KR101544035B1 - 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법 - Google Patents

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KR101544035B1
KR101544035B1 KR1020150029936A KR20150029936A KR101544035B1 KR 101544035 B1 KR101544035 B1 KR 101544035B1 KR 1020150029936 A KR1020150029936 A KR 1020150029936A KR 20150029936 A KR20150029936 A KR 20150029936A KR 101544035 B1 KR101544035 B1 KR 101544035B1
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법에 대한 것으로서, 특히, Multilevel PAM을 적용한 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명은 단말기의 커넥터에 광원을 부착하고 Multilevel PAM 방식으로 가시광 통신을 구현하여 고속의 가시광 통신이 가능한 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 OOK변조 방법과 비교하여 전송효율을 높일 수 있었고 기존의 두 가지 전압 값만을 사용한 변조방법에 비해 빠른 전송속도를 가지는 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법을 제공할 수 있다.

Description

가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION SYSTEM AND VISIBLE LIGHT COMMUNICATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법에 대한 것으로서, 특히, Multilevel PAM을 적용한 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법에 관한 것이다.
무선 통신 기술의 발전과 더불어 무선 통신에 대한 수요가 급증하고 있다. 이에 따라 무선 통신에 사용되는 주파수 영역도 넓어지는 데 반해 이용가능한 주파수 영역은 한정되어 있다. 이에 따라 현재 무선 통신에 사용 중인 주파수 영역에 제한 받지 않는 다른 주파수 대역을 사용하는 통신 방법 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 7은 가시광 통신 영역의 스펙트럼이다.
가시광 통신은 도 7과 같이 380nm에서 780nm의 파장대역을 갖는 빛을 이용한 통신이다. 이를 주 파수로 바꾸면 수백 THz의 주파수가 된다. 그에 따라 현재 사용하고 있는 주파수 대역으로부터 자유로워질 수 있으며 THz단위의 대역폭을 가져 높은 품질의 무선통신을 제공 할 수 있다.
또한, 이러한 가시광 통신은 전자파를 발생하지 않아 병원이나 비행기 내부등 전자파를 이용한 통신이 불가능한 장소에서도 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이 뿐만 아니라 빛의 가시거리에서만 통신이 가능하므로 통신보안에 유리하며 다른 통신 방법에 비해 회절이 잘 발생하지 않아 높은 통신 품질을 제공할 수 있다.
가시광을 사용한 정보 송신을 위하여 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 사용은 필수적이다. 발광 다이오드는 긴 유효수명을 가지며 전력 소모가 작고 빠른 스위칭(switching)속도를 갖는 특성 등을 가져 가시광 통신에서 가시광 송신을 위한 광원으로 주로 사용된다. 이러한 발광 다이오드를 사용한 가시광 통신은 추가적인 인프라를 구축하지 않고도 조명기능을 위해 설치된 발광 다이오드에 통신기능을 추가할 수 있어 발광 다이오드를 사용한 가시광 통신 연구는 매우 활발히 진행되고 있다.
가시광 통신은 0과 1을 사용하여 정보를 전송한다는 점에서 일반적인 디지털 통신과 같지만, 데이터가 '0'일 때 발광 다이오드를 오프(OFF), '1'일 때 발광 다이오드를 온(ON)을 하게 된다. 이때 긴 0의 정보가 들어오게 되면 발광 다이오드가 오랫동안 오프(OFF)되어 조명의 기능을 사용할 수 없게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 이전 연구들에서는 주로 OOK 변조 방법을 가시광 통신에 많이 사용하였다. 그러나 OOK변조 방식을 사용하게 되면 빛의 깜빡임 현상을 개선하여 조명기능과 통신기능 모두를 수행할 수 있지만 정보의 전송효율이 절반으로 줄어 들 뿐 아니라 전송속도 또한 감소하게 된다.
대한민국공개특허 제10-2007-0023414호(2007.02.28. 공개)
본 발명의 목적은 가시광 통신을 빠르게 수행할 수 있는 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 광원이 구비되며 전송할 데이터를 입력받는 단말기와, 상기 전송할 데이터에 대응되도록 상이한 광량으로 상기 광원을 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 상기 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 제어 모듈, 및 상기 광원에서 방출된 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템을 제공한다.
상기 광원은 다수개의 발광 다이오드를 포함하며, 상기 단말기의 커넥터에 탈착된다.
