KR100636053B1

KR100636053B1 - 가시광 통신장치

Info

Publication number: KR100636053B1
Application number: KR1020050111304A
Authority: KR
Inventors: 이충규; 김정헌; 김동환; 박철수
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-10-23

Abstract

LED를 이용한 무선 가시광 통신장치에 관해 개시한다. 본 발명의 장치는, 홈네트워크에 광통신기술을 접목시켜 유비쿼터스 통신망을 구축하는 데 응용될 수 있는 것으로서, 조명용 LED를 이용한 VLC(Visible Light Communication; 가시광통신)를 행하며, 광통신장치 내에, 광송신기는 전력변환부, 신호접속부, 구동회로 및 착탈식 광원부를 포함한다. 본 발명의 가장 큰 특징은, 착탈식으로 LED의 전부나 일부를 교체할 수 있도록 만들어진 LED 어레이를 사용하여 장치관리가 용이하고 그에 드는 비용이 절감되어 경제적이라는 것이다. 특히, 기존의 사무실 또는 가정에서 활용 중인 교류전원을 활용하여 가시광통신이 가능하기에 적합한 직류전원으로 변환, 공급하며, 전력선통신 및 이더넷 등 통신용 데이터를 동시에 접속할 수 있다. 착탈식 LED 램프를 이용하여 경제적인 광송신기 모듈과, 이로부터 수신한 광신호를 이더넷 통신용 데이터로 복원하는 광수신기 모듈을 포함한다.

가시광, 통신장치, 착탈식 LED, 전력변환, 광송신기, 광수신기, 이더넷

Description

가시광 통신장치 {Apparatus for visible light communication}

도 1은 LED 램프를 이용한 본 발명의 가시광 통신장치의 원리를 설명하기 위한 개략도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가시광 통신장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신장치의 광송신기 모듈을 스탠드형으로 구현한 일 예를 나타낸 도면; 및

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신장치의 광송신기 모듈에 포함된 광원부를 나타낸 도면이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호설명 *

100: 광송신기

110: 통신 네트워크

120: 광수신기

130: 단말장치

200: 광송신기 모듈

202: 전력변환부

204: 제어회로

206: LED 구동회로

208: 신호접속부

220: 광원부

230: 광수신기 모듈

300: PCB 보드

310: 가시광의 조명용 LED 배열

312: 개별 LED

314: 연결부

316: 연결회로

330: 전원선

340: 이더넷 포트

본 발명은 광통신시스템의 하나인 가시광 통신장치에 관한 것으로서, 특히 가시광선을 방출하는 LED를 이용한 무선 가시광 통신장치에 관한 것이다.

현재 일반적으로 이용되는 무선광통신 시스템은 적외선 영역의 파장을 이용하는 IR(InfraRed) 통신시스템으로서, 현재 FIR급(4Mb/s)까지 개발되어 있으며, 주로 TV 리모콘과 같이 장치 제어의 목적으로 활용되고 있다. 그런데, IR 통신시스템 에서는 적외선의 방사특성 상 원활한 통신을 위해 조준을 해야 하며, 방사광이 보이지 않기 때문에 비가시성에 따른 즉각적인 대처가 어렵다는 단점이 있다.

한편, 공간 무선광통신 시스템은 주로 고정된 두 장소 사이에서 1Gb/s급까지의 고속 데이터통신을 가능하게 하나, 일반적으로 980nm∼1550nm 대역의 비가시광선을 이용하여 고속통신을 수행하기 때문에 이 역시 비가시성에 따른 즉각적인 대처가 어렵다는 단점을 갖는다.

최근 3-칩 백색 LED 램프군을 이용한 가시광 통신시스템이 제안된 바 있는데, 그 장치의 포설 및 구성에 있어서, LED 램프군의 구체적인 구성 및 설치에 관해서는 개시되지 않았다(참고자료: 한국특허공개 10-2005-71617). 따라서, 다수의 LED 램프를 사용하는 통신 시스템에서 일부 또는 전부의 LED에 고장이 발생할 경우, 통신 불능이 장기화될 수 있으므로 이를 신속하게 해결할 수 있는 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 가시광선을 방출하는 다수의 LED를 이용하는 무선 가시광 통신장치에서 LED 램프들의 일부 또는 전부가 고장나는 경우에 있어서도, 신속하면서도 경제적인 유지보수가 가능하고, 지속적인 서비스가 가능한 가시광 통신장치를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가시광 통신장치는, 가시광선을 방출하는 복수의 조명용 LED 램프들을 광원으로 이용하는 광송신기와, 상기 광송신기에서 나오는 가시광선을 검출하는 광검출기를 포함하는 광수신기를 구비하여 전력선 통신 또는 이더넷 통신을 가능하게 하되, 상기 복수의 조명용 LED 램프들이 착탈식으로 설치된 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 광송신기가, 상기 조명용 LED 램프에 직류전원을 제공하는 동시에 전력선 통신을 행하는 경우 데이터를 분리하는 기능을 행하는 전력변환부와, 상기 조명용 LED 램프들에 작동전류를 공급하는 구동회로와, 외부 네트워크와 연결되어 데이터를 송수신하여 상기 구동회로로 공급하는 신호접속부, 상기 전력변환부, 구동회로 및 신호접속부의 동작을 제어하는 제어회로부를 더 포함하여도 좋다.

