WO2018056648A1 - 데이터 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치 - Google Patents

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sound wave
wave signal
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김태현
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주식회사 사운들리
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Definitions

  • the present invention relates to a demodulating method for demodulating a sound wave signal and a sound wave receiving apparatus to which the method is applied. More particularly, the present invention relates to a data demodulating method capable of receiving a packet a plurality of times and performing data demodulation based on the same, Receiving apparatus.
  • Various models of smartphones which are mainly used as a sound wave receiving device, are manufactured by many manufacturers, and their hardware and software performances differ from one device to another.
  • the quantization resolution of the ADC may be different from each other, for example, 14 bits or 16 bits, and the accuracy of the sampling frequency of the ADC may also be different.
  • a length of a sound signal packet is configured to be sufficiently long so that low-end equipment can satisfy a predetermined success rate or more.
  • the sound wave generating device repeatedly transmits the sound wave signal packets P1, P2, and P3 long enough to receive the low sound wave receiving device, and the sound wave receiving device repeatedly transmits these packets P1, P2 , And P3, so that at least one packet can be received and demodulated.
  • the high-end sound wave receiving apparatus has a capability of receiving a packet of a shorter length, it has a limitation to increase the data transmission rate because it must receive the sound wave signal at least during the reception time (R).
  • a data demodulation method and a sound wave receiving apparatus using the same which can demodulate data with higher accuracy by performing data demodulation on a symbol-by-symbol basis and reflecting a weight based on the reliability of a symbol can do.
  • data is demodulated on a symbol-by-symbol basis and an error check is performed. If it is determined that there is no error in the data after demodulation of the specific symbol, the subsequent symbol is not demodulated and data is output And a sound wave receiving apparatus using the data demodulating method.
  • a data demodulation method for demodulating data by receiving an acoustic signal packet containing data comprising: receiving an acoustic signal packet in the mth time (where m is an integer of 2 or more); Demodulating the mth packet; And outputting the demodulated data if the demodulation of the mth packet is successful, and demodulating the bit stream by receiving the (m + 1) th packet if demodulation is unsuccessful.
  • a method of demodulating data of a packet is provided.
  • the sound wave signal packet may include a first sound wave signal in a first frequency band in which the data is inserted and a second sound wave signal in a second frequency band in which the data is not inserted.
  • the step of demodulating the m-th sound wave signal packet comprises the step of demodulating the k-th symbol of the K symbols constituting the sound wave signal packet (where K is an integer of 2 or more and k is an integer of 1 to K) (A) comparing the magnitude of the first sound wave signal with the magnitude of the second sound wave signal to calculate a reliability of the symbol for the first sound wave signal; (b) determining a data bit corresponding to the received symbol based on the calculated reliability; And (c) updating the undone data based on the determination of the data bit.
  • a sound wave receiving apparatus for receiving an acoustic wave signal packet including data and demodulating the data, comprising: a receiving unit for receiving and demodulating the mth (m is an integer of 2 or more) And a data extracting unit (30) configured to output demodulated data if demodulation of the mth packet is successful, and demodulate the bit stream by receiving (m + 1) th packet when demodulation is unsuccessful A sound wave receiving device is provided.
  • the sound wave signal packet may include a first sound wave signal in the first frequency band in which the data is inserted and a second sound wave signal in the second frequency band in which the data is not inserted.
  • a reliability calculation unit configured to calculate a reliability of a symbol for a first sound wave signal by comparing a magnitude of the first sound wave signal with a magnitude of the second sound wave signal with respect to a received symbol;
  • a data demodulator configured to determine a data bit corresponding to the received symbol based on the calculated reliability;
  • a data combining unit for updating the undone data based on the determination of the data bits.
  • a high-end sound wave receiving apparatus receives a sound wave signal packet for a short time to demodulate data
  • the low sound wave receiving apparatus receives a plurality of sound wave signal packets for a relatively long time to demodulate the data So that it is possible to provide an advantage that the data transmission rate of the sound wave receiving apparatus can be increased without lowering the reception performance of the low sound level wave receiving apparatus.
  • data demodulation can be performed with higher accuracy by reflecting the weight based on the reliability of the symbol when performing data demodulation on a symbol-by-symbol basis.
  • FIG. 1 is a view for explaining a method of transmitting and receiving an acoustic signal packet according to the related art
  • FIG. 2 is a view for explaining a sound wave receiving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of transmitting and receiving an acoustic signal packet according to an embodiment
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of compressing an acoustic signal packet according to an embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of receiving an acoustic signal packet and a method of resetting a number of times of receiving a packet according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 is a view for explaining an acoustic signal packet according to an embodiment
  • FIG. 7 is an exemplary block diagram of a sound wave receiving apparatus according to an embodiment
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining a data demodulation method according to an embodiment
  • FIG. 10 is a flow chart illustrating an exemplary method for determining data bits based on a weight in accordance with one embodiment
  • 11 is a diagram for explaining a method of determining a data bit of a symbol based on the weight-reflected similarity.
  • FIG. 2 is a view for explaining a sound wave receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a sound wave receiving apparatus 200 can receive an acoustic wave signal generated in an arbitrary sound wave generating apparatus 100.
  • the sound generator 100 may be a multimedia playback means including a speaker or a speaker, e.g., a device such as a TV, a computer, a smart phone, a tablet, or the like.
  • the sound wave receiving apparatus 200 can receive a sound wave signal transmitted from the sound wave generator 100 and including predetermined data, and can demodulate data from the received sound wave signal.
  • the data included in the sound wave signal may be data including arbitrary information, and may be composed of digital bits of a predetermined length, for example.
  • such data may be included in the non-audible range of the sound wave signal.
  • the non-audible range refers to a frequency band that can not be heard by human hearing, and may include frequencies in the 18 to 24 KHz band, for example.
  • sound waves refers to those in which the vibrations of an object are propagated through the medium (air) so that a person can hear them audibly. Unless there is a particular need for distinction, Or " sound ".
  • a non-audible sound wave generator (not shown) can generate sound waves in the non-audible range and can inject data having specific information in the non-audible sound waves.
  • digital data may be modulated by one of various modulation schemes such as amplitude modulation (ASK), frequency modulation (FSK), chirp modulation, or phase modulation (PSK) To generate non-audible sound waves containing the data.
  • ASK amplitude modulation
  • FSK frequency modulation
  • PSK phase modulation
  • Techniques for inserting any specific data into non-audible sound waves can be implemented using known techniques, for example, the techniques disclosed in Korean Patent Application No. 10-1448823 or Korean Patent Application No. 2014-0169557 can be used .
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method of transmitting and receiving an acoustic signal packet according to an embodiment of the present invention.
  • a sound wave signal of one unit including data is referred to as a " packet " or an " sound wave signal packet ".
  • the sound wave generating device 100 can continuously transmit a plurality of packets P1, P2, P3, P4, ... including the same data.
  • Each packet P1, P2, P3, P4 contains the same data. Therefore, it can be regarded that the sound wave generating apparatus 100 repeatedly transmits one packet P1.
  • each packet P1, P2, P3, P4 may not contain exactly the same data, but may contain " data with identity ".
  • the 'data having the identity' can be transmitted in a pattern in which the sound data generating apparatus 100 sequentially transmits the packets P1, P2, P3 and P4 while incrementing the data values of the packets by 1, for example.
  • the sound wave receiving apparatus 200 knows such a pattern in advance. Therefore, if the sound wave generator 100 and the sound wave receiver 200 are aware of the increase / decrease pattern of the packet data when they transmit packets between them, the sound wave generator 100 generates the 'identical' packets P1, P2, P3, P4).
  • the sound wave generator 100 does not transmit packets of completely the same data, it may have the same effect as transmitting a packet of substantially the same data.
  • packets contain the same data " in this specification will also be understood to mean that each packet includes not only completely identical data but also includes " data having identity ".
  • the packet length is reduced.
  • the packet of FIG. 3 has been reduced to about a quarter of its length.
  • the data bits included in one packet are the same as before.
  • FIG. 4A shows an exemplary configuration of an acoustic signal packet according to the prior art, wherein a packet may be composed of a training sequence and digital bit data of a predetermined length.
  • the training sequence is a portion inserted into the sound wave signal so that the sound wave receiving apparatus 200 can detect the starting point of data from the sound wave signal.
  • the training sequence consists of a frequency up signal whose frequency increases with time.
  • the digital bit data is composed of an 8-bit data bit string of "10101100" in the example of FIG. 4 as a bit string of a predetermined length.
  • each of the digital bits may be time-varying-modulated, and may be composed of a frequency up signal having a characteristic of increasing the frequency with time and a frequency down signal having a characteristic of decreasing the frequency with time.
  • the frequency up signal means digital bit " 1 "
  • the frequency down signal means digital bit " 0 ".
  • one sound wave signal packet may be composed of a combination of a frequency up signal and a frequency down signal representing a training sequence and digital bit data, and each of the frequency up signal and the frequency down signal has a predetermined time length.
  • FIG. 4 (b) shows an acoustic signal packet according to an embodiment of the present invention, and the time lengths of the frequency up signal and the frequency down signal are reduced as compared with FIG. 4 (a). That is, the sound wave signal packet of FIG. 4 (b) is temporally 'compressed' in comparison with the packet of FIG. 4 (a), so that the same amount of data can be transmitted at a faster time.
  • the sound wave signal packet in Fig. 4 (b) has been shown to have a time length of about 60% compared to the conventional (i.e., Fig. 4 (a)) packet.
  • this is exemplary and the compression rate of the sound wave signal packet It depends on the form.
  • the sound wave generator 100 repeatedly generates the same sound wave signal packet to generate P1, P2, P3, P4, ...
  • the sound wave receiving apparatus 200 is configured to receive the sound wave signal packet a plurality of times and demodulate the data.
  • the microphone and the ADC may be activated during the reception time Rl during which the received signal can be received and the received packet can be demodulated.
