KR101038239B1 - 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 그룹 코드화된 신호를 이용하여 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 및 펄스 위치 변조(Pulse Position Modulation: PPM) 변조 방식을 동시에 적용한 무선 가시광 통신 시스템에서 데이터 송신 장치에 관한 것으로, 전송하고자 하는 직렬 이진 데이터를 그룹화하여 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환기, 상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 그룹 할당부, 상기 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성하는 다중코드 부호화부, 상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정 펄스를 곱하여 출력하는 펄스 생성부를 포함하는 것에 관한 것이다.

Description

무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법 및 장치{Apparatus and Method of transmitting data in wireless visible light communication}
본 발명은 무선 가시광 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 그룹 코드화된 신호를 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 및 PPM(Pulse Position Modulation) 변조 방식을 동시에 적용한 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 관한 것이다.
최근 LED(light-emitting diode) 조명이 각광을 받으면서 LED 조명 인프라와 IT 기술을 융합하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 그 중에서 LED 조명의 가시광을 통신 매체로 이용하는 가시광통신(VLC; visible light communication) 분야가 활발히 연구되고 있으며, 실내/실외 조명, 자동차 램프 등 다양한 응용처를 가지고 있다. IEEE에서는 802.15.7 VLC Task Group에서 표준화도 진행 중이다.
일반적으로 LED 조명을 통신 수단으로 이용하는 방법으로 빛의 진폭 또는 강도를 조절하여 정보를 싣는 방식이 이용된다. 빛이 초당 수백 번 이상 깜박이면 사람의 눈은 평균으로밖에 인지하지 못하므로 조명과 통신이 동시에 구현된다. 다중레벨 펄스진폭변조(multi-level PAM; pulse amplitude modulation)도 가능하겠으나 진폭에 대한 비선형제어의 어려움으로 인해서 ON/OFF로 데이터를 보내는 OOK (on-off keying)가 가장 간단하며 보다 전력 효율적인 방식인 펄스위치변조(multi-level PPM; pulse position modulation)을 활용할 수 있다.
이와 펄스를 데이터에 따라 전송하면 조명의 밝기는 항상 ON인 경우에 비해 감소하게 된다. 보통 소스부호화된(source coded) 데이터는 같은 수의 ‘1’과 ‘0’을 가지므로 밝기(광도)는 약 50%로 감소한다. 게다가 초기 LED 조명을 설치하는 측에서는 가시광통신에 의한 밝기 감소를 고려하지 않을 것으로 예상되며, 또한 LED 조명의 고유 기능으로 조명 밝기를 최대값의 0~100%로 조절하는 광도 조절(디밍;dimming) 기능을 가지도록 한다. 디밍은 보통 조명의 진폭을 낮추어 구현되기보다는 펄스폭변조(PWM;pulse width modulation)처럼 ON/OFF 구간의 비율을 조정하여 구현된다. 이를 고려하여 IEEE 802.15.7 VLC 표준화 Task Group에서도 데이터 변조는 2진 PPM을 활용하고 디밍은 펄스폭변조를 활용하는 Variable PPM이라는 방식이 고려되고 있다.
하지만 이와 같이 VLC에서는 조명의 디밍 기능을 강조한 나머지 VLC의 목적인 데이터 전송 용량이 부족한 부분이 있다. 특히 펄스폭변조 기법의 경우, 그 방법 자체가 데이터변조에 활용이 가능하지만 현재는 디밍을 조절하는데 그 기능이 국한되어 있는 것이 사실이다. 따라서, VLC에서는 비선형제어의 어려움이 있는 펄스진폭변조를 제외한 펄스위치변조 및 펄스폭변조를 최대한 활용하여 조명으로서의 디밍 기능을 유지하면서도 VCL 데이터 전송용량을 확장할 수 있는 방식에 대한 필요가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 펄스 폭 변조 및 펄스 위치 변조 방식을 동시에 적용하여 조명 등의 밝기 조절(Dimming Control) 및 통신을 수행한다. 특히, 평균 듀티 비(Average Duty Ratio) 개념을 이용하여 조명 등의 밝기 조절(Dimming Control)을 가능하게 하고, 확산 코드 특히, 웨이브 폼 코드(Waveform Code) 및 순환 이동(Cyclic Shift) 기능을 통해 데이터 전송량을 증대시키고자 함에 있다.
