KR100994982B1 - 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법, 이를 이용한적응형 주파수 선택적 스프레더 및 이를 이용한 송수신장치 - Google Patents

확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법, 이를 이용한적응형 주파수 선택적 스프레더 및 이를 이용한 송수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체를 통신 채널로 사용하여 인체와 연결된 통신 장치들 간에 데이터를 송수신하기 위해 주파수 선택적 기저대역을 이용하는 인체 통신 방식 및 시스템에 관한 것으로, 주변 환경에 의해 달라지는 인체 채널 특성과 잡음 환경에 따라 어댑티브하게 데이터 통신에 사용할 확산부호의 주파수 대역을 선택함으로써, 주파수 선택적 스프레딩의 효율성을 최대화하여 확산 부호 기술의 프로세싱 이득을 증가시켜 인체 사용자 서로에게 간섭을 줄일 뿐만 아니라 다른 전자기기로부터 유기되는 강한 간섭이 있을 때 저전력이고 안정적인 인체 통신을 구성할 수 있는 효과가 있다.
주파수 선택적 기저대역, 통신, 통신 모뎀

Description

확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법, 이를 이용한 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 이를 이용한 송수신 장치{Method for selecting Adaptive Frequency Baseband of Walsh codes, Adaptive Frequency Selective Spreader using the same and Apparatus for Transmitting and Receiving using the same}
본 발명은 인체를 매질로 하는 통신 시스템에 있어서 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 이를 이용한 송수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인체 주변의 잡음전력이 다른 대역에 비하여 집중되어 있는 DC부터 5MHz까지의 주파수 대역을 피하고, 인체가 도파관 역할을 하여 전송되는 신호의 세기가 인체 외부로 방사되는 신호의 세기보다 더욱 큰 주파수 대역까지의 제한된 주파수대역 중, 채널 특성 및 잡음 환경에 따라 데이터 통신에 사용할 확산부호의 주파수 대역을 선택하는 방법, 이를 이용한 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 이를 이용한 송수신 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-072-02, 과제명: 인체통신 컨트롤러 SoC].
인체 통신이란 전도성을 갖는 인체를 통신 채널로 이용하여 인체와 연결되어 있는 기기들 간에 신호를 전달하는 기술을 말하는 것으로, 개인 휴대 정보 단말기(PDA, personal digital assistant), 휴대형 퍼스널 컴퓨터(portable personal computer), 디지털 카메라(digital camera), MP3 플레이어(MP3 player), 휴대폰 등의 다양한 휴대 기기간의 통신 및 프린터, TV, 출입 시스템 등 고정된 기기와의 통신이 사용자의 간단한 접촉만으로 네트워크가 구성되는 기술이다.
현재 인체 통신 방법으로는 제한된 통과대역(passband)을 사용하는 기술과, 고유의 사용자 ID를 사용한 스크램블링, 채널코딩, 인터리빙 및 스프레딩 등을 이용하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 이와 같은 인체통신 방법은 제한된 주파수 대역을 사용하기 위한 대부분의 통신 시스템에서는 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기 등의 아날로그 송수신단을 필요로하고 있어, 저전력화 측면에서 단점을 가진다.
또한, 현재의 인체 통신 방법은 인체 채널 특성과 주변의 노이즈 환경에 대한 안정적인 데이터 송수신에 있어서 비효율적인 문제점을 가진다.
