KR101961166B1 - 가시광 무선통신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

가시광 무선통신 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 가시광 무선통신 방법은, 전송 신호의 심볼과 상기 심볼에 동기된 심볼 클럭을 비교하여 상기 심볼의 시작 부분인지 여부를 판단하는 단계, 상기 시작 부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 전송 신호의 심볼을 소정의 주파수 간격으로 샘플링한 샘플들의 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 전반부의 누적영역에 대한 신호 누적값 및 상기 심볼 후반부의 누적영역에 대한 신호 누적값을 설정하는 단계, 상기 샘플 지수와 상기 전송 신호의 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 심볼 전반부 또는 후반부의 누적영역에 속하는지를 판단하고, 상기 샘플 지수가 속하는 위치에 따라 상기 전송 신호의 샘플을 누적시키는 단계, 상기 샘플 지수가 심볼 당 샘플 지수와 같은지를 비교하여, 상기 심볼의 끝부분인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 심볼의 끝부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 전송 신호에 상응하는 VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 통신 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

가시광 무선통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}
본 발명은 가시광 무선통신 방법 및 장치로, 더욱 상세하게는 가시광 무선통신에서 LED 조명의 밝기 조절을 위한 디밍 기능을 지원할 수 있는 가시광 무선 송수신용 변조 및 복조 기술에 관한 것이다.
최근 에너지 절감과 지구 온실 가스를 감축해야만 하는 현실적 환경 변화에 따라 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명 기구와 디스플레이 장치들이 자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대 기기, 특수 조명 및 일반 조명 등의 일상 생활에 급속히 확산되고 있다. 또한, 이와 더불어 LED 조명 기구와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 무선통신 기술도 활발히 연구되고 있다.
이는 LED 광원이 기존 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능하고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다. 또한, UN(United Nations) 기후변화협약의 교토의정서 발효에 따라 에너지 절감과 온실 가스를 의무적으로 감축해야만 하는 현실적인 상황들도 세계 여러 나라들에서 기존의 광원들을 LED 광원으로 급속히 교체하고 있는 이유 중 하나이다.
가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신 기술과 구별된다.
또한, 가시광 무선통신 기술은 현재 널리 사용하고 있는 RF(Radio Frequency) 무선통신과 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 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신 기능을 통시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징으로 가지고 있다.
가시광 무선통신 시스템은 가시광 조명을 기반으로 하여 정보를 송수신하는 시스템이므로, 조명의 기본 기능들이 만족된 상태에서 무선 통신이 이루어져야 한다. 조명의 중요한 기본 기능 중 하나가 바로 조명의 밝기 조절 또는 디밍 기능이므로, 가시광 무선통신 시스템은 가시광을 통한 무선 통신을 기능을 갖는 동시에 디밍 기능도 지원하여야 한다. 가시광 무선통신과 관련하여 조명의 밝기 조절을 위해 제안된 기술들은 크게 Amplitude dimming 방법과 Variable-PPM dimming 방법, 이렇게 두 가지를 들 수 있다.
Amplitude dimming은 OOK(On Off Keying) 변조 방법에서 신호의 진폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 조절하는 방법이고, Variable-PPM dimming은 Variable-PPM 또는 VPPM이라고 하는 변조 방법을 통해 밝기 조절 기능을 제공하는 방법이다.
Amplitude dimming은 OOK 변조 방법에서 신호의 진폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 조절하는 방법이다. 도 1 내지 도 3은 나타낸 바와 같이 Manchester 코드와 OOK 변조 방법이 적용된 경우에 대한 Amplitude dimming 방법을 도시한 것이다.
도 1은 Manchester-OOK 기술이 송신부에 적용되었을 경우 LED 조명에서 출력되는 광 파형과 이에 대응하는 평균출력을 가시적으로 나타낸 것이다. 그리고, 이때 평균출력은 Manchester-OOK 신호 진폭(PM)의 1/2 크기를 갖는 DC 신호가 인가될 때의 광출력과 같다는 것을 나타낸다.
한편, 도 2는 Manchester-OOK 신호의 진폭(PM1)을 도 1의 신호 진폭(PM) 보다 크게 하여 구동시킴으로써 LED 광원의 평균출력을 증가시킬 수 있다는 것을 보여주며, 마찬가지로 신호의 진폭을 작게 하여 구동한다면 평균출력을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 3은 Manchester-OOK 신호의 진폭(PM2)이 도 1의 신호 진폭(PM)과 동일하지만 DC 오프셋을 인가함으로써 결과적으로 평균출력을 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 이러한 amplitude dimming 기술은 가시광 무선통신 기능이 없는 동일한 사양의 LED 조명이 제공하는 최대 밝기 수준을 충족하기가 현실적으로 어렵다. 왜냐하면 이를 위해서는 LED 광원의 허용 범위를 크게 초과하는 진폭으로 신호를 인가해 주어야 하는데, 이때 인가되는 순간 신호 진폭들은 LED 광원을 손상시킬 수 있으며, 이는 장기적으로 LED 광원의 수명을 현저히 감소시킬 수 있기 때문이다. 또한 신호의 진폭을 변화시킴으로써 밝기를 조절한다는 것은 LED 광원에 공급되는 전류의 세기가 밝기 조절에 따라 변화하는 것을 의미하기 때문에 결과적으로 amplitude dimming은 LED 광원의 색 변이를 유발할 가능성도 가지고 있다.
VPPM은 프레임 내부 플리커(flicker) 발생을 차단하고 광원의 밝기를 조절하기 위해 2-PPM 변조 방법과 PWM 변조 방법으로부터 고안된 변조 방법으로 IEEE 802.15.7 국제표준에 채택된 가시광 무선통신용 변조 방식 중 하나이다.
2-PPM 변조 방법은 도 4와 같이 펄스의 위치에 따라 비트 0과 1을 표현하는 방법으로서 Manchester 코드의 광출력과 유사하게 비트 1과 0에서 동일한 평균 밝기를 제공한다. 따라서 이 기술은 프레임 내부 플리커 발생을 차단할 수 있다.
