KR102321594B1 - 광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치 - Google Patents

광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치가 개시된다. 상기 통신 시스템의 송신 노드는 프로세서(processor) 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory); 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 명령에 따라 점멸하는 복수의 LED(light emitting diode)를 포함하는 LED 어레이(array)를 포함할 수 있다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치{COMMUNICATION METHOD AND APPARATUS IN OPTICAL CAMERA COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MIMO(multi input multi output)-OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 사용하여 데이터를 변조하는 광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC)은 LED(Light Emitting Diode)를 사용하여 수행될 수 있다. 가시광 통신 기술은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.7에서 표준화되었으며, IEEE 802.15.7은 PHY(physical) 계층 및 MAC(medium access control) 계층의 기술들을 규정하고 있다. 특히, IEEE 802.15.7은 LoS(Line of Sight) 환경에서 고속 데이터 송수신을 위한 기술들을 규정하고 있으며, IEEE 802.15.7에 규정된 기술들은 실제 통신 환경에 적용되기 어려운 문제점이 있다.
IEEE 802.15.7의 개선 필요성에 따라 IEEE 802.15.7m의 표준화가 진행되었다. IEEE 802.15.7m은 OWC(Optical Wireless Communication) 기술을 규정하고 있으며, OWC 기술은 LiFi(Light Fidelity) 기술, OCC(Optical Camera Communication) 기술, 및 LED-ID(LED Identification) 기술 등을 포함할 수 있다.
광학 카메라 통신 시스템의 카메라로서 롤링 셔터 카메라를 사용할 수 있다. 이러한 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도는 일정한 값이 아니라 변하는 값이다. 이로써 LED(Light Emitting Diode)의 펄스 속도(pulse rate)가 일정할 때, 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도의 변화는 데이터 손실을 초래할 수 있다. 예를 들어, 프레임 속도의 변화를 예상하지 못한 상황에서 카메라가 동작하면 카메라가 이미지를 촬영하지 못할 수 있다. 따라서 데이터 손실이 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 광학 카메라 통신 시스템에서 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도가 변하더라도 전송되는 데이터의 손실을 방지할 수 있는 통신 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 송신 노드는 프로세서(processor), 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 명령에 따라 점멸하는 복수의 LED(light emitting diode)를 포함하는 LED 어레이(array)를 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 명령들은, 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division modulation)방식으로 데이터를 변조하여 데이터 프레임을 생성하고 그리고 상기 데이터 프레임을 기초로 상기 LED 어레이에 포함된 LED들을 점멸시킴으로써 상기 데이터 프레임을 수신 노드에 전송하도록 실행되고, 상기 데이터 프레임은 미리 설정된 개수의 데이터 서브프레임(data sub frame)들을 포함하고, 상기 미리 설정된 개수의 데이터 서브프레임들 각각은 동일한 시퀀스 넘버(sequence number)와 동일한 페이로드(payload)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 수신 노드로부터 오버 샘플링이 발생 하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신하고 그리고 상기 데이터 서브프레임들의 개수가 감소하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 응답 메시지는 상기 수신 노드에 포함된 카메라의 촬영 주기에 대한 정보를 더 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 응답 메시지에 의해 지시되는 상기 촬영 주기를 상기 데이터 서브프레임들의 전송 주기로 나눈 값보다 크거나 같은 값으로 상기 데이터 서브프레임들의 개수를 설정하도록 더 실행될 수 있다.
여기서 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드에 포함된 카메라에 의해 촬영된 이미지들 가운데 임의의 이미지의 비트당 픽셀 수에 대한 정보가 포함된 응답 메시지를 수신하고 그리고 상기 LED 어레이의 크기 및 상기 비트당 픽셀 수를 기초로, 상기 데이터 서브프레임의 크기를 설정하도록 더 실행되고, 상기 데이터 서브프레임 크기는 상기 LED 어레이의 크기를 상기 응답 메시지에서 지시하는 상기 픽셀 수로 나눈 값보다 작거나 동일한 값일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수신 노드는 프로세서(processor). 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 명령에 따라 송신 노드의 LED 어레이(Light Emitting Diode array)의 점멸 상태의 이미지들을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 LED 어레이의 점멸 상태의 이미지들로부터, 각각 동일한 시퀀스 넘버(sequence number)와 동일한 페이로드(payload)가 포함된 미리 설정된 개수의 데이터 서브프레임(data sub frame)들을 포함하는 복수의 데이터 프레임(data frame)들을 획득할 수 있고 상기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도를 비교하여 오버 샘플링 발생 여부를 판단할 수 있고 상기 오버 샘플링이 발생한 경우, 상기 데이터 서브프레임들의 시퀀스 넘버를 비교하여, 서로 다른 시퀀스 넘버를 포함하는 데이터 서브프레임들을 획득할 수 있고 그리고 상기 서로 다른 시퀀스 넘버를 포함하는 데이터 서브프레임들에 포함된 페이로드들을 획득하고, 상기 페이로드들을 상기 시퀀스 넘버의 순서대로 병합하여 상기 데이터 프레임들을 복호하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 오버 샘플링이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 오버 샘플링이 발생 하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 상기 송신 노드에 전송하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 송신 노드로부터 상기 송신 노드에 포함된 LED 어레이의 크기를 지시하는 정보가 포함된 응답 메시지를 수신하고, 상기 카메라가 촬영한 이미지들 가운데 임의의 이미지의 비트당 픽셀 수를 검출하고 그리고 상기 LED 어레이의 크기 및 상태 비트당 픽셀 수를 기초로, 상기 데이터 서브프레임의 크기를 설정하도록 실행되고, 상기 데이터 서브프레임의 크기는 상기 응답 메시지에서 지시하는 LED 어레이의 크기를 상기 픽셀 수로 나눈 값보다 작거나 동일한 값일 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 픽셀 수를 상기 프로세서의 기준 클록의 주기에 비례하고 상기 카메라의 프레임 레이트에 반비례하게 설정하도록 더 실행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신 노드는 프로세서(processor), 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리(memory) 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 명령에 따라 송신 노드의 LED 어레이(Light Emitting Diode array)의 점멸 상태의 이미지들을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있고, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 LED 어레이의 점멸 상태의 이미지들로부터, 각각 동일한 시퀀스 넘버(sequence number)와 동일한 페이로드(payload)가 포함된 미리 설정된 개수의 데이터 서브프레임(data sub frame)들을 포함하는 복수의 데이터 프레임(data frame)들을 획득하고, 기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도를 비교하여 언더 샘플링 발생 여부를 판단하고, 상기 언더 샘플링이 발생한 경우, 상기 데이터 서브프레임들의 상기 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 프레임을 검출하고, 상기 누락된 데이터 프레임을 재전송 할 것을 요청하는 정보가 포함된 재전송 요청 메시지를 상기 송신 노드에 전송하고 그리고 상기 획득한 데이터 프레임들을 복호하도록 실행될 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 송신 노드로부터 상기 재전송 요청 메시지에서 지시하는 누락된 데이터 프레임을 재수신하고 그리고 상기 송신 노드로부터 재수신한 데이터 프레임을 복조하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 획득한 데이터 프레임들을 복조한 결과와 상기 송신 노드로부터 재수신한 데이터 프레임을 복조한 결과를 병합하여 데이터를 획득하도록 더 실행될 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 송신 노드로부터 상기 송신 노드에 포함된 LED 어레이의 크기를 지시하는 정보가 포함된 응답 메시지를 수신하고 상기 카메라가 촬영한 이미지들 가운데 임의의 이미지의 비트당 픽셀 수를 검출하고 그리고 상기 LED 어레이의 크기 및 상태 비트당 픽셀 수를 기초로, 상기 데이터 서브프레임의 크기를 설정하도록 실행되고, 상기 데이터 서브프레임의 크기는 상기 응답 메시지에서 지시하는 LED 어레이의 크기를 상기 픽셀 수로 나눈 값보다 작거나 동일한 값일 수 있다.
