KR101610750B1

KR101610750B1 - 가시광 통신시스템 및 신호 전송 방법

Info

Publication number: KR101610750B1
Application number: KR1020117014621A
Authority: KR
Inventors: 아쯔야 요코이
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2016-04-12
Also published as: CN102224692B; CN102224692A; WO2010062092A2; EP2353225A4; US20110229147A1; EP2353225A2; US9276676B2; KR20110099266A; WO2010062092A3; JP5185087B2; JP2010130029A; EP2353225B1

Abstract

본 발명은, WDM 방식에 비하여 전송 속도를 향상시킴과 동시에, 색간 간섭에 의한 영향을 제거하여 통신 품질을 향상시키는 가시광 통신시스템을 제공한다. 이에 따른 가시광 통신시스템(LS2)에 포함되는 송신장치(100)는, 발광색이 다른 복수의 LED에 대하여, 송신 정보로 변조된 OFDM 신호의 각 캐리어 신호 성분을 할당한다. 이 때, 각 캐리어신호가 정보 변조되어 있는 것에 더하여, LED에 캐리어 신호를 할당할 때의 캐리어 주파수와 LED 파장의 조합에도 정보가 부가된다.

Description

가시광 통신시스템 및 신호 전송 방법{VISIBLE RAY COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING SIGNAL}

본 발명은 가시광 통신시스템 및 가시광 통신시스템에서의 신호 전송방법에 관한 것이다.

최근, 가시광 영역의 빛을 이용한 광통신 기술에 많은 주목이 모이고 있다. 특히, 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode) 등의 발광소자를 이용한 조명 장치의 보급이 급속히 진행되고 있는 상황을 배경으로 하여, 옥내외에 설치된 조명장치 등의 인프라(infrastructure)를 활용하여, 편리성이 많은, 보다 고속의 데이터통신을 실현하기 위한 기술개발이 진행되고 있다.

고속 광 데이터 통신에 이용되는 발광 수단으로서는, 인체나 의료기기 등에 대한 영향을 고려하면 LED가 가장 유력한 후보가 된다. 한편, 보다 고속의 응답 성능을 가지는 레이저 다이오드(ＬＤ;Laser Diode)나 초발광 다이오드(ＳＬＤ;Super Luminescent Diode) 등의 반도체 발광소자도 후보로 거론되고 있다. 광통신에 있어서의 데이터 전송 속도는, 발광소자의 응답 속도에 의존한다. 그 때문에, 이러한 응답 속도가 높은 발광소자에도 주목이 모이고 있는 것이다.

또한 데이터 전송 속도를 더욱 향상시키기 위해서, 발광소자가 발하는 1시그널 사이에 많은 데이터를 안정되게 전송하는 기술도 요구되고 있다. 이러한 광통신기술에 관하여, 예를 들면, 일본의 특허 공개공보 평2008-252444호에는, OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 신호의 시간축을 공간 방향으로 할당하는 것에 의해, 공간 간섭을 제거하는 기술이 개시되어 있다.

OFDM 방식을 이용하면, 주파수 이용 효율 및 멀티패스 내성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 무선통신 시스템(예를 들면, 무선 ＬＡＮ)이나 유선통신 시스템 (예를 들면, ＡＤＳＬ)에서 널리 이용되고 있다. 가시광 통신에 있어서도, OFDM 방식을 적용하는 것으로 통신 품질의 향상이 기대된다. 그러나 OFDM 방식에는, ＰＡＰＲ(Peak to Average Power Ratio)이 커지는 문제가 있다. 즉, 송신기 및 수신기에 큰 다이내믹 레인지(dynamic range)가 요구된다.

OFDM 방식을 가시광 통신에 적용하는 경우, 가시광 통신의 송신수단인 LED에는, 대단히 큰 전류가 흐르게 된다. 예를 들면, LED에는, 수 100mA∼수 A 정도의 전류가 흐른다. 그 때문에, 송신측에 대단히 넓은 다이내믹 레인지의 신호를 다루는 것이 가능한 드라이브 회로를 설치하는 것이 필요하게 된다. 그러나 통상, LED는 일정 광량의 발광을 목적으로 하기 때문에, 다이내믹 레인지가 큰 신호를 다루기 위해서는 특별한 소자가 필요하게 되어, 현실적이지 않다. 그 때문에, 본 발명에서는, 발광 수단에 대하여 큰 다이내믹 레인지로의 성능요구를 하지 않고 OFDM 방식에 의해 얻을 수 있는 통신 품질의 향상 효과를 가질 수 있는 새로운 방식을 개발하였다.

OFDM 방식을 가시광 통신에 적용할 경우, 송신측에서는, 직병렬 변환으로 캐리어 수만큼의 송신 데이터가 생성되고, 각 송신 데이터가 캐리어 신호에 할당된 후에 가산되고, 해당 가산 후의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 1개의 LED가 발광 제어된다. 그러나 상기의 새로운 방식의 경우, 각 송신 데이터가 캐리어 신호에 할당된 후, 가산 처리가 실행되지 않고, 캐리어마다의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 각 캐리어에 대응하는 LED가 발광 제어된다. 그 결과, 각 LED 및 LED 구동 회로에 부과되는 다이내믹 레인지의 성능요구가 완화된다. 또한 발광 수단으로서 서로 다른 색의 LED를 이용하고, 수광수단으로서 서로 다른 색의 ＰＤ(Photo Diode)를 이용함으로써, 수광수단에 부과되는 다이내믹 레인지의 성능요구도 완화할 수 있다.

또한, 서로 발광색(광 주파수)이 다른 복수의 LED를 사용할 경우, LED 및 ＰＤ 등의 주파수 특성에 기인하여 발생하는 색간 간섭의 영향이 우려되지만, 상기한 바와 같이 캐리어 간에서 직교성이 있기 때문에, 색간 간섭에 의한 영향이 억제된다. 그 때문에, 다중화수(색수)를 어느 정도 증대시키는 것이 가능하게 되고, 전송 속도를 향상시킬 수 있다. 그러나 다중화수의 증가에 따라 색간의 주파수가 근접하여 색간 간섭의 영향이 증가하므로, 다중화수의 증가에 의한 전송 속도의 향상 효과에는 한계가 있다. 이러한 이유로, 전송 속도를 보다 향상시키기 위해서, 같은 다중화수로, 보다 많은 데이터를 전송하는 기술이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명이 목적으로 하는 것은, 발광 수단에 대하여 큰 다이내믹 레인지로의 성능 요구를 부과하지 않고 OFDM 방식에 의해 얻을 수 있는 통신 품질의 향상을 도모함과 동시에, 같은 다중화수로, 보다 많은 데이터를 전송하는 것이 가능한, 신규이고 개량된 가시광 통신시스템 및 신호 전송 방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 다음과 같은 송신장치 및 수신장치를 포함하는 가시광 통신시스템이 제공된다.

상기의 송신장치는, 서로 다른 색의 빛을 발광하는 복수의 발광소자, 송신 데이터를 직병렬 변환하여 캐리어 수만큼(N개)의 제1 데이터 열 및 제2 데이터 열을 출력하는 직병렬 변환부, 상기 직병렬 변환부에서 출력된 Ｎ개의 제1 데이터 열을 각각 소정의 다치수로 변조해서 N개의 변조 신호를 생성하는 변조부, 상기 변조부에서 생성된 Ｎ개의 변조 신호에 대하여, 서로 직교하는 캐리어 주파수를 가지는 Ｎ개의 정현파(sine wave) 신호를 각각 승산하여 N개의 캐리어 신호를 생성하는 정현파 신호 승산부, 상기 정현파 신호 승산부에서 생성된 상기 N개의 캐리어 신호를 상기 제2 데이터 열에 의거하여 상기 복수의 발광소자에 할당하고, 같은 발광소자에 할당된 캐리어 신호를 가산하여 상기 발광소자의 수만큼 송신신호를 생성하는 캐리어 할당부 및 상기 캐리어 할당부에서 생성된 각 송신신호의 신호 진폭에 따른 발광 강도로, 해당 각 송신신호에 대응하는 발광소자를 발광시키는 발광 제어부를 가진다.

