KR101938391B1 - 가시광 무선 통신 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

가시광 무선 통신 송신 장치는 단위 시간 주기 내에서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계를 설정하고, 상기 펄스 폭 조절 단계에 따라서 입력되는 송신 데이터를 나누어 비트 변환한 후에 PWM 신호로 변조하며, PWM 신호에 따라서 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 점등을 제어하여 복수의 LED로부터 발생하는 가시광 변조 신호를 이용하여 송신 데이터를 송신한다.

Description

가시광 무선 통신 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING, FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}
본 발명은 가시광 무선 통신 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 광원의 밝기 감소 및 광원의 플리커 발생을 줄일 수 있는 가시광 무선 통신 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원(光源)으로 이용한 조명기기의 보급이 확대됨에 따라, LED 조명 기기와 통신을 할 수 있는 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 기술이 소개되고 있다.
VLC 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛에 데이터를 실어 무선으로 전달하는 통신 기술이다. VLC 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신 기술 및 적외선 무선 통신 기술과 구별된다. 또한, VLC 기술은 무선 주파수(Radio Frequency) 통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있다.
LED 광원을 이용한 VLC 시스템에서는 송신 신호의 위상에 대한 정보를 수신단에서 검출하기 어렵고 비교적 구성이 간단하다는 장점 때문에 송신단에서는 전기적 데이터 "0"과 "1"을 가시광 신호의 세기 변화로 변조시키는 세기 변조 방법 혹은 온오프 키잉(On-Off Keying, OOK) 변조 방법을 일반적으로 사용하고 있다. 또한, LED 광원을 이용한 VLC 시스템의 송신단에서는 일반적인 디지털 통신 시스템의 송신단에서와 같이 데이터 "0"과 "1"을 시스템에서 규정하는 "0"과 "1"의 신호 파형으로 매핑하는 코딩 블록을 포함할 수 있으며, 시스템에 따라 비영복귀(Non-Return to Zero, NRZ), 영복귀(Return-to-Zero), 맨체스터(Manchester) 등과 같은 코딩 방법을 주로 사용한다.
그런데, OOK 변조 방법은 기본적으로 광원의 평균 광 출력을 대폭 감소시키는 단점을 지니고 있다. 다시 말하면, 확률적으로 데이터 "1"과 "0"의 개수가 동일하다고 할 때, NRZ-OOK와 Manchester-OOK 코딩 및 변조 방법을 통해 출력되는 송신단의 가시광 신호의 평균 출력은 데이터 "1" 신호 크기의 절반에 해당하는 크기의 신호가 일정하게 인가되는 경우의 광 출력과 같다. 또한, RZ-OOK 코딩 및 변조 방법을 통한 평균 광 출력은 NRZ-OOK와 Manchester-OOK 코딩 및 변조 방법의 경우보다도 더 작다.
따라서, OOK 변조 방법을 LED 광원을 이용한 VLC 시스템의 송신단에 적용하면 광원이 손상되지 않는 크기 범위에서 실제 송신용 LED 광원이 제공할 수 있는 광 출력의 절반 혹은 그 이하의 광 출력만이 방사되기 때문에 광원의 밝기 측면에서 충분한 밝기를 제공하지 못하게 된다. 이때, OOK 변조 방법에서 변조 신호의 진폭을 크게 증가시키거나 DC 성분을 추가함으로써 광원의 평균 광 출력을 증가시킬 수는 있지만 이러한 방법들은 LED 광원의 구동 허용치 초과를 발생시켜 광원의 수명을 크게 단축시킬 수 있다.
또한, 조명을 이용한 VLC에서는 눈 보호(Eye-safety)를 위해 깜박거림 즉, 플리커(flicker)가 발생하지 않도록 해야 한다. 여기서 플리커란 인간의 눈이 감지할 수 있는 광원의 밝기 변화를 의미한다. 그런데 Manchester-OOK 코딩 및 변조 방법을 제외한 NRZ-OOK와 RZ-OOK 코딩 및 변조 방법들은 "1"과 "0"을 나타내는 가시광 광원의 밝기가 서로 다르고, 임의의 데이터 전송 구간 내에서 "1"과 "0"의 패턴 비율이 데이터 조합에 따라 달라져 플리커가 발생할 수 있다.