그리고 PWM 변조 방법은 도 2과 같이 펄스의 폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 조절하는 변조 방법으로서 현재의 LED 조명에서 대부분 사용되고 있는 기술이다.
한편, VPPM 변조 방법은 펄스의 위치에 따라 비트 0과 1을 표현한다는 점에서 2-PPM의 특징과 유사하고, 사용자가 원하는 밝기에 따라 펄스의 폭이 변화될 수 있다는 점에서는 PWM 변조 방법과 유사하다.
그러므로 도 5에서와 같이 펄스의 폭이 50%인 variable-PPM 기술로 변조된 광 파형은 2-PPM 변조 파형과 같다.
또한, 도 5는 VPPM 변조 방법을 통해 밝기를 조절하는 메커니즘을 가시적으로 나타낸 것으로써, 임의의 001 디지털 신호가 variable-PPM 기술로 변조될 때 동일한 데이터이지만 펄스 폭 변화에 따라 밝기가 변화하는 것을 예로써 표현한 것이다.
이외에도 VPPM 기술은 펄스 폭 변화 단계를 세분하여 설정함으로써 동일한 사양의 LED 조명이 제공하는 수준과 유사한 최대 밝기를 제공할 수 있다.
또한, 밝기 조절이 펄스의 진폭이 아닌 시간 축 상의 펄스 폭에 의해 결정되기 때문에 LED 광원을 손상시키지 않을 뿐만 아니라 광원의 색 변이도 유발하지 않는다.
한국공개특허 제2010-0060900호는 LED를 이용한 조명기기에서 조명의 휘도 조절 기능을 저해하지 않으면서도 가시광 무선통신이 가능하도록 한 방법에 대해서 개시하고 있으나, 이 한국공개특허에 개시된 기술은 가시광 무선통신에서 수신되는 신호끼리의 간섭에 의하여 오류가 발생하는 등의 한계가 있다.
따라서, 가시광 무선통신을 위하여 보다 새로운 기술의 필요성이 절실하게 대두된다.
본 발명은 상기의 배경 기술에서 기술한 바와 같이 디밍 기능 지원 가능 VPPM 변조 기술에 대해 샘플링과 카운터를 고려하여 디지털 회로로 구현 가능한 송수신 통신 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 무선통신 방법은, VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 송신 신호의 심볼과 상기 심볼에 동기된 심볼 클럭을 비교하여 상기 심볼의 시작 부분인지 여부를 판단하는 단계, 상기 시작 부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 송신 신호의 심볼을 소정의 주파수 간격으로 샘플링한 샘플들의 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index)와 상기 송신 신호의 값이 변하는 샘플 지수를 나타내는 변조 신호 변이점(Transient Point)을 설정하는 단계, 상기 샘플 지수와 상기 변조 신호 변이점을 비교하여, 상기 샘플 지수의 위치가 상기 변조 신호 변이점의 이전 부분에 해당하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 이전 부분에 해당하는지 여부의 판단에 따라 변조 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 다음 샘플 지수에 대하여 상기의 각 단계들을 재수행하는 단계를 더 포함한다.
이 때, 상기 샘플 지수와 변조 신호 변이점을 설정하는 단계는, 상기 심볼의 시작 부분이라고 판단되는 경우, 상기 샘플 지수를 0으로 리셋하고, 상기 송신 신호에 대응하는 변조 신호 변이점을 설정한다.
이 때, 상기 샘플 지수와 변조 신호 변이점을 설정하는 단계는, 상기 심볼의 시작 부분이 아니라고 판단되는 경우, 상기 샘플 지수와 상기 변조 신호 변이점을 그대로 유지한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 무선통신 방법은, VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 수신 신호의 심볼과 상기 심볼에 동기된 심볼 클럭을 비교하여 상기 심볼의 시작 부분인지 여부를 판단하는 단계, 상기 시작 부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 수신 신호의 심볼을 소정의 주파수 간격으로 샘플링한 샘플들의 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값 및 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값을 설정하는 단계, 상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 샘플 지수의 위치에 따라 수신된 신호를 누적시키는 단계, 상기 샘플 지수가 심볼 당 샘플 지수와 같은지를 비교하여, 상기 심볼의 끝부분인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 심볼의 끝부분인지 여부의 판단에 따라, 복조 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 다음 샘플 지수에 대하여 상기의 각 단계들을 재수행하는 단계를 더 포함한다.
이 때, 상기 동기된 심볼 클럭은 타이밍 동기(Timing Synchronization) 회로 또는 클럭 회복(Clock Recovery) 회로를 통해 이루어진다.
이 때, 상기 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값 및 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값을 설정하는 단계는, 심볼의 시작 부분이라고 판단되는 경우, 상기 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값 및 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값을 0으로 리셋한다.
이 때, 상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 샘플 지수의 위치에 따라 수신된 신호를 누적시키는 단계는, 상기 샘플 지수가 앞부분에 해당하면 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값으로 분류하여 현재 수신된 신호값을 누적시키고, 상기 샘플 지수가 뒷부분에 해당하면 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값으로 분류하여 현재 수신된 신호값을 누적시킨다.
이 때, 상기 심볼의 끝부분인지 여부의 판단에 따라, 복조 신호를 출력하는 단계는, 상기 심볼의 끝부분으로 판단되면, 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값 및 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값을 비교하여 상기 복조 신호를 출력한다.
이 때, 상기 복조 신호의 심볼은 상기 수신 신호의 심볼보다 적어도 하나의 심볼이 지연된다.
