KR102045867B1 - Method for transmitting and receiving signals in a visible light communication system and apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 가시광 통신 시스템에서 SIM 기법을 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공한다.
본 명세서에서 제안하는 송신기에 의해 수행되는 방법은, 입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off)하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
이를 통해, 본 명세서는 안정적인 디밍 제어 및 불균일한 조명 문제를 해결할 수 있다.
The present specification provides a method for transmitting a signal using a SIM technique in a visible light communication system.
A method performed by the transmitter proposed in the present specification, the input data stream by using a spatial intensity modulation (Spatial Intensity Modulation (SIM)) method for turning on at least one LED of the LED array (array) for each specific time unit (On) Or generating a blinking sequence to turn off; And transmitting the signal to a receiver through the generated blink sequence.
Through this, the present specification can solve the problem of stable dimming control and non-uniform illumination.

Description

가시광 통신 시스템에서 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNALS IN A VISIBLE LIGHT COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SIGNALS IN A VISIBLE LIGHT COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 가시광 통신 시스템에서 공간 변조 방식을 통해 신호를 송수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for transmitting and receiving a signal through a spatial modulation scheme in a visible light communication system and an apparatus supporting the same.

최근 몇 년 동안, 무선 주파수 (RF)의 보완적 후보로서, 가시광 통신(VLC) 기술은 미래의 무선 통신 시스템 분야에서 상당한 관심을 불러 일으켰다. In recent years, as a complementary candidate for radio frequency (RF), visible light communication (VLC) technology has generated considerable interest in the field of future wireless communication systems.

조명용으로 구축된 공존하는 LED 인프라를 재사용함으로써 VLC는 LED 조명과 통신 기능을 함께 제공한다.By reusing the coexisting LED infrastructure built for lighting, VLC brings together LED lighting and communication capabilities.

조명이 LED 조명 장치의 주요 기능이기 때문에, 안정적인 디밍 제어는 VLC 구현에 있어 중요한 문제이다. 디밍 레벨을 다양화하는 경우, LED 조명 시스템의 절전(power saving) 및 에너지 효율성이 높아질 수 있다.Since lighting is a key feature of LED lighting devices, reliable dimming control is an important issue for VLC implementation. By varying the dimming level, the power saving and energy efficiency of the LED lighting system can be increased.

또한, 분위기, 음악, 음식 및 온도와 같은 주변 환경과 관련된 요인에 따라 디밍 레벨을 변경하는 감정적 조명은 많은 응용 분야에서 중요한 조명 방법이 되고 있다.In addition, emotional lighting, which changes the dimming level according to factors related to the surrounding environment such as atmosphere, music, food, and temperature, has become an important lighting method in many applications.

다중 채널, 다중 입력 다중 출력(MIMO)에 대한 신호 전력을 분배함으로써 통신 수율(throughput)을 향상시키기 위해 공간 변조 (SM), 공간 다중화(SMP), 공간 시프트 키잉(spatial shift keying, SSK), 일반화된 SM(GSM), 및 일반화된 SSK(GSSK)가 VLC 시스템에 적용될 수 있다.Spatial modulation (SM), spatial multiplexing (SMP), spatial shift keying (SSK), generalization to improve communication throughput by distributing signal power over multiple channels, multiple input multiple outputs (MIMO) SM (GSM), and Generalized SSK (GSSK) can be applied to the VLC system.

SM에서, 데이터는 조명 장치(또는 조명 기기) 인덱스(luminaire index)와 펄스 진폭 변조 (PAM) 강도 레벨에 따라 공간적으로 인코딩된다.In SM, data is spatially encoded according to a lighting device (or lighting device) luminaire index and a pulse amplitude modulation (PAM) intensity level.

SMP에서, 독립적인 데이터 스트림은 PAM으로 인코딩되며, 모든 송신기(transmitter)에서 동시에 방출된다.In SMP, independent data streams are encoded in PAM and emitted simultaneously at all transmitters.

SSK는 주어진 채널의 총 LED 중에서 하나의 LED만 활성화한다.SSK activates only one LED of the total LEDs for a given channel.

GSSK 변조 방법은 하나 이상의 LED가 고유 데이터 심볼에 상응하는 공간 위치를 결정하기 위해 활성화될 수 있다는 점에서 고전적인 SSK와 다르다.The GSSK modulation method differs from classical SSK in that one or more LEDs can be activated to determine the spatial location corresponding to the unique data symbol.

SM과 SMP는 GSSK 방법보다 높은 전송 효율을 요구하는 GSM의 특수한 경우로서, 이러한 방식은 안정적인 디밍 품질이 아닌 통신 기능을 위해 주로 개발되었다.SM and SMP are special cases of GSM that require higher transmission efficiency than the GSSK method, which was developed primarily for communication functions, not for reliable dimming quality.

SM, SMP 및 GSM 방식에 사용되는 종래의 PAM은 또한, LED 강도의 불안정한 제어로 어려움을 겪고 있다.Conventional PAMs used in SM, SMP and GSM schemes also suffer from unstable control of LED intensity.

LED 구동 회로를 통한 정확한 진폭 제어 및 안정된 조명은 주파수, 온도 등에 영향을 받기 때문에 데이터 통신 및 조명 기능 모두에 대한 PAM의 실제 구현은 매우 어렵다.Accurate amplitude control and stable lighting through LED drive circuits are affected by frequency, temperature, etc., so the actual implementation of PAM for both data communication and lighting functions is very difficult.

또한, PAM은 노이즈가 진폭에 영향을 미치기 때문에 노이즈의 영향을 받기 쉽다.In addition, PAM is susceptible to noise because noise affects amplitude.

여기서, 진폭은 정보가 PAM 신호에 저장되는 곳이다. 그러므로, 다수의 채널을 따라 정확한 강도 감쇠에 대한 정보가 데이터 디코딩을 위해 요구된다.Here, amplitude is where information is stored in the PAM signal. Therefore, information about accurate intensity attenuation along multiple channels is required for data decoding.

SSK 및 GSSK 방법의 경우, 단일 또는 단 몇 개의 LED를 활성화해도 디밍 제어가 제공되지 않고, 목표 영역의 불균일한 조명이 발생한다.For the SSK and GSSK methods, activating a single or just a few LEDs does not provide dimming control, resulting in uneven illumination of the target area.

LED 조명 장치의 주요 기능이 고품질 조명이므로, 여러 LED가 있는 VLC 시스템은 균일한 조명 분포를 제공해야 한다.Since the main function of LED lighting devices is high quality lighting, VLC systems with multiple LEDs must provide a uniform distribution of light.

본 명세서는 데이터 스트림을 공간 강도 변조(SIM) 기법을 이용하여 불균일한 조명 문제를 해결하고, 안정적인 디밍 제어를 수행하는 방법을 제공함에 목적이 있다.An object of the present specification is to provide a method of solving a non-uniform lighting problem by using a spatial intensity modulation (SIM) technique and performing a stable dimming control.

또한, 본 명세서는 다중-레벨 역 소스 코딩 방법을 적용함으로써 디밍 가능한 SIM 기법의 실제적인 설계를 제공함에 목적이 있다.It is also an object of the present specification to provide a practical design of a dimmable SIM technique by applying a multi-level inverse source coding method.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

본 명세서는 가시광 통신 시스템에서 신호를 전송하기 위한 방법에 있어서, 송신기에 의해 수행되는 방법은, 입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off)하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 공간 강도 변조 방식은, 설정된 디밍 비율(dimming ratio), 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 정보 및 강도 레벨(intensity level) 별 턴-온 확률에 기초하여 상기 강도 레벨(intensity level) 별 코드워드(codeword)를 생성하고, 상기 생성된 강도 레벨 별 코드워드를 이용하여 상기 특정 시간 단위 별로 턴-온 되는 LED의 개수 또는 턴-온 되는 LED의 위치 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 한다.In the present specification, a method for transmitting a signal in a visible light communication system, wherein the method performed by a transmitter includes an array of LEDs for a specific time unit using an input data stream using a spatial intensity modulation (SIM) scheme. Generating a blinking sequence to turn on or off at least one of the LEDs; And transmitting the signal to the receiver through the generated blinking sequence, wherein the spatial intensity modulation scheme includes a set dimming ratio, total number information of the LEDs constituting the LED array, and an intensity level ( generating a codeword for each intensity level based on a turn-on probability per intensity level, and using the generated codeword for each intensity level to turn on the specific time unit. It is characterized by determining at least one of the number or the position of the LED is turned on.

또한 본 명세서에서 상기 강도 레벨의 수는 상기 LED의 총 개수 정보에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the number of the intensity level in the present specification is characterized in that it is determined based on the total number information of the LED.

