KR102327794B1 - 신체 통신 수신기 및 그를 위한 신체 통신 송신기 - Google Patents

신체 통신 수신기 및 그를 위한 신체 통신 송신기 Download PDF

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KR102327794B1
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박대진
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 신체를 통신 채널로 하여 신호를 송수신하는 신체 통신 수신기 및 그를 위한 송신기에 관한 것으로, 특히 구형파 캐리어 신호 각각의 상승 엣지와 하강 엣지를 이용하여 에러 정정이 가능하며, 저비용, 고효율의 통신을 가능하게 하는 신체 통신 수신기 및 그를 위한 송신기에 관한 것이다.

Description

신체 통신 수신기 및 그를 위한 신체 통신 송신기{INTRA-BODY COMMUNICATION RECEIVER AND TRANSMITTER FOR THE SAME}
본 발명은 신체를 통신 채널로 하여 신호를 송수신하는 신체 통신 수신기 및 그를 위한 송신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구형파 캐리어 신호 각각의 상승 엣지와 하강 엣지를 이용하여 에러 정정이 가능하며, 저비용, 고효율의 통신을 가능하게 하는 신체 통신 수신기 및 그를 위한 송신기에 관한 것이다.
IBC(Intra-Body Communication) 기술은 무선 주파수 기반의 통신 네트워크나 유선 케이블을 사용하지 않고 신체를 통신 채널로 이용하여 디지털 정보를 주고받는 시스템으로 1995년 Zimmerman에 의해 소개된 이후 꾸준히 개발되고 있다.
이러한 IBC 기술은 최근까지 웨어러블이나 건강관리 기기 등 다양한 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으며, 타 무선 통신에 비해 통신 영역이 신체에 한정되므로 보안, 외부와의 전파 간섭, 에너지 효율 측면에서 장점을 가지고 있다.
또한 스마트 워치, 스마트 안경 및 건강관리 기기 등 다양한 웨어러블 기기들은 신체에 부착되어 사용되므로, 신체를 통한 통신은 웨어러블 기기간 통신에 효과적인 방식이다.
따라서, 이러한 잠재력을 바탕으로 통신 채널로서 신체에 대한 모델링 및 고주파 특성에 대한 연구가 이루어지고 있음에도, IBC는 여전히 저전력, 저비용, 통신 속도 및 에러 정정에 관한 개선이 이루어지지 못하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0536188호 대한민국 공개특허 제10-2018-0014735호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신체를 통신 채널로 하여 신호를 송수신 함에 있어서, 구형파 캐리어 신호 각각의 상승 엣지와 하강 엣지를 이용하여 에러 정정이 가능하며, 저비용, 고효율의 통신을 가능하게 하는 신체 통신 수신기 및 그를 위한 송신기를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 신체 통신 수신기는 신체를 통신 채널로 하여 변조된 구형파 캐리어 신호를 수신하는 것으로, 아날로그로 변조되어 송신된 신호를 디지털 신호로 컨버팅하는 디지털 컨버터와; 상기 컨버팅된 디지털 신호의 상승 엣지와 하강 엣지 타이밍을 추출하는 엣지 추출부; 및 상기 상승 엣지와 하강 엣지를 기준으로 수신 신호를 복조하는 복조부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 엣지 추출부는 상기 디지털 컨버터에서 출력된 결과값을 2차 미분하여 판독되는 부호 변화점(zero crossing)을 상기 엣지가 존재하는 타이밍으로 결정하고, 상기 2차 미분값의 부호 변화를 통해 상승 엣지 또는 하강 엣지를 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엣지 추출부는 연속된 2차 미분계수들간 부호의 변화가 있고 변화량이 설정된 임계값 이상인 경우 상기 엣지로 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엣지 추출부는 상기 2차 미분계수가 설정된 제1 임계값 이상인 경우에만 부호 변화 판정 루틴에 진입하고, 직전 대비 2차 미분계수의 변화가 제2 임계값 이상인 경우에만 상기 엣지로 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엣지들을 시간 순으로 나열한 인덱스(index) 및 상기 인덱스마다 상승 또는 하강 상태 정보를 매칭시켜 이중연결 리스트에 저장하는 이중 리스트부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 연속하는 2개의 상승 엣지간 간격을 