KR102324908B1 - 움직임을 반영하여 m-fsk 변조 신호를 복조하는 occ 신호 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 일 실시 예는 롤링 카메라를 포함하는 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 복조 방법으로서, 동작 센서에 기반하여 신호 수신 장치의 이동을 판단하는 단계, 롤링 카메라가 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 단계, 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하는 단계, 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산하고 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 수신 신호에 포함된 FSK 변조 신호를 검출하는 단계 및 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

움직임을 반영하여 M-FSK 변조 신호를 복조하는 OCC 신호 수신 장치 및 방법{OCC APPARATUS AND METHOD FOR DEMODULATING M-FSK MODULATED SIGNAL BASED ON DEVICE'S MOVEMENTS}
본 개시는 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying)에 기반하여 변조된 신호를 수신하는 신호 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호 수신 장치의 움직임에 기반하여 수신된 신호를 복조하는 기술에 관한 것이다.
이하에서 기술되는 내용은 본 발명의 실시 예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용들이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가한 무선 통신 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있다.
또한, 일반 스마트 폰 등의 사용자 디바이스에 장착된 카메라를 이용하여 수신한 가시광 통신 신호를 복조하는 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication: OCC) 기술도 개발되고 있다.
사용자 디바이스에 장착된 카메라는 글로벌 셔터(Global shutter) 방식으로 대상을 촬영하는 것이 아니라, 롤링 셔터(Rolling shutter) 방식으로 대상을 촬영하는 것이 일반적이다.
하지만, OCC 신호 수신 장치가 이동하는 동안 롤링 셔터에 기반한 카메라로 촬영된 M-FSK 변조 신호를 종래의 제로 크로싱(zero-crossing) 방법에 기반하여 복조하는 경우, 촬영된 신호는 도 6 (b)의 수신 신호와 같이 페이딩(fading)된 신호이므로 이로부터 복조된 신호는 오류를 가질 가능성이 크다.
특히, 쇼핑몰 등의 건물 실내에서 천정의 조명으로 사용자 디바이스와 OCC 통신을 수행하는 경우, 실내에서 걷는(이동하는) 사용자의 수신 장치는 수신한 M-FSK 변조 신호를 제로 크로싱 방법으로 복조하는 경우 복조된 신호가 오류를 가질 가능성이 크다.
선행기술 1은 롤링 셔터(Rolling-shutter) 방식의 카메라에 기반하여 카메라 기반 M-FSK 방식에 의해 통신하는 기술을 개시하고 있으나, 신호 수신 장치의 이동을 반영하는 복조 방식을 개시하지 않는다.
선행기술 2는 FSK 변조 신호를 수신하는 RF 기반의 수신 장치로서 OCC 신호 수신 장치의 롤링 셔터로 인한 페이딩 효과가 발생하지 않으므로, 제로 크로싱 방법에 기반하여 수신된 신호의 주파수를 추출하는 것만 개시하고 있다.
선행기술 1: 한국 등록특허공보 제10-1651584호(2016.09.05. 공고) 선행기술 2: 한국 등록특허공보 제10-1648516호(2016.08.09. 공고)
본 개시의 일 실시 예는 광학 카메라 통신에 있어서 신호 수신 장치의 이동으로 인해 M-FSK 변조된 수신 신호의 페이딩을 고려하여 복조 가능한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시 예는 광학 카메라 통신에 있어서 신호 수신 장치의 이동에 따라 M-FSK 변조된 수신 신호의 복조 방법을 서로 다르게 적용하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시 예는 롤링 카메라를 포함하는 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 복조 방법으로서, 동작 센서에 기반하여 신호 수신 장치의 이동을 판단하는 단계, 롤링 카메라가 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 단계, 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하는 단계, 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산하고 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 수신 신호에 포함된 FSK 변조 신호를 검출하는 단계 및 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치는 신호 수신 장치의 움직임에 따라 다른 출력 신호를 출력하는 동작 센서, 광 신호를 수신하는 롤링 셔터(rolling-shutter) 방식으로 영상을 생성하는 카메라, 적어도 하나의 프로세서 및 프로세서와 전기적으로 연결되고, 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때 프로세서가 동작 센서에 기반하여 신호 수신 장치의 이동을 판단하고, 카메라로 하여금 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하도록 제어하고, 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하고, 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산한 결과에 기초하여 수신 신호에 포함된 FSK 변조 신호를 검출하고, FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 신호 수신 장치 및 방법은 M-FSK 변조된 수신 신호의 페이딩을 고려하여 복조를 수행함으로써, 수신 신호를 오류 없이 복조 가능하다.