또한, 본 명세서에서 상기 강도 레벨 별 턴-온 확률은 상기 설정된 디밍 비율에 따라 엔트로피를 최대화하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.Further, in the present specification, the turn-on probability for each intensity level is set to maximize entropy according to the set dimming ratio.

또한, 본 명세서에서 상기 강도 레벨 별 코드워드의 길이는 상기 강도 레벨 별 턴-온 확률이 낮을수록 길어지는 것을 특징으로 한다.Further, in the present specification, the length of the codeword for each strength level is longer as the turn-on probability for each strength level is lower.

또한, 본 명세서에서 상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드는 '0' 또는 '1' 중 적어도 하나의 조합으로 구성되며, 상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드에 포함되는 '0' 또는 '1'의 개수는 멀티-레벨 허프만 인코딩의 이진 트리 기법을 통해 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present specification, the generated codeword for each strength level is composed of at least one combination of '0' or '1', and the number of '0' or '1' included in the generated codeword for each strength level. Is determined using the binary tree technique of multi-level Huffman encoding.

또한, 본 명세서에서 상기 설정된 디밍 비율이 0.72 이고, 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수가 4인 경우, 상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드는 각각 111, 110, 10 및 0인 것을 특징으로 한다.In the present specification, when the set dimming ratio is 0.72 and the total number of LEDs constituting the LED array is 4, the generated codewords for each intensity level are 111, 110, 10, and 0, respectively. .

또한, 본 명세서는 가시광 통신 시스템에서 신호를 전송하기 위한 송신기에 있어서, 외부와 신호를 송수신하기 위한 RF 모듈; 및 상기 RF 모듈과 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off) 하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하고; 및 상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present specification is a transmitter for transmitting a signal in a visible light communication system, RF module for transmitting and receiving a signal with the outside; And a processor operatively connected to the RF module, wherein the processor comprises: inputting the at least one LED of the array of LEDs on a specific unit of time using a spatial intensity modulation (SIM) scheme; Generate a blinking sequence to turn On or Off; And transmitting the signal to a receiver through the generated blink sequence.

본 명세서는 공간 영역에서만 결정되는 SIM 심볼의 강도 및 목표 디밍 레벨에 따라 불안정한 디밍 제어, 불균일한 조명 기능 및 채널 예측의 부담과 같은 종래의 PAM 기반 VLC에서 발생할 수 있는 문제점들을 해결할 수 있는 효과가 있다.The present specification has the effect of solving problems that may occur in the conventional PAM-based VLC, such as unstable dimming control, non-uniform illumination function and the burden of channel prediction according to the strength and target dimming level of the SIM symbol determined only in the spatial domain. .

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. .

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)의 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 명세서에서 제안하는 SIM 방식에 기반한 LED 어레이의 깜박임 시퀀스의 일례를 나타낸다.
도 3은 전체 LED들의 개수가 4 및 8로 설정될 때 디밍 비율에 따라 엔트로피를 최대로 하는 최적의 턴-온 확률을 나타낸다.
도 4는 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 다중-레벨 허프만 인코딩의 바이너리 트리의 일례를 나타낸다
도 5는 총 LED 개수가 4와 8로 설정된 경우 디밍 비율에 따라 MISC를 사용한 턴-온 확률을 나타낸다.
도 6은 최적의 턴-온 확률과 실용적인 MISC 기반 접근법을 기반으로 달성할 수 있는 SIM 기법의 디밍 레벨을 나타낸다.
도 7은 디밍 비율과 관련하여 최적 및 실제 턴-온 확률을 기반으로 SIM 방법의 엔트로피를 비교한 것을 나타낸다.
도 8은 목표 디밍 레벨이 48%와 72%일 때 다양한 Nt 숫자를 가지는 디밍 용량을 나타낸다.
도 9는 SNR 및 디밍 비율 모두에 의존하는 SIM 방법의 디밍 용량을 나타낸다.
도 10은 본 명세서에서 제안하는 SIM 기법을 이용하여 신호를 송수신하는 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 가시광 통신에서 동작하는 송신 장치 및 수신 장치의 내부 블록도를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description in order to provide a thorough understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and together with the description, describe the technical features of the present invention.
1 shows a system of visible light communication (VLC) to which the present invention can be applied.
2 shows an example of a blink sequence of the LED array based on the SIM scheme proposed in the present specification.
3 shows the optimal turn-on probability of maximizing entropy according to the dimming ratio when the total number of LEDs is set to 4 and 8. FIG.
4 shows an example of a binary tree of multi-level Huffman encoding to which the method proposed in this specification can be applied.
FIG. 5 shows turn-on probability using MISC according to dimming ratio when the total number of LEDs is set to 4 and 8. FIG.
6 illustrates the dimming level of the SIM technique that can be achieved based on an optimal turn-on probability and a practical MISC based approach.
7 shows a comparison of entropy of the SIM method based on the optimal and actual turn-on probabilities with respect to the dimming ratio.
8 shows dimming capacity with various Nt numbers when the target dimming level is 48% and 72%.
9 shows the dimming capacity of the SIM method depending on both SNR and dimming ratio.
10 is a flowchart illustrating an example of a method of transmitting and receiving a signal using the SIM technique proposed in the present specification.
11 is an internal block diagram of a transmitter and a receiver operating in visible light communication to which the present invention can be applied.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 통상의 기술자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The detailed description, which will be given below with reference to the accompanying drawings, is intended to explain exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, one of ordinary skill in the art appreciates that the present invention may be practiced without these specific details.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.In some instances, well-known structures and devices may be omitted or shown in block diagram form centering on the core functions of the structures and devices in order to avoid obscuring the concepts of the present invention.

또한, 이하 첨부된 도면들 및 첨부된 도면들에 대해 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 실시 예들에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In addition, although the embodiments of the present invention are described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited or limited by the embodiments.

가시 광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템Visible Light Communication (VLC) System

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 가시 광 통신 시스템을 나타낸다. 도 1은 단지 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.1 shows a visible light communication system to which the present invention can be applied. 1 is merely for convenience of description and does not limit the scope of the invention.

도 1을 참고하면, 본 발명이 적용될 수 있는 가시광 통신 시스템 100은 적어도 하나의 송신 장치 110과 수신 장치 120으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the visible light communication system 100 to which the present invention may be applied includes at least one transmitting device 110 and a receiving device 120.

여기에서, 상기 송신 장치 110 및 상기 수신 장치 120은 도 11에 나타난 구성 요소(들)로 구현될 수 있다.Here, the transmitting device 110 and the receiving device 120 may be implemented with the component (s) shown in FIG.

상기 송신 장치 110은 전송 데이터에 대해 다양한 변조 방식(modulation scheme)을 적용하여 변조 신호를 생성하고, 상기 변조 신호를 상기 변조 신호의 특성에 맞는 파장 대역을 통해 광원(light source)을 이용하여 전송한다.The transmitting device 110 generates a modulated signal by applying various modulation schemes to the transmission data, and transmits the modulated signal using a light source through a wavelength band suitable for the characteristics of the modulated signal. .

상기 송신 장치 110은 광원을 포함한다. 여기에서, 상기 광원은 미리 설정된 속도(예: 필스 속도(pulse rate))에 따라 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다. 이 때, 상기 미리 설정된 속도는 사용자 또는 시스템으로 제어될 수 있다. 상기 온 또는 오프를 이용하여 상기 송신 장치 110은 수신 장치 120으로 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 이진 데이터의 경우, '1'은 온(on)을 이용하여 나타내고, '0'은 오프(off)를 이용하여 나타내는 방식이 이용될 수 있다. 여기에서, 상기 광원은 LED(Light Emitting Diode)로 구성될 수 있다.The transmitting device 110 includes a light source. Herein, the light source may be turned on or off according to a preset speed (eg, a pulse rate). In this case, the preset speed may be controlled by a user or a system. The transmission device 110 may transmit data to the reception device 120 by using the on or off. For example, in the case of binary data, '1' may be represented by using on and '0' may be represented by using off. Here, the light source may be configured as a light emitting diode (LED).

또한, 상기 수신 장치 120은 광원을 통해 전송되는 데이터를 수신하며, 상기 수신된 데이터에 대해 다양한 변조 방식에 대응하는 복조 방식(demodulation scheme)을 적용하여 데이터를 복조함으로써, 전송 데이터를 획득한다. 상기 수신 장치 120은 카메라 장치를 포함할 수 있다.In addition, the reception device 120 receives data transmitted through a light source, and demodulates data by applying a demodulation scheme corresponding to various modulation schemes to the received data, thereby obtaining transmission data. The receiving device 120 may include a camera device.

여기에서, 상기 수신 장치 120은 상기 카메라 장치를 이용하여 송신 장치 110에 포함된 광원에 대한 영상을 생성하고, 상기 영상에서 데이터를 추출할 수 있다.Here, the receiving device 120 may generate an image of a light source included in the transmitting device 110 by using the camera device and extract data from the image.

