KR20130135812A

KR20130135812A - 초음파를 이용한 통신 시스템

Info

Publication number: KR20130135812A
Application number: KR1020130142459A
Authority: KR
Inventors: 곽병재; 이광천; 정현규; 송나옥
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2013-12-11
Also published as: US20120182836A1; CN102612812A; KR101379983B1; KR20110031098A; KR101393846B1

Abstract

전파의 차폐가 심하여 전파를 이용한 무선 통신이 어려운 환경에서 초음파를 이용하여 통신을 수행하는 기술이 개시된다. 본 발명에 따른 초음파 단말기는 전파의 차폐가 심한 환경 내에서 고체 구조물을 매질로 하여 초음파를 전송하고, 초음파 기지국은 고체 구조물을 매질로 하여 초음파를 수신한다.

Description

초음파를 이용한 통신 시스템{SYSTEM FOT TRANSMITTING DATA USING ULTRA-SONIC WAVE}

본 발명은 초음파를 이용한 통신 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 전파의 차폐가 심한 환경 내에서 고체 매질을 이용하여 초음파를 전송하고, 전송된 초음파를 이용하여 음성 또는 데이터를 전송하는 통신 시스템에 관한 것이다.

조선 사업은 국가 기간 산업으로서 조선 사업의 경쟁력을 유지하기 위해서 선박을 적은 비용으로 짧은 시간에 건조하는 등 선박 건조의 효율성을 향상시키는 것은 매우 중요하다.

건조 중인 선박에서는 선박의 건조 단계에 따라서 각 부분의 조립 순서가 결정되며, 한쪽 부분의 진척 상황, 사고 상황은 다른 부분에서도 실시간으로 공유되어야 한다. 따라서 건조 중인 선박에서는 통신이 절실히 필요하다. 예를 들어 건조 중인 선박의 일부에 대한 설계가 변경된 경우, 설계가 변경된 부분을 작업하는 현장에서도 변경된 설계도를 신속하게 수신하여야 함은 물론, 다른 부분에서도 변경된 설계를 반영하여 선박 건조 순서를 변경해야만 할 수 있다. 또는 다른 부분의 설계, 시공도 변경해야만 할 수 있다.

그러나, 선박의 내부는 전파의 차폐가 매우 심한 열악한 무선 통신 환경으로 기존의 전파를 이용한 무선 통신 기술은 적용이 곤란하다. 또한, 비용, 시간, 그리고 선박 건조 작업에 따른 내부 환경의 지속적인 변화 등의 문제로 인하여 선박 건조 작업 중 유선 통신 시설의 설치도 어렵다.

본 발명의 목적은 초음파를 이용하여 데이터를 전송하는 것이다.

본 발명의 목적은 전파의 차폐가 심한 환경에서도 데이터를 전송하는 것이다.

본 발명은 초음파 단말기에 있어서, 고체 매질을 이용하여 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로부터 수신된 제1 초음파를 제1 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서, 상기 제1 전기 신호를 제1 데이터로 변환하는 수신부 및 제2 데이터를 제2 전기 신호로 변환하는 전송부를 포함하고, 상기 트랜스듀서는 상기 제2 전기 신호를 제2 초음파로 변환하고, 상기 변환된 제2 초음파를 상기 고체 매질을 이용하여 상기 초음파 기지국 또는 상기 제2 초음파 단말기로 전송하는 초음파 단말기를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 고체 매질을 이용하여 초음파 단말기로부터 전송된 초음파를 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서, 상기 전기 신호를 데이터로 변환하는 수신부 및 통신 네트워크를 이용하여 상기 데이터를 서버로 전송하는 데이터 통신부를 포함하는 초음파 기지국이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 고체 매질을 이용하여 초음파 단말기로부터 참조 초음파를 수신하는 트랜스듀서, 상기 참조 초음파에 기반하여 상기 초음파 단말기의 위치 추정을 위한 시그너처를 생성하는 시그너처 생성부, 상기 시그너처에 기반하여 상기 초음파 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 위치 추정 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면 초음파를 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.

본 발명에 따르면 전파의 차폐가 심한 환경에서도 데이터를 전송할 수 있다.

