KR20050031514A - 주파수 호핑 방식의 무선 방송 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

블루투스 무선 통신 방식은 2.402GHz ~ 2.480GHz 의 주파수 범위 내에서 주파수 호핑을 이용하여 무선 전파의 간섭을 회피하면서 양방향 통신을 가능하게 하는 방식으로서 매스터(master) 1대에 슬레이브(slave)가 최대 7대 까지 동시에 연결될 수 있으나 단방향 방송 통신에 사용할 경우 1대의 매스터에 연결할 수 있는 슬레이브 수에 제한이 있고 새로운 슬레이브 연결에 시간이 소요된다. 본 발명은 블루투스 규격의 패킷 형식 및 주파수 호핑 방식을 유지하면서 각 매스터로부터 무제한 수의 슬레이브에 동시에 같은 정보를 전달하기 위한 통신 방법, 슬레이브 장치 구조 및 응용 장치에 대한 것이다.

Description

주파수 호핑 방식의 무선 방송 통신 장치 {A point-to-multipoint unidirectional wireless communication apparatus based on the frequency hopping RF technology}
블루투스 무선 통신 방식은 2.402GHz ~ 2.480GHz 의 주파수 범위 내에서 주파수 호핑을 이용하여 무선 전파의 간섭을 회피하면서 양방향 통신을 가능하게 하는 방식으로서 매스터(master) 1대에 슬레이브(slave)가 최대 7대 까지 동시에 연결될 수 있다. 블루투스에서 매스터와 슬레이브간에 통신이 이루어지기 위해서는 매스터의 시간 정보와 매스터의 고유 장치 주소를 슬레이브가 알아야 하는데 블루투스에서는 페이징(paging) 과정을 통하여 이러한 정보가 포함된 FHS (Frequency Hopping Sequence) 패킷을 매스터가 슬레이브에게 전달하며 슬레이브는 FHS 패킷을 수신 한 후에 매스터의 호핑 순서에 주파수와 시간이 동기되어 음성 및 데이터 송/수신이 이루어 진다. 페이징 과정에서 매스터는 슬레이브에게 3비트로 구성된 임시번호(active member address)를 부여하여 최대 7개 까지의 슬레이브를 구별하게 된다. 또한 페이징 과정 이전에 슬레이브의 고유 장치 주소를 매스터가 알아야 하는데 이 정보는 인콰이어리(inquiry) 과정을 통하여 슬레이브가 FHS 패킷을 매스터에게 보냄으로 이루어진다. 따라서 블루투스에서는 새로운 슬레이브가 접속을 시도하고자 할 때 인콰이어리, 페이징 과정이 필요하며 1개의 매스터로 부터 8개 이상의 슬레이브가 동시에 같은 정보를 받고자 할 경우에는 한 매스터의 슬레이브가 또 다른 슬레이브들의 매스터가 되는 스캐터넷(scatter net)을 구성하여야 하며 한 슬레이브가 네트워 구성에서 임의 시간에 추가되거나 빠지게 될 경우 인콰이어리, 페이징 과정을 수반하는 스캐터넷 재구성 시간이 소요되며 이 시간동안에는 데이터 송/수신이 이루어지지 않게 된다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 블루투스의 기본적인 골격은 그대로 유지하면서 1대의 매스터로부터 무제한 수의 슬레이브에 동시에 같은 정보를 전달 할 수 있는 방법과 이를 효율적으로 구현하기 위한 송신기 구조, 수신기 구조 및 응용 방법을 제시하는 것이다.
본 발명은 1대 이상의 매스터와 각 매스터 당 1대 이상의 슬레이브로 구성된 무선통신망에서 블루투스 규격의 패킷 형식 및 주파수 호핑 방식을 유지하면서 각 매스터로부터 무제한 수의 슬레이브에 동시에 같은 정보를 전달하기 위한 통신 방법, 슬레이브 장치 및 응용 장치에 대한 것이다.
주파수 호핑 방식의 무선 통신망에서 송신기는 캐리어 주파수를 변경하면서 정보를 전송하기 때문에 수신기는 송신기의 캐리어 주파수 변경 상태를 알아야만 정보 수신이 이루어 질 수 있고 또한 1대 이상의 송신기가 주변에 있을 경우가 있기 때문에 수신기는 자신에게 해당되는 송신기를 구별할 수 있어야 한다. 블루투스 규격에서는 매스터의 고유 장치 주소와 클럭 값에 따라 주파수 호핑 순서가 결정되고 매스터의 고유 장치 주소에 따라 결정되는 패킷의 액세스 부호(Access code)에 의하여 매스터를 구별하고 있어 각 매스터에 속한 슬레이브들이 매스터로부터 매스터의 고유 장치 주소와 클럭 값이 들어 있는 FHS(Frequency Hopping Sequence)패킷을 받아야만 매스터와 슬레이브간의 정보 전달이 가능해진다.
1대의 매스터로부터 무제한 수의 슬레이브에 지속적으로 음성이나 테이터를 보내기 위한 매스터의 패킷 전송 방법이 제 1 도에 나타나 있다. 매스터는 블루투스 규격대로 짝수 시간 슬롯에 패킷 전송을 시작하는데 FHS 패킷(1)과 음성/데이터 패킷(2)를 매 짝수 시간 슬롯 마다 교대로 보내는데 각 패킷은 블루투스 규격에 나타나 있듯이 액세스 부호와 패킷 헤더, 페이로드로 구성된다. 음성/데이터 패킷(2) 의 액세스 부호, 헤더와 페이로드, 송신 주파수는 블루투스 규격과 동일하게 구성되는데 액세스 부호는 매스터의 고유 장치 주소에 의하여 결정되고 송신 주파수는 매스터의 고유 장치 주소와 매스터의 클럭 정보에 의하여 결정된다. FHS 패킷(1)의 액세스 부호는 별도의 일정한 값을 사용하나 헤더와 페이로드는 블루투스 규격에 따라 구성되며 FHS 패킷의 페이로드는 매스터의 고유 장치 주소, 음성/데이터 패킷(2)의 액세스 부호와 FHS 패킷의 송신 시간 슬롯 2i에 해당되는 매스터의 클릭 정보를 포함하고 있다.
