KR20230013534A - 전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법 - Google Patents

전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 전자기파 센서를 구동하는 장치는, 복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공하고, 상기 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 변환기; 상기 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출하는 피크 검출부; 및 상기 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DRIVING BIOMETRIC INFORMATION SENSOR USING ELECTROMAGNETIC SCHEME}
이하, 전자기파 방식으로 생체 정보 센서를 구동하는 기술이 제공된다.
최근 현대인들은 식생활습관 서구화로 인해 당뇨병, 고지혈증, 혈전환자 등 소위 성인 질환으로 고통받는 사람들이 늘고 있다. 이러한 성인 질환의 경중 여부를 알 수 있는 간단한 방법은 혈액 내의 생체 성분 측정이다. 생체 성분 측정은 혈당, 빈혈, 혈액응고 등 혈중에 포함된 여러 가지 성분의 양을 알 수 있어 특정 성분의 수치가 정상 영역에 있는지, 비정상 영역에 있는지 일반인도 병원에 가지 않고 쉽게 이상 여부의 판단이 가능하다는 장점이 있다.
생체 성분 측정의 손쉬운 방법 중 하나는 손가락 끝에서 채혈한 혈액을 테스트 스트립에 주입 후 전기화학적 혹은 광도법을 이용하여 출력신호를 정량 분석하는 것인데, 이러한 방법은 측정기에서 해당 성분량이 디스플레이될 수 있으므로 전문지식이 없는 일반인에게 적합하다.
다만, 채혈시 고통이 따르므로, 채혈이 없거나 채혈이 최소화되는 방식으로 혈당을 측정하는 기술이 요구된다.
[선행기술문헌번호]
한국등록특허 제10-2185556호
전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법을 제공한다.
전자기파 센서를 구동하는 장치에 있어서, 복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공하고, 상기 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 변환기; 상기 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출하는 피크 검출부; 및 상기 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정하는 프로세서를 포함하는 전자기파 센서를 구동하는 장치를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 신호 생성부는, 상기 대상의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 신호 생성부는, 상기 전자기파 센서의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변환기는, 상기 생성된 디지털 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환하여 상기 OFDM 신호로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변환기는, 상기 IFFT를 통해 생성된 실수부와 허수부에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 각각 곱해 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하고, 상기 생성된 IF 신호의 실수부와 허수부를 더해 하나의 IF 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변환기는, 상기 공진기 조립체로부터 반환되어 변환된 디지털 신호에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 곱해 실수부와 허수부로 나누어 베이스 밴드(Base Band) 신호로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변환기는, 상기 베이스 밴드 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 전자기파 센서를 구동하는 장치는, 상기 OFDM 신호에서 하모닉 성분을 제거하는 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 피크 결정부는, 상기 반환된 디지털 신호에서 최대점 혹은 최소점에 해당하는 주파수를 찾아 센서의 공진 주파수로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 프로세서는, 분석물 레벨의 값에 따른 공진 주파수가 매핑되어 있는 매핑 테이블에서 상기 결정된 공진 주파수에 매핑된 분석물 레벨의 값을 찾아 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 프로세서는, 주변 환경에 따라 상기 결정된 분석물 레벨을 보상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전자기파 센서를 구동하는 방법에 있어서, 복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공하는 단계; 상기 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출하는 단계; 및 상기 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정하는 단계를 포함하는 전자기파 센서를 구동하는 방법을 제공한다.
전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 주파수 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 디지털 주파수 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 OFDM을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자기파 센서의 공진 특성의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 내부의 주파수 특성의 예를 나타낸 그래프이다.
도 6은 왜곡된 센서 출력의 예를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이퀄라이저에 의해 조정된 신호의 주파수 특성의 예를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따라 생체 내부의 주파수 특성이 제거된 센서 출력의 예를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 있어서, 전자기파 센서를 구동하는 장치의 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 심볼을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 대역 통과 필터를 더 포함하는 장치의 구성의 예를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전자기파 센서의 내부구성의 예를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전자기파 센서 구동 장치의 예를 도시한 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 전자기파 센서 구동 방법의 예를 도시한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 주파수 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
기존의 PLL(Phase Lock Loop)을 이용한 스캔 방식은 한 번에 하나의 주파수에 대한 응답을 측정하기 때문에 전체 대역을 스캔하는데 많은 시간이 소요되고, 시간에 따른 환경 변화가 측정 결과에 직접 영향을 미치는 문제가 있다. 또한, 모든 주파수에서 동일한 크기의 신호를 생성하기가 어렵다.
