KR101105738B1 - 가시광 송신 장치, 가시광 수신 장치 및 이를 포함하는 가시광 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

가시광 통신 시스템은 사용자가 전송하려는 인코딩된 데이터를 데이터 리패킹을 통해 실수값의 신호로 변환하고 실수값의 신호를 기초로 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산을 수행한 후, 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 실수값으로 구성된 IFFT 데이터를 생성하고 IFFT 데이터에 대응하는 가시광을 외부로 송신하는 송신 장치; 및 송신 장치로부터 출력되는 가시광을 수신하여 역이산푸리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 연산을 수행하여 IDFT 데이터를 출력하고, IDFT 데이터를 데이터 디패킹을 통해 실수값을 허수값을 변환하여 복소수값의 신호로 변환한 후 복조하는 수신 장치를 포함한다.

Description

가시광 송신 장치, 가시광 수신 장치 및 이를 포함하는 가시광 통신 시스템{Visible Light Transmitter, Visible Light Receiver, Visible Light Communication System Thereof}
본 발명은 가시광을 이용하여 데이터를 전달하는 가시광 통신 시스템으로서, 특히 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 기술을 적용한 가시광 통신 송신 장치, 가시광 수신 장치 및 이를 포함하는 가시광 통신 시스템에 관한 것이다.
가시광 통신은 LED(Lighting Emitting Diode) 조명장치에서 발생하는 빛을 이용하여 데이터를 무선으로 송수신하는 통신 시스템을 의미한다.
가시광 통신은 LED 장치의 역할인 조명 기능에 통신 기능을 부가한 것이다.
LED는 초고속 인터넷망에 사용되는 대표적인 통신용 반도체 소자인 LD(Laser Diode)와 그 구조나 신호 파형이 유사하기 때문에 조명 빛에 데이터를 실어 보낼 수 있다.
차세대 환경 친화적인 조명 광원으로 기대받고 있는 WLED(White LED)는 적은 소비 전력과 반영구적인 수명, 기존 광원에 비해 고휘도를 갖는 장점이 있다.
한편 WLED를 이용한 가시광 통신 시스템은 기존 조명 시스템의 역할 뿐만 아니라 짧은 거리의 무선 광통신 시스템의 역할이 가능한 것으로 많은 연구가 이루어지고 있다.
그러나 WLED를 이용한 가시광 통신 시스템은 낮은 대역폭을 갖는 커다란 문제점을 가지고 있다. 직교 주파수 부호 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)과 같은 DMT(Discrete Multi Tone) 전송 기술을 이용하여 전술한 문제점을 극복할 수 있었다.
그러나 OFDM은 다른 방식에 비해 높은 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak to Average Power Ration, PAPR)가 크기 때문에 송신기 출력이 커지는 문제점이 있다.
이로 인해 가시광 통신 시스템은 전력 감소 문제가 발생하여 WLED 광원이 깜박거리면서 사용자의 시력 보호 문제와 더불어 광원 기기의 수명에도 영향을 미친다.
가시광 통신에서 PAPR의 문제점을 해결하면서 비슷한 성능의 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 갖기 위한 새로운 전송 기법이 필요하다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가시광 통신에 3GPP LTE 상향링크 표준 전송 기술인 SC-FDMA를 적용하여 가시광 통신 시스템에 전력 감소 문제를 해결하는 전송 기법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 가시광 송신 장치는 사용자가 전송하려는 인코딩된 데이터를 제1 복소수값의 신호로 변조하는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조부; 상기 QAM 변조부에서 변조된 제1 복소수값의 신호에서 실수값의 신호로 변환하여 출력하는 데이터 리패킹부; 상기 데이터 리패킹부에서 출력되는 상기 실수값의 신호를 이용하여 제2 복소수값의 신호로 변환하고 상기 변환한 제2 복소수값을 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산하여 DFT 데이터를 출력하는 DFT 스프래딩부(Spreading); 상기 DFT 스프래딩부에서 출력되는 DFT 데이터를 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 실수값으로 구성된 IFFT 데이터를 출력하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조부; 및 상기 OFDM 변조부에서 출력한 IFFT 데이터에 대응하는 가시광을 외부로 송신하는 백광형 발광 다이오드부를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 가시광 수신 장치는 가시광을 사용하여 데이터를 송신하는 송신 장치로부터 송신되는 가시광을 수신하는 포토 다이오드부; 상기 포토 다이오드부로부터 출력한 데이터―상기 데이터는 제1 실수값과 상기 제1 실수값의 뒤에 제2 실수값을 포함함―를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 수행하여 FFT 데이터를 출력하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 복조부; 상기 OFDM 복조부에서 출력되는 FFT 데이터를 역이산푸리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 연산을 수행하여 IDFT 데이터를 출력하는 IDFT 디스프레딩부(Despreading); 상기 IDFT 디스프레딩부로부터 출력된 IDFT 데이터에서 상기 제2 실수값을 허수값으로 변환하여 복소수값의 신호로 변환하는 데이터 디패킹부; 및 상기 데이터 디패킹부에서 출력한 상기 복소수값의 신호를 복조하는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 복조부를 포함한다.