도 1은 전파의 차폐가 심한 환경에서 초음파 통신 시스템의 일예를 도시한 것이다.
도 2는 전파의 차폐가 심한 환경에서 초음파 통신 시스템의 다른 예를 도시한 것이다.
도 3은 전파의 차폐가 심한 환경에서 초음파 통신 시스템의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 4는 두 개의 독립된 셀이 무선으로 연결되어 다중 셀을 이루는 경우를 도시한 것이다.
도 5는 선박내의 초음파 통신 시스템과 무선으로 연결된 중앙 관제 센터를 도시한 것이다.
도 6은 MIMO기능을 갖춘 초음파 단말기를 이용한 데이터 송수신을 도시한 도면이다.
도 7은 세 사용자 그룹이 초음파 통신으로 연결된 것을 도시한 것이다.
도 8은 초음파 통신에서 충격파 응답의 개념을 도시한 것이다.
도 9는 초음파 통신을 이용한 위치 추정을 도시한 도면이다.
도 10은 선박이 침몰된 경우에, 초음파를 이용하여 생존자와 통신하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 단말기의 구조를 도시한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기지국의 구조를 도시한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 추정 장치의 구조를 도시한 블록도이다.

도 1은 전파의 차폐가 심한 환경에서 초음파 통신 시스템의 일예를 도시한 것이다.

선박(100)은 전파의 차폐가 심한 재질로 구성된 구조물로서, 일반적인 전파를 이용한 통신 시스템은 적용할 수 없다.

선박(100) 내에서 작업을 하는 엔지니어들은 초음파 통신 시스템을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다. 초음파 통신 시스템은 초음파 단말기(110, 120, 130) 및 초음파 기지국(140)을 포함할 수 있다. 초음파 단말기(110, 120, 130)들은 일대일(peer-to-peer)형태로 통신을 수행할 수도 있고, 초음파 기지국(140)을 경유하여 통신을 수행할 수도 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 엔지니어들은 선박 내에서 작업을 하면서, 두발 또는 한발은 선박의 선체에 접촉한다. 따라서, 초음파 단말기(110, 120)는 엔지니어의 신발을 이용하여 선체와 접촉하고, 접촉된 선체를 이용하여 초음파를 전송할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 초음파 단말기(130)는 엔지니어의 헤드셋(131)으로부터 음성 신호를 수신할 수 있다. 초음파 단말기(130)는 음성 신호를 초음파로 변환하여 전송할 수 있다.

도 2는 전파의 차폐가 신한 환경에서 초음파 통신 시스템의 다른 예를 도시한 것이다.

도 2에서는 선박의 선체(200)가 하나의 셀을 구성하고, 선체(200) 내의 복수의 초음파 단말기(210, 220, 230)들은 하나의 초음파 기지국(250)에 의하여 서비스될 수 있다.

초음파 기지국(250)은 하나 또는 복수의 트랜스듀서(transducer, 251)를 구비한다. 초음파 기지국(250)의 트랜스듀서(251)는 선체에 설치되어 선체를 이용하여 초음파를 송수신할 수 있다.

일측에 따르면, 초음파 기지국(250)은 제1 초음파 단말기(210)로부터 초음파를 이용하여 데이터를 수신한다. 또한, 초음파 기지국(250)은 수신한 데이터를 초음파를 이용하여 제2 초음파 단말기(220)로 전송할 수 있다.

엔지니어들은 초음파 단말기(210, 220, 230)를 휴대한다. 엔지니어들은 발을 이용하여 선체와 접촉하므로, 초음파 단말기(210, 220, 230)의 트랜스듀서는 엔지니어들의 신발에 부착되고, 단말기는 유선 또는 무선으로 트랜스듀서와 연결될 수 있다.

초음파 기지국(250)이 복수의 트랜스듀서를 이용하는 경우에, 초음파 기지국(250)은 MIMO 송신 기법을 이용하여 초음파를 전송하거나 초음파를 수신할 수 있다. 이 경우, 초음파 기지국(250)은 복수의 트랜스듀서에서 복수의 데이터 스트림을 전송할 수 있다. 초음파 단말기(210, 220, 230)는 여러 개의 트랜스듀서를 이용하여 서로 다른 데이터 스트림이 혼합된 신호를 수신한다. 초음파 단말기(210, 220, 230)는 MIMO 신호 처리 기법을 이용하여 서로 다른 데이터 스트림을 분리할 수 있다. 초음파 기지국(250)과 초음파 단말기(210, 220, 230)가 복수의 데이터 스트림을 전송할 수 있으므로, 데이터 전송 효율이 향상된다.

도 3은 전파의 차폐기 심한 환경에서 초음파 통신 시스템의 또 다른 예를 도시한 것이다.

셀룰러 시스템에서는 다양한 형태의 중계기를 이용하여 기지국의 셀 커버리지를 확장하거나 기지국으로부터 신호가 도달하지 않는 음영 지역에 위치한 단말기에 서비스를 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 선박의 선체(300)가 너무 큰 경우에, 특정 위치에 설치된 초음파 기지국(310)이 전송한 초음파는 선체(300)의 다른 부분까지 충분한 세기가 유지되지 않을 수 있다.

