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중소기업 기술혁신개발사업
최종보고서
(블루투스 양방향 스테레오 헤드셋 개발)
2003년 5월 27일
주 관 기 업 (주)사운드테크엔터프라이즈
개발참여기업 재밍일렉트로닉(주)
한국산업기술평가원
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제 출 문
중소기업청장 귀하
본 보고서를 “[블루투스 양방향 스테레오 헤드셋 개발]에 관한 중소기업 기술혁신
개발사업” (개발기간 : 2002. 4.~ 2003. 3)과제의 최종보고서로 제출합니다.
2003년 5월 27일
주관기업 : (주)사운드테크엔터프라이즈
과제책임자 : 류 충 열
개발참여기업 : 재밍일렉트로닉(주)
위탁연구기관 :
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요 약 서 (초 록)
과 제 명 블루투스 양방향 스테레오 헤드셋 개발
주관기업 (주)사운드테크엔터프라이즈 과제책임자 류 충 열
개발기간 2002. 4. ~ 2003. 3. (12월)
총개발사업비
(천원)
정부출연금 66,000
총개발
사업비90,339기업부담금 현금 14,881
현물 9,458
위탁연구기관
개발참여기업재밍일렉트로닉(주)
주요기술용어
(6~10개)
블루투스, 무선 데이터 통신, 오디오 Codec,
양방향 통신, 마스터/슬레이브 통신
1. 기술개발목표
- 블루투스 기술을 이용한 HI-FI 스테레오 양방향 헤드셋 개발
- 광대역 오디오 신호변환을 위한 Hi-Fi Audio Codec 기술개발
- Audio Frequency Band (10㎐ ~20 ㎑) 처리 기술
- 양방향 Stereo 듀얼 채널 구조
- 양방향 무선 오디오 연속 전송 기술
2. 기술개발의 목적 및 중요성
- 현재 시장의 추세는 유선의 복잡성을 제거하면서 음악이나 영화 등 양질의 오
디오 신호전송을 기존의 MP3 이상의 스테레오 음질을 제공할 필요가 있다. 이
기술은 근거리 무선 통신기술과 관련된 각종 시A템, 단말기나 장비의 개발이 필
수적으로 요구되기 때문에 반드시 현재의 기술 제한을 해결하도록 개발되어야한
다. 현 시장의 추세로 보아 2000년대 들어 급속히 상품화되고 있는 무선 인터넷
이나 동영상 모바일 솔루션 기술 등은 PC나 IMT-2000에 접목되어 수요를 증가
시킬 것이므로 기기들 간의 양질의 무선 인터페이스 기술은 필수적인 과제이다.
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3. 기술개발의 내용 및 범위
○ 기술개발의 내용
- 스테레오 오디오 Codec Module 개발 (Dual Channel)
- 스테레오 오디오 대역 처리 기술 (20-20,000㎐)
- Hi-Fi 오디오 음질을 위한 Oversampling Rate의 임의 S/W조정기술 (32-128
㎑)
- 블루투스 CHIP의 고속의 오디오 데이터 무선 전송기술 ( 1-2Mbps/Ch)
- 고속 오디오 데이터 전송 UART 및 USB 인터페이스 기술(1-10Mbps)
○ 기술개발범위
- 음성/데이타 모두 HI-FI 스테레오 양방향 기능을 제공하는 블루투스 기술 기
반의 통신기기에 요구되는 광대역 오디오 신호변환 Codec 및 무선 전송기술
4. 기술개발 결과
- 블루투스 이용 광대역 오디오 신호변환을 위한 Hi-Fi Audio Codec 기술
- Audio Frequency Band (20Hz ~20 ㎑) 처리기술
- 양방향 Stereo 듀얼 채널 구조 제작
- 양방향 무선 오디오 연속 전송 기술
- 설계제작 도면
· 마스터/슬레이브 양방향 무선데이터 통신기 제작품
· 송수신 모듈 구성도, 마스터 회로, 슬레이브 회로, PCB 도면
-특허출원 : 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 스테레오 통신 시스템
(출원번호 제 10-2003-0016395)
5. 기대효과
- 기술적 측면에서 저가의 상용 블루투스 칩을 이용하여 초소형의 양질의 고급
스테레오 오디오 구현이 가능함으로 음향기기간의 인터페이스 간소화
- 경제ㆍ산업적 측면에서 무선 인터넷 시장과 연동하여 단말기간의 인터페이스
를 간소화, 양질화함으로 개발제품의 국내시장 해외수출에 기여 효과 증대
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목 차
제 1장 연구 개요
제 1절 연구 목표
제 2절 기술 특징
제 3절 추진 방법
제 4절 추진 일정
제 2장 설계 제작
제 1절 개발 개요
제 2절 설계 구성도
제 3절 제작 동작설명
1. 블루투스 수신 모듈
2. 블루투스 송신 모듈
3. 마스터와 슬레이브 동작
4. 제작품 예시
제 3장 결론
부록 : 구성도 및 설계도면
1. 마스터/슬레이브 인터페이스
2. 송수신 모듈 구성도
3. 마스터 회로
4. 슬레이브 회로
5. PCB 도면 (1차)
6. PCB 도면 (2차)
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제 1장 연구 개요
본 중소기업 기술혁신개발사업을 통하여 개발한 블루투스 양방향 스테레오 헤드셋
개발 기술은 근거리에서 Data 및 Audio 전송이 가능한 RF 무선전송기술로서 유선
을 이용한 다른 기기들 간의 인터페이스의 복잡성을 제거함과 동시에 스테레오 수
준의 양질의 오디오 정보를 양방향으로 가능하게 하는 것이다.
