KR101339036B1 - 발광 다이오드들을 구비한 방 조명체들에 의한 데이터 전달 - Google Patents

발광 다이오드들을 구비한 방 조명체들에 의한 데이터 전달 Download PDF

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Abstract

데이터를 전달하도록 구성된 발광 다이오드들을 구비하는 램프들은 더 높은 전력의 고주파 회로를 필요로 한다. 요구되는 전자부들을 단순화하기 위해서, 본 발명에 따르면, 발광 다이오드들이 그룹들로 분할되고 상기 그룹들이 서로 다르게 변조된다. 다단계(multilevel) 변조에 기인하여, 데이터 속도를 동일하게 유지하면서 심볼 속도(symbol rate)를 줄일 수 있고 이로써 스위칭 속도와 회로 복잡성을 줄일 수 있다.

Description

발광 다이오드들을 구비한 방 조명체들에 의한 데이터 전달{DATA TRANSMISSION WITH ROOM ILLUMINATIONS HAVING LIGHT EMITTING DIODES}
본 발명은 복수의 발광 다이오드들에 의한 데이터 전달 방법 및 복수의 발광 다이오드들을 구비하는 데이터 전달을 위하여 만들어진 구조체에 관한 것이다.
발광 다이오드들 또는 LED들이 그 광 출력과 에너지 효율 및 그 가격 관점에서 지속적으로 더욱 개발되고 있다. 그들이 조명 목적으로 광범위하게 사용되게 될 것으로 예상된다.
백열 전구들 및 형광등들과 같은 종래의 조명 수단들과는 달리, 발광 다이오드들은 매우 빠르게 변조될 수 있다. 따라서 그들은 조명과 병행한 데이터 전달에 최상으로 적절하다.
방 조명 용도로 - 다시 말해서 램프로서 - 그리고 동시에 발광 다이오드의 세기를 변조함으로써 아날로그 및/또는 디지털 데이터 전달 용도로 발광 다이오드를 사용하는 것이 알려져 있다. 발광 다이오드의 램프로서의 기능을 손상하지 않도록 하기 위해서, 사람들에게 지각가능하지 않은 방식으로 변조를 수행하는 것이 적절하다. 변조의 간단한 예시는 수(several) MHz의 주파수에서의 명-암(明暗) 변조이다. 무선 기술(radio technology)로부터 알려진 더 복잡한 변조들 또한 사용될 수 있다.
단일 발광 다이오드가 스위칭 되는 것에는 단지 적은 양의 전력만이 필요하다. 그런데 실제 방 조명에 있어서, 필요한 빛 레벨을 얻기 위해서 복수의 발광 다이오드들이 요구된다. 따라서 큰 방들에 있어서, 수 백 와트의 전력이 요구되는 것으로 가정될 수 있다. 데이터 전달을 위하여, 이들은 수 MHz의 고 주파수들에서 스위칭되어야만 할 것이다. 그런데 이것은 상대적으로 높은 레벨의 기술 및 재정 지출에 의해서만이 얻어질 수 있다.
본 발명의 근간을 이루는 목적은 간단한 전자 회로에 의해서 수행될 수 있는, 복수의 발광 다이오드들에 의한 데이터 전달 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 단순화된 전자 회로에 의해서도 데이터 전달에 적합한 복수의 발광 다이오드들을 구비하는 구조체를 제공하는 것이다.
상기 방법에 관한 상기 목적은 청구항 제1 항의 특징들을 구비한 방법에 의해서 성취된다. 상기 장치에 관한 상기 목적은 청구항 제 7 항의 특징들을 구비한 구조체에 의해서 성취된다. 상기 방법 및 상기 구조체의 이로운 실시예들이 종속항들에서 개시된다.
복수의 발광 다이오드들에 의한 데이터 전달 방법에 있어서, 발광 다이오드들의 세기의 변조에 의해서 데이터가 전달된다. 또한 상기 발광 다이오드들은 변조에 관한 둘 이상의 그룹들로 함께 그룹화된다. 하나의 그룹의 발광 다이오드들이 함께 및 유사하게 변조되고, 그리고 상기 그룹들의 변조들이 서로 매칭되어 그 결과 상기 변조들과 결부된 정보가 인코딩된다.