상기 제어 모듈은, 상기 전송할 데이터를 이진화한 후 2비트씩 그룹화하여 상기 광원의 개수에 대응되는 개수의 서로 상이한 코드로 변환하는 데이터 변환 모듈과, 상기 광원의 개수에 대응되는, 서로 상이한 기준 광량으로 상기 광원을 제어하는 기준 광량 전송 모듈, 상기 데이터 변환 모듈에서 서로 상이한 코드로 변환된 전송할 데이터에 대응되도록 상기 광원을 제어하는 데이터 전송 모듈을 포함한다.
상기 수신부는, 상기 광원에서 방출된 광을 수광하는 광 수신 모듈과, 상기 광 수신 모듈에서 수광된 광량에 대응되는 광 수신 신호를 생성하고, 광원의 개수에 대응되는 개수만큼의 서로 상이한 광 수신 신호가 순차적으로 입광되면 이를 기준 광량으로 하는 기준 광량 수신 모듈, 상기 기준 광량 수신 모듈이 기준 광량을 수광하면 데이터 전송이 시작된 것으로 인식하는 데이터 전송 시작 판단 모듈, 상기 광 수신 모듈에 광이 수광되지 않으면 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하는 데이터 전송 종료 판단 모듈, 및 상기 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식한 이후부터, 상기 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식할 때까지 순차적으로 수광된 광량을 상기 기준 광량과 비교하여 코드로 변환하고, 코드로 변환된 광량을 이진화한 후 데이터를 복조하는 데이터 복조 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명은 사용자로부터 단말기가 전송할 데이터를 입력받는 단계와, 상기 전송할 데이터에 대응되도록 제어 모듈이 광원을 상이한 광량으로 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 광원에서 방출된 수광부가 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법을 제공한다.
상기 전송할 데이터에 대응되도록 제어 모듈이 광원을 상이한 광량으로 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 단계는, 상기 전송할 데이터를 데이터 변환 모듈이 이진화한 후 2비트씩 그룹화하여 상기 광원의 개수에 대응되는 개수의 서로 상이한 코드로 변환하는 단계와, 상기 광원의 개수에 대응되는, 서로 상이한 기준 광량으로 기준 광량 전송 모듈이 상기 광원을 제어하는 단계, 및 상기 데이터 변환 모듈에서 서로 상이한 코드로 변환된 전송할 데이터에 대응되도록 데이터 전송 모듈이 상기 광원을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 광원에서 방출된 수광부가 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 단계는, 상기 광원에서 방출된 광을 광 수신 모듈이 수광하는 단계와, 상기 광 수신 모듈에서 수광된 광량에 대응되는 광 수신 신호를 생성하고, 광원의 개수에 대응되는 개수만큼의 서로 상이한 광 수신 신호가 순차적으로 입광되면 기준 광량 수신 모듈이 이를 기준 광량으로 하는 단계, 상기 기준 광량 수신 모듈이 기준 광량을 수광하면 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식하는 단계, 상기 광 수신 모듈에 광이 수광되지 않으면 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하는 단계, 및 상기 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식한 이후부터, 상기 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식할 때까지 순차적으로 수광된 광량을 데이터 복조 모듈이 상기 기준 광량과 비교하여 코드로 변환하고, 코드로 변환된 광량을 이진화한 후 데이터를 복조하는 단계를 포함한다.
본 발명은 단말기의 커넥터에 광원을 부착하고 Multilevel PAM 방식으로 가시광 통신을 구현하여 고속의 가시광 통신이 가능한 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 OOK변조 방법과 비교하여 전송효율을 높일 수 있었고 기존의 두 가지 전압 값만을 사용한 변조방법에 비해 빠른 전송속도를 가지는 가시광 통신 시스템과 이를 이용한 가시광 통신 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 단말기에 전송할 데이터를 입력하는 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 송신 프레임의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템의 4단계 코드에 따른 광원의 밝기를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 세그멘트를 이용하여 확인한 결과 데이터.
도 6은 본 발명에 따른 가시광 통신 방법의 순서도.
도 7은 가시광 통신 영역의 스펙트럼.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템의 블록도이다.
본 발명에 따른 가시광 통신 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 단말기(100)와, 단말기(100)에 장착되는 광원(200), 단말기(100)에 구비되어 광원(200)을 제어하는 제어 모듈(110), 및 광원(200)에서 출사된 광을 데이터로 변환하는 수신부(300)를 포함한다.