이에 기존의 인체 통신 방법의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 주파수 선택적 기저대역(Frequency Selective Baseband) 전송 기술 또는 주파수 선택적 확산 부호 기술에 있어서 인체 채널 특성과 주변의 잡음 환경에 따라 적합한 주파수 확산 대역을 선택할 수 있는 방법, 이를 이용한 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 송수신 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 다수의 사용자가 있는 환경에서 사용자 서로에게 간섭을 주지 않을 뿐만 아니라, 다른 전자기기로부터 유기되는 강한 간섭이 있을 경우 안정적인 통신을 구성하기 위해 제한된 주파수 대역을 사용하면서도 이를 저전력으로 구성할 수 있는 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 송수신 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법은, 인체통신 시스템에서 데이터 통신에 사용할 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법에 있어서, 옵셋 입력값을 0으로 설정하는 단계; 주파수 확산에 사용될 2의 N승개의 전체 확산부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나누어 다수의 확산부호 그룹을 생성하는 단계; (N-M)개의 주파수 선택 제어비트를 입력받아, 상기 다수의 확산부호 그룹 중 하나의 확산부호 그룹을 채택하는 단계; M개의 데이터 비트 및 N개 의 카운터 비트를 입력받아, 상기 채택된 하나의 확산부호 그룹의 2의 M승개의 확산부호를 기설정된 횟수만큼 반복 전송하는 단계; 및 전송되는 다수의 확산부호 그룹 중 2의 M승개의 확산부호 각각의 성능 측정에 의해 선택된 2의 M승개의 확산부호의 인덱스를 수신하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전송된 2의 M승개의 확산부호에 대한 성능은 비트오율(BER) 또는 프레임오율(FER)을 이용하여 측정된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 선택된 2의 M승개의 확산부호에 대한 인덱스는 인덱스 시작 값, 인덱스 일부 또는 인덱스 전체 값 중 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시 형태에 따른 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더는, N개의 카운터 비트를 출력하는 N 비트 카운터부; M개의 데이터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트 및 옵셋 입력 비트를 입력받아 원하는 주파수 대역을 선택하는 적응형 주파수 기저대역 선택부; 상기 (N-M)개의 주파수 선택 제어비트와 M개의 데이터 비트를 그레이 인덱싱하기 위한 그레이 인덱싱부; 상기 N개의 카운터 비트와, 상기 그레이 인덱싱부의 출력비트를 논리연산하기 위한 논리연산부; 및 상기 논리연산부의 출력비트를 입력받아 출력을 선택하는 출력부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 적응형 주파수 기저대역 선택부는 선택된 확산부호의 인덱스 값에 옵셋을 주어 원하는 주파수 대역을 선택하기 위한 뺄셈기인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 그레이 인덱싱부는 (N-1)개의 배타적 논리합연산기(XOR)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 논리연산부는 N개의 카운터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트의 최상위비트, 및 (N-1)개의 배타적 논리합연산기(XOR)의 출력비트를 각각 입력으로 하는 N개의 논리곱연산기(AND)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 출력부는 상기 N개의 논리곱연산기(AND)의 출력비트를 입력으로 하는 1개의 배타적 논리합연산기(XOR)인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시 형태에 따른 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치는, 프레임 동기를 위한 프리앰블과 전송할 데이터에 대한 제어 정보로 이루어진 헤더를 생성하는 프리앰블 및 헤더 생성부; 상기 전송할 데이터를 직렬데이터로 출력하는 데이터생성부; 상기 데이터생성부에서 출력된 직렬데이터를 스크램블링하는 스크램블링부; 상기 스크램블링된 직렬데이터를 M개의 데이터 비트로 병렬 변환하여 출력하는 직렬-병렬변환부; 주파수 확산에 사용되는 2의 N승개의 전체 확산 부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나눈 다수의 확산부호 그룹에서 사용할 하나의 확산부호 그룹을 선택하고, 상기 선택된 하나의 확산부호 그룹의 2의 M승개의 확산부호를 출력하는 적응형 주파수 선택적 스프레더; 및 상기 생성된 프리앰블, 헤더 및 상기 선택된 2의 M승개의 확산부호를 디지털 신호로 다중화하여 전송하는 다중화부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 송신 장치는 주파수 확산에 사용될 확산 부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하기 위해 데이터에 대한 통신이 시작되기 이전 또는 통신이 시작된 이후 주기적으로, 송수신 장치 간에 미리 약속된 확산부호를 수신장치로 송신하여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 파악하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 송신 장치는 미리 약속된 확산부호를 채널 특성 파악을 위해 기설정된 횟수만큼 반복 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적응형 주파수 선택적 스프레더는, N개의 카운터 비트를 출력하는 N 비트 카운터; M개의 데이터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트 