KR102126329B1 - 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치 - Google Patents

Abstract

실시예에 따르면, 적어도 하나의 광원 소자를 포함하는 광원부; 및 상기 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력하는 구동부를 포함하며, 상기 구동부는, 상기 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성하고, 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임을 교번 출력하여 상기 광원 소자의 구동을 제어하는 광 신호 송신 장치를 제공한다.

Description

광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치{OPTICAL SIGNAL TRANSMITTER AND APPARATUS OF OPTICAL SIGNAL COMMUNICATION}

본 발명의 일실시예는 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치에 관한 것으로, IoT(Internet Of Things)기술 및 다양한 광 통신 기술에 적용될 수 있는 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치에 관한 기술이다.

무인화가 진척됨에 따라서 사물이 스스로 자신의 정보를 나타낼 필요성이 증대되고 있다. 무인 가계에서 상품에 대한 정보를 간단한 통신 방법으로 받을 수 있거나, 전시장에서 제품에 대한 정보를 사물을 통해서 바로 얻을 수 있으면 편리한 방법이 된다. 또한 데이터 수신기로서 많이 보급된 스마트 폰을 이용할 수 있다면 유용한 방법이 된다. 이에 대하여, RFID나 QR Code, Bar Code 등의 방법이 있으나 RFID는 별도의 수신 장치가 필요하고, QR Code나 Bar Code는 이미 정해진 소량의 Code만 제공이 가능하다. 그리고 Tag가 대상물에 붙어 있어야 한다는 전제 조건이 있다. 그러나 카메라 통신은 스마트폰을 수신 장치로 이용하고, 데이터 전송률 은 1Kbit/sec 정도 이지만 대량의 안내 정보를 담을 수 있다. 그리고 발광 소자(LED)에 전력을 전달해야 함으로 팻말의 형태로 활용된다.

기존 모듈레이션 방법은 OOK(On-Off Keying), MFSK(Multi Frequency Shift Keying), UFSOOK(Under-sampled Frequency Shift On-Off Keying), UPSOOK(Under-sampled Phase Shift On-Off Keying), 컬러(Color) 전송 등의 방법이 소개 되었다.

주파수를 이용한 MFSK 방법은 비교적 긴 거리를 대응하기 위한 것이다. 여러 개의 흑백 띠를 이용하여 주파수를 만들기 때문에 데이터 전송 율이 12 Byte/sce 정도의 수준으로 낮고 대신 수신거리가 수m정도로 길다. UFSOOK나 UPSOOK는 수 m정도의 거리이고 1bit/frame정도로 데이터 전송율이 매우 낮다는 문제가 있다.

근거리용의 OOK 방식은 멘체스트 코드 (Manchester Code), 4B6B, 8B10B 등의 RLL 코드를 사용하였다. 그리고 데이터를 데코딩 할 때는 SF(Start Frame)신호를 기준으로 시간 축으로 전 방향(미래) 및 후 방향(과거)으로 각각 디코딩 하여 결과를 합하는 방법을 사용하였다. 그리고 SF 펄스 에지(Edge)로부터 일정 시간 간격으로 각각 구분하여 데이터를 디코딩 한다. 그러나, 1과 0의 비율이 비대칭(asymmetry)인 상태에서는 오류의 가능성이 크다. 또한 디코딩을 할 때 SF의 과거 시간방향으로 디코딩을 하면, 이미지 센스의 아이들(Idle) 구간이나 이미지 센스의 노출시간의 불균일에는 대응이 안 된다는 문제가 있다.

또한, 적외선 리모콘의 PPM(Pulse Position Modulatuion) 방법은 시간에 대해서 1차원 신호이고 송신되는 신호의 중간에 불연속 현상이 발생하지 않는다. 그러나 카메라는 2차원의 영상 프레임(Frame)이 시간에 따라 계속되는 3차원 신호이다. 그리고 송신과 수신의 비동기 관계와 시간에 따라 불연속이 발생한다는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 근거리용 저 전력 카메라 통신의 모듈레이션 방법 및 구조가 적용된 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치를 제공하는데 있다.

또한, 이미지 센스의 아이들(Idle) 간격이나 카메라 노출시간의 불연속을 완전하게 회피 할 수 있는 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치를 제공하는데 있다.