단말기(100)는 제어 모듈(110)의 제어에 따라 광원(200)에 신호를 인가하기 위한 것으로서, 본 발명은 단말기(100)로 스마트폰을 예시한다. 본 발명은 모든 스마트폰을 단말기(100)로 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 스마트폰 중에서도 안드로이드 기반의 스마트폰을 예시한다.
광원(200)은 단말기(100)와 별도로 제작되어 제어 모듈(110)의 제어에 따라 광을 방출한다. 이러한 광원(200)은 스마트폰의 데이터 커넥터, 예를 들어, 마이크로 5핀(micro 5pin)에 부착되는 것을 예시한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 아이폰의 경우 8핀 커넥터에 광원(200)이 부착될 수도 있다. 즉, 본 발명의 광원(200)은 스마트폰으로부터 신호와 전원을 인가받을 수 있는 어떠한 커넥터에도 부착될 수 있다. 물론, 광원(200)은 단말기(100)와 일체로 구비될 수도 있다. 이러한 광원(200)은 4개의 발광 다이오드, 즉, 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개 이상의 발광 다이오드가 구비될 수 있다. 즉, 본 발명이 후술된 바와 같이, 4단계의 밝기가 아닌 그 이하 또는 그 이상일 경우, 해당 단계를 표현할 수 있는 개수의 발광 다이오드가 구비되는 것이 바람직하다.
제어 모듈(110)은 광원(200)을 제어하기 위한 것으로서, 전송하고자 하는 데이터를 광원(200)을 점멸하기 위한 신호로 변환하는 데이터 변환 모듈(112)과, 기준 광량 전송 모듈(114), 데이터 전송 모듈(116)을 포함한다.
데이터 변환 모듈(112)은 전송하고자 하는 데이터를 광원(200) 점멸 신호로 변환하며, 이를 위해서, 데이터 변환 모듈(112)은 이진수 변환 모듈(112a)과, 코드 변환 모듈(112b)을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 단말기에 전송할 데이터를 입력하는 예시도이다.
이진수 변환 모듈(112a)은 전송하고자 하는 데이터를 이진수로 변환한다. 이는 예를 들어, 3890이 전송하고자 하는 데이터일 경우, 이진수 변환 모듈(112a)은 이를 0011100010010000으로 변환한다. 또한, 변환된 이진수 변환 모듈(112a)은 코드 변환 모듈(112b)에 전달된다. 이때, 전송하고자 하는 데이터는 도 2에 도시된 바와 같이, 어플리케이션의 형태로 단말기에 구비될 수 있으며, 한글, 영어를 포함하는 외국어, 숫자, 특수문자, 기호 등을 입력할 수 있다.
표 1은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 2비트 이진수에 해당하는 코드표이다.
2비트 이진수 코드
00 1
01 2
10 3
11 4
코드 변환 모듈(112b)은 이진수 변환 모듈(112a)에서 변환된 이진수를 코드로 변환한다. 이는 이진수를 2비트씩 순서대로 묶어 코드를 부여한다. 표 1을 참조하면, 본 발명에서 이진수 00은 코드 1로 변환되며, 01은 2로 변환된다. 또한, 10은 3으로 변환되며 11은 4로 변환된다.
도 3은 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 송신 프레임의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템의 4단계 코드에 따른 광원의 밝기를 설명하기 위한 개념도이다.
기준 광량 전송 모듈(114)은 광원(200)이 실질적인 데이터를 전송하기 전 데이터 복조를 위한 기준 광량을 전송한다. 이는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 데이터 송신 프레임의 구성이 기준 광량 정보와 데이터 및 종료로 구성되어 있다. 여기서, 본 발명은 광원(200)의 점멸 속도가 아니라 광량으로 데이터를 전송하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240)가 4단계의 코드에 해당하는 서로 상이한 4단계의 광량으로 발광한다. 코드 2는 코드 1의 2배의 광량이며, 코드 3은 코드 1의 3배의 광량이다. 또한, 코드 4는 코드 1의 4배의 광량이다. 즉, 제 1 발광 다이오드(210)는 코드 1에 해당하는 1배의 광량, 제 2 발광 다이오드(220)는 제 1 발광 다이오드(210)의 2배 광량, 제 3 발광 다이오드(230)는 제 1 발광 다이오드(210)의 3배 광량, 제 4 발광 다이오드(240)는 제 1 발광 다이오드(210)의 4배 광량으로 순차적으로 발광하여 기준 광량을 전송할 수 있다. 물론, 본 발명은 기준 광량 전송 모듈(114)이 4개의 발광 다이오드가 서로 상이한 4단계의 광량으로 순차적으로 발광하도록 하여 기준 광량을 전송하지 않고, 하나의 발광 다이오드의 광량을 4단계로 하여 기준 광량을 전송할 수도 있다. 또한, 코드 간 광량은 1배씩 차이나는 것으로 예시하였으나, 이는 예시일뿐이며, 코드 간 광량은 1배 이상 또는 그 이하의 차이를 가질 수도 있다. 즉, 본 발명은 광 수신 모듈(310)에서 인식할 수 있을 정도로, 코드 간 광량이 서로 상이하면 된다.
