KR101219663B1 - System for visible light communications with multi-carrier modulation and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 가시광 송신 장치는, 가시광선을 이용하여 데이터를 전송하는 가시광 송신장치로서, 전송할 데이터를 입력받아 심볼-매핑을 수행하고, 심볼들을 병렬 데이터로 변환하여 IFFT를 수행하고, IFFT 결과 값을 실수부 데이터와 허수부 데이터로 분리하는 변조부; 실수부 데이터과 허수부 데이터를 각각 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부; 및 아날로그 신호로 변환된 실수부 데이터와 허수부 데이터를 가시광선을 이용하여 전송하는 전송부를 구비한다. 본 발명에 의하면, 고차 변조가 가능한 다중 반송파 기법을 이용함으로써, 가시광 통신에서 기존의 세기변조 방식이 지니는 전송 속도의 한계를 극복하고 전송 속도를 향상시킬 수 있게 된다.The visible light transmitting apparatus of the present invention is a visible light transmitting apparatus that transmits data by using visible light, receives symbol data, performs symbol-mapping, converts symbols into parallel data, performs IFFT, and converts IFFT result values. A modulator separating the real data and the imaginary data; A digital / analog converter for converting real part data and imaginary part data into analog signals; And a transmission unit for transmitting the real part data and the imaginary part data converted into analog signals using visible light. According to the present invention, by using a multi-carrier technique capable of higher-order modulation, it is possible to overcome the limitation of the transmission rate of the existing strength modulation scheme in visible light communication and to improve the transmission rate.
가시광선, 고차 변조, IFFT, FFT, 다중 반송파, VLC Visible light, higher order modulation, IFFT, FFT, multicarrier, VLC
Description
본 발명은 가시광 무선통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다중 반송파를 이용한 가시광 무선통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a visible light wireless communication system and a method thereof. More particularly, the present invention relates to a visible light wireless communication system using a multi-carrier and a method thereof.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2008-F-009-01, 과제명:IT조명통신융합 380~780 나노미터 가시광 RGB 선별 무선통신연구].The present invention is derived from a study conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunication Research and Development. Meter Visible Light RGB Screening Wireless Communication Research].
통신 영역에서의 빛을 이용한 통신 기술에는 적외선 영역을 사용하는 적외선 데이터 무선통신, 가시광선을 이용한 가시광 무선통신, 광섬유를 이용한 광통신 등이 있다.Communication technologies using light in the communication area include infrared data wireless communication using an infrared region, visible light wireless communication using visible light, and optical communication using optical fibers.
가시광선은 전자기파 중에서 사람의 눈에 보이는 범위의 파장을 가지는 광선으로 380nm~780nm 파장 영역에 해당되며, 각 파장의 색들의 혼합으로 다양한 색으로 보인다. 가시광선 내에서는 파장에 따른 성질의 변화가 각각 색깔로 나타나며 빨간색으로부터 보라색으로 갈수록 파장이 짧아진다. 빨간색보다 파장이 긴 빛을 적외선이라하고, 보라색보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라고 한다. 단색광인 경우 610nm~700nm는 빨간색, 590nm~610nm는 노란색, 500nm~570nm는 초록색, 450nm~500nm는 파란색, 400nm~450nm는 보라색으로 보인다.Visible light is a light ray that has a wavelength in the visible range among the electromagnetic waves, and corresponds to a wavelength range of 380 nm to 780 nm. In visible light, the change of properties according to the wavelength appears in color, and the wavelength becomes shorter from red to purple. Light with a longer wavelength than red is called infrared, and light with a shorter wavelength than purple is called ultraviolet. For monochromatic light, 610nm to 700nm is red, 590nm to 610nm is yellow, 500nm to 570nm is green, 450nm to 500nm is blue, and 400nm to 450nm is purple.