  • the sound wave receiving apparatus 200 is a smartphone with somewhat poor performance
  • the sound wave receiving apparatus 200 can receive four packets , It is possible to demodulate the data by combining the demodulation results of the received packets.
  • the sound wave receiving apparatus 200 may receive all of the predetermined M sound signal packets and demodulate the data considering all the demodulation results of the M packets. Alternatively, the sound wave receiving apparatus 200 may terminate the data demodulation operation without receiving the remaining sound wave signal packets that have not been received if the data demodulation is successful while receiving the first partial packet among the predetermined M sound wave signal packets.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of receiving an audio signal and a method of resetting a number of times of receiving a packet according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the sound wave signal packet includes N-bit data and the sound wave receiving apparatus 200 is set to receive the sound wave signal packet M times (where M is an integer equal to or greater than 2).
  • steps S110 to S180 represent exemplary operations for receiving a sound wave signal packet.
  • steps S210 to S230 represent a method of resetting the number of received packets M according to an embodiment.
  • the sound wave receiving apparatus 200 determines whether or not the demodulation has succeeded and the value of m at the time of success, (Not shown) or a storage device (not shown).
  • the sound wave receiving apparatus 200 may store the m value (i.e., " 3 ") at the time of success in the storage unit together with the information indicating the demodulation success.
  • the sound receiving apparatus 200 receives the packet five times but fails to demodulate it, the demodulation operation is terminated (S180).
  • the information indicating the demodulation failure may be stored in the storage unit.
  • the sound wave receiving apparatus 200 resets the number of sound wave reception times M based on demodulation success / failure information stored in the storage unit and m values at the time of successful demodulation (Step S230).
  • the method of resetting the number of reception times M may be various and may be selected according to a concrete embodiment. For example, when the demodulation success probability exceeds a predetermined value (for example, 90%), the maximum value of m values at the time of successful demodulation can be reset to M value. As another example, if the demodulation success probability exceeds a predetermined value, the M value may be reset to a value smaller by one than the current M value (i.e., M-1). In addition, M values can be reset by various methods and algorithms.
  • a predetermined value for example, 90%
  • M value may be reset to a value smaller by one than the current M value (i.e., M-1).
  • M values can be reset by various methods and algorithms.
  • the above-described steps S210 to S230 may be performed individually for each of the sound wave receiving apparatuses 200, or may be performed by a third apparatus (e.g., a server apparatus connected via a network).
  • a third apparatus e.g., a server apparatus connected via a network.
  • the number M of receivers optimized most can be set for each receiving apparatus, so that the success rate of data demodulation can be increased while increasing the sound wave receiving speed.
  • the server device may receive the information on the success or failure of demodulation from the individual sound wave receiver 200 and the value of m at the time of success , And information on the device type (for example, the device type of the smartphone) of each sound wave receiving apparatus 200 can be received together. Thereafter, the server device calculates the reset value of the number of times of sound wave reception M according to the type of each sound wave receiving device, and then transmits the reset M value to all the sound wave receiving devices of the corresponding type, An acoustic wave receiving apparatus will be able to receive an acoustic signal based on this value.
  • the sound wave receiving apparatus 200 can calculate the number It is possible to increase the speed of sound wave reception while improving the data demodulation success rate. Further, according to the above-described technical construction of the present invention, a high-end sound wave receiving apparatus can sufficiently demodulate data even by receiving a sound wave signal once in a short period of time. In case of a low sound wave wave receiving apparatus, Can be combined to increase the data demodulation success rate.
  • FIG. 6 An exemplary data demodulation method and apparatus for demodulating data while receiving the same sound wave signal repeatedly a plurality of times will be described with reference to FIGS. 6 to 11.
  • FIG. 6 An exemplary data demodulation method and apparatus for demodulating data while receiving the same sound wave signal repeatedly a plurality of times will be described with reference to FIGS. 6 to 11.
  • each sound wave signal packet may be composed of, for example, a training sequence and digital bit data of a predetermined length.
  • the training sequence is inserted in the sound wave signal so that the sound wave receiving apparatus 200 can detect the starting point of data in the sound wave signal, and is located at the beginning of the packet in the form of a preamble as shown in FIG. Or may be included in the last part of the packet in an alternative embodiment or divided into small training sequences in the form of a pilot.
  • the training sequence may comprise a sound wave signal having a characteristic that the frequency varies with time.
  • the training sequence consists of a frequency up signal whose frequency increases with time.
  • the digital bit data is composed of an 8-bit data bit string of " 10101100 " in the example of Fig. 6 as a bit string of a predetermined length.
  • each of the digital bits may be time-varying-modulated, and may be composed of a frequency up signal having a characteristic of increasing the frequency with time and a frequency down signal having a characteristic of decreasing the frequency with time.
  • the frequency up signal means a digital bit " 1 " in the illustrated embodiment and the frequency down signal means a digital bit " 0 ".
  • a symbol may contain one or more bits of information.
  • one symbol includes 1-bit data. That is, one symbol (i.e., a frequency down signal and a frequency up signal) for the digital values " 0 " and " 1 "
  • one symbol may represent 2-bit data (i.e., four digital values of "00", "01", “10", "11"
  • a demodulation operation can be performed on a symbol basis when demodulating a sound wave signal packet. For example, when a symbol of one unit includes 2-bit data, demodulation is performed on a symbol-by-symbol basis, so that digital bit data can be extracted by 2 bits.
  • the sound wave receiving apparatus 200 can receive a plurality of sound wave signal packets continuously transmitted from the sound wave generating apparatus 100 and demodulate data therefrom.
  • Techniques for extracting specific information from a sound wave signal are well known and can use, for example, the techniques disclosed in Korean Patent Application No. 2013-0107604 or Korean Patent Application No. 2015-0118809.
  • FIG. 7 is an exemplary block diagram of a sound wave receiving apparatus according to an embodiment.
  • the sound wave receiving apparatus 200 may be any device such as, for example, a smart phone, a tablet PC, a notebook computer, a desktop computer, and the like.
  • the sound wave receiving apparatus 200 may include a microphone 10, an analog / digital (A / D) converter 20, and a data extracting unit 30.
  • the microphone 10 converts the received sound wave signal into an electrical signal of an analog form.
  • the analog type electrical signal may include, for example, the sound wave signal packet described with reference to FIG.
  • the A / D converter 20 converts an electrical signal received and output by the microphone 10 into a digital signal.
  • the data extracting unit 30 extracts a digital bit stream from the digital signal output from the A / D converter 20.
  • the data extracting unit 30 includes a frequency converting unit 310, a training sequence detecting unit 320, a data demodulating unit 330, a reliability calculating unit 340, and a data combining unit 350 can do.
  • each of the components 310, 320, 330, 340, and 350 may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software, respectively.
  • the frequency converter 310 may convert the digital signal output from the A / D converter 20 into a frequency domain signal.
  • the frequency transform unit 310 may perform a Fast Fourier Transform (FFT) operation to convert a digital signal into a frequency domain.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the operation of the sound wave receiving apparatus 200 to receive the sound wave signal through the microphone 10 and to process the sound wave signal in the A / D converter 20 and the frequency converting unit 310 may be performed in units of chunks of the sound wave signal . That is, the sound wave signal received through the microphone 10 can be cut at predetermined time intervals, A / D converted and frequency-converted, and transmitted to the training heat detector 320.
  • the chunk has a time length corresponding to, for example, two symbol lengths.
  • the chunk unit may vary depending on the specific embodiment.
  • the training heat detector 320 detects the position of the training sequence in the sound wave signal packet converted by the frequency conversion unit 310 and separates the sound train signal in the sound wave signal packet and provides the sound wave signal packet in which the training sequence is separated to the data demodulation unit 330 can do. In one embodiment, the training heat detector 320 may also provide the confidence calculator 340 with the sound wave signal packets from which the training sequence has been separated.
  • the data demodulator 330 demodulates the sound signal packet received from the training-heat detector 320 and extracts the digital bit data.
  • the data demodulator 330 may include an envelope detector and a bit detector for data demodulation.
  • the envelope detector is a functional unit that quantitatively computes a signal demodulated on a symbol-by-symbol basis to a digital value among the digital values that the symbol can represent.
  • the envelope detection unit exists as many as the number of kinds of symbols. If the symbol represents a 1-bit digital value (i.e., one symbol includes one of the digital values " 0 " and " 1 "
  • a first envelope detector for calculating a degree of similarity hereinafter also referred to as " similarity "
  • a second envelope detector for calculating the degree to which the received symbol is close to the digital value " 1 ".
  • the received symbol is quantitatively computed to quantitatively approximate each of the digital values " 00 ", " 01 “, & Envelope detection unit.
  • the bit detector compares these similarity values and determines which bit corresponds to the received symbol.
  • the reliability calculation unit 340 calculates the reliability of each received symbol of the sound wave signal packet.
  • the reliability of the symbol may be a value quantitatively indicating how reliable each symbol received is valid data.
  • a frequency band including data in the sound wave signal is referred to as a first frequency band and a band in which data is not included is a second frequency band
  • the magnitude of the sound wave signal in the first frequency band and the magnitude of the second frequency band The reliability of the symbol can be calculated.
  • a frequency band of interest including data is referred to as an " in-band signal " and a frequency other than the frequency band of the in-band signal is referred to as an " out- Signal "
  • the sound wave signal of the predetermined band in the entire non-audible frequency band or the non-audible frequency band is an in-band signal
  • a sound wave signal of a frequency band other than the band or a predetermined band within the frequency band may be defined as an out-of-band signal.
  • the reliability of the symbol at this time can be quantitatively calculated as a ratio of the signal size of the in-band signal to the signal size of the out-of-band signal or a value proportional to the ratio.
  • the reliability of the symbol may be defined as a value proportional to the logarithm of the ratio of the signal size of the in-band signal to the signal size of the out-of-band signal.
