KR101728518B1 - 가시광 통신 기반 차량간 통신 방법 및 이를 지원하는 장치 - Google Patents

가시광 통신 기반 차량간 통신 방법 및 이를 지원하는 장치 Download PDF

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Abstract

주행중인 차량에 설치된 LED 라이트를 기반으로 하는 차량간 통신 방법이 제공된다. 상기 통신 방법은 상기 차량의 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임에 대한 제어 정보를 포함하는 프레임 헤더를 생성하고, 상기 프레임 헤더를 제1 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하고, 및 상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것을 포함한다. 상기 프레임 헤더의 상기 제어 정보는 상기 데이터 프레임의 길이를 지시하는 길이 정보 필드 및 상기 제2 변조 기법을 지시하는 변조 기법 필드를 포함한다. 상기 제2 변조 기법은 CSK(Color Shift Keying) 변조 기법이다. 상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것은 상기 데이터 프레임을 스크램블링하고, 상기 스크램블링된 데이터 프레임을 부호화(encoding)하고, 상기 부호화된 데이터 프레임을 상기 CSK 변조 기법에 따라 컬러 코딩(color coding)하여 색상 맵핑(color mapping)하고, 상기 맵핑 상태에 따라 상기 LED 라이트의 R, G, B 광원을 조절하는 것을 포함한다.

Description

가시광 통신 기반 차량간 통신 방법 및 이를 지원하는 장치{omitted}
본 발명은 차량간 통신과 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 가시광 통신을 기반으로 하는 차량간 통신 방법과 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
지능형 자동차(Smart Car) 기술 분야에서 중요한 이슈는 교통정보의 수집과 분배를 안정적이고 효율적으로 제공하는 것이다. 교통 정보에는 특정 도로 구간의 정체 또는 지체 현황, 사고 현황, 통행량, 통행 속도 등과 같이 거시적인 교통 환경과 관련된 정보 및 운행 속도, 목적지, 이동 경로 등 차량 정보 등과 같이 차량의 주행 정보가 포함될 수 있다.
차량에 제공되는 교통 정보는 도로 면에 설치된 마그네틱 루프 센서, 지상에 설치된 교통 정보 수집 카메라, 차량에 설치된 위치정보 모듈 등을 통해 수집되었으며, 수집된 기초 데이터는 유무선 통신망을 통해 교통 정보 관리 센터에 제공되었다. 이와 같은 교통 정보는 전광판 등을 통해 주행 중인 차량에 제공될 수 있었다.
한편, 위와 같은 교통 정보의 제공은 매우 기초적인 수준의 정보 제공 방식으로서, ADAS(Advanced Driver Assistance System) 자율 주행 등과 같은 지능형 자동차의 고도화된 기능을 위해서는 주행 중인 차량이 능동적으로 교통 정보를 수집하고 이를 제어하거나 또는 주행 중인 차량이 주위 주행 차량에 운행 정보를 직접 제공할 수 있는 방식이 요구되는데, 이는 기존의 중앙 집중형 교통 정보 수집 및 분배 방식으로는 한계가 있다. 이와 같이 보다 고도화된 지능형 자동차 운행 시스템을 지원하기 위한 직접적인 차량간 통신 방식이 도입될 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 차량간 통신에 있어서, 가시광 통신 기법을 기반으로 이동하는 차량간 정보를 교환하는 등 통신을 수행할 수 있도록 하는 방법 및 이를 지원하는 장치를 제공하는 것이다.
일 양태에 있어서, 주행중인 차량에 설치된 LED 라이트를 기반으로 하는 차량간 통신 방법이 제공된다. 상기 통신 방법은 상기 차량의 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 상기 데이터 프레임에 대한 제어 정보를 포함하는 프레임 헤더를 생성하고, 상기 프레임 헤더를 제1 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하고, 및 상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것을 포함한다. 상기 프레임 헤더의 상기 제어 정보는 상기 데이터 프레임의 길이를 지시하는 길이 정보 필드 및 상기 제2 변조 기법을 지시하는 변조 기법 필드를 포함한다. 상기 제2 변조 기법은 CSK(Color Shift Keying) 변조 기법이다. 상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것은 상기 데이터 프레임을 스크램블링하고, 상기 스크램블링된 데이터 프레임을 부호화(encoding)하고, 상기 부호화된 데이터 프레임을 상기 CSK 변조 기법에 따라 컬러 코딩(color coding)하여 색상 맵핑(color mapping)하고, 상기 맵핑 상태에 따라 상기 LED 라이트의 R, G, B 광원을 조절하는 것을 포함한다.
