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KR100723307B1 - 통신 장치 - Google Patents

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KR100723307B1
KR100723307B1 KR1020050100621A KR20050100621A KR100723307B1 KR 100723307 B1 KR100723307 B1 KR 100723307B1 KR 1020050100621 A KR1020050100621 A KR 1020050100621A KR 20050100621 A KR20050100621 A KR 20050100621A KR 100723307 B1 KR100723307 B1 KR 100723307B1
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KR
South Korea
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signal
human body
communication device
electrode
electrodes
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김진경
강성원
형창희
성진봉
황정환
박덕근
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한국전자통신연구원
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Priority to JP2008537572A priority patent/JP4753998B2/ja
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Priority to CNA2006800398968A priority patent/CN101297506A/zh
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
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Abstract

인체와 직접 접촉되어 인체를 전송 채널로 하여 데이터 통신이 이루어질 수 있게 하는 통신 장치가 제공된다. 통신 장치는 인체와 직접 접촉되어 인체를 통하여 전류의 형태로 신호를 송신하고, 인체와 접촉된 다른 통신 장치로부터 전송되어 인체를 통하여 전달된 신호를 수신하고, 수신된 신호에 포함된 잡음을 제거한다. 그리고, 통신 장치는 잡음이 제거된 수신 신호를 기준 전압과 비교하여 원래의 신호로 복원한다. 또한, 통신 장치는 기저 대역 신호를 생성하여 인체를 통하여 전송한다.
기저 대역 신호, 인체 매질, 전극, 고역 통과 필터

Description

통신 장치 {COMMUNICATION DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치가 인체 및 호스트에 접속된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치를 이용하는 통신 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치를 이용하는 다른 통신 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 통신 장치 내의 각 부분에서의 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 대역 통과 필터를 사용한 인체 통신 장치의 신호 복원 성능을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 신호 복원 성능을 도시한 도면이다.
도 8은 도 4의 고역 통과 필터를 대체하는 필터를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 각 부분에서의 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치에 있어서 전극 배치를 나타 낸 예시도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치에 있어서 그라운드 전극을 설정하여 이용하는 경우와 신호 전극만으로 이용하는 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명은 인체를 매질로 하는 통신 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기저 대역 신호를 생성하여 인체를 통신 채널로 이용하는 통신 장치에 관한 것이다.
인체 통신이란 인체에 전기가 통하는 원리를 이용하여 전자 제품의 '선'을 없애고, 사람의 몸을 케이블 대신 사용하여 전기 에너지의 변화를 통해 신호를 전달하는 기술을 말한다.
최근, 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 정보 통신 기기가 널리 사용되고 있으며, 사용자들은 이들 기기를 통한 메일의 송수신 및 컨텐츠 데이터(contents data)의 다운로드를 통하여 다양한 기기에 저장된 정보를 향유할 수 있다. 그런데, 특정 통신 기기에 저장된 정보를 다른 통신 기기로 전송하기 위해서는 소정의 어댑터나 커넥터뿐만 아니라 케이블 등의 물리적인 통신 선로가 필요하므로, 데이터의 간단한 송수신이 어려운 문제가 있었다.
또한, 심전도(ECG, electrocardiograph), 비관혈식혈압(NIBP, non-invasive blood pressure), 심장박동계(heart monitor) 등의 사람의 건강 상태를 측정하기 위한 기기들을 통하여 관측된 결과들을 컴퓨터 기타 통신 기기로 전송하여 다른 정보들과 함께 종합적으로 이용될 수 있도록 하기 위해서도, 상기와 같은 통신 기기들 사이의 데이터 전송의 경우와 같이 물리적인 통신 선로를 구비하여 통신하여야 하는 문제가 있었다.
특히, 인체에 가까운 영역에서 사용되는 장치들을 케이블로 연결하여 데이터 통신이 이루어지는 경우에는 인체에 가해지는 하중이 증가하고 기기 사이를 연결하는 케이블의 존재로 인하여 사람의 움직임이 불편해지는 문제가 존재하였다.
