KR102336163B1 - 장거리 통신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광신호 송신기와 통신하는 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법으로서, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계; 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계; 및 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 패킷은, 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함하는, 장거리 통신 방법을 개시한다.

Description

장거리 통신 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR LONG RANGE COMMUNICATION}
본 발명은 장거리 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광신호 송신기와 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 주파수 기술에 기반한 무선 통신은 모바일 시스템, 의료 시스템, 텔레비전, 라디오 방송 및 위성 통신과 같은 많은 분야에 사용된다. 다만, 무선 통신의 문제점 중 하나는 고주파가 허용 임계값을 초과하면 인체에 해를 입힌다는 점이다. 따라서, 가시광 통신, 광 충실도(Light Fidelity), 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication; OCC)를 활용하여 데이터 전송에 있어서, 무선 주파수 대역 대신 가시광을 사용하는 기술에 대해 연구가 진행되고 있다. 특히, 가시광 통신 기술은 IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다.
다만, IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 가시광 통신을 위해서는 별도의 통신 장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광 검출기가 아닌 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신의 국제 표준화가 이루어지고 있다.
한편, 이미지 처리 알고리즘을 기반으로 하는 응용 프로그램들은 광학 카메라 통신 시스템을 적용할 수 있다. 또한, 연구자들은 인텐시티 모듈레이션 다이렉트 디텍션(Intensity Modualtion Direct Detection; IMDD)에 기반한 모듈레이션을 사용할 경우 온-오프 키잉과 비슷한 광신호 재료를 찾기 어려운 문제가 있어 롤링 셔터 효과 및 직교 주파수 분할(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 파형에 기반하여 높은 통신 속도를 갖는 롤링-OFDM 모듈레이션을 연구했다.
그 결과, 스크린 방법을 사용하는 2차원의 직교 주파수 분할에 기반한 광학 카메라 통신 시스템을 통해 높은 통신 속도를 제시하였으나 송신기의 크기가 크고, 송신기를 제작하는 비용이 비싸고 짧은 통신 거리에서만 가능한 문제가 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 통신 방법은, 광신호 송신기와 통신하는 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법으로서, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계; 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계; 및 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 패킷은, 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광신호 송신기로부터 수신된 데이터 패킷은, 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩될 수 있다.
또한, 상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계는, 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하는 단계; 및 상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하는 단계; 및 상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계는, 매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 매치드 필터는, 신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광신호 수신기는, 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실현되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실현되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령은, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령; 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령; 및 상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령을 포함하고, 상기 데이터 패킷은, 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광신호 송신기로부터 수신된 데이터 패킷은, 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩될 수 있다.
한편, 상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령은, 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및 상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및 상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령은, 매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
한편, 상기 매치드 필터는, 신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO)을 이용하여 카메라 온-오프 키잉(Camera On-Off Keying; COOK) 방식 업그레이드를 수행하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연속된 이미지를 통해 누락된 데이터 패킷을 검출하는 장점을 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매치드 필터를 통해 신호 대비 잡음을 최대화하여 장거리 통신이 가능한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 통신 방법의 동작 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 송신기 및 광신호 수신기의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 송신기 및 광신호 수신기의 예시도이다.
도 4는 매치드 필터의 설명도이다.
도 5는 데이터 패킷의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버 샘플링 또는 언더 샘플링을 판단하는 방법의 동작 순서도이다.
도 7 는 오버 샘플링의 설명도이다.
도 8는 언더 샘플링의 설명도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 수신기의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 통신 방법의 동작 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 통신 방법은, 광신호 송신기와 통신하는 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법으로서, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 패킷은, 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광신호 송신기로부터 수신된 데이터 패킷은, 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩될 수 있다.
또한, 상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계는, 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 장거리 통신 방법은 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하는 단계; 및 상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하는 단계; 및 상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 장거리 통신 방법은 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계는, 매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 매치드 필터는, 신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 송신기 및 광신호 수신기의 설명도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 송신기 및 광신호 수신기의 예시도이다.
