KR101790221B1 - 심볼의 신뢰도를 이용한 데이터 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 소정 시간길이의 심볼 단위로 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서, 상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 정수이고, k는 1이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, (a) 제1 주파수 대역의 제1 음파신호의 크기와 제2 주파수 대역의 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 데이터 복조 방법이 제공된다.

Description

심볼의 신뢰도를 이용한 데이터 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치 {Method of data demodulating using reliability of symbol and sound wave receiving apparatus using the same method}

본 발명은 음파신호를 복조하는 복조 방법 및 이 방법을 적용한 음파 수신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수신하는 음파신호의 심볼의 신뢰도를 산출하고 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 대한민국 특허출원 제2013-0043862호(2013년 4월 19일 출원)에 개시한 바와 같이 텔레비전(TV) 방송에 특정 정보를 내포한 비가청 음파를 삽입하여 시청자에게 방송하면 시청자가 소지한 음파 수신장치(예컨대 스마트폰)이 비가청 음파를 수신하고 이에 기초하여 시청자에게 맞춤형 광고 등의 콘텐츠를 제공하는 기술 등이 연구되고 있다.

그런데 음파 수신장치가 음파신호를 잘 수신하기 위해서는 주위에 노이즈가 없는 것이 바람직하지만, 실생활에서는 여러 종류의 다양한 음파 노이즈가 발생하기 때문에 음파통신에서 음파신호를 수신하여 동기화거나 디지털 데이터를 정확히 추출하는 것이 쉽지 않다.

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 소정 시간길이의 심볼 단위로 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서, 상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 정수이고, k는 1이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, (a) 제1 주파수 대역의 제1 음파신호의 크기와 제2 주파수 대역의 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 데이터 복조 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 소정 시간길이의 심볼 단위로 데이터를 복조하는 음파 수신장치로서, 상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 정수이고, k는 1이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하기 위해, k번째 수신 심볼에 대해, 제1 주파수 대역의 제1 음파신호의 크기와 제2 주파수 대역의 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 수신장치가 제공된다.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 수신장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 일 실시예에 따른 음파신호 패킷을 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 음파 수신장치의 예시적인 블록도,
도4는 인-밴드 음파신호의 신뢰도를 설명하기 위한 예시적인 스펙트로그램,
도5는 일 실시예에 따른 데이터 복조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도6은 일 실시예에 따라 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 예시적인 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도7은 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.

도1은 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 (시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법 및 이를 이용한 장치)에 개시된 기술 혹은 한국 특허출원 제2014-0169557호 (비가청 음파가 포함된 방송영상 파일 또는 스트리밍 패킷의 생성 방법 및 이 방법을 이용하는 텔레비전 방송 시스템)에 개시된 기술을 이용할 수 있다.

도2는 일 실시예에 따른 음파신호를 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에서, 데이터를 포함한 한 단위의 음파신호를 "패킷" 또는 "음파신호 패킷"이라 칭하기로 한다. 도면을 참조하면, 음파 발생장치(100)는 동일한 음파신호 패킷을 반복적으로 생성하여 발신할 수 있다. 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, 도2에 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, 도2의 예에서는 "10101100"의 8비트 데이터 비트열로 구성된다. 이 때 각각의 디지털 비트는 시변화 변조되어, 시간에 따라 주파수가 증가하는 특성을 가진 주파수 업 시변 신호 및 시간에 따라 주파수가 감소하는 특성을 가진 주파수 다운 시변 신호로 구성될 수 있다. 예컨대, 주파수 업 시변 신호는 도시한 실시예에서 디지털 비트 "1"을 의미하고 주파수 다운 시변 신호는 디지털 비트 "0"을 의미한다.

심볼(비트를 나타내는 아날로그 신호파형)은 1비트 또는 그 이상의 비트의 정보를 포함할 수 있다. 도2에 도시한 실시예에서는 하나의 심볼이 1비트 데이터를 포함한다. 즉 디지털 값 "0" 및 "1"에 대해 각각 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.

그러므로 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.

다시 도1을 참조하면, 음파 수신장치(200)는 음파 발생장치(100)에서 연속적으로 발신되는 복수개의 음파신호 패킷을 수신하고 이로부터 데이터를 복조할 수 있다.

음파 수신장치(200)는 예를 들면 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 임의의 장치일 수 있다.

음파신호로부터 특정 정보를 추출하는 기술은 공지되어 있으며, 예를 들어 한국 특허출원 제2013-0107604호 (시변 주파수 기반의 심볼을 이용한 음파 송수신 방법 및 이를 이용한 장치) 또는 한국 특허출원 제2015-0118809호 (훈련열 동기화 위치 추정방법 및 이를 이용한 수신기) 등에 개시된 기술을 이용할 수 있다.

도3은 일 실시예에 따른 음파 수신장치의 예시적인 블록도이다.

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 도2를 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. 도2에 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 도4는 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 도4의 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.

도4의 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 도3을 참조하면, 신뢰도 산출부(340)에서 상술한 바와 같이 각각의 수신하는 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 도5와 도6을 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 도2를 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, 도2에서는 본 발명의 설명의 편의를 위해 이러한 리소스들의 도시를 생략하였음을 이해할 것이다.

도5는 일 실시예에 따른 데이터 복조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도5의 각 단계들은 예컨대 도3의 데이터 복조부(330), 신뢰도 산출부(340), 및 데이터 조합부(350) 중 어느 하나에서 실행될 수 있다.

설명의 편의를 위해, 도2에 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 도2의 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 2이상의 정수이고, k는 1이상 K 이하의 정수) 심볼을 복조하는 경우, k번째 수신 심볼에 대해 단계(S110) 내지 단계(S150)의 동작이 수행될 수 있다.

