KR101393486B1

KR101393486B1 - Led 가시광 통신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101393486B1
Application number: KR1020120151770A
Authority: KR
Inventors: 윤철호
Original assignee: 레드원테크놀러지 주식회사
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-05-13

Abstract

본 발명은 데이터 전송 시 통신채널 환경에 따라 전송 데이터 크기가 결정되고 결정된 데이터에 동기 비트를 삽입하여 전송하는 동적 가변 비트 동기화 코딩방식으로 데이터를 전송함으로써 데이터 손실 및 왜곡 현상을 절감시키고, LED 빛을 출사하는 송신부의 LED 모듈들의 전방 및 LED 빛을 송신하는 수신부의 전방에 렌즈를 설치하여 송신부에서 출사되는 LED 패턴 및 광 수신기로 수신되는 빛의 감조가 제어되도록 함으로써 보안성 및 데이터 전송률을 높일 수 있는 LED 가시광 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

LED 가시광 통신 방법 및 장치{Method and apparatus of LED visible light communication}

본 발명은 LED 가시광 통신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게로는 데이터 전송 시 통신채널 환경에 따라 전송 데이터 크기가 결정되고 결정된 데이터에 동기 비트를 삽입하는 동적 가변 비트 동기화 코딩방식으로 데이터를 전송함으로써 데이터 손실 및 왜곡 현상을 절감시키고, LED 빛을 출사하는 송신부의 LED 모듈들의 전방 및 LED 빛을 송신하는 수신부의 전방에 렌즈를 설치하여 LED 모듈들에서 출사되는 LED 패턴 및 렌즈를 통해 광 수신기로 입사되는 빛의 감도를 제어함으로써 통신의 보안성을 높임과 동시에 영상처리 기술과의 융합을 통해 다양한 어플리케이션이 활용이 가능한 LED 가시광 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.

LED 가시광 통신은 LED 빛을 이용하여 정보데이터를 송수신하는, 상세하게로는 LED 또는 LED 모듈들 각각에서 출사되는 빛의 점등 및 소등을 기반으로 정보를 전달하는 무선통신 기술로서, 주파수 대역 제한이 없으며, 친환경적임과 동시에 보안성이 높으며, 무선통신과 조명의 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점으로 인해 차세대 무선통신으로 각광받고 있다.

특히 미래 선도 사업이자 미개척 분야인 해저개발에 대한 연구가 집중됨에 따라 해저 환경에서 구동될 수 있는 무선통신에 대한 관심 또한 증가하고 있으나, 통상적으로 공지된 무선통신은 전송매질이 공기인 경우에는 통신효율이 높은 반면 해저 환경에서와 같이 전송매질이 물인 경우에는 통신효율이 급격하게 떨어져 실제 해저환경에서 사용이 불가능한 상황이다.

이에 따라 빛을 매질로 하여 공기뿐만 아니라 물을 전송매질로 하는 경우에도 통신이 가능한 LED 가시광 통신에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

그러나 종래의 LED 가시광 통신을 해저에 적용시킬 때 빛의 굴절 및 반사가 빈번하게 발생되는 해저환경의 특성으로 인해 데이터 왜곡 및 손실 현상이 빈번하게 발생되는 단점을 갖는다.

도 1은 종래의 통신시스템에 적용되는 데이터 포맷을 나타내는 예시도이고, 도 2는 도 1의 데이터 포맷이 해저환경에 적용될 때 발생되는 신호 왜곡현상을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 통신시스템에 적용되는 데이터 포맷은 복수개의 비트들로 이루어지는 프레임(110) 단위로 데이터 송수신이 이루어진다. 이때 프레임(110)은 최초 비트에 할당되는 시작비트(Start Bit)(111)와, 데이터들이 저장되는 적어도 하나 이상의 데이터 비트(Data Bit)(115)들과, 최종 비트에 할당되는 정지 비트(Stop Bit)(113)들로 이루어진다.

시작비트(111) 및 정지비트(113)들은 송수신 장치(101), (103)간 바이트 단위의 신호 동기화를 수행함으로써 데이터를 정확하게 판독할 수 있게 된다.