도 2는 일 실시예에 따른 디지털 주파수 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에서는 측정하고자 하는 대역의 모든 주파수 성분을 동시에 생성하여 센서 응답을 측정하는 디지털 주파수 스캔 방식을 이용할 수 있다. 한 번에 모든 주파수 성분을 생성하기 때문에 측정 시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 시간에 따른 잡음이나 환경 변화의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 디지털 주파수 스캔 방식으로 주파수를 생성하기 때문에 모든 주파수에서 크기가 일정한 신호를 생성할 수 있다.
서로 인접한 주파수 신호를 동시에 생성하면 각 주파수 성분은 서로 간섭하게 되는데, 이를 해결하기 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 기법을 사용할 수 있다. OFDM은 송신 신호를 수백 개 이상의 직교(Orthogonal)하는 협대역 부반송파(Sub-carrier)로 변조하는 기술이다. 이를 이용하면 각 부반송파들은 서로 영향을 주지 않으므로(직교) 주파수 신호를 각각 생성하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 OFDM을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면 각 부반송파는 자신의 주파수에서 최대 진폭을 나타내고 다른 부반송파의 주파수에서는 진폭이 0이 되어 다른 부반송파에 영향을 주지 않음을 볼 수 있다.
OFDM 기법에서는 서로 간섭이 없는 신호를 생성하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 사용할 수 있다. IFFT는 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환하고, FFT는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 방법으로 서로 간섭이 없는 OFDM 신호를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자기파 센서의 공진 특성의 예를 나타낸 그래프이고, 도 5는 일 실시예에 따른 생체 내부의 주파수 특성의 예를 나타낸 그래프이며, 도 6은 왜곡된 센서 출력의 예를 나타낸 그래프이다.
센서의 공진 특성을 정확히 읽어 들이기 위해 센서의 입력 신호는 모든 주파수에 대해 동일한 크기를 가져야 한다. 하지만, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 크기의 신호를 생성해도 생체 내부의 주파수 특성이 더해져 센서의 입력 신호는 모든 주파수에 대해 동일한 크기를 가지지 않으며, 센서 출력 신호는 왜곡되는 문제가 있다. 생체 내부는 자체적인 주파수 응답 특성을 가지고 있기 때문에 이를 제거하지 않으면 측정 시 센서의 공진 특성과 더해져 측정 결과가 왜곡되는 현상이 발생한다. 도 6은 생체 내부의 주파수 특성이 더해져 센서 출력이 왜곡되는 파형을 보여준다.
도 7은 일 실시예에 따른 이퀄라이저에 의해 조정된 신호의 주파수 특성의 예를 나타낸 그래프이고, 도 8은 일 실시예에 따라 생체 내부의 주파수 특성이 제거된 센서 출력의 예를 나타낸 그래프이다.
생체 내부의 주파수 특성이 더해져 센서 출력이 왜곡되는 문제를 해결하기 위해 본 실시예에 따른 생체 정보 센서 구동 장치는 생체 내부의 주파수 특성을 보상하기 위한 이퀄라이저(EQUALIZER)를 포함할 수 있다. 이퀄라이저는 생체 내부의 주파수 특성을 미리 파악해 이를 보정할 수 있도록 각 주파수 성분의 크기를 다르게 설정한다. 도 7 및 도 8을 참조하면 이퀄라이저에서 생체 내부의 주파수 특성을 보정해 센서 출력의 왜곡을 제거함을 알 수 있다.
일 실시예에 따른 이퀄라이저는 보정 곡선을 다음과 같이 획득할 수 있다. 우선, 1) 채혈을 통한 생체 정보 측정 장비로 채내 생체 정보(일례로, 혈당)를 측정한다. 2) 이퀄라이징(equalizing)되지 않은 신호 출력에 대한 센서 출력을 측정한다. 3) 측정된 센서 출력 파형과 측정된 생체 정보에 해당하는 센서의 공진 특성 파형의 차이를 구하면 생체 내부의 주파수 특성을 구할 수 있다. 4) 구해진 생체 내부의 주파수 특성을 반전해 미리 정의된 계수를 곱하면 이퀄라이저의 보정 곡선을 구할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 있어서, 전자기파 센서를 구동하는 장치의 구성의 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 장치(DEVICE, 900)는 디지털 블록(910) 및 센서(Sensor, 926)를 포함할 수 있다. 여기서, 디지털 블록은 일례로 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 형태로 구현될 수 있다.