또한, 펄스의 폭이 데이터를 나타내기 때문에 별도의 클록 정보가 필요하지 않는 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치를 제공하는데 있다.

또한, 송수신 장치가 간단하여 IoT에 적합한 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치를 제공하는데 있다.

또한, 전파의 혼신을 피하거나 지역적인 IoT 통신을 위해서 비표준의 단계에서 활용될 수 있는 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치를 제공하는데 있다.

실시예에 따르면, 적어도 하나의 광원 소자를 포함하는 광원부; 및 상기 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력하는 구동부를 포함하며, 상기 구동부는, 상기 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성하고, 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임을 교번 출력하여 상기 광원 소자의 구동을 제어하는 광 신호 송신 장치를 제공한다.

상기 제1시작 코드와 상기 제2시작 코드는 상이한 코드로 구성될 수 있다.

상기 제1프레임과 상기 제2프레임 각각의 단일 프레임에는 복수개의 시작 코드와 데이터 코드가 반복 삽입될 수 있다.

상기 제1데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드는 로우 구간 펄스폭에 따라 데이터를 표현할 수 있다.

실시예에 따르면, 적어도 하나의 광원 소자를 포함하는 광원부와 상기 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력하는 구동부를 포함하는 광 신호 송신 장치 및 상기 광 신호를 수신하는 광 신호 수신 장치를 포함하며, 상기 구동유닛은 상기 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성하고, 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임을 교번 출력하여 상기 광원 소자의 구동을 제어하는 광 신호 통신 장치를 제공한다.

상기 제1시작 코드와 상기 제2시작 코드는 상이한 코드로 구성될 수 있다.

상기 제1프레임과 상기 제2프레임 각각의 단일 프레임에는 복수개의 시작 코드와 데이터 코드가 반복 삽입될 수 있다.

상기 광 신호 수신 장치는, 상기 광 신호를 검출하는 이미지 센서; 검출한 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환부; 및 변환된 전기 신호를 디코딩하는 디코딩부를 포함할 수 있다.

상기 디코딩부는 상기 제1시작 코드 및 상기 제2시작 코드를 이용하여 동기화를 수행할 수 있다.

상기 디코딩부는 임의의 프레임에서 데이터 코드를 디코딩하면, 해당 프레임과 다른 프레임의 시작 코드를 검출하기 전까지 검출된 광 신호에 대하여 디코딩을 수행하지 않을 수 있다.

본 발명인 광 신호 송신 장치 및 광 신호 통신 장치는 이미지 센스의 아이들(Idle) 간격이나 카메라 노출시간의 불연속을 완전하게 회피 할 수 있다.

또한, 펄스의 폭이 데이터를 나타내기 때문에 별도의 클록 정보가 필요하지 않다.

또한, 송수신 장치가 간단하여 IoT에 적합하다.

또한, 전파의 혼신을 피하거나 지역적인 IoT 통신을 위해서 비표준의 단계에서 활용될 수 있다.

도1은 실시예에 따른 광 신호 통신 장치의 개념도이다.
도2는 실시예에 따른 광 신호 송신 장치의 구성 블록도이다.
도3은 실시예예 따른 광 신호 수신 장치의 구성 블록도이다.
도4는 실시예에 따른 시작 코드를 설명하기 위한 도면이다.
도5 및 도6은 실시예에 따른 짝수 프레임과 홀수 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도7 내지 도9는 실시예에 따른 광 신호 수신 결과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1은 실시예에 따른 광 신호 통신 장치(1)의 개념도이고, 도2는 실시예에 따른 광 신호 송신 장치(10)의 구성 블록도이고, 도3은 실시예예 따른 광 신호 수신 장치(20)의 구성 블록도이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 실시예에 따른 광 신호 통신 장치(1)는 광 신호 송신 장치(10) 및 광 신호 수신 장치(20)를 포함한다. 광 신호 송신 장치(10)는 다양한 오브젝트에 내장되거나 별도의 모듈 형태로 장착되어 광 신호를 출력할 수 있다. 광 신호 수신 장치(20)는 광 신호를 검출할 수 있는 이미지 센서가 장착되어 있으며, 스마트폰, PDA, 노트북 등 다양한 단말기 형태로 구현될 수 있다.

