KR102238006B1 - 가시광 무선통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

VPPM 신호에 기초한 조명의 밝기 조절에도 수신 성능이 우수한 가시광 무선통신 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치는 프리엠블 신호를 생성하는 프리엠블 생성기, 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성하는 헤더 생성기, PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조하는 고정 디밍 VPPM 변조기, 송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성하는 송신부 신호 처리기; 송신 데이터를 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조하는 가변 디밍 VPPM 변조기, 및 프리엠블 신호, 제1 VPPM 신호 및 제2 VPPM 신호를 합성하여 송신 패킷을 형성하는 신호 합성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가시광 무선통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}
본 발명은 가시광 무선통신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 VPPM 신호에 기초한 조명의 밝기 조절에도 수신 성능이 우수한 가시광 무선통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
LED 등의 조명을 이용한 가시광 무선통신 시스템은 가시광 조명을 기반으로 하여 정보를 송수신하는 시스템이므로, 조명의 기본 기능들이 만족된 상태에서 무선 통신이 이루어져야 한다. 조명의 중요한 기본 기능 중 하나가 바로 조명의 밝기 조절 즉, 디밍 기능이므로, 가시광 무선통신 시스템은 가시광을 통한 무선 통신을 기능을 갖는 동시에 디밍 기능도 지원하여야 한다. 가시광 무선통신과 관련하여 조명의 밝기 조절을 위해 제안된 기술들은 크게 'Amplitude dimming'방법과 'VPPM (Variable-PPM) dimming'방법이 있다.'Amplitude dimming'은 OOK 변조 방법에서 신호의 진폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 조절하는 방법이고, VPPM은 퍼스의 폭 조절을 통해 밝기 조절 기능을 제공하는 방법이다.
VPPM은 프레임 내부 플리커 발생을 차단하고 광원의 밝기를 조절하기 위해 2-PPM 변조 방법과 PWM 변조 방법으로부터 새롭게 고안된 변조 방법으로 IEEE 802.15.7 국제표준에 채택된 가시광 무선통신 변조 방식 중 하나이다. 2-PPM 변조 방법은 도 1과 같이 펄스의 위치에 따라 비트 ?0"과 "1"을 표현하는 방법으로서 Manchester 코드의 광 출력과 유사하게 비트 "1"과 ?0"에서 동일한 평균 밝기를 제공한다. 따라서 이 기술은 프레임 내부에서의 플리커 발생을 차단할 수 있다. 그리고 PWM 변조 방법은 도 1과 같이 펄스의 폭을 변화시킴으로써 광원의 밝기를 조절하는 변조 방법으로서 현재의 LED 조명에서 일반적으로 사용되고 있는 기술이다. 한편 VPPM 변조 방법은 펄스의 위치에 따라 비트 ?0"과 "1"을 표현한다는 점에서 2-PPM의 특징과 유사하고, 사용자가 원하는 밝기에 따라 펄스의 폭이 변화될 수 있다는 점에서는 PWM 변조 방법과 유사하다. 그러므로 도 2에서와 같이 펄스의 폭이 50%인 VPPM 기술로 변조된 광 파형은 2-PPM 변조 파형과 같다. 또한, 도 2는 VPPM 변조 방법을 통해 밝기를 조절하는 메커니즘을 가시적으로 나타낸 것으로서, 임의의"001" 디지털 신호가 VPPM 기술로 변조될 때 동일한 데이터이지만 펄스 폭 변화에 따라 밝기가 변화하는 것을 예로써 표현한 것이다. 이 외에도 VPPM 기술은 펄스 폭 변화 단계를 세분하여 설정함으로써 동일한 사양의 LED 조명이 제공하는 수준과 유사한 최대 밝기를 제공할 수 있다. 또한, 밝기 조절이 펄스의 진폭이 아닌 시간 축 상의 펄스 폭에 의해 결정되기 때문에 LED 광원을 손상시키지 않을 뿐만 아니라 광원의 색 변이도 유발하지 않는다.
