KR102259055B1 - 하이브리드 occ 및 lifi 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들을 포함하는 하이브리드 이미지 센서로부터 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 데이터를 수신하는 수신부, 및 상기 이미징 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하고, 상기 RoI 정보에 기초하여 상기 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원하는 복조부를 포함한다.

Description

하이브리드 OCC 및 LIFI 시스템
본 발명은 하이브리드 OCC 및 LiFi 시스템에 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 가장 핵심적인 기술 중 하나인 하이브리드 OCC 및 LiFi 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 하이브리드 OCC 및 LiFi 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 이미지 센서는, 수광면에 배열된 복수의 이미징 셀들, 및 상기 수광면에 배열된 복수의 포토 다이오드 셀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 포토 다이오드 셀들은 상기 복수의 이미징 셀들의 사이사이에 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들을 포함하는 하이브리드 이미지 센서로부터 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 데이터를 수신하는 수신부, 및 상기 이미징 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하고, 상기 RoI 정보에 기초하여 상기 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원하는 복조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들은 하나의 수광면 위에 배열되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 포토 다이오드 셀들은 상기 이미징 셀들의 사이사이에 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 방법은,
이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들을 포함하는 하이브리드 이미지 센서로부터 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 데이터를 수신하는 단계, 상기 이미징 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하는 단계, 및 상기 RoI 정보에 기초하여 상기 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 RoI 정보는, 복수의 RoI에 관한 정보인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제1 변조 방식은 S2-PSK 방식인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제2 변조 방식은, DCO-OFDM 및 ACO-OFDM 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
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 의하면 효과적으로 하이브리드 OCC 및 LiFi 통신을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 이미지 센서 및 그 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 이미지 센서를 이용한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 4개의 광원을 이용한 S2-PSK 방식을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 4개의 광원을 이용한 S2-PSK 방식의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치가 제1 변조방식으로 S2-PSK 방식을 이용하여 데이터를 전송하는 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치가 제2 변조방식으로 기저대역 변조방식을 이용하는 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치가 제2 변조방식으로 MIMO-OFDM 변조방식을 이용하는 예를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 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 하이브리드 이미지 센서 및 그 동작을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 이미지 센서는 수광면에 배열된 복수의 이미징 셀들 및 복수의 포토 다이오드 셀들을 포함한다. 복수의 포토 다이오드 셀들은 복수의 이미징 셀들의 사이사이에 배열되어 하나의 이미지 상을 이미징 셀로 검출할 수도 있고 포토 다이오드 셀로 검출할 수도 있다. 포토 다이오드 셀들은 특정 부분(RoI)에 대하여만 이미지를 검출할 수 있다. 이미징 셀들은 CCD 또는 CMOS로 구현될 수 있다. 이러한 하이브리드 이미지 센서를 이용하면 이미징 셀들에 의해 OCC 통신을 수행하고, 포토 다이오드 셀들에 의해 LiFi 통신을 수행할 수 있게 된다. LiFi 통신은 10Gbps 이상의 데이터 속도를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 이미지 센서를 이용한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광학 무선 송신 장치(100)는 제1 데이터를 제1 변조방식으로 변조하고, 제2 데이터를 제2 변조방식으로 변조하여 광원(300)을 통해 송신한다. 광원(300)은 하나의 광원일 수도 있고 복수의 광원들을 포함할 수도 있다. 제1 데이터는 광원(300)의 식별 정보일 수 있다. 제1 데이터는 저속 데이터이고 제2 데이터는 고속 데이터일 수 있다.
광학 무선 수신장치(200)의 수신부(210)는 하이브리드 이미지 센서(400)로부터 광원(300)의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신한다. 광원의 점멸 상태는 반드시 On/Off 만을 나타내는 것은 아니며, 광원의 밝기나 색상 등을 조절하는 것을 모두 포함할 수 있다.
광학 무선 수신장치(200)의 복조부(220)는 이미징 셀들에 의해 촬영된 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 제1 데이터를 복원하고, 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 제2 데이터를 복원한다.
광학 무선 수신장치(200)는 이미징 셀들에 의해 촬영된 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하고, 생성된 RoI 정보에 기초하여 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원할 수 있다. 즉, OCC 방식에 의해 RoI를 결정하고, 포토 다이오드 셀들은 결정된 RoI에 기초하여 LiFi 등의 기술을 통해 고속 데이터 복조를 수행할 수 있다. RoI 정보는 복수의 RoI에 관한 정보일 수 있다.
