KR100879538B1 - 무선 가시광 통신 장치 및 방법 - Google Patents

무선 가시광 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시광선의 반사광을 이용하여 정보를 전송할 수 있는 무선 가시광 통신 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은, 원 영상을 기반으로 변조용 데이터 신호를 생성하여 광원에 인가한 후, 광원의 고속 점멸을 이용하여 무선 가시광 신호를 출력한다. 출력된 무선 가시광 신호는 스크린 등에서 반사되어 전파된다. 전파된 무선 가시광 신호(반사광)는 사용자 단말기에 수신되어 복조 등의 과정을 거쳐 파일로 복원되고 화면에 영상 정보로서 표시되거나 저장부에 저장될 수 있다.
VLC, 가시광선, 광 통신, 고속 점멸, 반사광

Description

무선 가시광 통신 장치 및 방법{AN APPARATUS AND A METHOD FOR WIRELESS VISIBLE LIGHT COMMUNICATIONS}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 신호를 출력하는 영사부의 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 광통신 프로토콜의 프레임 구조를 간략하게 나타낸 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 신호의 수신을 위한 단말기의 구성을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 방법의 절차를 나타낸 흐름도.
본 발명은 무선 가시광통신(Visible light communication: VLC)에 관한 것으로서, 특히 가시광선의 반사광을 이용하여 정보를 전송할 수 있는 무선 가시광 통 신 장치 및 방법에 관한 것이다.
VLC란, 가시광선을 이용하여 정보를 전달하는 통신기술을 일컫는다. 일반적으로, VLC에서는 주로 조명 기기나 표시 기기 등 발광다이오드(LED)를 탑재한 기기가 발하는 가시광선을 이용하여 주파수를 변조하거나 점멸시키는 방식으로써 데이터를 송신한다. 이와 같은 VLC는 주파수 할당이 필요없는데다, 고속 점멸을 이용하여 대량 데이터의 고속 전송이 가능하다는 장점으로 근거리 무선통신, 특히 단방향 정보 제공 시스템에서 주목을 받고 있다.
본 발명의 목적은, 가시광선의 반사광을 이용하여 정보를 전송할 수 있는 무선 가시광 통신 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 프리젠테이션 자료를 참석자의 단말기로 용이하게 배포할 수 있는 무선 가시광 통신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 장치는, 소스 영상 신호를 기반으로 영상 신호와 무선 가시광 신호를 출력하는 영사부와; 상기 영사부에서 출력되는 영상 신호를 받아 영상화면을 제공함과 동시에 광 신호를 반사시키는 반사부와; 상기 반사부에서 반사되는 광 신호를 수신하고 수신된 광 신호를 기반으로 소스 영상 신호를 복원하여 화면에 제공하는 적어도 하나의 단말기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 영사부는 백라이트를 제공하는 광원부와; 상기 광원에서 출력되는 광을 선택적으로 투과시키는 패널부와; 소스 영상 신호를 기반으로 변조용 데이터 신호와 영상 신호를 생성하는 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 변조용 데이터 신호는 입력된 영상 신호를 바탕으로 생성되는 것으로, 아날로그-디지털 변환을 거쳐 한 장의 화면 단위로 하나의 그래픽 파일 혹은 문서파일로 생성된 후, 무선 광통신이 가능한 프로토콜에 캡슐화(encapsulation)되어 만들어질 수 있다.