바람직하게는 사람들이 상기 변조를 지각할 수 없는데 가시적인 변조는 일반적으로 짜증나는 것이기 때문이다. 이와 달리 변조가 적어도 부분적으로 지각가능하게 설계되는 것 또한 가능하다. 이런 방식으로 발광 다이오드들이 데이터를 전달하는 것이 예시적으로 직접 사용자에게 가리켜질 수 있다. 데이터는 바람직하게는 디지털 데이터이다.
본 발명에 따른 프로세스에 의하면, 다단계 데이터 전달 - 그룹들의 변조들의 조합들(associations)에 의해서 복수의 비트들이 동시에 전달될 수 있다 - 을 수행하는 것이 가능하다. 모든 발광 다이오드들의 유사한 변조 - 다시 말해서 그들을 그룹들로 분할하지 아니하는 것 - 와 비교하여, 일정한 데이터 속도에서 전기 스위칭 프로세스들의 속도를 줄이는 것이 가능하다. 이것은 전자 회로를 단순화한다.
상기 방법의 바람직한 일 실시예에 있어서, 데이터를 인코딩하기 위해서, 상기 정보에 따라서 규정되는 복수의 그룹들이 개별적으로 스위치 온 및 오프된다. 예를 들어, "0"부터 "2N-1"((2의 N 제곱)에서 1을 뺀 것)까지의 정수 값인 N 비트 값의 전달을 위하여, 발광 다이오드들은 2N-1 그룹들로 분할될 수 있다. 이를 목적으로, 적절하게는 2N-1 개 이상의 발광 다이오드들이 존재하여야 한다. "0"에 대하여, 그룹들 중 어느 것도 암 변조되지 아니하고 "1"에 대하여 그룹들 중 하나가 암변조되고 그리고 "2N-1"에 대하여 그룹들의 모두가 다시 말해서 모든 발광 다이오드들이 암 변조되어야 한다.
단지 N 개의 그룹들에 의한 N 비트들의 전달도 고려될 만하다. 그러면 특정한 수(A)의 그룹들의 암 변조(여기서 1 < A < N)가 서로 다른 값들을 전달하는 데에 즉 A개의 그룹들의 암 변조를 필요로 하는 2진 표현을 전달하는 데에 사용될 수 있다. 그런데, 단지 결과적인 밝기에 따라서 이들 값들이 구별될 수 없음을 유의해야 한다. 이 값들의 분석(resolution)은 부가적인 노력을 예를 들어 위치-식별 탐지(position-sensitive detection)를 필요로 한다.
동시적인 방 조명을 위한 일 방법에서 상기 데이터 전달 방법이 이롭게 사용될 수 있는데, 여기서 방 조명 용도의 발광 다이오드들이 실질적으로 일정한 세기로 동작된다. 상기 일정한 세기는 적절하게는 단지 사람들에게 지각가능하지 않은 변조에 의해서 영향 받는다.
방 조명 용도로 사용될 때, 발광 다이오드들은 적절하게는 조명체를 다시 말해서 램프를 형성한다. 그런데 종래의 조명 수단들과 비교하여 발광 다이오드들에 있어서 설계 자유도가 상당히 더 커서, 그 결과 예를 들어 발광 다이오드들이 개별적으로 떨어진 섬 구조(individual islands) - 그러나 함께 동작되는 - 에 의해서, 조명체가 전체 방에 걸쳐서 용이하게 분포될 수 있다. 본 발명의 이로운 일 실시예 및 개선에 있어서, 발광 다이오드들에 의해서 형성된 조명체 전체 크기에 걸쳐서 각각의 그룹의 발광 다이오드들이 가능한 균등하게 분포되는 방식으로 그룹들로의 그룹화가 수행된다. 이것은 서로 다른 그룹들의 불균등한 변조에 의해서 뷸균등한 조명이 생성되는 가능성을 막는다. 이러한 불균등한 변조는 전술한 예시에서 "0"보다 큰 모든 값에 대하여 상기 그룹들 중 하나가 암 변조되고 한편 예를 들어 "2N-1"의 값이 주어졌을 때에만 다른 하나가 암 변조될 때 암 변조에 의해서 발생할 수 있다. 그러면 후자의 그룹이 훨씬 더 적게 빈번히 암 변조되고 이것은 시간에 걸쳐 평균 낸 전체 세기가 더 큰 것을 야기한다. 그러나 발광 다이오드들에 걸친 균등한 분포가 이러한 불균등 세기가 지각가능하게 되는 것을 막는다.
