WO2018110811A1 - 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치 - Google Patents

접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치 Download PDF

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WO2018110811A1
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human body
electrode
communication
contact strength
human
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PCT/KR2017/010787
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송기석
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주식회사 헬스리안
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005—Transmission systems in which the medium consists of the human body

Definitions

  • the present invention relates to a communication device for implementing a human medium communication optimization according to the contact strength, and more specifically, to measure the junction impedance between the electrodes attached to the human body using the human body communication, and using the measured impedance Providing a human body transceiver module that calculates the contact strength between human bodies and adjusts the first characteristic value of the human body transmitter or the second characteristic value of the human body receiver in accordance with the calculated contact strength.
  • the present invention relates to a communication device for implementing optimized human body communication according to the contact strength, which can overcome the instability of the human medium communication caused by the large change in the signal reduction characteristic of the human medium according to the contact strength of the human body.
  • Human body communication is greatly influenced by the contact strength of the electrode-body because it uses a method of transmitting and receiving signals to the human body through the electrodes.
  • the signal reduction characteristic of the human medium greatly changes according to the contact strength of the electrode-body (see FIG. 4A).
  • Such a change in the communication environment has resulted in instability of the human medium communication, and thus the prior art has been commercialized in various fields. There was a problem creating a threshold.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to measure the junction impedance between the electrodes attached to the human body using the human body communication, calculate the contact strength between the electrode and the human body using the measured junction impedance, the calculated By providing a body medium transceiver module that adjusts the first characteristic value of the body medium transmitter according to the contact strength, or the second characteristic value of the body medium receiver, thereby reducing the signal of the human medium in accordance with the contact strength of the electrode-human body
  • the present invention provides a communication device for implementing human body communication optimization according to contact strength, which can overcome instability of human body communication caused by a significant change in characteristics.
  • the communication device implementing the human body communication optimization according to the contact strength measures the junction impedance between electrodes attached to the human body using the human body communication, and uses the measured junction impedance.
  • the present invention provides a human body transceiver module that calculates a contact strength between an electrode and a human body, and adjusts a first characteristic value of a human body transmitter or a second characteristic value of a human body receiver according to the calculated contact strength.
  • the present invention has a technical effect that can overcome the instability of the human body communication caused by the large change in the signal reduction characteristics of the human medium in accordance with the contact strength of the electrode-human body.
  • Figure 1a schematically shows the relationship between a human body transceiver and a communication terminal using a human body medium according to the present invention.
  • Figure 1b schematically shows the internal configuration of the human body transceiver according to the present invention.
  • Figure 2a shows a configuration for implementing an optimized human body communication according to the contact strength when the human body transceiver according to the present invention operates as a human body transmitter.
  • FIG. 2b illustrates a configuration for implementing an optimized human media communication according to contact strength when the human media transceiver according to the present invention operates as a human media receiver.
  • Figure 3a is a flow chart illustrating a process for implementing an optimized body medium communication according to the contact strength when the body medium transceiver according to the present invention operates as a body medium transmitter.
  • Figure 3b is a flow chart illustrating a process for implementing an optimized body medium communication according to the contact strength when the body medium transceiver according to the present invention operates as a body medium receiver.
  • Figure 4a is a graph showing the relationship between the frequency and signal reduction according to the contact area when implementing the human body communication according to the present invention.
  • Figure 4b is a graph showing the relationship between the electrode-human junction impedance vs. signal reduction according to the frequency when implementing the human body communication according to the present invention.
  • Figure 4c is a graph showing the relationship between the contact area and the electrode-human junction impedance when implementing the human body communication according to the present invention.
  • 5A illustrates a method of separating a junction impedance measurement frequency and a human medium communication frequency band when the human body transceiver according to the present invention operates as a human medium transmitter.
  • 5B illustrates a method of separating the junction impedance measurement frequency and the human medium communication frequency band when the human body transceiver according to the present invention operates as a human medium receiver.
  • Figure 6 graphically illustrates the relationship of frequency to electrode-human junction impedance for using optimal junction impedance measurement frequencies in accordance with the present invention.
  • Figure 1a schematically shows the relationship between a human body transceiver and a communication terminal using a human body medium according to the present invention.
  • the present invention uses a human body medium H10 that uses a human body as a communication medium, an electrode 10 attached to the human body H10, and a junction impedance value measured through the electrode 10.
  • FIG. Calculate the contact strength, and implement a wireless communication with the human body transceiver 100 for controlling the characteristic value of the transmitter or the receiver according to the calculated contact strength, and the human body transceiver 100 in a state of being held by a hand. It includes a communication terminal 200.
  • human body communication is a method of transmitting and receiving a signal using a human body as a communication medium, not air, unlike other wireless communication, has the following advantages, and the characteristics according to the frequency, electrode-human junction impedance, contact area 4A to 4C will be described later.
  • the human body communication when compared to air, which is a medium of other wireless communication, the human body communication has an advantage of communicating with low power and high energy efficiency because the human medium has excellent signal reduction characteristics in a low frequency band.
  • wireless communication other than the human body medium is difficult to limit spatially because it propagates through the air, and there are security risks such as hacking, but the human body communication has security because the medium is spatially limited to the human body. Has excellent advantages.
  • the human medium communication has an advantage of providing an intuitive interface to the user because the communication is made through the contact of the human body.
  • the communication terminal 200 may use, for example, a smart phone, a smart band, smart glasses, wireless earphones, and the like, and may transmit or receive data through wireless communication with the body medium transceiver 100.
  • Figure 1b schematically shows the internal configuration of the human body transceiver according to the present invention.
  • the body medium transceiver 100 may be implemented in a module form including a body medium transmitter 110 and a body medium receiver 120.
  • the body medium transmitter 110 includes a modulator 111, a frequency riser 112, and a power amplifier 113, and the modulator 111-> frequency riser 112-> power amplifier 113- -> Transmitting signals in order of electrode 10, in particular, the contact strength is calculated using the junction impedance value obtained through the electrode 10, and the configuration and method of adjusting the characteristic value of the transmitter according to the calculated contact strength This will be described later with reference to FIGS. 2A and 3A, respectively.
