KR102326781B1 - Sensor, system and method for detecting radar biosignal - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이더 생체신호 검출을 위한 센서, 시스템 및 이를 이용한 생체 신호 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호원에 의한 잡음 영향을 상세하면서도 널 감지 지점(Null detection point)이 없는 간단한 구조의 레이더 구조를 갖는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서는 생명체를 향해 신호를 송신하는 송신부; 상기 생명체로부터 반사되는 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부에 직접 연결되어 스위칭 신호를 인가하는 스위칭 신호 인가부;를 포함할 수 있다.The present invention relates to a sensor, a system for detecting a radar bio-signal, and a bio-signal detection method using the same, and more particularly, to a radar having a simple structure without a null detection point while detailing the noise effect by a signal source. As having a structure, the radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention includes: a transmitter for transmitting a signal to a living organism; a receiver for receiving a signal reflected from the living organism; and a switching signal applying unit directly connected to the receiving unit to apply a switching signal.

Description

생체신호 검출을 위한 low-IF 레이더 센서, 시스템 및 이를 이용한 생체 신호 검출 방법{SENSOR, SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING RADAR BIOSIGNAL}Low-IF radar sensor and system for biosignal detection, and biosignal detection method using the same

본 발명은 생체신호 검출을 위한 low-IF 레이더 센서, 시스템 및 이를 이용한 생체 신호 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호원에 의한 잡음 영향을 상세하면서도 널 감지 지점(Null detection point)이 없는 간단한 구조의 레이더 구조를 갖는 생체신호 검출 센서, 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-IF radar sensor, a system for detecting a biosignal, and a biosignal detection method using the same, and more particularly, to a simple noise effect without a null detection point while detailing the noise effect by a signal source. It relates to a biosignal detection sensor, system and method having a radar structure of the structure.

최근 레이더(radar)를 이용하여 사람의 생체신호를 검출하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적인 레이더 시스템은 송신 신호를 생명체에 전송하여 반사됨으로써 변조된 신호를 수신하는 시스템이다. 변조된 위상 신호는 시간에 따른 물체의 움직임에 대한 변위 정보를 포함한다. 이러한 효과를 이용한 레이더 생체신호 검출 장치는 사람의 심장박동과 호흡으로 야기되는 생리학적 움직임에 의해 변조된 신호를 수신하여 심장박동 수 또는 호흡 주기 등을 검출한다. Recently, research on detecting human biosignals using radar is being actively conducted. A general radar system is a system that transmits a transmitted signal to a living organism and receives a modulated signal by being reflected. The modulated phase signal includes displacement information about the motion of an object with respect to time. The radar bio-signal detection device using this effect receives a signal modulated by a physiological movement caused by a person's heartbeat and respiration, and detects a heart rate or a breathing cycle.

레이더는 비접촉 방식으로 멀리서 사람의 생체신호를 측정 할 수 있고 외부 환경에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 레이더를 활용한 생체신호 검출 센서는 환자의 심장박동 모니터링, 홈 헬스케어, 차량 운전자의 심장박동 상태 측정, 스마트 홈 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.Radar has the advantage of being able to measure a person's bio-signals from a distance in a non-contact method and not being affected by the external environment. Therefore, the biosignal detection sensor using the radar can be applied to various fields such as monitoring a patient's heartbeat, home healthcare, measuring the heartbeat of a vehicle driver, and a smart home.

사람의 생체 신호는 기본적으로 아주 낮은 주파수 0.1 Hz 내지 3Hz의 주파수를 가진 신호인데 레이더 수신기에서 깜빡임에 의한 노이즈(flicker noise), DC 오프셋(DC offset) 등 저주파 잡음에 영향을 매우 크게 받는다. 이러한 저주파 잡음은 일반적인 열 소음(thermal noise)에 비해 매우 높은 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density)를 갖기 때문에 생체신호 레이더의 검출 가능 거리를 제한하는 문제점이 있다. A human biosignal is basically a signal having a very low frequency of 0.1 Hz to 3 Hz, and is greatly affected by low-frequency noise such as flicker noise and DC offset in a radar receiver. Since such low-frequency noise has a very high power spectral density compared to general thermal noise, there is a problem in that the detection range of the biosignal radar is limited.

따라서, 먼 거리에서 생체신호를 검출하거나 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 증가시키기 위해서는 레이더 수신기의 저주파 잡음을 줄여야 한다. 일반적으로 하드웨어 구조가 간단하여 많이 사용되는 직접 변환 구조의 레이더 송수신기 구조는 DC 오프셋에 대한 영향을 크게 받는다는 점과 믹서와 기저 대역 증폭기의 깜빡임 노이즈 영향에 취약하다는 문제점이 존재한다.Accordingly, in order to detect a biosignal from a long distance or to increase a signal to noise ratio (SNR), it is necessary to reduce the low frequency noise of the radar receiver. In general, there are problems in that the radar transceiver structure of the direct conversion structure, which is commonly used due to its simple hardware structure, is greatly affected by DC offset and is vulnerable to the effect of flickering noise of the mixer and the baseband amplifier.

이러한 직접 변환 구조의 단점을 극복하기 위해, 레이더 수신기의 저주파 대역 잡음을 줄이는 수신기 구조가 제안되어 왔다. 예를 들어, 생체신호 검출 레이더에 헤테로다인(heterodyne) 수신기 구조를 도입하거나, 코히어런트(coherent) low-IF 구조를 이용하여 레이더 수신기의 저주파 잡음을 피하고자 하였다. 하지만, 헤테로다인(heterodyne) 수신기 구조는 신호원의 위상 잡음을 상쇄하는 범위 상관관계(range-correlation) 효과를 적용할 수 없다는 단점이 있으며, 코히어런트(coherent) low-IF 구조는 하드웨어 구조가 매우 복잡하다는 단점이 있다. In order to overcome the shortcomings of the direct conversion structure, a receiver structure for reducing low-frequency band noise of a radar receiver has been proposed. For example, a heterodyne receiver structure was introduced into the biosignal detection radar, or a coherent low-IF structure was used to avoid low-frequency noise of the radar receiver. However, the heterodyne receiver structure has the disadvantage that the range-correlation effect that cancels the phase noise of the signal source cannot be applied, and the coherent low-IF structure has a hardware structure. The disadvantage is that it is very complicated.

이러한 구조들의 단점을 극복하기 위해, 간단한 구조로 중간 주파수 (Intermediate frequency, 이하 IF로 지칭함)를 이용하고자 송신부의 신호를 변조하는 방법이 제안되었다. 송신부의 신호를 변조하는 방법은 양면 밴드(double-side band)의 신호를 송신하게 되는데, 이로 인하여 피 측정자의 거리에 따라 신호가 검출되지 않는 널 감지 지점(null detection point)가 생기는 문제점이 발생한다. 이 문제점을 해결하기 위해 송신단에 추가적인 RF 필터를 사용하거나 IF 주파수를 조정해야하는 추가적인 문제점이 존재한다.In order to overcome the disadvantages of these structures, a method of modulating a signal of a transmitter to use an intermediate frequency (hereinafter referred to as IF) with a simple structure has been proposed. The method of modulating the signal of the transmitter transmits a signal of a double-side band, which causes a null detection point where a signal is not detected depending on the distance of the subject. . In order to solve this problem, there is an additional problem of using an additional RF filter at the transmitting end or adjusting the IF frequency.

이하, 널 감지 지점(null detection point) 문제에 대하여 자세히 설명한다.Hereinafter, the null detection point problem will be described in detail.

종래에 제안되었던 송신 신호를 변조하는 low-IF 레이더는 IF 주파수와 피 측정자의 거리에 따라 피 측정자의 생체신호가 검출되지 않는 널 감지 지점이 발생한다. 이러한 널 감지 지점이 발생하는 이유는 송신 신호를 변조하는 경우 양면 밴드(double-side band) 신호가 송신되기 때문이다. In the conventionally proposed low-IF radar that modulates a transmission signal, a null detection point at which the biosignal of the subject is not detected occurs depending on the IF frequency and the distance of the subject. This null detection point occurs because a double-side band signal is transmitted when the transmission signal is modulated.

레이더 송신부의 신호를 변조하는 경우,

Figure 112019094217614-pat00001
,
Figure 112019094217614-pat00002
주파수의 신호가 각각 물체의 움직임에 의해 위상 변조된다. 각각 위상 변조된 신호(
Figure 112019094217614-pat00003
)를 레이더 수신부에서 수신하게 되는데 이는 다음과 같이 표현할 수 있다.When modulating the signal of the radar transmitter,
Figure 112019094217614-pat00001
,
Figure 112019094217614-pat00002
Each frequency signal is phase-modulated by the movement of the object. Each phase modulated signal (
Figure 112019094217614-pat00003
) is received by the radar receiver, which can be expressed as follows.

Figure 112019094217614-pat00004
Figure 112019094217614-pat00004

Figure 112019094217614-pat00005
Figure 112019094217614-pat00006
는 각각 양면 밴드(upper-side band 및 lower-side band)의 신호에 의해 변조된 위상 신호이며,
Figure 112019094217614-pat00007
Figure 112019094217614-pat00008
는 각각 피 측정자 거리에 따른 위상 오프셋이다.
Figure 112019094217614-pat00005
class
Figure 112019094217614-pat00006
is the phase signal modulated by the signals of the two-sided bands (upper-side band and lower-side band), respectively,
Figure 112019094217614-pat00007
Wow
Figure 112019094217614-pat00008
are the phase offsets according to the target distance, respectively.

이때, 두 위상 오프셋의 차이가 180도의 배수가 되면 어떤 신호도 검출되지 않는 널 지점이 된다. 즉, 양면 밴드를 송신하는 시스템에서는 레이더 및 물체의 거리에 따라 측정 민감도가 변하게 되는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 매 측정시 IF의 주파수를 조정해주어야 한다. At this time, when the difference between the two phase offsets is a multiple of 180 degrees, it becomes a null point at which no signal is detected. That is, there is a problem that the measurement sensitivity changes according to the distance between the radar and the object in the system for transmitting the double-sided band, and in order to solve this problem, the frequency of the IF needs to be adjusted during each measurement.