주기로 하여 송신된 신호의 주파수를 추출하는 주파수 판별부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 디지털 컨버터의 샘플링 레이트(sampling rate)를 상기 구형파 캐리어 신호의 주파수로 나누어 산출된 주파수를 상기 주파수 판별부에 의해 추출된 주파수와 비교하여 유효성을 판단하는 데이터 판정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 인덱스 및 제3 인덱스의 상태 정보가 동일한 상태인 경우, 상기 제1 인덱스와 제2 인덱스 사이에 상기 반대 부호의 상태 정보를 갖는 제2 인덱스 데이터가 손실된 것으로 판단하고, 상기 제1 인덱스의 값에 상기 제1 인덱스와 제3 인덱스의 차이값을 합산한 후 상기 합산된 값을 2로 나눈 값을 상기 손실된 제2 인덱스 값으로 정정하는 에러 정정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 신체 통신 송신기는 이상과 같은 신체 통신 수신기에 상기 구형파 캐리어 신호를 전송하는 것으로, 설정된 주파수의 구형파 캐리어 신호를 생성하는 데이터 신호 생성부; 및 상기 구형파 캐리어 신호를 FSK 변조(frequency shift keying modulation)하는 변조부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 구형파 캐리어 신호에 포함된 데이터의 처음과 끝에 상기 구형파 캐리어 신호의 주파수와 다른 주파수를 갖는 시작 비트와 종료 비트를 각각 삽입하는 종단 비트 삽입부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 송신기에서는 구형파 캐리어 신호를 이용하여 FSK 변조를 수행하고, 수신부에서는 ADC를 이용해 복조함으로써 저 비용 고 효율의 정전기결합 신체 통신 환경을 구현한다.
또한, 비트 에러 정정 기능을 적용함으로써 외부 환경이나 노이즈에 의한 영향을 극복하여 에러 정정을 하지 않았을 때 보다 데이터 수신 에러 발생률을 감소시킬 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 신체 통신 수신기 및 그를 위한 신체 통신 송신기를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 신체 통신 송신기를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 신체 통신 수신기를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 엣지 검출을 위한 부호 변화점 방식을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 엣지 검출을 위한 부호 변화점 알고리즘을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 수신측 비트 판정 알고리즘을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 1비트내 1 엣지 정보 누락시의 복구 상태도이다.
도 8은 본 발명의 1비트내 2 또는 3 엣지 정보 누락시의 복구 상태도이다.
도 9는 본 발명에 다른 신체 통신 수신기의 전체 복조 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신체 통신 수신기 및 그를 위한 신체 통신 송신기에 대해 상세히 설명한다.
도 1와 같이 본 발명은 신체 통신 수신기(200) 및 그를 위한 신체 통신 송신기(100)를 포함하며, 송신기(100)는 구형파 캐리어 신호를 아날로그로 변조하여 전송하고, 수신기(200)는 구형파의 엣지를 이용하여 이를 복조한다.
송신되는 구형파 캐리어 신호는 인간의 신체(예: 웨어러블 기기나 센서 착용자)를 통신 채널로 하여 전송되며, 신체를 매개로 정전기 결합이 이루어지거나 도파관 역할을 하는 신체 채널을 통해 신호가 송신된다.
수신기는 위와 같이 송신기에서 송신된 구형파 캐리어 신호를 수신하여 구형파 펄스 트레인에 포함된 각각의 상승 엣지와 하강 엣지를 엣지 타이밍으로 이용하여 에러 정정을 포함하는 복조를 수행한다.
실시예로, 본 발명은 정전기 결합 IBC 방식의 FSK 통신 및 1비트(3개의 엣지로 구성) 에러 복구를 목표로 한다. 송신기(100)에서는 50% Duty의 구형파를 캐리어 신호로 사용하여 데이터 변조 후 전송한다.
또한, 수신기(200)에서는 통신 채널로 사용되는 신체에 의해 정전기 결합된 수신 신호의 ADC 결과로부터 구형파 캐리어 신호의 상승 엣지(Positive Edge)간 시간 간격을 산출 후 주파수를 확인하여 데이터를 복조한다.
또한, 수신된 구형파 캐리어 신호의 엣지 타이밍(Edge timing) 정보를 효과적으로 추출하기 위해 2차 미분계수를 이용한 부호 변화점(Zero-crossing) 알고리즘을 적용한다.