본 개시의 실시 예에 따른 신호 수신 장치 및 방법은 신호 수신 장치의 움직임을 고려하여 복조를 수행함으로써, 수신 신호를 오류 없이 복조 가능하고 연산량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치 및 신호 수신 장치의 통신을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치가 FSK 변조에 사용하는 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전송 신호의 패킷 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치가 수신한 신호의 형태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 정합 필터들을 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수신 신호와 정합 필터의 컨볼루션 연산 결과를 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따라 신호 수신 장치가 수신한 신호로부터 패킷을 복원하는 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 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.
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.
도 1을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치 및 신호 수신 장치 사이의 통신을 설명한다.
도 1을 참조하면, 신호 송신 장치(100)는 입력된 데이터를 M-FSK 에 기반하여 변조하고 이를 제어기(120)에서 변조된 신호에 따라 LED 광원(130)을 제어하여 전송 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 실시 예에 있어서, 전송 신호는 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 기술에 기반하여 M-FSK 방식으로 변조된 펄스파 신호이다.
일 실시 예에서, 종래의 FSK 방식으로 생성된 또는 OOK(On-Off Keying) 방식을 위한 펄스파 신호는 로우(low) 신호의 진폭(amplitude)이 0인데 반하여, 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 파형은 높은 진폭 값을 갖는 하이 듀티(high duty) 및 낮은 진폭 값을 갖는 로우 듀티로 구성된 펄스파 신호일 수 있다.
일 실시 예에서, 신호 송신 장치(100)는 서로 다른 두 개의 데이터를 각각 M-FSK 및 다른 변조 방법에 기반하여 변조하고(데이터를 이진 데이터로 변환하고, 이를 라인 코딩한 신호를 변조할 수 있다) 이를 제어기(120)에서 하나의 파형으로 합성하여 전송 신호를 생성한 후, 생성된 전송 신호를 LED 광원(130)을 포함하는 동일한 통신 채널로 전송하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 다른 변조 방법으로 변조된 신호는 M-FSK 방식으로 변조된 펄스파 신호의 하이 듀티 또는 하이 듀티/로우 듀티 모두에 합성될 수 있다.
신호 수신 장치(200)는 신호 송신 장치(100)가 전송한 전송 신호를 롤링 셔터(rolling-shutter) 카메라(210)로 수신하고, 카메라의 이미지 센서의 각 열 또는 행에서 생성한 신호들을 롤링 셔터에 기반하여 디코딩한 후 FSK 디코더(220)에서 복조하여 원래의 데이터를 추출할 수 있다.
일 실시 예에서, 서로 다른 두 개의 데이터가 각각 M-FSK 및 다른 변조 방법에 기반하여 변조된 후 합성된 전송 신호를 수신한 경우, 신호 수신 장치(200)는 전송 신호를 수신한 후 이를 각각 두 신호로 분리한 후 서로 다른 방식으로 복조함으로써 원래의 서로 다른 데이터들을 추출할 수 있다.
일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)는 신호 수신 장치의 움직임을 센싱 가능한 센서(230)를 포함할 수 있고, 센서(230)의 출력에 기반하여 신호 수신 장치(200)의 움직임을 판단한 결과에 따라, M-FSK 변조된 신호의 복조 방법을 다르게 적용할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치(100)의 구성을 설명한다.
신호 송신 장치(100) FSK 인코더(110), 롤링 OFDM 인코더(120), 합성기(130) 및 LED 광원을 포함하는 통신 채널(140)을 포함할 수 있고, 클럭(clock) 신호를 발생시키는 클럭 제너레이터를 포함할 수 있다.
FSK 인코더(110)는 획득한 제1 정보를 M-ary FSK에 기반하여 펄스파로 변조할 수 있고, 펄스파는 하이 듀티 및 로우 듀티로 구성되고 하이 듀티 및 로우 듀티 모드 모두 양의 진폭 값을 가질 수 있다.