도 3에서는 초음파를 이용한 통신에서도 복수의 중계기(311, 312, 313)를 이용하여 음영 지역을 해소하거나 초음파 기지국(310)의 셀 커버리지를 확대하는 실시예가 도시된다.

도 3에서 초음파 기지국(310)은 유선 또는 무선을 이용하여 먼 거리에 위치한 초음파 중계기(311, 313)로 데이터를 전송한다. 각 초음파 중계기(311, 313)는 초음파 기지국(310)으로부터 수신한 데이터를 초음파로 변환하여 초음파 단말기(320, 330)로 전송한다. 엔지니어는 헤드셋(331)등을 이용하여 초음파 단말기(330)를 경유하여 통화할 수 있다.

도 4는 두 개의 독립된 셀이 무선으로 연결되어 다중 셀을 이루는 경우를 도시한 것이다. 도 4에서 2개의 선박(410, 420)이 두 개의 셀을 구성한다. 두 개의 셀은 무선 링크로 연결된다. 무선 링크는 두 선박을 직접 연결하는 링크일 수도 있고, 백본 네트워크를 이용하여 연결된 로지컬 링크일 수도 있다.

두 셀간의 통신은 초음파 기지국(430, 440)을 통하여 이루어질 수도 있고, 게이트웨이 단말기를 통해서 이루어질 수 있다. 이 경우 제1 초음파 기지국(430)은 전파를 이용하여 데이터를 제2 초음파 기지국(440)으로 전송할 수 있다.

도 5는 선박내의 초음파 통신 시스템과 무선으로 연결된 중앙 관제 센터를 도시한 것이다. 선박의 선체(500)가 아직 건조 중 이라면, 선체(500)내에서는 수많은 사건, 사고가 발생할 수 있고, 분초를 다투는 사고가 발생할 수도 있다. 이 경우, 엔지니어는 초음파 단말기(510) 및 초음파 기지국(520)을 경유하여 중앙 관계 센터와 통신할 수 있다. 엔지니어는 사고가 발생한 위치 및 사고 상황을 신속하게 보고할 수 있으므로 비상 구조 작업을 정확히, 신속하게 수행할 수 있다.

예를 들어, 엔지니어는 초음파 단말기(510)를 이용하여 사고 발생을 신고할 수 있다. 이 경우, 엔지니어는 초음파 단말기(510)를 조작하여 초음파 단말기(510)가 특정 패턴의 초음파 신호를 초음파 기지국(520)으로 전송하도록 제어한다. 초음파 기지국(520)는 특정 패턴의 초음파 신호에 기반하여 사고 발생 여부를 판단하고, 사고 발생 여부를 전파를 이용하여 중앙 관제 센터(530)로 전송할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 초음파 단말기(510)는 센서를 이용하여 사고 발생 여부를 스스로 판단하고, 판단 결과에 따라서 특정 패턴의 초음파 신호를 초음파 기지국(520)로 전송할 수 있다.

도 6은 MIMO기능을 갖춘 초음파 단말기를 이용한 데이터 송수신을 도시한 도면이다.

초음파의 전송 속도는 전파의 전송 속도보다 느리다. 또한 초음파의 전송 속도는 트랜스듀서의 수신감도, 트랜스듀서가 생성할 수 있는 초음파의 주파수 대역폭, 초음파의 전송 전력, 음파 채널 특성 등에 따라서 결정된다. 사진, 동영상과 같은 멀티미디어 신호 및 설계 도면과 같은 대용량 데이터는 음성 신호보다 높은 데이터 전송 속도를 요구한다. 이를 만족시키기 위하여 복수의 트랜스듀서를 가지는 초음파 단말기와 복수개의 트랜스듀서를 가지는 초음파 기지국을 이용한 MIMO 전송 기법을 적용할 수 있다.

도 6에서는 선체(600)의 내부에 위치한 초음파 단말기(610)와 선체(600)의 표면에 위치한 초음파 기지국(620)간에, 복수의 트랜스듀서를 이용하여 영상 데이터를 전송하는 실시예가 도시되었다.

