KR101355432B1

KR101355432B1 - 가시광 무선통신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101355432B1
Application number: KR1020120037949A
Authority: KR
Inventors: 김대호; 강태규; 임상규; 김태완; 정명애; 손승원
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-01-28
Also published as: KR20120055507A

Abstract

LED를 이용한 조명기기에서 조명의 휘도 조절 기능을 저해하지 않으면서도 가시광 무선통신이 가능하도록 한 장치 및 방법을 제시한다. 가시광 무선통신 장치는, 입력된 휘도 요구 정보에 상응하는 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산하고 계산된 듀티 사이클에 근거한 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성하는 휘도 신호 생성수단, 전송할 전송 데이터를 생성하는 전송 데이터 생성수단, 휘도 신호의 클럭 횟수 정보 및 전송 데이터를 근거로 펄스 파형의 조명 구동신호를 만들어 출력하되 전송 데이터에 근거하여 조명 구동신호의 파형에서 비트 단위 시간마다의 온(ON)구간의 펄스 위치를 조정하는 조명 구동수단, 및 조명 구동수단으로부터의 조명 구동신호에 따라 동작하는 조명을 포함한다.

Description

가시광 무선통신 장치 및 방법{Visible light communication apparatus and visible light communication method}

본 발명은 가시광 무선통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED조명의 휘도 조절과 함께 가시광 무선통신이 가능하도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재, 유선전화 가입자, 이동통신 가입자, 인터넷 사용자수가 거의 포화상태에 도달하여 증가를 멈춘 상황에서 산업간 융합을 통한 신기술을 찾고 있다. 이러한 상황에서 2007년 LED 기술의 급격한 발전으로 새로운 조명 산업이 열리고, 근거리 무선통신(WPAN : Wireless Personal Area Network) 기술이 다양하게 개발되고 있다.

근거리 무선통신은 IrDA, IEEE 802.11x, IEEE 802.15(블루투스, UWB, 60GHz) 등에 대해 국제표준과 개발이 진행되고 있다.

근거리 무선통신(WPAN)의 한 기술로서 2007년 11월 15일 미국 아틀란타 IEEE 802.15에서 가시광 무선통신(VCL : Visible Light Communication) IG(Interesting Group)가 신설되었다. 국내에서는 이에 앞서 2007년 5월 30일에 한국정보통신기술협회(TTA)에서 가시광 무선통신 실무반을 구성하여 운영중에 있다. 가시광(가시광선)은 사람의 눈에 보이는 전자기파의 영역이다. 가시광의 파장은 대략 380 ~ 780㎚ 정도이다. 가시광내에서는 파장에 따른 성질의 변화가 각각 색깔로 나타난다. 가시광의 파장은 빨강색으로부터 보라색으로 갈수록 짧아진다. 빨강색보다 파장이 긴 빛을 적외선이라 하고, 보라색보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라고 한다. 단색광인 경우 대략 700 ~ 610㎚의 파장에서는 빨강, 대략 610 ~ 590㎚의 파장에서는 주황, 대략 590 ~ 570㎚의 파장에서는 노랑, 대략 570 ~ 500㎚의 파장에서는 초록, 대략 500 ~ 450㎚의 파장에서는 파랑, 대략 450 ~ 400 ㎚의 파장에서는 보라로 보인다.

가시광 무선통신 기술은 디지털 LED 조명 빛과 통신을 융합한 통신기술로서 통신여부를 눈으로 확인할 수 있고, 인체 무해, 물리적 보안기능 등을 제공할 수 있다. LED는 기존 조명인 형광등과 백열등에 비해 수은에 의한 환경 파괴 문제를 해결할 수 있으며, 10배 이상의 긴 수명, 90% 전기효율 향상 등의 효과가 있다. 이러한 조명 인프라를 이용하여 통신 환경을 조성한다면 경제적 이득 효과, 멀티미디어 통신 서비스의 확대, 실생활 조명과 함께하는 통신 세계가 열린다고 볼 수 있다.

LED를 이용한 조명기기에서는 최고의 효율과 가장 정밀한 전류 제어가 가능한 펄스폭변조(Pulse Width Modulation; 이하부터는 PWM이라 함) 방식을 사용하여 조명의 휘도를 조절한다. PWM 방식은 신호의 온/오프의 비율을 조절하는 방식으로서, LED 조명의 켜진 상태의 시간을 조절하여 빛의 휘도를 조절한다. 즉, LED 조명은 점등되어 있는 시간이 길면 밝은 빛을 내고, 짧아지면 어두워지는 원리이다.

