KR101984855B1 - Apparatus and Method for Communicating Robust Visible Light with Ambient Light Noise - Google Patents

Apparatus and Method for Communicating Robust Visible Light with Ambient Light Noise Download PDF

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KR101984855B1
KR101984855B1 KR1020170181036A KR20170181036A KR101984855B1 KR 101984855 B1 KR101984855 B1 KR 101984855B1 KR 1020170181036 A KR1020170181036 A KR 1020170181036A KR 20170181036 A KR20170181036 A KR 20170181036A KR 101984855 B1 KR101984855 B1 KR 101984855B1
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정완영
팜낙콴
안진영
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an ambient light noise-robust visible light communication apparatus configured to prevent signal loss caused by distortion of a waveform due to average voltage tracking (AVT) and eliminate communication disturbance caused by ambient light and a method thereof. The apparatus comprises: a photoelectric conversion unit for converting an optical signal transmitted from a transmitter of the visible light communication system into an electric signal; a trans-impedance amplifier for amplifying a signal converted into an electrical signal in the photoelectric conversion unit; an average voltage tracking unit for detecting an average voltage signal to minimize influence of noise; a differential amplified signal output unit for outputting a differential amplified signal from which the average voltage signal is removed; and a voltage comparator for preventing signal loss caused by distortion of a waveform and outputting a comparison voltage from which communication disturbance caused by ambient light is removed.

Description

주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법{Apparatus and Method for Communicating Robust Visible Light with Ambient Light Noise}[0001] Apparatus and Method for Communicating Robust Visible Light with Ambient Light Noise [

본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로, 구체적으로 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT)으로 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소를 제거할 수 있도록 한 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a visible light communication, and more particularly, to a method and apparatus for preventing a signal loss due to a waveform distortion due to average voltage tracking (AVT) Communication apparatus and method.

일반 유,무선통신 과정에서는 데이터의 전송 신뢰성을 높이기 위하여 변복조 과정이 포함된다.In general and wireless communication processes, the modulation and demodulation process is included to increase the transmission reliability of data.

특히 가시광 통신에서는 보통 LED 조명을 이용하기 때문에 깜박거림(flicker)을 사람이 느끼지 못하도록 하기 위해서 여러 가지 코딩기법을 적용하고 또한 수신측에서 데이터의 인식을 용이하게 함으로써 전송속도와 통신거리를 확대하기 위한 변조기술이 적용된다.Especially, in the visible light communication, since the LED lighting is usually used, various coding techniques are applied in order to prevent the flicker from being felt by a person, and the data is easily recognized at the receiving side, thereby increasing the transmission speed and communication distance Modulation technique is applied.

가시광 통신은 전송할 데이터를 조명 빛의 깜박임으로 변환하여 수신측에서 이를 감지하여 다시 전기신호로 변환하는 과정을 통하여 데이터를 송수신하는 무선 통신방식이다.Visible light communication is a wireless communication method in which data to be transmitted is converted into flicker of an illumination light, and the receiving side senses it and converts it into an electric signal again.

이러한 가시광 통신 방식은 눈으로 볼 수 있는 빛을 통신매체로 사용하기 때문에 전자파기반의 무선통신에 비하여 인체에 무해할 뿐 아니라 다른 통신방식과의 전파간섭 문제가 발생하지 않는다는 큰 이점이 있다.Since the visible light communication method uses visible light as a communication medium, it is not only harmless to the human body as compared with the electromagnetic wave based wireless communication, but also has a great advantage that the radio interference problem with other communication methods does not occur.

또한, 가시광 통신은 가시광을 통신 매체로 사용하기 때문에 정보전달과정의 보안성이 확실히 보장된다는 장점이 있는 반면에, 전달경로의 장애물이 있는 경우 통신장애가 발생할 수 있는 단점이 되기도 하다.In addition, since visible light communication uses visible light as a communication medium, the security of the information transmission process is surely secured. On the other hand, if there is an obstacle in the transmission path, a communication error may occur.