IrDA(Infrared Data Association)는 적외선 데이터 통신 링크에 사용되는 하드웨어와 소프트웨어에 대한 국제 표준을 만들기 위해 산업계가 후원하는 비영리 조직으로 1993년에 설립되었다. IrDA는 데스크탑, 노트북, 개인용 휴대 단말기 간에 적외선을 이용하여 데이터를 전송하는데 필요한 하드웨어 및 소프트웨어의 지원 및 협력을 위하여 설립된 민간 표준화 단체이다. 1994년에 IrDA 1.0(Serial Infrared)이 채택되었다. IrDA 1.0의 개념은 케이블, 커넥터, 시리얼 포트를 적외선 통신 포트로 대체한 것으로써 RS-232C나 시리얼 포트를 기초로 한 것이다. 전송 속도는 2.4~115.2Kbps의 반이중 통신으로, 통신 거리는 1m, 지향각도는 30도로 되어 있으며, 윈도우 95에 표준 장착됨으로써, IrDA 표준 규격에 준한 적외선 통신 포트를 장착한 기기의 보급이 급속히 증가하는 전기를 마련하게 되었다. 1995년에는 기존의 IrDA 1.0을 개량하기 위하여 HP, IBM, SHARP 3사에서 제안한 최대 4Mps의 IrDA 1.1 규격이 설정되어 화상 정보를 전송할 수 있는 토대가 마련되어 있었다. 이에 따라 IrDA 1.1 규격에 해당하는 적외선 통신 기기, 모듈, 그리고 IrDA 1.1 규격의 포트를 장착한 데스크 탑, 노트북, PDA, 전자수첩 등의 모바일 정보 기기, 디지털 카메라, 프린터 등의 관련 제품이 제조되었다. 1997년에는 통신거리 20m의 절전형 규격이 추가되었다. 1998년에는 한대의 호스트와 복수의 단말기 간에 통신할 수 있는 적외선 규격 IrDA Control을 표준화하여 PC와 키보드, 마우스, 게 임팩 등의 주변기기를 접속하기 위한 규격이 설정되었다.The Infrared Data Association (IrDA) was founded in 1993 as an industry-sponsored nonprofit organization that sets international standards for the hardware and software used in infrared data communication links. IrDA is a private standardization organization established to support and collaborate on the hardware and software needed to transfer data using infrared light between desktops, laptops and personal digital assistants. In 1994, IrDA 1.0 (Serial Infrared) was adopted. The IrDA 1.0 concept replaces cables, connectors, and serial ports with infrared communication ports, based on RS-232C or serial ports. The transmission speed is 2.4 ~ 115.2Kbps half-duplex communication, the communication distance is 1m, the directivity angle is 30 degrees, and it is installed in Windows 95 as standard, so that the popularity of equipment equipped with infrared communication port conforming to IrDA standard is increasing rapidly To come up with. In 1995, up to 4Mps of IrDA 1.1 standard proposed by HP, IBM, and SHARP 3 was set up to improve the existing IrDA 1.0, and laid the foundation for transmitting image information. As a result, IR communication devices, modules corresponding to IrDA 1.1 standards, and mobile information devices such as desktops, notebooks, PDAs, and electronic notebooks equipped with IrDA 1.1 standards ports, digital cameras, and printers have been manufactured. In 1997, a power saving standard with a communication distance of 20m was added. In 1998, a standard was established to connect PCs, peripheral devices such as keyboards, mice, and game packs by standardizing IrDA Control, an infrared standard that can communicate with one host and multiple terminals.
한편, IEEE 802.11은 최대속도 2Mbps를 지원하는 무선 네트워크 기술로서, 적외선(850nm~950nm)을 이용하거나 2.4GHz의 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역 전파를 사용한다. 그리고, 최근에는 IEEE 802.15 WPAN(Wireless Personal Area Network)에 가시광을 이용한 무선통신, 즉, VLC(Visible light communications)의 스터디 그룹이 만들어져, 국제 표준을 위한 작업이 진행 중이다. 가시광 무선통신은, 가시광선(380nm~780nm 영역의 파장)을 이용해 정보를 전달하는 통신 기술로서, 표시 기기 등에서 사용되는 발광 다이오드(LED)의 가시광선을 눈에 보이지 않는 속도로 점멸시켜 정보를 보내는 통신 기술이다. 가시광 무선통신은 광원의 세기를 이용한 변조(Intensity Modulation:IM) 및 광검출기를 이용한 직접 검파(Direct Direction:DD) 방식을 널리 이용한다.On the other hand, IEEE 802.11 is a wireless network technology supporting a maximum speed of 2Mbps, using infrared (850nm ~ 950nm) or 2.4GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) band propagation. Recently, a study group of wireless communication using visible light, that is, visible light communications (VLC), has been created in the IEEE 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN), and work for international standards is in progress. Visible light wireless communication is a communication technology that transmits information by using visible light (wavelength in the 380 nm to 780 nm region), and transmits information by blinking visible light of a light emitting diode (LED) used in a display device at an invisible speed. Communication technology. Visible light wireless communication widely uses an intensity modulation (IM) using a light source intensity and a direct detection (DD) method using a light detector.
종래 가시광 무선통신과 관련된 선행 기술들을 살펴보면, 세기변조(예컨대, OOK, PPM 등)/직접검파를 위하여 OFDM 심볼 구조를 변경하여 OFDM 변조(IFFT) 이후에 실수 값만 출력되도록 하였다. 하지만 이러한 방식은 전송 속도 면에서 기존의 OFDM 기법의 1/2밖에 이르지 못하는 단점이 있다.Looking at the prior art related to the conventional visible light wireless communication, the OFDM symbol structure is changed for intensity modulation (eg, OOK, PPM, etc.) / Direct detection so that only real values are output after OFDM modulation (IFFT). However, this method has a disadvantage of only half of the conventional OFDM scheme in terms of transmission speed.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서,The present invention has been proposed to solve the above problems,
고속 전송을 위하여 다중 반송파 변조 기법을 이용하여 변조를 수행하고, 복소수 형태의 변조 신호를 광 무선 통신에서 널리 사용하는 세기변조/직접검 파(IM/DD) 방식에 적합하도록 실수부 신호와 허수부 신호로 나누고, 이를 서로 다른 파장(λ) 대역의 광원을 이용하여 전송해줌으로써, 수신부에서는 광학 필터를 장치를 이용하여 서로 다른 파장 대역으로 송출된 광 신호를 선별적으로 각각 수신할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Real-time signal and imaginary part to perform modulation using multi-carrier modulation technique for high speed transmission and to be suitable for the strength modulation / direct detection (IM / DD) method that uses complex modulated signals in optical wireless communication. By dividing the signal and transmitting it by using light sources of different wavelengths (λ) bands, the receiving unit allows the optical filter to selectively receive optical signals transmitted in different wavelength bands using a device. The purpose.