제1 변조방식은 Temporal 2-PSK, UPSOOK, S2-PSK, 또는 SM-PSK 방식일 수 있다. 광원(300)이 한 개의 개별 광원인 경우는 Temporal 2-PSK 또는 UPSOOK가 바람직하고, 두 개의 개별 광원을 포함하는 경우는 S2-PSK가 바람직하고, 네 개의 개별 광원을 포함하는 경우는 S2-PSK 또는 S8-PSK가 바람직하다. 글로벌 셔터 이미지 센서는 프레임 레이트가 낮으므로 이러한 이러한 제1 변조방식을 이용해 저속 데이터 전송을 수행할 수 있다. 이는 특히 자동차와 같이 이동하는 환경에서 유리하다. 언더샘플링 특성이 글로벌 셔터 이미지 센서 기반 OCC 통신의 중요한 기술이다.
Temporal 2-PSK 방식은, 전송 데이터 비트가 0일 때는 연속되는 제1 구간 및 제2 구간에서 동일한 위상의 펄스파를 전송하고, 전송 데이터 비트가 1일 때는 연속되는 제1 구간 및 제2 구간에서 서로 반대 위상의 펄스파를 전송함으로써 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 4개의 광원을 이용한 S2-PSK 방식을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)는 제1 변조방식으로 도 3의 S2-PSK 방식을 사용할 수 있다. 각 심벌은 2비트를 포함한다. 각 심벌은 다음과 같이 (A A')의 n회 반복일 수 있다.
(A A')1 (A A')2 ... (A A')n
각 심벌 타임 내에 글로벌 셔터 카메라는 한 번만 샘플링을 수행하면 된다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 4개의 광원을 이용한 S2-PSK 방식의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)는 전광판(300)을 네 부분으로 구분하여, 구분된 각 구간을 개별 광원으로 이용할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)가 자동차의 후미등을 이용하여 제1 변조방식으로 S2-PSK 방식을 이용하여 데이터를 전송하는 예를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)는 자동차의 좌측 후미등과 우측 후미등을 각각 개별 광원으로 이용할 수 있다.
제2 변조방식은 기저대역 변조방식일 수 있다. 제2 변조 방식은 DSM-PSK, DCO-OFDM, ACO-OFDM, 또는 DWT-OFDM을 포함할 수 있다. 제2 변조 방식은 DSM-PSK과 DCO-OFDM, ACO-OFDM, DWT-OFDM 중 어느 하나를 동시에 사용하는 방식일 수 있다. 제2 변조방식은 Unipolar, enhanced unipolar OFDM, 또는 flip OFDM을 포함할 수 있다. OFDM의 RAPR을 감소시키기 위해 Single carrier FDMA (SC-FDMA)을 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)가 제2 변조방식으로 기저대역 변조방식을 이용하는 예를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치(100)가 제2 변조방식으로 MIMO-OFDM 변조방식을 이용하는 예를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 다중 액세스가 가능한 다중 링크 OCC 시스템을 위한 다중 RoI 기반 OCC 시그널링 기술을 도시되었다.
이상과 같이 RoI 시그널링과 LiFi를 하이브리드 시스템으로 구성하면 관심있는 광원을 멀리서 검출할 수 있고, 검출된 RoI에 대해 LiFi 통신을 수행하여 Gbps 또는 Tbps 단위의 다중 링크를 형성할 수 있게 된다.
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 (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들을 포함하는 하이브리드 이미지 센서로부터 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 데이터를 수신하는 수신부; 및
    상기 이미징 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하고,
    상기 RoI 정보에 기초하여 상기 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원하는 복조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들은 하나의 수광면 위에 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포토 다이오드 셀들은 상기 이미징 셀들의 사이사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  6. 이미징 셀들 및 포토 다이오드 셀들을 포함하는 하이브리드 이미지 센서로부터 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 데이터를 수신하는 단계;
    상기 이미징 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제1 변조방식에 따라 복조하여 RoI 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 RoI 정보에 기초하여 상기 포토 다이오드 셀들에 의해 촬영된 상기 광원의 점멸 상태를 제2 변조방식에 따라 복조하여 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 RoI 정보는, 복수의 RoI에 관한 정보인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 변조 방식은 S2-PSK 방식인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 변조 방식은, DCO-OFDM 및 ACO-OFDM 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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