블루투스를 이용한 Audio 기술은 현재 전화기 음질수준의 Data를 전송할 수 있는
단계까지 발전되었으나, 아직 Hi-Fi 스테레오 수준의 오디오 신호를 전송하는데 제
약이 있기 때문에 무선을 이용한 편리함은 있지만 음질의 한계에 처해 있다.
따라서, 본 연구에서는 기존의 저가의 블루투스 모듈을 이용하여 기존의 문제점을
해결하고. 광대역 고속 오디오 및 데이터 무선 전송이 가능한 High Quality 기술을
개발한다. 현재 시장의 추세는 유선의 복잡성을 제거하면서 음악이나, 영화 등 양질
의 오디오 신호 전송을 기존의 MP3 이상의 스테레오 음질을 제공할 필요가 있다.
이 기술은 근거리 무선 통신기술과 관련된 각종 시스템, 단말기나 장비의 개발이
필수적으로 요구되기 때문에 반드시 현재의 기술 제한을 해결하도록 개발되어야한
다.
현 시장의 추세로 보아 2000년대 들어 급속히 상품화되고 있는 무선 인터넷이나
동영상 모바일 솔루션 기술 등은 PC나 IMT-2000에 접목되어 수요를 폭발적으로
증가 시킬 것이므로 기기들 간의 양질의 무선 인터페이스는 필수적인 기술로 판단
된다.
본 개발은 블루투스 통신 시스템 기술에 관한 것으로 특히 블루투스 통신 프로토콜
에 따라 무선 신호를 통신하도록 접속되는 오디오 신호변환 코덱(CODEC)을 사용
하여 하이파이 스테레오의 음성 및 데이터가 양방향으로 통신하는 블루투스를 이용
한 아날로그 오디오 스테레오 통신 시스템에 관한 것이며, 동적으로 변할 수 있는
통신 시스템이 동작하는 동안 슬레이브 섹션, 마스터 섹션 또는 슬레이브/마스터
섹션상에 있는 무선 주파수 신호를 포함한 무선 오디오 데이터의 순간 단속 현상과
무선 LAN에 의한 간섭의 영향을 제거하여 음질 및 주파수 응답의 특성을 향상시키
는 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 스테레오 통신시스템을 제공한다.
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제 1절 연구 목표
본 과제의 목표는 블루투스 기술을 이용해서 HI-FI 스테레오 양방향 데이터 통신기
기를 개발하는데 있다. 기존의 무선 헤드셋, 특히 블루투스를 이용한 제품은 스테레
오 구현이 불가능하다. 본 기술은 오디오 PCM 인터페이스 대신 블루투스 CHIP의
고속의 오디오 데이터 전송 UART 및 USB 인터페이스를 이용하여 HI-FI 스테레오
오디오를 구현한다. 즉, 블루투스 모듈의 고속 Data 채널을 이용하여 Hi-Fi 광대역
Audio 스펙트럼 신호를 디지털 데이터로 변환, 시분할 방식 고속 데이터를 무선 주
파수로 변/복조하여 양방향으로 무선 송ㆍ수신이 가능한 무선 통신기기장치를 개발
한다.
- 광대역 오디오 신호변환을 위한 Hi-Fi Audio Codec 기술개발
- Audio Frequency Band (20㎐ -20 ㎑) 처리 기술
- 양방향 Stereo 듀얼 채널 구조
- 양방향 무선 오디오 연속 전송 기술
- 간섭 제거를 위한 광대역 무선 변/복조용 채널 가변 기술
제 2절 기술 특징
음성/데이타 모두 HI-FI 스테레오 양방향 기능을 제공하는 블루투스 기술 기반의
통신기기에 요구되는 광대역 오디오 신호변환 Codec 및 무선전송기술이다. 대표적
인 기술 특징은 다음과 같고 개발 기술 개념도는 [그림 1]과 같다.
