KR101524980B1 - 광 통신을 위한 송신기, 수신기 및 그를 이용한 통신 방법 - Google Patents

광 통신을 위한 송신기, 수신기 및 그를 이용한 통신 방법 Download PDF

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Abstract

광 통신을 위한 송신기, 수신기 및 그를 이용한 통신 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는, 복수 발광 소자의 개수만큼 타임 슬롯을 분할하는 타임 슬롯 분할부, 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하는 코드 생성부, 상기 데이터 코드를 상기 각 발광 소자에 할당하고, 상기 각 발광 소자에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하는 변조부 및 상기 변조된 결과에 따라서 상기 각 발광 소자를 통해 광 신호를 전송하는 광 신호 출력부를 포함하되, 상기 광 신호는 상기 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송되는 것을 특징으로 한다.

Description

광 통신을 위한 송신기, 수신기 및 그를 이용한 통신 방법{TRANSMITTER, RECEIVER FOR OPTICAL WIRELESS COMMUNICATION AND COMMUNICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 광 통신을 위한 송신기, 수신기 및 그를 이용한 통신 방법에 관한 것이다.
종래에 알려져 있는 PAM(Pulse Amplitude Modulation)의 경우 단일 LED(Light Emitting Diode) 마다 서로 다른 멀티 레벨 변조 방식을 사용해야 하기 때문에 송신 회로의 복잡도가 증가하게 되며, 신호의 레벨이 증가함에 따라 송신단에서 추가적인 비선형성이 발생할 수 있다.
또한, 멀티 레벨 변조 방식을 사용하더라도 단일 LED에서 변조 가능한 대역폭은 제한되어 있으므로 LED 수의 증가에 따른 추가 전송 용량 확보가 어려운 문제가 있으며, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 아날로그 변조 방식을 사용할 경우, 송신단 및 수신단의 회로 복잡도가 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 광원을 사용하는 광 통신 시스템에서 전송 용량을 획기적으로 증가시키면서도 송신단과 수신단 각각의 회로 구성이 용이한 광 통신 방법 및 그를 이용한 송신기 및 수신기를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기는, 복수 발광 소자들의 개수만큼 타임 슬롯을 분할하는 타임 슬롯 분할부, 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하는 코드 생성부, 상기 데이터 코드를 상기 각 발광 소자들에 할당하고, 상기 각 발광 소자들에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하는 변조부 및 상기 변조된 결과에 따라서 상기 각 발광 소자를 통해 광 신호를 전송하는 광 신호 출력부를 포함하되, 상기 광 신호는 상기 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 순차적으로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는, 송신기의 복수 발광 소자들로부터 출력된 빛을 감지하는 광 신호 검출부 및 상기 감지된 빛을 디코딩하여 송신 데이터의 복원 값을 결정하는 디코딩부를 포함하되, 상기 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛은 상기 복수 발광 소자의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 순차적으로 전송되는 것이며, 상기 광 신호 검출부는 상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자로부터 수신된 광 신호의 세기를 검출하고, 상기 디코딩부는 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 상기 복원 값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신을 위한 송신기의 통신 방법은, 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하는 단계, 상기 데이터 코드를 복수 발광 소자들에 각각 할당하고, 상기 각 발광 소자들에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하는 단계 및 상기 변조된 결과에 따라서 상기 각 발광 소자를 통해 광 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 광 신호는 상기 복수 발광 소자들의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 통신을 위한 수신기의 수신 방법은, 송신기의 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하는 단계 및 상기 변환된 전기 신호를 디코딩하여 송신 데이터의 복원 값을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛은 상기 복수 발광 소자들의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송된 것이며, 상기 전기 신호로 변환하는 단계는 상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자로부터 수신된 광 신호의 세기를 검출하고, 상기 복원 값을 결정하는 단계는 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 상기 복원 값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 광원을 사용하는 광 통신 시스템에서 전송 용량을 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 제한된 대역폭을 이용한 효율적인 신호 전송이 가능하다.
또한, 송신단 및 수신단의 회로 구성이 용이하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 광 신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 신호 복원 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 신호, 수신 신호 및 복원 신호를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 신호, 수신 신호 및 복원 신호를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광 통신 시스템을 도시한 도면이다.