이하, 신체 통신 수신기(200)에 대한 좀더 명확한 설명을 위해 송신기(100)에 대해 먼저 설명하면, 도 2와 같이 본 발명에 따른 신체 통신 송신기(100)는 후술하는 신체 통신 수신기(200)에 구형파 캐리어 신호를 전송한다.
이를 위해 신체 통신 송신기(100)는 데이터 신호 생성부(110) 및 변조부(120)를 포함하며, 바람직한 실시예로 종단 비트 삽입부(130)를 더 포함한다. 또한, 송신 단말의 기본 구성을 위해 송신측 메모리(140), 송신측 제어부(MCU, 150) 및 신체 접촉 전극과 같은 송신측 통신인터페이스(통신 I/F)를 포함한다.
여기서, 상기한 데이터 신호 생성부(110)는 설정된 주파수의 구형파 캐리어 신호를 생성한다. 수신기(200)에서 구형 펄스의 엣지(edge) 정보를 이용하여 복조하도록 송신기는 구형파 캐리어를 사용하고, 구형파 캐리어 신호의 수신 상태 판단을 위해 주파수는 수신기(200)에도 제공된다.
또한, 송신측 제어부(150)의 제어하에 구형파 펄스 신호의 듀티비(Duty ratio) 및 주파수가 조절될 수 있다. 예컨대, 캐리어 신호로 50% Duty 구형파를 사용하여 비트 1과 0을 변조하며, 임베디드용 MCU에 기본적으로 내장되어 있는 카운터와 GPIO를 활용하여 구현할 수 있다.
또한, 비트 1과 비트 0은 아래의 <수학식 1>과 같이 서로 정수배가 되지 않도록 조절함으로써 아래에서 설명하는 바와 같이 에러 정정을 가능하게 한다.
<수학식 1>
Figure 112020084108300-pat00001
비트 1과 비트 0의 캐리어 주파수가 상호간 정수배가 될 경우, 후술하는 바와 같이 수신기에서 통신 중 외부 환경 및 노이즈에 의해 손실된 엣지 정보의 복구가 불가능한 경우가 발생하므로, 본 발명은 비트 1과 0의 캐리어 주파수가 서로 정수배가 되지 않도록 설정하는 것이다.
한편, 변조부(120)는 구형파 캐리어 신호를 FSK 변조(frequency shift keying modulation)하여 통신인터페이스를 통해 신호를 전송한다.
신체를 통해 정전기 결합된 수신 신호의 크기는 주변 환경 및 노이즈 상황에 따라 일정하지 않다. 따라서, ASK(Amplitude Shift Keying) 또는 On-off Keying 방식 등은 수신 신호의 크기 차이를 기준으로 데이터를 복조하므로 외부 간섭에 의해 수신 신호의 크기가 변동 될 경우 복조가 어려운 문제점을 가지고 있다.
반면 구형파 캐리어 신호를 사용하는 FSK는 수신 신호의 크기 및 변동에 둔감하고 주변 노이즈에 의해 1비트 에러가 발생하더라도 인접 엣지 정보와 캐리어 신호의 Duty가 50%인 특성 등을 이용하여 복구 가능하다. 이는 이하에서 다시 설명한다.
종단 비트 삽입부(130)는 구형파 캐리어 신호에 포함된 데이터의 처음과 끝에 구형파 캐리어 신호의 주파수와 다른 주파수를 갖는 시작 비트와 종료 비트를 각각 삽입한다. 후술하는 바와 같이 에러 정정은 손실된 엣지 신호의 앞뒤 신호를 이용하므로 송신시 종단부에 위치한 비트의 앞뒤에 정정용 비트를 추가한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신체 통신 수신기에 대해 설명한다.
도 3과 같이, 본 발명에 따른 신체 통신 수신기(200)는 디지털 컨버터(210), 엣지 추출부(220) 및 복조부(230)를 포함하며, 바람직하게 이중 리스트부(240), 주파수 판별부(250), 데이터 판정부(260) 및 에러 정정부(270)를 더 포함한다.
이중 리스트부(240), 주파수 판별부(250), 데이터 판정부(260) 및 에러 정정부(270)는 수신측에서의 복조(Demodulation)에 이용되는 것이므로 상기한 복조부(230)에 포함될 수 있으나, 이하에서는 각 구성의 기능을 명확히 하도록 분리하여 설명한다.
