KR101526038B1 - 가시광 통신(ｖｌｃ)을 위한 레이트 제어를 이용한 디밍 방법 및 장치 - Google Patents

가시광 통신(ｖｌｃ)을 위한 레이트 제어를 이용한 디밍 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

가시광 통신(VLC)에서 조명 및 데이터 송신을 위해 발광체를 디밍하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.

Description

가시광 통신(ＶＬＣ)을 위한 레이트 제어를 이용한 디밍 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DIMMING WITH RATE CONTROL FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATIONS(VLC)}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2009년 9월 18일 출원된 미국 가출원 번호 제61/243,862호, 2009년 9월 18일 출원된 미국 가출원 번호 제61/243,819호 및 2009년 10월 12일 출원된 미국 가출원 번호 제61/250,811호의 이익을 청구하며, 따라서 이들의 내용들은 여기서 참조로서 포함된다.
가시광 통신(visible light communication; VLC)은 데이터(예를 들어, 음성 데이터, 숫자 데이터 및 영상 데이터)를 무선으로 송신하기 위해 가시광(예를 들어, 인간의 육안으로 볼 수 있는 약 400 내지 700 나노미터들(nm)의 범위의 파장을 갖는 광)을 이용하는 통신 매체이다. VLC를 이용하여 데이터를 송신하기 위해, 형광 전구 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 가시광원은 매우 빠른 속도로 세기 변조 또는 턴 온 및 오프될 수 있다. 수신 디바이스(예를 들어, 카메라, 이동 전화의 화상기 또는 주위 광 센서)는 세기 변조된 광을 수신하고 이를 사용자의 사용 및/또는 향유를 위해 수신 디바이스가 처리할 수 있는 데이터로 변환할 수 있다.
VLC가 이목을 끄는 하나의 주요한 원인은 데이터를 수신 디바이스들에 송신하는데 이용될 수 있는 가시광원의 유비쿼터스 특성(ubiquitous nature)이다. 예를 들어, LED 투과형 디스플레이들, 및 표시광들 및 교통 신호들과 같은 다른 LED들을 포함할 수 있는 소비자 전자기기들 및 램프들은 하나 이상의 가시광원들을 모두 포함한다. 따라서 가시광원들은 거의 모든 장소에 위치한 사용자에게 데이터를 무선을 송신하는 잠재성을 갖는다.
VLC는 라디오 주파수 대역폭의 이용을 요구하지 않기 때문에, 다른 용도들을 위한 제한된 라디오 주파수 대역폭을 자유롭게 하는 것과 같은 이점들을 제공할 수 있다. 또한, 광원들은 이미 다른 목적들(예를 들어, 광을 제공하고 텔레비전 쇼들, 영화들 및 데이터를 디스플레이함)을 위해 배치되어 있기 때문에, 광원들은 이들을 제어 디바이스들에 단순히 결합함으로써 송신기들로 쉽게 변환될 수 있다. 그러나 VLC의 하나의 단점은 VLC가 디밍(dimming)에 간섭할 수 있다는 것이다.
VLC는 아래의 표 1에서 나열된 카테고리들을 포함하는(그러나 이것으로 제한되지 않음) 다양한 응용들에서 이용될 수 있다.
Figure 112012030895091-pct00001
가시광 통신들(VLC)에서 조명 및 데이터 송신을 위한 발광체 디밍을 위한 방법 및 장치가 제공된다.
첨부 도면들과 함께 예로서 주어지는 이하의 설명으로부터 더욱 상세히 이해될 수 있다.
도 1A는 하나 이상의 개시된 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 통신 시스템의 시스템도.
도 1B는 도 1A에서 예시된 통신 시스템 내에서 이용될 수 있는 예시적인 무선 송수신 유닛(WTRU)의 시스템도.
도 2는 통신 인터페이스들을 포함하는 IEEE 802.15.7 네트워크 토폴로지를 도시하는 도면.
도 3은 IEEE 802.15 토폴로지 스택을 도시하는 도면.
도 4는 하나의 발광체를 이용한 VLC 물리적 데이터 흐름의 블록도.
도 5는 다중-발광체 아키텍처를 도시하는 도면.
도 6은 VLC에서 이용하기 위한 왈시 코드 트리(Walsh Code Tree)를 도시하는 도면.
도 7은 데이터 듀티 사이클(data duty cycle)의 예를 도시하는 도면.
도 8은 변조의 평균 밝기의 예들을 도시하는 도면.
도 9는 데이터 듀티 사이클과 원하는 디밍 또는 밝기 레벨 간의 관계를 도시하는 도면.
도 10은 MAC 아키텍처의 VLC의 실시예를 도시하는 도면.
도 11은 제안된 MAC 프로토콜 데이터 유닛(PDU)을 도시하는 도면.
도 12는 MAC 멀티플렉싱 및 다중 액세스를 도시하는 도면.
도 13은 발견 절차의 흐름도.
도 14는 MAC에 의해 제어되는 VLC 디밍의 예를 도시하는 도면.
도 15는 적응 계층 지원을 포함하는 VLC를 도시하는 블록도.
도 1A는 하나 이상의 개시된 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 통신 시스템(100)의 다이어그램이다. 통신 시스템(100)은 음성, 데이터, 비디오, 메시징, 브로드캐스트 등과 같은 콘텐츠를 다수의 무선 사용자들에 제공하는 다수의 액세스 시스템일 수 있다. 통신 시스템(100)은 무선 대역폭을 포함하는 시스템 자원들의 공유를 통해 다수의 무선 사용자들이 이러한 콘텐츠에 액세스하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템(100)은 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 시분할 다중 액세스(TDMA), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA), 직교 FDMA(OFDMA), 단일-캐리어 FDMA(SC-FDMA) 등과 같은 하나 이상의 채널 액세스 방법들을 이용할 수 있다.
개시된 실시예들이 임의의 수의 WTRU들, 기지국들, 네트워크들 및/또는 네트워크 엘리먼트들을 고려한다고 인지될 것이지만, 도 1A에서 도시되는 바와 같이, 통신 시스템(100)은 무선 송수신 유닛들(WTRU들)(102a, 102b, 102c, 102d), 액세스 네트워크(AN) 또는 라디오 액세스 네트워크(RAN)(104), 코어 네트워크(106), 공개 교환 전화 네트워크(PSTN)(108), 인터넷(110), 및 다른 네트워크들(112)을 포함할 수 있다. WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 각각은 무선 환경에서 동작 및/또는 통신하도록 구성되는 임의의 타입의 디바이스일 수 있다. 예로서, WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)는 무선 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있고, 사용자 장비(UE), 모바일국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 호출기, 셀룰러 전화, 개인 휴대 정보 단말(PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 개인용 컴퓨터, 무선 센서, 미디어 송신 프로토콜(MTC) 디바이스, 소비자 전자기기 등을 포함할 수 있다.
통신 시스템들(100)은 또한 기지국(114a) 및 기지국(114b)을 포함할 수 있다. 기지국들(114a, 114b) 각각은 코어 네트워크(106), 인터넷(110), 및/또는 네트워크들(112)과 같은 하나 이상의 통신 네트워크들에 대한 액세스를 용이하게 하기 위해 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 적어도 하나와 무선으로 인터페이스하도록 구성되는 임의의 타입의 디바이스일 수 있다. 예로서, 기지국들(114a, 114b)은 베이스 트랜시버 스테이션(base transceiver station; BTS), 노드 B, e노드 B, 홈 노드 B, 홈 e노드 B, 사이트 제어기, 액세스 포인트(AP), 무선 라우터 등일 수 있다. 기지국들(114a, 114b)이 단일의 엘리먼트로서 각각 도시되었지만, 기지국들(114a, 114b)은 임의의 수의 상호접속된 기지국들 및/또는 네트워크 엘리먼트들을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
기지국(114a)은 기지국 제어기(BSC), 네트워크 제어기, 또는 라디오 네트워크 제어기(RNC), 중계 노드들 등과 같은 다른 기지국들 및/또는 네트워크 엘리먼트들(도시되지 않음)을 또한 포함할 수 있는 RAN(104)의 일부일 수 있다. 기지국(114a) 및/또는 기지국(114b)은 셀(도시되지 않음)로서 지칭될 수 있는 특정한 지리적인 영역 내에서 무선 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 셀은 셀 섹터들로 추가로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기지국(114a)과 연관된 셀은 3개의 섹터들로 분할될 수 있다. 따라서 일 실시예에서, 기지국(114a)은 3개의 트랜시버들, 즉 셀의 각 섹터마다 하나의 트랜시버를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국(114a)은 다중-입력 다중 출력(MIMO) 기술을 이용할 수 있고, 그러므로 셀의 각 섹터에 대해 다수의 트랜시버들을 활용할 수 있다.