이 때, 상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 샘플 지수의 위치에 따라 수신된 신호를 누적시키는 단계는, 상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여, 상기 심볼 내부의 전반부 또는 상기 심볼 내부의 후반부 중에서 상기 수신된 신호를 누적시킬 부분을 선택하는 단계 및 상기 샘플 지수와 상기 선택된 부분의 누적 샘플 수와 비교하여 누적실행 여부를 판단하고, 상기 누적실행 여부의 판단에 따라 수신된 신호를 누적하는 단계를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 무선통신 장치는 VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 장치에 있어서, 송신 신호를 소정의 주파수 간격으로 샘플링하여 샘플들을 생성하고, 상기 샘플들 중 현재의 샘플에 대한 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index)를 생성하는 카운터, 상기 송신 신호의 값이 변하는 샘플 지수를 나타내는 변조 신호 변이점을 설정하는 변이점 설정부, 상기 샘플 지수와 상기 변조 신호 변이점의 전후 위치관계를 비교하여 비교값을 생성하는 비교기 및 상기 비교값에 따라 상기 송신 신호의 변조 신호를 결정하는 변조신호 결정부를 포함한다.
이 때, 상기 카운터는 상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 상기 비교기에 전달한다.
이 때, 상기 카운터는 상기 송신 신호와 동기된 심볼 클럭을 비교하여 상기 샘플 지수의 심볼 내 위치를 판단한다.
이 때, 상기 카운터는, 상기 샘플 지수가 시작 부분이 아니라고 판단되는 경우 상기 샘플 지수와 상기 변조 신호 변이점을 그대로 유지하며, 상기 샘플 지수가 시작 부분이라고 판단되는 경우 상기 샘플 지수와 상기 변조 신호 변이점을 리셋한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 무선통신 장치는, VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식을 이용하여 신호를 송수신하는 장치에 있어서, 수신 신호를 소정의 주파수 간격으로 샘플링하여 샘플들을 생성하고, 상기 샘플들 중 현재의 샘플에 대한 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index)를 생성하는 카운터, 상기 수신 신호의 값이 변하는 샘플 지수를 나타내는 변조 신호 변이점을 설정하는 변이점 설정부, 상기 샘플 지수가 상기 수신 신호의 심볼의 전반부 또는 후반부 영역에 속하는지를 판단하는 제1 비교기, 상기 심볼의 전반부 영역의 수신 신호를 누적하는 제1 누적기, 상기 심볼의 후반부 영역의 수신 신호를 누적하는 제2 누적기, 상기 제1 비교기의 비교 결과에 따라 상기 수신 신호를 상기 제1 누적기 또는 제2누적기로 분배하는 디멀티플렉서 및 상기 제1 누적기 및 상기 제2 누적기에 누적된 수신 신호의 크기를 비교하여 상기 수신 신호의 복조 신호를 결정하는 복조신호 결정부를 포함한다.
이 때, 상기 카운터는 상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 상기 비교기에 전달한다.
이 때, 상기 제1비교기는, 상기 샘플 지수와 상기 수신 신호의 심볼 당 샘플 수의 절반값을 비교하여 상기 샘플 지수가 상기 심볼의 전반부 또는 후반부 영역에 속하는지를 판단한다.
이 때, 상기 샘플 지수가 상기 수신 신호의 심볼 당 샘플 지수와 같은지를 비교하여, 상기 심볼의 끝부분인지 여부를 판단하는 제2 비교기를 더 포함하고, 상기 복조신호 결정부는 상기 제2 비교기에서 상기 심볼의 끝부분이라고 판단되는 경우에 상기 복조 신호를 출력한다.
이 때, 상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여, 상기 심볼 내부의 전반부 또는 상기 심볼 내부의 후반부 중에서 상기 수신 신호를 누적시킬 부분을 선택하는 제2 비교기 및 상기 샘플 지수와 선택된 상기 수신 신호를 누적시킬 부분의 누적 샘플 수와 비교하여 누적실행 여부를 판단하는 제3 비교기를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, VPPM 변조 기술에 대해 샘플링과 카운터를 고려하여 오류발생 없이 신호의 송신이 가능한 디지털 회로의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, VPPM 복조 기술에 대해 샘플링과 카운터를 고려하여 신호간의 간섭을 극복하는 신호의 수신이 가능한 디지털 회로의 구현이 가능하다.
도 1은 Manchester-OOK 환경에서의 Amplitude Dimming 파형을 나타낸 도면이다.
도 2는 Manchester-OOK 환경에서의 Amplitude Dimming 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 Manchester-OOK 환경에서의 Amplitude Dimming 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 VPPM 변조 방법의 원리인 2-PPM 및 PWM 변조 파형이다.
도 5는 펄스 폭 변화에 따른 밝기 조절 기능을 지원하는 VPPM 변조 파형이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 VPPM 변조 파형에 대한 디밍 제어, 전송 신호, 샘플링, 변조 신호의 관계에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 변조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 변조에 대한 디지털 회로 기반 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 복조에 대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 복조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 대한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 BER 성능 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정 가능한 VPPM 복조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정 가능한 VPPM 복조에 대한 디지털 회로 기반 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
변조 신호 또는 복조 신호는 VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식을 통하여 디지털 값으로 출력되는 통신 신호의 일종이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 VPPM 변조 파형에 대한 디밍 제어, 전송 신호, 샘플링, 변조 신호의 관계에 관한 도면이다.
이산 시간 (Discrete-time) 영역에 속하는 디지털 신호를 처리하는 디지털 회로는 특정 주파수의 클럭에 트리거(trigger)되어 동작한다. 이는 특정 주파수로 샘플링 된 신호가 디지털 회로를 통해 신호 처리됨을 뜻한다.
VPPM 송수신 장치를 디지털 회로로 구현하기 위해서는 VPPM 신호의 샘플링을 고려하여야만 한다. 도 6에서 DTX는 VPPM 변조된 한 개 심볼을 통해 전송되는 비트 정보를, T는 심볼 시간을, TD 는 디밍 제어 신호에 따라 변동되는 VPPM 펄스 폭을 나타낸다.
이 때, VPPM 심볼 주파수는 1/T Hz가 된다. 또한, 설정하고자 하는 디밍 백분율 값을 Dimper [%]라 한다면, TD = T*Dimper/100 가 된다.