제 2 도는 1 대의 매스터로부터 무제한 수의 슬레이브에 지속적으로 음성이나 데이터를 보내기 위한 송신기 구조(3)를 보여주고 있다. 패킷 구성 및 제어 블록(4)은 시간 정보를 위한 클럭을 갖고 있으면서 장치 주소, FHS 패킷 액세스 부호 선택 입력, 음성/데이터 입력으로부터 FHS 패킷과 음성/데이터 패킷 구성을 위한 정보를 액세스 부호 처리 블록, 헤더 처리 블록, 페이로드 처리 블록으로 보내는 기능과 주파수 호핑을 위한 클럭 값과 장치 주소를 주파수 호핑 제어 블록(5)에 제공한다. 주파수 호핑 제어 블록(5)은 주파수 호핑 및 변조 블록(6)을 제어하여 블루투스 규격에 따라 주파수 호핑이 이루어지게 한다. 주파수 호핑 및 변조 블록(6)은 블루투스 규격에 따른 주파수 호핑과 FSK 변조 기능을 수행하여 안테나로 신호를 보낸다.
제 3 도는 슬레이브의 동작 모드를 나타내고 있다. 슬레이브가 매스터로부터 송신 되는 음성/데이터 패킷을 수신하려면 음성/데이터 패킷의 액세스 부호와 호핑 주파수에 대한 정보를 알아야 하기 때문에 슬레이브는 음성/데이터 패킷을 수신하기 이전에 FHS패킷을 수신하여야 한다. FHS 패킷을 수신하려면 매스터와 슬레이브의 액세스 부호와 호핑 주파수가 일치하여야 하는데 슬레이브가 액세스 부호는 미리 알고 있지만 호핑 주파수에 대한 정보는 갖고 있지 않다. 따라서 슬레이브는 호핑 주파수를 임의의 값에 고정시키고 FHS패킷이 수신되거나 매스터의 호핑 주파수가 79번 변할 때까지 FHS 패킷 수신 모드로 동작한다. FHS 패킷이 수신되면 음성/데이터 패킷의 액세스 부호와 주파수 호핑 정보를 알 수 있기 때문에 다음시간 슬롯부터 음성/데이터 패킷 수신 모드로 동작한다. 매스터의 호핑 주파수가 79번 변할 때까지 FHS 패킷이 수신되지 않을 경우 수신기의 호핑 주파수를 새로운 값에 고정시켜 FHS 패킷 수신을 시도한다. 제3 도에서 슬레이브는 FHS 패킷이 수신되기 전까지의 시간 슬롯(7)에서는 호핑 주파수를 고정시켜 FHS 패킷 수신 모드로 동작하다가 액세스 부호와 호핑 주파수가 매스터에서 보낸 FHS 패킷과 일치할 때 FHS 패킷 수신에 성공하고 이후의 시간 슬롯(8)에서는 음성/데이터 패킷 수신 모드로 동작하여 호핑 주파수를 매스터에 동기시키면서 음성/데이터 패킷을 수신하는 것이 나타나 있다. 슬레이브가 음성/데이터 패킷 수신 모드로 동작하다가 음성/데이터 패킷을 미리 정해진 시간 슬롯동안 받지 못할 경우 매스터와의 연결이 끊어진 것으로 간주하여 다시 FHS 패킷 수신 모드로 들어간다.
제 3 도의 수신 기능을 수행하기 위한 수신기의 구조(9)가 제 4 도에 나타나있다. 수신기에 전원이 인가되거나 음성/데이터 패킷 수신 모드로 동작 중에 여러 시간 슬롯 동안 음성/데이터 패킷이 수신되지 않으면 수신기는 FHS 패킷 수신 모드로 동작하는데 패킷 해석 및 제어 블록(13)이 주파수 호핑 제어 블록(12), 액세스 부호 수신 블록(11), 헤더 수신 처리 블록을 제어하여 임의의 호핑 주파수와 FHS 패킷 액세스 부호 선택 입력에 따라 원하는 액세스 부호를 갖는 FHS 패킷을 수신하도록 한다. 주파수 호핑 제어 블록(12)에 의해 제어되는 주파수 호핑 및 복조 블록(10)에서 수신된 신호 중 액세스 부호 부분은 액세스 부호 수신 처리 블록(11)에서 선택된 FHS 패킷 액세스 부호와의 상관(Correlation)값에 의하여 액세스 부호가 일치하는지 결정되며 액세스 부호가 일치하는 FHS 패킷이 수신되면 페이로드로부터 음성/데이터 패킷의 액세스 부호와 호핑 주파수 정보가 추출되어 음성/데이터 패킷 수신 모드에서 액세스 부호 수신과 주파수 호핑 제어에 사용된다. 음성/데이터 패킷 수신 모드에서 수신된 음성/데이터 패킷의 페이로드는 음성/데이터로 출력된다.
제 5 도는 송신기(3)가 1개 또는 n개 있고 수신기(9)가 임의의 수만큼 있는 응용 시스템을 나타내고 있다. 각 송신기는 FHS 액세스 부호 선택 입력에 의하여 FHS 패킷과 음성/데이터 패킷을 교대로 송신한다. 각 수신기는 FHS 액세스 부호 선택 입력에 따라 해당 송신기에서 전송되는 FHS 패킷을 수신하여 송신기와 음성/데이터 패킷에 대한 액세스 부호와 호핑 주파수를 맞춘다음 음성/데이터 패킷을 수신하여 출력하게 된다. 여러 언어로 동시에 송신하는 경우와 같이 송신기(3)가 2개 이상이 같은 위치에 있을 경우에는 FHS 액세스 부호 선택 입력이 서로 다르게 설정되어야 수신기가 구별하여 수신할 수 있다. 송신기가 2대 이상 있어도 수신기가 수신하는 전파의 강도에 차이가 있을 정도로 떨어져 있는 경우에는 모든 송신기가 같은 값의 FHS 액세스 부호를 사용할 수 있는데 이 경우 수신기는 FHS 패킷 수신 모드에서 먼저 수신되는 송신기로부터 오는 음성/데이터 패킷을 수신하게 된다.
블루투스의 무선 규격을 그대로 사용하면서 제 1 도에 나타나 있는 패킷 송신 방법을 사용하고 제 3 도와 같이 수신기를 동작시킴으로써 단 방향 방송일 경우 매스터 1대에 연결될 수 있는 슬레이브의 수가 제한이 없어지게 되어 블루투스 무선 규격을 무선 다중 언어 안내 방송, 무선 방송 이어폰, 무선 안내 시스템 등 다양한 용도에 활용할 수 있게 된다. 무선 다중 언어 안내 방송의 경우 제 5 도에서 FHS 액세스 부호 선택에 따라 송신 및 수신 언어를 선택이 가능하며 무선 방송 이어폰의 경우 버스/지하철/기차 터미널에서의 안내 방송이나 TV시청시 무선 이어폰을 사용한 수신이 가능하고 무선 안테나 시스템의 경우 송신기 부근의 지리 정보나 문자 정보에 대한 방송이 가능하다. 이 모든 응용의 경우 라디오와 같은 튜닝 과정이 필요하지 않고 수신기가 자동으로 송신기의 액세스 부호와 호핑 주파수를 찾아내게 된다.
제 1 도는 송신기의 패킷 전송 패턴을 나타낸 개략도.
제 2 도는 송신기의 구조를 나타낸 개략도.
제 3 도는 수신기의 시간별 동작 개념도.
제 4 도는 수신기의 구조를 나타낸 개략도.
제 5 도는 무선 음성/데이터 1 대 무제한 단방향 통신 개략도.