상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨(level)은 4, 8, 및 16 중 하나일 수 있다.
상기 스크램블링된 데이터 프레임을 부호화하는 것은, 상기 FEC(Forward Error Correction) 부호기에 의해 수행될 수 있다.
상기 LED 라이트의 R, G, B 광원을 조절하는 것은 상기 맵핑 상태에 대응되도록 상기 R, G, B 광원 각각의 세기(intensity)를 조절하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 변조 기법은 CSK 변조 기법일 수 있다. 상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 4, 8, 및 16 중 하나일 수 있다.
상기 제1 변조 기법의 상기 CSK 변조 레벨은 상기 제2 변조 기법의 상기 CSK 변조 레벨과 같거나 보다 낮을 수 있다.
상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 4일 수 있다. 상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 상기 차량의 주행 상태에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.
상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 상기 차량의 속에 따라 가변적으로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 라이트 기반 차량간 무선 통신 방법에 따르면, 차량의 LED 라이트를 사용하되 CSK 방식이 적용됨으로써, 보다 많은 양의 교통 정보를 효율적으로 제공 및 분배할 수 있다. 또한, 운행 중인 차량의 주행 환경에 따라 가변적인 CSK 변조 기법이 적용되기 때문에, 주행 환경에 따라 적응적으로 차량간 통신의 처리율이 효율적으로 유지될 수 있으며, 신뢰성 역시 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 기반 차량간 통신 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OOK(On-Off Keying) 변조 기반 송신 장치의차량 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OOK 변조부에 의한 신호 변조의 예시를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CSK 기반 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크램블러의 예시 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부호화를 위한 채널 부호화기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 4-CSK 변조 기법의 성상 맵핑을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 8-CSK 변조 기법의 성상 맵핑을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 16-CSK 변조 기법의 성상 맵핑을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 4-CSK 변조시 광 맵핑의 예시를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따라서 가시광 통신 기반 차량간 통신 방법 및 이를 지원하는 장치의 예를 나타낸다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…기”, “모듈”, “유닛” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
차량간 통신을 위해서는 특정 통신 프로토콜에 따른 통신 장치가 탑재될 것이 요구된다. 차량간 통신에 사용되기 위해서는 해당 통신 프로토콜에 따른 물리 계층의 특성이 고려되는데, 이는 주파수 특성 등으로 인한 통신 커버리지(coverage) 또는 간섭에 대한 저항성 등이 물리 계층의 특성에 의해 결정될 수 있기 때문이다. 현재 일반적으로 활용되고 있는 통신 프로토콜 중 무선 근거리 통신(Wireless Local Area Network)은 그 커버리지가 운행 중인 차량간 거리를 충분히 커버할 수 있다. 다만, 차량의 통행이 혼잡할 경우 간섭 저항성이 낮아 무선 근거리 통신의 데이터 전송 속도가 크게 저하된다. 또한 무선 근거리 통신은 차량에 추가적인 통신 설비 등을 구비해야 하며, 기존 일반적인 무선 근거리 통신 방식 이외의 무선 매체 접근 방식이 정의될 필요가 있기 때문에 그 적용성에 문제가 있을 수 있다.
가시광 무선통신 기술은 차세대 조명으로 각광을 받고 있는 반도체 조명인 LED를 사용하여, 조명기능과 동시에 정보전달 기능을 구비한 새로운 광무선 통신 기술이다. LED 라이트가 존재하는 어느 장소에서나 원하는 정보를 송수신할 수 있는 이른바 유비쿼터스(Ubiquitous) 정보통신 기술이다.