일 실시에에 따른 무선 광 통신 시스템(100)은 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함할 수 있다.
각 구성 요소를 설명하면, 송신기(110)는 개별 또는 집합 제어가 가능한 복수의 발광 소자들, 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 ‘LED’라 칭함)를 포함할 수 있으며, 복수의 LED는 매트릭스 형태로 배열될 수도 있고, 원형, 삼각형 등 다양한 형태로 배열될 수 있다.
또한, 송신기(110)는 복수의 LED를 통해서 전기 신호를 빛으로 변환하여 조명으로 사용할 수 있으며, 무선 광 통신(Optical Wireless Communication)을 이용하여 수신기(120)와 통신을 수행할 수 있다.
예를 들어, 송신기(110)는 송신하고자 하는 데이터(이하, ‘송신 데이터’라 칭함)가 입력되면, 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하고 변조하여 각 LED를 통해 광 신호를 전송(출력)할 수 있다.
이때, 송신기(110)는 송신 데이터를 LED의 개수에 해당하는 만큼의 타임 슬롯(time slot)으로 구분하고, 각 LED의 광 신호가 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 전송되도록 하되, 광 신호를 전송하는 타임 슬롯부터 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지할 수 있다.
이로 인하여 각각의 LED에 요구되는 물리적 대역폭은 단일 모듈로 전송할 때와 비교하여 1/N 수준으로 감소될 수 있다.
송신기(110)의 광 신호 전송 방법에 대해서는 도6을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 수신기(120)는 송신기(110)의 각 LED로부터 출력된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환할 수 있으며, 변환된 전기 신호를 디코딩하여 데이터의 복원 값을 결정할 수 있다.
전술하였지만, 송신기(110)의 각 LED가 광 신호를 전송할 때, 전체 LED의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서, 각 LED의 광 신호는 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 전송되며, 광 신호가 전송되는 타임 슬롯부터 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지할 수 있다.
따라서, 수신기(120)는 LED의 개수만큼 분할된 매 타임 슬롯마다, 각 LED로부터 전송된 광 신호를 수신하게 되며, 이때, 수신기가 검출하는 광 신호는 해당 타임 슬롯에서 각 LED의 광 신호 세기가 모두 더해진 결과이다.
수신기(120)는 매 타임 슬롯마다 현재 타임 슬롯에서 검출된 광 신호의 세기와 직전 타임 슬롯에서 검출된 광 신호의 세기를 비교하여 데이터의 복원 값을 결정할 수 있다.
참고로, 수신기(120)는 복원된 데이터를 유선 또는 무선 통신망을 통해 사용자 단말기 또는 특정 서버로 전송할 수 있다.
수신기(120)의 데이터 복원 방법에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
일 실시예에 따른 송신기(110)는 타임 슬롯 분할부(111), 코드 생성부(112), 변조부(113) 및 광 신호 출력부(114)를 포함할 수 있다.
각 구성 요소를 설명하면, 타임 슬롯 분할부(111)는 LED의 개수만큼 타임 슬롯을 분할하여 확장할 수 있으며, 코드 생성부(112)는 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성할 수 있다.
한편, 변조부(113)는 코드 생성부(112)에 의해 생성된 데이터 코드를 각 LED에 할당하여 변조하고, 변조된 신호를 광 신호 출력부(114)로 전달할 수 있다.
이때, 변조부(113)는 온-오프 키잉(On-Off Keying) 방식으로 데이터 코드를 변조하되, 각 LED에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조할 수 있다.
참고로, 변조된 신호는 LED의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 각 LED에 의해 1 타임 슬롯의 지연을 가지고, 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송될 수 있다.
예를 들어, LED의 수가 총 9개(제 1 LED~제 9 LED)이면 타임 슬롯은 9개(제 1 타임 슬롯~제 9 타임 슬롯)까지 확장될 수 있으며, 변조부(113)에 의해 '101100101' 신호를 전송하도록 변조된 경우, 제 1 LED가 전송할 광 신호 '1'은 제 1 타임 슬롯에서 전송되며 제 9 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯마다 동일한 신호 성분인 '1'을 유지한다.
