KR102022155B1 - 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가시광 통신용 송신기가 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 단계; 및 가시광 통신용 수신기가 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 단말에 이어폰 단자용으로 형성된 아날로그 오디오 인터페이스를 이용해 상기 단말과 연결되어, 복수 개의 단말간에 가시광 통신을 수행하여 원하는 데이터를 송수신함으로써, 단말에 장착된 카메라를 사용하지 않고도 가시광 통신을 용이하게 수행할 수 있다.

Description

아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템{Visible Light Communication method and system using analog audio interface}
본 발명은 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 단말과 각각 연결되어, 가시광 통신을 이용하여 복수 개의 단말간에 데이터를 송수신하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
실내 또는 실외의 장소에 빛을 공급하기 위해 기존에 사용되었던 백열전구 또는 형광등이 과학기술의 발전에 따라 반영구적, 경제적, 친환경 등의 특성을 갖는 LED(Light Emitting Diode)로 점차 교체되고 있다. 이러한 LED는 기존의 형광등과는 달리, 수은을 함유하고 있지 않기 때문에 친환경적이며, 100 lm/W에 이르는 고효율 특성을 가져 그 수명이 5만 내지 10만 시간이 되므로, 기존의 백열등이나 형광등에 비하여 70 내지 90 %의 에너지를 절약할 수 있다.
이와 같이, LED 조명 설치를 통한 인프라 구축이 자연스럽게 이루어짐에 따라 LED 조명에 통신 기술을 접목하는 기술이 연구되기 시작했는데, 이를 가시광 통신이라고 한다.
이러한 가시광 통신(VLC, Visible Light Communication)은 형광등에서 발광되는 빛이나 표시 기기 등에서 사용되는 발광 다이오드(LED)의 380 내지 780 nm의 파장대역을 갖는 가시광선을 사람의 눈에 보이지 않는 속도로 빠르게 점멸시키면서 데이터를 전송하는 통신기술이다. 이러한 가시광 통신은 고속 인터넷을 이용하는 전력선 통신(PLC, Power Line Communication)에 조명 기구를 연결하여 인터넷에 접속할 수 있다. 특히, 가시광 통신은 조명 기구로부터 발광되는 빛을 차단하면, 송수신하고자 하는 정보가 외부로 새어나갈 염려가 없어, 기존의 무선 LAN 기술과 비교하여 보안성이 높은 특징을 갖는다.
하지만, 이러한 가시광 통신을 단말간의 데이터 통신에 적용하기 위해서는 발광장치로서 단말의 카메라가 대체되어 사용될 수 있는데, 이로 인해 단말의 카메라가 가시광 통신용으로만 할당되어 사용된다. 따라서, 단말을 이용해 실내 측위를 수행하는 경우와 같이, 단말의 카메라를 반드시 이용해야만 구현되는 기술은 단말간 가시광 통신 중에는 사용할 수 없다는 문제점이 발생했다. 또한, 단말의 카메라를 이용하여 가시광 통신을 수행하는 경우에, 카메라 구동을 위해 단말의 전력 소모가 높아 단말의 배터리 방전이 빨리 진행된다는 문제점도 발생했다.
한국 등록특허공보 10-1466134호(2014.11.21.) 한국 공개특허공보 10-2013-0062469호(2013.06.13.)
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 복수 개의 단말과 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 연결되어, 가시광 통신을 통해 단말간에 데이터를 송수신하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법은 가시광 통신용 송신기가 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 단계 및 가시광 통신용 수신기가 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 가시광 통신용 송신기가 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 단계는 상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계, 변환된 시리얼 데이터를 인코딩하는 단계, 인코딩한 시리얼 데이터를 광신호로 변환하는 단계, 및 변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프를 점멸하여 발광하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계는 상기 아날로그 오디오 인터페이스의 왼쪽 채널(Left channel)에 할당된 영역을 통해 송신 데이터를 상기 제1 단말로부터 수신할 수 있다.