그러나, PWM 방식을 이용하여 휘도를 조절하는 조명기기에서는 가시광 무선통신 사용이 어렵고, 또한 가시광 무선통신 기능으로 인하여 조명의 휘도가 원하는 휘도를 낼 수 없게 된다. PWM 방식을 사용하는 조명기기는 PWM신호의 온/오프에 따라 LED 조명을 온/오프시키게 되는데, 이러한 기능으로 인하여 빛의 온/오프로 통신을 행하는 가시광 무선통신과는 동작 방법에서 충돌을 일으킨다.

즉, 통신("1"과 "0"이 항상 불규칙적으로 변화)을 하더라도 휘도(PWM의 듀티비)는 항상 일정("1"과 "0"의 비율은 항상 일정)하게 유지하여야 하는데, LED를 온/오프하는 제어신호에 휘도 조절용 PWM신호와 통신용 변조신호를 결합하기가 어렵다. PWM신호는 휘도가 정해지면 고정된 파형을 가지지만, 통신신호는 데이터 패턴에 따라 계속 변하는 신호이기 때문이다.

다시 말해서, PWM신호 구간에 데이터 전송을 위한 동기의 어려움이 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 50%의 듀티 사이클인 PWM신호((c) 참조)와 전송하고자 하는 데이터(예컨대, "1010011100")((b) 참조)를 클럭신호((a) 참조)에 동기시켜 결합하게 되면 (d)에서와 같이 마치 20%의 듀티 사이클을 갖는 PWM신호처럼 된다. 결국, PWM신호의 온(ON)구간의 길이가 변하고 전송가능 비트의 수도 변하여 전송 속도가 변화하게 되는 문제가 발생한다. 이는 데이터 패턴에 따라 LED 조명의 휘도가 변하게 될 뿐만 아니라 전송하고자 하는 데이터를 제대로 보낼 수 없음을 의미한다.

그에 따라, 쉽게 생각할 수 있는 방법은 주기가 상대적으로 긴 PWM신호의 온(ON)구간에서만 통신용 변조신호를 보내는 것이다. 그러나, 이 경우에는 실질적인 조명의 온시간이 짧아져서 원하는 휘도를 낼 수 없게 된다.

현재까지는 주로 상시 점등 상태인 LED 조명을 이용한 실험실 수준의 가시광 무선통신 시제품이 선보이고 있는 상태이거나, LED조명과 통신을 위한 부품이 별도로 사용되고 있는 실정이다. 즉, LED 조명이 점멸됨에 따라 발생하는 빛에 전송하고자 하는 데이터를 정상적으로 실어 보내는 수준에는 도달하지 못한 상태이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, LED를 이용한 조명기기에서 조명의 휘도 조절 기능을 저해하지 않으면서도 가시광 무선통신이 가능하도록 한 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 가시광 무선통신 장치는, 입력된 휘도 요구 정보에 상응하는 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산하고, 계산된 듀티 사이클에 근거한 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성하는 휘도 신호 생성수단; 전송할 전송 데이터를 생성하는 전송 데이터 생성수단; 휘도 신호의 클럭 횟수 정보 및 전송 데이터를 근거로 펄스 파형의 조명 구동신호를 만들어 출력하되, 전송 데이터에 근거하여 조명 구동신호의 파형에서 비트 단위 시간마다의 온(ON)구간의 펄스 위치를 조정하는 조명 구동수단; 및 조명 구동수단으로부터의 조명 구동신호에 따라 동작하는 조명을 포함한다.

휘도 신호 생성수단이 계산하는 듀티 사이클은 비트 단위 시간당 조명을 온하는 비율이다.

휘도 신호 생성수단은 계산된 듀티 사이클을 비트 단위 시간당 클럭 횟수 정보로 변환시켜서 출력한다.

휘도 신호 생성수단은, 입력된 휘도 요구 정보에 근거하여 조명에 대한 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산하는 휘도 신호 계산부; 및 휘도 신호 계산부로부터의 듀티 사이클을 근거로 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성하여 출력하는 휘도 신호 생성부를 포함한다.

전송 데이터 생성수단은, 휘도 신호 생성수단에서 계산된 듀티 사이클에 대해 가시광 무선통신이 가능한 듀티 사이클인지를 판단하는 전송 가능여부 판단부; 및 전송 가능여부 판단부로부터의 데이터 전송 가능 정보에 따라 현재 전송할 데이터가 있는지를 판단하여 전송할 데이터를 전송 데이터로 하여 출력하는 전송 데이터 출력부를 포함한다.