  • the body medium receiver 120 includes a demodulator 121, a frequency lowering unit 122, and a low noise amplifier 123, and the electrode 10-> low noise amplifier 123-> frequency lowering unit 122-
  • the contact strength is calculated using the junction impedance value obtained through the electrode 10, and the characteristic value of the receiver is adjusted according to the calculated contact strength. This will be described later with reference to FIGS. 2B and 3B, respectively.
  • a wireless communication transceiver can be divided into full duplex and half duplex according to a hardware configuration method.
  • Full-duplex communication means that the transmitter and receiver operate simultaneously, such as a way in which data can be sent in both directions at the same time, such as a telephone.
  • Half-duplex communication such as a radio, is received by one side while the other is transmitting. In other words, the transmission direction is possible in only one direction, and the transmission direction is reversed so that the transmission is performed in both directions.
  • both full-duplex communication and half-duplex communication are possible through human media communication. If full-duplex communication is used, since a human media transmitter 110 and a human media receiver 120 operate simultaneously, a separate switch is not required. In the case of using the half-duplex communication, the master and the slave are determined in communication, and the mode of the body medium transmitter 110 and the body medium receiver 120 must be determined through a switch in the master.
  • Figure 2a shows a configuration for implementing an optimized human body communication according to the contact strength when the human body transceiver according to the present invention operates as a human body transmitter.
  • the human body transceiver module of the present invention may include a first electrode 11, a second electrode 12,
  • the joint impedance sensor unit 20, the contact strength control unit 30 and the human body transmitter 110 is configured to include.
  • the first electrode 11 is in contact with the human medium (H10) to form a first contact surface (S1)
  • the second electrode 12 is disposed side by side with a predetermined distance from the first electrode (11)
  • the second contact surface S2 is formed in contact with the human medium H10.
  • the junction impedance sensor 20 is electrically connected to the first electrode 11 through the first node C1, and electrically connected to the second electrode 12 through the second node C2.
  • the impedance between the first electrode 11 and the second electrode 12, that is, the junction impedance of the electrode-body is measured.
  • the junction impedance of the electrode-body should be measured in real time and continuously at the same time as the human medium communication because the contact strength (contact area) of the electrode-body can change in real time and continuously.
  • the junction impedance sensor 20 applies a current of a specific frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz) between the first electrode 11 and the second electrode 12, and thereby generates the first
  • the impedance may be measured by sensing a voltage between the electrode 11 and the second electrode 12.
  • the junction impedance sensor 20 may apply a current of a sine wave or square wave in a specific frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz) and measure a voltage to calculate a junction impedance value. .
  • the operating frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz) of the junction impedance sensor unit 20 should be separated from the human medium communication frequency band (40 MHz to 200 MHz). A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 5A to 6.
  • the contact strength controller 30 receives the junction impedance value measured by the junction impedance sensor 20 to determine the electrode-human junction strength, and then sends a signal to the body medium transmitter 110 to control the transmission strength. .
  • the body medium transmitter 110 adjusts the transmission intensity according to the transmission intensity adjustment command received from the contact strength control unit 30 and transmits the transmitted intensity to the first electrode 11 and the second electrode 12 at the adjusted transmission intensity. .
  • Figure 3a is a flow chart illustrating a process for implementing an optimized body medium communication according to the contact strength when the body medium transceiver according to the present invention operates as a body medium transmitter.
  • a first process S110 of measuring contact impedance between the first electrode 11 and the second electrode 12 through the junction impedance sensor 20 is performed.
  • the contact strength control unit 30 has a second process (S120) of receiving a junction impedance value measured by the junction impedance sensor unit 20 and calculating a contact strength Cs.
  • the contact strength controller 30 has a third process S130 for determining whether the calculated contact strength C s is greater than the characteristic value C TH .
  • the contact strength control unit 30 sends a transmission strength reduction command to the body medium transmitter 110, According to the transmission strength reduction command, the body medium transmitter 110 has a fourth process S140 of reducing the transmission strength.
  • the contact strength control unit 30 sends a transmission strength increase command to the body medium transmitter (110). According to the transmission strength increase command, the body medium transmitter 110 has a fifth process S150 of increasing the transmission strength.
  • the transmission strength is increased to 4.7 dB based on 100%.
  • the body medium transmitter 110 increases the intensity of the transmitter accordingly, the intensity received toward the receiver becomes constant, thereby securing communication stability.
  • the body medium receiver 120 has an advantage of reducing power consumption by alleviating necessary amplification factor, sensitivity, and dynamic noise.
  • Table 1 below shows the conversion table of the transmission power strength according to the contact strength.
  • FIG. 2b illustrates a configuration for implementing an optimized human media communication according to contact strength when the human media transceiver according to the present invention operates as a human media receiver.
  • the human body transceiver module of the present invention may include a first electrode 11, a second electrode 12,
  • the joint impedance sensor unit 20, the contact strength control unit 30 and the human body receiver 120 is configured to include.
  • the first electrode 11 is in contact with the human medium (H10) to form a first contact surface (S1)
  • the second electrode 12 is disposed side by side with a predetermined distance from the first electrode (11)
  • the second contact surface S2 is formed in contact with the human medium H10.
  • the junction impedance sensor 20 is electrically connected to the first electrode 11 through the first node C1, and electrically connected to the second electrode 12 through the second node C2.
  • the impedance between the first electrode 11 and the second electrode 12, that is, the junction impedance of the electrode-body is measured.
  • the junction impedance of the electrode-body should be measured in real time and continuously at the same time as the human medium communication because the contact strength (contact area) of the electrode-body can change in real time and continuously.
  • the junction impedance sensor 20 applies a current of a specific frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz) between the first electrode 11 and the second electrode 12, and thereby generates the first
  • the impedance may be calculated by sensing the voltage between the electrode 11 and the second electrode 12.