이러한 방식의 종래의 데이터 포맷은 해저환경에 적용될 때 도 2에 도시된 바와 같이 데이터 비트들 각각에 '1','0','1','0','1','0','1','0'의 데이터를 저장하여 '10101010'의 데이터를 전송할 때 노이즈가 심한 해저환경의 특성에 따라 송신장치에서 전송된 '10101010'의 데이터가 손실 및 왜곡되어 수신장치는 여섯 번째 비트에 저장된 데이터가 1로 왜곡된 '10101110'의 데이터를 수신하게 된다.

이와 같이 종래의 LED 가시광 통신은 자체적으로 비트 단위의 신호 왜곡에 대해서 매우 취약한 구조를 갖으며, 특히 빛의 굴절 및 반사로 인해 노이즈가 심한 해저 환경의 특성에 따라 해저에 적용될 때 데이터 손실 및 왜곡현상이 극심하게 발생되며, 이러한 데이터 손실 및 왜곡을 절감시키기 위한 별도의 방법 및 수단을 구비하지 않아 실질적으로 해저에 적용시키기 어려운 실정이다. 물론 일반적인 통신의 경우 전송 프레임 상에 CRC 등의 정보를 입력하여 송수신 프레임의 유효성을 체크하는 방법을 사용하고는 있으나 원천적인 데이터의 왜곡에 대한 보정은 이루어지지 못하는 한계가 있다.

도 3은 종래의 LED 가시광 통신이 해저환경에 적용될 때 빛의 확산으로 인한 데이터 손실 및 LED 모듈로부터 출사되는 패턴의 현시성 변화를 설명하기 위한 예시도이다.

LED(107)는 통상적으로 소정의 확산율을 갖기 때문에 빛(109)을 송신하는 송신장치(101)와 빛(109)을 수신하는 수신장치(103) 사이의 거리가 임계거리를 벗어날 경우 수신장치(103)는 송신장치(101)의 LED(107)에서 출사되는 빛(109) 전체를 수신하지 못하는, 즉 송신장치(101)에서 송신된 데이터의 일부분만을 수신하게 된다.

또한 송신장치(101)와 수신장치(103) 사이의 거리가 증가할 경우, LED 모듈의 패턴(108)의 현시성이 감소하여 LED 모듈(107)의 패턴(108)이 흐릿한 형상을 가지게 되는 문제점이 발생된다.

도 3에 도시된 바와 같이 송신장치(101)로부터 출사된 LED 빛(109)은 거리에 비례하여 확산각도가 증가하기 때문에 수신장치(103)가 기 설정된 근거리 영역을 벗어날 경우 수신장치(103)는 LED 빛(109)의 일부분만을 수신하게 됨으로써 데이터 손실이 발생하게 되고, LED 모듈(107)로 부터 출사된 LED 빛의 패턴(108)은 거리가 증가할수록 출사패턴(108)의 현시성이 감소하여 출사패턴의 형상의 인식률이 떨어지게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 해결과제는 노이즈가 많은 해저 환경의 특성을 감안하여 전송데이터 크기를 결정하고 설정된 데이터 전단에 동기 비트를 삽입하여 전송하고, 이를 수신한 수신부는 비트 동기화를 기반으로 데이터를 인식함으로써 데이터 왜곡현상을 현저하게 절감시킬 수 있는 LED 가시광 통신 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 LED 모듈들의 전방에 설치되는 렌즈와, 상기 렌즈와 LED 모듈들과의 이격거리를 제어하는 렌즈 구동부와, 촬영수단을 구비하여 상기 렌즈 구동부에 의해 LED 모듈들에서 출사되는 LED 패턴의 원거리에서의 현시성이 제어되고, 이에 따라 특정 이격거리에서는 수신단에서 인식 가능한 LED 패턴의 현시성이 최대화되어, 상기 촬영수단에 의해 LED 모듈로부터의 소정의 출사패턴을 인식이 가능하게 됨으로써, 보안이 강화된 데이터 통신이 가능하게 됨과 동시에 영상처리 기술과의 융합을 통해 이동체의 자세제어 등 다양한 응용 프로그램 및 어플리케이션에 적용이 될 수 있고, 상기의 특정 이격거리에서 벗어난 이격거리에서는 LED 패턴의 원거리 현시성은 감소하지만, 효율적인 데이터 통신에 적용이 될 수 있는 LED 가시광 통신 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 외부로부터 출사되는 빛을 수신하는 광 수신기가 구비되어 렌즈 구동부에 의해 상기 광 수신기로 입사되는 LED 빛의 감도가 최대화가 되도록 렌즈와 광 수신기의 이격거리가 조절되고, 이에 따라 가시광 데이터의 전송 거리 및 전송률을 현저하게 높일 수 있는 LED 가시광 통신 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 적어도 하나 이상의 데이터 비트(Data Bit)들 각각에 대응되는 광원소자들의 점등 및 점멸을 기반으로 데이터 통신을 수행하는 가시광 통신방법에 있어서: 하나의 집단에 포함되는 데이터 비트들의 수량인 집합비트수가 기 설정되어 저장되는 저장단계; 상기 데이터 비트들을 순차적으로 정렬할 때 상기 저장단계에 의해 설정된 상기 집합비트수의 데이터 비트들을 하나의 집합으로 설정하는 집합설정단계; 상기 집합설정단계에 의해 설정된 적어도 하나 이상의 집합들 각각의 전단에 신호 체크를 위한 동기 비트를 삽입하여 패킷을 생성하는 패킷 생성단계; 상기 패킷 생성단계에 의해 생성된 패킷의 비트에 따라 대응되는 광원소자를 점등 및 점멸시키는 출사단계; 수신장치가 상기 출사단계로부터 출사된 빛을 수신받는 수신단계를 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 수신단계 이후에 진행되어 동기화를 수행하여 상기 데이터 비트들을 판독하는 판독단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 저장단계에는 상기 광원소자들 중 데이터 비트에 대응되는 광원소자들인 광원 패턴이 기 설정되어 저장되며, 상기 출사단계는 상기 데이터 비트의 데이터 값에 따라 상기 광원 패턴을 출사시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 패킷은 첫 번째 비트에 시작비트(Start Bit)를, 마지막 비트에 정지비트(Stop Bit)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 가시광 통신방법은 수중 또는 전송매질의 노이즈가 심한 환경들 중 어느 하나에서 수행되고, 상기 광원소자는 LED인 것이 바람직하다.