이와 같은 널 지점은 IF 주파수의 파장에 따라 일정한 간격으로 나타나는데, 저주파 잡음의 영향을 덜 받기 위해 IF 주파수를 증가시키면 널 지점과 최적 지점 사이의 간격이 좁아지게 된다. 따라서, 양면 밴드를 송신하는 시스템에서는 저주파 잡음의 크기와 널 지점 간격 사이에 상충 관계(trade-off)가 존재하기 때문에 IF 주파수를 높일 수 있는 한계가 존재한다.Such null points appear at regular intervals according to the wavelength of the IF frequency. If the IF frequency is increased in order to be less affected by low-frequency noise, the distance between the null point and the optimal point becomes narrower. Therefore, in a system for transmitting a double-sided band, there is a limit in which the IF frequency can be increased because a trade-off exists between the level of low-frequency noise and the interval between null points.

이하, 종래기술로 사용되는 생체신호 검출을 위한 직접 변환 수신기를 사용하는 레이더 구조에 대하여 도 1을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a radar structure using a direct conversion receiver for detecting a biosignal used in the prior art will be described in detail with reference to FIG. 1 .

도 1은 생체신호 검출을 위한 종래기술 중 직접 변환 구조의 레이더를 나타낸다.1 shows a radar having a direct conversion structure in the prior art for detecting a biosignal.

레이더는 하나의 수신기(120, RX)와 하나의 송신기(110, TX)로 구성되며, 간단한 구조를 위해 직접 변환 구조를 사용한다. 레이더 구조는 널 감지 지점 (Null detection point)에 대한 문제점을 해결하기 위해, I/Q 신호를 복조하는 구조를 취한다. 레이더의 송신부(110, TX)에서 단일 주파수의 지속파를 전파하고, 수신부(120, RX)에서 위상 변조된 신호를 수신함으로써, 인체의 심장박동과 호흡 신호를 검출한다. The radar consists of one receiver (120, RX) and one transmitter (110, TX), and uses a direct conversion structure for a simple structure. The radar structure takes the structure of demodulating the I/Q signal in order to solve the problem of the null detection point. By propagating a continuous wave of a single frequency in the transmitter 110, TX of the radar, and receiving the phase-modulated signal in the receiver 120, RX, the heartbeat and respiration signals of the human body are detected.

직접 변환 구조를 갖는 레이더의 수신기는 믹서(130)와 기저대역 신호가 통과하는 증폭기, 필터 등에 의해 DC 오프셋과 깜빡임 노이즈 영향을 받는다. 일반적으로 사람의 생체 신호는 3Hz 이하의 낮은 주파수를 갖는 신호이기 때문에 측정의 정확도 또는 거리를 증가시키기 위해서 저주파 잡음을 줄여야 한다. 하지만, 종래 방식의 레이더 구조에서는 저주파 잡음의 영향을 그대로 받기 때문에 생체신호 레이더의 측정 거리에 한계가 존재한다.The radar receiver having a direct conversion structure is affected by DC offset and flickering noise by the mixer 130 and the amplifier, filter, and the like through which the baseband signal passes. In general, since a human biosignal is a signal having a low frequency of 3 Hz or less, it is necessary to reduce low-frequency noise in order to increase the accuracy or distance of measurement. However, in the conventional radar structure, there is a limit to the measurement distance of the biosignal radar because it is directly affected by low-frequency noise.

도 2는 생체신호 검출을 위한 종래기술 중 Low-IF 구조의 레이더를 나타낸다.2 shows a radar having a low-IF structure in the prior art for detecting a biosignal.

도 2에 의한 Low-IF 구조의 레이더는 도 1에서 설명한 직접 변환 구조의 레이더의 단점을 극복하기 위해 송신 신호 변조를 이용한 양면밴드(double-side band) low-IF 레이더 구조를 나타낸다.The radar of the low-IF structure shown in FIG. 2 shows a double-side band low-IF radar structure using transmission signal modulation in order to overcome the disadvantages of the radar of the direct conversion structure described in FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 송신단(211)의 송신 신호를 양면 밴드(double-side band) 모듈레이션 하고 송신단(211)에 믹서(210) 하나만을 추가하여 간단하게 low-IF 구조의 레이더를 구현할 수 있다. 이러한 구조는 수신단(221)의 믹서(220)에서 발생하는 깜빡임 노이즈로부터 영향을 받지 않도록 수kHz ~ 수십 kHz의 신호의 IF 주파수를 사용함으로써 저주파 잡음을 피할 수 있다. 또한, 송신단(211)과 수신단(221)에 사용되는 RF 신호원(230)이 하나이기 때문에 도 2에 따른 레이더 구조는 범위 상관관계(range-correlation effect)를 적용하여 신호원의 위상 잡음을 상쇄할 수 있다는 장점이 있다.Referring to FIG. 2 , a radar having a low-IF structure can be simply implemented by performing double-side band modulation on the transmission signal of the transmitter 211 and adding only a mixer 210 to the transmitter 211 . In this structure, low-frequency noise can be avoided by using the IF frequency of a signal of several kHz to several tens of kHz so as not to be affected by the flickering noise generated by the mixer 220 of the receiving end 221 . In addition, since there is one RF signal source 230 used for the transmitting end 211 and the receiving end 221 , the radar structure according to FIG. 2 applies a range-correlation effect to cancel the phase noise of the signal source. There are advantages to being able to

하지만, 도 2와 같이 양면 밴드를 송신하는 시스템은 피 측정자의 거리에 따라 생체 신호가 검출되지 않는 널 감지 지점(null detection point)이 생기는 문제점을 갖는다. 이러한 문제점은 IF 주파수를 조절함으로써 조정 할 수 있지만, 실제 어플리케이션에 적용하기는 힘들다. 또한, 널 감지 지점 문제점을 해결하기 위해 송신단(211)에 RF 필터를 사용하여 단일면 밴드(single-side band)만을 송신하는 방법이 제안되었는데, 이 방법은 민감도가 높은 고주파에서 정밀한 필터를 구현하기 힘들기 때문에 비 현실적인 방법이 될 수 있다.However, the system for transmitting the double-sided band as shown in FIG. 2 has a problem in that a null detection point at which a biosignal is not detected occurs depending on the distance of the subject. This problem can be adjusted by adjusting the IF frequency, but it is difficult to apply to actual applications. In addition, in order to solve the null detection point problem, a method of transmitting only a single-side band using an RF filter at the transmitting end 211 has been proposed. This can be an impractical method because it is difficult.

(KR) 특허출원 제 10-2018-0009521호(KR) Patent Application No. 10-2018-0009521

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 레이더 생체신호 검출을 위한 센서, 시스템 및 이를 이용한 생체 신호 검출 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a sensor, a system for detecting a radar bio-signal, and a bio-signal detection method using the same, which have been devised to solve the above problems.

보다 구체적으로, 본 발명은 1) 신호원의 위상 잡음에 대한 영향을 상쇄하는 범위 상관관계(range-correlation) 효과를 적용할 수 있으며, 2) 간단한 구조로 동작이 가능하고, 3) 신호가 검출되지 않는 널 감지 지점(null detection point)이 없는 스위치 기반의 low-IF 레이더 구조를 갖는 생체신호 검출 센서, 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다. More specifically, the present invention can 1) apply a range-correlation effect that cancels the effect of a signal source on phase noise, 2) it can be operated with a simple structure, and 3) a signal is detected An object of the present invention is to provide a biosignal detection sensor, system, and method having a switch-based low-IF radar structure having no null detection point.

본 발명은 또한, IF 신호를 디지털 단에서 복조하는 디지털 신호처리 방법을 적용하여 매우 간단한 하드웨어로 레이더의 저주파 잡음에 영향을 받지 않는 생체신호 레이더 센서 및 그 운용방법을 제안한다.The present invention also proposes a biosignal radar sensor that is not affected by low-frequency noise of a radar with very simple hardware by applying a digital signal processing method of demodulating an IF signal in a digital stage, and a method for operating the same.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서는 생명체를 향해 신호를 송신하는 송신부; 상기 생명체로부터 반사되는 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부에 직접 연결되어 스위칭 신호를 인가하는 스위칭 신호 인가부;를 포함할 수 있다.A radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention includes: a transmitter for transmitting a signal to a living organism; a receiver for receiving a signal reflected from the living organism; and a switching signal applying unit directly connected to the receiving unit to apply a switching signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호 인가부는 스위치 또는 믹서를 포함할 수 있다.The switching signal applying unit according to an embodiment of the present invention may include a switch or a mixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호는 중간대역 주파수인 것을 특징으로 할 수 있다.The switching signal according to an embodiment of the present invention may be characterized in that it is a mid-band frequency.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체 신호 검출 센서는 신호원 주파수 제거부를 더 포함하고, 상기 신호원 주파수 제거부는, 상기 송신부에 연결된 신호원에 직접 연결되고, 상기 신호원에서 출력되는 신호를 I/Q 실수부-복소부 신호로 변조하는 I/Q 변조기; 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 실수부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 제1 믹서; 및 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 복소부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 제2 믹서;를 포함할 수 있다.The radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention further includes a signal source frequency removal unit, wherein the signal source frequency removal unit is directly connected to a signal source connected to the transmitter and converts the signal output from the signal source to I /Q I/Q modulator that modulates a real-complex signal; a first mixer for combining a real part signal among the signals modulated through the I/Q modulator and a signal modulated through the switching signal applying unit; and a second mixer combining the complex signal among the signals modulated by the I/Q modulator and the signal modulated through the switching signal applying unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체 신호 검출 센서는 상기 제1 믹서의 출력을 샘플링하는 제1 아날로그-디지털 변환기 및 상기 제2 믹서의 출력을 샘플링하는 제2 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.The radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention may include a first analog-to-digital converter for sampling the output of the first mixer and a second analog-to-digital converter for sampling the output of the second mixer .

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체 신호 검출 센서는 상기 제1 아날로그-디지털 변환기의 출력 및 상기 제2 아날로그-디지털 변환기의 출력에 대하여 각각 반송파(carrier) 신호를 반영하여 기저대역 신호로 변환함으로써 상기 출력을 복조하는 하향 변환 복조부를 더 포함할 수 있다.The radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention reflects a carrier signal with respect to the output of the first analog-to-digital converter and the output of the second analog-to-digital converter, respectively, and converts it into a baseband signal. It may further include a down-conversion demodulator for demodulating the output.