Claims (6)

  1. 블루투스 무선 규격을 사용하는 패킷 통신 방식에 있어서, 제 1 도와 같이 FHS 패킷과 음성/데이터 패킷을 교대로 전송하고 제 3 도와 같이 FHS 패킷 수신 모드와 음성/데이터 패킷 수신 모드로 구성된 수신 방식을 특징으로 하는 블루투스 패킷 전송 및 수신 방식.
  2. 제 1 항에 있어서, 음성/데이터 패킷의 액세스 부호는 블루투스 장치 주소에 따라 블루투스 규격에 의하여 정해지는 값을 사용하고 FHS 패킷의 액세스 부호는 음성/데이터 패킷의 액세스 부호와 다른 값을 사용하는 패킷 구성.
  3. 제 1 도와 같이 FHS 패킷과 음성/데이터 패킷을 교대로 전송하는 송신기의 음성/데이터 입력을 TV/컴퓨터/음향기기의 음성/데이터 출력에 연결한 송신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, FHS 액세스 부호가 고정되어 있거나 선택 입력에 의하여 선택이 가능한 송신 장치.
  5. 제 3 도와 같이 FHS 패킷 수신 모드와 음성/데이터 패킷 수신 모드로 구분되는 동작모드를 갖는 수신기.
  6. 제 5 항에 있어서, FHS 액세스 부호가 고정되어 있거나 선택 입력에 의하여 선택이 가능한 수신 장치.
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