- 스테레오 오디오 Codec Module 개발 (Dual Channel)
- 스테레오 오디오 대역 처리 기술 (20~20,000 Hz)
- Hi-Fi 오디오 음질을 위한 Oversampling Rate의 임의 S/W 조정기술
(32-128KHz)
- 블루투스 CHIP의 고속의 오디오 데이터 무선 전송 기술 (1 - 2Mbps/Ch)
- 고속 오디오 데이터 전송 UART 및 USB 인터페이스 기술 (1-10Mbps)
- 고속 클럭 펄스 변경 용이
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[그림 1] 개발 기술 개념도
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제 3절 추진 방법
- 본 과제는 개발참여기업의 협력체계를 기반으로 주관기업인 (주)사운드테크엔터
프라이즈와 참여기업으로 재밍일렉트로닉(주)와 상호역할 분담을 통하여 효율적으
로 기술개발을 추진하였다.
- 개발 방법은 역할 분담에 의해 근거리 무선통신 기술 자료조사 및 블루투스 설계
와 광대역 오디오 코덱 설계, Working M/U 제작은 주관기업이, 블루투스 S/W와
코딩, 실험은 참여기업이 주관기업과 협력하여 수행하였다.
- 제작된 시제품은 참여기업과 스펙트럼 분석장치 등을 이용하여 정밀성능시험을
수행하고, 주관기업은 상품화를 위한 인증절차를 거쳐 최종 시제품을 완료하였다.
기존의 MONO 오디오 기술 HI-FI STEREO 오디오 신기술
스테레오 구현 무 유
AUDIO 대역 20Hz - 8KHz 20Hz - 20KHz
AUDIO 변환율
분주비 분해정도 분주비 분해정도
1/1 8KHz( 13bit mono) 1/1128KHz(16bit
stereo)
1/2 4KHz( 13bit mono) 1/2 64KHz(16bit stereo)
1/4 2KHz( 13bit mono) 1/4 32KHz(16bit stereo)
A/D 샘플 CLOCK
MASTER 256KHz(변경불가) MASTER 16MHz(변경가능)
SLAVE256KHz-512KHz
(변경불가)SLAVE 16MHz(변경가능)
OPERATION
FREQUENCY RANGE2402MHz ~ 2480MHz 2402MHz ~ 2480MHz
OCCUPIED CHANNEL
FREQUENCY1MHz 1MHz
사용
I/O INTERFACEAUDIO PCM INTERFACE UART OR USB INTERFACE
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제 4절 추진 일정
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제 2장 설계 제작
제 1절 개발 개요
본 개발은 블루투스 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 블루투스 통신 프로토콜에
따라 무선 신호를 통신하도록 접속되는 오디오 신호변환 코덱(CODEC)을 사용하여
하이파이 스테레오의 음성 및 데이터가 양방향으로 통신하는 블루투스를 이용한 아
날로그 오디오 스테레오 통신 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 블루투스 통신 시스템은 블루투스 통신 프로토콜에 의해서 음성과 데
이터 통신 모두를 다루도록 구성되며, 좁은 범위의 케이블 대체 무선 통신 기술
(short range, cable replacement radio technology)을 제공한다. 그 블루투스 통
신 시스템은 이동 컴퓨터 장치를 통신 장치에 링크시키기 위해 사용된다.
본 개발은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 동적으로
변할 수 있는 통신 시스템이 동작하는 동안 슬레이브 섹션, 마스터 섹션 또는 슬레
이브/마스터 섹션상에 있는 무선 주파수 신호를 포함한 무선 오디오 데이터의 순간
단속 현상과 무선 LAN 에 의한 간섭의 영항을 제거하여, 음질 및 주파수 응답의
특성을 향상시키는 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 스테레오 통신시스템을 제
공하는 데 그 목적이 있다.
제 2절 설계 구성도
설계 구성도는 부록에 첨부한 바와 같이 다음과 같이 구성된다.
1. 도1 : 통신 시스템(100 )의 통신 네트워크 토폴로지 도면
2. 도2 : 아날로그 오디오 데이터 전송용 스테레오 통신 시스템
3. 도3 : 블루투스를 이용한 데이터 전송용 스테레오 통신 블록도
도면 주요 부호 설명
1 : 마스터 섹션 2 : 슬레이브 섹션
20,
21: USB 포트 22 : 마스터 CPU
24 : CODEC 26 : 베이스 밴드부
28 : 오디오 제어포트 30 : RAM
31 : 플래시 메모리
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도 1은 예시적 통신 시스템(100)의 통신 네트워크 토폴로지를 도시하고 있다. 도시
된 통신 네트워크(100)는 기술된 실시예 내의 블루투스 통신 네트워크를 포함한다.