데이터 어레이(DATA ARRAY) 블록(912)은 측정하고자 하는 대역에서 크기가 일정한 데이터 배열을 생성할 수 있다. 예를 들어, 20MHz 주파수 범위에서 10kHz 단위로 측정하고자 하는 경우 20MHz/10kHz=2000개의 데이터 배열이 요구된다. FFT는 2^N 개의 데이터 배열에서 가장 효율적으로 구현할 수 있으므로 2000개 보다 큰 2^N인 2048개의 데이터 배열을 사용할 수 있다. 2048개 데이터 배열 중 필요한 2000개 데이터는 1로 설정하고 나머지는 0으로 설정할 수 있다. 결과적으로, 데이터 배열의 값은 가운데 부분이 1로 채워지고 좌우는 0으로 채워진 형태가 될 수 있다. 실제 설정된 데이터 배열의 값은 D(0)=0, D(1)=0, D(2)=0, ... D(21)=0, D(22)=0, D(23)=0, D(24)=1, D(25)=1, D(26)=1, ... D(2022)=1, D(2023)=1, D(2024)=0, D(2025)=0, D(2026)=0, D(2027)=0, ..., D(2045)=0, D(2046)=0, D(2047)=0이 될 수 있다. 여기서 D(1024)가 DC(주파수 0Hz) 성분이 되고, D(0) ~ D(1023)이 주파수 -10.24MHz ~ -0.01MHz, D(1025) ~ (D(2047)이 주파수 0.01MHz ~ 10.23MHz에 해당할 수 있다.
이퀄라이저 블록(914)은 데이터 어레이 블록(912)에서 생성된 균일한 신호에 생체 내부의 주파수 특성을 반영하여 IFFT 블록(916)의 입력 신호를 생성할 수 있다. 이때, 이퀄라이저 블록(914)은 대상의 주파수 응답 특성 또는 센서(926)의 주파수 응답 특성에 기초하여 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징할 수 있다.
IFFT 블록(916)은 입력된 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 변환할 수 있다. 이 신호는 위에서 설정한 각 주파수 성분들을 포함할 수 있으며, 실수부(I)와 허수부(Q)로 출력될 수 있다.
IF 업 컨버터(Intermediate Frequency Up Converter, 918)에서는 IFFT 블록(916)에서 생성한 실수부(I)와 허수부(Q)에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 각각 곱해 IF 신호를 생성할 수 있다. 이때, 곱해지는 사인파의 주파수가 IF 신호의 중심 주파수가 될 수 있다. 사인파의 주파수를 120MHz로 설정하면 생성되는 IF 신호는 120MHz를 중심으로 좌우 10MHz 대역을 갖는 신호가 될 수 있다.
위에서 생성한 IF 신호에는 120MHz 신호 외에 여러 하모닉(harmonic) 성분이 포함될 수 있다. 이를 제거하기 위해 필터(FILTER, 920)를 사용한다. 필터(920)로는 저역 필터(Low Pass Filter) 또는 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 사용할 수 있으며, 하모닉 성분을 효과적으로 제거할 수 있도록 차단주파수(Cut Off Frequency)를 설정할 수 있다.
최종적으로 생성된 IF 신호의 실수부(I)와 허수부(Q)를 더해 하나의 신호로 만들고 DAC(Digital-to-Analog Converter, 922)를 통해 출력할 수 있다.
DAC(922)를 통해 출력된 송신측 IF 신호는 RF 업 컨버터(Radio Frequency Up Converter, 924)를 거쳐 센서(926)가 동작하는 RF 대역의 신호로 변환될 수 있다. 이때, RF 신호의 중심 주파수는 IF 주파수와 RF 업 컨버터(924)의 로컬 PLL 주파수의 합으로 결정될 수 있다. 송신측 IF 주파수가 120MHz이고 Local PLL의 주파수가 2.4GHz이면 RF 대역의 중심 주파수는 0.12GHz+2.4GHz=2.52GHz가 된다.
생성된 RF 신호는 센서(926)로 입력될 수 있고, 센서(926)의 공진 특성에 따라 각 주파수 성분의 크기가 달라진 신호가 출력될 수 있다.