바람직하게, 상기 단말기는 광 신호를 검출/수신하는 광 수신부와; 상기 수신된 광 신호를 복조하여 변조 전의 데이터 신호를 복원하고, 복원된 데이터 신호의 프로토콜을 디캡슐화(decapsulation)하여 상기 생성된 파일을 재구성하는 제어부와; 상기 재구성된 파일을 상기 제어부에 의해 화면에 출력하여 영상으로 표시하는 표시부와; 상기 제어부에 의해 재구성된 파일을 저장하는 저장부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 방법은, 인가되는 소스 영상 신호를 기반으로 무선 가시광 통신을 위한 변조용 데이터 신호와 영상 신호가 생성되는 단계와; 상기 변조용 데이터 신호는 광원에 인가되어 고속 점멸에 의해 무선 가시광 신호로서 출력되고, 상기 영상 신호는 패널에 인가되어 그대로 출력되는 단계와; 상기 출력된 영상 신호가 영상으로 표시되는 동안, 상기 출력된 무선 가시광 신호가 반사되는 단계와; 상기 반사된 무선 가시광 신호가 적어도 하나의 단말기에 수신되는 단계와; 상기 적어도 하나의 단말기가 수신된 광 신호를 기반으로 정보 화면을 제공하는 단계를 포함하여 이루어지 는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 프로젝터와 같은 영사장치는 주위 조명이 어두운 환경에서 사용되기 때문에 다른 VLC의 채널 환경보다 더 좋은 여건이다. 어두운 분위기의 공공 장소에 대한 일반적인 표준 조도는 20 1x이다. 이에 비해 사람이 인지할 수 있도록 프로젝터에 의해 스크린에서 제공되어야 하는 표준 조도는 200 1x로 그 차이가 10배에 달한다. 게다가 전송하고자 하는 속도가 1Mbps 정도로 약 6dB의 신호대 잡음비가 요구되기 때문에, 신호의 수신이 충분히 가능하다는 점에서 본 발명이 착안되었다. 또한 신호광의 다중 경로효과에 의한 전송 성능 열화에 대한 문제가 제기될 수도 있으나, 현재 요구되는 전송속도에서는 그 영향이 작은 것으로 파악된다. 예컨데, 스크린과 수신자 사이의 직선 거리가 10m이고, 반사에 의한 경로 증가분이 30%라고 가정하면, 두 경로(직선경로와 반사경로)에 의한 수신 신호 도착 시간의 차이는 3m/(3*10^8m/s)=10ns이다. 전송신호의 대역폭이 1Mbps라고 가정하면, 1bit의 10%에 해당하는 시간인 100ns 미만에서 발생하는 지터(jitter)는 전송 성능에 크게 영향을 미치지 않게 된다. 따라서 영사장치의 반사영상을 이용한 정보 서비스는 충분히 가능할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 가시광 통신 장치의 구성을 나타낸 구 성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 가시광 통신 장치(100)는, 소스 영상 신호를 기반으로 영상 신호와 무선 가시광 신호를 출력하는 영사부(110)와; 상기 영사부(110)에서 출력되는 영상 신호를 받아 영상화면을 제공함과 동시에 광 신호를 반사시키는 반사부(120)와; 상기 반사부(120)에서 반사되는 광 신호를 수신하고 수신된 광 신호를 기반으로 소스 영상 신호를 복원하여 화면에 제공하는 적어도 하나의 단말기(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무선 가시광 통신 장치(100)는 상기 영사부(110)에 소스 영상 신호를 제공하는 노트북과 같은 소스부(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 영사부(110)는 LCD 프로젝터나 DLP 프로젝터와 같은 프로젝터일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트를 제공하는 광원부(112)와; 상기 광원부(112)에서 출력되는 광을 선택적으로 투과시키는 패널부(114)와; 소스 영상 신호의 처리를 위한 처리부(116)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 가시광 신호를 출력하는 영사부의 구성을 나타내는 구성도이다.
상기 처리부(116)는 상기 소스부(140)로부터 소스 영상 신호를 받아 변조용 데이터 신호와 영상 신호를 생성한다.