이 경우, 초음파 기지국(620)은 복수의 트랜스듀서에서 복수 데이터 스트림을 전송할 수 있다. 초음파 단말기(610)는 복수의 트랜스듀서를 이용하여 각 데이터 스트림이 혼합된 신호를 수신하고, MIMO 신호 처리 기법을 이용하여 서로 다른 스트림을 분리할 수 있다. 초음파 기지국(620)은 초음파 단말기(610)로 복수의 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있으므로 데이터 전송 효율이 향상된다. 도 6에서는 초음파 기지국(620)이 초음파 단말기(610)로 복수의 데이터 스트림을 전송하는 실시예만이 설명되었으나, 초음파 단말기(610)가 복수의 트랜스듀서를 이용하여 초음파 기지국(620)으로 데이터 스트림을 전송하는 경우에도 초음파 단말기(610)와 초음파 기지국(620)은 도 6에서의 실시예와 유사한 동작을 수행하여 초음파 단말기(610)로부터 초음파 기지국(620)까지의 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

이상 도 1 내지 도 6에서는 초음파를 이용하여 데이터를 전송하는 초음파 단말기에 대하여 설명하였다. 초음파 단말기는 일반적으로 선체에 부착되는 트랜스듀서 부분과 헤드셋과 같은 형태를 하고 사용자로부터 데이터를 수신하는 부분으로 구분될 수 있다. 그러나, 실시예에 따라서는, 초음파 단말기는 벽걸이 형태(wall mount type) 또는 입는 형태(wearable type)를 할 수도 있다. 그러나, 선박의 선체와 같은 고체 매질에 부착되고, 매체의 진동을 전기 신호로 변환하거나, 전기 신호를 매체의 진동으로 변환하는 트랜스듀서를 이용하여 데이터를 전송한다는 점은 그 형태에 관계없이 동일하다.

도 7은 세 사용자 그룹이 초음파 통신으로 연결된 것을 도시한 것이다.

선체(700)내부에는 복수의 초음파 기지국(710, 720, 730)이 존재할 수 있다. 각 초음파 기지국(710, 720, 730)들은 복수의 초음파 단말기들(711, 712, 721, 722, 731) 중에서 자신과 동일한 그룹으로 그룹핑된 초음파 단말기들과 통신한다. 도 7에서 제1 초음파 기지국(710)은 초음파 단말기(711) 및 초음파 단말기(712)와 그룹핑되어 초음파 단말기(711) 및 초음파 단말기(712)와 통신한다.

제2 초음파 기지국(720)은 초음파 단말기(721) 및 초음파 단말기(722)와 그룹핑되어 초음파 단말기(721) 및 초음파 단말기(722)와 통신한다. 또한, 제3 초음파 기지국(730)은 초음파 단말기(731)와 그룹핑되어, 초음파 단말기(731)과 통신한다.

서로 다른 그룹에 속한 초음파 단말기(711, 712, 721, 722, 731)들은 초음파 기지국(710, 720, 730)을 경유하여 통신할 수 있다. 예를 들어 초음파 단말기(731)과 초음파 단말기(712)는 서로 다른 그룹에 속한 초음파 단말기들이다. 초음파 단말기(731)는 동일한 그룹에 포함된 초음파 기지국(730)과 통신하고, 초음파 기지국(730)은 초음파 단말기(712)가 포함된 그룹의 초음파 기지국(710)과 통신한다. 초음파 기지국(710)은 다시 초음파 단말기(712)와 통신한다. 즉, 초음파 단말기(731)과 초음파 단말기(712)간의 데이터는 초음파 단말기(731)- 초음파 기지국(730)- 초음파 기지국(710)-초음파 단말기(712)의 경로로 전송된다.

일측에 따르면 초음파 단말기(731)와 초음파 기지국(730)간, 초음파 단말기(712)와 초음파 기지국(730)간에는 초음파를 이용하여 데이터가 전송되고, 초음파 기지국(710)과 초음파 기지국(712)는 전파를 이용하여 데이터가 전송될 수 있다.

도 8은 초음파 통신에서 충격파 응답의 개념을 도시한 것이다.

초음파 단말기(810)는 선체(800)를 이용하여 위치 추정 장치(820)로 초음파를 전송한다. 초음파는 선체 내부의 각 부분을 따라서 여러 경로(831, 832, 833)를 이용하여 전송된다. 경로의 장, 단에 따라서 초음파는 시간 차이를 두고 위치 추정 장치(820)로 전송된다. 만약 경로의 길이가 짧다면, 초음파의 전송 시간도 짧다. 경로의 길이가 길다면, 초음파의 전송 시간도 길다.