  • the junction impedance sensor 20 may apply a current of a sine wave or a square wave in a specific frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz), and measure a voltage to measure a junction impedance value, similar to a typical impedance sensor. have.
  • the operating frequency band (preferably 1 MHz to 4 MHz) of the junction impedance sensor unit 20 should be separated from the human medium communication frequency band (40 MHz to 200 MHz). A detailed description thereof will be described later with reference to FIGS. 5A to 6.
  • the contact strength control unit 30 receives the junction impedance value measured by the junction impedance sensor unit 20 to determine the electrode-human junction strength, and then commands the human medium receiver 120 to adjust the amplification factor, sensitivity, and dynamic range. Send a signal.
  • the body medium receiver 120 increases or decreases each amplification rate, sensitivity, and dynamic noise value according to the determined range according to the amplification rate, sensitivity, and dynamic noise control command received from the contact strength control unit 30.
  • Figure 3b is a flow chart illustrating a process for implementing an optimized body medium communication according to the contact strength when the body medium transceiver according to the present invention operates as a body medium receiver.
  • a first step S210 of measuring contact impedance between the first electrode 11 and the second electrode 12 through the junction impedance sensor 20 is performed.
  • the contact strength control unit 30 has a second step (S220) of calculating the contact strength Cs by receiving the junction impedance value measured by the junction impedance sensor unit 20.
  • the contact strength controller 30 has a third step S230 of determining whether the calculated contact strength C s is greater than the characteristic value C TH .
  • the contact strength control unit 30 sends amplification rate, sensitivity and dynamic noise control commands to the human medium receiver (
  • the body medium receiver 120 has a fourth step S240 of increasing amplification rate reduction, sensitivity reduction, and dynamic noise value according to the received amplification rate, sensitivity, and dynamic noise control command.
  • the contact strength control unit 30 sends amplification rate, sensitivity and dynamic noise control commands to the human body receiver.
  • the body medium receiver 120 has a fifth step (S250) for increasing the amplification rate, increase the sensitivity and decrease the dynamic noise value according to the received amplification rate, sensitivity and dynamic range control command.
  • the body medium receiver 120 increases the amplification factor and sensitivity by 4.7 dB when the calculated contact strength C S becomes smaller than a specific value (30%) and increases the dynamic noise value by 4.7 dB. Decreases by dB
  • the present invention can optimize the required specification of the human body receiver 120 according to the smaller intensity received by the human body receiver 120 toward the human body receiver 120 even if the contact strength is reduced from 100% to 30%. In this way, it is possible to secure the stability of the communication, and to reduce the power consumption by reducing the amplification rate, sensitivity, dynamic noise required in the human body receiver 120.
  • Table 2 shows an example of the conversion table of the amplification factor, sensitivity, and dynamic range of the human medium receiver 120 according to the contact strength.
  • Figure 4a is a graph showing the relationship between the frequency and signal reduction according to the contact area when implementing the human body communication according to the present invention
  • Figure 4b is an electrode-human junction impedance vs. signal according to the frequency when implementing the human body communication according to the present invention
  • Figure 4c graphically illustrates the relationship between the reduction and the relationship between contact area versus electrode-human junction impedance in implementing human body communication in accordance with the present invention.
  • the contact area when the contact area is reduced from 100% to 30%, the signal strength decreases by about 4.7 dB, and in the case of the human medium communication in the 60 MHz band, the contact area is 100. Decreasing from% to 30% tends to further decrease the signal strength by 6.0dB.
  • the human medium communication uses a method of transmitting and receiving signals to and from the human body through the electrodes, the contact strength of the electrode and the human body is greatly affected by the contact strength (contact area) of the electrode and the human body (see FIG. 4C). As a result, it can be seen that the signal reduction characteristic of the human medium greatly changes (see FIG. 4B).
  • 5A illustrates a method of separating a junction impedance measurement frequency and a human medium communication frequency band when the human body transceiver according to the present invention operates as a human medium transmitter.
  • the junction impedance measurement frequency band is recognized as the human body communication signal from the human medium transmitter 110. Since no separate high pass filtering is required for the human medium communication frequency band, the junction impedance sensor unit 20 should measure only the signal of the junction impedance measurement frequency band through low pass filtering.
  • a 1 MHz to 4 MHz band for the impedance measurement (see FIG. 6).
  • the human medium since the human medium has excellent signal reduction characteristics in the 40 MHz to 200 MHz band, it is possible to clarify the separation of the frequency bands from each other. Because there is.
  • 5B illustrates a method of separating the junction impedance measurement frequency and the human medium communication frequency band when the human body transceiver according to the present invention operates as a human medium receiver.
  • the junction impedance measuring frequency band is not recognized as the human body communication signal from the human medium receiver 120.
  • High pass filtering is required for the human body communication frequency band, and in this case, the junction impedance sensor unit 20 should measure only the signal of the junction impedance measurement frequency band through low pass filtering, similarly to the body medium transmitter 110. .
  • a 1 MHz to 4 MHz band for the impedance measurement (see FIG. 6).
  • the human medium since the human medium has excellent signal reduction characteristics in the 40 MHz to 200 MHz band, it is possible to clarify the separation of the frequency bands from each other. Because there is.
  • Figure 6 graphically illustrates the relationship of frequency to electrode-human junction impedance for using optimal junction impedance measurement frequencies in accordance with the present invention.
  • the electrode-human junction impedance of the electrode used in the human body communication is measured according to a frequency band. In the frequency band of 1 MHz or more, it is confirmed that the electrode has a constant impedance value having a variation range of 3% or less. Can be.
  • the electrode-human junction impedance is measured. It can be seen that they are identical.
  • the junction impedance measurement frequency can be confirmed that it is preferable to use the 1MHz ⁇ 4MHz band as described in Figures 5a and 5b.