본 발명의 특징에 따른 가시광 통신 시스템은 사용자가 전송하려는 인코딩된 데이터를 데이터 리패킹을 통해 실수값의 신호로 변환하고 상기 실수값의 신호를 기초로 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산을 수행한 후, 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 실수값으로 구성된 IFFT 데이터를 생성하고 상기 IFFT 데이터에 대응하는 가시광을 외부로 송신하는 송신 장치; 및 상기 송신 장치로부터 출력되는 가시광을 수신하여 역이산푸리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 연산을 수행하여 IDFT 데이터를 출력하고, 상기 IDFT 데이터를 데이터 디패킹을 통해 상기 실수값을 허수값을 변환하여 복소수값의 신호로 변환한 후 복조하는 수신 장치를 포함한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 WLED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 SC-FDMA 기술을 적용하면 가시광 통신 시스템의 송신단에서 낮은 PAPR 가지기 때문에 발생 가능한 전력 감소 문제를 해결하는 효과가 있다.
본 발명은 WLED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 SC-FDMA 기술을 적용하면 비선형 증폭기 사용시 BER 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 가시광 통신 시스템에서 SC-FDMA 기술을 적용하여 낮은 PAPR로 전력 감소가 이루어져 WLED 광원이 깜박거리는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 기술을 적용한 가시광 통신 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템에서 IFDMA와 LFDMA의 전송 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트랜스듀서(Transducer) 입, 출력 신호에 대한 전압과 전류의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템에서 IFDMA, LFDMA, OFDMA의 PAPR 감소 성능을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템에서 LED 특징에 의한 클리핑시의 링크 레벨 결과를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 기술을 적용한 가시광 통신 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신 시스템은 송신장치(100) 및 수신장치(200)를 포함한다.
송신장치(100)는 콘볼루션 인코더(Convolution Encoder)(110), QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조부(120), 데이터 리패킹부(Data Repacking)(130), 이산 푸리에 변환 스프래딩부(Discrete Fourier Transform Spreading)(140), 제로 패드 서브 캐리어 맵핑부(Zero Pad & Subcarrier Mapping)(150), OFDM 변조부(160), 디지털 아날로그 신호 변환부(170) 및 백광형 발광 다이오드부(WLED)(180)를 포함한다.
콘볼루션 인코더(110)는 원천 정보 신호가 수신되면 콘볼루션 인코더(110)에서 발생할 에러를 복구하기 위해 콘볼루션 코드를 사용해 인코딩한다.
인코딩된 데이터는 QAM 변조부(120)에 의해 변조 방식을 2p를 선택하여 복소수(Complex Number) 신호로 변조한다. 여기서, P는 변조 지수(1,2,..., K)이고, 채널의 상태와 노이즈에 의해 결정된다.
LED의 특징에 의한 신호는 실수값이 되어야 한다.
QAM 변조부(120)에 의해 변조된 신호는 복소수값이므로 데이터 리패킹(Data Repacking)부(130)를 통해 허수값을 실수값으로 변환하여 실수값 x1(n)의 뒷면에 추가한다. 다시 말해, 데이터 리패킹부(130)는 제1 실수값과 허수값을 포함한 제1 복소수값의 신호에서 허수값을 제2 실수값으로 변환하여 제1 실수값의 뒤에 붙여 2N 포인트의 실수값으로 변환한다.
데이터 리패킹부(130)에서 데이터를 처리한 이후의 데이터(g(2n))는 2N 포인트의 실수값이고 DFT(Discrete Fourier Transform) 연산할 때 복잡도가 증가한다.