LED 라이트는 반도체 기술에 의해 실내외 백색 조명, 경관 조명, 일반/특수 조명, 전광판, 교통신호등, 표시등, LCD 디스플레이의 백라이트 유닛(backlight unit), 자동차 전조등 및 후미등 등 실생활에서 광범위하게 사용되고 있으며, 그 사용 범위 및 사용률이 급증하고 있다. 이와 같은 점을 고려했을 때에, LED 라이트를 전방 및 후방에 구비한 차량을 위한 무선통신 기술로써 가시광 무선통신 기술을 적용하는 것은 매우 효율적인 방법일 수 있다. 이하에서는 도면을 참조하여, 차량용 LED 라이트를 기반으로 수행되는 가시광 무선통신 기반 차량간 통신 방법과 이를 위한 장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 기반 차량간 통신 장치의 개념도이다. 본 발명의 차량간 통신 장치는 주행중인 선행 차량(11) 및 후행 차량(12)에 설치될 수 있다. 선행 차량(11)은 자차를 포함한 주변 교통 정보를 후행 차량(12)에 전송할 수 있고, 후행 차량(12) 역시 선행 차량(11) 및 후행 차량(12)의 후행 차량에 차량주행정보를 포함한 교통상황 정보를 전송할 수 있다. 선행 차량(11) 및 후행 차량(12)은 교통 정보를 전달하기 위해 자체적으로 구비한 LED 라이트 기반 전조등 및 후미등, 별도로 장착한 LED 조명 통신 송수신 모듈을 사용할 수 있다.
LED 라이트를 기반으로 수행되는 무선 통신에서 사용되는 변조(modulation) 기법이 다양하게 적용될 수 있다. 이하에서는 이를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OOK(On-Off Keying) 변조 기반 송신 장치의차량 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 송신 장치(200)은 데이터 생성부(210), OOK 변조부(220), 송수신부(230)를 포함한다.
데이터 생성부(210)는 송신하고자 하는 자차 주행정보를 포함한 주변 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임을 생성한다.
OOK 변조부(220)는 데이터 생성부(210)로부터 전달된 비트 시퀀스를 클럭(clock) 신호와 함께 처리하여 맨체스터 코딩(Manchester coding)을 사용하여 변조된 신호를 생성한다. OOK 변조부(220)에 의한 신호 변조의 예시는 도 3을 참조할 수 있다.
송수신부(230)는 하나 이상의 LED 라이트와 빛의 신호를 읽어들이는 광수신기를 포함할 수 있으며, 차량의 전조등신호 및/또는 후미등, 별도로 동일한 LED라이트 통신 목적으로 장착한 송수신모듈 등으로 구현될 수 있다. 송수신부(230)는 OOK 변조부(220)의 변조된 신호에 따라 차량 전/후방에 설치된 LED 라이트를 조절하여 변조된 신호를 다른 차량으로 전달할 수 있다. 즉, 맨체스터 코드화된 신호의 비트 값이 ‘0’인지 또는 ‘1’인지에 따라 LED 라이트를 점멸시킴으로써 교통 정보를 다른 차량으로 전달할 수 있다.
타 차량의 수신 장치는 교통 정보를 전송하고자 하는 차량의 LED 라이트의 점멸 상태에 따라, 코드화된 신호를 수신하고, 동일한 클럭(clock) 신호를 고려하여 복호함으로써, 송신 장치(200)가 전송하고자 했던 데이터 비트 시퀀스를 복원하고 해석할 수 있다.
전술한 OOK 변조 기법은 그 적용이 용이하다는 장점을 가지지만, 전달하고자 하는 교통 정보의 양이 많을 경우, 하나의 정보를 전송할 때 많은 시간이 소요된다는 문제, 즉 효율성이 보장되지 않는다는 단점이 있을 수 있다. 또한, LED 라이트의 점멸로 인해 LED의 노화 및 성능 열화의 문제가 발생할 수 있으며, 다른 차량의 운전자는 LED 점멸로 인한 피로도가 발생할 수 있다는 문제가 있을 수 있다.