특히, 고차 변조가 가능한 다중 반송파 변조 기법을 이용함으로써, 기존의 세기 변조 방식이 지니는 전송 속도의 한계를 극복하고 전송 속도의 향상을 가능케 하는 가시광 무선통신 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide a visible light wireless communication system and method that overcomes limitations of the transmission speed of the existing strength modulation scheme and improves the transmission speed by using a multicarrier modulation technique capable of higher order modulation.
본 발명의 가시광 송신장치는, 가시광선을 이용하여 데이터를 전송하는 가시광 송신장치로서, 전송할 데이터를 입력받아 심볼-매핑을 수행하고, 상기 심볼들을 병렬 데이터로 변환하여 IFFT를 수행하고, IFFT 결과 값을 실수부 데이터와 허수부 데이터로 분리하는 변조부; 상기 실수부 데이터과 허수부 데이터를 각각 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환부; 및 아날로그 신호로 변환된 상기 실수부 데이터와 허수부 데이터를 가시광선을 이용하여 전송하는 전송부를 구비한다.The visible light transmitting apparatus of the present invention is a visible light transmitting apparatus which transmits data using visible light, receives symbol data, performs symbol-mapping, converts the symbols into parallel data, and performs IFFT, and the IFFT result value. A modulator separating the real data and the imaginary data; A digital / analog converter for converting the real part data and the imaginary part data into analog signals; And a transmitter for transmitting the real part data and the imaginary part data converted into analog signals using visible light.
특히, 상기 변조부는, 상기 전송할 데이터를 QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM 중 어느 하나에 따라 심볼-매핑하는 것을 특징으로 한다.In particular, the modulator may symbol-map the data to be transmitted according to any one of QPSK, 16-QAM, 64-QAM, and 256-QAM.
또한, 상기 전송부는, 상기 실수부 데이터를 전송하기 위한 제1발광다이오드; 및 상기 허수부 데이터를 전송하기 위한 제2발광다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.The transmitter may include: a first light emitting diode for transmitting the real part data; And a second light emitting diode for transmitting the imaginary part data.
또한, 상기 제1발광다이오드와 상기 제2발광다이오드는 각기 다른 파장 대역 의 가시광선을 방출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first light emitting diode and the second light emitting diode are characterized in that the visible light of different wavelength bands are emitted.
한편, 본 발명의 가시광 수신장치는, 가시광선을 이용하여 전송되어오는 데이터를 수신하는 가시광 수신장치로서, 자유공간으로부터 전송되어오는 광 신호를 집광하여 특정 파장 대역의 광 신호를 통과시키고, 통과된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출부; 상기 광 검출부로부터 전기적인 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 및 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 디지털 신호를 입력받아 복소수 형태의 데이터로 조합하고, 상기 복소수 형태의 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 FFT 연산을 수행하고, FFT 연산에 따른 결과 값을 직렬 데이터로 변환하여 심볼-디매핑을 수행하는 복조부를 구비한다.On the other hand, the visible light receiving apparatus of the present invention is a visible light receiving apparatus for receiving data transmitted by using visible light, and collects the optical signal transmitted from the free space to pass the optical signal of a specific wavelength band, An optical detector converting an optical signal into an electrical signal; An analog / digital converter configured to receive an electrical signal from the light detector and convert the electrical signal into a digital signal; And receiving a digital signal from the analog / digital converter, combining the complex data into complex data, converting the complex data into parallel data, performing an FFT operation, and converting the result value according to the FFT operation into serial data. And a demodulator for symbol-demapping.
특히, 상기 복조부는, 상기 직렬 데이터를 QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM 중 어느 하나에 따라 심볼-디매핑하는 것을 특징으로 한다.In particular, the demodulator may symbol-demap the serial data according to any one of QPSK, 16-QAM, 64-QAM, and 256-QAM.
또한, 상기 광 검출부는, 상기 전송되어오는 광 신호에서 실수부 데이터를 검출하기 위한 제1광 검출부; 및 상기 전송되어오는 광 신호에서 허수부 데이터를 검출하기 위한 제2광 검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The light detector may further include a first light detector configured to detect real part data from the transmitted optical signal; And a second light detector for detecting imaginary data from the transmitted optical signal.
또한, 상기 제 1광 검출부는, 상기 전송되어오는 광 신호를 집광하는 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈를 통해 집광된 광 신호 중에서 특정 파장 대역의 광 신호를 통과시키는 집광 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.The first light detector may further include a condenser lens for condensing the transmitted optical signal; And a condenser filter configured to pass an optical signal having a specific wavelength band among the optical signals collected through the condenser lens.