전송 데이터 출력부는 전송할 정보 데이터가 없으면 1 또는 0으로 구성된 가상의 데이터를 출력한다.

조명 구동수단은, 전송할 전송 데이터가 "1"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 비트 단위 시간의 전단부에 위치시키고, 전송할 전송 데이터가 "0"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 비트 단위 시간의 후단부에 위치시킨다.

본 발명의 다른 실시양태에 따른 가시광 무선통신 장치는, LED조명; 및 LED조명에 대한 휘도 신호 및 전송할 전송 데이터를 혼합하여 LED조명을 구동시키기 위한 펄스 파형의 조명 구동신호를 생성하는 조명 구동수단을 포함하고,

조명 구동수단은 전송할 전송 데이터에 따라 조명 구동신호의 파형에서 데이터 전송 주기 마다의 온(ON)구간의 펄스의 위치를 조정한다.

조명 구동수단은, 전송할 전송 데이터가 "1"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 데이터 전송 주기의 전단부에 위치시키고, 전송할 전송 데이터가 "0"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 데이터 전송 주기의 후단부에 위치시킨다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 가시광 무선통신 방법은, 휘도 신호 생성수단이, 입력된 휘도 요구 정보에 상응하는 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산하고 계산된 듀티 사이클에 근거한 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성하는 휘도 신호 생성단계; 전송 데이터 생성수단이, 전송할 전송 데이터를 생성하는 전송 데이터 생성단계; 및 조명 구동수단이, 휘도 신호의 클럭 횟수 정보 및 전송 데이터를 근거로 펄스 파형의 조명 구동신호를 만들어 조명을 구동시키되, 전송 데이터에 근거하여 조명 구동신호의 파형에서 비트 단위 시간마다의 온(ON)구간의 펄스 위치를 조정하는 조명 구동단계를 포함한다.

듀티 사이클은, 비트 단위 시간당 조명을 온하는 비율이다.

휘도 신호는, 계산된 듀티 사이클을 비트 단위 시간당 클럭 횟수 정보로 변환시킨 신호이다.

휘도 신호 생성단계는, 휘도 신호 계산부가, 휘도 요구 정보에 근거하여 조명에 대한 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산하는 제 1단계; 및 휘도 신호 생성부가, 계산된 듀티 사이클을 근거로 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성하여 출력하는 제 2단계를 포함한다.

전송 데이터 생성단계는, 전송 가능여부 판단부가, 계산된 듀티 사이클에 대해 가시광 무선통신이 가능한 듀티 사이클인지를 판단하는 제 1단계; 및 전송 데이터 출력부가, 전송 가능여부 판단부로부터의 데이터 전송 가능 정보에 따라 현재 전송할 데이터가 있는지를 판단하여 전송할 데이터를 전송 데이터로 하여 출력하는 제 2단계를 포함한다.

제 2단계에서, 전송 데이터 출력부는 전송할 정보 데이터가 없으면 1 또는 0으로 구성된 가상의 데이터를 출력한다.

조명 구동단계는, 전송할 전송 데이터가 "1"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 비트 단위 시간의 전단부에 위치시키고, 전송할 전송 데이터가 "0"이면 조명 구동신호의 파형에서 온(ON)구간의 펄스의 위치를 비트 단위 시간의 후단부에 위치시킨다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, LED조명의 점멸로 휘도 조절이 가능한 LED조명기기에서 휘도 조절 기능과 가시광 무선통신의 통신 속도를 동시에 유지하면서 가시광 무선통신을 가능하게 한다.

본 발명에서는, 일정 시간 구간(즉, 데이터 전송 구간)마다를 두 개의 구간으로 나누고 전송할 데이터가 1인 경우에는 펄스를 앞쪽에 위치시키고 전송할 데이터가 0인 경우에는 펄스를 뒤쪽에 위치시키는 일종의 2PPM(Pulse Position Modulation)방식을 사용한다. 이와 같은 2PPM 방식은 휘도 신호에 상응하는 듀티 사이클의 PWM신호의 온(ON)구간이 그대로 유지되고, 전송가능 비트수의 변화가 없게 된다. 이로 인해, 휘도 조절에 전혀 지장이 없을 뿐만 아니라 가시광 무선통신의 통신 속도에 전혀 지장이 없게 된다.