데이터 전송 모듈(116)은 기준 광량 전송 모듈(114)에 의해 기준 광량을 전송한 후, 실질적인 정보 프레임, 즉, 데이터를 전송한다. 이는 코드 변환 모듈(112b)에 의해 변환된 데이터에 따라 광원(200)이 점멸되도록 하여 수행할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240)는 변환된 코드에 따른 밝기로 순차적으로 점멸할 수 있다. 이때, 본 발명은 데이터가 전송되는 동안 모든 발광 다이오드가 동시에 꺼지는 경우가 발생되지 않도록, 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240) 중 적어도 하나 이상의 발광 다이오드가 켜지도록 한다. 이는 모든 발광 다이오드가 꺼지면 수신부(300)가 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하기 때문이다. 또한, 기준 광량과 데이터 전송에 따른 광원(200)의 점멸은 일정한 빠르기로 이루어지며, 수신부(300) 역시 상기 일정한 빠르기로 광원의 점멸을 구분하여 원래의 데이터를 복조할 수 있다.
수신부(300)는 광원(200)에서 방출된 광을 수신하여 원래의 데이터로 복조한다. 이러한 수신부(300)는 광원(200)에서 방출된 광을 수신하는 광 수신 모듈(310)과, 수신된 광의 광량을 기반으로 원래의 데이터를 복조하는 복조 모듈(320)을 포함한다.
광 수신 모듈(310)은 광원(200)에서 방출된 광을 수광하고, 수광된 광의 광량에 따라 신호, 즉, 광 수신 신호를 생성하여 복조 모듈(320)에 전달한다. 본 발명은 광 수신 모듈(310)로 포토 다이오드를 예시한다.
복조 모듈(320)은 광 수신 모듈(310)에서 생성된 광 수신 신호와 기준 광량을 기반으로 원래의 데이터를 복조한다. 이를 위해서 복조 모듈(320)은 기준 광량을 수신하는 기준 광량 수신 모듈(322)과, 데이터 전송 시작 판단 모듈(324), 데이터 전송 종료 판단 모듈(326), 및 데이터 복조 모듈(328)을 포함한다.
기준 광량 수신 모듈(322)은 광 수신 모듈(310)이 수신한 광 중 기준 광량을 구분하여 수신한다. 기준 광량 수신 모듈(322)은 광 수신 모듈(310)이 서로 광량이 상이한 4개의 광을 순차적으로 수광한 경우, 이를 기준 광량으로 인식한다. 물론, 기준 광량이 수신되기 전에는 광 수신 모듈(310)에 광이 입광되지 않아야 한다. 본 발명은 4개의 발광 다이오드가 모두 꺼지면, 즉, 광 수신 모듈(310)에 광이 수광되지 않으면 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하고, 다시 서로 광량이 상이한 4개의 광이 광 수신 모듈(310)에 순차적으로 입광되면 데이터 전송이 시작된 것으로 인식하여 상기 서로 광량이 상이한 4개의 광을 기준 광량으로 둔다. 물론, 가장 광의 세기가 작은 광이 코드 1의 기준 광량이 되며, 광의 세기가 커질수록 높은 코드의 기준 광량이 된다.