보다 효율적이고 고성능의 교통 정보 제공을 위해 CSK(Color Shift Keying)신호 변조가 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CSK 기반 송신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 송신 장치(400)는 데이터 생성부(미도시), 스크램블러(410), 채널 부호화기(420), CSK 변조기(430), DAC(Digital to Analog Converter, 440), 및 송신부(450)를 포함한다.
데이터 생성부는 송신하고자 하는 차량 주행 및 주변 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고, 수신 장치에서 데이터 프레임을 해석하는데 필요한 제어 정보를 포함하는 프레임 헤더를 생성할 수 있다. 프레임 헤더는 데이터 프레임의 변조 기법을 지시하는 변조 기법 필드 및 데이터 프레임의 길이를 지시하는 길이 필드를 포함할 수 있다. 이하에서 프레임 헤더 및 데이터 프레임을 합쳐 데이터 유닛이라 한다. 데이터 유닛은 비트 시퀀스로 생성될 수 있다. 데이터 유닛 내에서 프레임 헤더는 데이터 프레임의 전단에 위치하여 수신 장치에 의해 먼저 수신될 수 있도록 구현될 수 있다.
스크램블러(410)는 데이터 유닛의 비트 시퀀스를 스크램블링할 수 있다. 스크램블링은 비트 시퀀스의 암호화, 반복적 패턴을 가지는 비트 블록 방지, 비트 값들의 연속성 방지 등을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크램블러의 예시 도면이다. 도 5에 따르면, 스크램블러는 15개의 지연기(D)와, 2개의 합산기를 포함할 수 있다. 이를 통해 스크램블러의 생성 다항식 g(D)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016107733923-pat00001
, 여기서 D는 단일 비트 지연요소를 의미함.
다시 도 4를 참조하면, 스크램블러(410)에 의해 스크램블링된 비트 시퀀스는 채널 부호화기(420)에 의해 부호화된다. 채널 부호화는 채널을 통한 정보의 전송 중에 수신측이 오류를 검출 정정할 수 있도록하고, 채널 상의 잡음, 간섭, 페이딩(fading)등을 극복하여 성능을 향상시키고, 비트 시퀀스를 심볼화함에 있어서 그 차이를 두드러지게 하여 수신단 측에서 오인하는 것을 방지하기 위해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 부호화는 FEC(Forward Error Correction) 방식으로, Reed Solomon(64, 32) 방식이 적용될 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부호화를 위한 채널 부호화기(420)의 구성을 나타내는 도면이다.
채널 부호화기(420)에 의해 부호화된 비트 시퀀스는 CSK 변조기(430)에 의해서 변조될 수 있다. CSK 변조기(430)는 컬러 코딩 유닛(Color Coding unit, 431) 및 광 맵핑 유닛(optical mapping unit, 432)를 포함할 수 있다.
컬러 코딩 유닛(431)은 부호화된 비트 시퀀스를 특정 성상맵핑(constellation mapping) 기법에 따라 x, y 컬러 좌표계로 맵핑 시킨다. 성상맵핑 기법은 CSK 변조기(430)에 의해 구형된 CSK 변조 레벨에 따라 상이할 수 있다. 본 발명이 실시예에 있어서, CSK 변조 레벨은 4, 8 및 16중 하나일 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 4-CSK 변조 기법의 성상맵핑을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 포인트 I, J, K는 CSK기반 통신에 사용되는 송신부 LED 라이트의 각 중심 파장(center wavelength)의 위치를 나타낸다. P0 내지 P3은 4-CSK 에서의 각 심볼을 나타낸다. 심볼 P1, P2, 및 P3는 I-J-K 삼각형의 각 꼭지점에 해당한다. 