VPPM 한 심볼 주파수 1/T Hz보다 NT배 높은 주파수 NT/T Hz를 갖는 클럭으로 VPPM 심볼을 샘플링하면 VPPM의 한개 심볼은 NT개의 샘플로 구성된다.
그러므로, 밝기와 관련된 VPPM 펄스 폭의 샘플 수 ND는 round(TD/T*NT)가 된다. 여기서 round는 반올림 연산을 뜻한다. 한 심볼에서의 디밍 해상도, 즉 밝기 조절 정도에 대한 경우의 수가 NT의 약수라면 반올림 연산이 필요없이 ND = TD/T*NT가 된다.
VPPM 변조에 따라 출력되는 변조 신호를 SVPPM _ TX라고 할 때, 도 6에서 전송 신호 DTX = 0 에 대해 심볼의 시작부터 ND 번째 샘플까지는 SVPPM _ TX = 1 (Logical High), 그 이후부터 심볼의 끝까지는 SVPPM _ TX = 0 (Logical Low)이 된다.
전송 신호 DTX = 1 인 경우에 대해서는 심볼의 시작부터 (N - ND) 번째 샘플까지는 SVPPM _ TX = 0, 그 이후부터 심볼의 끝까지는 SVPPM _ TX = 1 이 된다. 변조 신호 SVPPM _ TX의 값이 변하는 변조 신호 변이점(Transient Point)에 대한 샘플 지수를 NTP이라 하면, DTX = 0 에 대해서는 NTP = ND, DTX = 1 에 대해서는 NTP = N - ND가 된다.
또한, 도 6은 변조 신호 SVPPM _ TX와 전송 신호 DTX 와의 관계도 보여주는데, 변조 신호 변이점 NTP 이전까지는 논리적으로 반전인 관계, 즉 SVPPM _ TX = not(DTX)이다.
반면, NTP 이후에는 동일한 논리 관계를 보이며 SVPPM _ TX = DTX가 된다.
이러한 디밍 제어 신호 Dimper (또는 ND), 전송 신호 DTX, 샘플링과 변조 신호 SVPPM_TX 의 관계를 통해 VPPM 변조에 관한 디지털 신호 처리가 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 변조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 7은 도 6에서 설명한 VPPM 변조 파형에 대하여, 송신 신호 DTX가 001 일 때, 샘플링과 카운터를 고려하여 디밍 제어 신호 Dimper (또는 ND) 및 송신 신호 DTX 해당하는 VPPM 변조 신호 SVPPM _ TX를 생성하는 신호처리 과정에 대한 흐름을 보여준다.
ns는 현재 샘플에서 카운트 값, 즉 심볼을 소정의 주파수 간격으로 샘플링한 샘플들의 순번인 샘플 지수(sample index)를 나타낸다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법은 우선, 전송 신호와 동기된 심볼 클럭을 입력하고(S10), 전송 신호와 동기된 심볼 클럭을 기준으로 동기된 심볼 클럭과 샘플링이 이루어지는 심볼을 비교하여 해당 심볼의 시작 부분에 해당하는 여부를 판단한다.(S15)
이 때, S10 단계에서 심볼 클럭 이외에 샘플 지수의 구분을 위한 샘플 클럭을 함께 입력할 수 있다.
심볼 클럭은 전송 신호 내에서 각각의 심볼을 구분하는 클럭을 의미하며, 샘플 클럭은 전송 신호의 하나의 심볼 내에서 일정한 간격으로 샘플링하는 샘플을 구분하는 클럭을 의미한다.
이후, 심볼의 시작 부분에 해당한다고 판단되면, 샘플 지수 ns를 0으로 리셋하고(S20), 전송 신호 DTX에 따라 변조 신호 변이점 NTP을 설정한다.
이 때, 전송 신호 DTX의 값이 0 또는 1인지 여부를 판단하여 변조 신호 변이점 NTP이 설정된다.
S25 단계에서, 전송 신호 DTX의 값이 0으로 판단되면, VPPM 펄스 폭의 샘플 수 ND를 변조 신호 변이점으로 설정하고(S30), 전송 신호 DTX의 값이 0이 아닌 것으로 판단되면, VPPM의 한개 심볼의 샘플 수 NT와VPPM 펄스 폭의 샘플 수 ND의 차이를 변조 신호 변이점으로 설정한다(S35).
반면, S15 단계에서 심볼의 중간 부분에 해당한다고 판단되면, 현재 샘플 지수 ns와 변조 신호 변이점 NTP을 그대로 유지시킨다.(S40)
이후, 샘플 지수 ns와 변이점 신호 변이점 NTP을 비교하여, 현재 샘플 지수 ns의 위치가 변조 신호 변이점 NTP의 이전 부분에 해당되는지 이후 부분에 해당되는지를 판별한다.(S45)
S45 단계에서 현재 샘플 지수 ns의 위치가 변조 신호 변이점 NTP의 이전 부분에 해당한다고 판단되면, 송신 신호와 반전인 관계, 즉 SVPPM _ TX = not(DTX)를 통해서 변조 신호 SVPPM _ TX를 출력한다.(S50)
반면, S45 단계에서 현재 샘플 지수 ns의 위치가 변조 신호 변이점 NTP의 이후 부분에 해당한다고 판단되면, 송신 신호와 동등한 관계, 즉 SVPPM _ TX = DTX를 통해서 변조 신호 SVPPM _ TX를 출력한다.(S55)
이후, 전송 신호의 송신 프로세스가 완료되었는지를 판단하여(S60), 완료된 것으로 판단되면 모든 단계를 종료하고, 완료되지 않은 것으로 판단하면 샘플 지수 ns를 한단계 증가시켜(count up) 다음 샘플에 대한 샘플 지수를 설정하고 S10 내지 S60 단계를 반복한다.(S65)
한편, 도 7에서 S25, S50 및 S55 단계의 블록 안에 괄호로 표시된 것은, 도 6에 나타난 전송 신호 DTX와 변조 신호 SVPPM _ TX의 관계가 반전된 경우에 대한 것이다. 다시 말해 도 6에 나타난 VPPM 변조 신호 파형을 통해 001가 아닌 110 신호를 전송하는 경우에 괄호로 기술된 방식대로 변조된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 변조에 대한 디지털 회로 기반 블록도이다.