그리고, 디지털 무선통신 시스템에서 송신 신호는 패킷(Packet) 또는 프레임(Frame) 단위로 구성된다. 도 3은 디지털 무선통신 시스템에서 사용되는 일반적인 패킷 구조를 보여준다. 프리엠블(Preamble)은 수신부에서 수신 패킷의 검출(Detection) 및 동기화(Synchronization)에 활용되는 신호이다. 즉, 프리엠블은 수신부 입력단으로 들어오는 신호 중 패킷 신호를 찾아내고 패킷의 시작 부분을 알려주는 역할을 수행한다. 프리엠블 다음에는 PHY Header가 위치한다. PHY Header는 변조된 송신 데이터를 원활히 복조하기 위한 물리 계층 정보 (Physical-Layer Fields)를 담고 있다. 가시광 무선통신에서 일반적으로 사용되는 물리 계층 정보로는 패킷 길이, 채널 코딩, 라인 코딩 등이 있으며, 이러한 정보들이 PHY Header에 포함되어 송신된다. PHY Header 다음에는 물리 계층을 통해 송신하고자 하는 데이터가 오는데, 이를 일반적으로 물리 계층 측면에서 페이로드(Payload)라 표시한다.
최근 가시광 무선통신에 있어서 VPPM 신호의 수신 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발한 실정이다.
한국공개특허 제2010-0060900호는 LED를 이용한 조명기기에서 조명의 휘도 조절 기능을 저해하지 않으면서도 가시광 무선통신이 가능하도록 한 방법에 대해서 개시하고 있으나, VPPM 신호의 수신 성능 향상을 위한 어떠한 기술도 개시하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 VPPM 신호에 기초한 조명의 밝기 조절에도 수신 성능이 우수한 가시광 무선통신 기술을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 가시광 무선통신에 있어서, 데이터 비트 오류율(BER)을 줄여 수신 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가시광 무선통신의 패킷 복조 시에 필요한 물리 계층 정보와 디밍 정보를 포함하는 PHY 헤더의 수신 오류율을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 패킷을 가시광으로 전송하는 가시광 무선통신 장치는 프리엠블 신호를 생성하는 프리엠블 생성기; 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성하는 헤더 생성기; 상기 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조하는 고정 디밍 VPPM 변조기; 송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성하는 송신부 신호 처리기; 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조하는 가변 디밍 VPPM 변조기; 및 상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호를 합성하여 상기 송신 패킷을 형성하는 신호 합성기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 신호 합성기는, 상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 상기 송신 패킷을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 PHY 헤더와 상기 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입하는 완충 영역 삽입 모듈을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 가변 디밍 VPPM 변조기는, 상기 가변 디밍 완충 영역 및 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 상기 제2 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
이 때, 상기 가변 디밍 완충 영역은 임의의 가상 데이터로 구성될 수 있다.
이 때, 상기 고정 디밍 VPPM 변조기는, 상기 PHY 헤더를 50% 고정 디밍의 제1 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
이 때, 상기 목표 디밍 레벨에 해당하는 아이들 패턴 신호를 생성하는 아이들 패턴 생성기를 더 포함하고, 상기 가시광 무선통신 장치는 상기 송신 패킷이 전송되지 않는 동안에는 상기 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송할 수 있다.
이 때, 상기 프리엠블 신호는 수신부의 패킷 검출 및 동기화에 필요한 정보를 포함할 수 있다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 송신부에서 가시광 무선통신으로 전송하는 송신 패킷을 수신하여 복조하는 가시광 무선통신 장치는 상기 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하는 수신부; 상기 전기 신호에서 프리엠블 신호를 찾아 패킷 동기화를 수행하는 패킷 검출기; 상기 패킷 검출기에서 패킷 동기화된 신호를 소정 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출하는 고정 디밍 VPPM 복조기; 상기 PHY 헤더에서 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출하는 헤더 추출기; 상기 송신 패킷을 상기 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성하는 가변 디밍 VPPM 복조기; 및 상기 복조 데이터에서 신호처리를 수행하여 상기 송신부에서 전송한 데이터를 획득하는 수신부 신호 처리기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거하는 완충 영역 제거 모듈을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 가변 디밍 완충 영역은 상기 복조 데이터에 포함되고, 상기 PHY 헤더와 상기 데이터의 사이에 위치할 수 있다.