상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계는 상기 아날로그 오디오 인터페이스의 오른쪽 채널(Right channel)에 할당된 영역을 통해 상기 제1 단말로부터 전원을 공급받는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 가시광 통신용 수신기가 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 단계는 상기 가시광 통신용 송신기로부터 출력된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하는 단계, 수신한 광신호에 대한 전류를 이에 대응하는 전압으로 변환하는 단계 변환된 전압에 대하여 노이즈를 제거하는 단계, 노이즈가 제거된 전압을 증폭하는 단계, 아날로그 형태의 증폭된 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계, 변환된 디지털 신호를 디코딩하는 단계 및 시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 단계는 상기 아날로그 오디오 인터페이스의 마이크에 할당된 영역을 통해 수신 데이터를 상기 제2 단말로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템은 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 가시광 통신용 송신기 및 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 가시광 통신용 수신기를 포함할 수 있다.
상기 가시광 통신용 송신기는 상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 직렬통신변환부, 변환된 시리얼 데이터에 대하여 맨체스터 인코딩(Manchester Encoding)을 수행하는 인코딩부, 인코딩한 시리얼 데이터를 광신호로 변환하는 램프구동부 및 변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프를 점멸하여 발광하는 발광부를 포함할 수 있다.
상기 가시광 통신용 수신기는 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하여 증폭하는 광수신부 및 증폭된 광신호를 디코딩하여 생성한 수신 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 수신 제어부를 포함할 수 있다.
상기 수신 제어부는 아날로그 형태의 증폭된 광신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터부, 변환된 디지털 신호에 대하여 맨체스터 데이터 디코딩을 수행하는 디코딩부 및 시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 데이터변환부를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 단말에 이어폰 단자용으로 형성된 아날로그 오디오 인터페이스를 이용해 상기 단말과 연결되어, 복수 개의 단말간에 가시광 통신을 수행하여 원하는 데이터를 송수신함으로써, 단말에 장착된 카메라를 사용하지 않고도 가시광 통신을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스 중 오른쪽 채널을 통해 전원을 공급받아 가시광 통신을 수행함으로써, 단말간 데이터 통신 시, 전력 소모를 줄일 수 있다.
더불어, 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 가시광 통신용 표준 규격에 따라 설치된 LED조명과도 아날로그 오디오 인터페이스를 이용해 가시광 통신용 송수신기와 연결되어 가시광 통신을 수행함에 따라, 상기 LED 조명을 조명장치 뿐만 아니라 AP(Access Point)로 사용하는 네트워크 환경을 구현할 수 있다.
또한, 더불어 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 데이터의 무선 통신 매체로서 가시광을 이용하기 때문에 사용자의 인체에 무해하고, 또한 주파수 허가 등의 법적 제한과 상관없이 자유롭게 사용할 수 있으며, 산업, 과학, 의료용 기기에서 사용 가능한 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 주파수 대역과 간섭이 발생하지 않으며, 데이터의 통신 시 보안성을 강화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 오디오 인터페이스 구성을 나타낸 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
최근 들어, 기존의 백열전구 또는 형광등이 LED 조명으로 교체되는 추세에 따라, 교체하여 설치되는 LED 조명이 단순한 조명으로서의 역할만 수행하는 것이 아니라, 이를 이용하여 소정거리 떨어진 곳으로 데이터를 송수신하는데도 사용될 수 있으며, 이러한 기술을 가시광 통신기술이라고 한다.
이러한 가시광 통신에 대하여 간략히 살펴보면, 기존의 고주파(RF: Radio Frequency) 대역의 신호 대신 사람의 눈에 보이는 약 380 내지 780 nm 파장의 가시광 대역 신호를 정보 전달 매체로 이용하는 방식을 말한다. 가시광 통신은 전송 측에서 LED 등과 같이 가시광을 내는 디지털 발광 소자가 빠르게 점멸하거나, 빛의 세기를 변조(intensity modulation)하여 가시광에 정보를 담아 출력하고, 수신 측에서 수광 소자를 이용하여 가시광을 수신해 수신한 가시광으로부터 정보를 추출함에 따라 데이터 송수신이 이루어진다.
