KR101937607B1 - Method and apparatus for dimmable optical wireless communication for hybrid communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical wireless transmission method and apparatus capable of dimming.
최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Wirelesss Communications; OWC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7m OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다.Recently, Visible Light Communication (VLC) technology, which is a technology that enables wireless communication by adding a communication function to a visible light wavelength using an infrastructure in which an incandescent lamp and a fluorescent lamp are replaced with a semiconductor LED (Light Emitting Diode) And the IEEE 802.15.7 international standard has been completed, and business models for commercialization are being sought. However, since IEEE 802.15.7 is mainly limited to data transmission using a photodiode (PD), there is a problem of using a dedicated communication device such as a VLC dongle. Accordingly, the international standardization of Optical Wireless Communications (OWC), which mainly uses an image sensor such as a camera of a smart phone rather than a photodetector, and includes not only visible light but also infrared and ultraviolet wavelength, is disclosed in IEEE 802.15.7m OWC TG Task Group.
본 발명자는 IEEE 802.15.7m OWC TG 국제표준화 기구의 의장으로서 OWC 기술에 관한 많은 기고문을 제출하여 OWC 국제표준화를 선도하고 있으며, 본 발명은 OWC 국제표준기술의 가장 핵심적인 기술 중 하나인 하이브리드 통신 시스템에 사용될 수 있는 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present inventors have been leading the international standardization of OWC by presenting many articles on OWC technology as the chairman of the IEEE 802.15.7m OWC TG International Standardization Organization, and the present invention is based on the hybrid communication system To an optical wireless transmission method and apparatus capable of dimming that can be used in an optical wireless transmission system.
본 출원인의 국제특허출원 PCT/KR2016/013778호에 DSM-PSK를 이용한 하이브리드 통신 시스템인 HS-PSK 광학 무선 통신 시스템이 개시되어 있고, 본 출원인의 한국특허출원 제10-2017-0003585호에 DSM-PSK 광학 무선 통신 시스템이 개시되어 있으며, 이들은 IEEE 802.15.7m 표준에 기고되어 있다. 한편, 본 출원인의 국제특허출원 PCT/KR2017/015788호에 하이브리드 통신 시스템을 이용한 RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이들은 본 출원에 참조에 의해 편입된다.The HS-PSK optical wireless communication system, which is a hybrid communication system using DSM-PSK, is disclosed in International Patent Application No. PCT / KR2016 / 013778 of the present applicant and Korean Patent Application No. 10-2017-0003585 of the present applicant discloses a DSM- PSK optical wireless communication systems are disclosed, which are based on the IEEE 802.15.7m standard. On the other hand, a RoI-based optical wireless communication method and apparatus using a hybrid communication system is disclosed in the applicant's international patent application PCT / KR2017 / 015788. Which are incorporated by reference into the present application.
본 발명은 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides an optical wireless transmission method and apparatus capable of dimming.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조부가 전송 데이터 및 디밍 레벨을 입력받는 단계, 상기 변조부가 상기 전송 데이터에 기초하여, 소정의 변조방식에 의해, 밝기가 50%인 데이터 심벌을 생성하는 단계, 상기 변조부가 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하는 단계, 상기 변조부가 상기 데이터 심벌 및 상기 밝기 보상 심벌을 포함하는 출력 신호를 생성하는 단계, 광원 제어부가 상기 출력 신호에 따라 하나 이상의 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The optical wireless transmission method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: receiving a transmission data and a dimming level from a modulation unit; and modulating the data symbol with a brightness of 50% Generating a brightness compensation symbol for which the brightness is set based on the dimming level, the modulating unit generating an output signal including the data symbol and the brightness compensation symbol, And blinking one or more light sources according to an output signal.
일 실시예에서, 상기 밝기 보상 심벌은 상기 디밍 레벨에 기초하여 듀티비가 설정되는 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the brightness compensation symbol includes a pulse wave signal whose duty ratio is set based on the dimming level.
일 실시예에서, 상기 밝기 보상 심벌은 수신 이미지 센서가 검출할 수 없는 주파수의 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the brightness compensation symbol includes a pulse wave signal of a frequency that the reception image sensor can not detect.
일 실시예에서, 상기 데이터 심벌은 상기 하나 이상의 광원에 각각 대응되는 하나 이상의 펄스파 신호를 포함하고, 상기 하나 이상의 펄스파 신호의 듀티비는 50%인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the data symbols include at least one pulse signal corresponding to the at least one light source, and the duty ratio of the at least one pulse signal is 50%.
일 실시예에서, 상기 소정의 변조방식은 SM-PSK 방식이고, 상기 데이터 심벌은 SM-PSK 심벌인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the predetermined modulation scheme is an SM-PSK scheme, and the data symbols are SM-PSK symbols.
일 실시예에서, 상기 출력 신호를 생성하는 단계는, 상기 SM-PSK 심벌 하나마다 상기 밝기 보상 심벌 하나를 포함시켜 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, generating the output signal includes generating the output signal by including one of the brightness compensation symbols for each SM-PSK symbol.
일 실시예에서, 상기 SM-PSK 심벌은 한 주기의 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the SM-PSK symbol comprises a period of pulsed wave signal.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 펄스파 신호 각각은, 대응되는 전송 데이터 비트에 대하여 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌을 포함하며, 상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값에 따라 위상이 서로 동일하거나 반대인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, each of the one or more pulse signals comprises a first data symbol and a second data symbol for a corresponding transmitted data bit, and wherein the first data symbol and the second data symbol are associated with the corresponding transmission And the phases are the same or opposite to each other depending on the value of the data bit.
일 실시예에서, 상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값이 0인 경우 위상이 같고, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값이 1인 경우 위상이 반대인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the first data symbol and the second data symbol have the same phase when the value of the corresponding transmission data bit is 0 and the phase is opposite when the value of the corresponding transmission data bit is 1 .
일 실시예에서, 상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌 각각은 (0, 1) 또는 (1, 0)인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, each of the first data symbol and the second data symbol is (0, 1) or (1, 0).
일 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the output signal comprises the first data symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
일 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the output signal includes the first data symbol, the brightness compensation symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조부가 전송 데이터 비트 및 디밍 레벨을 입력받는 단계, 상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트의 값에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 제1 비트 및 제2 비트를 생성하는 단계, 상기 변조부가 상기 제1 비트 및 제2 비트를 각각 멘체스터 코딩하여 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌을 생성하는 단계, 상기 변조부가 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하는 단계, 상기 변조부가 상기 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌에 상기 밝기 보상 심벌을 삽입하여 출력 신호를 생성하는 단계, 및 광원 제어부가 상기 출력 신호에 따라 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an optical wireless transmission method including the steps of: receiving a transmission data bit and a dimming level by a modulation unit; and modulating a first bit and a second bit, respectively, 2 bits, the modulation section Manchester-coding the first bit and the second bit, respectively, to generate a first Manchester symbol and a second Manchester symbol, the modulation section generating a brightness based on the dimming level, Generating the output signal by inserting the brightness compensation symbol into the first Manchester symbol and the second Manchester symbol, and the light source control unit blinks the light source according to the output signal .