이 때, 상기 고정 디밍 VPPM 복조기는 상기 패킷 검출기에서 패킷 동기화된 신호를 50% 고정 디밍 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 패킷을 가시광으로 송수신하는 가시광 무선통신 방법은 프리엠블 신호를 생성하는 단계; 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성하는 단계; 상기 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조하는 단계; 송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성하는 단계; 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조하는 단계; 및 상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호를 합성하여 상기 송신 패킷을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 송신 패킷을 형성하는 단계에서는, 상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 상기 송신 패킷을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 PHY 헤더와 상기 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제2 VPPM 신호로 변조하는 단계에서는, 상기 가변 디밍 완충 영역 및 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 상기 제2 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
이 때, 제1 VPPM 신호로 변조하는 단계에서는, 상기 PHY 헤더를 50% 고정 디밍의 제1 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
이 때, 상기 목표 디밍 레벨에 해당하는 아이들 패턴 신호를 생성하는 단계; 및 상기 송신 패킷이 전송되지 않는 동안에는 상기 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 수신부에서, 가시광 무선통신으로 전송된 상기 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하는 단계; 상기 전기 신호에서 상기 프리엠블 신호를 찾아 패킷 동기화를 수행하는 단계; 패킷 동기화된 신호를 상기 소정 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출하는 단계; 상기 PHY 헤더에서 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출하는 단계; 상기 송신 패킷을 상기 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 복조 데이터에서 신호처리를 수행하여 상기 송신부에서 전송한 데이터를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가시광 무선통신에서 조명의 밝기 조절에 관한 디밍 정보를 패킷에 실어 보내어 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 더불어, 본 발명은 조명의 밝기 조절에도 수신 성능이 우수한 가시광 무선통신 기술을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명은 가시광 무선통신에 있어서, 데이터 비트 오류율(BER)을 줄여 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가시광 무선통신의 패킷 복조 시에 필요한 물리 계층 정보와 디밍 정보를 포함하는 PHY 헤더의 수신 오류율을 최소화할 수 있다.
도 1은 VPPM 변조 방법의 원리인 2-PPM 및 PWM 변조 파형이다.
도 2는 펄스 폭 변화에 따른 밝기 조절 기능을 지원하는 VPPM 변조 파형이다.
도 3은 디지털 무선통신 시스템에서 사용되는 일반적인 패킷 구조를 나타낸다.
도 4는 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 대한 비트 오류율(BER, Bit-Error Rate) 성능 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 송수신 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 VPPM 복조 성능의 향상을 위하여 구성된 송신 패킷의 구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 송신측의 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 수신측의 동작 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 4는 누적 영역을 설정한 VPPM 복조에 대한 비트 오류율(BER, Bit-Error Rate) 성능 시뮬레이션 결과이다. 여기서, Ns는 펄스 에너지 검출을 위해 누적되는 수신 신호 샘플의 수이다. 그러므로, Ns가 심볼 당 샘플 수 NT의 절반인 경우(Ns = NT/2)는 일반적으로 사용될 수 있는 복조 방법이다. 일반적인 복조 방법의 경우(Ns = NT/2), 50% 미만의 디밍 제어값에서 BER 성능이 저하되는 것은 펄스의 폭이 작아 송신 신호의 에너지가 작기 때문이다. 또한, 펄스 폭이 넓어 송신 신호의 에너지가 상대적으로 큰 50% 이상의 디밍 값 구간에서 일반적인 복조 방법(Ns = NT/2)의 BER 성능이 저하되는 것은 심볼 앞, 뒤 시간 구역 사이의 펄스 간섭이 발생하기 때문이다. 그러므로, 최상의 VPPM 복조 성능은 수신 신호의 펄스 폭 또는 디밍 레벨에 따라 누적 영역이 가변되는 복조 방법(Ns = ND)을 통해 달성될 수 있음을 도 4로부터 알 수 있다.
결과적으로, 도 4는 채널 잡음에 대해 VPPM 신호의 수신 성능을 향상시키기 위해서는 VPPM 복조가 수신 신호의 펄스 폭, 즉 디밍 레벨 값에 따라 가변적으로 이루어져야 함을 보여준다. 즉, 수신되는 VPPM 신호의 디밍 레벨 값을 적용하여 VPPM 복조가 수행되어야만 수신 성능 향상을 얻을 수 있음을 의미한다.
본 발명에서는 VPPM 복조 수신 성능 향상을 위한 패킷의 구성 방법을 제안하고 그에 따른 VPPM 변조/복조 방법도 제안한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 구조 및 동작에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치의 송수신 블록도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 VPPM 복조 성능의 향상을 위하여 구성된 송신 패킷의 구조를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치는 송신 패킷을 가시광으로 전송하는 가시광 무선통신 송신장치(100) 및 가시광 무선통신 송신장치(100)에서 가시광 무선통신으로 전송하는 송신 패킷을 수신하여 복조하는 가시광 무선통신 수신장치(200)를 포함하여 형성된다. 이하에서 가시광 무선통신 송신장치(100)가 생성 및 전송하는 송신 패킷의 구조는 도 6을 함께 참조한다.
