KR102179127B1 - RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치 - Google Patents

RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 제1 입력 신호를 입력받고 제1 출력 신호를 출력하는 변조부, 및 상기 제1 출력 신호에 따라 제1 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호는, 상기 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고, 상기 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복하는 것을 특징으로 한다.

Description

RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치
본 발명은 RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신 장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Wirelesss Communications; OWC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7m OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다.
본 발명자는 IEEE 802.15.7m OWC TG 국제표준화 기구의 의장으로서 OWC 기술에 관한 많은 기고문을 제출하여 OWC 국제표준화를 선도하고 있으며, 본 발명은 OWC 국제표준기술의 핵심적인 기술 중 하나인 RoI 기반 광학 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 RoI 기반 광학 무선 통신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 제1 입력 신호를 입력받고 제1 출력 신호를 출력하는 변조부, 및 상기 제1 출력 신호에 따라 제1 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하며, 상기 제1 출력 신호는, 상기 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고, 상기 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조부는, 제2 출력 신호를 출력하며, 상기 제2 출력 신호는, 상기 제1 출력 신호를 반전한 신호이며, 상기 광원 제어부는, 상기 제2 출력 신호에 따라 제2 광원을 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제2 입력 신호를 입력받고, 상기 제2 입력 신호를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 입력 신호를 출력하는 선로 부호부를 더 포함하며, 상기 선로 부호부는, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하거나, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 선로 부호부는, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 선로 부호부는, 상기 제1 입력 신호의 앞에 프리앰블 (1, 1, 1, 1) 또는 (0, 0, 0, 0) 및 확장 비트 (0, 1) 또는 (1, 0)을 추가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 선로 부호부는, 상기 제1 입력 신호의 앞에 프리앰블 (1, 1, 1, 1) 및 확장 비트 (0, 1)을 추가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 제어부는, 상기 제1 이진 데이터보다 데이터율이 높은 제3 입력 신호에 따라 상기 제1 출력 신호보다 데이터율이 높은 제3 출력 신호를 생성하고, 상기 제3 출력 신호에 따라 상기 제1 광원을 제어하며, 상기 제1 출력 신호에 따라 상기 제3 출력 신호의 디밍이 제어되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 제어부는, DSM-PSK, DCO-OFDM, ACO-OFDM, 및 DWT-OFDM 중 어느 한 방식을 이용하여 상기 제3 출력 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 제1 이미지 센서로부터 제1 샘플링율로 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 이미지 수신부, 및 상기 이미지들에 기초하여 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 복조부를 포함하고, 상기 제1 데이터율은 상기 제1 샘플링율의 반이고, 상기 복조부는, 연속된 두 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태를 비교하여, 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값 또는 반대 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 연속된 두 이미지에 대하여, 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 상기 복원 데이터의 직전 값과 반대의 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하고, 상기 광원의 점멸 상태가 상이하면 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 연속된 네 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 연속된 세 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 프리앰블 검출 이후 첫 번째 복원 데이터를 이진값 1로 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 프리앰블 검출 이후 두 이미지에 대한 복원 데이터를 이진값 1로 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 상기 광원의 위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 상기 제1 데이터율의 복원 데이터로부터 상기 광원의 식별 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 이미지 수신부는, 제2 이미지 센서로부터 상기 제1 샘플링율보다 높은 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들을 수신하고, 상기 복조부는, 상기 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 상기 제1 데이터율보다 높은 제2 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제2 이미지 센서는, 상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 검출된 상기 광원의 위치에 기초하여 상기 제2 샘플링율로 상기 광원을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조부는, 상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 검출된 상기 광원의 위치에 기초하여 상기 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들로부터 상기 제2 데이터율의 복원 데이터를 복원하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 이미지들은 롤링 셔터 방식으로 촬영되며, 상기 복조부는 상기 연속된 두 이미지에서 상기 광원이 촬영된 서로 다른 행들에 대하여 복원 데이터들을 각각 구하고, 상기 복원 데이터들에 기초하여 다수결을 통하여 최종 복원 데이터를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미지 센서로부터 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 이미지 수신부, 및 상기 이미지들에 기초하여 복원 데이터를 출력하는 복조부를 포함하고, 상기 복원 데이터의 데이터율은 상기 수신한 이미지들의 샘플링율의 반이고, 상기 복조부는, 다음 식에 따라 상기 복원 데이터를 결정하는 것을 특징으로 한다.