여기서, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 픽셀 수를 상기 프로세서의 기준 클록의 주기에 비례하고 상기 카메라의 프레임 레이트에 반비례하게 설정하도록 더 실행될 수 있다.
본 발명에 의하면, 통신 시스템에서 데이터 프레임이 동일한 시퀀스 넘버를 포함하는 복수의 데이터 서브프레임으로 구성됨으로써, 수신 노드의 카메라 프레임 속도의 변화에 따라 언더 샘플링 또는 오버 샘플링이 발생하더라도 전송되는 데이터의 손실을 방지 할 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 시스템에서 통신 노드에 포함된 송신 모듈의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 통신 시스템에서 송신 모듈에 포함된 송신 처리부의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5는 통신 시스템에서 데이터 프레임의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 통신 시스템에서 수신 노드에 포함된 수신 모듈의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 통신 시스템에서 수신 모듈에 포함된 데이터 획득부의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 통신 시스템에서 데이터의 송수신 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 9는 오버 샘플링된 서브프레임들로부터 페이로드를 획득하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법의 제2 실시예를 도시한 순서도이다.
도 11은 통신 시스템에서 누락된 데이터 프레임을 검출하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은 복수의 통신 노드들(110, 120)을 포함할 수 있다. 복수의 통신 노드들(110, 120)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.7(예를 들어, IEEE 802.15.7m)에 규정된 통신 방식들을 사용하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 복수의 통신 노드들(110, 120) 각각은 LED(Light Emitting Diode) 및 카메라를 포함할 수 있고, LED를 점멸시킴으로써 신호를 전송할 수 있고, 카메라에 의해 촬영된 LED의 점멸 상태에 기초하여 신호를 획득할 수 있다. 복수의 통신 노드들(110, 120) 각각은 센서(sensor) 노드, IoT(Internet of Things) 노드, 스마트폰(smart phone) 등일 수 있다. 복수의 통신 노드들(110, 120) 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 프로세서(210), 메모리(220), 송신 모듈(230), 및 수신 모듈(240)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 저장 장치(250) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(260)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(260)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송신 모듈(230), 수신 모듈(240), 및 저장 장치(250) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(250) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(250) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송신 모듈(230)은 LED 어레이(array)를 포함할 수 있으며, 프로세서(210)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 수신 모듈(240)은 카메라를 포함할 수 있으며, 프로세서(210)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 송신 모듈(230)은 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 3은 통신 시스템에서 통신 노드에 포함된 송신 모듈의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면 송신 모듈(300)은 통신부(310), 송신 처리부(320), 디밍 제어부(330) 및 LED 어레이(340)을 포함할 수 있다. 여기에서 송신 모듈(300)은 도 2의 송신 모듈(230)과 유사하거나 동일하게 구성될 수 있다. 통신부(310)는 수신 모듈(600, 도 6 참조)과 통신을 수행할 수 있다. 통신부(310)는 수신 모듈(600)에 특정한 정보를 포함하는 응답 메시지(예를 들어, LED 어레이(340)의 크기를 지시하는 정보가 포함된 응답 메시지)를 전송할 수 있고, 수신 모듈(600)로부터 특정한 정보를 포함하는 응답 메시지(예를 들어, 수신 모듈(600)에 오버 샘플링이 발생한 정보를 포함하는 응답 메시지)를 수신할 수 있다. 송신 처리부(320)는 직교 주파수 분할 다중화 변조 방식(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용하여 입력 신호를 처리할 수 있다.
송신 처리부(320)는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 4는 통신 시스템에서 송신 모듈에 포함된 송신 처리부의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 송신 처리부(400)는 직/병렬 변환 유닛(serial to parallel converter unit, 410), FEC 인코더(Forward Error Correction encoder, 420), SN 삽입 유닛(Sequence Number add unit, 430), QAM 유닛(Quadrature Amplitude Modulation unit, 440), 매핑 유닛(450), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 유닛(460), CP 추가 유닛(cyclic prefix add unit, 470) 및 병/직렬 변환 유닛(parallel series converter unit, 480) 및 데이터 프레임 생성 유닛(490)를 포함할 수 있다. 실시예들에서 유닛(unit)은 특정 기능을 수행하는 수단(means), 엔터티(entity), 장치(apparatus) 등을 의미할 수 있다.
직/병렬 변환 유닛(410)에는 직렬 비트 스트림이 입력될 수 있다. 직/병렬 변환 유닛(410)은 입력된 복수의 직렬 비트 스트림을 병렬 형태로 변환할 수 있다. 직/병렬 변환 유닛(410)은 병렬 형태의 비트 스트림을 FEC 인코더(420)에 전송할 수 있다.
FEC 인코더(420)은 직/병렬 변환 유닛(410)으로부터 병렬 형태의 비트 스트림을 수신할 수 있다. FEC 인코더(420)은 비트 스트림에 각각에 FEC를 위한 부가 정보를 추가할 수 있다. 여기에서 "비트 스트림+부가 정보"는 페이로드(예를 들어 데이터 심볼(data symbol))일 수 있다. FEC 인코더(420)은 페이로드를 SN 삽입 유닛(430)에 전송할 수 있다.