도 1은 종래 소정 듀티 사이클의 PWM신호와 소정의 전송 데이터를 클럭신호에 동기시켜 결합시킨 경우의 문제점을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 블럭구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 조명 구동신호 발생부에서의 출력신호(조명 구동신호)의 예를 나타낸 신호 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에서 휘도신호와 전송 데이터를 합성시켜 LED구동신호를 생성해 내기까지의 과정을 설명하는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에서 데이터 전송 불가능인 경우의 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에서 전송할 데이터가 없는 경우의 동작을 설명하는 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 블럭구성도이다.

본 발명의 실시예는 조명 휘도 관리부(10), 휘도 신호 계산부(12), 휘도 신호 생성부(14), 정보 데이터 관리부(16), 전송가능 여부 판단부(18), 정보 데이터 판단부(20), 전송 데이터 생성부(22), 조명 구동신호 발생부(24), 조명 구동부(26), 및 LED모듈(28)을 포함한다.

조명 휘도 관리부(10)는 다양한 형태로 입력되는 휘도 요구 정보를 분석하여 그에 상응하는 디지털 정보로 변환한 후에 출력한다. 휘도 요구 정보는 조명기기의 사용자 또는 센서 등에 의해 아날로그 또는 디지털 방식으로 입력된다. 조명 휘도 관리부(10)는 다양한 형태로 입력되는 휘도 요구 정보를 디지털 정보로 변환하는 휘도 변환 기능, 및 디지털로 변환된 현재의 휘도 요구 정보를 저장하는 휘도 저장 기능 등을 갖는다.

휘도 신호 계산부(12)는 조명 휘도 관리부(10)에서 출력되는 디지털 정보를 이용하여 LED모듈(28)에 대한 조명 구동신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 계산한다. 계산된 결과값은 백분율(%) 단위이다. 듀티 사이클이라 함은 비트 단위 시간당 LED모듈(28)이 켜져 있는 시간을 의미한다. 비트 단위 시간이라 함은 전송할 데이터의 1비트를 표현하는데 필요한 시간을 의미한다. 비트 단위 시간을 데이터 전송 주기라고 할 수 있다. 다시 말해서, 계산된 듀티 사이클은 비트 단위 시간당 LED모듈(28)이 켜져 있는 시간의 비율을 생성가능한 비율로 계산된 것이다.

휘도 신호 생성부(14)는 조명 구동신호 발생부(24)로 보내질 휘도 신호를 생성한다. 휘도 신호 생성부(14)는 휘도 신호 계산부(12)에서 출력되는 듀티 사이클의 백분율(%) 정보를 조명 구동신호 발생부(24)의 동작 클럭과 전송 속도에 대응하는 클럭 횟수 정보로 변환시킨다. 변환된 클럭 횟수 정보가 조명 구동신호 발생부(24)로 보내질 휘도 신호가 된다. 출력되는 휘도 신호는 N개 비트의 디지털 신호의 형태로 출력된다.

본 발명의 실시예에서는 조명 휘도 관리부(10)와 휘도 신호 계산부(12) 및 휘도 신호 생성부(14)를 통틀어서 휘도 신호 생성수단(100)이라고 통칭한다. 휘도 신호 생성수단(100)은 입력받은 휘도 요구 정보에 상응하는 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산해 내고 계산된 듀티 사이클을 근거로 휘도 신호의 클럭 횟수 정보를 생성한다.

정보 데이터 관리부(16)는 본 발명의 장치를 이용하여 전송할 정보 데이터를 관리한다. 전송할 정보 데이터는 미리 저장되어 있거나 외부장치로부터 수신하기도 한다.

전송 가능여부 판단부(18)는 휘도 신호 계산부(12)에서 계산한 듀티 사이클의 백분율 정보를 이용하여 가시광 무선통신이 가능한 듀티 사이클인지를 판단한다. 예를 들어, 0%의 듀티 사이클은 LED모듈(28)이 꺼져야 됨을 의미하고, 100%의 듀티 사이클은 LED모듈(28)이 상시 점등되어야 함을 의미한다. 0%와 100%의 듀티 사이클에서는 통신이 불가능하다. 전송 가능여부 판단부(18)에서 출력되는 전송 가능여부 판단 정보는 정보 데이터 판단부(20) 및/또는 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보내진다.

정보 데이터 판단부(20)는 전송 가능여부 판단부(18)로부터 입력되는 데이터 전송 가능 정보에 근거하여 현재 전송할 정보 데이터가 있는지를 판단한다. 정보 데이터 판단부(20)는 전송 가능여부 판단부(18)로부터 전송 가능함을 통보받은 경우에는 정보 데이터 관리부(16)로부터의 정보 데이터를 수신하여 전송 데이터 생성부(22)에게로 보낸다.