기지국들(114a, 114b)은 임의의 적합한 무선 통신 링크(예를 들어, 라디오 주파수(RF), 마이크로파, 적외선(IR), 자외선(UV), 가시광 등)일 수 있는 에어 인터페이스(116)를 통해 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 하나 이상의 WTRU와 통신할 수 있다. 에어 인터페이스(116)는 임의의 적합한 액세스 기술 또는 라디오 액세스 기술(RAT)을 이용하여 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 상술한 바와 같이, 통신 시스템(100)은 다수의 액세스 시스템일 수 있으며 CDMA, TDMA, FDMA, OFDMA, SC-FDMA 등과 같은 하나 이상의 채널 액세스 방식들을 이용할 수 있다. 예를 들어, RAN(104)의 기지국(114a) 및 WTRU(102a, 102b, 102c)는 광대역 CDMA(WCDMA)를 이용하여 에어 인터페이스(116)를 설정할 수 있는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) UTRA(Terrestrial Radio Access)와 같은 기술을 구현할 수 있다. WCDMA는 고속 패킷 액세스(High-Speed Packet Access; HSPA) 및/또는 이볼브드 HSPA(HSPA+)와 같은 통신 프로토콜들을 포함할 수 있다. HSPA는 HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access) 및/또는 HSUPA(High-Speed Uplink Packet Access)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은 롱텀 에볼루션(LTE) 및/또는 LTE-어드밴스드(LTE-A)를 이용하여 에어 인터페이스(116)를 설정할 수 있는 E-UTRA(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access)와 같은 기술을 구현할 수 있다.
다른 실시예들에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은 IEEE 802.16(즉, WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)), CDMA2000, CDMA2000 1X, CDMA2000 EV-DO, 잠정적인 표준 2000(IS-2000), 잠정적인 표준 95(IS-95), 잠정적인 표준 856(IS-856), GSM(Global System for Mobile communications), EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution), GERAN(GSM EDGE) 등과 같은 기술들을 구현할 수 있다.
도 1A의 기지국(114b)은 예를 들어, 무선 라우터, 홈 노드 B, 홈 e노드 B, 또는 액세스 포인트일 수 있으며 비즈니스, 가정, 차량, 캠퍼스 등의 장소와 같이 로컬화된 영역에서 무선 접속을 용이하게 하는 임의의 적합한 액세스 기술 또는 RAT를 활용할 수 있다. 일 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN)를 설정하기 위해 IEEE 802.11과 같은 기술을 구현할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)을 설정하기 위해 IEEE 802.15와 같은 기술을 구현할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 피코셀 또는 펨토셀을 설정하기 위해 셀룰러-기반 RAT(예를 들어, WCDMA, CDMA2000, GSM, LTE, LTE-A 등)를 활용할 수 있다. 도 1A에서 도시되는 바와 같이, 기지국(114b)은 인터넷(110)에 직접 접속할 수 있다. 따라서 기지국(114b)은 코어 네트워크(106)를 통해 인터넷(110)에 액세스하도록 요구되지 않을 수 있다.
RAN(104)은 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 하나 이상의 WTRU에 보이스, 데이터, 애플리케이션들, 및/또는 보이스 오버 인터넷 프로토콜(VoIP) 서비스들을 제공하도록 구성되는 임의의 타입의 네트워크일 수 있는 코어 네트워크(106)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 코어 네트워크(106)는 호 제어, 계산서발송 서비스들(billing services), 모바일, 위치-기반 서비스들, 사전-지불 호출(pre-paid calling), 인터넷 접속, 비디오 분배 등을 제공할 수 있고 및/또는 사용자 인증과 같은 고-레벨 보안 기능들을 수행할 수 있다. 도 1A에 도시되지 않았지만, RAN(104) 및/또는 코어 네트워크(106)는 RAN(104)과 같은 동일한 RAT 또는 상이한 RAT를 이용하는 다른 RAN들과 직접적으로 또는 간접적으로 통신할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, E-UTRA 라디오 기술을 활용할 수 있는 RAN(104)에 접속되는 것 외에, 코어 네트워크(106)는 또한 GSM 라디오 기술을 이용하는 다른 RAN(도시되지 않음)과 통신할 수 있다.
코어 네트워크(106)는 또한 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)이 PSTN(108), 인터넷(110) 및/또는 다른 네트워크(112)에 액세스하기 위한 게이트웨이로서 역할할 수 있다. PSTN(108)은 POTS(plain old telephone service)를 제공하는 회선-교환 전화 네트워크들을 포함할 수 있다. 인터넷(110)은 송신 제어 프로토콜(TCP), 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 및 TCP/IP 인터넷 프로토콜 스위트(suite)의 인터넷 프로토콜(IP)과 같이 공통 통신 프로토콜들을 이용하는 상호접속된 컴퓨터 네트워크들 및 디바이스들의 전역 시스템을 포함할 수 있다. 네트워크들(112)은 다른 서비스 제공자들에 의해 소유되고 및/또는 동작되는 유선 또는 무선 통신 네트워크들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크들(112)은 RAN(104)과 동일한 RAT 또는 상이한 RAT를 이용할 수 있는 하나 이상의 RAN들에 접속된 다른 코어 네트워크를 포함할 수 있다.
통신 시스템(100)의 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 일부 또는 모두 다는 다중-모드 성능들을 포함할 수 있는데, 즉, WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)은 상이한 무선 링크들을 통해 상이한 무선 네트워크들과 통신하기 위해 다수의 트랜시버들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1A에 도시된 WTRU(102c)는 셀룰러-기반 라디오 기술을 이용할 수 있는 기지국(114a)과, 그리고 IEEE 802 라디오 기술을 이용할 수 있는 기지국(114b)과 통신하도록 구성될 수 있다.
도 1B는 예시적인 WTRU(102)의 시스템 다이어그램이다. 도 1B에서 도시되는 바와 같이, WTRU(102)는 처리기(118), 트랜시버(120), 송신/수신 엘리먼트(122), 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 디스플레이/터치패드(128), 제거 불가능한 메모리(106), 제거 가능한 메모리(132), 전원(134), 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 칩셋(136), 및 다른 주변장치들(138)을 포함할 수 있다. WTRU(102)는 일 실시예와 일관됨을 유지하면서 상술한 엘리먼트들의 임의의 서브-조합을 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
처리기(118)는 범용 처리기, 특수 용도 처리기, 종래의 처리기, 디지털 신호 처리기(DSP), 복수의 마이크로처리기들, DSP 코어와 연관된 하나 이상의 마이크로처리기들, 제어기, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(ASIC들), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA들) 회로들, 임의의 다른 타입의 집적 회로(IC), 상태 머신 등일 수 있다. 처리기(118)는 신호 코딩, 데이터 처리, 전력 제어, 입력/출력 처리, 및/또는 WTRU(102)가 무선 환경에서 동작하는 것을 가능하게 하는 임의의 다른 기능을 수행할 수 있다. 처리기(118)는 송신/수신 엘리먼트(122)에 결합될 수 있는 트랜시버(120)에 결합될 수 있다. 도 1B가 처리기(118) 및 트랜시버(120)를 별개의 컴포넌트들로서 도시하지만, 처리기(118) 및 트랜시버(120)는 전자 패키지 또는 칩에 함께 통합될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
송신/수신 엘리먼트(122)는 에어 인터페이스(116)를 통해 기지국(예를 들어, 기지국(114a))에 신호를 송신하거나 기지국으로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 송신/수신 엘리먼트(122)는 RF 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되는 안테나일 수 있다. 다른 실시예에서, 송신/수신 엘리먼트(122)는 예를 들어, IR, UV, 또는 가시광 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되는 방출기/검출기일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 송신/수신 엘리먼트(122)는 RF 및 광 신호들 둘 다를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 송신/수신 엘리먼트(122)는 무선 신호들의 임의의 조합을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
또한, 송신/수신 엘리먼트(122)가 단일의 엘리먼트로서 도 1B에서 도시되었지만, WTRU(102)는 임의의 수의 송신/수신 엘리먼트들(122)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, WTRU(102)은 MIMO 기술을 이용할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, WTRU(102)는 에어 인터페이스(116)를 통해 무선 신호를 송신하고 수신하기 위해 2개 이상의 송신/수신 엘리먼트들(122)(예를 들어, 다수의 안테나들)을 포함할 수 있다.