상기 영상 신호는 상기 처리부(116)의 처리 이전에 분기될 수도 있고, 처리부(116)의 내부에서 바이패스(bypass)될 수도 있는데, 이 경우 입력 신호의 가공없이 그대로 상기 패널부(114)로 전달됨으로써, 지정된 영상신호를 출력할 수 있다. 상기 패널부(114)에 인가된 영상신호는 상기 광원부(112)의 백라이트 점등 시, 상 기 반사부(120)에 인가되어 영상으로서 확대 표시될 수 있다. 상기 반사부(120)는 스크린이나 화이트보드 등일 수 있다.
상기 변조용 데이터 신호는 상기 처리부(116)에 입력된 영상 신호를 바탕으로 생성되는 것으로, 상기 처리부(116)에 의해 아날로그-디지털 변환을 거쳐 한 장의 화면 단위로 하나의 그래픽 파일 혹은 문서파일로 생성된다. 상기 문서파일은 수정이 불가능한 포맷으로 생성될 수 있다.
상기 생성된 파일은 상기 처리부(116)에 의해 무선 광통신이 가능한 프로토콜(예컨데, 이더넷 프로토콜)에 도 3의 프레임 구조와 같은 형태로 캡슐화(encapsulation)되어 변조용 데이터 신호로 완성된 후, 상기 광원부(112)에 인가된다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 광통신 프로토콜의 프레임 구조를 간략하게 나타낸 구조도이다.
상기 광원부(112)는 상기 인가된 변조용 데이터 신호에 따라 직접 백라이트를 변조하여 광을 출력하는데, 사람의 눈에 점멸이 인식되지 않도록, 백라이트를 초당 30회 이상으로 점멸할 수 있다. 상기 백라이트의 변조(혹은 점멸)는 상기 캡슐화된 데이터를 이진수로 변환하여 무선 가시광 신호로서 출력하는 것을 의미한다.
상기 출력된 무선 가시광 신호는 상기 반사부(120)에서 반사되어 반사광으로서 퍼지는데, 상기 반사광은 상기 적어도 하나의 단말기(130)에 정보 방송(단방향 통신) 형태로 전송된다. 즉, 반사광은 일방적으로 계속 퍼지며 단말기(130)는 상기 반사광의 광을 검출함으로써 무선 가시광 신호를 검출하게 된다.
상기 단말기(130)는 휴대단말기(혹은 이동통신단말기)일 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 광 신호를 검출/수신하는 광 수신부(132)와; 상기 광 수신부(132)에 수신된 광 신호를 복조하여 변조 전의 데이터 신호를 복원하고, 복원된 데이터 신호의 프로토콜을 디캡슐화(decapsulation)하여 상기 처리부(116)에 의해 생성된 파일을 재구성하는 제어부(134)와; 상기 재구성된 파일을 상기 제어부(134)에 의해 화면에 출력하여 영상으로 표시하는 표시부(136)와; 상기 제어부(134)에 의해 재구성된 파일을 저장하는 저장부(138)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 가시광 신호의 수신을 위한 단말기의 구성을 나타내는 구성도이다.
즉, 상기 반사부(120)에서 반사된 무선 가시광 신호는 상기 단말기(130)의 광 수신부(132)에 수신되어 상기 제어부(134)에 의해 복조되어 최초 영상 소스 신호로부터 생성된 그래픽 파일 혹은 문서 파일로 재구성되어 상기 표시부(136)에 표시되거나 상기 저장부(138)에 저장된다. 이를 통해 사용자는 상기 반사부(120)에 표시되는 영상 뿐만 아니라 각각의 단말기(130)를 통해 정보 화면을 제공받을 수 있다.