이 때, 가시광 무선통신 송신장치(100)는 프리엠블 생성기(110), 헤더 생성기(120), 고정 디밍 VPPM 변조기(130), 송신부 신호 처리기(140), 완충 영역 삽입 모듈(150), 가변 디밍 VPPM 변조기(160), 신호 합성기(170), 아이들 패턴 생성기(180) 및 송신부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
프리엠블 생성기(110)는 프리엠블 신호를 생성한다. 이 때, 프리엠블 신호는 수신부의 패킷 검출 및 동기화에 필요한 정보를 포함한다.
헤더 생성기(120)는 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함한다.
고정 디밍 VPPM 변조기(130)는 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조한다. 이 때, 고정 디밍 VPPM 변조기(130)는 PHY 헤더를 50% 고정 디밍의 제1 VPPM 신호로 변조할 수 있다. 즉, 상기 소정 비율은 50%일 수 있다.
송신부 신호 처리기(140)는 송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성한다.
완충 영역 삽입 모듈(150)은 PHY 헤더와 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입한다. 이 때, 가변 디밍 완충 영역은 임의의 가상 데이터로 구성될 수 있다.
가변 디밍 VPPM 변조기(160)는 송신 데이터를 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조한다. 그리고, 가변 디밍 VPPM 변조기(160)는 가변 디밍 완충 영역 및 상기 송신 데이터를 함께 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
신호 합성기(170)는 프리엠블 신호, 제1 VPPM 신호 및 제2 VPPM 신호를 합성하여 송신 패킷을 형성한다. 이 때, 신호 합성기(170)는 프리엠블 신호, 제1 VPPM 신호 및 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 송신 패킷을 형성할 수 있다.
아이들 패턴 생성기(180)는 목표 디밍 레벨에 해당하는 아이들 패턴 신호를 생성한다. 가시광 무선통신 장치는 송신 패킷이 전송되지 않는 동안에는 후술하는 송신부(190)를 통하여 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송할 수 있다. 이를 통하여, 패킷이 전송되지 않을 경우에도 광원을 켠 상태로 유지할 수 있다.
송신부(190)는 구동회로 및 광원으로 형성될 수 있으며, 가시광 무선통신을 통하여 상기 송신 패킷 혹은 아이들 패킷을 전송한다.
또한, 가시광 무선통신 수신장치(200)는 수신부(210), 패킷 검출기(220), 고정 디망 VPPM 복조기(230), 헤더 추출기(240), 가변 디밍 VPPM 복조기(250), 완충 영역 제거 모듈(260) 및 수신부 신호 처리기(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
수신부(210)는 가시광 무선통신 송신장치(100)로부터 가시광 무선통신을 통하여 전송된 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 이러한 수신부(210)는 광/전 변환회로로 형성될 수 있다.
패킷 검출기(220)는 전기 신호에서 패킷 검출 및 동기화에 필요한 정보를 포함하는 프리엠블 신호를 찾아 패킷 동기화를 수행한다.
고정 디망 VPPM 복조기(230)는 패킷 검출기에서 패킷 동기화된 신호를 소정 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출한다.
헤더 추출기(240)는 PHY 헤더에서 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출한다.
가변 디밍 VPPM 복조기(250)는 송신 패킷을 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성한다.
완충 영역 제거 모듈(260)은 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거한다. 가변 디밍 완충 영역은 상기 가시광 무선통신 송신장치(100)의 완충 영역 삽입 모듈(150)에서 생성되어 송신 패킷에 삽입된 것으로, 복조 데이터에 있어서, 상기 PHY 헤더와 상기 데이터의 사이에 위치한다. 제거되기 전 가변 디밍 완충 영역이 수신되는 동안 디밍의 변화에 따른 수신부 수신 파라미터들의 적응 및 값변화가 수행될 수 있다.
수신부 신호 처리기(270)는 복조 데이터에서 신호처리를 수행하여, 가시광 무선통신 송신장치(100)의 송신부(190)에서 전송한 데이터를 획득한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 송신측의 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 가시광 무선통신 송신장치는 먼저, 패킷이 전송되지 않을 경우에도 광원을 켠 상태로 유지하기 위해 적용하고자 하는 디밍 레벨(목표 디밍 레벨)에 해당하는 아이들 패턴 신호가 출력된다(S101). 송신 패킷이 전송되지 않는 동안 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송할 수 있다.