FSK 인코더(110)는 FEC(Forward Error Correction) 인코더, Ab 비트(asynchronous bits) 삽입부 및 입력된 데이터의 정보 비트를 미리 설정된 M-FSK 주파수 테이블을 이용하여 각 정보 비트에 대응하는 주파수를 할당하는 비트 주파수 맵핑부(bits-frequency mapping)를 포함할 수 있다. 미리 설정된 M-FSK 주파수 테이블에는 각 정보 비트 값에 따라 대응되는 복수의 주파수가 설정되어 있다.
도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 M-FSK 인코더(110)의 주파수 맵핑을 설명한다. 도 3은 M-FSK 인코더(110)가 할당하는 주파수들 중 일 부분을 도시한다.
M-FSK 인코더(110)는 미리 설정된 M-FSK 코딩 테이블을 이용하여 패킷을 구성하는 Ab 비트 및 페이로드(payload)의 비트 값에 따라 주파수를 할당할 수 있다.
예를 들어, M-FSK 인코더(110)는 패킷의 시작 프레임(SF)인 경우 f0의 주파수를 할당하고, Ab 비트 및 페이로드의 비트 값이 특정 값인 경우 f1, 다른 특정 값 경우 f2를 할당할 수 있다.
M-FSK 인코더(110)는 입력된 데이터에 포함된 각 정보 비트에 특정 주파수를 갖는 펄스파를 할당할 때, 각 펄스파의 주파수는 펄스파에 포함될 OFDM 신호의 OFDM 심볼(symbol) 개수에 기반하도록 설정할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 M-FSK 인코더(110)에 입력되는 패킷들의 구조를 설명한다. 다른 실시 예에서, M-FSK 인코더(110)는 입력된 데이터를 도 4와 같은 패킷으로 변환한 후 패킷을 M-FSK 방식에 기반하여 변조할 수 있다.
입력 데이터를 변환한 패킷들은 복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)을 포함할 수 있다.
복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)은 각각 복수의 데이터 서브 패킷들(예를 들어, 데이터 패킷(i)는 데이터 서브 패킷들(i1, i2, i3)을 포함하고, 각 데이터 서브 패킷은 입력 데이터의 부분에 대응하는 정보 비트들로 구성된 페이로드(payload)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 수신 측 카메라의 가변적인 프레임 레이트(frame rate)로 인한 패킷 누락을 방지하기 위해, 하나의 데이터 패킷에 포함된 복수의 데이터 서브 패킷들은 동일한 정보 비트들로 구성된 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.
신호 수신 장치(200)의 롤링(rolling) 카메라는 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 이미지 프레임을 생성한다. 이 때, 카메라의 프레임 레이트는 디바이스의 설정 등에 따라 가변적이거나 또는 데이터 패킷 전송률에 비해 낮을 수 있다. 따라서, 신호 송신 장치는 롤링 카메라의 프레임 레이트 한계로 인한 패킷 수신의 누락을 방지하기 위해 동일한 페이로드를 포함하는 데이터 서브 패킷을 중복으로 포함하도록 데이터 패킷을 구성할 수 있다. 즉, 도 4의 데이터 서브 패킷들(i1, i2, i3)는 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)에서 패킷 누락을 감지하거나 중복된 패킷의 구분을 위해서 신호 수신 장치(100)는 각각의 데이터 패킷 또는 데이터 서브 패킷에 시퀀스 넘버(Sequence Number)를 부여할 수 있으며, 시퀀스 넘버는 연속한 데이터 패킷에 대해 연속한 번호로 할당될 수 있다.
일 실시 예에서, 각각의 데이터 서브 패킷(i1, i2, i3)은 해당 데이터 패킷(i)의 시퀀스 넘버 및 해당 데이터 패킷(i)에 할당된 정보 비트들인 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 시퀀스 넘버는 패킷의 전단에 삽입되거나, 다른 실시 예에서 패킷의 전단 및 후단 양쪽에 삽입될 수 있다. 도 4는 패킷의 전단 및 후단 양쪽에 시퀀스 넘버가 삽입되는 실시 예를 도시한다. 시퀀스 넘버가 패킷의 전단 및 후단 양쪽에 삽입되는 경우, 신호 수신 장치(200)는 도 10과 같이 촬영한 이미지 프레임 한 장에서 프리앰블 한 개를 발견하는 경우 프리앰블 전 후의 시퀀스 넘버를 고려하여 포워드 디코딩(forward decoding) 및 백워드 디코딩(backward decoding)으로 패킷을 구성할 수 있다.