또한 도시되진 않았으나, 상기 단말기(130)는, 메모리 카드와 같은 외부저장매체를 삽입하여 데이터 저장을 가능토록 하는 저장매체 삽입부, RF신호의 송수신을 위한 RF유닛, 블루투스나 IrDA와 같은 근거리 통신 모듈, 카메라 모듈, 방송수신모듈, 마이크로폰과 같은 음성 신호 입력장치, 스피커와 같은 음성 신호 출력장치, 외부 디지털 기기와의 데이터 교환을 위한 연결단자, 충전용 단자, MP3 모듈과 같은 디지털 음원 재생 모듈 등의 부가 기능을 갖는 유닛들을 선택적으로 더 포함하여 구성될 수 있다. 디지털 기기의 컨버전스(convergence) 추세에 따라 그 변형이 매우 다양하여 모두 열거할 수는 없으나, 상기 언급된 유닛들과 동등한 수준의 유닛이 상기 단말기(130)에 추가로 더 포함되어 구성될 수 있다는 것은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 방법의 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 방법은, 인가되는 소스 영상 신호를 기반으로 무선 가시광 통신을 위한 변조용 데이터 신호와 영상 신호가 생성되는 단계와; 상기 변조용 데이터 신호는 광원에 인가되어 고속 점멸에 의해 무선 가시광 신호로서 출력되고, 상기 영상 신호는 패널에 인가되어 그대로 출력되는 단계와; 상기 출력된 영상 신호가 영상으로 표시되는 동안, 상기 출력된 무선 가시광 신호가 반사되는 단계와; 상기 반사된 무선 가시광 신호가 적어도 하나의 단말기에 수신되는 단계와; 상기 적어도 하나의 단말기가 수신된 광 신호를 기반으로 정보 화면을 제공하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, S510단계에서 소스 영상 신호가 인가되면, S520단계에서 상기 처리부는 상기 소스 영상 신호를 기반으로 무선 가시광 통신을 위한 변조용 데이터 신호와 영상 신호를 생성한다. 전술한 바와 같이, 상기 처리부는 인가되는 소스 영상 신호를 아날로그-디지털 변환하여 한 장의 화면 단위로 하나의 파일을 생성하고, 생성된 파일을 무선 광통신이 가능한 프로토콜에 캡슐화하여 변조용 데이터 신호로 만 든다.
S530단계에서 상기 처리부는 상기 변조용 데이터 신호를 상기 광원부에 인가하고, 상기 영상 신호는 패널에 인가한다. S540단계에서 상기 광원부에 인가된 변조용 데이터 신호는 직접 광 변조되어 패널을 통해 무선 가시광 신호로서 출력되고, 상기 영상 신호는 그대로 출력된다. 전술한 바와 같이, 상기 변조용 데이터는 상기 광원부의 백라이트 고속 점멸에 의해 바로 광 변조되어 무선 가시광 신호로서 출력된다.
S550단계에서 상기 영상 신호는 상기 반사부에 영상으로서 표시(혹은 확대 표시)되고, 상기 무선 가시광 신호는 반사되어 전파된다.
S560단계에서 상기 전파되는 무선 가시광 신호는 상기 광 수신부에 수신되고, S570단계에서 상기 제어부는 상기 수신된 무선 가시광 신호를 기반으로 원 영상으로 만들어진 파일을 복원하여 상기 표시부에 표시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 방법은, 상기 복원된 파일을 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, S580단계에서 상기 제어부는 선택적으로 상기 복원된 파일을 상기 저장부에 저장한다.