즉, 초음파 단말기(810)가 초음파를 충격파(impluse)의 형태로 생성한 경우에도, 위치 추정 장치(820)은 여러 경로를 이용하여 전송된 초음파를 수신하며, 초음파는 시간의 경과에 따라서 여러 갈래로 수신된다(840). 여러 경로로 수신된 초음파들의 레벨을 시간의 경과에 따라 도시한 것을 초음파 채널의 충격파 응답(impulse response)(840)이라고 할 수 있다. 충격파를 전송하는 것은 매우 짧은 시간 동안 많은 에너지를 전송하여야 하므로 비효율적이다. 따라서 위치 추정 장치(820)는 엠 시퀀스(m Sequence) 등과 같은 수도 랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence) 신호를 변조하고, 변조된 신호를 이용하여 초음파 단말기(810)의 위치를 추정할 수 있다. 이 경우 위치 추정 장치(820)는 수신된 랜덤 시퀀스로부터 채널의 충격파 응답을 구할 수 있다. 또한 위치 추정 장치(820)는 수신된 데이터 패킷으로부터 초음파 단말기(810)의 위치를 추정할 수도 있다.

초음파의 전송 경로는 초음파 단말기(810)와 위치 추정 장치(820)의 위치에 따라서 결정된다. 만약 위치 추정 장치(820)의 위치가 고정이라면, 초음파의 전송 경로는 초음파 단말기(810)의 위치에 따라 결정된다.

초음파 채널의 충격파 응답(840)은 초음파의 전송 경로에 따라서 결정되고, 초음파의 전송 경로는 초음파 단말기(810)의 위치에 따라서 결정되므로, 초음파 채널의 충격파 응답을 분석하여 초음파 단말기(810)의 위치를 추정할 수 있다.

도 9는 초음파 통신을 이용한 위치 추정을 도시한 도면이다.

도 9에서 제1 초음파 단말기(910)로부터 위치 추정 장치(901)까지는 두 개의 경로(911, 912)가 존재한다. 두 경로의 길이가 다르기 때문에 제1 초음파 단말기(910)가 전송한 초음파가 각 경로를 경유하여 위치 추정 장치(901)에 도달하는 시간은 서로 다르다. 제2 초음파 단말기(920)의 경우에도 두 개의 경로(921, 922)가 존재하며, 제2 초음파 단말기(920)가 전송한 초음파가 각 경로를 경유하여 위치 추정 장치(901)에 도달하는 시간은 서로 다르다.

따라서, 수신된 초음파 신호에 포함된 위치에 따른 고유한 특징으로부터 초음파 신호를 전송한 초음파 단말기(910, 920)의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들어, 위치 추정 장치(901)는 선체의 각 부분에 대하여 초음파 채널의 충격파 응답을 저장하고, 저장된 초음파 채널의 충격파 응답과 수신된 초음파 채널의 충격파 응답을 비교하여 초음파 단말기(910, 920)의 위치를 추정할 수 있다.

충격파 응답을 직접 저장하는 것은 많은 용량의 저장 장치기 필요할 수 있기 때문에 충격파 응답 대신 충격파 응답으로부터 추출한 위치 정보를 담고 있는 파라미터들을 추출하여 이 파라미터들을 저장하고, 위치를 추정하고자 하는 초음파 신호의 채널 충격파 응답으로부터 위치 정보를 담고 있는 파라미터들을 추출하여 위치를 추정할 수 있다. 이때 위치 정보를 담고 있는 파라미터들을 위치 정보에 대한 시그너쳐라고 칭한다.

일측에 따르면 위치 추정 장치(901)는 저장된 초음파 채널의 충격파 응답의 딜레이 프로파일(delay profiile)과 수신된 초음파 채널의 충격파 응답의 딜레이 프로파일을 비교하여 저장된 딜레이 프로파일들 중에서, 수신된 딜레이 프로파일과 유사한 딜레이 프로파일을 선택할 수 있다. 일측에 따르면 위치 추정 장치(901)는 수신된 딜레이 프로파일과 유사한 딜레이 프로파일의 초음파 전송 위치를 초음파 단말기(910, 920)의 위치로 추정할 수 있다.

일측에 따르면 초음파 단말기(910, 920)는 충격파를 전송하는 대신 수도 랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)를 전송하고, 위치 추정 장치(901)는 수도 랜덤 시퀀스의 수신 신호로부터 충격파 응답을 추출할 수도 있다.

또 다른 측면에 따르면 위치 추정 장치(901)는 수신 신호로부터 초음파 단말기(910, 920)의 고유한 위치 정보를 담고 있는 파라미터들을 추출하고, 추출된 파라미터를 이용하여 초음파 단말기(910, 920)의 위치를 추정할 수 있다.