가시광 통신의 수신부에서는 광감지소자에 의해 송신측에서 보내온 빛이 깜박거림을 감지하여 미세한 전기신호로 변환하고 이를 증폭시키고 필요한 경우 노이즈제거를 위하여 능동소자에 의한 필터링회로 등이 적용된다.In the receiver of the visible light communication, the light sensing element senses the flickering of the light transmitted from the transmission side, converts the light into a fine electrical signal, amplifies the electrical signal, and applies a filtering circuit using an active element to remove noise if necessary.

가시광 통신 수신부에 포함된 광감지소자의 감응도, 증폭과 노이즈 제거 등의 과정에서 송신측에서 보내온 변조된 파형이 그대로 복원하기가 용이하지 않다.It is not easy to recover the modulated waveform sent from the transmitting side in the process of sensitivity, amplification and noise removal of the photo sensing element included in the visible light communication receiving unit.

특히 디지털 펄스 형태의 신호 형태에서 연속된 동일 데이터스트림의 경우 데이터의 정확한 시간적 경계점을 인식하기가 용이하지 않을 수 있다.In particular, in the case of a continuous stream of data in the form of a digital pulse signal, it may not be easy to recognize the exact temporal boundary of the data.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술의 가시광 통신 수신기 및 동작 특성을 나타낸 구성도이다.1A to 1C are block diagrams illustrating a conventional visible light communication receiver and operation characteristics.

종래 기술의 가시광 통신시스템에서는 신호전송을 위해 구형펄스 기반의 on-off keying, 펄스폭변조, 펄스위치변조 등이 사용된다.In the conventional visible light communication system, on-off keying, pulse width modulation, pulse position modulation, and the like are used for signal transmission.

여기서 구형펄스는 고대역, 저대역 신호를 포함하는 수많은 사인웨이브의 조합으로 구성되어있다.Here, the spherical pulse is composed of a combination of a number of sine waves including high-band and low-band signals.

고역통과필터(HPF)를 사용하는 종래 기술의 가시광통신 수신기에서는 저대역 신호가 제거되며, 펄스모양에 변형, 즉 상승 및 하강 에지 파형의 변형으로 시스템성능에 심각한 손실을 가져온다. In prior art visible light communication receivers that use a high pass filter (HPF), the low band signal is rejected and distortion in the pulse shape, that is, the variation of the rising and falling edge waveforms, causes a serious loss of system performance.

도 1b는 고역통과필터 출력에서 완화시간 변화를 나타낸 것이고, 도 1b는 고역통과필터 기반의 신호 출력 특성을 나타낸 것이다.FIG. 1B shows the change of the relaxation time at the high-pass filter output, and FIG. 1B shows the signal output characteristic based on the high-pass filter.

도 1a에서와 같은 종래 기술의 VLC 리시버에서는 고역통과필터(HPF)로 커플링 커패시터(Coupling capacitor)가 사용되고 있다.In the conventional VLC receiver as shown in FIG. 1A, a coupling capacitor is used as a high pass filter (HPF).

신호처리과정에서 고역통과필터 사용시에는 도 1b에서와 같이 디지털신호 '1'의 출력이 길어지는 경우 완화(relaxation) 시간 또한 길어지고, 도 1c에서와 같이 신호의 변동이 커져서, 신호검출과정에서 큰 데이터 손실을 유발할 수 있다.When the high-pass filter is used in the signal processing process, as shown in FIG. 1B, when the output of the digital signal '1' is long, the relaxation time becomes long and the fluctuation of the signal becomes large as shown in FIG. Which can lead to data loss.

특히, 가시광 통신은 빛을 통해 조명 및 데이터통신 두 가지 기능을 동시에 수행하기 때문에 주변광이 잡음광으로 작용하여, 데이터 통신의 주요 잡음원이 된다.In particular, since visible light communication performs both functions of light and data communication through light, ambient light acts as noise light, which is a major noise source of data communication.