블루투스 통신 프로토콜은 포인트 대 포인트(point-to-point)와 포인트 대 멀티포인
트(point-to-multi-point) 통신 모두가 지원된다. 다른 통신 프로토콜 또는 다른 구
성도 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이 통신 시스템(100)은 복수개의 피코넷( 12a 내지 12e)을
포함하고 있다. 피코넷(12a 내지 12e)은 서로 링크될 수 있다. 통신 시스템(100 )
에서 통신 섹션은 각각이 마스터 섹션(142), 슬레이브 섹션(144) 또는 둘 모두로
지칭될 수 있고, 피코넷(12a 내지 12e) 내의 무선 통신을 실행한다.
마스터 섹션(142)은 각각의 피코넷(12a 내지 12e)에 제공된다. 또한, 통신 시스템
(100)에서 마스터 섹션(142),또는 슬레이브 섹션(144)은 단일 통신 장치로서 무선
으로 연결된 상태를 나타내는 몇몇 피코넷(12a 내지 12e) 내의 슬레이브 섹션일
수 있다. 그리고, 단일 피코넷(12a 내지 12e)의 마스터 섹션(142), 또는 슬레이브
섹션 (144)은 다른 피코넷의 슬레이브 섹션이 될 수 있다.
또한, 통신 링크(16)는 마스터 섹션(142), 또는 슬레이브 섹션( 144)를 매개하여 동
적으로 설치되어, 접속된 마스터 섹션(142),또는 슬레이브 섹션(144)사이에서 무선
신호의 데이터 전송을 제공한다.
그러나, 이 슬레이브 섹션, 마스터 섹션 또는 슬레이브/마스터 섹션은 통신 시스템
(100)의 동작하는 동안에 고속의 오디오 데이터 전송시 다른 기기들간의 인터페이
스에서 노이즈 삽입으로 데이터 품질이 동적으로 불안정하게 변화할 수 있다.
이와 같이 통신 시스템이 동적으로 불안정하게 변할 경우, 무선 주파수 신호를 포
함한 무선 신호는 오디오 데이터의 순간 단속 현상과 무선 LAN 에 의한 간섭의 영
향을 받게 되어. 음질 및 주파수 응답의 한계를 갖고 있다.
제 3절 제작 구성과 동작 설명
1. 블루투스 수신 모듈
블루투스를 이용한 무선 데이터 통신기기의 설계제작의 구성과 동작운용은 다음과
같다.
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아날로그 스테레오 신호데이터를 수신하는 블루투스 RF모률(10), 상기 블루투스
RF모듈(10)의 신호를 전달하는 블루투스 베이스 밴드부(20), 상기 블루투스 베이스
밴드부(20)에 연결된 USB 또는 UART포트를 갖는 스위치(22), 플래시 메모리(24),
소정의 주파수 대역의 채널을 형성하여 아날로그 데이터 신호를 인코딩하는 스테레
오 CODEC(26) 및 PCM CODEC(28), 상기 스테레오CODEC(26)에 연결된 라인이
입력되는 스테레오 입력잭(32), PCM CODEC(28)에 연결된 라인이 입력되는 마이
크(34)와 스피커(36)와 상기 마스터 섹션에서 송신된 디지털 신호를 수신하는 블루
투스 RF 모듈 (10'), 상기 블루투스 RF 모듈(10')의 신호를 전송하는 베이스 밴드
부(20'), 상기 베이스 밴드부(20')에서 처리된 데이터 신호를 전송하는 스위치(22'),
플래시 메모리(24'), 스테레오 CODEC(26') 및 PCM CODEC(28'), 상기
CODEC(26',28')에서 인코딩된 신호를 다시 디코딩하여 아날로그 신호로 변환된 스
테레오 신호를 출력하는 스피커 (36r,36l). 및 저주파 증폭기(38)로 구성한 것을 특
징으로 한다.