yk= XOR (xk; xk-1)
bm = bm-1 + (y2m-1 + y2m) [mod-2]
(여기서, xk는 k번째 이미지에서의 상기 광원의 점멸 상태이고, bm는 m번째 복원 데이터임)
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조부가 제1 입력 신호를 입력받고 제1 출력 신호를 출력하는 단계, 및 광원 제어부가 상기 제1 출력 신호에 따라 제1 광원을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 제1 출력 신호는, 상기 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고, 상기 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 방법은, 이미지 수신부가 제1 이미지 센서로부터 제1 샘플링율로 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 단계, 및 복조부가 상기 이미지들에 기초하여 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 제1 데이터율은 상기 제1 샘플링율의 반이고, 상기 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 단계는, 연속된 두 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태를 비교하여, 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값 또는 반대 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 방법은, 이미지 수신부가 이미지 센서로부터 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 단계, 및 복조부가 상기 이미지들에 기초하여 복원 데이터를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 복원 데이터의 데이터율은 상기 수신한 이미지들의 샘플링율의 반이고, 상기 복조부는, 다음 식에 따라 상기 복원 데이터를 결정하는 것을 특징으로 한다.
yk= XOR (xk; xk-1)
bm = bm-1 + (y2m-1 + y2m) [mod-2]
(여기서, xk는 k번째 이미지에서의 상기 광원의 점멸 상태이고, bm는 m번째 복원 데이터임)
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 포함한다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
본 발명에 따르면, RoI 기반 광학 무선 통신을 효과적으로 수행할 수 있으며, 특히 주행하는 차량의 후미등과 같이 빠르게 움직이는 광원을 효과적을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 RoI(Region of Interest) 기반 광학 무선 통신 시스템의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 RoI 기반 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에서 저속 데이터를 송수신하고 RoI를 결정하는 방법을 설명하기 위해 광학 무선 통신 방식을 이용해 저속으로 데이터를 송수신하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 변조부의 출력 신호에 따라 광원을 제어하는 신호를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 6은 DSM-PSK 방식으로 고속 변조를 하면서 저속 출력 신호로 디밍 제어를 하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 위상 샘플링 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템에서 광원 검출, 저속 데이터 복원, 고속 데이터 복원에 딥 러닝 네트워크를 적용하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템에 적응 제어를 적용하는 방법을 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 RoI(Region of Interest) 기반 광학 무선 통신 시스템의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량에 구비된 광학 무선 수신 장치는 이미지 센서를 이용해 광학 무선 송신 장치를 구비한 다른 차량 또는 신호등 등을 촬영하고, 촬영된 이미지에서 광학 무선 송신 장치의 광원의 위치를 검출하여 하나 또는 복수의 RoI를 결정할 수 있다. 광학 무선 수신 장치는 결정된 RoI에서 광학 무선 통신 방식으로 고속 데이터를 수신할 수 있다. 고속 데이터의 속도는 Mbps에서 Gbps 단위일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 RoI 기반 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광학 무선 송신 장치(100)는 저속 데이터와 고속 데이터를 광원(130)을 통해 송신한다. 광원(130)은 하나의 광원일 수도 있고 복수의 광원들을 포함할 수도 있다. 저속 데이터는 광원(130)의 식별 정보일 수 있다.
광학 무선 수신장치(200)는 이미지 센서(230)로부터 광원(130)을 촬영한 이미지들을 수신하고, 수신된 이미지들에 기초하여 RoI를 결정하고 저속 데이터를 복원한다. 광학 무선 수신장치(200)는 복원된 저속 데이터로부터 광원(130)의 식별 정보를 획득할 수 있다. 이미지 센서(230)는 스테레오 카메라일 수 있다.