그외 신체 통신 수신기(200)는 통상적으로 웨어러블 타입과 같은 수신 단말로 구성되므로, 수신 단말의 기본 구성에 필요한 수신측 메모리(280), 수신측 제어부(MCU, 290) 및 수신측 통신인터페이스(통신 I/F)를 포함하며, 실시예로 수신측 통신인터페이스 역시 신체 접촉 단자 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 디지털 컨버터(210)는 신체를 통신 채널로 하여 변조된 구형파 캐리어 신호를 수신하는 것으로, 송신기로부터 아날로그로 신호로 변조되어 송신된 신호를 디지털 신호로 컨버팅한다. 이러한 디지털 컨버터(210)는 흔히 ADC(Analog to Digital Converter)라고도 한다.
본 발명은 신체 통신 수신기(200)에 수신된 데이터를 복조하기 위해, 수신 신호를 ADC 수행한 결과로부터 신체에 의해 정전기 결합된 구형파 캐리어 신호의 엣지 타이밍(Edge timing)을 검출하는 방식이 적용된다.
엣지 추출부(220)는 컨버팅된 디지털 신호의 상승 엣지와 하강 엣지 타이밍을 추출한다. 상승 엣지와 하강 엣지는 각각 포지티브 엣지(positive edge) 및 네거티브 엣지(negative edge)라고도 하며 펄스의 변화 지점을 나타낸다.
도 4와 같이, 본 발명은 실시예로써 수신 신호의 엣지 변화(Edge transition) 특성을 명확히 추출해 낼 수 있도록 부호 변화점(zero crossing) 알고리즘을 적용한다.
이를 위해 엣지 추출부(220)는 디지털 컨버터(210)에서 출력된 결과값을 2차 미분하여 판독되는 부호 변화점을 엣지가 존재하는 지점으로 결정하고, 2차 미분값의 부호 변화를 통해 상승 엣지 또는 하강 엣지를 결정한다.
즉, 2차 미분을 통해 판독된 부호 변화점은 엣지 타이밍을 나타내고, 상기 부호 변화점을 기준으로 양에서 음의 값으로 변화되는 경우는 상승 엣지를 나타내고, 그 반대는 하강 엣지를 나타낸다.
따라서, 복조부(230)는 위와 같은 상승 엣지와 하강 엣지를 기준으로 수신 신호를 복조함으로써, 송신기에서 송신한 구형파 캐리어 신호를 복원하고, 해당 신호로부터 데이터를 얻게 된다.
한편, 도 5에서는 디지털 컨버터(210)의 설정에 따라 일정한 시간 간격으로 연속 저장되는 ADC 결과로부터 2차 미분을 적용한 값들의 집합을 D(다수의 d값들이 집합)로 나타내었으며 이들을 배열로 나타내었다.
이때, 상기한 엣지 추출부(220)는 연속된 2차 미분계수들간 부호의 변화가 있고 변화량이 설정된 임계값 이상일 경우 엣지로 판정함으로써, 신체를 채널로 하는 통신 중 발생한 노이즈를 효과적으로 제거한다.
더욱 구체적으로, 엣지 추출부(220)는 2차 미분계수가 설정된 제1 임계값 이상인 경우에만 부호 변화 판정 루틴에 진입하고, 직전 대비 2차 미분계수의 변화가 제2 임계값 이상인 경우에만 엣지로 판정한다.
일반적으로 2차 미분계수를 이용할 경우 노이즈까지 증폭되는 효과가 있으므로 노이즈 필터링을 위해 고역통과 필터를 2단으로 구성하는 알고리즘을 적용하도록 2단에 걸쳐 임계값을 이용하는 것이다.
이에, 첫 번째 단에서는 2차 미분계수가 제1 임계값 이상일 경우에만 부호 변화 판정 루틴에 진입할 수 있도록 하며, 두 번째 단에서는 제2 임계값 이상의 변화율을 가지고 있는 경우만 엣지로 판정될 수 있도록 한다.
실시예로 도시한 바와 같이 sign 1은 i+1번째의 d값에 대한 시그넘 함수(sign) 값을 적용한 것이고, sign 2는 i번째의 d값에 대한 시그넘 함수(sign) 값을 적용한 것을 나타낸다.
또한, 연속된 sign 1과 sign 2의 곱이 음수인 것은 펄스에서 연속된 상승(하강)과 하강(상승) 엣지는 그 부호가 서로 다르므로 이들을 곱하면 음수값이 나온다는 것을 표현한다.