연산 복잡도를 줄이기 위해서 이산 푸리에 변환 스프래딩부(Discrete Fourier Transform Spreading)(140)는 아래에 설명하는 방법을 이용한다.
이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)는 다음의 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3]에 의해 DFT 연산의 입력값을 복소수값으로 변환한다.
Figure 112010040713617-pat00001
Figure 112010040713617-pat00002
Figure 112010040713617-pat00003
이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)는 복소수값 x(n)은 다음의 [수학식 4]에 의해 DFT 연산을 수행한다.
Figure 112010040713617-pat00004
여기서,
Figure 112010040713617-pat00005
는 0부터 N-1까지의 실수이고, X(N)=X(0)이다. 이러한 성질을 이용해서 DFT 사이즈가 2N에서 N으로 줄일 수 있다.
Figure 112010040713617-pat00006
와
Figure 112010040713617-pat00007
는 다음의 [수학식 5]와 [수학식 6]에 의해 나타내어진다.
Figure 112010040713617-pat00008
Figure 112010040713617-pat00009
이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)는 DFT 스프래딩 연산에 있어서 시스템 복잡도를 반으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)는 실수값이 입력되어야 DFT와 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 변조 과정에서 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산에 의해 LED에 전달되는 데이터가 실수값만 전달되어지게 된다.
이때, 이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)의 출력 데이터 Xk는 다음의 [수학식 7]과 같이 나타낸다.
Figure 112010040713617-pat00010
여기서, xm은 데이터 리패킹부(130)를 거친 신호를 나타내고 이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)의 DFT의 크기는 M이 되며, OFDM 변조부(160)의 IFFT 크기는 N(>M)이 된다.
제로 패드 서브 캐리어 맵핑부(Zero Pad & Subcarrier Mapping)(150)는 이산 푸리에 변환 스프래딩부(140)로부터 수신한 데이터를 부반송파 맵핑한다.
Q(=N/M)를 대역폭 환산 인자라 할 때, SC-FDMA 가시광 통신 시스템은 Q개의 직교 신호 성분으로 구성되고 각각의 직교 신호 성분은 M개의 직교 부반송파로 구성된다.
부반송파 구성 방법은 LFDMA(Localized FDMA)(300)와 IFDMA(Interleaved FDMA)(310)가 있다.
도 2를 참조하면, LFDMA(300)와 IFDMA(310)를 나타낸 것으로서, IFDMA(310)에서는 부반송파들이 같은 간격을 차지하는 반면, LFDMA(300)에서는 DFT 출력에 의해 부반송파들이 연속적으로 나타난다. 각각의 유저 장비에서 사용되지 않은 부반송파들은 도 2에서 '0'으로 나타난다.
LFDMA(300)을 이용할 때, 동일 사용자의 데이터를 가지고 있는 서브 캐리어들을 묶어서 변조하고 IFDMA(310)을 이용할 때, 여러 사용자의 서브 캐리어들을 섞어서 변조한다.
IFDMA
Figure 112010040713617-pat00011
은 다음의 [수학식 8]과 같다.
Figure 112010040713617-pat00012
LFDMA
Figure 112010040713617-pat00013
은 다음의 [수학식 9]와 같다.
Figure 112010040713617-pat00014
Figure 112010040713617-pat00015
은 전술한 [수학식 7]로부터의 주파수 도메인 샘플이다.
OFDM 변조부(160)는 위와 같이 제로 패드 서브 캐리어 맵핑부(150)에서 부반송파 맵핑이 끝난 데이터를 OFDM 변조 과정을 수행한다.
OFDM 변조부(160)에서 OFDM 변조를 거친 데이터 Xk는 다음의 [수학식 10]과 같이 나타낸다.
Figure 112010040713617-pat00016
여기서,
Figure 112010040713617-pat00017
는 부반송파 맵핑을 거친 데이터를 나타낸다.
디지털 아날로그 신호 변환부(170)는 OFDM 변조부(160)에서 OFDM 변조된 데이터를 DC 바이어스 지점(400)을 이동하고 전압을 전류로 변환한다.
도 3을 참조하면, WLED를 이용한 가시광 통신 시스템은 실제 광원에서 음전압이 없기 때문에 저전력 클리핑을 피하기 위해 DC 바이어스 지점(400)을 트랜스듀서(Transducer)를 통해 이동한다.