상기 기술한 방법들은 이롭게도 전달된 정보가 수신 장치에 의해서 특히 PC, 휴대용 전화기 또는 PDA에 의해서 수신되는 데이터 전달에 사용될 수 있다. 이를 목적으로, 수신 장치는 적절한 수신기 예를 들어 적외선 신호들의 수용체로서 알려진, 적절한 전자 회로를 구비한 포토-다이오드를 채용할 수 있다.
데이터 전달을 위한 구조체는 복수의 발광 다이오드들을 포함한다. 발광 다이오드들의 세기의 변조에 의해서 정보가 전달되도록 이들이 구성된다. 발광 다이오드들은 변조에 관한 둘 이상의 그룹들로 그룹화되는데, 여기서 각각의 그룹의 발광 다이오드들이 함께 및 유사하게 변조될 수 있다. 변조들에 관하여 정보가 인코딩되는 방식으로 그룹들의 변조들이 서로 매칭될 수 있다. 바람직하게는 상기 변조가 사람들에게 지각가능하지 않다.
방법에 관하여 기술한 구성들이 구조체에 있어서도 사용가능하다.
이하 본 발명의 다른 잇점들 및 상세를 도면들에 도시된 예시적인 실시예에 기초하여 보다 상세하게 기술되는데, 여기서:
도 1은 발광 다이오드들을 포함하는 램프와 수신 용으로 구성된 PDA를 나타내고; 그리고
도 2는 복수의 발광 다이오드들의 세기 변조를 나타낸다.
도 1은 각각 6 개의 발광 다이오드들(5)을 가진 네 개의 블록들(4)을 포함하는, 방 조명 용 램프(3)를 예시적인 일 실시예로서 도식적으로 나타낸다. 하나의 블록(4)이 가진 발광 다이오드들(5)이 여기서 2 x 3의 직사각형 발광 다이오드들(5)로서 배열된다. 블록들(4)은 조명될 방에 분포되는데 방의 천장 길이에 걸쳐서 분포되지만 공통된 전자 시스템에 의해서 구동된다.
본 예시적인 실시예에 있어서, 발광 다이오드들(5)은 각각이 세 개의 발광 다이오드들(5)을 구비하는 8 개의 그룹들(6 내지 8)로 함께 그룹화되는데, 세 개의 그룹들(6 내지 8) 각각이 도 1에 표시되었다. 그룹들(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 램프(3)의 블록들(4) 간에 가능한 균등하게 분포되고 이로써 방의 천장에 걸쳐서 균등하게 분포된다.
방 조명을 위해 램프(3)가 스위치-온 된다고 가정된다. 따라서 램프(3)의 발광 다이오드들(5)은 실질적으로 일정한 적절한 세기로 빛을 발한다. 데이터(2) 전달을 위하여, 발광 다이오드들(5)의 세기가 변조된다. 각각의 그룹(6 내지 8)의 네 개의 발광 다이오드들(5)이 함께 변조된다.
예시적인 변조 형태가 6개 중 세 개의 그룹들(6 내지 8)의 변조에 기초하여 도 2에 도식적으로 도시된다. 데이터 전달을 위하여, 예를 들어 1ms의 짧은 시간 동안 지각할 수 없는 방식으로 이들이 어둡게 변조된다. 암 변조(dark modulation)에 후속하여, 예를 들어 19 ms의 간격이 다음 가능한 암 변조 앞에 남겨진다.
도 2에서 예시적인 방식으로 도시된 세 개의 그룹들(6 내지 8)에 의해서, 심볼들("0" 내지 "3")이 전달될 수 있고, 다시 말해서 각각의 암 변조에 의해서 2 비트들의 정보 양이 전달될 수 있다. 따라서 "0"에 대하여 그룹들(6 내지 8) 중 어느 것도 암 변조되지 아니하고, "1"에 대하여 그룹들(6 내지 8) 중 하나가 암 변조되고, "2"에 대하여 그룹들(6 내지 8) 중 두 개가 암 변조되고, "3"에 대하여 그룹들(6 내지 8) 모두가 암 변조된다.