여기에서, 상기 수신 장치 120은 미리 설정된 속도(예: 프레임 속도(frame rate))에 따라 상기 광원에 대한 영상을 연속적인 프레임으로 생성할 수 있다. 이 때, 상기 수신 장치 120에 대해 미리 설정된 속도는 상기 송신 장치 110에 대해 미리 설정된 속도와 같거나, 또는 다를 수도 있다. Here, the receiving device 120 may generate an image of the light source as a continuous frame according to a preset speed (eg, a frame rate). In this case, the preset speed for the receiving device 120 may be the same as or different from the preset speed for the transmitting device 110.

상기 수신 장치 120은 디지털 카메라, CCTV(Closed Circuit Television), 네트워크 카메라(예: IP 카메라(Internet Protocol camera)), 스마트폰(smartphone) 등과 같이 카메라가 장착된 장치일 수 있다.The receiving device 120 may be a device equipped with a camera such as a digital camera, a closed circuit television (CCTV), a network camera (for example, an IP protocol camera), a smartphone, or the like.

이하, 본 명세서에서 제안하는 SIM(Spatial Intensity Modulation)을 이용한 신호 송수신 방법에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of transmitting and receiving a signal using Spatial Intensity Modulation (SIM) proposed in the present specification will be described.

본 명세서에서 제안하는 방법 즉, 기존의 PAM 기반 VLC 및 관련 MIMO VLC 시스템에 대한 새로운 방법은 (1) 진폭 기반 변조 및 불균일한 조명 문제를 해결하고, (2) 안정적인 디밍 제어를 제공한다.The method proposed in this specification, namely the new method for the existing PAM-based VLC and related MIMO VLC system, (1) solves the amplitude-based modulation and non-uniform illumination problem, and (2) provides stable dimming control.

복수의 LED 어레이(array)들은 디밍(dimming) 제어를 통해 smart illumination 기능을 유지하는 동안 통신 효율을 높이기 위해 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에 사용될 수 있다.A plurality of LED arrays may be used for visible light communication (VLC) to increase communication efficiency while maintaining smart illumination function through dimming control.

본 명세서에서는 이러한 VLC에 적용될 수 있는 '공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation, SIM)' 기법을 새롭게 정의한다.In this specification, a 'Spatial Intensity Modulation (SIM)' technique that can be applied to such a VLC is newly defined.

상기 SIM 기법에서 턴-온(turn-on)되는 LED의 유효 개수는 VLC 시스템에서 데이터 변조 및 디밍 제어에 사용된다.The effective number of LEDs turned on in the SIM technique is used for data modulation and dimming control in the VLC system.

종래의 펄스 진폭 변조 (PAM)와는 달리, 심볼 강도 레벨은 각 LED로부터 VLC 신호의 진폭 레벨에 의해 결정되는 것이 아니라, 단일 진폭 레벨로 조명하는 턴-온 되는 LED의 개수를 카운트함으로써 결정된다.Unlike conventional pulse amplitude modulation (PAM), the symbol intensity level is not determined by the amplitude level of the VLC signal from each LED, but by counting the number of turned on LEDs illuminating at a single amplitude level.

SIM 심볼의 강도 및 목표 디밍 레벨은 공간 영역에서만 결정되기 때문에, 불안정한 디밍 제어, 불균일한 조명 기능 및 채널 예측의 부담과 같은 종래의 PAM 기반 VLC 및 관련 MIMO VLC 기법의 문제점들을 해결할 수 있다.Since the strength and target dimming level of the SIM symbol are determined only in the spatial domain, it can solve the problems of conventional PAM-based VLC and related MIMO VLC techniques such as unstable dimming control, non-uniform illumination function and burden of channel prediction.

시간에서 목표 디밍 레벨 주변의 턴-온 되는 LED의 수와 형상(또는 배치)를 변화시킴으로써, SIM 방법은 타겟 영역에 걸쳐 균일한 조명을 보장할 수 있다.By varying the number and shape (or placement) of LEDs turned on around the target dimming level in time, the SIM method can ensure uniform illumination across the target area.

VLC의 목표 디밍 레벨에서 달성할 수 있는 통신 rate인 디밍 용량(dimming capacity) 분석은 SIM 기반 VLC 시스템의 엔트로피를 최대화하는 턴-온(turn-on) 확률을 유도함으로써 제공될 수 있다.Dimming capacity analysis, which is the communication rate achievable at the target dimming level of the VLC, can be provided by deriving a turn-on probability that maximizes the entropy of the SIM-based VLC system.

또한, 본 명세서는 다중-레벨 역 소스 코딩(multi-level inverse source coding, MISC) 방법을 적용하여 dimmable SIM 기법의 실제적인 설계를 제공한다.In addition, the present specification provides a practical design of the dimmable SIM technique by applying a multi-level inverse source coding (MISC) method.

본 명세에서 제안하는 디밍 가능 SIM 방식의 성능과 실제 시스템에서의 적용을 검증하기 위해 시뮬레이션 결과는 다양한 범위의 파라미터들 아래에서 기준 데이터를 제공한다.To verify the performance of the dimmable SIM scheme proposed in this specification and its application in real systems, the simulation results provide reference data under a wide range of parameters.

즉, 본 명세서는 앞서 살핀 기존의 VLC 기법의 단점을 극복하기 위해 디밍 가능 VLC 솔루션을 제공하는 새로운 개념인 '공간 강도 변조 (SIM)'라는 새로운 VLC 변조 방식을 제공한다. 여기서, 원하는 데이터 변조 및 안정적인 디밍 제어는 턴-온 되는 LED의 유효 개수를 활성화하여 지원된다.That is, the present specification provides a new VLC modulation scheme called 'Spatial Intensity Modulation (SIM)', a new concept for providing a dimmable VLC solution to overcome the disadvantages of the conventional VLC technique. Here, desired data modulation and stable dimming control are supported by activating the effective number of LEDs that are turned on.

기존의 MIMO VLC 방식과는 달리, 심볼 강도 레벨은 각 LED의 VLC 신호의 진폭 레벨에 의해 결정되지 않고, 완전히 밝혀진 LED 개수를 카운팅함으로써 결정된다. 여기서, 각 LED는 동일한 진폭 레벨로 빛을 방출한다.Unlike the conventional MIMO VLC scheme, the symbol intensity level is not determined by the amplitude level of the VLC signal of each LED, but by counting the total number of LEDs found. Here, each LED emits light at the same amplitude level.

SIM 기법의 데이터 인코딩은 공간 영역에서만 지원되기 때문에 신호 진폭 제어의 주의 깊은 설정 및 광 채널 예측 없이 디밍 제어 및 데이터 디코딩 기능을 지원할 수 있다.Because the data encoding of the SIM technique is only supported in the spatial domain, it can support dimming control and data decoding without careful setting of signal amplitude control and fiber channel prediction.

또한, 본 명세서에서 제안하는 방법은 목표 영역에 균일한 조명 분포를 만족시키기 위해 시간에서 목표 디밍 레벨 주변의 공간적으로 분포된 'ON' 및 'OFF' 되는 LED의 개수와 형상(또는 배치)를 변화시킨다.In addition, the method proposed herein changes the number and shape (or arrangement) of spatially distributed 'ON' and 'OFF' LEDs around a target dimming level in time to satisfy a uniform distribution of light in the target area. Let's do it.

디밍 레벨을 고려하여 달성 가능한 통신 속도를 조사하기 위해 본 명세서에서 제안하는 SIM 기법의 디밍 용량은 엔트로피를 최대화하는 턴-온 확률을 도출함으로써 나타낼 수 있다.In order to investigate the attainable communication speed in consideration of the dimming level, the dimming capacity of the SIM scheme proposed in this specification may be represented by deriving a turn-on probability of maximizing entropy.

또한, 본 명세서는 실제 구현을 위해 dimmable SIM 기법에 적용된 다중 레벨 역 소스 코딩 (MISC)을 제안한다.In addition, the present specification proposes multi-level inverse source coding (MISC) applied to dimmable SIM technique for practical implementation.

LED 수, 목표 디밍 및 SNR (Signal-to-Noise Ratio)과 같은 파라미터 범위에서 시뮬레이션 결과는 디밍 가능 VLC에 대해 본 명세서에서 제안하는 SIM 방식의 성능 및 실제 구현을 확인하는 기준 데이터를 제공한다.Simulation parameters in parameter ranges such as LED count, target dimming and signal-to-noise ratio (SNR) provide reference data confirming the performance and actual implementation of the SIM scheme proposed herein for dimmable VLC.