잡음원은 통신중에 데이터 오류를 발생시키며, 특히, 광대역(wideband) 통신에서는 큰 데이터 손실을 유발 할 수 있다.Noise sources cause data errors during communication, and can cause large data loss, especially in wideband communications.

이와 같이 종래 기술의 가시광 통신시스템에서는 주요잡음(주변광 노이즈, 쇼트노이즈, 증폭기 노이즈)의 제거를 위해 HPF 기반의 가시광 수신기 구조를 갖는데, 이와 같은 구조의 수신기는 파형의 변형으로 심각한 신호 손실을 가져온다.As described above, in the conventional visible light communication system, a visible light receiver structure based on HPF is provided for eliminating major noise (ambient noise, short noise, and amplifier noise). A receiver of such a structure has a serious signal loss due to a waveform distortion .

따라서, 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소를 제거할 수 있는 새로운 구조의 가시광 통신시스템의 수신기에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop a technique for a receiver of a visible light communication system of a new structure capable of preventing signal loss due to deformation of a waveform and eliminating communication disturbance due to ambient light.

대한민국 공개특허 제10-2012-0030543호Korean Patent Publication No. 10-2012-0030543 대한민국 등록특허 제10-0800731호Korean Patent No. 10-0800731 대한민국 공개특허 제10-2011-0020534호Korean Patent Publication No. 10-2011-0020534

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 가시광 통신 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT)으로 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소를 제거할 수 있도록 한 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problem of the conventional visible light communication technology, and it can prevent the signal loss due to the waveform distortion by the average voltage tracking (AVT) And to provide a visible light communication apparatus and method which are resistant to ambient light noise.

본 발명은 저가의 디바이스로 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB 의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송이 가능하도록 한 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a visible light communication apparatus and method which are robust against ambient light noise that enables signal transmission in real time with no error at a signal-to-noise ratio condition of a data transfer rate of 1 Mbps or more and -2.7 dB .

본 발명은 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT) 기술을 적용하여 회로 구성을 단순화하고, 펄스 파형의 상승 및 하강 에지 파형의 변형을 막아 가시광 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a technique for simplifying a circuit configuration by applying Average Voltage Tracking (AVT) technology and improving the performance of a visible light communication system by preventing deformation of rising and falling edge waveforms of a pulse waveform, And it is an object of the present invention to provide a strong visible light communication apparatus and method.

본 발명은 주변광으로 인한 노이즈 영향을 최소화하여 향상된 통신 품질을 제공할 할 수 있고, 효율적으로 통신을 수행할 수 있도록 한 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a visible light communication apparatus and method which can provide enhanced communication quality by minimizing the influence of noise due to ambient light, and which is resistant to ambient light noise so as to enable efficient communication.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치는 가시광 통신 시스템의 송신기에서 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광전변환부;광전변환부에서 전기적인 신호로 변환된 신호를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기;잡음의 영향을 최소화하기 위해 평균전압신호를 검출하는 평균 전압 트래킹부;평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 차동증폭신호 출력부;파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력하는 전압 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a visible light communication apparatus for a visible light communication system including a photoelectric conversion unit for converting an optical signal transmitted from a transmitter of a visible light communication system into an electrical signal, An average voltage tracking unit for detecting an average voltage signal in order to minimize the influence of noise, a differential amplified signal output unit for outputting a differential amplified signal from which an average voltage signal is removed, And a voltage comparator for preventing signal loss and outputting a comparison voltage from which communication disturbance due to ambient light is removed.

여기서, 광전변환부는, 가시광 통신 시스템의 송신기에서 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광전변환 다이오드인 것을 특징으로 한다.Here, the photoelectric conversion unit is a photoelectric conversion diode that converts an optical signal transmitted from a transmitter of a visible light communication system into an electric signal.