일 실시예에서, 상기 전송 데이터 비트의 값이 0일 때 상기 제1 비트 및 제2 비트의 값은 동일하고, 상기 전송 데이터 비트의 값이 1일 때 상기 제1 비트 및 제2 비트의 값은 서로 상이한 것을 특징으로 한다.In one embodiment, when the value of the transmitted data bit is 0, the values of the first and second bits are the same, and when the value of the transmitted data bit is 1, the values of the first and second bits are Respectively.
일 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 제1 멘체스터 심벌, 상기 제2 멘체스터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the output signal comprises the first Manchester symbol, the second Manchester symbol, and the brightness compensation symbol in order.
일 실시예에서, 상기 출력 신호는 상기 제1 멘체스터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 멘체스터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the output signal includes the first Manchester symbol, the brightness compensation symbol, the second Manchester symbol, and the brightness compensation symbol in order.
일 실시예에서, 상기 변조부가 전송 데이터 비트 열을 수신하는 단계, 상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트 열 중 N 비트의 각 비트를 전송 데이터 비트로 하여 제10항의 방법에 따라 N개의 광원 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the modulating unit receives the transmitted data bit stream, the modulating unit blinks each of the N light sources according to the method of
일 실시예에서, 상기 변조부가 전송 데이터 비트 열을 수신하는 단계, 상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트 열을 스페이스-타임 부호화 방식에 따라 부호화 하는 단계, 및 상기 부호화된 전송 데이터 비트 열 중 N 비트를 전송 데이터 비트로 하여 제10항의 방법에 따라 N개의 광원 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the modulating unit receives the transmission data bit stream, the modulation unit encodes the transmission data bit stream according to a space-time coding scheme, and transmits N bits of the encoded transmission data bit stream And blinking each of the N light sources according to the method of
이미지 수신부가 이미지 센서로부터 하나 이상의 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계, 및 복조부가 상기 이미지들로부터 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하며, 상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 데이터 심벌 및 밝기 보상 심벌을 포함하고, 상기 이미지들은 데이터 심벌을 촬영한 이미지들 및 밝기 보상 심벌을 촬영한 이미지들을 포함하며, 상기 복조부는 상기 데이터 심벌을 촬영한 이미지들로부터 소정의 변조방식에 의해 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 한다.The method comprising the steps of: receiving images in which an image receiving unit has continuously photographed a blinking state of one or more light sources from an image sensor; and a demodulating unit restoring transmission data from the images, And a brightness compensation symbol, wherein the images include images of data symbols and images of brightness compensation symbols, and the demodulation unit demultiplexes the data symbols by using a predetermined modulation scheme, And restores the data.
일 실시예에서, 상기 소정의 변조방식은 SM-PSK 방식이고, 상기 데이터 심벌은 SM-PSK 심벌인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the predetermined modulation scheme is an SM-PSK scheme, and the data symbols are SM-PSK symbols.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 SM-PSK 심벌 및 밝기 보상 심벌이 하나씩 반복되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the blinking state of the at least one light source is characterized in that the SM-PSK symbol and the brightness compensation symbol are repeated one by one.
일 실시예에서, 상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트보다 큰 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the frame rate at which the image is captured is characterized by being greater than the symbol rate of the data symbol.
일 실시예에서, 상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트의 두 배인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the frame rate at which the image is captured is characterized by being twice the symbol rate of the data symbol.
일 실시예에서, 상기 데이터 심벌은 듀티비가 50%인 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌을 포함하고, 상기 복조부는 상기 제1 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지 및 상기 제2 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지에 기초하여 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the data symbol includes a first data symbol and a second data symbol with a duty ratio of 50%, and the demodulation unit demodulates the image of the blinking state of the first data symbol and the blinking of the second data symbol And restores the transmission data based on the image of the state.
일 실시예에서, 상기 복조부는 제1 데이터 심벌의 점멸 위상과 제2 데이터 심벌의 점멸 위상이 동일하면 0을, 반대이면 1을 복원하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the demodulation unit reconstructs 0 if the blinking phase of the first data symbol is equal to the blinking phase of the second data symbol, and 1 if the blinking phase of the second data symbol is opposite.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 광원 각각의 점멸 상태는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the blinking state of each of the one or more light sources may include the first data symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 광원 각각의 점멸 상태는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the blinking state of each of the one or more light sources may include the first data symbol, the brightness compensation symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
일 실시예에서, 상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트의 세 배인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the frame rate at which the image is captured is characterized by three times the symbol rate of the data symbol.