이때 2차 미분을 적용한 값 d의 절대값이 상기한 제1 임계값 'TH value 1'일 때 부호 변화 판정 루틴에 진입하고, 2차 미분을 적용한 것 중 연속한 두개의 변화가 제2 임계값 'TH value 2'보다 커야하는 것을 조건으로 함으로써 노이즈 필터링을 위해 고역통과 필터를 2단으로 구성하는 알고리즘이 적용된다.
이중 리스트부(240)는 위와 같은 엣지들을 시간 순으로 나열한 인덱스(index) 및 상기 인덱스마다 상승 또는 하강 상태 정보를 매칭시켜 이중연결 리스트에 저장한다.
도 6과 같이, 엣지 정보(Edge info.)는 인덱스(Index)와 함께 각 인덱스에 상승 엣지 또는 하강 엣지(Posi or Nega edge) 중 어느 것인지를 나타내는 정보(1 또는 -1)를 함께 나타낸다.
따라서, ADC 결과로부터 2차 미분을 적용한 값들의 집합 D에 대한 엣지 정보 'Edge info D'는 {(i0, posi), (i1, nega)....(in, posi)} 등의 형식으로 표현되며 이러한 정보를 기록 테이블인 이중연결 리스트에 저장한다.
따라서, 노드 추가와 정보 탐색이 용이한 이중 연결 리스트를 구현되며, 이중 연결 리스트에 저장되는 정보는 알고리즘을 통해 검출된 엣지의 배열 인덱스와 Positive 또는 Negative(즉, 상승 또는 하강 엣지) 여부가 된다.
또한, 상승 엣지는 1, 하강 엣지는 -1로 저장되며, 후술하는 바와 같이 상승 또는 하강 엣지 여부는 통신 중 발생한 에러 비트의 dpt지 정보 복구에 사용된다. 인덱스는 연속된 상승 엣지(Positive edge)간 인덱트의 차이 계산을 통해 캐리어 신호의 주파수 검출에 사용된다.
다음, 주파수 판별부(250)는 연속하는 2개의 상승 엣지간 간격을 주기로 하여 송신된 신호의 주파수를 추출한다. 위와 같이 구형파 캐리어 신호의 엣지 정보 검출 후 수신된 데이터를 판정하기 위해 주파수를 판독하는 것이다.
이를 위해 이중 연결 리스트에 저장된 연속된 상승 엣지(Positive edge)들 간의 인덱스 차이를 계산하면 캐리어 신호의 주기가 된다. 1비트는 3개의 엣지(상승->하강->상승)가 있고, 3개의 엣지가 한 주기 T를 구성하므로, 3개의 엣지 중 같은 부호인 상승 엣지 2개는 주기를 의미하며 이를 통해 주파수가 추출된다.
또한, 이중 연결 리스트에 저장된 엣지 정보를 통해 얻어진 주기와 아래의 <수학식 2>를 통해 계산된 서로 주기를 비교하여 비트 판정을 실시하게 된다.
수신기에서는 수신측 메모리(280) 등에 저장된 정보를 통해 캐리어 주파수의 종류(혹은 주파수 그 자체)를 이미 알고 있으므로 연결 리스트에 저장된 엣지 정보로부터 산출된 캐리어 주파수나 그 주기가 유효한지를 판단할 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112020084108300-pat00002
따라서, 데이터 판정부(260)는 상기한 디지털 컨버터(210)의 샘플링 레이트(sampling rate)를 구형파 캐리어 신호의 주파수로 나누어 산출된 주파수를 주파수 판별부(250)에 의해 추출된 주파수와 비교하여 유효성을 판단하게 된다.
수신 데이터의 비트 판정을 위해 2차 미분계수로부터 구형파 캐리어 신호의 주기를 계산하고 판정하는 알고리즘은 도 6에 좀더 구체적인 실시예로 나타나 있다.
에러 정정부(270)는 신체 통신 중 발생할 수 있는 엣지 타이밍(Edge timing) 누락을 검출한다. 신체에 의해 정전기 결합된 수신 신호의 크기는 일정하지 않으며, 주변 환경 및 노이즈 상황에 따라 변동된다.