삭제

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 빛의 굴절 및 반사로 인해 데이터 손실이 심한 해저 환경의 특성에서도 구동이 가능할 뿐만 아니라 데이터 손실 및 왜곡현상을 현저하게 절감시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 렌즈 구동부가 렌즈와 LED 모듈들과의 이격거리를 조절하도록 구성되어 렌즈 구동부가 LED 모듈에서 출사되는 소정의 거리에서의 LED 패턴의 현시성이 최대화되도록 렌즈와 LED 모듈의 이격거리를 조절함으로써 촬영수단에 의해 LED 모듈로부터의 소정의 출사패턴의 인식이 가능하게 됨으로써 보안이 강화된 데이터 통신이 가능하게 됨과 동시에 영상처리 기술과의 융합을 통해 이동체의 자세제어 등 다양한 응용 프로그램 및 어플리케이션에 적용이 될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 LED 패턴의 현시성이 최대가 되는 거리에서 수신단의 패턴의 인식율 및 수신감도는 최대가 되지만, 수신감도가 높은 부분이 패턴이 형성된 부분에 제한되고, 이 부분에서 약간만 벗어난 부분에서는 수신감도가 급격히 감소하게 되어 통신 데이터 전송률이 급격히 감소하는 단점이 있으며, 이때에는 LED 패턴의 현시성을 낮추는 방향으로 렌즈와 LED 모듈의 이격거리를 조절함으로써 보다 넓은 범위에서 안정적인 데이터 통신이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 외부로부터 출사된 LED 빛이 렌즈로 입사될 때 렌즈 구동부가 렌즈와 광 수신기의 이격거리를 조절하여 광 수신기에 입사되는 빛의 감도가 제어되고, 이에 따라 광 수신기로 입사되는 LED 빛의 감도가 최대화 되어 데이터의 전송 거리 및 전송률이 증가하게 된다.

도 1은 종래의 통신시스템에 적용되는 데이터 포맷을 나타내는 예시도이다.
도 2는 도 1의 데이터 포맷이 해저환경에 적용될 때 발생되는 신호 왜곡현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 종래의 LED 가시광 통신이 해저환경에 적용될 때 빛의 확산으로 인한 데이터 손실 및 LED 모듈로부터 출사되는 패턴의 현시성 변화를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 동적 가변 비트 동기화 코딩을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 4의 동적 가변 비트 동기화 코딩에서 비트묶음이 '1'로 설정될 때의 동기비트를 이용한 에러 보정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 4의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어방식을 구비한 가시광 통신 단말기를 나타내는 정면도이다.
도 8은 도 7의 조립 사시도이다.
도 9는 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어에 따른 LED 패턴 제어 및 수신 감도 제어를 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.