  • the present invention relates to a medical-related industry using human body communication due to a technology capable of overcoming instability of human medium communication caused by a large change in signal reduction characteristics of a human medium according to the contact strength of an electrode-human body. It is likely to be used for.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

본 발명의 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치는, 인체 매질 통신을 이용하여 인체에 부착된 전극들 간의 접합 임피던스를 측정하고, 측정된 상기 접합 임피던스를 이용하여 전극-인체 간의 접촉 강도를 계산하며, 계산된 상기 접촉 강도에 따라 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하거나, 또는 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 해주는 인체매질 송수신기모듈을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치
본 발명은 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체 매질 통신을 이용하여 인체에 부착된 전극들 간의 접합 임피던스를 측정하고, 측정된 상기 접합 임피던스를 이용하여 전극-인체 간의 접촉 강도를 계산하며, 계산된 상기 접촉 강도에 따라 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하거나, 또는 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 해주는 인체매질 송수신기모듈을 제공함으로, 전극-인체의 접촉 강도에 따라 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화함으로 발생되는 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있는, 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치에 관한 것이다.
최근 웨어러블(wearable) 기술과 사물인터넷(Internet Of Things, IoT) 기술의 발달로 개개인이 보유하고 있는 무선 통신 기기들의 개수가 점점 많아지고 있다.
이로 인하여 저 전력의 높은 에너지 효율을 갖는 무선 통신에 대한 필요성도 매우 높아지고 있다.
이러한 요구에 맞추어 공기가 아닌 인체를 매질로 사용하여 낮은 전력 소모, 높은 보안성, 직관적인 인터페이스를 장점으로 갖는 인체 매질 통신(human body communication)이 활발하게 연구가 되었다.
지난 2012년에는 국제 무선 통신의 표준 규격을 선도하는 미국 전기전자 학회(IEEE)에서 인체 주변 영역에서의 전자기기나 바이오센서간의 통신을 위한 표준(IEEE 802.15.6)으로 UWB(ultra wide band), NB(narrow band) 무선 통신 기술과 함께 인체 매질 통신이 채택 되었다.
이후에 활발한 기술 개발을 통하여 인체 매질 통신이 다양한 분야에 적용되어 상용화될 것으로 기대하였으나, 통신의 안정성 문제로 인하여 아직까지 일부 특정 분야에만 상용화되는 수준에 그쳤다.
인체 매질 통신은 전극을 통하여 인체에 신호를 송신하고 수신하는 방법을 사용하기 때문에 전극-인체의 접촉 강도에 큰 영향을 받는다.
따라서 전극-인체의 접촉 강도에 따라 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화하는데(도 4a 참조), 이러한 통신 환경의 변화는 인체 매질 통신의 불안정성을 가져왔고, 이로 인해 종래기술은 여러 분야로의 상용화에 한계점을 만드는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허 제10-2008-0097169호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 인체 매질 통신을 이용하여 인체에 부착된 전극들 간의 접합 임피던스를 측정하고, 측정된 상기 접합 임피던스를 이용하여 전극-인체 간의 접촉 강도를 계산하며, 계산된 상기 접촉 강도에 따라 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하거나, 또는 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 해주는 인체매질 송수신기모듈을 제공함으로, 전극-인체의 접촉 강도에 따라 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화함으로 발생되는 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있는, 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치는, 인체 매질 통신을 이용하여 인체에 부착된 전극들 간의 접합 임피던스를 측정하고, 측정된 상기 접합 임피던스를 이용하여 전극-인체 간의 접촉 강도를 계산하며, 계산된 상기 접촉 강도에 따라 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하거나, 또는 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 해주는 인체매질 송수신기모듈을 제공한다.
본 발명은 전극-인체의 접촉 강도에 따라 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화함으로 발생되는 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 인체매질을 이용한 인체매질 송수신기 및 통신단말 간의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 순서도로 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 순서도로 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 접촉 면적에 따른 주파수 대 신호 감소의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 주파수에 따른 전극-인체 접합 임피던스 대 신호 감소의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4c는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 접촉 면적 대 전극-인체 접합 임피던스의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접합 임피던스 측정 주파수 및 인체 매질 통신 주파수 대역의 분리 방법을 나타낸 것이다.
도 5b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접합 임피던스 측정 주파수 및 인체 매질 통신 주파수 대역의 분리 방법을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 최적의 접합 임피던스 측정 주파수를 사용하기 위한, 주파수 대 전극-인체 접합 임피던스의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 인체매질을 이용한 인체매질 송수신기 및 통신단말 간의 관계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명은 인체를 통신 매질로 사용하는 인체매질(H10), 상기 인체매질(H10)에 부착되는 전극(10), 상기 전극(10)을 통해 측정된 접합 임피던스 값을 이용하여 접촉 강도를 계산하고, 계산된 접촉 강도에 따라 송신기 또는 수신기의 특성값을 제어하는 인체매질 송수신기(100), 및 사람이 손으로 들고 있는 상태로 상기 인체매질 송수신기(100)와 무선 통신을 구현하는 통신단말(200)을 포함한다.
이하 인체매질(H10)을 이용한 인체 매질 통신(human body communication)에 대해 간단히 설명한다.
일반적으로 인체 매질 통신은 다른 무선 통신과는 다르게 공기가 아닌 인체를 통신 매질로 사용하여 신호를 송수신하는 방법으로, 아래와 같은 장점을 가지며, 기타 주파수, 전극-인체 접합 임피던스, 접촉 면적에 따른 특성은 도 4a ~ 도 4c에서 각각 후술한다.
첫째, 인체 매질 통신은 다른 무선 통신의 매질인 공기와 비교할 경우, 인체 매질이 저주파 대역에서 신호 감소 특성이 우수하기 때문에, 저 전력 및 고 에너지 효율로 통신할 수 있는 장점을 갖는다.
둘째, 인체매질 이외의 다른 무선 통신은 공기를 통해서 전파되기 때문에 공간적으로 제한을 두기가 어렵고, 해킹 등의 보안 위험이 있지만, 인체 매질 통신은 매질이 공간적으로 본인의 인체로 제한되기 때문에 보안성이 우수한 장점을 갖는다.