이와 같이, 상기의 송신장치는, 다른 색으로 발광하는 복수의 발광소자를 이용하여 가시광 통신을 실현하는 것이다. 또한, 상기의 송신장치는, 송신 데이터를 복수의 캐리어 신호로 변조하여 송신함과 동시에, 각 캐리어 신호와 각 색(각 발광소자)과의 대응 관계에 제2 데이터 열을 할당하여 송신한다. 그 때문에, 제2 데이터 열 만큼, 통상의 WDM 방식에 비해서 많은 데이터를 전송하는 것이 가능하게 되고, 전송 속도의 향상 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 직교하는 캐리어 주파수에 제1 데이터 열을 할당하여 송신하기 위해서, OFDM 방식에 특유의 뛰어난 통신 성능을 얻을 수 있다. 특히, 캐리어 주파수의 직교성으로부터, 통상의 WDM 방식에서 문제가 되는 색간 간섭의 영향이 제거되어, 통상의 WDM 방식에 비하여 전송 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 상기의 수신장치는, 서로 색이 다른 빛을 수광하여 각 색의 수신신호를 출력하는 복수의 수광소자, 상기 각 수광소자로부터 출력된 수신신호에 대하여, 상기 N개의 정현파 신호를 이용해서 FFT 처리를 하는 것에 의해 상기 변조신호를 색마다 추출하는 FFT부, 상기 FFT부에서 추출된 변조신호를 복조하여 상기 제1데이터 열을 복원하는 복조부, 상기 FFT부에서 추출된 변조신호에 의거하여 상기 각 캐리어 신호와 상기 각 색의 발광소자 사이의 대응 관계를 검출하고, 해당 검출결과에 의거하여 상기 제2 데이터 열을 복원하는 제2 데이터열 복원부 및 상기 복조부 및 상기 제2 데이터열 복원부에서 복원된 제1 및 제2 데이터 열을 병직렬 변환하여 원래의 송신 데이터를 복원하는 병직렬 변환부를 가진다.

이와 같이, 상기의 수신장치는, 다른 색의 빛을 수광하는 복수의 수광소자를 이용하여 가시광 통신을 실현하는 것이다. 또한, 상기의 수신장치는, 각 색의 수신신호에 대하여 FFT 처리를 하고, 각 색의 송신신호에 포함되는 캐리어 신호를 추출한다. 그 때문에, 색마다 실행되는 FFT 처리의 출력 결과에 의거하여, 각 캐리어 신호가 어느 발광소자(색)에 할당되었는지를 검출할 수 있다. 그래서, 상기의 수신장치는, 각 색의 수신신호에 대하여 실시되는 FFT 처리의 출력 결과에 근거하여 제2 데이터 열을 복원한다. 또한, 상기의 수신장치는, 각 캐리어 신호로부터 제1 데이터 열을 복원한다. 아울러, 이와 같이 하여 복원된 제1 및 제2 데이터 열로부터 원래의 송신 데이터가 복원된다. 이렇게, 제2 데이터 열만큼 많은 데이터량이 전송된다. 그 결과, WDM 방식에 비해 전송 속도를 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 캐리어 할당부는, 상기 각 캐리어 신호가 입력되는 입력 단자 및 상기 복수의 발광소자에 각각 대응하는 복수의 출력 단자를 가지며, 상기 입력 단자에 입력된 각 캐리어 신호의 출력처를 어느 하나의 상기 출력 단자로 절환하는 Ｎ개의 스위치와, 상기 제2 데이터 열에 의거하여 상기 각 스위치를 제어하고, 상기 각 스위치에 입력된 캐리어 신호의 출력처를 제어하는 스위치 제어부와, 상기 N개의 스위치에 대해서, 같은 상기 발광소자에 대응하는 출력 단자로부터 출력된 캐리어 신호를 가산하는 상기 발광소자와 같은 수의 가산부로 구성되어도 된다. 또한, 상기 캐리어 할당부는, 1개의 상기 캐리어 신호가 복수의 상기 발광소자에 할당되지 않도록 상기 각 캐리어 신호의 할당 처리를 실행하도록 구성되어도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 다른 색에 같은 캐리어 주파수의 캐리어 신호를 포함하는 송신신호가 할당되지 않게 되며, 색간 간섭의 영향이 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 상기 제2 데이터열 복원부는, 상기 N개의 캐리어 신호의 각각에 대하여, 상기 각 색의 수신신호에 포함되는지를 판정하는 신호 판정부와, 상기 신호 판정부에 의한 판정 결과에 의거하여 상기 각 색과 상기 각 캐리어 신호와의 조합을 검출하고, 해당 조합으로부터 상기 제2 데이터 열을 복원하는 데이터 복원부를 포함하도록 구성하는 것이 가능하다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 서로 다른 색의 빛을 발광하는 복수의 발광소자를 가지는 송신장치가, 송신 데이터를 직병렬 변환하여 캐리어 수만큼(N개)의 제1 데이터 열 및 제2 데이터 열을 출력하는 직병렬 변환단계와, 상기 직병렬 변환단계에서 출력된 Ｎ개의 제1 데이터 열을 각각 소정의 다치수(multi-valued number)로 변조하여 N개의 변조신호를 생성하는 변조단계와, 상기 변조단계에서 생성된 Ｎ개의 변조신호에 대하여, 서로 직교하는 캐리어 주파수를 가지는 Ｎ개의 정현파 신호를 각각 승산하는 정현파신호 승산단계와, 상기 정현파신호 승산단계의 승산처리로 생성된 Ｎ개의 캐리어 신호를 상기 제2 데이터 열에 의거하여 상기 복수의 발광소자에 할당하는 단계와, 상기 할당하는 단계에서 같은 발광소자에 할당된 캐리어 신호를 가산하여 상기 발광소자의 수만큼 송신신호를 생성하는 단계와, 상기 송신신호를 생성하는 단계에서 생성된 각 송신신호의 신호진폭에 따른 발광 강도로, 해당 각 송신신호에 대응하는 발광소자를 발광시키는 발광 제어단계를 포함하는 신호 전송 방법이 제공된다.

또한, 상기의 신호 전송 방법에는, 서로 색이 다른 빛을 수광하여 각 색의 수신신호를 출력하는 복수의 수광소자를 가지는 수신장치가, 상기 각 수광소자로부터 출력된 수신신호에 대하여, 상기 N개의 정현파 신호를 이용해서 FFT 처리를 실시하는 것에 의해 상기 변조신호를 색마다 추출하는 FFT 단계와, 상기 FFT 스텝에서 추출된 변조신호를 복조해서 상기 제1 데이터 열을 복원하는 복조 단계와, 상기FFT 스텝에서 추출된 변조신호에 의거하여 상기 각 캐리어 신호와 상기 각 색의 발광소자와의 사이의 대응 관계를 검출하고, 해당 검출 결과에 의거하여 상기 제2 데이터 열을 복원하는 제2 데이터열 복원단계와, 상기 복조 단계 및 상기 제2 데이터열 복원단계에서 복원된 제1 및 제2 데이터 열을 병직렬 변환하여 원래의 송신 데이터를 복원하는 병직렬 변환단계가 포함된다.

