KR100920680B1 - Ｕｗｂ기반의 스튜디오 무선 음향 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스튜디오용 음향기기 케이블의 무선화를 위한 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스튜디오 내의 다수의 음향기기로부터 수신된 신호를 광대역의 UWB(Ultra Wide Band) 기반으로 무선으로 전송하여 출력함으로써 스튜디오 내에 복잡한 배선을 제거하고, 설치 및 보수 시간을 단축시킬 수 있는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템에 관한 것이다.

UWB, 무선, 음향기기, 스피커, OOK, PSK

Description

ＵＷＢ기반의 스튜디오 무선 음향 시스템 {Wireless Electric Musical Instrument Sounding System }

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스튜디오 무선 음향 시스템의 구성도이고, 도 2는 도의 상세 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OOK 변조에 의한 전자 모뎀의 상세 블럭도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PSK 변조에 의한 전자 모뎀의 상세 블럭도이다.

도 5는 본 발명에 따른 OOK 변조시 단극성 코드 신호의 패턴 추이를 개략적으로 도시한 파형도이다.

도 6은 본 발명에 따라 PSK 변조된 신호의 반송파가 제거되는 모습을 개략적으로 도시한 파형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 음향기기 20 : 무선 모뎀

110 : 인코더 120 : 변조부

130 : 송신 안테나 30 : 오디오 출력기기

310 : 수신 안테나 320 : BPF

330 : 디코더 331 : 포락선 검파기

332 : 정합필터 333 : 판정기

334 : 캐리어 버퍼 340 : 믹서

350 : 앰프부 360 : 스피커

본 발명은 스튜디오용 음향기기 케이블의 무선화를 위한 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스튜디오 내의 다수의 음향기기로부터 수신된 신호를 광대역의 UWB(Ultra Wide Band) 기반으로 무선으로 전송하여 출력함으로써 스튜디오 내에 복잡한 배선을 제거하고, 설치 및 보수 시간을 단축시킬 수 있는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템에 관한 것이다.

종래의 스튜디오 내 음향 시스템의 기기 간 연결은 안정성, 품질, 경제성 등의 이점으로 인해 유선을 기반으로 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 유선 시스템은 스튜디오 내 음향기기와 앰프 및 스피커가 유선 케이블로 연결되어 있으며, 접속 방식, 케이블 규격 등이 다양해서 수 많은 배선 연결이 필요하다.

따라서, 배선이 복잡하여 실내가 매우 지저분해 질 뿐만 아니라, 다수의 음 향기기를 연결하는 경우 혼선이 발생할 염려가 있으며 유선에 의한 안전 사고가 발생할 위험이 있었다.

또한, 배선이 복잡화로 인하여 음향기기와 앰프를 연결하기 위한 설치시간이 증가하고, 복잡한 배선 구조로 유지 및 보수가 어려운 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초광대역(UWB) 기반으로 음향기기의 음원 데이터를 무선으로 앰프에 전송함으로써 복잡한 배선 구조를 제거하고, 안정성과 음질이 보장된 음원 데이터 출력이 가능한 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템은 다수의 음향기기와 상기 음향기기와 연결되어 음향기기의 음원 데이터를 인코딩하고, UWB의 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하고, 상기 변조된 신호를 송출하는 다수의 무선 모뎀과 상기 음향기기 무선 모뎀으로부터 수신된 신호에 대하여 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하고, 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 디코딩하여 복원된 다수의 음향기기 음원 데이터를 믹싱하여 출력하는 오디오 출력기기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무선 모뎀은 음향기기로부터 발생한 음원 데이터를 음향기기 별 로 코드화하여 인코딩하는 인코더와 상기 인코딩된 신호에 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하는 변조부와 상기 변조된 신호를 송출하는 송신안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인코더는 한점 직교 또는 ZCD 특성의 확산 코드를 발생하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변조부는 UWB의 특정한 주파수 대역을 가지는 반송파 캐리어를 곱하여 OOK(On-Of Keying)변조 또는 PSK(Phase Shift Keying) 변조를 수행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반송파 캐리어는 시간에 따라 랜덤하게 변하는 카오틱 소스인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 오디오 출력기기는 상기 무선 모뎀으로부터 송신되는 변조 신호를 수신하는 수신안테나와 상기 수신안테나에 의해 수신된 신호에 대하여 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하는 밴드패스 필터와 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 인코딩된 신호를 음향기기 별로 디코딩하는 디코더 및 상기 디코딩된 다수의 음향기기 음원데이터를 실시간 믹싱 처리하는 믹서와 상기 믹싱된 음원데이터를 증폭하는 앰프부와 증폭된 음원 데이터를 출력하는 스피커부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 디코더는 상기 수신된 신호 중 반송파 성분을 제거하는 포락선 검파기와 디코딩된 신호에 대하여 상관처리를 수행하여 자기상관 피크값을 도출하는 정합필터 및 상기 자기상관 피크값과 임계치를 비교하여 송신된 오디오 데이터 를 복원 생성하는 판정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디코더는 무선 모뎀에서 PSK(Phase Shift Keying) 방식에 의해 확산 변조된 경우 반송 주파수를 제거하기 위해 동일 반송 주파수가 저장된 캐리어 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 캐리어 버퍼는 "1"에 해당하는 반송 주파수와 "-1"에 해당하는 반송 주파수를 저장하고, 밴드패스 필터를 통과하여 출력된 신호에 상기 반송 주파수를 곱하여 반송 주파수 성분을 제거하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 캐리어 버퍼에 저장되는 반송 주파수는 카오틱 소스인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 도면 및 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 도면에는 설명의 편의를 위해 다수의 음향기기 중 하나의 음향기기 무선 모뎀만을 도시하였지만, 도면으로 표시하지 않은 나머지 음향기기의 무선 모뎀에도 동일한 블럭도의 구성을 가지고 있음은 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스튜디오 무선 음향 시스템의 구성도이고, 도 2는 도의 상세 블럭도이다. 여기서, 상기 도1은 설명의 편의를 위해 음향기기와 무선 모뎀이 분리 구성된 것으로 도시하였으나, 상기 무선 모뎀은 음향기기에 내장되어 설치될 수 있다.