본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변환 복조부는, 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제3 믹서; 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(I_IF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Ic[n])의 음(-)의 값을 곱하는 제4 믹서; 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc[n])를 곱하는 제5 믹서; 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제6 믹서; 상기 제3 믹서의 출력과 상기 제5 믹서의 출력을 더하는 제7 믹서; 및 상기 제4 믹서의 출력과 상기 제6 믹서의 출력을 더하는 제8 믹서를 포함할 수 있다.The down-conversion demodulator according to an embodiment of the present invention includes: a third mixer for multiplying the real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter by the first orthogonal carrier signal (I c [n]); a fourth mixer for multiplying the real signal (I_IF) sampled by the first analog-to-digital converter by a negative value of a second orthogonal carrier signal (I c [n]); a fifth mixer for multiplying the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter by a second orthogonal carrier signal (Q c [n]); a sixth mixer for multiplying the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter by a first orthogonal carrier signal (I c [n]); a seventh mixer for adding the output of the third mixer and the output of the fifth mixer; and an eighth mixer that adds the output of the fourth mixer and the output of the sixth mixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체 신호 검출 시스템은 레이더 생체 신호 검출 센서를 포함하고, 상기 생체 신호 검출 센서의 출력 신호를 복소(complex) 신호 복조 알고리즘 또는 아크탄젠트(arctangent) 복조 알고리즘을 이용하여 생체신호를 검출하는 것일 수 있다.A radar biosignal detection system according to an embodiment of the present invention includes a radar biosignal detection sensor, and uses an output signal of the biosignal detection sensor using a complex signal demodulation algorithm or an arctangent demodulation algorithm. It may be to detect a biosignal.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은, 송신부가 생명체에 레이더 신호를 송신하는 단계; 신부가 상기 생명체로부터 반사된 레이더 신호를 수신하는 단계; 및 상기 수신부에 직접 연결된 스위칭 신호 인가부가 스위칭 신호를 인가하여 상기 반사된 레이더 신호를 변조하는 단계를 포함할 수 있다.A method of detecting a biosignal according to an embodiment of the present invention includes: transmitting, by a transmitter, a radar signal to a living organism; receiving a radar signal reflected from the living body by the bride; and modulating the reflected radar signal by applying a switching signal by a switching signal applying unit directly connected to the receiving unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호는 중간대역 주파수(Intermediate frequency, IF)인 것을 특징으로 할 수 있다.The switching signal according to an embodiment of the present invention may be characterized in that it is an intermediate frequency (IF).

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은 신호원 주파수 제거부가 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 I/Q 변조기, 제1 믹서 및 제2 믹서를 이용하여 신호원 주파수를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. The biosignal detection method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of, by a signal source frequency removing unit, removing a signal source frequency by using an I/Q modulator, a first mixer, and a second mixer from a signal modulated through the switching signal applying unit. may further include.

본 발명의 일 실시예에 따른 I/Q 변조기는 상기 송신부에 연결된 신호원에 직접 연결되고, 상기 신호원에서 출력되는 신호를 I/Q 실수부-복소부 신호로 변조하고, 상기 제1 믹서는 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 실수부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하고, 상기 제2 믹서는 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 복소부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.The I/Q modulator according to an embodiment of the present invention is directly connected to a signal source connected to the transmitter, modulates a signal output from the signal source into an I/Q real part-complex signal, and the first mixer comprises: A real signal of the signals modulated through the I/Q modulator and a signal modulated through the switching signal applying unit are combined, and the second mixer includes a complex signal and the switching signal modulated through the I/Q modulator. It may be characterized in that the modulated signal is combined through a signal applying unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은 제1 아날로그-디지털 변환기가 상기 제1 믹서의 출력을 샘플링하고, 제2 아날로그-디지털 변환기가 상기 제2 믹서의 출력을 샘플링하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for detecting a biosignal according to an embodiment of the present invention further includes the steps of: a first analog-to-digital converter sampling an output of the first mixer, and a second analog-to-digital converter sampling an output of the second mixer can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은 하향 변환 복조부가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기의 출력 및 상기 제2 아날로그-디지털 변환기의 출력에 대하여 각각 반송파(carrier) 신호를 반영하여 기저대역 신호로 변환함으로써 상기 출력을 복조하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the biosignal detection method according to an embodiment of the present invention, a down-conversion demodulator reflects a carrier signal with respect to the output of the first analog-to-digital converter and the output of the second analog-to-digital converter, respectively, to obtain a baseband signal. The method may further include demodulating the output by converting to .

본 발명의 일 실시예에 따라 상기 하향 변환 복조부가 출력을 복조하는 단계는, 제3 믹서가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 단계; 제4 믹서가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc[n])의 음(-)의 값을 곱하는 단계; 제5 믹서가 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 단계; 제6 믹서가 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 단계; 제7 믹서가 상기 제3 믹서의 출력과 상기 제5 믹서의 출력을 더하는 단계; 및 제8 믹서가 상기 제4 믹서의 출력과 상기 제6 믹서의 출력을 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the step of demodulating the output of the down-conversion demodulator according to an embodiment of the present invention, the third mixer includes the first orthogonal carrier signal (I) with respect to the real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter multiplying c [n]); multiplying, by a fourth mixer, a negative value of a second orthogonal carrier signal (Q c [n]) by a real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter; multiplying, by a fifth mixer, a second orthogonal carrier signal (I c [n]) by the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter; multiplying, by a sixth mixer, a first orthogonal carrier signal (I c [n]) by the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter; adding, by a seventh mixer, the output of the third mixer and the output of the fifth mixer; and the eighth mixer adding the output of the fourth mixer and the output of the sixth mixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은 생체 신호 검출 센서의 출력 신호를 복소(complex) 신호 복조 알고리즘 또는 아크탄젠트(arctangent) 복조 알고리즘을 이용하여 생체신호를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.The biosignal detection method according to an embodiment of the present invention may further include detecting the biosignal using a complex signal demodulation algorithm or an arctangent demodulation algorithm for the output signal of the biosignal detection sensor. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 검출을 위한 low-IF 레이더 센서, 시스템 및 이를 이용한 생체 신호 검출 방법은 레이더 수신기 앞 단에 스위치 또는 믹서가 배치되어 있는 구조를 취한다. 이러한 구조를 통해 수신 신호를 변조함으로써, 수신기의 저주파 잡음에 따른 영향을 줄이고자 하였다. A low-IF radar sensor and system for detecting biosignals and a biosignal detecting method using the same according to an embodiment of the present invention have a structure in which a switch or a mixer is disposed in front of a radar receiver. By modulating the received signal through this structure, it was attempted to reduce the influence of the low-frequency noise of the receiver.

기존의 직접 변환 수신기를 이용하는 레이더는 믹서와 기저대역 증폭기 등의 회로로부터 저주파 잡음에 의한 영향을 크게 받기 때문에, 먼 거리에서의 생체신호 측정이 불가능한 문제점이 있었지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 더 넓은 범위에서의 생체신호 검출이 가능하다. Since the radar using the conventional direct conversion receiver is greatly affected by low-frequency noise from circuits such as mixers and baseband amplifiers, there is a problem in that it is impossible to measure biosignals from a long distance, but according to an embodiment of the present invention, Biosignal detection in a wider range is possible.

본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 스위칭 수신기를 이용한 low-IF 레이더는 종래에 제안된 여러가지의 low-IF 레이더의 단점을 극복 할 수 있다.The low-IF radar using a switching receiver proposed according to an embodiment of the present invention can overcome the disadvantages of various low-IF radars proposed in the prior art.

본 발명은 1) 신호원의 위상 잡음에 대한 영향을 상쇄하는 범위 상관관계(range-correlation) 효과를 적용할 수 있으며, 2) 간단한 구조로 동작이 가능하고, 3) 신호가 검출되지 않는 널 감지 지점(null detection point)이 없는 이점이 있다.The present invention can 1) apply a range-correlation effect that cancels the effect of a signal source on phase noise, 2) it can be operated with a simple structure, and 3) null detection in which a signal is not detected The advantage is that there is no null detection point.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 IF 신호를 디지털 단에서 복조하는 디지털 신호처리 방법은 직접 IF 반송파(carrier)를 생플링하지 않더라도 디지털 단에서 생성된 IF 반송파(carrier)의 위상 오프셋에 의한 영향을 받지않고 수신한 IF 신호를 복조 할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the digital signal processing method for demodulating the IF signal in the digital stage according to an embodiment of the present invention, the effect of the phase offset of the IF carrier generated in the digital stage even if the IF carrier is not directly sampled. It has the advantage of being able to demodulate the received IF signal without receiving it.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 이용하면, 광 범위에서 사람의 존재 유무, 호흡 신호, 그리고 심장박동 신호를 검출 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 이용한 시스템은 기존의 다른 low-IF 레이더에 비해 간단한 하드웨어 구조를 갖기 때문에, 추가적인 전력 소모나 비용이 크지 않아 비용이 효율적인 장점도 있다.Using the sensor according to an embodiment of the present invention, it is possible to detect the presence or absence of a person, a breathing signal, and a heartbeat signal in a wide range. In addition, since the system using the sensor according to an embodiment of the present invention has a simple hardware structure compared to other low-IF radars, additional power consumption or cost is not large, so it is cost-effective.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 생체신호 검출을 위한 종래기술 중 직접 변환 구조의 레이더를 나타낸다.
도 2는 생체신호 검출을 위한 종래기술 중 Low-IF 구조의 레이더를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서의 회로 구조를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호 인가부가 스위치로 구성된 것을 나타내고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호 인가부가 믹서로 구성된 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호(IF)를 이용하는 원리를 주파수 도메인에서 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변환 복조부의 블록도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IF 반송파 신호와 수신한 IF 신호 사이의 코히어런스를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 나타난 위상 차로 인하여 왜곡된 복조 신호를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 기저대역 신호를 복조한 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더와 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 성능을 비교하기 위한 실험 설계를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 성능을 측정하는 환경을 나타낸다.
도 12는 사람이 존재하지 않는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.
도 13은 피 측정자가 3 m 거리에 존재하는 경우에서 검출된 생체신호 파형을 비교한 것으로, 도13a는 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 결과이며, 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 결과이다.
도 14는 피 측정자가 3 m 거리에 존재하는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.
도 15는 피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우에서 검출된 생체신호 파형을 비교한 것으로, 도 15a는 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 결과이며, 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 결과이다.
도 16은 피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법의 순서도이다.
1 shows a radar having a direct conversion structure in the prior art for detecting a biosignal.
2 shows a radar having a low-IF structure in the prior art for detecting a biosignal.
3 shows a circuit structure of a radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4A shows a switching signal applying unit configured as a switch according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a switching signal applying unit configured as a mixer according to another embodiment of the present invention.
5 illustrates a principle of using a switching signal IF in the frequency domain according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a down-conversion demodulator according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates coherence between an IF carrier signal and a received IF signal according to an embodiment of the present invention.
8 shows a demodulated signal distorted due to the phase difference shown in FIG. 7 .
9 shows a result of demodulating a baseband signal according to an embodiment of the present invention.
10 shows an experimental design for comparing the performance of the radar according to an embodiment of the present invention and the radar of the conventional direct conversion receiver structure.
11 shows an environment for measuring the performance of a radar according to an embodiment of the present invention.
12 shows experimental results (frequency domain spectrum) comparing the performance of the present invention and the conventional radar in the absence of a human.
13 is a comparison of biosignal waveforms detected when the subject is at a distance of 3 m. FIG. 13A is a result of a radar having a conventional direct conversion receiver structure, and FIG. This is the result of the radar.
14 shows experimental results (frequency domain spectrum) comparing the performance of the present invention and the conventional radar in the case where the subject to be measured is present at a distance of 3 m.
15 is a comparison of bio-signal waveforms detected when the subject to be measured is present at a distance of 6 m. FIG. 15A is a result of a radar having a conventional direct conversion receiver structure, and FIG. 15B is a diagram according to an embodiment of the present invention. This is the result of the radar.
16 shows experimental results (frequency domain spectrum) comparing the performance of the present invention and the conventional radar in the case where the subject to be measured is present at a distance of 6 m.
17 is a flowchart of a biosignal detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related description items or any of a plurality of related description items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. something to do. On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should also be understood that the terms "first" and "second" are used herein for distinguishing purposes only, and are not meant to indicate or anticipate sequences or priorities in any way.