이와 같이, 상기의 송신장치는, 다른 색으로 발광하는 복수의 발광소자를 이용하여 가시광 통신을 실현하는 것이다. 또한, 상기의 송신장치는, 송신 데이터를 복수의 캐리어 신호로 변조하여 송신함과 동시에, 각 캐리어 신호와 각 색(각 발광소자)과의 대응 관계에 제2 데이터 열을 할당하여 송신한다. 그 때문에, 제2 데이터 열 만큼, 통상의 WDM 방식에 비해서 많은 데이터를 전송하는 것이 가능하게 되고, 전송 속도의 향상 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 직교하는 캐리어 주파수에 제1 데이터 열을 할당하여 송신하기 위해서, OFDM 방식에 특유의 뛰어난 통신 성능을 얻을 수 있다. 특히, 캐리어 주파수의 직교성으로부터, 통상의 WDM 방식에서 문제가 되는 색간 간섭의 영향이 제거되어, 통상의 WDM 방식에 비하여 전송 품질을 크게 향상시킬 수 있다. 또, 상기의 수신장치는, 다른 색의 빛을 수광하는 복수의 수광소자를 이용하여 가시광 통신을 실현하는 것이다. 또한, 상기의 수신장치는, 각 색의 수신신호에 대하여 FFT 처리를 실시하고, 각 색의 송신신호에 포함되는 캐리어 신호를 추출한다. 그 때문에, 색마다 실행되는 FFT 처리의 출력 결과에 의거하여, 각 캐리어 신호가 어느 발광소자(색)에 할당되었는지를 검출할 수 있다. 그래서, 상기의 수신장치는, 각 색의 수신신호에 대하여 실시되는 FFT 처리의 출력 결과에 근거하여 제2 데이터 열을 복원한다. 또한, 상기의 수신장치는, 각 캐리어 신호로부터 제1 데이터 열을 복원한다. 아울러, 이와 같이 하여 복원된 제1 및 제2 데이터 열로부터 원래의 송신 데이터가 복원된다. 이렇게, 제2 데이터 열만큼 많은 데이터량이 전송된다. 그 결과, WDM 방식에 비해 전송 속도를 향상시킬 수 있는 것이다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 발광 수단에 대하여 큰 다이내믹 레인지로의 성능요구를 부과하지 않고 OFDM 방식에 의해 얻을 수 있는 통신 품질의 향상을 도모함과 동시에, 같은 다중화 수로, 보다 많은 데이터를 전송하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 WDM 방식의 가시광 통신시스템의 시스템 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신시스템의 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 송신장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 캐리어 할당 방식의 일예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 신호 검출부의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기술을 적용하여 얻을 수 있는 효과를 나타낸 도면.

이하에 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 첨부하는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.

[설명의 흐름에 대하여]

여기서, 이하에 기재하는 본 발명의 실시예에 관한 설명의 흐름에 대하여 간단히 설명한다. 우선, 도 1을 참조하면, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 방식을 채용한 가시광 통신시스템(LS1)의 구성에 대해서 설명하고, WDM 방식이 안고 있는 문제점에 대해서 설명한다. 그 중에서, 상기의 실시예가 해결하고자 하는 과제에 대해서 간단히 정리한다. 다음으로, 도 2∼도 4를 참조하여, 상기 실시예에 관련되는 가시광 통신시스템(LS2)의 구성에 대해서 설명한다. 그 후에, 도 6을 참조하면서, 상기 실시예의 기술을 적용하는 것에 의해 얻을 수 있는 효과에 대해서 설명한다.

[과제의 정리]

우선, 본 발명의 일실시예에 관한 기술에 대하여 상세한 설명을 하기에 앞서, 이 실시예가 해결하고자 하는 과제에 대해서 간단히 정리한다.

종래에, LED를 광원으로 하는 가시광 통신시스템에는, 백색 LED를 이용하여 백색광을 발광하는 시스템과, 서로 다른 색을 발광하는 복수의 LED (예를 들면, 빨강R, 초록G, 파랑B의 3원색)을 조합하여 백색광을 발광하는 시스템이 있었다. LED의 특성으로서, RGB 발광의 LED는, 백색 LED보다도 광 변조시의 응답 속도가 빠르다. 또한, 복수의 LED를 채용하는 시스템에 있어서는, 각각의 LED를 다른 데이터로 변조하고, RGB 발광을 조합하는 것으로, 데이터를 고속으로 전송하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 색이 다른 복수의 LED에서 다른 데이터를 전송하는 방식을 색 다중방식 또는 파장 다중방식(WDM)이라고 부를 수 있다. WDM 방식의 가시광 통신 기술에 관해서는, 예를 들면, 일본의 특허 공개공보 평2007-81703호에 기재되어 있다.

여기서, 도 1을 참조하면서, WDM 방식을 채용한 가시광 통신시스템(LS1)의 구성에 대해서 간단히 설명한다. 도 1은, WDM 방식을 채용한 가시광 통신시스템(LS1)의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가시광 통신시스템(LS1)의 송신측에는, S/P 변환부(12), 복수의 드라이버 회로(14) 및 복수의 발광소자(16)가 포함된다. 단, 복수의 발광소자(16) 각각은, 서로 다른 색C1∼Ｃｎ(광 주파수)의 빛을 발광한다. 그리고 가시광 통신시스템(LS1)의 수신측에는, 복수의 수광소자(18), 복수의 복조부(20) 및 P/S 변환부(22)가 구비되어 있다. 단, 복수의 수광소자(18) 각각은, 서로 다른 색C1∼Ｃｎ(광주파수)의 빛을 수광한다. 예를 들면, 발광소자(16)로, 각 색을 발광하는 LED를 이용할 수 있다. 또한, 수광소자(18)로, 각 색을 투과하는 컬러 필터가 구비된 PD를 이용할 수 있다.

가시광 통신시스템(LS1)에 있어서는, 우선, 송신 데이터가 S/P 변환부(12)에 의해 직병렬 변환되어, 발광소자(16)의 개수 n만큼의 병렬 데이터가 생성된다. 즉, 각 색 C1∼Ｃｎ에 할당할 수 있는 병렬 데이터가 생성된다. 그리고 각 병렬 데이터는, 드라이버 회로(14)에 입력된다. 드라이버 회로(14)는, 입력된 병렬 데이터에 따른 발광 강도로 발광소자(16)를 발광시킨다. 각 색 C1∼Ｃｎ의 발광소자(16)에서 발생한 광은, 각 색 C1∼Ｃｎ의 수광소자(18)로 수광된다. 각 수광소자(18)로 대응하는 색의 빛이 수광되면, 그 색의 수광 강도에 따른 신호가 수광소자(18)로부터 출력된다. 각 수광소자(18)로부터 출력되는 신호는, 복조부(20)에서 복조되어, P/S 변환부(22)에 의해 원래의 송신 데이터로 복원된다.

WDM 방식을 채용한 상기의 가시광 통신시스템(LS1)에 있어서는, 다음과 같은 이유로 전송 품질의 열화가 발생한다. 전송 품질의 열화 원인으로서는, 예를 들면, (1)광 전송로에 있어서의 광강도의 감쇠, (2)외란광에 의해 노이즈의 발생, (3)색간에 있어서의 신호 강도의 편차, (4)색간의 신호 간섭을 들 수 있다. 단, (3)의 원인은, 발광소자(16)의 발광강도 특성 및 수광소자(18)의 광감도 특성에 기인하여 발생한다. 또한, (4)의 원인은, 발광소자(16) 및 수광소자(18)의 주파수 특성에 기인하여 발생한다. 이들의 열화 원인 중, WDM 방식에 있어서는, (4)의 원인에 의한 전송 품질의 열화가 크다. 특히, 색 수를 늘려서 다중화수를 증가시켜서 전송 속도의 향상 효과를 얻으려고 하면, (4)의 원인에 의한 전송 품질의 열화가 큰 문제가 된다. 그 이유는, 다중화수를 증가시키면, 각 색의 주파수가 근접하여 색간 간섭이 증대해 버리는 것에 있다. 따라서, 전송 속도를 더 향상시키기 위해서는, 색간 간섭의 영향을 제거하는 것 및 같은 다중화수로 보다 많은 데이터를 전송할 수 있게 하는 것이 요구된다.