다음으로, SIM 기법의 이론적 설계, MISC를 사용하는 SIM 체계의 실제 구현과, 이론 및 실제 디밍 용량 분석의 평가에 대해 구체적으로 살펴본다.Next, the theoretical design of the SIM technique, the actual implementation of the SIM system using MISC, and the evaluation of the theoretical and actual dimming capacity analysis will be discussed in detail.

먼저, SIM 기법의 이론적 설계에 대해 살펴본다.First, the theoretical design of the SIM technique is discussed.

본 명세서는 공간적으로 분산된 다중 LED들을 포함하는 MIMO VLC 시스템을 고려한다.This disclosure contemplates a MIMO VLC system comprising multiple LEDs spatially distributed.

SIM 심볼을 생성하기 위해, 데이터 스트림은 공간 영역에 묘사된 깜박임 시퀀스(blinking sequence)로 변환된다.To generate the SIM symbol, the data stream is converted into a blinking sequence depicted in the spatial domain.

각 SIM 심볼은 완전히 켜진 LED의 유효 개수에 의해 제공된다.Each SIM symbol is provided by an effective number of fully lit LEDs.

여기서, 턴-온 되는 LED의 배치는 시간에 따라 달라질 수 있다. LED 조명 장치의 디밍 기능에 대해, SIM 심볼의 강도 레벨의 시간 평균은 목표 디밍 레벨로 설정된다.Here, the arrangement of the turned-on LED may vary with time. For the dimming function of the LED lighting device, the time average of the intensity level of the SIM symbol is set to the target dimming level.

도 2는 본 명세서에서 제안하는 SIM 방식에 기반한 LED 어레이의 깜박임 시퀀스의 일례를 나타낸다.2 shows an example of a blink sequence of the LED array based on the SIM scheme proposed in the present specification.

여기서, Nt는 사용 가능한 LED의 총 개수(또는 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수)이고, n은 턴-온 되는 LED의 유효 개수이다. n은 시변(time-varying)이며, 대응하는 턴-온 확률(turn-on probability)에 의해 결정된다.Here, Nt is the total number of available LEDs (or the total number of LEDs constituting the LED array), and n is the effective number of LEDs turned on. n is time-varying and is determined by the corresponding turn-on probability.

균일한 조명 분포를 지원하기 위해, 턴-온 되는 LED는 도 4에서와 같이 모든 LED에 동일하게 분배되어야 한다. LED 어레이의 전체 Nt 개의 가능한 강도 레벨은 아래 수학식 1과 같이 주어진다.To support uniform illumination distribution, the turned-on LEDs should be equally distributed to all LEDs as shown in FIG. 4. The total Nt possible intensity levels of the LED array are given by Equation 1 below.

Figure 112017502322422-pat00001
Figure 112017502322422-pat00001

여기서, Imax는 LED 어레이의 최대 강도를 나타내며, Nt는 턴-온 되는 LED의 유효 개수를 나타낸다.Where I max represents the maximum intensity of the LED array and Nt represents the effective number of LEDs that are turned on.

예를 들어, Nt=4 일 때, 가능한 강도 레벨들은 Imax/4, Imax/2, 3*Imax/4, Imax이다.For example, when Nt = 4, the possible intensity levels are I max / 4, I max / 2, 3 * I max / 4, I max .

SIM 기반 VLC 시스템의 동작 시간과 비-동작 시간을 구별하기 위해, 완전히 어두운 상황(모든 LED가 꺼진 상황) 즉, n=0(또는 In=0)은 고려되지 않는다.In order to distinguish between operating time and non-operating time of a SIM based VLC system, a completely dark situation (all LEDs are off), i.e. n = 0 (or In = 0), is not taken into account.

종래의 MIMO VLC에서 채택된 PAM 기반 변조와 달리, SIM 심볼 강도들은 'ON'인 LED의 유효 개수를 카운팅함으로써 공간 영역에서만 결정된다.Unlike the PAM based modulation employed in the conventional MIMO VLC, the SIM symbol intensities are determined only in the spatial domain by counting the effective number of LEDs that are 'ON'.

데이터를 전송하는 동안 목표 디밍 레벨을 만족시키기 위해, 턴-온 되는 LED들의 유효 개수를 선택하는 확률들 즉, 턴-온 확률(turn-on probability)은 결정되어야 한다.In order to meet the target dimming level during data transmission, the probabilities of selecting an effective number of LEDs to be turned on, i.e., turn-on probability, must be determined.

p(n)을 n개의 턴-온 되는 LED들을 가지는 조명을 위한 턴-온 확률이라고 표시할 수 있다.We can denote p (n) as the turn-on probability for lighting with n turned-on LEDs.

n 값에 대한 이산 확률들{p(1),...,p(Nt)}의 엔트로피는 E{p(1),...,p(Nt)}=

Figure 112017502322422-pat00002
로 표현될 수 있다.The entropy of discrete probabilities {p (1), ..., p (N t )} for n values is E {p (1), ..., p (N t )} =
Figure 112017502322422-pat00002
It can be expressed as.

정규화 제약(normalization constraint)은 턴-온 확률의 합과 관련된다. 또한, 디밍 제한은 시간에서 대응하는 확률에 따라 턴-온 LED의 수를 변화시킴으로써 처리될 수 있다.Normalization constraints are related to the sum of turn-on probabilities. In addition, the dimming limit can be addressed by varying the number of turn-on LEDs according to the corresponding probability in time.

여기서, 디밍 레벨 요건에 따른 턴-온 LED의 엔트로피-최대화 확률 분포가 도출된다. 분포는 다음 수학식 2와 같이 주어진 SIM 기법의 엔트로피를 최대화함으로써 얻어진다.Here, the entropy-maximization probability distribution of the turn-on LED according to the dimming level requirement is derived. The distribution is obtained by maximizing the entropy of a given SIM technique as shown in Equation 2 below.

Figure 112017502322422-pat00003
Figure 112017502322422-pat00003

여기서,

Figure 112017502322422-pat00004
는 목표 디밍 비율(0≤
Figure 112017502322422-pat00005
≤1) 이며, 목표 디밍 레벨은
Figure 112017502322422-pat00006
*100[%]가 된다. 제한된 최적화 문제를 해결하기 위해, 라그랑즈(Lagrange) multiplier 방법이 사용된다.here,
Figure 112017502322422-pat00004
Is the target dimming ratio (0≤
Figure 112017502322422-pat00005
≤1) and the target dimming level is
Figure 112017502322422-pat00006
* 100 [%]. To solve the limited optimization problem, the Lagrange multiplier method is used.

두 번째 결과물(derivation)을 취하는 것은 -1/p(n)의 값을 가지는 diagonal Hessian을 제공한다.Taking the second derivative gives a diagonal Hessian with a value of -1 / p (n).

그러므로, 목적 함수(objective function) (2)는 오목하다(concave). Therefore, the objective function 2 is concave.

이것은 수학식 2로부터 얻어지는 확률이 global 솔루션을 제공하는 것을 의미한다.This means that the probability obtained from Equation 2 provides a global solution.

증대된 목적 함수 L(x), 턴-온 확률 및 라그랑즈 multiplier 함수는 아래 수학식 3과 같이 정의된다.The increased objective function L (x), turn-on probability and Lagrange multiplier function are defined as in Equation 3 below.

Figure 112017502322422-pat00007
Figure 112017502322422-pat00007

여기서, β와 γ는 스칼라 라그랑즈 multiplier이다.Where β and γ are scalar Lagrange multipliers.

변수들에 대한 수학식 3의 함수 결과물을 취하는 것은 아래 수학식들에 의해 획득될 수 있다.Taking the function output of equation (3) for the variables can be obtained by the following equations.

Figure 112017502322422-pat00008
Figure 112017502322422-pat00008

Figure 112017502322422-pat00009
Figure 112017502322422-pat00009

Figure 112017502322422-pat00010
Figure 112017502322422-pat00010

여기서, p*(n)은 최적의 턴-온 확률이며, ( β* , γ* )는 라그랑즈 multiplier에 대한 최적 값들이다. p*(n)에 대해 수학식 4를 다시 정리함으로써, 이는 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.Where p * (n) is the optimal turn-on probability and (β * , γ * ) are the optimal values for the Lagrange multiplier. By rearranging Equation 4 with respect to p * (n), it can be expressed as Equation 7.

Figure 112017502322422-pat00011
Figure 112017502322422-pat00011

상기 수학식 7을 아래 수학식 8과 같이 간단히 할 수 있다.Equation 7 may be simplified as in Equation 8 below.

Figure 112017502322422-pat00012
Figure 112017502322422-pat00012

여기서,here,

Figure 112017502322422-pat00013
Figure 112017502322422-pat00013

수학식 5에 수학식 8을 대입하면, 아래 수학식 10과 같이 간단하게 표현할 수 있다.Substituting Equation 8 into Equation 5 can be expressed simply as in Equation 10 below.

