KR101258216B1

KR101258216B1 - Ｒ，ｇ，ｂｌｅｄ를 이용한 가시광통신시스템

Info

Publication number: KR101258216B1
Application number: KR1020100129352A
Authority: KR
Inventors: 박영일; 여은모
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2013-04-25
Also published as: KR20120067780A

Abstract

본 발명은 가시광통신시스템에 관한 것으로, 본 발명은 입력된 전송데이터를 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 복수 색상의 광신호로 변조하는 송신장치; 수신된 복수 색상의 광신호를 복조하고 상기 복조된 광신호를 디코딩하는 수신장치; 및 상기 송신장치와 상기 수신장치의 각 동작을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 전송데이터와 색상데이터를 기초로 변조된 광신호를 생성함으로써 가시광통신과 컬러조명을 동시에 수행할 수 있다.

Description

Ｒ，Ｇ，ＢＬＥＤ를 이용한 가시광통신시스템{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION SYSTEM USING R,G,B LED}

본 발명은 가시광통신시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 컬러 조명에서 활용할 수 있는 가시광통신시스템에 관한 것이다.

가시광통신시스템은 일반적으로 흰색, 빨강색 등 한 가지 색상만을 이용하여 구현된다. 이것은 한 가지 색상을 이용하는 경우 송수신 방식이 단순해져서 구현이 용이한 장점을 가지기 때문이다.

그런데 가시광통신시스템의 주 통신매체로 이용되는 LED 조명의 경우 최근 소비자의 요구에 따라 다양한 색상으로 구현되는 경우가 많아지고 있는 추세이다. 이러한 상황에서 종래의 가시광통신시스템도 단색이 아닌 다양한 색상의 조명을 이용할 필요가 발생하게 되었다.

LED 조명은 다양한 색상을 구현하기 위해서 R(Red),G(Green),B(Blue) LED와 같은 기본색상의 발광원을 사용할 수 있으며, 이들 LED들을 이용하여 원하는 색상을 내기 위해 일반적으로 PWM (Pulse Width Modulation) 방식을 사용한다.

그러나 종래의 가시광통신시스템은 위와 같은 PWM 방식으로 드라이빙되는 R(Red),G(Green),B(Blue) LED를 이용해서 데이터를 전송하는 데 어려움을 가진다. 즉 종래의 가시광통신시스템은 각 색상별로 동작구간에 차이가 있어 이에 맞추어 다시 데이터를 변조한다면 전송 데이터 패킷의 길이에 큰 제한이 생기며 통신 오류를 일으키는 문제를 가지며, 전송할 데이터의 값의 특징에 원래 사용자가 원하는 조명의 색상을 얻기 어려운 문제를 가질 수 있다.

본 발명의 목적은 LED를 이용한 컬러조명에 영향을 미치지 않으면서도 이를 가시광통신에도 이용할 수 있는 가시광통신시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가시광통신시스템의 제1 특징은 입력된 전송데이터를 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 복수 색상의 광신호로 변조하는 송신장치; 수신된 복수 색상의 광신호를 복조하고 상기 복조된 광신호를 디코딩하는 수신장치; 및 상기 송신장치와 상기 수신장치의 각 동작을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것이다.

상기 송신장치는 상기 제어장치에 의해 입력된 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하고 상기 발생된 PWM신호를 이용하여 상기 코딩된 전송데이터가 상기 복수 색상의 광신호로 변조되도록 복수 색상을 가진 LED램프들을 구동할 수 있다.

상기 코딩된 전송데이터는 신호의 High 및 Low 비율이 동일하게 유지되는 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩될 수 있다. 여기서 상기 코딩된 전송데이터는 상기 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩되기 전에 블록코딩 및 바이트인터리빙될 수 있으며, 상기 블록코딩은 해밍 코드에 의해 수행될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가시광통신시스템의 제2 특징은 입력된 전송데이터를 코딩하고, 입력된 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하며, 상기 발생된 PWM신호를 이용하여 상기 코딩된 전송데이터가 복수 색상의 광신호로 변조되도록 복수 색상을 가진 LED램프들을 구동하는 송신장치; 수신된 복수 색상의 광신호를 복조하고 상기 복조된 광신호를 디코딩하는 수신장치; 및 상기 송신장치와 상기 수신장치의 각 동작을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것이다.

상기 PWM신호는 사전에 정해진 주기에 의해 상기 LED램프들 전체를 반복 구동하며, 상기 주기는 육안의 잔상이 머무르는 시간보다 짧게 정해질 수 있다.