센서(926)에서 출력된 신호는 다시 RF 다운 컨버터(Radio Frequency Down Converter, 928)를 거쳐 수신측 IF 신호로 변환될 수 있다. 본 실시예에 따른 장치의 구성에서 RF 다운 컨버터(928)는 RF 업 컨버터(924)와 동일한 로컬 PLL 주파수를 사용할 수 있기 때문에 수신측 IF 신호는 송신측 IF 신호와 동일한 주파수 대역을 가질 수 있다. 다시 말해, 송신측 IF 주파수가 120MHz이면 송신측 IF 주파수도 120MHz가 될 수 있다. 하지만, 실시예에 따라 송신측 IF 주파수와 수신측 IF 주파수를 다르게 설계할 수도 있다. 이 경우, RF 업 컨버터(924)와 RF 다운 컨버터(928)의 로컬 PLL 주파수를 다르게 설정할 수 있다.
수신측 IF 신호는 ADC(Analog-to-Digital Converter, 930)를 거쳐 디지털 신호로 변환되어 다시 디지털 블록(910)으로 입력될 수 있다.
디지털 블록(910)의 첫 번째 입력단은 IF 다운 컨버터(932)이다. IF 다운 컨버터(932)는 입력된 IF 신호를 실수부(I)와 허수부(Q)로 나누어 베이스 밴드(Base Band) 신호로 변환할 수 있다. 여기에는 IF 다운 컨버터(932)는 IF 업 컨버터(918)와 마찬가지로 주파수가 동일하고 위상이 90도 차이가 나는 두 개의 사인파를 사용할 수 있다. 이때, 사인파의 주파수는 수신측 IF 신호와 동일한 주파수가 사용될 수 있다.
IF 다운 컨버터(932)를 거치면 신호에 하모닉 성분이 더해지는데, 이를 제거하기 위해 필터(934)가 사용될 수 있다. 일례로, 필터(934)로는 저역 필터가 사용될 수 있다.
이렇게 만들어진 베이스 밴드 신호는 FFT 블록(936)를 거쳐 주파수 영역 신호로 변환될 수 있다.
FFT 블록(936)을 거쳐 생성된 주파수 영역 신호는 공진 주파수를 찾아 생체 정보(일례로, 혈당)을 계산하기 위한 피크 서치(PEAK SEARCH) 블록(938)으로 입력될 수 있다.
피크 서치 블록(938)은 수신된 주파수 영역 신호의 피크점을 찾아 공진 주파수를 결정할 수 있다. 수신된 신호는 센서(926)를 거치면서 센서(926)의 공진 특성에 따라 각 주파수 성분의 값이 달라진 신호일 수 있다. 수신된 신호는 센서(926)의 구성에 따라 센서(926)의 공진 주파수에서 데이터 값이 최대 혹은 최소가 될 수 있다. 피크 서치 블록(938)은 수신 신호에서 최대점 혹은 최소점에 해당하는 주파수를 찾아 센서(926)의 공진 주파수로 결정할 수 있다.
센서(926)의 공진 주파수가 결정되면 분석물 레벨 매핑(ANALYTE LEVEL MAPPING) 블록(940)에서 결정된 주파수에 해당하는 분석물 레벨의 값(일례로, 혈당 값)을 계산할 수 있다. 분석물 레벨 매핑 블록(940)은 분석물 레벨의 값에 따른 공진 주파수가 매핑되어 있는 매핑 테이블을 가지고 있을 수 있으며, 공진 주파수가 입력되면 이에 해당하는 분석물 레벨의 값을 테이블에서 찾아 출력할 수 있다. 분석물 레벨 매핑 블록(940)은 온도 등 주변 환경에 따른 보상을 위한 별도의 테이블이나 계산식을 추가로 가질 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 심볼을 설명하기 위한 도면이다.
디지털 블록(910)에서 출력된 신호와 입력된 신호에 시간차가 발생해 신호 검출에 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 타이밍(TIMING) 블록(942)을 추가해 수신 신호의 동기를 찾을 수 있다. 이를 위해, 타이밍 블록(942)은 송신 신호를 출력할 때 송신 신호의 마지막 일정 구간을 처음으로 복사해 먼저 출력하는 CP(Cyclic Prefix)를 삽입할 수 있다. 이후, 수신단에서 수신 신호의 반복되는 구간을 비교해 CP를 찾으면 실제 데이터의 시작점을 알 수 있다. CP 구조는 도 10에 나타난 바와 같다. CP를 사용하면 CP 구간의 길이만큼 데이터 송신 시간은 늘어나지만, 수신측에서 신호 검출이 용이해진다.