광학 무선 수신장치(200)는 이미지 센서(240)로부터 광원(130)을 촬영한 이미지들을 수신하고, 수신된 이미지들에 기초하여 고속 데이터를 복원할 수 있다. 이때, 앞에서 결정된 RoI를 이용할 수 있다. 또한 광원의 식별 정보를 이용할 수 있다. 특히 복수의 광원을 발견한 경우 각 광원의 RoI는 해당 식별 정보로 구별될 수 있다. 이미지 센서(240)로부터 수신한 이미지들은 이미지 센서(230)으로부터 수신한 이미지들보다 빠른 샘플링율로 촬영된 이미지들일 수 있다. 이미지 센서(240)로부터 수신한 이미지들은 이미지 센서(230)으로부터 수신한 이미지들보다 고해상도로 촬영된 이미지들일 수 있다.
이미지 센서(240)은 이미지 센서(230)과 다른 것일 수도 있고 같은 것일 수도 있다. 예를 들어, 두 이미지 센서는 서로 다른 것으로서 이미지 센서(230)은 프레임율, 해상도 등의 성능이 낮은 이미지 센서이고 이미지 센서(240)은 프레임율, 해상도 등의 성능이 높은 이미지 센서일 수 있다. 두 이미지 센서는 동기화 되어 있을 수 있으며, 각각의 동작은 동시에 수행될 수 있다. 하나의 이미지 센서(230, 240) 내에 성능이 낮은 이미지 센서 부분(230)과 성능이 높은 이미지 센서 부분(240)이 포함되어 있을 수도 있다. 이때 두 이미지 센서 부분은 다른 방식으로 동작하는 이미지 센서일 수 있다. 광학 무선 수신장치(200)는 하나의 이미지 센서(230, 240)을 사용하되, RoI 검출 및/또는 저속 데이터 복원 시에는 이미지 센서를 낮은 성능으로(예를 들면, 낮은 프레임율로) 동작시키고, 고속 데이터 복원 시에는 이미지 센서를 높은 성능으로(예를 들면, 높은 프레임율로) 동작시킬 수도 있다.
이미지 센서(240)은 RoI 정보를 이용하여 해당 RoI 부분에 대해 고성능으로, 예를 들면 높은 프레임율로 이미지를 촬영할 수 있다. 광학 무선 수신장치(200)가 이미지 센서(240)로부터 수신한 이미지들로부터 고속 데이터를 복조할 때 RoI 정보를 이용할 수도 있다.
도 3은 도 2에서 저속 데이터를 송수신하고 RoI를 결정하기 위해 광학 무선 통신 방식을 이용해 저속으로 데이터를 송수신하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)는 변조부(110)와 광원 제어부(120)를 포함하고, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치(200)는 이미지 수신부(210)와 복조부(220)를 포함한다.
변조부(110)는 전송하고자 하는 데이터를 변조하고, 광원 제어부(120)는 변조된 데이터에 기초하여 광원(130)을 제어한다. 이미지 수신부(210)는 이미지 센서(230)로부터 광원(130)을 촬영한 이미지들을 수신하고, 복조부(220)는 수신한 이미지로부터 데이터를 복원한다.
설명의 편의상 변조부(110)의 입력 신호를 제1 입력 신호라 하고, 변조부의 출력을 제1 출력 신호라 한다. 제1 출력 신호는 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고, 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복할 수 있다. 예를 들어, 변조부는 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 (0, 1, 0, 1, ...)을 출력하고, 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 (1, 0, 1, 0, ...)을 출력할 수 있다. 광원 제어부는 제1 출력 신호에 따라 제1 광원(130)을 점멸시킬 수 있다. 변조부는 제1 출력 신호를 반전한 제2 출력 신호를 출력할 수 있으며, 광원 제어부는 제2 출력 신호에 따라 제2 광원을 제어할 수 있다. 도 4는 변조부의 출력 신호에 따라 광원을 제어하는 신호를 나타낸 도면이다. 클럭 속도는 10Hz이고, 클럭 시간은 0.1초일 수 있다.
광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)의 전단에 선로 부호부를 포함할 수 있다. 즉, 선로 부호부의 출력이 변조기(110)의 입력 신호인 제1 입력 신호가 된다. 설명의 편의상 선로 부호부의 입력 신호를 제2 입력 신호라 한다. 선로 부호부는 표 1에 따라 입력 신호를 부호율 1/2로 부호화하여 출력할 수 있다. 즉, 선로 부호부는 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력할 수 있다.
