하는 단계, 병렬 비트열을 기설정된 개수의 비트-그룹으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹에 매핑하는 단계, 각 부호-그룹의 출력에 해당하는 직교 부호열을 결합하여 하나의 부호열을 출력하는 단계, 주파수 시프트 부호를 이용하여 하나의 부호열을 확산하여 송신 신호의 중심 주파수를 시프트하는 단계 및 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호가 정합 필터와 송신 필터를 통해 인체로 인가되는 단계를 포함한다.

Description

인체를 이용한 데이터 전송 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA USING HUMAN BODY}
본 발명은 인체를 이용한 데이터 전송 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 인체를 매질로 하는 네트워크에서 인체 통신 물리 계층의 송신 신호 주파수 특성에 대한 요구사항에 해당하는 전송 마스크(transmit mask)를 만족하면서, 최대 2.2969 Mbps의 데이터를 전송할 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
인체 통신이란 전도성을 갖는 인체를 통신 채널로 이용하여 인체와 연결되어 있는 기기들 간에 신호를 전달하는 기술을 의미한다.
이와 같이, 인체 통신은 예를 들어, 한국공개특허 제2012-0045964호 "인체 통신을 이용한 실시간 데이터 전송 시스템 및 그 방법"과 같이 개인 휴대 정보 단말기(PDA, personal digital assistant), 휴대형 퍼스널 컴퓨터(portable personal computer), 디지털 카메라(digital camera), 스마트폰 등의 다양한 휴대 기기간의 통신 및 프린터, TV, 출입 시스템 등 고정된 기기와의 통신이 사용자의 간단한 접촉만으로 네트워크가 구성되는 기술이다.
인체 통신의 물리 계층 구조와 요구사항은 IEEE standard 802.15.6: wireless body area networks(WBAN) 표준에 제시되어 있다. WBAN 표준에서 FSDT(frequency selective digital transmission)를 사용하여 최대 1.3125 Mbps의 데이터를 전송하는 인체통신 송신기는 상기 WBAN 표준에 전송 심벌로 제시된 16개의 직교 부호열(orthogonal code)의 심벌 개수를 늘리는 방법 등을 통해 최대 전송 속도를 증가시킬 수 있다.
그러나, 상기 방법은 송신 신호의 주파수 특성 즉, 사용 주파수 대역을 증가시켜 WBAN 표준에서 제시된 송신 신호의 주파수 특성에 대한 요구사항에 해당하는 transmit mask을 만족시키지 못하는 문제점을 가진다.
또한, 수신 신호에 대한 검출 성능 즉, 비트 오류 성능(bit error rate, BER)을 개선하기 위해서 주파수 시프트 부호(frequency shift code)의 길이를 늘리는 방법이 있을 수 있으나, 상기 주파수 시프트 부호의 길이를 늘리는 경우 전송 속도가 감소되는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 인체를 매질로 하는 네트워크에서 인체 통신 물리 계층의 송신 신호 주파수 특성에 대한 요구사항에 해당하는 transmit mask를 만족하면서, 최대 2.2969 Mbps의 데이터를 수신 신호의 검출 오율을 최소화하여 전송할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 방법은
입력 받은 직렬 비트열에 대한 7비트의 병렬 비트열을 출력하는 단계; 상기 7비트의 병렬 비트열을 세 개의 비트-그룹으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹에 매핑하는 단계; 각 부호-그룹의 출력에 해당하는 3개의 직교 부호열을 결합하여 하나의 부호열을 출력하는 단계; 주파수 시프트 부호를 이용하여 상기 하나의 부호열을 확산하여 송신 신호의 중심 주파수를 시프트하는 단계; 및 상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호가 정합 필터와 송신 필터를 통해 인체로 인가되는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 부호-그룹은 16개의 직교 부호를 세 개의 그룹으로 분리한 결과에 해당하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 정합 필터는 올림 코사인 필터로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 인체로 인가되는 단계에서 상기 정합 필터의 샘플링 비율은 상기 주파수 시프트 부호의 샘플링 속도의 n배인 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 인체로 인가되는 단계는 상기 정합 필터의 샘플링 비율에서 n이 "1"인 경우, 상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호를 상기 송신 필터만을 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 인체로 인가되는 단계는 상기 전송 부호가 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)의 연속된 구조로 구성되어 있는 상기 송신 필터를 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 장치는
입력 받은 직렬 비트열에 대한 7비트의 병렬 비트열을 출력하는 병렬 비트열 생성부; 상기 7비트의 병렬 비트열을 세 개의 비트-그룹으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹에 대응하는 3개의 직교 부호열을 결합하여 하나의 부호열을 생성하며, 주파수 시프트 부호를 이용하여 상기 하나의 부호열을 확산하여 송신 신호의 중심 주파수를 시프트하는 주파수 선택적 확산부; 올림 코사인 필터로 구성된 정합 필터부; 및 상기 송신 신호에 대한 전송 마스크를 만족시키기 위한 송신 필터부를 포함한다.