그리고, 제 2 LED의 광 신호 '0'은 제 2 타임 슬롯에서 전송되며 제 9 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯마다 동일한 신호 성분인 '0'을 유지한다.
전술한 바와 같이, 각 LED에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하여 전송할 경우, 각 LED에 요구되는 물리적 대역폭은 종래의 단일 모듈로 전송할 때와 비교하여 1/N 수준으로 감소될 수 있다.
이를 수식적으로 전개하면 아래의 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112014063265618-pat00001
여기서
Figure 112014063265618-pat00002
은 신호 변조에 사용되는 총 LED의 수,
Figure 112014063265618-pat00003
는 원 데이터,
Figure 112014063265618-pat00004
는 타임 슬롯,
Figure 112014063265618-pat00005
는 임의의 상수,
Figure 112014063265618-pat00006
은 LED의 번호를 의미하며,
Figure 112014063265618-pat00007
조건을 항상 만족한다.
이와 같은 방법으로 전송된 광 신호는, 광 신호의 특성 상 채널 전송 과정에서 광량이 합쳐진 상태로 수신기(120)에서 검출될 수 있다.
이에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 광 신호 출력부(114)는 복수의 LED와 연결될 수 있으며, 복수의 LED는 광 신호 출력부(114)의 구동 신호에 의해 점등되어 가시광 대역의 빛을 출력할 수 있다.
참고로, LED는 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue) 및 흰색(White) 등 단색 LED일 수도 있고, 복수의 색상 재현이 가능한 다색 LED일 수도 있다.
또한, 광 신호 출력부(114)는 복수의 LED의 켜짐과 꺼짐 상태, 디밍(dimming) 및 색상을 제어할 수 있다.
즉, 광 신호 출력부(114)는 복수의 LED로 해당 전류 및 전압을 인가하여 구동시키고, 변조부(113)로부터의 변조 신호에 따라서 복수의 LED를 점등시키거나 점멸시켜 광 신호를 전송할 수 있다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기(120)의 구성을 도시한 블록도이다.
일 실시예에 따른 수신기(120)는 광 신호 검출부(121) 및 디코딩부(122)를 포함할 수 있다.
각 구성 요소를 설명하면, 광 신호 검출부(121)는 송신기(110)의 각 LED로부터 출력된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환할 수 있다.
참고로, 송신기(110)로부터 수신된 신호는, 광 신호의 특성 상 채널 전송 과정상에서 광량이 합쳐진 상태로 검출될 수 있으며, 이를 수식적으로 전개하면 아래의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112014063265618-pat00008
여기서,
Figure 112014063265618-pat00009
는 원 데이터,
Figure 112014063265618-pat00010
는 타임 슬롯,
Figure 112014063265618-pat00011
은 LED의 번호,
Figure 112014063265618-pat00012
은 각 LED로부터 전송된 빛이 광 신호 검출부(121)에 의해 검출되는 동안, 전송 경로 및 수신기(120)에서 발생하는 잡음 성분을 의미한다.
이와 같은 잡음 성분은 평균값을 0으로 하는 가우시안 분포(Gaussian Distribution)를 가지는 것이 일반적이므로, 송신단의 수가 많을수록 0으로 수렴하게 되는 특징이 있으며, 수신된 신호는 디코딩부(122)의 디코딩 과정을 거쳐 복원될 수 있다.
한편, 디코딩부(122)는 광 신호 검출부(121)에 의해 변환된 전기 신호를 디코딩하여 데이터의 복원 값을 결정할 수 있다.
이때, 복원된 신호를
Figure 112014063265618-pat00013
라고 하면, 수신된 신호
Figure 112014063265618-pat00014
또는
Figure 112014063265618-pat00015
일 때,
Figure 112014063265618-pat00016
인 경우, 디코딩부(122)는
Figure 112014063265618-pat00017
를 1로 결정할 수 있다
또한 수신된 신호
Figure 112014063265618-pat00018
또는
Figure 112014063265618-pat00019
일 때,
Figure 112014063265618-pat00020
인 경우, 디코딩부(122)는
Figure 112014063265618-pat00021
를 0으로 결정할 수 있다
여기서 0.5는 송신 시 사용된 광 신호의 세기를 임의로 1이라고 가정하였을 경우 경판정(hard decision)을 적용하기 위한 임계값이다.
