KR100981578B1 - 가시광 통신에서 가시광 정보 방송 장치 및 방법 - Google Patents

가시광 통신에서 가시광 정보 방송 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가시광 통신(Visible Optical Communication)에서 가시광 정보 방송(Information Broadcast) 방법에 있어서, 디스플레이(Display) 장치에 표시될 될 정보의 동시 신호의 시간 간격과 개별 신호의 시간 간격을 정하는 과정과, 3색 LED(Light Emitting Diode) 출력 신호를 동시에 변조하여 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과, 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하여 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과, 동시 신호와 개별 신호의 정해진 시간 간격에 따라서 정보를 다르게 디스플레이 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
동시 신호, 개별 신호, 가시광 방송, 3색 LED

Description

가시광 통신에서 가시광 정보 방송 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VISIBLE OPTICAL INFORMATION BROADCAST IN VISIBLE OPTICAL COMMUNICATION}
본 발명은 가시광 정보 방송에 관한 것으로, 특히 다중 방식을 이용한 가시광 정보 방송 장치 및 방법에 관한 것이다.
한국 산업 자원부에서는 2015년까지 현재의 조명 대신에 LED(Light Emitting Diode)가 그 자리를 대신 할 것이라고 예고하고 있다. LED의 발광 효율이 개선되고 가격이 떨어짐에 따라 휴대기기, 디스플레이, 자동차, 신호등, 광고판 등의 특수 조명 시장뿐만 아니라 형광등 백열등과 같은 일반 조명 시장에서도 LED가 보편화 되어가고 있다. 특히 백색 LED의 발광 효율은 이미 백열등을 추월하였으며 형광등보다도 우수한 제품들이 출현하고 있다.
LED(Light Emitting Diode)의 발광 효율이 개선되고 가격이 하락함에 따라 휴대기기, 디스플레이, 자동차, 신호등, 광고판 등의 특수 조명 시장뿐만 아니라 형광등 백열등과 같은 일반 조명 시장에서도 LED가 보편화 되어가고 있다.
또한 최근에는 RF(Radio Frequency) 대역 주파수 고갈, 여러 무선 통신 기술 간의 혼선 가능성, 통신의 보안성 요구 증대, 4G 무선 기술의 초고속 유비쿼터 스(Ubiquitous) 통신 환경 도래 등으로 인하여 RF 기술과 상호 보완적인 광 무선 기술에 대한 관심이 증가하고 있어 가시광 LED를 이용한 가시광 무선 통신에 대한 연구가 여러 기업 및 연구소 등에서 진행되고 있다.
현재 형광등이나 백열등을 사용하고 있는 가정이나 사무실 및 공공장소의 조명등은 향후 성능이 좋고 수명이 긴 LED로 대체될 것이다. 조명등으로 사용되는 LED에 인가하는 전류를 변조하면 조명 LED를 통신용 광원으로 활용할 수 있다. 즉, 추가적인 광원 없이 조명 LED만으로 방송 및 데이터 전송이 가능해 진다.
이처럼 눈에 보이는 빛을 이용해서 정보를 전달하는 가시광 통신은 그 사용 대역이 넓고 전파 통신과는 달리 규제를 받지 않고 자유롭게 사용할 수 있다는 장점 외에도 통신 링크를 눈으로 확인할 수 있는 시감성(示感性)이 있으며, 보안 측면에서도 신뢰할 수 있다는 장점이 있다. 또한 가시광 통신은 조명 기능과 통신 기능을 동시에 수행할 수 있다. 즉 일반적인 조명기를 사용하여 조명의 역할을 수행함과 동시에 가시광 통신 송수신기로서 정보를 송수신하는 것이 가능하다.
이러한 LED의 화소를 이용한 가시광 통신 장치 중에서 데이터를 디스플레이 하기 위한 통신 방식은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3가지 색상을 이용하여 상호 간에 데이터를 송수신 하는 통신 방식을 사용한다. 상기와 같은 가시광 통신 시스템에서 통신을 수행할 경우에는 가시광의 순간적인 점멸 또는 조절을 통해 데이터 통신을 수행한다.