종래 광 검출기(Photo Detector; PD) 시스템에는 다중 입출력 기술을 적용할 수 없으나 광학 카메라 통신 시스템에는 다중 입출력 시스템에는 다중 입출력 기술을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 광학 카메라 통신(Optical Camera Communiation; OCC) 시스템에 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output; MIMO) 기술을 적용함으로써 복수의 광신호와 동시 연결로 인해 광학 카메라 통신 시스템에서 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기존에는 단일 광신호와 카메라 온-오프 키잉(Camera On-Off Keying; COOK)을 사용하면서 제로-크로싱 필터를 통해 이미지의 온-오프 값을 확인하였으나, 본 발명에서는 복수의 광신호와 카메라 온-오프 키잉을 사용하였고, 기존 제로-크로싱 필터가 아닌 매치드 필터(Matched Filter)를 활용하여 이미지의 온-오프 값을 확인할 수 있다. 본 발명에서 매치드 필터를 활용하는 구성에 대한 내용은 후술한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 광신호 송신기(미도시)는 데이터 패킷을 송신하면서 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)에 기반한 라인 코딩을 적용하여 데이터 패킷을 인코딩할 수 있다. 또한, 본 발명의 광신호 송신기는 데이터 패킷의 시퀀스 넘버를 입력할 수 있고, 온-오프 키잉을 통해 복수의 광원을 점멸시킬 수 있다.
한편, 라인 코딩은 비트의 시퀀스를 디지털 신호로 변환하는 디지털 데이터를 다시 디지털 신호로 변환하는 과정을 의미할 수 있다. 광신호 송신기에서 디지틸 데이터는 디지털 신호로 인코딩될 수 있다. 광신호 수신기는 디지털 신호를 디코딩함으로써 디지털 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 디지틸 데이터는 디지털 패킷을 포함할 수 있다.
런 렝스 제한에 기반한 라인 코딩은 통신 채널의 대역폭이 제한될 경우 사용될 수 있다. 런 렝스 제한 라인 코딩의 경우 m, n, d 및 k의 매개 변수가 포함될 수 있고, 라인 코딩의 속도는 매개변수 m과 n을 통해 산출될 수 있고, 매개변수 d와 k는 연속된 코드 사이의 0의 개수를 최소 또는 최대가 되도록 할 수 있다. 이 때, IEEE 802.15.7-2018 표준을 참조하면, 광학 카메라 통신 시스템에 런 렝스 제한에 기반한 라인 코딩을 적용하기 위해서 맨체스터 코드 4B6B 및 8B610이 활용될 수 있다.
한편, 광신호 수신기는 광신호 송신기로부터 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득할 수 있다. 이 때, 관심 영역 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지할 수 있다.
관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘은 객체에 기반한 관심 영역 알고리즘 또는 특징에 기반한 관심 영역 알고리즘으로 분류될 수 있다. 특징에 기반한 관심 영역 알고리즘은 광학적 특징의 유사성에 따라 이미지 내에서 가능한 모든 픽셀을 수집하고, 픽셀을 분석함으로써 관심 영역을 검출할 수 있다. 다만, 특징에 기반한 관심 영역 알고리즘은 이미지의 모든 픽셀을 대상으로 하므로 전체 대상을 식별하기에 불충분한 문제가 있다. 반면에, 객체에 기반한 관심 영역 알고리즘은 이미지의 구조 및 객체의 형상에 대한 정보를 활용하므로 객체에 기반한 관심 영역 알고리즘 보다 관심 영역을 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 관심 영역 알고리즘을 통해 복수의 이미지에서 광신호(객체)를 감지함으로써 광신호 송신기의 위치를 알 수 있다. 또한, 객체에 기반한 관심 영역 알고리즘은 매치드 필터(matched filter)를 활용할 수 있다. 본 발명에서 매치드 필터를 활용하는 구성은 후술한다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 광학 카메라 통신에서 비트 에러 비율(Bit Error Rate; BER)과 통신 거리를 위해 카메라의 노출 시간(exposure time)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 카메라의 노출 시간을 50 내지 500 마이크로세컨드(㎲)로 조절하고, 신호 대비 잡음을 측정하기 위해 광신호 송신기와 광신호 수신기의 거리를 5 내지 20 미터(m)로 배치할 수 있다. 여기서, 광신호 송신기는 복수의 LED를 포함할 수 있고, 광신호 수신기는 롤링 셔터 카메라를 포함할 수 있다.
도 4은 매치드 필터의 설명도이다.
매치드 필터는 템플릿(template) 신호와 실제 신호를 비교하여 템플릿 신호를 실제 신호로 결정하는 필터 기술로서, 가산 임의 잡음(additive random noise)을 나타내는 신호 대비 잡음(SNR)읠 최적화할 수 있다. 즉, 매치드 필터는 신호 대비 잡음을 최대화할 수 있다. 본 발명의 매치드 필터는 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하고, 데이터 패킷을 디코딩하는데 활용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 매치드 필터를 활용하여 광신호를 수신할 경우 기존 제로 크로싱 필터를 사용할 때보다 비트 에러 비율(BER)이 더 낮은 것을 알 수 있다.