본 발명은 이러한 가시광 통신을 이용하여 소정 거리 이격되어 위치하는 단말 사이에 데이터를 송수신하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템(100)은 IEEE 802.15.7 가시광 통신 PHY 1 표준에 부합하는 LED 조명이 설치된 실내에서 소정 거리 이격되어 위치하는 가시광 통신용 송신기(120) 및 가시광 통신용 수신기(140)를 포함한다.
가시광 통신용 송신기(120)는 외부로 전송하고자 하는 송신 데이터(Tx)를 생성하거나, 외부로부터 송신 데이터(Tx)를 입력받은 제1 단말(10)로부터 상기 제1 단말(10)에 이어폰 또는 헤드폰 단자용으로 형성된 아날로그 오디오 인터페이스(Analog Audio Interface)를 통해 상기 송신 데이터(Tx)를 수신하고, 수신한 송신 데이터(Tx)를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 자신과 소정거리 이격되어 위치하는 가시광 통신용 수신기(140)로 전송한다. 이러한 가시광 통신용 송신기(120)는 송신 제어부(122), 램프구동부(124) 및 발광부(126)를 포함한다.
송신 제어부(122)는 제1 단말(10)로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 상기 제1 단말(10)로부터 생성된 송신 데이터(Tx)를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하고, 변환한 시리얼 데이터를 인코딩한다. 이때, 사용되는 인코딩 방식으로는 맨체스터 인코딩(Manchester Encoding)이 사용될 수 있다. 이러한 맨체스터 인코딩 방식은 디지털 인코딩 방식 중 하나로서, 데이터 비트가 하나의 논리적 상태에서 다른 상태로 전이됨에 따라 표현되는 방식을 나타내며, 하나의 비트가 +5V와 같은 하이값 또는 0V와 같은 로우값 중 하나로 표현되는 일반적인 인코딩 방식과는 차이점을 갖는다. 이러한 맨체스터 인코딩 방식을 통해 상기 시리얼 데이터를 인코딩하면, 비트의 상태는 전이 방향에 따라 결정되는데, 예를 들면, 로우 상태에서 하이 상태로의 전이가 하이값(1)을 나타내고, 하이 상태에서 로우 상태로의 전이는 로우값(0)으로 나타낼 수 있으며, 또는 이와 반대로 표시될 수도 있다.
램프구동부(124)는 인코딩한 시리얼 데이터를 발광부(126)의 점멸을 위한 광신호로 변환하며, LED 드라이버를 포함할 수 있다.
발광부(126)는 변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 내부에 포함된 발광램프(126a)를 점멸시켜 외부로 발광한다. 이러한 발광부(126)는 상기 발광램프(126a)의 외측에 배치되는 콜리메이터 렌즈(126b)를 더 포함할 수 있는데, 상기 콜리메이터 렌즈(126b)를 통해 원거리에 이격되어 위치하는 가시광 통신용 수신기(140)와의 실제 거리를 가상 거리로 변환시킬 수 있다. 이처럼, 상기 발광부(126)와 상기 가시광 통신용 수신기(140)간의 실제 거리보다 더 짧은 가상 거리를 이용하여 발광하면, 상기 발광부(126)의 발광램프(126a)로부터 조사된 광이 비교적 낮은 조도를 갖더라도 원거리에 위치한 상기 가시광 통신용 수신기(140)까지 원활하게 전달될 수 있다.
가시광 통신용 수신기(140)는 상기 가시광 통신용 송신기(120)로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터(Rx)로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말(30)로 전송한다. 이러한 가시광 통신용 수신기(140)는 광수신부(142) 및 수신 제어부(144)를 포함한다.
광수신부(142)는 상기 가시광 통신용 송신기(120)로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 이용하여 수신한 후 증폭한다. 이러한 광수신부는 수광부(142a), 전압변환부(142b), 필터부(142c) 및 증폭부(142d)를 포함한다.