도 11은 일 실시예에 따른 대역 통과 필터를 더 포함하는 장치의 구성의 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 장치(1100)는 도 9를 통해 설명한 구성요소들을 모두 포함한 상태에서 추가로 RF 업 컨버터(924)의 앞, 뒤와 RF 다운 컨버터(928)의 앞, 뒤에 BPF(Band Pass Filter, 1110)를 추가해 노이즈와 하모닉 성분을 제거함으로써, 성능을 높일 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 전자기파 센서의 내부구성의 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 전자기파 센서(ELECTROMAGNETIC SENSOR, 1200)의 하드웨어 구성의 예는 도 12와 같다.
FPGA(1212)는 IF 신호의 생성과 검출은 담당할 수 있다. 이퀄라이저 등의 알고리즘 처리도 FPGA(1212)에서 이루어질 수 있다.
DAC(1214)는 FPGA(1212)에서 생성된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해 출력할 수 있으며, ADC(1216)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해 FPGA(1212)로 전달할 수 있다.
믹서(MIXER, 1218)는 IF 주파수를 RF 주파수로 변화하거나 RF 주파수를 IF 주파수로 변환할 수 있다. BPF(1220)는 믹서(1218) 전후에 위치해 하모닉 성분을 제거할 수 있다.
PLL(1222)은 믹서(1218)의 참조(Reference) 주파수를 생성할 수 있다.
AMP(Amplifier, 1224)는 각 부분에서 신호를 증폭할 수 있다.
VGA(Variable Gain Amplifier, 1226)는 입력 신호의 크기를 일정 수준으로 유지시켜 ADC(1216)가 포화되는 것을 방지할 수 있다. VGA(1226)는 FPGA(1212)의 제어에 따라 게인(gain)이 변경될 수 있다.
커플러(COUPLER, 1228)는 센서(1230)의 입력 신호와 출력 신호를 분리할 수 있다. TX 패스(PATH) 신호는 커플러(1228)를 거쳐 센서(1230)로 입력될 수 있으며, 센서(1230)에서 반사되는 신호는 커플러(1228)를 통해 RX 패스로 전달될 수 있다.
체내에 센서(1230)를 삽입하고 시간이 지날수록 센서(1230)의 공진 주파수가 점차 이동하여 처음의 주파수 감지 범위를 벗어날 수 있다. 이를 보정하기 위해 믹서(1218)의 참조 PLL의 주파수를 제어함으로써 감지 범위를 조절할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 전자기파 센서 구동 장치의 예를 도시한 블록도이고, 도 14는 일 실시예에 따른 전자기파 센서 구동 방법의 예를 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 전자기파 센서 구동 방법은 전자기파 센서 구동 장치에 의해 수행될 수 있다. 전자기파 센서 구동 장치(1300)는 도 13에 도시된 바와 같이 신호 생성부(1310), 변환기(1320), 피크 검출부(1330) 및 프로세서(1340)를 포함할 수 있다.
단계(1410)에서 신호 생성부(1310)는 복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성할 수 있다. 여기서 신호 생성부(1310)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 데이터 어레이 블록(912)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 신호 생성부(1310)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 이퀄라이저 블록(914)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 신호 생성부(1310)는 대상의 주파수 응답 특성 또는 전자기파 센서의 주파수 응답 특성에 기초하여 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징할 수 있다. 이퀄라이징은 생체 내부의 주파수 특성을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
단계(1420)에서 변환기(1320)는 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공할 수 있다. 일례로, 변환기(1320)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 IFFT 블록(916)을 포함할 수 있다. 이 경우, 변환기(1320)는 생성된 디지털 신호를 IFFT를 이용하여 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환하여 OFDM 신호로 변환할 수 있다. 실시예에 따라 변환기(1320)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 IF 업 컨버터(918)를 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 변환기(1320)는 IFFT를 통해 생성된 실수부와 허수부에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 각각 곱해 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하고, 생성된 IF 신호의 실수부(I)와 허수부(Q)를 더해 하나의 IF 신호를 생성할 수 있다. 생성된 IF 신호는 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공될 수 있다. 여기서, 공진지 조립체(resonator assembly)는 일례로, 도 9 및 도 11을 통해 설명한 센서(926)에 대응할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, IF 신호는 DAC(922), RF 업 컨버터(924) 및/또는 BPF(1110)를 통해 센서(926)로 전달될 수 있다. BPF(1110)는 OFDM 신호에서 하모닉 성분을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
단계(1430)에서 변환기(1320)는 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환할 수 있다. 일례로, 변환기(1320)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 IF 다운 컨버터(932)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 변환기(1320)는 공진기 조립체로부터 반환되어 변환된 디지털 신호에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 곱해 실수부와 허수부로 나누어 베이스 밴드(Base Band) 신호로 변환할 수 있다. 또한, 변환기(1320)는 변환기(1320)는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 FFT 모듈(936)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 변환기(1320)는 베이스 밴드 신호를 FFT를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.