그리고, 패킷 전송이 시작되는지를 판단한다(S102).
S102 단계의 판단 결과, 패킷 전송이 시작된 경우 패킷의 앞부분에 해당하는 프리엠블 신호를 생성한다(S103).
그리고, 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보(S104) 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성한다(S105). 가시광 무선통신에서 일반적으로 사용되는 물리 계층 정보로는 패킷 길이, 채널 코딩 방식, 라인 코딩 방식 등이 있으며, 이러한 정보들이 PHY 헤더에 포함되어 송신된다.
이 후, S105 단계에서 생성된 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조한다(S106). 이 때, PHY 헤더를 50% 고정 디밍 VPPM 변조기를 통과시켜 제1 VPPM 신호로 변조할 수 있다. 즉, 소정 비율은 50%일 수 있다.
송신할 데이터를 가시광 무선통신 송신 장치에 입력한다(S107).
그리고, 송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성한다(S108).
이 후, PHY 헤더와 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입한다(S109).
송신 데이터를 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 가변 디밍 VPPM 변조한다(S110). 이 때, S110 단계에서는 가변 디밍 완충 영역 및 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 상기 제2 VPPM 신호로 변조할 수 있다.
프리엠블 신호, 제1 VPPM 신호 및 제2 VPPM 신호를 합성하여 송신 패킷을 형성한다(S111). 이 때, S111 단계에서는 상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 상기 송신 패킷을 형성할 수 있다.
그리고 상기 송신 패킷 전송이 끝났는지를 판단하고, 끝나지 않은 경우 계속적으로 가변 디밍 VPPM 변조를 수행하고, 끝난 경우 S101 단계로 돌아간다(S112).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 수신측의 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 방법에 있어서, 가시광 무선통신 수신장치는 먼저, 수신부에서, 가시광 무선통신으로 전송된 상기 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하고, 전기 신호에서 상기 프리엠블 신호를 검출하여 패킷 동기화를 수행한다(S201).
패킷이 검출되었는지를 판단하여(S202), 검출된 경우 패킷 동기화된 신호를 상기 소정 비율로 VPPM 복조하여(S203) PHY 헤더를 추출한다(S204).
그리고, 추출된 PHY 헤더에서 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출한다(S205).
이 후, 송신 패킷을 상기 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성한다(S206).
또한, 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거한다(S207). 그리고 이의 가변 디밍 완충 영역은 패킷 수신 시 디밍의 변화에 따른 수신부 수신 파라미터들의 적응 및 값변화가 수행되는 완충 시간을 제공하여 준다.
복조 데이터에서 신호처리를 수행하여(S208) 가시광 무선통신 송신장치의 송신부에서 전송한 데이터를 획득 및 출력할 수 있다(S209).
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 무선통신 장치 및 방법에 의하면, 50% 고정 디밍 VPPM 복조기를 통과한 PHY Header로부터 수신 패킷의 디밍 정보를 추출하고, 추출된 디밍 정보를 기반으로 가변 디밍 VPPM 복조를 수행함으로서 수신 패킷으로부터 수신 데이터를 검출하며, 가변 디밍 완충 영역을 통하여 수신부 파라미터들이 PHY Header에서 데이터 영역으로의 디밍 변화에 적응하는데 필요한 시간을 제공함으로서 VPPM 수신 성능을 향상시킨다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 가시광 무선통신 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 가시광 무선통신 송신장치
110; 프리엠블 생성기 120; 헤더 생성기
130; 고정 디밍 VPPM 변조기 140; 송신부 신호 처리기
150; 완충 영역 삽입 모듈 160; 가변 디밍 VPPM 모듈
170; 신호 합성기 180; 아이들 패턴 생성기
190; 송신부
200; 가시광 무선통신 수신장치
210; 수신부 220; 패킷 검출기
230; 고정 디밍 VPPM 복조기 240; 헤더 추출기
250; 가변 디밍 VPPM 복조기 260; 완충 영역 제거 모듈
270; 수신부 신호 처리기

Claims (20)

  1. 송신 패킷을 가시광으로 전송하는 가시광 무선통신 장치에 있어서,
    프리엠블 신호를 생성하는 프리엠블 생성기;
    상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성하는 헤더 생성기;
    상기 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조하는 고정 디밍 VPPM 변조기;
    송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성하는 송신부 신호 처리기;
    상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조하는 가변 디밍 VPPM 변조기; 및
    상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호를 합성하여 상기 송신 패킷을 형성하는 신호 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 합성기는,
    상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 상기 송신 패킷을 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 PHY 헤더와 상기 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입하는 완충 영역 삽입 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변 디밍 VPPM 변조기는,