<실시 형태>

이하, 본 발명의 일실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예는, 상기의 가시광 통신시스템 LS1이 안고 있는 문제를 해결하고, 색간 간섭의 영향을 제거하면서, 같은 다중화수로 보다 많은 데이터를 전송하는 것을 가능하게 하는 것이다.

[가시광 통신시스템 LS2의 구성]

우선, 도 2를 참조하여, 본 실시예에 관련되는 가시광 통신시스템(LS2)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 실시예에 관한 가시광 통신시스템(LS2)의 하나의 구성예를 나타낸 도면이다. 단, 도 2의 예에 있어서는, 설명의 편의상, 캐리어의 개수, 발광소자((112))의 개수, 수광소자(202)의 개수를 3으로 가정한다. 물론, 본 실시예에 관한 기술은, 캐리어의 개수, 발광소자(112)의 개수, 수광소자(202)의 개수가 3 이상인 경우에 대해서도 적용 가능하다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 가시광 통신시스템(LS2)는, 송신장치(100)와, 수신장치(200)에 의해 구성된다. 송신장치(100)는, S/P 변환부(102)와, 변조부(104)와, 승산기(106)와, 캐리어 할당부(108)와, 드라이버 회로(110)와, 복수의 발광소자(112)를 포함한다. 한편, 수신장치(200)는, 복수의 수광소자(202)와, FFT부(204)와, 신호 검출부(206)와, 복조부(208)와, P/S 변환부(212)를 포함한다. 단, FFT부(204)는, 승산기(232) 및 적분 회로(234)를 포함한다. 또, 도 2의 예에서는, 수광소자 PD(Cg)(202)와 수광소자 PD(Cb)(202)의 출력 신호가 입력되는 각 FFT부(204)의 상세한 구성을 생략해서 나타내고 있다. 단, 어떠한 FFT부(204)도 실질적으로 같은 구성을 가지는 것으로 한다.

우선, 송신 데이터 D는, S/P 변환부(102)에 의해 직병렬 변환된다. 그리고 S/P 변환부(102)로부터 (캐리어 수+1)개의 데이터 열이 출력된다. S/P 변환부(102)로부터 출력되는 각 캐리어에 대응하는 데이터 열은, 변조부(104)에 입력되어, 소정의 다치수(multi-valued number)(예를 들면, 2값)로 변조된다. 그리고, 변조부(104)로부터 변조신호가 출력된다. 한편, 나머지 1개의 데이터 열은, 캐리어 할당용의 제어 데이터 열 Sc로서 캐리어 할당부(108)에 입력된다. 변조부(104)로부터 출력되는, 캐리어마다의 변조신호는, 승산기(106)에 입력된다. 승산기(106)에서는, 변조신호에 각 캐리어 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 캐리어 정현파 신호가 승산된다. 단, 캐리어 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 3개의 캐리어 정현파 신호는, 서로 OFDM 방식으로 하는 직교관계를 가진다.

승산기(106)에서 캐리어 정현파 신호가 승산된 변조신호(이하, 캐리어 신호;S1, S2, S3)는, 캐리어 할당부(108)에 입력된다. 캐리어 할당부(108)에서는, 어느 캐리어를 어느 색에 할당할지가 결정되고, 각 색의 발광 제어에 이용하는 신호가 생성된다. 단, 이 할당 방법에 대해서는, S/P 변환부(102)로부터 입력된 캐리어 할당용의 제어 데이터 열 Sc에 의해 결정된다. 캐리어 할당부(108)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다. 캐리어 할당부(108)에서 각 색에 할당된 신호(이하, 색 할당신호)는, 각 색에 대응하는 드라이버 회로(110)에 입력된다. 색 할당 신호가 입력되면, 드라이버 회로(110)는, 입력된 색 할당 신호에 의거하여 발광소자(112)에 공급되는 전류량을 제어하고, 색 할당신호의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 각 발광소자 (112)를 발광시킨다.

예를 들면, 적색R(광 주파수Ｃｒ)에 할당된 색할당 신호Ｓｒ은, 적색R의 빛을 발광하는 발광소자 LED(Ｃｒ)(112)를 구동하기 위한 드라이버 회로 Dr(110)에 입력된다. 그리고 드라이버 회로 Ｄｒ(110)은, 색 할당 신호 Ｓｒ의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 발광소자 LED(Ｃｒ)(112)를 발광시킨다. 녹색G(광 주파수Ｃｇ), 청색B(광 주파수Ｃｂ)에 할당된 색 할당 신호 Ｓｇ, Ｓｂ에 대해서도 마찬가지이다. 각 발광소자(112)로부터 발생한 빛은, 수신장치(200)가 가지는 각 색의 수광소자(202)로 수광된다. 수광소자(202)로서는, 예를 들면, 각 색의 컬러 필터가 구비된 3개의 ＰＤ를 이용할 수 있다. 각 수광소자(202)에 의해 빛이 수광되면, 각 색의 광강도에 따른 전기신호(이하, 수신신호)가 수광소자(202)로부터 출력된다. 수광소자(202)로부터 출력된 각 색의 수신신호는, 색마다 구비된 FFT부(204)에 입력된다. 각 FFT부(204)는, 각 수신신호에 FFT 처리를 실시해서 각 색의 색 할당 신호에 포함되는 캐리어 주파수 성분을 추출하는 수단이다.

여기서는, 설명의 편의상, 적색R에 대응하는 수광소자 PD(Cr)(202)로부터 출력된 수신신호에 실시되는 FFT 처리에 대해서만 설명하기로 한다. 우선, 수광소자 ＰＤ(Ｃｒ)(202)로부터 출력된 수신신호는, 승산기(232)에 입력된다. 승산기(232)에서는, 수신신호에 대하여 각 캐리어 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 캐리어 정현파 신호가 승산된다. 승산기(232)에서 각 캐리어 정현파 신호가 승산된 수신신호는, 적분 회로(234)에 입력된다. 적분 회로(234)에 있어서는, 승산기(232)의 출력 신호에 대하여, 시간축 상에서 OFDM 심볼 길이(심볼장)(T)까지의 적분 구간에 대해서 적분 연산이 실시되고, 캐리어 주파수 f1, f2, f3의 각각에 대응하는 신호 성분이 추출된다. 그리고, 적분 회로(234)에서 추출된 각 캐리어 주파수 성분은, 신호 검출부(206)에 입력된다. 예를 들면, 적색R에 캐리어 주파수 f1, f2의 캐리어 신호 S1, S2가 할당되어 있을 경우, 신호 검출부(206)에는, 캐리어 신호 S1, S2에 대응하는 신호 성분(변조신호)이 입력된다. 한편, 녹색G, 청색B에 대해서도, 상기의 적색R에 대해서 행해진 것과 실질적으로 같은 처리가 실행된다.

상기한 바와 같이, 각 색의 FFT부(204)에 의해, 각 색의 색할 당 신호에 포함되는 각 캐리어 성분이 분리되어, 각 색의 캐리어 성분이 신호 검출부(206)에 입력된다. 그 때문에, 신호 검출부(206)에서는, 어느 색 할당 신호에, 어느 캐리어 신호가 포함되어 있는지를 검출할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이 신호 검출부(206)에 포함된, 3개의 FFT부(204)로부터 입력되는 합계 9개의 신호(변조신호에 상당)를 근거로하여 각 색 할당 신호에 포함되는 캐리어 신호의 종류를 검출할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 신호 검출부(206)는, 신호 선택부(252) 및 레벨 판정부(254)를 포함한다. 상기한 바와 같이, 신호 검출부(206)에는, 각 FFT부(204)로부터, 각각 3개의 캐리어 성분이 입력되므로, 합계 9개의 캐리어 성분이 입력된다. 그리고 이들 9개의 캐리어 성분은, 신호 선택부(252) 및 레벨 판정부(254)에 입력된다. 또한, 레벨 판정부(254)에는, 소정의 임계치가 입력된다. 그래서, 레벨 판정부(254)는, 각 캐리어 성분의 신호 진폭이 소정의 임계치를 초과하는지를 판정한다.