전술한 바와 같은 통신 기기 및 건강 상태 측정 기기들은 디지털 정보를 음성 신호로 변환한다거나 인터넷 또는 다른 사용자와의 통화가 가능하게 한다거나 하는 개별적인 기능 이외에 디스플레이, 메모리, 디지털 신호 처리 기능 등의 공통된 기능을 갖고 있으므로, 이들 기능들을 적절히 활용함으로써 통신 자원의 효율적인 이용이 가능하도록 하고, 물리적인 통신 선로인 케이블을 제거하여 기기들 사이의 간편하고 손쉬운 데이터 통신을 수행하기 위하여 인체 통신이 연구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소비 전력을 줄이고 고속의 통신 성능을 유지할 수 있으며, 인체를 통신 채널로 이용하는 통신 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 인체를 데이터의 전송 채널로 이용하는 통신 장치가 제공된다. 이 통신 장치는 전극부, 고역 통과 필터, 비교부 및 제어부를 포함한다. 전극부는 인체와 직접 접촉되어 인체를 통하여 전류의 형태로 신호를 송신하고, 인체로부터 전달된 신호를 수신하고, 고역 통과 필터는 전극부를 통하여 수신한 신호에 포함된 잡음을 제거한다. 그리고, 비교부는 필터를 거쳐 전송된 신호를 기준 전압과 비교하여 신호 파형을 생성하고, 제어부는 비교부를 거쳐 전송된 신호를 복원한다.
통신 장치가 데이터의 전송을 위하여 사용되는 경우에는 통신 장치의 제어부는 기저 대역 신호를 생성하여, 생성된 신호를 전극부를 통하여 인체로 전송함으로써 인체를 전송 채널로 하는 데이터 통신이 이루어질 수 있도록 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 "호스트"라는 용어는 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치와 접속되어 데이터 전송 능력을 갖는 다양한 정보 통신 기기를 말하는 것으로서, 자체 연산 기능을 갖고 데이터의 처리가 가능한 다양한 종류의 기기들이 호스트로 사용될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치가 인체 및 호스트와 접속된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 통신 장치를 이용하여 구성된 인체 통신 네트워크를 나타낸 예시도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)는 사람의 피부(300)에 직접 접촉되고, 호스트(200)와 연결되어 사용되며 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다수 개의 호스트(200), 즉 PDA(310), 휴대폰(mobile phone, 320), 디지털 카메라(350) 등의 통신 기기와 NIBP(330), 심장 박동계(340) 등의 건강 상태 측정 기기 등의 다양한 기기들이 인체(300)와 근접한 영역에서 인체 통신 네트워크를 구성할 수 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같은 각각의 독립된 기기들뿐만 아니라 착용식 컴퓨터(wearble computer)의 여러 컴포넌트(component)를 연결하고 인체를 이용하여 데이터 통신을 수행하고자 하는 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)가 이용될 수 있다. 이때, 각 호스트(310~350)는 도 1에 도시된 바와 같이 통신 장치(100)를 매개로 하여 인체(300)에 접촉된다. 통신 장치(100)로부터 인체(300)를 통하여 전송된 정보를 수신한 휴대폰(320) 등의 통신 기기인 호스트(200)는 인체(300) 외부의 컴퓨터 등으로 전송할 수 있다.