및 옵셋 입력 비트를 입력받아 원하는 주파수 대역을 선택하는 주파수 기저대역 선택부; 상기 (N-M)개의 주파수 선택 제어비트와 M개의 데이터 비트를 그레이 인덱싱하기 위한 그레이 인덱싱부; 상기 N개의 카운터 비트와, 상기 그레이 인덱싱부의 출력비트를 논리곱 연산하기 위한 논리연산부; 및 상기 논리연산부의 출력비트를 입력받아 출력을 선택하는 출력부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 프리앰블 및 헤더 생성부는, 프레임 동기 획득을 위해 설정된 초기값으로 세팅되어 일정길이의 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성기; 상기 송신할 데이터에 대한 제어정보를 기설정된 헤더포맷으로 헤더를 구성하는 헤더 생성기; 상기 헤더포맷으로 구성된 제어정보를 헤더체크수열(HCS)로 생성하는 HCS생성기; 및 상기 생성된 프리앰블 및 헤더체크수열(HCS)을 확산시키는 스프레더;를 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시 형태에 따른 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 수신 장치는, 송신측에서 전송되는 전송데이터에서 프리앰블을 검출하여 프레임 동기화를 수행하는 프레임동기화부; 상기 프레임 동기화에 따라 상기 전송데이터에서 헤더 및 데이터 부분을 분리하여 출력하는 역다중화부; 상기 분리된 헤더를 역확산시킨 후, 헤더체크수열(HCS) 검사를 통해 상기 데이터에 대한 제어정보를 복원하는 헤더처리부; 주파수 확산에 사용되는 2의 N승개의 전체 확산 부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나눈 다수의 확산부호 그룹에서 송신측의 확산시 사용된 하나의 확산부호 그룹에 해당하는 확산부호와 상기 분리된 데이터이 상관값을 계산하고, 상기 상관값이 가장 큰 확산부호의 인덱스값을 구하여 대응되는 M비트의 병렬 데이터를 출력하는 적응형 주파수 선택적 디스프레더; 상기 M비트의 병렬 데이터를 직렬데이터로 변환하여 출력하는 병렬-직렬변환부; 상기 직렬데이터를 직교부호로 디스크램블링하는 디스크램블링부; 및 상기 디스크램블링된 데이터를 처리하는 데이터처리부;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수신 장치는 주파수 확산에 사용될 확산 부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하기 위해 데이터에 대한 통신이 시작되기 이전 또는 통신이 시작된 이후 주기적으로, 송수신 장치 간에 미리 약속된 확산부호를 송신측으로부터 수신하고, 수신된 확산부호의 성능을 측정하여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 파악하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수신 장치는 비트오율 (BER) 또는 프레임오율 (FER)을 이용해 상기 수신된 확산부호의 성능을 측정하여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 고려하여 하나의 확산부호를 선택하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수신 장치는 채널 특성과 주변 잡음 환경을 고려하여 하나의 확산부호를 선택하고, 선택된 확산 부호에 인덱스를 할당하여 인덱스 시작 값 또는 인덱스 일부 또는 인덱스 전체 값을 송신측에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 인체 통신 시스템에서 데이터의 직렬-병렬변환과 주파수 선택적 확산부호를 사용하는 주파수 선택적 기저대역 전송방식을 적용함에 있어서, 시간과 장소에 따라 달라질 수 있는 인체 채널 특성과 잡음 환경에 따라 어댑티브하게 확산 부호의 주파수 대역을 선택함으로써 효율적으로 확산 부호 기술의 프로세싱 이득을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시간과 장소에 따라 달라질 수 있는 인체 사용자 서로의 간섭과 다른 전자기기로부터 유기되는 강한 간섭을 피해 제한된 주파수 대역을 선택하여 주파수 확산 기술을 적용함으로써 저전력이고 안정적인 인체 통신 구성이 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 발명에 따른 채널 특성과 잡음 환경에 따라 어댑티브하게 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법, 이를 이용한 적응형 주파수 선택적 스프레더 및 송수신 장치는 디지털 통신 시스템, 특히 인체를 매질로 하는 인체 통신 시스템에 적용 가능한 것으로, 본 발명에서는 이를 대상으로 하여 설명하기로 한다.
우선, 주파수 선택적 기저대역 전송 방식이란 데이터의 프로세싱 이득을 위해 사용되는 모든 확산부호 중에서 사용자가 원하는 주파수 대역에서 가장 우세한 주파수 특성을 가지는 확산부호만을 사용함으로써 아날로그 송수신부의 구성이 간단해지는 기저대역 전송을 하면서도 원하는 주파수대역과 프로세싱 이득을 동시에 얻을 수 있는 전송방식 기술이다.
따라서 본 발명은 상기 주파수 선택적 기저대역 전송 방식에 있어서, 시간과 장소에 따라 달라질 수 있는 사용자 서로의 간섭이나 다른 전자기기로부터 유기되는 강한 간섭에 의한 인체 채널 특성과 잡음 환경에 따라 어댑티브(adaptive)하게 확산 부호의 주파수 대역을 선택함으로써 효율적으로 확산 부호 기술의 프로세싱 이득을 얻을 수 있는 새로운 전송방식 기술이다.
도 1은 본 발명에 따른 인체통신용 주파수 선택적 기저대역과 주파수 선택적 기저대역과 주파수별 인체내 전달 신호 전력, 인체외 방사전력 그리고 인체주변의 잡음전력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인체 통신에서 사용되는 주파수 대역이 0부터 40 MHz까지는 인체내 전달되는 신호의 전력(A)이 인체외로 방사되는 신호의 전력(B)보다 우세하지만, 40 MHz 이상이 되면 인체외 방사 전력(B)이 인체내 전달 전력(A)보다 더 커짐을 알 수 있다.
또한 다양한 측정장소에서 유기되는 간섭신호를 측정한 결과를 더하여 5 MHz로 평균하여 구한 잡음전력(C)은 0부터 5 MHz까지의 주파수 대역에서 신호 전력보다 크게 발생함을 알 수 있다.