  • the reason why the ratio of the signal sizes of the in-band signal and the out-of-band signal to each received symbol is considered as a main factor of the reliability of the symbols is that the data is transmitted in a specific frequency band Band) and is not present in the rest of the frequency bands, while noise, which generally includes high frequencies, exists over the entire audio frequency band, so that the sound wave signal at a specific time is divided into the in- If the ratio of the two signals is calculated by dividing them into out-of-band signals, it is possible to know how much of the noise signal received at this time is affected by the noise.
  • FIG. 8 illustrates reliability of an in-band sound wave signal.
  • the upper graph in the drawing shows an example of noise (a sound in blue) and a sound in tapping a door Green color) is shown as a graph of amplitude with time.
  • 8 is a spectrogram representing the intensity of a sound wave signal in the time (X axis) and the frequency band (Y axis) in the graph in a color, and a graph having a larger signal size from blue to yellow it means.
  • the reliability of each received symbol is quantitatively And based on this reliability, it is possible to determine, for example, whether the demodulated data of the corresponding symbol is to be recognized as valid data, or to ignore the data and consider the symbol of the next sound wave signal packet as valid data, or the like.
  • the reliability calculator 340 may calculate reliability for each symbol and may transmit the reliability value to the data demodulator 330, and the data demodulator 330 may consider the received reliability Thereby demodulating the data of the corresponding symbol.
  • the data demodulator 330 calculates weights for the symbols based on the reliability, and based on the calculated weights and the weights calculated for the corresponding symbols of the previously received sound signal packet, Lt; / RTI > can be determined. This operation of the data demodulator 330 will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 This operation of the data demodulator 330 will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the data demodulator 330 demodulates data on a symbol-by-symbol basis (i.e., determines a data bit for the symbol), and transmits the demodulated data to the data combiner 350.
  • the data combining unit 350 may update the undone data based on the demodulated data bits and output the finally updated digital bit data.
  • the data combining unit 330 may determine whether the updated data is erroneous each time the data is demodulated and updated on a symbol-by-symbol basis.
  • the digital bit data included in the sound wave signal may be configured to include an error correction code or error detection code, and the data combination unit 350 may perform an error correction or error detection procedure each time the data is updated have.
  • the sound wave receiving apparatus 200 may include, in addition to the above-described components, a memory that stores and executes various types of applications, a memory Or other software and / or software resources required to operate the sound wave receiving device 200, such as a processor that loads and executes an application on the computer 100.
  • a memory that stores and executes various types of applications
  • a memory Or other software and / or software resources required to operate the sound wave receiving device 200 such as a processor that loads and executes an application on the computer 100.
  • FIG. 7 for the convenience of description of the present invention, I will understand.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a data demodulation method according to an embodiment.
  • the flowchart of FIG. 9 may be a method embodying the data demodulating step (S130) of FIG. 9 may be executed in any one of the data demodulation unit 330, the reliability calculation unit 340, and the data combination unit 350 of FIG. 7, for example.
  • step S350 in the case of demodulating the kth symbol of the K symbols constituting the sound wave signal packet (where K is an integer of 2 or more and k is an integer of 1 or more and K or less) symbols, The operation of step S350 may be performed.
  • step S310 the reliability of the received k-th symbol is calculated.
  • This operation can be performed, for example, in the reliability calculating section 340.
  • a method of calculating the reliability of a symbol there is a method of calculating the reliability of a symbol by comparing the signal size of an in-band signal (for example, a signal in a non-audible band when data is inserted and transmitted in the non-audible band) - The reliability value can be calculated by comparing the signal amplitude of the band signal.
  • step S320 the weight of the symbol can be calculated based on the calculated reliability. This operation may be performed, for example, in the reliability calculation unit 340 or the data demodulation unit 330.
  • the method for calculating the weight can be variously implemented according to the concrete embodiment.
  • the reliability value and weight can be mapped linearly or non-linearly so that the weight value has a value between 0 and 1 corresponding to the numerical range that the reliability value can have.
  • steps S310 and S320 may be combined to calculate the direct weights in the ratio of the signal size of the in-band signal of the received symbol to the signal size of the out-of-band .
  • step S330 a data bit corresponding to the received symbol is determined based on the calculated weight.
  • This step S330 may be performed in the data demodulator 330, for example.
  • the data bits of the kth symbol may be determined by considering only the weights calculated in the immediately preceding step S320.
  • the data bits of the k-th symbol can be determined by considering the weight, i.e., the weight calculated for the k-th symbol of the previously received sound signal packet.
  • step S340 based on the determination of the data bit in step S330, the data of the undone bit stream (stored in the register or memory) is updated. This operation can be performed in the data combining unit 350, for example.
  • step S330 As a specific example for updating, if the data bit of the kth symbol determined in step S330 is different from the data bit of the kth symbol of the undone data, the data bit of the undone kth symbol is stored in step S330.
  • step S350 it is determined whether or not the updated N-bit data is erroneous. This operation can be performed in the data combining unit 350, for example. If it is determined that there is no error (S350_No), the updated N-bit data is output. If there is an error in the determination result (S350_Yes), the next received symbol of the sound wave signal packet , I.e., (S310) to (S350) described above, for the (k + 1) th received symbol.
  • FIG. 10 shows an exemplary method of determining data bits based on weights, as one specific embodiment of step S330 of determining the data bits of FIG.
  • step S410 the degree of similarity, which indicates how similar the received k-th symbol is to each of the digital values that the symbol can represent, is measured.
  • This step S410 may be performed by, for example, an envelope detection unit of the data demodulation unit 330.
  • a weight is applied to each similarity.
  • the weight is, for example, a weight calculated on the basis of the reliability calculated by the reliability calculating unit 340 in step S320 of FIG.
  • the " current weighted-reflected similarity" can be calculated by reflecting the weight based on the reliability to the similarity to each digital value.
  • step S450 based on the " current weight-reflectance similarity calculated " in step S430 for the k-th symbol and the " past weight- Can be determined.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of determining a data bit of a symbol based on the weight-reflected similarity.
  • the sound wave signal packet of the same information in which the 8-bit data of "10101100” is inserted into the non-audible band in the sound wave generator 100 is received It can be assumed.
  • step S410 of FIG. 10 the reliability calculation unit 340 (or the data demodulation unit 330) determines how close the received third symbol is to each of the digital values that the symbol can represent (Degree of similarity) is measured.
  • the similarity degree to the digital value " 0 " is calculated to 0.3 and the similarity to the digital value " 1 " is calculated to 0.4 for the third symbol of the second packet .
  • step S430 of FIG. 10 the weight based on the reliability of the symbol is reflected on the similarity to calculate the current weight-reflected similarity roll.
  • data demodulation can be performed with higher accuracy by reflecting the weight based on the reliability of symbols when data demodulation is performed for each symbol.
  • the third symbol of the second packet is demodulated to a digital bit " 1 & N bits of data can be immediately output without performing demodulation for the fourth and subsequent symbols of the second packet. Therefore, data demodulation can be performed more quickly than demodulation and error checking on a whole N bit column basis have.

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Abstract

본 발명은 심볼의 신뢰도를 이용한 데이터 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따르면, 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서, m회째(단, m은 2이상의 정수) 음파신호 패킷을 수신하는 단계; 상기 m회째 패킷을 복조하는 단계; 상기 m회째 패킷의 복조가 성공하면 복조된 데이터를 출력하고, 복조가 성공하지 못하면, (m+1)회째 패킷을 수신하여 상기 비트열을 복조하는 단계;를 포함하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법이 개시된다.

Description

데이터 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치
본 발명은 음파신호를 복조하는 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 패킷을 복수회 수신하고 이에 기초하여 데이터 복조를 수행할 수 있는 데이터 복조 방법 및 이를 이용한 음파 수신장치에 관한 것이다.
최근 스마트 기기가 보편화되면서 스마트 기기에 내장된 오디오 인터페이스, 즉 스피커와 마이크를 활용하는 음파 통신이 연구되고 있다. 예를 들어, 텔레비전(TV) 방송에 특정 정보를 내포한 18~22KHz 대역의 비가청 음파를 삽입하여 방송하면 시청자가 소지한 음파 수신장치(예컨대 스마트폰)가 비가청 음파를 수신하고 이에 기초하여 시청자에게 맞춤형 광고 등의 콘텐츠를 제공하는 기술이 공지되어 있다.
음파 수신장치로 주로 사용되는 스마트폰은 많은 제조사에 의해 제조된 다양한 모델이 시판되고 있는데, 기기별로 하드웨어나 소프트웨어 성능이 달라서 음파의 수신 성능이 서로 상이하다. 예를 들어, 마이크의 주파수 응답이 달라서 상대적으로 음량이 작게 녹음되는 기기가 존재할 수 있고, 아날로그 음파신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC가 동작하며 발생하는 잡음의 크기가 다를 수도 있다. 또는, ADC의 양자화 해상도가 예컨대 14비트, 16비트 등으로 서로 상이할 수도 있고, ADC의 샘플링 주파수의 정확도도 상이할 수 있다.
그러므로 여러 기기의 수신 성능을 일정 기준치 이상으로 만족하기 위해서는, 시장 점유율이 유의미하면서도 성능이 가장 낮은 기기를 기준으로 수신 성능을 보장하는 것이 필요하며, 이런 이유로 높은 비트 전송율의 음파통신을 구현하기가 쉽지 않다.