도 2와 같이 구성되는 인체 통신 네트워크 내의 통신 장치(100)는 기저 대역 신호를 생성하여 인체를 통하여 전송하므로, 인체 내에는 데이터열의 주파수를 수용할 수 있을 만큼 충분히 큰 대역폭을 지니는 저역 통과 채널이 형성되어 반이중(half-duplex) 방식의 통신이 이루어진다. 따라서, 다수의 통신 장치(100)를 인체에 접촉시킴으로써 구성된 통신 채널의 양 방향에서 동시에 데이터를 송신한다면, 데이터의 충돌로 인한 손실이 발생하게 되므로, 동일한 인체 통신 네트워크를 구성하는 통신 장치(100)들 사이의 통신 규칙 및 순서의 제어를 통하여 데이터 통신이 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치를 이용하는 다른 통신 시스템을 나타낸 예시도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 호스트(200)와 접속된 통신 장치(100)와 직접 접촉하고 있는 두 사람(300a, 300b)의 몸이 서로 닿아있는 경우에는 이와 같이 연결된 두 사람(300a, 300b)이 하나의 인체 통신 네트워크를 구성하여 데이터 통신이 이루어질 수 있다. 즉, 통신 장치(100)와 접촉되어 있는 다수의 사람의 신체가 직접적으로 접촉되어 있는 경우에는 접촉된 사람들 사이에 데이터의 전송 채널이 생성될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)를 도 3에 도시된 바와 같은 방법으로 적용함으로써 인체를 전송 채널로 하는 통신 시스템을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 장치를 나타내는 블록도이고, 도 5는 도 4의 통신 장치 내의 각 부분에서의 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)는 전극부(110), 버퍼(120), 고역 통과 필터(HPF, high pass filter)(130), 증폭기(140), 비교부(150), CDR부(clock and data recovery)(160) 및 제어부(170)를 포함한다. 통신 장치(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이 인체(300)와 접촉된 상태로, 호스트(200)와 인체를 매개하여 인체를 통한 정보 전달이 이루어질 수 있도록 한다.
즉, 통신 장치(100)는 전극부(110)를 매개로 하여 사람의 피부에 직접 접촉되어 체지방 측정을 위하여 사용하는 정도의 미세 전류에 전송하고자 하는 정보를 실어 인체에 흘려보냄으로써, 인체를 매질로 하는 통신이 가능하도록 한다. 또한, 통신 장치(100)는 호스트(200)에 접속되어 호스트(200)가 전송하고자 하는 데이터를 인체를 통하여 다른 통신 장치로 송신하고, 다른 호스트가 접속된 통신 장치는 신호를 수신 및 복원하여 접속되어 있는 호스트로 전송함으로써, 인체 통신이 이루어지게 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)는 RF(radio frequency) 모듈을 포함하지 않고 기저 대역 신호를 이용하여 데이터 통신이 이루어질 수 있도록 구성된 것으로서, 기저 대역 신호를 생성하여 주파수 변조 과정 없이 그대로 전류에 실어 보냄으로써 데이터를 송수신한다.
먼저, 통신 장치(100)가 인체를 통하여 전송된 신호를 수신한 경우에 대하여 중점적으로 설명한다.
전극부(110)는 통신 장치(100) 중 인체와 직접 접촉되어 신호의 송수신을 수행하는 부분으로, 호스트(200)로부터 통신 장치(100)로 전송되어 제어부(170)에서 생성된 기저 대역 신호가 포함된 전류를 인체(300)로 흘려보내는 역할을 한다. 또한, 전극부(110)는 접촉되어 있는 인체를 통하여 전송되는 기저 대역의 데이터 신호를 수신한다. 도 5의 'a'는 도 4의 'a' 부분에서 전송되는 신호, 즉 통신 장치(100)의 전극부(110)에서 수신한 신호의 파형을 나타낸 것이다.
버퍼(120)는 입력 임피던스를 크게 함으로써, 통신 장치(100)의 전류 소모를 적게 하는 역할을 한다.
고역 통과 필터(130)는 전극부(110)를 통하여 수신된 신호에 포함되어 있는 인체를 통한 전송 과정에서 발생된 잡음(noise)을 제거한다. 본 발명에서 데이터의 전송 채널로서 이용되는 인체의 구성 성분들의 불균질성 등으로 인하여, 인체를 통한 신호의 전달 과정에서 잡음이 부가되며, 이와 같이 부가된 잡음은 고역 통과 필터(130)에서의 처리를 통하여 제거된다. 저주파 잡음 및 고주파 잡음이 존재하는 경우 대역 통과 필터(BPF, bandpass filter)를 이용하여 데이터가 포함된 신호 성분을 제외한 잡음 성분을 제거하는 것이 효율적이다. 그러나 실제 실험 결과는 인체를 매질로 하는 통신 장치(100)에 있어서 대역 통과 필터를 사용하는 경우보다 고역 통과 필터를 사용하는 경우에 보다 뛰어난 신호 복원 성능을 나타낸다. 이에 대해서는 아래에서 도 6을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 고역 통과 필터(130)를 사용하여 수신된 신호에 포함된 잡음을 제거하는 것으로 설명하였지만, 고역 통과 필터(130)를 정합 필터(matched filter) 또는 integrated-and-dump filter로 대체하여 통신 장치(100)를 구성할 수 있다.