일 실시 예에서, 변조된 패킷 또는 데이터 서브 패킷은 패킷의 사이즈 등의 메타 정보를 포함하는 프리앰블(preamble)인 헤더부를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 프리앰블은 패킷의 시작(Start Frame: SF)을 알리는 비트 코드로서 신호 전송 장치 및 신호 수신 장치에 미리 알려진 비트 코드일 수 있다.
도 5를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200)를 설명한다.
신호 수신 장치(200)는 롤링 카메라(210)의 이미지 센서에서 획득한 영상을 1차원 신호로 다운 샘플링하는 다운 샘플러, 중간 주파수 신호(IF 신호)에 기반하여 주파수의 주기를 추출하는 제로 크로싱부, 복수의 정합 필터를 이용하여 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하는 정합 필터부(matched filter), 추출된 주기에 기반하여 디코딩을 수행하는 FSK 디코더 및 Ab 비트를 제거하는 Ab 비트 제거부(Ab bits remover)를 포함하는 FSK 디코더부(220)와 동작 센서(230)를 포함할 수 있다.
동작 센서(230)는 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor) 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에서, FSK 디코더부(220)는 이미지 센서에서 생성한 영상을 스캔하여 FSK 펄스파의 하이 듀티의 진폭 값과 로우 듀티의 진폭 값을 결정할 수 있고, 그 중간 값을 하이 듀티와 로우 듀티를 판단하기 위한 기준 값으로 결정할 수 있다.
일 실시 예에서, FSK 디코더부(220)는 동작 센서(230)의 센싱 값에 기반하여 신호 수신 장치(200)의 이동 여부를 파악하여, 이동 중인 경우와 정지 중인 경우에 서로 다른 변조 방법을 적용하여 수신 신호를 복조할 수 있다.
예를 들어, 신호 수신 장치(200)가 이동하지 않는 동안 전송 신호가 수신된 것으로 판단하면, 수신 신호가 도 6 (a)와 같은 형태의 수신 신호일 것으로 가정하여 FSK 디코더부(220)는 이미지 센서에서 획득한 영상으로부터 생성된 1차원 신호의 제로 크로싱 포인트를 추출하고 추출된 제로 크로싱 포인트들 사이의 시간을 이용하여 주파수의 주기를 추출할 수 있다.
FSK 디코더부(220)는 동작 센서(230)의 센싱 값에 기반하여 신호 수신 장치(200)가 이동 중에 전송 신호가 수신된 것으로 판단하면, 수신 신호가 도 6 (b)와 같은 수신 신호로서 페이딩되어 제로 크로싱 방법으로 복조하는 경우 발생 가능한 오류를 지양하기 위하여 복수의 정합 필터에 기반하여 수신 신호의 주파수 주기를 추출할 수 있다.
도 7을 참조하면, 복수의 정합 필터는 신호 송신 장치(100)에서 M-FSK 변조에 사용한 주파수들에 대응하여 각 주파수들의 신호와 컨볼루션 연산 시 최대의 출력 값을 나타내도록 미리 설정된 복수의 필터일 수 있다.
신호 수신 장치(200)가 이동 중에 전송 신호가 수신된 것으로 판단하면, FSK 디코더부(220)는 복수의 정합 필터들 모두와 제1 신호의 컨볼루션(convolution) 연산한 결과 중 가장 높은 값의 결과를 보이는 정합 필터에 대응하는 주파수를 M-FSK 변조 신호의 주파수로 결정할 수 있다. 신호 수신 장치는 결정된 M-FSK 변조 신호의 주파수 및 미리 설정된 주파수 맵핑 테이블을 고려하여 M-FSK 변조 신호를 검출하고, M-FSK 변조 신호를 복조한 후 Ab 비트를 제거하여 데이터를 추출할 수 있다.
FSK 디코더부(220)가 M-FSK 변조 신호의 주파수에 적합한 정합 필터와 컨볼루션 연산한 경우, 연산 결과는 복수의 극대 값 및 복수의 극소 값을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 수신 신호에 복수의 서로 다른 데이터가 합성된 신호이고, M-FSK 변조 방식이 아닌 다른 변조 방식으로 변조된 데이터가 M-FSK 방식으로 변조된 펄스파의 하이 듀티 및 로우 듀티의 엔빌로프(envelope)에 합성된 경우(또는 어느 한 듀티에만 합성될 수 있다), FSK 디코더부(220)는 정합 필터와의 컨볼루션 연산 결과의 극대 값을 갖는 위치로부터 다른 변조 방식으로 변조된 신호를 분리한 후 다른 방식의 복조부가 이를 복조할 수 있다.