Figure 112017502322422-pat00014
Figure 112017502322422-pat00014

그리고 나서, 수학식 6은 아래 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.Then, Equation 6 may be expressed as Equation 11 below.

Figure 112017502322422-pat00015
Figure 112017502322422-pat00015

수학식 9와 수학식 11로부터 최적의 라그랑즈 계수 (β*, γ*)가 결정된다. 이 계수들을 사용함으로써, 주어진 디밍 제한을 가지는 엔트로피를 최대화하는 최적의 턴-온 확률 세트 {p*(1),...,p*(Nt)}가 획득될 수 있다.The optimal Lagrangian coefficients (β * , γ * ) are determined from equations (9) and (11). By using these coefficients, an optimal set of turn-on probabilities {p * (1), ..., p * (N t )} that maximizes entropy with a given dimming limit can be obtained.

도 3은 전체 LED들의 개수가 4 및 8로 설정될 때 디밍 비율에 따라 엔트로피를 최대로 하는 최적의 턴-온 확률을 나타낸다.3 shows the optimal turn-on probability of maximizing entropy according to the dimming ratio when the total number of LEDs is set to 4 and 8. FIG.

목표 디밍 비율을 만족시키기 위해, 각 SIM 신호 레벨에 대한 엔트로피를 최대화하는 턴-온 확률은 다르다. 예를 들어, Nt =4,

Figure 112017502322422-pat00016
=0.72일 때, 엔트로피를 최대로 하는 턴-온 확률은 p(1)=0.098, p(2)=0.165, p(3)=0.276, p(4)=0.461로 설정된다.To meet the target dimming ratio, the turn-on probability of maximizing the entropy for each SIM signal level is different. For example, N t = 4,
Figure 112017502322422-pat00016
When = 0.72, the turn-on probability of maximizing entropy is set to p (1) = 0.098, p (2) = 0.165, p (3) = 0.276, p (4) = 0.461.

이것은 각 SIM 심볼이 목표 디밍 비율에 따라 지정된 확률에서 발생해야 함을 의미한다.This means that each SIM symbol must occur at a specified probability according to the target dimming ratio.

도 3에서, curve는 중간 강도에 대응하는 디밍 비율에 대해 대칭이라는 것을 알 수 있다.3, it can be seen that the curve is symmetrical with respect to the dimming ratio corresponding to the intermediate intensity.

(Nt = 4에 대해

Figure 112017502322422-pat00017
=0.625, Nt = 8에 대해
Figure 112017502322422-pat00018
= 0.563)(For N t = 4
Figure 112017502322422-pat00017
= 0.625, for N t = 8
Figure 112017502322422-pat00018
= 0.563)

다음으로, 멀티-레벨 역 소스 코딩(multi-level inverse source coding)을 사용하는 실제적인 SIM 설계에 대해 살펴본다.Next, a practical SIM design using multi-level inverse source coding is described.

앞서 살핀 것처럼, 턴-온 확률은 목표 디밍 비율에 따라 서로 다른 값들을 제공한다.As we saw earlier, the turn-on probability provides different values depending on the target dimming ratio.

그러나, 일반적으로 디지털 정보 비트는 동등한 확률(50%)을 표현한다. 즉, '0'과 '1'은 대략 동등한 확률(각각 50%)을 가진다.In general, however, digital information bits represent an equal probability (50%). That is, '0' and '1' have approximately equal probabilities (50% each).

디밍 제어가 고려되지 않는 경우, 단일 시도로 발생할 수 있는 모든 SIM 심볼들의 확률은 동일하고, 이것은 대략 0.5Imax의 평균 강도 레벨로 산출된다.If dimming control is not considered, the probability of all SIM symbols that can occur in a single attempt is the same, which is calculated at an average intensity level of approximately 0.5I max .

그러므로, SIM 심볼들을 전송하는 동안 디밍 제어 기능을 제공하는 방법은 실제적인 SIM 설계의 구현을 위해 요구된다.Therefore, a method of providing dimming control function during the transmission of SIM symbols is required for the implementation of the actual SIM design.

이것은 엔트로피를 최대로 하는 SIM 심볼의 전송을 가능하게 하고, 결과적으로 목표 디밍 레벨에 따라 턴-온 확률을 만족하게 한다.This enables the transmission of SIM symbols with maximum entropy and consequently satisfies the turn-on probability according to the target dimming level.

본 명세서에서 제안하는 방법은 바이너리 입력 데이터(0(s) 및 1(s))로부터 SIM 기법의 목표 디밍 레벨을 만족하기 위해 소위 '멀티-레벨 역 소스 코딩(MISC)'라 불리는 역 소스 코딩의 개념을 확장한다.The method proposed herein uses a method of reverse source coding called so called 'multi-level inverse source coding (MISC)' to satisfy the target dimming level of the SIM scheme from binary input data (0 (s) and 1 (s)). Extend the concept.

이것은 디밍 목표를 만족하는 동안 최대 엔트로피까지로의 방법을 보존한다.This preserves the way up to maximum entropy while meeting the dimming target.

게다가, 이 방법은 각각 50%인 '0'과 '1'의 심볼 확률을 적당한 값들로 변경하고, 성능이 최대 엔트로피로 접근하는 것을 도와준다. In addition, this method changes the symbol probability of '0' and '1', which are 50% each, to appropriate values, and helps performance approach maximum entropy.

MISC의 코드워드들을 설계하기 위해, 소스 코딩에 사용되는 허프만 코드(Huffman code)가 이용될 수 있다.To design the codewords of the MISC, the Huffman code used for source coding can be used.

4개의 서로 다른 심볼을 사용하는 멀티-레벨 허프만 표의 일례가 표 1에 도시되었으며, 해당하는 트리 표현은 도 4에서 도시된다.An example of a multi-level Huffman table using four different symbols is shown in Table 1, and the corresponding tree representation is shown in FIG.

Figure 112017502322422-pat00019
Figure 112017502322422-pat00019

SIM 심볼들이 멀티-레벨 허프만 인코딩에 기초하여 바이너리 데이터로 표현될 수 있다.SIM symbols may be represented as binary data based on multi-level Huffman encoding.

일반적인 허프만 트리 구조와 유사하게, 도 4에서의 각 노드의 값은 각 노드의 children 값들의 합이다.Similar to the general Huffman tree structure, the value of each node in FIG. 4 is the sum of the children values of each node.

이 예에서, SIM 심볼의 평균 강도 레벨은 0.72*Imax(Imax*0.461+3Imax/4*0.276+Imax/2*0.165+Imax/4*0.098)이다.In this example, the average intensity level of the SIM symbol is 0.72 * Imax (Imax * 0.461 + 3Imax / 4 * 0.276 + Imax / 2 * 0.165 + Imax / 4 * 0.098).

도 4에서, 허프만 트리 구조의 맨 아래에 위치하는 값들은 턴-온 확률 값들이며, 첫 번째 위치에 가장 큰 턴-온 확률 값이 위치되며, 오른쪽으로 갈수록 작은 턴-온 확률 값이 위치된다.In FIG. 4, the values located at the bottom of the Huffman tree structure are turn-on probability values, the largest turn-on probability value is located at the first position, and a smaller turn-on probability value is located toward the right.

표 2는 Nt=4일 때 MISC의 일례를 보여준다.Table 2 shows an example of MISC when Nt = 4.

Figure 112017502322422-pat00020
Figure 112017502322422-pat00020

'0'과 '1'은 각각 0.5의 동일한 확률을 가지기 때문에, 각 코드워드에서 턴-온 확률은 (0.5)x으로 표현된다. 여기서, x는 코드워드의 길이를 나타낸다.Since '0' and '1' each have the same probability of 0.5, the turn-on probability in each codeword is represented by (0.5) x . Where x represents the length of the codeword.

표 2에서 각 코드워드의 길이는 해당하는 강도 레벨(intensity level)의 확률에 역으로 비례한다.In Table 2, the length of each codeword is inversely proportional to the probability of the corresponding intensity level.

즉, 강도 레벨이 낮을수록 사용되는 코드워드이 길이는 길어지게 된다.In other words, the lower the intensity level, the longer the codeword used.

이 예에서, 평균 디밍 비율은 0.77*Imax (Imax*0.5+3Imax/4*0.25+Imax/2*0.125+Imax/4*0.125)와 같이 계산될 수 있다.In this example, the average dimming ratio may be calculated as 0.77 * I max (I max * 0.5 + 3I max /4*0.25+I max /2*0.125+I max /4*0.125).