그리고, 상기 음향기기는 스튜디오 내에서 전기를 공급원으로 작동하는 전기 기타, 전자 오르간, 전자 키보드, 전자 신디사이져 등 모든 전자 악기 뿐만 아니 라, 무선 마이크 및 각종 음향 기기 등 오디오 신호를 발생하는 모든 기기를 포함하는 것으로 정의한다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스튜디오 무선 음향 시스템은 다수의 음향기기(10), 상기 음향기기(10)와 연결되는 무선 모뎀(20)과 오디오 출력기기(30)를 포함하여 구성된다.

상기 무선 모뎀(20)은 음향기기로부터 발생한 오디오 신호를 음향기기 별로 인코딩하고, UWB의 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하고, 상기 변조된 신호를 송출한다.

그리고, 상기 오디오 출력기기(30)는 상기 무선 모뎀으로부터 수신된 신호에 대하여 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하고, 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고, 디코딩하여 음향기기 별로 복원된 오디오 데이터를 실시간 믹싱하여 오디오를 출력한다. 여기서, 오디오 출력기기(30)는 설명의 편의를 위해 앰프, 믹서 및 스피커를 포함하여 구성되는 것으로 표시하였으나 앰프, 믹서 및 스피커가 분리 구성될 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.

보다 구체적으로, 상기 무선 모뎀(20)는 음향기기의 오디오 신호를 음향기기 별로 코드화하여 인코딩하는 인코더(210)와 상기 인코딩된 신호에 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하는 변조부(220)와 상기 변조된 신호를 송출하는 송신안테나(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 음향기기가 아날로그 신호를 발생하는 경우 아날로그 신호를 디지털 데이터로 전환하는 ADC(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

무선 모뎀(20)은 음향기기(10)에서 발생한 오디오 신호를 인코더(210)에 의해 음향기기별 코드(오디오 코덱)로 인코딩된다. 상기와 같이 음향기기별로 코드화된 데이터는 오디오 출력기기(30)의 디코더(330)에 의해 음향기기별 오디오 데이터로 디코딩된다.

여기서, 상기 인코더(210)는 한점직교 또는 ZCD(Zero Correlation Duration) 특성을 가지는 확신 코드를 상기 인코딩된 신호에 곱해서 생성되는 정보데이터를 생성할 수 있다.

상기 한점직교 또는 ZCD 특성을 가지는 확산 코드는 자기 상관 피크점 주변의 일정시간구간(최대N-1칩)동안 연속적으로 자기 상관 함수의 사이드러브(Sidelobe)와 상호상관특성이 무시할만한 작은 값을 갖거나, 영(0)이 되는 특성을 가지며, 자기상관 사이드러브가 완벽하게 제로가 되거나, 코드간의 상호상관(cross-correlation) 특성이 모든 시간지연 구간에서 완벽하게 제로가 되며, 처리이득을 가변할 수 있는 확산코드를 말한다.

상기와 같은 한점직교 또는 ZCD 특성을 가지는 확산 코드는 UWB가 적용되는 환경에서 간섭문제인 MPI(Multi-Path Interference, 다중경로페이딩 간섭) 또는 MAI(Multiple Access Interference, 다중 접근 간섭)의 영향을 제거하여 BER을 감소시켜 통신의 효율성을 높일 수 있다.