전송 데이터 생성부(22)는 정보 데이터 판단부(20)로부터의 정보 데이터를 전송이 가능한 전송 데이터 형태로 변환하고 이를 저장한다. 전송 데이터 형태로의 변환은 일반적인 데이터 통신에서 사용하는 라인 코딩, 스크램블링 등의 변환 기법과 통신에 필요한 프레임 형성 등의 기법 등이 사용된다. 이에 대해 보다 자세한 내용을 기재하지 않는다고 하더라도 당업자라면 주지된 기술로 충분히 이해가능하다. 전송 데이터 생성부(22)에서 생성된 전송 데이터는 조명 구동신호 발생부(24)로 보내진다.

본 발명의 실시예에서, 정보 데이터 관리부(16), 전송 가능여부 판단부(18), 정보 데이터 판단부(20), 및 전송 데이터 생성부(22)를 통틀어서 전송 데이터 생성수단(200)이라고 통칭한다. 전송 데이터 생성수단(200)은 조명 구동신호 발생부(24)에서 필요로 하는 전송 데이터를 생성한다. 도 2에서는 정보 데이터 관리부(16)와 정보 데이터 판단부(20) 및 전송 데이터 생성부(22)를 별개로 구성시켰으나, 이들을 하나로 구성시켜도 된다. 이들(정보 데이터 관리부(16)와 정보 데이터 판단부(20) 및 전송 데이터 생성부(22))을 하나로 구성시켰을 경우에는 전송 데이터 출력부라고 한다. 즉, 전송 데이터 출력부는 전송 가능여부 판단부(18)로부터의 데이터 전송 가능 정보에 따라 현재 전송할 데이터가 있는지를 판단하고 현재 전송할 데이터가 있으면 전송할 데이터를 전송 데이터로 하여 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보낸다.

조명 구동신호 발생부(24)는 가시광 무선통신의 속도에 따라 휘도 신호와 전송 데이터를 융합하여 LED모듈(28)에 대한 조명 구동신호를 생성한다. 조명 구동신호의 생성은 휘도 신호 생성부(14)로부터의 휘도 신호를 바탕으로 하여 2PPM(Pulse Position Modulation) 신호로의 변조 과정을 거쳐 이루어진다. 조명 구동신호 발생부(24)에서 출력되는 조명 구동신호는 조명 구동부(26)의 PWM입력 또는 디밍 입력으로 제공된다.

2PPM 신호로의 변조 과정에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 3은 듀티 사이클 0% ~ 100%까지의 신호파형을 보여준다. 도 3에서, 동작 클럭((a) 참조)과 듀티 사이클((b)~(j) 참조)간의 관계를 살펴보면, 동작 클럭의 한 클럭에 12.5%의 듀티 사이클을 생성한다. 따라서, 비트 단위 시간당 LED모듈(28)이 켜져 있어야 할 시간이 길 수록 듀티 사이클의 백분율 정보는 커진다. 도 3에서는 전송 데이터의 1비트를 표현하는데 필요한 클럭수를 8개로 가정하였다. 그에 따라, 도 3에서는 1비트의 전송 데이터를 전송하는데 필요한 8개의 동작 클럭을 데이터 전송 주기라고 할 수 있다.

예를 들어, 도 3의 (f)와 같이 50%의 듀티 사이클을 가진 휘도 신호에 "110"이라는 전송 데이터를 혼합하여야 할 경우에는, 일정 시간 구간(즉, 8개의 클럭이 순차적으로 동작하는 시간의 구간)을 두 개의 구간(예컨대, 전단부, 후단부)으로 나누고서, 전송할 데이터 "1"에 대해서는 펄스가 전단부에 위치하게 하고, 전송할 데이터 "0"에 대해서는 펄스가 후단부에 위치하게 한다. 물론, 그 반대로 위치하게 하여도 무방하다. 이와 같이 하면 2PPM 신호로 변조된 신호(즉, 2PPM 변조신호)가 생성된다. 이와 같은 2PPM 변조신호는 휘도 신호에 상응하는 듀티 사이클의 PWM신호의 온(ON)구간이 그대로 유지되고, 전송가능 비트수의 변화가 없게 되어, 휘도 조절에 전혀 지장이 없을 뿐만 아니라 가시광 무선통신의 통신 속도에 전혀 지장이 없게 된다. 이와 같이 본 발명에서는 일종의 2PPM방식이라고 할 수 있는 코드 방식을 사용하였다.