디코딩부(122)는 상기 방법을 이용하여, 매 타임 슬롯마다 현재 수신된 광 신호의 세기와 직전에 수신된 광 신호의 세기를 비교하여 데이터의 복원 값을 결정할 수 있다.
이에 대한 상세한 설명은 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
송신 데이터가 입력되면, 송신기(110)는 송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하고, 각 LED별로 데이터 코드를 할당한다(S401).
S401 후, 송신기(110)는 각 LED에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조한다(S402).
S402 후, 송신기(110)는 LED의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 각 LED가 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 광 신호를 전송하도록 한다(S403).
이때, 각 LED는 자신의 광 신호를 전송하는 타임 슬롯부터 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
수신기(120)는 매 타임 슬롯마다 송신기(110)의 각 LED로부터 수신된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환한다(S501).
이때, 수신기(120)는 매 타임 슬롯에서 각 LED의 광 신호 세기가 더해진 결과를 광 신호 세기로 검출할 수 있다.
S501 후, 수신기(120)는 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교한다(S502).
S502 결과, 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 크면(S503) 수신기(120)는 데이터 복원 값을 '1'로 결정한다(S504).
만일 S502 결과, 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 작으면(S505) 수신기(120)는 데이터 복원 값을 '1'로 결정한다(S506).
만일 S502 결과, 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기와 동일하면 수신기(120)는 현재 타임 슬롯의 사이클을 판단한다(S507).
S507의 판단 결과, 제 1 사이클인 경우(S508), 수신기(120)는 데이터 복원 값을 '0'으로 결정한다(S509).
만일 S505의 판단 결과, 제 n 사이클(n은 2 이상의 정수임)인 경우, 수신기(120)는 바로 직전의 사이클인 제 n-1 사이클에서 동일한 타임 슬롯의 복원 값을 추출하고, 추출된 값을 현재 타임 슬롯의 복원 값으로 결정한다(S510).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신기의 광 신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 6에서, 송신기는 9개의 LED를 포함하며, 9개의 LED에 해당하는 만큼의 타임 슬롯이 확장되어 있다.
각 LED는 변조된 신호를 빛으로 출력하되, 변조된 신호가 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 출력되도록 하며, 빛을 출력하는 타임 슬롯부터 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지할 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 첫 번째 LED인 Tx1의 광 신호 '1'은 제 1 타임 슬롯에서 전송되며, Tx1은 제 9 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯마다 동일한 신호 성분인 '1'을 유지함을 볼 수 있다.
그리고, Tx2의 광 신호 '0'은 제 2 타임 슬롯에서 전송되며, Tx2는 제 9 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯마다 동일한 신호 성분인 '0'을 유지함을 볼 수 있다.
Tx3 내지 Tx8 또한 동일하게 해당 타임 슬롯에서 각각의 광 신호를 전송하며, 제 9 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯마다 동일한 신호 성분을 각각 유지하고 있음을 볼 수 있다.
참고로, Tx9의 광 신호는 1이며, 제 9 타임 슬롯에서 광 신호 1을 전송함을 볼 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 각 LED가 타임 슬롯에 따라 각각의 광 신호를 지속적으로 전송하는 경우, 각 LED에 요구되는 물리적 대역폭은 종래의 단일 모듈로 전송할 때와 비교하여 1/N 수준으로 감소될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 신호 복원 방법을 도시한 도면이다.
LED의 개수는 총 8개이며, 타임 슬롯의 수는 LED의 개수와 동일하다.
설명의 편의 상, LED의 개수만큼 확장된 타임 슬롯(즉, 제 1 타임 슬롯부터 제 8 타임 슬롯) 동안, 모든 LED가 광 신호를 한번씩 전송한 경우를 '사이클'이라 칭하도록 하며, 도 7a 및 도 7b에서는 수신기(120)가 총 5회의 사이클을 통하여 송신기(110)로부터 광 신호를 수신하고 데이터 신호를 복원하는 경우를 설명하도록 한다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 송신기(110)의 각 LED는 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 광 신호를 전송하며, 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지할 수 있다.