명세서 전체에서, I는 실수부(real part)을 의미하고, Q는 복소부(imaginary part)을 의미하며, f는 주파수를 의미하며, fLO는 신호원의 주파수를 의미하는 것으로 지칭될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.Throughout the specification, it may be referred to as I means a real part, Q means a complex part, f means a frequency, and f LO means a frequency of a signal source. . However, the present invention is not limited thereto.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part includes a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서의 회로 구조를 나타낸다.3 shows a circuit structure of a radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서의 회로 구조는 수신부(320)에 스위칭 신호를 인가하는 스위칭 신호 인가부(330)가 직접 연결되어 있는 구조를 가진다. 즉, 본 발명은 수신부(320) 앞 단에 스위칭 신호 인가부(330)가 배치되어 있는 점을 특징으로 한다.The circuit structure of the radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention has a structure in which the switching signal applying unit 330 for applying a switching signal to the receiving unit 320 is directly connected. That is, the present invention is characterized in that the switching signal applying unit 330 is disposed in front of the receiving unit 320 .

본 발명의 수신부(320)는 송신부(310)에서 생명체를 향해 레이더 신호를 송신하면, 생명체로부터 반사되는 신호를 수신할 수 있다. The receiver 320 of the present invention may receive a signal reflected from the living organism when the transmitter 310 transmits a radar signal toward the living organism.

도 4는 스위칭 신호 인가부의 서로 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호 인가부가 스위치(331)로 구성된 것을 나타내고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 신호 인가부가 믹서(332)로 구성된 것을 나타낸다. 4 shows different embodiments of a switching signal applying unit, FIG. 4A shows a switching signal applying unit including a switch 331 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is another embodiment of the present invention. It shows that the switching signal applying unit is constituted by the mixer 332 .

스위칭 신호 인가부(330)는 중간대역 주파수(Intermediate Frequency, IF)의 신호를 회로에 인가하며, 도 4a와 같이 스위치 형태로 구성되거나, 도 4b와 같이 믹서로 구성될 수 있다. The switching signal applying unit 330 applies a signal of an intermediate frequency (IF) to the circuit, and may be configured in the form of a switch as shown in FIG. 4A or a mixer as shown in FIG. 4B .

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 생체신호 검출 센서의 회로는 스위칭 신호 인가부(330)의 후단에 신호원 주파수 제거부를 포함할 수 있다. 신호원 주파수 제거부는 중간 주파수(IF)에 의해 변조된 수신 신호로부터 신호원 주파수를 제거할 수 있다.The circuit of the radar biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention may include a signal source frequency removal unit at the rear end of the switching signal applying unit 330 . The signal source frequency removal unit may remove the signal source frequency from the received signal modulated by the intermediate frequency (IF).

본 발명의 일 실시예에 따른 신호원 주파수 제거부는 상기 송신부(310)에 연결된 신호원(340), 신호원(340)에 직접 연결된 I/Q 변조기(360), 제1믹서(350), 및 제2믹서(370)를 포함할 수 있다. The signal source frequency removal unit according to an embodiment of the present invention includes a signal source 340 connected to the transmitter 310 , an I/Q modulator 360 directly connected to the signal source 340 , a first mixer 350 , and A second mixer 370 may be included.

I/Q 변조기(360)는 상기 신호원(340)에서 출력되는 신호를 I/Q 실수부-복소부 신호로 변조하고, 제1 믹서(350)는 I/Q 변조기(360)를 통해 변조된 신호 중 실수부 신호와 상기 스위칭 신호 인가부(330)를 통해 변조된 신호를 결합하며, 제2 믹서(370)는 I/Q 변조기(360)를 통해 변조된 신호 중 복소부 신호와 상기 스위칭 신호 인가부(330)를 통해 변조된 신호를 결합할 수 있다.The I/Q modulator 360 modulates the signal output from the signal source 340 into an I/Q real-part-complex signal, and the first mixer 350 modulates the signal outputted through the I/Q modulator 360 . The real part signal among the signals and the signal modulated through the switching signal applying unit 330 are combined, and the second mixer 370 includes the complex part signal and the switching signal among the signals modulated through the I/Q modulator 360 . The modulated signal may be combined through the applying unit 330 .

상기 신호원 주파수 제거부를 통해 신호원 주파수가 제거된 I/Q 신호는 A/D 컨버터(380)를 통해 디지털 신호로 변환된 후, IF-BB 하향 변환 복조 될 수 있다. 하향 변환 복조에 관하여는 도X를 참조하여 후술한다.The I/Q signal from which the signal source frequency has been removed through the signal source frequency removal unit may be converted into a digital signal through the A/D converter 380 and then IF-BB downconverted and demodulated. Down-conversion demodulation will be described later with reference to FIG. X.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 검출 센서의 회로 구조는 레이더에서 수신부의 저주파 잡음을 피하여 신호 대 잡음 비(SNR)를 향상시킬 수 있다.The circuit structure of the biosignal detection sensor according to an embodiment of the present invention can improve the signal-to-noise ratio (SNR) by avoiding the low-frequency noise of the receiver in the radar.

먼저, 송신부(310)에서 신호를 전파한 후, 수신부(320)는 물체에 의해 반사된 신호를 수신한다. 반사된 신호는 물체의 움직임에 의해 위상 변조된 신호이며, 변조된 위상으로부터 사람의 호흡, 심박 등의 생체신호 얻을 수 있다. 이와 같이 송신 신호원(340)의 주파수가

Figure 112019094217614-pat00009
일 때 변조된 위상신호를
Figure 112019094217614-pat00010
라고 하면 수신부(320)에서 수신하는 신호
Figure 112019094217614-pat00011
는 아래와 같이 나타낼 수 있다.First, after the transmitter 310 propagates the signal, the receiver 320 receives the signal reflected by the object. The reflected signal is a signal that is phase-modulated by the movement of an object, and bio-signals such as human respiration and heartbeat can be obtained from the modulated phase. As such, the frequency of the transmission signal source 340 is
Figure 112019094217614-pat00009
When the modulated phase signal is
Figure 112019094217614-pat00010
A signal received by the receiver 320
Figure 112019094217614-pat00011
can be expressed as below.

Figure 112019094217614-pat00012
Figure 112019094217614-pat00012

이때,

Figure 112019094217614-pat00013
는 신호원의 위상 잡음을 나타내며
Figure 112019094217614-pat00014
는 송수신 거리에 의한 시간지연을 나타낸다. 또, 심장박동신호
Figure 112019094217614-pat00015
, 호흡신호
Figure 112019094217614-pat00016
, 그리고 신호원의 파장을
Figure 112019094217614-pat00017
라고 할 때,
Figure 112019094217614-pat00018
는 아래와 같이 나타낼 수 있다.At this time,
Figure 112019094217614-pat00013
is the phase noise of the signal source,
Figure 112019094217614-pat00014
represents the time delay due to the transmission/reception distance. Also, the heartbeat signal
Figure 112019094217614-pat00015
, respiratory signal
Figure 112019094217614-pat00016
, and the wavelength of the signal source
Figure 112019094217614-pat00017
when said,
Figure 112019094217614-pat00018
can be expressed as below.

Figure 112019094217614-pat00019
Figure 112019094217614-pat00019

선술한 바와 같이, 종래의 기술에서는 수신부(320)인 안테나로부터 수신되는 신호

Figure 112019094217614-pat00020
를 직접 변환하게 되면 저주파 잡음의 영향을 그대로 받는 문제가 있다. 도 3과 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제안하는 회로 구조는 수신기 앞 단에 스위칭 신호 인가부(330)를 배치함으로써, 스위칭 신호 인가부(330)의 스위칭 동작을 통해 수신 신호를 변조할 수 있다. 스위칭 신호(IF)의 주파수와 초기 위상을 각각
Figure 112019094217614-pat00021
,
Figure 112019094217614-pat00022
라고 할 때, 스위치(331)를 통과한 신호
Figure 112019094217614-pat00023
는 다음 수학식 3과 같이 표현된다.As described above, in the prior art, the signal received from the antenna, which is the receiving unit 320 .
Figure 112019094217614-pat00020
There is a problem in that it is directly affected by low-frequency noise if it is directly converted. As shown in FIG. 3 , in the circuit structure proposed according to an embodiment of the present invention, the receiving signal can be modulated through the switching operation of the switching signal applying unit 330 by disposing the switching signal applying unit 330 in front of the receiver. have. The frequency and initial phase of the switching signal (IF) are respectively
Figure 112019094217614-pat00021
,
Figure 112019094217614-pat00022
When , the signal passed through the switch 331
Figure 112019094217614-pat00023
is expressed as in Equation 3 below.