본 발명에는 LED 가시화 통신의 왜곡현상을 절감시키기 위하여 통신채널 환경에 따라 전송데이터 크기가 결정되고 설정된 데이터 전단에 동기비트를 삽입하여 데이터를 전송하는 방식인 동적 가변 비트 동기화 코딩(Dynamic N-ary Synchronization Coding)을 적용하였고, 원하는 형상의 LED 패턴 형상을 출력하고, 가시광 데이터의 수신 감도를 개선하기 위한 적응형 렌즈-센서 제어(Adaptive Lens-Sensor Control)를 개발하여 적용하였다.

- 동적 가변 비트 동기화 코딩(Dynamic N-ary Synchronization Coding)

도 4는 본 발명에 적용되는 동적 가변 비트 동기화 코딩을 설명하기 위한 예시도이다.

동적 가변 비트 동기화 코딩기법은 LED 빛을 기반으로 데이터를 전송하는 송신장치가 수신장치로 데이터를 전송하되 송신장치는 데이터 전송 시 기 설정된 수량인 집합비트수의 데이터 비트들을 하나의 집합으로 하여 집합들 각각의 전단에 신호 체크를 위한 동기 비트를 추가함으로써 수신장치는 데이터 검출 시 비트별 동기화를 수행하여 데이터 비트의 왜곡이 발생하더라도 정상적인 데이터 수신이 가능하게 된다. 이때 집합비트수는 하나의 집단에 포함되는 데이터 비트들의 수로 정의되고, 상기 데이터 비트들은 순차적으로 정렬될 때 상기 집합비트수의 데이터 비트들이 하나의 집합으로 설정된다.

또한 송신장치는 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 집단을 형성하는 집합비트수가 '1'(210)일 경우 패킷(211)은 데이터 비트(D1), (D2), (D3), (D4), (D5), (D6), (D7), (D8)들 각각의 전단에 동기 비트(215)가 추가되어 형성되고, 집합비트수가 '2'(220)일 경우 패킷(221)은 두 개의 데이터 비트(D1, D2), (D3, D4), (D5, D6), (D7, D8)들로 형성되는 집단들 각각의 전단에 동기 비트(225)가 추가되어 형성되고, 집합비트수가 'N'(230)일 경우 패킷(231)은 n 개의 데이터 비트(D1, ..., Dn)들로 형성되는 집단의 전단에 동기 비트(235)가 추가되어 형성된다.

이와 같이 본 발명에 적용되는 동적 가변 비트 동기화 코딩 기법은 환경의 상황(수중 시스템일 경우 : 온도/염도/압력에 따라 전송 특성이 가변됨)에 따라 송신장치가 신호 왜곡을 감안하여 동기 비트를 데이터 비트 전단에 추가 삽입하여 전송하고, 수신장치는 데이터 검출 중간에 동기화를 수행할 수 있어 데이터 비트의 일정 왜곡이 발생하더라도 정상적인 데이터의 수신이 가능하게 된다.

도 5는 도 4의 동적 가변 비트 동기화 코딩에서 집합비트수가 '1'로 설정될 때의 동기 비트를 이용한 에러 보정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 송신장치는 집합비트수를 '1'로 하여 '10101010'의 데이터를 전송할 때 데이터 비트들 각각의 전단에 동기 비트(215)를 삽입한 동적 가변 비트 동기화 코딩방식으로 패킷(211)을 생성한 후 생성된 패킷(211)을 수신장치로 전송한다.

이때 송신장치로부터 송신된 패킷(211)의 데이터 비트가 노이즈에 의해 왜곡 및 손실되어 첫 번째 데이터비트(D1)와 동기 비트(215) 사이의 로우(Low) 신호가 지속(Duration)되고, 6번째 데이터 비트(D6)의 전단에 삽입된 동기 비트(215)의 지속시간이 감소하고, 7번째 데이터 비트(D7)의 신호의 지속시간이 감소하는 데이터 왜곡현상이 발생하더라도 수신장치는 비트별 동기화를 수행함으로써 정상적으로 '10101010'의 데이터를 수신 받게 된다.