도 1은 통상적으로 가시광 통신에서 시간 및 파장에 따른 변조된 데이터 신호를 나타낸 그래프이다. 도 1의 (a)는 RGB 3개의 LED 출력 신호를 동시에 변조한 데이터 신호이고, 도 1의 (b)는 RGB 3개의 LED 출력 신호를 각각 변조한 데이터 신호이다.
도 1의 (a)를 살펴보면, 시간 순으로 RGB 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하여 하나의 데이터 신호로 변조된 경우로서, 3색의 LED가 모두 켜진 경우와 3색의 LED가 모두 꺼진 2가지 경우로 표현된다.3색의 LED가 모두 켜진 경우는 흰색으로 출력이 되어 상대적으로 멀리 있는 사용자에게도 수신이 가능한 장거리 통신에 용이하다. 하지만 한번에 하나의 데이터만 변조가 가능하여 동시에 많은 데이터를 전송할 수 없다.
다음으로, 도 1의 (b)를 살펴보면, 시간 순으로 RGB 3개의 LED 출력 신호를 각각 변조하여 데이터 통신을 수행한다. 3개의 LED 출력 신호를 각각 변조할 경우, RGB 각각의 조합을 이용하여 데이터 전송이 가능하지만, 도 1의 (a)에 비하여 출력이 낮아 상대적으로 가까운 거리의 사용자에게 수신 가능한 단거리 통신에 사용된다.
이와 같이, 장거리 사용자와 단거리 사용자를 모두 만족시키기 위해 시간 차이를 두고 RGB 3개의 LED 출력 신호의 변조 방법을 변경하여 필요한 데이터를 전송하는 방법이 요구된다.
본 발명은 가시광 통신에서 3색 LED 출력 신호를 미리 정해진 시간 간격에 따라, 일정 시간 간격 동안에는 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하고, 다른 시간 간격 동안에는 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하여 장거리 및 단거리 사용자 모두에게 시간 간격을 두고 데이터 정보 방송이 가능한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 견지에 따르면, 가시광 통신(Visible Optical Communication)에서 가시광 정보 방송(Information Broadcast) 방법에 있어서, 디스플레이(Display) 장치에 표시될 될 정보의 동시 신호의 시간 간격과 개별 신호의 시간 간격을 정하는 과정과, 3색 LED(Light Emitting Diode)를 동시에 변조하여 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과, 3색 LED를 개별적으로 변조하여 상기 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과, 상기 동시 신호와 상기 개별 신호의 정해진 시간 간격에 따라서 정보를 다르게 디스플레이 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 가시광 통신(Visible Optical Communication)에서 가시광 정보 방송(Information Broadcast) 장치에 있어서, 적색(Red)과, 녹색(Green)과, 청색(Blue)가 하나의 화소로 이루어진 3색 LED(Light Emitting Diode)와, 동시 신호 시간 간격 동안 상기 3색 LED 출력 신호의 동시 변조를 위한 드라이버(Driver)와, 개별 신호 시간 간격 동안 상기 3색 LED 출력 신호의 개별 변조를 위한 3개의 드라이버와, 상기 동시 신호 시간 간격과 상기 개별 신호 시간 간격이 바뀔 때마다 동시 신호와 개별 신호를 구분하는 3개의 스위치(Switch)와, 상기 동시 신호의 시간 간격과 상기 개별 신호의 시간 간격을 조절하는 시간 조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 하나의 구성으로 가시광 통신에서 3색 LED 출력 신호를 미리 정해진 시간 간격에 따라, 일정 시간 간격 동안에는 3색 LED를 동시에 변조하고, 다른 시간 간격 동안에는 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조함으로써, 장거리 및 단거리 사용자 모두에게 시간 간격을 두고 데이터 정보 방송이 가능한 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
종래의 기술에서 언급한 바와 같이, 가시광 통신에서 RGB 3색 LED 출력 신호를 변조하여 사용자에게 디스플레이 하는 방법에 있어서, 장거리 사용자와 단거리 사용자를 모두 만족시킬 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 종래 기술에서 언급한 문제를 해결하고자 본 발명에서는 일정한 시간 간격을 두고 그 시간 간격에 따라 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조, 또는 개별적으로 변조하여 장거리 사용자와 단거리 사용자를 모두 만족시키는 데이터 정보 방송이 가능한 새로운 시스템을 제안한다.이하 본 발명의 내부 구성을 도시한 구성도와 흐름도를 참조하여 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RGB 모듈의 내부 구성도이다. 도 2의 구성을 살펴보면, RGB 3색 LED 출력 신호와 3개의 LED(215, 217, 219)를 동시에 변조시키는 드라이버(201), 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조시키는 3개의 드라이버(203, 205, 207), 동시 변조와 개별 변조를 선택할 수 있는 3개의 스위치(209, 211, 213)로 구성된다. 데이터 신호가 그래픽 신호로 변조되어 디스플레이 되는 가시광용 전광판은 RGB 3색 LED 배열로 이루어진 LED 모듈들과, LED 모듈을 연결해주는 버퍼, 데이터 신호 분배를 위한 RF 분배기로 구성된다.