트랜시버(120)는 송신/수신 엘리먼트(122)에 의해 송신될 신호를 변조하고 송신/수신 엘리먼트(122)에 의해 수신되는 신호를 복조하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, WTRU(102)는 다중-모드 성능들을 가질 수 있다. 따라서 트랜시버(120)는 WTRU(102)가 예를 들어, UTRA 및 IEEE 802.11과 같이 다중 RAT들을 통해 통신하는 것을 가능하게 하기 위해 다수의 트랜시버들을 포함할 수 있다.
WTRU(102)의 처리기(118)는 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 및/또는 디스플레이/터치패드(128)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 디스플레이 유닛 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 유닛)에 결합될 수 있고, 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 및/또는 디스플레이/터치패드(128)로부터 사용자 입력 데이터를 수신할 수 있다. 처리기(118)는 또한 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 및/또는 디스플레이/터치패드(128)에 사용자 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 처리기(118)는 제거 불가능한 메모리(106) 및/또는 제거 가능한 메모리(132)와 같은 임의의 타입의 적합한 메모리에 데이터를 저장하고, 이로부터 정보를 액세스할 수 있다. 제거 불가능한 메모리(106)는 랜덤-액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 하드디스크 또는 임의의 다른 타입의 메모리 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 제거 가능한 메모리(132)는 가입자 아이덴티티 모듈(SIM) 카드, 메모리 스틱, 안전한 디지털(SD) 메모리 카드 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 처리기(118)는 서버 또는 홈 컴퓨터(도시되지 않음) 상에서와 같이 WTRU(102) 상에 물리적으로 위치되지 않는 메모리에 데이터를 저장하고, 이로부터 정보를 액세스할 수 있다.
처리기(118)는 전원(134)으로부터 전력을 수신할 수 있고, WTRU(102)의 다른 컴포넌트들에 전력을 분배 및/또는 제어하도록 구성될 수 있다. 전원(134)은 WTRU(102)에 전력을 공급하기 위한 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 전원(134)은 하나 이상의 건전지들(예를 들어, 니켈-카드늄(NiCd), 니켈-아연(NiZn), 니켈 메탈 수소(NiMH), 리듐-이온(Li-ion) 등), 태양 전지들, 연료 전지들 등을 포함할 수 있다.
처리기(118)는 또한 WTRU(102)의 현재 위치에 관한 위치 정보(예를 들어, 위도 및 경도)를 제공하도록 구성될 수 있는 GPS 칩셋(136)에 결합될 수 있다. GPS 칩셋(136)으로부터의 정보 외에 또는 그 대신에, WTRU(102)는 기지국(예를 들어, 기지국들(114a, 114b))으로부터 에어 인터페이스(116)를 통해 위치 정보를 수신할 수 있고 및/또는 둘 이상의 근처의 기지국들로부터 수신되는 신호들의 타이밍에 기초하여 그 위치를 결정할 수 있다. WTRU(102)가 일 실시예와 일관됨을 유지하면서 임의의 적합한 위치-결정 방법에 의해 위치 정보를 획득할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
처리기(118)는 부가적인 특징들, 기능 및/또는 유선 또는 무선 접속을 제공하는 하나 이상의 소프트웨어 및/또는 하드웨어 모듈들을 포함할 수 있는 다른 주변장치들(138)에 추가로 결합될 수 있다. 예를 들어, 주변장치들(138)은 가속도계, e-나침반, 위성 트랜시버, 디지털 카메라(사진 또는 비디오 용), 범용 직렬 버스(USB) 포트, 진동 디바이스, 텔레비전 트랜시버, 핸즈 프리 헤드셋, 블루투쓰 모듈, 주파수 변조(FM) 라디오 유닛, 디지털 음악 재생기, 미디어 재생기, 비디오 게임 재생기 모듈, 인터넷 브라우저 등을 포함할 수 있다.
도 2는 통신 인터페이스들(200)을 포함하는 IEEE 802.15.7 네트워크 토폴로지를 도시한다. 코어 네트워크(CN; 210)는 PLC(power line communication) 또는 이더넷을 포함하는(그러나 이것으로 제한되지 않음) 기술을 이용하여 Q 인터페이스(220)를 통해 기반구조 노드(225)에 접속될 수 있다. 기반구조 노드는 VLC 링크일 수 있는 Rx 인터페이스(230)를 이용하여 고정식, 이동식 또는 차량 노드(235)에 접속될 수 있다. Rx 인터페이스(230)는 공간적 멀티플렉싱을 위해 이용되는 인터-발광체 간섭(inter-luminary interference)일 수 있다. P 인터페이스(240)는 네트워크로의 접속을 포함하지 않을 수 있는 P2P(peer-to-peer) 통신을 표시할 수 있다.
VLC는 P2P, 기반구조 및 심플렉스(simplex)를 포함하는 다양한 애플리케이션들 및 토폴로지들에 이용될 수 있으며, 여기서 각각의 토폴로지가 특정한 모드를 포함할 수 있다. 기반구조 토폴로지는 LED 소스의 주 기능으로서 조도(illumination)를 유지하면서 통신들을 위한 특징들을 제공하는 기반구조 모드를 포함할 수 있다. 디밍은 데이터 쓰루풋이 최대화되고 멀티플렉싱이 다수의 엔드 사용자들을 지원하는데 이용되도록 이 모드에서 구현될 수 있다. 또한, 의도되지 않은 광원으로부터의 간섭은 이 모드에서 거절될 수 있다. 또한, 이 모드의 기반구조 노드는 Rx 인터페이스(230)를 이용하여 링크될 수 있다.
P2P 토폴로지에서, P2P 모드는 다른 VLC 소스들로부터의 간섭을 제한하기 위해 공간적 분리(spatial separation)를 이용할 수 있다. 최대 데이터 레이트는 부가되는 시그널링 및 물리 계층 리던던시를 제거함으로써 이 모드에서 달성될 수 있다. 또한, 이 모드의 P2P 노드는 P 인터페이스(240)를 이용하여 링크될 수 있다.
P2P 및 기반구조 모드들 외에, VLC는 가시광 링크들이 단-방향성 지원을 갖는 컴플리멘터리 무선 액세스 기술(complimentary wireless access technology)로서 작동하는 것을 허용하도록 심플렉스 모드를 활용할 수 있다. 이는 가시광 링크들이 단-방향성 브로드캐스트 채널로서 동작하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 재송신들은 외부 엔티티에 종속되지 않고 고정된 횟수로 반복될 수 있다.