셋째, 인체 매질 통신은 인체의 접촉을 통해서 통신이 이루어지기 때문에 사용자에게 직관적인 인터페이스를 제공하는 장점을 갖는다.
여기서 통신단말(200)은 이를테면, 스마트폰, 스마트 밴드, 스마트 글래스, 무선 이어폰 등을 사용할 수 있으며, 인체매질 송수신기(100)와 무선통신을 통해 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
이하 도 1b를 참조하여, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기의 내부 구성을 간단히 설명한다.
도 1b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기(100)는 인체매질 송신기(110) 및 인체매질 수신기(120)를 포함하는 모듈 형태로 실시 될 수 있다.
이 경우 인체매질 송신기(110)는 변조기(111), 주파수 상승기(112) 및 전력 증폭기(113)를 포함하며, 변조기(111)--> 주파수 상승기(112)--> 전력 증폭기(113)-->전극(10) 순으로 신호를 송신하는데, 특히 상기 전극(10)을 통해 얻은 접합 임피던스 값을 이용하여 접촉 강도를 계산하고, 계산된 접촉 강도에 따라 송신기의 특성값을 조절하는 구성 및 방법에 대해서는 도 2a 및 도 3a에서 각각 후술한다.
반면 인체매질 수신기(120)는 복조기(121), 주파수 하강기(122) 및 저잡음 증폭기(123)를 포함하며, 전극(10)-->저잡음 증폭기(123)-->주파수 하강기(122)-->복조기(121) 순으로 신호를 수신하는데, 특히 상기 전극(10)을 통해 얻은 접합 임피던스 값을 이용하여 접촉 강도를 계산하고, 계산된 접촉 강도에 따라 수신기의 특성값을 조절하는 구성 및 방법에 대해서는 도 2b 및 도 3b에서 각각 후술한다.
이하 인체매질 송신기(110) 또는 인체매질 수신기(120) 각각의 송신 또는 수신의 선택 기능을 구현하기 위한 스위치(미도시)에 대해 간단히 설명한다.
일반적으로 무선 통신 송수신기는 하드웨어 구성 방법에 따라서, 전이중 통신(full duplex) 및 반이중 통신(half duplex)로 나눌 수 있다.
전이중 통신은 송신기와 수신기가 동시에 동작하는 것으로, 이를테면 전화와 같이 데이터가 동시에 양방향으로 전송이 될 수 있는 방식을 의미하며, 반이중 통신은 이를테면 무전기와 같이 한 쪽이 송신하는 동안 다른 쪽이 수신하는 것으로, 전송 방향이 한 방향만 가능하고, 전송 방향을 교체하여 양방향으로 전송이 되는 방식을 의미한다.
본 발명의 경우 인체 매질 통신으로 전이중 통신 및 반이중 통신이 모두 가능한데, 만일 전이중 통신을 사용하는 경우에는 인체매질 송신기(110) 및 인체매질 수신기(120)가 동시에 동작하기 때문에 별도로 스위치가 필요하지 않지만, 반이중 통신을 사용하는 경우에는 통신상에서 마스터와 슬레이브가 결정이 되어 마스터에서 스위치를 통해 인체매질 송신기(110) 및 인체매질 수신기(120)의 모드를 결정해야 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기(100)가 인체매질 송신기(110)로 동작할 경우, 본 발명의 인체매질 송수신기모듈은 제1 전극(11), 제2 전극(12), 접합 임피던스 센서부(20), 접촉 강도 제어부(30) 및 인체매질 송신기(110)를 포함하여 구성된다.
이 경우 제1 전극(11)은 인체 매질(H10)과 접촉하여 제1 접촉면(S1)을 형성하고, 제2 전극(12)은 상기 제1 전극(11)과 일정 간격을 두고 나란히 배치되며, 인체 매질(H10)과 접촉하여 제2 접촉면(S2)을 형성한다.
접합 임피던스 센서부(20)는 제1 노드(C1)를 통해 제1 전극(11)과 전기적으로 연결되고, 제2 노드(C2)를 통해 제2 전극(12)과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 사이의 임피던스(impedance) 즉 전극-인체의 접합 임피던스를 측정한다.
이 경우 전극-인체의 접합 임피던스는 전극-인체의 접촉 강도(접촉 면적)는 실시간, 연속적으로 변화할 수 있기 때문에, 인체 매질 통신과 동시에 실시간 및 연속적으로 측정되어야 한다.
한편 접합 임피던스 센서부(20)는 특정 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)의 전류를 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 사이에 인가하고, 그로 인해 발생하는 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 간의 전압을 감지하여 임피던스를 측정할 수 있다.
이를테면, 접합 임피던스 센서부(20)는 통상적인 임피던스 센서와 마찬가지로, 특정 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)의 사인파 혹은 사각파의 전류를 인가하고, 전압을 측정하여 접합 인피던스 값을 계산할 수 있다.
이 경우, 인체 매질 통신에 잡음으로 영향을 주지 않기 위해서는 접합 임피던스 센서부(20)의 동작 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)이 인체 매질 통신 주파수 대역(40MHz ~ 200MHz)과 분리가 되어야 하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 5a ~ 도 6에서 후술한다.
접촉 강도 제어부(30)는 상기 접합 임피던스 센서부(20)가 측정한 접합 임피던스 값을 수신하여 전극-인체 접합 강도를 판단한 후, 인체매질 송신기(110)로 송신 세기를 조절하도록 명령하는 신호를 보낸다.
인체매질 송신기(110)는 상기 접촉 강도 제어부(30)로부터 수신한 송신 세기 조절 명령에 따라 송신 세기를 조절하여, 조절된 송신 세기로 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)로 송신한다.
이하 도 3a를 참조하여, 인체매질 송신기를 통해 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 설명한다.
도 3a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 순서도로 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 우선 접합 임피던스 센서부(20)를 통해 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 간의 접촉 임피던스를 측정하는 제1 과정(S110)을 갖는다.
다음으로, 접촉 강도 제어부(30)는 상기 접합 임피던스 센서부(20)가 측정한 접합 임피던스 값을 수신하여 접촉 강도(Cs)를 계산하는 제2 과정(S120)을 갖는다.
