인체 통신 시스템에서 저주파수 대역에서의 데이터 전송 장치, 방법 및 그 인체 통신 시스템 document_id A220623112060

일반적으로 전계 통신은 송신단에서 전계를 유도하고 유전체 물질에 전계를 형성한 후 수신단에서 전계를 감지함으로써 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식을 의미한다. 이러한 전계 통신 방식 중에서도 인체를 유전체 물질로 고려하여 통신하는 방식을 인체통신이라 한다. 일반적으로 인체 통신은 사용자 간섭 등에 의해 수 MHz의 대역에서 높은 노이즈를 가지고 있으며, 수십 MHz 대역에 걸쳐 노이즈가 퍼져있는 특징을 가지고 있다. 도 1에서는 이러한 인체 통신 채널의 주파수 특성을 보여주고 있다. 이러한 통신 방식에서는 통신하는 채널의 특성을 파악하여 이에 맞는 변조방식을 적용함으로써 전송효율을 극대화한다. 이에 따라 인체 통신에서는 전송 데이터의 대역이 인체 노이즈가 밀집해 있는 수 MHz의 대역을 피할 수 있도록 반송파에 실어서 보내주어야 한다. 그러나, 인체 통신에서는 이러한 반송파가 너무 높게 될 경우 인체에서 방사하는 성분이 증가된다. 따라서 인체를 통해 전송되는 신호의 주파수 대역은 방사하는 성분의 증가 및 노이즈 특성을 고려하여 일반적으로 수십 MHz 내의 대역을 갖도록 한다. 또한, 인체통신에서는 전송대역의 효율을 극대화하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 인체 노이즈는 일반적으로 온도잡음 노이즈 보다 높은 에너지 레벨을 가지기 때문이다. 그러므로 도 1에 도시된 바와 같이 중심주파수(f0)는 수십 MHz 이내에 존재해야 하며, 대역효율을 극대화해서 전송하는 것이 인체통신에서는 중요한 구현 목표이다. 한편, 인체 통신은 인체의 유전체적 특성을 이용하여 인체주변에 형성된 전계를 통하여 데이터 전송이 가능하며 사용자가 직관적으로 단말 장치를 선택한 후 데이터 전송이 되기 때문에 사용자에게 직관적 편의성을 제공할 수 있는 장점을 가진다. 데이터 전송 시 사용자의 직관적 편의성을 극대화하기 위해서는 인체가 정보 단말 장치에 비접촉 또는 근접 접촉되는 짧은 시간 동안에 필요로 하는 데이터를 모두 전송할 수 있어야 하므로 고속 전송의 성능이 요구된다. 이와 같은 비접촉 성능의 경우 사용자 인체에서 거리가 떨어질 경우 전계의 크기가 1/r2 의 크기로 감소하기 때문에 거리가 멀어질수록 수신되는 신호의 크기가 급감하게 된다. 이에 따라 인체에 의한 신호 감쇄를 보상하기 위해 예컨대, 광센서, 자계 센서 등의 센서 기술과 또는 그라운드 커플링(Ground Coupling)을 향상시키는 전극을 사용하는 방식으로 통신의 수신감도를 향상시켰다. 이러한 수신감도의 제약은 인체 접촉에 의한 통신의 경우로 한정되어 있으며, 수신부의 낮은 신호 레벨에 대한 신호 처리가 어렵다. 또한 인체 근접 및 비접촉 상황 또는 기기간 초 근접 상황에 대한 판단이 어렵기 때문에 각 상황에 맞는 통신 방식 및 채널 선택이 어렵게 된다. 또한 인체 비접촉 통신과 같은 경우에 있어서는 인체 접촉에 의해서 통신 여부가 판단되는 것이 아니며 인체가 근접한 자체 만으로 통신 시스템이 가동되기 때문에 이를 고려한 인체 통신 시스템의 설계가 요구된다.