광 신호 송신 장치(10)는 광원부(11) 및 구동부(12)를 포함한다.

광원부(11)는 적어도 하나의 광원 소자를 포함할 수 있다. 광원부는 복수개의 광원 소자가 배열된 구조로 구현될 수 있다. 예를 들면, 광원부(11)는 3.5cm길이의 광원 소자 4개가 배열된 구조로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 광 신호의 수신 거리, 감도, 광량 등에 따라 광원 소자의 개수와 크기, 배열 형태 등은 다양하게 변형될 수 있다.

구동부(12)는 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력할 수 있다. 구동부(12)는 광 신호의 출력을 제어하는 클럭 유닛(14)과 광 신호를 생성하는 인코딩 유닛(13)을 포함할 수 있다.

인코딩 유닛(13)은 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성할 수 있다. 광 신호는 30frame/sec로 구성될 수 있으며, 단일 프레임의 길이는 33ms로, 1T(Time Interval)은 최소의 단위 펄스폭을 의미한다.

클럭 유닛(14)은 제1프레임 및 제2프레임을 교번 출력하여 광원 소자의 구동을 제어할 수 있다.

제1프레임의 제1시작 코드와 제2프레임의 제2시작 코드는 상이한 코드로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1시작 코드는 2T 동안 하이 신호인 “1”과 이어지는 1T 동안 로우 신호인“0”을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 제2시작 코드는 3T 동안 하이 신호인“1”을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에서, 하이 신호는 광원부를 턴온(on)시키는 신호이며, 로우 신호는 광원부를 턴오프(off)시키는 신호이다. 채널의 특성이 "1"과 "0"에서 얻어지기 때문에 이미지의 폭이 서로 비대칭(asymmetry)인 경우, 시작 코드에 1과 0이 같이 들어 있으면 기준 신호로서 유용하게 사용될 수 있다.

데이터 코드는 시작 코드에 연속된다. 제1데이터 코드 및 제2데이터 코드는 로우 구간 펄스폭에 따라 데이터를 표현할 수 있다.

제1프레임과 제2프레임 각각의 단일 프레임에는 복수개의 시작 코드와 데이터 코드가 반복 삽입될 수 있다. 시작 코드와 데이터 코드를 하나의 데이터 코드 세트로 정의한다면, 단일 프레임에는 복수개의 데이터 코드 세트가 반복되어 표현될 수 있다. 이러한 반복성은 광 신호 통신 장치의 비동기 특성과 불연속 특성에 따른 오류 발생을 보완하기 위한 것이다. 예를 들면, 단일 프레임에는 4개 이상의 데이터 코드 세트가 반복 삽입될 수 있다. 즉, 하나의 데이터를 표현하기 위하여 단일 프레임은 4번 이상의 데이터 코드 세트를 출력한다. 광 송신 장치와 광 수신 장치가 비동기 관계에 있기 때문에 데이터를 2번 반복하고, 단일 프레임 내에서의 노출시간이 프레임 기간의 일부이기 때문에 또 다시 2번 반복하여 데이터를 출력함으로써 광 신호 통신시 발생하는 불연속성의 문제를 회피 할 수 있다.

또한, 각각의 프레임은 더미 코드(dummy code)를 포함할 수 있다. 더미 코드는 시작 코드와 데이터 코드와는 달리 정보를 가지고 있지는 않으며, 단일 프레임내에서 데이터 코드 세트가 균일하게 분포될 수 있도록 한다. 예를 들면, 더미 코드는1T 동안 하이 신호인 “1”과 이어지는 1T 동안 로우 신호인“0”을 포함하여 구성될 수 있다.

다음으로, 광 신호 수신 장치(20)는 이미지 센서(21), 광전 변환부(22) 및 디코딩부(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

이미지 센서(21)는 광 신호를 검출할 수 있다.

광전 변환부(22)는 검출한 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.

디코딩부(23)는 변환된 전기 신호를 디코딩할 수 있다.