도 3에서, (a)는 조명 구동신호 발생부(24)의 동작 클럭의 파형이다. (c)~(j)까지의 파형은 조명 구동신호 발생부(24)에서 출력되는 LED모듈(28)에 대한 조명 구동신호의 파형이다. 파형의 듀티 사이클이 커질수록 LED모듈(28)의 밝기는 밝아진다. (b)의 파형은 LED모듈(28)이 꺼진 상태이고, (j)의 파형은 LED모듈(28)이 완전히 점등한 상태(상시 점등 상태)이다. (b) 및 (j)의 파형은 전송할 데이터를 LED의 점멸로 표현하지 못한다. 이 경우, 전송 가능여부 판단부(18)는 전송이 불가능하다는 판단을 내리게 된다. 상황에 따라서, (c) 및 (i)의 파형의 경우 가시광 무선통신 수신기(도시 생략)가 수신한 광신호를 전기적 신호로 전환함에 있어서 클럭과 데이터 정보를 정확히 복구하지 못할 수 있으므로, 전송 가능여부 판단부(18)에서 전송이 불가능하다는 판단을 내릴 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 도 3의 (f)의 파형이 가장 이상적인 2PPM 변조신호의 파형이라고 할 수 있다.

조명 구동부(26)는 조명 구동신호 발생부(24)로부터의 구동신호에 근거하여 LED모듈(28)을 구동시킨다.

본 발명의 실시예에서는 조명 구동신호 발생부(24) 및 조명 구동부(26)를 통틀어서 조명 구동수단(300)이라고 통칭한다. 조명 구동수단(300)은 휘도 신호 생성수단(100)으로부터의 휘도 신호 및 전송 데이터 생성수단(200)으로부터의 전송 데이터를 혼합하여 조명 구동신호(즉, 2PPM 변조신호)를 만들어 LED모듈(28)을 구동시킨다.

LED모듈(28)은 단일 또는 다수의 LED집합체이다. LED모듈(28)은 가시광선을 발산한다. LED모듈(28)은 조명 구동부(26)에 의해 점등, 소등, 점멸된다.

이어, 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 동작에 대하여 도 4 내지 도 6의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 휘도신호와 전송 데이터를 합성시켜 LED구동신호를 생성해 내기까지의 과정에 대해 도 4의 플로우차트를 근거로 설명한다.

조명 휘도 관리부(10)는 다양한 형태로 입력되는 휘도 요구 정보를 분석하여 디지털 정보로 변환한다(S10). 예를 들어, 조명 휘도 관리부(10)는 조명기기의 사용자 또는 센서 등에 의해 아날로그 또는 디지털 방식으로 입력되는 휘도 요구 정보를 저장가능한 디지털 정보로 변환하여 출력한다.

휘도 신호 계산부(12)는 조명 휘도 관리부(10)로부터의 디지털 정보에 근거하여 조명 구동신호의 듀티 사이클을 계산한다(S12). 즉, 휘도 신호 계산부(12)는 비트 단위 시간당 LED모듈(28)이 켜져 있는 시간의 비율을 생성가능한 비율로 계산하여 백분율(%)로 나타낸다.

휘도 신호 생성부(14)는 휘도 신호 계산부(12)에서 계산된 조명 구동신호의 듀티 사이클을 조명 구동신호 발생부(24)의 동작 클럭과 전송 속도에 대응하도록 클럭 횟수 정보로 변환시킨다. 조명 구동신호 발생부(24)의 동작 클럭과 전송 속도에 따라 비트 단위 시간과 비트 단위 시간당 클럭수가 달라진다. 예를 들어, 전송 속도가 높아지면 비트 단위 시간은 짧아지고 비트 단위 시간당 클럭수도 적어진다. 이에 대응하여 휘도 신호 생성부(14)는 백분율 단위의 휘도를 듀티 사이클에 적응된 클럭수로 변환시킨다(S14). 휘도 신호 생성부(14)에서 출력되는 휘도 신호(즉, 듀티 사이클에 적응된 클럭수)는 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보내진다.

한편, 휘도 신호 계산부(12)에서 계산된 조명 구동신호의 듀티 사이클은 전송 가능여부 판단부(18)에게로도 보내진다. 그에 따라, 전송 가능여부 판단부(18)는 휘도 신호 계산부(12)로부터의 조명 구동신호의 듀티 사이클을 이용하여 데이터 전송이 가능한지를 판단한다(S16). 즉, 조명기기가 너무 어둡거나 너무 밝으면 데이터 전송이 불가능하다. 예를 들어, 휘도 신호 계산부(12)로부터의 조명 구동신호의 듀티 사이클이 LED모듈(28)을 꺼야 되거나 상시 점등시켜야 됨을 의미하는 것이라면 전송 가능여부 판단부(18)는 데이터 전송이 불가능한 것으로 판단한다.