도 2의 구성을 참조하여 살펴보면, 미리 정해진 시간에 따라서 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 동시에 변조시키기 위한 시간 타임과 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 개별적으로 변조시키기 위한 시간 타임으로 나누어져 각기 다른 시간 타임에 변조가 이루어진다.
3색 LED를 동시에 변조시키는 시간 간격 동안에는 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 동시에 변조시키는 드라이버(201)를 이용하여 RGB 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 'W'라는 데이터 신호로 동시에 변조한다. 가시광 통신에서 RGB 3가지 색을 한꺼번에 변조하므로, 전광판에 디스플레이 되는 색은 3색 LED(215, 217, 219)에 모두 전압이 가해진 흰색과 3색 LED(215, 217, 219)에 모두 전압이 가해지지 않은 검은색으로 사용자의 눈에 보여 지며, 이 흰색과 검은색의 조합으로 하나의 데이터를 비교적 장거리에 있는 사용자에게 전달할 수 있다.
다음으로, 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 개별적으로 변조시키는 시간 간격 동안에는 3색 RGB(215, 217, 219) 출력 신호를 개별적으로 변조시키는 드라이버들(203, 205, 207)를 이용하여 적색 LED(215)는 'R' 데이터 신호로 변조하고, 녹색 LED(217)는 'G' 데이터 신호로 변조하고, 청색 LED(219)는 'B' 데이터 신호로 변조한다. 이렇게 각각 변조된 데이터 신호들은 전광판에 RGB 각각의 색으로 데이터를 디스플레이 하여 단거리에 위치한 사용자에게 비교적 많은 데이터를 전달 할 수 있다. 시간 간격에 따라 다르게 변조되는 데이터를 선택적으로 제어하여 3색 LED를 구동하는 역할은 3색 LED(215, 217, 219)와 드라이버들(210, 203, 205, 207) 사이에 연결된 스위치(215, 217, 219)에서 담당한다.
3색 LED(215, 217, 219)에 각각 연결되어 있는 스위치들(209, 211, 213)은 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 동시에 변조시키는 드라이버(201)와 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 개별적으로 변조시키는 드라이버들(203, 205, 207)을 시간 간격 순으로 선택하여 3색 LED(215, 217, 219)의 출력을 시간 간격에 따라 다르게 제어하는 하는 역할을 한다.
동시 변조 시간 간격 동안에는 3개의 스위치(209, 211, 213)가 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조시키는 드라이버(201)에 연결되어 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호가 동시에 변조된 데이터를 출력한다. 이후 개별 변조 시간 간격 동안에는 3개의 스위치(209, 211, 213)가 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조시키는 드라이버들(203, 205, 207)에 연결되어 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호가 개별적으로 변조된 데이터를 출력한다.