도 8은 도 7에 보여진 VPPM 변조 과정을 디지털 회로 기반 블록도로 나타낸 것이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선 통신 방법을 수행하는 디지털 회로는, 샘플 지수를 생성하는 제1 카운터(10), 샘플 지수와 변조 신호 변이점을 비교하는 제1 비교기(20), 전송 신호에 따라 변이점을 설정하기 위한 제1 멀티플렉서(310)와 뺄셈기(320)를 포함하는 변이점 설정부(30), 비교값과 전송 신호에 따라 변조 신호를 결정하기 위한 인버터(410)와 제2 멀티플렉서(420)를 포함하는 변조신호 결정부(40)를 포함하여 구성된다.
제1 카운터(10)는 심볼의 샘플링 간격을 설정하는 샘플 클럭을 입력받고, 전송 신호의 심볼에 대하여 소정의 주파수 간격으로 샘플링하여 심볼 내 샘플 수를 카운트하여 현재 샘플 지수를 생성한다
제1 카운터(10)는 전송 신호의 심볼과 동기된 심볼 클럭을 입력받아, 전송 신호의 심볼과 비교하여, 심볼의 시작 부분인지 판단한다. 이 때, 심볼 클럭에 의해 심볼의 시작지점이 지시되면 샘플 지수가 0으로 리셋된다.
변이점 설정부(30)는 전송 신호를 기준으로, 전송 신호 펄스 폭의 샘플수와 한 심볼당 샘플수를 이용하여 전송 신호 변이점을 생성한다.
뺄셈기(320)는 전송 신호 펄스 폭의 샘플수와 한 심볼당 샘플수의 차이를 연산하고, 제1 멀티플렉서(310)는 뺄셈기(320)에 의하여 연산된 차이와 전송 신호 펄스 폭의 샘플 수 중에서 선택된 하나의 값을 비교기(20)로 전달한다.
제1 비교기(20)는 샘플 지수와 변조 신호 변이점을 비교하여 현재 샘플 지수가 변조 신호 변이점의 앞부분 또는 뒷부분에 있는지를 판단한다.
변조신호 결정부(40)는 제1 비교기(20)의 비교값과 전송 신호에 따라 변조 신호를 결정한다.
인버터(410)는 전송 신호의 값에 대하여 반전 연산을 수행하고, 제2 멀티플렉서(420)는 제1 비교기(20)의 비교값에 따라서 변조 신호를 선택적으로 출력한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 복조에 대한 도면이다.
VPPM 변조는 기본적으로 펄스의 심볼 내부의 위치에 전송 데이터를 실어 보내는 방식이기 때문에, 수신 펄스 에너지가 수신 심볼의 앞부분에서 검출되는지, 뒷부분에서 검출되는지를 판별하여 송신기로부터 전송된 데이터를 검출할 수 있다.
해당 부분에서의 펄스의 검출 여부는 펄스 에너지 검출 여부와 동일하므로, 전반부에 대한 수신 신호 누적기(Accumulator)와 후반부에 대한 수신 신호 누적기를 통해 이루어질 수 있다. 그 후 수신된 신호의 복조 신호 DVPPM _ RX는 두 신호 누적기에 누적된 에너지 값들을 비교하여 얻을 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 VPPM 복조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 10은 도 9에서 설명한 VPPM 복조 파형에 대하여, 수신 신호 DRX가 001 일 때, 샘플링과 카운터를 고려하여 디밍 제어 신호 Dimper (또는 ND) 및 수신 신호 DRX 해당하는 VPPM 복조 신호 DVPPM _ RX를 생성하는 신호처리 과정에 대한 흐름을 보여준다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법은 우선, 수신 신호와 동기된 심볼 클럭을 입력하고(S100), 수신 신호와 동기된 심볼 클럭을 기준으로 동기된 심볼 클럭과 샘플링이 이루어지는 심볼을 비교하여 해당 심볼의 시작 부분에 해당하는 여부를 판단한다.(S105)
이 때, 수신부 심볼 클럭 동기는 타이밍 동기(Timing Synchronization) 회로 또는 클럭 회복(Clock Recovery) 회로를 통해 이루어질 수 있다.
이후, 심볼의 시작 부분에 해당한다고 판단되면, 샘플 지수 ns와 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer, 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter을 0으로 리셋한다.(S110)
반면, S110 단계에서 심볼의 중간 부분에 해당한다고 판단되면, 샘플 지수 ns와 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer, 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter을 그대로 유지시킨다.
이후, 샘플 지수 ns와 심볼의 중간 지점을 비교하여 샘플 지수 ns의 위치가 심볼 내부의 전반부에 속하는지 또는 후반부에 속하는지를 판단한다.(S115)
샘플 지수 ns가 앞부분에 해당하면 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값으로 분류하여 현재 수신된 신호값 SRX을 누적시키고(S120), 샘플 지수 ns가 뒷부분에 해당하면 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값으로 분류하여 현재 수신된 신호값 SRX을 누적시킨다.(S125)
이후, 샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 같은지를 비교하여, 심볼의 끝부분인지 여부를 판단한다.(S130)
샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 다를 경우, 심볼의 끝부분이 아닌 것으로 판단하여, 복조 신호 DVPPM _ RX를 그대로 유지한다.(S135)
반면, 샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 같을 경우, S120 및 S125 단계에서 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer과 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter에 대하여 크기를 비교하여 복조신호 DVPPM _ RX를 출력한다.(S140)
이 때, 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer이 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter보다 크다고 판단되면, 복조신호 DVPPM _ RX를 0으로 출력하고(S145), 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer이 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter보다 작다고 판단되면, 복조신호 DVPPM _ RX를 1로 출력한다(S150).