예를 들어, 종래기술에서는 저사양 기기들이 일정 성공률 이상을 만족시킬 수 있도록 음파신호 패킷의 길이를 충분히 길게 구성한다. 도1에 도시한 것처럼 음파 발생장치는, 저사양 음파 수신장치도 수신할 수 있을 정도로 충분히 긴 음파신호 패킷들(P1,P2,P3)을 반복해서 발신하며, 음파 수신장치는 이들 패킷(P1,P2,P3) 중 적어도 하나의 패킷을 수신하여 복조할 수 있도록, 적어도 하나의 패킷 길이 이상의 수신시간(R)을 갖도록 설계되어야 한다. 고사양 음파 수신장치는, 더 짧은 길이의 패킷을 수신할 수 있는 성능을 갖지면, 적어도 수신시간(R) 동안 음파신호를 수신해야 하므로 데이터 전송율을 높이는데 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 저사양 음파 수신장치의 수신 성능을 낮추지 않으면서도 음파 수신장치의 데이터 전송율을 높일 수 있는 음파신호 복조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 심볼 단위로 데이터 복조를 수행하고 심볼의 신뢰도에 기초한 가중치를 반영함으로써 보다 높은 정확도로 데이터 복조를 수행할 수 있는 데이터 복조 방법 및 이를 이용한 음파 수신장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 심볼 단위로 데이터를 복조하고 오류 검사를 수행함으로써, 특정 심볼의 복조 후 데이터에 오류가 없는 것으로 판명되면 그 이후의 심볼을 더 이상 복조하지 않고 데이터를 출력할 수 있는 데이터 복조 방법 및 이를 이용한 음파 수신장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서, m회째(단, m은 2이상의 정수) 음파신호 패킷을 수신하는 단계; 상기 m회째 패킷을 복조하는 단계; 상기 m회째 패킷의 복조가 성공하면 복조된 데이터를 출력하고, 복조가 성공하지 못하면, (m+1)회째 패킷을 수신하여 상기 비트열을 복조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법이 제공된다.
이 때 일 실시예에서, 상기 음파신호 패킷이 상기 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에서, 상기 m회째 음파신호 패킷을 복조하는 단계가, 상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 정수이고, k는 1 이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, (a) 상기 제1 음파신호의 크기와 상기 제2 음파신호의 크기를 비교하여 제1 음파신호에 대한 심볼의 신뢰도를 산출하는 단계; (b) 산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 상기 데이터를 복조하는 음파 수신장치로서, 상기 음파신호의 m회째(단, m은 2 이상의 정수) 패킷을 수신하여 복조하고, 상기 m회째 패킷의 복조가 성공하면 복조된 데이터를 출력하고, 복조가 성공하지 못하면, (m+1)회째 패킷을 수신하여 상기 비트열을 복조하도록 구성된 데이터 추출부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치가 제공된다.
이 때 일 실시예에서 상기 음파신호 패킷이 상기 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에서, 상기 데이터 추출부가, 상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2 이상의 정수이고, k는 1 이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, 상기 제1 음파신호의 크기와 상기 제2 음파신호의 크기를 비교하여 제1 음파신호에 대한 심볼의 신뢰도를 산출하도록 구성된 신뢰도 산출부; 산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하도록 구성된 데이터 복조부; 및 상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 데이터 조합부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고사양 음파 수신장치는 짧은 시간동안 음파신호 패킷을 수신하여 데이터를 복조하고, 저사양 음파 수신장치는 상대적으로 긴 시간동안 복수개의 음파신호 패킷을 수신하여 데이터를 복조하도록 구성하여, 저사양 음파 수신장치의 수신 성능을 낮추지 않으면서도 음파 수신장치의 데이터 전송율을 높일 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 심볼 단위로 데이터 복조를 수행할 때 심볼의 신뢰도에 기초한 가중치를 반영함으로써 보다 높은 정확도로 데이터 복조를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 심볼 단위로 데이터를 복조하고 오류 검사를 수행함으로써 특정 심볼의 복조 후 데이터에 오류가 없는 것으로 판명되면 그 이후의 심볼을 더 이상 복조하지 않고 데이터를 출력할 수 있어 신속히 데이터 복조를 수행할 수 있는 이점이 있다.
도1은 종래기술에 따른 음파신호 패킷의 송수신 방법을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신장치를 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 음파신호 패킷의 송수신 방법을 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따른 음파신호 패킷의 압축 방법을 설명하기 위한 도면,
도5는 일 실시예에 따른 음파신호 패킷 수신 방법 및 패킷 수신횟수 재설정 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도6은 일 실시예에 따른 음파신호 패킷을 설명하기 위한 도면,
도7은 일 실시예에 따른 음파 수신장치의 예시적인 블록도,
도8은 인-밴드 음파신호의 신뢰도를 설명하기 위한 예시적인 스펙트로그램,
도9는 일 실시예에 따른 데이터 복조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도10은 일 실시예에 따라 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 예시적인 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도11은 가중치-반영 유사도에 기초하여 심볼의 데이터 비트를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한 본 명세서에서 발명의 구성요소를 지칭하기 위해 사용된 "...부", "…모듈", "...보드", "…블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있고 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신장치를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 임의의 음파 발생장치(100)에서 발생된 음파신호를 음파 수신장치(200)가 수신할 수 있다. 일 실시예에서 음파 발생장치(100)는 스피커 또는 스피커를 포함하는 멀티미디어 재생 수단, 즉 예컨대 TV나 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등의 장치일 수 있다.
음파 수신장치(200)는 음파 발생장치(100)에서 발신되며 소정의 데이터를 포함하는 음파신호를 수신할 수 있고, 수신한 음파신호로부터 데이터를 복조할 수 있다.
음파신호에 포함되는 데이터는 임의의 정보를 포함하는 데이터일 수 있고, 예를 들어 소정 길이의 디지털 비트로 구성될 수 있다.
일 실시예에서 이러한 데이터는 음파신호의 비가청 대역에 포함될 수 있다. 비가청 대역은 사람의 청력으로 들을 수 없는 주파수 대역을 의미하며, 예컨대 18 내지 24 KHz 대역의 주파수를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어인 "음파"는 물체의 진동이 매질(공기)을 통해 전파되어 사람이 청각으로 들을 수 있는 것으로, 특별히 구분의 필요성이 없는 한 본 명세서에서 "음향", "오디오", 또는 "사운드"와 동일한 의미로 사용하기로 한다.
일 실시예에서, 비가청 음파 발생기(도시 생략)에 의해 비가청 대역의 음파가 생성되고 이 비가청 대역 음파에 특정 정보를 갖는 데이터가 주입될 수 있다. 예를 들어 디지털 데이터를 진폭변조(ASK), 주파수 변조(FSK), 시변화 변조(Chirp Modulation), 또는 위상변조(PSK)와 같은 다양한 변조 방식 중 하나에 의해 변조하고, 이를 비가청 음파에 실음으로써 데이터가 포함된 비가청 음파를 생성할 수 있다.
임의의 특정 데이터를 비가청 음파에 삽입하는 기술은 공지기술을 이용하여 구현될 수 있으며, 예를 들어 한국 특허출원 제10-1448823호 또는 한국 특허출원 제2014-0169557호에 개시된 기술을 이용할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호 패킷의 송수신 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 명세서에서, 데이터를 포함한 한 단위의 음파신호를 "패킷" 또는 "음파신호 패킷"이라 칭하기로 한다. 도면을 참조하면, 음파 발생장치(100)는 동일한 데이터를 포함한 다수의 패킷(P1,P2,P3,P4,…)을 연속적으로 송신할 수 있다. 각 패킷(P1,P2,P3,P4)은 동일한 데이터를 포함한다. 따라서, 음파 발생장치(100)가 하나의 패킷(P1)을 반복해서 전송하는 것과 마찬가지라고 볼 수 있다.
대안적 실시예에서, 각 패킷(P1,P2,P3,P4)이 완전히 동일한 데이터를 포함하지는 않지만 '동일성을 갖는 데이터'를 포함할 수 있다. 여기서 '동일성을 갖는 데이터'는, 예를 들어 음파 발생장치(100)가 패킷(P1,P2,P3,P4)을 순차적으로 전송하면서 패킷의 데이터 값을 1씩 증가시키는 패턴으로 전송할 수 있다. 이 때 음파 수신장치(200)측에서 이러한 패턴을 미리 알고 있는 것이 전제되어야 하다. 따라서 음파 발생장치(100)와 음파 수신장치(200)가 이들 사이에 패킷을 전송할 때 패킷 데이터의 증감 패턴을 미리 알고 있다면, 음파 발생장치(100)가 이러한 '동일성을 갖는' 패킷들(P1,P2,P3,P4)을 전송할 수 있다. 이 때 음파 발생장치(100)가 완전히 동일한 데이터의 패킷들을 전송하는 것은 아니지만 사실상 동일한 데이터의 패킷을 전송하는 것과 같은 효과를 가질 수 있다. 따라서 본 명세서에서 "패킷들이 동일한 데이터를 포함한다"는 표현은 각 패킷이 완전히 동일한 데이터를 포함하는 경우 뿐만 아니라 '동일성을 갖는 데이터'를 포함하는 경우도 의미함을 이해할 것이다.
한편 도1의 종래기술과 비교할 때, 도3의 본 발명의 실시예에서는 패킷의 길이가 줄어들었다. 예컨대 도1과 비교하여 도3의 패킷은 길이가 대략 1/4로 줄어들었다. 그러나 하나의 패킷에 포함되는 데이터 비트는 종전과 동일하다.
도4(a)는 종래기술에 따른 음파신호 패킷의 예시적 구성을 나타낸 것으로, 패킷은 훈련열(training sequence) 및 소정 길이의 디지털 비트 데이터로 구성될 수 있다. 훈련열은 음파 수신장치(200)가 음파신호에서 데이터의 시작점을 검출할 수 있도록 하기 위해 음파신호에 삽입되는 부분이다. 도시한 실시예에서 훈련열은 시간에 따라 주파수가 증가하는 주파수 업(up) 신호로 구성된다.