만약, 데이터 전송이 가능한 경우라면(S16에서 "Yes") 전송 가능여부 판단부(18)는 전송 가능함을 알리는 정보를 정보 데이터 판단부(20) 및 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보낸다.

그에 따라, 정보 데이터 판단부(20)는 전송 가능함을 알리는 정보에 근거하여 현재 전송할 정보 데이터가 있는지를 판단한다(S18). 즉, 정보 데이터 판단부(20)는 정보 데이터 관리부(16)로부터 입력받은 정보 데이터가 있는지를 판단한 후에, 입력받은 정보 데이터가 있으면 이를 전송 데이터 생성부(22)에게로 보낸다.

전송 데이터 생성부(22)는 입력받은 정보 데이터를 전송가능한 형태로 변환하고 이를 저장한 후에 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보낸다(S20).

조명 구동신호 발생부(24)는 휘도 신호 생성부(14)로부터의 휘도 신호에 관련된 정보 및 전송 데이터 생성부(22)로부터의 전송 데이터를 근거로 조명 구동신호(즉, 2PPM 변조신호)를 만들어낸다(S22). 조명 구동신호 발생부(24)에서 생성되는 조명 구동신호는 도 3에서와 같이 다양하다. 예를 들어, 도 3의 (f)와 같이 50%의 듀티 사이클을 가진 휘도 신호에 "110"이라는 전송 데이터를 혼합하여야 할 경우에는 일정 시간 구간(즉, 8개의 클럭이 순차적으로 동작하는 시간의 구간)을 두 개의 구간(예컨대, 전단부, 후단부)으로 나누고서, 전송할 데이터 "1"에 대해서는 펄스가 전단부에 위치하게 하고, 전송할 데이터 "0"에 대해서는 펄스가 후단부에 위치하게 한다. 물론, 그 반대로 위치하게 하여도 무방하다. 이와 같이 하면 2PPM 신호로 변조된 신호(즉, 2PPM 변조신호)가 생성된다. 이와 같은 2PPM 변조신호는 휘도 신호에 상응하는 듀티 사이클의 PWM 온(ON)구간을 그대로 유지하고, 전송가능 비트수의 변화가 없게 되어, 휘도 조절에 전혀 지장이 없고 가시광 무선통신의 통신 속도에 전혀 지장을 주지 않는다. 특히, 도 3의 (b)~(j)에서와 같이 상호 다른 PWM신호의 온(ON)구간을 갖는 신호 파형을 출력시킬 수 있으므로, LED모듈(28)에 대한 다양한 휘도 조절이 충분히 가능하다.

조명 구동부(26)는 조명 구동신호 발생부(24)로부터의 조명 구동신호에 근거하여 LED모듈(28)을 구동시킨다(S24). 그에 따라, LED모듈(28)은 점멸된다.

그에 따라, 도시하지 않은 가시광 무선통신 수신기에서는 수신한 가시광선을 광전변환하여 그 결과에 따라 데이터 판독을 행하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에서 데이터 전송 불가능인 경우의 동작을 설명하는 플로우차트이다.

만약, 도 4의 단계 S16에서 데이터 전송이 불가능한 경우 즉, 휘도 신호 계산부(12)로부터의 조명 구동신호의 듀티 사이클이 LED모듈(28)을 꺼야 되거나 상시 점등시켜야 됨을 의미하는 것이라면(S16에서 "No") 전송 가능여부 판단부(18)는 데이터 전송이 불가능한 것으로 판단한다. 그에 따라, 전송 가능여부 판단부(18)는 그에 상응하는 정보(즉, 데이터 전송 불가능 정보)를 생성한다(S16-1).

전송 가능여부 판단부(18)는 생성한 데이터 전송 불가능 정보를 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보낸다(S16-2).

그에 따라, 조명 구동신호 발생부(24)는 휘도 신호 생성부(14)로부터의 휘도 신호에 근거하여 조명 구동신호를 발생시킨다(S16-3). 이 경우에는 굳이 2PPM 변조신호를 만들지 않아도 되므로, 조명 구동신호 발생부(24)는 도 3의 (b) 또는 (j)와 같은 통상의 신호파형의 조명 구동신호를 발생시키는 것으로 한다.

조명 구동부(26)는 조명 구동신호 발생부(24)로부터의 조명 구동신호에 따라 LED모듈(28)을 점등시키거나 소등시킨다(S16-4).