따라서 본 발명에서는 잡음전력이 가장 큰 0에서 5 MHz까지의 구간과 40 MHz 이상 구간을 제외한 5 MHz에서부터 40 MHz까지의 제한된 주파수 대역내에서 데이터 전송을 하기 위한 주파수 선택적 기저대역(Frequency Selective Baseband)을 사용한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 64비트 월시부호(Walsh Codes)를 나타낸 예시도이다.
도 2에 따르면, 본 발명은 확산부호로 64개의 월시부호를 사용하고, W0부터 W63까지의 64개의 월시부호는 사용 주파수 대역을 정확히 64개로 분할하여 각 월시부호의 가장 우세한 주파수(fd)가 분할된 주파수에 순차적으로 매핑되는 특징이 있다.
예로써, 전체 월시부호의 확산 주파수대역을 16 MHz로 가정하였을 경우, 한 월시부호의 가장 우세한 주파수(fd) 간격은 16 MHz/64로 250 KHz를 가진다.
따라서 W0의 fd는 0 Hz, W1의 fd는 250 KHz, W48의 fd는 12 MHz, W63의 fd는 15.75 MHz를 가진다.
도 2에 나타낸 월시 부호는 하나의 실시 예이며, 주파수 선택 확산부호는 상기 비트 수가 64개로 구성된 월시부호(Walsh Code)에 한정되어 있지 않고, 2^K (K=양의 정수)개의 비트 수를 가지는 월시 부호의 사용이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 채널 특성 및 잡음 환경에 따라 적응적으로 주파수 선택적 기저대역을 선택하는 적응형 주파수 선택적 스프레더의 구성도이다.
먼저, 본 발명에 따른 적응형 주파수 선택적 스프레더는 M 비트 데이터 입력비트를 입력받아 2의 N(N은 양의 정수)승개의 전체 확산 부호를 2의 M(M<N, M은 양의 정수)승개의 숫자단위로 나눈 복수의 확산부호 그룹 중 하나의 확산부호 그룹을 (N-M) 비트 주파수 선택 제어비트 및 옵셋(offset) 입력비트를 이용해 어댑티브하게 선택하여 주파수 확산에 사용한다. 그리고, 본 발명에서는 N=6, M=4인 경우를 가정하며, 확산부호로 64개의 월시부호를 사용하는 경우를 가정하여 설명한다.
도 3을 참조하며, 본 발명에 따른 적응형 주파수 선택적 스프레더(217)는 6비트 카운터부(2171), 옵셋 입력값, 2비트의 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0), 하 위 4비트의 데이터 입력비트(b3, b2, b1, b0)를 입력받아 데이터 통신에 사용할 확산부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하는 적응형 주파수 기저대역 선택부(2172), 그레이 인덱싱부(2173), 논리연산부(2179) 및 FS_DOUT 1비트를 출력하는 출력부(2186)으로 구성된다. 각 부에 대한 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 설명한다.
여기서, 2비트의 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)는 선택되는 주파수 대역에 따라 다르게 세팅된다. 에를 들어, 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)가 (0,0)이면, W0 ~ W15의 16개 월시부호가 선택되고, 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)가 (0,1)이면, W16 ~ W31의 16개 월시부호가 선택되고, 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)가 (1,0)이면, W32 ~ W47의 16개 월시부호가 선택되고, 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)가 (1,1)이면, W48 ~W63의 16개 월시부호가 선택된다.
그리고, 적응형 주파수 기저대역 선택부(2172)는 월시부호 인덱스 선택에 옵셋을 줄 수 있다. 따라서 2비트의 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)와 옵셋 입력값을 달리하여 주파수 대역을 선택할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 적응형 주파수 선택적 스프레더의 일 실시예를 나타낸 상세 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 적응형 주파수 기저대역 선택부(2172)는 뺄셈기를 사용해 월시부호 인덱스 선택에 옵셋(offset)을 줄 수 있다. 옵셋 입력값 에 의하여 뺄셈기의 출력값은 fs1fs0b3b2b1b0(2) - 옵셋 입력값 = fs1'fs0'b3'b2'b1'b0'(2) 가 된다.
또한, 그레이 인덱싱(Gray indexing)부(2173)는 그레이 인덱싱을 위하여 5개의 XOR(2174, 2175, 2176, 2177, 2178) 논리회로가 필요하며, 논리연산부(2179)는 6비트 카운터(2171) 출력인 C5 ~ C0와 주파수 선택 제어비트의 최상위비트(fs1)와 5개의 XOR 논리회로 출력비트를 각각 입력으로 하는 6개의 AND 논리회로(2180, 2181, 2182, 2183, 2184, 2185)로 구성되며, 출력부(2186)는 6개의 AND 논리회로의 출력을 XOR 하기 위한 1개의 XOR 논리회로로 구성된다.