본 발명은 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법에 있어서,전송하고자 하는 직렬 이진 데이터를 그룹화하여 병렬 데이터로 변환하는 단계; 상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 단계; 상기 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성하는 단계;상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 단계; 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정 펄스를 곱하여 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 단계는 평균 펄스 폭, 펄스 폭 변화량, 펄스 위치 구간의 개수 등의 파라미터 값에 따라 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수를 각각의 그룹으로 할당하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 단계는 상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 서로 다른 펄스 폭을 가지는 각각의 펄스에 대응시켜 펄스 폭 변조하고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 위치시켜 펄스 위치 변조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 확산 코드의 길이는 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 중 큰 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호가 한 주기의 펄스 구간을 넘어 다음 주기의 펄스 구간까지 걸쳐 있는 경우, 상기 다음 주기의 펄스 구간에 걸쳐 있는 부분의 신호에 대해 순환 이동(Cyclic Shift)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치에 있어서, 전송하고자 하는 직렬 이진 데이터를 그룹화하여 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환기; 상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 그룹 할당부; 상기 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성하는 다중코드 부호화부; 상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부; 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정 펄스를 곱하여 출력하는 펄스 생성부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 그룹 할당부는 평균 펄스 폭, 펄스 폭 변화량, 펄스 위치 구간의 개수 등의 파라미터 값에 따라 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수를 각각의 그룹으로 할당하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부는 상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 서로 다른 펄스 폭을 가지는 각각의 펄스에 대응시켜 펄스 폭 변조하고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 위치시켜 펄스 위치 변조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 확산 코드의 길이는 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 중 큰 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호가 한 주기의 펄스 구간을 넘어 다음 주기의 펄스 구간까지 걸쳐 있는 경우, 상기 다음 주기의 펄스 구간에 걸쳐 있는 부분의 신호에 대해 순환 이동(Cyclic Shift)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가시광 통신 송신 장치에서 신호를 그룹 코드화하여 Coding Gain 증대 및 일차적 데이터 전송률 증대가 가능하고, 펄스 폭 변조 및 펄스 위치 변조를 활용하여 이차적 데이터 전송 성능 증가 및 조명을 위한 밝기 조절(Dimming Contol)이 가능하다. 또한, 순환 이동(Cyclic Shift) 사용함으로써, 펄스 폭 변조 및 펄스 위치 변조 통합 변조 방식에서의 데이터 변조 용량 극대화 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 시스템의 개념을 도시한 도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 시스템에서 데이터 전송을 위한 송신 장치를 개략적으로 도시한 도.
도 3(a)는 8비트의 이진 데이터(11101101)를 본 발명에서 제안하는 펄스 폭 및 펄스 위치 변조 방식을 동시에 적용하여 전송하는 방법에 대한 일 실시 예를 도시한 도.
도 3(b)는 도 3(a)의 결과에 의해 변조된 신호를 도시한 도.
도 4(a)는 본 발명에서의 순환 이동(Cyclic Shift)에 대해 도시한 도.
도 4(b)는 도 3(b)에서 발생하는 펄스 간의 간섭 문제를 해결하기 위해 순환 이동(Cyclic Shift)을 사용한 것을 도시한 도.