한편, 종래의 기술들 중 적외선 무선 통신 분야에서 활발하게 사용되어 온 PPM(Pulse Position Modulation) 변조 방법은 Manchester-OOK 코딩 및 변조 방법과 유사하게 단위 심볼을 나타내는 광원의 평균 밝기가 항상 같기 때문에 플리커 방지 효과를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, PPM 변조 방법이 제공할 수 있는 광원의 최대 평균 밝기는 2개의 심볼을 표현할 수 있는 2-PPM에서 50%로 가장 높고, 표현할 수 있는 심볼의 가짓수가 증가할수록 더욱 감소한다는 단점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광원의 밝기 감소 및 광원의 플리커 발생을 줄일 수 있는 가시광 무선 통신을 이용한 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 송신 장치의 송신 방법이 제공된다. 송신 방법은, 단위 시간 주기에서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계를 설정하는 단계, 상기 펄스 폭 조절 단계에 따라서 입력되는 VLC 소스 데이터의 각 심볼을 PWM 신호로 변조하는 단계, 상기 PWM 신호에 따라서 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 점등을 제어하여 가시광 변조 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 가시광 변조 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
상기 송신 방법은, 상기 변조하는 단계 이전에, 상기 펄스 폭 조절 단계에 따라서 입력되는 송신 데이터의 각 심볼의 비트를 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 변환하는 단계는, 상기 펄스 폭 조절 단계가 2m인 경우에, 상기 송신 데이터를 m비트의 심볼로 나누는 단계, 그리고 상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 m은 2 이상의 정수일 수 있다.
상기 변조하는 단계는, 상기 2m 비트의 심볼을 두 단위 시간 주기를 가지는 PWM 신호로 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계는, 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 가시광 무선 통신 수신 장치의 수신 방법이 제공된다. 수신 방법은, 가시광 무선 통신 송신 장치로부터 가시광 변조 신호를 수신하는 단계, 상기 가시광 변조 신호로부터 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 추출하는 단계, 상기 PWM 신호를 심볼로 매핑하는 단계, 그리고 상기 심볼로부터 복조 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 생성하는 단계는, 상기 심볼의 비트를 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가시광 무선 통신 송신 장치에서 PWM 신호의 펄스 폭 조절 단계를 2m단계로 설정한 경우에, 상기 심볼은 2m 비트일 수 있으며, 상기 변환하는 단계는, 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 m은 2 이상의 정수일 수 있다.
상기 m비트의 심볼로 변환하는 단계는, 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 설정부, 비트 변환부, 변조부, 그리고 광원 발광부를 포함하는 가시광 무선 통신 송신 장치가 제공된다. 설정부는 단위 시간 주기에서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계를 설정한다. 비트 변환부는 상기 펄스 폭 조절 단계에 따라서 송신 데이터에 해당하는 복수의 심볼의 비트를 변환한다. 변조부는 비트 변환된 심볼을 각각 대응하는 PWM 신호로 매핑한다. 그리고 광원 발광부는 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함하며, 상기 PWM 신호에 따라서 상기 복수의 LED의 점등을 제어하여 가시광 변조 신호를 생성하고 상기 가시광 변조 신호를 송신한다.
상기 비트 변환부는, 상기 펄스 폭 조절 단계가 2m으로 설정된 경우에, 상기 송신 데이터를 m 비트의 심볼로 나눈 후에 2m 비트의 심볼로 변환할 수 있다. 이때, 상기 m은 2 이상의 정수일 수 있다.
상기 비트 변환부는, 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 포함하고, 상기 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 m 비트의 심볼을 2m 비트의 심볼로 변환할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 수신부, 복조부, 그리고 비트 역변환부를 포함하는 가시광 무선 통신 수신 장치가 제공된다. 수신부는 가시광 무선 통신 송신 장치로부터 가시광 변조 신호를 수신한다. 복조부는 상기 가시광 변조 신호를 복조하여 각각의 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 대응하는 심볼로 매핑한다. 그리고 비트 역변환부는 상기 심볼의 비트를 변환하여 디코딩 데이터를 생성한다.