또한, 본 개발의 또 다른 실시 예에 따른 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데이
터 전송용 스테레오 통신 시스템은, 무선 데이터 송신을 할 수 있는 적어도 하나의
마스터 섹션(1)과 그러한 데이터 송신을 수신할 수 있는 적어도 하나의 슬레이브
섹션(2)을 포함한 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데이터 전송용 스테레오 통
신 시스템에 있어서, 상기 마스터 섹션(1)이 송신하는 아날로그 스테레오 신호데이
터를 수신하는 블루투스 RF모듈(10)과 마스터 CPU(22), CODEC(24), 베이스 밴드
부(26). 오디오 제어포트(28), 및 RAM(30)를 포함하며, 상기 마스터 CPU(22)의 제
어하에 인가된 아날로그 데이터 신호를 CODEC(24)에 의해서 인코딩하고. 인코딩
된 데이터 신호를 베이스 밴드부(26)에서 소정의 주파수 대역의 채널을 형성하고,
이 채널에 따라 인코딩 데이터 신호를 오디오 제어포트(28)로 전송하고, RAM(30)
의 베이스 밴드 처리명령에 의해 처리하는 USB 또는 UART포트를 갖는 스위치(20)
과 상기 마스터 섹션(1)으로부터 근거리의 아날로그 스테레오 신호를 수신하는 상
기 슬레이브 섹션(2)내의 블루투스 RF 모듈(50)과 상기 블루투스 RF 모듈(50)로부
터 신호를 오디오 제어 포트(68)로 입력하고, 베이스 밴드부(66)로 신호를 전송하
며, 상기 베이스 밴드부(66)에서 처리된 신호를 CODEC(64)로 전송하고, 다시 디코
딩하여 아날로그 신호로 변환된 스테레오 신호로 출력하는 USB 또는 UART포트를
갖는 스위치(60)로 구성한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 개발에 따른 베이스 밴드
부(26)는 2.4GHz ~ 2.48Hz 의 주파수 대역에서 1 ㎓ 다수의 채널을, 예컨대 대역
폭 1MHz 에 설정한다. 또한, 본 개발에 따른 RAM(30)는 상기 베이스 밴드부(26)
의 베이스 밴드의 채널 데이터를 저장한다. 또한, 본 개발에 따른 마스터 섹션에
USB 포트를 추가하고 플래시 메모리를 확장하여 탑재하여 MP3 플레이로 MP3 파
일을 다운로드한다.
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또한, 본 개발에 따른 USB포트를 추가하여 2명이 동시에 MP3 음악을 들을 수 있
다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개발에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한
다. 1도 2는 본 개발에 따른 제 1 실시예의 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데
이터 전송용 스테레오 통신시스템의 블록도이다.
도 2는 무선 데이터 송신을 할 수 있는 적어도 하나의 (MASTER SECTION) (1)과
그러한 데이터 송신을 수신할 수 있는 적어도 하나의 슬레이브 섹션(SLAVE
SECTION)(2) 을 포함한다.
마스터 섹션(1)은 블루투스 RF모듈(10)과 블루투스 베이스 밴드부(BASE BAND
CHIP)(20)에 연결된 USB 또는 UART포트를 갖는 스위치(22)와 플래시 메모리 (24)
와, 도시 안된 트랜시버 인터페이스를 통해 연결된 스테레오CODEC(26) 과, PCM
CODEC(28)와, 스테레오 CODEC(26)에 연결된 라인이 입력되는 스테레오 입 력잭
(32)과, PCM CODEC(28)에 연결된 라인이 입력되는 마이크(34)와 스피커(36)를 포
함한다. 또한, 슬레이브 섹션(SLAVE SECTION)(2)은 마스터 섹션(1)의 주요 구성과
합성부(30), 저주파 증폭기(38)를 제외하면 실질적으로 동일하므로, 그 상세한 구성
설명을 생략한다. 이상에서와 같이 구성한 본 개발에 따른 도 1의 실시 예의 동작
과정을 설명하면 다음과 같다. 도2에서 마스터 섹션(1)은 아날로그 스테레오 신호
데이터를 송신하고, 슬레이브 섹션(2)은 아날로그 스테레오 신호 데이터를 수신한
다. 또 이 마스터 섹션(1)은 슬레이브 섹션(2)에 대하여 1.25 Mbps 이상의 전송속
도로 데이터를 송, 수신한다.
2. 블루투스 승신 모률
다음은 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데이터 전송용 스테레오 통신 시스템에
서 오디오 (AUDIO) 청취 시 과정을 설명한다.