일 실시예에서, 상기 이미지들은 롤링 셔터 방식으로 촬영되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the images are taken in a rolling shutter manner.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 전송 데이터 및 디밍 레벨을 입력받고, 상기 전송 데이터에 기초하여, 소정의 변조방식에 의해, 밝기가 50%인 데이터 심벌을 생성하고, 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하고, 상기 변조부가 상기 데이터 심벌 및 상기 밝기 보상 심벌을 포함하는 출력 신호를 생성하는 변조부, 및 상기 출력 신호에 따라 하나 이상의 광원을 점멸시키는 광원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical wireless transmission apparatus according to an embodiment of the present invention receives transmission data and a dimming level, generates a data symbol having a brightness of 50% by a predetermined modulation scheme based on the transmission data, A modulation unit for generating a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the level and for generating an output signal in which the modulation unit includes the data symbol and the brightness compensation symbol and a light source control unit for blinking one or more light sources according to the output signal, And a control unit.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 전송 데이터 비트 및 디밍 레벨을 입력받고, 상기 전송 데이터 비트의 값에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 제1 비트 및 제2 비트를 생성하고, 상기 제1 비트 및 제2 비트를 각각 멘체스터 코딩하여 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌을 생성하고, 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하고, 상기 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌에 상기 밝기 보상 심벌을 삽입하여 출력 신호를 생성하는 변조부, 및 상기 출력 신호에 따라 광원을 점멸시키는 광원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An optical wireless transmission apparatus according to an embodiment of the present invention receives a transmission data bit and a dimming level and generates a first bit and a second bit having the same or different values according to the value of the transmission data bit, Generating a first Manchester symbol and a second Manchester symbol by Manchester coding each of the first bit and the second bit, generating a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the dimming level, A modulator for inserting the brightness compensation symbol into a Manchester symbol to generate an output signal, and a light source controller for blinking the light source according to the output signal.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미지 센서로부터 하나 이상의 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 이미지 수신부, 및 상기 이미지들로부터 전송 데이터를 복원하는 복조부를 포함하며, 상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 데이터 심벌 및 밝기 보상 심벌을 포함하고, 상기 이미지들은 데이터 심벌을 촬영한 이미지들 및 밝기 보상 심벌을 촬영한 이미지들을 포함하며, 상기 복조부는 상기 데이터 심벌을 촬영한 이미지들로부터 소정의 변조방식에 의해 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 한다.An optical wireless receiver according to an exemplary embodiment of the present invention includes an image receiver that receives images continuously photographed from an image sensor in a blinking state of one or more light sources and a demodulator that reconstructs transmission data from the images, Wherein the blinking state of the at least one light source includes a data symbol and a brightness compensation symbol, the images including images of images of data symbols and images of brightness compensation symbols, And restores the transmission data by a predetermined modulation scheme.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 포함한다.The present invention includes a computer program stored on a recording medium for causing a computer to execute a method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.The present invention includes a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute a method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 의하면 하이브리드 통신 시스템에 사용될 수 있는 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an optical wireless transmission method and apparatus capable of dimming that can be used in a hybrid communication system.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 변조부가 S8-PSK 변조방식을 이용하는 경우 데이터 광원 그룹에 해당하는 변조부의 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 S8-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트와 동일한 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 S8-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트의 두 배인 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 변조부가 2-PSK 변조방식을 이용하는 경우 변조부의 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해 변조부가 2-PSK 변조방식을 이용하는 경우 변조부의 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에서 변조기가 2-PSK 방식을 이용해 출력신호를 생성하는 과정 및 비트-심벌 맵핑 표를 도시한 도면이다.
도 8은 변조기가 전송 데이터 비트열을 수신하여 2-PSK 방식을 이용해 복수의 광원을 제어하는 출력신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의해 2-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측에서 롤링 셔터 방식으로 광원을 촬영하는 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의해 2-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트이 세 배인 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an output signal of a modulation unit corresponding to a data light source group when the modulation unit uses the S8-PSK modulation scheme according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate on the receiving side is equal to the data symbol rate on the transmitting side when the S8-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate on the receiving side is twice the data symbol rate on the transmitting side when the S8-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an output signal of the modulation unit when the modulation unit uses the 2-PSK modulation method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an output signal of the modulation unit when the modulation unit uses the 2-PSK modulation scheme according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a process of generating an output signal using a 2-PSK scheme and a bit-symbol mapping table in the present invention.
8 is a diagram illustrating a process in which a modulator receives a transmission data bit string and generates an output signal for controlling a plurality of light sources using a 2-PSK scheme.
9 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when a light source is photographed in a rolling shutter mode on a receiving side when a 2-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate of the receiving side is three times the data symbol rate of the transmitting side when the 2-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to clarify the technical idea of the present invention. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram of a computer system according to an embodiment of the present invention; Fig. For convenience of explanation, the apparatus and method are described together when necessary.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)는 변조부(110)와 광원 제어부(120)를 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치(200)는 이미지 수신부(210)와 복조부(220)를 포함한다.1 is a view schematically showing a configuration of an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention. 1, an optical wireless transmission apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a modulation unit 110 and a light
변조부(110)는 전송하고자 하는 데이터를 입력받고, 이에 기초하여 변조된 신호를 출력한다. 또한 변조부는 디밍 레벨을 입력받고, 이에 기초하여 출력 신호의 밝기를 조절한다. 광원 제어부(120)는 변조부의 출력 신호에 따라 광원(130)을 제어한다. 광원(130)은 하나의 광원일 수도 있고 복수의 광원들을 포함할 수도 있다. 이미지 수신부(210)는 이미지 센서(230)로부터 광원(130)의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 복조부(220)는 수신한 이미지로부터 전송 데이터를 복원한다.The modulator 110 receives the data to be transmitted and outputs a modulated signal based on the received data. Further, the modulation section receives the dimming level and adjusts the brightness of the output signal based thereon. The light source control unit 120 controls the
보다 구체적으로 살펴보면, 변조부는 전송 데이터 및 디밍 레벨을 입력받고, 입력받은 전송 데이터에 기초하여 소정의 변조방식에 의해 데이터 심벌을 생성한다. 변조방식은 예를 들면 SM-PSK 또는 differential 2-PSK일 수 있다.More specifically, the modulator receives transmission data and a dimming level, and generates a data symbol according to a predetermined modulation scheme based on the received transmission data. The modulation scheme may be SM-PSK or differential 2-PSK, for example.
데이터 심벌은 광원의 밝기가 50%가 되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 데이터 심벌은 듀티비가 50%인 펄스파 신호일 수 있다. 광원(130)이 복수의 광원들을 포함할 수 있으므로, 데이터 심벌은 각 개별 광원에 대응되는 하나 이상의 펄스파 신호를 포함할 수 있다. 광원(130)에 포함되는 광원들 중 복수의 광원들이 동일하게 동작하는 경우 이들을 묶어 하나의 개별 광원으로 볼 수도 있음은 물론이다.The data symbol may be set such that the brightness of the light source is 50%. For example, the data symbol may be a pulsed wave signal with a duty ratio of 50%. Since the
광원(130)이 복수의 광원들을 포함하는 경우, 각 광원에 대응되는 신호를 데이터 심볼로 볼 수도 있고, 광원 전체에 대응되는 신호들의 집합을 데이터 심볼로 볼 수도 있는데, 본 명세서는 설명의 편의를 위해 필요에 따라 두 가지 노테이션을 병용하기로 한다.When the
변조부는 수신한 디밍 레벨에 따라 광원의 밝기를 조절하기 위해 밝기 보상 심벌을 생성한다. 밝기 보상 심벌은 간단히 보상 심벌(compensation symbol)이라고도 한다. 밝기 보상 심벌은 펄스파 신호일 수 있으며, 변조부는 디밍 레벨에 따라 펄스파 신호의 듀티비를 조절할 수 있다. 밝기 보상 심벌의 주파수를 수신 이미지 센서가 검출할 수 없는 주파수로 설정하면 수신 이미지에는 밝기 보상 심벌이 평균 밝기의 일정한 빛을 내는 것으로 보이게 된다. 밝기 보상 심벌의 주파수는 수신 이미지 센서의 셔터 스피드의 10배로 설정될 수 있다. 변조부는 생성한 데이터 심벌과 밝기 보상 심벌을 포함시켜 출력 신호를 생성하고, 광원 제어부는 이에 따라 광원을 점멸시킬 수 있다.The modulator generates a brightness compensation symbol to adjust the brightness of the light source according to the received dimming level. The brightness compensation symbol is also referred to simply as a compensation symbol. The brightness compensation symbol may be a pulse wave signal, and the modulation unit may adjust the duty ratio of the pulse wave signal according to the dimming level. If the frequency of the brightness compensation symbol is set to a frequency that the receiving image sensor can not detect, the brightness compensation symbol appears to give a constant light of average brightness to the received image. The frequency of the brightness compensation symbol may be set to ten times the shutter speed of the reception image sensor. The modulator generates an output signal by including the generated data symbol and the brightness compensation symbol, and the light source control unit can thereby blink the light source.
