KR101358347B1 - 항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법이 개시된다. 항공기의 각종 서비스 정보를 포함하는 콘텐츠 데이터베이스로부터 정보를 수신하면, 항공기의 좌석에 위치한 조명이나 디스플레이 장치의 가시광을 제어하여 상기 콘텐츠 데이터베이스로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 출력한다.

Description

항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법{System for providing indoor communication for aircraft and method therefor}
본 발명은 항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가시광 통신을 이용하여 탑승객에게 소정의 정보를 제공하는 항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
항공기는 항공 안전상의 이유 등으로 인해 무선기기의 사용이 제한적이다. 따라서 종래에는 각 좌석에 배치된 스크린 또는 통로 등에 설치된 공통 스크린을 통해 수동적으로 정보를 제공받을 뿐 항공기 실내에서 모바일 단말을 이용한 통신방법이 존재하지 않는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 통신시 무선 전파의 발생 등으로 인한 항공기 안전 등에 문제를 야기하지 않고 항공기 실내에서 통신을 이용할 수 있도록 하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템의 일 예는, 항공기의 각종 서비스 정보를 포함하는 콘텐츠 데이터베이스; 및 항공기의 각 좌석에 위치한 조명이나 디스플레이 장치에서 출력되는 가시광을 제어하여 상기 콘텐츠 데이터베이스로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 출력하는 제어부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 방법의 일 예는, 항공기의 각종 서비스 정보를 포함하는 콘텐츠 데이터베이스로부터 정보를 수신하는 단계; 및 항공기의 좌석에 위치한 조명이나 디스플레이 장치의 가시광을 제어하여 상기 콘텐츠 데이터베이스로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 출력하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 가시광 통신이 가능한 모바일 단말의 일 예는, 항공기 좌석에 설치된 조명 또는 디스플레이 장치로부터 가시광 통신을 이용하여 전송되는 정보를 수신하는 가시광 수신부; 상기 가시광 수신부에 의해 수신된 정보를 선형 디코딩하는 디코딩부; 상기 선형 디코딩 후 최적 순서 연속 간섭 제거(SIC) 알고리즘을 적용하여 간섭을 제거하는 간섭 제거부; 및 상기 간섭 제거된 신호를 출력하는 출력부;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 가시광 통신을 이용한 항공기 실내 통신 방법의 일 예는, 항공기 좌석에 설치된 조명 또는 디스플레이 장치의 가시광을 통해 출력되는 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 신호를 선형 디코딩하고, 최적 순서 연속 간섭 제거(SIC) 알고리즘을 적용하여 간섭을 제거하는 단계; 및 상기 간섭 제거된 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 항공기 탑승객은 각자의 좌석에서 모바일 단말을 이용하여 원하는 정보를 검색하는 등 자유롭게 통신을 이용할 수 있다. 또한 가시광 통신을 이용하므로 가시광이 도달하는 범위 내에서만 통신이 가능하여 항공기 안전에 위협적인 무선전파를 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템의 전체 개요를 간략하게 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 항공기 실내 통신에서 간섭이 발생하는 경우의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 항공기 실내 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템에서 사용되는 모바일 단말의 구성의 일 예를 도시한 도면, 그리고
도 5는 본 발명에 따른 항공기 실내에서의 통신 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템 및 그 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템의 전체 개요를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 항공기(100)는 통신장치(미도시)를 통해 인공위성(160)을 경유하여 지상의 통신망(170,180,182)과 통신을 수행할 수 있다. 항공기(100)와 지상 통신망(예를 들어, 지상의 관제탑 등)과의 통신 등은 종래 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 본 발명과 관련된 항공기 실내 통신에 대해서 구체적으로 살펴본다.
항공기(100)는 실내 통신을 위하여, 콘텐츠 서버(110)와 가시광 통신 기능을 가진 각 좌석의 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)를 포함한다. 본 실시예는 각 좌석의 조명(130,132)이나 디스플레이 장치(140)를 통해 사용된 전력량을 측정하기 위한 계측기(120)를 포함하나 이는 생략될 수 있다. 콘텐츠 서버(110)와 각 좌석의 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)는 전력선 통신(PLC, Power Line Communciation)을 통해 연결되며, 실시 예에 따라 종래 다양한 유/무선 통신망을 통해 연결될 수도 있다.
콘텐츠 서버(110)는 탑승자에게 제공할 각종 정보, 예를 들어 비행 운행 정보, 날씨 정보, 면세점 상품 정보, 도착 공항 정보, 각종 엔터테인먼트 데이터(VOD, 오디오 등) 등의 정보를 포함한다.