디지털 비트 데이터는 소정 길이의 비트열로서, 도4의 예에서는 "10101100"의 8비트 데이터 비트열로 구성된다. 이 때 각각의 디지털 비트는 시변화 변조되어, 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 주파수 업 신호 및 시간에 따라 주파수가 감소하는 특성을 가진 주파수 다운 신호로 구성될 수 있다. 예컨대, 도4에서 주파수 업 신호는 디지털 비트 "1"을 의미하고 주파수 다운 신호는 디지털 비트 "0"을 의미한다.
이와 같이 하나의 음파신호 패킷은 훈련열 및 디지털 비트 데이터를 나타내는 주파수 업 신호와 주파수 다운 신호의 조합으로 구성될 수 있고, 각각의 주파수 업 신호와 주파수 다운 신호는 소정 시간 길이를 가진다.
도4(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호 패킷을 나타내며, 도4(a)에 비해 주파수 업 신호와 주파수 다운 신호의 각각의 시간 길이가 줄어들었다. 즉 도4(b)의 음파신호 패킷은 도4(a)의 패킷에 비해 시간적으로 '압축'되어 있고, 따라서 동일한 양의 데이터를 더 빠른 시간에 전송할 수 있다.
한편 도면에서는 도4(b)의 음파신호 패킷이 종래의(즉 도4(a)의) 패킷에 비해 대략 60% 시간 길이를 갖는 것으로 도시하였지만, 이는 예시적인 것이며 음파신호 패킷의 압축율은 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다.
다시 도3을 참조하면, 음파 발생장치(100)는 동일한 음파신호 패킷을 반복하여 생성하여 P1, P2, P3, P4,… 등과 같이 반복적으로 발신하고, 음파 수신장치(200)는 음파신호 패킷을 복수회 수신하여 데이터를 복조하도록 구성된다.
음파 수신장치(200)가 음파신호 패킷을 수신하는 횟수(이하에서 "M"이라고 함. 단 M은 1 이상의 정수)는 예컨대 음파 수신장치(200)의 수신 성능에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 예를 들어 음파 수신장치(200)가 음파 수신 성능이 좋은 스마트폰인 경우 M=1로 설정되어 있을 수 있고, 이 경우 도3에 도시한 것처럼 음파 수신장치(200)가 하나의 패킷만 수신할 수 있는 수신시간(R1) 동안 예컨대 마이크와 ADC를 활성화하여 음파신호 패킷을 수신하고 이 수신한 패킷을 복조할 수 있을 것이다.
그러나 예컨대 음파 수신장치(200)가 성능이 다소 떨어지는 스마트폰이라면 M=4로 미리 설정되어 있을 수 있고, 이 경우 도3에 도시한 것처럼 음파 수신장치(200)가 4개의 패킷을 수신할 수 있을 정도의 수신시간(R2) 동안 4개의 패킷을 수신하고, 수신한 패킷들의 복조 결과를 조합하여 데이터를 정확히 복조할 수 있을 것이다.
이 때 일 실시예에서, 음파 수신장치(200)는 기설정된 M개의 음파신호 패킷을 모두 수신하고 M개의 패킷의 복조 결과를 모두 고려하여 데이터를 복조할 수 있다. 대안적으로, 음파 수신장치(200)는 기설정된 M개의 음파신호 패킷 중 처음 일부 패킷을 수신하는 동안 데이터 복조에 성공하면 미수신한 나머지 음파신호 패킷을 수신하지 않고 데이터 복조 동작을 종료할 수도 있다.
도5는 일 실시예에 따른 음파신호 수신 방법 및 패킷 수신 횟수 재설정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 설명의 편의를 위해, 음파신호 패킷이 N비트의 데이터를 포함하고 있으며, 음파 수신장치(200)가 음파신호 패킷을 M회(단, M은 2 이상의 정수) 수신하도록 설정되었다고 가정한다.
우선, 단계(S110 내지 S180)는 음파신호 패킷을 수신하는 예시적 동작을 나타낸다. 도면을 참조하면, 음파 수신장치(200)가 첫번째(m=1) 음파신호 패킷을 수신하고(S110,S120), 이 수신한 음파신호 패킷의 데이터를 복조한다(S130). 만일 이 처음 음파신호 패킷을 복조하여 N비트 데이터의 복조에 성공하면(S140_Yes), 두번째 이후의 음파신호 패킷을 수신할 필요없이, 복조된 N비트 데이터를 출력한다(S150).
그러나 복조에 성공하지 못하면(S140_No), 음파 수신장치(200)는 두번째(m=2) 패킷을 수신하여 이 패킷의 데이터를 복조하고(S170,S120,S130), 복조에 성공하면 복조된 데이터를 출력한다(S150). 그러나 이 두번째 패킷의 데이터 복조에 성공하지 못하면 세번째(m=3) 패킷의 수신 및 데이터 복조 동작을 수행하며, 이와 같이 M번째 패킷까지 패킷 수신 및 데이터 복조 동작을 반복할 수 있다.
다음으로, 단계(S210 내지 S230)는 일 실시예에 따른 패킷 수신 횟수(M) 재설정 방법을 나타낸다. 도면을 참조하면, 단계(S110 내지 S180)에 따른 음파신호 패킷에 대한 데이터 복조 동작이 완료되면, 단계(S210)에서 음파 수신장치(200)는 복조 성공 여부 및 성공시의 m의 값을 메모리(미도시) 또는 저장장치(미도시) 등의 저장부에 저장한다.
예를 들어, 음파신호를 5번 수신하도록 설정된(즉 M=5) 음파 수신장치(200)가 3번째(즉, m=3) 음파신호 패킷을 수신하였을 때 복조에 성공했다면, 이 단계(S210)에서 음파 수신장치(200)는 복조 성공을 의미하는 정보와 함께 성공시의 m 값(즉, "3")을 저장부에 저장할 수 있다. 그러나 만일 음파 수신장치(200)가 패킷을 5회 수신하였으나 복조에 성공하지 못했다면, 복조 동작을 종료하고(S180), 단계(S210)에서는 복조 실패를 의미하는 정보를 저장부에 저장할 수 있다.
그 후 소정 시간 또는 기설정된 이벤트가 발생하면(S220_Yes), 음파 수신장치(200)는 저장부에 저장된 복조 성공/실패 정보 및 복조 성공시의 m 값들에 기초하여 음파 수신 횟수(M)를 재설정할 수 있다(단계 S230).
수신 횟수(M)의 재설정 방법은 다양할 수 있으며 구체적 실시 형태에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 복조 성공 확률이 소정 수치(예컨대 90%)를 넘는 경우, 복조 성공시의 m 값들 중 최대값을 M 값으로 재설정할 수 있다. 다른 예로서, 복조 성공 확률이 소정 수치를 넘는 경우 M 값을 현재의 M 값보다 1만큼 작은 값으로(즉, M-1) 재설정할 수도 있다. 그 외에 도 다양한 방법이나 알고리즘에 의해 M 값을 재설정할 수 있을 것이다.
한편, 상술한 단계(S210 내지 S230)는 음파 수신장치(200)마다 개별적으로 수행될 수도 있고, 제3의 장치(예컨대 네트워크로 연결된 서버장치)에서 수행될 수도 있다. 음파 수신장치(200) 개별적으로 수행되는 경우, 각 수신장치에 가장 최적화된 수신횟수(M)를 설정할 수 있으므로 음파 수신 속도를 높이면서도 데이터 복조 성공률을 높일 수 있는 이점이 있다.
대안적으로 서버장치(미도시)에서 음파 수신 횟수(M)를 재설정하는 경우, 서버장치는 개별 음파 수신장치(200)로부터 복조 성공 여부에 관한 정보 및 성공시의 m의 값을 수신할 수 있고, 부가적으로 각 음파 수신장치(200)의 기기 종류(예컨대 스마트폰의 기기 종류)에 관한 정보를 함께 수신할 수 있다. 그 후 서버장치는 각 음파 수신장치의 종류별로 음파 수신 횟수(M)의 재설정 값을 산출한 후, 해당 기종의 모든 음파 수신장치에게 이 재설정된 M 값을 전송할 수 있고, 재설정된 M 값을 수신한 음파 수신장치는 이 값에 기초하여 음파신호를 수신할 수 있을 것이다.
이와 같이, 각 음파 수신장치(200)가 개별적으로 음파 수신 횟수(M)를 업데이트하거나 또는 서버장치를 통해 업데이트된 수신 횟수(M)를 받음으로써, 음파 수신장치(200)가 최적화된 음파 수신 횟수에 따라 음파신호를 수신하여 복조할 수 있으므로 음파수신 속도를 높이면서도 데이터 복조 성공률을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 상술한 기술구성에 따르면, 고사양의 음파 수신장치는 짧은 시간에 한번의 음파신호 수신으로도 충분히 데이터 복조에 성공할 수 있으며, 저사양 음파 수신장치의 경우에도 여러번의 수신 시도를 하고 수신 결과를 조합하여 데이터 복조 성공률을 높일 수 있다.
이제 도6 내지 도11을 참조하여, 동일한 음파신호를 복수회 반복하여 수신하면서 데이터를 복조하는 예시적인 데이터 복조 방법 및 장치를 설명하기로 한다.
도6은 일 실시예에 따른 음파신호 패킷을 설명하기 위한 도면이다. 음파 발생장치(100)는 동일한 음파신호 패킷을 반복적으로 생성하여 발신한다. 이 때 각각의 음파신호 패킷은 예를 들어 훈련열(training sequence) 및 소정 길이의 디지털 비트 데이터로 구성될 수 있다.
훈련열은 음파 수신장치(200)가 음파신호에서 데이터의 시작점을 검출할 수 있도록 하기 위해 음파신호에 삽입되는 부분으로, 도6에 도시한 것처럼 프리앰블(Preamble)의 형태로 패킷의 첫부분에 위치할 수도 있고, 대안적 실시예에서, 패킷의 마지막 부분에 포함되거나 파일럿(pilot)의 형태로 작은 훈련열로 나누어져서 포함될 수도 있다.