도 10은 선박이 침몰된 경우에, 초음파를 이용하여 생존자와 통신하는 실시예를 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 실시예에서 선박은 두 부분(1010. 1020)으로 분리되어 완전히 침몰되었다. 생존자(1030)는 침몰된 선박의 한 부분(1010)에 위치한다. 일반적인 경우, 선체의 외부에서는 승객이 생존했는지, 사망했는지 여부를 알 수 없어 구조 작업을 진행해야 할지, 인양 작업을 진행해야 할지 결정하지 못할 수 있다.

본 발명에 따르면, 생존자(1030)는 초음파 단말기(1040)를 이용하여 초음파 기지국(1060)과 통신하여 자신의 생존 사실을 손쉽게 알릴 수 있다. 일측에 따르면, 구조 작업을 진행하는 잠수부(1050)는 직접 초음파 기지국(1060)를 조작하여 생존자(1030)와 통신할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 초음파 기지국(1060)은 초음파 단말기(1040)와의 통신 내용을 수중 초음파 통신을 이용하여 수상으로 전송할 수 있다. 이 경우, 초음파 기지국(1060)은 수중 초음파 통신용 송수신기(1070)로 생존자(1030)와의 통신 내용을 전송한다. 일측에 따르면, 수중 초음파 통신용 송수신기(1070)는 유선을 이용하여 구조 선박으로 통신 내용을 전송할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 단말기의 구조를 도시한 블록도이다. 초음파 단말기(1000)는 트랜스듀서(1110), 수신부(1130), 출력부(1140), 전송부(1160), 입력부(1170) 및 사고 감지부(1190)를 포함할 수 있다.

도 11에 도시된 초음파 단말기는 초음파를 이용하여 데이터를 수신하거나, 전송할 수 있다. 이하 도 11에서는 데이터를 수신하기 위하여 초음파 단말기가 수신하는 초음파를 제1 초음파라고 하고, 데이터를 전송하기 위하여 초음파 단말기가 전송하는 초음파를 제2 초음파라고 한다.

트랜스듀서(1110)는 매체의 진동을 전기 신호로 변환하거나, 전기 신호를 매체의 진동으로 변환하는 장치이다. 초음파 기지국이 전송한 초음파는 선체(1120)를 통하여 전송된다. 초음파가 전송되면 선체(1120)는 진동한다. 트랜스듀서(1110)는 선체의 진동을 이용하여 초음파를 감지할 수 있다.

트랜스듀서(1110)는 선체(1120)와 같은 고체 매질을 이용하여 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로부터 수신된 제1 초음파를 제1 전기 신호로 변환한다. 선체(1120)는 일반적으로 금속 재질로 구성되어 있어 전파를 차폐하는 성질이 있으며, 격벽으로 구분된 여러 개의 좁은 공간을 포함한다. 격벽으로 구분된 서로 다른 공간 사이에서는 전파가 전송되기 어렵고, 전파를 이용한 통상의 이동통신은 선체 내에서는 사용이 힘들다. 트랜스듀서(1110)는 제1 전기 신호를 수신부(1130)로 전송한다.

수신부(1130)는 제1 전기 신호를 트랜스듀서(1110)로부터 수신하고, 수신된 제1 전기 신호를 제1 데이터로 변환한다. 일측에 따르면, 변환 과정은 디모듈레이션 과정 및 디코딩 과정을 포함할 수 있다.

도 11에서는 트랜스듀서(1110)와 수신부(1130), 전송부(1160)가 모두 초음파 단말기(1100)의 내부에 포함된 실시예가 도시되었으나, 다른 실시예에 따르면 트랜스 듀서(1110)는 초음파 단말기(1110)의 외부에 위치할 수도 있다. 이 경우, 트랜스듀서(1110)는 벽걸이 타입(wall-mount type)의 통신 장치일 수 있고, 수신부(1130) 및 전송부(1160)는 벽걸이 타입의 통신 장치와 무선으로 연결되는 헤드셋 형식일 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면 초음파 단말기는 선박내의 엔지니어가 착용하는 웨어러블 타입(wearable type)일 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서(1110)는 엔지니어의 신발과 같이 선체에 접촉하는 부분에 장착되고, 수신부(1130) 및 전송부(1160)는 엔지니어가 작용하는 의복 부분에 위치할 수 있다. 트랜스듀서(1110)와 수신부(1130), 트랜스듀서(1110)와 전송부(1160)는 유,무선으로 연결될 수 있다.

출력부(1140)는 제1 데이터를 스피커(1151), 디스플레이 장치(1152), 저장 장치 등으로 출력한다. 예를 들어 제1 데이터가 음성 데이터인 경우에, 출력부(1140)는 제1 데이터를 스피커(1151)를 이용하여 재생할 수 있다. 또한, 제1 데이터가 영상 데이터인 경우에, 출력부(1140)는 제1 데이터를 디스플레이 장치(1152)를 이용하여 디스플레이 할 수 있다. 또한 출력부(1140)는 제1 데이터를 별개의 저장 장치(1153)에 저장할 수 있다.