Figure 112019094217614-pat00024
Figure 112019094217614-pat00024

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호(IF)를 이용하는 원리를 주파수 도메인에서 나타낸 것이다.5 illustrates a principle of using a switching signal IF in the frequency domain according to an embodiment of the present invention.

스위칭 신호(IF, 51)의 의해 변조된 수신 신호(52)는

Figure 112019094217614-pat00025
,
Figure 112019094217614-pat00026
에 위치하게 된다. 본 발명은 LO 신호원 주파수(53, 54)에 의한 널 감지 지점을 피하기 위해, I/Q 믹서인 제1 믹서(350) 및 제2 믹서(370)를 이용하여, 상기 수신 신호(52)를 IF 신호로 변환한다.The reception signal 52 modulated by the switching signal IF and 51 is
Figure 112019094217614-pat00025
,
Figure 112019094217614-pat00026
will be located in The present invention uses the first mixer 350 and the second mixer 370, which are I/Q mixers, to avoid the null detection point due to the LO signal source frequencies 53 and 54, and the received signal 52 is Convert to IF signal.

I/Q 믹서인 제1 믹서(350) 및 제2 믹서(370)를 거쳐 하향 변환된

Figure 112019094217614-pat00027
,
Figure 112019094217614-pat00028
신호는 각각 아래 수학식 4로 나타낼 수 있다.Down-converted through the first mixer 350 and the second mixer 370, which are I/Q mixers
Figure 112019094217614-pat00027
,
Figure 112019094217614-pat00028
Each signal can be represented by Equation 4 below.

Figure 112019094217614-pat00029
Figure 112019094217614-pat00029

LO 신호원의 잔여 위상잡음인

Figure 112019094217614-pat00030
는 범위 상관 관계(range-correlation) 효과에 의해 상쇄 될 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 회로 구조는 고주파 신호원의 위상잡음에 영향을 받지 않는다. The residual phase noise of the LO signal source is
Figure 112019094217614-pat00030
Since can be canceled by the range-correlation effect, the circuit structure proposed according to an embodiment of the present invention is not affected by the phase noise of the high-frequency signal source.

상기 수학식 4와 같이 하향 변환된

Figure 112019094217614-pat00031
,
Figure 112019094217614-pat00032
신호는 IF 주파수(51)에 위치해 있기 때문에 믹서와 기저대역 증폭기의 저주파 잡음의 영향을 받지 않는다. Down-converted as in Equation 4
Figure 112019094217614-pat00031
,
Figure 112019094217614-pat00032
Because the signal is located at the IF frequency 51, it is not affected by the low-frequency noise of the mixer and baseband amplifier.

제1 믹서(350) 및 제2 믹서(370)에 의해 변환된 신호는 도 3과 같이, 아날로그-디지털 변환기(380)를 통해 샘플링하여 처리하게 되고, 이를 통해 레이더 수신기 잡음(5a)으로부터의 영향을 최소화 할 수 있다.The signal converted by the first mixer 350 and the second mixer 370 is sampled and processed through the analog-to-digital converter 380, as shown in FIG. 3, and through this, the effect from the radar receiver noise 5a can be minimized.

본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 레이더 생체신호 검출 센서의 회로 구조는 레이더의 수신부(320)에서 변조를 통해 주파수

Figure 112019094217614-pat00033
,
Figure 112019094217614-pat00034
를 갖는 신호가 생성되기 때문에 IF 주파수에 의해 널 감지 지점이 발생하지 않는 효과가 있다.The circuit structure of the radar bio-signal detection sensor proposed according to an embodiment of the present invention is a frequency through modulation in the receiver 320 of the radar.
Figure 112019094217614-pat00033
,
Figure 112019094217614-pat00034
Since a signal with

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변환 복조부의 블록도를 나타낸다. 6 is a block diagram of a down-conversion demodulator according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하여, 아날로그-디지털 변환기(380)를 통해 샘플링된 IF 신호(IIF, QIF)를 기저대역 신호로 복조하는 비-동기 복조 방법(unsynchronized demodulation)을 설명한다. An unsynchronized demodulation method of demodulating the IF signals I IF and Q IF sampled through the analog-to-digital converter 380 into a baseband signal will be described with reference to FIG. 6 .

도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변환 복조부(390)는 대역 통과 필터, 반송파 신호(carrier)를 곱하는 복수의 믹서들(391, 392, 393, 394), 믹서들의 출력값들을 결합하는 복수의 믹서들(395, 396)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the downconversion demodulator 390 according to an embodiment of the present invention includes a band pass filter, a plurality of mixers 391 , 392 , 393 , and 394 multiplying a carrier signal, and output values of the mixers. It may include a plurality of mixers 395 and 396 that combine them.

반송파 신호(carrier)를 곱하는 복수의 믹서들(391, 392, 393, 394)은 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제3 믹서(391); 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Ic[n])의 음(-)의 값을 곱하는 제4 믹서(392); 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제5 믹서(393); 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제6 믹서(394)를 포함할 수 있다.A plurality of mixers 391 , 392 , 393 , 394 multiplying the carrier signal (carrier) is a first orthogonal carrier signal (I c [n] ) for the real part signal (I IF ) sampled in the first analog-to-digital converter ) multiplied by a third mixer 391; a fourth mixer 392 for multiplying the real signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter by a negative value of a second orthogonal carrier signal (I c [n]); a fifth mixer 393 for multiplying the complex signal Q IF sampled by the second analog-to-digital converter by a second orthogonal carrier signal I c [n]; The second analog-to-digital converter may include a sixth mixer 394 that multiplies the sampled complex signal Q IF by the first orthogonal carrier signal I c [n].

믹서들의 출력값들을 결합하는 복수의 믹서들은 상기 제3 믹서(391)의 출력과 상기 제5 믹서(393)의 출력을 더하는 제7 믹서(395); 및 상기 제4 믹서(392)의 출력과 상기 제6 믹서(394)의 출력을 더하는 제8 믹서(396)를 포함할 수 있다.The plurality of mixers for combining the output values of the mixers include: a seventh mixer 395 that adds the output of the third mixer 391 and the output of the fifth mixer 393; and an eighth mixer 396 that adds the output of the fourth mixer 392 and the output of the sixth mixer 394 .

이하, 도 6을 참조하여, 하향 변환 복조부에서 샘플링된 신호를 복조하는 디지털 신호처리 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a digital signal processing method for demodulating a signal sampled by the down-conversion demodulator will be described in detail with reference to FIG. 6 .

생체신호의 움직임에 의해 변조된 위상 신호를 얻기 위해서는 아날로그-디지털 변환기를 거쳐 샘플링된 신호를 디지털 단에서 복조해야 한다. 즉, IF 변조된 신호로부터 IF 신호를 제거한 후 원하는 생체신호 신호만을 얻는 방법이 필요하다. In order to obtain a phase signal modulated by the movement of a biosignal, a signal sampled through an analog-to-digital converter must be demodulated in a digital stage. That is, there is a need for a method of obtaining only a desired biosignal signal after removing the IF signal from the IF-modulated signal.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 IF 반송파 신호와 수신한 IF 신호 사이의 코히어런스를 나타내고, 도 8은 도 7에 나타난 위상 차(

Figure 112019094217614-pat00035
)로 인하여, 왜곡된 복조 신호를 나타낸다.7 shows the coherence between the IF carrier signal and the received IF signal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows the phase difference (
Figure 112019094217614-pat00035
), resulting in a distorted demodulation signal.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반송파 신호(IF carrier)를 반영하여 샘플링된 신호를 복조하는데, 하향 변환 복조부는 도 7에서 나타난 바와 같이, 수신한 IF 신호(71)와 디지털단에서 생성된 IF 반송파 신호(72) 사이의 코히어런시(coherency)가 맞지 않아도(

Figure 112019094217614-pat00036
발생) 왜곡없이 원하는 신호를 복조할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, a signal sampled by reflecting an IF carrier is demodulated. As shown in FIG. 7 , the downconversion demodulator generates the received IF signal 71 and the digital terminal. Even if the coherency between the IF carrier signals 72 does not match (
Figure 112019094217614-pat00036
The desired signal can be demodulated without distortion.

수신된 IF 신호의 실수부(in-phase) 신호와 IF 반송파(carrier) 신호 사이의 coherency가 맞지 않으면(), 도 8과 같이

Figure 112019094217614-pat00037
만큼 신호의 감쇄가 일어나게 된다. 보다 구체적으로,
Figure 112019094217614-pat00038
가 0°인 경우(81)는 신호 감쇄가 일어나지 않고,
Figure 112019094217614-pat00039
가 45°인 경우(82), 60°인 경우(83) 각각 신호 감쇄가 순차적으로 감쇄된 것을 확인할 수 있으며,
Figure 112019094217614-pat00040
가 90°인 경우(84)에는 신호가 완전히 감쇄되어 복조되지 않는다. 즉,
Figure 112019094217614-pat00041
가 π/2+kπ 만큼 차이가 나면 원하는 신호가 복조 되지 않는 문제가 있다. If the coherency between the in-phase signal and the IF carrier signal of the received IF signal does not match (), as shown in FIG.
Figure 112019094217614-pat00037
The attenuation of the signal will occur. More specifically,
Figure 112019094217614-pat00038
When is 0 ° (81), signal attenuation does not occur,
Figure 112019094217614-pat00039
When is 45° (82), when it is 60° (83), it can be seen that the signal attenuation is sequentially attenuated,
Figure 112019094217614-pat00040
When is 90° (84), the signal is completely attenuated and not demodulated. in other words,
Figure 112019094217614-pat00041
If π/2+kπ is different, there is a problem in that the desired signal is not demodulated.