디코딩부(23)는 제1시작 코드 및 제2시작 코드를 이용하여 동기화를 수행할 수 있다. 디코딩부(23)는 제1시작 코드와 제2시작 코드를 이용하여 제1프레임과 제2프레임을 구분하여 수신할 수 있다. 광 신호의 경우 송신 장치와 수신 장치간의 동기화가 수행되어 있지 않다. 실시예에 따른 광 신호는 제1프레임과 제2프레임이 교번하여 정보를 전달하는 구조이기 때문에, 디코딩부(23)는 각각 상이한 코드로 이루어진 제1시작 코드와 제2시작 코드를 검출하여 제1프레임과 제2프레임을 구분할 수 있다.

디코딩부(23)는 임의의 프레임에서 데이터 코드를 디코딩하면, 해당 프레임과 다른 프레임의 시작 코드를 검출하기 전까지 검출된 광 신호에 대하여 디코딩을 수행하지 않을 수 있다. 단일 프레임 신호는 복수개의 데이터 코드 세트를 포함하고 있다. 따라서, 단일 프레임에 대한 데이터 코드를 디코딩하였다면, 해당 프레임에 포함된 또 다른 데이터 코드는 동일한 정보를 표현하는 신호이기 때문에 반복하여 디코딩을 수행할 경우 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 디코딩부(23)는 제1프레임에서 데이터 코드를 디코딩 한 경우, 제2프레임의 제2시작 코드를 검출하기 전까지 검출된 광 신호에 대하여 디코딩을 수행하지 않는다. 또는, 제2프레임에서 데이터 코드를 디코딩 한 경우, 제1프레임의 제1시작 코드를 검출하기 전까지 검출된 광 신호에 대하여 디코딩을 수행하지 않는다.

디코딩부(23)는 시작 코드로부터 일정 길이 이후의 펄스는 더미 코드로 판단하여 디코딩 대상에서 제외할 수 있다. 즉, 데이터 코드의 길이가 최대 4T일 경우, 디코딩부(23)는 시작 코드 이후 4T이후에 새로운 시작 코드가 검출되지 않는다면, 데이터 코드와 시작 코드 사이에 검출된 신호는 더미 코드로 판단하여 디코딩을 수행하지 않는다.

도4는 실시예에 따른 시작 코드를 설명하기 위한 도면이다. 이하 실시예에서 제1프레임은 짝수 프레임(Even Frame)이고, 제2프레임은 홀수 프레임(Odd Frame)을 의미한다. 짝수 프레임과 홀수 프레임은 각각 교번하여 출력된다. 광 신호를 수신할 때는 데이터의 시작을 알아야 하고, 데이터의 순서를 알아야 한다. 또한, 송수신이 비동기이기 때문에 짝수 프레임과 홀수 프레임을 구분할 수 있어야 한다. 그런데 영상신호는 연속 신호이고 송신 장치와 수신 장치의 주기가 같기 때문에 짝수 프레임과 홀수 프레임을 구분하는 코드만 있으면 데이터의 시작과 순서를 모두 알 수 있다. 따라서 짝수 프레임과 홀수 프레임 신호를 구분하는 시작 코드가 삽입된다. 도4에서 굵은 선의 파형이 시작 코드이고 나머지가 데이터 코드이다. 시작 코드는 데이터 코드에서 사용되지 않는 코드를 사용한다. 짝수 프레임과 홀수 프레임용으로 2 종류의 코드를 사용한다. 짝수 프레임의 시작 코드는 2T 동안 “1”이고 1T 동안 “0”이다. 홀수 프레임의 시작 코드는 3T 동안 “1”이다. 채널의 특성이 1과 0에서 얻어지는 결과 이미지의 폭이 서로 비대칭(asymmetry)인 경우, 시작 코드에 1과 0이 같이 들어 있으면 기준신호로서 유용하게 이용될 수 있다.

도5 및 도6은 실시예에 따른 짝수 프레임과 홀수 프레임을 설명하기 위한 도면이다. 도5를 참조하면, 데이터 코드는 2비트의 신호를 표현할 수 있다. 각각의 데이터 코드는 시작 코드 뒤에 삽입되어 있다. 각각의 단일 프레임은 시작 코드와 데이터 코드를 포함하는 데이터 코드 세트를 4회 이상 반복하여 출력한다.