상기 PWM신호는 사전에 정해진 주기에 의해 상기 LED램프들 전체를 반복 구동하며, 상기 PWM신호는 상기 각 주기의 앞쪽에 배치될 수 있다.

상기 송신장치는 상기 LED램프들 각각을 구동하는 구동소자들을 구비하는 LED드라이버와, 상기 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하는 PWM모듈과 상기 PWM신호를 상기 색상데이터에 대응하여 상기 구동소자들 각각에 선택하여 분배하는 분배모듈을 구비하는 PWM발생부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 LED드라이버는 상기 분배모듈에 의해 분배된 각 PWM신호들과 상기 코딩된 전송데이터를 각각 입력받아 AND 논리연산하여 상기 구동소자들 각각에 출력하는 AND게이트소자들을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 가시광통신시스템은 제어장치에 의해 전송데이터와 색상데이터를 입력받아 이들을 기초로 효율적으로 변조된 광신호를 생성함으로써 가시광통신과 컬러조명을 동시에 수행할 수 있다.

구체적으로 본 발명에 따른 가시광통신시스템은 LED드라이버에 제공되는 PWM신호가 매 주기의 앞쪽에 배치되고, 각 구동소자를 구동하기 위한 PWM신호가 분리되지 않은 형태로서 제공되므로 통신에러를 최소화하면서 컬러 조명의 색상 왜곡을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광통신시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신장치의 블록도이다.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 가시광통신시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광통신시스템의 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 가시광통신시스템(1)은 크게 송신장치(100)와 수신장치(200) 그리고 이들을 제어하는 제어장치(300)로 이루어질 수 있다.

송신장치(100)는 제어장치(300)에 의해 입력된 전송데이터(TD)를 코딩하는 코딩부(110), 제어장치(300)에 의해 입력된 색상데이터(CD)에 대응하여 PWM신호를 발생하는 PWM발생부(130), PWM신호를 이용하여 코딩된 전송데이터를 복수 색상의 광신호로 변조하는 LED발광부(150)로 이루어진다. 수신장치(200)는 외부로부터 수신된 광신호를 복조하는 광전변환부(210)와 복조된 전기신호를 디코딩하는 디코딩부(230)로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신장치의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 송신장치(100)는 코딩부(110), PWM발생부(130), LED발광부(150)로 이루어진다. 송신장치(100)는 제어장치(300)의 제어에 의해 전송할 전송데이터와 색상에 관한 색상데이터를 입력받아 이들을 기초로 광신호를 생성하여 통신신호임과 동시에 컬러 조명의 역할을 수행하는 빛을 방출한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 코딩부(110)는 블록코더(112), 바이트인터리버(114), 맨체스터인코더(116)로 이루어진다. 코딩부(110)는 제어장치(300)의 제어에 의해 입력된 전송데이터를 코딩하여 LED드라이버(152)에 출력하는 기능을 수행한다.

블록코더(112) 및 바이트인터리버(114)는 전송시 발생하는 전송오류를 최소화하기 위한 기능을 수행한다. 블록코더(112)는 전송데이터를 잘라내어 블록 단위로 코딩하며, 바이트인터리버(114)는 시간영역에서 데이터를 섞어서 전송시 발생하는 에러를 최소화하는 기능을 수행한다.

본 실시예의 가시광통신시스템(1)은 다양한 색상의 광신호를 구현하기 위한 LED모듈(154)로서 R(Red),G(Green),B(Blue) LED를 사용할 수 있다. 이 경우 통신매체는 R,G,B LED에서 순차적으로 방출되는 빛이기 때문에 turn-on 및 turn-off 지연시간이 포함될 수 있으며, 색상에 따른 LED 및 이를 검출하는 광전센서의 특성에 차이가 있기 때문에 이로 인해 오류가 발생할 수 있다.

도 2에 도시된 블록코더(112)는 해밍 코드를 이용할 수 있다. 예를 들면 해밍코드 중 7-4 해밍코드는 부호 7비트 중 4 비트가 데이터로 구성되고 나머지 3 비트는 잉여비트에 해당한다.

바이트인터리버(114)는 블록코딩된 데이터를 행렬의 열 단위로 써서 채우고, 다 채워지면 행 단위로 읽어서 비워나가는 방식으로 한 바이트 내에 있는 각 비트의 전송은 서로 일정 간격을 두고 일어난다.

이와 같이 블록코더(112) 및 바이트인터리버(114)를 이용함으로써 각각의 다른 색상, 예를 들면 R,G,B LED를 사용한 경우 Red(R), Green(G), Blue(B)의 경계점에서 발생할 수 있는 오류 가능성을 대폭 줄일 수 있다.