SN 삽입 유닛(430)은 FEC 인코더(420)으로부터 페이로드를 수신할 수 있다. SN 삽입 유닛(430)은 페이로드의 전단에 시퀀스 넘버(sequence number)를 추가할 수 있다. 여기에서 "시퀀스 넘버+페이로드"는 데이터 서브프레임(data sub frame)일 수 있다. SN 삽입 유닛(430)은 QAM 유닛에 데이터 서브프레임을 전송할 수 있다. QAM 유닛(440)은 SN 삽입 유닛(430)으로부터 데이터 서브프레임을 수신할 수 있다. QAM 유닛(440)은 데이터 서브프레임을 QAM 방식으로 변조할 수 있다. 예를 들어 QAM 유닛(440)은 16-QAM 또는 64-QAM 방식으로 데이터 서브프레임을 변조할 수 있다. 16-QAM 방식으로 데이터 서브프레임을 변조하는 경우, 페이로드를 16개의 레벨로 양자화하여 I/Q 플롯의 16개의 좌표에 매핑할 수 있다 64-QAM 방식으로 데이터 서브프레임을 변조하는 경우, 데이터 서브프레임을 64개의 레벨로 양자화 하여 I/Q 플롯의 64개의 좌표에 매핑할 수 있다. QAM 방식으로 변조된 데이터 서브프레임은 I/Q 플롯의 좌표에 따라 실수부 및 허수부를 포함할 수 있다. QAM 유닛(440)은 QAM 방식으로 변조된 데이터 서브프레임을 매핑 유닛(450)에 전송할 수 있다.
매핑 유닛(450)은 QAM 유닛(440)으로부터 QAM 방식으로 변조된 데이터 서브프레임을 수신할 수 있다. 매핑 유닛(440)은 예를 들어, 헤르미티안 행렬(Hermitian matrix)를 포함할 수 있다. 여기서 헤르티미안 행렬은 주대각선 성분이 실수이고, 나머지 성분이 복소수이며, 대각선을 중심으로 서로 반대편의 성분들이 복소수 공액 관계인 행렬일 수 있다. 매핑 유닛(450)이 헤르미티안 행렬을 포함하는 경우, 매핑 유닛(460)은 QAM 방식으로 변조된 데이터 서브프레임의 허수부를 제거하도록 매핑할 수 있다. 매핑 유닛(450)은 매핑된 데이터 서브프레임을 IFFT 유닛(460)에 전송할 수 있다.
IFFT 유닛(460)은 매핑 유닛(450)으로부터 매핑된 데이터 서브프레임을 수신할 수 있다. IFFT 유닛(460)은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 방식을 사용하여 주파수 영역의 데이터 서브프레임을 시간 영역의 데이터 서브프레임으로 변환할 수 있다. 또한 IFFT 유닛은 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 방식을 사용하여 주파수 영역의 데이터 서브프레임을 시간 영역의 데이터 서브프레임으로 변환할 수 있다. IFFT 유닛(460)은 시간 영역의 데이터 서브프레임을 CP 추가 유닛(470)에 전송할 수 있다. CP 추가 유닛(470)은 시간 영역의 데이터 서브프레임을 IFFT 유닛(460)으로부터 수신할 수 있다. CP 추가 유닛(470)은 시간 영역의 데이터 서브프레임에 CP(Cyclic Prefix)를 삽입할 수 있다. 즉 CP 추가 유닛(470)은 시간 영역의 데이터 서브프레임에 CP를 삽입하여 병/직렬 변환 유닛(480)에 전송할 수 있다.
병/직렬 변환 유닛(480)은 CP 추가 유닛(470)으로부터 CP 가 삽입된 데이터 서브프레임을 수신할 수 있다. 병/직렬 변환 유닛(480)은 병렬 형태의 데이터 서브프레임들을 직렬 형태의 데이터 서브프레임으로 변환할 수 있다. 병/직렬 변환 유닛(480)은 직렬 형태의 데이터 서브프레임을 데이터 프레임 생성 유닛(490)에 전송할 수 있다. 데이터 프레임 생성 유닛(490)은 병/직렬 변환 유닛(480)으로부터 직렬 형태의 데이터 서브프레임들을 수신할 수 있다. 데이터 프레임 생성 유닛(490)은 데이터 서브프레임들을 병합하여 데이터 프레임을 생성할 수 있다. 즉 데이터 프레임 생성 유닛(490)은 동일한 시퀀스 넘버 및 동일한 페이로드를 포함하는 데이터 서브프레임들을 병합하여 데이터 프레임을 생성할 수 있다. 한편 송신 처리부(400)에 의해 생성되는 데이터 프레임은 다음과 같을 수 있다.
도 5는 통신 시스템에서 데이터 프레임의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 통신 노드에서 복수의 데이터 프레임들이 생성될 수 있다. 복수의 데이터 프레임들 각각에 포함된 페이로드(예를 들어, 데이터 심볼(DS))는 서로 다를 수 있다. 하나의 데이터 프레임은 복수의 데이터 서브프레임들을 포함할 수 있다. 복수의 데이터 서브프레임들 각각은 시퀀스의 번호를 지시하는 시퀀스 넘버 필드, 데이터 서브프레임을 전송하는 LED를 지시하는 LED ID(identifier) 필드 및 페이로드 필드를 더 포함할 수 있다. 동일한 데이터 프레임에 속한 복수의 데이터 서브프레임들 각각은 동일한 페이로드(예를 들어 데이터 심볼(DS))를 포함할 수 있다. 즉 데이터의 전송 누락을 방지하기 위해, 동일한 데이터 서브프레임을 통해 동일한 페이로드가 반복 전송될 수 있다. 데이터 프레임 속도는 특정 구간에서 전송된 데이터 프레임들 중에서 서로 다른 페이로드를 포함하는 데이터 프레임들의 개수로 정의될 수 있다.
데이터 프레임은 오버(over) 샘플링 방식 및 언더(under) 샘플링 방식을 모두 지원하도록 설계될 수 있다. 오버 샘플링 방식은 카메라(즉, 도 6에 도시된 카메라(610))의 프레임 속도가 데이터 프레임 속도보다 빠른 경우에 사용되는 샘플링 방식일 수 있다. 언더 샘플링 방식은 카메라(즉, 도 6에 도시된 카메라(610))의 프레임 속도가 데이터 프레임 속도보다 느린 경우에 사용되는 샘플링 방식일 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 디밍 제어부(330)는 송신 처리부(320)로부터 데이터 프레임들을 수신할 수 있다. 디밍 제어부(330)는 데이터 프레임에 기초하여 미리 설정한 점멸 속도로 LED 어레이(340)를 점멸시킬 수 있다. 디밍 제어부(330)는 LED 어레이(340)를 점멸 시킴으로써 수신 모듈(600, 도 6 참조)로 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 구체적으로, 디밍 제어부(330)은 LED 어레이(340)에 포함된 LED들 각각을 점멸시켜 서로 다른 데이터 서브프레임을 수신 노드의 수신 모듈에 전송할 수 있다.