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사용자가 마스터 섹션(1)에서 전원 투입하면 슬레이브 섹션(2)를 문의(INQUIRY)한
다. 그 후 마스터 섹션(1)에서 슬레이브 섹션(2)의 문의가 감지되면 연결
(CONNECTION)하고 감지되지 않으면 재차로 문의를 한다. 연결 완료가 되면 블루
투스 베이스밴드(20)는 스테레오 입력 잭(32)에서 들어오는 아날로그 신호를 스테
레오 CODEC(26)에서 실시간 디지털 데이터 신호로 변환(SIGMA-DELTA)한 후 압
축하여 블루투스 베이스밴드(20)를 거쳐 블루투스 R.F 모듈(10)로 전송하면 이 R.F
모듈(10)은 압축된 디지털 데이터 신호를 2.4~2.48 GHz의 무선으로 슬레이브 섹
션(2)측에 전송한다. 한편, 슬레이브 섹션(2) 측에서는 블루투스 R.F 모듈(10‘)가 전
송한 디지털 데이터 신호를 블루투스 베이스밴드(20')로 압축하여 전송한다. 그러면
이 블루투스 베이스밴드(20‘)는 디지털 데이터 신호의 압축을 해제하고 이 해제된
디지털 데이터 신호를 스테레오 CODEC(26’)으로 보낸다. 이 스테레오
CODEC(26')는 디지털 신호를 실시간으로 아날로그 신호로 변환(SIGMA-DELTA)하
여 저주파 증폭기(38)에 전달한다. 한편, 블루투스 베이스 벤드(20')의 PCM
CODEC(28')에서 출력한 디지털 데이터 신호는 합성부(30)에서 합성되고 저주파 증
폭기(38)로 보내어진다. 저주파 증폭기(38)는 아날로그 신호를 증폭하여 스피커
(36r,36l)를 구동시켜 20 ~ 20000 Hz의 하이파이(HI-FI)음질로 스테레오 오디오
신호를 청취한다. 다시 말해, 마스터 섹션 (1) 의 스위치(22)는 일반 스위치로써 스
위치 상태를 베이스 밴드의 GPIO 포트로써 읽고 쓰고 하는 기능이며 이 신호에 의
해 베이스밴드에서 PCM CODEC(28') 및 스테레오 CODEC(26')을 제어한다. 또한
스위치(22)는 그 스위치(22)대신에 USB 또는 UART포트를 포함 할 수 있다. 마스
터 트랜시버 인터페이스의 제어 하에 제품의 기본 기능으로서 일반적인 전자제품,
예컨대 하이파이 스테레오부의 입력잭(32), 라인 입력 마이크(34), 또는 출력용 스
피커(36)에 연결하여 아날로그 신호 데이터를 인가한다. 여기서 상기 UART 포트
(22)는 시스템 체크 및 디버깅과 . HCI 데이터를 낮은 속도로 전송하기위해 사용되
고, 상기 USB 포트(22)는 예컨대 MP3 파일의 다운로드시 빠른 데이터를 전송하기
위해 사용된다. 또한, 베이스 밴드 부(20)는 스위치 (22)가 전환하는 아날로그 신호
데이터를 스테레오 CODEC(26) 및 PCM CODEC(28)에 의해서 인코딩하고, 인코딩
된 데이터 신호 데이터를 소정의 주파수 대역의 채널을 형성하고, 이 채널에 따라
인코딩 데이터 신호를 플래시 메모리(24)의 베이스 밴드(20)의 처리명령에 의해 처
리한다. 상기 베이스 밴드부(20)에서 형성하는 소정의 주파수 대역의 채널은
2.4GHz ~ 2.48Hz 의 주파수 대역에서 1 GHz 다수의 채널을 설정, 예컨대 대역폭
0.5 ~ 1.5MHz 에 설정한 후, 대역 확산 방식 (Frequency Hopping Spread
Spectrum)을 통해 기기간 인터페이스의 불안정으로 인한 간섭과 페이딩(Fading)을
방지하여 노이즈에 대해 안정된 무선통신이 되도록 한다. 상기 플래시 메모리(24)
는 상기 베이스 밴드부(20)의 베이스 밴드의 채널 데이터를 저장한다. 이 채널 데
이터는 블루투스 RF 모듈(10)을 거쳐서 슬레이브 섹션(2)으로 전송한다.
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슬레이브 섹션(2)은 마스터 섹션(1)으로부터 근거리의 아날로그 스테레오 신호의 수
신한다. 이 수신 기능은 마스터 섹션(1)에서 송신된 디지털 신호를 불루투스 RF 모
듈(10‘)에서 수신하여 슬레이브 섹션(2)의 스위치(22')내에 설치된 오디오 제어 포
트 (도시 안됨)로 입력되고, 베이스 밴드부(20')로 신호를 전송한다. 그리고 이 베이
스 밴드부(20’)에서 처리된 신호는 스테레오 CODEC(26') 및 PCM CODEC(28')로
전송되고 이 CODEC(26',28')에서 인코딩 되였던 신호를 다시 디코딩(DECODING)
하여 아날로그 신호로 변환된 스테레오 신호로 스피커(36r,36l)를 통해 출력한다.
3. 마스터와 슬레이브 동작
다음은 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데이터 전송용 스테레오 통신 시스템에
서 마스터 섹션(1)와 슬레이브 섹션(2)의 대화시의 과정을 설명한다.