예를 들면, 소정의 임계치는, 노이즈 레벨보다 높고, 캐리어 신호의 정보를 포함하는 캐리어 성분의 신호 진폭보다도 낮은 값으로 설정된다. 이에 따라, 캐리어 성분의 신호 진폭이 소정의 임계치 보다 작은 경우, 그 캐리어 성분이 캐리어 신호를 포함하지 않는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 9개의 캐리어 성분에 대해서 상기의 판정 처리가 실행되고, 캐리어 신호의 유무가 9비트의 데이터로서 후단의 조합 검출부(210)에 출력된다. 또한, 레벨 판정부(254)에 있어서 캐리어 신호가 존재한다고 판정된 캐리어 성분의 정보는 신호 선택부(252)에 입력된다. 그리고 신호 선택부(252)는, 레벨 판정부(254)로부터 입력된 정보에 따라, 캐리어 신호의 정보가 포함되는 캐리어 성분만을 선택해서 후단의 각 복조부(208)에 출력한다.

상기한 바와 같이 하여, 레벨 판정부(254)에서 검출된 9비트의 데이터는, 각 색할당 신호와 각 캐리어 신호와의 사이의 대응 관계를 나타내는 것이다. 또한, 신호 선택부(252)에서 선택된 캐리어 성분은, 각 캐리어 주파수 f1, f2, f3의 변조신호에 상당한다. 따라서, 조합 검출부(210)에는, 색할당 신호와 캐리어 신호 사이의 대응 관계를 나타내는 정보가 입력된다. 또한, 각 복조부(208)에는, 각 캐리어 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 변조신호가 입력된다. 이렇게, 신호 검출부(206)에 의해, 송신장치(100)의 캐리어 할당부(108)에서 결정된 할당 방법이 검출된다. 이 할당 방법은, 캐리어 할당용의 제어 데이터열 Ｓｃ에 의해 결정된 것이다. 역으로 말하면, 이 할당 방법을 검출할 수 있으면, 그 검출 결과를 근거로 캐리어 할당용의 제어 데이터열 Ｓｃ를 검출할 수 있다.

조합 검출부(210)에 있어서는, 신호 검출부(206)로부터 입력된 각 색할당 신호와 캐리어 신호의 대응 관계에 따라 캐리어 할당용의 제어 데이터열 Ｓｃ를 검출한다. 그리고 조합 검출부(210)에서 검출된 캐리어 할당용의 제어 데이터열 Ｓｃ는, P/S 변환부(212)에 입력된다. 한편, 각 복조부(208)에서는, 입력된 변조신호에 복조 처리를 실시해서 원래의 병렬 데이터를 복조한다. 각 복조부(208)로 복조된 병렬 데이터는, P/S 변환부(212)에 입력된다. 그 후, P/S 변환부(212)는, 각 복조부(208)로부터 입력된 병렬 데이터 및 조합 검출부(210)로부터 입력된 캐리어 할당용의 제어 데이터를 병직렬 변환하여 송신 데이터 D를 복원한다. 이렇게, 각 색에 각 캐리어를 할당하는 조합에 데이터를 싣는 것에 의해, 같은 색수(다중회수）이더라도, 보다 많은 데이터를 전송하는 것이 가능하게 된다.

이상, 본 실시예에 관련되는 가시광 통신시스템(LS2)의 구성에 대해서 설명했다. 상기한 대로, 본 실시예에 있어서는, 각 캐리어 주파수에 대응하는 캐리어 신호를 드라이버 회로(110)의 전단에서 가산하지 않고, 각 캐리어 신호의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 각 발광소자(112)를 발광시킨다. 그 때문에, OFDM 방식에 있어서의 PAPR 증가의 문제가 완화되고, 각 색의 드라이버 회로(110) 및 발광소자(112)에 대하여 요구되는 다이내믹 레인지의 폭을 낮게 억제할 수 있다. 그 결과, 소형이고 저렴한 LED 구동 회로 및 LED를 사용하여, OFDM 방식에 의한 통신 성능의 향상 효과를 얻는 것이 가능하게 된다. 또한, 서로 직교하는 캐리어 정현파 신호에 각 병렬 데이터를 할당할 수 있기 때문에, 색간 간섭에 의한 영향을 제거할 수 있다. 또한, 캐리어 할당 방법에 데이터를 실어서 전송하기 때문에, 색수 이상의 데이터를 동시에 전송하는 것이 가능하게 되고, 다중화수를 증가시키지 않고 전송 속도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 가시광 통신에 있어서의 전송 속도를 비약적으로 향상시키는 것이 가능하게 된다.

(캐리어 할당부(108)의 상세한 구성)

여기서, 도 3을 참조하면서, 송신장치(100)가 가지는 캐리어 할당부(108)의 구성에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 3은, 캐리어 할당부(108)의 하나의 구성예 및 캐리어 할당 방법의 일예를 나타내는 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 캐리어 할당부(108)는, 3개의 스위치(132, 134, 136), 스위치 제어부(138) 및 3개의 가산기(142, 144, 146)를 포함한다. 스위치ＳＷ1(132)에는, 승산기(106)로부터 캐리어 주파수 f1에 대응하는 캐리어 신호 S1이 입력된다. 스위치ＳＷ2(134)에는, 승산기(106)로부터 캐리어 주파수 f2에 대응하는 캐리어 신호 S2가 입력된다. 스위치ＳＷ3(136)에는, 승산기(106)로부터 캐리어 주파수 f3에 대응하는 캐리어 신호 S3이 입력된다. 또한, 스위치 제어부(138)에는, 캐리어 할당용의 제어 데이터열 Ｓｃ이 입력된다.

각 스위치(ＳＷ1(132), ＳＷ2(134), ＳＷ3(136))에는, 각각 3개의 출력 단자가 구비되어 있다. 예를 들면, 스위치ＳＷ1(132)은, 스위치 제어부(138)에 의한 절환 제어에 따라서, 입력 단자에 입력된 캐리어 신호 S1을 어느 것이든 출력 단자에 출력한다. 3개의 출력 단자는, 각각 각 색의 발광소자(112)인, LED(Ｃｒ), LED(Ｃｇ), LED(Ｃｂ)에 대응한다. 즉, 스위치 ＳＷ1(132)의 출력 단자가 선택되는 것으로, 캐리어 신호 S1이 할당할 수 있는 색이 결정된다. 마찬가지로, 스위치ＳＷ2(134)는, 스위치 제어부(138)에 의한 절환 제어에 따라서, 입력 단자에 입력된 캐리어 신호 S2를 어느 하나의 출력 단자에 출력한다. 또한, 스위치ＳＷ3(136)은, 스위치 제어부(138)에 의한 절환 제어에 따라서, 입력 단자에 입력된 캐리어 신호 S3을 어느 하나의 출력 단자에 출력한다.

상기한 바와 같이, 스위치(ＳＷ1(132), ＳＷ2(134), ＳＷ3(136))의 각 출력 단자는, 각각 각 색의 발광소자 (LED(Ｃｒ), LED(Ｃｇ), LED(Ｃｂ))(112)에 대응한다. 그 때문에, 같은 색에 대응하는 출력 단자로부터 출력된 신호는, 어떤 것이든 같은 가산기(142, 144, 146)에 입력된다. 예를 들면, 적색R에 대응하는 출력 단자에 대해서 생각해 보자. 적색R의 발광소자 LED(Ｃｒ)(112)는, 드라이버 회로Ｄｒ(110)에 의해 구동 제어된다. 또한, 드라이버 회로Ｄｒ(110)은, 가산기(142)로부터 출력되는 신호의 진폭에 따른 발광 강도로 발광소자LED(Ｃｒ))(112)을 구동한다. 이렇게, 가산기(142)는 적색R에 대응한다. 마찬가지로, 가산기(144)는 녹색G에 대응한다. 또한, 가산기 (146)는 청색B에 대응한다.