심볼 P0는 I-J-K 삼각형의 중심점일 수 있다. 따라서, 4-CSK 변조 적용시 2 비트가 하나의 심볼에 맵핑된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 8-CSK 변조 기법의 성상맵핑을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 포인트 I, J 와 K 는 CSK기반 통신에 사용되는 LED 라이트의 각 중심 파장의 위치를 나타낸다. S0 내지 S7은 8-CSK에 사용되는 8개의 심볼을 나타낸다. 심벌S0, S4와 S7은 I-J-K 삼각형의 각 꼭지점에 해당한다. 심볼S1 과 S2는 선JK와 선JI를 1:2의 비율로 나누는 지점이다. 포인트 B 와 C는 선JI와 JK의 중심점이다. 심볼S6 은 선KI의 중심점이다. 포인트A는 B-S6-I 삼각형의 중심점이다. 포인트 D 는 C-K-S6 삼각형의 중심점이다. 심벌S3는 선AB를 1:2의 비율로 나누는 지점이고 심벌S5는 선DC를 1:2의 비율로 나누는 지점이다. 따라서, 8-CSK 변조 적용시 3비트가 하나의 심볼에 맵핑된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 16-CSK 변조 기법의 성상맵핑을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 포인트I, J 와 K 는 CSK기반 통신에 사용되는 LED 라이트의 각 중심 파장의 위치를 나타낸다. P0 내지 P15은 16-CSK에 사용되는 16개의 심볼을 의미한다. 심벌P5, P10과 P15는 I-J-K 삼각형의 각 꼭지점에 해당한다. 심벌P2 와 P8는 선JK 를 1:3의 비율로 나누는 지점이다. 심벌P3 와 P12는 선JI 를 1:3의 비율로 나누는 지점이다. 심벌 P11과 P14는 선KI 를 1:3의 비율로 나누는 지점이다. 심벌P0는 I-J-K 삼각형의 중심점이다. 심벌 P1, P4, P6, P7, P9 과 P13는 각 작은 삼각형의 중심점이다. 따라서, 16-CSK 변조 적용시 4비트가 하나의 심볼에 맵핑된다.
다시 도 4를 참조하면, 광 맵핑 유닛(optical mapping unit, 432)는 칼라 코딩 유닛(431)을 통해 맵핑된 심볼의 xy 좌표를 기반으로 광원 제어 정보를 결정한다. 광원 제어 정보는 송신부(450)를 구성하는 R, G, B LED의 세기(intensity)를 조절하기 위한 출력 파워 관련 정보이다. 광 맵핑 유닛(432)의 기능은 도 10을 참조하여 상술한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 4-CSK 변조시 광 맵핑의 예시를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 포인트 (xi, yi), (xj, yj), (xk, yk)는 R, G, B LED 광원의 xy 좌표를 나타낸다. 포인트(xp, yp)는 4-CSK 변조를 통해 변조된 심볼의 좌표에 해당한다. 도 10에서, R, G, B LED 광원 각각의 출력 파워인 Pi, Pj, Pk의 세기(intensity)에 의해서 포인트 (xp, yp)가 결정된다. 각 LED 광원의 출력 파워 세기와 xy 좌표와의 관계는 수학식 2에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 2]
xp = Pi x xi + Pj x xj + Pk x xk
yp = Pi x yi + Pj x yj + Pk x yk
Pi + Pj + Pk = 1
다시 도 4를 참조하면, 컬러 맵핑 유닛(432)에 의해 결정된 출력 파워 신호는 Pi, Pj, Pk는 DAC(440)를 통해 송신부(450)로 전달되고, 송신부(450)의 각 R, G, B LED 광원은 출력 파워 신호에 따라 빛을 출력한다.
컬러 맵핑 유닛(432)으로부터 제공되는 출력 파워 신호가 송신부(450)로 제공되기 전에 송신부(450)를 구성하는 LED 광원의 수명 노화 및 성능 열화를 보완하기 위해 채널 추정 시퀀스가 적용된 채로 제공될 수 있다.
