KR20200065829A - 블루투스를 이용한 차량용 데이터 통신 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량과 스마트폰 등 주변기기와의 커넥티비티 향상에 관한 것으로, 본 발명에 따른 블루투스 통신 장치는 M-DPSK와 N-FSK 변/복조 방식을 결합하여 데이터를 전송함으로써 블루투스 통신의 데이터 전송량을 향상시킬 뿐 아니라 보다 넓은 범위에 데이터를 전송할 수 있는 장점을 가진다.

Description

블루투스를 이용한 차량용 데이터 통신 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DATA COMMUNICATION IN VEHICLE USING BLUETOOTH AND METHOD THEREOF}
본 발명은 통신방법에 관한 것으로, 특히 블루투스를 이용한 차량 내 통신에 관한 것이다.
스마트폰이 대중화되면서 스마트폰과 자동차 간의 연결이 중요한 문제로 떠올랐고, 스마트폰 뿐만 아니라 스마트 워치 등의 웨어러블 디바이스나 태블릿 PC 등 주변기기의 연결도 고려해야 하는 상황이 되었다.
이러한 자동차 내의 단거리 무선 통신에 블루투스 기술이 사용되기 시작하면서 블루투스 기술이 각광을 받기 시작했고, 디바이스간의 통신과 차량과의 통신에 있어서 블루투스 방식의 무선통신이 차지하는 비중은 가히 독보적이라 할 수 있다.
하지만 블루투스 방식의 단점은 소모전력으로 인해 배터리를 빠르게 소모시키는 데 있다. 배터리 소모 문제는 훨씬 적은 전력을 사용하는 블루투스 4.0의 등장으로 개선이 되었으나, 자동차 전장시스템의 발전과 차량 내 혹은 차량 외부의 통신망과도 연계되는 차량 커넥티비티 요구의 증가로 더 넓은 대역폭과 더 먼 송수신 거리를 필요로 하게 되었다.
현재 사용되고 있는 블루투스의 최대 비트레이트는 8DPSK(8-Differential Phase Shift Keying)를 변조 포맷(Modulation Format)으로 사용했을 때 2~3Mbps이다. 하지만 이러한 대역폭으로는 동영상 스트리밍을 비롯해 점점 증가하는 대용량의 데이터들을 주고받기엔 역부족이다.
종래기술 중 하나인 대한민국 특허 출원번호 제10-2013-0162432호 발명은 차량 내 블루투스 연결 단말기의 위치를 판단하기 위한 방법을 제시하고 있을 뿐 대역폭 부족에 대한 해결책은 제시하지 못하고 있는 현실이다.
본 발명의 발명자들은 이러한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 노력해왔고, 차량 내에서 대용량의 데이터를 보다 멀리 보낼 수 있는 방법을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 종래의 블루투스 통신 방법이 가지는 대역폭의 한계를 극복하여 보다 넓은 대역폭을 가지는 블루투스 통신 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명은 블루투스를 이용한 차량 내 통신 장치에 관한 것으로, 본 발명의 차량용 데이터 통신 장치는,
하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부; 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 변조부; 및 상기 변환된 아날로그 신호를 전송하는 블루투스 통신부;를 포함하며, 상기 제어부는 전송할 데이터 비트스트림을 단위 데이터로 분할하여 상기 변조부에 전달하고, 상기 변조부는 상기 분할된 단위 데이터를 DPSK(Differential Phase Shift Keying) 방식으로 변조한 후, 변조된 베이스밴드 신호를 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하면, 상기 블루투스 통신부가 FSK 방식으로 변조된 베이스밴드 신호를 블루투스 수신기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변조부에서 사용하는 DPSK 변조 방식은 M-DPSK(M은 4이상의 정수) 방식이고, FSK 변조 방식은 N-FSK(N은 4 이상의 정수) 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 종래 기술에 비해 훨씬 넓은 대역폭을 이용하여 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한 잡음에 덜 민감한 특성에 의해 전송에러를 줄일 수 있으므로 더 넓은 범위에 데이터를 전송할 수 있는 장점도 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 차량용 데이터 통신 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 통신 장치에 의해 데이터가 전송되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 차량용 데이터 통신 장치의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 통신 장치에 의해 데이터를 수신하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 차량용 데이터 통신 장치의 개략적인 구조도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 블루투스를 이용한 차량용 데이터 통신 장치의 한 예를 나타낸다.
본 발명의 데이터 통신 장치(10)는 제어부(110), 변조부(120) 및 통신부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(110)는 디지털 데이터인 비트스트림(bitstream)을 변조부(120)에 전달한다. 디지털 데이터를 변조부(120)에서 처리할 수 있는 단위로 분할하여 순차적으로 전달하는 것이다.