또한, 상기 신호접속부가, 전력선 통신신호나 이더넷을 통해 전송된 다양한 통신신호를 다중화하여 상기 구동회로에 공급하는 바이어스 티(bias-Tee)를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구동회로와 연결되게 인쇄회로가 형성된 PCB 기판에, 상기 조명용 LED 램프들이 그 일부 또는 전부가 착탈가능하게 모듈화되어 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 LED 램프를 이용한 본 발명의 가시광 통신장치의 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 가시광을 방출하는 LED를 광원으로 이용하는 광송신기(100)가 전력선통신, 이더넷 등과 같은 프로토콜을 수용하는 통신 네트워크 (110)과 연결되어 데이터를 수신하고, 이를 LED를 통해 가시광선 대역의 광에 실어서 공간으로 전송한다. 전송된 광은 광수신기(120)에 의해 수신되어 전기신호로 변환된 후, 광수신기(120)에 연결된 PC, 휴대폰, TV, 셋톱박스 등의 단말장치(130)에서 이용된다. 또한, 단말장치(130)로부터 네트워크(110)로 전송하는 상향신호는 IR 대역의 송신기와 수신기를 이용하여 수행하게 된다. 따라서, 하향신호에 대한 광수신기(120)는 IR 송신기(미도시)를 포함하고 있으며, LED 광송신기(100)은 IR 수신기(미도시)를 포함하고 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가시광 통신장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 광송신기 모듈(200)은, 구동에 필요한 직류전원을 공급하는 전력변환부(202)와, 네트워크로부터 데이터를 송수신하며 LED 구동회로(206)와 연결되는 신호접속부(208)와, 데이터를 조명용 백색 LED 어레이들에 변조해주는 구동회로(206)와, 이들의 동작을 제어해주는 제어회로(204), 광원으로 사용되는 조명용 백색 LED 어레이와 방출광의 품질을 높이기 위한 렌즈 및 광필터를 포함한 광원부(220)로 이루어져 있다. 전력변환부(202)는 220V용 교류전원을 LED 구동에 적합한 직류전원, 예컨대 5V로 변환하는 AC/DC 변환장치로서, 전력선 통신(PLC; Power Line Communication)을 사용할 경우에는 전력선 통신 데이터를 분리하는 기능도 행한다. 신호접속부(208)는 네트워크와 연결되어 양방향 이더넷 데이터를 송수신하며, 또한 네트워크로부터 수신한 이더넷 데이터 또는 전력변환부(202)로부터 수신한 전력선통신 데이터를 이더넷 데이터 형태로 변환하여 구동회로(206)로 공급한다. 또한, 신호접속부(208)는, 광수신기 모듈(230)에 연결된 단말장 치로부터 광송신기 모듈(200)에 포함된 IR 송신기를 통해 상향전송된 IR 통신신호를 광송신기 모듈(200)에 포함된 IR 수신기에서 수신받고, 그 상향 신호를 네트워크 또는 전력선으로 송신하는 역할도 한다.