상기 복조부는, 상기 가시광 무선 통신 송신 장치에서 PWM 신호의 펄스 폭 조절 단계를 2m으로 설정한 경우에, 상기 PWM 신호를 2m 비트의 심볼로 매핑할 수 있다. 이때, 상기 m은 2 이상의 정수일 수 있다.
또한, 상기 비트 역변환부는, 상기 2m 비트의 심볼을 m 비트의 심볼로 변환할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 조명 기기 혹은 가시광을 발광하는 가시광원에 가시광 무선통신용 송신 기능이 부가될 때, 현재 가시광 무선통신 기능이 없는 순수 LED 조명에서 광원의 밝기 조절을 위해 광범위하게 사용하고 있는 PWM 변조 방법을 이용할 수 있고, 변조 기능에 의해 발생되는 조명 기기 혹은 가시광원의 밝기 감소를 OOK 변조 방법 혹은 PPM 변조 방법에 비해 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 가시광원의 플리커 발생을 줄일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 송신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 송신 장치의 송신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PWM의 펄스 폭 조절 단계의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호에 매핑되는 심볼 파형들의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호의 매핑을 위한 비트 변환 테이블의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호의 매핑을 위한 비트 변환 테이블의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 4비트로 변환된 심볼과 PWM 신호와의 매핑 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 종래의 맨체스터(Manchester)-OOK 코딩 및 변조 방법에 따른 가시광 신호 및 그의 평균 밝기를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM의 펄스 폭 조절 단계의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호에 매핑되는 심볼 파형들의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호의 매핑을 위한 비트 변환 테이블의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 수신 장치의 수신 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 송수신 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 송신 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 송신 장치의 송신 방법을 나타낸 흐름도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 PWM의 펄스 폭 조절 단계의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 가시광 무선 통신 송신 장치(100)는 설정부(110), 비트 변환부(120), 변조부(130) 및 광원 발광부(140)를 포함한다.
도 2를 보면, 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 소스 데이터가 비트 변환부(120)로 입력된다.
비트 변환부(120)는 VLC 소스 데이터를 수신한다(S210).
또한, 설정부(110)는 단위 시간 주기 내에서 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계(x)를 설정하고(S220), 펄스 폭 조절 단계(x)를 비트 변환부(120) 및 변조부(130)로 전달한다. 예를 들어서, 설정부(110)는 단위 시간 주기(T) 내에서 펄스 폭 조절 단계(x)를 4단계로 설정할 수 있다. 이때, PWM의 각 단계별 펄스 폭에 따른 가시광 변조 신호는 도 3과 같이 나타날 수 있다. 즉, PWM은 기본적으로 광원에 인가되는 펄스의 폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 제어하는 변조 방법으로, W의 펄스 폭을 가지는 PWM 신호가 광원 발광부(140)로 입력되면 광원 발광부(140)에서 출력되는 가시광 변조 신호의 파형은 시간 T를 주기로 W의 펄스 폭을 가지는 파형이 된다.
비트 변환부(120)는 VLC 소스 데이터를 수신하면(S210), VLC 소스 데이터를 m 비트의 심볼로 나누고, VLC 변조에 따른 플리커 발생을 줄이기 위해 m 비트의 심볼을 비트 변환 테이블(122)에 따라 2m 비트의 심볼로 변환한다(S230). 여기서, m은 x=2m을 의미하며, m은 2 이상의 정수이다.
비트 변환부(120)는 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼들을 2m 비트의 심볼들로 변환들로 변환하는 비트 변환 테이블(122)을 포함한다. 예를 들어, 펄스 폭 조절 단계가 4단계일 경우, 비트 변환부(120)는 VLC 소스 데이터를 2 비트씩 나누고, 2 비트의 심볼들을 4 비트의 심볼들로 변환할 수 있다. 이와 달리, 펄스 폭 조절 단계가 16단계일 경우, 비트 변환부(120)는 VLC 소스 데이터를 4 비트씩 나누고, 4 비트의 심볼들을 8 비트의 심볼들로 변환할 수 있다.