이 때, 상기 주파수 선택적 확산부는 상기 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹에 매핑하여, 각 부호-그룹의 출력에 해당하는 상기 3개의 직교 부호열을 결합하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 부호-그룹은 16개의 직교 부호를 세 개의 그룹으로 분리한 결과에 해당하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 정합 필터부는 올림 코사인 필터(raised cosine filter)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 정합 필터부에서 상기 정합 필터부의 샘플링 비율은 상기 주파수 시프트 부호의 샘플링 속도의 n배인 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 정합 필터의 샘플링 비율에서 n이 "1"인 경우, 상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호를 상기 송신 필터부만을 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 송신 필터부에서는 상기 전송 부호가 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)를 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 인체를 이용한 데이터 전송 장치 및 그 방법은 전송 심벌로 사용하는 16개의 직교부호열에 대해 S2P를 통과한 최대 4개의 비트를 사용하여 맵핑하여 사용할 때보다, 16개의 직교부호열을 각 8개, 4개, 4개로 나누고, S2P를 통과한 최대 7개의 비트를 같은 개수의 비트가 아닌 각 3개, 2개, 2개의 비트로 나눈 후 각 비트가 맵핑된 3개의 직교 부호를 부호 결합부를 통해 한 개의 부호열로 만든 후 전송 심벌로 전송하여, 기존의 표준에서 제시한 4비트를 전송할 때보다 최대 3개의 비트가 늘어난 75%의 전송 속도 증가율 달성이 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 전송 속도를 높이더라도 표준에서 제시하는 직교 부호열과 동일한 길이와 개수를 사용하기 때문에, 표준에서 요구하는 송신 신호에 대한 transmit mask을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명은 정합 필터를 사용함으로써, 전송 신호의 하모닉(harmonic) 및 사이드로브(sidelobe) 성분을 감쇄 즉, 채널 대역폭을 감소시켜 주변 다른 기기들에게 간섭을 최소화 할 수 있고, transmit mask을 만족시키기 위한 송신 필터에서 저역 필터(low pass filter) 부분을 제외하거나 저역 필터의 필터 차수를 낮출 수 있어 송신 신호의 왜곡을 감소시키고, 수신기에서 정합 필터링(matched filtering)을 통해 수신 신호에 대한 SNR을 최대화하여 검출 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 선택적 확산부를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매핑하는 방법을 나타내는 참고도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 방법에 이용되는 참고도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 필터부를 통과한 전송 부호와 주파수 스펙트럼에 대한 표준에서 요구하는 transmit mask를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예 따른 인체를 매질로 하는 네트워크에서 인체 통신 물리 계층의 송신 신호 주파수 특성에 대한 요구사항에 해당하는 transmit mask를 만족하면서, 최대 2.2969 Mbps의 데이터를 전송할 수 있는 장치 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1을 참고하면, 인체를 이용한 데이터 전송 장치는 병렬 비트열 생성부(100), 주파수 선택적 확산부(200), 정합 필터부(300) 및 송신 필터부(400)를 포함한다.