증폭기(140)는 버퍼(120) 및 고역 통과 필터(130)를 통하여 전송되는 신호를 증폭하여 제어부(170)에서의 신호의 복원을 용이하게 한다. 도 5의 'b'는 도 4의 'a'의 신호가 버퍼(120), 고역 통과 필터(130) 및 증폭기(140)를 통하여 잡음이 제거된 후 증폭된 신호의 파형을 나타낸 것이다.
비교부(150)는 고역 통과 필터(130)를 통하여 잡음이 제거된 신호를 기준 전압과 비교하여 이진 부호 신호의 형태로 출력한다. 즉, 비교부(150)는 수신된 신호를 기준 전압과 비교하여 로직 '1' 혹은 로직 '0'을 판별한다. 비교부(150)는 기준 전압과 수신된 신호의 비교 결과 생성된 펄스 파형의 신호를 CDR부(160)로 전송한다. 도 5의 'c'는 도 4의 'c' 부분의 신호, 즉 비교부(150)를 거쳐 생성된 신호의 파형을 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 비교부(150)에서 출력되는 신호는 그 펄스 폭(pulse width) 및 레벨이 불균일한 형태를 갖는다. 또한, 제어부(170)에서 복원되어 출력되는 신호의 전압의 크기는 인가되는 전원전압의 크기에 독립적일 수 없으므로, 전원전압이 충분히 크지 않아 통신이 효율적으로 이루어지지 않을 때에는 전압의 크기를 높여 주어야 한다. 이러한 경우에는 직류-직류 변환기(DC/DC converter)를 이용하여 높은 전압을 생성하고, 생성된 전압을 비교부(150)에 적용하여 제어부(170)로 입력되는 신호의 전압 크기를 상승시킬 수 있다.
CDR부(160)는 수신한 데이터 프레임을 분석하여 클럭 및 데이터 복원(clock and data recovery) 기능을 수행한다. 클럭 복원을 위해서는 각 코드의 시작 시간 및 종료 시간을 알아야 하는데, 이러한 정보는 데이터 프레임의 프리앰블(preamble)에 포함되어 전송될 수 있으며, CDR부(160)는 비교부(150)로부터 데이터 를 수신함과 동시에 프리앰블을 분석함으로써 수신한 신호의 복원 개시 및 종료 시간을 인지하여 신호가 가진 주기를 보정하고 에러를 검출한다. CDR부(160)에는 클럭 및 데이터 복원을 위해 일반적으로 사용되고 있는 회로들이 사용될 수 있다.
제어부(170)는 CDR부(160)에서 입력된 데이터 신호의 오류를 검사하여 정정하고, 전극부(110)를 통하여 수신된 신호를 복원한다. 이때, 제어부(170)는 CDR부(160)에서 추출한 시간 정보를 이용할 수 있다. 이와 같은 과정을 거쳐 복원된 신호는 통신 장치(100)와 접속된 호스트(200)로 전송될 수 있으며, 통신 장치(100) 내부의 메모리부(미도시)에 저장될 수도 있다. 도 5의 'd'는 제어부(170)에서 복원된 신호를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에서는 CDR부(160)를 제어부(170)와 별도로 구비하여 이용함으로써, 제어부(170)에서의 데이터 처리 부하를 줄임으로써 효율적인 자원의 이용이 이루어질 수 있도록 구성하였지만, CDR부(160)의 기능을 제어부(170)가 수행하도록 구성할 수 있다.
다음, 통신 장치(100)가 신호를 전송하는 경우에 대하여 설명한다.