예를 들어, 광원(130)이 8개의 개별 광원들을 포함하는 경우, 이 중 4개의 광원들을 기준 광원 그룹으로 하고 나머지 4개의 광원들을 데이터 광원 그룹으로 하여 S8-PSK 신호를 전송할 수 있는데, 변조부는 S8-PSK 심벌에 밝기 보상 심벌을 덧붙여 광원(130)의 밝기를 조절할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 변조부가 S8-PSK 변조방식을 이용하는 경우 데이터 광원 그룹에 해당하는 변조부 출력 신호를 도시한 도면이다.For example, when the
도 2에 도시된 것과 같이 변조부는 각 데이터 심볼마다 하나의 밝기 보상 심벌을 덧붙일 수 있다. 도 2에서는 하나의 S8-PSK 심벌에 한 주기의 펄스파가 포함돼 있는데, 하나의 S8-PSK 심벌에 여러 주기의 펄스파가 포함될 수도 있다. 프레임 레이트가 중요한 경우 하나의 S8-PSK 심벌에 한 주기의 펄스파가 포함되도록 하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2, the modulator may add one brightness compensation symbol for each data symbol. In FIG. 2, one S8-PSK symbol includes one cycle of pulse spar, and one S8-PSK symbol may include several cycles of pulse spurs. When the frame rate is important, it is preferable that one S8-PSK symbol includes one period of pulse wave.
SM-PSK 심벌은 듀티비가 50%이므로, 밝기 보상 심벌의 밝기가 x라면 광원의 평균 밝기(Average brightness)는 다음 식에 의해 정해진다.Since the SM-PSK symbol has a duty ratio of 50%, if the brightness of the brightness compensation symbol is x, the average brightness of the light source is determined by the following equation.
AB = (x+50%) / 2AB = (x + 50%) / 2
따라서 평균 밝기, 즉 광원(130)의 디밍 레벨은 25%부터 75%까지 조절될 수 있다. 밝기 보상 심벌의 밝기 조절 단위는 자유롭게 조절할 수 있으며, 밝기 보상 심벌의 밝기 조절 단위가 1%라면, 광원(130)의 디밍 레벨은 0.5% 단위로 조절될 수 있다.Thus, the average brightness, i.e., the dimming level of the
도 2에는 데이터 심벌과 밝기 조절 심벌의 심벌 시간이 동일한데, 이를 달리 설정할 수도 있다. 이 경우 평균 밝기는 다음 식에 의해 정해진다. 식에서 DS time은 데이터 심벌의 심벌 타임이고, CS time은 보상 심벌의 심벌 타임이다.2, symbol periods of the data symbols and the brightness adjustment symbols are the same, but they may be set differently. In this case, the average brightness is determined by the following equation. In the equation, DS time is the symbol time of the data symbol, and CS time is the symbol time of the compensation symbol.
AB = (50%* DS time +x%* CS time) / (DS time + CS time)AB = (50% * DS time + x% * CS time) / (DS time + CS time)
이미지부가 수신한 이미지들에는 데이터 심벌을 촬영한 이미지들 및 밝기 보상 심벌을 촬영한 이미지들을 포함되며, 복조부는 데이터 심벌을 촬영한 이미지들로부터 송신측과 동일한 변조방식에 의해 복조를 수행하여 전송 데이터를 복원할 수 있다. 예를 들어, 송신측에서 SM-PSK 방식으로 데이터 심벌을 생성한 경우 복조부는 SM-PSK 방식에 의해 전송 데이터를 복원할 수 있다.The images received by the image unit include images taken of data symbols and images taken of brightness compensation symbols. The demodulator demodulates the images taken from the data symbols by the same modulation scheme as the transmitter, Can be restored. For example, when a data symbol is generated in the SM-PSK scheme on the transmitting side, the demodulation unit can recover the transmission data by the SM-PSK scheme.
수신측에서는 프리앰블 등을 이용해 데이터 심벌과 밝기 보상 심벌을 구분할 수 있다. 예를 들어, 프리앰블의 길이를 통해 심벌의 길이를 알아내고 이를 이용하여 밝기 보상 심벌의 위치를 알 수 있다. 프리앰블과 프리앰블 사이의 간격을 알고 있는 심벌 수로 나누어 심벌의 길이를 알아낼 수도 있다.On the receiving side, a data symbol and a brightness compensation symbol can be distinguished by using a preamble or the like. For example, the length of the symbol can be determined through the length of the preamble, and the position of the brightness compensation symbol can be determined using the length of the symbol. It is also possible to find the length of a symbol by dividing the interval between the preamble and the preamble by the number of known symbols.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 S8-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트와 동일한 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다. 도 3에서 볼 수 있는 것과 같이 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트와 동일한 경우 데이터 심벌의 중간 부분에서 샘플링(촬영)이 이루어지면 올바르게 복조가 되지만, 데이터 심벌과 밝기 보상 심벌의 경계에서 샘플링이 이루어지면 올바르게 복조가 되지 않는다.3 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate on the receiving side is equal to the data symbol rate on the transmitting side when the S8-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, when the frame rate of the receiving side is equal to the data symbol rate of the transmitting side, sampling (photographing) is performed at the middle portion of the data symbol. However, If sampling is performed, it can not be correctly demodulated.
따라서 수신측의 프레임 레이트는 송신측의 데이터 심벌 레이트보다 커야 하며, 수신측의 프레임 레이트는 송신측의 데이터 심벌 레이트의 두 배일 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 S8-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트의 두 배인 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다. 도 4에서 볼 수 있는 것과 같이 샘플링 타임이 데이터 심벌과 밝기 보상 심벌의 경계에 걸리더라도 데이터 심벌의 중간 부분에서 촬영된 이미지가 있으므로 올바르게 복조를 할 수 있다.Therefore, the frame rate on the receiving side should be larger than the data symbol rate on the transmitting side, and the frame rate on the receiving side may be twice the data symbol rate on the transmitting side. 4 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate on the receiving side is twice the data symbol rate on the transmitting side when the S8-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, even if the sampling time is at the boundary between the data symbol and the brightness compensation symbol, since there is an image photographed in the middle portion of the data symbol, the demodulation can be correctly performed.