병렬 비트열 생성부(100)는 입력 받은 송신 데이터 즉, 직렬 비트열에 대한 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 출력한다. 병렬 비트열 생성부(100)는 1:7의 직렬-병렬 변환기(serial to parallel converter, 이하 "S2P"라고도 함.)에 해당한다.
주파수 선택적 확산부(200)는 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)에 대한 전송 부호를 생성한다.
정합 필터부(300)는 올림 코사인 필터(raised cosine filter)등으로 구성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
정합 필터부(300)의 특성은 일반적으로 잘 알려진 올림 코사인 필터의 특성을 따른다. 정합 필터부(300)의 샘플링 비율(sample rate)은 주파수 선택적 확산부(200)에서의 주파수 시프트 부호의 샘플링 속도의 n배이다. 여기서, n은 양의 정수이다.
예를 들어, n이 1일 경우에 정합 필터부(300)는 탭(tap)의 개수가 1이고, 이득(gain)이 1인 필터로써, 주파수 선택적 확산부(200) 내 주파수 시프트부의 출력신호가 그대로 정합 필터부(300)의 출력 신호가 된다.
송신 필터부(400)는 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)의 연속된 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
송신 필터부(400)는 IEEE standard 802.15.6: wireless body area networks 표준에서 FSDT전송 방식을 사용하는 인체통신에 대해 요구하는 전송 부호에 대한 주파수 스펙트럼 transmit mask를 만족시키기 위한 송신 필터에 해당하며, 송신 필터의 출력 신호는 인체에 인가되어 인체를 매질로 전송된다.
다음, 주파수 선택적 확산부(200)의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 선택적 확산부를 나타내는 구성도이다.
먼저, 주파수 선택적 확산부(200)는 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 병렬 비트열 생성부(100)로부터 입력받는다.
도 2를 참고하면, 주파수 선택적 확산부(200)는 매핑부, 부호 결합부(code combiner)(220), 부호 저장부(230) 및 주파수 시프트부(240)를 포함한다.
매핑부는 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 같은 개수의 비트가 아닌 (b0, b1, b2), (b3, b4), (b5, b6)의 3비트, 2비트, 2비트의 비트-그룹1, 비트-그룹2, 비트-그룹3으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)에 매핑한다. 여기서, 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)은 16개의 직교 부호를 3개의 그룹으로 분리한 결과에 해당한다.
매핑부는 매핑한 결과에 해당하는 각 부호-그룹의 출력 즉, 직교 부호열(orthogonal code vector)(OCV1, OCV2 및 OCV3)을 부호 결합부(220)로 전달한다.
부호 결합부(220)는 각 부호-그룹의 출력에 해당하는 3개의 직교 부호열(OCV1, OCV2 및 OCV3)을 결합하여 하나의 부호열(combined orthogonal code vector, COCV)을 출력한다.
구체적으로, 부호 결합부(220)는 3개의 직교 부호열(OCV1, OCV2 및 OCV3)을 수학식 1과 같은 논리연산(예를 들어, binary full adder의 carry 출력 구성)을 이용하여 하나의 부호열(COCV)로 결합한다.
[수학식 1]
Figure 112014045626248-pat00001
부호 저장부(230)는 42Mhz 주파수로 1과 0이 토글되는 클럭 신호열(예를 들어, 101010...)로 구성된 주파수 시프트 부호(frequency shift code)를 포함한다.
주파수 시프트부(240)는 부호 결합부(220)의 출력 신호를 부호 저장부(230)에 저장된 주파수 시프트 부호를 이용하여 확산하여, 송신 신호의 중심 주파수가 주파수 시프트 부호의 클럭 주파수(fop) 42 MHz의 절반에 해당하는 21 MHz 주파수로 시프트된다.
예를 들어, 주파수 시프트부(240)에서는 COCV의 일부가 [1 0 0 1 ...]이고 주파수 시프트 부호가 [1 0 1 0 1 0 1 0]일 때 각 COCV의 비트에 대해 주파수 시프트 부호가 곱하기 연산되어 [1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 ...]와 같이 확산된 전송 부호가 출력된다.