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에서 전송할 데이터가 없는 경우의 동작을 설명하는 플로우차트이다.

만약, 도 4의 단계 S18에서 전송할 데이터가 없는 경우 즉, 데이터 전송은 가능하지만 전송할 데이터가 없는 경우(S18에서 "No")에는 정보 데이터 판단부(20)는 전송할 데이터가 없음을 알리는 정보(예컨대, "0" 또는 "1"로만 구성된 전송 데이터; 여기서의 전송 데이터는 디지털 정보 패턴이라고 할 수 있음)를 생성한다(S18-1).

정보 데이터 판단부(20)는 생성한 정보(즉, 전송할 데이터가 없음을 알리는 정보로서 "0" 또는 "1"로만 구성된 전송 데이터)를 전송 데이터 생성부(22)에게로 보낸다.

전송 데이터 생성부(22)는 입력받은 전송 데이터 즉, 전송할 데이터가 없음을 알리는 정보를 의미하는 데이터를 조명 구동신호 발생부(24)에게로 보낸다(S18-2).

조명 구동신호 발생부(24)는 휘도 신호 생성부(14)로부터의 휘도 신호에 관련된 정보 및 전송 데이터 생성부(22)로부터의 전송 데이터(즉, 전송할 데이터가 없음을 알리는 전송 데이터)를 근거로 조명 구동신호(즉, 2PPM 변조신호)를 만들어낸다(S18-3). 이 경우에 조명 구동신호 발생부(24)에서는 도 3의 신호 파형과는 다르게 비트 단위별 펄스가 모두 전단부 또는 후단부에 위치한 형태의 조명 구동신호를 생성한다.

조명 구동부(26)는 조명 구동신호 발생부(24)로부터의 조명 구동신호에 근거하여 LED모듈(28)을 구동시킨다(S18-4). 결국, LED모듈(28)은 휘도신호에 따른 점멸을 수행한다.

그에 따라, 도시하지 않은 가시광 무선통신 수신기에서는 수신한 가시광선을 광전변환하여 그 결과에 따라 데이터 판독(즉, 데이터가 없음을 판독)을 행하게 된다.

상술한 설명에서는 데이터 전송 구간마다를 크게 두 개의 구간으로 나누고 전송할 데이터가 1인 경우에는 펄스를 앞쪽 구간에 위치시키고 전송할 데이터가 0인 경우에는 펄스를 뒤쪽 구간에 위치시키는 것으로 하였다. 예를 들어, 데이터 전송 구간마다를 크게 네 개의 구간으로 나누어 사용하는 것도 고려해 볼 수 있다. 물론, 데이터 전송 구간마다를 크게 네 개의 구간으로 나누고 전송할 데이터에 따라 펄스의 위치를 조정할 경우에는 허용가능한 듀티 사이클이 상술한 실시예에 비해 보다 한정될 것이다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 조명 휘도 관리부 12 : 휘도 신호 계산부
14 : 휘도 신호 생성부 16 : 정보 데이터 관리부
18 : 전송 가능여부 판단부 20 : 정보 데이터 판단부
22 : 전송 데이터 생성부 24 : 조명 구동신호 발생부
26 : 조명 구동부 28 : LED모듈
100 : 휘도 신호 생성수단 200 : 전송 데이터 생성수단
300 : 조명 구동수단

Claims

가시광원; 및
비트 단위 시간마다 전송될 비트 데이터를 구별하기 위해 온(ON) 구간 펄스의 펄스 폭을 동일하게 유지한 채 상기 온 구간 펄스의 펄스 위치를 조정하여 상기 가시광원을 구동하기 위한 펄스 파형의 조명 구동신호를 생성하는 조명 구동수단을 포함하고,
상기 온 구간 펄스는
펄스 진폭(amplitude)이 동일하게 유지되고, 상기 펄스 폭(width)이 휘도 조절에 이용되며,
상기 펄스 위치는 두 가지 펄스 위치 중 하나인 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 펄스 위치는
상기 비트 데이터가 '0'인 경우 상기 비트 단위 시간의 전단부이고,
상기 비트 데이터가 '1'인 경우 상기 비트 단위 시간의 후단부인 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 펄스 위치는
상기 비트 데이터가 '0'인 경우 상기 비트 단위 시간에 '하이'에서 '로우'로의 천이가 일어나도록 하고,
상기 비트 데이터가 '1'인 경우 상기 비트 단위 시간에 '로우'에서 '하이'로의 천이가 일어나도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.