도 6은 도 4의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.

본 발명에 적용되는 동적 가변 비트 동기화 코딩방법(1)은 하나의 집단에 포함되는 데이터 비트들의 수량인 집합비트수 및 LED 모듈(303)들 중 데이터 비트들 각각에 대응되는 LED 모듈들인 LED 패턴이 기 설정되어 저장되는 저장단계(S10)와, 데이터 비트들을 순차적으로 정렬할 때 저장단계(S10)에 의해 설정된 집합비트수의 데이터 비트들을 하나의 집합으로 설정하는 집합설정단계(S20)와, 집합설정단계(S20)에 의해 설정된 적어도 하나 이상의 집합들 각각의 전단에 신호 체크를 위한 동기 비트를 삽입하여 패킷을 생성하는 패킷 생성단계(S30)와, 패킷 생성단계(S30)에 의해 생성된 패킷의 비트에 따라 대응되는 LED 모듈(303)을 점등 및 점멸시키며, LED 패턴에 포함되지 않는 LED 모듈들은 무작위로 점등 및 점멸시키는 출사단계(S40)와, 수신장치가 출사단계(S40)로부터 출사된 빛을 수신 받는 수신단계(S50)와, 수신단계(S50) 이후에 진행되어 비트별로 동기화를 수행하여 데이터 비트들을 판독하는 판독단계(S60)로 이루어진다.

- 적응형 렌즈-센서 제어(Adaptive Lens-Sensor Control)

도 7은 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어방식을 구비한 가시광 통신 단말기를 나타내는 정면도이고, 도 8은 도 7의 조립 사시도이다.

도 7과 8의 가시광 통신 단말기(300)는 전기 신호를 광 신호로 변환하여 데이터 통신을 수행하도록 하는 단말기이며, 내부에 수용공간을 갖는 함체(301)와, 함체(301) 전면의 중앙에 설치되어 외부로부터 출사되는 광원을 수신 받는 광 수신기(305)와, 다이오드(Diode) 소자가 구비되어 전기신호를 광원으로 변환하여 LED 빛을 출사하며 함체(301)의 전면에 광 수신기(305)를 중심으로 정렬되게 설치되는 적어도 하나 이상의 LED 모듈(303)들과, 촬영대상을 촬영하여 영상을 획득하며 함체(301)의 전면에 설치되는 촬영수단(307), (307')들과, 함체(301)의 전면으로부터 이격되게 설치되어 LED 모듈(303)들에서 출사되는 LED 빛(이하 LED 패턴이라고 하기로 함)의 현시성을 결정하는 렌즈(308)와, 렌즈(308)와 LED 모듈(303)들과의 이격거리를 제어하는 렌즈 구동부(308)로 이루어진다.

또한 도 7과 8에서는 도시되지 않았지만 함체(301) 내부에는 제어부, 전자소자, 전원공급수단 및 회로기판 등이 설치된다.

또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 함체(301)의 전면의 중앙에 광수신기(305)가 설치되고, 광수신기(305)를 중심으로 LED 모듈(303)들이 정렬되어 설치되고, LED 모듈(303)들을 대칭으로 촬영수단(307), (307')들이 대향되게 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 광수신기(305), LED 모듈(303)들 및 촬영수단(307), (307)들의 결합 구조 및 형상은 이에 한정되지 않으며, 다양한 구조 및 형상으로 구성될 수 있다.

또한 도 7과 8에서는 도시되지 않았지만 함체(301)의 전면을 밀폐시키듯이 설치되는 커버(미도시)가 더 구성될 수 있다.

LED 모듈(303)들은 전기신호를 광신호로 변환하여 LED 빛을 출사하는 광원이며, 광수신기(305)를 기준으로 정렬되어 함체(301)의 전면에 설치된다.

또한 LED 모듈(303)들은 도면에는 도시되지 않았지만 제어부(미도시)의 제어에 따라 각각 점등 및 소등을 반복함으로써 데이터를 송신하게 된다. 이때 제어부는 LED 모듈(303)들 중 전술하였던 도 4의 데이터 필드에 대응되어 데이터 필드에 저장된 데이터에 따라 빛을 점등 및 소멸시키는 특정 LED 모듈들인 LED 패턴을 기 설정하여 저장하며, 데이터 송신 시 기 설정된 LED 패턴에서 빛이 출사되도록 한다.