따라서, 주파수 시프트부(240)의 출력 신호 즉, 전송부호의 비트 개수는 COCV 비트 개수와 주파수 시프트 부호의 비트 개수의 곱한 값이 된다.
다음, 인체를 이용한 데이터 전송 방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 인체를 이용한 데이터 전송 방법을 수행하는 장치는 도 1과 같이 병렬 비트열 생성부(100), 주파수 선택적 확산부(200), 정합 필터부(300) 및 송신 필터부(400)를 포함한다.
도 3을 참고하면, 병렬 비트열 생성부(100)는 송신 데이터 즉, 직렬 비트열에 대한 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 주파수 선택적 확산부(200)로 출력한다(S100).
주파수 선택적 확산부(200)는 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 같은 개수의 비트가 아닌 (b0, b1, b2), (b3, b4), (b5, b6)의 3비트, 2비트, 2비트의 비트-그룹1, 비트-그룹2, 비트-그룹3으로 분리한다(S200).
주파수 선택적 확산부(200)는 S200 단계에서 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)에 매핑한다(S300). 여기서, 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)은 16개의 직교 부호를 3개의 그룹으로 분리한 결과에 해당한다.
주파수 선택적 확산부(200)는 S300 단계에서 매핑한 결과에 해당하는 각 부호-그룹의 출력 즉, 직교 부호열(orthogonal code vector)(OCV1, OCV2 및 OCV3)을 하나의 부호열(combined orthogonal code vector, COCV)로 결합한다(S400).
주파수 선택적 확산부(200)는 S400 단계에서 결합된 결과에 해당하는 부호열(COCV)을 주파수 시프트 부호를 이용하여 확산하여 전송 부호를 출력한다(S500).
정합 필터부(300)는 전송 부호를 정합 필터링한다(S600).
송신 필터부(400)는 정합 필터부(300)의 필터링 결과를 송신 신호에 대한 transmit mask를 만족시키기 위해 아날로그 송신 필터링을 수행하고(S700), 출력 신호를 인체에 인가하여 인체를 매질로 전송한다(S800). 이를 위하여, 송신 필터부(400)는 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)의 연속된 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
다음, S300 단계와 같이 각 비트 그룹을 각 부호-그룹의 부호열에 매핑하는 방법을 도 4를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매핑하는 방법을 나타내는 참고도이다.
주파수 선택적 확산부(200)의 매핑부는 7비트의 병렬 비트열(b0~b6)을 같은 개수의 비트가 아닌 (b0, b1, b2), (b3, b4), (b5, b6)의 3비트, 2비트, 2비트의 비트-그룹1, 비트-그룹2, 비트-그룹3으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)에 매핑한다. 여기서, 부호-그룹1(211), 부호-그룹2(212), 부호-그룹3(213)은 16개의 직교 부호를 3개의 그룹으로 분리한 결과에 해당한다.
도 4를 참고하면, 각 부호-그룹은 룩업테이블(look-up-table) 형태로 메모리(도시하지 않음)에 저장하여 사용할 수 있다.
도 4와 같은 룩업 테이블에 제시된 것과 같이 각 비트 그룹에서 해당 비트의 값에 따라 각 부호-그룹의 직교 부호열에 매핑한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인체를 이용한 데이터 전송 장치에서 송신 신호의 중심 주파수가 주파수 시프트 부호의 클럭 주파수(fop)가 42 MHz이고, 1 kbps미만 값을 버림하여 표기한 최소 정보 비트 전송 속도가 287 kbps이고, 송신 필터를 통과한 전송 부호의 주파수 스펙트럼에 대한 표준에서 요구하는 transmit mask을 만족하는 정보 비트의 최대 전송 속도가 2296 Kbps 일 때, 상기 각 정보 비트의 전송 속도에 따른 병렬 비트열 생성부(100)의 출력 속도에 해당하는 심볼 전송 속도, 상기 각 정보 비트의 전송 속도에 따른 직교 부호열(OCV1, OCV2, OCV3) 칩 전송속도, 상기 각 정보 비트의 전송 속도에 따른 주파수 시프트 부호의 비트 개수, 상기 각 정보 비트의 전송 속도에 따른 전송 부호의 비트 개수를 제시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 필터부를 통과한 전송 부호와 주파수 스펙트럼에 대한 표준에서 요구하는 transmit mask를 제시한다.