통신 장치(100)가 호스트로부터 데이터를 수신하여 이를 인체(300)를 통하여 전송하고자 할 경우에는, 제어부(170)는 인체를 통하여 전송하고자 하는 데이터를 접속되어 있는 호스트(200)로부터 수신하여, 양자화(quantization) 과정, 부호화(encoding) 과정을 수행하여 기저 대역 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어부(170)는 통신 상황에 따라 적절한 부호화 방식을 선택하여 신호를 생성하고, 이에 따라 생성된 데이터 스트림(data stream)은 비제로 복귀(NRZ, nonreturn-to-zero) 신호, 제로 복귀(RZ, return-to-zero) 신호, 맨체스터(Manchestor) 신호 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 제어부(170)는 펄스 부호 변조 후 통신 장치(100)가 수용 가능한 적절한 레벨의 전압을 인가하여 기저 대역 신호를 생성하여 전극부(110)로 전송하고, 전극부(110)는 전송된 신호를 수신하여 인체(300)로 출력함으로써 인체를 통한 데이터 통신이 이루어도록 한다. 전술한 과정을 통하여 생성된 신호는 도 5의 'd'와 같은 파형을 갖는다.
그리고 제어부(170)는 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 기능을 가질 수 있다. 이러한 기능을 통하여, 인체(300)에서 통신 장치(100)가 접촉되는 부분의 변경, 사람의 건강 상태 변화 등의 요인에 의하여 전송 채널이 되는 인체(300)의 임피던스가 변화하더라도 임피던스의 조절에 의해 안정적인 데이터 통신이 이루어질 수 있다. 또한, 제어부(170)는 동일한 인체 통신 네트워크를 구성하는 다수 개의 통신 장치(100) 사이의 통신 순서와 규칙을 정의하여 운영함으로써, 데이터의 충돌 현상이 발생하는 것을 방지하여 데이터의 전송 효율을 높이고 통신 자원의 낭비를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)는 아날로그 신호를 기저 대역 신호로 변환하여 전송하도록 구성된 것으로서, RF 모듈을 통한 주파수 변조를 수행하지 않으므로, 전력 손실이 적은 특성을 갖게 된다.
도 6은 대역 통과 필터를 사용한 인체 통신 장치의 신호 복원 성능을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치의 신호 복원 성능을 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7에 도시된 내용으로부터, 대역 통과 필터를 사용한 경우보 다 고역 통과 필터를 사용한 경우의 신호의 복원 성능이 우수함을 알 수 있다.
도 6 및 도 7의 'in'은 전극부를 통하여 수신된 파형을, 'comp_out'은 비교부(150)의 출력 파형을 나타내는 것이고, 도 6의 'bpf_out'은 대역 통과 필터의 출력 파형을, 도 7의 'hpf_out'은 고역 통과 필터(130)의 출력 파형을 나타내는 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)로부터 송신되어 인체를 통하여 다른 통신 장치(100)로 수신되는 신호는 펄스 형태를 갖는다.
이를 대역 통과 필터로 처리하면 도 6에 도시된 바와 같이 사인파에 가까운 형태를 띠게 되며, 이를 다시 비교부(150)를 통하여 처리하면 펄스 폭이 불규칙한 출력 파형을 얻게 된다. 즉, 동일한 한 비트의 입력 신호에 대하여 출력 신호의 펄스 폭이 모두 다른 형태를 가지며, 입력 신호에 비해 지연이 발생하는 경우도 있는 것을 알 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)를 이용하여 입력 신호를 처리하는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이, 고역 통과 필터의 출력 파형은 입력 신호와 근사한 펄스 파형을 띠게 된다. 이를 비교부(150)에 입력시켜 처리하면 도 7에 도시된 바와 같이 입력 신호에 대응되는 펄스 폭을 갖는 출력 파형을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)를 이용하는 경우에는 입력 신호와 매우 근사한 복원 신호를 얻을 수 있으며 이로 인하여 신호 복원시의 오류 발생 가능성이 낮아지므로, 대역 통과 필터를 이용하여 인체를 통과하면서 발생 된 잡음을 제거하는 경우에 비하여 신호의 복원 성능이 높음을 알 수 있다.
도 8은 도 4의 고역 통과 필터를 대체하는 구조를 나타내는 블록도이고, 도 9는 도 8의 각 부분의 신호 파형을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 통신 장치(100)에 있어서, 고역 통과 필터(130)는 피드포워드(feedforward) 방식의 잡음 제거를 위한 구조로 대체될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 잡음 제거 구조는 지연기(410), 저역 통과 필터(LPF, lowpass filter)(420) 및 감산기(430)를 포함한다.