그리고 차동증폭신호 출력부는, 제 1 입력단으로 트랜스임피던스 증폭기의 출력을 입력받고, 제 2 입력단으로 평균 전압 트래킹부의 평균전압신호를 입력받아 차감하는 전압 차감기와,전압차감기의 출력을 증폭하여 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 전압 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The differential amplified signal output unit includes a voltage subtracter for receiving the output of the transimpedance amplifier as the first input terminal and subtracting the average voltage signal of the average voltage tracking unit from the second input terminal and amplifying the output of the voltage subtracter, And a voltage amplifier for outputting the differential amplified signal from which the signal has been removed.

그리고 평균 전압 트래킹부에서의 평균 전압 트래킹으로 주변광에 의한 테이터 통신의 방해요소를 제거하여, 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB 의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송을 하는 것을 특징으로 한다.The average voltage tracking in the average voltage tracking unit eliminates disturbance of the data communication by the ambient light by the average voltage tracking, and it transmits the signal in real time without error in the condition of the data transmission rate 1Mbps or more, -2.7dB signal to noise ratio .

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 방법은 가시광 통신 시스템의 송신기에서 광신호가 전송되면, 광다이오드가 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 단계;전기적인 신호로 변환된 신호를 트랜스임피던스 증폭기에서 증폭하는 단계;평균 전압 트래킹부에서 잡음의 영향을 최소화하기 위해 평균전압신호를 검출하는 단계;전압 차감기의 제 1 입력단으로 트랜스임피던스 증폭기의 출력을 입력받고, 제 2 입력단으로 평균 전압 트래킹부의 평균전압신호를 입력받아 차감하고, 전압 증폭기에서 전압차감기의 출력을 증폭하여 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 단계;전압 비교기에서 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of transmitting a visible light, the method comprising: converting an optical signal into an electrical signal when the optical signal is transmitted from a transmitter of a visible light communication system; Detecting an average voltage signal in order to minimize the influence of noise in an average voltage tracking unit, receiving an output of the transimpedance amplifier as a first input of the voltage transformer, A step of outputting a differential amplified signal from which an average voltage signal is removed by amplifying an output of a voltage subtracter in a voltage amplifier, receiving the average voltage signal of the average voltage tracking unit, subtracting the average voltage signal from the average voltage tracking unit, And outputting a comparison voltage in which the communication disturbance caused by the ambient light is removed .

이와 같은 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The apparatus and method for visible light which are resistant to ambient light noise according to the present invention have the following effects.

첫째, 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT)으로 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소를 제거할 수 있다.First, Average Voltage Tracking (AVT) prevents signal loss due to waveform distortion and eliminates interference caused by ambient light.

둘째, 저가의 디바이스로 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송이 가능하도록 한다.Second, low-cost devices enable real-time signal transmission with no error at a signal-to-noise ratio of more than 1Mbps and -2.7dB.

셋째, 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT) 기술을 적용하여 회로 구성을 단순화하고, 펄스 파형의 상승 및 하강 에지 파형의 변형을 막아 가시광 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.Third, the average voltage tracking (AVT) technique can be applied to simplify the circuit configuration and prevent the rising and falling edges of the pulse waveform from being deformed, thereby improving the performance of the visible light communication system.

디섯째, 주변광으로 인한 노이즈 영향을 최소화하여 향상된 통신 품질을 제공할 할 수 있고, 효율적으로 통신을 수행할 수 있도록 한다.Sixth, the influence of noise due to ambient light is minimized to provide improved communication quality, and efficient communication can be performed.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술의 가시광 통신 수신기 및 동작 특성을 나타낸 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치가 적용되는 일 예를 나타낸 구성도Figs. 1A to 1C are diagrams showing a visible light communication receiver and operation characteristics of the prior art
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a visible light communication apparatus which is resistant to ambient light noise according to the present invention
3 is a flowchart showing a visible light communication method resistant to ambient light noise according to the present invention.
4A to 4C are diagrams showing an example in which a visible light communication apparatus which is resistant to ambient light noise is applied according to the present invention

이하, 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a visible light communication apparatus and method resistant to ambient light noise according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of a visible light communication apparatus and method that are resistant to ambient light noise according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치의 구성도이다.2A and 2B are block diagrams of a visible light communication device which is resistant to ambient light noise according to the present invention.