데이터 코드의 "0"은 1T 동안 로우 신호로 표현된다. “1”은 2T동안 “0”으로 표현된다. "11"은 3T동안 “0”으로 표현된다. 시작 코드 다음에 펄스가 어디에 위치하는가에 따라서 데이터 값이 정해진다. 실시예의 데이터 코드에 따르면, “00”, “01”, “10”, "11"코드의 길이의 차이가 최소가 된다. 디코딩을 할 때도 펄스간의 길이만 측정하면 되기 때문에 클록(Clock)을 복원하는 복잡한 단계가 필요하지 않게 된다. 또한 카메라 노출시간이나 송수신 비동기로 인한 불연속을 회피하기 위해서 데이터를 반복 전송한다.

광 신호의 출력은 시작 코드와 데이터 코드가 결합된 형태로 4회 이상 반복된다. 송신과 수신이 비동기 관계에 있기 때문에 2배로 중복해서 보내야 하고, 1개의 프레임 내에서 노출시간이 프레임 기간의 일부이기 때문에 또다시 2배를 해야 한다. 이를 통하여 광 신호의 불연속 문제를 회피 할 수 있다. 따라서 광 신호 송신 장치가 1 프레임 기간에 4회 이상의 데이터 코드 세트를 출력함으로써 광 수신 장치에서 매 프레임마다 데이터를 오류없이 안전하게 받을 수 있다. 데이터 전송이 끝난 프레임 끝에서는 아이들(Idle) 상태로 “0” 상태를 유지 하여야 한다. “1”상태로 아이들 상태를 유지하면 시작 코드와 겹칠 수 있기 때문이다.

또한, 데이터 코드는 전체 프레임시간 구간 내에서 균일하게 분포 하는 것이 좋다. 프레임의 어느 구간이 광 수신 장치의 노출 시간 구간과 매칭될지 모르기 때문이다. 따라서 데이터 코드를 전체 프레임 구간에 골고루 펼치기 위해서 점선과 같은 더미 코드(Dummy Code)를 추가한다. 시작 코드 이후 단일 프레임내에서는 정해진 코드 길이만큼만 디코딩되고 나머지 데이터 코드는 무시된다. 광 신호의 전송은 짝수->홀수->짝수 프레임의 반복으로 이루어진다. 만약 “00_11_01_10” 이렇게 코드를 전송하는 경우는 0번째 프레임 Even_00, 1번째 프레임 Odd_11, 2번째 프레임 Even_01, 3번째 프레임 Odd_10 순서에 따라 전송이 된다.

도7 내지 도9는 실시예에 따른 광 신호 수신 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도7을 참조하면, 광 수신 장치에서 수신한 광 신호를 모듈레이션 한 결과를 나타낸다. 광 송신 장치는 Even_01, Odd_01, Even_10, Odd_10, Even_11, Odd_11, Even_00, Odd_00 그리고 다시 Even_01, Odd_01, Even_10, Odd_10 순서로 반복하여 광 신호를 전송하였다. 도 7의 결과는, 광 수신 장치에서 광을 검출한 영상을 녹화한 후, 1 프레임씩 넘기면서 관측한 결과이다. 데이터 이미지의 오른쪽은 펄스의 길이를 재기 위한 줄자 눈금이다. 줄자의 시작점은 시작 코드의 시작점과 같이 맞추어서 도시 하였다. 광 수신 장치는 시작 코드가 검출하면 디코딩을 시작하고, 해당 프레임내에서 시작 코드를 중복 검출하면 제일 처음에 검출한 시작 코드에 연속되는 데이터 코드만 디코딩한다. 예를 들면 홀수 프레임의 시작 코드로 데이터 코드를 수신한 뒤에는 이후에 들어오는 홀수 프레임의 시작 코드는 중복 코드이기 때문에 무시하고, 짝수 프레임의 시작 코드가 들어왔을 때 새로운 데이터로 받아들인다. 이러한 규칙으로 임의의 시간에서 데이터를 체크(Check)하였을 때 데이터는 손실 없이 정확히 수신이 되었다. 실험을 할 때는 논리의 경우의 수를 따지기 위해서 2bit/frame으로 전송하였다. 그러나, 본 발명은 4비트, 8비트, 16비트 등 다양한 비트 조합을 적용하여 활용될 수 있다.