단계(1440)에서 피크 결정부(1330)는 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출할 수 있다. 일례로, 피크 결정부(1330)는 반환된 디지털 신호에서 최대점 혹은 최소점에 해당하는 주파수를 찾아 센서의 공진 주파수로 결정할 수 있다. 여기서 센서는 도 9 및 도 11을 통해 설명한 센서(926)에 대응할 수 있다.
단계(1450)에서 프로세서(1340)는 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정할 수 있다. 일례로, 프로세서(1340)는 분석물 레벨의 값에 따른 공진 주파수가 매핑되어 있는 매핑 테이블에서 결정된 공진 주파수에 매핑된 분석물 레벨의 값을 찾아 출력할 수 있다. 실시예에 따라 프로세서(1340)는 온도와 같은 주변 환경에 따라 결정된 분석물 레벨을 보상할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전자기파 방식을 이용한 생체 정보 센서 구동 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 전자기파 센서를 구동하는 장치에 있어서,
    복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공하고, 상기 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 변환기;
    상기 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출하는 피크 검출부; 및
    상기 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정하는 프로세서
    를 포함하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성부는,
    상기 대상의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성부는,
    상기 전자기파 센서의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는,
    상기 생성된 디지털 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환하여 상기 OFDM 신호로 변환하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환기는,
    상기 IFFT를 통해 생성된 실수부와 허수부에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 각각 곱해 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하고, 상기 생성된 IF 신호의 실수부와 허수부를 더해 하나의 IF 신호를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는,
    상기 공진기 조립체로부터 반환되어 변환된 디지털 신호에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 곱해 실수부와 허수부로 나누어 베이스 밴드(Base Band) 신호로 변환하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변환기는,
    상기 베이스 밴드 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 OFDM 신호에서 하모닉 성분을 제거하는 대역 통과 필터
    를 더 포함하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 피크 결정부는,
    상기 반환된 디지털 신호에서 최대점 혹은 최소점에 해당하는 주파수를 찾아 센서의 공진 주파수로 결정하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    분석물 레벨의 값에 따른 공진 주파수가 매핑되어 있는 매핑 테이블에서 상기 결정된 공진 주파수에 매핑된 분석물 레벨의 값을 찾아 출력하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    주변 환경에 따라 상기 결정된 분석물 레벨을 보상하는 것
    을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 장치.
  12. 전자기파 센서를 구동하는 방법에 있어서,
    복수의 주파수 대역들 중 적어도 한 주파수 대역의 신호 레벨이 다른 주파수 대역의 신호 레벨과 다른 디지털 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 디지털 신호를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 신호로 변환하여 전자기파 센서의 공진기 조립체로 제공하는 단계;
    상기 공진기 조립체로부터 반환되는 신호를 다시 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 반환된 디지털 신호로부터 피크(peak)를 검출하는 단계; 및
    상기 피크에 기초하여 대상의 분석물 레벨을 결정하는 단계
    를 포함하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 대상의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 전자기파 센서의 주파수 응답 특성에 기초하여 상기 생성된 디지털 신호의 신호 레벨을 이퀄라이징하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    상기 생성된 디지털 신호를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호에서 시간 영역 신호로 변환하여 상기 OFDM 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    상기 IFFT를 통해 생성된 실수부와 허수부에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 각각 곱해 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하고, 상기 생성된 IF 신호의 실수부와 허수부를 더해 하나의 IF 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 공진기 조립체로부터 반환되어 변환된 디지털 신호에 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 나는 사인파를 곱해 실수부와 허수부로 나누어 베이스 밴드(Base Band) 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 베이스 밴드 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 반환된 디지털 신호에서 최대점 혹은 최소점에 해당하는 주파수를 찾아 센서의 공진 주파수로 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    분석물 레벨의 값에 따른 공진 주파수가 매핑되어 있는 매핑 테이블에서 상기 결정된 공진 주파수에 매핑된 분석물 레벨의 값을 찾아 출력하는 것을 특징으로 하는 전자기파 센서를 구동하는 방법.
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