그 때문에, 가산기(142)에는, 스위치(ＳＷ1(132), ＳＷ2(134), ＳＷ3(136))의 적색R에 대응하는 출력 단자로부터 신호가 입력된다. 마찬가지로, 가산기(144)에는, 스위치(ＳＷ1(132), ＳＷ2(134), ＳＷ3(136))의 녹색G에 대응하는 출력 단자로부터 신호가 입력된다. 또한, 가산기(146)에는, 스위치(ＳＷ1(132), ＳＷ2(134), ＳＷ3(136))의 청색B에 대응하는 출력 단자로부터 신호가 입력된다. 각각의 가산기(142, 144, 146)에서는, 각각 입력된 신호가 가산된다. 그리고 각각의 가산기(142, 144, 146)로부터 출력된 신호(색할당 신호)는, 드라이버 회로(110)에 입력된다. 드라이버 회로(110)는, 입력된 색할당 신호의 신호 진폭에 따른 발광 강도로 발광소자(112)를 발광 제어한다. 발광소자(112)는, 드라이버 회로(110)에 의한 발광 제어에 따라서 대응하는 색의 빛을 발한다.

상기한 대로, 캐리어 할당부(108)에서는, 캐리어 신호 S1, S2, S3이 입력되면, 스위치 제어부(138)의 절환 제어를 받아 각 스위치(132, 134, 136)가 캐리어 신호 S1, S2, S3을 각 색에 할당한다. 그리고 각 색에 할당된 캐리어 신호 S1, S2, S3은 가산되고, 그 가산 처리로 생성된 색할당 신호에 의거하여 각 색의 빛이 발광된다. 캐리어 할당부(108)에 있어서의 신호의 흐름은 상기한 바와 같다. 다음으로, 스위치 제어부(138)에 의한 할당 방법에 대해서 설명한다.

도3의 예에서는, 3개의 캐리어 신호 S1, S2, S3이 3개의 색(Ｃｒ, Ｃｇ, Ｃｂ)에 할당된다. 그 때문에, 조합수는, 3³=27과 같이 된다. 따라서, 스위치 제어부(138)에 의한 할당 처리로 전송가능한 데이터량은, 하기의 수학식 1과 같이 계산되어, 4.75비트가 된다. 즉, 도 3에 예시한 캐리어 할당부(108)의 구성을 채용하면, 캐리어 신호 S1, S2, S3로 전송되는 데이터량에 추가하여, 4.75비트의 데이터를 전송하는 것이 가능하게 된다.

아울러, 본 실시예에 예시한 구성에 있어서는, 설명의 편의상, 캐리어의 개수를 3으로, 그리고 발광소자(112)의 개수(색수)를 3으로 한정되어 있다. 그러나 본 실시예의 구성은 임의의 캐리어 수 및 색 수로 확장하는 것이 가능하다. 예를 들면, 캐리어 수 ｎｆ, 색수 ｎｃ의 경우, 상기의 할당 방법으로 추가적으로 전송 가능하게 되는 데이터량 Ｉｋ은, 하기의 수학식 2에 의해 표현할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 관한 송신장치(100)의 전송 가능한 데이터량 I는, 하기의 수학식 3에 의해 표현된다.

단, 상기 수학식에 있어서, Ｎ_Ｂ는, 각 캐리어의 변조파 1심볼당 비트수를 나타낸다. 또한, 계수 (2/(ｎ_ｆ+1))는, 캐리어 수를 늘려서 대역 분할하는 것으로 얻을 수 있는 데이터 압축률을 나타낸다. 이 계수를 싣는 것에 의해, WDM 방식의 가시광 통신시스템(LS1)에서 전송 가능한 데이터량과 직접적인 대비를 행할 수 있게 된다. 또한, 캐리어마다 변조부(104)에 있어서의 변조 방식을 바꾸는 것도 가능하지만, 여기서는 모든 캐리어에 대해서 같은 변조 방식을 이용할 수 있는 것으로 한다. 상기의 수학식 3에 의거하여 WDM 방식의 가시광 통신시스템(LS1)으로 전송 가능한 데이터량과, 본 실시예에 관련되는 가시광 통신시스템(LS2)로 전송 가능한 데이터량을 비교했으므로, 그 비교 결과를 도 6에 나타낸다.

상기한 바와 같이, WDM 방식의 경우는 1심볼당 비트 수가 전송 가능한 데이터량이 되지만, 본 실시예의 경우는 캐리어 수에 따라서 심볼 길이가 변화된다. 그 때문에, WDM 방식의 심볼 길이와 등가적으로 되도록 본 실시예에서 전송 가능한 데이터량에는, 상기의 계수를 곱한 데이터량이 이용된다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 관련되는 데이터량은, LED 개수 ｎ_ｃ, 캐리어 개수 ｎ_ｆ에 의존하지 않고 WDM 방식의 데이터량을 상회하는 것을 알 수 있다. 또한, 캐리어 개수 ｎ_ｆ가 증가해도, 전송 가능한 데이터량의 저하가 매우 적은 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 전송 가능한 데이터량을 크게 저하시키지 않고, OFDM의 심볼 길이를 길게 하여 멀티패스 내성을 향상시키도록 구성할 수 있다.

그런데 여기서 캐리어 할당부(108)의 구성 및 스위치 제어부(138)에 의한 제어 방법에 대해서 설명을 보충한다. 도 3에 예시한 바와 같이, 캐리어 신호 S1, S2가 가산기(142)에 입력되고, 캐리어 신호 S3이 가산기(146)에 입력되면, 각 발광소자(112)로부터 각 색의 빛이 발생한다. 이들의 각 광에 포함되는 신호 분포를 도식적으로 나타내면, 도 4와 같이 된다. 도 4의 (Ａ)는 발광소자 LED(Ｃｒ)(112)의 출력, (B)는 발광소자 LED(Ｃｇ)(112)의 출력, (C)는 발광소자 LED(Ｃｂ)(112)의 출력에 대응한다. 또한, 실선이 존재하는 스펙트럼이다. 도 3의 할당예에서는, 적색R (Ｃｒ출력)의 신호 분포에 캐리어 주파수 f1, f2의 신호가 나타나고, 녹색G (Ｃｇ출력)의 신호 분포에는 신호가 존재하지 않고, 청색B (Ｃｇ출력)의 신호 분포에 캐리어 주파수 f3의 신호가 나타난다.

이 예에 있어서, Ｃｒ출력은, 단일 캐리어 신호의 주파수 스펙트럼과 비교하면 폭이 넓다. 그 때문에, 단일 캐리어 신호를 발광시킬 경우에 비하여, 드라이버회로(110) 및 발광소자(112)에 요구하는 다이내믹 레인지가 넓어진다. 그러나 3개의 캐리어 신호 S1, S2, S3을 모두 가산한 OFDM 신호의 신호 진폭에 의거하여 발광하는 경우와 비교하면, 다이내믹 레인지를 낮게 억제할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 각 드라이버 회로(110) 및 각 발광소자(112)에 부과되는 다이내믹 레인지로의 성능 요구를 저하시키는 것도 목적에 포함된다. 그 때문에, 스위치 제어부(138)는, 캐리어 신호 S1, S2, S3의 색할당 처리를 행할 때에, 같은 색에 모든 캐리어 신호 S1, S2, S3을 할당되지 않도록 하는 편이 바람직하다.