본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법은 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT)으로 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소를 제거할 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for visible light communication that are resistant to ambient light noise according to the present invention are capable of preventing signal loss due to waveform distortion due to average voltage tracking (AVT) and eliminating communication disturbance due to ambient light.

가시광 통신 장치의 광검출기를 통해 수신된 신호에서 평균전압 성분은 주변램프로부터의 고조파(harmonics) 신호 및 50-60Hz 신호, 10Hz 이하의 잡음(일광, 쇼트노이즈, 저주파성분의 주변광노이즈 등)이 포함되어있다.In the signal received through the photodetector of the visible light communication device, the average voltage component is a harmonics signal from the surrounding lamp and a 50-60 Hz signal, noise below 10 Hz (daylight, short noise, ambient light noise of low frequency components, etc.) .

따라서, 본 발명에서는 평균전압트래킹(AVT) 기법을 통해 평균전압을 제거하여 신호를 검출하여 고역통과필터(HPF) 출력과 같은 완화 시간에서 문제점이 발생하지 않도록 한 것이다.Accordingly, in the present invention, the average voltage is removed through AVT (Average Voltage Tracking) technique to detect a signal to prevent a problem from occurring in a relaxation time such as a high pass filter (HPF) output.

이와 같은 본 발명은 신호 변동을 안정화시켜 더욱 효과적으로 잡음 요소를 제거 할 수 있다. 특히, 신호 대 잡음 비가 낮은 환경이나, 고속 전송 환경에서 기존 기법보다 높은 신뢰도로 데이터 전송이 가능하다.The present invention stabilizes the signal fluctuation and can more effectively remove noise components. In particular, data transmission is possible in environments with low signal-to-noise ratios and in high-speed transmission environments with higher reliability than existing techniques.

본 발명은 저가의 디바이스로 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB 의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송이 가능하도록 하고, 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT) 기술을 적용하여 회로 구성을 단순화하고, 펄스 파형의 상승 및 하강 에지 파형의 변형을 막아 가시광 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention provides a low-cost device capable of real-time signal transmission without error at a signal-to-noise ratio of -2.7 dB or more at a data transmission rate of 1 Mbps or higher and applying circuitry of Average Voltage Tracking (AVT) And it is possible to improve the performance of the visible light communication system by preventing deformation of the rising and falling edge waveforms of the pulse waveform.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가시광 통신 수신기 모듈은 주변광에 의한 데이터 통신의 방해요소를 제거하는 것으로, 광다이오드(photodiode), TIA(transimpedance amplifier), AVT(average voltage tracking), VS(voltage subtractor), VA(voltage amplifier), VC(voltage comparator)를 포함한다.The visible light communication receiver module according to the present invention having the above-described structure removes disturbance factors of data communication due to ambient light, and can be used for a photodiode, a transimpedance amplifier (TIA), an AVT subtractor, a voltage amplifier (VA), and a voltage comparator (VC).

구체적으로 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치는 도 2에서와 같이, 가시광 통신 시스템의 송신기에서 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광다이오드(20)와, 광다이오드(20)에서 전기적인 신호로 변환된 신호를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(Transimpedance Amplifier;TIA)(30)와, 잡음의 영향을 최소화하기 위해 평균전압신호를 검출하는 평균 전압 트래킹부(Average Voltage Tracking;AVT)부(40)와, 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 전압 차감기((Voltage Subtractor;VS)(50) 및 전압 증폭기(Voltage Amplifier;VA)(60)와, 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력하는 전압 비교기(Voltage Comparator;VC)(70)를 포함한다.2, a visible light communication apparatus that is highly resistant to ambient light noise according to the present invention includes a photodiode 20 for converting an optical signal transmitted from a transmitter of a visible light communication system into an electrical signal, A Transimpedance Amplifier (TIA) 30 for amplifying a signal converted into an electrical signal in an AVT unit 30, an AVT unit 30 for detecting an average voltage signal to minimize the influence of noise, A voltage subtractor (VS) 50 and a voltage amplifier (VA) 60 for outputting a differential amplified signal from which the average voltage signal is removed, And a voltage comparator (VC) 70 for outputting a comparison voltage in which loss of a signal is prevented and communication disturbance due to ambient light is removed.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치는 광다이오드(20)와 트랜스임피던스 증폭기(Transimpedance Amplifier;TIA)(30)는 광신호를 전기적인 신호로 변환시켜 증폭한다.In the visible light communication apparatus having the above-described configuration, the photodiode 20 and the transimpedance amplifier (TIA) 30 convert the optical signal into an electrical signal and amplify the electrical signal.