다음으로, 접촉 강도 제어부(30)는 계산된 접촉 강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 큰 지를 판단하는 제3 과정(S130)을 갖는다.
여기서 특성값(CTH)은 제1 전극(11)의 제1 접촉면(S1)의 접촉면적 또는 제2 전극(12)의 제2 접촉면(S2)의 접촉면적의 특정 기준값을 의미하며, 접촉면적이 클 수록 접촉 강도도 커지는 특성을 가지므로, 이하 ‘접촉 면적 = 접촉 강도’ 의미로 사용한다.
만일 제3 과정(S130)에서 접촉강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 크다고 판단한 경우(예), 접촉 강도 제어부(30)는 송신 세기 감소 명령을 인체매질 송신기(110)로 보내고, 상기 송신 세기 감소 명령에 따라 인체매질 송신기(110)는 송신 세기를 감소시키는 제4 과정(S140)을 갖는다.
만일 제3 과정(S130)에서 접촉강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 크지 않다고 판단한 경우(아니오), 접촉 강도 제어부(30)는 송신 세기 증가 명령을 인체매질 송신기(110)로 보내고, 상기 송신 세기 증가 명령에 따라 인체매질 송신기(110)는 송신 세기를 증가시키는 제5 과정(S150)을 갖는다.
이하 제3 과정(S130) ~ 제5 과정(S150)에 대해 간단한 실시예를 통해 설명한다.
도 4a에 도시된 바대로, 40MHz 대역의 인체 매질 통신이라고 가정을 할 때, 접촉 면적이 100%에서 30%로 줄어들면 신호의 세기가 4.7dB 정도 감소한다.
이 때 인체매질 송신기(110)에서는 계산된 접촉 강도(CS)가 특정값(30%) 보다 작아지면, 100%일 때를 기준으로 4.7dB로 송신 세기를 증가시킨다.
이로써, 본 발명은 접촉 면적이 100%에서 30%로 감소하더라도 인체매질 송신기(110)는 송신기의 세기를 이에 맞추어 증가시켰기 때문에, 수신기 쪽으로 수신되는 세기가 일정하게 되며, 이로 인해 통신의 안정성을 확보할 수 있으며, 또한 인체매질 수신기(120)에서는 필요한 증폭율, 민감도, 동적 잡음을 완화하게 되어 소모 전력을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
하기 표1은 접촉 강도에 따른 송신 전력 세기의 변환 테이블을 나타낸 것이다.
접촉 강도 상대적 송신 세기
100% (기준) 0dB (기준)
80% + 1.2dB
60% + 2.2dB
40% + 3.4dB
30% + 4.7dB
20% + 6.2dB
표1을 참조하면, 접촉 강도가 100% 일 때를 기준으로 80% ~ 20% 으로 감소할 경우, 이에 상응하는 인체매질 송신기(110)의 상대적인 송신 세기가 주어지고 이에 따라 신속한 조절이 구현됨으로, 종래의 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있게 된다.
도 2b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기(100)가 인체매질 수신기(120)로 동작할 경우, 본 발명의 인체매질 송수신기모듈은 제1 전극(11), 제2 전극(12), 접합 임피던스 센서부(20), 접촉 강도 제어부(30) 및 인체매질 수신기(120)를 포함하여 구성된다.
이 경우 제1 전극(11)은 인체 매질(H10)과 접촉하여 제1 접촉면(S1)을 형성하고, 제2 전극(12)은 상기 제1 전극(11)과 일정 간격을 두고 나란히 배치되며, 인체 매질(H10)과 접촉하여 제2 접촉면(S2)을 형성한다.
접합 임피던스 센서부(20)는 제1 노드(C1)를 통해 제1 전극(11)과 전기적으로 연결되고, 제2 노드(C2)를 통해 제2 전극(12)과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 사이의 임피던스(impedance) 즉 전극-인체의 접합 임피던스를 측정한다.
이 경우 전극-인체의 접합 임피던스는 전극-인체의 접촉 강도(접촉 면적)는 실시간, 연속적으로 변화할 수 있기 때문에, 인체 매질 통신과 동시에 실시간 및 연속적으로 측정되어야 한다.
한편 접합 임피던스 센서부(20)는 특정 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)의 전류를 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 사이에 인가하고, 그로 인해 발생하는 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 간의 전압을 감지하여 임피던스를 계산할 수 있다.
이를테면, 접합 임피던스 센서부(20)는 통상적인 임피던스 센서와 마찬가지로, 특정 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)의 사인파 혹은 사각파의 전류를 인가하고, 전압을 측정하여 접합 인피던스 값을 측정할 수 있다.
이 경우, 인체 매질 통신에 잡음으로 영향을 주지 않기 위해서는 접합 임피던스 센서부(20)의 동작 주파수 대역(바람직하게는 1MHz ~ 4MHz)이 인체 매질 통신 주파수 대역(40MHz ~ 200MHz)과 분리가 되어야 하는데, 이에 대한 구체적인 설명은 도 5a ~ 도 6에서 후술한다.
접촉 강도 제어부(30)는 상기 접합 임피던스 센서부(20)가 측정한 접합 임피던스 값을 수신하여 전극-인체 접합 강도를 판단한 후 인체매질 수신기(120)로 증폭율, 민감도 및 동적 범위를 조절하도록 명령하는 신호를 보낸다.
인체매질 수신기(120)는 상기 접촉 강도 제어부(30)로부터 수신한 증폭율, 민감도 및 동적 잡음 조절 명령에 따라 각각의 증폭율, 민감도 및 동적 잡음 값을 판단된 범위에 따라 증가 또는 감소시킨다.
이하 도 3b를 참조하여, 인체매질 수신기를 통해 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 설명한다.
도 3b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접촉강도에 따른 최적화된 인체매질 통신 구현과정을 순서도로 나타낸 것이다.