변조부(130)는 PWM 방법을 이용하여 비트 변환된 2m 비트의 심볼들을 x개의 PWM 신호 중 하나와 매핑하여 PWM 신호를 생성하고(S240), 이를 광원 발광부(140)로 출력한다. 펄스 폭 조절 단계가 4단계일 경우, 2 비트의 4개의 심볼은 각각 4개의 PWM 신호와 1:1로 매핑될 수 있다. 이와 달리, 펄스 폭 조절 단계가 16단계일 경우, 4비트의 16개의 심볼은 각각 16개의 PWM 신호와 1:1로 매핑될 수 있다.
광원 발광부(140)는 광원 구동부(142) 및 LED(Light Emitting Eiode, LED) 광원 모듈(144)을 포함한다. 광원 구동부(142)는 LED 광원 모듈(144)을 구동한다. LED 광원 모듈(144)은 복수의 LED를 포함할 수 있다. 광원 구동부(142)는 PWM 신호에 따라서 복수의 LED의 켜짐과 꺼짐 상태를 제어하는 구동 신호를 생성하여 LED 광원 모듈(144)로 출력한다. LED 광원 모듈(144)은 광원 구동부(142)의 구동 신호에 따라 점등되어서 복수의 LED로부터 발광되는 빛에 해당하는 가시광 변조 신호를 생성하여 송신한다(S250~S260).
그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 신호로의 심볼 매핑에 대해서 도 4를 참고로 하여 설명한다.
도 4는 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호에 매핑되는 심볼 파형들의 일 예를 나타낸 도면이다.
단위 시간 주기(T) 내에서 펄스 폭 조절 단계(x)가 도 3과 같이 4단계로 설정될 때, 4단계의 PWM 신호로 표현할 수 있는 심볼의 개수는 00, 01, 10 및 11의 4개가 될 수 있다.
이러한 4개의 심볼을 LED 광원의 가시광 변조 신호의 파형으로 나타내면 도 4와 같을 수 있다. 따라서, VLC 소스 데이터를 2 비트씩으로 나누고, 2 비트로 표현되는 총 4개의 심볼들은 A 내지 D의 가시광 변조 신호에 해당하는 PWM 신호들로 1:1 매핑될 수 있다.
도 4는 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호에 매핑되는 심볼 파형들의 일 예를 나타낸 도면으로서, 각 PWM 신호에 매핑되는 심볼들은 도 4와 다를 수 있다. 예를 들면, 도 4의 A 내지 D의 가시광 변조 신호에 해당하는 PWM 신호들은 차례대로 "01", "10", "11" 및 "00"혹은 "10", "11", "01" 및 "00"와 매핑될 수도 있다.
여기서, 4개의 심볼 매핑된 PWM 신호들은 단위 시간 주기(T) 내에서 평균 밝기가 모두 다르고, 2비트씩으로 나누어진 데이터는 실제 랜덤하게 입력되기 때문에 이로부터 나타나는 가시광 변조 신호는 플리커를 발생시킬 가능성을 가지고 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 가시광 변조 신호의 플리커 발생을 차단하기 위해 비트 변환부(120)에서 비트 변환 테이블(122)을 이용하여 비트 변환을 수행한다.
도 5는 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호의 매핑을 위한 비트 변환 테이블의 일 예를 나타낸 도면이다. 즉, 도 5는 2 비트로 표현되는 총 4개의 심볼(00, 01, 10, 11)이 도 4의 A 내지 D의 가시광 변조 신호에 해당하는 PWM 신호들로 1:1 매핑되는 경우의 비트 변환 테이블이다.