잡음의 영향을 최소화 하기위해, 평균 전압 트래킹부(Average Voltage Tracking;AVT)부(40)는 평균전압신호를 검출하고, 전압 차감기((Voltage Subtractor;VS)(50) 및 전압 증폭기(Voltage Amplifier;VA)(60)를 통하여 평균전압 신호가 제거된 차동증폭 신호가 출력된다.In order to minimize the influence of the noise, the AVT unit 40 detects an average voltage signal, and a voltage subtractor (VS) 50 and a voltage amplifier ; VA) 60, a differential amplified signal from which the average voltage signal is removed is output.

이와 같은 구조를 갖고 전압 비교기(Voltage Comparator;VC)(70)에서 노이즈가 제거된 안정적인 출력을 한다.With this structure, a voltage comparator (VC) 70 outputs stable output with no noise.

본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A visible light communication method resistant to ambient light noise according to the present invention will be described in detail as follows.

도 3은 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치가 적용되는 일 예를 나타낸 구성도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a visible light communication method that is resistant to ambient light noise according to an exemplary embodiment of the present invention. FIGS. 4A to 4C are views illustrating an example in which a visible light communication device that is resistant to ambient light noise is applied.

먼저, 가시광 통신 시스템의 송신기에서 광신호가 전송되면, 가시광 통신 시스템의 수신기의 광다이오드(20)가 광신호를 전기적인 신호로 변환한다.(S301)First, when the optical signal is transmitted from the transmitter of the visible light communication system, the photodiode 20 of the receiver of the visible light communication system converts the optical signal into an electrical signal (S301)

그리고 광다이오드(20)에서 전기적인 신호로 변환된 신호를 트랜스임피던스 증폭기(Transimpedance Amplifier;TIA)(30)에서 증폭한다.(S302)A signal converted into an electrical signal by the photodiode 20 is amplified by a transimpedance amplifier (TIA) 30 (S302)

이어, 평균 전압 트래킹부(Average Voltage Tracking;AVT)부(40)에서 잡음의 영향을 최소화하기 위해 평균전압신호를 검출한다.(S303)Next, an average voltage signal (AVT) unit 40 detects an average voltage signal to minimize the influence of noise (S303)

그리고 전압 차감기((Voltage Subtractor;VS)(50)의 제 1 입력단으로 트랜스임피던스 증폭기(30)의 출력을 입력받고, 제 2 입력단으로 평균 전압 트래킹부(40)의 평균전압신호를 입력받아 차감하고, 전압 증폭기(Voltage Amplifier;VA)(60)에서 전압차감기(50)의 출력을 증폭하여 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력한다.(S304)An output of the transimpedance amplifier 30 is input to a first input terminal of a voltage subtractor (VS) 50, and an average voltage signal of an average voltage tracking unit 40 is input to a second input terminal. And amplifies the output of the voltage subtracter 50 in a voltage amplifier (VA) 60 to output a differential amplified signal from which the average voltage signal is removed (S304).

이어, 전압 비교기(Voltage Comparator;VC)(70)에서 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력한다.(S305)Next, a voltage comparator (VC) 70 prevents a signal loss due to a waveform distortion and outputs a comparison voltage from which communication disturbance due to ambient light is removed (S305).