이후, 전송 신호의 수신 프로세스가 완료되었는지를 판단하여(S155), 완료된 것으로 판단되면 모든 단계를 종료하고, 완료되지 않은 것으로 판단하면 샘플 지수 ns를 한단계 증가시켜(count up) 다음 샘플에 대한 샘플 지수를 설정하고 S100 내지 S155 단계를 반복한다.(S160)
한편, 복조 신호 DVPPM _ RX의 심볼은 수신 신호 SRX의 심볼보다 적어도 하나의 심볼이 지연되는데, 이것은 복조 신호 DVPPM _ RX에 대한 검출이 빨라야 해당하는 수신 신호 SRX의 심볼 끝부분에서 이루어지기 때문이다
한편, 도 10에서 S145 및 S150단계의 블록 안에 괄호로 표시된 것은, 도 6에 나타난 전송 신호 DTX와 변조 신호 SVPPM _ RX의 관계가 반전된 경우에 대한 것이다. 다시 말해 도 9에 나타난 VPPM 변조 신호 파형을 통해 001가 아닌 110 신호를 전송하는 경우에 괄호로 기술된 방식대로 복조된다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 대한 도면이다.
도 10에 나타난 복조 방법은 펄스 신호에 해당하는 에너지의 위치를 판별하여 수신 데이터를 검출하는 방식으로 펄스의 위치에 정보를 실어 보내는 2-PPM 변조 신호에 대해서도 복조 가능한 방법이다.
하지만, VPPM 변조 신호는 2-PPM 변조 신호와 달리 디밍 제어 신호에 따라 펄스가 가변 된다. 이로 인해, 2-PPM 송수신에서는 일어나지 않는 수신 성능 저하 현상이 발생한다. 도 9로부터 볼 수 있듯이, 심볼 길이의 50% 이상에 해당하는 디밍 제어 신호에 대해 심볼 앞부분의 펄스가 심볼 뒷부분에 영향을 미치고 반대로 심볼 뒷부분의 펄스가 심볼 앞부분에 영향을 미치게 된다.
다시 말해, 송신 데이터에 해당하지 않는 심볼 위치에 송신 신호를 실은 펄스의 에너지가 수신되어 간섭을 일으킬 수 있다.
이러한 간섭 현상을 방지하기 위해서는 간섭이 일어날 수 있는 부분에서의 펄스 신호는 검출 과정에서 배제시키는 과정이 필요하다. 이는 펄스 에너지 검출을 심볼의 앞부분과 뒷부분 각각 전체에서 하지 않고, 심볼의 특정한 앞부분에서만 그리고 심볼의 특정한 뒷부분에서만 한정시켜 수행함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 펄스에 대한 동일한 폭의 누적 영역을 심볼 앞, 뒤로 각각 설정하여 이룰 수 있다는 의미이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 BER 성능 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 12를 참고하면, 샘플 신호에 대한 8 dB의 신호 대 잡음비(SNR, Signal-to-Noise Ratio)에서 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 대한 비트 오류율 (BER, Bit-Error Rate) 성능 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다.
여기서, Ns는 펄스 에너지 검출을 위해 누적되는 수신 신호 샘플의 수이다.
그러므로, Ns가 심볼 당 샘플 수 NT의 절반인 경우(Ns = NT/2)는 도 9와 도 10에 나타난 기본 복조 방법이 된다. 일반적인 복조 방법의 경우(Ns = NT/2)에 50% 미만의 디밍 제어값에서 BER 성능이 저하되는 것은 펄스의 폭이 작아 송신 신호의 에너지가 작기 때문이다.
하지만, 펄스 폭이 넓어 송신 신호의 에너지가 상대적으로 큰 50% 이상의 디밍 제어값에서의 BER 성능이 저하되는 것은 심볼 앞, 뒤 시간 구역 사이의 펄스 간섭이 발생하기 때문이다.
디밍 제어값이 커지면 펄스 간섭이 더욱 커져 성능이 더 저하됨을 도 12로부터 볼 수 있다.
또한, 도 12 에서는 50% 부근의 중간 디밍 제어값에서는 일반적인 복조 방법이, 작거나 큰 디밍 제어값에서는 특정 누적 영역을 설정한 복조 방법이 좋은 수신 성능을 가짐을 보여준다.
최상의 VPPM 복조 성능은 수신 신호의 펄스 폭에 따라 누적 영역이 가변되는 복조 방법(Ns = ND)을 통해 이루어질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정 가능한 VPPM 복조에 대한 신호 처리 흐름도이다.
도 13에 나타난 신호 처리 흐름도에는 도 10에 나타난 VPPM 복조에 대한 신호 처리 흐름도의 중간에 누적 영역에 해당하는지를 판별하는 블록과 판별 결과에 따라 누적을 수행하는 누적 블록이 추가되어 누적 영역에 한정된 수신 펄스 에너지의 검출이 가능하다. 즉, 점선으로 처리되어있는 박스 부분에 해당한다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법은 우선, 수신 신호와 동기된 심볼 클럭을 입력하고(S1000), 수신 신호와 동기된 심볼 클럭을 기준으로 동기된 심볼 클럭과 샘플링이 이루어지는 심볼을 비교하여 해당 심볼의 시작 부분에 해당하는 여부를 판단한다.(S1005)
이 때, S1000 단계에서 심볼 클럭 이외에 샘플 지수의 구분을 위한 샘플 클럭을 함께 입력할 수 있다.
이후, 심볼의 시작 부분에 해당한다고 판단되면, 샘플 지수 ns와 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer, 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter을 0으로 리셋한다.(S1010)
반면, S110 단계에서 심볼의 중간 부분에 해당한다고 판단되면, 샘플 지수 ns와 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer, 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter을 그대로 유지시킨다.