일 실시 예 에서, 포워드/백워드 디코더부는 FSK 디코더부(220)가 복조한 신호가 도 10과 같이 한 장의 이미지 프레임에서 하나의 프리앰블이 검출된 경우, 시퀀스 넘버를 고려하여 프리앰블의 앞 페이로드(포워드 페이로드, forward payload) 및 뒤 페이로드(backward payload)를 동일한 패킷에 속한 페이로드로 판단할 수 있다.
다른 실시 예 에서, 시퀀스 넘버를 패킷의 전단에만 삽입하는 경우 디코더부는 가장 최근의 시퀀스 넘버를 변수에 저장하고 발견되는 시퀀스 넘버를 변수와 비교하여 중복되는 패킷인지 확인할 수 있다. 또는 한 장의 한 장의 이미지 프레임에서 하나의 프리앰블 및 시퀀스 넘버가 검출된 경우 변수와 비교하여 앞 페이로드 및 뒤 페이로드를 동일한 패킷에 속한 페이로드로 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 패킷 결합부는 재 구성된 패킷의 시퀀스 넘버를 확인하여 패킷의 누락을 검출하고, 누락이 없는 경우 패킷들을 결합하여 M-FSK 복조 신호의 최종 패킷 데이터를 생성할 수 있고, FEC 디코더부는 최종 패킷 데이터를 FEC 디코딩하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다.
도 9를 참조하여 본 개시의 실시 예에 따른 신호 수신 장치의 신호 수신 방법을 설명한다.
신호 수신 장치는 동작 센서의 출력 값에 기반하여 신호 수신 장치의 이동 여부를 판단한다(S210).
신호 수신 장치는 롤링 카메라의 이미지센서의 각 로우 또는 칼럼을 순차적으로 노출시킴으로써, 롤링 카메라의 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에서 LED 광원의 점멸에 따라 LED 광원의 밝기에 대응하는 신호 값을 획득하고, 복수의 이미지 프레임들을 생성하고 복수의 이미지 프레임으로부터 다운 샘플러 등을 통하여 M-FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성한다(S220).
신호 수신 장치는 신호 수신 장치의 이동 여부에 따라 이동 중인 경우와 정지 중인 경우에 서로 다른 변조 방법을 적용하여 수신 신호를 복조할 수 있다.
신호 수신 장치(200)가 이동 중에 전송 신호가 수신된 것으로 판단하면, 신호 수신 장치는 미리 설정된 복수의 정합 필터와 수신 신호를 컨볼루션 연산한 결과에 기반하여 수신 신호의 주파수 주기를 추출할 수 있다(S230).
신호 수신 장치가 움직이지 않는 동안 전송 신호가 수신된 것으로 판단하면, 이미지 센서에서 획득한 영상으로부터 생성된 1차원 신호의 제로 크로싱 포인트를 추출하고 추출된 제로 크로싱 포인트들 사이의 시간을 이용하여 주파수의 주기를 추출할 수 있다.
신호 수신 장치는 추출된 주파수의 주기에 기반하여 M-FSK 변조 신호를 복조하여 데이터를 추출하고, 도 4와 같은 패킷 구조에 기반하여 최종 패킷을 생성할 수 있다.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 각 장치의 프로세서를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 신호 전송 장치
200: 신호 수신 장치

Claims (18)

  1. 롤링 카메라를 포함하는 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 복조 방법으로서,
    동작 센서에 기반하여 상기 신호 수신 장치의 이동을 판단하는 단계;
    상기 롤링 카메라가 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 단계;
    상기 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하는 단계;
    상기 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우, 상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산하고, 상기 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 상기 FSK 변조 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 FSK 변조 신호의 주파수를 결정하는 단계를 포함하는,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 FSK 변조 신호의 주파수를 결정하는 단계는,
    상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산한 값이 가장 높은 제1 정합 필터에 대응하는 주파수를 상기 FSK 변조 신호의 주파수로 결정하고, 상기 주파수에 기반하여 상기 FSK 변조 신호를 검출하는 단계를 포함하는,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수신 신호 및 상기 제1 정합 필터를 컨볼루션 연산한 결과에서 복수의 극대 값 및 복수의 극소 값을 결정하는 단계; 및
    서로 인접하는 상기 극대 값 및 상기 극소 값이 위치하는 지점 사이의 상기 수신 신호에 기반하여 상기 FSK 변조 신호와 다른 변조 신호를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 FSK 변조 신호 및 상기 다른 변조 신호에서 각각 추출된 데이터는 서로 다른 데이터인,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  5. 롤링 카메라를 포함하는 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 복조 방법으로서,
    동작 센서에 기반하여 상기 신호 수신 장치의 이동을 판단하는 단계;
    상기 롤링 카메라가 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 단계;
    상기 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하는 단계;
    상기 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우, 상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산하고, 상기 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 상기 FSK 변조 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 FSK 변조 신호는 하나의 서브 패킷이 동일한 페이로드를 포함하는 복수 개의 데이터 서브 패킷을 포함하는,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    동일한 페이로드를 포함하는 복수 개의 상기 데이터 서브 패킷은 동일한 시퀀스 넘버(sequence number)를 포함하는,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 시퀀스 넘버에 기반하여 복수의 패킷들로 구성된 패킷 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 시퀀스 넘버는 상기 페이로드의 앞 및 뒤에 중복하여 포함된,
    신호 수신 장치의 복조 방법.