이로 인해 일부 비트의 신호 크기가 감소하는 경우 엣지 타이밍 검출을 위해 알고리즘 단에서 설정한 임계값을 만족시키지 못하게 된다. 따라서, 유효한 엣지 정보가 누락되는 경우가 발생한 경우를 바로 잡을 필요가 있다.
캐리어 신호는 50% Duty의 구형파이므로 도 7과 같이 1비트는 3개의 엣지 정보로 구성되는데, 본 발명에 의하면 연속된 비트의 에러가 아닌 경우 1비트 내라면 최대 3개 엣지 정보가 누락된 경우에도 동일 비트의 앞뒤 엣지나 앞뒤 비트의 엣지를 누락된 엣지 정보의 복구(에러 정정)에 이용할 수 있다.
이를 위해, 에러 정정부(270)는 제1 인덱스 및 제3 인덱스의 상태 정보가 동일한 상태인 경우, 제1 인덱스와 제2 인덱스 사이에 반대 부호의 상태 정보를 갖는 제2 인덱스 데이터가 손실된 것으로 판단한다. 나아가, 제1 인덱스의 값에 제1 인덱스와 제3 인덱스의 차이값을 합산한 후 합산된 값을 2로 나눈 값을 위 손실된 제2 인덱스 값으로 정정한다.
도 7은 엣지 정보 복구 알고리즘의 기본이 되는 1비트내 1개의 엣지 정보가 누락된 경우에 나타낸 실시예이다.
도시된 바와 같이, 1비트내 1st, 2nd, 3rd 엣지 중 1개의 엣지 정보만 누락된 경우는 캐리어 신호의 Duty가 50%인 구형파임을 활용하여 엣지 정보를 복구할 수 있다.
일 예로 2nd 엣지 정보가 누락된 경우 1st 엣지의 인덱스 값에 1st 인덱스와 3rd 인덱스 차이의 1/2 만큼 더해 줌으로써 인덱스값과 하강 엣지인 -1로 복구가 가능해진다.
이때 수신기에서는 구형파 캐리어 주파수의 종류를 알고 있으므로 알고리즘을 통해 1st 엣지와 3rd 엣지의 인덱스 차이가 유효한 캐리어 주파수임을 확인하는 과정 거친 후 최종 비트 판정이 이루어진다.
그러나 비트 1과 비트 0의 주파수가 정수배라고 가정하면 2nd 엣지 정보는 상승 엣지 또는 하강 엣지의 두 가지 경우가 존재하게 되어 엣지 정보를 올바르게 복구할 수 없다.
따라서, 위 신체 통신 수신기(100)에서 설명한 바와 같이, 송신측 제어부(150)의 제어하에 비트 1과 비트 0은 상술한 <수학식 1>과 같이 서로 정수배가 되지 않도록 조절한다. 이러한 에러 정정은 1st 또는 3rd 에러 정보가 누락된 경우에도 동일한 방식으로 복구된다.
나아가, 수신기의 비트 판정을 위한 주기 'T'의 산출에는 상승 엣지의 인덱스만으로도 산출될 수 있지만, 누락된 상승 엣지 정보를 복구시에는 하강 엣지의 인덱스 역시 중요한 요소가 된다.
도 8과 같이 본 발명은 1비트내에서라면 2개 또는 3개의 엣지 정보가 모두 누락된 경우에도 전후 비트의 하강 엣지(Negative edge)에 대한 정보를 이용하여 복구할 수 있다.
이와 같이 1비트내 2개 또는 3개의 엣지 정보가 모두 누락된 경우에도 위에서 설명한 바와 같은 방식을 반복 혹은 확장하여, 상기 1비트내 1개의 엣지 정보가 누락 된 경우를 복구하는 알고리즘을 2회 반복하여 복구한다.
다만, 연속된 2개의 하강 엣지 정보가 누락 될 경우(중간의 상승 엣지 신호를 포함하여 하강, 상승, 하강 엣지 총 3개) 즉, 연속된 2 비트 이상의 에러가 발생한 경우에는 본 발명에서도 에러 정정을 불가하다.
또한, 위와 같이 에러를 정정(복구)함에 있어서 전송하고자 하는 데이터의 첫 번째와 마지막 비트는 인접 비트가 각각 한 개 씩만 존재한다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이 송신기는 종단 비트 삽입부(130)를 더 포함할 수 있다.