한편, 본 발명의 가시광 송신방법은, 가시광선을 이용하여 데이터를 전송하 는 방법으로서, 전송할 데이터를 입력받아 심볼-매핑을 수행하는 단계; 상기 심볼들을 병렬 데이터로 변환하여 IFFT 연산을 수행하는 단계; IFFT 연산에 따른 결과 값을 실수부 데이터와 허수부 데이터로 분리하는 단계; 및 상기 실수부 데이터과 허수부 데이터를 각각 아날로그 신호로 변환하여 각기 다른 파장 대역을 갖는 가시광선을 이용하여 전송하는 단계를 포함한다.On the other hand, the visible light transmission method of the present invention, a method for transmitting data using the visible light, comprising the steps of: receiving symbol data to perform symbol-mapping; Converting the symbols into parallel data to perform an IFFT operation; Dividing the result value according to the IFFT operation into real data and imaginary data; And converting the real part data and the imaginary part data into an analog signal and transmitting the visible data having different wavelength bands.
한편, 본 발명의 수신방법은, 가시광선을 이용하여 전송되어오는 데이터를 수신하는 방법으로서, 자유공간으로부터 전송되어오는 광 신호를 집광하는 단계; 상기 집광된 광 신호 중에서 특정 파장 대역의 광 신호를 통과시키는 단계; 상기 통과된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 단계; 전기적인 신호로 변환된 광 신호를 디지털 신호로 변환하고 복소수 형태의 데이터로 조합하는 단계; 상기 복소수 형태의 데이터를 병렬 데이터로 변환하여 FFT 연산을 수행하는 단계; 및 FFT 연산에 따른 결과 값을 직렬 데이터로 변환하고, 심볼-디매핑을 수행하는 단계를 포함한다.On the other hand, the receiving method of the present invention, a method for receiving data transmitted using visible light, comprising: condensing an optical signal transmitted from free space; Passing an optical signal having a specific wavelength band among the collected optical signals; Converting the passed optical signal into an electrical signal; Converting an optical signal converted into an electrical signal into a digital signal and combining the data into a complex form; Converting the complex data into parallel data and performing an FFT operation; And converting the resultant value according to the FFT operation into serial data and performing symbol-demapping.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.
고차 변조가 가능한 다중 반송파 변조 기법을 이용함으로써, 기존의 세기 변조 방식이 지니는 전송 속도의 한계를 극복하고 전송 속도의 향상을 가능케 하는데 그 효과가 있다.By using a multi-carrier modulation technique capable of higher-order modulation, it is effective in overcoming the limitation of the transmission speed of the existing strength modulation scheme and improving the transmission speed.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반송파를 이용한 가시광 무선통신 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a visible light wireless communication system using multiple carriers according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 가시광 무선통신 시스템은 가시광 송신장치(100) 및 가시광 수신장치(200)를 구비한다.The visible light wireless communication system according to the present invention includes a visible
가시광 송신장치(100)는 전송 데이터를 입력받아 380nm~780nm 파장 대역의 가시광선이나, 850nm~950nm 파장 대역의 적외선을 이용하여 전송한다. 가시광 수신장치(200)는 가시광 송신장치(100)가 380nm~780nm 파장 대역의 가시광선이나, 850nm~950nm 파장 대역의 적외선을 이용하여 전송한 전송 데이터를 수신하여 후술 할 소정의 과정을 거쳐 전송 데이터를 추출한다.The visible
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 송신장치의 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 2의 MC-VLC(multi carrier-visible light communication) 변조부(110)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram for explaining in detail the configuration of a visible light transmitting apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the multi-carrier-visible light communication (MC-VLC)