각 좌석에 위치한 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)는 콘텐츠 서버(110)로부터 수신한 정보를 가시광 통신(VLC, Visible Light Communication)을 통해 출력한다. 여기서 조명이나 디스플레이 장치는 LED로 구성될 수 있다. 각 좌석에 위치한 조명(130,132)이나 디스플레이 장치(140)의 가시광 통신은 도 2에 도시된 바와 같이 각 좌석을 통신영역으로 설정하지만 옆 좌석의 가시광 통신 영역과 중첩되어 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 간섭의 제거방법에 대해서는 도 2에 대한 설명에서 상세하게 살펴본다.
각 좌석에 위치한 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)와 모바일 단말(150,152,154)은 가시광 통신을 위하여 가시광 통신 모듈(미도시)을 필요로 한다. 실시예에 따라 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)는 가시광 통신의 전송 모듈만을 가지고 모바일 단말(150,152,154)을 가시광 통신의 수신 모듈만을 구비하여 조명에서 모바일 단말로의 한쪽 방향의 통신을 제공할 수 있다. 또 다른 실시 예로 조명(130,132) 또는 디스플레이 장치(140)와 모바일 단말(150,152,154) 모두 송수신이 가능한 가시광 통신 모듈을 구비하여 양방향 통신을 수행할 수 있다. 양방향 통신이 가능한 경우 탑승객은 모바일 단말(150,152,154)을 통해 콘텐츠 서버(110)에 저장된 정보 중 원하는 정보를 검색하여 수신할 수 있으며, 필요에 따라 항공기 통신장치(미도시)를 통해 지상 통신망과 통신을 이용하여 인터넷 검색, 메일, VoIP 등의 다양한 서비스를 이용할 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 항공기 실내 통신에서 간섭이 발생하는 경우의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 각 좌석에 위치한 조명의 가시광 통신 영역(200,210)은 각 좌석에 해당하지만 두 좌석 사이에 가시광 통신 영역이 중첩되는 부분(220)이 발생하며 따라서 간섭이 일어난다. 이러한 간섭은 모바일 단말의 가시광 통신의 수신 모듈의 특성, 예를 들어, 가시광을 수신하는 포토센서(photo sensor)의 시야각(FOV, Field of View)에 의해 영향을 받는다.
이러한 간섭을 제거하기 위하여 수신 신호에 대해 선형 디코딩과 연속 간섭 제거(SIC, Successive Interference Cancellation) 알고리즘을 적용하는 것이 바람직하다.
선형 디코딩의 일 예로 ZF(Zero Forcing) 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 디코딩이 있다.
먼저, ZF 디코딩에 대해 살펴보면, 이는 아래의 수학식으로 표현할 수 있다.
Figure 112012024539921-pat00001
여기서,
Figure 112012024539921-pat00002
는 ZF 디코딩 매트릭스이고,
Figure 112012024539921-pat00003
는 에르미트 트랜스포즈(Hermitian transpose), H는 채널 매트릭스, I는 항등행렬(Identity Matrix)를 나타낸다. 또한 설명의 편의를 위해 H를 2X2 매트릭스라고 가정한다.
모바일 단말에서의 수신신호 Y가 주어지면, 모바일 단말은 아래 수학식과 같이 ZF 등화(equalization)을 이용하여 예측 신호(estimated signal)을 얻는다.
Figure 112012024539921-pat00004
여기서,
Figure 112012024539921-pat00005
는 전송신호의 예측 매트릭스(estimate matrix)이다.
만약 H의 행렬식(determinant)이 0이 아니면 H의 역행렬이 존재하므로, 디코딩 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012024539921-pat00006
따라서 ZF 디코딩하여, 예측신호(estimated signal)
Figure 112012024539921-pat00007
을 구할 수 있다.
다음으로 MMSE 디코딩에 대해 살펴보면, 수신신호에 포함된 잡음의 세기를 최소화하기 위하여 다음과 같은 MMSE 알고리즘을 적용할 수 있다.
Figure 112012024539921-pat00008
여기서, WMMSE는 MMSE 디코딩 매트릭스이고,
Figure 112012024539921-pat00009
는 프로베니우스 놈(Frobenius norm)을 나타낸다. 직교성 원칙(Orthogonality Priniciple)에 따라, 다음 결과가 도출된다.