본 발명은 기존의 조명등으로 사용하던 조명 장치를 통해서 가시광 통신을 가능하게 하는 것으로써, 특히 본 발명은 그룹 코드화된 신호에 펄스 폭 변조 및 펄스 위치 변조방식에 기반한 무선 가시광 통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 데이터 전송율을 극대화시키는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 그룹 코드화된 신호에 펄스 폭 변조 및 펄스 위치 변조 방식을 적용한 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 시스템의 개념을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 휴대기(112)나 디스플레이(113), 노트북 등(111)의 단말기가 서로 가시광 통신이 가능하고, 단말 장치들(100)과 조명(110) 등과 같은 인프라 간의 가시광 통신이 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 가시광 통신 시스템에서 데이터 전송을 위한 송신 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
하기의 설명에 있어서, 각 파라미터들의 정의는 아래와 같다.
X: 평균 펄스 폭(%)
K: 펄스 폭 변화량(%)
A: 펄스 폭 변조 방식에 의한 최대 전송 비트 수
B: 펄스 위치 변조 방식에 의한 최대 전송 비트 수
Ns: 확산 코드 길이, 다중 코드 길이
N : 펄스 위치 구간의 수
TL: 펄스 주기
도 2에 도시된 바와 같이, 송신 장치는 직/병렬 변환기(200), 그룹 할당부(210), 다중 코드 부호화부(220), 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230), 펄스 생성부(240)로 구성된다.
먼저, 직/병렬 변환기(200)에서는 전송하고자 하는 다수의 직렬 이진 데이터(Binary data)를 그룹화하여 한 비트 단위의 병렬 데이터로 변환하다.
병렬 처리된 데이터들에 미리 설정되어 있는 변조 방식을 이용하여 변조한다. 여기서는 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 방식을 사용한다. 하지만, 본 발명에서 사용된 변조 방식은 일 실시 예에 해당하는 것으로서, 변조 방식은 이에 국한되지 않는다.
다음, 그룹 할당부(210)는 상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당한다.
상기에서 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 방법은 평균 펄스 폭, 펄스 폭 변화량, 펄스 위치 구간의 개수 등의 파라미터 값에 따라 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수만큼을 각각의 그룹으로 할당한다.
여기서, 평균 펄스 폭은 하기 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00001
펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수가 A개이고, 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수가 B개이면, A개만큼을 제 1그룹에 B개 만큼을 제 2 그룹에 할당한다.
여기서, 상기 파라미터 값은 조명 등의 밝기 조절 및 통신을 수행하기 필요한 값으로 상위계층에서 전송되는 제어 정보에 따라 결정된다.
평균 펄스 폭과 펄스 폭 변화량의 값은 하기에서 설명되는 펄스 폭 변조 방식을 위해 필요한 파라미터 값이며, 이 파라미터 값들을 통해 조명 등의 밝기 조절(dimming control)이 가능하다.
또한, 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 A개와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 B개는 하기 수학식 2, 3을 통해 구할 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00002
Figure 112010034164902-pat00003
다음, 다중 코드 부호화부(220)는 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성한다.
제 1 및 2 그룹에 중복된 확산 코드를 사용할 수도 있고, 서로 다른 확산 코드를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 확산 코드의 길이는 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 중 큰 값에 의해 정해진다.
즉, 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 A개, 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 B개일 때,
확산 코드의 길이(Ns)는 하기 수학식 4를 통해 구할 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00004
여기서, 각각의 그룹에 할당되는 확산 코드의 길이는 동일하다.
특히, 본 발명에서는 상기의 확산 코드를 웨이브 폼 코드(Waveform code)로 지칭한다. 이러한 웨이브 폼 코드(Waveform Code)는 주로 직교 코드가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 직교 코드가 아닌 코드도 사용 가능하다.
상기 직교 코드에는 코드들 간의 상호 상관 특성이 우수한 코드로 알려져 있는 하다마드 코드(Hadamard Code) 등이 사용될 수 있다.
하다마드 코드는 종래의 무선 통신인 CDMA 통신 시스템에서 사용되는 확산 코드로써 하다마드 매트릭스(Matrix)로부터 발생되는 코드이다. 상기 하다마드 코드는 실베스터(Sylvester) 방식에 의해 단위 하다마드 코드의 정수 배만큼씩 확장 가능하다.