한편, 송신부(450)를 통해 가시광의 형태로 제공된 교통 정보를 타 차량의 수신 장치에서 수신함에 있어서, 가시광의 특성으로 인해 성능 열화가 발생할 수 있다. 예를 들어, 다중 색상 불균형, 다중 색간 간섭, 타 조명으로부터의 간섭 등이 차량간 통신상 간섭을 야기시킬 수 있다. 이와 같은 현상은 정지해있는 두 통신 장비와의 가시광 통신 보다 속도 및 방향이 지속적으로 변경되는 차량간 가시광 통신에 있어서 보다 두드러질 수 있다. 따라서, 보다 높은 레벨의 CSK 변조 기법을 적용하여 단순히 처리율을 상승시키는 것은 통신 방식의 신뢰성 측면에서 오히려 효율성을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 데이터 유닛을 전송함에 있어서, 제어 정보를 포함하는 프레임 헤더와, 실제 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임에 적용되는 CSK 레벨을 다르게 설정할 수 있다.
제어 정보의 수신은 보다 높은 신뢰성을 유지시킬 필요가 있기 때문에, 낮은 레벨의 CSK 변조 기법을 적용할 수 있다. 일 실시예로 가장 낮은 레벨인 4-CSK 변조를 적용하여 송신할 수 있다. 반면, 데이터 프레임은 프레임 헤더에 적용되는 CSK 레벨과 같거나 보다 높은 레벨의 변조 기법을 적용할 수 있다. 이와 같이 헤더와 데이터 프레임이 각기 다른 레벨의 변조 기법이 적용됨에도 불구하고 수신단에서 정상적으로 데이터를 복조(demodulation)할 수 있도록 하기 위해 프레임 헤더의 변조 방식 필드가 필요할 수 있다.
추가적으로, 프레임 헤더에는 고정된, 가장 낮은 레벨의 4-CSK 변조 기법이 적용됨을 기본으로 하되, 데이터 프레임에 적용되는 CSK 변조 레벨은 송신 장치가 탑재된 차량의 주행 환경에 따라 가변적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 교통 정체가 있는 도로에서 저속으로 주행중인 차량의 경우, 주위에서 제공되는 교통 정보량이 상대적으로 많을 수 있기 때문에 보다 데이터 처리율(Throughput)을 높일 필요가 있다. 또한, 저속으로 주행되는 차량의 경우 간섭 등 가시광 통신 성능을 열화시키는 요인의 영향력이 상대적으로 낮기 때문에, 보다 높은 레벨의 CSK 변조 기법이 사용되어도 어느 정도 신뢰성이 유지될 수 있다. 반대로, 고속으로 주행하는 환경에서는, 주행중인 차량 주위에 타 차량이 상대적으로 적게 분포하기 때문에 전달할 교통 정보의 양이 상대적으로 적고, 이는 다소 낮은 처리율의 전송 방식으로도 정보의 전달에 부족함이 없을 수 있다. 반면, 고속 주행은 가시광 통신의 성능 열화를 보다 야기할 수 있기 때문에, 신뢰성 차원에서 낮은 레벨의 CSK 변조 기법이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 라이트 기반 차량간 무선 통신 방법에 따르면, 차량의 LED 라이트를 사용하되 CSK 방식이 적용됨으로써, 보다 많은 양의 교통 정보를 효율적으로 제공 및 분배할 수 있다. 또한, 운행 중인 차량의 주행 환경에 따라 가변적인 CSK 변조 기법이 적용되기 때문에, 주행 환경에 따라 적응적으로 차량간 통신의 처리율이 효율적으로 유지될 수 있으며, 신뢰성 역시 유지될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따라서 가시광 통신 기반 차량간 통신 방법 및 이를 지원하는 장치의 예를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 일반 도로교통상황판(예, 교통신호등, 이정표, 상황알림판, 가드레일 등)에도 본 발명을 적용할 수 있다.
먼저, 이정표 알림 및 지시 내용 정보를 포함하는“CSK 신호”를 진입 차량에 미리 전달한다. 이를 통해 안전운행 혹은 주행정보가 진입 차량에 미리 제공될 수 있다.
진입 차량은 안개, 장애물의 낙하, 로드-킬(road-kill), 공사현장중, 신호 변환 등 급변하는 주행환경에 능동적으로 대응할 수 있다.