본 발명에 의한 광학 무선 통신 방식은 광원(130)의 디밍을 조절할 수 있으므로 광원(130)을 두 개 사용하여 디밍을 이용한 저속 S2-PSK 방식과 함께 하이브리드 통신 방식으로 사용될 수 있으며, 이를 통해 RoI 시그널링을 할 수 있다. 이러한 하이브리드 통신 방식은 전술한 국제특허출원 PCT/KR2016/013778호, 국제특허출원 PCT/KR2017/015788호, IEEE 802.15.7m 표준 등에 기재되어 있으므로 설명을 생략한다.Since the optical wireless communication method according to the present invention can control the dimming of the
하이브리드 통신에 이용할 수 있는 기존의 DS8-PSK 방식과 S8-PSK를 이용하는 본 발명을 비교하면 다음과 같다.The present invention using the existing DS8-PSK scheme and the S8-PSK scheme, which can be used for hybrid communication, is as follows.
DS8-PSK는 데이터 광원 그룹에 8개의 광원이 포함되고 한 심벌에 x 상태가 두 번 있을 수 있으며, S8-PSK를 이용하는 본 발명에서는 데이터 광원 그룹에 4개의 광원이 포함되고 한 심벌에 x 상태가 한 번 있을 수 있다.The DS8-PSK includes eight light sources in a data light source group and two x states in one symbol. In the present invention using S8-PSK, four light sources are included in a data light source group, and x states It can be once.
S8-PSK를 이용하는 본 발명에 의하면 디밍 해상도가 높아지고, 디밍 레벨에 무관하게 복조 방식(복호화 테이블)이 동일하므로 수신 장치의 복잡도가 낮아지고, 한 심벌에 x 상태가 하나밖에 발생하지 않으므로 복조가 쉬워지고, 광원의 수가 적어지는 장점이 있다.According to the present invention using the S8-PSK, since the demodulation resolution is high and the demodulation method (decoding table) is the same regardless of the dimming level, the complexity of the receiving apparatus is reduced and only one x state is generated in one symbol. And the number of light sources is reduced.
변조부는 2-PSK 방식을 이용해 데이터 심벌을 생성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 변조부가 2-PSK 변조방식을 이용하는 경우 변조부의 출력 신호를 도시한 도면이다. 2-PSK 심벌은 듀티비가 50%이므로, 밝기 보상 심벌의 밝기가 x라면 광원의 평균 밝기(Average brightness)는 다음 식에 의해 정해진다.The modulator can generate a data symbol using the 2-PSK scheme. 5 is a diagram showing an output signal of the modulation unit when the modulation unit uses the 2-PSK modulation method according to an embodiment of the present invention. Since the duty ratio of the 2-PSK symbol is 50%, if the brightness of the brightness compensation symbol is x, the average brightness of the light source is determined by the following equation.
AB = (x+50%) / 2AB = (x + 50%) / 2
따라서 평균 밝기, 즉 광원(130)의 디밍 레벨은 25%부터 75%까지 조절될 수 있다. 4개의 광원을 이용할 때 데이터 속도는 예를 들어 다음 식에 의해 정해질 수 있다.Thus, the average brightness, i.e., the dimming level of the
Data rate = (4 bit/Hz) * (30 kHz) *(7/15 FEC code rate)*(1/2 CS rate)*(1/2 Differential code rate) = 14kbpsData rate = (4 bits / Hz) * (30 kHz) * (7/15 FEC code rate) * (1/2 CS rate) * (1/2 differential code rate) = 14 kbps
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의해 변조부가 2-PSK 변조방식을 이용하는 경우 변조부의 출력 신호를 도시한 도면이다. 밝기 보상 심벌의 밝기가 x라면 광원의 평균 밝기(Average brightness)는 다음 식에 의해 정해진다.6 is a diagram showing an output signal of the modulation unit when the modulation unit uses the 2-PSK modulation scheme according to another embodiment of the present invention. If the brightness of the compensation symbol is x, the average brightness of the light source is determined by the following equation.
AB = (x+2*50%) / 3AB = (x + 2 * 50%) / 3
따라서 광원(130)의 디밍 레벨은 33%부터 67%까지 조절될 수 있다. 4개의 광원을 이용할 때 데이터 속도는 예를 들어 다음 식에 의해 정해질 수 있다.Accordingly, the dimming level of the
Data rate = (4 bit/Hz) * (30 kHz) *(7/15 FEC code rate)*(2/3 CS rate)*(1/2 Differential code rate) = 18.7kbpsData rate = (4 bits / Hz) * (30 kHz) * (7/15 FEC code rate) * (2/3 CS rate) * (1/2 differential code rate) = 18.7 kbps
이하 도 5의 실시예를 기준으로 설명한다.The following description will be made on the basis of the embodiment of Fig.
도 5에서 볼 수 있는 것처럼, 각 광원에 대응되는 펄스파 신호 각각은 전송 데이터 비트에 대하여 서로 다른 시간에 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌을 포함하며, 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은 전송하고자 하는 데이터 비트의 값에 따라 위상이 서로 동일하거나 반대일 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은 전송 데이터 비트의 값이 0인 경우 위상이 같고, 전송 데이터 비트의 값이 1인 경우 위상이 반대일 수 있다.5, each of the pulse-wave signals corresponding to each light source includes a first data symbol and a second data symbol at different times for the transmitted data bits, and the first data symbol and the second data symbol The phases may be the same or opposite depending on the value of the data bit to be transmitted. For example, the first data symbol and the second data symbol may have the same phase if the value of the transmitted data bit is 0 and the opposite phase if the value of the transmitted data bit is 1. [
제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌 각각은 펄스파 한 주기 또는 여러 주기를 포함할 수 있다. 데이터 심벌이 펄스파 한 주기를 포함하는 경우 데이터 심벌은 (0, 1) 또는 (1, 0)일 수 있다.Each of the first data symbol and the second data symbol may include a pulsed period or several periods. The data symbol may be (0, 1) or (1, 0) if the data symbol includes a period of a pulse.