도 3은 IEEE 802.15 토폴로지 스택(300)을 도시한다. 물리(PHY) 계층(310) 및 MAC(320) 계층 둘 다가 포함된다. 논리 링크 제어(LLC) 계층들(330)이 MAC 계층 위에 존재할 수 있다. 심플렉스 모드에서, 매체 액세스 제어(MAC) 프로토콜들은 확인응답들(ACK) 및 MAC 밖의 외부 엔티티로부터의 채널 품질 측정들을 포함하는 제어 정보의 수신을 제공할 수 있다. 다른 LLC 서브계층들이 또한 VLC 아키텍처(340)에 포함될 수 있다.
도 4는 하나의 발광체를 이용하여 데이터의 대역들의 분리 및 집성을 포함하는 VLC PHY 데이터 흐름의 블록도(400)이다. 도 4에서, 발광체(405)는 통신 채널에서의 간섭을 예시하기 위해 단일의 데이터 흐름을 보여주는데 이용된다. 길이(N)의 입력 벡터로서 이용되는 비트들의 스트림(
Figure 112012030895091-pct00002
)(407)이 PHY 대역 분리기(410)로 입력되며, 여기서 N은 MAC 프로토콜 데이터 유닛(PDU)의 크기이다. "0"의 비트 패딩(bit padding)은 벡터의 길이가 M의 배수인 N임을 보장하는데 이용되며, 여기서 M은 컬러들 또는 데이터의 대역들의 총 수이다:
Figure 112012030895091-pct00003
대역 분리기 블록(410)으로 입력된 비트들(407)의 스트림은
Figure 112012030895091-pct00004
로서 표시된다. 대역 분리기(410)는 데이터의 다수의 대역들(415)에 걸쳐서 비트들의 스트림을 집성한다. 대역 분리기(410)의 출력은 데이터의 M개의 대역들(bm)(415)이다. 데이터의 각각의 대역은 대역 분리기를 통해 맵핑되는 데이터 비트들을 포함한다. 대역 분리기를 통한 데이터 비트들의 맵핑의 수학적인 표현은 다음의 수학식들에 의해 결정될 수 있으며, 이 수학식들은 입력 비트들(x)이 각각의 대역에서 비트들(b)로 어떻게 멀티플렉싱되는지를 보여준다:
Figure 112012030895091-pct00005
Figure 112012030895091-pct00006
Figure 112012030895091-pct00007
Figure 112012030895091-pct00008
여기서 k는 채널 번호이고, X는 채널들의 총 수이고, m은 데이터의 대역이고, bm ,k는 데이터이다.
광의 다수의 대역들이 이용될 때 기반구조 시스템들에서 최대 용량을 제공하기 위해 PHY는 대역 분리기(410)를 통해 데이터를 분리하고 집성한다. 에어 인터페이스를 통해 병렬로 전송된 각각의 데이터 심볼은 최저 파장 대역에서의 심볼에서 시작하여 최고 파장 대역까지의 직렬 데이터 스트림으로 변환된다. 기반구조 토폴로지들에서, 다수의 파장들 또는 대역들에 대한 지원이 제공된다. 이 대역들은 상이한 파장들 및 가시광 스펙트럼의 컬러들과 연관될 수 있고, 여기서 상이한 파장들은 가시광 스펙트럼의 상이한 컬러들에 대응한다. 대역들이 함께 멀티플렉싱될 때, 중첩 컬러는 백색 광이다.
각각의 대역(m)에 대해서, 데이터(bm ,k)는 발광체에 대해 특유의, 채널화 블록(420)의 채널화 코드(C(k,SF))에 의해 확산되며, 여기서 (SF)는 코드의 확산 계수(spreading factor)이고, k는 채널 번호이다:
Figure 112012030895091-pct00009
즉, (SF)는 사용시의 발광체들의 수이고, k는 특정 발광체의 인덱스이다.
그 다음 스크램블링 코드(sm) 또는 라인 코드는 스크램블링 또는 라인 코드 블록(425)에서 데이터의 각각의 대역에 인가될 수 있다. 그 다음 단극 데이터로의 변환은 데이터의 각각의 대역에 대한 직류(DC) 오프셋 또는 단극 변환 블록(430)에서 발생할 수 있다. DC 오프셋 또는 단극 시그널링으로의 변환은 LED 광원의 OOK(on/off keying)와의 일관성을 제공하기 위해 필요할 수 있다.
발광체의 밝기를 유지하면서 데이터를 송신하기 위해, 디밍이 구현된다. 디밍은 디밍 블록(435)에서 수행된다. 원하는 밝기 레벨은 디밍 블록(435)에서 수신된다. 원하는 밝기 레벨에 기초하여, 데이터의 송신을 위한 데이터 듀티 사이클이 결정된다. 필러 휘도 값들은 수신된 밝기 레벨에 의존하여 결정된다. "1" 또는 "0" 둘 중 하나의 필러 휘도 값들은 발광체 상에서 광 및 데이터의 교번(alternation)을 허용하는 단일 또는 다중-대역 LED 디바이스(440)에 의해 광으로 변환하기 이전에 데이터에 부가된다.
VLC 네트워크 토폴로지의 다른 양상은 PHY 대역 분리 및 집성에 관한 것이다. 기반구조 VLC에 있어서, 단일-칩(대역) 기반 LED들은 에너지 효율적 해법을 위해 이용되는 반면에 3-칩(대역)(즉 RGB) LED들은 증가된 데이터 레이트를 제공할 수 있다. RGB의 경우에, 백색 광은 조도의 주 기능을 위해 여전히 요구되며, 이는 모든 대역들이 활성임을 의미한다. 그러므로 데이터 용량을 최대화시키기 위해, 각 대역은 각 발광체에 의해 이용될 수 있다. 조도를 위해 활성인 채로 남아있으며 데이터를 전달하지 않는 임의의 대역은 시스템 간섭에 부가되며 전체 용량을 낮출 수 있다.
PHY 멀티플렉싱은 다수의 발광체 소스들이 동시에 존재하도록 다수의 발광체 소스들 사이(인터-발광체)에서 독립적인 채널들을 제공한다. PHY 멀티플렉싱은 하나의 발광체 소스로부터의 신호를 다른 발광체 소스로부터의 신호들과 분리하는 것을 허용한다. 기반구조 토폴로지에서, 발광체 소스들 간의 간섭은 코드 분할 멀티플렉싱(CDM)을 이용하여 완화될 수 있다. 가변 길이 확산 코드들이 정의되며, 여기서 확산 계수는 지리적인 영역 내에서 바람직한 채널들의 수, 또는 재사용 계수와 동일하다.
도 5는 다중-발광체 아키텍처(500)를 도시한다. 도 5에서, 2개의 데이터 흐름들 또는 2개의 발광체들(505, 508)이 도시된다. 복수의 발광체들이 동시에 존재할 수 있다. 각 발광체에 대한 비트들(
Figure 112012030895091-pct00010
)(507, 509)의 스트림은 길이(N)의 입력 벡터로서 이용되고 PHY 대역 분리기(510, 511)에 입력된다. "0"의 비트 패딩은 벡터의 길이가 수학식(1)을 이용하여 M의 배수인 N임을 보장하는데 이용되며, 여기서 M은 각 발광체(505, 508)에 대한 데이터(515, 516)의 M개의 대역들이다.
채널화 코드(C(k, SF))는 채널화 코드 블록(520, 521)에서 각 대역의 데이터에 인가된다. 그 다음 스크램블링 또는 라인 코드(sm)는 스크램블링 또는 라인 코드 블록(525, 526)에서 각 대역의 데이터에 인가될 수 있다. 확산 코드들보다 많은 발광체들이 존재하는 경우, 적어도 2개의 발광체들이 동일한 확산 코드를 가질 수 있다. 이 경우, 상이한 스크램블링 코드들이 이용될 수 있다. 입력 포트 또는 수신기에서, 발광체들 간에 간섭이 존재할 수 있다. 그러나 간섭은 (SF)에 의해 감소된다. 간섭은 시스템 재사용 파라미터에 기초하여 가변 확산 및 왈시 코드들을 이용하는 CDM을 이용함으로써 완화될 수 있다. 단극 데이터로의 변환은 각 대역의 데이터에 대해 DC 오프셋 또는 단극 변환 블록(530, 531)에서 발생할 수 있다.