데이터 전송 시작 판단 모듈(324)은 기준 광량 수신 모듈(322)이 기준 광량을 수신하면, 데이터 전송 판단 모듈은 데이터 전송이 시작된 것으로 인지한다. 즉, 광원(200)의 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240)가 순차적으로 코드 1 내지 코드 4의 밝기로 점등되면, 기준 광량 수신 모듈(322)이 이를 수광하여 기준 광량으로 정하고, 데이터 전송 판단 모듈은 데이터 전송이 시작된 것을 인지하여 광 수신 모듈(310)에서 생성된 광 수신 신호를 데이터 복조 모듈(328)에 전달한다. 즉, 본 발명은 기준 광량이 수신되지 않으면 데이터 전송이 사작되지 않은 것으로 인지한다.
데이터 전송 종료 판단 모듈(326)은 광 수신 모듈(310)에서 광이 수광되지 않으면 데이터 전송이 종료된 것으로 판단한다. 즉, 본 발명은 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240) 중 적어도 어느 하나가 발광하도록하며, 제 1 내지 제 4 발광 다이오드(210, 220, 230, 240)가 모두 꺼지면 데이터 전송이 종료된 것으로 판단한다.
데이터 복조 모듈(328)은 광 수신 신호를 데이터 변환 모듈(112)에 의해 변환되기 이전의 원래 데이터로 복조한다. 이때, 데이터의 복조는 데이터 변환 모듈(112)에 의해 진행되는 변환 과정의 역순이다. 즉, 데이터 복조 모듈(328)은 기준 광량에 따라 광 수신 신호에 코드를 부여하고, 해당 코드를 2비트 이진수로 다시 변환한다. 또한, 변환된 2비트 이진수를 원래의 데이터로 변환한다.
표 2는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템을 실험한 송신 및 수신된 값의 결과표이고, 도 5는 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템에서 세그멘트를 이용하여 확인한 결과 데이터이다.
가시광 통신에 사용 된 데이터 : 0734
전송
데이터		 Multilevel PAM 데이터 빛의 세기 (전압) 복조
데이터
정보비트 1에서 4까지의 코드 값 1 100 (0.46V) 복조를 위한 정보 비트
2 198 (0.92V)
3 312 (1.44V)
4 498 (2.3V)
0 1 102 (0.47V) 0
0 0
0 1 102 (0.47V) 0
0 0
0 2 200 (0.93V) 0
1 1
1 4 501 (2.33V) 1
1 1
0 1 96 (0.44V) 0
0 0
1 4 512 (2.36V) 1
1 1
0 2 197 (0.92V) 0
1 1
0 1 96 (0.44V) 0
0 0
end 0 46 end
표 2를 참조하면, 실험을 위해 데이터 변환 모듈에 입력된 데이터는 0734이다. 이를 변환하여 광원을 통해 전송하였으며, 우선, 코드 1 내지 코드 4에 해당되는 밝기로 광원을 점멸시켜 기준 광량을 전송하였다. 또한, 기준 광량 이후에 실질적인 데이터를 전송하였으며, 최종적으로 광원을 오프시켜 데이터 전송이 종료되었음을 인식시켰다. 결과적으로, 전송 데이터와 복조 데이터는 정확하게 일치되었으며, 도 5에 도시된 바와 같이 세그멘트(Segment)를 이용하여 확인할 수 있었다.
본 발명은 고속 스마트폰 가시광 통신을 위해 스마트폰 마이크로 5핀에 광원, 즉, 발광 다이오드 모듈을 부착하여 Multilevel PAM 가시광 통신을 구현하였으며 구현된 모듈을 이용하여 여러 종류의 스마트폰을 사용하여 실험을 수행하였다. 스마트폰의 마이크로 5핀을 사용했을 시 스마트폰의 종류에 무관하게 일정한 스위칭(switching) 속도와 스위칭 주기를 가졌으며 스마트폰에 부착된 발광 다이오드를 사용한 가시광 통신과 비교하여 마이크로 5핀을 부착하여 Multilevel PAM을 적용하였을 경우 고속의 가시광 통신 데이터 전송이 가능하였다. 또한, OOK변조 방법과 비교하여 전송효율을 높일 수 있었고 기존의 두 가지 전압 값만을 사용한 변조방법에 비해 빠른 전송속도를 보였다. 향후 더 많은 발광 다이오드를 사용하여 본 발명에서 제안하는 레벨의 수보다 많은 레벨을 사용하여 가시광 데이터 전송 속도를 더 크게 증가시킬 수 있을 것이다.
다음은 본 발명에 따른 가시광 통신 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템의 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 가시광 통신 방법의 순서도이다.