한 실시 예로써, 도 2에 나타낸 64개의 월시부호 중 16개의 월시부호(W48 ~ W63)를 선택하여 사용하는 경우를 가정하면, 적응형 주파수 선택적 스프레더(217)는 6 비트의 입력 중 2비트의 주파수 선택 제어비트(fs1, fs0)가“11”값으로 고정되고, 월시부호 인덱스에 옵셋을 줄 수 있는 뺄셈기의 옵셋 입력값은 0이 된다.
따라서 최종적으로 생성되는 적응형 주파수 선택적 스프레더(217)의 출력 생성식은 아래와 같다.
출력 생석식 = (fs1' and C0) xor [(fs1' xor fs0') and C1] xor [(fs0' xor b3') and C2] xor [(b3' xor b2') and C3] xor [(b2' xor b1,) and C4] xor [(b1' xor b0') and C5]
또한, 본 발명에 따른 적응형 주파수 선택적 스프레더(217)는 월시부호 인덱 스에 옵셋(offset)을 주어 선택이 가능하다. 예를 들어 fs0=1, fs1=1을 선택하면서 상기 옵셋이 1, 즉 도 4의 뺄셈기의 값이 -1이면 선택되는 월시 부호의 인덱스는 62 ~ 47이 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 확산부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하기 위해 사용하는 확산부호는 월시부호 또는 월시부호의 비트자리옮김된 부호 또는 월시부호간 AND, OR, XOR 등의 비트계산을 수행하여 만들어진 월시부호 또는 PN 시퀀스 같은 부호가 주파수 성분에 따라 순차성을 가지고 나누어질 수 있는 확산부호이면 사용가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 주파수 선택적 기저대역 전송 방식에 적용 가능한 인체 채널 특성과 잡음 환경에서 가장 적합한 확산 부호의 주파수 기저대역을 어댑티브하게 선택하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 있어서, 확산부호로 64개 월시부호를 사용하고 데이터 전송에 사용하는 데이터 비트가 M개 일 때, 먼저 송신기(21)의 적응형 주파수 선택적 스프레더(217)의 옵셋 입력값을 0으로 하고(S501), fs0fs1b3b2b1b0(2) 값을 이진수 표현으로 000000(2)에서 111111(2)까지 2의 M승개 단위로 나누어 확산부호를 전송한다(S502).
그리고, 10진수 표현으로 각 2의 M승개의 확산부호 인덱스의 예를 들면, 0 ~ 2M-1, 1 ~ 2M, 2 ~ 2M+1 …… 63-2M ~ 62, 64-2M ~ 63 이다. 또한, 확산 부호의 인덱 스는 순차적이지 않아도 된다.
64/2M개(나머지 버림)의 각 2의 M승개 단위의 확산부호는 수신기(22)에서 각 해당 확산부호에 대한 채널 특성을 파악하기 충분한 횟수만큼 반복 전송된다(S502). 수신기(22)는 송신기(21)가 상기 트레이닝 신호를 보낸다는 것을 알고 있다고 가정한다.
수신기(22)에서는 송신기(21)에서 전송한 각 64/2M개의 2의 M승개 단위의 확산부호에 대한 성능을 측정하고(S503) 가장 성능이 좋은 2의 M승개의 확산 부호를 선택한다(S504).
성능의 측정은, 예를 들어, 비트오율 (BER) 또는 프레임오율 (FER)을 측정 기준으로 정하여 측정되고, BER 또는 FER값이 가장 작은 확산부호를 선택한다.
그런 다음, 수신기(22)는 선택된 확산 부호의 인덱스 (인덱스 시작 값 또는 인덱스 일부 또는 인덱스 전체 값)를 송신기(21)에 전송한다(S506).
송신기(21)는 수신기(22)로부터 전송된 확산 부호의 인덱스를 수신하고, 해당 인덱스의 2의 M승개의 확산부호를 결정하기 위한 옵셋 입력값과 주파수 선택 제어비트(fs1, fs2)를 결정한다(S506).
상기 과정이 끝나면 채널 특성과 잡음 환경에 가장 적합하다고 판단된 2의 M승개의 선택된 확산 부호를 사용해 송수신기 간의 데이터 통신을 시작한다(S507). 또한 상기 과정은 통신이 시작되기 전이나 통신이 시작된 이후에 주기적으로 수행될 수 있다.
도 6은 본 발명이 적용 가능한 2M = 16일 때, 인체통신 송수신기의 실시 예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 인체통신 시스템은 인체통신 MAC H/W(1), 인체통신 물리계층 모뎀(FS-CDMA)(2), 인체통신 IF(3), 신호전극(4)와 접지전극(5)로 구성된다.
구체적으로, 인체통신 MAC H/W(1)에서 MAC 송신처리기(11)는 상위계층으로부터 받은 전송할 데이터와 데이터 정보를 처리하여 인체통신 물리계층 모뎀(2)내의 송신기(21)에 전달하며, MAC 수신처리기(12)는 인체통신 물리계층 모뎀(2)의 수신기(22)에 의해 수신된 데이터와 데이터 정보를 받아 처리한 후 상위계층으로 전달하는 역할을 수행한다.