디밍은 각 대역의 데이터에 대해 디밍 블록(535, 536)에서 수행될 수 있다. 원하는 밝기 레벨은 각각의 디밍 블록(535, 536)에서 수신된다. 원하는 밝기 레벨에 기초하여, 데이터의 송신을 위한 데이터 듀티 사이클이 결정된다. 필러 휘도 값들은 수신된 밝기 레벨에 기초한다. "1" 또는 "0" 둘 중 하나의 필러 휘도 값들은 대역들이 송신 채널(550)로 출력되기 이전에 단일의 또는 다중-대역 LED 디바이스(540, 541)에 의한 광으로의 변환 이전에 데이터에 부가된다. 필러 휘도 값들 또는 필러 비트들의 값(bB)은 다음의 수학식으로부터 결정된다:
Figure 112012030895091-pct00011
여기서 B는 주어진 변조의 평균 밝기이고 L은 원하는 조도 레벨이다.
데이터 송신 및 수신은 VLC 물리 계층에 의해 제공된 송신 채널들(550)을 이용하여 수행된다. 그들의 목적들 및 특성들에 따라 송신 채널들의 2개의 상이한 타입들, 즉 브로드캐스트 채널(BCH) 및 공유 트래픽 채널(STCH)이 존재한다. BCH는 시스템 및 셀들의 현재 상태를 전체 셀들로 브로드캐스팅하는 다운링크 채널이다. STCH는 사용자 데이터 송신을 위해 이용되는 채널이다. 이 채널은 다수의 사용자들에 의해 공유되기 때문에, 이 채널 상의 데이터 흐름은 스케줄러 및 매체 액세스 매커니즘에 의해 관리된다. STCH는 업링크 및 다운링크 통신들 둘 다에 대해 이용된다.
도 6은 VLC에서 이용하기 위한 왈시 코드 트리(Walsh Code Tree)를 도시한다. 왈시 확산 코드들은 직교한다. 이에 따라, 발광체들에 상이한 확산 코드들 및 동일한 스크램블링 코드들이 할당되는 경우, 그리고 발광체들이 동기적으로 송신하는 경우, 이들은 수신기에 의해 분리되고, 서로 간섭하지 않을 수 있다. 이 특성은 무선 송신에서 흔히 만나게 되는 "근거리-원거리(near-far)" 문제를 해결하는데 이용될 수 있다. 근거리-원거리 문제는 강한 신호가 수신기에 포착되어 수신기가 약한 신호를 검출할 수 없는 조건이다. 코드들이 직교하며 동기화를 갖는 왈시 코딩을 이용함으로써, 근거리 원거리 문제는 감소된다.
왈시 코드들은 채널화 코드(C(O,SF))가 순수(pure) DC 오프셋인 반면에 모든 다른 코드들은 DC 오프셋 컴포넌트를 갖지 않도록 하는 특성을 갖는다. 스크램블링 이후에, 각 코드는 랜덤 DC 오프셋 컴포넌트를 초래할 수 있다. 저-주파수 대기 노이즈는 여전히 송신을 간섭할 수 있지만, 그 충격은 OOK의 이용과 비교해서 SF의 계수에 의해 감소된다.
도 7은 데이터 듀티 사이클(700)의 예를 도시한다. VLC들이 실내 도명(indoor lighting)을 이용할 수 있지만, 실내 조명의 주 기능은 조명이고 VLC는 보조 기능이다. 광들의 밝기를 변화시키면서 통신들을 유지하기 위해, 디밍이 구현된다. 광의 밝기는 광의 온/오프 기간들의 일부에 대응한다. 광들이 매우 빠르게 턴 오프(turn off)될 때, 육안은 깜박거림(flicker)을 검출할 수 없다. 광들이 오프에 있는 것보다 더 자주 온에 있는 경우, 광이 온에 있는 것보다 더 자주 오프에 있는 경우보다 광이 더 밝게 보일 수 있다. VLC를 이용하는 데이터의 흐름은 광들이 온(on)인 시간에 맵핑된다. 원하는 밝기 데이터의 최대 송신 레벨을 달성하기 위해 데이터 듀티 사이클이 구현된다.
도 7에서, 시간 간격 T(710)동안, 평균 조도 레벨(730)이 최대 조도 레벨의 절반일 때 데이터 듀티 사이클(720)이 최고이며, 이는 최대량의 데이터가 전송된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 50%의 조도 레벨에서, 데이터 듀티 사이클은 100%로 동작한다. 밝기가 최고 또는 최저일 때 데이터 듀티 사이클은 최저이며, 이는 최소량의 데이터가 전송된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 평균 조도 레벨이 100%일 때, 광이 온에 있다는 것을 의미하며, 어떠한 데이터도 송신되지 않으며, 평균 조도 레벨이 0%일 때, 광은 오프에 있다는 것을 의미하며 어떠한 데이터도 송신되지 않는다.
최소량의 데이터가 전송되고 밝기가 그 최고일 때, LED 필러 휘도 값은 1이다. 1의 LED 필러 휘도 값은 온인 LED와 등가이며, 이는 광들이 온에 있다는 것을 표시할 수 있다. 최소량의 데이터가 전송되고 밝기가 그 최소에 있을 때, LED 필러는 0이다. 0의 LED 필러는 오프인 LED와 등가이며, 이는 광들이 오프에 있다는 것을 표시할 수 있다. 시간 간격 T 동안 평균 휘도 레벨(L)은, 어떠한 데이터도 전송되지 않을 때 데이터 송신 듀티 사이클(
Figure 112012031780635-pct00042
) 및 LED 필러 레벨의 함수이다.
광원의 원하는 밝기는 활성 데이터 송신의 데이터 사이클의 길이를 변화시키거나 변조함으로써 제어될 수 있다. 디밍은 통신들을 위한 링크 전력 제어로서 이용된다. 평균 휘도 레벨이 100% 미만이고 0%를 초과할 때, 데이터가 전송될 수 있다. 데이터가 전송될 때, 광은 백분율로 디밍된다.
평균 조도 레벨이 50%를 넘어갈 때, 디밍은 데이터 듀티 사이클이 증가하는 것을 허용하고, 평균 조도 레벨이 50% 아래일 때, 추가의 디밍은 데이터 듀티 사이클이 감소하도록 강제한다. 평균 조도 레벨이 50%일 때 데이터 송신은 최고 레이트에 있다. 완전한 최대 밝기 레벨 및 절대적인 어둠에서, 어떠한 데이터 송신도 가능하지 않다.
다수의 발광체들이 개별적으로 디밍될 때, 이들은 상이한 데이터 듀티 사이클들을 가질 수 있다. 간섭을 최소화하기 위해, 다수의 발광체들의 듀티 사이클들의 위상은 서로 엇갈리게 될 수 있다. 듀티 사이클들의 위상은 디밍 블록(535, 536)에서 MAC로부터 입력되는 스위칭 지점 조정(switchpoint alignment) 또는 위상 신호의 타이밍에 의해 제어될 수 있다.
다수의 발광체들의 듀티 사이클들에서 데이터 송신이 최소 중첩을 가질 때 간섭의 견지에서 최적의 성능이 달성된다. 이는 필러 비트를 추정하거나 제거함으로써 달성된다. 필러 비트 값이 0일 때, 데이터에 대한 간섭이 존재하지 않을 수 있다.
도 8은 송신을 변조하는 상이한 방법들과 LED들의 평균 밝기(B) 간의 관계의 예(800)를 도시한다. 예를 들어, 데이터 송신은 데이터 송신 동안 평균 밝기가 최고 밝기의 50%인 맨체스터 변조(Manchester modulation)에 의해 또는 OOK에 의해 결정될 수 있다. 다른 예에서, 데이터 송신은 데이터 송신 동안 평균 밝기가 최고 밝기의 25%인 4개의 펄스-위치 변조(4-PPM)에 의해 결정될 수 있다.