전술한 바와 같이, 상기 제어부는 상기 수신된 광 신호를 복조하여 변조 전의 데이터 신호를 복원하고, 복원된 데이터 신호의 프로토콜을 디캡슐화하여 상기 처리부에 의해 생성된 파일을 재구성한다. 상기 재구성된 파일은 상기 표시부에 표시되거나 상기 저장부에 저장될 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 가시광 통신 장치 및 방법은, 프로젝터와 같은 영사장치를 단순한 영사 뿐만이 아닌 광원의 고속 점멸을 이용하여 무선 가시광 신호를 출력할 수 있도록 한다. 또한 광 신호의 반사 특성을 이용하여, 스크린 등에서 반사된 무선 가시광 신호를 사용자 단말기들로 전파하고 사용자 단말기가 수신된 무선 가시광 신호를 기반으로 정보 화면을 제공하거나 정보를 저장할 수 있도록 한다. 이를 통해 본 발명은, 프리젠테이션 회의와 같은 상황에서 사용자, 특히 정보를 열람하는 측의 편의를 향상시킬 뿐만 아니라, 무선 가시광 통신의 실용적인 하나의 표준 모델을 제안하는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 소스 영상 신호를 기반으로 영상 신호와 무선 가시광 신호를 출력하는 영사부와;
    상기 영사부에서 출력되는 영상 신호를 받아 영상화면을 제공하며, 동시에 상기 영사부에서 출력되는 무선 가시광 신호를 반사시키는 반사부와;
    상기 반사부에서 반사되는 무선 가시광 신호를 수신하고 수신된 무선 가시광 신호를 기반으로 상기 소스 영상 신호를 복원하여 영상 화면을 제공하는 적어도 하나의 단말기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 영사부는
    백라이트를 제공하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출력되는 광을 선택적으로 투과시키는 패널부와;
    소스 영상 신호의 처리를 위한 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 처리부는
    인가되는 소스 영상 신호를 기반으로 변조용 데이터 신호와 영상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 영상 신호는
    입력 신호의 가공없이 그대로 상기 패널부로 전달됨으로써, 지정된 영상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 패널부에 인가된 영상 신호는
    상기 광원부의 백라이트 점등 시, 상기 반사부에 인가되어 영상으로 표시되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 처리부는
    인가되는 소스 영상 신호를 아날로그-디지털 변환하여 한 장의 화면 단위로 하나의 파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 처리부는
    상기 생성된 파일을 무선 광통신이 가능한 프로토콜에 캡슐화(encapsulation)하여 변조용 데이터 신호로 만들어, 상기 광원부에 인가하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 광원부는
    상기 인가된 변조용 데이터 신호에 따라 직접 백라이트를 변조하여 광을 무선 가시광 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 출력된 무선 가시광 신호는
    상기 반사부에서 반사되어 상기 적어도 하나의 단말기에 정보 방송 형태로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 단말기는
    광 신호를 검출/수신하는 광 수신부와;
    상기 수신된 광 신호를 복조하여 변조 전의 데이터 신호를 복원하고, 복원된 데이터 신호의 프로토콜을 디캡슐화(decapsulation)하여 상기 처리부에 의해 생성된 파일을 재구성하는 제어부와;
    상기 재구성된 파일을 상기 제어부에 의해 화면에 출력하여 영상으로 표시하는 표시부와;
    상기 제어부에 의해 재구성된 파일을 저장하는 저장부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 장치.
  11. 인가되는 소스 영상 신호를 기반으로 무선 가시광 통신을 위한 변조용 데이터 신호와 영상 신호가 생성되는 단계와;
    상기 변조용 데이터 신호는 광원에 인가되어 고속 점멸에 의해 무선 가시광 신호로서 출력되고, 상기 영상 신호는 패널에 인가되어 그대로 출력되는 단계와;
    상기 출력된 영상 신호가 영상으로 표시되는 동안, 상기 출력된 무선 가시광 신호가 반사되는 단계와;
    상기 반사된 무선 가시광 신호가 적어도 하나의 단말기에 수신되는 단계와;
    상기 적어도 하나의 단말기가 수신된 광 신호를 기반으로 정보 화면을 제공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 생성 단계에서
    상기 소스 영상 신호는 아날로그-디지털 변환을 거쳐 한 장의 화면 단위로 하나의 파일로 생성되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 생성된 파일은
    무선 광통신이 가능한 프로토콜에 캡슐화(encapsulation)된 후 변조용 데이터 신호로 만들어지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 정보 화면 제공 단계에서
    상기 수신된 무선 가시광 신호는 복조 및 디캡슐화 과정을 거쳐 원 영상으로 만들어진 파일로 복원되어 화면에 표시되는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 복원된 파일을 저장하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 방법.
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