구체적으로, 단계(S110)에서, 수신한 k번째 심볼에 대해 이 심볼의 신뢰도를 산출한다. 이 동작은 예컨대 신뢰도 산출부(340)에서 수행될 수 있다. 심볼의 신뢰도를 산출하는 방법으로서, 도3을 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, 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(S110)와 단계(S120)를 결합하여, 수신 심볼의 인-밴드 신호의 신호크기와 아웃-오브-밴드의 신호크기의 비율에서 직접 가중치를 산출하도록 구성할 수도 있을 것이다.

그 후 단계(S130)에서, 산출된 가중치에 기초하여 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정한다. 이 단계(S130)는 예컨대 데이터 복조부(330)에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서 단계(S130)에서 데이터 비트를 결정할 때, 그 직전의 단계(S120)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(S140)에서, 단계(S130)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(S130)에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트가 기복조된 데이터의 k번째 심볼의 데이터 비트와 다른 경우, 상기 기복조된 k번째 심볼의 데이터 비트를 단계(S130)에서 결정된 k번째 심볼의 데이터 비트로 변경할 수 있다.

그 후 단계(S150)에서, 업데이트된 N 비트 데이터의 오류 여부를 판단할 수 있다. 이 동작은 예컨대 데이터 조합부(350)에서 수행될 수 있다. 단계(S150)에서 예를 들어 CRC 체크를 수행할 수 있고, 판단 결과 오류가 없으면(S150_No) 업데이트된 N 비트 데이터를 출력하고, 판단 결과 오류가 있으면(S150_Yes), 음파신호 패킷의 그 다음번 수신 심볼, 즉 (k+1)번째 수신 심볼에 대해, 상술한 단계(S110 내지 S150)를 수행할 수 있다(단계 S170 참조).

도6은 도5의 단계(S130)를 구체적인 일 실시예로서, 가중치에 기초하여 데이터 비트를 결정하는 예시적인 방법을 나타낸다.

우선 단계(S210)에서, 수신한 k번째 심볼이 이 심볼이 나타낼 수 있는 디지털 값의 각각에 얼마나 유사한지를 나타내는 유사도를 각각 측정한다. 이 단계(S210)는 예컨대 데이터 복조부(330)의 포락선 검출부에 의해 수행될 수 있다.

다음으로 단계(S230)에서, 각각의 유사도에 가중치를 적용한다. 여기서 가중치는 예컨대 도5의 단계(S120)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(S250)에서, k번째 심볼에 대해 단계(S230)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(S210 내지 S250)의 방법을 적용하는 구체적인 예를 도7을 참조하여 설명한다. 도7은 가중치-반영 유사도에 기초하여 심볼의 데이터 비트를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

설명의 편의를 위해, 도2에 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, 도7에 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 도6의 단계(S210)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. 도7의 예를 참조하면, 이 단계(S210)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 도6의 단계(S230)에서, 심볼의 신뢰도에 기초한 가중치를 유사도에 반영하여 현재 가중치-반영 유사도롤 산출한다. 도7의 예를 참조하면, 이 단계(S230)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 도6의 단계(S250)에서, 현재 가중치-반영 유사도와 과거 가중치-반영 유사도에 기초하여 세번째(k=3) 심볼의 디지털 비트를 결정한다. 도7의 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(S250)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 도7에서 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.

100: 음파 발생장치
200: 음파 수신장치
10: 마이크
20: A/D 컨버터
30: 데이터 추출부
310: 주파수 변환부
320: 훈련열 검출부
330: 데이터 복조부
340: 신뢰도 산출부
350: 데이터 조합부

Claims (16)

1. 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 소정 시간길이의 심볼 단위로 데이터를 복조하는 데이터 복조 방법으로서,
   상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 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(S110);
   (b) 산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하는 단계(S120~S130); 및
   (c) 상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 복조 방법.
2. 제 1 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 데이터 복조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   데이터가 상기 제1 음파신호의 비가청 주파수 대역에 삽입되어 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 복조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 심볼의 신뢰도가, 상기 제1 음파신호의 크기와 제2 음파신호의 크기의 비율의 로그값에 비례하는 것을 특징으로 하는 데이터 복조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 비트를 결정하는 (b) 단계가,
   (b-1) 상기 신뢰도에 기초하여 심볼에 대한 가중치를 산출하는 단계(S120); 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(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 복조 방법.
6. 제 5 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(S210);
   (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(S230); 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(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 복조 방법.
7. 제 1 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 데이터 복조 방법.
8. 제 1 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 데이터 복조 방법.
9. 데이터가 삽입된 제1 주파수 대역의 제1 음파신호와 상기 데이터가 삽입되지 않은 제2 주파수 대역의 제2 음파신호를 포함하는 음파신호 패킷을 수신하여 소정 시간길이의 심볼 단위로 데이터를 복조하는 음파 수신장치로서,
   상기 음파신호 패킷을 구성하는 K개의 심볼의 k번째(단 K는 2이상의 정수이고, k는 1이상 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(340);
   산출된 상기 신뢰도에 기초하여, 상기 수신 심볼에 대응하는 데이터 비트를 결정하도록 구성된 데이터 복조부(330); 및
   상기 데이터 비트의 결정에 기초하여, 기복조된 데이터를 업데이트하는 데이터 조합부(350);를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
10. 제 9 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.
11. 제 10 항에 있어서,
    데이터가 상기 제1 음파신호의 비가청 주파수 대역에 삽입되어 전송되는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 심볼의 신뢰도가, 상기 제1 음파신호의 크기와 제2 음파신호의 크기의 비율의 로그값에 비례하는 것을 특징으로 하는 음파 수신장치.
13. 제 9 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.
14. 제 13 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.
15. 제 9 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.
16. 제 9 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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