도 5를 참고하면, 비트 변환 테이블(122)은 2비트(2B)의 심볼(00, 01, 10, 11)에 각각 1:1로 대응하는 4비트(4B)의 심볼(0011, 0110, 1001, 1100)을 저장하고 있다. 이때, 2 비트로 표현되는 총 4개의 심볼(00, 01, 10, 11)이 도 4의 A 내지 D의 가시광 신호에 해당하는 PWM 신호들로 1:1 매핑되는 경우, 4비트(4B)의 심볼(0011, 0110, 1001, 1100)은 4비트로 표현 가능한 16개의 심볼 중 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 평균 밝기가 동일한 4개의 심볼로, 2비트(2B)의 심볼(00, 01, 10, 11)과 1:1로 매핑된다.
따라서, 비트 변환부(120)는 비트 변환 테이블(122)을 참조하여 2비트의 심볼(00, 01, 10, 00)을 각각 4비트의 심볼(0011, 0110, 1001, 1100)로 변환할 수 있다.
이렇게 하면, 2비트로 나누어진 데이터가 랜덤하게 입력되더라도, 비트 변환부(120)에서의 비트 변환을 통해서 평균 밝기가 동일해지므로, 플리커 발생을 줄일 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 3의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호의 매핑을 위한 비트 변환 테이블의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 2 비트로 표현되는 총 4개의 심볼(01, 10, 11, 00)이 도 4의 A 내지 D의 가시광 변조 신호에 해당하는 PWM 신호들로 1:1 매핑되는 경우의 비트 변환 테이블이고, 도 7은 2 비트로 표현되는 총 4개의 심볼(10, 11, 01, 00)이 도 4의 A 내지 D의 가시광 변조 신호에 해당하는 PWM 신호들로 1:1 매핑되는 경우의 비트 변환 테이블이다.
도 6 및 도 7에 도시된 비트 변환 테이블(122a, 122b)은 2비트(2B)의 심볼(01, 10, 11, 00/10, 11, 01, 00)에 각각 1:1로 대응하는 4비트(4B)의 심볼(0001, 0100, 1011, 1110/0010, 0111, 1000, 1101)을 저장하고 있다. 이때, 4비트(4B)의 심볼(0001, 0100, 1011, 1110/0010, 0111, 1000, 1101)은 4비트로 표현 가능한 16개의 심볼 중 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 평균 밝기가 동일한 4개의 심볼이다.
그리고 도 5의 비트 변환 테이블(122)에 의해 비트 변환된 4비트의 심볼이 변조부(130)에 의해 PWM 신호로 매핑된 결과는 도 8과 같을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 4비트로 변환된 심볼과 PWM 신호와의 매핑 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
변조부(130)는 비트 변환된 4 비트의 심볼(0011, 0110, 1001, 1100)을 도 8에 도시된 4개의 가시광 변조 신호에 대응하는 PWM 신호와 각각 매핑하고 매핑한 PWM 신호를 광원 구동부(142)로 출력한다.
도 8에 도시된 4개의 가시광 변조 신호에 대응하는 PWM 신호를 보면, 4개의 PWM 신호로부터 얻어지는 평균 밝기는 모두 동일한 것을 알 수 있다. 또한, 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 평균 밝기가 50%를 초과한다는 것도 알 수 있다.
도 9는 종래의 맨체스터(Manchester)-OOK 코딩 및 변조 방법에 따른 가시광 변조 신호 및 그의 평균 밝기를 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 맨체스터(Manchester)-OOK 코딩 및 변조 방법에 따른 가시광 변조 신호의 평균 밝기는 데이터 "1" 신호 크기의 절반에 해당하는 크기의 DC 신호가 일정하게 인가되는 경우의 밝기와 같다. 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 방법은 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 50%를 초과하는 평균 밝기를 가지므로, OOK 변조 방법이나 PPM 변조 방법에 비해 가시광 무선 통신에서 LED 광원의 평균 밝기를 향상시키는 효과를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시 예로서, 단위 시간 주기(T) 내에서 펄스 폭 조절 단계가 8단계로 설정된 경우에 대해서 도 10 내지 도 12를 참고로 하여 간략하게 설명한다. 도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM의 펄스 폭 조절 단계의 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 PWM 신호에 매핑되는 심볼들의 일 예를 나타낸 도면이다. 그리고 도 12는 도 10의 펄스 폭 조절 단계를 갖는 비트 변환 테이블의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 설정부(110)는 단위 시간 주기(T) 내에서 PWM의 펄스 폭 조절 단계(x)를 8단계로 설정할 수 있다. 단위 시간 주기(T) 내에서 펄스 폭 조절 단계가 8단계로 설정될 때, 8단계의 PWM 신호로 표현할 수 있는 심볼의 개수는 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 및 111의 8개가 되며, 도 11에 도시한 바와 같이 8개의 심볼(000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111)은 해당 가시광 변조 신호에 대응하는 PWM 신호와 1:1로 매핑될 수 있다.