또한, 캐리어 할당부(108)는, 다른 색에 같은 캐리어 신호 S1, S2, S3가 할당되지 않도록 구성된다. 즉, 각 스위치(132, 134, 136)는, 입력 단자로부터 입력된 캐리어 신호가 복수의 출력 단자에 출력되지 않도록 구성되어 있다. 다른 색에 같은 캐리어 신호가 할당되면, 그 색 사이에서 캐리어 주파수의 직교성을 잃게 된다. 그 때문에, 색간 간섭의 영향에 의해 전송 품질이 열화되어 버린다. 그래서, 본 실시예에 있어서는, 다른 색에 같은 캐리어 신호가 할당되지 않도록 캐리어 할당부(108)가 구성되어 있는 것이다. 이러한 구성으로 함으로써, OFDM 방식의 특성을 살리고, 상기와 같은 색간 간섭의 영향을 제거하는 것이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 가시광 통신시스템(LS2)는, 발광 색이 다른 복수의 LED에 대하여, 송신 정보로 변조된 OFDM 신호의 각 캐리어 신호 성분을 할당한다. 이때, 각 캐리어 신호는 정보 변조되어 있는 것에 더하여, LED에 캐리어 신호를 할당할 때의 캐리어 주파수와 LED 파장의 조합에도 정보를 부가한다. 이러한 구성에 의해, WDM 방식과 비교하여 전송 속도가 향상한다 동시에, WDM 방식에서 문제가 되는 색간 간섭의 영향을 제거할 수 있다. 그 결과, 통신 품질이 향상되고, LED나 ＰＤ에 관해서 선정 방법이나 설치 수의 자유도를 향상시킬 수 있게 한다. 또한, 캐리어 수를 늘려도 전송 가능한 데이터량이 크게 줄어들지 않기 때문에, 캐리어 수를 증가시켜서 멀티패스 내성을 향상시킬 수 있는 구성으로 하는 것도 가능하게 된다.

이상, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에서, 다양한 변경예 또는 수정예를 예측할 수 있음은 자명하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.

상기의 설명에 있어서는, 발광 수단으로서 LED를 예로서 설명했다. 그러나 발광 수단으로서는, LED 이외에도, 예를 들면, ＬＤ, ＳＬＤ 등의 반도체 발광소자, 형광등, 브라운관(ＣＲＴ) 디스플레이장치, 플라스마 디스플레이(ＰＤＰ)장치, 유기 전계발광(ＥＬ) 디스플레이 장치, 액정 모니터(ＬＣＤ)장치 등을 이용할 수 있다.

LS2: 가시광 통신시스템 100: 송신장치
102: S/P변환부 104: 변조부
106: 승산기 108: 캐리어 할당부
110: 드라이버 회로 112: 발광소자
132, 134, 136: 스위치 138: 스위치 제어부
142, 144, 146가산기 200: 수신장치
202: 수광소자 204: FFT부
206: 신호 검출부 208: 복조부
210: 조합 검출부 212: P/S변환부
232: 승산기 234: 적분 회로
252:신호 선택부 254: 레벨 판정부