도 6은 통신 시스템에서 수신 노드에 포함된 수신 모듈의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 수신 모듈(600)은 카메라(610), 비교부(620), 통신부(630) 및 데이터 획득부(640)를 포함할 수 있다. 수신 모듈(600)은 도 2의 수신 모듈(240)과 유사하거나 동일하게 구성될 수 있다. 카메라(610)는 카메라의 프레임 속도에 관한 정보를 비교부(630)에 전송할 수 있다. 또한, 카메라(610)는 송신 모듈(300, 도 3 참조)에 포함된 LED 어레이(340, 도 3 참조)의 점멸 상태의 이미지들을 촬영할 수 있다. 카메라(610)는 촬영된 점멸 상태의 이미지들을 비교부(630) 및 데이터 획득부(640)에 전송할 수 있다.
통신부(620)는 송신 모듈(300, 도 3 참조)와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(620)는 송신 모듈(300)에 특정한 정보를 포함하는 응답 메시지(예를 들어, 송신 모듈(300)에 오버 샘플링이 발생한 정보를 포함하는 응답 메시지)를 전송할 수 있고, 송신 모듈(300)로부터 특정한 정보를 포함하는 응답 메시지(예를 들어, LED 어레이(340, 도 3 참조)의 크기를 지시하는 정보가 포함된 응답 메시지)를 수신할 수 있다.
비교부(630)는 카메라(610)로부터 카메라(610)의 프레임 속도에 관한 정보 및 LED 어레이(340)의 점멸 상태의 이미지들을 수신할 수 있다. 비교부(630)는 LED 어레이(340)의 점멸 상태의 이미지들로부터 LED 어레이(340)의 점멸 속도를 획득할 수 있다. 비교부(630)는 카메라(610)의 프레임 속도와 LED 어레이(340)의 점멸 속도를 비교하여, 수신 모듈(600)에 오버 샘플링 또는 언더 샘플링이 발생 하였는지 판단할 수 있다. 수신 모듈(600)에 오버 샘플링이 발생하였다고 판단한 경우, 비교부(630)는 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 데이터 획득부(640)에 전송할 수 있다. 또한 비교부(630)는 수신 모듈(600)에 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 생성할 수 있다. 비교부(630)는 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 통신부(620)를 통해 송신 모듈(300)에 전송할 수 있다. 또한 수신 모듈(600)에 언더 샘플링이 발생하였다고 판단한 경우, 비교부(630)는 언더 샘플링이 발생하였다는 정보를 데이터 획득부(640)에 전송할 수 있다. 비교부(630)는 언더 샘플링이 발생하여 데이터 프레임이 누락된 경우, 누락된 데이터 프레임의 재전송을 요청하는 재전송 메시지를 생성할 수 있다. 비교부(630)는 재전송 메시지를 메시지를 통신부(620)를 통해 송신 모듈(300)에 전송할 수 있다.
데이터 획득부(640)는 카메라(610)로부터 LED 어레이(340)의 점멸 상태를 촬영한 이미지들을 수신할 수 있다. 데이터 획득부(640)는 LED 어레이(340)의 점멸 상태를 촬영한 이미지를 처리하여 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 데이터 획득부(640)는 LED 어레이(340)에 포함된 LED들 각각의 점멸 상태를 촬영한 이미지를 처리하여 서로 다른 데이터 서브프레임을 획득할 수 있다. 데이터 획득부(640)는 비교부(630)로부터 수신 모듈(600)에 오버 샘플링 또는 언더 샘플링이 발생하였다는 정보를 수신할 수 있다. 또한 데이터 획득부(640)는 언더 샘플링이 발생하였다는 정보를 수신한 경우, 누락된 데이터 프레임을 검출할 수 있고, 누락된 데이터 프레임에 관한 정보를 비교부(630)에 전송할 수 있다. 한편 데이터 획득부(640)는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 7은 통신 시스템에서 수신 모듈에 포함된 데이터 획득부의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 데이터 획득부(700)는 이미지 처리 유닛(710), 직/병렬 변환 유닛(Serial to parallel converter unit, 720), CP 제거 유닛((Cyclic Prefix removing unit, 730), FFT(Fast Fourier Transform) 유닛(740), 디매핑 유닛(750), SN 추출 유닛(Sequence Number extracting unit, 760), 에러 검출 유닛(770), 병/직렬 변환 유닛(parallel series converter unit, 780) 및 복호 유닛(790)을 포함할 수 있다.
이미지 처리 유닛(710)은 카메라(610, 도 6 참조)로부터 점멸 상태의 이미지들을 수신할 수 있다. 이미지 처리 유닛(710)은 카메라로부터 수신한 이미지들을 처리하여 직렬 형태의 비트 스트림들을 획득할 수 있다. 이미지 처리 유닛(710)은 직렬 형태의 비트 스트림들을 직/병렬 변환 유닛(720)에 전송할 수 있다.
직/병렬 변환 유닛(720)은 이미지 처리 유닛(710)으로부터 직렬 형태의 비트 스트림들을 수신할 수 있다. 직/병렬 변환 유닛(720)은 비트 스트림들을 병렬 형태의 비트 스트림들로 변환할 수 있다.
직/병렬 변환 유닛(720)은 병렬 형태의 비트 스트림들을 CP 제거 유닛(730)에 전송할 수 있다. CP 제거 유닛(730)은 직/병렬 변환 유닛(720)으로부터 병렬 형태의 비트 스트림들을 수신할 수 있다. CP 제거 유닛(730)은 각각의 비트 스트림들에 삽입된 CP를 제거할 수 있다. CP 제거 유닛(730)은 CP가 제거된 비트 스트림들을 FFT 유닛(740)에 전송할 수 있다. FFT 유닛(740)은 FFT(Fast Fourier Transform) 방식을 사용하여 CP가 제거된 비트 스트림들을 시간 영역의 비트 스트림에서 주파수 영역의 비트 스트림들로 변환할 수 있다. FFT 유닛(740)은 주파수 영역으로 변환된 비트 스트림들을 디매핑 유닛(750)에 전송할 수 있다. 디매핑 유닛(750)은 FFT 유닛(740)으로부터 주파수 영역으로 변환된 비트 스트림들을 수신할 수 있다. 디매핑 유닛(750)은 주파수 영역으로 변환된 비트 스트림들에 대한 디매핑 동작을 수행할 수 있다. 디매핑 유닛(750)은 디매핑(demappaing)된 각각 비트 스트림들을 SN 추출 유닛(760)에 전송할 수 있다. SN 추출 유닛(760)은 디매핑 유닛(750)으로부터 디매핑된 비트 스트림들을 수신할 수 있다. SN 추출 유닛(760)은 디매핑된 비트 스트림들에 포함된 시퀀스 넘버들을 획득할 수 있다. 또한 SN 추출 유닛(760)은 획득된 시퀀스 넘버들을 비교할 수 있다. 즉, 비교부(630)로부터 수신 모듈(600, 도 6 참조)에 언더 샘플링이 발생하였다는 정보를 수신한 경우, SN 추출 유닛(760)은 시퀀스 넘버들을 비교하여 어떠한 데이터 프레임이 누락되었는지 검출할 수 있다. SN 추출 유닛(760)은 비트 스트림들을 에러 검출 유닛(770)에 전송할 수 있다. 여기에서 비트 스트림들 각각은 시퀀스 넘버가 추출된 비트 스트림들일 수 있다.