그리고, 수신기(120)는 매 타임 슬롯에서 각 LED로부터 전송된 광 신호의 세기를 검출하고, 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 데이터를 복원할 수 있다.
이때, 매 타임 슬롯에서 수신기(120)가 검출하는 광 신호는 각 LED의 광 신호 세기가 더해진 결과이며, 그 세기는 점등된 LED의 수로 나타낼 수 있다.
참고로, 제 1 사이클을 제외한 각 사이클의 제 1 타임 슬롯의 이전 타임 슬롯은 바로 직전 사이클의 마지막 타임 슬롯이 된다.
예를 들어, 제 3 사이클의 제 1 타임 슬롯의 이전 타임 슬롯은 제 2 사이클의 마지막 타임 슬롯인 제 8 타임 슬롯이다.
이는, 송신기(110)가 전체 데이터를 LED의 개수에 해당하는 만큼의 타임 슬롯으로 구분하여 지속적으로 전송하기 때문이다.
도 7a의 ‘제 1 사이클’에서 송신기(110)의 광 신호 전송과 수신기(120)의 신호 복원을 살펴보면, 송신기(110)는 제 1 LED부터 제 8 LED까지 각각 '1', '0', '1', '1', '0', '0', '1', '0'에 해당하는 광 신호를 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 전송하며, 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지한다.
그리고 수신기(120)는 제 1 타임 슬롯부터 제 8 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯에서 각 LED로부터 전송된 광 신호의 세기를 검출하며, 그 결과는 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 1 타임 슬롯에서 1, 제 2 타임 슬롯에서 1, 제 3 타임 슬롯에서 2…제 8 타임 슬롯에서 4이다.
즉, 수신기(120)에서 검출한 광 신호 세기가 1이라는 것은 송신기(110)에서 점등된 LED의 수가 1개라는 것을 의미하며, 검출된 광 신호 세기가 4라는 것은 송신기(110)에서 점등된 LED의 수가 4개라는 것을 의미한다.
이후 수신기(120)는 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 데이터를 복원하되, 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기가 동일하거나 작으면 복원 값을 '0'으로 결정하고, 크면 '1'로 결정할 수 있다.
도 7a의 제 1 사이클에서, 제 2 타임 슬롯에서의 광 신호 세기는 1이며, 제 1 타임 슬롯의 광 신호 세기와 비교하면 동일하므로, 수신기(120)는 제 2 타임 슬롯에서의 복원 값을 '0'으로 결정할 수 있다.
그리고 제 3 타임 슬롯에서의 광 신호 세기는 2이며, 제 2 타임 슬롯의 광 신호 세기와 비교하면 크므로, 수신기(120)는 제 3 타임 슬롯에서의 복원 값을 1로 결정할 수 있다.
동일한 방법으로 제 8 타임 슬롯까지 전술한 동작을 수행하면, 제 1 사이클의 복원 값은 '1', '0', '1', '1', '0', '0', '1', '0'으로서 송신기(110)에서 전송된 데이터와 동일함을 알 수 있다.
한편, 도 7a의 ‘제 2 사이클’에서 송신기(110)의 광 신호 전송과 수신기(120)의 신호 복원을 살펴보면, 송신기(110)는 제 1 LED부터 제 8 LED까지 각각 '1', '1', '0', '0', '0', '1', '0', '1'에 해당하는 광 신호를 1 타임 슬롯의 지연을 가지고 순차적으로 전송하며, 확장된 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지한다.
그리고 수신기(120)는 제 1 타임 슬롯부터 제 8 타임 슬롯까지 매 타임 슬롯에서 각 LED로부터 전송된 광 신호의 세기를 검출하며, 그 결과는 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 1 타임 슬롯에서 4, 제 2 타임 슬롯에서 5, 제 3 타임 슬롯에서 4…제 8 타임 슬롯에서 4이다.
도 7a의 제 2 사이클에서, 제 1 타임 슬롯에서의 광 신호 세기는 4이며, 제 1 타임 슬롯의 이전 타임 슬롯은 제 1 사이클의 마지막 타임 슬롯인 제 8 타임 슬롯이고, 제 8 타임 슬롯에서의 광 신호 세기는 4로서 동일하다.