인체통신 물리계층 모뎀(2)은 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 송신기(21) 및 수신기(22)로 이루어진다.
송신기(21)는 프리앰블생성기(211), 헤더생성기(212), 데이터생성기(214), HCS 생성(213), 스프레더(218), 스크램블러(215), 직렬-병렬변환기(S2P)(216), 적응형 주파수 선택적 스프레더(217), 다중화기(219)로 구성된다.
프리앰블생성기(211)는 모든 사용자가 알고 있는 초기값으로 세팅되어 일정길이의 프리앰블을 생성하고, 스프레더(218)에 입력되어 약속된 확산부호로 확산된다.
헤더생성기(212)는 인체통신 MAC H/W(1)로부터 전송되는 데이터 정보(전송속도, 변조방식, 사용자ID, 데이터 길이)를 입력받아 약속된 헤더포맷으로 구성하고 HCS 생성기(213)에 입력되어 HCS를 생성한 후, 스프레더(218)에 입력되어 약속된 확산부호로 확산된다.
데이터생성기(214)는 MAC 송신처리기(11)로부터 전송되는 데이터를 받아 원하는 시간에 데이터를 출력한다.
사용자 ID에 의해 초기화된 스크램블러(215)는 직교부호를 출력하며, 이 직교부호는 데이터생성기(214)의 출력과 XOR되어 데이터 스크램블링이 완성된다.
직렬-병렬변환기(216)는 스크램블링된 데이터를 입력받아 64개로 구성된 월시부호(Walsh Code)를 사용한다고 가정할 때 4비트 직렬-병렬변환을 수행한다.
직렬-병렬변환의 결과로 사용되는 주파수대역은 1/4로 감소되며, 이는 동일한 주파수 대역 내에서 더 많은 데이터를 전송하게 하거나, 동일한 주파수 대역 내에서 더 큰 확산부호이득을 사용함으로써 고품질의 데이터를 전송할 수 있게 하는 장점을 가진다.
적응형 주파수 선택적 스프레더(217)은 직렬-병렬변환기의 출력 4비트를 병렬로 받아 적응형 주파수 선택적 확산부호를 출력한다.
다중화기(219)는 프레임 구성에 맞게 프리앰블, 헤더 그리고 데이터를 출력한다. 적응형 주파수 선택적 스프레더의 사용으로 원하는 주파수 대역을 사용하는 기저대역 전송이 가능하게 되었고, 출력비트 또한 1비트로 디지털 직접전송이 가능하게 되었다.
따라서 디지털-아날로그변환기, 중간주파수 변환기 등 별도의 아날로그 송신부 처리 없이 송신/수신 스위치(31)를 거쳐 신호전극(4)에 입력되어 인체 내로 전송된다. 접지전극(5)은 인체통신 송수신기의 접지와 같은 기준선 전위를 가진다.
인체통신 물리계층 모뎀(2)내의 수신기(22)의 동작은 다음과 같다. 신호전극(4)을 통하여 입력된 수신신호는 송신/수신스위치(31)를 거쳐 인체내 전송시 부가된 잡음을 제거하기 위한 잡음제거필터(32)를 거친 후, 증폭기(33)에 의해 원하는 크기의 신호로 증폭된다.
증폭된 수신신호는 Clock Recovery & Data Retiming기 (이하 CDR)(34)에 입력되어 수신신호와 수신단 클록과의 타이밍 동기 및 주파수 옵셋을 보상한다. CDR(34)의 출력은 인체통신 물리계층 모뎀(2)의 수신기(22)로 입력된다.
먼저 프레임 동기이전에는 수신기(22)로 입력된 수신신호가 프레임 동기화기(229)로 입력되어 프리앰블을 사용한 프레임 동기화를 수행한다.
프레임 동기화기(229)에 의하여 프레임 동기가 획득되면 수신기(22)내의 역다중화기(221)는 수신신호 중에서 헤더 부분과 데이터 부분을 분리하여 출력한다.
헤더 부분은 디스프레더(222), HCS검사기(223)를 거쳐 헤더처리기(224)에서 수신신호 데이터의 제어 정보를 추출하여 MAC 수신처리기(12)에 전송한다.
역다중화기(221)의 출력중 데이터 부분은 적응형 주파수 선택적 디스프레더(225)에 입력되어 64개의 확산부호 중에서 송신기(21)에서 주파수 선택적으로 사용된 16개의 확산부호를 사용한 상관기(미도시)에서 상관값을 계산한 후 가장 큰 값으로 데이터 비트 4비트를 출력한다.