Figure 112012024539921-pat00010
02,2는 2X2 제로(0) 메트릭스를 나타낸다.
위 수학식 4,5를 이용하여, 디코딩 매트릭스(WMMSE)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012024539921-pat00011
여기서, α는 신호대잡음비(SNR, Signal-to-Noise Ratio)이다.
따라서 MMSE 알고리즘은 SNR에 따라 디코딩 매트릭스를 변화시켜 간섭을 제거할 수 있다. 또한 앞서 살핀 ZF 디코딩의 경우 채널에 노이즈가 있는 경우 이를 증폭시킬 수 있으나, MMSE 알고리즘은 노이즈 요소가 증폭되는 것을 방지한다.
추가적인 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻기 위하여 앞서 살핀 선형 디코딩후, SIC를 적용한다. 종래의 SIC보다는 최적 순서(optimal ordering) SIC를 적용하는 것이 에러률(error rate)을 낮출 수 있으므로 보다 더 바람직하다.
보다 상세히 살펴보면, 최적 순서 SIC는 앞서 살핀 선형 디코딩을 통해 파악한 예측신호(estimated signal, X)에 해당하는 수신 파워는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012024539921-pat00012
여기서, 만약 PX1이 PX2보다 크면, 모바일 단말은 수신 신호 벡터 Y로부터
Figure 112012024539921-pat00013
의 효과를 제거하기로 결정하고,
Figure 112012024539921-pat00014
는 다시 수학시과 같이 다시 예측된다.
Figure 112012024539921-pat00015
여기서, R=[R1 R2]T는 재예측된 신호 벡터이다.
그리고 수신된 신호들의 복수개 복사로부터 얻은 정보를 결합하여 전송 신호 X2를 예측할 수 있는데, 일 예로 MRC(Maximal Ration Combining) 스킴을 적용하여 다음 수학식과 같이 구할 수 있다.
Figure 112012024539921-pat00016
만약 PX1이 PX2보다 작거나 같다면, 모바일 단말은 앞의 방법과 반대로 먼저 수신 신호 벡터 Y로부터
Figure 112012024539921-pat00017
의 효과를 제거하기로 결정하고,
Figure 112012024539921-pat00018
를 다시 예측한다.
도 3은 본 발명에 따른 항공기 실내 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 항공기 실내 시스템(300)은 콘텐츠 DB(310), 제어부(320), 조명(330) 또는 디스플레이 장치(332)를 포함한다.
콘텐츠 DB(310)는 탑승자에게 제공할 각종 정보, 예를 들어 비행 운행 정보, 날씨 정보, 면세점 상품 정보, 도착 공항 정보, 각종 엔터테인먼트 데이터(VOD, 오디오 등) 등의 정보를 포함한다.
조명(330) 또는 디스플레이 장치(332)는 도 1에서 설명한 바와 같이 탑승자의 각 좌석에 위치하며, 제어부(320)는 조명 또는 디스플레이 장치를 통한 가시광 통신을 수행할 수 있도록 조명(330) 또는 디스플레이 장치(332)를 제어한다. 제어부(320)는 조명(330) 또는 디스플레이 장치(332) 내에 구현되거나 별개의 장치로서 구현될 수 있으며, 별개의 장치로 구현되는 경우 하나의 제어부(320)가 다수의 조명 또는 디스플레이 장치를 제어하도록 구현할 수 있다.
제어부(320)는 조명(330) 또는 디스플레이 장치(332)의 가시광을 제어하여 모바일 단말(340,342)로 콘텐츠 DB(310)로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 전송한다. 조명(330) 또는 디스플레이 장치(332)가 가시광 통신의 수신모듈(미도시)을 포함하는 경우 모바일 단말(340,342)로부터 출력된 가시광 통신의 신호를 수신하여 필요한 서비스를 제공하는 등 양방향 통신이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 항공기 실내 통신 시스템에서 사용되는 모바일 단말의 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 모바일 단말(400)은 가시광 수신부(410), 디코딩부(420), 간섭제거부(430) 및 출력부(440)를 포함한다.
가시광 수신부(410)는 일정한 시야각(FOV)을 가진 포토 센서 등을 통해 각 좌석의 조명 또는 디스플레이장치를 통해 출력된 가시광 통신의 신호를 수신한다. 디코딩부(420)는 수신된 신호를 선형 디코딩(예를 들어, ZF 또는 MMSE 디코딩)하며, 간섭 제거부(430)는 다이버시티 이득을 증가시키기 위하여 최적 순서 SIC를 수행한다. 그리고 출력부(440)는 간섭 제거된 신호를 모바일 단말의 화면이나 음성 등으로 출력한다.