실베스터 방식에 의해 하기와 같이 확장 가능한 하다마드 코드를 생성할 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00005
물론, 상기 다중 코드 부호화부(220)에는 상기에서 결정된 길이의 확산 코드를 발생시키기 위한 확산 코드 발생기와 상기 확산 코드와 각 그룹 내의 신호들을 곱하기 위한 곱셈기를 포함한다.
다음, 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)는 상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치를 변조한다.
제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 서로 다른 펄스 폭을 가지는 각각의 펄스에 대응시켜 펄스 폭 변조하고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 위치시켜 펄스 위치 변조한다.
상기와 같은 방식에 의해, 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)로부터 변조된 신호는 서로 다른 폭을 가지면서 서로 다른 펄스 위치 구간에 위치하게 된다.
상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)에서 다중 코드 부호화된 심볼을 변조하는 방법에 대해 구체적으로 살펴보면,
먼저, 상기 제 1 그룹에 할당되는 비트 수가 A개이면 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 요소 성분들은 총 A+1개가 생성된다.
만약, A의 개수가 짝수이면, 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 각각의 요소 성분들이 가질 수 있는 값의 범위는 -A, -A+2, …, -2, 0, 2, …, A이 된다. 펄스 폭 변조를 위해, 상기 요소 성분들에서 0을 평균 펄스 폭인 X 값에 먼저 대응시키고, 2를 X값에 펄스 폭의 변화량 K값을 더한 값 즉, X+K값에, 4를 X+2K 값에, …, -2를 X-K값에, -4를 X-2K값에,… 각각 대응시킨다.
만약, A의 개수가 홀수이면, 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 각각의 요소 성분들이 가질 수 있는 값의 범위는 -A, -A+2, … -1, 1,…, A이 된다. 펄스 폭 변조를 위해, 상기 요소 성분들에서 1을 X+K값에, 3을 X+2K에, …, -1을 X-K값에, -3을 X-2K값에,… 각각 대응시킨다.
상기 펄스 폭 변조 방식에 대한 매핑 규칙은 하기 Table 1처럼 나타낼 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00006
< Table 1>
다음으로, 상기 제 2 그룹에 할당되는 비트 수가 B개이면 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 요소 성분들은 총 B+1개가 생성된다.
상기와 마찬가지로, B의 개수가 짝수이면, 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 각각의 요소 성분들이 가질 수 있는 값의 범위는 -B, -B+2, …, -2, 0, 2, …, B가 되고, B의 개수가 홀수이면 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 각각의 요소 성분들이 가질 수 있는 값의 범위는 -B, -B+2, … -1, 1, …, B이 된다.
또한, 펄스 위치 구간은 하기 수학식 5을 통해 구할 수 있다.
Figure 112010034164902-pat00007
즉, 펄스 위치 구간(Mn)은 0, 1, 2, 3, …, B의 값을 가지게 된다.
상기에서 산출된 펄스 위치 구간과 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼의 요소 성분들을 각각 대응시킨다. 즉, 요소 성분의 값이 -B인 경우는 첫 번째 펄스 위치 구간에, 요소 성분의 값이 -B+2인 경우에 두 번째 펄스 위치 구간에 … 최종적으로 요소 성분의 값이 B인 경우에 B 번째 펄스 위치 구간에 대응시킨다.
상기, 펄스 위치 변조에 의한 매핑 규칙은 하기 Table 2와 같다.
Figure 112010034164902-pat00008
<Table 2>
따라서, 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)에서는 상기 table 1 및 2의 매핑 규칙이 적용되어 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치를 변조하여 출력하게 된다.
즉, 다중 코드 부호화된 심볼이 (Table 1의 규칙을 갖는 펄스 폭, Table 2의 규칙을 갖는 펄스 위치 구간)을 갖는 신호로 변조된다.