그리고, 상기 변조부(220)는 상기 인코딩된 신호에 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하는 역할을 담당한다. 여기서, UWB(Ultra Wide Band)는 3.1GHz 에서 10.6GHz에 이르는 넓은 주파수 대역을 이용할 수 있므므로 반송 주파 수는 상기 UWB 대역에서 임의로 선택될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 변조부(220)는 소정의 스위칭 회로를 통하여 인코딩된 신호에 UWB의 특정한 주파수 대역을 가지는 반송파 캐리어를 곱하여 OOK(On-Off Keying) 또는 PSK(Phase Shift Keying) 변조를 수행한다. 상기 반송파는 시간에 따라 랜덤(Random)하게 변하는 카오틱(chaotic) 소스일 수 있다. 여기서, PSK는 BPSK, QPSK를 포함한다.

OOK 변조는 "On"상태에서는 신호를 전송하고, "Off"상태에서는 신호의 레벨을 없애는 동작을 수행하고 상기와 같은 동작은 스위칭 회로등을 통해서 간단하게 구현할 수 있다. 상기와 같은 OOK변조부의 동작에 따라 오디오 출력기기(30)에서는 비동기 검파도 용이하게 구현할 있다. 또한, 상기 OOK 변조는 "1", "0"으로 표현되는 단극형 변조방식이므로 저속형 변조라 정의될 수 있다.

상기 OOK변조를 위해서 상기 변조부(220)는 인코더(210)로부터 인코딩된 단극성 정보데이터[도 5의 (a)]를 단극형 확산코드(Unipolar spreading sequence)로 확산처리 한다.

여기서, 생성된 단극형 확산코드 신호는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같고, 상기 변조부(220)를 통해 출력되는 신호는 도 5의 (c)에 도시된 바와 같다.

한편, PSK 변조는 "Off"상태가 없으며, "1"과 "-1"형태의 양극형 변조방식이므로 고속형 변조라 정의될 수 있다.

여기서, 인코더(210)가 한점직교 또는 ZCD 특성을 가지는 코드를 생성하는 경우 OOK변조는 단극형 확산코드(0,1)를 생성하게 되고, PSK변조는 바이너리 또는 터너리 확산 코드인 양극형 확산코드(-1, 1)를 생성하게 된다.

상기와 같이 변조된 신호는 송신 안테나(230)를 통해 무선으로 송출하여 오디오 출력기기(30)에 수신된다.

본 발명에 따른 오디오 출력기기(30)는 상기 무선 모뎀의 송신 안테나(230)로부터 송신되는 변조 신호를 수신하는 수신안테나(310)와 수신된 신호에 대하여 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하는 밴드패스 필터(BPF, 320)와 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 해당 채널 신호만을 디코딩하는 디코더(330) 및 상기 복원된 오디오 신호를 믹싱 처리하는 믹서(340)와 믹싱된 음원데이터를 증폭하는 앰프부(350)와 증폭된 음원데이터를 출력하는 스피커부(360)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 밴드패스 필터(320)는 수신안테나(310)로 수신된 신호 중 특정 주파수 대역만 통과시키는 역할을 수행한다. 따라서, 특정 주파수 대역의 반송파에 실려진 확산 신호만이 밴드패스 필터(320)에 통과된다.

상기 디코더(330)는 밴드패스 필터를 통해 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 음향기기의 무선 모뎀으로부터 인코딩 신호를 디코딩하는 역할을 담당한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OOK 변조에 의한 오디오 출력기기의 상세 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 상기 디코더(330)는 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하는 포락선 검파기(331)와 상기 반송파 성분이 제거된 신호에 대하여 상관처리를 수행하여 자기상관 피크값을 도출하는 정합필터(332) 및 상기 자기상관 피크 값과 임계치를 비교하여 송신된 오디오 신호를 복원 생성하는 판정기(333)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 무선 모뎀(20)에서 OOK 변조로 송신하는 경우 비동기 검파가 가능하므로 상기 포락선 검파기(331) 만으로 반송파 내에 존재하던 특정 주파수 대역 성분들을 모두 제거할 수 있다. 상기 포락선 검파기(331)로부터 출력되는 단극형 확산코드 패턴신호는 도 5의 (d)에 도시된 바와 같다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PSK 변조에 의한 오디오 출력기기의 상세 블럭도이다.

도 4를 참조하면, PSK 변조로 송신하는 경우 비동기 검파가 불가능하므로, 포락선 검파기(331) 만으로 반송파 성분을 제거할 수 없으므로 반송파 캐리어를 저장하고 있는 캐리어 버퍼(334)를 더 포함하여 구성되어야 한다.

도 6은 본 발명에 따라 PSK 변조된 신호의 반송파가 제거되는 모습을 개략적으로 도시한 파형도이다.