종단 비트 삽입부(130)는 구형파 캐리어 신호에 포함된 데이터의 처음과 끝에 구형파 캐리어 신호의 주파수와 다른 주파수를 갖는 시작 비트와 종료 비트를 각각 삽입한다.
이와 같이 첫 번째와 마지막 비트의 에러 정정을 위해 시작/정지 비트를 추가시, 데이터 비트 1과 0에 사용되는 주파수와 동일한 것을 사용할 경우 누락된 엣지 정보 복구시 시작/정지 비트와 데이터 비트의 구분이 불가능할 수 있다.
그러므로 시작/정지 비트는 데이터 비트의 캐리어 주파수와 다른 주파수를 적용하는 것이 바람직하다. 이를 바탕으로 송신 패킷은 시작 1비트, 하나 이상의 데이터 비트, 정지 1비트 순서로 총 3비트 이상으로 구성된다.
누락된 엣지 정보 복구 과정은 이중 연결 리스트에 저장된 엣지 정보를 탐색하여 1비트내 1 엣지 정보가 누락 된 경우를 조사하여 복구하는 과정을 2회 반복하면 연속된 2 비트 이상의 에러가 발생한 경우를 제외하고 모든 엣지 정보의 복구가 가능하다. 위와 같은 수신 신호의 전체 복조 과정은 도 9에 도시되어 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
100: 신체 통신 송신기
110: 데이터 신호 생성부
120: 변조부
130: 종단 비트 삽입부
140: 송신측 메모리
150: 송신측 제어부
200: 신체 통신 수신기
210: 디지털 컨버터
220: 엣지 추출부
230: 복조부
240: 이중 리스트부
250: 주파수 판별부
260: 데이터 판정부
270: 에러 정정부
280: 수신측 메모리
290: 수신측 제어부

Claims (10)

  1. 신체를 통신 채널로 하여 변조된 구형파 캐리어 신호를 수신하는 신체 통신 수신기에 있어서,
    아날로그로 변조되어 송신된 신호를 디지털 신호로 컨버팅하는 디지털 컨버터(210)와;
    상기 컨버팅된 디지털 신호의 상승 엣지와 하강 엣지 타이밍을 추출하는 엣지 추출부(220); 및
    상기 상승 엣지와 하강 엣지를 기준으로 수신 신호를 복조하는 복조부(230);를 포함하고,
    상기 엣지들을 시간 순으로 나열한 인덱스(index) 및 상기 인덱스마다 상승 또는 하강 상태 정보를 매칭시켜 이중연결 리스트에 저장하는 이중 리스트부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엣지 추출부(220)는,
    상기 디지털 컨버터(210)에서 출력된 결과값을 2차 미분하여 판독되는 부호 변화점(zero crossing)을 상기 엣지가 존재하는 타이밍으로 결정하고, 상기 부호 변화점을 통해 상승 엣지 또는 하강 엣지를 결정하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엣지 추출부(220)는,
    연속된 2차 미분계수들간 부호의 변화가 있고 변화량이 설정된 임계값 이상인 경우 상기 엣지로 판정하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엣지 추출부(220)는,
    상기 2차 미분계수가 설정된 제1 임계값 이상인 경우에만 부호 변화 판정 루틴에 진입하고,
    직전 대비 2차 미분계수의 변화가 제2 임계값 이상인 경우에만 상기 엣지로 판정하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    연속하는 2개의 상승 엣지간 간격을 주기로 하여 송신된 신호의 주파수를 추출하는 주파수 판별부(250)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 컨버터(210)의 샘플링 레이트(sampling rate)를 상기 구형파 캐리어 신호의 주파수로 나누어 산출된 주파수를 상기 주파수 판별부(250)에 의해 추출된 주파수와 비교하여 유효성을 판단하는 데이터 판정부(260)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 인덱스 및 제3 인덱스의 상태 정보가 동일한 상태인 경우, 상기 제1 인덱스와 제2 인덱스 사이에 반대 부호의 상태 정보를 갖는 제2 인덱스 데이터가 손실된 것으로 판단하고,
    상기 제1 인덱스의 값에 상기 제1 인덱스와 제3 인덱스의 차이값을 합산한 후 상기 합산된 값을 2로 나눈 값을 상기 손실된 제2 인덱스 값으로 정정하는 에러 정정부(270)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 통신 수신기.
  9. 삭제
  10. 삭제
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