도 3b를 참조하면, 우선 접합 임피던스 센서부(20)를 통해 상기 제1 전극(11)과 상기 제2 전극(12) 간의 접촉 임피던스를 측정하는 제1 단계(S210)를 갖는다.
다음으로, 접촉 강도 제어부(30)는 상기 접합 임피던스 센서부(20)가 측정한 접합 임피던스 값을 수신하여 접촉강도(Cs)를 계산하는 제2 단계(S220)를 갖는다.
다음으로, 접촉 강도 제어부(30)는 계산된 접촉강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 큰 지를 판단하는 제3 단계(S230)를 갖는다.
여기서 특성값(CTH)은 제1 전극(11)의 제1 접촉면(S1)의 접촉면적 또는 제2 전극(12)의 제2 접촉면(S2)의 접촉면적의 특정 기준값을 의미하며, 접촉 면적이 클 수록 접촉 강도도 커지는 특성을 가지므로, 이하 ‘접촉 면적 = 접촉 강도’ 의미로 사용한다.
만일 제3 단계(S230)에서 접촉강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 크다고 판단한 경우(예), 접촉 강도 제어부(30)는 증폭율, 민감도 및 동적 잡음 조절 명령을 인체매질 수신기(120)로 보내면, 인체매질 수신기(120)는 수신된 상기 증폭율, 민감도 및 동적 잡음 조절 명령에 따라 증폭율 감소, 민감도 감소 및 동적 잡음 값을 증가 시키는 제4 단계(S240)를 갖는다.
만일 제3 단계(S230)에서 접촉강도(Cs)가 특성값(CTH) 보다 크지 않다고 판단한 경우(아니오), 접촉 강도 제어부(30)는 증폭율, 민감도 및 동적 잡음 조절 명령을 인체매질 수신기(120)로 보내면, 인체매질 수신기(120)는 수신된 상기 증폭율, 민감도 및 동적 범위 조절 명령에 따라 증폭율 증가, 민감도 증가 및 동적 잡음 값을 감소 시키는 제5 단계(S250)를 갖는다.
이하 제3 단계(S230) ~ 제5 단계(S250)에 대해 간단한 실시예를 통해 설명한다.
도 4a에 도시된 바대로, 40MHz 대역의 인체 매질 통신이라고 가정을 할 때, 접촉 면적이 100%에서 30%로 줄어들면 신호의 세기가 4.7dB 정도 감소한다.
이 때 인체매질 수신기(120)에서는 계산된 접촉 강도(CS)가 특정값(30%) 보다 작아지면 100%일 때를 기준으로 증폭율과 민감도를 4.7dB 만큼 증가시키고, 동적 잡음 값을 4.7dB 만큼 감소시킨다.
이로써, 본 발명은 접촉 강도가 100%에서 30%로 감소하더라도 인체매질 수신기(120)는 인체매질 수신기(120) 쪽으로 수신되는 작아지는 세기에 맞추어 인체매질 수신기(120)의 필요 사양을 최적화할 수 있게 됨으로, 통신의 안정성을 확보할 수 있으며, 인체매질 수신기(120)에서 필요한 증폭율, 민감도, 동적 잡음을 완화하게 되어 소모 전력을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
이는 상기와 같은 과정이 없는 종래기술에 의할 경우, 즉 접촉 강도를 100% ~ 30%까지 동작하기 위해서는 최고 증폭율, 최고 민감도 및 최고 동적 잡음을 동시에 만족함으로 인해, 소모 전력이 많이 필요로 하는 점과 대비 된다.
하기 표2는 접촉 강도에 따른 인체매질 수신기(120)의 증폭율, 민감도, 동적 영역의 변환 테이블을 일예로 나타낸 것이다.
접촉 강도 상대적 증폭율 상대적 민감도 상대적 동적 잡음
100% (기준) 0dB (기준) 0dB (기준) ddB (기준)
80% +1.2dB +1.2dB -1.2dB
60% +2.2dB +2.2dB -2.2dB
40% +3.4dB +3.4dB -3.4dB
30% +4.7dB +4.7dB -4.7dB
20% +6.2dB +6.2dB -6.2dB
표2를 참조하면, 접촉 강도가 100% 일 때를 기준으로 80% ~ 20% 으로 감소할 경우, 이에 상응하는 인체매질 수신기(120)의 상대적 증폭율, 상대적 민감도 및 상대적 동적 잡음 값이 주어지고 이에 따라 신속한 조절이 구현됨으로, 종래의 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있게 된다.
도 4a는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 접촉 면적에 따른 주파수 대 신호 감소의 관계를 그래프로 나타낸 것이고, 도 4b는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 주파수에 따른 전극-인체 접합 임피던스 대 신호 감소의 관계를 그래프로 나타낸 것이며, 도 4c는 본 발명에 따른 인체매질 통신 구현 시 접촉 면적 대 전극-인체 접합 임피던스의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4a를 참조하면, 이를테면 40MHz 대역의 인체 매질 통신인 경우, 접촉 면적이 100%에서 30%로 줄어들면 신호의 세기가 4.7dB 정도 감소하고, 60MHz 대역의 인체 매질 통신인 경우, 접촉 면적이 100%에서 30%로 줄어들면 신호의 세기도 6.0dB 정도 더 감소하는 경향을 나타낸다.
즉 인체 매질 통신은 전극을 통하여 인체에 신호를 송신 및 수신하는 방법을 사용하기 때문에, 전극-인체의 접촉 강도(접촉 면적)에 큰 영향을 받으므로(도 4c 참조), 전극-인체의 접촉 강도에 따라서 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화함을(도 4b 참조) 알 수 있다.