Claims

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가시광 통신 시스템에 있어서,
직렬 송신 데이터를 N개의 병렬 데이터 신호들 및 제어 신호로 직병렬 변환하는 직병렬 변환부와, 상기 직병렬 변환부로부터 출력되는 상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 각각 변조함으로써, N개의 변조 신호들을 생성하는 변조부와, N개의 캐리어 신호들 및 상기 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 N개의 캐리어 신호들을 다수의 발광소자들에 할당하고, 상기 다수의 발광소자들과 동일한 수만큼 할당된 캐리어 신호들을 가산하고, 상기 다수의 발광소자들 각각에 대한 송신 신호를 생성하는 캐리어 할당부를 포함하는 송신 장치와,
N개의 정현파 신호들을 이용하여 다수의 수광소자들로부터 출력된 수신 신호들을 FFT 처리하여 상기 N개의 변조 신호들을 추출하는 FFT부와, 추출된 상기 N개의 변조 신호들을 복조하여 상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 복원하는 복조부와, 상기 N개의 병렬 데이터 신호들과 상기 제어 신호를 병직렬 변환하여 상기 직렬 송신 데이터를 복원하는 병직렬 변환부를 포함하는 수신기를 포함하고,
상기 N개의 캐리어 신호들은, 상기 N개의 변조 신호들에 상기 N개의 변조 신호들 각각과 직교하는 캐리어 주파수들을 가지는 상기 N개의 정현파 신호들 각각을 승산함으로써 생성되고, 상기 N은 양의 정수이며,
캐리어 신호와 각 발광소자 사이의 관계는 상기 N개의 변조 신호들에 기초하여 검출되고, 상기 제어 신호는 상기 N개의 변조 신호들로부터 복원됨을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
제6항에 있어서, 상기 캐리어 할당부는,
각 캐리어 신호가 입력되는 입력 단자와 상기 다수의 발광소자들 각각과 대응하는 다수의 출력 단자들을 각각 포함하며, 입력 단자에 입력된 상기 캐리어 신호들 각각의 출력처를 어떤 것이든 상기 출력 단자로 절환하는 N개의 스위치들과,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 N개의 스위치들 각각을 제어하고, 상기 N개의 스위치들에 입력된 상기 캐리어 신호들의 출력처를 제어하는 스위치 제어부와,
상기 N개의 스위치들에 대하여 상기 발광소자들 각각에 대응하는 출력 단자들 각각으로부터 출력된 캐리어 신호를 각각 가산하는 다수의 가산기들-상기 다수의 가산기들은 상기 다수의 발광소자들과 동일한 수임-를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
제6항에 있어서, 상기 캐리어 할당부는,
하나의 캐리어 신호가 복수의 색들에 할당되지 않도록 캐리어 신호들을 할당함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
제6항에 있어서, 상기 복조부는,
상기 N개의 캐리어 신호들 각각이 각 색에 대한 상기 수신 신호들에 포함되는지 여부를 판단하는 신호 판정부와,
상기 판단 결과에 기초하여 상기 색들 각각과 캐리어 신호들의 조합을 검출하는 조합 검출부를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
가시광 통신 시스템에서 신호를 송신하는 방법에 있어서,
다수의 발광소자들을 포함하는 송신기가, 직렬 송신 데이터를 N개의 병렬 데이터 신호들 및 제어 신호로 직병렬 변환하는 과정과,
상기 송신기가, 상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 변조하여 N개의 변조 신호들을 생성하는 과정과,
상기 송신기가, 상기 N개의 변조 신호들에 다른 정현파 신호들과 관련하여 직교하는 캐리어 주파수를 각각 가지는 N개의 정현파 신호들을 각각 승산함으로써, N개의 캐리어 신호들을 생성하는 과정과,
상기 송신기가, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 다수의 발광 소자들에 상기 N개의 캐리어 신호들을 할당하는 과정과,
상기 송신기가, 발광 소자와 동일한 수만큼 할당된 캐리어 신호들을 가산하는 과정과,
상기 송신기가, 상기 다수의 발광 소자들 각각에 대한 송신 신호를 생성하는 과정과,
상기 송신기가, 다수의 발광 소자들 각각에 대하여 송신 신호의 신호 진폭에 따라 발광 강도를 제어하는 과정과,
다수의 수광소자들을 포함하는 수신기가, 색이 서로 다른 빛들을 수광하는 과정과,
상기 수신기가, 상기 N개의 정현파들을 이용하여 상기 다수의 수광소자들 각각으로부터 출력되는 수신 신호를 FFT 처리하여 각 색에 대한 N개의 변조 신호들을 추출하는 과정과,
상기 수신기가, 상기 N개의 변조 신호들을 복조하여 상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 복원하는 과정과,
상기 수신기가, 상기 N개의 변조 신호들에 기초하여 상기 N개의 캐리어 신호들 각각과, 각 색에 대한 상기 다수의 발광 소자들의 관계를 추출하는 과정과,
상기 수신기가, 상기 추출된 관계에 기초하여 상기 제어 신호를 복원하는 과정과,
상기 수신기가, 상기 N개의 병렬 데이터 신호들과 상기 제어 신호를 병직렬 변환하여 상기 직렬 송신 데이터를 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
제10항에 있어서, 상기 N개의 캐리어 신호들을 상기 다수의 발광 소자들에 할당하는 과정은,
입력 단자에 입력된 상기 캐리어 신호들 각각의 출력처를 어떤 것이든 출력 단자로 각각 스위칭하는 과정과-N개의 스위치들 각각은, 각 캐리어 신호가 입력되는 입력 단자와 상기 다수의 발광소자들에 각각 대응하는 다수의 출력 단자들을 포함함-,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 N개의 스위치들을 제어하고, 상기 N개의 스위치들 각각으로 입력되는 상기 캐리어 신호들의 출력처를 제어하는 과정과,
상기 N개의 스위치들에 대한 상기 다수의 발광소자들 각각에 대응하는 상기 출력 단자들 각각으로부터 출력되는 캐리어 신호들을 가산하는 과정을 포함함을 특징으로 송신 방법.
제10항에 있어서, 상기 N개의 캐리어 신호들을 상기 다수의 발광 소자들에 할당하는 과정은,
하나의 캐리어 신호가 복수의 색들에 할당되지 않도록 캐리어 신호들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
제10항에 있어서, 상기 N개의 캐리어 신호들 각각과, 각 색을 발광하는 상기 다수의 발광소자들의 상기 관계를 추출하는 과정은,
상기 N개의 캐리어 신호들 각각이 각 색에 대한 수신 신호들에 포함되는지 여부를 판단하는 과정과,
상기 판단 결과에 기초하여 상기 색들 각각과 캐리어 신호들의 조합을 검출하고, 상기 해당 조합으로부터 상기 제어 신호를 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
가시광 통신 시스템의 송신 장치에 있어서,
직렬 송신 데이터를 N개의 병렬 데이터 신호들 및 제어 신호로 직병렬 변환하는 직병렬 변환부와,
상기 직병렬 변환부로부터 출력되는 상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 변조함으로써 N개의 변조 신호들을 생성하는 변조부와,
N개의 캐리어 신호들과 상기 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호에 기초하여 다수의 발광소자들에 상기 N개의 캐리어 신호들을 할당하는 캐리어 할당부를 포함하고,
상기 N개의 캐리어 신호들은, N개의 변조신호들에 서로 직교하는 캐리어 주파수를 가지는 N개의 정현파 신호들을 각각 승산함으로써 생성됨을 특징으로 하는 송신 장치.
제14항에 있어서, 상기 캐리어 할당부는,
각 캐리어 신호가 입력되는 입력 단자와 상기 다수의 발광소자들 각각과 대응하는 다수의 출력 단자들을 각각 포함하며, 입력 단자에 입력된 상기 캐리어 신호들 각각의 출력처를 어떤 것이든 상기 출력 단자로 절환하는 N개의 스위치들과,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 N개의 스위치들 각각을 제어하고, 상기 N개의 스위치들에 입력되는 상기 캐리어 신호들의 출력처를 제어하는 스위치 제어부와,
상기 N개의 스위치들에 대하여 상기 발광소자들 각각에 대응하는 출력 단자들 각각으로부터 출력된 캐리어 신호를 각각 가산하는 다수의 가산기들-상기 다수의 가산기들은 상기 다수의 발광소자들과 동일한 수임-를 포함함을 특징으로 하는 송신 장치.
제14항에 있어서, 상기 캐리어 할당부는,
하나의 캐리어 신호가 복수의 색들에 할당되지 않도록 캐리어 신호들을 할당함을 특징으로 하는 송신 장치.
가시광 통신 시스템의 송신 장치가 신호를 송신하는 방법에 있어서,
직렬 송신 데이터를 N개의 병렬 데이터 신호들 및 제어 신호로 직병렬 변환하는 과정과,
상기 N개의 병렬 데이터 신호들을 변환하여 N개의 변조 신호들을 생성하는 과정과,
상기 N개의 변조 신호들에, 상기 N개의 변조 신호들 각각과 직교하는 캐리어 주파수들을 가지는 N개의 정현파 신호들 각각을 승산함으로써, N개의 캐리어 신호들을 생성하는 과정과,
상기 제어 신호에 기초하여 다수의 발광소자들에 상기 N개의 캐리어 신호들을 할당하는 과정을 포함하는 송신 방법.
제17항에 있어서
상기 다수의 발광소자들에 상기 N개의 캐리어 신호들을 할당하는 과정은,
상기 제어 신호에 기초하여 N개의 스위치들 각각을 제어하고, 상기 N개의 캐리어 신호들의 출력처가 상기 N개의 스위치들 각각이 되도록 제어하는 과정과,
상기 캐리어 신호 각각의 상기 출력처를 어떤 것이든 다수의 출력 단자들로 절환하는 과정과-상기 N개의 스위치들 각각은, 각 캐리어 신호가 입력되는 입력 단자와, 상기 다수의 발광소자들 각각에 대응하는 상기 다수의 출력 단자들을 포함함-,
발광 소자들과 동일한 수만큼 할당된 캐리어 신호를 가산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
제17항에 있어서,
상기 N개의 캐리어 신호들을 상기 다수의 발광 소자들에 할당하는 과정은,
하나의 캐리어 신호가 복수의 색들에 할당되지 않도록 캐리어 신호들을 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
가시광 통신 시스템의 수신 장치에 있어서,
N개의 정현파 신호들을 이용하여 다수의 수광소자들로부터 출력되는 수신 신호들을 FFT 처리하여 N개의 변조 신호들을 추출하는 FFT부와,
추출된 상기 N개의 변조 신호들을 복조하여 N개의 병렬 데이터 신호들을 복원하는 복조부와,
상기 N개의 병렬 데이터 신호들 및 제어 신호를 병직렬 변환하여, 송신 장치로부터 전송된 직렬 송신 데이터를 복원하는 병직렬 변환부를 포함하고,
캐리어 신호와 각 발광 소자 사이의 관계는 상기 N개의 변조 신호들에 기초하여 검출되고, 상기 제어 신호는 상기 N개의 변조 신호들로부터 복원됨을 특징으로 하는 수신 장치.
제20항에 있어서, 상기 복조부는,
N개의 캐리어 신호들 각각이 각 색에 대한 수신 신호들에 포함되는지 여부를 판단하는 신호 판정부와,
상기 신호 판정부에서의 상기 판단 결과에 기초하여 상기 색들 각각과 상기 N개의 캐리어 신호들의 조합을 검출하고, 해당 조합으로부터 상기 제어 신호를 복원하는 조합 검출부를 포함함을 특징으로 하는 수신 장치.
가시광 통신 시스템의 수신 장치가 신호를 수신하는 방법에 있어서,
N개의 정현파 신호들을 이용하여 다수의 수광소자들 각각으로부터 출력되는 수신 신호들을 FFT 처리하여 각 색에 대한 N개의 변조 신호들을 추출하는 과정과,
상기 N개의 변조 신호들을 복조하여 N개의 병렬 데이터 신호들을 복원하는 과정과,
상기 N개의 변조 신호들에 기초하여 N개의 캐리어 신호들 각각과 다수의 발광소자들 각각의 사이의 관계를 검출하는 과정과,
상기 검출된 관계에 기초하여 제어 신호를 복원하는 과정과,
상기 N개의 병렬 데이터 신호들 및 상기 제어 신호를 병직렬 변환하여, 송신 장치로부터 전송된 직렬 송신 데이터를 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
제22항에 있어서,
상기 N개의 캐리어 신호들 각각과 각 색을 발광하는 상기 다수의 발광 소자들 사이의 관계를 검출하는 과정은,
상기 N개의 캐리어 신호들 각각이 각 색에 대한 상기 수신 신호들에 포함되는지 여부를 판단하는 가정과,
상기 판단 결과에 기초하여 상기 색들 각각과 상기 N개의 캐리어 신호들의 조합을 검출하고, 해당 조합으로부터 상기 제어 신호를 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
제22항에 있어서, 상기 다수의 수광소자들은 색이 서로 다른 빛을 수광하고, 각 색에 대한 수신 신호들을 출력함을 특징으로 하는 수신 방법.