수광부(142a)는 상기 가시광 통신용 송신기(120)로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하며, 포토 다이오드(Photodiode), 광센서, 이미지 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전압변환부(142b)는 수신한 광신호에 대한 전류를 이에 대응하는 전압으로 변환하며, 트랜스임피던스 증폭기(Transimpedance Amplifier)를 포함할 수 있다.
필터부(142c)는 변환된 전압에 대하여 노이즈를 제거하며, 이를 위해 고역 통과 필터(High Pass Filter)를 포함할 수 있다.
증폭부(142d)는 노이즈가 제거된 전압을 증폭한다.
수신 제어부(144)는 증폭된 광신호를 디코딩하고, 이를 통해 생성된 수신 데이터(Rx)를 제2 단말(30)로 전송한다. 이러한 수신 제어부(144)는 AD컨버터부(144a), 디코딩부(144b) 및 데이터변환부(144c)를 포함한다.
AD컨버터부(144a)는 아날로그 상태의 증폭된 광신호를 상기 광수신부(142)의 상기 증폭부(142d)로부터 수신하여 디지털 신호로 변환한다.
디코딩부(144b)는 변환된 디지털 신호를 디코딩하는데, 이때, 맨체스터 디코딩 방식을 사용하여 상기 변환된 디지털 신호의 디코딩을 수행할 수 있다.
데이터변환부(144c)는 시리얼 형태의 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터(Rx)로 변환한 후, 상기 제2 단말(30)로 전송한다.
결과적으로, 상기 제2 단말(30)은 소정 거리 이격되어 위치하는 상기 제1 단말(10)로부터 송신된 송신 데이터(Tx)를 이어폰 또는 헤드폰용으로 형성된 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 각 단말(10, 30)과 연결된 가시광 통신용 송수신기(120, 140)와 가시광 통신을 수행하여 용이하게 수신할 수 있다. 따라서, 상기 제1 단말(10) 및 제2 단말(30)은 가시광 통신을 이용한 데이터의 송수신 시, 내부에 장착된 카메라를 사용하지 않고도 별도로 형성된 가시광 통신용 송수신기(120, 140)를 아날로그 오디오 인터페이스를 사용해 연결하여 가시광 통신을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법은 먼저, 제1 단말(10)과 아날로그 오디오 인터페이스(Analog Audio Interface)를 통해 연결된 가시광 통신용 송신기(120)가 상기 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 상기 제1 단말(10)로부터 송신 데이터(Tx)를 수신하고, 수신한 송신 데이터(Tx)를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 수행하여 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기(140)로 전송한다.
이후, 가시광 통신용 수신기(140)가 상기 가시광 통신용 송신기(120)로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 이용해 수신하고, 수신한 광신호를 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송수신되는 수신 데이터(Rx)로 변환한 후, 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말(30)로 전송한다.
이러한 가시광 통신용 송수신기간의 데이터 통신 과정을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.
가시광 통신용 송신기(120)의 송신 제어부(122)가 제1 단말(10)로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터(Tx)를 수신하여 시리얼 데이터로 변환한다(S210). 이때, 상기 송신 제어부(122)가 상기 아날로그 오디오 인터페이스에서 설정된 왼쪽 채널(Left Channel)을 통해 상기 제1 단말(10)로부터 송신 데이터(Tx)를 수신할 수 있다. 또한, 이때, 상기 제1 단말(10)로부터 상기 아날로그 오디오 인터페이스에서 설정된 오른쪽 채널(Right Channel)을 통해 정현파 신호를 수신하고, 이를 전력으로 변환함으로써, 상기 제1 단말(10)로부터 가시광 통신용 송신기(120)의 구동을 위한 전원을 공급받을 수 있다.
상기 송신 제어부(122)가 앞서 상기 S210단계에서 변환된 시리얼 데이터를 인코딩한다(S220). 이때, 상기 송신 제어부(122)는 맨체스터 인코딩(Manchester Encoding) 방식을 이용해 상기 송신 데이터를 부호화할 수 있다.
이어서, 램프구동부(124)가 상기 송신 제어부(122)로부터 인코딩한 시리얼 데이터를 수신하여 발광을 위한 광신호로 변환한다(S230).
