비가청대역 기반 음파통신을 위한 송수신기의 성능 개선 및 구현

Abstract

오늘날 스마트 기기들은 사용자들의 기기 사용 편의성을 위해 스피커나 마이크와 같은 음성 사용자 인터페이스를 지원한다. 최근에는 이런 동향에 맞추어 음파 통신과 그 활용방안에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 비가청대역 기반의 대기 중 음파 통신을 위해 송수신기의 성능 개선 방안을 제안하고 이를 구현하여 그 성능을 평가하였다. 음파 통신을 위해 처프라는 주파수가 시간에 따라 변하는 신호를 이용하여 정보를 전달한다. 처프 신호는 여타 통신기법에 비해 통신채널과 음성 사용자 인터페이스의 주파수 응답 특성에 강인하다는 특징이 있어 스마트 기기를 이용한 통신에 적합한 신호라고 볼 수 있다. 제안하는 시스템은 선형 처프 신호를 이용한 기존의 2차 직교 변조 기법에서 직교 변조 차수를 2배 늘린 4차 직교 변조 기법을 적용하였다. 4개의 처프 신호는 신호주기의 절반 위치를 기준으로 전후의 주파수 변화량이 서로 다른 신호이며, 이를 적용한 송신기를 구현하여 수신 성능에 영향을 주지 않고 송신 신호의 파워를 낮출 수 있도록 하였다. 아울러 기존에 가장 높은 상관값을 보유한 경로의 데이터를 이용한 수신에서 다중 경로로 수신된 데이터들을 신호의 복조에 이용하는 Rake 수신기를 적용한 새로운 시스템을 구현하였다. 시뮬레이션을 통해 기존의 시스템과 제안하는 시스템과의 성능 비교를 진행하여 신호의 송신파워를 낮추어도 수신 성능에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 실제 환경에서의 녹음 실험을 통해 기존의 시스템에서 높은 송신파워와 혼변조 왜곡으로 인해 발생한 가청잡음 현상이 제안하는 시스템에서는 최소화하는 결과를 보였으며, 녹음된 신호의 복조 역시 정상적으로 이루어지는 것을 확인하였다.