전술한 심볼들에 할당된 그룹들(6 내지 8)의 수를 바꾸는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 그룹들(6 내지 8) 중 어느 것도 암 변조 않는 것에 의해서 심볼들 중 가장 빈번한 것을 전달한다는 점에서, 암 변조를 가능한 빈번하지 않게 요구되도록 하는 것이 성취될 수 있다. 스위칭 프로세스들에 의해서 발광 다이오드들(5)의 균등한 로딩을 얻기 위해서, 그룹들(6 내지 8)의 수 및 심볼들의 할당을 바꾸거나 또는 그룹들(6 내지 8)의 주어진 수에 대하여 암 변조될 실제 그룹들(6 내지 8)을 무작위로 선택하는 것 또한 가능하다. 수신기의 더 나은 동기화(synchronization)를 가능하게 하기 위해서, 각각의 값들에 대하여 하나 이상의 그룹(6 내지 8)이 암 변조된다는 것으로 다른 실시예가 구성되고 그 결과 요구되는 그룹들의 수가 증가된다.
전달될 심볼에 따라서, 해당 수의 그룹들이 암 변조된다. 예를 들어, 도 2에 따르면, "1"을 전달하기 위해서, 제1 그룹(6)이 암 변조되고, "0"을 전달하기 위해서 세 개의 그룹들(6 내지 8) 중 어느 것도 암 변조되지 아니한다. 후속하는 "2"를 전달하기 위해서, 처음 두 그룹들(6, 7)이 암 변조된다. 그룹들(6 내지 8) 간에 보다 균일하게 암 변조들을 분포시키기 위해서, 후속하는 "2"에 대하여 제2 및 제3 그룹(7, 8)이 이제 암 변조된다. 후속하는 "0"에 대하여, 다시 세 개의 그룹들(6 내지 8) 중 어느 것도 암 변조되지 아니한다.
이러한 예시에서 사용된 변조에 의해서 2 비트들이 20 ms 동안 전달될 수 이있고 다시 말해서 100 bit/s의 데이터 속도가 얻어질 수 있다.
모든 발광 다이오드들(5)이 유사하게 변조된다면, 각각의 암 변조에 대하여, 전달되는 하나의 비트만이 항상 존재한다. 주어진 예시에 따르면, 일정한 데이터 속도로 암 변조 당 두 비트들이 전달되기 때문에, 스위칭 속도가 절반으로 감소될 수 있다. 이것은 전자 설계를 단순화한다. 그룹들(6 내지 8)의 더 큰 수는 대략 그룹들(6 내지 8) 수의 2진 대수만큼 필요한 스위칭 속도를 감소시킨다.
전달된 데이터는 예를 들어 PDA(1)에 의해서 수신된다. 이를 목적으로, PDA(1)는 방 조명의 변조로부터 데이터를 탐지하기 위해서 상응하는 렌즈와 전자 회로와 함께 포토-다이오드를 구비한다.
예를 들어 낮 동안, 램프(3)가 생성할 수 있는 것보다 훨씬 많은 빛이 창문들을 통해 방 안으로 비칠 때, 램프(3)가 스위치 오프되면, 데이터(2) 전달은 추가적인 노력 없이는 가능하지 아니하다. 이러한 상황을 막기 위한 절차는 여전히 램프(3)를 스위치 오프 조건에서 동작시키되 일광에서 사람들에게 지각가능하지 않은 감소된 세기로 동작시키는 것이다. 그런데, 전달된 데이터는 수신 장치에 의해서 여전히 수신될 수 있다. 심지어 데이터 속도를 증가시키는 것이 고려될 수 있는데, 첫째 스위칭될 전력이 낮은 세기에 기인하여 더 작고 둘째 이 경우 램프(3)가 전혀 조명 역할을 수행하지 아니하므로 변조가 조명 기능에 방해될 수 없기 때문이다.
일광에서, 수신기가 일광에 의해서 포화되는 것 또한 가능한데 이것은 신호 품질의 손상을 가져올 수 있다. 예를 들어 램프(3)를 향한 수신기의 지향이 손상을 막기 위해 사용될 수 있다.