맨체스터인코더(116)는 도 2에 도시된 바와 같이, 블록코딩 및 바이트인터리빙된 전송데이터를 맨체스터 방식을 이용하여 코딩한다. 이러한 코딩 방식에 의해 코딩된 데이터는 한 비트의 중앙에서 항상 신호 값의 변화가 있으며, 이를 감지함으로써 클럭을 쉽게 복구할 수 있다. 또한 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩된 데이터는 보통 High 및 Low 비율이 동일하게 50%로 유지될 수 있다.

이와 같이 맨체스터 방식에 의해 코딩된 데이터를 기초로 하여 LED모듈(154)을 구동하면 제어장치(300)에 의해 입력된 전송데이터에 상관없이 LED모듈(154)의 동작 비율을 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들면 전송데이터가 {0,0,0..}인 경우 LED모듈(154)이 동작하지 않는 문제를 방지할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, PWM발생부(130)는 PWM모듈(132), 분배모듈(134)을 구비할 수 있다. PWM모듈(132)은 제어장치(300)에 의해 입력된 색상데이터에 대응하는 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하여 분배모듈(134)로 출력한다. 분배모듈(134)은 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 구동소자(Dr,Dg,Db)들로 선택하여 분배한다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, PWM모듈(132)로부터 출력되는 PWM신호는 사전에 정해진 주기(T) 에 의해 전체 LED모듈(154) 전체를 반복적으로 구동하도록 발생된다. 그리고 이러한 각 주기(T)내에 발생하는 PWM신호는 도 3에 도시된 바와 같이 각 주기(T)의 앞쪽에 나타난다.

또한 PWM신호는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 구동소자(Dr,Dg,Db)를 구동하기 위해 LED드라이버(152)로 제공되는 각 신호들이 분리되지 않도록 배치된다. 이에 의해 각 LED모듈(154)은 동작구간이 분리되지 않은 상태를 유지할 수 있다. 즉 코딩부(110)로부터 코딩된 신호가 LED드라이버(152)를 통해 끊김 없이 LED모듈(154)로 전송될 수 있다. 또한 한 번 전송할 때마다 전송데이터의 패킷 앞에 붙여 보내는 프리앰블 등 오버헤드를 줄일 수 있다.

또한 PWM모듈(132)로부터 출력되는 PWM신호의 구동 주기(T)가 육안의 잔상이 머무르는 시간보다 짧게 정해지기 때문에 한 주기(T)내에 구동되는 각 구동소자(Dr,Dg,Db)에 의해 나타나는 여러 색상이 한가지로 혼합되어 다채로운 색을 만들 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 PWM발생부(130)는 PWM방식을 사용하기 때문에 다른 구동방식에 비해 디지털 구현이 용이할 수 있다.

분배모듈(134)은 PWM모듈(132)로부터 도 3의 (a)와 같이 출력된 PWM신호를 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 'S1', 'S2', 'S3' 신호들을 선택적으로 각 AND게이트소자(Gr,Gg,Gb)로 분배한다.

도 2에 도시된 바와 같이 LED발광부(150)는 LED드라이버(152), LED모듈(154)로 이루어진다.

LED드라이버(152)는 도 2에 도시된 바와 같이 PWM발생부(130) 및 코딩부(110)로부터 출력된 신호를 각각 입력받는 AND게이트소자(Gr,Gg,Gb)와 AND게이트소자(Gr,Gg,Gb)로부터 출력된 신호를 각각 입력받아 구동신호를 생성하는 구동소자(Dr,Dg,Db)로 이루어진다. AND게이트소자(Gr,Gg,Gb)는 AND 논리연산을 수행하는 디지털 소자로 마련될 수 있다.

LED드라이버(152)의 구동소자(Dr,Dg,Db)로부터 출력된 각 구동신호는 LED모듈(154)의 LED램프(Lr,Lg,Lb)들을 구동하며, 각 LED램프(Lr,Lg,Lb)들은 이 구동신호에 대응하여 빛을 방출한다. 이와 같이 LED램프(Lr,Lg,Lb)들로부터 방출되는 빛은 전송데이터(TD)에 대응한 광신호와 색상데이터(CD)에 대응한 조명의 역할을 한다.