본 발명의 일 실시예에 따라 신호를 복조하는 방법을 구체적으로 설명하면, 먼저 샘플링된

Figure 112019094217614-pat00042
,
Figure 112019094217614-pat00043
신호는 각각 대역 통과 필터를 거쳐 아웃 밴드(out-band) 주파수에 존재하는 잡음들이 제거된다. When a method for demodulating a signal according to an embodiment of the present invention will be described in detail, first sampled
Figure 112019094217614-pat00042
,
Figure 112019094217614-pat00043
Each signal passes through a band-pass filter to remove noises present at out-band frequencies.

샘플링된

Figure 112019094217614-pat00044
,
Figure 112019094217614-pat00045
신호는 상술한 수학식 4로부터 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. sampled
Figure 112019094217614-pat00044
,
Figure 112019094217614-pat00045
The signal can be expressed as Equation 5 below from Equation 4 above.

Figure 112019094217614-pat00046
Figure 112019094217614-pat00046

IF 신호를 하향 변환하기 위해 사용하는 직교 IF 반송파(quadrature IF carrier)는 디지털단에서 생성되고, 아래 수학식 6과 같이

Figure 112019094217614-pat00047
,
Figure 112019094217614-pat00048
로 표현될 수 있다.A quadrature IF carrier used for down-converting the IF signal is generated at the digital stage, and as shown in Equation 6 below
Figure 112019094217614-pat00047
,
Figure 112019094217614-pat00048
can be expressed as

Figure 112019094217614-pat00049
Figure 112019094217614-pat00049

상기 IF 반송파의 실수부

Figure 112019094217614-pat00050
는 제3믹서(391) 및 제6믹서(394)에 인가되고, 상기 IF 반송파의 복소부
Figure 112019094217614-pat00051
는 제4믹서(392) 및 제5 믹서(393)에 인가될 수 있다. Real part of the IF carrier
Figure 112019094217614-pat00050
is applied to the third mixer 391 and the sixth mixer 394, and the complex part of the IF carrier wave
Figure 112019094217614-pat00051
may be applied to the fourth mixer 392 and the fifth mixer 393 .

이때, 수신된 IF 신호의 실수부(in-phase) 신호인

Figure 112019094217614-pat00052
와 IF 반송파 신호
Figure 112019094217614-pat00053
를 곱하여 신호를 복조하면, 아래 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.At this time, the in-phase signal of the received IF signal is
Figure 112019094217614-pat00052
with IF carrier signal
Figure 112019094217614-pat00053
If the signal is demodulated by multiplying by , it can be expressed as in Equation 7 below.

Figure 112019094217614-pat00054
Figure 112019094217614-pat00054

상술한 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 디지털 IF carrier 신호와 수신된 IF 신호 사이의 coherency 문제는, 직교 IF 반송파 신호 사이의 곱을 이용하여 해결될 수 있다. 수신된 IF 신호의 실수부(in-phase) 신호와 복소부(quadrature phase) 신호

Figure 112019094217614-pat00055
,
Figure 112019094217614-pat00056
각각을
Figure 112019094217614-pat00057
,
Figure 112019094217614-pat00058
사이의 곱으로 표현하면, 아래와 같다.The coherency problem between the digital IF carrier signal and the received IF signal described above with reference to FIGS. 7 and 8 can be solved by using a product between the orthogonal IF carrier signals. The in-phase signal and the quadrature phase signal of the received IF signal
Figure 112019094217614-pat00055
,
Figure 112019094217614-pat00056
each
Figure 112019094217614-pat00057
,
Figure 112019094217614-pat00058
Expressed as a product between

Figure 112019094217614-pat00059
Figure 112019094217614-pat00059

Figure 112019094217614-pat00060
Figure 112019094217614-pat00060

Figure 112019094217614-pat00061
Figure 112019094217614-pat00061

Figure 112019094217614-pat00062
Figure 112019094217614-pat00062

수학식 8은 도 6의 제3 믹서(391)에서 얻을 수 있고, 수학식 9는 제4 믹서(392)에서, 수학식 11은 제5믹서(393), 수학식 10은 제6 믹서(394)에서 얻을 수 있다.Equation 8 can be obtained from the third mixer 391 of FIG. 6, Equation 9 is the fourth mixer 392, Equation 11 is the fifth mixer 393, Equation 10 is the sixth mixer 394 ) can be obtained from

위의 결과를 이용하여 두 신호 사이의 위상 오프셋에 영향을 받지 않는 기저대역 신호

Figure 112019094217614-pat00063
Figure 112019094217614-pat00064
는 각각 도 6의 제7믹서(395) 및 제8 믹서(396)를 통해 아래 수학식 12와 같이 얻을 수 있다. Using the above results, we use the baseband signal to be unaffected by the phase offset between the two signals.
Figure 112019094217614-pat00063
Wow
Figure 112019094217614-pat00064
can be obtained as in Equation 12 below through the seventh mixer 395 and the eighth mixer 396 of FIG. 6 , respectively.

Figure 112019094217614-pat00065
Figure 112019094217614-pat00065

본 발명의 일 실시예에 따라 기저대역 신호

Figure 112019094217614-pat00066
Figure 112019094217614-pat00067
를 복조하면, 도 9에 나타난 바와 같이,
Figure 112019094217614-pat00068
에 의해 신호의 감쇄가 일어나지 않는 기저대역 신호를 얻을 수 있게 된다. 즉,
Figure 112019094217614-pat00069
가 0°인 경우(91),
Figure 112019094217614-pat00070
가 45°인 경우(92),
Figure 112019094217614-pat00071
가 60°인 경우(93) 및
Figure 112019094217614-pat00072
가 90°인 경우(94) 모두에서 신호가 감쇄되지 않을 것을 확인할 수 있다.Baseband signal according to an embodiment of the present invention
Figure 112019094217614-pat00066
Wow
Figure 112019094217614-pat00067
If we demodulate, as shown in Fig. 9,
Figure 112019094217614-pat00068
Thus, it is possible to obtain a baseband signal in which signal attenuation does not occur. in other words,
Figure 112019094217614-pat00069
is 0° (91),
Figure 112019094217614-pat00070
is 45° (92),
Figure 112019094217614-pat00071
is 60° (93) and
Figure 112019094217614-pat00072
It can be seen that the signal is not attenuated in all cases (94) of is 90°.

상술한 복조 과정을 거쳐 얻은 신호를 기존의 생체신호 검출 레이더에서 사용되는 complex signal demodulation (CSD) 또는 arctangent demodulation (AD)에 이용하면 생체 신호

Figure 112019094217614-pat00073
를 검출할 수 있다.When the signal obtained through the above-described demodulation process is used for complex signal demodulation (CSD) or arctangent demodulation (AD) used in existing biosignal detection radar, the biosignal
Figure 112019094217614-pat00073
can be detected.

본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 IF 복조 방법은 실제 수신된 IF 신호와 IF 신호를 하향 변환하는데 사용되는 carrier 신호 사이에 동기화를 필요로 하지 않는다. 따라서, 실제 조정에 사용되는 IF 반송파를 추가적인 아날로그-디지털 변환기를 통해 샘플링할 필요가 없다. 또한, 종래에 사용되었던 envelope detection을 이용하는 복조 방법은 harmonic frequency가 생성되는 문제가 있지만, 본 발명에 따른 IF 복조 방법은 종래에 발생하였던 harmonic frequency로부터 자유롭다는 장점이 있다.The digital IF demodulation method according to an embodiment of the present invention does not require synchronization between an actually received IF signal and a carrier signal used for down-converting the IF signal. Therefore, there is no need to sample the IF carrier used for the actual adjustment through an additional analog-to-digital converter. In addition, the conventional demodulation method using envelope detection has a problem in that a harmonic frequency is generated, but the IF demodulation method according to the present invention has an advantage in that it is free from the harmonic frequency that has occurred in the prior art.

이하 본 발명의 효과를 입증하는 실험을 수행하고, 그 실험 결과에 대하여 설명한다. Hereinafter, an experiment to prove the effect of the present invention is performed, and the experimental results will be described.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더와 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 성능을 비교하기 위한 실험 설계를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 구조(1000)와 종래의 직접변환 수신기 구조(2000)를 병렬 설계하여 비교하였다.10 shows an experimental design for comparing the performance of a radar according to an embodiment of the present invention and a radar having a conventional direct conversion receiver structure. A radar structure 1000 according to an embodiment of the present invention and a conventional direct conversion receiver structure 2000 were designed in parallel and compared.

측정방법How to measure

본 발명의 일 실시예에 따라 제안한 스위칭 수신기(330)를 이용한 low-IF 레이더의 동작을 검증하기 위해, 여러 번의 측정과 시뮬레이션을 진행하였다. 동등한 비교를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 구조(1000)의 레이더와 종래의 직접변환 구조의 레이더(2000) 각각을 이용하여 동시에 측정을 진행하였다. 실험에서 하나의 송신부를 이용하고, 하나의 수신부 안테나로부터 입력되는 레이더 신호를 파워 분류기(power splitter)를 이용하였다. In order to verify the operation of the low-IF radar using the switching receiver 330 proposed according to an embodiment of the present invention, measurements and simulations were performed several times. For equal comparison, measurements were simultaneously performed using the radar of the structure 1000 according to the embodiment of the present invention and the radar 2000 of the conventional direct conversion structure, respectively. In the experiment, one transmitter was used, and a power splitter was used for the radar signal input from one receiver antenna.

실험에 사용된 레이더 센서로 상용 24GHz RF 송신 모듈 및 수신 모듈 BGT24MTR12를 사용하였으며, 제안된 스위칭 수신기(330)에 사용되는 스위치는 ADRF5020로 24GHz에서 약 2dB의 손실을 갖는다. 송신 신호의 파워는 3dB, 송신, 수신 안테나의 이득은 14dBi, 수신기의 잡음 지수는 12dB 이며 수신기 전체의 이득은 36 dB이다. 또, IF 주파수의 경우 1kHz 또는 10kHz를 사용하였으며, 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 주파수는 50kHz이고 한번 측정 시 20초 동안 측정을 진행하였다.A commercial 24GHz RF transmission module and reception module BGT24MTR12 were used as radar sensors used in the experiment, and the switch used in the proposed switching receiver 330 is an ADRF5020, which has a loss of about 2dB at 24GHz. The power of the transmit signal is 3dB, the gain of the transmit and receive antennas is 14dBi, the noise figure of the receiver is 12dB, and the overall gain of the receiver is 36dB. In addition, in the case of IF frequency, 1kHz or 10kHz was used, and the sampling frequency of the analog-to-digital converter was 50kHz, and measurement was carried out for 20 seconds at one time of measurement.