본 발명에 따른 가시광 송신장치(100)는 MC-VLC 변조부(110), 디지털/아날로그 변환부(130), 및 전송부(150)를 구비한다.The visible
MC-VLC 변조부(110)는 전송할 데이터를 입력받아 낮은 전송률을 갖는 데이터열로 나누어 이를 다중 반송파에 분할하여 동시에 전송하기 위해 전송할 데이터를 변조한다.The MC-
이를 위해 MC-VLC 변조부(110)는 매핑부(112), 직렬/병렬 변환부(114), IFFT연산부(116), 병렬/직렬 변환부(117), 및 실수/허수 분리부(119)를 구비한다. 여기서, 순방향 오류 정정(Forward Error Correction:FEC)에 관한 구성(예컨대, convolutional channel coding, scrambling, interleaving)은 생략하였다. 순방향 오류 정정은 전송 데이터에서 발생한 오류의 검출뿐만 아니라 수정도 가능하도록 부호화하여, 수신 측에서 오류 수정을 할 수 있도록 하는 방식이다. 일반적으로 오류가 발생한 경우 재전송을 요구하게 되나, 단방향 방송 등과 같이 재전송이 부적절한 경우에는 순방향 오류 정정 방식을 취한다.For this purpose, the MC-
매핑부(112)는 고차 변조를 위한 심볼-매핑(symbol-mapping)을 수행한다. 보다 상세하게는, 매핑부(112)는 고차 변조를 위해 전송 데이터를 소정 단위 비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다. 예를 들어, QPSK(quadrature phase shift keying) 매핑이면 전송 데이터를 2비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성하고, 16-QAM(quadrature amplitude modulation) 매핑이면 전송 데이터를 4비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다. 그리고, 64-QAM 매핑이면 전송 데이터를 6비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성하고, 256-QAM 매핑이면 전송 데이터를 8비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다. QPSK는 디지털 신호 0과 1의 2비트를 모아서 반송파의 네 개의 위상에 대응시켜서 전송하는 방식이고, QAM은 디지털 신호를 일정량만큼 분류하여 반송파 신호와 위상을 변화시키기면서 변조시키는 방법이다. 예컨대, 16-QAM의 경우 위상과 크기가 다른 16개의 신호공간을 통해 한 좌표당 4bit의 2진 디지털 신호를 전송할 수가 있다.The
직렬/병렬 변환부(114)는 입력되는 직렬 구조의 데이터 신호(이하, 직렬 데이터)를 IFFT 연산을 수행하기 위해 병렬 구조의 데이터 신호(이하, 병렬 데이터)로 변환한다.The serial /
IFFT 연산부(116)는 직렬/병렬 변환부(114)를 통해 병렬 구조로 변환된 병렬 데이터에 대해 다중 반송파에 분할하여 동시에 전송하기 위해 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산을 수행하고 그 결과 값을 출력한다.The
병렬/직렬 변환부(117)는 IFFT 연산부(116)에서 병렬로 동시에 출력된 복소수 형태의 IFFT 연산 결과값을 입력받아 직렬 데이터로 변환한다.The parallel /
실수/허수 분리부(119)는 병렬/직렬 변환부(117)에서 출력되는 값을 순차적으로 입력받아, 복소수 형태의 IFFT 연산 수행 결과 값을 실수 값(실수부 데이터)과 허수 값(허수부 데이터)으로 분리하여 디지털/아날로그 변환부(130)로 출력한 다.The real /
디지털/아날로그 변환부(130)는 MC-VLC 변조부(110)의 실수/허수 분리부(119)로부터 출력되는 각각의 이산적인 값(실수 값과 허수 값)을 입력받아 아날로그 신호로 변환한다. 이를 위해 디지털/아날로그 변환부(130)는 제1디지털/아날로그 변환부(132) 및 제2디지털/아날로그 변환부(134)를 구비한다. 즉, 제1디지털/아날로그 변환부(132)는 실수/허수 분리부(119)를 통해 출력되는 실수 값을 입력받아 이를 아날로그 신호로 변환하여 출력하고, 제2디지털/아날로그 변환부(134)는 실수/허수 분리부(119)를 통해 출력되는 허수 값을 입력받아 이를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.The digital /
전송부(150)는 디지털/아날로그 변환부(130)를 통해 아날로그 신호로 변환된 실수 값과 허수 값을 각각 입력받아, 각기 다른 파장 대역(λ1, λ2)을 갖는 가시광선을 이용하여 신호를 전송한다.The
이를 위해 전송부(150)는 제1발광다이오드(152)와 제2발광다이오드(154)를 구비한다. 예컨대, 제1발광다이오드(152)가 λ1 파장 대역에서 광원을 방출하면, 제2발광다이오드(154)는 λ2 파장 대역에서 광원을 방출한다. λ1 과 λ2 는, 380nm ~ 780nm 파장 대역(가시광선)에서 서로 다른 파장을 갖도록 구성할 수도 있고, 850nm ~ 950nm(적외선) 파장 대역에서 서로 다른 파장을 갖도록 할 수도 있다. To this end, the
예컨대, 제1발광다이오드(152)가 가시광 파장 대역의 빨간색 광원을 방출하고, 제2발광다이오드(154)가 가시광 대역의 파란색 광원을 방출하도록 전송부(150)를 구성할 수 있다. 또는, 제1발광다이오드(152)로는 실내 조명을 위한 백색 발광 다이오드를 이용하고, 제2발광다이오드(154)로는 적외선 대역의 발광 다이오드를 이용할 수도 있다.For example, the