트랜스듀서 입, 출력 신호에 대한 전압-전류 관계는 도 3에 도시되어 있다.
비선형 송신기에서 변조된 OFDM 신호는 PAPR이 발생하여 최대 허용 AC 펄스 전류 지점보다 클 경우 클리핑되어 신호가 왜곡되는 문제점이 발생한다.
LED의 특성은 발광 효과에 있어서 전류가 전압보다 더 안정적이기 때문에 전압-전류 변환을 해야 한다.
전압을 전류로 변환함에 있어서 무선 통신 시스템에서 널리 사용되어지는 상승여현 코사인 펄스(Raised Consine Pulse Shaping)를 사용하였다.
상승여현 코사인 펄스를 이용한 DAC(Digital Analog Conveter) 시뮬레이션 구현식은 다음의 [수학식 11]과 같다.
Figure 112010040713617-pat00018
여기서, T는 심볼 시간이고
Figure 112010040713617-pat00019
는 0과 1 사이의 값을 가지는 Roll-off Factor이다.
디지털 아날로그 신호 변환부(170)에서 DAC 시뮬레이션을 구현하여 전압-전류 변환을 검증할 수 있다.
송신장치(100)의 백광형 발광 다이오드부(WLED)(180)는 디지털 아날로그 신호 변환부(170)로부터 전송된 데이터에 대응하는 가시광을 광 무선 채널을 통해 수신장치(200)로 전송한다.
송신장치(100)의 백광형 발광 다이오드부(180)의 전송 신호의 PAPR은 다음의 [수학식 12]와 같다.
Figure 112010040713617-pat00020
구형파와 같이 펄스 쉐이핑이 없으면 심볼 레이트 샘플링은 단일 반송파로 변조되어진 연속적 SC-FDMA 신호와 같은 PAPR을 가진다.
따라서, 펄스 쉐이핑이 없는 심볼 레이트 샘플링의 PAPR은 다음의 [수학식 13]과 같다.
Figure 112010040713617-pat00021
수신장치(200)는 수신 포토다이오드부(210), OFDM 복조부(Demodulation)(220), 선택 데이터 심볼부(230), IDFT 디스프레딩부(Inverse Discrete Fourier Transform Despreading)(240), 데이터 디패킹부(Data Depacking)(250), QAM 복조부(260) 및 비터비 디코더(Viterbi Decoder)(270)를 포함한다.
수신 포토다이오드부(210)는 송신장치(100)로부터 광 신호를 수신한다. 이때 수신되는 값은 실수값이다.
수신 포토다이오드부(210)로부터 수신된 실수값은 OFDM 복조부(220)를 거쳐 CP(Cyclic Prefix)를 제거되고 FFT(Fast Fourier Transform) 연산이 수행된다.
선택 데이터 심볼부(230)는 LFDMA(300) 또는 IFDMA(310)와 같은 부반송파 맵핑 방식에 따른 데이터를 추출한다.
IDFT 디스프레딩부(240)는 선택 데이터 심볼부(230)에서 수신된 데이터를 IDFT 연산을 거쳐 주파수 영역 데이터를 시간 영역 데이터로 변환한다.
데이터 디패킹부(250)는 IDFT 디스프레딩부(240)로부터 수신된 데이터 즉, 제1 실수값과 허수값을 포함한 복소수값의 신호에서 허수값을 제2 실수값으로 변환하여 제1 실수값의 뒤에 붙여 복소수값으로 변환한다.
데이터 디패킹부(250)에서 출력된 데이터는 QAM 복조부(260)와 비터비 디코더(Viterbi Decoder)(270)를 거쳐 데이터를 복조하고 디코딩한다.
본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템은 송신장치(100)의 변조 과정에서 IFFT 연산 전에 DFT 처리 과정을 수행하고 수신장치(200)의 복조 과정에서의 FFT 출력 신호를 IDFT 처리함으로써 송신장치(100)에서 발생할 수 있는 PAPR을 최소화하여 송신장치(100)의 전력 효율을 개선한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템에서 IFDMA, LFDMA, OFDMA의 PAPR 감소 성능을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 디지털 아날로그 신호 변환부(170) 또는 백광형 발광 다이오드부(180)에서는 LFDMA(300), IFDMA(310), OFDMA의 PAPR 감소 성능을 측정할 수 있다.