Figure 112019103976257-pct00001
선로 부호부는 표 1과 달리 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (1, 0)을 출력할 수도 있으나, 이하 표 1을 기준으로 설명한다.
선로 부호부는 출력 신호, 즉 제1 입력 신호의 앞에 프리앰블 (1, 1, 1, 1) 또는 (0, 0, 0, 0)를 추가할 수 있는데, 이하 프리앰블 (1, 1, 1, 1)을 추가하는 경우를 기준으로 설명한다.
선로 부호부는 제1 입력 신호의 앞에 확장 비트 (0, 1) 또는 (1, 0)을 추가할 수 있는데, 이하 확장 비트 (0, 1)을 추가하는 경우를 기준으로 설명한다. 선로 부호부가 출력 신호에 확장 비트 (0, 1)을 추가하는 것은 제2 입력 신호, 즉 전송하고자 하는 데이터 앞에 확장 비트 1을 추가하는 것에 해당할 수 있다.
이상 설명한 변조기(110)의 동작을 종합하면 표 2의 예와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019103976257-pct00002
저속 데이터 전송의 오류를 정정하기 위해 오류 정정 코드를 사용할 수 있으며, 이미지 센서의 프레임 레이트가 송신 측의 클럭 레이트의 복수 배인 경우 다수결이 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 광원 제어부(120)는 고속 데이터를 수신하고, 고속 변조 방식을 통해 광원(130)을 제어할 출력 신호를 생성할 수 있다. 고속 변조 방식은 DSM-PSK, DCO-OFDM, ACO-OFDM, 또는 DWT-OFDM 방식일 수 있다. 편의상 고속 변조 방식의 입력 신호 및 출력 신호를 각각 제3 입력 신호 및 제3 출력 신호라 한다. 변조부(110)에서 출력된 제1 출력 신호에 따라 상기 제3 출력 신호의 디밍이 제어될 수 있다. 도 6은 DSM-PSK 방식으로 고속 변조를 하면서 저속 출력 신호로 디밍 제어를 하는 실시예를 도시한 도면이다. 수신측에서는 광원의 디밍을 저속 점멸로 판단하여 이로부터 저속 데이터를 복원할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 이미지 수신부(210)가 이미지 센서(230)로부터 수신한 광원(130)을 촬영한 이미지들은 송신 측의 클럭 시간마다 샘플링된 것일 수 있다. 이때 송신 측의 클럭은 저속 전송 데이터, 즉 제2 입력 신호가 부호율 1/2인 선로 부호부를 통과한 후의 신호, 즉 제1 입력 신호의 클럭이므로, 즉, 전송 데이터인 제2 입력 신호의 데이터율은 상기 송신 측의 클럭에 따른 데이터율의 반이다. 따라서 전송 데이터의 데이터율은 이미지 센서(230)로부터 수신한 광원을 촬영한 이미지들의 샘플링율의 반이며, 복조부(220)에 의해 복원된 데이터의 데이터율도 이미지 센서(230)로부터 수신한 광원을 촬영한 이미지들의 샘플링율의 반이 된다.
광학 무선 수신장치(200)의 복조부(220)는 다음 식과 같이 연속된 두 이미지에서 광원(130)의 점멸 상태를 비교할 수 있다.
yk= XOR (xk; xk-1)
xk는 k번째 이미지에서의 광원(130)의 점멸 상태이다.
복조부가 전송 데이터를 수신할 때는 yk가 연속으로 세 번 0이 되는 경우가 없는데, 프리앰블을 수신할 때는 yk가 연속으로 세 번 0이 되므로 이로써 복조부는 프리앰블을 검출할 수 있다. 즉, 복조부는 연속된 네 이미지에 대하여 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단할 수 있다. 복조부는 연속된 세 이미지에 대하여 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단할 수도 있다.