한편, 850nm ~ 950nm 적외선 파장 대역에서 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 발광다이오드를 이용하여 데이터를 전송하면, 380nm ~ 780nm 가시광선 파장 대역에서 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 발광다이오드를 이용하여 데이터를 전송하는 경우 보다 가용 주파수 대역을 효과적으로 사용할 수 있고 통신 시스템 구축에 따른 생산 비용이 적게 소요된다는 이점이 있다. 적외선을 이용한 통신의 경우 상용화가 많이 이루져서 송신단에서 송출한 광 신호를 수신단에서 수신하여 세밀하게 광 신호를 검출하는 것이 가능하기 때문이다.Meanwhile, when data is transmitted using two light emitting diodes having different wavelengths in the 850 nm to 950 nm infrared wavelength band, data is transmitted using two light emitting diodes having different wavelengths in the 380 nm to 780 nm visible light wavelength band. In this case, there is an advantage that the available frequency band can be effectively used and the production cost of building a communication system is low. This is because communication using infrared rays is commercially available, and thus it is possible to receive the optical signal transmitted from the transmitting end and receive the optical signal in detail.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 수신장치(200)의 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 도 4의 제1광 검출부(212)의 구성을 상세하게 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 도 4의 MC-VLC 복조부(250)의 구성을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for explaining in detail the configuration of the visible
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가시광 수신장치(200)는 광 검출부(212), 아날로그/디지털 변환부(230), 및 MC-VLC 복조부(250)를 구비한다.First, referring to FIG. 4, the
광 검출부(210)는 도 2의 가시광 송신장치(100)로부터 서로 다른 파장 대역(λ1 과 λ2)의 광원을 통해 전송된 광 신호를 전기적으로 변환하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 광 검출부(210)는 제1광 검출부(212) 및 제2광 검출부(214)를 구비한다. 제1광 검출부(212)와 제2광 검출부(214)는 동일한 구성으로 이루어져 있으므 로 이하에서 중복되는 설명을 피하기 위해 제1광 검출부(212)만을 예로 들어 설명하기로 한다.The
제1광 검출부(212)는 집광렌즈(10), 광학필터(20), 및 광전소자(30)를 구비한다.The
집광렌즈(10)는 자유 공간 상에 방출된 광 신호를 모아 광학 필터(20)에 빛을 모아주는 기능을 수행한다.The
광학필터(20)는 특정 파장(λ1)의 빛을 선택적으로 통과시키는 장치이다. 즉, 제1광 검출부(212)의 광학필터(20)는 전술한 제1발광다이오드(152)를 통해 방출된 λ1 파장의 광 신호를 선택적으로 통과시키고, 제2광 검출부(214)의 광학필터(도시 생략)는 전술한 제2발광다이오드(154)를 통해 방출된 빛의 파장(λ2)의 광 신호만을 선택적으로 통과시킨다.The
광전소자(30)는 광학필터(20)를 통과한 광 신호를 전기적인 신호로 변환한다. 이렇게 전기적인 신호로 변환된 광 신호는 아날로그/디지털 변환부(230)에 입력된다.The
그리고, 아날로그/디지털 변환부(230)는 광 검출부(210)로부터 입력되는 각각의 전기적인 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환한다. 즉, 아날로그/디지털 변환부(230)는 제1아날로그/디지털 변환부(232)와 제2아날로그/디지털 변환부(234)를 구비하고, 광 검출부(210)로부터 입력되는 각각의 전기적인 신호를 디지털 신호로 변환한다.The analog /
아날로그/디지털 변환부(230)에서 출력되는 각각의 디지털 신호는 MC-VLC 복 조부(250)로 입력된다.Each digital signal output from the analog /
MC-VLC 복조부(250)는 아날로그/디지털 변환부(230)에서 출력되는 각각의 디지털 신호를 입력받아 수신 데이터를 복원한다.The MC-
이를 위해 MC-VLC 복조부(250)는 실수/허수 조합부(252), 직렬/병렬 변환부(254), FFT 연산부(256), 병렬/직렬 변환부(257), 및 디매핑부(259)를 구비한다. 여기서, 순방향 오류 정정(FEC)에 관한 구조는 생략하였다. 순방향 오류 정정은 전송 데이터에서 발생한 오류의 검출뿐만 아니라 수정도 가능하도록 부호화하여, 수신 측에서 오류 수정을 할 수 있도록 하는 방식이다.To this end, the MC-
실수/허수 조합부(252)는 아날로그/디지털 변환부(230)에서 출력되는 각각의 디지털 신호를 입력받아 복소수 형태의 데이터로 조합한다. 즉, 제1아날로그/디지털 변환부(232)에서 이산적인 실수 값을 입력받고, 제2아날로그/디지털 변환부(234)에서 이산적인 허수 값을 입력받아 복소수 형태의 데이터로 조합한다.The real /
직렬/병렬 변환부(254)는 실수/허수 조합부(252)를 통해 복소수 형태의 데이터로 조합된 디지털 신호를 순차적으로 입력받아 병렬 데이터로 변환한다.The serial /
FFT 연산부(256)는 직렬/병렬 변환부(254)로부터 병렬 데이터를 입력받아 FFT(fast fourier transform) 연산을 수행한다.The
병렬/직렬 변환부(257)는 FFT 연산부(256)에서 병렬로 동시에 출력되는 복소수 형태의 FFT 연산 결과값을 입력받아 직렬 데이터로 변환한다.The parallel /
디매핑부(259)는 직렬 구조의 FFT 연산 결과값을 입력받아 심볼-디매핑을 수행한다. 즉, 전술한 가시관 송신장치(100)에서의 매핑부(112)가 수행하는 동작의 역동작을 수행하여 수신 데이터를 추출한다. 예를 들어, QPSK 매핑된 전송 데이터는 2비트의 수신 데이터로 복원되며, 256-QAM으로 매핑된 전송 데이터는 8비트의 수신 데이터로 복원된다.The
도 7은 본 발명에 따른 가시광 송신장치의 송신 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a transmission operation of the visible light transmitting apparatus according to the present invention.