에러 검출 유닛(770)은 SN 추출 유닛(760)으로부터 시퀀스 넘버가 추출된 비트 스트림들을 수신할 수 있다. 에러 검출 유닛(770)은 비트 스트림들에 오류가 발생하였는지 검출할 수 있다. 비트 스트림들에 오류가 발생한 경우, 에러 검출 유닛(770)은 통신부(620, 도 6 참조)를 통해 데이터 프레임들의 재전송을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다. 비트 스트림들에 오류가 발생하지 않은 경우, 에러 검출 유닛(770)은 비트 스트림들을 병/직렬 변환 유닛에 전송할 수 있다.
병/직렬 변환 유닛(780)은 에러 검출 유닛(770)으로부터 비트 스트림들을 수신할 수 있다. 병/직렬 변환 유닛(780)은 병렬 형태의 비트 스트림들을 직렬 형태로 변환할 수 있다. 병/직렬 변환 유닛(780)은 직렬 형태의 비트 스트림들을 복호 유닛(790)에 전송할 수 있다.
복호 유닛(790)은 병/직렬 변환 유닛(780)으로부터 직렬 형태의 비트 스트림들을 수신할 수 있다. 복호 유닛(790) 비교부(630)로부터 수신 모듈(600)에 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 수신한 경우, SN 추출 유닛(760)이 획득한 시퀀스 넘버들을 비교하여 각각 다른 시퀀스 넘버들을 포함하는 비트 스트림들을 하나씩 획득할 수 있다. 복호 유닛(790)은 다른 시퀀스 넘버들을 포함하는 비트 스트림들 각각으로부터 페이로드를 획득할 수 있다. 복호 유닛(790)은 획득한 페이로드들을 병합할 수 있고, 병합된 페이로드들을 복호하여 제1 데이터를 획득할 수 있다.
복호 유닛(790)은 비교부(630)로부터 수신 모듈(600)에 언더 샘플링이 발생하였다는 정보를 수신한 경우, 먼저 수신된 비트 스트림들을 복조하여 데이터를 획득할 수 있다. 복호 유닛(790)은 SN 추출 유닛(760)이 추출한 비트스트림들의 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 프레임을 검출할 수 있다. 이후, 복호 유닛(790)은 송신 모듈(300), 도 3 참조)로부터 누락된 데이터 프레임에 포함된 비트 스트림을 재수신할 수 있다. 복호 유닛은 재수신한 비트 스트림으로부터 페이로드를 획득할 수 있고, 획득한 페이로드를 복호하여 제2 데이터를 획득할 수 있다. 이후 복호 유닛(790)은 제1 데이터 및 제2 데이터를 병합하여 데이터를 획득할 수 있다.
다음으로, 통신 시스템에서 데이터의 송수신 방법들이 설명될 것이다. 통신 노드들 중에서 제1 통신 노드에서 수행되는 방법(예를 들어, 신호의 전송 또는 수신)이 설명되는 경우에도 이에 대응하는 제2 통신 노드는 제1 통신 노드에서 수행되는 방법과 상응하는 방법(예를 들어, 신호의 수신 또는 전송)을 수행할 수 있다. 즉, 단말의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 기지국은 단말의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다. 반대로, 기지국의 동작이 설명된 경우에 이에 대응하는 단말은 기지국의 동작과 상응하는 동작을 수행할 수 있다.
도 8은 통신 시스템에서 데이터의 송수신 방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 통신 시스템은 송신 노드와 수신 노드를 포함할 수 있다. 송신 노드는 도 1의 송신 노드(110)일 수 있고, 수신 노드는 도 1의 수신 노드(120)일 수 있다. 송신 노드와 수신 노드 각각은 도 2에 도시된 통신 노드(200)과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 송신 노드 및 수신 노드 각각에 포함된 송신 모듈은 도 3 및 도 4에 도시된 실시예들과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 송신 노드 및 수신 노드 각각에 포함된 수신 모듈은 도 6 및 도 7에 도시된 실시예들과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
송신 노드는 데이터 프레임들을 생성할 수 있다(S810). 데이터 프레임들은 송신 처리부(예를 들면 도 3의 송신 처리부(320))에서 생성될 수 있으며, 도 5에 도시된 데이터 프레임과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 즉, 송신 노드는 복수의 서브프레임을 포함하는 데이터 프레임들을 생성할 수 있다. 송신 노드는 생성된 데이터 프레임들을 수신 노드에 전송할 수 있다(S820). 이 경우 LED 어레이(예를 들어 도 3에 도시된 LED 어레이(340))가 점멸됨으로써 데이터 프레임이 수신 노드에 전송될 수 있다. 송신 노드가 LED 어레이(340)에 포함된 LED들 각각을 점멸시켜 서로 다른 데이터 서브프레임을 수신 노드에 전송할 수 있다.
수신 노드는 송신 노드로부터 데이터 프레임들을 수신할 수 있다. 즉 수신 노드는 카메라(에를 들어, 도 6에 도시된 카메라(610))를 사용하여 LED 어레이의 점멸 상태를 촬영하여 이미지들을 획득할 수 있고, 이미지들로부터 데이터 프레임들을 획득할 수 있다. 구체적으로, 수신 노드는 LED 어레이(340)에 포함된 LED들 각각의 점멸 상태를 촬영한 이미지를 처리하여 서로 다른 데이터 서브프레임을 획득할 수 있다. 또한 수신 노드의 비교부(예를 들어 도 6의 비교부(620))는 이미지들로부터 LED 어레이의 점멸 속도를 획득할 수 있고 점멸 속도를 통해 송신 노드의 데이터 프레임 속도를 획득할 수 있다.