도 7은 본 발명에서 변조기가 2-PSK 방식을 이용해 출력신호를 생성하는 과정 및 비트-심벌 맵핑 표를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 변조부는 전송 데이터 비트의 값에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 제1 비트 및 제2 비트를 생성함으로써 디퍼렌셜 코딩을 수행한다. 예를 들어 변조부는 전송 데이터 비트의 값이 0일 때 제1 비트 및 제2 비트의 값이 동일하고, 전송 데이터 비트의 값이 1일 때 제1 비트 및 제2 비트의 값이 서로 상이하도록 생성할 수 있다.7 is a diagram illustrating a process of generating an output signal using a 2-PSK scheme and a bit-symbol mapping table in the present invention. Referring to FIG. 7, the modulator performs differential coding by generating first and second bits having the same or different values according to the values of the transmission data bits. For example, if the value of the first bit and the value of the second bit are the same when the value of the transmission data bit is 0 and the value of the transmission data bit is 1, can do.
변조부는 생성된 제1 비트 및 제2 비트를 각각 멘체스터 코딩하여 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌을 생성한다. 변조부는 수신한 디밍 레벨에 맞추어 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하고, 이를 멘체스터 심벌에 삽입하여 출력 신호를 생성한다. 변조부는 생성된 멘체스터 심벌에 대해 심벌 반복(symbol repetition)을 수행하여 하나의 데이터 심벌에 복수 주기의 펄스파가 포함되도록 할 수도 있다.The modulator manchester codes the generated first and second bits, respectively, to generate a first Manchester symbol and a second Manchester symbol. The modulator generates a brightness compensation symbol whose brightness is set according to the received dimming level, inserts it into a Manchester symbol, and generates an output signal. The modulator may perform symbol repetition on the generated Manchester symbol to include a plurality of periods of pulse spurs in one data symbol.
도 8은 변조기가 전송 데이터 비트열을 수신하여 2-PSK 방식을 이용해 복수의 광원을 제어하는 출력신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다. 변조부는 수신한 전송 데이터 비트열에 대해 직렬/병렬 변환을 수행하고, 출력된 병렬 비트열 각각에 대해 상술한 2-PSK를 이용해 출력 신호를 생성할 수 있다. 즉, 변조부는 수신한 전송 데이터 비트열 중 N 비트의 각 비트를 전송 데이터 비트로 하여 도 7에서 설명한 방법에 따라 N개의 광원 각각을 점멸시킬 수 있다.8 is a diagram illustrating a process in which a modulator receives a transmission data bit string and generates an output signal for controlling a plurality of light sources using a 2-PSK scheme. The modulator may perform serial / parallel conversion on the received transmission data bit stream and generate an output signal using the 2-PSK for each output parallel bit stream. That is, the modulator may blink each of the N light sources according to the method described with reference to FIG. 7 by using each bit of the N bits of the received transmission data bit stream as transmission data bits.
변조기는 디퍼렌셜 코딩 전에 스페이스-타임 부호화를 수행할 수 있다. 즉, 변조기는 직렬/병렬 변환을 통해 M개의 비트열을 생성하고, M개의 비트열에 대해 스페이스-타임 부호화를 수행하여 N개의 비트열을 생성할 수 있다.The modulator may perform space-time encoding prior to differential coding. That is, the modulator generates M bit strings through serial / parallel conversion, and performs space-time encoding on M bit strings to generate N bit strings.
이미지 수신부가 수신한 이미지들에는 제1 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지 및 상기 제2 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지가 포함돼 있으며, 복조부는 이들에 기초하여 전송 데이터를 복원할 수 있다. 예를 들어, 복조부는 제1 데이터 심벌의 점멸 위상과 제2 데이터 심벌의 점멸 위상이 동일하면 0을, 반대이면 1을 복원할 수 있다. 송신측의 변조 방식에 따라 복조부는 제1 데이터 심벌의 점멸 위상과 제2 데이터 심벌의 점멸 위상이 동일하면 1을, 반대이면 0을 복원할 수도 있음은 물론이다.The images received by the image receiving unit include an image of the blinking state of the first data symbol and an image of the blinking state of the second data symbol. The demodulating unit may recover the transmission data based on the blinking state. For example, the demodulator can recover 0 if the blinking phase of the first data symbol is equal to the blinking phase of the second data symbol, and 1 if the blinking phase of the second data symbol is opposite. According to the modulation method of the transmission side, the demodulation unit may restore 1 if the flickering phase of the first data symbol is equal to the blinking phase of the second data symbol, and 0 if the flickering phase of the second data symbol is opposite.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의해 2-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측에서 롤링 셔터 방식으로 광원을 촬영하는 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다. 도 9에서 볼 수 있는 것과 같이 롤링 셔터 효과에 의해 광원 1과 광원 k의 샘플링 시간에 dt 만큼의 차이가 있더라도 수신측에서 올바르게 전송 데이터 비트를 복원할 수 있다. 수신측에서 글로벌 셔터 방식을 이용할 수도 있음은 물론이다.9 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when a light source is photographed in a rolling shutter mode on a receiving side when a 2-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, even if there is a difference of dt from the sampling time of the
도 9에서는 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트와 동일한 경우가 도시되어 있는데, 이 경우 데이터 심벌과 밝기 보상 심벌의 경계, 또는 데이터 심벌 내에서 트랜지션이 일어나는 순간에 샘플링이 이루어지면 올바르게 전송 데이터를 복원할 수 없다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의해 2-PSK 변조방식을 이용할 때 수신측의 프레임 레이트가 송신측의 데이터 심벌 레이트이 세 배인 경우 복조 과정의 예를 도시한 도면이다. 이 경우 수신측에서는 언제나 올바르게 전송 데이터를 복원할 수 있게 된다.9 shows a case where the frame rate on the receiving side is the same as the data symbol rate on the transmitting side. In this case, if the sampling is performed at the boundary of the data symbol and the brightness compensation symbol or at the instant of the transition in the data symbol, Data can not be restored. 10 is a diagram illustrating an example of a demodulation process when the frame rate of the receiving side is three times the data symbol rate of the transmitting side when the 2-PSK modulation scheme is used according to an embodiment of the present invention. In this case, the receiving side can always correctly restore the transmission data.
전송 데이터 복원에 사용할 적절한 이미지를 선택하는 데에는 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 다음 논문에 소개된 방법을 사용할 수 있다.Various methods can be used to select an appropriate image to use for restoring the transmission data. For example, the method described in the following article can be used.
http://journals.sagepub.com/doi/10.1155/2015/908139http://journals.sagepub.com/doi/10.1155/2015/908139
본 발명에서 2-PSK를 이용하는 경우 및 S8-PSK를 이용하는 경우와 종래의 DS8-PSK를 비교하면 다음과 같다.In the present invention, the case of using 2-PSK and the case of using S8-PSK and the conventional DS8-PSK are as follows.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the drawings. These embodiments are to be considered as illustrative rather than limiting, and should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The true scope of protection of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims rather than the above description. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the concept of the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. Each step of the present invention need not necessarily be performed in the order described, but may be performed in parallel, selectively, or individually. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that the equivalents include all components that are invented in order to perform the same function irrespective of the currently known equivalents as well as the equivalents to be developed in the future.