도 7을 참조하면, 전송할 데이터를 입력받아 낮은 전송률을 갖는 데이터열로 나누어 이를 다중 반송파에 분할하여 동시에 전송하기 위해 전송 데이터를 변조한다. 여기서, 순방향 오류 정정(FEC)에 관한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 7, data to be transmitted is received, divided into data strings having a low data rate, divided into multiple carriers, and modulated transmission data for simultaneous transmission. Here, description of the forward error correction (FEC) will be omitted.
먼저, 전송할 데이터를 입력받아 고차 변조를 위한 심볼-매핑을 수행한다(S100). 보다 상세하게는, 고차 변조를 위해 전송할 데이터를 소정 단위 비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다. 예를 들어, QPSK(quadrature phase shift keying) 매핑이면 전송 데이터를 2비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성하고, 16-QAM(quadrature amplitude modulation) 매핑이면 전송 데이터를 4비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다. 그리고, 64-QAM 매핑이면 전송 데이터를 6비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성하고, 256-QAM 매핑이면 전송 데이터를 8비트씩 묶어 하나의 심볼을 생성한다.First, symbol-mapping for higher-order modulation is received by receiving data to be transmitted (S100). More specifically, one symbol is generated by grouping data to be transmitted for a higher order modulation by predetermined unit bits. For example, in quadrature phase shift keying (QPSK) mapping, one symbol is generated by combining two bits of transmission data, and in the case of 16-quadrature amplitude modulation (QAM) mapping, one symbol is generated by combining four bits of transmission data. . In case of 64-QAM mapping, one symbol is generated by grouping transmission data by 6 bits, and in case of 256-QAM mapping, one symbol is generated by grouping transmission data by 8 bits.
다음으로, IFFT 연산을 수행하기 위해 S100 단계를 통해 복수 개의 심볼로 변환된 직렬 구조의 데이터 신호(직렬 데이터)를 병렬 구조의 데이터 신호(병렬 데이터)로 변환한다(S110, S120). 예컨대, N 개의 심볼로 변환된 직렬 구조의 데이터 신호라면 심볼당 하나의 열을 갖도록, 즉, N 개의 열이 생성되도록 데이터 신호를 변환한다.Next, in order to perform an IFFT operation, a serial data signal (serial data) converted into a plurality of symbols is converted into a parallel data signal (parallel data) through step S100 (S110 and S120). For example, a data signal having a serial structure converted into N symbols is converted to have one column per symbol, that is, N columns are generated.
그리고, 병렬 데이터를 다중 반송파에 분할하여 동시에 전송하기 위해 IFFT(inverse fast fourier transform) 연산을 수행하고 그 결과 값을 출력한다(S130). IFFT 연산 수행 방법은 당업자라 용이하게 유추 가능한 사항이므로, 여기서의 자세한 설명은 생략하기로 한다. S130 단계에서의 IFFT 연산 결과 값은 복소수 형태로 출력된다.In addition, inverse fast fourier transform (IFFT) operation is performed to divide parallel data into multiple carriers and transmit the same at the same time (S130). Since the method of performing the IFFT operation can be easily inferred by those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted. The IFFT operation result value in step S130 is output in a complex form.
다음으로, 병렬로 동시에 출력된 복소수 형태의 IFFT 연산 결과 값을 직렬 구조의 데이터 신호로 변환한다(S140).Next, the complex IFFT operation result values simultaneously output in parallel are converted into serial data signals (S140).
직렬 구조로 변환된 복소수 형태의 IFFT 연산 수행 결과 값을 실수 값과 허수 값으로 분리한다(S150). 그리고, 각각의 이산적인 값(실수 값과 허수 값)을 가시광선을 이용해 전송하기 위해 아날로그 신호로 변환한다(S160).The IFFT calculation result of the complex form converted into the serial structure is separated into a real value and an imaginary value (S150). Each discrete value (real and imaginary values) is converted into an analog signal for transmission using visible light (S160).
S160 단계를 통해 아날로그 신호로 변환된 실수 값과 허수 값을 각기 다른 파장 대역(λ1, λ2)을 갖는 광원을 이용하여 신호를 전송한다. 이때, λ1 과 λ2 는,380nm ~ 780nm 파장 대역(가시광선)에서 서로 다른 파장을 갖도록 할 수도 있고, 850nm ~ 950nm(적외선) 파장 대역에서 서로 다른 파장을 갖도록 할 수도 있다. 예컨대, λ1는 빨간색의 가시광 파장 대역, λ2는 파란색의 가시광 대역이 될 수 있다.In operation S160, the real and imaginary values converted into analog signals are transmitted using light sources having different wavelength bands λ 1 and λ 2. At this time, λ1 and λ2 may have different wavelengths in the 380 nm to 780 nm wavelength band (visible light) or may have different wavelengths in the 850 nm to 950 nm (infrared) wavelength band. For example, λ1 may be a red visible light wavelength band and λ2 may be a blue visible light band.
전술한 바에 따르면, 복소수 형태의 IFFT 연산 결과 값을 실수부 데이터와 허수부 데이터로 분리하여 전송함으로써 종랴 관련 선행 기술의 단점을 보완하였다. 또한, 수신부에서는 광학 필터를 장치를 이용하여 서로 다른 파장 대역으로 송 출된 광 신호를 선별적으로 각각 수신할 수 있게 된다.As described above, the shortcomings of the prior art related to the field are compensated for by separating the complex IFFT calculation result into real data and imaginary data. In addition, the receiver may selectively receive the optical signals transmitted in different wavelength bands using the optical filter device.