이후, 샘플 지수 ns와 심볼의 중간 지점을 비교하여 샘플 지수 ns의 위치가 심볼 내부의 전반부에 속하는지 또는 후반부에 속하는지를 판단한다.(S1015)
샘플 지수 ns가 앞부분에 해당하면, 샘플 지수 ns와 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적값으로 분류한다.
이후, 샘플 지수 ns와 전반부의 누적 샘플 수 Ns를 비교하여 누적시킬지 여부를 판단한다.(S1020)
샘플 지수 ns가 전반부의 누적 샘플 수 Ns보다 큰 것으로 판단되면 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer을 그대로 유지하고(S1025), 샘플 지수 ns가 전반부의 누적 샘플 수 Nsum보다 작은 것으로 판단되면 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer에 수신된 신호값 SRX을 누적시킨다.(S1030)
반면, S1015 단계에서 샘플 지수 ns가 뒷부분에 해당하면, 샘플 지수 ns와 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적값으로 분류한다.
이후, 샘플 지수 ns와 후반부의 누적 샘플 수 NTL-Nsum를 비교하여 누적시킬지 여부를 판단한다.(S1035)
샘플 지수 ns가 후반부의 누적 샘플 수 NTL-Nsum보다 큰 것으로 판단되면 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter에 수신된 신호값 SRX을 누적시키고(S1040), 샘플 지수 ns가 후반부의 누적 샘플 수 NTL-Nsum보다 작은 것으로 판단되면 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter을 그대로 유지한다.(S1045)
이후, 샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 같은지를 비교하여, 심볼의 끝부분인지 여부를 판단한다.(S1050)
샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 다를 경우, 심볼의 끝부분이 아닌 것으로 판단하여, 복조 신호 DVPPM _ RX를 그대로 유지한다.(S1070)
반면, 샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 지수 NT가 같을 경우, S1030 및 S1040 단계에서 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer과 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter에 대하여 크기를 비교하여 복조신호 DVPPM _ RX를 출력한다.(S1055)
이 때, 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer이 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter보다 크다고 판단되면, 복조신호 DVPPM _ RX를 0으로 출력하고(S1060), 누적된 심볼 전반부에 대한 누적값 Aformer이 심볼 후반부에 대한 누적값 Alatter보다 작다고 판단되면, 복조신호 DVPPM _ RX를 1로 출력한다(S1065).
이후, 전송 신호의 수신 프로세스가 완료되었는지를 판단하여(S1075), 완료된 것으로 판단되면 모든 단계를 종료하고, 완료되지 않은 것으로 판단하면 샘플 지수 ns를 한단계 증가시켜(count up) 다음 샘플에 대한 샘플 지수를 설정하고 S1000 내지 S1075 단계를 반복한다.(S1080)
한편, 도 13에서 S1060 및 S1065 단계의 블록 안에 괄호로 표시된 것은, 도 6에 나타난 전송 신호 DTX와 변조 신호 SVPPM _ RX의 관계가 반전된 경우에 대한 것이다. 다시 말해 도 9에 나타난 VPPM 변조 신호 파형을 통해 001가 아닌 110 신호를 전송하는 경우에 괄호로 기술된 방식대로 복조된다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선통신 방법의 간섭 완화를 위해 누적 영역을 설정 가능한 VPPM 복조에 대한 디지털 회로 기반 블록도이다.
도 14는 도 13에 보여진 VPPM 복조 과정을 디지털 회로 기반 블록도로 나타낸 것이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 무선 통신 방법을 수행하는 디지털 회로는, 제2 카운터(100), 제2 비교기(110), 디멀티플렉서(130), 제3 비교기(140), 제4 비교기(150), 제1 누적기(180), 제2 누적기(190), 제5 비교기(210), 제6 비교기(200), 레지스터(220)를 포함하여 구성된다.
제2 카운터(100)는 심볼의 샘플링 간격을 설정하는 샘플 클럭을 입력받고, 샘플 클럭에 따라 샘플 지수를 생성하고, 전송 신호의 심볼과 동기된 심볼 클럭을 입력받아, 전송 신호의 심볼과 비교하여, 심볼의 시작 부분인지 판단한다. 이 때, 심볼 클럭에 의해 심볼의 시작지점이 지시되면 샘플 지수가 0으로 리셋된다.
제2 비교기(110)는 심볼의 앞/뒤 시간 영역을 구별하기 위한 샘플 지수 ns와 심볼 당 샘플 수의 절반값을 비교한다.
디멀티플렉서(130)는 비교기(110)의 비교 결과에 따라 심볼 앞/뒤 시간 영역의 누적기들(180, 190) 중 해당 누적기로 수신 신호를 분배한다.
제3 및 제4 비교기(140, 150)는 누적 영역에 관한 누적 샘플 수를 샘플 지수와 비교하여 누적 영역을 판별한다.
제1 및 제2 누적기(180, 190)는 심볼 앞/뒤 영역에 대해 펄스 신호를 누적한다.