출력된 4비트는 병렬-직렬변환기(P2S)(226)에 입력되어 직렬로 변환된 후, 디스크램블러(227)에 입력되어 헤더에서 추출된 사용자 ID로 초기화된 직교부호 발생기에서 출력되는 직교부호로 디스크램블링된다. 디스크램블링된 수신데이터는 데이터처리기(228)에 입력되어 처리된 후 MAC수신처리기(12)에 전송된다.
따라서, 본 발명에서는 주파수 선택적 확산부호를 사용하여 프로세싱 이득을 얻는 장점을 수용하면서도 사용자가 원하는 주파수대역의 확산부호만을 선택하여 사용함으로써 통과대역 전송시 필요한 아날로그 송수신단의 복잡도를 줄여 소모전력을 줄일 수 있고, 또한, 주파수 확산 대역을 인체 채널 특성과 잡음 환경에 따라 어댑티브하게 달리함으로써 주파수 확산 기술의 효율성을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 인체통신용 주파수 선택적 기저대역과 주파수별 인체내 전달 신호전력, 인체외 방사전력 및 인체주변의 잡음전력과의 관계를 나타내는 그래프,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 64비트 월시부호를 나타낸 예시도,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 인체통신 시스템에 있어서 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더의 구성도,
도 4는 도 3에 나타낸 적응형 주파수 선택적 스프레더의 실시 예를 나타낸 상세 구성도,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 채널 특성 및 잡음 환경에 따라 데이터 통신에 적합한 확산부호의 주파수 대역을 선택하는 방법을 나타낸 순서도, 그리고,
도 6은 본 발명이 적용 가능한 인체통신용 송수신기의 실시 예를 나타낸 구성도이다.

Claims (17)

  1. 인체통신 시스템에서 데이터 통신에 사용할 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법에 있어서,
    옵셋 입력값을 0으로 설정하는 단계;
    주파수 확산에 사용될 2의 N승개의 전체 확산부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나누어 다수의 확산부호 그룹을 생성하는 단계;
    (N-M)개의 주파수 선택 제어비트를 입력받아, 상기 다수의 확산부호 그룹 중 하나의 확산부호 그룹을 채택하는 단계;
    M개의 데이터 비트 및 N개의 카운터 비트를 입력받아, 상기 채택된 하나의 확산부호 그룹의 2의 M승개의 확산부호를 기설정된 횟수만큼 반복 전송하는 단계; 및
    전송되는 다수의 확산부호 그룹 중 2의 M승개의 확산부호 각각의 성능 측정에 의해 선택된 2의 M승개의 확산부호의 인덱스를 수신하는 단계;를 포함하는 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송된 2의 M승개의 확산부호에 대한 성능은 비트오율(BER) 또는 프레임오율(FER)을 이용하여 측정된 것을 특징으로 하는 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선택된 2의 M승개의 확산부호에 대한 인덱스는 인덱스 시작 값, 인덱스 일부 또는 인덱스 전체 값 중 하나인 것을 특징으로 하는 확산부호의 주파수 기저대역을 선택하는 방법.
  4. N개의 카운터 비트를 출력하는 N 비트 카운터부;
    M개의 데이터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트 및 옵셋 입력 비트를 입력받아 원하는 주파수 대역을 선택하는 적응형 주파수 기저대역 선택부;
    상기 (N-M)개의 주파수 선택 제어비트와 M개의 데이터 비트를 그레이 인덱싱하기 위한 그레이 인덱싱부;
    상기 N개의 카운터 비트와, 상기 그레이 인덱싱부의 출력비트를 논리연산하기 위한 논리연산부; 및
    상기 논리연산부의 출력비트를 입력받아 출력을 선택하는 출력부;를 포함하는 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적응형 주파수 기저대역 선택부는 선택된 확산부호의 인덱스 값에 옵셋을 주어 원하는 주파수 대역을 선택하기 위한 뺄셈기인 것을 특징으로 하는 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그레이 인덱싱부는 (N-1)개의 배타적 논리합연산기(XOR)인 것을 특징으로 하는 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 논리연산부는 N개의 카운터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트의 최상위비트, 및 (N-1)개의 배타적 논리합연산기(XOR)의 출력비트를 각각 입력으로 하는 N개의 논리곱연산기(AND)인 것을 특징으로 하는 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 N개의 논리곱연산기(AND)의 출력비트를 입력으로 하는 1 개의 배타적 논리합연산기(XOR)인 것을 특징으로 하는 주파수 선택적 기저대역을 사용하는 적응형 주파수 선택적 스프레더.