제어회로(204)는 전력변환부(202), 구동회로(206) 및 신호접속부(208)를 제어하는 역할을 한다. 따라서, 조명용 백색 LED 어레이의 각각에 대한 밝기 제어, 통신을 위한 LED의 갯수 제어, 통신 데이터의 공급여부 결정 등의 기능이 제어회로(204)에 의해 실행될 수 있다. 현재 생산되는 일반적인 조명용 LED는 약 10mA∼350mA의 전류에서 발광하고, 조명으로 사용하기 위해 다수의 LED에 전류를 공급해야 하므로, 고전류동작이 가능해야 한다. 따라서, 기존의 통신 시스템에 포함된 구동회로를 이용하는 것은 불가능하므로, 고전류에서 동작가능한 바이어스 티(bias-Tee; 미도시)를 이용하여 본 발명의 구동회로(206)를 제작한다. 통신신호는 구동회로(206)에서 바이어스 티를 통해 백색 LED 어레이를 동작시키기 충분한 전류신호로 변환되며, 백색 LED 어레이에서 나온 광은 공간을 거쳐 가시광통신(VLC; Visible Light Communication) 링크가 되어 있는 광수신기 모듈(230)의 광수신부(240)에 포함된 광검출기(Si-PD)에서 검출된다. 이 광검출기는 가시광선을 검출할 수 있는 실리콘 계열의 광검출기이다. 광송신기 모듈(200)에서 송신된 가시광 통신신호는 광수신기 모듈(230)에서 전기신호로 변환된 후에 PC, 휴대폰, TV, 셋톱박스 등의 단말장치로 들어가서 이용된다. 이와 같은 본 발명의 가시광 통신장치에서 가장 큰 특징은, 조명용 백색 LED 어레이와 방출광의 품질을 높이기 위한 렌즈 및 광필터를 포함한 광원부(220)가 착탈식으로 이루어진다는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신장치의 광송신기 모듈을 스탠드형으로 구현한 일 예를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 광송신기 모듈은 전원선(330)을 통해 전력선통신신호를 수신하거나, 별도의 이더넷 포트(340)를 통해 이더넷통신신호를 수신하여, 가시광의 조명용 LED를 통해 전송하게 된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 광송신기 모듈의 스탠드에는 전력변환장치, 신호접속부, 제어부 및 바이어스 티를 포함하는 구동회로가 설치되어 있다. 한편, 광송신기 모듈의 광원부는, 도 4의 설명에서 상술하겠지만, PCB 보드(300) 상에 가시광의 조명용 LED 배열(310)을 전체 또는 일부를 착탈시킬 수 있도록 구성하였다. 이러한 PCB 보드(300) 역시 광송신기 모듈의 스탠드의 슬롯이나 소켓(미도시)에 삽착되어 PCB 보드(300)에 형성된 회로와, 광송신기 모듈의 구동회로가 서로 연결되어 가시광의 조명용 LED를 구동회로에 의해 점등시킬 수 있게 하였다. 도 2에 도시된 광원부(220)에서 광필터와 렌즈는 선택적으로 포함시킬 수 있는 것이기 때문에, 도 3에서는 포함시키지 않았다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신장치의 광송신기 모듈에 포함된 광원부를 나타낸 도면이다. 광필터와 렌즈는 선택적으로 포함시킬 수 있는 것이기 때문에, 도 4에서도 포함시키지 않았다. 도 4를 참조하면, PCB 보드(300) 상에 연결회로(316)들이 여기에 가시광의 조명용 LED 배열(310)이 착탈식으로 연결됨을 알 수 있다. 또한, PCB 보드(300)의 연결부(314)는 PCB 보드(300)의 연결회로(316)와 광송신기 모듈의 구동회로(도 2의 206)를 서로 연결시켜 주는 역할을 한다. 하나의 LED 배열(310)에 포함되는 개별 LED(312)의 개수는 사용자의 선택에 의해 사전에 임의로 조절가능하다. 본 발명의 가시광 통신장치를 사용하는 과정에서, LED 전체가 고장난 경우에는 전체의 LED 배열(310)을 모두 포함하는 PCB 보드(300)를 교체하면 되고, 일부의 LED가 고장난 경우에는 해당 LED가 포함된 LED 배열(310)만을 교체하면 된다.

본 발명의 가시광 통신장치를 활용하면, 조명용 LED 및 IR 수신기로 이루어진 광모듈을 장착하고, 전원과 이더넷 케이블을 연결하기만 하면, 기존에 설치된 광통신장치의 소켓을 활용할 수 있을 뿐 아니라 조명용 LED를 이용하여 가시광통신을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 전력선통신신호를 이더넷을 변환하여 광수신기에서 검출하게 되므로 광수신기에 연결하는 단말기는 별도의 전력선통신을 위한 장치를 필요로 하지 않고 데이터통신이 가능하다. 따라서, 홈네트워크에 광통신기술을 접목시켜 유비쿼터스 통신망을 구축하는 데 응용될 수 있다.

그리고, 본 발명의 가장 큰 특징에 의해 얻어지는 효과는, LED 램프를 구성하는 일부의 LED가 고장나는 경우에 있어서도, 착탈식으로 LED의 전부나 일부를 교체하기 때문에 장치관리가 용이하고 그에 드는 비용이 절감되어 경제적이다.

더욱이, 본 발명의 가시광 통신장치에서 통신기능을 일시적으로 정지시킨다면 통신장치가 아닌 단순 조명용으로도 사용할 수 있다는 우발적인 효과도 누릴 수 있다.

Claims

가시광선을 방출하는 복수의 조명용 LED 램프들을 광원으로 이용하는 광송신기와;

상기 광송신기에서 나오는 가시광선을 검출하는 광검출기를 포함하는 광수신기;

를 구비하여 전력선 통신 또는 이더넷 통신을 가능하게 하되, 상기 복수의 조명용 LED 램프들이 착탈식으로 설치된 것을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
제1항에 있어서, 상기 광송신기가:

상기 조명용 LED 램프에 직류전원을 제공하는 동시에 전력선 통신을 행하는 경우 데이터를 분리하는 기능을 행하는 전력변환부와;

상기 조명용 LED 램프들에 작동전류를 공급하는 구동회로와;

외부 네트워크와 연결되어 데이터를 송수신하여 상기 구동회로로 공급하는 신호접속부;

상기 전력변환부, 구동회로 및 신호접속부의 동작을 제어하는 제어회로부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
제2항에 있어서, 상기 신호접속부가, 전력선 통신신호나 이더넷을 통해 전송된 다양한 통신신호를 다중화하여 상기 구동회로에 공급하는 바이어스 티를 포함하 는 것을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
제2항에 있어서, 상기 구동회로와 연결되게 인쇄회로가 형성된 PCB 기판에, 상기 조명용 LED 램프들이 그 일부 또는 전부가 착탈가능하게 모듈화되어 설치되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신장치.