또한, 비트 변환부(120)는 VLC 소스 데이터를 3비트(=23)씩 나누고, 도 12의 비트 변환 테이블(120c)을 참조하여 3비트의 심볼을 6(=2*3)비트로 비트 변환할 수 있다. 도 12를 참고하면, 비트 변환 테이블(120c)은 비트 변환 테이블(120c) 또한 6비트로 표현할 수 있는 64개의 심볼 중 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 평균 밝기가 동일한 8개의 6비트 심볼(000111, 001110, 010101, 011100, 100011, 101010, 110001, 111000)을 6개의 3비트 심볼(000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111)과 1:1로 대응하여 저장하고 있다.
즉, 비트 변환 테이블(122c)의 6비트의 8개의 심볼(000111, 001110, 010101, 011100, 100011, 101010, 110001, 111000)은 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 평균 밝기가 모두 동일하다. 따라서, 3비트로 나누어진 데이터가 랜덤하게 입력되더라도, 비트 변환부(120c)에서의 비트 변환을 통해서 2 단위 시간 주기(2T) 내의 평균 밝기가 동일해질 수 있으므로, 플리커 발생을 줄일 수 있으며, 2 단위 시간 주기(2T) 내에서 50% 이상의 평균 밝기를 가질 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 수신 장치를 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 수신 장치의 수신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 무선 통신 수신 장치(200)는 수신부(210), 복조부(220) 및 비트 역변환부(230)를 포함한다.
도 14를 보면, 수신부(210)는 가시광 무선 통신 송신 장치(100)로부터 가시광 변조 신호를 수신한다(S1410).
복조부(220)는 변조부(130)의 역과정을 수행한다. 복조부(220)는 수신된 가시광 변조 신호를 복조하여 각각의 PWM 신호를 해당 2m 비트의 심볼들로 매핑한다. (S1420).
비트 역변환부(230)는 비트 변환부(120)의 역과정을 수행한다. 비트 역변환부(230)는 2m 비트의 심볼들을 m비트의 심볼들로 변환하여 디코딩 데이터를 생성한다(S1430~S1440). 비트 역변환부(230)는 비트 변환 테이블(122, 122a, 122b, 122c)의 역과정을 통해 2m 비트의 심볼들을 m비트의 심볼들로 변환한다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 송신 장치의 송신 방법에서,
    단위 시간 주기에서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계를 설정하는 단계,
    상기 펄스 폭 조절 단계가 2m인 경우에, 입력되는 송신 데이터를 m 비트의 심볼로 나누는 단계,
    상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계,
    상기 2m 비트의 심볼 중 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호와 상기 2m비트의 심볼 중 나머지 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호를 결합하여, 상기 2m 비트의 심볼을 두 단위 시간 주기를 가지는 PWM 신호로 변조하는 단계,
    상기 PWM 신호에 따라서 복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 점등을 제어하여 가시광 변조 신호를 생성하는 단계, 그리고
    상기 가시광 변조 신호를 송신하는 단계
    를 포함하며,
    상기 m은 2 이상의 정수인 송신 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계는 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 m 비트를 2m 비트로 변환하는 단계를 포함하는 송신 방법.
  6. 제1항에서,
    m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼이 단위 시간 주기의 2m개의 PWM 신호와 일대일로 매핑되어 있는 송신 방법.