상기 표 2를 이용함으로써, 고르게 구성된 바이너리 데이터는 '1'이 77%를 가지는 데이터로 변형되며, 그리고 나서 목표 디밍 비율이 달성될 수 있다.By using Table 2 above, the evenly organized binary data is transformed into data with '1' having 77%, and then the target dimming ratio can be achieved.

도 5는 총 LED 개수가 4와 8로 설정된 경우 디밍 비율에 따라 MISC를 사용한 턴-온 확률을 나타낸다.FIG. 5 shows turn-on probability using MISC according to dimming ratio when the total number of LEDs is set to 4 and 8. FIG.

확률 값은 코드 워드의 길이, 동일한 값을 주는 디밍 비율의 특정 범위의 턴-온 확률에 따라 0.5의 순서(order)로 스케일된다.The probability value is scaled in order of 0.5 depending on the length of the codeword, the turn-on probability of a particular range of dimming ratios that give the same value.

Nt가 증가함에 따라, 도 5의 곡선의 모양은 도 3의 곡선에 가깝게 된다.As Nt increases, the shape of the curve of FIG. 5 becomes closer to the curve of FIG.

이것은 MISC 기반 접근법의 엔트로피가 전체 사용 가능한 LED의 수를 늘림으로써 최대화될 수 있음을 의미한다.This means that the entropy of the MISC-based approach can be maximized by increasing the total number of available LEDs.

수신 측에서의 원래(original) 정보를 디코딩하기 위해, 표 2에서의 코드 워드 및 세기(또는 강도)의 두 속성을 포함하는 매핑 테이블이 사용된다.To decode the original information at the receiving side, a mapping table is used that includes two attributes of code words and strength (or strength) in Table 2.

심볼 강도가 수신된 이후, 상기 매핑 테이블로부터 후보 코드워드가 선택될 수 있다.After the symbol strength is received, a candidate codeword may be selected from the mapping table.

종래의 PAM 방식과는 달리, 심볼 세기 레벨은 VLC 신호의 진폭 레벨에 의해 결정되는 것이 아니라, SIM 방식에서 턴-온 LED의 유효 수를 계산함으로써 결정된다.Unlike the conventional PAM scheme, the symbol intensity level is not determined by the amplitude level of the VLC signal, but by calculating the effective number of turn-on LEDs in the SIM scheme.

따라서, 본 명세서에서 제안하는 SIM 기법은 PAM 기반 VLC 기법에 필수적인 채널 예측의 필요성을 방지한다.Therefore, the SIM scheme proposed herein avoids the need for channel prediction, which is essential for the PAM-based VLC technique.

도 6은 최적의 턴-온 확률과 실용적인 MISC 기반 접근법을 기반으로 달성할 수 있는 SIM 기법의 디밍 레벨을 나타낸다.6 illustrates the dimming level of the SIM technique that can be achieved based on an optimal turn-on probability and a practical MISC based approach.

도 6을 참조하면, 최적의 실측 확률과 실용적인 턴-온 확률을 바탕으로 곡선 사이에 약간의 성능 격차가 있음을 알 수 있다. 그러나, Nt가 증가함에 따라, 성능 차이는 중요하지 않게 된다.Referring to FIG. 6, it can be seen that there is a slight performance gap between the curves based on the optimal measurement probability and the practical turn-on probability. However, as Nt increases, the performance difference becomes insignificant.

디밍 레벨의 작은 차이는 사람의 눈으로는 감지할 수 없으므로, SIM 방법에 MISC의 사용은 실제 시스템에 실용적이다.Since small differences in dimming levels cannot be detected by the human eye, the use of MISC in the SIM method is practical for practical systems.

도 7은 디밍 비율과 관련하여 최적 및 실제 턴-온 확률을 기반으로 SIM 방법의 엔트로피를 비교한 것을 나타낸다.7 shows a comparison of entropy of the SIM method based on the optimal and actual turn-on probabilities with respect to the dimming ratio.

최적 및 실용적인 턴-온 확률에 기초한 곡선은 디밍 비율의 범위에 가깝다는 것을 알 수 있다.It can be seen that the curve based on the optimal and practical turn-on probability is close to the range of dimming ratios.

이것은 MISC를 사용하는 SIM 기법이 항상 엔트로피의 견고한 성능을 보장한다는 것을 의미한다.This means that a SIM technique using MISC always guarantees robust entropy performance.

SIM 기법의 엔트로피는 공간적으로 분산된 LED의 총 수가 증가함에 따라 증가한다.The entropy of the SIM technique increases as the total number of spatially dispersed LEDs increases.

Nt가 4, 8, 16일 때, 조명 진폭을 제공하는데 필요한 최대 비트 수는 각각 2, 3 및 4이다.When Nt is 4, 8, 16, the maximum number of bits needed to provide illumination amplitude is 2, 3 and 4, respectively.

최대 엔트로피를 제공하는 디밍 비율은 전체 LED의 중간 강도에 해당하는 디밍 비율이며, Nt에 따라 다르다.The dimming ratio that provides the maximum entropy is the dimming ratio that corresponds to the medium intensity of the entire LED and depends on Nt.

모든 SIM 심볼의 턴-온 확률이 중간 강도 레벨에서 동일하기 때문에 엔트로피의 최대 값을 관찰할 수 있게 된다.Since the turn-on probability of all SIM symbols is the same at the medium intensity level, the maximum value of entropy can be observed.

다음으로, 디밍 용량(dimming capacity) 분석에 대해 살펴본다.Next, the dimming capacity analysis will be described.

이하에서, SIM 기법의 디밍 용량은 VLC 채널 품질을 고려하여 조사되었다. In the following, the dimming capacity of the SIM technique was investigated in consideration of the VLC channel quality.

디밍 용량은 변조 방식 및 목표 디밍 제약 조건을 기반으로 달성 가능한 통신 비율을 의미한다.Dimming capacity refers to the communication rate achievable based on the modulation scheme and the target dimming constraint.

디밍 용량을 표현하기 위해, 미분 엔트로피를 기반으로 한 상호 정보가 사용될 수 있다. 부가 백색 가우시안 잡음 (AWGN)을 가정하면, 수신 신호 Y는 다음 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.To represent the dimming capacity, mutual information based on differential entropy can be used. Assuming additional white Gaussian noise (AWGN), the received signal Y may be expressed as in Equation 12 below.

Figure 112017502322422-pat00021
Figure 112017502322422-pat00021

여기서, X는 전송된 신호와 Z ~ N(0,σ2)이다.Where X is the transmitted signal and Z to N (0, σ 2 ).

X와 Y 간에 상호 정보는 아래 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.Mutual information between X and Y may be expressed by Equation 13 below.

Figure 112017502322422-pat00022
Figure 112017502322422-pat00022

Figure 112017502322422-pat00023
Figure 112017502322422-pat00023

Figure 112017502322422-pat00024
Figure 112017502322422-pat00024

Figure 112017502322422-pat00025
Figure 112017502322422-pat00025

도 8은 목표 디밍 레벨이 48%와 72%일 때 다양한 Nt 숫자를 가지는 디밍 용량을 나타낸다.8 shows dimming capacity with various Nt numbers when the target dimming level is 48% and 72%.

채널 품질에 의존하는 성능에서 변화를 관찰하기 위해 SNR(Signal to Noise Ratio)의 범위는 -10dB ~ 20dB로 설정된다.The signal to noise ratio (SNR) ranges from -10dB to 20dB to observe changes in performance that depends on channel quality.

여기서, SNR은 광 통신 링크로 인해 Imax/σ로서 정의된다. MISC 기반의 실제적인 접근은 최적의 성능 결과에 매우 가까운 용량 성능을 달성한다.Here, SNR is defined as Imax / σ due to the optical communication link. MISC-based practical approaches achieve capacity performance very close to optimal performance results.

SNR이 증가하면, 최적의 턴-온 확률에 기반한 디밍 가능 SIM 기법과 MISC 접근 둘 모두의 달성할 수 있는 통신 rate는 증가한다.As the SNR increases, the achievable communication rate of both the dimmable SIM technique and the MISC approach based on the optimal turn-on probability increases.

높은 SNR(>20db)에서, 두 방법들의 디밍 용량은 포화(saturation) 된다.At high SNR (> 20db), the dimming capacity of both methods is saturated.

디밍 레벨이 48%로 설정되고 SNR이 높은 경우, Nt=16 및 Nt=4를 가지는 SIM 기법은 대략 4 bits/symbol 및 2bits/symbol을 각각 제공할 수 있다.If the dimming level is set to 48% and the SNR is high, then the SIM technique with Nt = 16 and Nt = 4 can provide approximately 4 bits / symbol and 2bits / symbol, respectively.

또한, 3가지 경우(Nt=4, 8, 16)에서 성능 갭(gap)은 SNR이 증가(<15dB)하면서 더 커질 수 있다.In addition, in three cases (Nt = 4, 8, 16), the performance gap can become larger as the SNR increases (<15 dB).