프리앰블 검출 이후 yk 값은 확장 비트 수신에 따라 (1, 1)이 되는데, 복조부는 이에 대한 복원 데이터를 이진값 1로 결정하여 출력할 수 있다. 즉, 복조부는 프리앰블 검출 이후 두 이미지에 대한 복원 데이터를 확장 비트인 이진값 1로 출력할 수 있다.
복조부는 yk 값에 따라 직전 출력값과 동일한 이진값 또는 반대 이진값을 다음 출력값으로 출력함으로써 전송 데이터를 복원할 수 있다. 예를 들어, 복조부는 연속된 두 이미지에 대하여 광원의 점멸 상태가 동일하면 복원 데이터의 직전 값과 반대의 이진값을 복원 데이터의 다음 값으로 출력하고, 광원의 점멸 상태가 상이하면 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값을 복원 데이터의 다음 값으로 출력할 수 있다.
이상 설명한 복조부의 동작은 이미지가 샘플링되는 시점에 따라 표 3 또는 표 4의 예와 같이 될 수 있다.
Figure 112019103976257-pct00003
Figure 112019103976257-pct00004
복조부의 동작을 식으로 나타내면 다음과 같다.
yk= XOR (xk; xk-1)
bm = bm-1 + (y2m-1 + y2m) [mod-2]
여기서, xk는 k번째 이미지에서의 상기 광원의 점멸 상태이고, bm는 m번째 복원 데이터이다.
복조부는 y2m 값만 구하여 다음 식에 따라 복원 데이터를 구할 수도 있다.
bm = bm-1 + (y2m-1 + 1) [mod-2]
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의해 롤링 셔터 이미지 센서를 이용할 경우, 다중 위상 샘플링을 통해, 광원의 ON/OFF 전환 시간에 샘플링될 때 발생하는 오류를 정정하는 방법을 도시한 도면이다.
롤링 셔터 방식으로 촬영하는 경우 각 행이 다른 시간에 샘플링 되기 때문에 광원의 점멸 상태를 여러 위상에서 촬영할 수 있고, 따라서 다수결(majority voting) 등에 의해 오류를 정정할 수 있다. 즉, 복조부는 연속된 두 이미지에서 광원이 촬영된 서로 다른 행들에 대하여 복원 데이터들을 각각 구하고, 복원 데이터들에 대해 다수결을 적용하여 최종 복원 데이터를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템은 도 9에 도시된 것과 같이 광원 검출, 저속 데이터 복원, 고속 데이터 복원에 딥 러닝 네트워크를 적용할 수 있다. 고속 데이터 복원에 대한 딥 러닝은 결정된 RoI에 대해 복수의 광원들을 검출하거나, 광원의 점멸 상태를 온, 오프, 불명확의 세 카테고리로 분류하는 데에 이용될 수 있다.
통신 성능을 최대화하고 연산량을 최소화 하기 위해 도 10과 같이 고속 이미지 센서의 프레임 레이트, 셔터 스피드, 해상도 등에 대해 적응 제어가 수행될 수 있다. 상향 링크는 하향 링크와 동일한 방법으로 구현될 수 있다. 양방향 통신에서는 채널 추정 기능이 구현될 수 있다. 채널 추정에 의해 고속 데이터 전송의 알고리즘, 맴핑, 변조, 코딩 등에 대한 적응 제어에 채널 정보를 피드백할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (26)

  1. 제1 입력 신호를 입력받고 제1 출력 신호를 출력하는 변조부;
    상기 제1 출력 신호에 따라 제1 광원을 제어하는 광원 제어부; 및
    제2 입력 신호를 입력받고, 상기 제2 입력 신호를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 입력 신호를 출력하는 선로 부호부를 포함하며,
    상기 제1 출력 신호는,
    상기 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고,
    상기 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복하며,
    상기 선로 부호부는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하는 광학 무선 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조부는,
    제2 출력 신호를 출력하며,
    상기 제2 출력 신호는, 상기 제1 출력 신호를 반전한 신호이며,
    상기 광원 제어부는,
    상기 제2 출력 신호에 따라 제2 광원을 제어하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선로 부호부는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선로 부호부는,
    상기 제1 입력 신호의 앞에 프리앰블 (1, 1, 1, 1) 또는 (0, 0, 0, 0) 및 확장 비트 (0, 1) 또는 (1, 0)을 추가하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선로 부호부는,
    상기 제1 입력 신호의 앞에 프리앰블 (1, 1, 1, 1) 및 확장 비트 (0, 1)을 추가하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원 제어부는,
    상기 제1 입력 신호보다 데이터율이 높은 제3 입력 신호에 따라 상기 제1 출력 신호보다 데이터율이 높은 제3 출력 신호를 생성하고,
    상기 제3 출력 신호에 따라 상기 제1 광원을 제어하며,
    상기 제1 출력 신호에 따라 상기 제3 출력 신호의 디밍이 제어되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원 제어부는,
    DSM-PSK, DCO-OFDM, ACO-OFDM, 및 DWT-OFDM 중 어느 한 방식을 이용하여 상기 제3 출력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  9. 제1 이미지 센서로부터 제1 샘플링율로 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 이미지 수신부; 및