도 9는 데이터 듀티 사이클(
Figure 112012031780635-pct00043
)과 원하는 디밍 또는 밝기 레벨 간의 관계를 도시한다. 완전한 최대 LED 밝기 아래일 수 있는 임시 조도 레벨(910)은 데이터 송신의 최소 레벨을 허용한다. 여기서 L은 사용자에 의해 요구되는 평균 조도 레벨이고, B는 주어진 변조의 평균 밝기이다.
도 10은 VLC가 MAC 아키텍처에 존재하는 실시예(1000)를 도시한다. MAC 서브시스템은 제어 및 데이터 시그널링을 통해 상위 계층들과 인터페이스한다. MAC 서브시스템은 상위 계층과 인터페이스하기 위한 제어 및 트래픽 패킷들의 분류 및 분배, 송신될 데이터의 존재에 의존한 WTRU들의 상태 관리, 패킷 스케줄링 및 정보 전달을 위한 다운링크 브로드캐스팅을 포함하는 다양한 기능들을 수행한다.
MAC 서브계층은 물리 채널들로의 액세스를 전담하고 (1) 디밍 제어; (2) 브로드캐스트 및 공통 데이터; (3) 패킷 스케줄링; (4) 발광체 내의 다중 액세스를 위한 시분할 멀티플렉싱(TDM)의 이용; 및 (5) 단편화(segmentation) 및 어셈블리를 포함하는 데이터 프레이밍(data framing)을 포함하는(그러나 이것으로 제한되지 않음) 이러한 작업들을 전담한다.
몇 개의 기능적인 블록들은 (1) 재어셈블리/디프레이밍 블록(Reassembly/Deframing Block; 1010); (2) 상태 관리 블록(1020); (3) 브로드캐스팅/공통 제어 블록(1030); (4) 버퍼 관리 블록(1040); (5) 송신/수신 제어 블록(1050); 및 (6) 패킷 스케줄링 블록(1060)을 포함하는(그러나 이것을 제한되지 않음) 위의 기능들을 수행하도록 활용될 수 있다.
도 10에서, 모바일 장비 MAC는 기반구조 MAC의 서브세트이다. 디밍 제어(1070)는 패킷 스케줄링(1060) 이전에 관리된다. 디밍 제어(1070)는 데이터 흐름을 스케줄링 및 관리하는데 이용되는 컬러 품질 인덱스를 포함한다. MAC는 MAC 입력으로서 원하는 평균 조도 레벨(L)을 수용하고 다음의 수학식으로부터 듀티 사이클(
Figure 112012030895091-pct00012
)을 결정함으로써 디밍을 제어한다:
Figure 112012030895091-pct00013
여기서 B는 주어진 변조의 평균 밝기이다. 데이터 흐름 및 데이터 패킷의 크기 둘 다는 채널 품질 인덱스(CQI), 컬러 품질 인덱스 및 전력 레벨을 포함하는(그러나 이것으로 제한되지 않음) 채널 측정들(1065) 및 디밍에 기초한다.
도 11은 크기(NPDU)의 MAC 프로토콜 데이터 유닛(PDU)(1100)을 도시한다. MAC PDU에 대한 구조는 프리엠블, PHY 헤더(1130), MAC 헤더(1140), 패킷 구분자의 시작(1120), 페이로드(1050) 및 선택적인 프레임 확인 시퀀스(1060)를 포함한다. 프리엠블(1110)은 수신기 타이밍 및 동기화를 위해 이용될 수 있다. MAC PDU의 크기는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112012030895091-pct00014
여기서, NF는 물리 계층 데이터 프레임(필러 비트들을 포함함)의 크기이고
Figure 112012030895091-pct00015
는 데이터 듀티 사이클이고,
Figure 112012030895091-pct00016
는 FEC 코드 레이트이다.
MAC 다중 액세스 특징은 발광체 하에서 다수의 사용자들에게 데이터 서비스를 제공할 목적을 위해 발광체 내에서(인트라-발광체(intra-luminary)) 이용될 수 있다.
도 12는 MAC 멀티플렉싱 및 다중 액세스의 예를 도시한다. MAC 다중 액세스 특징은 다수의 엔드-사용자 노드들(1230, 1235)에 데이터 서비스를 제공하기 위해 발광체 내에서(인트라-발광체) 또는 기반구조 노드(1210) 내에서 이용될 수 있다. MAC 채널화는 브로드캐스트 채널들(1220), 멀티캐스트 채널들(1240) 및 유니캐스트 채널들(1225)을 포함하는 논리적 채널들을 통해 행해질 수 있다. 브로드캐스트 채널들은 시스템 정보를 위해 이용될 수 있다. 유니캐스트 및 멀티캐스트 채널들은 사용자 또는 그룹 데이터를 위해 이용될 수 있다.
논리적 채널들은 에어 또는 라디오 인터페이스를 통해 전달되는 데이터의 타입들 및 콘텐츠들에 관련될 수 있다. 논리적 채널들에 맵핑되는 데이터 트래픽의 상이한 카테고리들이 존재할 수 있다. 브로드캐스트 채널은 기반구조의 성능들 및 시스템의 현재 상태를 전체 발광체 도메인으로 브로드캐스트하는데 이용되는 다운링크 전용 채널일 수 있다. 브로드캐스트 채널은 브로드캐스트 제어 채널(BCH)에 맵핑될 수 있다. 멀티캐스트 채널은 공통 사용자-데이터 송신들을 사용자들의 그룹에 전송하는데 이용되는 다운링크 전용 채널일 수 있다. 이는 공유 트래픽 채널(STCH)에 맵핑될 수 있다. 또한, 그룹의 패킷 당 식별(per-packet identification)은 멀티캐스트 MAC 어드레스를 이용하여 실시될 수 있다. 유니캐스트 채널은 기반구조 노드와 각각의 엔드-사용자 노드들 사이에서 포인트-포인트 듀플렉스 채널(point-to-point duplex channel)일 수 있다. 유니캐스트 채널은 사용자 데이터 송신들을 전달하는데 이용될 수 있으며 STCH에 맵핑된다.
도 13은 발견 절차(1300)의 흐름도이다. 발견 절차는 연관시킬 발광체를 엔드-사용자가 발견하는 처리를 포함한다. 발견 및 연관 처리는 새롭게 턴 온된 엔드-사용자 디바이스가 모든 근처의 기반구조 발광체들로부터 비콘들을 수신하는 것으로 시작한다. 발광체 도메인에 진입시에, 새로운 디바이스는 구성된 채널을 수신하기 시작한다. 주기적인 간격들로, 발광체는 브로드캐스트 채널 상에서 성능들을 포함하는 비콘을 전송한다(1310).
비콘들을 수신하는 디바이스는 수신된 성능들에 기초하여 판단을 내릴 수 있다. 디바이스는 발광체 기반구조 노드로부터 수신된 성능들을 처리한다. 성능들은 PHY 성능들, MAC 성능들, 단-방향성 트래픽 지원, 양-방향성 트래픽 지원, 디밍 지원, 및 가시성 지원을 포함한다(1320). 엔드-사용자 디바이스는 수신된 성능들에 기초하여 엔드-사용자 디바이스가 연관되고자 하는 발광체를 결정하도록 선택 알고리즘을 수행하며, 수신된 성능들은 신호 측정들 및 데이터 레이트 요건들을 또한 포함할 수 있다. 엔드-사용자 디바이스는 선택된 발광체에 연관 요청(request-to-associate)을 전송하고, 그에 의해 연관 처리(1330 내지 1350)를 개시한다. 일단 발광체가 엔드-사용자와 연관되었음을 발광체가 확인하면, 자원 할당 정보, 송신(TX) 및 수신(RX) 정보, CDMA 파라미터들 및 이용을 위한 가용 대역들을 포함하는 부가적인 정보가 송신된다(1360). 엔드-사용자는 채널들에 관하여 동의하면 발광체와 데이터를 교환하게 될 수 있다(1370).