일 실시예에서 훈련열은 시간에 따라 주파수가 변화되는 특성을 가진 음파신호로 구성될 수 있다. 예컨대 도시한 실시예에서 훈련열은 시간에 따라 주파수가 증가하는 주파수 업(up) 신호로 구성된다.
일 실시예에서 디지털 비트 데이터는 소정 길이의 비트열로서, 도6의 예에서는 "10101100"의 8비트 데이터 비트열로 구성된다. 이 때 각각의 디지털 비트는 시변화 변조되어, 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 주파수 업 신호 및 시간에 따라 주파수가 감소하는 특성을 가진 주파수 다운 신호로 구성될 수 있다. 예를 들어, 주파수 업 신호는 도시한 실시예에서 디지털 비트 "1"을 의미하고 주파수 다운 신호는 디지털 비트 "0"을 의미한다.
심볼(비트를 나타내는 아날로그 신호파형)은 1비트 또는 그 이상의 비트의 정보를 포함할 수 있다. 도6에 도시한 실시예에서는 하나의 심볼이 1비트 데이터를 포함한다. 즉 디지털 값 "0" 및 "1"에 대해 각각 하나의 심볼(즉, 주파수 다운 신호와 주파수 업 신호)이 대응하는 것으로 가정하였다. 그러나 대안적 실시예에서, 예컨대 하나의 심볼이 2비트 데이터(즉, "00", "01", "10", "11"의 4가지 디지털 값)를 나타낼 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 음파신호 패킷을 복조할 때 심볼 단위로 복조 동작이 수행될 수 있다. 예컨대 한 단위의 심볼이 2비트 데이터를 포함하는 경우, 심볼 단위로 복조가 진행됨으로써 디지털 비트 데이터를 2비트씩 추출할 수 있다.
음파 수신장치(200)는 음파 발생장치(100)에서 연속적으로 발신되는 복수개의 음파신호 패킷을 수신하고 이로부터 데이터를 복조할 수 있다. 음파신호로부터 특정 정보를 추출하는 기술은 공지되어 있으며, 예를 들어 한국 특허출원 제2013-0107604호 또는 한국 특허출원 제2015-0118809호에 개시된 기술을 이용할 수 있다.
도7은 일 실시예에 따른 음파 수신장치의 예시적인 블록도이다.
음파 수신장치(200)는 예를 들면 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 임의의 장치일 수 있다. 일 실시예에 따른 음파 수신장치(200)는 마이크(10), 아날로그/디지털(A/D) 컨버터(20), 및 데이터 추출부(30)를 포함할 수 있다.
마이크(10)는 수신한 음파신호를 아날로그 형태의 전기적 신호로 변환한다. 이 때 아날로그 형태의 전기적 신호는 예컨대 도6을 참조하여 설명한 음파신호 패킷을 포함할 수 있다. A/D 컨버터(20)는 마이크(10)가 수신하여 출력하는 전기적 신호를 디지털 신호로 변환한다.
데이터 추출부(30)는 A/D 컨버터(20)로부터 출력되는 디지털 신호에서 디지털 비트열을 추출하는 동작을 수행한다. 이를 위해 일 실시예에서 데이터 추출부(30)는 주파수 변환부(310), 훈련열 검출부(320), 데이터 복조부(330), 신뢰도 산출부(340), 및 데이터 조합부(350)를 포함할 수 있다. 이 때 각각의 구성요소(310,320,330,340,350)는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 각각 구현될 수 있다.
주파수 변환부(310)는 A/D 컨버터(20)에 의해 출력되는 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에서 주파수 변환부(310)는 디지털 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT) 동작을 수행할 수 있다.
한편, 이 때 음파 수신장치(200)가 마이크(10)를 통해 음파신호를 수신하고 A/D 컨버터(20)와 주파수 변환부(310)에서 처리하는 동작은 음파신호의 청크(chunk) 단위로 수행될 수 있다. 즉 마이크(10)를 통해 수신되는 음파신호를 일정 시간길이 간격으로 잘라서 A/D 변환 및 주파수 변환하고 이를 훈련열 검출부(320)로 전달할 수 있다. 도6에 도시한 실시예에서 청크는 예컨대 2개의 심볼 길이에 해당하는 시간 길이를 가진다. 그러나 청크 단위는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
훈련열 검출부(320)는 주파수 변환부(310)에 의해 변환된 음파신호 패킷에서 훈련열의 위치를 찾아 음파신호 패킷에서 분리하고, 훈련열이 분리된 음파신호 패킷을 데이터 복조부(330)로 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 훈련열 검출부(320)는 훈련열이 분리된 음파신호 패킷을 신뢰도 산출부(340)에도 제공할 수 있다.
데이터 복조부(330)는 훈련열 검출부(320)로부터 수신한 음파신호 패킷을 복조하여 디지털 비트 데이터를 추출한다. 일 실시예에서 데이터 복조부(330)는 데이터 복조를 위해 포락선 검출부와 비트 디텍터를 포함할 수 있다.
포락선 검출부는 심볼 단위로 복조한 신호가 해당 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값들 중 어떤 디지털 값에 가까운지 정량적으로 계산하는 기능부이다. 포락선 검출부는 심볼의 종류의 수만큼 존재한다. 도시한 실시예와 같이 심볼이 1비트의 디지털 값을 나타낸다면(즉 하나의 심볼이 디지털 값 "0"과 "1" 두 가지 중 하나를 포함한다면), 수신한 심볼이 디지털 값 "0"에 가까운 정도(이하에서 "유사도"라고도 한다)를 계산하는 제1 포락선 검출부, 및 수신한 심볼이 디지털 값 "1"에 가까운 정도를 계산하는 제2 포락선 검출부를 포함한다.
대안적 실시예에서, 예컨대 심볼이 2비트의 디지털 값을 나타내는 경우, 수신한 심볼이 디지털 값 "00", "01", "10", "11"의 각각에 가까운 정도를 정량적으로 계산하는 4개의 포락선 검출부를 포함할 수 있다.
이와 같이 각각의 포락선 검출부가 각 디지털 값과 수신한 심볼 간의 가까운 정도를 나타내는 유사도를 각각 정량적으로 계산하면, 비트 디텍터가 이들 유사도 값을 비교하여 수신한 심볼이 어떤 비트에 해당하는지를 결정할 수 있다.
신뢰도 산출부(340)는 음파신호 패킷의 각 수신한 심볼에 대한 신뢰도롤 산출한다. 여기서 심볼의 신뢰도는 수신한 각 심볼이 유효한 데이터로서 얼마나 신뢰할 수 있는지를 정량적으로 나타내는 값이 될 수 있다.
일 실시예에서, 음파신호에서 데이터를 포함하는 주파수 대역을 제1 주파수 대역이라 하고 데이터가 포함되지 않은 대역을 제2 주파수 대역이라 가정하면, 제1 주파수 대역의 음파신호의 크기와 제2 주파수 대역의 음파신호의 크기를 비교함으로써 심볼의 신뢰도를 산출할 수 있다. 이 때 데이터를 포함하여 관심 대상이 되는 주파수 대역을 "인-밴드(In-band) 신호"라고 칭하고, 인-밴드 신호의 주파수 대역 이외의 주파수을 "아웃-오브-밴드(Out-of-band) 신호"라고 칭하기도 한다.
예를 들어 데이터가 비가청 주파수 대역의 음파신호에 삽입되어 전송되는 경우, 비가청 주파수 대역 전체 또는 비가청 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호가 인-밴드 신호이고, 인-밴드 신호의 주파수 대역 이외의 주파수 대역의 전체 또는 이 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호가 아웃-오브-밴드 신호로 정의될 수 있다. 그리고 이 때의 심볼의 신뢰도는 아웃-오브-밴드 신호의 신호크기에 대한 인-밴드 신호의 신호크기의 비율 또는 이 비율에 비례하는 값으로서 정량적으로 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 심볼의 신뢰도를 인-밴드 신호의 신호크기와 아웃-오브-밴드 신호의 신호크기의 비율의 로그값에 비례하는 값으로 정의할 수도 있다.
이와 같이 각 수신한 심볼에 대해 인-밴드 신호와 아웃-오브-밴드 신호의 신호크기의 비율을 심볼의 신뢰도의 주요 요소(factor)로서 고려하는 이유는, 데이터가 특정 주파수 대역(예컨대 비가청 주파수 대역) 내에만 포함되고 그 외의 나머지 주파수 대역에 존재하지 않는 반면 일반적으로 고주파를 포함하는 노이즈는 전체 오디오 주파수 대역에 걸쳐 존재하기 때문에, 특정 시간에서의 음파신호를 주파수 영역에서의 인-밴드 신호와 아웃-오브-밴드 신호로 구분하여 두 신호의 비율을 계산하면 이 시간에 수신한 음파신호가 노이즈의 영향을 얼마나 받았는지를 알 수 있기 때문이다.
일 예로서 도8은 인-밴드 음파신호의 신뢰도를 설명하기 위한 도면으로, 도면의 위쪽 그래프는 노이즈의 예로서 비닐봉지를 구길 때 나는 소리(파란색으로 표시)와 문을 두드릴 때 나는 소리(연두색으로 표시)를 시간에 따른 진폭의 그래프로서 나타내었다. 그리고 도8의 아래의 그래프는 시간(X축)과 주파수 대역(Y축)에서의 음파신호의 세기를 그래프 내에서 색으로 표현한 스펙트로그램(spectrogram)이며, 파란색에서 노란색으로 갈수록 신호 크기가 큰 것을 의미한다.
