전송 신호의 정밀한 위상이동을 통한 대형 디스플레이 패널 고속 터치 센서의 PAPR 최소화 기법

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 대형 디스플레이 터치스크린에서 발생하는 피크 대 평균 전력비 (Peak-to-Average Power Ratio, PAPR) 문제를 해결하기 위한 효율적인 터치 시스템 신호처리 알고리즘을 제안한다. 터치스크린 기술의 발전과 대형화 추세에 따라 기존의 직교 신호 기반 신호 전송 방식인 Code Division Multiplexing (CDM), Multi-Frequency Driving Method (MFDM), Multi-code multi-frequency driving method (MC-MFDM)은 높은 PAPR로 인해 터치 감도 저하와 디스플레이 화면 품질 저하와 같은 문제를 초래한다. 이를 해결하기 위해, 본 연구는 새로운 PAPR 감소 기법인 Power Flattening Method (PFM), Frequency Separation Method (FSM), 그리고 Advanced FSM을 개발하였다. 또한, 기존의 Hadamard matrix 기반 직교 코드의 제약 조건을 개선한 Fourier code를 제안하여 신호 전송의 직교성을 유지하면서도 PAPR 감소 성능을 극대화하였다.
제안된 알고리즘은 기존 PAPR 감소 알고리즘인 Stack 알고리즘 및 Random phase 알고리즘 대비 계산 복잡도를 획기적으로 낮추어 대형 디스플레이 환경에서도 실시간 처리가 가능하도록 설계되었다. 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 제안된 알고리즘은 기존 알고리즘 대비 PAPR 감소 성능이 약 3배 이상 향상되었으며, 실제 터치 디스플레이 실험 환경에서도 터치 감도가 크게 개선됨을 확인하였다. 따라서, 본 연구는 대형 디스플레이 터치스크린 시스템의 실용성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper proposes an efficient touch system signal processing algorithm to address the Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) issue in large-display touchscreens. With the advancement and increasing size of touchscreen technology, conventional orthogonal signal-based transmission methods such as Code Division Multiplexing (CDM), Multi-Frequency Driving Method (MFDM), and Multi-Code Multi-Frequency Driving Method (MC-MFDM) suffer from high PAPR, leading to reduced touch sensitivity and degraded display quality. To overcome these challenges, this study introduces novel PAPR reduction techniques, including the Power Flattening Method (PFM), Frequency Separation Method (FSM), and Advanced FSM. Furthermore, a new Fourier code, which improves upon the limitations of traditional Hadamard matrix-based orthogonal codes, is proposed to maximize PAPR reduction performance while maintaining signal orthogonality.
The proposed algorithm significantly reduces computational complexity compared to conventional PAPR reduction methods, such as the Stack algorithm and Random phase algorithm, enabling real-time processing in large-display environments. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves approximately threefold improvement in PAPR reduction performance over existing methods, and its effectiveness is further validated through experiments in real-world touchscreen display environments, showing substantial enhancements in touch sensitivity. This study is expected to contribute to improving the practicality and reliability of large-display touchscreen systems.

목차 (Table of Contents)

• 제1장. 서론 1
• 1. 터치 시스템 개요 1
• 1-1. 정전용량 방식 터치 스크린 1
• 1-2. 병렬 구동 방식의 직교 신호 전송 기법 3
• 1-3. PAPR 감소 알고리즘 5
• 제2장. Power Flattening Method 9
• 제3장. Frequency Separation Method 14
• 제4장. Fourier code 22
• 1. Fourier code에서의 PFM 적용 방법 23
• 2. Fourier code에서의 FSM 적용 방법 28
• 3. Fourier code에서의 FSM 수식적 증명 30
• 제5장. Advanced FSM 34
• 제6장. 실험 결과 37
• 1. 시뮬레이션 평가 37
• 1-1. 평가 환경 37
• 1-2. Power Flattening Method 37
• 1-3. Frequency Separation Method 39
• 1-4. Advanced FSM 41
• 2. 실제 터치스크린 실험 환경 평가 42
• 2-1. 실험 환경 42
• 2-2. 실험 결과 43
• 제7장. 결론 45
• 참고문헌 47
• English Abstract 50