    상기 이미지들에 기초하여 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 복조부를 포함하고,
    상기 제1 데이터율은 상기 제1 샘플링율의 반이고,
    상기 복조부는,
    연속된 두 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태를 비교하여, 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값 또는 반대 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는,
    연속된 두 이미지에 대하여, 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 상기 복원 데이터의 직전 값과 반대의 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하고, 상기 광원의 점멸 상태가 상이하면 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는,
    연속된 네 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는,
    연속된 세 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태가 동일하면 프리앰블이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는,
    프리앰블 검출 이후 첫 번째 복원 데이터를 이진값 1로 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는,
    프리앰블 검출 이후 두 이미지에 대한 복원 데이터를 이진값 1로 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 복조부는, 상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 상기 광원의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복조부는, 상기 제1 데이터율의 복원 데이터로부터 상기 광원의 식별 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 이미지 수신부는,
    제2 이미지 센서로부터 상기 제1 샘플링율보다 높은 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들을 수신하고,
    상기 복조부는,
    상기 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 상기 제1 데이터율보다 높은 제2 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 이미지 센서는,
    상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 검출된 상기 광원의 위치에 기초하여 상기 제2 샘플링율로 상기 광원을 촬영하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복조부는,
    상기 제1 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들에 기초하여 검출된 상기 광원의 위치에 기초하여 상기 제2 샘플링율로 상기 광원이 촬영된 이미지들로부터 상기 제2 데이터율의 복원 데이터를 복원하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 이미지들은 롤링 셔터 방식으로 촬영되며,
    상기 복조부는 상기 연속된 두 이미지에서 상기 광원이 촬영된 서로 다른 행들에 대하여 복원 데이터들을 각각 구하고, 상기 복원 데이터들에 기초하여 다수결을 통하여 최종 복원 데이터를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  21. 삭제
  22. 변조부가 제1 입력 신호를 입력받고 제1 출력 신호를 출력하는 단계;
    광원 제어부가 상기 제1 출력 신호에 따라 제1 광원을 제어하는 단계; 및
    선로 부호부가 제2 입력 신호를 입력받고, 상기 제2 입력 신호를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 입력 신호를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 출력 신호는,
    상기 제1 입력 신호가 이진값 0인 경우 클럭 시간 동안 제1 위상으로 0과 1을 반복하고,
    상기 제1 입력 신호가 이진값 1인 경우 상기 클럭 시간 동안 상기 제1 위상의 반대 위상으로 0과 1을 반복하며,
    상기 선로 부호부는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0, 1)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (1, 0)을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  23. 이미지 수신부가 제1 이미지 센서로부터 제1 샘플링율로 광원이 촬영된 이미지들을 수신하는 단계; 및
    복조부가 상기 이미지들에 기초하여 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 데이터율은 상기 제1 샘플링율의 반이고,
    상기 제1 데이터율의 복원 데이터를 출력하는 단계는,
    연속된 두 이미지에 대하여 상기 광원의 점멸 상태를 비교하여, 상기 복원 데이터의 직전 값과 동일한 이진값 또는 반대 이진값을 상기 복원 데이터의 다음 값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  24. 삭제
  25. 제22항 및 제23항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
  26. 제22항 및 제23항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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