이때, 수신기(120)는 이전 사이클의 동일한 타임 슬롯의 복원 값을 참조하여 현재 타임 슬롯의 복원 값을 결정할 수 있다.
즉, 제 2 사이클에서, 제 1 타임 슬롯의 광 신호 세기와 제 1 사이클의 제 8 타임 슬롯의 광 신호 세기가 동일한 경우, 수신기(120)는 제 1 사이클의 제 1 타임 슬롯의 복원 값을 제 2 사이클의 제 1 타임 슬롯의 복원 값으로 결정할 수 있다.
또한, 제 2 사이클에서, 제 2 타임 슬롯의 광 신호 세기는 5이며, 이전 타임 슬롯인 제 1 타임 슬롯의 광 신호 세기인 4보다 크다. 이 경우, 수신기(120)는 제 2 타임 슬롯의 복원 값을 1로 결정할 수 있다.
또한, 제 2 사이클에서, 제 3 타임 슬롯의 광 신호 세기는 4이며, 이전 타임 슬롯인 제 2 타임 슬롯의 광 신호 세기 5보다 작다. 이 경우, 수신기(120)는 제 3 타임 슬롯의 복원 값을 0으로 결정할 수 있다.
또한, 제 2 사이클에서, 제 5 타임 슬롯의 광 신호 세기는 3이며, 이전 타임 슬롯인 제 4 타임 슬롯의 광 신호 세기 3과 동일하다. 이 경우, 수신기(120)는 제 1 사이클의 제 5 타임 슬롯의 복원 값인 '0'을 현재의 타임 슬롯에서의 복원 값으로 결정할 수 있다.
동일한 방법으로 제 8 타임 슬롯까지 전술한 동작을 수행하면, 제 1 사이클의 복원 값은 '1', '1', '0', '0', '0', '1', '0', '1'로서 송신기(110)에서 전송된 데이터와 동일함을 알 수 있다.
제 3 사이클, 제 4 사이클 및 제 5 사이클에 대해서도 전술한 방법으로 데이터를 복원할 수 있으며, 복원 값은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 신호, 수신 신호 및 복원 신호를 나타낸 그래프이다.
도 8은 LED의 개수가 총 8개인 경우로서, 원 신호와 본 발명의 일 실시예에 따라 각각의 LED로부터 송신되는 신호는 도 8의 그래프와 같다.
전술한 바와 같은 본 발명의 송신기(110) 및 수신기(120)를 광 통신에 이용할 경우, 각각의 LED는 독립적으로 NRZ-OOK 방식을 택할 수 있으며, 신호의 세기 역시 동일하게 적용이 가능하다.
또한, 제한된 대역폭을 이용한 효율적 신호 전송이 가능하고, 단일 LED당 요구되는 응답 속도가 전체 전송 속도의 1/N 수준으로 감소하며, 요구되는 band width의 비약적 감소가 가능하므로, 종래의 광 통신 시스템과 통신 방법에 비해 송신기와 수신기의 구현이 용이하고 LED의 부담을 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신 신호, 수신 신호 및 복원 신호를 나타낸 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 수신 신호는 중첩되어 누적된 형태로 수신되며, 수신기(120)는 신호 성분의 구분 없이 직접 검출(Direct detection)의 형태로 광 신호의 세기(intensity)를 검출하고, 샘플링(sampling)된 신호 간 세기 변화를 통해 원래 신호를 복원할 수 있다.
도 9에서, 송신 신호와 복원 신호가 오차 없이 전송된 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 광 통신 시스템
110 : 송신기
111 : 타임 슬롯 분할부
112 : 코드 생성부
113 : 변조부
114 : 광 신호 출력부
120 : 수신기
121 : 광 신호 검출부
122 : 디코딩부

Claims (13)

  1. 복수 발광 소자들의 개수만큼 타임 슬롯을 분할하는 타임 슬롯 분할부;
    송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하는 코드 생성부;
    상기 데이터 코드를 상기 각 발광 소자들에 할당하고, 상기 각 발광 소자들에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하는 변조부; 및
    상기 변조된 결과에 따라서 상기 각 발광 소자를 통해 광 신호를 전송하는 광 신호 출력부
    를 포함하되,
    상기 광 신호는 상기 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 순차적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    온-오프 키잉(On-Off Keying) 방식으로 상기 데이터 코드를 변조하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 신호는 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 전송되는 것을 특징으로 하는 송신기.