  7. 가시광 무선 통신 수신 장치의 수신 방법에서,
    가시광 무선 통신 송신 장치로부터 변조된 두 단위 시간 주기를 가지는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 수신하는 단계,
    상기 PWM 신호를 2m 비트의 심볼로 복조하는 단계, 그리고
    상기 2m 비트의 심볼을 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 데이터로 매핑하는 단계
    를 포함하며,
    상기 매핑하는 단계는 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 가시광 무선 통신 송신 장치에서 PWM 신호의 펄스 폭 조절 단계를 2m으로 설정한 경우에, 상기 m은 2 이상의 정수이며,
    상기 변환하는 단계는 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 단계를 포함하며,
    상기 두 단위 시간 주기를 가지는 PWM 신호는 상기 2m 비트의 심볼 중 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호와 상기 2m비트의 심볼 중 나머지 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호가 결합되어 생성된 것인 수신 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에서,
    상기 m비트의 심볼로 변환하는 단계는,
    2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  11. 가시광 무선 통신 송신 장치에서,
    단위 시간 주기에서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)의 펄스 폭 조절 단계를 설정하는 설정부,
    상기 펄스 폭 조절 단계에 따라서 송신 데이터에 해당하는 복수의 심볼의 비트를 변환하는 비트 변환부,
    비트 변환된 심볼을 각각 대응하는 PWM 신호로 매핑하는 변조부, 그리고
    복수의 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함하며, 상기 PWM 신호에 따라서 상기 복수의 LED의 점등을 제어하여 가시광 변조 신호를 생성하고 상기 가시광 변조 신호를 송신하는 광원 발광부
    를 포함하며,
    상기 펄스 폭 조절 단계가 2m으로 설정된 경우에, 상기 비트 변환부는 상기 송신 데이터를 m 비트의 심볼로 나눈 후에 2m 비트의 심볼로 변환하고, 상기 m은 2 이상의 정수이며,
    상기 변조부는 상기 2m 비트의 심볼 중 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호와 상기 2m비트의 심볼 중 나머지 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호를 결합하여, 상기 2m 비트의 심볼을 두 단위 시간 주기를 가지는 PWM 신호로 변조하는 가시광 무선 통신 송신 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에서,
    상기 비트 변환부는 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 포함하고, 상기 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 m 비트의 심볼을 2m 비트의 심볼로 변환하는 가시광 무선 통신 송신 장치.
  14. 제13항에서,
    m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼이 단위 시간 주기의 2m개의 PWM 신호와 일대일로 매핑되어 있는 가시광 무선 통신 송신 장치.
  15. 가시광 무선 통신 수신 장치에서,
    가시광 무선 통신 송신 장치로부터 변조된 두 단위 시간 주기를 가지는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호를 수신하는 수신부,
    상기 PWM 신호를 2m 비트의 심볼로 매핑하는 복조부, 그리고
    상기 2m 비트를 변환하여 디코딩 데이터를 생성하는 비트 역변환부
    를 포함하며,
    상기 가시광 무선 통신 송신 장치에서 PWM 신호의 펄스 폭 조절 단계를 2m으로 설정한 경우에, 상기 비트 역변환부는 상기 2m 비트의 심볼을 m 비트의 심볼로 변환하고, 상기 m은 2 이상의 정수이며,
    상기 두 단위 시간 주기를 가지는 PWM 신호는 상기 2m 비트의 심볼 중 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호와 상기 2m비트의 심볼 중 나머지 m 비트의 심볼에 대응하는 단위 시간 주기의 PWM 신호가 결합되어 생성된 것인 가시광 무선 통신 수신 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에서,
    상기 비트 역변환부는 2m 비트로 표현할 수 있는 22m개의 심볼 중 상기 두 단위 시간 주기에서 평균 밝기가 동일한 2m개의 심볼을 m 비트로 표현할 수 있는 2m개의 심볼과 각각 1:1로 대응하여 저장하고 있는 비트 변환 테이블을 참조하여 상기 2m 비트의 심볼을 m비트의 심볼로 변환하는 가시광 무선 통신 수신 장치.
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