따라서, 발광부(126)가 상기 램프구동부(124)로부터 수신한 변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프(126a)를 점멸하여 외부로 발광한다(S240).
이후, 가시광 통신용 송신기(120)의 발광부(126)로부터 발광된 광신호를 가시광 통신용 수신기(140)의 광수신부(142) 중 수광부(142a)가 가시광 통신을 통해 수신한다(S250).
이어서, 상기 광수신부(142)의 전압변환부(142b)가 수신한 광신호에 대한 전류를 이에 대응하는 전압으로 변환한다(S260). 이때, 수신한 광신호의 컷오프 주파수는 1.34MHz으로 설정될 수 있다.
상기 광수신부(142)의 필터부(142c)가 가시광 통신을 통해 수신한 광신호에 주변의 다른 광원으로부터 수신한 광신호가 함께 포함된 경우를 걸러내기 위해, 변환된 전압에 대하여 노이즈를 제거한다(S270). 이때, 상기 필터부(142c)가 사용하는 컷오프 주파수는 2kHz로 설정될 수 있다.
이어서, 상기 광수신부(142)의 증폭부(142d)가 노이즈가 제거된 전압을 증폭한다(S280).
이후, 가시광 통신용 수신기(140) 중 수신 제어부(144)의 AD컨버터부(144a)가 상기 증폭부(142d)로부터 수신한 아날로그 형태의 증폭된 전압을 디지털 신호로 변환한다(S290).
또한, 상기 수신 제어부(144)의 디코딩부(144b)가 변환한 디지털 신호를 디코딩한다(S300). 이때, 상기 디코딩부(144b)는 맨체스터 디코딩 방식을 이용하여 상기 디지털 신호를 복호화할 수 있다.
이후, 상기 수신 제어부(144)의 데이터변환부(144c)가 시리얼 형태로 디코딩된 디지털 신호를 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송수신되는 수신 데이터(Rx)로 변환한 후 제2 단말(30)로 전송한다(S310). 이때, 상기 아날로그 오디오 인터페이스의 마이크에 설정된 부분을 통해 수신 데이터(Rx)를 상기 제2 단말(30)로 전송할 수 있다.
이하에서는 아날로그 오디오 인터페이스에 대하여 보다 자세히 살펴보도록 한다.
아날로그 오디오 인터페이스는 단말에 이어폰 또는 헤드폰 단자용으로 장착된 음성 통신 방식으로서, 일반적으로 3.5mm 오디오 단자를 아날로그 오디오 인터페이스에 삽입하여 단말 또는 각종 전자기기에 소리를 입력하거나 출력한다.
이러한 3.5mm 오디오 단자는 단자가 나누어지는 수에 따라 3극 단자 또는 4극 단자로 구분된다. 3극 단자의 경우에는 왼쪽 채널과, 오른쪽 채널, 접지로 나누어지며, 이러한 경우에는 좌우 음성을 함께 출력하는 스테레오 음성신호를 출력할 수 있다. 또는 도 3에 도시된 4극 단자의 경우에는 왼쪽 채널, 오른쪽 채널, 접지, 마이크 또는 왼쪽 채널, 오른쪽 채널, 마이크, 접지로 나누어진다.
본 발명의 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템에서는 상기 4극 단자를 통해 음성 데이터를 입출력하는 아날로그 오디오 인터페이스를 사용한다. 따라서, 아날로그 오디오 인터페이스의 왼쪽 채널에서는 출력하고자 하는 송신 데이터(Tx)가 포함되고, 오른쪽 채널에서는 인터페이스 구동을 위한 전원이 공급되며, 마이크에서는 수신하고자 하는 수신 데이터(Rx)가 포함되도록 미리 설정된다.
이에 따라, 본 발명의 가시광 통신용 송신기(120)와 제1 단말(10) 및 가시광 통신용 수신기(140)와 제2 단말(30)이 각각 상술한 4극 단자를 이용하는 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 상호 연결되어, 가시광 통신에 사용되는 데이터를 송수신한다.