M의 부반송파 개수를 256개, 입력 블록 사이즈 N을 64개, Q를 4로 지정하였고, LED Amplifier Back-off 값은 3dB과 12dB이다. 보다 상세한 파라미터값은 다음의 [표 1]과 같다.
Figure 112010040713617-pat00022
PAPR의 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function)는 Monte Carlo Simulation에 의해 계산되어졌고 LFDMA(300), IFDMA(310), OFMDA의 PAPR의 CCDF를 산출할 때 8번의 Oversampling이 되었다.
도 4에 도시된 바와 같이, QPSK에서의 LFDMA(300), IFDMA(310), OFMDA 각각에 따른 PAPR의 CCDF를 나타낸다.
펄스 쉐이핑을 하지 않을 경우, IFDMA(310)는 OFDMA보다 9dB 정도 낮은 PAPR 수치를 보여주고, LFDMA(300)는 OFDMA보다 약 2.5dB 정도 낮은 수치를 보여준다.
0.5의 Roll-off factor 값을 사용하는 경우 레이지드 코사인 펄스 쉐이핑의 경우 IFDMA(310)의 PAPR이 상당히 증가한 반면, LFDMA(300)의 PAPR은 거의 증가하지 않았다.
LFDMA(300)와 IFDMA(310)의 PAPR은 OFDMA의 PAPR보다 항상 낮은 결과를 알 수 있다.
도 4를 참조하면, PAPR 감소 성능은 IFDMA(310) > LFDMA(300) > OFDMA 순이다.
전술한 결과를 보면, SC-FDMA 적용시 PAPR이 감소하여 비선형 증폭기에서 클리핑 확률 감소에 따른 비선형 왜곡 현상이 저하되고 이에 따라 비선형 증폭기 채널에서 BER이 향상된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템에서 LED 특징에 의한 클리핑시의 링크 레벨 결과를 나타낸 도면이다.
QPSK 변조상에서 12dB의 클리핑시 Nomalized Bit Energy의 성능 저하는 작았지만 3dB 레벨의 클리핑시 성능 저하가 있었다.
16QAM 변조에서는 클리핑시 부반송파들 사이에서 직교성에 영향을 미친다.
QPSK, 16QAM 변조에서 저전력 클리핑 시뮬레이션에서는 SC-FDMA가 OFDMA 시스템보다 더 좋은 성능을 가진다.
SC-FDMA 기술을 적용한 가시광 통신 시스템인 WLED는 기술적으로 실현 가능하다.
SC-FDMA의 저전력 PAPR 특성은 LED 전송 기술을 만들고 비선형 왜곡을 피할 수 있으며 비선형 채널의 OFDMA 시스템에서 더 좋은 성능을 가져온다.
본 발명의 WLED를 이용한 가시광 통신 방법은 SC-FDMA 전송 기술을 적용하여 기존 OFDMA에서의 PAPR 문제를 해결하는 방안을 제시하였다.
SC-FDMA는 OFDMA보다 낮은 PAPR 발생 확률을 가지기 때문에 이를 통해 WLED를 이용한 가시광 통신 시스템의 송신장치(100)에서 발생 가능한 전력 감소 문제의 해결 및 비선형 증폭기의 사용시 BER 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
LED Lighting의 낮은 Peak Power는 사람의 눈도 보호하는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 가시광을 이용하여 데이터를 송신하는 가시광 송신 장치에 있어서,
    사용자가 전송하려는 인코딩된 데이터를 제1 복소수값의 신호로 변조하는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조부;
    상기 QAM 변조부에서 변조된 제1 복소수값의 신호에서 실수값의 신호로 변환하여 출력하는 데이터 리패킹부;
    상기 데이터 리패킹부에서 출력되는 상기 실수값의 신호를 이용하여 제2 복소수값의 신호로 변환하고 상기 변환한 제2 복소수값을 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산하여 DFT 데이터를 출력하는 DFT 스프래딩부(Spreading);
    상기 DFT 스프래딩부에서 출력되는 DFT 데이터를 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 실수값으로 구성된 IFFT 데이터를 출력하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조부; 및
    상기 OFDM 변조부에서 출력한 IFFT 데이터에 대응하는 가시광을 외부로 송신하는 백광형 발광 다이오드부를 포함하며,
    Figure 112011059902595-pat00028
    는 0부터 N-1까지의 실수이고, X(N)=X(0)이고,
    Figure 112011059902595-pat00029
    이고,
    Figure 112011059902595-pat00030
    일 때,
    상기 DFT 스프래딩부는 복소수값 X(N)에 대해,
    Figure 112011059902595-pat00031
    의 수학식에 의한 DFT 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 가시광 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DFT 스프래딩부와 상기 OFDM 변조부 사이에,