상기의 데이터 전송이 완료될 때까지 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 동시에 변조하는 시간 간격과 3색 LED(215, 217, 219) 출력 신호를 개별적으로 변조하는 시간 간격이 순차적으로 반복된다. 이를 하기의 그래프로 나타내면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신에서 시간 및 파장에 따라 다르게 변조된 데이터 신호를 나타낸 그래프이다.
도 3을 살펴보면, 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하는 시간과 개별적으로 변조하는 시간 간격이 순차적으로 나누어져 있고, 이러한 시간 간격에 따라 3색 LED 출력 신호의 변조 방식이 다르게 디스플레이 된다. 이 시간 간격에 따라서 해당 데이터 전송을 완료할 때까지 3색 LED 출력 신호를 각 시간 간격에 맞게 다르게 변조시켜 출력한다.
3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하게 될 경우, 데이터 전송량이 늘어나 장거리 전송이 불가능하다. 하지만 동시에 3색 LED 출력 신호를 변조할 경우, 하나의 데이터를 전송하게 되므로 장거리 전송이 가능하게 된다. 상기의 과정을 일 실시 예를 통하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3색 LED 출력 신호를 정해진 시간 간격에 따라 변조하였을 경우 출력되는 전광판을 도시한 예시도이다.
일정한 시간 간격으로 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하여 전광판에 '날씨'라는 글씨가 흰색과 검은색의 조합으로 전광판에 디스플레이 되고, 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하여 각 색 별로 어제와 오늘 내일의 날씨가 디스플레이 된다고 가정하면, 비교적 가까이 위치한 사용자들은 모든 데이터를 얻을 수 있지만, 비교적 장거리에 위치한 사용자들은 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하여 출력된 '날씨'라는 글씨만 보여 지게 된다. 이러한 경우, 날씨에 관한 정보가 필요한 사용자라면 전광판 가까이로 접근하여 다음 시간 간격 동안에 전광판에 디스플레이 되는 어제와 오늘, 내일의 날씨에 대한 자세한 데이터를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3색 LED 출력 신호를 정해진 시간 간격에 따라 변조하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 살펴보면, 501단계에서 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하여 디스플레이 할 시간 간격과 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하여 디스플레이 할 시간 간격을 정한다. 각 시간 간격이 정해지면, 503단계로 진행하여 각 시간 간격에 따라 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조한 신호를 디스플레이하거나, 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조한 신호를 디스플레이하게 된다. 만약, 동시 변조 시간 간격인 경우에는 505단계로 진행하여 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하고, 509단계로 진행하여 전광판에 디스플레이 함으로써, 먼 거리에 위치한 사용자에게 데이터를 전달할 수 있게 된다. 만약, 개별 시간 간격인 경우에는 507단계로 진행하여 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하고, 509단계로 진행하여 전광판에 디스플레이 함으로써, 가까이 위치한 사용자에게 많은 데이터를 전달할 수 있게 된다. 먼 거리에 위치한 사용자가 좀 더 자세한 정보를 얻고 싶다면, 전광판 근처로 접근하여 자세한 데이터를 얻을 수 있다.
이 후, 511단계에서 정해진 시간 동안 모든 데이터를 디스플레이 할 때까지 503단계에서 509단계의 과정을 반복 수행한다.