광 수신기(305)는 빛을 수신하는 장치이며, 함체(301)의 전면의 중앙에 설치되어 외부로부터 출사된 빛을 수신한다.

또한 광수신기(305)는 수신된 광신호를 제어부로 입력한다.

렌즈 구동부(309), (309')는 일단부가 함체(301)에 결합되는 몸체(391)와, 일측이 몸체(391) 내부에 삽입되어 몸체(391) 내부에서 이동 가능하도록 설치되며 타단부가 렌즈(308)에 결합되는 지지부(393)로 이루어진다.

즉 렌즈 구동부(309), (309')는 제어부의 제어에 따라 LED 모듈(303)들과 렌즈(308) 사이의 거리를 조절함으로써 LED 모듈(303)들에서 출사되는 LED 패턴의 현시성을 결정한다. 이때 렌즈(308)는 고유의 초점을 갖기 때문에 LED 모듈(303)로부터 초점에 대응되는 거리(이하 제1 기준거리라고 하기로 함)로 이격될 때 LED 패턴이 뚜렷한 형상을 가지게 되어 LED 패턴의 현시성이 증가하게 되고, LED 모듈(303)로부터 이격거리와 제1 기준거리의 차이값이 증가할수록 LED 패턴이 흐릿한 형상을 가지게 되어 LED 패턴의 현시성이 떨어지게 된다.

이러한 원리를 이용하여 출사한 빛을 수신하는 수신장치가 기 등록된 수신장치가 아닌 경우 렌즈 구동부(309), (309')를 구동시켜 LED 패턴의 현시성을 떨어뜨리고, 수신장치가 기 등록된 수신장치인 경우 렌즈 구동부(309), (309')를 구동시켜 렌즈(308)와 LED 모듈(303)들과의 거리를 제1 기준거리로 조절하여 LED 패턴의 현시성을 극대화시킨다.

이와 같이 본 발명에 적용되는 LED 가시광 통신 단말기(300)는 LED 모듈(303)들 전방에 렌즈(308)가 구비되며, LED 구동부(309), (309')가 렌즈(308)와 LED 모듈(303)들의 이격거리를 제어함으로써 LED 모듈(303)에서 출사되는 LED 패턴의 현시성을 제어할 수 있고, LED 패턴의 현시성이 변화됨에 따라 데이터 송수신 효율이 제어되도록 한다.

또한 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어는 LED 모듈에서 출사되는 LED 패턴을 제어함으로써 보안성 및 제어성능을 증가시킴과 동시에 LED 패턴의 현시성에 따라 특정 연산 및 동작을 수행하거나 또는 영상처리 기술과의 융합을 통하여 다양한 응용 프로그램 및 어플리케이션(Application)에 적용시킬 수 있다.

또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 렌즈 구동부(309), (309')들이 몸체(391) 및 지지부(393)로 구성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나 렌즈 구동부(309), (309')들의 형상은 이에 한정되지 않으며, 함체(301) 전면으로부터 렌즈(308) 사이의 거리를 제어할 수 있는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

렌즈(308)는 함체(301)의 전면으로부터 이격되게 설치되며, 렌즈 구동부(309)에 의해 전면으로부터의 이격거리가 조절된다.

또한 렌즈(308)는 전술하였던 바와 같이 제조 시 고유의 초점거리를 갖으며, 이에 따라 전술하였던 바와 같이 LED 모듈(303)과의 이격거리에 따라 LED 모듈(303)로부터 출사된 LED 패턴의 현시성이 변화하게 된다.

이와 같이 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어방식은 LED 가시광 통신 단말기(300)가 빛을 출사할 때 렌즈(308) 및 렌즈 구동부(309), (309')에 의해 LED 패턴의 현시성이 결정되고, 이에 따라 암호화 통신 및 다양한 어플리케이션에 활용이 가능한 장점을 갖게 된다.

이하 LED 가시광 통신 단말기(300)가 빛을 수신할 때 렌즈(308) 및 렌즈 구동부(309), (309')의 동작에 대해 설명하기로 한다.

렌즈(308)는 외부로부터 빛이 입사되면 입사되는 빛이 함체(301)의 전면에 설치된 광수신기(305)를 향해 집중되도록 입사되는 빛을 굴절시킨다.