도 6의 y축에서 T는 신호의 샘플링 주기이며, V는 송신 신호의 진폭(amplitude)을 의미한다.
도 6을 참고하면, 송신 필터부(400)를 통과한 후의 전송 부호는 transmit mask을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 송신 필터부(400)는 밴드 패스 필터(band pass filter)보다 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)의 연속된 구조로 구현된 필터를 사용함으로써, 필터의 차수를 낮출 수 있어 신호의 왜곡을 감쇄할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 정합 필터부(300)에 의해 하모닉(harmonic) 및 사이드로브(sidelobe) 성분이 감쇄될 수 있으므로, 송신 필터부(400)에서 저역 필터(low pass filter) 부분을 제외하거나 낮은 차수의 필터를 사용할 수 있다.
정합 필터부(300)에서 n=8인 경우에는 송신 필터부(400)에서 저역 필터(low pass filter) 부분이 제외되었으며, 이에 따라 송신 신호의 왜곡이 감소하여 성능이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 7에서는 본 발명의 실시예에 따른 백색 잡음 채널에서 비트 오류 성능(bit error rate, BER) 대
Figure 112014045626248-pat00002
(the received energy per chip over the noise power spectral density)의 성능 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.
수신 신호는 신호 증폭 및 신호 안정화 등을 위한 필터와 앰프 등이 포함된 아날로그 프론트앤드를 통과한 신호에 대해, 데이터 전송 장치에서 사용한 것과 동일한 정합 필터를 통과한 신호를 경판정(hard decision)하여 검출하고, 수신기에서 수신 신호에 대한 각 시간과 주파수가 완벽하게 동기화 되었다고 가정한다. 이때, 수신 신호에 대한 정보 비트 검출은 수학식 2을 이용하여
Figure 112014045626248-pat00003
을 계산하여 검출 할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112014045626248-pat00004
수학식 2를 참고하면
Figure 112014045626248-pat00005
은 각 부호-그룹(211~213)에서 생성할 수 있는 가능한 모든 직교 부호열(OCV1, OCV2, OCV3)에 대한 주파수 시프트부(240)를 통과한 부호열 신호의 집합들이다. 또한, y는 수신 신호 부호열의 경판정 신호, d()는 두 보호열 간의 해밍 거리(Hamming distance)값이다.
따라서, 수학식 2을 토대로 부호열(
Figure 112014045626248-pat00006
)에 해당하는 주파수 시프트부(240)를 통과한 후보 열을 검출한 뒤, 각 해당하는 직교 부호열(OCV1, OCV2, OCV3)을 구하고, 각 해당하는 부호-그룹과 비트-그룹의 관계를 통해 각 비트-그룹의 정보 비트를 검출한 뒤 병렬-직렬(parallel to serial) 변환 과정을 거쳐 정보 비트를 검출 할 수 있다.