도 6을 참조하면, 상기 캐리어 버퍼(334)는 "1"과 "-1"에 해당하는 반송파 캐리어를 저장하고 있으며, 포락선 검파기(331)에 입력된 신호에 상기 반송파 캐리어를 곱하여 반송파 성분을 제거할 수 있다.

상기 포락선 검파기로부터 출력되는 신호는 정합필터(332)로 입력되고, 상기 정합필터는 자기 자신이 가지고 있는 참조 코드(Reference code)를 이용하여 상관(correlation) 처리를 행하여 상관 피크치 값을 도출하게 된다. 여기서, 참조 코드는 각 음향기기를 구분하는 식별코드를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 정합필터(332)로부터 출력되는 상관피크치 값이 상기 판정기(333)로 입력되며, 판정기(333)에서는 상관피크치를 입력받아 임계치와 비교한 후, 임계치 이상이 되는 경우에는 정보데이터를 "1"로 판정하고, 그 이하인 경우는 "0"으로 판정하는 기능을 수행하여 오디오 신호를 복원하게 된다.

상기와 같이 복원된 오디오 신호는 믹서(340)를 통해 상기 복원된 모든 음향기기의 오디오 신호를 실시간 믹싱 처리를 수행한다. 상기 믹싱된 오디오 신호는 엠프부(350)를 통해 증폭되어 스피커(360)를 통해 오디오 출력된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향시스템은 음향기기와 오디오 출력기기 사이의 케이블 배선을 완전히 제거하여 복잡한 배선 구조로 인해 발생할 수 있는 안전상의 문제, 공간 효율의 문제, 설치시간 증가의 문제, 유지 및 관리의 문제를 해결할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

또한, UWB 기반의 광대역을 이용함으로써 고음질의 생생한 오디오를 출력할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 다수의 음향기기와;

   상기 음향기기와 연결되어 음향기기의 음원 데이터를 인코딩하여 한점 직교 및 ZCD 특성의 확산 코드 중 적어도 하나를 생성하고, 이를 통해 UWB의 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하며, 상기 변조된 신호를 송출하는 다수의 무선 모뎀과;

   상기 음향기기 무선 모뎀으로부터 수신된 신호에 대하여 상기 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하고, 상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 디코딩하여 복원된 다수의 음향기기 음원 데이터를 믹싱하여 출력하는 오디오 출력기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 무선 모뎀은

   음향기기로부터 발생한 음원 데이터를 음향기기 별로 코드화하여 인코딩하는 인코더와;

   상기 인코딩된 신호에 상기 특정 주파수 대역의 반송 주파수에 실어서 확산 변조하는 변조부와;

   상기 변조된 신호를 송출하는 송신안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,

   상기 변조부는

   UWB의 상기 특정한 주파수 대역을 가지는 반송파 캐리어를 곱하여 OOK(On-Of Keying)변조 또는 PSK(Phase Shift Keying) 변조를 수행하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 반송파 캐리어는

   시간에 따라 랜덤하게 변하는 카오틱 소스인 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 오디오 출력기기는

   상기 무선 모뎀으로부터 송신되는 변조 신호를 수신하는 수신안테나와;

   상기 수신안테나에 의해 수신된 신호에 대하여 상기 특정 주파수 대역만 통과시켜 출력하는 밴드패스 필터와;

   상기 출력된 신호 중 반송파 성분을 제거하고 인코딩된 신호를 음향기기 별로 디코딩하는 디코더 및;

   상기 디코딩된 다수의 음향기기 음원데이터를 실시간 믹싱 처리하는 믹서와;

   상기 믹싱된 음원데이터를 증폭하는 앰프부와;

   상기 증폭된 음원데이터를 출력하는 스피커부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 디코더는

   상기 수신된 신호 중 반송파 성분을 제거하는 포락선 검파기와;

   디코딩된 신호에 대하여 상관처리를 수행하여 자기상관 피크값을 도출하는 정합필터 및;

   상기 자기상관 피크값과 임계치를 비교하여 송신된 오디오 데이터를 복원 생 성하는 판정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 디코더는

   무선 모뎀에서 PSK(Phase Shift Keying) 방식에 의해 확산 변조된 경우 반송 주파수를 제거하기 위해 동일 반송 주파수가 저장된 캐리어 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 캐리어 버퍼는

   "1"에 해당하는 반송 주파수와 "-1"에 해당하는 반송 주파수를 저장하고, 밴드패스 필터를 통과하여 출력된 신호에 상기 반송 주파수를 곱하여 반송 주파수 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 캐리어 버퍼에 저장되는 반송 주파수는

    카오틱 소스인 것을 특징으로 하는 UWB 기반의 스튜디오 무선 음향 시스템.

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