  9. 삭제
  10. 신호 수신 장치의 움직임에 따라 다른 출력 신호를 출력하는 동작 센서;
    광 신호를 수신하는 롤링 셔터(rolling-shutter) 방식으로 영상을 생성하는 카메라;
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결되고, 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가,
    상기 동작 센서에 기반하여 상기 신호 수신 장치의 이동을 판단하고, 상기 카메라로 하여금 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하도록 제어하고, 상기 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하고, 상기 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우 상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산한 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 상기 FSK 변조 신호를 검출하고, 상기 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하고, 상기 컨볼루션 연산의 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 FSK 변조 신호의 주파수를 결정하도록 야기하는 코드를 저장하는,
    신호 수신 장치.
  11. 삭제
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산한 값이 가장 높은 제1 정합 필터에 대응하는 주파수를 상기 FSK 변조 신호의 주파수로 결정하고, 상기 주파수에 기반하여 상기 FSK 변조 신호를 검출하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    신호 수신 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 수신 신호 및 상기 제1 정합 필터를 컨볼루션 연산한 결과에서 복수의 극대 값 및 복수의 극소 값을 결정하고, 서로 인접하는 상기 극대 값 및 상기 극소 값이 위치하는 지점 사이의 상기 수신 신호에 기반하여 상기 FSK 변조 신호와 다른 변조 신호를 검출하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
    상기 FSK 변조 신호 및 상기 다른 변조 신호에서 각각 추출된 데이터는 서로 다른 데이터인,
    신호 수신 장치.
  14. 삭제
  15. 신호 수신 장치의 움직임에 따라 다른 출력 신호를 출력하는 동작 센서;
    광 신호를 수신하는 롤링 셔터(rolling-shutter) 방식으로 영상을 생성하는 카메라;
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결되고, 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가,
    상기 동작 센서에 기반하여 상기 신호 수신 장치의 이동을 판단하고, 상기 카메라로 하여금 광원을 서로 다른 시간에 복수 회 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하도록 제어하고, 상기 복수의 이미지 프레임들에 기초하여 FSK 변조 신호가 포함된 수신 신호를 생성하고, 상기 신호 수신 장치가 이동하는 중으로 판단한 경우 상기 수신 신호 및 미리 설정된 복수의 정합 필터를 컨볼루션 연산한 결과에 기초하여 상기 수신 신호에 포함된 상기 FSK 변조 신호를 검출하고, 상기 FSK 변조 신호에 기초하여 데이터를 추출하도록 야기하는 코드를 저장하고,
    상기 FSK 변조 신호는 하나의 서브 패킷이 동일한 페이로드를 포함하는 복수 개의 데이터 서브 패킷을 포함하는,
    신호 수신 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    동일한 페이로드를 포함하는 복수 개의 상기 데이터 서브 패킷은 동일한 시퀀스 넘버(sequence number)를 포함하는,
    신호 수신 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    상기 시퀀스 넘버에 기반하여 복수의 패킷들로 구성된 패킷 데이터를 생성하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    신호 수신 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 시퀀스 넘버는 상기 페이로드의 앞 및 뒤에 중복하여 포함된,
    신호 수신 장치.
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