전극부(110)를 통하여 수신된 후 버퍼(120)를 거친 신호는 도 9의 '7a'와 같은 파형을 갖는다. 저역 통과 필터(420)는 신호에 포함된 저주파 잡음만을 추출해 내기 위한 것으로서, 그 출력 파형은 도 9의 '7c'와 같다. 저역 통과 필터(420)에서의 신호 처리로 인한 지연 시간을 맞추어 주기 위하여 지연부(410)를 이용하여 입력 신호를 지연시켜 도 9의 '7b'와 같은 신호를 생성한다. 이와 같이 생성된 두 신호를 감산기(430)에서의 처리를 통하여 '7b'로부터 '7c'의 신호를 빼주면, 저주파 신호가 제거된 '7d'와 같은 신호가 얻어진다. 즉, 고역 통과 필터(130)를 사용하는 경우와 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치를 나타내는 블록도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치는 스위치부(180)가 부가되고, 전극부(110)가 복수의 전극을 포함하는 것을 제외하면 제1 실시예와 동일한 구조를 갖는다.
전극부(110)는 다양한 크기 및 형상을 갖는 복수의 전극을 포함한다. 이들 복수의 전극은 각각 데이터 신호를 전송하기 위한 신호 전극(signal electrode) 및 그라운드 전극(grond electrode)으로 구분되어 이용될 수 있으며, 전극부(110)에 형성된 전극들 사이의 간격도 다양하게 변경되어 이용될 수 있다.
스위치부(180)는 제어부(170)의 제어 신호에 따라서, 전극부(110)에 포함된 다수의 전극을 그라운드 전극 또는 신호 전극으로 기능하도록 스위칭하는 역할을 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 장치에 있어서 전극 배치를 나타낸 예시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극부(110)는 도 11에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 두 개의 전극을 갖는 전극부를 형성하여 신호를 전송하기 위한 하나의 신호 전극과 접지를 위한 그라운드 전극으로 이용할 수 있다. 그리고 도 11의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 세 개 이상의 전극을 형성하여 그 중 하나를 그라운드 전극으로 나머지 전극은 신호 전극으로 이용할 수 있다. 이때, 제어부(170) 및 스위치부(180)는 통신 장치(100)가 부착된 위치, 전송될 데이터의 양 등을 고려하여 그라운드 전극을 선택할 수 있다. 또한 그라운드 전극을 두지 않고 전극부(110)에 생성된 모든 전극을 신호 전극으로 설정하여, 즉 통신 장치(100)를 플로팅시켜 이용할 수 있다.
통신 장치(100)가 송신기로 사용될 경우에는 전극부(110)에 형성된 다수의 전극 중 하나의 전극을 그라운드 전극으로 설정하여 데이터 신호를 전송하는 경우에, 전송 신호의 출력 전압을 일정하게 유지시킬 수 있기 때문에 보다 큰 전력의 전송이 가능하므로, 데이터 전송 효율을 높일 수 있다. 반면, 통신 장치(100)가 수신기로 사용될 경우에는 수신 신호의 크기는 전극과 인체의 접촉 면적에 비례하여 증가하므로, 그라운드 전극은 신호의 수신을 방해한다. 따라서, 통신 장치(100)가 수신기로 이용될 경우, 전극부(110)에 형성된 전극을 모두 신호를 수신하기 위한 신호 전극으로 설정하여 이용하는 것이 수신 성능의 향상에 도움이 된다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치에 있어서 그라운드 전극을 설정하여 이용하는 경우와 신호 전극만으로 이용하는 경우를 나타낸 도면이다. 도 12는 두 개의 통신 장치(100f, 100g) 사이의 신호 송수신시, 통신 장치(100g)의 전극부를 구성하는 전극들을 서로 다른 형태로 구현한 것을 나타낸 도이다. 여기서, (a)는 통신 장치(100g)의 전극부(110)에 구비된 복수의 전극 중 하나의 전극을 그라운드 전극으로, 나머지 전극을 신호 전극으로 이용하는 경우를 나타낸 것이다. 그리고 (b)는 통신 장치(100g)의 전극부(110)에 구비된 복수의 전극을 모두 신호 전극으로 이용하는 경우를 나타낸 것이다.