Claims (34)
상기 변조부가 상기 전송 데이터에 기초하여, 소정의 변조방식에 의해, 밝기가 50%인 데이터 심벌을 생성하는 단계;
상기 변조부가 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하는 단계;
상기 변조부가 상기 데이터 심벌 및 상기 밝기 보상 심벌을 포함하는 출력 신호를 생성하는 단계;
광원 제어부가 상기 출력 신호에 따라 하나 이상의 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.Receiving a transmission data and a dimming level from the modulation unit;
Generating a data symbol having a brightness of 50% by a predetermined modulation scheme based on the transmission data;
The modulation unit generating a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the dimming level;
The modulating unit generating an output signal including the data symbol and the brightness compensation symbol;
And the light source control unit blinks one or more light sources according to the output signal.
상기 밝기 보상 심벌은 상기 디밍 레벨에 기초하여 듀티비가 설정되는 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.The method according to claim 1,
Wherein the brightness compensating symbol includes a pulse wave signal whose duty ratio is set based on the dimming level.
상기 밝기 보상 심벌은 수신 이미지 센서가 검출할 수 없는 주파수의 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.The method according to claim 1,
Wherein the brightness compensation symbol includes a pulse wave signal of a frequency that the reception image sensor can not detect.
상기 데이터 심벌은 상기 하나 이상의 광원에 각각 대응되는 하나 이상의 펄스파 신호를 포함하고,
상기 하나 이상의 펄스파 신호의 듀티비는 50%인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.The method according to claim 1,
Wherein the data symbols include at least one pulse signal corresponding to the at least one light source,
Wherein the duty ratio of the one or more pulse wave signals is 50%.
상기 소정의 변조방식은 SM-PSK 방식이고,
상기 데이터 심벌은 SM-PSK 심벌인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.5. The method of claim 4,
The predetermined modulation scheme is an SM-PSK scheme,
Wherein the data symbols are SM-PSK symbols.
상기 출력 신호를 생성하는 단계는,
상기 SM-PSK 심벌 하나마다 상기 밝기 보상 심벌 하나를 포함시켜 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.6. The method of claim 5,
Wherein generating the output signal comprises:
And generating the output signal by including one of the brightness compensation symbols for each of the SM-PSK symbols.
상기 SM-PSK 심벌은 한 주기의 펄스파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the SM-PSK symbol includes a pulse wave signal of one period.
상기 하나 이상의 펄스파 신호 각각은, 대응되는 전송 데이터 비트에 대하여 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌을 포함하며,
상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값에 따라 위상이 서로 동일하거나 반대인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.5. The method of claim 4,
Wherein each of the one or more pulse signals comprises a first data symbol and a second data symbol for a corresponding transmitted data bit,
Wherein the first data symbol and the second data symbol have the same or opposite phases according to values of the corresponding transmission data bits.
상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌은, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값이 0인 경우 위상이 같고, 상기 대응되는 전송 데이터 비트의 값이 1인 경우 위상이 반대인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the first data symbol and the second data symbol are in phase when the value of the corresponding transmission data bit is 0 and opposite in phase when the value of the corresponding transmission data bit is 1, Transmission method.
상기 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌 각각은 (0, 1) 또는 (1, 0)인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.9. The method of claim 8,
Wherein each of the first data symbol and the second data symbol is (0, 1) or (1, 0).
상기 출력 신호는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the output signal comprises the first data symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
상기 출력 신호는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the output signal comprises the first data symbol, the brightness compensation symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트의 값에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 제1 비트 및 제2 비트를 생성하는 단계;
상기 변조부가 상기 제1 비트 및 제2 비트를 각각 멘체스터 코딩하여 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌을 생성하는 단계;
상기 변조부가 상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하는 단계;
상기 변조부가 상기 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌에 상기 밝기 보상 심벌을 삽입하여 출력 신호를 생성하는 단계; 및
광원 제어부가 상기 출력 신호에 따라 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.Receiving a transmission data bit and a dimming level by the modulation unit;
Generating a first bit and a second bit having a value equal to or different from each other according to a value of the transmission data bit;
Wherein the modulating unit manchester codes the first bit and the second bit, respectively, to generate a first Manchester symbol and a second Manchester symbol;
The modulation unit generating a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the dimming level;
Generating the output signal by inserting the brightness compensating symbol into the first Manchester symbol and the second Manchester symbol; And
And the light source control unit blinks the light source according to the output signal.
상기 전송 데이터 비트의 값이 0일 때 상기 제1 비트 및 제2 비트의 값은 동일하고,
상기 전송 데이터 비트의 값이 1일 때 상기 제1 비트 및 제2 비트의 값은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.14. The method of claim 13,
When the value of the transmission data bit is 0, the values of the first bit and the second bit are the same,
Wherein when the value of the transmission data bit is 1, the values of the first bit and the second bit are different from each other.
상기 출력 신호는 상기 제1 멘체스터 심벌, 상기 제2 멘체스터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the output signal comprises the first Manchester symbol, the second Manchester symbol, and the brightness compensation symbol in order.
상기 출력 신호는 상기 제1 멘체스터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 멘체스터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the output signal comprises the first Manchester symbol, the brightness compensation symbol, the second Manchester symbol, and the brightness compensation symbol in order.
상기 변조부가 전송 데이터 비트 열을 수신하는 단계;
상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트 열 중 N 비트의 각 비트를 전송 데이터 비트로 하여 N개의 광원 각각을 점멸시키는 단계를 포함하고,
상기 출력 신호의 상기 제1 멘체스터 심벌 및 상기 제2 멘체스터 심벌 각각은 (0, 1) 또는 (1, 0)인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.14. The method of claim 13,
Receiving the transmission data bit string by the modulation unit;
And the modulation unit blinks each of the N light sources with N bits of the transmission data bit string as transmission data bits,
Wherein each of the first and second human character symbols of the output signal is (0, 1) or (1, 0).
상기 변조부가 전송 데이터 비트 열을 수신하는 단계;
상기 변조부가 상기 전송 데이터 비트 열을 스페이스-타임 부호화 방식에 따라 부호화 하는 단계; 및
상기 부호화된 전송 데이터 비트 열 중 N 비트를 전송 데이터 비트로 하여 N개의 광원 각각을 점멸시키는 단계를 포함하고,
상기 출력 신호의 상기 제1 멘체스터 심벌 및 상기 제2 멘체스터 심벌 각각은 (0, 1) 또는 (1, 0)인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.14. The method of claim 13,
Receiving the transmission data bit string by the modulation unit;
Encoding the transport data bit stream according to a space-time encoding scheme; And
And blinking each of the N light sources with N bits of the encoded transmission data bit stream as transmission data bits,
Wherein each of the first and second human character symbols of the output signal is (0, 1) or (1, 0).