도 14는 MAC에 의해 제어되는 디밍을 도시하는 블록도(1400)이다. 디밍 신호는 광 축약층(LAL)과 같은 더 상위 레벨로부터 수신된다. 디밍 신호는 듀티 사이클을 결정하는데 이용된다(1420). MAC는 듀티 사이클(
Figure 112012030895091-pct00017
)에 기초하여 스위칭 지점을 결정한다(1430). 그 다음 데이터는 LED 디바이스(1440)로 출력된다.
도 15는 적응 계층 지원을 포함하는 VLC를 도시하는 블록도(1500)이다. 상이한 라디오 액세스 기술들(RAT)을 통해 기반구조 업링크를 수행하기 위해, 적응 계층 지원이 MAC에서 요구된다. 관리 컴포넌트(1560)는 RAT 가용성, QoS 맵핑, 제어/데이터 멀티플렉싱 옵션들, 및 구성들을 특징으로 한다. 관리 컴포넌트(1560)는 PHY 계층(1565)에 정보를 송신하고 이로부터 정보를 수신한다.
아키텍처는 업링크 및 다운링크 송신들 둘 다에서 이용될 수 있는 이하의 계층들: 애플리케이션 계층(1510), 미들웨어 계층(1520), 네트워크 프로토콜 계층(1530), 적응 데이터 계층(1540), 제 1 기술 종속 MAC 계층(technology dependent MAC layer)에 결합된 제 1 적응기(1550), 제 2 기술 종속 MAC 계층에 결합된 제 2 적응기(1555)를 포함한다. 2개의 적응기들이 이 예에서 기술되었지만, 적응기들의 수는 디바이스에 의해 지원되는 RAT들의 수에 의해 제한될 수 있다.
VLC와 관련된 어려움들 중 하나는 업링크 및 다운링크의 가용성이 디바이스 제약들로 인해 독립적이라는 것이다. 몇몇 환경들에서, 높은 세기 가시광 기반 다운링크는 고정물들을 조명하는 기반구조로부터 쉽게 제공될 수 있는 반면에, 업링크는 휴대용 디바이스의 송신 전력으로 제한되고 가시광 이외의 스펙트럼(예를 들어, RF)을 이용하여 제공되도록 요구된다.
가시광의 다른 특징은 LED 광의 광 집중(optical confinement)이 로컬화된 고 대역폭 밀도를 제공할 수 있다는 것이다. 이는 스펙트럽 집성을 허용하고 단일 방향의 다중 액세스 기술들을 이용함으로써 레버리지될 수 있다. 가시광은 예를 들어, 다운링크에서 가시광 통신들 및 업링크에서 적외선을 이용하여, 또는 상이한 액세스 기술들을 통해 제어 및 데이터 통신을 수행하는 하이브리드 기술들을 생성함으로써, 또는 각 방향에서 상호-작동하는 다중 액세스 기술들을 갖는 "핫스팟(hotspot)" 기능을 생성함으로써 2개의 디바이스들 간의 상보적 통신 링크로서 동작할 수 있다.
실시예
1. 가시광 통신(visible light communication; VLC)에서 조명 및 데이터 송신을 위한 발광체 디밍(dimming)에 이용하는 무선 송수신 유닛(wireless transmit/receive unit; WTRU)에 있어서:
밝기 레벨을 수신하도록 구성된 입력 포트
를 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
2. 실시예 1에 있어서,
밝기 레벨에 기초하여 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클 및 필러 휘도 값을 결정하도록 구성된 처리기
를 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
3. 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서,
발광체에 대해 필러 휘도 값 및 데이터 송신을 교번하도록 구성된 송신기
를 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
4. 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터 듀티 사이클은,
Figure 112012030895091-pct00018
에 기초하고,
여기서
Figure 112012031780635-pct00044
는 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
5. 실시예 2 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서,
필러 휘도 값은,
Figure 112012030895091-pct00019
에 기초하고,
여기서 bB는 하나 이상의 필러 비트의 값을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
6. 실시예 2 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서
송신된 데이터의 양은 필러 휘도 값에 비례하는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
7. 가시광 통신(VLC)에서 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는데 이용하기 위한 무선 송수신 유닛(WTRU)에 있어서:
복수의 데이터를 포함하는 복수의 발광체 신호를 수신하도록 구성된 입력 포트
를 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
8. 실시예 7에 있어서,
복수의 데이터를 하나 이상의 데이터 대역으로 파싱하도록 구성된 파서(parser)
를 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
9. 실시예 7 또는 실시예 8에 있어서,
각 대역의 데이터에 채널화 코드를 적용하도록 구성된 채널화 코드 블록
을 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
10. 실시예 7 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서,
각 대역의 데이터를 단극 데이터로 변환하도록 구성된 직류(DC) 오프셋 블록
을 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
11. 실시예 7 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역에 대한 듀티 사이클을 계산하도록 구성되고 데이터의 각 대역에 필러 휘도 값을 부가하도록 구성되는 디머(dimmer)
를 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
12. 실시예 7 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터를 송신하도록 구성되는 송신기
를 더 포함하는, 무선 송수신 유닛(WTRU).
13. 실시예 7 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서,
발광체 신호는 인트라-발광체(intra-luminary) 또는 인터-발광체(inter-luminary) 중 어느 하나인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
14. 실시예 7 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예에 있어서,
각 대역의 데이터에 스크램블링 코드 또는 라인 코드가 적용되는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
15. 실시예 7 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역은 상이한 파장에 대응하는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
16. 실시예 7 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역은 상이한 데이터 듀티 사이클을 갖는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
17. 실시예 7 내지 실시예 16 중 어느 한 실시예에 있어서
파장을 통해 송신된 데이터의 양은 파장을 통해 전송된 광의 양에 비례하는 것인, 무선 송수신 유닛(WTRU).
18. 가시광 통신(VLC)에서 조명 및 데이터 송신을 위해 발광체를 디밍하는 방법에 있어서,
밝기 레벨을 수신하는 단계
를 포함하는, 발광체를 디밍하는 방법.
19. 실시예 18에 있어서,
밝기 레벨에 기초하여 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 결정하는 단계
를 더 포함하는, 발광체를 디밍하는 방법.
20. 실시예 18 또는 실시예 19 에 있어서,
밝기 레벨에 기초하여 필러 휘도 값을 결정하는 단계
를 더 포함하는, 발광체를 디밍하는 방법.
21. 실시예 18 내지 실시예 20 중 어느 한 실시예에 있어서,
발광체에 대해 필러 휘도 값 및 데이터 송신을 교번하는 단계
를 더 포함하는, 발광체를 디밍하는 방법.
22. 실시예 18 내지 실시예 21 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터 듀티 사이클은,
Figure 112012030895091-pct00020
에 기초하고,
여기서
Figure 112012031780635-pct00045
는 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 나타내고, L은 조도 레벨(illumination level)을 나타내고, B는 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 발광체를 디밍하는 방법.
23. 실시예 19 내지 실시예 22 중 어느 한 실시예에 있어서,
필러 휘도 값은,
Figure 112012030895091-pct00021
에 기초하고,
여기서 bB는 하나 이상의 필러 비트의 값을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 발광체를 디밍하는 방법.
24. 실시예 19 내지 실시예 23 중 어느 한 실시예에 있어서,
송신된 데이터의 양은 필러 휘도 값에 비례하는 것인, 발광체를 디밍하는 방법.