수신 노드는 데이터 프레임 속도와 카메라 프레임 속도를 비교할 수 있다(S830). 수신 노드의 비교부는 데이터 프레임의 속도와 카메라 프레임의 속도를 비교할 수 있고, 이를 통해 수신 노드에 오버 샘플링이 발생하였는지 판단할 수 있다. 카메라 프레임 속도가 데이터 프레임 속도를 초과하는 경우, 수신 노드의 비교부는 수신 노드에 오버 샘플링이 발생하였다고 판단할 수 있다. 수신 노드의 비교부는 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 생성할 수 있고, 수신 노드의 통신부(예를 들어 도 6의 통신부(620))를 통해 송신 노드에 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 전송할 수 있다(S840). 여기에서 응답 메시지에는 수신 노드에 포함된 카메라의 프레임 레이트에 대한 정보 및 카메라에 의해 촬영된 이미지들 가운데 임의의 이미지의 비트당 픽셀수에 대한 정보가 더 포함될 수 있다.
송신 노드는 수신 노드로부터 응답 메시지를 수신할 수 있다. 즉 송신 노드는 송신 노드의 통신부(예를 들어 도 3의 통신부(310))를 통해 오버 샘플링이 발생하였다는 정보, 카메라의 프레임 레이트에 대한 정보 및 카메라에 의해 촬영된 이미지들 가운데 임의의 이미지의 비트당 픽셀 수에 대한 정보가 포함된 응답 메시지를 수신할 수 있다.
송신 노드는 수신된 응답 메시지를 통해, 수신 노드에 오버 샘플링이 발생하였다는 정보를 획득할 수 있다. 송신 노드는 응답 메시지에 포함된 정보를 기초로 각각의 데이터 프레임들에 포함된 데이터 서브프레임들의 개수 및 크기를 제어할 수 있다(S850).
송신 노드는 응답 메시지가 지시하는 카메라의 프레임 레이트 및 데이터 서브프레임들의 전송 주기를 기초로 데이터 서브프레임들의 개수를 설정할 수 있다. 수신 노드에 오버 샘플링이 발생한 경우, 송신 노드는 각각에 데이터 프레임들에 포함된 데이터 서브프레임들의 개수를 감소시킬 수 있다. 여기에서 데이터 서브프레임들의 개수는 다음 수학식 1에 의할 수 있다.
Figure 112020064168203-pat00001
여기에서
Figure 112020064168203-pat00002
은 데이터 서브프레임들의 개수일 수 있고,
Figure 112020064168203-pat00003
는 카메라의 프레임 레이트일 수 있으며,
Figure 112020064168203-pat00004
은 데이터 서브프레임들의 전송 주기일 수 있다.
또한 송신 노드는 데이터 서브프레임들의 크기를 설정할 수 있다. 여기에서 데이터 서브프레임들의 크기는 다음의 수학식 2에 의할 수 있다.
Figure 112020064168203-pat00005
수학식 2에서,
Figure 112020064168203-pat00006
는 데이터 서브프레임들의 크기를 지시할 수 있고,
Figure 112020064168203-pat00007
는 LED 어레이의 크기를 지시할 수 있으며,
Figure 112020064168203-pat00008
는 이미지의 비트당 픽셀 수를 지시할 수 있다. 한편 이미지의 비트 당 픽셀 수는 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020064168203-pat00009
수학식 3에서,
Figure 112020064168203-pat00010
는 이미지의 비트당 픽셀 수를 지시할 수 있고,
Figure 112020064168203-pat00011
는 수신 노드의 클록 주기를 지시할 수 있고,
Figure 112020064168203-pat00012
는 카메라의 촬영 주기를 지시할 수 있다. 송신 노드는 데이터 서브프레임들을 수신 노드에 전송할 수 있다(S860). 데이터 서브프레임들은 개수와 크기가 조절된 데이터 서브프레임들일 수 있다. 수신 노드는 송신 노드로부터 데이터 프레임들을 포함하는 데이터 프레임을 수신할 수 있다. 수신 노드는 송신 노드로부터 수신한 데이터 서브프레임들로부터 데이터를 추출할 수 있다(S870). 즉, 수신 노드의 데이터 추출부(예를 들어, 도 6의 데이터 추출부(640)는 데이터 서브프레임들의 시퀀스 넘버 및 LED ID 값을 비교하여, 데이터 서브프레임들로부터 데이터를 획득할 수 있다. 수신 노드에 오버 샘플링이 발생한 경우, 수신 노드가 데이터를 획득하는 방법은 다음과 같을 수 있다.
도 9는 오버 샘플링된 서브프레임들로부터 페이로드를 획득하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9를 참조하면, 통신 시스템은 복수개의 데이터 서브프레임들(910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980)을 포함할 수 있다. 여기에서 복수개의 데이터 서브프레임들(910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980)은 도 5에 도시된 데이터 서브프레임과 유사하거나 동일할 수 있다. 복수개의 데이터 서브프레임들(910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980)은 각각 시퀀스 넘버(911, 921, 931, 941, 951, 961, 971, 981), LED ID(912, 922, 932, 942, 952, 962, 972, 982) 및 페이로드(913, 923, 933, 943, 953, 963, 973, 983)를 포함할 수 있다.
제1 데이터 서브프레임(910)는 제2 데이터 서브프레임(920)와 동일한 시퀀스 넘버(911, 921), 동일한 LED ID(912, 922) 및 동일한 페이로드(913, 923)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 데이터 서브프레임(910)는 제2 데이터 서브프레임(920) 동일한 데이터 프레임(예를 들어 데이터 프레임(n-1))에 포함될 수 있다.
제3 데이터 서브프레임(930)은 제4 데이터 서브프레임(940)과 동일한 시퀀스 넘버(931. 941), 동일한 LED ID(932, 942) 및 동일한 페이로드(933, 943)를 포함할 수 있다. 그리고 제3 데이터 서브프레임(930)은 제4 데이터 서브프레임(940)과 동일한 데이터 프레임(예를 들어 데이터 프레임(n-1))에 포함될 수 있다.
제1 데이터 서브프레임(910)(또는 제2 데이터 서브프레임(920))는 제3 서브데이터 프레임(930)(또는 제4 데이터 서브프레임(940))과 동일한 데이터 프레임(예를 들어, 데이터 프레임 n-1)에 포함될 수 있다. 다만, 제1 데이터 서브프레임(910)(또는 제2 데이터 서브프레임(920))는 제3 서브데이터 프레임(930)(또는 제4 데이터 서브프레임(940))과 서로 다른 서브프레임일 수 있다. 즉, 제1 데이터 서브프레임(910)(또는 제2 데이터 서브프레임(920))는 제3 서브데이터 프레임(930)(또는 제4 데이터 서브프레임(940))과 다른 LED ID(912, 932)를 포함할 수 있다.