복조부가 상기 이미지들로부터 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하며,
상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 데이터 심벌 및 밝기 보상 심벌을 포함하고,
상기 이미지들은 데이터 심벌을 촬영한 이미지들 및 밝기 보상 심벌을 촬영한 이미지들을 포함하며,
상기 복조부는 상기 데이터 심벌을 촬영한 이미지들로부터 소정의 변조방식에 의해 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.The method comprising: receiving images in which an image receiving unit successively photographed a blinking state of one or more light sources from an image sensor; And
Wherein the demodulating unit restores the transmission data from the images,
Wherein the blink state of the at least one light source comprises a data symbol and a brightness compensation symbol,
The images comprising images of data symbols and images of brightness compensation symbols,
Wherein the demodulation unit restores the transmission data by using a predetermined modulation scheme from the images photographed by the data symbol.
상기 소정의 변조방식은 SM-PSK 방식이고,
상기 데이터 심벌은 SM-PSK 심벌인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.20. The method of claim 19,
The predetermined modulation scheme is an SM-PSK scheme,
Wherein the data symbols are SM-PSK symbols.
상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 SM-PSK 심벌 및 밝기 보상 심벌이 하나씩 반복되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.21. The method of claim 20,
Wherein the blinking state of the at least one light source is one in which the SM-PSK symbol and the brightness compensation symbol are repeated one by one.
상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.22. The method of claim 21,
Wherein the frame rate at which the image is captured is greater than the symbol rate of the data symbol.
상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트의 두 배인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.22. The method of claim 21,
Wherein the frame rate at which the image is taken is twice the symbol rate of the data symbol.
상기 데이터 심벌은 듀티비가 50%인 제1 데이터 심벌 및 제2 데이터 심벌을 포함하고,
상기 복조부는 상기 제1 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지 및 상기 제2 데이터 심벌의 점멸 상태를 촬영한 이미지에 기초하여 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.20. The method of claim 19,
Wherein the data symbol includes a first data symbol and a second data symbol with a duty ratio of 50%
Wherein the demodulation unit restores the transmission data based on the image of the blinking state of the first data symbol and the image of the blinking state of the second data symbol.
상기 복조부는 제1 데이터 심벌의 점멸 위상과 제2 데이터 심벌의 점멸 위상이 동일하면 0을, 반대이면 1을 복원하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the demodulating unit restores 0 if the flickering phase of the first data symbol is equal to the flickering phase of the second data symbol, and 1 if the flickering phase of the second data symbol is opposite.
상기 하나 이상의 광원 각각의 점멸 상태는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the blinking state of each of the one or more light sources sequentially includes the first data symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol.
상기 하나 이상의 광원 각각의 점멸 상태는 상기 제1 데이터 심벌, 상기 밝기 보상 심벌, 상기 제2 데이터 심벌, 및 상기 밝기 보상 심벌을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the flickering state of each of the one or more light sources comprises the first data symbol, the brightness compensation symbol, the second data symbol, and the brightness compensation symbol in order.
상기 이미지를 촬영하는 프레임 레이트는 상기 데이터 심벌의 심벌 레이트의 세 배인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the frame rate at which the image is captured is three times the symbol rate of the data symbol.
상기 이미지들은 롤링 셔터 방식으로 촬영되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.25. The method of claim 24,
Wherein the images are photographed in a rolling shutter manner.
상기 전송 데이터에 기초하여, 소정의 변조방식에 의해, 밝기가 50%인 데이터 심벌을 생성하고,
상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하고,
상기 데이터 심벌 및 상기 밝기 보상 심벌을 포함하는 출력 신호를 생성하는 변조부; 및
상기 출력 신호에 따라 하나 이상의 광원을 점멸시키는 광원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.Receiving transmission data and a dimming level,
Generates a data symbol having a luminance of 50% by a predetermined modulation scheme based on the transmission data,
Generates a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the dimming level,
A modulator for generating an output signal including the data symbol and the brightness compensation symbol; And
And a light source control unit for blinking one or more light sources according to the output signal.
상기 전송 데이터 비트의 값에 따라 서로 동일하거나 상이한 값을 갖는 제1 비트 및 제2 비트를 생성하고,
상기 제1 비트 및 제2 비트를 각각 멘체스터 코딩하여 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌을 생성하고,
상기 디밍 레벨에 기초하여 밝기가 설정된 밝기 보상 심벌을 생성하고,
상기 제1 멘체스터 심벌 및 제2 멘체스터 심벌에 상기 밝기 보상 심벌을 삽입하여 출력 신호를 생성하는 변조부; 및
상기 출력 신호에 따라 광원을 점멸시키는 광원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.Receiving a transmission data bit and a dimming level,
Generating first and second bits having the same or different values according to the values of the transmission data bits,
The first bit and the second bit are respectively Manchester-coded to generate a first Manchester symbol and a second Manchester symbol,
Generates a brightness compensation symbol whose brightness is set based on the dimming level,
A modulator for generating an output signal by inserting the brightness compensation symbol into the first and second Manchester symbols; And
And a light source control unit for causing the light source to blink according to the output signal.
상기 이미지들로부터 전송 데이터를 복원하는 복조부를 포함하며,
상기 하나 이상의 광원의 점멸 상태는 데이터 심벌 및 밝기 보상 심벌을 포함하고,
상기 이미지들은 데이터 심벌을 촬영한 이미지들 및 밝기 보상 심벌을 촬영한 이미지들을 포함하며,
상기 복조부는 상기 데이터 심벌을 촬영한 이미지들로부터 소정의 변조방식에 의해 상기 전송 데이터를 복원하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.An image receiving unit for receiving images continuously photographed from an image sensor of a blinking state of one or more light sources; And
And a demodulator for recovering transmission data from the images,
Wherein the blink state of the at least one light source comprises a data symbol and a brightness compensation symbol,
The images comprising images of data symbols and images of brightness compensation symbols,
Wherein the demodulating unit restores the transmission data by using a predetermined modulation scheme from the images photographed by the data symbol.
28. A computer-readable recording medium on which a program for performing the method of any one of claims 1 to 28 is recorded.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180024951A KR101937607B1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Method and apparatus for dimmable optical wireless communication for hybrid communication system |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020180024951A KR101937607B1 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Method and apparatus for dimmable optical wireless communication for hybrid communication system |
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