도 7에서 보는 바와 같이 수신된 이미지는 펄스를 세분화 할 수 있는 여지가 있다. 따라서 2비트의 데이터 코드 자리에 8비트의 데이터 코드를 치환하여 테스트를 하였으며, 그에 따른 결과는 도8 및 도9에 도시되어 있다.

도8을 참조하면, 광 송신 장치의 온-오프를 빠르게 했을 때의 현상을 실험한 결과이다. 주파수가 올라가면 흰색의 비율이 높아지고 온-오프가 150us정도가 되면 검정색 띠는 사라지고 모두 흰색만 남게 되는 것을 관찰하였다. 이 현상은 광 송신 장치의 온-오프 스위칭(Switching) 특성과 광 수신 장치 이미지 센서의 비선형 특성이 함께 포함되어 나타난 것이다. 도 7에서는 “0”의 1T 이미지나 “1”의 1T이미지의 길이에 큰 차이가 없이 1:1 이다. 그러나 2비트의 데이터 구간을 8비트의 데이터로 교체한 도 8및 도9에서는 “0”의 1T 이미지나 “1”의 1T이미지의 길이에 차이가 크다. 도 7에서 1:1의 비율이 도8 및 도 9에서는 1:3의 비율이 되었다.

또한, 도9를 참조하면, 이미지 센서의 증폭 이득인 ISO의 변화에 따라서도 “0”의 1T 이미지나 “1”의 1T이미지의 길이 비율이 1:6으로 증가 되었다. ISO가 커짐에 따라 “1”의 이미지의 길이가 점점 커지는 것을 알 수 있다. 비대칭(Asymmetry) 특성이 심해지는 것이다. 대신 “0”의 1T이미지와 “0”의 2T이미지는 ISO 100에서는 3배 길이 비율의 차이를 보이고, ISO 3200에서는 5배 길이 비율의 차이를 보인다. 즉 데이터의 “0”값과 데이터 “1”값의 구분은 더 용이해 졌다는 의미가 된다. 도 9에서 “1”의 이미지는 각각 1T와 3T의 결과 이미지 이다. 이미지 크기가 3배가 되어야 하지만 약간 작은 결과를 보여 주고 있다. “0”의 2T 이미지와 “1”의 1T 이미지를 비교해 보면 “1”의 1T 이미지의 폭이 오히려 크게 나타나는 비대칭을 보이고 있다.

디스플레이 기기들의 가로와 세로의 픽셀 숫자는 다르다. 따라서 기기에 나타난 스트라이프 패턴의 이미지 모양은 각기 다를 수밖에 없다. 이미지 센서로부터 디스플레이에 표시될 때 서버 샘플링 되어 표시되기 때문에 상대 크기는 같지만 절대 크기는 모두 다르다.

따라서 “1”의 이미지와 “0”의 이미지는 절대 크기가 아닌 펄스폭의 비율로 구분하여야 한다. 본 실시예에서는 “1”의 이미지로는 시작 코드를 표시했고, “0”의 이미지에 의해서는 데이터 코드를 표현하였다. 또한, 시작스타트 코드에 1T 길이의 “0”의 이미지를 포함시켜 데이터 코드의 디코딩 기준이 되게 하였다. 시작 코드에 2T 길이의 “0”의 이미지와 3T길이의 “0”의 이미지를 더 추가하면, 데이터 코드를 디코딩 할 때 참조 코드로서 기준이 되지만 데이터의 전체 길이가 늘어나는 단점이 있다. 따라서, 본 실시예에서는 1T의 “0”이미지만 스타트 코드에 추가 하였다.