도8의 그래프에 의하면, 비닐봉지를 구기거나 문을 두드릴 때 나는 소리 등의 일반적인 실생활의 노이즈들은 이 노이즈가 발생하는 시간 동안 전체 주파수 대역에 걸쳐 노이즈가 존재함을 알 수 있고, 반면 비가청 대역에 데이터가 포함된 음파신호의 경우 비가청 대역(도면에서 "In-band" 대역)에만 신호가 존재하므로 이 In-band 대역에서만 신호가 노란색으로 표시될 것이다. 그러므로 예컨대 노이즈가 많은 경우 인-밴드 신호와 아웃-오브-밴드 신호의 크기의 비율은 대략 1에 가까워지고 노이즈가 없는 경우 인-밴드 신호와 아웃-오브-밴드 신호의 크기의 비율은 1보다 훨씬 큰 값을 가지게 된다.
따라서 음파신호를 수신할 때, 일정한 시간 주기마다(예컨대 심볼의 시간 길이마다) 수신되는 음파신호의 인-밴드 신호와 아웃-오브-밴드 신호의 크기를 비교하면, 수신한 각 심볼의 신뢰도를 정량적으로 측정할 수 있고, 이 신뢰도에 기초하여, 예컨대 해당 심볼의 복조된 데이터를 유효한 데이터로서 인정할지 아니면 이 데이터를 무시하고 다음번 음파신호 패킷의 심볼을 유효한 데이터로서 고려할지 등을 판단할 수 있다.
다시 도7을 참조하면, 신뢰도 산출부(340)는 각 심볼마다 신뢰도를 산출하여 이 신뢰도 값을 데이터 복조부(330)로 전달할 수 있고, 데이터 복조부(330)는 전달받은 각각의 신뢰도를 고려하여 해당 심볼의 데이터를 복조할 수 있다. 예를 들어 데이터 복조부(330)는 신뢰도에 기초하여 심볼에 대한 가중치를 산출하고, 이 산출된 가중치 및 이전에 수신한 음파신호 패킷의 해당 심볼에 대해 기산출된 가중치에 기초하여, 수신한 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정할 수 있다. 데이터 복조부(330)의 이러한 동작에 대해서는 도9와 도10을 참조하여 후술하기로 한다.
상술한 바와 같이 데이터 복조부(330)는 심볼 단위로 데이터를 복조하고(즉, 해당 심볼에 대한 데이터 비트를 결정하고), 이 복조된 데이터를 데이터 조합부(350)로 전달한다. 데이터 조합부(350)는 복조된 데이터 비트에 기초하여 기복조된 데이터를 업데이트하고, 최종 업데이트된 디지털 비트 데이터를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 조합부(330)는 심볼 단위로 복조되어 데이터를 업데이트할 때마다 업데이트된 데이터의 오류 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 음파신호에 포함된 디지털 비트 데이터가 오류 정정 부호 또는 오류 검출 부호를 포함하도록 구성될 수 있고, 데이터 조합부(350)는 데이터를 업데이트할 때마다 오류 정정 또는 오류 검출 절차를 수행할 수 있다.
이상과 같이 도7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신장치(200)를 설명하였으나, 음파 수신장치(200)는 상술한 구성요소들 외에도 예컨대 각종 애플리케이션이 저장되고 실행되는 메모리, 메모리에 애플리케이션을 로딩하여 실행시키는 프로세서 등과 같이 음파 수신장치(200)를 동작시키는데 필요한 기타 하드웨어 및/또는 소프트웨어 리소스들을 포함할 수 있으며, 도7에서는 본 발명의 설명의 편의를 위해 이러한 리소스들의 도시를 생략하였음을 이해할 것이다.
도9는 일 실시예에 따른 데이터 복조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 예를 들어 도9의 흐름도는 도5의 데이터 복조 단계(S130)를 구체화한 방법일 수 있다. 도9의 각 단계들은 예컨대 도7의 데이터 복조부(330), 신뢰도 산출부(340), 및 데이터 조합부(350) 중 어느 하나에서 실행될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 도6에 도시한 것처럼 동일한 정보의 음파신호 패킷이 연속적으로 수신될 수 있고, 음파신호 패킷이 N 비트의 디지털 비트 데이터로 구성되며, 또한 이 N 비트의 데이터는 K개의 심볼에 의해 복조될 수 있다고 가정한다. 이 때 음파신호 중 훈련열은 훈련열 검출부(320)에서 이미 분리되어 제거되었고 N비트의 디지털 비트 데이터에 대해서만 복조하는 것으로 전제하면, 예를 들어 도6의 경우 음파신호 패킷은 8비트(즉, N=8) 데이터이고, 하나의 심볼이 1비트 정보를 포함하고 있으므로, 8개의 심볼(즉, K=8)을 순차적으로 복조함으로써 8비트 데이터를 추출할 수 있다.
이 때 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2 이상의 정수이고, k는 1 이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하는 경우, k번째 수신 심볼에 대해 단계(S310) 내지 단계(S350)의 동작이 수행될 수 있다.
구체적으로, 단계(S310)에서, 수신한 k번째 심볼에 대해 이 심볼의 신뢰도를 산출한다. 이 동작은 예컨대 신뢰도 산출부(340)에서 수행될 수 있다. 심볼의 신뢰도를 산출하는 방법으로서, 도8을 참조하여 상술한 바와 같이 인-밴드 신호(예컨대, 데이터가 비가청 대역에 삽입되어 전송되는 경우, 비가청 대역의 신호)의 신호크기와 아웃-오브-밴드 신호의 신호크기를 비교하여 신뢰도 값을 산출할 수 있다.
다음으로 단계(S320)에서, 산출된 신뢰도에 기초하여 심볼의 가중치를 산출할 수 있다. 이 동작은 예컨대 신뢰도 산출부(340) 또는 데이터 복조부(330)에서 수행될 수 있다.
가중치를 산출하는 방법은 구체적 실시 형태에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어 신뢰도 값이 가질 수 있는 수치 범위에 대응하여 가중치가 0에서 1 사이의 값을 갖도록 선형적으로 또는 비선형적으로 신뢰도 값과 가중치를 매핑할 수 있다.
또는 대안적으로, 단계(S310)와 단계(S320)를 결합하여, 수신 심볼의 인-밴드 신호의 신호크기와 아웃-오브-밴드의 신호크기의 비율에서 직접 가중치를 산출하도록 구성할 수도 있을 것이다.
그 후 단계(S330)에서, 산출된 가중치에 기초하여 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정한다. 이 단계(S330)는 예컨대 데이터 복조부(330)에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서 단계(S330)에서 데이터 비트를 결정할 때, 그 직전의 단계(S320)에서 산출된 가중치만을 고려하여 k번째 심볼의 데이터 비트를 결정할 수도 있고, 또 다른 실시예의 경우, 이전에 산출된 가중치, 즉 이전에 수신했던 음파신호 패킷의 상기 k번째 심볼에 대해 산출했던 가중치도 함께 고려하여 k번째 심볼의 데이터 비트를 결정할 수 있다.
다음으로 단계(S340)에서, 단계(S330)에서의 데이터 비트의 결정에 기초하여, (레지스터 또는 메모리에 저장된) 기복조된 N 비트열의 데이터를 업데이트한다. 이 동작은 예컨대 데이터 조합부(350)에서 수행될 수 있다.
업데이트를 위한 구체적 예로서, 단계(S330)에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트가 기복조된 데이터의 k번째 심볼의 데이터 비트와 다른 경우, 상기 기복조된 k번째 심볼의 데이터 비트를 단계(S330)에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트로 변경할 수 있다.
그 후 단계(S350)에서, 업데이트된 N 비트 데이터의 오류 여부를 판단할 수 있다. 이 동작은 예컨대 데이터 조합부(350)에서 수행될 수 있다. 단계(S350)에서 예를 들어 CRC 체크를 수행할 수 있고, 판단 결과 오류가 없으면(S350_No) 업데이트된 N 비트 데이터를 출력하고, 판단 결과 오류가 있으면(S350_Yes), 음파신호 패킷의 그 다음번 수신 심볼, 즉 (k+1)번째 수신 심볼에 대해, 상술한 단계(S310 내지 S350)를 수행할 수 있다(단계 S370 참조).
도10은 도9의 데이터 비트를 결정하는 단계(S330)의 구체적인 일 실시예로서, 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 예시적인 방법을 나타낸다.
우선 단계(S410)에서, 수신한 k번째 심볼이 이 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 얼마나 유사한지를 나타내는 유사도를 각각 측정한다. 이 단계(S410)는 예컨대 데이터 복조부(330)의 포락선 검출부에 의해 수행될 수 있다.
다음으로 단계(S430)에서, 각각의 유사도에 가중치를 적용한다. 여기서 가중치는 예컨대 도10의 단계(S320)에서 신뢰도 산출부(340)에 의해 산출된 신뢰도에 기반하여 계산된 가중치이다. 이와 같이 신뢰도에 기초한 가중치를 각각의 디지털 값에 대한 유사도에 반영하여 "현재 가중치-반영 유사도"를 산출할 수 있다.
그 후 단계(S450)에서, k번째 심볼에 대해 단계(S430)에서 산출된 "현재 가중치-반영 유사도" 및 기산출된 가중치에 따라 산출된 "과거 가중치-반영 유사도"에 기초하여, k번째 심볼에 대응하는 디지털 비트를 결정할 수 있다.
이상 상술한 단계(S410, S430, S450)의 방법을 적용하는 구체적인 예를 도11을 참조하여 설명한다. 도11은 가중치-반영 유사도에 기초하여 심볼의 데이터 비트를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의를 위해, 도6에 도시한 것처럼 음파 발생장치(100)에서 "10101100"의 8비트 데이터를 비가청 대역에 삽입한 동일한 정보의 음파신호 패킷을 음파 수신장치(200)가 연속적으로 수신할 수 있다고 가정한다. 또한 연속적인 음파신호 패킷 중 제1 패킷에 대해 데이터 복조를 이미 완료하였는데, 도11에 예를 든 것처럼 "10001100"의 8비트 데이터로 복조하였고, 데이터 오류 검사(예컨대 CRC 체크) 결과 에러로 판명되었고, 이에 따라 제2 패킷에 대해 데이터 복조를 현재 수행하는 중이며, 구체적으로 두번째 심볼까지 복조를 완료하여 디지털 비트열 "10"을 결정하였고 이제 3번째(k=3) 심볼에 대해 복조를 수행하려고 하는 중이다.