본 발명에서 사용하는 평균전압 트랙킹(AVT)은 주변광에 의한 테이터 통신의 방해요소를 제거하기 위한 것으로, 저가의 디바이스로 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB 의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송이 가능하도록 한 것이다.The average voltage tracking (AVT) used in the present invention is intended to eliminate disturbance elements of data communication by ambient light. It is a low-cost device that can transmit data at a data rate of 1 Mbps or higher, a signal-to- So that signal transmission can be performed.

가시광 통신은 전자장 간섭으로부터 자유로워서 친환경적 통신기술이며, 인체에 무해하고, 보안에 강한 데이터 통신의 특성을 가진다. 따라서 조명 및 데이터 통신 통합기술로써 시장 확장이 크게 기대되고 있다.Visible light communication is an eco-friendly communication technology because it is free from electromagnetic interference, and is harmless to the human body and has characteristics of data communication that is strong in security. Therefore, the market expansion is expected as integration technology of lighting and data communication.

평균전압 트래킹 기반 가시광 시스템은 바이오메디컬 신호 전송, RF신호 전송이 제한된 기내, 실내 위치추적, LiFi 등 다양한 실생활 무선전송에 응용이 가능하다.The average voltage tracking based visible light system can be applied to a variety of real-life wireless transmissions such as biomedical signal transmission, in-flight, indoor positioning, and LiFi with limited RF signal transmission.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치가 적용되는 예를 나타낸 것이다.4A to 4C show an example in which a visible light communication device resistant to ambient light noise is applied according to the present invention.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치 및 방법은 평균 전압 트래킹(Average Voltage Tracking;AVT) 기술을 적용하여 회로 구성을 단순화하고, 펄스 파형의 상승 및 하강 에지 파형의 변형을 막아 가시광 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The apparatus and method for visible light communication that are highly resistant to ambient light noise according to the present invention can simplify the circuit configuration by applying Average Voltage Tracking (AVT) technology and prevent deformation of the rising and falling edge waveforms of the pulse waveform So that the performance of the visible light communication system can be improved.

이를 통하여 주변광으로 인한 노이즈 영향을 최소화하여 향상된 통신 품질을 제공할 할 수 있고, 효율적으로 통신을 수행할 수 있도록 한다.Thereby minimizing the influence of noise due to ambient light, thereby providing improved communication quality and enabling efficient communication.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

20. 광다이오드 30. 트랜스임피던스 증폭기
40. 평균 전압 트래킹부 50. 전압 차감기
60. 전압 증폭기 70. 전압 비교기20. Photodiode 30. Transimpedance amplifier
40. Average voltage tracking part 50. Voltage difference winding
60. Voltage amplifier 70. Voltage comparator

Claims (5)