  4. 송신기의 복수 발광 소자들로부터 출력된 빛을 감지하는 광 신호 검출부; 및
    상기 감지된 빛을 디코딩하여 송신 데이터의 복원 값을 결정하는 디코딩부
    를 포함하되,
    상기 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛은 상기 복수 발광 소자의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 순차적으로 전송되는 것이며,
    상기 광 신호 검출부는,
    상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자로부터 수신된 광 신호의 세기를 검출하고,
    상기 디코딩부는,
    현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 상기 복원 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 신호 검출부는,
    상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자의 광 신호 세기가 더해진 결과를 검출하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디코딩부는,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 크면 상기 복원 값을 '1'로 결정하고,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 작으면 상기 복원 값을 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 디코딩부는,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기와 동일하면,
    상기 현재 타임 슬롯의 사이클을 판단하고,
    상기 판단 결과 제 1 사이클이면 상기 복원 값을 '1'로 결정하며,
    상기 판단 결과, 제 n 사이클(n은 2 이상의 정수임)이면 제 n-1 사이클에서 상기 현재 타임 슬롯과 동일한 타임 슬롯의 복원 값을 상기 복원 값으로 결정하되,
    상기 '사이클(cycle)'은 상기 각 발광 소자가 상기 광 신호를 순차적으로 모두 전송한 경우인 것을 특징으로 하는 수신기.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛은 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 전송되는 것을 특징으로 하는 수신기.
  9. 광 통신을 위한 송신기의 통신 방법에 있어서,
    송신 데이터에 대응하는 데이터 코드를 생성하는 단계;
    상기 데이터 코드를 복수 발광 소자들에 각각 할당하고, 상기 각 발광 소자들에 할당된 데이터 코드를 독립적으로 변조하는 단계; 및
    상기 변조된 결과에 따라서 상기 각 발광 소자를 통해 광 신호를 전송하는 단계
    를 포함하되,
    상기 광 신호는 상기 복수 발광 소자들의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  10. 광 통신을 위한 수신기의 통신 방법에 있어서,
    송신기의 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 전기 신호를 디코딩하여 송신 데이터의 복원 값을 결정하는 단계
    를 포함하되,
    상기 복수 발광 소자들로부터 수신된 빛은 상기 복수 발광 소자들의 개수만큼 분할된 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자별로 하나의 타임 슬롯 지연을 가지고 상기 타임 슬롯 동안 동일 신호 성분을 유지하면서 순차적으로 전송된 것이며,
    상기 전기 신호로 변환하는 단계는,
    상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자로부터 수신된 광 신호의 세기를 검출하고,
    상기 복원 값을 결정하는 단계는,
    현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여 상기 복원 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전기 신호로 변환하는 단계는,
    상기 매 타임 슬롯에서 상기 각 발광 소자의 광 신호 세기가 더해진 결과를 검출하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복원 값을 결정하는 단계는,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기와 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기를 비교하여,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 크면 상기 복원 값을 '1'로 결정하고,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기보다 작으면 상기 복원 값을 '0'으로 결정하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 현재 타임 슬롯의 광 신호 세기가 상기 이전 타임 슬롯의 광 신호 세기와 동일하면,
    상기 현재 타임 슬롯의 사이클을 판단하고,
    상기 판단 결과 제 1 사이클이면 상기 복원 값을 '1'로 결정하며,
    상기 판단 결과, 제 n 사이클(n은 2 이상의 정수임)이면 제 n-1 사이클에서 상기 현재 타임 슬롯과 동일한 타임 슬롯의 복원 값을 상기 복원 값으로 결정하되,
    상기 '사이클(cycle)'은 상기 각 발광 소자가 상기 광 신호를 순차적으로 모두 전송한 경우인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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