하지만, 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)로부터 출력된 신호는 펄스 위치 변조 방식에 의한 펄스 위치 구간으로 인해 한 주기의 펄스 구간을 넘는 경우가 발생하게 된다. 이럴 경우에는 다음 펄스에 간섭으로 작용할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 간섭이 발생하는 경우에는 간섭을 일으킬 수 있는 부분에 대해 순환 이동(Cyclic Shift)을 사용한다.
여기서, 순환 이동이란 한 주기를 넘어가는 펄스 부분을 잘라내어 그 주기의 처음으로 잘라낸 부분을 복사하는 것을 말한다.
상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부(230)에서 출력된 신호가 하기 수학식 6에 해당하는 경우 순환 이동을 수행한다.
Figure 112010034164902-pat00009
다음, 펄스 생성부(240)는 상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정의 펄스를 곱하여 출력한다. 상기 펄스 생성부(240)로부터 출력된 신호는 최종적으로 송신 안테나를 통해 전송된다.
도 3(a)은 8비트의 이진 데이터(11101101)를 본 발명에서 제안하는 펄스 폭 및 펄스 위치 변조 방식을 동시에 적용하여 전송하는 방법에 대한 일 실시 예를 도시한 도면이다.
먼저, 상기 8비트의 직렬 이진 데이터(11101101)를 한 비트 단위로 병렬 처리한 후, BPSK 변조 방식(1→0, 1→-1)을 적용하면, 1→1, 1→1, 1→1, 0→-1, 1→1, 1→1, 0→-1, 1→1 와 같은 변조 신호가 된다.
다음, 조명 등의 밝기 조절 및 통신을 수행하기 위해, 상위 계층에 의해 전송된 제어 정보에 따라 결정된 파라미터 값들 즉, 평균 펄스 폭(X)=70%, 펄스 폭 변화량(K)=10%, 펄스 위치 구간의 수(N)=4라고 하면, 여기서 펄스 위치 구간의 수가 4일 때, 하나의 구간은 25%의 폭을 갖게 된다.
상기 파라미터 값들에 의해, 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수는 상기 수학식 2에 의하면,
Figure 112010034164902-pat00010
즉, 5개가 된다.
또한, 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수는, 상기 수학식 3에 의하면,
Figure 112010034164902-pat00011
즉, 3개가 된다.
상기에서 산출된 펄스 폭 변조 방식의 최대 전송 비트 수 5개를 제 1 그룹에 할당하고, 펄스 위치 변조 방식의 최대 전송 비트 수 3개를 제 2 그룹에 할당한다. 즉, 제 1 그룹에 할당된 데이터들은 (1,1,1,-1,1)이며, 제 2 그룹에 할당된 데이터들은 (1,-1,1)이 된다.
또한, 상기에서 산출된 각각의 변조 방식에 의한 최대 전송 비트 수를 이용하여 확산 코드의 길이(Ns)를 결정한다.
확산 코드의 길이는,
Figure 112010034164902-pat00012
즉, 8이 된다.
여기서, 확산 코드로 하다마드 코드를 사용하면, H8의 하다마드 코드는 하다마드 코드인 H2를 실베스터 방식에 의해 확장하면 하기와 같다.
Figure 112010034164902-pat00013
상기 하다마드 코드 중 5개의 코드를 제 1 그룹에 할당하고 즉, C1, C2, C3, C4, C5를 제 1 그룹에 할당한다.
Figure 112010034164902-pat00014
상기 제 1 그룹에 할당한 5개의 코드 중 3개의 코드 즉, C1, C2, C3를 제 2 그룹에 할당한다.
여기서 제 2 그룹에 할당하는 3개의 코드를 상기 제 1 그룹에 할당되는 코드 중에 선택할 수도 있으며, 제 1 그룹에 할당된 코드 이외의 것들을 선택할 수도 있다.
따라서, 8비트의 이진 데이터 중 5개의 이진 데이터 (1 1 1 -1 1)을 제 1그룹에 할당된 확산 코드들과 확산 처리한 결과는,
Figure 112010034164902-pat00015
이 된다.