이러한 통신 환경의 변화는 인체 매질 통신의 불안정성을 가져왔고, 이로 인해 여러 분야로의 상용화에 한계점이 존재하였지만, 본 발명은 앞에서 설명한 대로(표1, 표2 참조) 한계점을 극복했음을 알 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 송신기로 동작할 경우, 접합 임피던스 측정 주파수 및 인체 매질 통신 주파수 대역의 분리 방법을 나타낸 것이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기(100)가 인체매질 송신기(110)로 동작할 경우, 인체매질 송신기(110) 입장에서는 접합 임피던스 측정 주파수 대역이 인체 매질 통신 신호로 인식되는 경우는 없으므로 인체 매질 통신 주파수 대역에 대해 별도의 하이패스 필터링이 필요하지 않지만, 접합 임피던스 센서부(20)에서는 로우패스 필터링을 통해서 접합 임피던스 측정 주파수 대역의 신호만을 측정해야 한다.
이 경우 접합 임피던스 측정 주파수는 1MHz ~ 4MHz 대역을 사용함이 바람직한데(도 6 참조), 이는 일반적으로 인체 매질은 40MHz ~ 200MHz 대역에서 신호 감소 특성이 우수함으로, 상호 간 주파수 대역의 분리를 명확히 할 수 있기 때문이다.
도 5b는 본 발명에 따른 인체매질 송수신기가 인체매질 수신기로 동작할 경우, 접합 임피던스 측정 주파수 및 인체 매질 통신 주파수 대역의 분리 방법을 나타낸 것이다.
도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 인체매질 송수신기(100)가 인체매질 수신기(120)로 동작할 경우, 인체매질 수신기(120) 입장에서는 접합 임피던스 측정 주파수 대역이 인체 매질 통신 신호로 인식되지 않도록 인체 매질 통신 주파수 대역에 대해 하이패스 필터링이 필요하며, 이 경우도 접합 임피던스 센서부(20)에서는 인체매질 송신기(110)와 마찬가지로, 로우패스 필터링을 통해서 접합 임피던스 측정 주파수 대역의 신호만을 측정해야 한다.
이 경우 접합 임피던스 측정 주파수는 1MHz ~ 4MHz 대역을 사용함이 바람직한데(도 6 참조), 이는 일반적으로 인체 매질은 40MHz ~ 200MHz 대역에서 신호 감소 특성이 우수함으로, 상호 간 주파수 대역의 분리를 명확히 할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명에 따른 최적의 접합 임피던스 측정 주파수를 사용하기 위한, 주파수 대 전극-인체 접합 임피던스의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 인체 매질 통신에서 사용하는 전극의 전극-인체 접합 임피던스를 주파수 대역에 따라서 측정한 결과를 나타낸 것으로, 1MHz 이상의 주파수 대역에서는 3% 이하의 변화폭을 갖는 일정한 임피던스 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
즉 접합 임피던스 측정 주파수를 수 MHz 대역(1MHz ~ 4MHz)에서 전극-인체 접합 임피던스를 측정하더라도, 측정된 결과는 수십 MHz 근방의 인체 매질 통신 주파수 대역(40MHz ~ 200MHz)의 전극-인체 접합 임피던스 값과 동일하다는 것을 알 수 있다.
이로써, 접합 임피던스 측정 주파수는 상기 도 5a 및 도 5b에서 설명한 바대로, 1MHz ~ 4MHz 대역을 사용함이 바람직함을 확인 할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
[부호의 설명]
100 : 인체매질 송수신기
110 : 인체매질 송신기
120 : 인체매질 수신기
10 : 전극
11 : 제1 전극
12 : 제2 전극
20 : 접합 임피던스 센서부
30 : 접촉강도 제어부
H10 : 인체매질
200 : 통신단말
본 발명은 전극-인체의 접촉 강도에 따라 인체 매질의 신호 감소 특성이 크게 변화함으로 발생되는 인체 매질 통신의 불안정성을 극복할 수 있는 기술로 인해, 인체 매질 통신(human body communication)을 이용하는 의료 관련 산업에 이용될 가능성이 있다.

Claims (9)

  1. 인체 매질 통신을 이용하여 인체에 부착된 전극들 간의 접합 임피던스를 측정하고, 측정된 상기 접합 임피던스를 이용하여 전극-인체 간의 접촉 강도를 계산하며, 계산된 상기 접촉 강도에 따라 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하거나, 또는 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 해주는 인체매질 송수신기모듈을 제공하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 인체매질 송수신기모듈은,
    인체와 접촉하여 제1 접촉면을 형성하는 제1 전극 및 상기 제1 전극과 일정 간격을 두고 나란히 배치되며, 인체와 접촉하여 제2 접촉면을 형성하는 제2 전극을 포함하는 전극부;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 접합 임피던스를 측정하는 접합 임피던스 센서부; 및
    상기 접합 임피던스 센서부에서 측정한 접합 임피던스 값을 수신하여 전극-인체 간의 접합 강도를 계산하고, 계산된 상기 접합 강도 값과 기준 접합 강도 값과의 비교 판단에 따라, 상기 인체매질 송신기의 제1 특성 값 또는 상기 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하도록 명령하는 접촉 강도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 접촉 강도 제어부로부터 수신한 특성 값 조절 명령에 따라, 상기 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하는 인체매질 송신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 접촉 강도 제어부로부터 수신한 특성 값 조절 명령에 따라, 상기 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하는 인체매질 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 접촉 강도 제어부로부터 수신한 특성 값 조절 명령에 따라, 상기 인체매질 송신기의 제1 특성 값을 조절하는 인체매질 송신기; 및
    상기 접촉 강도 제어부로부터 수신한 특성 값 조절 명령에 따라, 상기 인체매질 수신기의 제2 특성 값을 조절하는 인체매질 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 접합 임피던스 센서부는,
    상기 접합 임피던스의 측정을 위해, 상기 인체매질 송신기 및 상기 인체매질 수신기에서 사용되는 인체매질 통신 주파수 대역과 다른 제1 주파수 대역의 전류를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 흘려보내는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역은,
    1MHz ~ 4MHz를 사용하는 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 인체매질 송신기의 제1 특성 값은,
    송신 세기 값인 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 인체매질 수신기의 제2 특성 값은,
    증폭율, 민감도 및 동적 잡음 값인 것을 특징으로 하는 접촉 강도에 따른 인체 매질 통신 최적화 구현 통신장치.
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