상기 CSK 통신은 차량와 차량간 CSK 통신 뿐만 아니라 도로 교통 상황 정보와 차량간 CSK통신을 포함한다. 이를 통해 기존 중앙 중계기 혹은 별도의 통신모듈이 불필요하다는 효과가 있다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 주행중인 차량에 설치된 LED 라이트를 기반으로 하는 차량간 통신 방법에 있어서, 상기 통신 방법은,
    상기 차량의 교통 정보를 포함하는 데이터 프레임을 생성하고;
    상기 데이터 프레임의 변조 기법을 지시하는 변조 기법 필드 및 데이터 프레임의 길이를 지시하는 길이 필드에 대한 제어 정보를 포함하는 프레임 헤더를 생성하고;
    상기 프레임 헤더를 제1 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하고; 및
    상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것;을 포함하되,
    상기 프레임 헤더의 상기 제어 정보는 상기 데이터 프레임의 길이를 지시하는 길이 정보 필드 및 상기 제2 변조 기법을 지시하는 변조 기법 필드를 포함하고,
    상기 제2 변조 기법은 CSK(Color Shift Keying) 변조 기법이고,
    상기 데이터 프레임을 제2 변조 기법을 기반으로 변조시켜 전송하는 것은,
    상기 데이터 프레임을 15개의 지연기(D)와 2개의 합산기를 포함하는 스크램블러를 이용하여 하기 수학식 1에 의하여 스크램블링하고,
    상기 스크램블링된 데이터 프레임의 채널을 통한 정보의 전송 중 오류를 검출하고, 채널 상의 잡음, 간섭, 페이딩을 검출하여 정정함으로써 부호화(encoding)하는 것이고,
    상기 부호화된 데이터 프레임을 상기 CSK 변조 기법에 따라 컬러 코딩(color coding)하여 색상 맵핑(color mapping)하되, 상기 색상 맵핑은 R, G, B LED 광원 각각의 출력 파워인 Pi, Pj, Pk의 세기(intensity)에 의해서 포인트 (xp, yp)가 결정하며, 상기 LED 라이트의 출력 세기와 xy 좌표와의 관계는 하기 수학식 2에 결정되고,
    상기 맵핑 상태에 따라 상기 LED 라이트의 R, G, B 광원을 조절하는 것;을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 변조 기법은 CSK 변조 기법이고,
    상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 4, 8, 및 16 중 하나이며,
    상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨이 결정된 후, 상기 주행중인 차량의 속도, 도로의 상태 및 주변 교통량의 정보에 기초하여 결정하되, 상기 제2 변조 기법의 CSK변조 레벨은 상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨보다 높은 것을 특징으로 하며,
    상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 소정의 시간동안 유지되며, 소정의 시간이 지난 후 재갱신됨을 반복하는 것을 특징으로 하는,
    [수학식 1]
    Figure 112017018937662-pat00013
    , (여기서 D는 단일 비트 지연요소를 의미함)을 포함하며,
    [수학식 2]
    xp = Pi x xi + Pj x xj + Pk x xk
    yp = Pi x yi + Pj x yj + Pk x yk
    Pi + Pj + Pk = 1,(여기서, 포인트 (xi, yi), (xj, yj), (xk, yk)는 R, G, B LED 광원의 xy 좌표를 나타내고, 포인트(xp, yp)는 4-CSK 변조를 통해 변조된 심볼의 좌표를 나타냄)를 포함하는, 차량간 통신 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨(level)은 4, 8, 및 16 중 하나인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스크램블링된 데이터 프레임을 부호화하는 것은, FEC(Forward Error Correction) 부호기에 의해 수행됨을 특징으로 하는 차량간 통신 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 LED 라이트의 R, G, B 광원을 조절하는 것은 상기 맵핑 상태에 대응되도록 상기 R, G, B 광원 각각의 세기(intensity)를 조절하는 것을 포함함을 특징으로 하는 차량간 통신 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4항에 있어서, 상기 제1 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 4이고,
    상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 상기 차량의 주행 상태에 따라 가변적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 제2 변조 기법의 CSK 변조 레벨은 상기 차량의 속도에 따라 가변적으로 설정됨을 특징으로 하는 통신 방법.
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