모바일 단말(440)은 가시광 통신의 전송 모듈(미도시)을 포함할 수 있으며 이 경우 모바일 단말(440)은 항공기의 콘텐츠 DB(310)에 저장된 정보를 검색하여 필요한 정보를 수신하거나 면세품의 주문, 승무원의 호출 등 다양한 통신 서비스를 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 항공기 실내에서의 통신 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 각 좌석에 위치한 조명 또는 디스플레이 장치는 콘텐츠 DB로부터 수신한 정보를 가시광 통신을 통해 출력한다(S500,S510). 이때 출력되는 정보는 모바일 단말로부터 요청받은 정보일 수 있다.
각 좌석에 위치한 모바일 단말은 조명 또는 디스플레이 장치의 가시광 통신으로 전송되는 신호를 수신하고(S520), 수신된 신호를 선형 디코딩과 SIC 과정을 통해 간섭을 제거하여 출력한다(S530, S540).
본 발명은 또한 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, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 항공기의 각종 서비스 정보를 포함하는 콘텐츠 데이터베이스; 및
    항공기의 각 좌석에 위치한 조명이나 디스플레이 장치에서 출력되는 가시광을 제어하여 상기 콘텐츠 데이터베이스로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력하는 가시광 통신을 이용하여 전송되는 정보를 수신하는 단말기;를 포함하고,
    상기 단말기는 수신한 정보에 포함된 노이즈의 증폭을 방지하기 위하여 MMSE(Minimum Mean Square Error) 알고리즘을 이용하여 선형 디코딩하고, 상기 선형 디코딩을 통해 파악된 예측신호에 대해 SIC(Successive Interference Cancellation) 알고리즘을 적용하여 타 좌석의 가시광 통신에 의한 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 항공기 실내 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 콘텐츠 데이터베이스와 전력선 통신망을 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 항공기 실내 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조명 및 디스플레이 장치는 LED로 구성되는 것을 특징으로 하는 항공기 실내 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 좌석의 조명이나 디스플레이장치의 사용 전력량을 파악하는 계측부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 실내 통신 시스템.
  5. 항공기 실내 통신 시스템은,
    항공기의 각종 서비스 정보를 포함하는 콘텐츠 데이터베이스로부터 정보를 수신하는 단계; 및
    항공기의 좌석에 위치한 조명이나 디스플레이 장치의 가시광을 제어하여 상기 콘텐츠 데이터베이스로부터 수신한 정보를 가시광 통신으로 출력하는 단계;를 포함하고,
    단말기는,
    상기 가시광 통신을 이용하여 전송되는 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신한 정보에 포함된 노이즈의 증폭을 방지하기 위하여 MMSE(Minimum Mean Square Error) 알고리즘을 이용하여 선형 디코딩하는 단계;
    상기 선형 디코딩을 통해 파악된 예측신호에 대해 SIC(Successive Interference Cancellation) 알고리즘을 적용하여 간섭을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 항공기 실내 통신 방법.
  6. 항공기 좌석에 설치된 조명 또는 디스플레이 장치로부터 가시광 통신을 이용하여 전송되는 정보를 수신하는 가시광 수신부;
    상기 가시광 수신부에 의해 수신된 정보에 포함된 노이즈의 증폭을 방지하기 위하여 MMSE(Minimum Mean Square Error) 알고리즘을 이용하여 선형 디코딩하는 디코딩부;
    상기 선형 디코딩을 통해 파악된 예측신호에 대해 SIC(Successive Interference Cancellation) 알고리즘을 적용하여 타 좌석의 가시광 통신에 의한 간섭을 제거하는 간섭 제거부; 및
    상기 간섭 제거된 신호를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신이 가능한 모바일 단말기.
  7. 삭제
  8. 항공기 좌석에 설치된 조명 또는 디스플레이 장치의 가시광을 통해 출력되는 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신한 신호에 포함된 노이즈의 증폭을 방지하기 위하여 MMSE(Minimum Square Error) 알고리즘을 이용하여 선형 디코딩하고, 상기 선형 디코딩을 통해 파악한 예측신호에 대해 SIC(Successive Interference Cancellation) 알고리즘을 적용하여 타 좌석의 가시광 통신에 의한 간섭을 제거하는 단계; 및
    상기 간섭 제거된 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 항공기 실내 통신 방법.
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