    상기 DFT 스프래딩부로부터 출력되는 데이터를 동일 사용자의 데이터를 가지고 있는 서브 캐리어들을 묶어서 변조하는 LFDMA(Localized FDMA)와 여러 사용자의 서브 캐리어들을 섞어서 변조하는 IFDMA(Interleaved FDMA)의 부반송파 맵핑을 수행하는 제로 패드 서브 캐리어 맵핑부(Zero Pad & Subcarrier Mapping)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 송신 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 OFDM 변조부와 상기 백광형 발광 다이오드부 사이에,
    상기 OFDM 변조부에서 출력한 IFFT 데이터를 DC 바이어스 포인트를 설정하고 전압 신호를 전류 신호로 변환하는 디지털 아날로그 신호 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 리패킹부는 상기 QAM 변조부에서 변조된 제1 복소수값의 신호―상기 신호는 제1 실수값과 허수값을 포함함―에서 상기 허수값을 제2 실수값으로 변환하여 상기 제1 실수값의 뒤에 붙여 출력하는 것을 특징으로 하는 가시광 송신 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 백광형 발광 다이오드부는 첨두 전력 대 평균 전력비(Peak to Average Power Ration, PAPR)를 측정시 상기 IFDMA, 상기 LFDMA, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 순으로 상기 PAPR이 낮은 수치를 나타내는 것을 특징으로 하는 가시광 송신 장치.
  6. 삭제
  7. 가시광을 이용하여 데이터를 전달하는 가시광 통신 시스템에 있어서,
    사용자가 전송하려는 인코딩된 데이터를 제1 실수값과 허수값을 포함한 제1 복소수값의 신호로 변조하는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조부, 상기 QAM 변조부에서 변조된 제1 복소수값의 신호에서 상기 허수값을 제2 실수값으로 변환하여 상기 제1 실수값 뒤에 붙여 출력하는 데이터 리패킹부, 상기 데이터 리패킹부에서 출력되는 데이터를 이용하여 제2 복소수값의 신호로 변환하고 상기 변환한 제2 복소수값을 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 연산하여 DFT 데이터를 출력하는 DFT 스프래딩부(Spreading), 상기 DFT 스프래딩부에서 출력되는 DFT 데이터를 역고속푸리에변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 연산을 수행하여 실수값으로 구성된 IFFT 데이터를 출력하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조부 및 상기 OFDM 변조부에서 출력한 IFFT 데이터에 대응하는 가시광을 외부로 송신하는 백광형 발광 다이오드부를 포함하는 송신 장치; 및
    상기 송신 장치로부터 송신되는 가시광을 수신하는 포토 다이오드부, 상기 포토 다이오드부로부터 출력한 데이터―상기 데이터는 제1 실수값과 허수값을 포함한 복소수값의 신호에서 상기 허수값을 제2 실수값으로 변환하여 상기 제1 실수값의 뒤에 붙임―를 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 수행하여 FFT 데이터를 출력하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 복조부, 상기 OFDM 복조부에서 출력되는 FFT 데이터를 역이산푸리에변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT) 연산을 수행하여 IDFT 데이터를 출력하는 IDFT 디스프레딩부(Despreading), 상기 IDFT 디스프레딩부로부터 출력된 IDFT 데이터에서 상기 제2 실수값을 상기 허수값으로 변환하여 상기 복소수값의 신호로 변환하는 데이터 디패킹부 및 상기 데이터 디패킹부에서 출력한 상기 복소수값의 신호를 복조하는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 복조부를 포함하는 수신 장치를 포함하며,
    Figure 112011059902595-pat00032
    는 0부터 N-1까지의 실수이고, X(N)=X(0)이고,
    Figure 112011059902595-pat00033
    이고,
    Figure 112011059902595-pat00034
    일 때,
    상기 DFT 스프래딩부는 복소수값 X(N)에 대해,
    Figure 112011059902595-pat00035
    의 수학식에 의한 DFT 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
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