이 상태에서, 이제 도10의 단계(S410)에 따라, 신뢰도 산출부(340)(또는 데이터 복조부(330))는 수신한 3번째 심볼이 해당 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 얼마나 가까운지를 나타내는 정도(유사도)를 측정한다. 도11의 예를 참조하면, 이 단계(S410)에서, 제2 패킷의 세번째 심볼에 대해 디지털 값 "0"에 대한 유사도를 0.3으로 산출하고, 디지털 값 "1"에 대한 유사도를 0.4로 산출하였다.
그 후 도10의 단계(S430)에서, 심볼의 신뢰도에 기초한 가중치를 유사도에 반영하여 현재 가중치-반영 유사도롤 산출한다. 도11의 예를 참조하면, 이 단계(S430)에서 심볼의 신뢰도에 기초하여 가중치를 0.8로 산출하였고, 이에 따라 디지털 값 "0"에 대한 현재 가중치-반영 유사도는 0.8*0.3=0.24로 산출하고, 디지털 값 "1"에 대한 현재 가중치-반영 유사도는 0.8*0.4=0.32로 각각 산출하였다.
다음으로 도10의 단계(S450)에서, 현재 가중치-반영 유사도와 과거 가중치-반영 유사도에 기초하여 세번째(k=3) 심볼의 디지털 비트를 결정한다. 도11의 예를 참조하면, 제1 패킷 복조시에 세번째 심볼의 가중치가 0.5이고, 디지털 값 "0"에 대한 유사도가 0.4이고, 디지털 값 "1"에 대한 유사도가 0.3으로 각각 계산되었다고 가정한다.
그러면 디지털 값 "0"에 대한 과거 가중치-반영 유사도는 0.5*04=0.20이고, 디지털 값 "1"에 대한 과거 가중치-반영 유사도는 0.5*0.3=0.15로 각각 계산될 것이다. 따라서 예컨대 현재 가중치-반영 유사도와 과거 가중치-반영 유사도를 산술적으로 더하면, 디지털 값 "0"에 대한 최종 유사도는 0.24+0.2 = 0.44가 되고, 디지털 값 "1"에 대한 최종 유사도는 0.32+0.15 = 0.47이 되어, 결과적으로 단계(S450)에서, 세번째(k=3) 심볼이 나타내는 디지털 비트가 "1"이라고 결정하게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 각각의 심볼 단위로 데이터 복조를 수행할 때 심볼의 신뢰도에 기초한 가중치를 반영함으로써 보다 높은 정확도로 데이터 복조를 수행할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 심볼 단위로 데이터를 복조하고 오류 검사를 수행하기 때문에, 예컨대 도11에서 제2 패킷의 세번째 심볼에 대해 디지털 비트 "1"로 복조한 후 데이터 오류 검사를 하여 오류 없음으로 판명되면 제2 패킷의 네번째 이후의 심볼에 대해서는 더 이상 복조를 수행하지 않고 곧바로 N비트 데이터를 출력할 수 있으므로, 전체 N비트열 단위로 복조하고 오류 검사를 수행하는 것에 비해 더 신속히 데이터 복조를 수행할 수 있다.
지금까지 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서,
    m회째(단, m은 2이상의 정수) 음파신호 패킷의 적어도 일부를 수신하는 단계;
    상기 m회째 패킷의 적어도 일부를 복조하는 단계;
    상기 음파신호 패킷의 복조가 성공하면 복조된 데이터를 출력하고, 복조가 성공하지 못하면, (m+1)회째 패킷의 적어도 일부를 수신하여 상기 비트열을 복조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 m이 기설정된 패킷 수신 횟수("M")(단, M은 2 이상의 기설정된 정수)와 같은 경우, 상기 (m+1)회째 패킷에 대한 복조를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 m회째 패킷의 적어도 일부를 복조하는 단계 이후에,
    소정 기간 누적된 데이터 복조의 성공 횟수 및 데이터 복조 성공시마다 저장된 m 값들에 기초하여, 상기 패킷 수신 횟수(M)를 재설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 음파신호 패킷이 상기 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함하며,
    상기 m회째 음파신호 패킷의 적어도 일부를 복조하는 단계가,
    상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2 이상의 정수이고, k는 1이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해,
    (a) 상기 제1 음파신호의 크기와 상기 제2 음파신호의 크기를 비교하여 제1 음파신호에 대한 심볼의 신뢰도를 산출하는 단계;
    (b) 산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 음파신호는 비가청 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호이고, 상기 제2 음파신호는 상기 제1 음파신호의 주파수 대역 이외의 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호인 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 심볼의 신뢰도가, 상기 제1 음파신호의 크기와 제2 음파신호의 크기의 비율의 로그값에 비례하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 데이터 비트를 결정하는 (b) 단계가,
    (b-1) 상기 신뢰도에 기초하여 심볼에 대한 가중치를 산출하는 단계; 및
    (b-2) 상기 산출된 가중치 및 이전에 수신한 음파신호 패킷의 상기 k번째 심볼에 대한 기산출된 가중치에 기초하여, 상기 수신한 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 산출된 가중치 및 기산출된 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 (b-2) 단계가,
    (b-2-1) 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 대해 상기 수신한 심볼이 얼마나 유사한지를 나타내는 유사도를 각각 측정하는 단계;
    (b-2-2) 상기 각각의 유사도에 상기 산출된 가중치를 적용하여, 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 대한 수신 심볼의 현재 가중치-반영 유사도를 산출하는 단계; 및
    (b-2-3) 상기 k번째 심볼에 대해 상기 현재 가중치-반영 유사도와 상기 기산출된 가중치에 따라 산출된 과거 가중치-반영 유사도에 기초하여, 상기 k번째 심볼에 대응하는 디지털 비트를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 업데이트하는 (c) 단계가,
    상기 데이터 비트를 결정하는 (b) 단계에서 결정된 상기 k번째 심볼의 데이터 비트가 상기 기복조된 데이터의 k번째 심볼의 데이터 비트와 다른 경우, 상기 기복조된 k번째 심볼의 데이터 비트를 상기 (b) 단계에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    (d) 상기 업데이트하는 (c) 단계 이후에, 업데이트된 데이터의 오류 여부를 판단하는 단계; 및
    (e) 판단 결과 오류가 없으면 상기 업데이트된 데이터를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 판단 결과 오류가 있으면, 상기 음파신호 패킷의 (k+1)번째 수신 심볼에 대해, 상기 (a) 내지 (e) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 음파신호 패킷의 데이터 복조 방법.
  11. 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 상기 데이터를 복조하는 음파 수신장치로서,
    상기 음파신호의 m회째(단, m은 2 이상의 정수) 패킷의 적어도 일부를 수신하여 복조하고, 상기 음파신호 패킷의 복조가 성공하면 복조된 데이터를 출력하고, 복조가 성공하지 못하면, (m+1)회째 패킷의 적어도 일부를 수신하여 상기 비트열을 복조하도록 구성된 데이터 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부가, 상기 m이 기설정된 패킷 수신 횟수("M")(단, M은 2이상의 기설정된 정수)와 같은 경우, 상기 (m+1)회째 패킷에 대한 복조를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부가, 상기 m회째 패킷의 적어도 일부를 복조한 후, 소정 기간 누적된 데이터 복조의 성공 횟수 및 데이터 복조 성공시마다 저장된 m 값들에 기초하여, 상기 패킷 수신 횟수(M)를 재설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 음파신호 패킷이 상기 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함하며,
    상기 데이터 추출부가,
    상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2 이상의 정수이고, k는 1 이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, 상기 제1 음파신호의 크기와 상기 제2 음파신호의 크기를 비교하여 제1 음파신호에 대한 심볼의 신뢰도를 산출하도록 구성된 신뢰도 산출부;
    산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하도록 구성된 데이터 복조부; 및
    상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 데이터 조합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 음파신호는 비가청 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호이고, 상기 제2 음파신호는 상기 제1 음파신호의 주파수 대역 이외의 주파수 대역 내에서 기설정된 대역의 음파신호인 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 심볼의 신뢰도가, 상기 제1 음파신호의 크기와 제2 음파신호의 크기의 비율의 로그값에 비례하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 신뢰도 산출부가, 상기 신뢰도에 기초하여 심볼에 대한 가중치를 산출하도록 구성되고,
    상기 데이터 복조부는, 이 산출된 가중치 및 이전에 수신한 음파신호 패킷의 상기 k번째 심볼에 대한 기산출된 가중치에 기초하여, 상기 수신한 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 신뢰도 산출부가 상기 산출된 가중치 및 기산출된 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 동작을 수행하기 위해,
    심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 대해 상기 수신한 심볼이 얼마나 유사한지를 나타내는 유사도를 각각 측정하고,
    상기 각각의 유사도에 상기 산출된 가중치를 적용하여, 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 대한 수신 심볼의 현재 가중치-반영 유사도를 산출하고, 그리고
    상기 k번째 심볼에 대해 상기 현재 가중치-반영 유사도와 상기 기산출된 가중치에 따라 산출된 과거 가중치-반영 유사도에 기초하여, 상기 k번째 심볼에 대응하는 디지털 비트를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 데이터 조합부가, 상기 데이터 복조부에서 결정된 상기 k번째 심볼의 데이터 비트가 상기 기복조된 데이터의 k번째 심볼의 데이터 비트와 다른 경우, 상기 기복조된 k번째 심볼의 데이터 비트를 상기 데이터 복조부에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트로 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 음파 수신장치가, 상기 데이터 복조부에 의해 업데이트된 데이터의 오류 여부를 판단하고, 판단 결과 오류가 없으면 상기 업데이트된 데이터를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
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