이와 같은 방법을 적용하여 정합 필터부(300)의 n이 "1"일때와 "8"일 때 백색 잡음 채널에서 BER 대
Figure 112014045626248-pat00007
의 성능 시뮬레이션 결과를 비교하면, 정합 필터부(300)의 출력이 전송 부호와 동일하게 n이 "1"일 때 보다, 정합 필터부(300)의 효과를 얻을 수 있는 n이 "8"일 때 저역 필터(low pass filter)를 생략하여 송신 신호의 왜곡이 감소되고, 수신 신호에 대한 SNR이 증가되어 10^-6 BER 성능을 확보할 수 있는 SNR이 약 4dB 개선되는 것을 확인 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 인체를 이용한 데이터 전송 장치 및 그 방법은 전송 심벌로 사용하는 16개의 직교부호열에 대해 S2P를 통과한 최대 4개의 비트를 사용하여 맵핑하여 사용할 때보다, 16개의 직교부호열을 각 8개, 4개, 4개로 나누고, S2P를 통과한 최대 7개의 비트를 같은 개수의 비트가 아닌 각 3개, 2개, 2개의 비트로 나눈 후 각 비트가 맵핑된 3개의 직교 부호를 부호 결합부를 통해 한 개의 부호열로 만든 후 전송 심벌로 전송하여, 기존의 표준에서 제시한 4비트를 전송할 때보다 최대 3개의 비트가 늘어난 75%의 전송 속도 증가율 달성을 가능하게 한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 병렬 비트열 생성부 200; 주파수 선택적 확산부
300; 정합 필터부 400; 송신 필터부
211~213; 부호-그룹1, 부호-그룹2, 부호-그룹3
220; 부호 결합부 230; 부호 저장부
240; 주파수 시프트부

Claims (13)

  1. 입력 받은 직렬 비트열에 대한 병렬 비트열을 출력하는 단계;
    상기 병렬 비트열을 기설정된 개수의 비트-그룹으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹에 매핑하는 단계;
    각 부호-그룹의 출력에 해당하는 직교 부호열을 결합하여 하나의 부호열을 출력하는 단계;
    주파수 시프트 부호를 이용하여 상기 하나의 부호열을 확산하여 송신 신호의 중심 주파수를 시프트하는 단계; 및
    상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호가 정합 필터와 송신 필터를 통해 인체로 인가되는 단계
    를 포함하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부호-그룹은 16개의 직교 부호를 세 개의 그룹으로 분리한 결과에 해당하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정합 필터는 올림 코사인 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인체로 인가되는 단계에서 상기 정합 필터의 샘플링 비율은 상기 주파수 시프트 부호의 샘플링 속도의 n배인 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인체로 인가되는 단계는
    상기 정합 필터의 샘플링 비율에서 n이 "1"인 경우, 상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호를 상기 송신 필터만을 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 인체로 인가되는 단계는
    상기 전송 부호가 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)의 연속된 구조로 구성되어 있는 상기 송신 필터를 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 방법.
  7. 입력 받은 직렬 비트열에 대한 병렬 비트열을 출력하는 병렬 비트열 생성부;
    상기 병렬 비트열을 기설정된 개수의 비트-그룹으로 분리하고, 분리한 각 비트-그룹에 대응하는 직교 부호열을 결합하여 하나의 부호열을 생성하며, 주파수 시프트 부호를 이용하여 상기 하나의 부호열을 확산하여 송신 신호의 중심 주파수를 시프트하는 주파수 선택적 확산부;
    상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호를 정합 필터링 하는 정합 필터부; 및
    상기 송신 신호에 대한 전송 마스크를 만족시키기 위한 송신 필터부
    를 포함하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 주파수 선택적 확산부는
    상기 각 비트-그룹을 각 직교 부호열에 해당하는 부호-그룹에 매핑하여, 각 부호-그룹의 출력에 해당하는 세 개의 직교 부호열을 결합하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부호-그룹은 16개의 직교 부호를 세 개의 그룹으로 분리한 결과에 해당하는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 정합 필터부는
    올림 코사인 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 정합 필터부에서 상기 정합 필터부의 샘플링 비율은 상기 주파수 시프트 부호의 샘플링 속도의 n배인 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 정합 필터의 샘플링 비율에서 n이 "1"인 경우, 상기 송신 신호의 중심 주파수를 시프트한 결과에 해당하는 전송 부호를 상기 송신 필터부만을 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 송신 필터부에서는
    상기 전송 부호가 아날로그 저역 필터(low pass filter) 와 고역 필터(high pass filter) 또는 아날로그 고역 필터(high pass filter)와 저역 필터(low pass filter)를 통해 인체로 인가되는 것을 특징으로 하는 인체를 이용한 데이터 전송 장치.
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