즉, 제1 단말(10)이 송신 데이터(Tx)를 원격에 위치하는 제2 단말(30)로 가시광 통신을 이용해 전송하고자 할 때, 상기 제1 단말(10)이 전송하고자 하는 송신 데이터(Tx)를 아날로그 오디오 인터페이스에 설정된 왼쪽 채널에 포함시켜, 가시광 통신용 송신기(120)로 전송하면, 상기 가시광 통신용 송신기(120)가 송신 데이터(Tx)를 광신호로 변환한 후, 발광램프(126a)를 광신호에 따라 점멸시켜 상기 송신 데이터(Tx)를 가시광 통신용 수신기(140)로 전송한다. 이후, 가시광 통신용 수신기(140)가 상기 가시광 통신용 송신기(120)의 발광램프(126a)의 점멸을 통해 송신 데이터(Tx)를 수신하고, 수신한 데이터를 복호화 처리하여 제2 단말(30)로 전송함으로써, 상기 제1 단말(10)의 송신 데이터(Tx)가 상기 제2 단말(30)로 전송된다.
이와 같이 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 단말에 이어폰 단자용으로 형성된 아날로그 오디오 인터페이스를 이용해 상기 단말과 연결되어, 복수 개의 단말간에 가시광 통신을 수행하여 원하는 데이터를 송수신함으로써, 단말에 장착된 카메라를 사용하지 않고도 가시광 통신을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스 중 오른쪽 채널을 통해 전원을 공급받아 가시광 통신을 수행함으로써, 단말간 데이터 통신 시, 전력 소모를 줄일 수 있다.
더불어, 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 가시광 통신용 표준 규격에 따라 설치된 LED조명과도 아날로그 오디오 인터페이스를 이용해 가시광 통신용 송수신기와 연결되어 가시광 통신을 수행함에 따라, 상기 LED 조명을 조명장치 뿐만 아니라 AP(Access Point)로 사용하는 네트워크 환경을 구현할 수 있다.
또한, 더불어 본 발명에 의한 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법 및 시스템은 데이터의 무선 통신 매체로서 가시광을 이용하기 때문에 사용자의 인체에 무해하고, 또한 주파수 허가 등의 법적 제한과 상관없이 자유롭게 사용할 수 있으며, 산업, 과학, 의료용 기기에서 사용 가능한 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 주파수 대역과 간섭이 발생하지 않으며, 데이터의 통신 시 보안성을 강화시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 제1 단말 20: 제2 단말
120: 가시광 통신용 송신기 122: 송신 제어부
124: 램프구동부 126: 발광부
126a: 발광램프 126b: 콜리메이터 렌드
140: 가시광 통신용 수신기 142: 광수신부
142a: 수광부 142b: 전압변환부
142c: 필터부 142d: 증폭부
144: 수신 제어부 144a: AD컨버터부
144b: 디코딩부 144c: 데이터변환부

Claims (10)

  1. 가시광 통신용 송신기가 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 단계; 및
    가시광 통신용 수신기가 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 가시광 통신용 송신기가 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 단계는
    상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계;
    변환된 시리얼 데이터를 인코딩하는 단계;
    인코딩한 시리얼 데이터를 광신호로 변환하는 단계; 및
    변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프를 점멸하여 발광하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프를 점멸하여 발광하는 단계는
    상기 발광램프의 외측에 배치된 콜리메이터 렌즈를 통해 상기 가시광 통신용 송신기로부터 원거리에 이격되어 위치한 상기 가시광 통신용 수신기와의 실제 거리를 가상 거리로 변환시키고, 변환된 가상 거리를 기준으로 하여 상기 발광램프를 발광하고,
    상기 가시광 통신용 수신기가 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 단계는
    상기 가시광 통신용 송신기로부터 출력된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하는 단계;
    수신한 광신호에 대한 전류를 이에 대응하는 전압으로 변환하는 단계;
    변환된 전압에 대하여 노이즈를 제거하는 단계;
    노이즈가 제거된 전압을 증폭하는 단계;
    아날로그 형태의 증폭된 전압을 디지털 신호로 변환하는 단계;
    변환된 디지털 신호를 디코딩하는 단계; 및
    시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 단계;를 포함하며,
    상기 가시광 통신용 송신기로부터 출력된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하는 단계는
    상기 가시광 통신을 통해 수신하는 광신호의 컷오프 주파수를 1.34MHz로 설정하고,
    상기 변환된 전압에 대하여 노이즈를 제거하는 단계는
    가시광 통신을 통해 수신한 광신호에 주변의 다른 광원으로부터 수신한 광신호가 함께 포함된 경우를 걸러내도록, 컷오프 주파수를 2KHz로 설정하여 변환된 전압에 대해 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계는
    상기 아날로그 오디오 인터페이스의 왼쪽 채널(Left channel)에 할당된 영역을 통해 송신 데이터를 상기 제1 단말로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하는 단계는
    상기 아날로그 오디오 인터페이스의 오른쪽 채널(Right channel)에 할당된 영역을 통해 상기 제1 단말로부터 전원을 공급받는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 단계는
    상기 아날로그 오디오 인터페이스의 마이크에 할당된 영역을 통해 수신 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 방법.