램프(3)가 스위치 오프 된 채로 동작하는 것에 대한 다른 가능성은 램프(3)가 스위치 온된 채로 상기 방법을 반전시켜, 암 변조가 명 변조에 의해서 대체되도록 하는 것에 있다. 충분한 간격으로 이것이 수행된다면, 램프(3)는 사실상 어둡게 나타난다.

Claims (11)

  1. - 발광 다이오드들(5)의 세기의 시각적으로 감지할 수 없는 변조에 의해서 데이터가 전달되고,
    - 상기 발광 다이오드들(5)이 적어도 2N-1 개의 그룹들(6 내지 8)로 그룹화되고,
    - 각각의 그룹(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 함께 동일한 형식으로 변조되고, 그리고
    - 변조들과 결부된 데이터가 인코딩될 수 있도록 상기 그룹들(6 내지 8)의 변조들이 서로 매칭되는,
    복수의 발광 다이오드들(5)에 의한 방 조명 및 N 비트의 데이터(2) 전달 방법으로서,
    상기 데이터를 인코딩하기 위해서, 상기 적어도 2N-1 개의 그룹들(6 내지 8)이 암(暗) 변조 또는 명(明) 변조되고,
    방 조명 및 데이터(2) 전달을 위하여 일정한 세기로 상기 발광 다이오드들(5)이 동작되고,
    상기 발광 다이오드들(5)에 의해 형성되는 램프(3)의 전체 크기에 걸쳐서 가능한 균등하게 각각의 그룹(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 분포되도록, 상기 발광 다이오드들(5)이 그룹들(6 내지 8)로 함께 그룹화되고,
    상기 그룹들(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 상기 램프(3)의 블록들(4) 간에 가능한 균등하게 분포됨으로써 방의 천장에 걸쳐서 균등하게 분포되는,
    복수의 발광 다이오드들(5)에 의한 방 조명 및 N 비트의 데이터(2) 전달 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 따른 방법에 의해서 데이터가 전달되고,
    수신 장치(1)에 의해서 상기 데이터가 수신되는,
    복수의 발광 다이오드들(5)에 의한 방 조명 및 N 비트의 데이터(2) 전달 방법.
  6. 삭제
  7. 발광 다이오드들(5)의 세기의 시각적으로 감지할 수 없는 변조에 의해서 데이터가 전달되도록 구성된, 복수의 발광 다이오드들(5)을 포함하는 방 조명 및 N 비트의 데이터(2) 전달을 위한 구조체로서,
    - 상기 발광 다이오드들(5)이 적어도 2N-1 개의 그룹들(6 내지 8)로 그룹화되고;
    - 각각의 그룹(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 함께 동일한 형식으로 변조되고; 그리고
    - 변조들과 결부된 정보가 인코딩될 수 있도록 상기 그룹들(6 내지 8)의 변조들이 서로 매칭되는
    복수의 발광 다이오드들을 포함하는 방 조명 및 N 비트의 데이터 전달을 위한 구조체로서,
    상기 발광 다이오드들(5)이 방 조명 용도로 일정한 세기로 동작되도록 구성된, 하나 또는 복수의 램프들(3)로 상기 발광 다이오드들(5)이 배열되고,
    램프(3)의 전체 크기에 걸쳐서 가능한 균등하게 각각의 그룹(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 분포되도록, 상기 발광 다이오드들(5)이 그룹들(6 내지 8)로 그룹화되고,
    상기 그룹들(6 내지 8)의 발광 다이오드들(5)이 상기 램프(3)의 블록들(4) 간에 가능한 균등하게 분포됨으로써 방의 천장에 걸쳐서 균등하게 분포되는,
    복수의 발광 다이오드들을 포함하는 방 조명 및 N 비트의 데이터 전달을 위한 구조체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. - 제7 항에 따른 복수의 발광 다이오드들(5); 그리고
    - 수신 장치(1)를 포함하고,
    상기 발광 다이오드들(5)에 의해서 전달된 데이터가 상기 수신 장치(1)에 의해서 수신될 수 있도록 구성된,
    복수의 발광 다이오드들을 포함하는 방 조명 및 N 비트의 데이터 전달을 위한 구조체.
  11. 삭제
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