    상기 가변 디밍 완충 영역 및 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 상기 제2 VPPM 신호로 변조하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변 디밍 완충 영역은 임의의 가상 데이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정 디밍 VPPM 변조기는,
    상기 PHY 헤더를 50% 고정 디밍의 제1 VPPM 신호로 변조하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 디밍 레벨에 해당하는 아이들 패턴 신호를 생성하는 아이들 패턴 생성기를 더 포함하고,
    상기 가시광 무선통신 장치는 상기 송신 패킷이 전송되지 않는 동안에는 상기 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리엠블 신호는 수신부의 패킷 검출 및 동기화에 필요한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  9. 송신부에서 가시광 무선통신으로 전송하는 송신 패킷을 수신하여 복조하는 가시광 무선통신 장치에 있어서,
    상기 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하는 수신부;
    상기 전기 신호에서 프리엠블 신호를 찾아 패킷 동기화를 수행하는 패킷 검출기;
    상기 패킷 검출기에서 패킷 동기화된 신호를 소정 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출하는 고정 디밍 VPPM 복조기;
    상기 PHY 헤더에서 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출하는 헤더 추출기;
    상기 송신 패킷을 상기 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성하는 가변 디밍 VPPM 복조기; 및
    상기 복조 데이터에서 신호처리를 수행하여 상기 송신부에서 전송한 데이터를 획득하는 수신부 신호 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거하는 완충 영역 제거 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가변 디밍 완충 영역은 상기 복조 데이터에 포함되고, 상기 PHY 헤더와 상기 데이터의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 고정 디밍 VPPM 복조기는 상기 패킷 검출기에서 패킷 동기화된 신호를 50% 고정 디밍 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 장치.
  13. 송신 패킷을 가시광으로 송수신하는 가시광 무선통신 방법에 있어서,
    프리엠블 신호를 생성하는 단계;
    상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 포함하는 PHY 헤더를 생성하는 단계;
    상기 PHY 헤더를 소정 비율의 제1 VPPM 신호로 변조하는 단계;
    송신할 데이터에 대하여 가시광 송신을 위한 신호 처리를 수행하여 송신 데이터를 생성하는 단계;
    상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 제2 VPPM 신호로 변조하는 단계; 및
    상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호를 합성하여 상기 송신 패킷을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 송신 패킷을 형성하는 단계에서는,
    상기 프리엠블 신호, 상기 제1 VPPM 신호 및 상기 제2 VPPM 신호의 순으로 신호를 배열하여 상기 송신 패킷을 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 PHY 헤더와 상기 송신 데이터의 사이에 가변 디밍 완충 영역을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 VPPM 신호로 변조하는 단계에서는,
    상기 가변 디밍 완충 영역 및 상기 송신 데이터를 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨의 상기 제2 VPPM 신호로 변조하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    제1 VPPM 신호로 변조하는 단계에서는,
    상기 PHY 헤더를 50% 고정 디밍의 제1 VPPM 신호로 변조하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 목표 디밍 레벨에 해당하는 아이들 패턴 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 송신 패킷이 전송되지 않는 동안에는 상기 아이들 패턴 신호에 기초한 아이들 패킷을 가시광으로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    수신부에서, 가시광 무선통신으로 전송된 상기 송신 패킷을 수신하여 전기 신호로 변환하는 단계;
    상기 전기 신호에서 상기 프리엠블 신호를 찾아 패킷 동기화를 수행하는 단계;
    패킷 동기화된 신호를 상기 소정 비율로 VPPM 복조하여 PHY 헤더를 추출하는 단계;
    상기 PHY 헤더에서 상기 송신 패킷의 목표 디밍 레벨이 포함된 디밍 정보 및 상기 송신 패킷의 물리 계층(Physical-layer) 정보를 추출하는 단계;
    상기 송신 패킷을 상기 디밍 정보에 기초하여 가변 디밍 VPPM 복조를 수행하여 복조 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 복조 데이터에서 신호처리를 수행하여 송신부에서 전송한 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 복조 데이터에 포함된 가변 디밍 완충 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 무선통신 방법.
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