본 발명에 따른 가시광 통신 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 전송할 데이터를 입력받는 단계(S1)와, 멀티레벨 펄스 진폭 변조 방식으로 변조하는 단계(S2), 변조된 데이터 값에 따라 광원을 제어하는 단계(S3), 포토 다이오드를 이용하여 수신하는 단계(S4), 4단계로 전송된 광의 세기 값을 구분하는 단계(S5), 및 데이터 값을 복원하는 단계(S6)를 포함한다.
전송할 데이터를 입력받는 단계(S1)는 단말기의 입력 도구를 이용하여 사용자로부터 데이터 변환 모듈이 전송할 데이터를 입력받는다.
멀티레벨 펄스 진폭 변조 방식으로 변조하는 단계(S2)는 전송할 데이터를 입력받는 단계(S1)에서 입력받은 전송할 데이터를 멀티레벨 펄스 진폭 변조 방식으로 변조한다. 이는, 전송할 데이터를 이진수로 변환하는 단계와, 이진수로 변환된 데이터를 코드 변환하는 단계를 포함한다.
전송할 데이터를 이진수로 변환하는 단계는 전송할 데이터를 입력받는 단계(S1)에서 입력받은 전송할 데이터를 이진수 변환 모듈이 이진수로 변환한다.
이진수로 변환된 데이터를 코드 변환하는 단계는 전송할 데이터를 이진수로 변환하는 단계에서 변환된 이진수를 코드 변환 모듈이 2비트씩 순서대로 묶어서 코드화 한다. 이때, 코드는 1~4의 코드가 있으며, 00은 코드 1, 01은 코드 2, 10은 코드 3, 11은 코드 4로 변환된다.
변조된 데이터 값에 따라 광원을 제어하는 단계(S3)는 코드화된 데이터에 따라 광원을 제어하여 점멸시킨다. 이를 위해서, 변조된 데이터 값에 따라 광원을 제어하는 단계(S3)는 기준 광량을 전송하는 단계와 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
기준 광량을 전송하는 단계는 기준 광량 전송 모듈이 다수개의 발광 다이오드를 제어하여 데이터 복조를 위한 기준값인 기준 광량을 전송한다. 본 발명은 4개의 발광 다이오드를 예시하였으며, 이에 따라 코드도 4개 이므로 기준 광량도 4개가 된다. 또한, 기준 광량은 코드 1 내지 코드 4에 대응되도록 서로 광량이 상이하며, 본 발명은 전술된 바와 같이, 코드 1 내지 코드 4가 1배씩 광량이 높아지도록 하였다.
데이터를 전송하는 단계는 기준 광량을 전송하는 단계에서 기준 광량을 전송한 후, 실질적인 데이터를 전송한다. 이때, 전송되는 데이터 역시 코드 1 내지 코드 4에 대응되는 광량으로 광원을 통해 전송된다.
포토 다이오드를 이용하여 수신하는 단계(S4)는 변조된 데이터 값에 따라 광원을 제어하는 단계(S3)를 통해 전송된 기준 광량과 데이터를 광 수신 모듈, 즉, 포토 다이오드를 이용하여 수신한다.
4단계로 전송된 광의 세기 값을 구분하는 단계(S5)는 포토 다이오드에 수광된 광을 4단계로 구분한다. 이는 수신된 기준 광량을 기반으로 데이터를 4단계로 구분할 수 있다. 즉, 기준 광량이 4단계로 구분되어 있으므로, 4단계로 구분된 기준 광량에 매칭되도록 데이터를 구분하면 4단계로 구분할 수 있다. 이때, 기준 광량과 데이터가 정확하게 매칭하지 않을 수도 있으므로, 기준 광량은 하나의 값이 아닌 범위값이 되는 것이 효과적이다.