도 3의 (c)에 도시된 파형 중 맨 앞의 {1,1,0} 비트에 대응하는 파형은 'Dr'로 입력되고, 그 다음 {0,1}의 비트에 대응하는 파형은 'Dg'로 입력되며, {1,0,1,1}의 비트에 대응한 파형은 'Db'로 입력된다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 가시광통신시스템(1)의 수신장치(200)에 대하여 구체적으로 설명한다.

수신장치(200)는 제어장치(300)의 제어에 의해 동작하며, 광전변환부(210)와 디코딩부(230)로 이루어진다. 광전변환부(210)는 외부로부터 방출된 광신호를 검출하여 전기신호로 변환하는 광전센서(212)와, 광전센서(212)에 의해 변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(214)를 구비한다. 광전센서(212)는 주로 포토다이오드로 마련될 수 있다. 광전변환부(210)로부터 출력된 신호는 맨체스터디코더(232)로 입력된다.

맨체스터디코더(232)는 입력된 신호를 디코딩하여 NRZ 펄스 형태의 데이터로 처리되어 바이트디인터리버(234) 및 블록디코더(236)를 거쳐 원래 데이터로 복구된다. 바이트디인터리버(234)와 블록디코더(236)는 전술한 바이트인터리버(114) 및 블록코더(112)에 반대되는 동작을 수행한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광통신시스템(1)은 사용자가 원하는 대로 컬러 조명을 구현하면서도 종래 단색광에 위한 가시광통신과 동일한 통신성능을 유지할 수 있다.

본 실시예를 통해 모두 개시되지 않았지만 본 발명에 따른 가시광통신시스템은 공지된 다양한 하드웨어 및 소프트웨어적 기술에 의해 구현될 수 있다.

1: 가시광통신시스템 100: 송신장치
110: 코딩부 112: 블록코더
114: 바이트인터리버 116: 맨체스터인코더
130: PWM발생부 132: PWM모듈
134: 분배모듈 150: LED발광부
152: LED드라이버 154: LED모듈
200: 수신장치 210: 광전변환부
212: 광전센서 214; 증폭기
230: 디코딩부 232: 맨체스터디코더
234: 바이트디인터리버 236: 블록디코더
300: 제어장치

Claims

입력된 전송데이터를 블록코딩 및 바이트인터리빙한 후 신호의 High 및 Low 비율이 동일하게 유지되는 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 복수 색상의 광신호로 변조하는 송신장치;
수신된 복수 색상의 광신호를 복조하고 상기 복조된 광신호를 디코딩하는 수신장치; 및
상기 송신장치와 상기 수신장치의 각 동작을 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
제1항에 있어서,
상기 송신장치는 상기 제어장치에 의해 입력된 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하고 상기 발생된 PWM신호를 이용하여 상기 코딩된 전송데이터가 상기 복수 색상의 광신호로 변조되도록 복수 색상을 가진 LED램프들을 구동하는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
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제1항에 있어서,
상기 블록코딩은 해밍 코드에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
입력된 전송데이터를 신호의 High 및 Low 비율이 동일하게 유지되는 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩하고, 입력된 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하며, 상기 발생된 PWM신호를 이용하여 상기 코딩된 전송데이터가 복수 색상의 광신호로 변조되도록 복수 색상을 가진 LED램프들을 구동하는 송신장치;
수신된 복수 색상의 광신호를 복조하고 상기 복조된 광신호를 디코딩하는 수신장치; 및
상기 송신장치와 상기 수신장치의 각 동작을 제어하는 제어장치;를 포함하고,
상기 송신장치는 상기 LED램프들 각각을 구동하는 구동소자들을 구비하는 LED드라이버와, 상기 색상데이터에 대응하여 PWM신호를 발생하는 PWM모듈과 상기 PWM신호를 상기 색상데이터에 대응하여 상기 구동소자들 각각에 선택하여 분배하는 분배모듈을 구비하는 PWM 발생부를 포함하며,
상기 LED드라이버는 상기 분배모듈에 의해 분배된 각 PWM신호들과 상기 맨체스터 코딩방식에 의해 코딩된 전송데이터를 각각 입력받아 AND 논리 연산하여 상기 구동소자들 각각에 출력하는 AND게이트소자들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
제6항에 있어서,
상기 PWM신호는 사전에 정해진 주기에 의해 상기 LED램프들 전체를 반복 구동하며, 상기 주기는 육안의 잔상이 머무르는 시간보다 짧게 정해지는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
제6항에 있어서,
상기 PWM신호는 사전에 정해진 주기에 의해 상기 LED램프들 전체를 반복 구동하며, 상기 PWM신호는 상기 각 주기의 앞쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 가시광통신시스템.
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