IoT는 응용분야가 다양하다. 응용분야가 다양한 만큼 통신 방법 또한 다양한 방법이 필요하다. 작은 LED 면적을 이용하고, 움직임이 있는 모바일(Mobile) 환경에서 사용 할 수 있는 수단도 필요하다. 작은 LED 면적을 사용하기 위해서는, 카메라의 이미지 센스(Image sensor)에 맺히는 상의 최소 크기는 확보해 주어야 한다는 전제가 있다. 또한 비동기 영상신호를 통해서 데이터를 전송하는 만큼 데이터의 드롭(Drop)이 없어야 한다. 본 발명에서는 이러한 경우에 적합한 모듈레이션 방법에 대하여 연구하였다. 이러한 연구를 하기 위해서는 기본적으로 데이터의 송신 장치와 수신 장치에 대한 분석이 필요하다. 광 송신 장치는 LED를 시간에 1차원적으로 온-오프 시키는 것이다. 매우 빠른 주파수도 아니라서 문제될 요소가 없다. 그러나 광 수신 장치는 고려할 상황이 매우 많다. 3차원인 영상신호를 수신을 하는 장치를 통해서 데이터를 수신하여야하기 때문이다. 따라서 영상신호 수신 장치인 이미지 센스가 어떻게 신호를 수신하는 동작을 하는지 확인하고, 수신동작에 문제가 없도록 신호를 송신하여야 한다. 즉 자유도가 높은 광 송신 장치에서 수신에 문제가 없도록 신호를 생성하여야 한다. 따라서 이미지 센서에 대한 특성을 먼저 확인하고, 이 특성을 만족하도록 광 송신 장치에서 신호를 생성하고, 광 송신 장치의 데이터가 광 수신 장치에 안전하게 수신되는지를 확인하였다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 광 신호 통신 장치
10: 광 신호 송신 장치
20: 광 신호 수신 장치

Claims (10)

1. 적어도 하나의 광원 소자를 포함하는 광원부; 및
   상기 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력하는 구동부를 포함하며,
   상기 구동부는,
   상기 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성하고, 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임을 교번 출력하여 상기 광원 소자의 구동을 제어하며,
   상기 제1시작 코드 및 상기 제2시작 코드는 각각 3T(Time Interval)동안의 신호로 이루어지며,
   상기 제1시작 코드는 2T 동안 하이 신호인 “1”과 이어지는 1T 동안 로우 신호인“0”을 포함하며,
   상기 제2시작 코드는 3T 동안 하이 신호인 “1”을 포함하는 광 신호 송신 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1프레임 및 상기 제2프레임은 더미 코드(dummy code)를 포함하는 광 신호 송신 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1프레임 및 상기 제2프레임 각각의 단일 프레임에는 시작 코드 및 데이터 코드를 포함하는 데이터 코드 세트가 4개 이상 반복 삽입되는 광 신호 송신 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드는 로우 구간 펄스폭에 따라 데이터를 표현하는 광 신호 송신 장치.
   
5. 적어도 하나의 광원 소자를 포함하는 광원부와 상기 광원 소자의 구동을 제어하여 광 신호를 출력하는 구동부를 포함하는 광 신호 송신 장치 및
   상기 광 신호를 수신하는 광 신호 수신 장치를 포함하며,
   상기 구동부는 상기 광 신호를 제1데이터 코드 및 상기 제1데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제1시작 코드를 포함하는 제1프레임과, 제2데이터 코드 및 상기 제2데이터 코드의 시작 지점에 삽입되는 제2시작 코드를 포함하는 제2프레임으로 구분하여 생성하고, 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임을 교번 출력하여 상기 광원 소자의 구동을 제어하며,
   상기 제1시작 코드 및 상기 제2시작 코드는 각각 3T(Time Interval)동안의 신호로 이루어지며,
   상기 제1시작 코드는 2T 동안 하이 신호인 “1”과 이어지는 1T 동안 로우 신호인“0”을 포함하며,
   상기 제2시작 코드는 3T 동안 하이 신호인 “1”을 포함하는 광 신호 통신 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1프레임 및 상기 제2프레임은 더미 코드(dummy code)를 포함하는 광 신호 통신 장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1프레임 및 상기 제2프레임 각각의 단일 프레임에는 시작 코드 및 데이터 코드를 포함하는 데이터 코드 세트가 4개 이상 반복 삽입되는 광 신호 통신 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 광 신호 수신 장치는,
   상기 광 신호를 검출하는 이미지 센서;
   검출한 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 변환부; 및
   변환된 전기 신호를 디코딩하는 디코딩부를 포함하는 광 신호 통신 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 디코딩부는 상기 제1시작 코드 및 상기 제2시작 코드를 이용하여 동기화를 수행하는 광 신호 통신 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 디코딩부는 임의의 프레임에서 데이터 코드를 디코딩하면, 해당 프레임과 다른 프레임의 시작 코드를 검출하기 전까지 검출된 광 신호에 대하여 디코딩을 수행하지 않는 광 신호 통신 장치.

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