수신 노드의 데이터 추출부(예를 들어 도 6의 데이터 추출부(640))는 복수개의 데이터 서브프레임들(910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980)에 포함된 시퀀스 넘버(911, 921, 931, 941, 951, 961, 971, 981) 및 LED ID(912, 922, 932, 942, 952, 962, 972, 982)를 비교할 수 있다. 데이터 추출부는 동일한 시퀀스 넘버 및 동일한 LED ID(912, 922, 932, 942, 952, 962, 972, 982)를 포함하는 데이터 서브프레임들 중 하나의 서브프레임으로부터 페이로드를 획득할 수 있다.
예를 들어, 데이터 추출부는 동일한 시퀀스 넘버 및 동일한 LED ID를 갖는 제1 데이터 서브프레임(910) 및 제2 데이터 서브프레임(920) 가운데 제1 데이터 서브프레임(910)에 포함된 페이로드(913)를 획득할 수 있고, 동일한 시퀀스 넘버 및 동일한 LED ID를 갖는 제3 데이터 서브프레임(930) 및 제4 데이터 서브프레임(940) 가운데 제3 데이터 서브프레임(930)에 포함된 페이로드(933)를 획득할 수 있다. 데이터 추출부는 획득한 페이로드들(913, 933)을 기초로 n-1 번째 페이로드를 획득할 수 있다.
데이터 추출부는 서로 동일한 시퀀스 넘버 및 동일한 LED ID를 갖는 제5 데이터 서브프레임(950) 내지 제6 데이터 서브프레임(960)과 제7 데이터 서브프레임(970) 내지 제8 데이터 서브프레임(980)으로부터 각각 페이로드를 획득할 수 있다. 데이터 추출부는 획득한 페이로드들를 순서대로 병합할 수 있다. 데이터 추출부는 병합한 페이로드를 복호하여 데이터를 획득할 수 있다.
도 10은 통신 시스템에서 데이터의 송수신 방법의 제2 실시예를 도시한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 통신 시스템은 송신 노드와 수신 노드를 포함할 수 있다. 송신 노드는 도 1의 송신 노드(110)일 수 있고, 수신 노드는 도 1의 수신 노드(120)일 수 있다. 송신 노드와 수신 노드 각각은 도 2에 도시된 통신 노드(200)과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 송신 노드 및 수신 노드 각각에 포함된 송신 모듈은 도 3 및 도 4에 도시된 실시예들과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 송신 노드 및 수신 노드 각각에 포함된 수신 모듈은 도 6 및 도 7에 도시된 실시예들과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
송신 노드는 데이터 프레임들을 생성할 수 있다(S1010). 데이터 프레임들은 송신 처리부(예를 들면 도 3의 송신 처리부(320))에서 생성될 수 있으며, 도 5에 도시된 데이터 프레임과 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다. 송신 노드는 생성된 데이터 프레임들을 수신 노드에 전송할 수 있다(S1020). 이 경우 LED 어레이(예를 들어 도 3에 도시된 LED 어레이(340))가 점멸됨으로써 데이터 프레임이 수신 노드에 전송될 수 있다.
수신 노드는 송신 노드로부터 데이터 프레임들을 수신할 수 있다. 즉 수신 노드는 카메라(에를 들어, 도 6에 도시된 카메라(610))을 사용하여 LED 어레이의 점멸 상태를 촬영하여 이미지들을 획득할 수 있고, 이미지들로부터 데이터 프레임들을 획득할 수 있다. 또한 수신 노드의 비교부(예를 들어 도 6의 비교부(620))는 이미지들로부터 LED 어레이의 점멸 속도를 획득할 수 있고 점멸 속도를 통해 송신 노드의 데이터 프레임 속도를 획득할 수 있다.
수신 노드는 데이터 프레임 속도와 카메라 프레임 속도를 비교할 수 있다(S1030). 수신 노드의 비교부는 데이터 프레임의 속도와 카메라 프레임의 속도를 비교할 수 있고, 이를 통해 수신 노드에 언더 샘플링이 발생하였는지 판단할 수 있다. 수신 노드의 비교부는 카메라 프레임 속도가 데이터 프레임 속도 미만인 경우, 수신 노드에 언더 샘플링이 발생하였다고 판단할 수 있다. 수신 노드의 데이터 획득부(예를 들어, 도 6의 데이터 획득부(640))는 언더 샘플링 발생에 의해 누락된 데이터 프레임을 검출할 수 있다.
도 11은 통신 시스템에서 누락된 데이터 프레임을 검출하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 통신 시스템은 복수의 데이터 프레임들(1110, 1120, 1130)을 포함할 수 있다. 복수의 데이터 프레임들은 도 5에 도시된 데이터 프레과 유사하거나 동일할 수 있다. 복수의 데이터 프레임들(1110, 1120, 1130) 각각은 복수개의 데이터 서브프레임(1111, 1112, 1121, 1122, 1131, 1132)들을 포함할 수 있다. 데이터 서브프레임들(1111, 1112, 1121, 1122, 1131, 1132) 각각은 시퀀스 넘버, LED ID 및 페이로드를 포함할 수 있다. 동일한 데이터 프레임에 포함된 데이터 서브프레임들의 시퀀스 넘버와 페이로드는 동일할 수 있으나, LED ID는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터 프레임(1110)에 포함된 데이터 서브프레임들(1111, 1112)은 동일한 시퀀스 넘버(1111-1, 1112-1)를 포함할 수 있고, 동일한 페이로드(1111-3, 1112-3)를 포함할 수 있으나, 서로 다른 LED ID(1111-2, 1112-2)를 포함할 수 있다.
수신 노드의 데이터 획득부(예를 들어, 도 6의 데이터 획득부(640))는 데이터 서브프레임에 포함된 시퀀스 넘버(1111-1, 1112-1 등)를 획득할 수 있고, 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 프레임을 검출할 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득부가 시퀀스 넘버 i-1(1111-1) 및 i+1(1131-1)을 획득한 경우, 시퀀스 넘버 i를 가지는 제2 데이터 프레임(1120)이 누락된 것으로 판단할 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 수신 노드의 데이터 획득부는 S1020 단계에서 획득한 데이터 프레임들을 복호하여 제1 데이터를 획득할 수 있다(S1050).