또한 렌즈(308)는 고유의 초점거리를 갖기 때문에 광 수신기(305)와의 거리가 고유 초점거리에 대응되는 거리(이하 제2 기준거리라고 하기로 함)일 때 광 수신기(305)기로 빛이 집중되도록 하여 광 수신기(305)로 수신되는 빛의 감도를 최대화 시키고, 광 수신기(305)와의 이격거리와 제2 기준거리의 차이값이 증가될수록 광 수신기(305)가 전송받는 빛의 감도는 떨어지게 된다.

렌즈 구동부(309), (309')는 외부로부터 렌즈(308)로부터 빛이 입사되면 광 수신기(305)로 입사되는 빛의 감도가 최대가 되도록 렌즈(308)와 광 수신기(305)의 거리를 조절함으로써 종래에 LED 가시광 통신에서 수신받는 빛의 감도가 떨어지는 문제점을 획기적으로 극복할 수 있다.

도 9는 본 발명에 적용되는 적응형 렌즈-센서 제어에 따른 LED 패턴 제어 및 수신 감도 제어를 설명하기 위한 예시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이 LED 가시광 통신 단말기(300)는 LED 가시광 통신 단말기(300')로 LED 패턴의 빛을 출사하고, LED 가시광 통신 단말기(300')는 LED 가시광 통신 단말기(300)로부터 출사된 빛을 수신 받는다.

LED 가시광 통신 단말기(300)는 LED 모듈(303)들과 렌즈(308)의 이격거리가 제1 기준거리일 때 LED 패턴(410)의 현시성이 극대화되며, 이격거리와 제1 기준거리가 소정의 차이가 날 때 LED 패턴(420)의 현시성이 감소하게 되며, 이격거리와 제1 기준거리가 큰 차이가 날 때 LED 패턴(430)의 현시성이 더욱 감소하게 되는 것을 알 수 있다.

또한 LED 가시광 통신 단말기(300')는 LED 가시광 통신 단말기(300)로부터 출사된 빛이 렌즈(308)로 입사될 때 렌즈 구동부의 제어에 따라 렌즈(308)와 광 수신기(305)의 이격거리가 조절됨으로써 광 수신기(305)에서 수신 받는 빛의 감도를 최대화 시킬 수 있다.

211:패킷 215:동기비트
300:LED 가시광 단말기 301:함체
303:LED 모듈 305:광 수신기
307:카메라 308:렌즈
309:렌즈 구동부

Claims

적어도 하나 이상의 데이터 비트(Data Bit)들 각각에 대응되는 광원소자들의 점등 및 점멸을 기반으로 데이터 통신을 수행하는 가시광 통신방법에 있어서:
하나의 집단에 포함되는 데이터 비트들의 수량인 집합비트수가 기 설정되어 저장되는 저장단계;
상기 데이터 비트들을 순차적으로 정렬할 때 상기 저장단계에 의해 설정된 상기 집합비트수의 데이터 비트들을 하나의 집합으로 설정하는 집합설정단계;
상기 집합설정단계에 의해 설정된 적어도 하나 이상의 집합들 각각의 전단에 신호 체크를 위한 동기 비트를 삽입하여 패킷을 생성하는 패킷 생성단계;
상기 패킷 생성단계에 의해 생성된 패킷의 비트에 따라 대응되는 광원소자를 점등 및 점멸시키는 출사단계;
수신장치가 상기 출사단계로부터 출사된 빛을 수신받는 수신단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
청구항 1에 있어서, 상기 수신단계 이후에 진행되어 동기화를 수행하여 상기 데이터 비트들을 판독하는 판독단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저장단계에는 상기 광원소자들 중 데이터 비트에 대응되는 광원소자들인 광원 패턴이 기 설정되어 저장되며,
상기 출사단계는 상기 데이터 비트의 데이터 값에 따라 상기 광원 패턴을 출사시키는 것을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
청구항 1에 있어서, 상기 패킷은 첫 번째 비트에 시작비트(Start Bit)를, 마지막 비트에 정지비트(Stop Bit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가시광 통신방법은 수중 또는 전송매질의 노이즈가 심한 환경들 중 어느 하나에서 수행되고, 상기 광원소자는 LED인 것을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
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