먼저, 슬레이브 섹션(2) 측에서 오디오를 청취하다가 마스터 섹션(1)를 호출(CALL)
할 경우 슬레이브 섹션(2)의 USB 포트를 갖는 스위치 (22‘) 가 전환하면 블루투스
베이스 밴드부(20')는 USB 스위치(22‘)의 전환신호를 R.F 모듈(10‘)로 전송하여 마
스터 섹션(1)으로 보내어진다. 그러면, 마스터 섹션(1)에서는 USB스위치 (22)의 전
환 신호를 슬레이브 섹션(2)으로부터 받아 베이스 밴드부(20)로 보낸다. 또한 이 전
환신호를 받아 베이스 밴드부(20)는 호출신호의 디지털 데이터를 PCM CODEC(28)
으로 보낸다. PCM CODEC(28)에서는 이 호출신호의 디지털 데이터를 아날로그신
호로 변환하여 스피커(36)를 구동하여 벨 소리를 발생한다. 마스터 섹션(1)에서 이
벨 소리를 듣고 마스터 섹션(1)측의 USB스위치 (22)의 전환 신호를 신호하면 블루
투스 베이스 밴드부(20)는 스테레오 CODEC(26) 신호를 차단시키고 PCM
CODEC(28)의 MIC(34)와 스피커(36)를 구동시킨 후, 슬레이브 섹션(2)으로 펌웨어
변경신호를 보내준다
한편, 슬레이브 섹션(2)에서는 마스터 섹션(1)에서 전송된 펌웨어 변경 신호를 받아
스테레오 CODEC(26') 신호를 차단시키고 펌웨어를 변경하여 PCM CODEC(28')을
가동하여 마스터 섹션(1)과 슬레이브 섹션(2)간에 서로 양방항의 대화를 나눈다. 그
후, 대화 종료 후 USB 스위치(22‘)의 전환신호를 다시 한번 더 누르면 대화가 종료
되고 마스터 섹션(1)과 슬레이브 섹션(2) 모두 PCM CODEC(28, 28')을 차단하고
스테레오 CODEC(26,26')을 다시 가동시켜 청취하고 있던 오디오를 다시 청취하게
한다.
4. 제작품 예시
도 3은 본 개발에 따른 제 2 실시예의 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 데이터
전송용 스테레오 통신 시스템의 블록도이다.
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본 개발의 도 3을 참고하면, 마스터 섹션(1)과 슬레이브 섹션(2)를 포함한 블루투스
를 이용한 아날로그 오디오 데이터 전송용 스테레오 통신 시스템은, 상기 마스터
섹션(1)이 송신하는 아날로그 스테레오 신호데이터를 수신하는 블루투스 RF모듈
(10)과, 마스터 CPU(22)의 제어하에 인가된 아날로그 데이터 신호를 CODEC(24)에
의해서 인코딩하고, 인코딩된 데이터 신호를 베이스 밴드부(26)에서 소정의 주파수
대역의 채널을 형성하고 이 채널에 따라 인코딩 데이터 신호를 오디오 제어포트
(28)로 전송하고 RAM(30)의 베이스 밴드 처리명령에 의해 처리하는 USB 또는
UART포트를 갖는 스위치(20)와, 상기 마스터 섹션(1)으로부터 근거리의 아날로그
스테레오 신호를 수신하는 상기 슬레이브 섹션(2)내의 블루투스 RF 모듈(50)과, 상
기 블루투스 RF 모듈(50)로부터 신호를 오디오 제어 포트(68)로 입력하고 베이스
밴드부(66)로 신호를 전송하며, 상기 베이스 밴드부(66)에서 처리된 신호를
CODEC(64)로 전송하고, 다시 디코딩하여 아날로그 신호로 변환된 스테레오 신호
로 출력하는 USB 또는 UART 포트를 갖는 스위치 (60)로 구성한다. 또, PC 통신
이나 핸드프리즈에 응용되는 또 다른 기술로서 헤드셋(HEADSET)의 양방향 통신
기능도 가능하다. 마스터 섹션(1)의 헤드폰 출력신호나 마이크 입력신호는 USB스
위치(21)내의 PCM CODEC(28)으로 입, 출력되어지며, 이 PCM CODEC(28)에서
인코딩 및 디코딩이 동시에 이루어지고, 이 신호들은 다시 베이스 밴드부(26)와 연
결된 마스터 CPU(22)로 신호데이터를 전송하고, 마스터 섹션(1)의 CPU에서 처리
된 신호는 블루투스 RF 모둘 (10)을 거쳐서 슬레이브 섹션(2)과 양방향으로 통신이
이루어진다.