변조부(120)는 비트스트림을 전송이 가능한 아날로그 신호로 변조(Modulation)한다.
변조 방식으로는 주파수 천이 변조(FSK: Frequency Shift Keying)와 차등 위상 천이 변조(DPSK: Differential Phase Shift Keying) 방식이 사용된다. 특히 본 발명에서는 M-DPSK(M-ary DPSK) 방식이 사용될 수 있다.
변조부(120)는 우선 제어부(110)에서 전달받은 각 비트스트림을 DPSK의 심볼에 매핑(mapping)한다.
매핑된 심볼은 다시 N개의 주파수를 가지는 정현파(Carrier)에 의해 변조되는 FSK 변조가 실행된다.
통신부(130)는 변조부(120)에 의해 아날로그 신호로 변조된 데이터를 통신 채널(channel)로 전송하고, 다른 블루투스 수신기는 이 신호를 수신하여 데이터를 복원할 수 있다.
도 2는 본 발명의 데이터 통신 장치(10)에 의해 데이터가 송신되는 과정을 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
제어부(110)는 비트스트림을 변조부(120)에서 처리하는 단위로 구분한 단위 데이터를 변조부(120)로 전달한다. 예를 들어 변조부(120)에서 비트스트림을 5비트 단위로 처리할 수 있다면 제어부(110)는 비트스트림을 5비트 단위로 구분하여 5비트 크기의 단위 데이터를 변조부(120)에 전달하는 것이다.
변조부(120)의 DPSK 변조부(122)는 전달받은 단위 데이터를 M개의 심볼로 매핑하여 변조한다. 예를 들어 M=8인 8DPSK의 경우 8개의 심볼(X1~X8)에 단위 데이터를 매핑할 수 있다. 8개의 데이터는 3비트로 표현할 수 있으므로 5비트 데이터 중 상위 3비트 혹은 하위 3비트의 데이터에 의해 8개의 심볼에 매핑하여 DPSK 변조를 실행하는 것이다.
DPSK 변조가 된 데이터는 FSK 변조부(124)에 전달된다. FSK 변조부(124)는 N개의 반송파(Carrier)에 의해 데이터를 변조한다. 예를 들어 N=4인 4FSK의 경우 4개의 서로 다른 주파수(f1~f4)를 사용하여 데이터를 변조하는 것이다. 4개의 주파수는 2비트로 표현할 수 있으므로 5비트 데이터 중 상위 2비트 혹은 하위 2비트 데이터에 의해 변조될 주파수를 결정하여 DPSK 변조가 된 데이터를 다시 한 번 FSK 변조한다.
예를 들어 10110의 5비트 데이터를 8DPSK, 4FSK에 의해 변조한다면 상위 2비트로 FSK 변조를 결정하고, 하위 3비트를 DPSK 변조를 위해 사용하는 것이다. 10110 데이터의 하위 3비트는 110이므로, 8개의 DPSK 심볼 중 7번째 심볼인 X7에 데이터를 매핑하고 DPSK 변조를 수행한다. 다음 하위 2비트는 10이므로 4개의 FSK 주파수 중 3번째 주파수인 f3으로 DPSK 변조된 데이터를 다시 한 번 변조하는 것이다.
변조가 완료된 아날로그 신호는 통신부(130)의 안테나를 통해 채널로 전송이 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 차량용 데이터 통신 장치의 한 예를 나타낸다.
본 발명의 다른 데이터 통신 장치(20)는 통신부(210), 복조부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
통신부(210)는 채널을 통해 전송된 블루투스 아날로그 신호를 수신하여 복조부(220)로 전달한다.
복조부(220)는 수신한 아날로그 신호를 FSK 코릴레이션(Correlation)하여 DPSK 신호로 복원하고, DPSK 복조(Demodulation) 과정을 거쳐 데이터를 추출하게 된다.
추출된 데이터는 제어부(230)에서 정리하여 원래의 비트스트림으로 재구성함으로써 데이터 수신이 완료된다.
도 4는 본 발명의 데이터 통신 장치(20)에 의해 데이터를 수신하는 과정을 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
통신부(210)는 안테나를 이용하여 아날로그 블루투스 신호를 수신하여 복조부(220)에 전달한다.
복조부(220)에서는 아날로그 신호에 대해 다운 샘플링(Down Sampling)과 시간 동기화(Time Synchronization) 과정을 거친다. 신호의 각 프레임(frame)간 시간 동기가 맞지 않으면 프레임끼리 중첩이 발생하면서 왜곡이 생기므로 이를 방지하기 위해 필수적이다.