상기와 같이 하나의 구성을 가지고 3색 LED를 시간 간격에 따라 동시에 변조, 또는 개별적으로 변조함으로써, 사용자의 위치의 멀고 가까움에 상관없이 필요한 데이터를 사용자에게 전달 할 수 있는 데이터 정보 방송이 가능하다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신에서 가시광 정보 방 송 장치 및 방법 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 통상적으로 가시광 통신에서 시간 및 파장에 따른 변조된 데이터 신호를 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RGB 모듈의 내부 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신에서 시간 및 파장에 따라 다르게 변조된 데이터 신호를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3색 LED 출력 신호를 정해진 시간 간격에 따라 변조하였을 경우 출력되는 전광판을 도시한 예시도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3색 LED 출력 신호를 정해진 시간 간격에 따라 변조하는 과정을 도시한 흐름도

Claims (10)

  1. 가시광 통신(Visible Optical Communication)에서 가시광 정보 방송(Information Broadcast) 방법에 있어서,
    디스플레이(Display) 장치에 표시될 될 정보의 동시 신호의 시간 간격과 개별 신호의 시간 간격을 정하는 과정과,
    적색(Red)과, 녹색(Green)과, 청색(Blue)이 하나의 화소로 이루어진 3색 LED(Light Emitting Diode) 출력 신호를 동시에 변조하여 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과,
    상기 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하여 상기 디스플레이 장치로 변조된 정보를 전송하는 과정과,
    상기 동시 신호와 상기 개별 신호의 정해진 시간 간격에 따라서 상기 정보를 다르게 디스플레이 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시간 간격은
    시간 조절기를 통하여 미리 상기 동시 신호의 시간 간격과 상기 개별 신호의 시간 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 전송 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하는 과정은
    상기 동시 신호의 시간 간격 동안에 상기 3색 LED 출력 신호를 하나의 데이터 신호로 동시에 변조하는 단계와,
    상기 변조된 하나의 데이터 신호를 디스플레이 장치에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 전송 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조하는 과정은
    상기 개별 신호의 시간 간격 동안에 상기 3색 LED 출력 신호를 각 색상 별 데이터 신호로 개별적으로 변조하는 단계와,
    상기 개별적으로 변조된 하나 이상의 데이터 신호를 디스플레이 장치에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 전송 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 정해진 시간에 따라 다르게 디스플레이 하는 과정은
    상기 동시 신호의 시간 간격 동안에는 상기 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조한 정보를 상기 디스플레이 장치에 디스플레이 하는 단계와,
    상기 개별 신호의 시간 간격 동안에는 상기 3색 LED 출력 신호를 개별적으로 변조한 정보를 상기 디스플레이 장치에 디스플레이 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 전송 방법.
  6. 가시광 통신(Visible Optical Communication)에서 가시광 정보 방송(Information Broadcast) 장치에 있어서,
    적색(Red)과, 녹색(Green)과, 청색(Blue)가 하나의 화소로 이루어진 3색 LED(Light Emitting Diode)와,
    동시 신호 시간 간격 동안 상기 3색 LED 출력 신호를 동시에 변조하기 위한 통합 드라이버(Driver)와,
    개별 신호 시간 간격 동안 상기 3색 LED 출력 신호 개별적으로 변조하기 위한 3개의 드라이버와,
    상기 동시 신호 시간 간격과 상기 개별 신호 시간 간격이 바뀔 때마다 동시 신호와 개별 신호를 구분하는 3개의 스위치(Switch)와,
    상기 동시 신호의 시간 간격과 상기 개별 신호의 시간 간격을 조절하는 시간 조절기와,
    상기 동시 또는 개별 변조된 데이터 신호를 이용하여 필요한 정보를 디스플레이 하는 가시광용 전광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 동시 변조를 위한 드라이버는
    상기 동시 신호 시간 간격동안 상기 3개의 스위치를 동시에 제어하여 동시에 변조된 데이터 신호를 이용하여 전달하고자 하는 정보를 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 개별 변조를 위한 3개의 드라이버는
    상기 개별 신호 시간 간격동안 상기 3개의 스위치를 상기 3개의 드라이버가 각각 제어하여 개별적으로 변조된 데이터 신호를 이용하여 전달하고자 하는 정보를 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 스위치는
    상기 동시 신호 시간 간격 동안에는 상기 동시 변조를 위한 드라이버의 제어를 받아 동시에 변조된 상기 데이터 신호를 디스플레이 장치로 연결하고, 상기 개별 신호 시간 간격 동안에는 상기 개별 변조를 위한 3개의 드라이버의 제어를 각각 받아 개별적으로 변조된 데이터 신호를 디스플레이 장치로 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 가시광용 전광판은
    상기 3색 LED의 배열로 이루어진 복수의 LED 모듈과,
    상기 변조된 데이터 신호를 상기 복수의 LED 모듈로 분배하기 위한 RF(Radio Frequency) 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 정보 방송 장치.
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