반면에, 헤드셋(HEADSET)의 양방향 통신 기능에 있어서 마스터 섹션(1)의 기능과
동일한 동작으로서. 슬레이브 섹션(2)에 있어서 헤드폰 출력신호나 마이크 입력신호
는 PCM CODEC(64)으로 입, 출력되어지며, 이곳에서 인코딩 및 디코딩이 동시에
이루어지고, 이 신호들은 다시 베이스 밴드부(66)와 연결된 슬레이브 CPU(62)로
신호 데이터를 전송하고, 이 슬레이브 섹션(2)의 CPU(62)에서 처리된 신호는 블루
투스 RF 모듈(50)을 거쳐서 마스터 섹션(1)과 양방향으로 통신이 이루어진다. 여기
서, 마스터와 슬레이브 섹션(1,2) 각각의 기능 및 선택적 기능은 응용 프로그램의
상태에 따라서 각각 독립된 기능으로 사용할 수 있다. 그러나 마스터와 슬레이브
각각의 기능 및 선택적 기능을 동시에 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 마스터 섹션에 USB 포트(21)를 추가하고 플래시(Flash)메모리(31)를 확장하
여 탑재함으로써, 블루투스 사용자가 MP3 파일을 다운로드하고, 다운로드한 파일
을 플레이할 수 있어 MP3 플레이로드 활용이 가능하며, 슬레이브 섹션(2)으로 무
선 전송하여 2명이 동시에 MP3 음악을 들을 수 있는 커플형 MP3플레이로도 활용
이 가능하다
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본 개발에 따른 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 스테레오 통신시스템의 기술
응용 분야는 블루투스를 이용하는 시스템, 즉 무선 마이크시스템, 무선회의시스템,
무선가이드시스템, 무선 동시통역시스템, 무선 스피커시스템, 무선 어학용 시스템,
헤드셋시스템 및 프로페셔널 오디오 시스템에 적용가능하다.
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제 3장 결 론
본 개발을 통하여 블루투스를 이용한 무선 스테레오 데이터 송수신 기술을 확보하
였다. 특히, 본 개발에서는 블루투스를 이용한 아날로그 오디오 스테레오 통신시스
템은 동적으로 변할 수 있는 통신 시스템이 동작하는 동안 슬레이브 섹션, 마스터
섹션 또는 슬레이브/마스터 섹션 상에 있는 무선 주파수 신호를 포함한 무선 오디
오 데이터의 순간 단속 현상과 무선 LAN 에 의한 간섭의 영향을 제거하여, 음질
및 주파수 응답의 특성을 향상시키는 효과가 있음을 확인하였다.
향후 파급효과로서 기술적 측면에서 살펴보면 근거리 무선통신의 수요가 급증함에
따라 양질의 고속데이터 전송기술의 필요성 급증으로 기술 파급효과 증대할 것으로
판단되며, PC, 이동 전화단말기 등을 포함하여 모든 정보 기기의 유선 케이블을 무
선 인터페이스로 대치할 수 있는 효과가 있다. 또한 저가의 상용 블루투스 칩을 이
용하여 초소형의 양질의 고급 스테레오 오디오 구현이 가능함으로 모든 음향기기간
의 인터페이스 간소화, 상용화 파급효과가 있고 음악, 영화 등 오디오 기기간의 양
질의 스테레오 무선 네트워킹이 가능할 것으로 본다.
산업 경제적 측면에서는 무선 인터넷 시장과 연동하여 단말기간의 인터페이스를 간
소화, 양질화함으로 개발제품의 국내시장 및 해외수출에 기여 효과가 있으며 상용
의 블루투스 HI-FI 스테레오 오디오 기술개발로 제품의 소형화, 경량화, 저가격, 고
신뢰성을 실현할 수 있으므로 세계 유수업계와의 경쟁이 가능하다.
마지막으로 개발 기술 활용방안으로서 고속 고품질 데이터를 무선으로 이동전화단
말기와 PC와의 결합이 가능 하고 이동전화 단말기와 PC 간의 무선 결합, 인터넷
브리지 활용이 가능하다.
기존의 유선 스테레오 헤드셋을 무선 스테레오로 활용할 수 있고 소형, 경량의 블
루투스와 ASIC화한 Hi-Fi Stereo 기능 결합이 가능하여 MP3 수준의 음질을 무선
으로 전송 할 수 있을 것이다.
실내공간에 설치된 오디오 장치 간 간편한 무선 연결이 용이하고 자동차, 항공기,
열차, 버스 등 운전 중 전화기와 마이크, 헤드폰 등의 무선 연결에 활용가능하다.
또한 국제회의실, 회사, 관공서, 스포츠센터, 노래방 등 저비용으로 양방향 무선 회
의 시스템 등에 활용효과가 있을 것이다.
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부록 : 구성도 및 설계도면
1. 마스터/슬레이브 인터페이스
2. 송수신 모듈 구성도
3. 마스터 회로
4. 슬레이브 회로
5. PCB 도면 (1차)
6. PCB 도면 (2차)
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1 . 마스터/슬레이브 인터페이스
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2. 송수신 모듈 구성도
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3. 마스터 회로
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4. 슬레이브 회로
- 25 -
5. PCB 도면 (1차)
- 26 -
6. PCB 도면 (2차)
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