도 8은 본 발명에 따른 가시광 수신장치의 수신 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating a receiving operation of the visible light receiving apparatus according to the present invention.
도 8을 참조하면, 집광 렌즈를 이용하여 자유공간으로 전송된 광 신호를 집광필터에 집광한다(S200). 그리고, 수신한 광 신호에서 가시광 송신장치로부터 전송되는 전송데이터를 수신하기 위해 특정 파장 대역(λ1 또는 λ2)의 광 신호만을 선택적으로 통과시킨다(S210,S220). 즉, 본 발명에 따른 가시광 송신장치로부터 전송되는 전송 데이터(실수부 데이터와 허수부 데이터)를 수신하기 위해 λ1 파장의 광 신호와 λ2 파장의 광 신호만을 선택적으로 통과시킨다.Referring to FIG. 8, an optical signal transmitted to a free space using a condenser lens is condensed on the condenser filter (S200). In order to receive the transmission data transmitted from the visible light transmitting apparatus in the received optical signal, only the optical signal of a specific wavelength band λ1 or λ2 is selectively passed (S210 and S220). That is, in order to receive transmission data (real data and imaginary data) transmitted from the visible light transmitting apparatus according to the present invention, only an optical signal of wavelength λ1 and an optical signal of wavelength λ2 are selectively passed.
다음으로, λ1 과 λ2 파장 대역에 실려온 광 신호를 각각 전기적인 신호로 변환한다(S220). 그리고, S220 단계에서 전기적인 신호로 변환된 각각의 광 신호를 디지털 신호로 변환한다(S230).Next, optical signals carried in the wavelength bands λ 1 and λ 2 are converted into electrical signals, respectively (S220). In operation S230, each optical signal converted into an electrical signal is converted into a digital signal (S230).
디지털 신호로 변환된 각각의 광 신호는 FFT 연산을 위해 복소수 형태의 데이터로 조합된다(S240). 즉, 실수 데이터와 허수 데이터를 복소수 형태의 데이터로 조합한다.Each optical signal converted into a digital signal is combined into complex data in order to perform an FFT operation (S240). In other words, real data and imaginary data are combined into complex data.
S240 단계에서 복소수 형태의 데이터로 조합된 디지털 신호를 순차적으로 입력받아(S250) FFT 연산을 수행할 수 있도록 병렬 데이터로 변환한다(S260).In operation S240, digital signals combined with complex data are sequentially input (S250) and converted into parallel data to perform an FFT operation (S260).
다음으로, S260 단계를 거친 병렬 데이터를 입력받아 FFT(fast fourier transform) 연산을 수행한다(S270).Next, the parallel data passing through the step S260 is input to perform a fast fourier transform (FFT) operation (S270).
S270에서 FFT 연산 수행 결과는 병렬로 동시에 출력된다. 따라서, 심볼-디매핑을 수행할 수 있도록 복소수 형태의 FFT 연산 결과 값을 직렬 데이터로 변환한다(S280).In S270, the result of performing the FFT operation is simultaneously output in parallel. Therefore, the complex-type FFT calculation result is converted into serial data to perform symbol-demapping (S280).
마지막으로, 직렬 구조의 FFT 연산 결과값을 입력받아 심볼-디매핑을 수행한다(S290). 예를 들어, QPSK 매핑된 전송 데이터는 2비트의 수신 데이터로 복원되며, 256-QAM으로 매핑된 전송 데이터는 8비트의 수신 데이터로 복원된다.Finally, the result of receiving the FFT operation result of the serial structure is performed symbol-demapping (S290). For example, QPSK mapped transmission data is restored to 2 bits of received data, and 256-QAM mapped transmission data is restored to 8 bits of received data.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크 및 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 캐리어 웨이브(예컨대, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage. Also included are those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부 터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 반송파를 이용한 가시광 무선통신 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a visible light wireless communication system using multiple carriers according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 송신장치의 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다. 2 is a block diagram for explaining in detail the configuration of a visible light transmitting apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 MC-VLC 변조부의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating in detail the configuration of the MC-VLC modulator of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 수신장치의 구성을 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for explaining in detail the configuration of a visible light receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 제1광 검출부의 구성을 상세하게 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 도 4의 MC-VLC 복조부의 구성을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 5 is a block diagram for describing in detail the configuration of the first light detector of FIG. 4, and FIG. 6 is a block diagram for describing the configuration of the MC-VLC demodulator of FIG. 4 in detail.
도 7은 본 발명에 따른 가시광 송신장치의 송신 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a transmission operation of the visible light transmitting apparatus according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 가시광 수신장치의 수신 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating a receiving operation of the visible light receiving apparatus according to the present invention.
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JPH08163075A (en) * | 1994-12-02 | 1996-06-21 | Clarion Co Ltd | Communication equipment adopting ofdm modulation system |
KR20080105277A (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | 삼성전자주식회사 | Wireless visible light optical communication system |
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