SIM 심볼의 중간 강도가 최대 엔트로피가 되기 때문에(도 9 참고), 48%의 디밍 레벨의 디밍 용량은 72%의 디밍 용량보다 더 크다.Since the median intensity of the SIM symbol is at maximum entropy (see FIG. 9), the dimming capacity of 48% dimming level is greater than the dimming capacity of 72%.

도 9는 SNR 및 디밍 비율 모두에 의존하는 SIM 방법의 디밍 용량을 나타낸다.9 shows the dimming capacity of the SIM method depending on both SNR and dimming ratio.

SNR이 증가함에 따라, 디밍 용량은 디밍 비율에 관계없이 포화된다.As the SNR increases, the dimming capacity is saturated regardless of the dimming ratio.

그러나, 최대 디밍 용량은 이용 가능한 공간 LED의 수(Nt)가 증가함에 따라 증가한다.However, the maximum dimming capacity increases as the number of available space LEDs Nt increases.

이용 가능한 공간 LED의 개수가 클 때, 디밍 용량의 포화에 기인하는 SNR 값은 커지게 된다.When the number of space LEDs available is large, the SNR value due to saturation of the dimming capacity becomes large.

앞서 살핀 내용들을 다음과 같이 간략히 요약하기로 한다.The following is a brief summary of the findings.

본 명세서는 효과적인 턴-온 LED 수를 사용하여 데이터를 인코딩하고, 목표 디밍을 지원하는 공간 광 변조 (SIM) 방법을 제공한다.The present disclosure provides a spatial light modulation (SIM) method that encodes data using an effective number of turn-on LEDs and supports target dimming.

SIM 기법의 데이터 인코딩은 공간 영역에서만 제공되기 때문에, 종래의 PAM 기반 및 관련 MIMO VLC 방법에 강하게 요구되는 신호 진폭 제어, 불균일한 조명 성능 및 광 채널 예측의 신중한 구성을 피할 수 있게 된다.Since the data encoding of the SIM technique is provided only in the spatial domain, it is possible to avoid the careful configuration of signal amplitude control, non-uniform illumination performance and optical channel prediction, which are strongly required for conventional PAM based and related MIMO VLC methods.

최적화 문제를 해결함으로써 SIM 기법의 엔트로피를 극대화하는 턴-온 확률이 제공된다.By solving the optimization problem, a turn-on probability is provided that maximizes the entropy of the SIM technique.

디밍 요건을 갖는 SIM 기법의 실제 구현을 위해, 다중 - 레벨 역 소스 코딩 (MISC) 역시 제공된다.For practical implementation of the SIM technique with dimming requirements, multi-level inverse source coding (MISC) is also provided.

달성 가능한 통신 rate를 분석하기 위해, 목표 디밍 제약 하에서 SIM 기법의 디밍 용량을 살펴보았다.In order to analyze the achievable communication rates, the dimming capacity of the SIM technique was examined under the target dimming constraint.

수치 결과는 최적의 턴-온 확률 및 실용적인 MISC 접근을 기반으로 한 용량 성능이 SNR 범위에서 가까웠다는 것을 나타낸다.The numerical results indicate that capacity performance based on optimal turn-on probability and a practical MISC approach was close in the SNR range.

또한, SIM 기법의 최대 용량은 SNR, LED 조명의 총 개수 및 목표 디밍 레벨에 크게 의존함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the maximum capacity of the SIM technique depends heavily on the SNR, the total number of LED lights and the target dimming level.

도 10은 본 명세서에서 제안하는 SIM 기법을 이용하여 신호를 송수신하는 방법의 일례를 나타낸 순서도이다.10 is a flowchart illustrating an example of a method of transmitting and receiving a signal using the SIM technique proposed in the present specification.

먼저, 송신기는 입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off)하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성한다(S1010).First, the transmitter transmits an input data stream using a spatial intensity modulation (SIM) scheme to turn on or off at least one LED of an array of LEDs by a specific time unit. A blinking sequence is generated (S1010).

이후, 상기 송신기는 상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송한다(S1020).Thereafter, the transmitter transmits the signal to the receiver through the generated blink sequence (S1020).

상기 공간 강도 변조 방식은, 설정된 디밍 비율(dimming ratio), 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 정보 및 강도 레벨(intensity level) 별 턴-온 확률에 기초하여 상기 강도 레벨(intensity level) 별 코드워드(codeword)를 생성하고, 상기 생성된 강도 레벨 별 코드워드를 이용하여 상기 특정 시간 단위 별로 턴-온 되는 LED의 개수 또는 턴-온 되는 LED의 위치 중 적어도 하나를 결정하여 변조하는 방식을 말한다. The spatial intensity modulation scheme is a code for each intensity level based on a set dimming ratio, total number information of LEDs constituting the LED array, and a turn-on probability for each intensity level. Generating a word (word), and by using the generated code word for each intensity level to determine at least one of the number of the LED is turned on by the specific time unit or the position of the LED is turned on and modulates. .

상기 강도 레벨의 수는 상기 LED의 총 개수 정보에 기초하여 결정될 수 있다.The number of intensity levels may be determined based on the total number information of the LEDs.

상기 강도 레벨 별 턴-온 확률은 상기 설정된 디밍 비율에 따라 엔트로피를 최대화하도록 설정될 수 있다.The turn-on probability for each intensity level may be set to maximize entropy according to the set dimming ratio.

구체적으로, 상기 강도 레벨 별 턴-온 확률은 앞서 살핀 수학식 7에 의해 설정될 수 있다.Specifically, the turn-on probability for each intensity level may be set by the Salping Equation 7 above.

수학식 7에서, p*(n)은 최적 턴-온 확률을 나타내며, β* 및 γ*는 라그랑즈 multiplier에 대한 최적 값들이며, Nt는 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수이고, n은 턴-온 되는 LED의 유효 개수를 나타낸다.In Equation 7, p * (n) represents an optimal turn-on probability, β * and γ * are optimal values for Lagrange multiplier, N t is the total number of LEDs constituting the LED array, and n is Indicates the effective number of LEDs that are turned on.

또한, 상기 강도 레벨 별 코드워드의 길이는 상기 강도 레벨 별 턴-온 확률이 낮을수록 길어진다.In addition, the length of the codeword for each intensity level becomes longer as the turn-on probability for each intensity level is lower.

일례로서, 상기 설정된 디밍 비율이 0.72이고, 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수가 4인 경우, 상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드는 표 1 및 표 2에서와 같이 각각 111, 110, 10 및 0이 된다. For example, when the set dimming ratio is 0.72 and the total number of LEDs constituting the LED array is 4, the generated codewords for each intensity level are 111, 110, 10 and 10 as shown in Table 1 and Table 2, respectively. It becomes zero.

송신 장치 및 수신 장치Transmitter and receiver

다음으로, 본 명세서에서 제안하는 방법이 적용될 수 있는 가시광 통신 시스템의 송신 장치 및 수신 장치의 동작 방법과 이를 구현하기 위한 내부 블록도에 대해 살펴보기로 한다.Next, an operation method of a transmitter and a receiver of a visible light communication system to which the method proposed in the present specification can be applied and an internal block diagram for implementing the same will be described.

도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 가시광 통신에서 동작하는 송신 장치 및 수신 장치의 내부 블록도를 나타낸다. 도 2는 단지 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.11 is an internal block diagram of a transmitter and a receiver operating in visible light communication to which the present invention can be applied. 2 is merely for convenience of description and does not limit the scope of the invention.

도 11을 참고하면, 본 발명이 적용될 수 있는 송신 장치(또는 송신기, transmitter,110)는 RF 모듈(111), 프로세서(112) 및 메모리(113)를 포함한다. 도 11에 나타난 송신 장치의 구성 요소들은 일 예로서, 상기 송신 장치는 그보다 많거나 또는 적은 구성 요소들로 구성될 수도 있다. Referring to FIG. 11, a transmission device (or transmitter, transmitter, 110) to which the present invention may be applied includes an RF module 111, a processor 112, and a memory 113. Components of the transmitting apparatus shown in FIG. 11 are one example, and the transmitting apparatus may be configured with more or fewer components.

먼저, RF(Radio Frequency) 모듈(111)은 외부와 신호를 송수신한다.First, the RF module 111 transmits and receives a signal to and from the outside.

다음, 프로세서(112)는 상기 RF 모듈과 기능적으로 연결되며, 본 명세서에서 제안하는 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 유/무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서에 의해 구현될 수 있다.Next, the processor 112 is functionally connected to the RF module, and implements the functions, processes, and / or methods proposed herein. Layers of the wired / wireless interface protocol may be implemented by a processor.