데이터 값을 복원하는 단계(S6)는 4단계로 전송된 광의 세기 값을 구분하는 단계(S5)에서 4단계로 구분된, 즉, 코드 1 내지 코드 4로 구분된 값을 이진화한 후 원래의 데이터로 복조한다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 단말기 110: 제어 모듈
112: 데이터 변환 모듈 112a: 이진수 변환 모듈
112b: 코드 변환 모듈 114: 기준 광량 전송 모듈
116: 데이터 전송 모듈 200: 광원
210: 제 1 발광 다이오드 220: 제 2 발광 다이오드
230: 제 3 발광 다이오드 240: 제 4 발광 다이오드
300: 수신부 310: 광 수신 모듈
320: 복조 모듈 322: 기준 광량 수신 모듈
324: 데이터 전송 시작 판단 모듈
326: 데이터 전송 종료 판단 모듈 328: 데이터 복조 모듈

Claims (7)

  1. 광원이 구비되며 전송할 데이터를 입력받는 단말기와,
    상기 전송할 데이터에 대응되도록 상이한 광량으로 상기 광원을 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 상기 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 제어 모듈, 및
    상기 광원에서 방출된 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 수신부를 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 전송할 데이터를 이진화한 후 2비트씩 그룹화하여 상기 광원의 개수에 대응되는 개수의 서로 상이한 코드로 변환하는 데이터 변환 모듈과, 상기 광원의 개수에 대응되는, 서로 상이한 기준 광량으로 상기 광원을 제어하는 기준 광량 전송 모듈, 및 상기 데이터 변환 모듈에서 서로 상이한 코드로 변환된 전송할 데이터에 대응되도록 상기 광원을 제어하는 데이터 전송 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은 다수개의 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 단말기의 커넥터에 탈착되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 광원에서 방출된 광을 수광하는 광 수신 모듈과,
    상기 광 수신 모듈에서 수광된 광량에 대응되는 광 수신 신호를 생성하고, 광원의 개수에 대응되는 개수만큼의 서로 상이한 광 수신 신호가 순차적으로 입광되면 이를 기준 광량으로 하는 기준 광량 수신 모듈,
    상기 기준 광량 수신 모듈이 기준 광량을 수광하면 데이터 전송이 시작된 것으로 인식하는 데이터 전송 시작 판단 모듈,
    상기 광 수신 모듈에 광이 수광되지 않으면 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하는 데이터 전송 종료 판단 모듈, 및
    상기 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식한 이후부터, 상기 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식할 때까지 순차적으로 수광된 광량을 상기 기준 광량과 비교하여 코드로 변환하고, 코드로 변환된 광량을 이진화한 후 데이터를 복조하는 데이터 복조 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
  5. 사용자로부터 단말기가 전송할 데이터를 입력받는 단계와,
    상기 전송할 데이터에 대응되도록 제어 모듈이 광원을 상이한 광량으로 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 단계, 및
    상기 광원에서 방출된 수광부가 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 단계를 포함하며,
    상기 전송할 데이터에 대응되도록 제어 모듈이 광원을 상이한 광량으로 제어하며, 상기 상이한 광량의 기준 광량으로 광원을 제어하여, 기준 광량과 상기 전송할 데이터를 전송하는 단계는, 상기 전송할 데이터를 데이터 변환 모듈이 이진화한 후 2비트씩 그룹화하여 상기 광원의 개수에 대응되는 개수의 서로 상이한 코드로 변환하는 단계와, 상기 광원의 개수에 대응되는, 서로 상이한 기준 광량으로 기준 광량 전송 모듈이 상기 광원을 제어하는 단계, 및 상기 데이터 변환 모듈에서 서로 상이한 코드로 변환된 전송할 데이터에 대응되도록 데이터 전송 모듈이 상기 광원을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 수광부가 광을 수광하며, 상기 기준 광량에 따라 상기 전송할 데이터를 복조하는 단계는,
    상기 광원에서 방출된 광을 광 수신 모듈이 수광하는 단계와,
    상기 광 수신 모듈에서 수광된 광량에 대응되는 광 수신 신호를 생성하고, 광원의 개수에 대응되는 개수만큼의 서로 상이한 광 수신 신호가 순차적으로 입광되면 기준 광량 수신 모듈이 이를 기준 광량으로 하는 단계,
    상기 기준 광량 수신 모듈이 기준 광량을 수광하면 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식하는 단계,
    상기 광 수신 모듈에 광이 수광되지 않으면 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식하는 단계, 및
    상기 데이터 전송 시작 판단 모듈이 데이터 전송이 시작된 것으로 인식한 이후부터, 상기 데이터 전송 종료 판단 모듈이 데이터 전송이 종료된 것으로 인식할 때까지 순차적으로 수광된 광량을 데이터 복조 모듈이 상기 기준 광량과 비교하여 코드로 변환하고, 코드로 변환된 광량을 이진화한 후 데이터를 복조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
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