또한, 수신 노드의 데이터 획득부는 누락된 데이터 프레임에 대한 정보가 포함된 응답 메시지를 송신 노드에 전송할 수 있다(S1060). 수신 노드의 데이터 획득부는 수신 노드의 통신부(620)을 통해 응답 메시지를 송신 노드에 전송할 수 있다. 송신 노드는 수신 노드로부터 누락된 데이터 프레임에 대한 정보가 포함된 응답 메시지를 수신할 수 있고, 응답 메시지에서 지시하는 누락된 데이터 프레임을 수신 노드에 재전송할 수 있다(S1070). 즉 송신 노드는 송신 노드에 포함된 LED 어레이(예를 들어 도 3의 LED 어레이(340))를 점멸시켜 누락된 데이터 프레임을 수신 노드에 전송할 수 있다.
수신 노드는 송신 노드로부터 누락된 데이터 프레임을 재수신할 수 있다. 수신 노드는 LED 어레이의 점멸 상태를 카메라로 촬영하여 누락된 데이터 프레임을 재수신할 수 있다. 수신 노드는 단계 S1060에서 획득된 데이터 프레임을 복호하여 제2 데이터를 획득할 수 있다. 수신 노드는 제1 데이터와 제2 데이터를 병합하여 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 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.

Claims (13)

  1. OCC(optical camera communication) 네트워크의 송신 노드의 동작 방법으로서,
    직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division modulation) 방식으로 데이터를 변조하여 서로 다른 복수의 데이터 프레임을 생성하고; 그리고
    상기 데이터 프레임을 기초로 LED(light emitting diode) 어레이(array)에 포함된 복수개의 LED들을 점멸시킴으로써 상기 데이터 프레임을 MIMO(multi input multi output) 방식으로 수신 노드에 전송하도록 실행되고,
    상기 데이터 프레임은 복수개의 데이터 서브프레임(data sub frame)들을 포함하고,
    동일한 데이터 프레임에 포함된 상기 복수개의 데이터 서브프레임들 각각은,
    동일한 시퀀스 넘버(sequence number)와 동일한 페이로드(payload)를 포함하고, 서로 다른 LED ID(identifier)를 포함하고 상기 LED 어레이에 포함된 서로 다른 상기 복수개의 LED를 통해 전송되고, 상기 LED ID는 상기 데이터 서브 프레임을 전송하는 LED를 지시하는 송신 노드의 동작 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 프레임을 상기 수신 노드에 전송한 이후,
    상기 수신 노드로부터 오버 샘플링이 발생 하였다는 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 데이터 프레임에 포함된 상기 데이터 서브프레임들의 개수를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 송신 노드의 동작 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 응답 메시지는 상기 수신 노드에 포함된 카메라의 촬영 주기 값에 대한 정보를 더 포함하며,
    상기 데이터 서브프레임들의 개수는,
    상기 촬영 주기 값을 상기 데이터 서브프레임들의 전송 주기로 나눈 값 이상의 값으로 설정되는, 송신 노드의 동작 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 수신 노드로부터 상기 수신 노드에 포함된 카메라에 의해 촬영된 이미지들의 비트당 픽셀 수에 대한 정보를 포함하는 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 LED 어레이의 크기 및 상기 비트당 픽셀 수를 기초로, 상기 데이터 서브프레임의 크기를 설정하는 단계를 더 포함하는, 송신 노드의 동작 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 데이터 서브프레임의 크기는,
    상기 LED 어레이의 크기의 값을 상기 응답 메시지에서 지시하는 상기 픽셀 수로 나눈 값 이하의 값으로 설정되는, 송신 노드의 동작 방법.
  7. OCC(optical camera communication) 네트워크의 수신 노드의 동작 방법으로서,
    송신 노드의 LED 어레이의 점멸 상태를 카메라로 촬영하여, 상기 LED 어레이의 점멸 상태의 이미지를 획득하는 단계;
    상기 LED 어레이의 점멸 상태의 이미지들로부터, MIMO(multi input multi output) 방식으로 전송된 복수개의 데이터 프레임(data subframe)들을 획득하는 단계;
    상기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도를 비교하는 단계;
    상기 카메라의 프레임의 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도의 비교 결과를 기초로 상기 복수개의 데이터 프레임들 각각으로부터 페이로드들을 획득하는 단계 및
    상기 복수개의 데이터 프레임들 각각으로부터 페이로드들을 결합하여 데이터를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 복수개의 데이터 프레임들 각각은,
    동일한 시퀀스 넘버(sequence number)와 동일한 페이로드(payload)를 포함하고, 서로 다른 LED ID(identifier)를 포함하는 복수개의 데이터 서브프레임(data sub frame)들을 포함하고,
    상기 복수개의 데이터 서브프레임들 각각은 상기 LED 어레이에 포함된 서로 다른 상기 복수개의 LED를 통해 전송되고, 상기 LED ID는 상기 데이터 서브 프레임을 전송하는 LED를 지시하는, 수신 노드의 동작 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도의 비교 결과, 오버 샘플링 발생을 감지한 경우,
    제1 시퀀스 넘버 및 제1 LED ID를 갖는 데이터 서브프레임들로부터 제1 페이로드를 획득하는 단계;
    제1 시퀀스 넘버 및 제2 LED ID를 갖는 데이터 서브프레임들로부터 제2 페이로드를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 페이로드 및 상기 제2 페이로드를 기초로 상기 제1 시퀀스 넘버에 대응되는 페이로드를 획득하는 단계를 더 포함하는, 수신 노드의 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도의 비교 결과, 오버 샘플링 발생을 감지한 경우,
    상기 오버 샘플링 발생을 지시하는 응답 메시지를 송신하는 단계; 및
    설정이 변경된 데이터 서브프레임들을 포함하는 데이터 프레임을 수신하는 단계를 더 포함하는, 수신 노드의 동작 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    설정이 변경된 데이터 서브프레임들의 개수는,
    상기 카메라의 촬영 주기 값을 상기 데이터 서브프레임들의 전송 주기로 나눈 값 이상의 값으로 설정되는, 수신 노드의 동작 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    설정이 변경된 데이터 서브프레임들의 크기는,
    상기 LED 어레이의 크기의 값을 상기 응답 메시지에서 지시하는 픽셀 수로 나눈 값 이하의 값으로 설정되는, 수신 노드의 동작 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 카메라의 프레임 속도와 상기 LED 어레이의 점멸 속도의 비교 결과, 언더 샘플링 발생을 감지한 경우,
    상기 데이터 서브프레임들의 상기 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 프레임을 검출하는 단계;
    상기 누락된 데이터 프레임의 재전송을 요청하는 정보를 포함하는 재전송 요청 메시지를 상기 송신 노드로 전송하는 단계; 및
    상기 송신 노드로부터 상기 누락된 데이터 프레임을 재수신하는 단계를 더 포함하는, 수신 노드의 동작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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