  7. 외부의 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하고, 수신한 송신 데이터를 광신호로 변환한 후 가시광 통신을 통해 원격에 위치하는 가시광 통신용 수신기로 전송하는 가시광 통신용 송신기; 및
    상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하고, 수신한 광신호를 수신 데이터로 변환하여 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 제2 단말로 전송하는 가시광 통신용 수신기;
    를 포함하고,
    상기 가시광 통신용 송신기는
    상기 제1 단말로부터 아날로그 오디오 인터페이스를 통해 송신 데이터를 수신하여 시리얼 데이터로 변환하고, 변환된 시리얼 데이터에 대하여 인코딩을 수행하는 송신 제어부;
    인코딩한 시리얼 데이터를 광신호로 변환하는 램프구동부; 및
    변환된 광신호에 따라 온오프 스위칭을 통해 발광램프를 점멸하여 발광하는 발광부;
    를 포함하며,
    상기 발광부는
    상기 발광램프의 외측에 배치되는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하여, 상기 콜리메이터 렌즈를 통해 상기 가시광 통신용 송신기로부터 원거리에 이격되어 위치한 상기 가시광 통신용 수신기와의 실제 거리를 가상 거리로 변환시키고, 변환된 가상 거리를 기준으로 하여 상기 발광램프를 발광하고,
    상기 가시광 통신용 수신기는
    상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하여 증폭하는 광수신부; 및
    증폭된 광신호를 디코딩하여 생성한 수신 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 수신 제어부;를 포함하며,
    상기 광수신부는
    포토 다이오드, 광센서, 이미지 센서 중 적어도 하나를 포함하여 상기 가시광 통신용 송신기로부터 전송된 광신호를 가시광 통신을 통해 수신하는 수광부;
    트랜스임피던스 증폭기를 포함하여, 상기 수광부가 수신한 광신호에 대한 전류를 이에 대응하는 전압으로 변환하는 전압변환부;
    상기 가시광 통신을 통해 수신한 광신호에 주변의 다른 광원으로부터 수신한 광신호가 함께 포함된 경우를 걸러내도록, 컷오프 주파수를 2KHz로 설정하여, 상기 전압변환부에서 변환된 전압에 노이즈를 제거하는 필터부; 및
    상기 필터부에서 노이즈가 제거된 전압을 증폭하는 증폭부;를 포함하고,
    상기 수광부는
    상기 가시광 통신을 통해 수신하는 광신호의 컷오프 주파수를 1.34MHz로 설정하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수신 제어부는
    아날로그 형태의 증폭된 광신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터부;
    변환된 디지털 신호에 대하여 맨체스터 데이터 디코딩을 수행하는 디코딩부; 및
    시리얼 형태로 디코딩된 데이터를 아날로그 오디오 인터페이스를 이용하는 수신 데이터로 변환하여 상기 제2 단말로 전송하는 데이터변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 오디오 인터페이스를 이용한 가시광 통신 시스템.
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