  9. 프레임 동기를 위한 프리앰블과 전송할 데이터에 대한 제어 정보로 이루어진 헤더를 생성하는 프리앰블 및 헤더 생성부;
    상기 전송할 데이터를 직렬데이터로 출력하는 데이터생성부;
    상기 데이터생성부에서 출력된 직렬데이터를 스크램블링하는 스크램블링부;
    상기 스크램블링된 직렬데이터를 M개의 데이터 비트로 병렬 변환하여 출력하는 직렬-병렬변환부;
    주파수 확산에 사용되는 2의 N승개의 전체 확산 부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나눈 다수의 확산부호 그룹에서 사용할 하나의 확산부호 그룹을 선택하고, 상기 선택된 하나의 확산부호 그룹의 2의 M승개의 확산부호를 출력하는 적응형 주파수 선택적 스프레더; 및
    상기 생성된 프리앰블, 헤더 및 상기 선택된 2의 M승개의 확산부호를 디지털 신호로 다중화하여 전송하는 다중화부;를 포함하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 송신 장치는 주파수 확산에 사용될 확산 부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하기 위해 데이터에 대한 통신이 시작되기 이전 또는 통신이 시작된 이후 주기적으로, 송수신 장치 간에 미리 약속된 확산부호를 수신장치로 송신하 여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 파악하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송신 장치는 미리 약속된 확산부호를 채널 특성 파악을 위해 기설정된 횟수만큼 반복 전송하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 적응형 주파수 선택적 스프레더는,
    N개의 카운터 비트를 출력하는 N 비트 카운터;
    M개의 데이터 비트, (N-M)개의 주파수 선택 제어비트 및 옵셋 입력 비트를 입력받아 원하는 주파수 대역을 선택하는 주파수 기저대역 선택부;
    상기 (N-M)개의 주파수 선택 제어비트와 M개의 데이터 비트를 그레이 인덱싱하기 위한 그레이 인덱싱부;
    상기 N개의 카운터 비트와, 상기 그레이 인덱싱부의 출력비트를 논리곱 연산 하기 위한 논리연산부; 및
    상기 논리연산부의 출력비트를 입력받아 출력을 선택하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 프리앰블 및 헤더 생성부는,
    프레임 동기 획득을 위해 설정된 초기값으로 세팅되어 일정길이의 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성기;
    상기 송신할 데이터에 대한 제어정보를 기설정된 헤더포맷으로 헤더를 구성하는 헤더 생성기;
    상기 헤더포맷으로 구성된 제어정보를 헤더체크수열(HCS)로 생성하는 HCS생성기; 및
    상기 생성된 프리앰블 및 헤더체크수열(HCS)을 확산시키는 스프레더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 송신 장치.
  14. 송신측에서 전송되는 전송데이터에서 프리앰블을 검출하여 프레임 동기화를 수행하는 프레임동기화부;
    상기 프레임 동기화에 따라 상기 전송데이터에서 헤더 및 데이터 부분을 분리하여 출력하는 역다중화부;
    상기 분리된 헤더를 역확산시킨 후, 헤더체크수열(HCS) 검사를 통해 상기 데이터에 대한 제어정보를 복원하는 헤더처리부;
    주파수 확산에 사용되는 2의 N승개의 전체 확산 부호를 2의 M승개의 숫자단위로 나눈 다수의 확산부호 그룹에서 송신측의 확산시 사용된 하나의 확산부호 그룹에 해당하는 확산부호와 상기 분리된 데이터이 상관값을 계산하고, 상기 상관값이 가장 큰 확산부호의 인덱스값을 구하여 대응되는 M비트의 병렬 데이터를 출력하는 적응형 주파수 선택적 디스프레더;
    상기 M비트의 병렬 데이터를 직렬데이터로 변환하여 출력하는 병렬-직렬변환부;
    상기 직렬데이터를 직교부호로 디스크램블링하는 디스크램블링부; 및
    상기 디스크램블링된 데이터를 처리하는 데이터처리부;를 포함하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 수신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수신 장치는 주파수 확산에 사용될 확산 부호의 주파수 대역을 어댑티브하게 선택하기 위해 데이터에 대한 통신이 시작되기 이전 또는 통신이 시작된 이후 주기적으로, 송수신 장치 간에 미리 약속된 확산부호를 송신측으로부터 수신하 고, 수신된 확산부호의 성능을 측정하여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 파악하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 수신 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수신 장치는 비트오율 (BER) 또는 프레임오율 (FER)을 이용해 상기 수신된 확산부호의 성능을 측정하여 채널 특성과 주변 잡음 환경을 고려하여 하나의 확산부호를 선택하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 수신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수신 장치는 채널 특성과 주변 잡음 환경을 고려하여 하나의 확산부호를 선택하고, 선택된 확산 부호에 인덱스를 할당하여 인덱스 시작 값 또는 인덱스 일부 또는 인덱스 전체 값을 송신측에 전송하는 것을 특징으로 하는 적응형 주파수 선택적 기저대역을 이용한 인체통신 물리계층 모뎀의 수신 장치.
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