전송부(1160)는 제2 데이터를 제2 전기 신호로 변환한다. 일측에 따르면 제2 데이터는 음성 신호일 수 있다. 이 경우에, 입력부(1170)는 마이크(1181)를 이용하여 녹음된 음성을 수신한다. 전송부(1160)는 녹음된 음성을 제2 전기 신호로 변환할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 제2 데이터는 영상 신호일 수 있다. 이 경우에, 입력부(1170)는 카메라(1182)를 이용하여 촬영된 영상을 수신한다. 전송부(1160)는 촬영된 영상을 제2 전기 신호로 변환할 수 있다. 변환 과정은 인코딩 과정 및 모듈레이션 과정을 포함할 수 있다.

트랜스듀서(1110)는 제2 전기 신호를 제2 초음파로 변환하고, 변환된 제2 초음파를 고체 매질(1120)을 이용하여 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로 전송할 수 있다. 일측에 따르면, 트랜스듀서(1110)는 제2 초음파에 따라서 고체 매질(1120)을 진동시켜 제2 초음파를 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로 전송할 수 있다.

일측에 따르면 초음파 단말기(1190)는 사고 감지부(1190)를 포함할 수 있다. 사고 감지부(1190)는 초음파 단말기(1100)의 사용자에 대한 사고 발생 여부를 감지한다.

일측에 따르면, 사고 감지부(1190)는 중력센서 등을 이용하여 초음파 단말기(1110)에 가해지는 힘의 방향을 감지할 수 있다. 만약 초음파 단말기(1100)의 사용자에게 사고가 일어나거나, 사용자가 넘어지면, 초음파 단말기(1110)는 순간적으로 강한 힘을 받을 수 있다. 이 경우, 사고 감지부(1190)는 사용자에게 사고가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서(1110)는 사고 발생 여부를 고체 매질(1120)을 이용하여 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로 전송할 수 있다.

일측에 따르면, 초음파 단말기(1100)는 초음파 단말기(1100)의 위치 추정을 위하여 초음파를 이용할 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서(1110)는 소정의 참조 초음파를 위치 추정 장치로 전송한다. 참조 초음파의 패턴은 초음파 단말기(1100)와 위치 추정 장치간에 미리 서로 약속될 수 있다. 참조 초음파를 이용하여 초음파 단말기(1100)의 위치를 추정하는 구성에 대해서는 이하 도 13에서 상세히 설명하기로 한다.

일측에 따르면 초음파 단말기(1100)는 초음파를 이용한 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 트랜스듀서(1110)가 선체를 통해 전송되는 제1 초음파를 수신하지 못하거나, 트랜스듀서(1110)가 제2 초음파를 전송하지 못한다면, 초음파 단말기(1100)는 초음파를 이용한 통신이 불가능하다. 따라서, 트랜스듀서(1110)는 초음파 기지국 또는 제2 초음파 단말기로부터 제1 초음파를 수신할 수 있는지 여부를 판단하고, 그 결과에 따라서 초음파를 이용한 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 트랜스듀서(1110)와 수신부(1130)가 무선으로 연결된 경우에, 수신부(1130)와 트랜스듀서(1110)가 최대 통신 가능 거리 이상으로 이격될 수 있다. 이 경우, 트랜스듀서(1110) 전기 신호를 수신부(1130)로 전송할 수 없다.

수신부(1130)는 트랜스듀서(1110)로부터 전기 신호를 수신하고, 수신 결과에 따라서 초음파를 이용한 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있다.

일측에 따르면 출력부(1140)는 초음파를 이용한 통신이 가능한지 여부를 출력할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 기지국의 구조를 도시한 블록도이다. 초음파 기지국(1200)은 트랜스듀서(1210), 수신부(1230), 전송부(1250) 및 데이터 통신부(1240)를 포함한다.

트랜스듀서(1210)는 고체 매질(1220)을 이용하여 초음파 단말기로부터 전송된 초음파를 제1 전기 신호로 변환한다. 일측에 따르면 고체 매질(1220)은 선박의 선체이고, 전파를 차폐하는 성질을 가지고 있을 수 있다.

수신부(1230)는 제1 전기 신호를 제1 데이터로 변환한다. 일측에 따르면 수신부(1230)는 제1 전기 신호에 대하여 디모듈레이션을 수행하고, 디모듈레이션된 제1 전기 신호를 디코딩하여 제1 전기 신호를 제1 데이터로 변환할 수 있다.