측정 장면의 예시는 도 11와 같으며, 레이더 성능을 검증하기 위해 사람이 존재하지 않는 경우(i), 사람이 3 m 거리에 존재하는 경우(ii), 그리고 사람이 6 m 거리에 존재하는 경우(iii)에 대하여 각각 측정하여 비교하였다. 도 11에서 피 측정자(300)는 가만히 서있는 상태에서 안정된 호흡을 유지 하였다.An example of a measurement scene is shown in FIG. 11 , when a person does not exist (i), when a person is present at a distance of 3 m (ii), and when a person is present at a distance of 6 m to verify radar performance For (iii), each was measured and compared. 11 , the subject 300 maintained stable breathing while standing still.

측정결과Measurement result

먼저 어떤 사람도 존재 하지 않을 때(i) 측정을 진행하였다. 이때, 어떤 물체의 움직임도 검출되지 않기 때문에 레이더 수신기와 신호원의 잔여 위상잡음만 측정된다. First, when no one was present (i), the measurement was carried out. At this time, since no object motion is detected, only the residual phase noise of the radar receiver and the signal source is measured.

도 12는 사람이 존재하지 않는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.12 shows experimental results (frequency domain spectrum) comparing the performance of the present invention and the conventional radar in the absence of a human.

검출되는 타겟 신호가 존재하지 않기 때문에 도 12에 따른 결과는 정규화 하지 않고 비교한 결과이다. 사람이 존재하지 않는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더를 사용한 결과(12)는 0Hz 주변의 저주파 잡음의 크기가 직접 변환 수신기를 사용한 결과(11)에 비해 현저히 줄어들었다. 본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 low-IF 레이더는 믹서와 기저대역 증폭기의 저주파 잡음의 영향을 받지 않기 때문에, 측정결과 약 12.8 dBmV/Hz 만큼 줄어든 것을 확인할 수 있다.Since there is no target signal to be detected, the result according to FIG. 12 is a result of comparison without normalization. When no person is present, in the result (12) using the radar according to an embodiment of the present invention, the magnitude of low-frequency noise around 0 Hz is significantly reduced compared to the result (11) using the direct conversion receiver. Since the low-IF radar proposed according to an embodiment of the present invention is not affected by the low-frequency noise of the mixer and the baseband amplifier, it can be confirmed that the measurement result is reduced by about 12.8 dBmV/Hz.

다음으로, 피 측정자가 3 m 거리에 존재하는 경우(ii), 앞선 측정과 같은 방법으로 측정을 진행하였다. Next, when the subject to be measured was present at a distance of 3 m (ii), measurement was performed in the same manner as in the previous measurement.

도 13은 피 측정자가 3 m 거리에 존재하는 경우에서 검출된 생체신호 파형을 비교한 것으로, 도13a는 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 결과이며, 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 결과이다.13 is a comparison of biosignal waveforms detected when the subject is at a distance of 3 m. FIG. 13A is a result of a radar having a conventional direct conversion receiver structure, and FIG. This is the result of the radar.

도 14는 피 측정자가 3 m 거리에 존재하는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.14 shows experimental results (frequency domain spectrum) comparing the performance of the present invention and the conventional radar in the case where the subject to be measured exists at a distance of 3 m.

도 14를 참조하면, 피 측정자(300)가 존재하는 경우 피 측정자의 호흡(Breathing)은 0.191Hz에서, 심장박동(Heart beat) 신호는 1.001Hz에서 검출되는 것을 확인 할 수 있다. 이 경우 두 레이더에서 발생하는 잡음 간의 동등한 비교를 위해, 검출된 호흡신호의 크기로 정규화하여 비교를 진행하였다.Referring to FIG. 14 , when the subject 300 is present, it can be confirmed that the subject's breathing is detected at 0.191 Hz and the heart beat signal is detected at 1.001 Hz. In this case, for equal comparison between the noises generated by the two radars, the comparison was performed by normalizing the magnitude of the detected respiration signal.

본 발명의 일 실시예에 따른 low-IF 레이더와 직접-변환 수신기를 이용하는 레이더에서 모두 같은 생체신호가 검출되는 것을 도 13a, 도 13b 및 도 14를 통해 확인 할 수 있다. It can be seen through FIGS. 13A, 13B and 14 that the same biosignal is detected by both the low-IF radar and the radar using the direct-conversion receiver according to an embodiment of the present invention.

그러나, 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 low-IF 레이더의 결과(15)는 직접-변환 수신기를 이용하는 레이더의 결과(14)에 비해 생체 신호 주변에 존재하는 저주파 잡음이 훨씬 줄어들었다. 측정된 생체신호 주변에 존재하는 저주파 잡음의 크기는 본 발명에서 약 12.9 dBmV/Hz 정도 감소하였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 스위칭 수신기를 이용한 low-IF 레이더를 이용함으로써, 향상된 신호 대 잡음비로 생체신호를 검출 할 수 있다.However, referring to FIG. 14 , the result 15 of the low-IF radar according to an embodiment of the present invention has much lower frequency noise in the vicinity of the biosignal than the result 14 of the radar using the direct-conversion receiver. decreased The magnitude of low-frequency noise existing around the measured biosignal was reduced by about 12.9 dBmV/Hz in the present invention. That is, by using a low-IF radar using a switching receiver according to an embodiment of the present invention, a biosignal can be detected with an improved signal-to-noise ratio.

마지막으로 피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우(iii)에서 실험을 진행하였다. 도 15는 피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우에서 검출된 생체신호 파형을 비교한 것으로, 도 15a는 종래의 직접변환 수신기 구조의 레이더의 결과이며, 도 15b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 결과이다. Finally, the experiment was carried out in the case where the subject to be measured was present at a distance of 6 m (iii). 15 is a comparison of bio-signal waveforms detected when the subject to be measured is present at a distance of 6 m. FIG. 15A is a result of a radar having a conventional direct conversion receiver structure, and FIG. 15B is a diagram according to an embodiment of the present invention. This is the result of the radar.

도 16은 피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우에서 본 발명과 종래의 레이더 성능을 비교한 실험 결과(주파수 도메인 스펙트럼)를 나타낸다.16 shows the experimental results (frequency domain spectrum) comparing the radar performance of the present invention and the conventional one in the case where the subject to be measured is present at a distance of 6 m.

피 측정자가 6 m 거리에 존재하는 경우(iii)는 피 측정자가 3 m에 위치할 때보다 반사되어 수신되는 신호의 크기가 약 12 dB 작아지게 된다. 안테나로부터 수신되는 신호의 크기가 작아지게 되면, 레이더 수신기 잡음에 신호가 묻히기 때문에 신호가 제대로 수신되지 않는 경우가 발생할 수 있다. When the measured object is at a distance of 6 m (iii), the size of the reflected and received signal is about 12 dB smaller than when the measured subject is located at 3 m. When the size of the signal received from the antenna decreases, the signal may not be properly received because the signal is buried in the radar receiver noise.

도 16을 참조하면, 종래의 직접-변환 수신기를 사용한 결과(16)는 호흡(Breathing)나 심장박동(Heartbeat)과 같은 사람의 생체신호가 제대로 검출되지 않는 걸 보여준다. 반면 본 발명의 일 실시예에 따라 스위칭 수신기를 이용한 low-IF 레이더의 결과(17)는 호흡(Breathing) 신호는 0.238 Hz에서, 심장박동(Heartbeat) 신호는 0.91 Hz에서 검출되는 것을 나타낸다. Referring to FIG. 16 , a result 16 using the conventional direct-conversion receiver shows that a human biosignal such as breathing or heartbeat is not properly detected. On the other hand, the result 17 of the low-IF radar using the switching receiver according to an embodiment of the present invention indicates that a breathing signal is detected at 0.238 Hz and a heartbeat signal is detected at 0.91 Hz.

또한, 본 발명은 직접변환 레이더에 비해 저주파 잡음의 크기가 약 16 dBmV/Hz 감소하였다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더를 이용하면 기존의 직접변환 레이더 구조에 비해 더 넓은 범위에서 사람의 존재 유무를 파악할 수 있으며, 그 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, in the present invention, the magnitude of low-frequency noise was reduced by about 16 dBmV/Hz compared to the direct conversion radar. That is, when the radar according to an embodiment of the present invention is used, it is possible to determine the presence or absence of a person in a wider range compared to the existing direct conversion radar structure, and the accuracy thereof can be improved.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법의 순서도이다.17 is a flowchart of a biosignal detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은 송신부가 생명체에 레이더 신호를 송신하는 단계(S100); 수신부가 상기 생명체로부터 반사된 레이더 신호를 수신하는 단계(S110); 및 스위칭 신호 인가부가 스위칭 신호를 인가하여 상기 반사된 레이더 신호를 변조하는 단계(S120); 신호원 주파수 제거부가 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 I/Q 변조기, 제1 믹서 및 제2 믹서를 이용하여 신호원 주파수를 제거하는 단계(S130); 제1 아날로그-디지털 변환기가 상기 제1 믹서의 출력을 샘플링하고, 제2 아날로그-디지털 변환기가 상기 제2 믹서의 출력을 샘플링하는 단계(S140); 하향 변환 복조부가 상기 샘플링된 출력에 대하여 각각 반송파(carrier) 신호를 반영하여 기저대역 신호로 변환함으로써 상기 출력을 복조하는 단계(S150) 및 복조된 신호로부터 생체신호를 검출하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.A biosignal detection method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (S100) transmitting, by a transmitter, a radar signal to a living organism; receiving, by a receiver, the radar signal reflected from the living organism (S110); and modulating the reflected radar signal by a switching signal applying unit applying a switching signal (S120); removing, by a signal source frequency removal unit, a signal source frequency by using an I/Q modulator, a first mixer, and a second mixer from the signal modulated through the switching signal application unit (S130); A first analog-to-digital converter sampling the output of the first mixer, the second analog-to-digital converter sampling the output of the second mixer (S140); Demodulating the output by a down-conversion demodulator reflecting a carrier signal to the sampled output and converting it into a baseband signal (S150) and detecting a biosignal from the demodulated signal (S160) can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법에 관한 설명은 레이더 생체 신호 검출 센서 및 그 시스템에 관한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.The description of the biosignal detection method according to the embodiment of the present invention may be equally applied to the description of the radar biosignal detection sensor and its system.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