가시광 통신 시스템의 송신기에서 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광전변환부;
광전변환부에서 전기적인 신호로 변환된 신호를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기;
잡음의 영향을 최소화하기 위해 주변램프로부터의 고조파(harmonics) 신호 및 50-60Hz 신호 및, 10Hz 이하의 일광, 쇼트노이즈, 저주파성분의 주변광노이즈에 의한 잡음을 포함하는 평균전압신호를 검출하는 평균 전압 트래킹부;
제 1 입력단으로 트랜스임피던스 증폭기의 출력을 입력받고, 제 2 입력단으로 평균 전압 트래킹부의 평균전압신호를 입력받아 차감하는 전압 차감기와, 전압차감기의 출력을 증폭하여 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 전압 증폭기를 포함하는 차동증폭신호 출력부;
파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력하는 전압 비교기;를 포함하고,
평균 전압 트래킹부에서의 평균 전압 트래킹으로 주변광에 의한 테이터 통신의 방해요소를 제거하여, 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송을 하는 것을 특징으로 하는 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치.A photoelectric conversion unit for converting an optical signal transmitted from a transmitter of the visible light communication system into an electric signal;
A transimpedance amplifier for amplifying a signal converted into an electrical signal in the photoelectric conversion unit;
In order to minimize the influence of noise, an average of detecting an average voltage signal including harmonics signals from peripheral lamps and noise due to ambient light noise of 50-60 Hz signal and daylight, short noise and low frequency components below 10 Hz A voltage tracking unit;
A voltage difference subtractor for receiving an output of the transimpedance amplifier as a first input terminal and subtracting an average voltage signal of the average voltage tracking unit from a second input terminal, a differential amplifier for amplifying an output of the voltage difference subtractor, A differential amplification signal output unit including a voltage amplifier for outputting a voltage;
And a voltage comparator for preventing signal loss due to deformation of the waveform and outputting a comparison voltage from which communication disturbance due to ambient light is removed,
The average voltage tracking in the average voltage tracking unit removes disturbance of the data communication by the ambient light by means of the average voltage tracking to transmit the signal in real time without error at the data rate of 1Mbps or more and -2.7dB Which is resistant to ambient light noise. 제 1 항에 있어서, 광전변환부는,
가시광 통신 시스템의 송신기에서 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환시키는 광전변환 다이오드인 것을 특징으로 하는 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 장치.The photoelectric conversion device according to claim 1,
And a photoelectric conversion diode for converting an optical signal transmitted from a transmitter of the visible light communication system into an electrical signal. 삭제delete 삭제delete 가시광 통신 시스템의 송신기에서 광신호가 전송되면, 광다이오드가 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 단계;
전기적인 신호로 변환된 신호를 트랜스임피던스 증폭기에서 증폭하는 단계;
평균 전압 트래킹부에서 잡음의 영향을 최소화하기 위해 주변램프로부터의 고조파(harmonics) 신호 및 50-60Hz 신호 및, 10Hz 이하의 일광, 쇼트노이즈, 저주파성분의 주변광노이즈에 의한 잡음을 포함하는 평균전압신호를 검출하는 단계;
전압 차감기의 제 1 입력단으로 트랜스임피던스 증폭기의 출력을 입력받고, 제 2 입력단으로 평균 전압 트래킹부의 평균전압신호를 입력받아 차감하고, 전압 증폭기에서 전압차감기의 출력을 증폭하여 평균전압신호가 제거된 차동증폭신호를 출력하는 단계;
전압 비교기에서 파형의 변형에 의한 신호 손실을 막고 주변광에 의한 통신 방해 요소가 제거된 비교전압을 출력하는 단계;를 포함하고,
평균 전압 트래킹부에서의 평균 전압 트래킹으로 주변광에 의한 테이터 통신의 방해요소를 제거하여, 데이터 전송속도 1Mbps 이상, -2.7dB의 신호 대 잡음 비 조건에서 에러 없이 실시간으로 신호 전송을 하는 것을 특징으로 하는 주변광 노이즈에 강한 가시광 통신 방법.
Converting an optical signal into an electrical signal when the optical signal is transmitted from the transmitter of the visible light communication system;
Amplifying a signal converted into an electrical signal by a transimpedance amplifier;
To minimize the effects of noise in the average voltage tracking section, harmonics and 50-60 Hz signals from ambient lamps and average voltage including noise due to ambient light noise of daylight, short noise and low frequency components below 10 Hz Detecting a signal;
The voltage difference detector subtracts the average voltage signal of the average voltage tracking unit from the second input terminal and amplifies the output of the voltage difference subtractor in the voltage amplifier to remove the average voltage signal, Outputting a differential amplified signal;
And outputting a comparison voltage in which a signal loss due to a waveform distortion is prevented in the voltage comparator and communication disturbance elements due to ambient light are removed,
The average voltage tracking in the average voltage tracking unit removes disturbance of the data communication by the ambient light by means of the average voltage tracking to transmit the signal in real time without error at the data rate of 1Mbps or more and -2.7dB Which is resistant to ambient light noise.
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