또한, 8비트 중 나머지 3 비트 (1 -1 1)를 제 2 그룹에 할당된 확산 코드들과 확산 처리한 결과는
Figure 112010034164902-pat00016
이 된다.
상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼은 [3 -3 1 3 -1 1 -3 1] 이고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼은 [1 -3 -1 -1 1 1 -1 3]이 된다.
상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 펄스 폭 변조 방식에 의해 대응시키면, 우선 최대 전송 비트수가 5비트이고 홀수이므로, 다중화된 심볼의 요소 성분의 총 개수는 6개이고 (-5, -3, -1, 1, 3, 5)의 범위의 가진다. 또한, 상기 요소 성분들 중 -5는 40%, -3은 50%, -1은 60%, 1은 80%, 3은 90%, 5는 100%의 펄스 폭에 각각 대응시킨다.
따라서, 상기와 같은 방식에 의해, 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼(3 -3 1 3 -1 1 -3 1)의 각 요소 성분은 각각 3→90% 펄스 폭, -3→50% 펄스 폭, 1→80% 펄스 폭, 3→90% 펄스 폭, -1→60% 펄스 폭, 1→80% 펄스 폭, -3→50% 펄스 폭, 1→80% 펄스 폭에 각각 대응된다.
또한, 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 펄스 위치 변조 방식에 의해 대응시키면, 우선 최대 전송 비트 수가 3 비트로 홀수이므로, 상기 심볼의 요소 성분 총 개수는 4개이고, (-3, -1, 1, 3)의 범위를 가진다.
상기 요소 성분 중 -3은 첫 번째 펄스 위치 구간에, -1은 두 번째 펄스 위치 구간에, 1은 세 번째 펄스 위치 구간에, 3은 네 번째 펄스 위치 구간으로 대응시킨다.
따라서, 상기와 같은 방식에 의해, 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼(1 -3 -1 -1 1 1 -1 3)의 각 요소 성분은 1→세 번째 펄스 위치 구간에, -3→첫 번째 펄스 위치 구간, -1→두 번째 펄스 위치 구간, -1→ 두 번째 펄스 위치 구간, 1→세 번째 펄스 위치 구간, 1→세 번째 펄스 위치 구간, -1→두 번째 펄스 위치 구간, 3→ 네 번째 펄스 위치 구간에 각각 대응시킨다.
따라서, 2개의 다중 코드 부호회된 신호쌍은 [(제 1그룹 다중 코드 부호화된 심볼, 제 2그룹 다중 코드 부호화된 심볼)]=[(3,1),(-3,-3),(1,-1),(3,-1),(-1,1),(1,1),(-3,-1),(1,3)]이 되며 상기와 같은 매핑 규칙에 의해 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부로부터 변조되어 출력될 신호는 [(90% 펄스 폭,세 번째 펄스 위치 구간),(50% 펄스 폭, 첫 번째 펄스 위치 구간),(80% 펄스 폭, 두 번째 펄스 위치 구간),(90% 펄스 폭, 두 번째 펄스 위치 구간),(60% 펄스 폭, 세 번째 펄스 위치 구간),(80% 펄스 폭, 세 번째 펄스 위치 구간),(50% 펄스 폭, 두 번째 펄스 위치 구간),(80% 펄스 폭, 네 번째 펄스 위치 구간)]과 같은 신호가 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부로부터 출력된다.
도 3(b)는 도 3(a)의 결과에 의해 변조된 신호를 도시한 도면이다.
하지만, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부로부터 출력된 신호는 펄스 위치 변조 방식에 의한 위치 간격 때문에 펄스의 폭이 한 주기를 넘는 경우가 발생하게 된다. 이 경우, 상기 펄스로 인해 다음에 발생하는 펄스에 간섭으로 작용하는 문제점이 발생한다.