도 12의 (a) 및 (b)와 같이 설치한 후 통신 장치(100g)를 통신 장치(100f)로부터 출력되는 신호를 수신하는 수신기로 동작하도록 하여 실험한 결과, (a)의 경우, 통신 장치(100g)로부터 출력되는 신호의 출력 전압은 5mV이고, (b)의 경우에는 59mV인 것으로 나타났다. 이와 같은 실험 결과로부터, 그라운드 전극이 설정되지 않고 모든 전극이 신호 전극으로 이용되는 경우의 수신 성능이, 그라운드 전극이 설정된 경우의 수신 성능보다 높음을 알 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치(100)는 복수의 전극을 구비하여 이들 복수의 전극을 다양한 방법으로 활용함으로써 송수신 효율을 조절할 수 있고, 인체의 굴곡이 있는 부위에도 그 접촉이 용이한 특징이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, RF 모듈을 사용하지 않으므로 전력 소모가 작은 저비용의 통신 장치를 이용하여 용이하게 인체를 통한 데이터 통신을 수행할 수 있으며, 인체를 데이터의 전송 채널로 이용하므로 해킹으로 인하여 데이터가 외부로 누출될 염려가 없는 통신이 이루어질 수 있다.
그리고, RF 모듈을 사용하지 않고 기저대역 신호를 이용하여 데이터를 전송하므로 에너지 효율이 높아지는 효과가 있다.
또한, 복수의 전극을 사용하여 전극의 개수와 면적을 인체를 통한 통신 상황에 적절하게 조절함으로써 효과적인 데이터 통신이 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 데이터 전송 능력을 갖는 호스트와 인체를 매개하여 인체를 통하여 데이터를 송수신하는 인체 통신 장치에 있어서,
    인체와 직접 접촉되어 인체를 통하여 전류의 형태로 신호를 송신하고, 인체로부터 전달된 신호를 수신하는 복수의 전극을 포함하는 전극부;
    상기 전극부를 통하여 수신한 신호에 포함된 잡음을 제거하는 고역 통과 필터;
    상기 필터를 거쳐 전송된 신호를 기준 전압과 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부를 거쳐 전송된 신호를 복원하여, 복원된 신호를 상기 호스트로 전송하고, 기저 대역 신호를 생성하여 상기 전극부를 통하여 인체로 전송하는 제어부를 포함하고,
    신호 송신시, 상기 복수의 전극은 그라운드 전극과 신호 전극으로 분류되어, 상기 신호는 상기 신호 전극을 통하여 인체로 전송되고,
    신호 수신시, 상기 복수의 전극은 모두 신호 전극으로 사용되어 상기 인체를 통하여 전달되는 신호를 수신하는
    인체 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터로부터 전송된 신호를 증폭하여 상기 비교부로 전송하는 증폭기를 더 포함하는 인체 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비교부로부터 전송된 신호를 분석하여 수신된 신호의 복원 개시 및 종료 시간을 인지하는 CDR(clock and data recovery)부를 더 포함하는 인체 통신 장 치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 펄스 부호 변조(pulse coding modulation)를 통하여 신호를 생성하는 인체 통신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신된 신호를 복원하여, 상기 통신 장치와 접속되어 있는 호스트로 전송하는 인체 통신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비교부의 출력 전압을 높여주기 위한 직류-직류 변환기를 더 포함하는 인체 통신 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터는
    상기 전극을 통하여 수신된 신호를 지연시켜 출력하는 지연기;
    상기 수신된 신호를 처리하는 저역 통과 필터기; 및
    상기 지연기와 상기 저역 통과 필터기의 출력 신호를 감산하는 감산기를 포함하는 인체 통신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 서로 다른 크기를 가지는 인체 통신 장치.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    복수의 상기 전극으로의 신호의 전송 및 차단을 제어하는 스위치부를 더 포함하는 인체 통신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스위치부는
    상기 통신 장치가 데이터의 송신을 위하여 사용되는 경우, 상기 복수의 전극 중의 적어도 하나의 전극을 신호 전극으로 설정하는 인체 통신 장치.
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