구체적으로, 상기 프로세서는 입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off)하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하도록 제어하고, 상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하도록 상기 RF 모듈을 제어한다.Specifically, the processor blinks the input data stream by turning on or off at least one LED of the LED array by a specific time unit by using a spatial intensity modulation (SIM) scheme. And control the RF module to transmit a signal to the receiver through the generated blinking sequence.

메모리(113)는 상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다.The memory 113 is connected to the processor and stores various information for driving the processor.

또한, 본 발명이 적용될 수 있는 수신 장치(또는 수신기, receiver,120)는 RF 모듈(121), 프로세서(122) 및 메모리(123)를 포함한다. 도 2에 나타난 수신 장치의 구성 요소들은 일 예로서, 상기 수신 장치는 그보다 많거나 또는 적은 구성 요소들로 구성될 수도 있다.In addition, the reception apparatus (or receiver, receiver, 120) to which the present invention may be applied includes an RF module 121, a processor 122, and a memory 123. Components of the receiving apparatus illustrated in FIG. 2 are one example, and the receiving apparatus may be configured with more or fewer components.

먼저, RF(Radio Frequency) 모듈(121)은 외부와 신호를 송수신한다.First, the RF module 121 transmits and receives a signal with the outside.

다음, 프로세서(122)는 상기 RF 모듈과 기능적으로 연결되며, 본 명세서에서 제안하는 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 유/무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서에 의해 구현될 수 있다.Next, the processor 122 is functionally connected to the RF module, and implements the functions, processes, and / or methods proposed herein. Layers of the wired / wireless interface protocol may be implemented by a processor.

구체적으로, 상기 프로세서는 송신기로부터 전송되는 깜빡임 시퀀스를 수신하도록 상기 RF 모듈을 제어한다.Specifically, the processor controls the RF module to receive a blink sequence sent from a transmitter.

메모리(123)는 상기 프로세서와 연결되어, 상기 프로세서를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다.The memory 123 is connected to the processor and stores various information for driving the processor.

이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.The embodiments described above are the components and features of the present invention are combined in a predetermined form. Each component or feature should be considered optional unless stated otherwise. Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. In addition, it is also possible to combine the components and / or features to form an embodiment of the present invention. The order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment, or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation in the claims, or may be incorporated into new claims by post-application correction.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof. In the case of a hardware implementation, an embodiment of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and FPGAs ( field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다. In the case of implementation by firmware or software, an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, function, etc. that performs the functions or operations described above. The software code may be stored in memory and driven by the processor. The memory may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.

Claims (9)

가시광 통신 시스템에서 신호를 전송하기 위한 방법에 있어서, 송신기에 의해 수행되는 방법은,
입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off)하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하는 단계를 포함하되,
상기 공간 강도 변조 방식은,
설정된 디밍 비율(dimming ratio), 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 정보 및 강도 레벨(intensity level) 별 턴-온 확률에 기초하여 상기 강도 레벨(intensity level) 별 코드워드(codeword)를 생성하고,
상기 강도 레벨은 상기 LED 어레이의 최대 강도, 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 중 턴-온 되는 LED의 유효 개수의 비율에 기반하여 산출되며,
상기 생성된 강도 레벨 별 코드워드를 이용하여 상기 특정 시간 단위 별로 턴-온 되는 LED의 개수 또는 턴-온 되는 LED의 위치 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
A method for transmitting a signal in a visible light communication system, the method performed by a transmitter,
By using spatial intensity modulation (SIM) method, the input data stream generates a blinking sequence to turn on or off at least one LED of the LED array at a specific time unit. Generating; And
Transmitting the signal to a receiver through the generated blink sequence;
The spatial intensity modulation scheme,
Generate a codeword for each intensity level based on a set dimming ratio, total number of LEDs constituting the LED array, and turn-on probability for each intensity level; ,
The intensity level is calculated based on the ratio of the maximum intensity of the LED array, the effective number of LEDs turned on among the total number of LEDs constituting the LED array,
And determining at least one of the number of turned-on LEDs or the position of the turned-on LEDs by the specific time unit using the generated code word for each intensity level.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 강도 레벨 별 턴-온 확률은 상기 설정된 디밍 비율에 따라 엔트로피를 최대화하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
And the turn-on probability per intensity level is set to maximize entropy according to the set dimming ratio.
제 3항에 있어서,
상기 강도 레벨 별 턴-온 확률은 아래 수학식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
Figure 112017502322422-pat00026

여기서, p*(n)은 최적 턴-온 확률을 나타내며, β* 및 γ*는 라그랑즈 multiplier에 대한 최적 값들이며, Nt는 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수이고, n은 턴-온 되는 LED의 유효 개수를 나타낸다.
The method of claim 3,
The turn-on probability for each intensity level is set by the following equation.
Figure 112017502322422-pat00026

Where p * (n) represents the optimal turn-on probability, β * and γ * are the optimal values for the Lagrange multiplier, N t is the total number of LEDs constituting the LED array, and n is the turn-on Indicates the effective number of LEDs being.
제 1항에 있어서,
상기 강도 레벨 별 코드워드의 길이는 상기 강도 레벨 별 턴-온 확률이 낮을수록 길어지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The length of the codeword for each intensity level is longer as the turn-on probability for each intensity level is lower.
제 1항에 있어서,
상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드는 '0' 또는 '1' 중 적어도 하나의 조합으로 구성되며,
상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드에 포함되는 '0' 또는 '1'의 개수는 멀티-레벨 허프만 인코딩의 이진 트리 기법을 통해 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The generated code word for each strength level is composed of at least one combination of '0' and '1',
The number of '0' or '1' included in the generated power level codeword is determined using a binary tree technique of multi-level Huffman encoding.
제 6항에 있어서,
상기 설정된 디밍 비율이 0.72이고, 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수가 4인 경우,
상기 생성되는 강도 레벨 별 코드워드는 각각 111, 110, 10 및 0인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 6,
When the set dimming ratio is 0.72 and the total number of LEDs constituting the LED array is 4,
The generated intensity level codewords are 111, 110, 10 and 0, respectively.
가시광 통신 시스템에서 신호를 전송하기 위한 송신기에 있어서,
외부와 신호를 송수신하기 위한 RF 모듈; 및
상기 RF 모듈과 기능적으로 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
입력 데이터 스트림을 공간 강도 변조(Spatial Intensity Modulation: SIM) 방식을 이용하여 특정 시간 단위 별로 LED 어레이(array)의 적어도 하나의 LED를 온(On) 또는 오프(Off) 하는 깜빡임 시퀀스(blinking sequence)를 생성하고; 및
상기 생성된 깜빡임 시퀀스를 통해 상기 신호를 수신기로 전송하도록 제어하되,
상기 공간 강도 변조 방식은,
설정된 디밍 비율(dimming ratio), 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 정보 및 강도 레벨(intensity level) 별 턴-온 확률에 기초하여 상기 강도 레벨(intensity level) 별 코드워드(codeword)를 생성하고,
상기 강도 레벨은 상기 LED 어레이의 최대 강도, 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수 중 턴-온 되는 LED의 유효 개수의 비율에 기반하여 산출되며,
상기 생성된 강도 레벨 별 코드워드를 이용하여 상기 특정 시간 단위 별로 턴-온 되는 LED의 개수 또는 턴-온 되는 LED의 위치 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 송신기.
A transmitter for transmitting a signal in a visible light communication system,
RF module for transmitting and receiving a signal with the outside; And
A processor functionally connected to the RF module, wherein the processor includes:
Blinking sequence for turning on or off at least one LED of the LED array by a specific time unit using the spatial intensity modulation (SIM) method of the input data stream. Generate; And
In order to control the signal to be transmitted to the receiver through the generated blink sequence,
The spatial intensity modulation scheme,
Generate a codeword for each intensity level based on a set dimming ratio, total number of LEDs constituting the LED array, and turn-on probability for each intensity level; ,
The intensity level is calculated based on the ratio of the maximum intensity of the LED array, the effective number of LEDs turned on among the total number of LEDs constituting the LED array,
And determining at least one of the number of LEDs that are turned on for each specific time unit or the location of the LEDs that are turned on by using the generated intensity level codewords.
제 1항에 있어서,
상기 강도 레벨은 아래 수학식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
Figure 112019076026184-pat00038

여기서, Imax는 상기 LED 어레이의 최대 강도를 나타내고, Nt는 상기 LED 어레이를 구성하는 LED의 총 개수를 나타내며, n은 턴-온 되는 LED의 유효 개수를 나타낸다.
The method of claim 1,
And the intensity level is set by the following equation.
Figure 112019076026184-pat00038

Here, Imax represents the maximum intensity of the LED array, Nt represents the total number of LEDs constituting the LED array, and n represents the effective number of LEDs turned on.
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