다운샘플링과 시간 동기화가 된 아날로그 신호는 FSK 복조부(222)에서 FSK 코릴레이션을 거치면 DPSK 신호로 복원된다. 송신단에서 N-FSK 변조를 거친 신호가 어떤 주파수에 의해 변조되었는지 코릴레이션 과정을 통해 알아낼 수 있는 것이다. 예를 들어 송신단에서 4-FSK 변조를 거친 신호를 수신한 후 f1~f4의 주파수를 가지는 반송파 신호들을 코릴레이션 함으로써 어떤 주파수에 의해 변조되었는지를 알 수 있고 상위 2비트의 데이터를 알아낼 수 있는 것이다.
FSK 코릴레이션이 완료된 신호는 DPSK 복조부(224)에서 복조(Demodulation)을 거치면 어떤 심볼에 데이터가 매핑된 것인지 알아낼 수 있다. 예를 들어 앞의 예에서 3비트의 데이터 110이 전송되었다면 DPSK 복조에 의해 7번째 심볼인 X7이 복원될 것이고 이에 의해 수신한 데이터가 110이라는 것을 알아낼 수 있는 것이다.
제어부(320)는 이렇게 복조된 데이터들을 결합하여 원래의 비트스트림을 완벽하게 복원할 수 있다. 앞의 예에서 FSK 복조에 의해 알아낸 2비트 데이터 10과 DPSK 복조에 의해 알아낸 3비트 데이터 110을 결합함으로써 10110이라는 5비트의 전송된 데이터를 복원한 것이다.
이렇게 DPSK 방식과 FSK 방식의 변/복조를 결합한 본 발명의 특징에 의해 전송 용량을 높일 수 있다. 예를 들어 8DPSK 변조방식은 3비트의 데이터를 전송할 수 있지만 여기에 4FSK를 결합한 4FSK-8DPSK방식은 앞의 예에서 보았듯이 5비트의 데이터를 전송할 수 있는 것이다.
FSK 변조 방식을 결합하지 않고 종래의 블루투스 통신에서 사용되던 DPSK에서 데이터 전송을 늘리려면 예나의 차수를 높여야 한다. 앞의 예와 같이 5비트의 데이터를 전송하려면 32DPSK를 사용해야 하는 것이다. 하지만 이렇게 차수를 높이면 잡음레벨에 민감하므로 에러율이 높아지는 단점이 생긴다.
반면 FSK 변조 방식을 결합하면 새로운 주파수 축이 추가되기 때문에 낮은 8DPSK 변조를 사용하면서도 32DPSK와 동일한 양의 데이터를 전송할 수 있고, 따라서 잡음 레벨에도 덜 민감한 장점이 있다.
또한 잡음 레벨에 덜 민감한 장점이 있기 때문에 같은 크기의 데이터를 전달할 때 DPSK의 차수를 낮출 수 있으므로 더 넓은 범위의 데이터 전송이 가능한 효과도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 차량용 데이터 통신 장치(30)의 다른 예를 나타낸다.
블루투스 통신 장치는 서로 쌍으로 연결(Pairing)되어 데이터를 주고받으므로 블루투스 통신장치는 송/수신장치를 겸한다.
따라서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 데이터 통신 장치(30)는 통신부(310), 제어부(340)와 함께 변조부(320), 복조부(330)를 모두 포함하여 데이터를 변조하여 송신하고, 수신한 신호를 복조하여 데이터를 복원한다.
DPSK와 FSK 변/복조 방식을 사용하여 데이터를 변/복조하는 과정은 앞서 살펴본 바와 같다.
이상과 같은 본 발명의 DPSK와 FSK를 결합하는 변/복조 특징에 의해 종래 기술에 비해 대용량의 데이터를 전송할 수 있음은 물론이고 보다 넓은 범위로 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (2)

  1. 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어부;
    디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 변조부; 및
    상기 변환된 아날로그 신호를 전송하는 블루투스 통신부;를 포함하며,
    상기 제어부는 전송할 데이터 비트스트림을 단위 데이터로 분할하여 상기 변조부에 전달하고,
    상기 변조부는 상기 분할된 단위 데이터를 DPSK(Differential Phase Shift Keying) 방식으로 변조한 후, 변조된 베이스밴드 신호를 FSK(Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하면,
    상기 블루투스 통신부가 FSK 방식으로 변조된 베이스밴드 신호를 블루투스 수신기로 전송하는 것을 특징으로 하는, 블루투스를 이용한 차량용 데이터 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조부에서 사용하는 DPSK 변조 방식은 M-DPSK(M은 4이상의 정수) 방식이고, FSK 변조 방식은 N-FSK(N은 4 이상의 정수) 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는, 블루투스를 이용한 차량용 데이터 통신 장치.
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