300 : 생명체
310 : 송신부
320 : 수신부
330 : 스위칭 신호 인가부
331 : 스위치
332 : 믹서
340 : 신호원
350 : 제1 믹서
360 : I/Q 변조기
370 : 제2 믹서
380 : 아날로그-디지털 변환기
390 : 하향 변환 복조부
300 : life
310: transmitter
320: receiver
330: switching signal applying unit
331: switch
332 : mixer
340: signal source
350: first mixer
360 : I/Q modulator
370: second mixer
380: analog-to-digital converter
390: down-conversion demodulator

Claims (15)

레이더 생체신호 검출 센서에 있어서,
생명체를 향해 신호를 송신하는 송신부;
상기 생명체로부터 반사되는 신호를 수신하는 수신부; 및
상기 수신부에 직접 연결되어 스위칭 신호를 인가하는 스위칭 신호 인가부;를 포함하고,
상기 스위칭 신호는 중간대역 주파수(Intermediate frequency, IF)이고,
신호원 주파수 제거부를 더 포함하고,
상기 신호원 주파수 제거부는,
상기 송신부에 연결된 신호원에 직접 연결되고, 상기 신호원에서 출력되는 신호를 I/Q 실수부-복소부 신호로 변조하는 I/Q 변조기;
상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 실수부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 제1 믹서; 및
상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 복소부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 제2 믹서;를 포함하는 레이더 생체신호 검출 센서.
In the radar biosignal detection sensor,
a transmitter for transmitting a signal to a living organism;
a receiver for receiving a signal reflected from the living organism; and
a switching signal applying unit directly connected to the receiving unit to apply a switching signal;
The switching signal is an intermediate frequency (IF),
Further comprising a signal source frequency removal unit,
The signal source frequency removal unit,
an I/Q modulator directly connected to a signal source connected to the transmitter and modulating a signal output from the signal source into an I/Q real-part-complex signal;
a first mixer for combining a real part signal among the signals modulated through the I/Q modulator and a signal modulated through the switching signal applying unit; and
A radar biosignal detection sensor comprising a; a second mixer for combining the complex signal of the signal modulated through the I/Q modulator and the signal modulated through the switching signal applying unit.
제 1항에 있어서,
상기 스위칭 신호 인가부는 스위치 또는 믹서를 포함하는 레이더 생체신호 검출 센서.
The method of claim 1,
The switching signal applying unit is a radar biosignal detection sensor including a switch or a mixer.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 믹서의 출력을 샘플링하는 제1 아날로그-디지털 변환기 및
상기 제2 믹서의 출력을 샘플링하는 제2 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 레이더 생체 신호 검출 센서.
According to claim 1,
a first analog-to-digital converter for sampling the output of the first mixer; and
and a second analog-to-digital converter for sampling the output of the second mixer.
제5항에 있어서,
상기 제1 아날로그-디지털 변환기의 출력 및 상기 제2 아날로그-디지털 변환기의 출력에 대하여 각각 반송파(carrier) 신호를 반영하여 기저대역 신호로 변환함으로써 상기 출력을 복조하는 하향 변환 복조부를 더 포함하는 레이더 생체 신호 검출 센서.
6. The method of claim 5,
The radar living body further comprising a down-conversion demodulator for demodulating the output by reflecting a carrier signal with respect to the output of the first analog-to-digital converter and the output of the second analog-to-digital converter, respectively, and converting it into a baseband signal. signal detection sensor.
제6항에 있어서,
상기 하향 변환 복조부는,
제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제3 믹서;
상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc [n])의 음(-)의 값을 곱하는 제4 믹서;
상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc[n])를 곱하는 제5 믹서;
상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 제6 믹서;
상기 제3 믹서의 출력과 상기 제5 믹서의 출력을 더하는 제7 믹서; 및
상기 제4 믹서의 출력과 상기 제6 믹서의 출력을 더하는 제8 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 생체 신호 검출 센서.
7. The method of claim 6,
The down-conversion demodulator,
a third mixer for multiplying the real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter by the first orthogonal carrier signal (I c [n]);
a fourth mixer for multiplying the real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter by a negative value of a second orthogonal carrier signal (Q c [n]);
a fifth mixer for multiplying the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter by a second orthogonal carrier signal (Q c [n]);
a sixth mixer for multiplying the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter by a first orthogonal carrier signal (I c [n]);
a seventh mixer for adding the output of the third mixer and the output of the fifth mixer; and
and an eighth mixer for adding the output of the fourth mixer and the output of the sixth mixer.
제1항에 따른 레이더 생체 신호 검출 센서를 포함하고,
상기 생체 신호 검출 센서의 출력 신호를 복소(complex) 신호 복조 알고리즘 또는 아크탄젠트(arctangent) 복조 알고리즘을 이용하여 생체신호를 검출하는 레이더 생체 신호 검출 시스템.
Including the radar biosignal detection sensor according to claim 1,
A radar biosignal detection system for detecting a biosignal by using a complex signal demodulation algorithm or an arctangent demodulation algorithm for the output signal of the biosignal detection sensor.
생체 신호 검출 방법에 있어서,
송신부가 생명체에 레이더 신호를 송신하는 단계;
수신부가 상기 생명체로부터 반사된 레이더 신호를 수신하는 단계; 및
상기 수신부에 직접 연결된 스위칭 신호 인가부가 스위칭 신호를 인가하여 상기 반사된 레이더 신호를 변조하는 단계를 포함하고,
상기 스위칭 신호는 중간대역 주파수(Intermediate frequency, IF)이고,
신호원 주파수 제거부가 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 I/Q 변조기, 제1 믹서 및 제2 믹서를 이용하여 신호원 주파수를 제거하는 단계를 더 포함하고,
상기 I/Q 변조기는 상기 송신부에 연결된 신호원에 직접 연결되고, 상기 신호원에서 출력되는 신호를 I/Q 실수부-복소부 신호로 변조하고,
제1 믹서는 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 실수부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하고,
상기 제2 믹서는 상기 I/Q 변조기를 통해 변조된 신호 중 복소부 신호 및 상기 스위칭 신호 인가부를 통해 변조된 신호를 결합하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 방법.
In the biosignal detection method,
transmitting, by a transmitter, a radar signal to a living organism;
receiving, by a receiver, a radar signal reflected from the living organism; and
and modulating the reflected radar signal by applying a switching signal by a switching signal applying unit directly connected to the receiving unit,
The switching signal is an intermediate frequency (IF),
The signal source frequency removal unit further comprises removing the signal source frequency using an I/Q modulator, a first mixer, and a second mixer from the signal modulated through the switching signal applying unit,
The I/Q modulator is directly connected to a signal source connected to the transmitter, and modulates a signal output from the signal source into an I/Q real-part-complex signal,
The first mixer combines the real part signal among the signals modulated through the I/Q modulator and the signal modulated through the switching signal applying unit,
and the second mixer combines the complex signal among the signals modulated through the I/Q modulator and the signal modulated through the switching signal applying unit.
삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
제1 아날로그-디지털 변환기가 상기 제1 믹서의 출력을 샘플링하고, 제2 아날로그-디지털 변환기가 상기 제2 믹서의 출력을 샘플링하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 검출 방법.
10. The method of claim 9,
The method further comprising: by a first analog-to-digital converter sampling an output of the first mixer; and by a second analog-to-digital converter, sampling an output of the second mixer.
제12항에 있어서,
하향 변환 복조부가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기의 출력 및 상기 제2 아날로그-디지털 변환기의 출력에 대하여 각각 반송파(carrier) 신호를 반영하여 기저대역 신호로 변환함으로써 상기 출력을 복조하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 검출 방법.
13. The method of claim 12,
Demodulating the output by a down-conversion demodulator reflecting a carrier signal with respect to the output of the first analog-to-digital converter and the output of the second analog-to-digital converter, respectively, and converting it into a baseband signal, further comprising the step of demodulating the output Biosignal detection method.
제13항에 있어서,
제3 믹서가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 단계;
제4 믹서가 상기 제1 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 실수부 신호(IIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc[n])의 음(-)의 값을 곱하는 단계;
제5 믹서가 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제2 직교 반송파 신호(Qc[n])를 곱하는 단계;
제6 믹서가 상기 제2 아날로그-디지털 변환기에서 샘플링된 복소부 신호(QIF)에 대하여 제1 직교 반송파 신호(Ic[n])를 곱하는 단계;
제7 믹서가 상기 제3 믹서의 출력과 상기 제5 믹서의 출력을 더하는 단계; 및
제8 믹서가 상기 제4 믹서의 출력과 상기 제6 믹서의 출력을 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 검출 방법.
14. The method of claim 13,
multiplying, by a third mixer, a first orthogonal carrier signal (I c [n]) by the real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter;
multiplying, by a fourth mixer, a negative value of a second orthogonal carrier signal (Q c [n]) by a real part signal (I IF ) sampled by the first analog-to-digital converter;
multiplying, by a fifth mixer, a second orthogonal carrier signal (Q c [n]) by the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter;
multiplying, by a sixth mixer, a first orthogonal carrier signal (I c [n]) by the complex signal (Q IF ) sampled by the second analog-to-digital converter;
adding, by a seventh mixer, the output of the third mixer and the output of the fifth mixer; and
and adding, by an eighth mixer, an output of the fourth mixer and an output of the sixth mixer.
제9항에 있어서,
생체 신호 검출 센서의 출력 신호를 복소(complex) 신호 복조 알고리즘 또는 아크탄젠트(arctangent) 복조 알고리즘을 이용하여 생체신호를 검출하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 검출 방법.
10. The method of claim 9,
The biosignal detection method further comprising the step of detecting a biosignal using a complex signal demodulation algorithm or an arctangent demodulation algorithm for an output signal of the biosignal detection sensor.
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