25. 가시광 통신(VLC)에서 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법에 있어서:
복수의 데이터를 포함하는 복수의 발광체 신호를 수신하는 단계
를 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
26. 실시예 25에 있어서,
복수의 데이터를 하나 이상의 데이터 대역으로 파싱하는 단계
를 더 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
27. 실시예 25 또는 실시예 26에 있어서,
각 대역의 데이터에 채널화 코드를 적용하는 단계
를 더 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
28. 실시예 25 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서,
각 대역의 데이터를 단극 데이터로 변환하는 단계
를 더 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
29. 실시예 25 내지 실시예 28 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역에 대한 듀티 사이클을 계산하고 듀티 사이클에 기초하여 데이터의 각 대역에 필러 휘도 값을 부가하는 단계
를 더 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
30. 실시예 25 내지 실시예 29 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역을 송신하는 단계
를 더 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
31. 실시예 25 내지 실시예 30 중 어느 한 실시예에 있어서,
발광체 신호는 인트라-발광체 또는 인터-발광체 중 어느 하나인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
32. 실시예 25 내지 실시예 31 중 어느 한 실시예에 있어서,
각 대역의 데이터에 스크램블링 코드 또는 라인 코드가 적용되는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
33. 실시예 25 내지 실시예 32 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역은 상이한 파장에 대응하는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
34. 실시예 25 내지 실시예 33 중 어느 한 실시예에 있어서,
데이터의 각 대역은 상이한 데이터 듀티 사이클을 갖는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
35. 실시예 25 내지 실시예 34 중 어느 한 실시예에 있어서,
파장을 통해 송신된 데이터의 양은 파장을 통해 전송된 광의 양에 비례하는,
복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
특징들 및 엘리먼트들이 구체적인 조합들로 상술되었지만, 당업자는 각각의 특징 또는 엘리먼트가 단독으로 또는 다른 특징들 및 엘리먼트들과의 임의의 조합으로 이용될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 또한, 여기서 기술되는 방법들은 컴퓨터 또는 처리기에 의한 실행을 위해 컴퓨터-판독 가능한 매체에 포함된 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터-판독 가능한 매체들의 예들은 전자 신호들(유선 또는 무선 접속들을 통해 송신됨) 및 컴퓨터-판독 가능한 매체들을 포함한다. 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체들의 예들은 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 매체들, 자기-광학 매체들, CD-ROM 디스크들 및 디지털 다용도 디스크들(DVD들)과 같은 광학 매체들을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 소프트웨어와 연관되는 처리기는 WTRU, UE, MTC 디바이스, 단말, 기지국, RNC, 또는 임의의 호스트 컴퓨터에서 사용하기 위한 라디오 주파수 트랜시버를 구현하는데 이용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 조명 및 데이터 송신에서 이용하기 위한 가시광 통신(visible light communication; VLC) 디바이스에 있어서,
    밝기 레벨에 기초하여 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클 및 필러 휘도 값을 결정하도록 구성된 처리기(processor); 및
    발광체에 대해 상기 필러 휘도 값 및 상기 데이터 송신을 교번(alternation)하도록 구성된 송신기를 포함하는, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 듀티 사이클은,
    Figure 112013075079545-pct00022

    에 기초하고,
    여기서
    Figure 112013075079545-pct00046
    는 상기 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 상기 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필러 휘도 값은,
    Figure 112012097687835-pct00023

    에 기초하고,
    여기서 bB는 하나 이상의 필러 비트의 값을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 상기 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    평균 조도(brightness) 레벨은 0%보다 크고 100%보다 작으며, 상기 발광체는 가시광원인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하기 위한 가시광 통신(visible light communication; VLC) 디바이스에 있어서,
    복수의 데이터를 포함한 복수의 발광체 신호를 수신하도록 구성된 입력 포트;
    상기 복수의 데이터를 하나 이상의 데이터 대역으로 파싱하도록 구성된 파서(parser);
    각 대역의 데이터에 채널화 코드를 적용하도록 구성된 채널화 코드 블록;
    상기 각 대역의 데이터를 단극 데이터로 변환하도록 구성된 직류(direct current; DC) 오프셋 블록;
    데이터의 각 대역에 대한 듀티 사이클을 계산하도록 구성되고 데이터의 각 대역에 필러 휘도 값을 부가하도록 구성되는 디머(dimmer); 및
    상기 데이터를 송신하도록 구성되는 송신기
    를 포함하는, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광체 신호는 인트라-발광체(intra-luminary) 또는 인터-발광체(inter-luminary) 중 어느 하나인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    데이터의 각 대역은 상이한 파장에 대응하는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  11. 제 8 항에 있어서,
    데이터의 각 대역은 상이한 데이터 듀티 사이클을 갖는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  12. 가시광 통신(visible light communication; VLC) 장치에 의해 구현되는 조명 및 데이터 송신을 위한 방법에 있어서,
    프로세서에 의해서 밝기 레벨에 기초하여 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 결정하는 단계;
    상기 밝기 레벨에 기초하여 필러 휘도 값을 결정하는 단계; 및
    발광체에 대해 상기 필러 휘도 값 및 상기 데이터 송신을 교번(alternate)하는 단계를 포함하는, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 데이터 듀티 사이클은,
    Figure 112013075079545-pct00024

    에 기초하고,
    여기서
    Figure 112013075079545-pct00047
    는 상기 데이터 송신을 위한 데이터 듀티 사이클을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 상기 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 필러 휘도 값은,
    Figure 112013075079545-pct00025

    에 기초하고,
    여기서 bB는 하나 이상의 필러 비트의 값을 나타내고, L은 조도 레벨을 나타내고, B는 상기 발광체로부터 방출된 광의 평균 밝기를 나타내는 것인, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 가시광 통신(visible light communication; VLC) 장치에서 구현되는 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법에 있어서,
    입력 포트에 의해서 복수의 데이터를 포함하는 복수의 발광체 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 데이터를 하나 이상의 데이터 대역으로 파싱하는 단계;
    각 대역의 데이터에 채널화 코드를 적용하는 단계;
    상기 각 대역의 데이터를 단극 데이터로 변환하는 단계;
    데이터의 각 대역에 대한 듀티 사이클을 계산하고 상기 듀티 사이클에 기초하여 데이터의 각 대역에 필러 휘도 값을 부가하는 단계; 및
    데이터의 각 대역을 송신하는 단계
    를 포함하는, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 발광체 신호는 인트라-발광체 또는 인터-발광체 중 어느 하나인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    데이터의 각 대역은 상이한 파장에 대응하는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    데이터의 각 대역은 상이한 데이터 듀티 사이클을 갖는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    송신되는 데이터의 양은 상기 필러 휘도 값에 비례하는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 필러 휘도 값은 상기 발광체가 온(on) 또는 오프(off)인지 여부를 표시하며,
    상기 필러 휘도 값은 0 또는 1인 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  24. 제8항에 있어서,
    스크램블링 코드 또는 라인 코드가 상기 각 대역의 데이터에 적용되는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  25. 제8항에 있어서,
    파장을 통해 송신되는 데이터의 양은 파장을 통해 보내어진 빛의 양에 비례하는 것인, 가시광 통신(VLC) 디바이스.
  26. 제12항에 있어서,
    송신되는 데이터의 양은 상기 필러 휘도 값에 비례하는 것인, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  27. 제12항에 있어서,
    상기 필러 휘도 값은 상기 발광체가 온(on) 또는 오프(off)인지 여부를 표시하며,
    상기 필러 휘도 값은 0 또는 1인 것인, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  28. 제12항에 있어서,
    평균 조도 레벨은 0%보다는 크고 100%보다 작으며,
    상기 발광체는 가시광원인 것인, 조명 및 데이터 송신을 위한 방법.
  29. 제18항에 있어서,
    스크램블링 코드 또는 라인 코드가 상기 각 대역의 데이터에 적용되는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
  30. 제18항에 있어서,
    파장을 통해 송신되는 데이터의 양은 파장을 통해 보내어진 빛의 양에 비례하는 것인, 복수의 발광체 신호를 멀티플렉싱하는 방법.
KR1020127009994A 2009-09-18 2010-09-17 가시광 통신(ｖｌｃ)을 위한 레이트 제어를 이용한 디밍 방법 및 장치 KR101526038B1 (ko)

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US61/243,862 2009-09-18
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