데이터 통신부(1240)는 제1 데이터를 통신 네트워크를 이용하여 서버(1270)로 전송한다. 또한 데이터 통신부(1240)는 서버(1270)로부터 통신 네트워크를 이용하여 제2 데이터를 수신할 수 있다.

전송부(1250)는 제2 데이터를 제2 전기 신호로 변환할 수 있다. 일측에 따르면 전송부(1250)는 제2 데이터를 인코딩하고, 인코딩된 제2 데이터를 모듈레이션하여 제2 데이터를 제2 전기 신호로 변환할 수 있다.

트랜스듀서(1210)는 제2 전기 신호를 초음파로 변환하고, 변환된 초음파를 고체 매질을 이용하여 초음파 단말기 또는 다른 초음파 기지국으로 전송할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따라서 초음파를 이용하여 위치를 추정하는 위치 추정 장치의 구조를 도시한 블록도이다.

위치 추정 장치(1300)는 트랜스듀서(1310), 시그너처 생성부(1320), 위치 추정부(1330) 및 시그너처 저장부(1340)를 포함한다.

사용자(1350)는 초음파 단말기(1360)를 조작하여 위치 인식에 사용될 수 있는 참조 초음파를 발생한다. 또는 다른 측면에 따르면 초음파 단말기(1360)는 사용자의 조작 없이, 주기적으로 참조 초음파를 생성할 수 있다. 또는 다른 측면에 따르면 초음파 단말기(1360)는 사고 등 특정 상황이 발생하면 이를 감지하여 스스로 위치 인식을 위한 초음파 신호를 전송할 수 있다.

생성된 참조 초음파는 고체 매질의 선체(1370)를 이용하여 전송된다.

트랜스듀서(1310)는 고체 매질을 이용해 전송된 참조 초음파를 수신한다.

시그너처 생성부(1320)는 참조 초음파에 기반하여 초음파 단말기(1360)의 위치 추정을 위한 시그너처를 생성한다. 시그너처는 초음파 단말기(1360)의 위치 추정을 위한 파라미터의 일종이다. 일측에 따르면, 시그너처는 초음파 단말기(1360)의 위치 추정을 위한 복수의 파라미터를 포함하는 파라미터 셋일 수 있다. 다른 측면에 따르면, 참조 초음파는 도 8에서 설명된 바와 같은 충격파일 수 있다. 이 경우에, 도 8에서 설명된 참조 초음파의 딜레이 프로파일이 시그너처의 일예로서 사용될 수 있다.

위치 추정부(1330)는 참조 초음파에 기반하여 생성된 시그너처에 기반하여 초음파 단말기(1360)의 위치를 추정한다. 일측에 따르면 시그너처 생성부(1320)는 고체 매질로 구성된 선체의 각 부분에서 전송된 초음파에 따라서 시그너처들을 생성한다. 이 시그너처들을 참조 시그너처라고 하자. 시그너처들은 선체(1370)의 각 부분에 대하여 생성된다. 시그너처 저장부(1340)는 참조 시그너처들을 저장한다.

일측에 따르면 위치 추정부(1330)는 참조 시그너처들과 초음파 단말기(1360)에 대하여 생성된 시그너처를 비교한다. 위치 추정부(1330)는 참조 시그너처들 중에서 초음파 단말기(1360)에 대하여 생성된 시그너처와 가장 유사한 참조 시그너처를 선택한다. 위치 추정부(1330)는 가장 유사한 참조 시그너처에 대응하는 선체(1370)상에서의 위치를 단말기(1360)의 위치로 추정할 수 있다.

100: 선체
110, 120, 130: 초음파 단말기
131: 헤드셋
140: AP

Claims

고체 매질을 이용하여 초음파 단말기로부터 참조 초음파를 수신하는 트랜스듀서;
상기 참조 초음파에 기반하여 상기 초음파 단말기의 위치 추정을 위한 시그너처를 생성하는 시그너처 생성부;
상기 시그너처에 기반하여 상기 초음파 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정부
를 포함하는 위치 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 시그너처는 상기 참조 초음파의 딜레이 프로파일인 위치 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 고체 매질의 서로 다른 위치에 대하여 생성된 참조 시그너처들과 상기 생성된 시그너처를 비교하고, 상기 참조 시그너처들 중에서 상기 생성된 시그너처와 가장 유사한 시그너처에 대응되는 위치를 상기 초음파 단말기의 위치로 추정하는 위치 추정 장치.