이 때, 제1 및 제2 누적기(180, 190)는 제2 카운터(100)로 입력되는 심볼 클럭에 의하여 각각의 심볼마다 리셋이 될 수 있다. 이에 따라서, 리셋된 심볼은 새로운 심볼에 대하여 수신 신호의 누적을 실행한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 가시광 무선통신 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 제1 카운터 20 : 제1 비교기
30 : 변이점 설정부 310 : 제1 멀티플렉서
320 : 뺄셈기 40 : 변조신호 결정부
410 : 인버터 420 : 제2 멀티플렉서
100 : 제2 카운터 110: 제2 비교기
130 : 디멀티플렉서 140 : 제3 및 비교기
150 :제4 비교기 160 : 제2 멀티플렉서
170 : 제3 멀티플렉서 180 : 제1 누적기
190 : 제2 누적기 200 : 제6 비교기
210 : 제5 비교기 220 : 복조신호 결정부

Claims (16)

  1. 전송 신호의 심볼과 상기 심볼에 동기된 심볼 클럭을 비교하여 상기 심볼의 시작 부분인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 시작 부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 전송 신호의 심볼을 소정의 주파수 간격으로 샘플링한 샘플들의 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 전반부의 누적영역에 대한 제1 신호 누적값 및 상기 심볼 후반부의 누적영역에 대한 제2 신호 누적값을 설정하는 단계;
    상기 샘플 지수와 상기 전송 신호의 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 심볼 전반부 또는 후반부의 누적영역에 속하는지를 판단하고, 상기 샘플 지수가 속하는 위치에 따라 상기 전송 신호의 샘플을 누적시키는 단계;
    상기 샘플 지수가 심볼 당 샘플 지수와 같은지를 비교하여, 상기 심볼의 끝부분인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 심볼의 끝부분인지 여부의 판단에 따라, 상기 전송 신호에 상응하는 VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 복조 신호를 출력하는 단계; 를 포함하고,
    상기 심볼의 끝부분인지 여부의 판단에 따라, 복조 신호를 출력하는 단계는,
    상기 심볼의 끝부분으로 판단되면, 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 상기 제1 신호 누적값 및 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 상기 제2 신호 누적값을 비교하여 상기 복조 신호를 출력하는 가시광 무선통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전송 신호는 가시광으로 이루어진 아날로그 신호이고, 상기 VPPM 복조 신호는 상기 전송 신호를 0 또는 1의 값으로 복조 처리한 디지털 신호인 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 VPPM 복조 신호는 심볼 내 펄스의 위치가 두 개인 2-PPM이고, 상기 중간 지점은 상기 2-PPM에 상응하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 다음 샘플 지수에 대하여 상기의 각 단계들을 재수행하는 단계; 를 더 포함하는 가시광 무선통신 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 동기된 심볼 클럭은 타이밍 동기(Timing Synchronization) 회로 또는 클럭 회복(Clock Recovery) 회로를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 전반부의 누적영역에 대한 상기 제1 신호 누적값 및 상기 심볼 후반부의 누적영역에 대한 상기 제2 신호 누적값을 설정하는 단계는,
    심볼의 시작 부분이라고 판단되는 경우, 상기 샘플 지수(sample index), 상기 심볼 전반부의 누적영역에 대한 상기 제1 신호 누적값 및 상기 심볼 후반부의 누적영역에 대한 상기 제2 신호 누적값을 0으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 VPPM 복조 신호의 심볼은 상기 전송 신호의 심볼보다 적어도 하나의 심볼이 지연되는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플 지수와 상기 전송 신호의 심볼의 중간 지점을 비교하여 상기 심볼 전반부 또는 후반부의 누적영역에 속하는지를 판단하고, 상기 샘플 지수가 속하는 위치에 따라 상기 전송 신호의 샘플을 누적시키는 단계는,
    상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여, 상기 심볼 내부의 전반부에 대한 신호 누적영역 또는 상기 심볼 내부의 후반부에 대한 신호 누적영역을 선택하는 단계;
    상기 샘플 지수와 상기 선택된 누적영역의 누적 샘플 수와 비교하여 누적실행 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 누적실행 여부의 판단에 따라 수신된 신호를 누적하는 단계; 를 포함하는 가시광 무선통신 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 심볼 내부의 전반부 또는 후반부의 누적영역은 상기 심볼의 절반보다 작은 폭으로 설정되고, 상기 심볼의 전송 신호 중 특정한 앞부분 및 뒷부분에만 한정하여 누적시키는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  11. 전송 신호를 소정의 주파수 간격으로 샘플링하여 샘플들을 생성하고, 상기 샘플들 중 현재의 샘플에 대한 순번을 나타내는 샘플 지수(sample index)를 생성하는 카운터;
    상기 전송 신호의 값이 변하는 샘플 지수를 나타내는 변조 신호 변이점을 설정하는 변이점 설정부;
    상기 샘플 지수가 상기 전송 신호의 심볼의 전반부 또는 후반부 영역에 속하는지를 판단하는 제1 비교기;
    상기 심볼의 전반부 영역의 전송 신호를 누적하는 제1 누적기;
    상기 심볼의 후반부 영역의 전송 신호를 누적하는 제2 누적기;
    상기 제1 비교기의 비교 결과에 따라 상기 전송 신호를 상기 제1 누적기 또는 제2누적기로 분배하는 디멀티플렉서; 및
    상기 제1 누적기의 제1 신호 누적값 및 상기 제2 누적기의 제2 신호 누적값을 비교하여 상기 전송 신호의 VPPM(Variable Pulse Position Modulation) 복조 신호를 결정하는 통신 신호 결정부; 를 포함하는 가시광 무선통신 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 카운터는 상기 샘플 지수의 순번을 증가시켜 상기 비교기에 전달하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 비교기는,
    상기 샘플 지수와 상기 전송 신호의 심볼 당 샘플 수의 절반값을 비교하여 상기 샘플 지수가 상기 심볼의 전반부 또는 후반부 영역에 속하는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 샘플 지수가 상기 전송 신호의 심볼 당 샘플 지수와 같은지를 비교하여, 상기 심볼의 끝부분인지 여부를 판단하는 제2 비교기를 더 포함하고,
    상기 통신 신호 결정부는 상기 제2 비교기에서 상기 심볼의 끝부분이라고 판단되는 경우에 상기 VPPM 복조 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 샘플 지수와 상기 심볼의 중간 지점을 비교하여, 상기 심볼 내부의 전반부 또는 상기 심볼 내부의 후반부 중에서 상기 전송 신호를 누적시킬 부분을 선택하는 제2 비교기; 및
    상기 샘플 지수와 선택된 상기 전송 신호를 누적시킬 부분의 누적 샘플 수와 비교하여 누적실행 여부를 판단하는 제3 비교기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 심볼 내부의 전반부 또는 후반부의 누적영역은 상기 심볼의 절반보다 작은 폭으로 설정되고, 상기 심볼의 전송 신호 중 특정한 앞부분 및 뒷부분에만 한정하여 누적시키는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
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