따라서, 상기와 같은 간섭 발생의 문제를 해결하기 위해 한 주기를 넘는 변조된 신호에 대해서 즉, 상기 수학식 6을 만족하는 경우에, 순환 이동(Cyclic Shift)을 사용한다.
상기 결과 값 중, 상기 수학식 6을 만족하는 경우는 (3,1), (1,-1), (3,-1), (-1,1), (1,1), (1,3)가 해당되므로 상기 펄스 신호에 대해서는 순환이동을 사용한다.
도 4(a)는 본 발명에서의 순환 이동(Cyclic Shift)에 대해 도시한 도면이다.
L1, L2, …은 펄스 폭 변조에 의해 서로 다른 펄스 폭을 갖는 값이며, d, 2d, 3d, …은 펄스 위치 변조에 의해 서로 다른 펄스 위치 구간을 갖는 값이다.
도 4(a)에도 도시된 바와 같이, 한 주기의 펄스 구간을 넘는 부분에 대해서 순환 이동(Cyclic Shift)을 하여 한 주기의 맨 앞 부분에 위치시킨다.
도 4(b)는 도 3(b)에서 발생하는 펄스 간의 간섭 문제를 해결하기 위해 순환 이동(Cyclic Shift)을 사용한 것을 도시한 도면이다.
100: 단말 장치들 113: 디스플레이
110: 조명
111: 노트북
112: 휴대기

Claims (10)

  1. 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법에 있어서,
    전송하고자 하는 직렬 이진 데이터를 그룹화하여 병렬 데이터로 변환하는 단계;
    상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 단계;
    상기 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성하는 단계;
    상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 단계; 및
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정 펄스를 곱하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 단계는 평균 펄스 폭, 펄스 폭 변화량, 펄스 위치 구간의 개수 등의 파라미터 값에 따라 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수를 각각의 그룹으로 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 단계는 상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 서로 다른 펄스 폭을 가지는 각각의 펄스에 대응시켜 펄스 폭 변조하고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 위치시켜 펄스 위치 변조하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 확산 코드의 길이는 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 중 큰 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호가 한 주기의 펄스 구간을 넘어 다음 주기의 펄스 구간까지 걸쳐 있는 경우, 상기 다음 주기의 펄스 구간에 걸쳐 있는 부분의 신호에 대해 순환 이동(Cyclic Shift)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 방법.
  6. 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치에 있어서,
    전송하고자 하는 직렬 이진 데이터를 그룹화하여 병렬 데이터로 변환하는 직/병렬 변환기;
    상기 변환된 병렬 데이터를 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 그룹 할당부;
    상기 제 1 및 2 그룹으로 할당된 데이터에 확산 코드를 곱하여 다중코드 부호화된 심볼을 생성하는 다중코드 부호화부;
    상기 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 소정 펄스 폭을 갖도록 위치시켜 펄스 폭 및 펄스 위치 변조하는 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부; 및
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호에 소정 펄스를 곱하여 출력하는 펄스 생성부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 그룹으로 할당하는 그룹 할당부는 평균 펄스 폭, 펄스 폭 변화량, 펄스 위치 구간의 개수 등의 파라미터 값에 따라 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수를 각각의 그룹으로 할당하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조부는 상기 제 1 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 서로 다른 펄스 폭을 가지는 각각의 펄스에 대응시켜 펄스 폭 변조하고, 상기 제 2 그룹으로부터 생성된 다중 코드 부호화된 심볼을 소정 펄스 구간에 위치시켜 펄스 위치 변조하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 확산 코드의 길이는 펄스 폭 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수와 펄스 위치 변조 방식으로 전송 가능한 최대 비트 수 중 큰 값에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 펄스 폭 및 펄스 위치 변조되어 출력된 신호가 한 주기의 펄스 구간을 넘어 다음 주기의 펄스 구간까지 걸쳐 있는 경우, 상기 다음 주기의 펄스 구간에 걸쳐 있는 부분의 신호에 대해 순환 이동(Cyclic Shift)을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 통신 시스템에서의 데이터 송신 장치.
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