도 5는 데이터 패킷의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 데이터 패킷은 복수의 데이터 서브-패킷(sub-packet)을 포함할 수 있다. 여기서, 데이터 서브-패킷은 프레임 속도 변화의 호환성을 지원하기 위해 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifier; ID) 및 페이로드(payload)로 구성될 수 있다. 이 때, 데이터 패킷을 구성하는 데이터 서브-패킷은 동일한 페이로드를 포함할 수 있고, 데이터 서브-패킷의 시리얼 넘버(serial number)는 시퀀스 넘버(Sequence Number; SN)로서 표현될 수 있다. 여기서, 시퀀스 넘버(SN)는 송신되는 데이터 패킷의 순서에 대한 정보 및 페이로드를 식별하게끔 할 수 있다.
또한, 프레임 속도는 광신호 송신기로부터 송신되는 광신호를 광신호 수신기에서 이미지로 촬영하는 속도를 의미할 수 있다. 이 때, 프레임 속도가 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2 배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단될 수 있고, 프레임 속도가 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단될 수 있다. 한편, 광신호 송신기에서 송신하는 광신호는 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩된 데이터 패킷을 포함할 수 있다.
한편, 광신호 수신기는 페이로드를 식별하는 것을 통해 새로운 페이로드의 수신 상태를 식별하여 오버 샘플링을 판단하고, 손실된 페이로드를 검출하여 언더 샘플링을 판단할 수 있다. 기존에는 시퀀스 넘버(SN)의 길이를 1비트를 사용하여 오버 샘플링을 판단하고, 2 비트를 사용하여 언더 샘플링을 판단하였으나, 이 경우 광신호 수신기가 데이터 패킷을 디코딩하는 과정에서 검출할 수 있는 누락된 페이로드가 제한적일 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 시퀀스 넘버(SN)의 길이를 n 비트로 하여 통신 환경에 따라 변경할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 시퀀스 넘버(SN)의 길이를 4비트로 하여 다중입출력(MIMO) 카메라 온-오프 키잉(COOK)에 활용할 수 있다.
또한, 광신호 아이디(LED ID)는 다중입출력 카메라 온-오프 키잉(MIMO-COOK)에서 복수의 광신호를 식별하는 식별자(Identifier; ID)를 의미할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버 샘플링 또는 언더 샘플링을 판단하는 방법의 동작 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장거리 통신 방법은, 광신호 송신기와 통신하는 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법으로서, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계(S110)를 포함할 수 있고, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계(S120)를 포함할 수 있고, 상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계(S120)는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계(S121)를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계(S121)는, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인가 판단하는 단계(S122)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상으로 판단되지 않은 경우, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인가 판단하는 단계(S123)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2 배 이상으로 판단된 경우, 오버 샘플링으로 판단하고(S124), 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합할 수 있다(S125).
한편, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만으로 판단된 경우, 언더 샘플링으로 판단하고(S126), 데이터 패킷의 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출할 수 있다(S127).
도 6을 참조하면, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계(S121)에서 오버 샘플링을 판단하는 단계로서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2 배인지 먼저 판단하고(S122), 언더 샘플링을 판단하는 단계로서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인지 나중에 판단하는 것으로 도시되어 있지만(S123) 이에 한정되지 않고, 언더 샘플링을 판단하는 단계가 먼저 수행되고 오버 샘플링을 판단하는 단계가 나중에 수행될 수 있다.
도 7 는 오버 샘플링의 설명도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 오버 샘플링은 광신호 수신기에서 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하여, 광신호 수신기에서 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2 배 이상인 경우 발생할 수 있다. 즉, 광신호 수신기의 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도가 광신호 송신기에서 광신호의 데이터 패킷을 송신하는 속도보다 2배 이상 빠를 경우 데이터 패킷이 여러 번 샘플링되어 오버 샘플링이 발생할 수 있다. 한편, 프레임 속도는 변화될 수 있으므로 데이터 패킷을 전송하기 위해서 반복 코드를 사용하면서 오버 샘플링이 발생할 수 있다.
이 때, 데이터 패킷이 두번 이상 샘플링될 경우 광신호 수신기에서 데이터 패킷을 병합 오류가 발생할 수 있다. 데이터 패킷 병합 오류를 해결하기 위해 데이터 서브 패킷의 시퀀스 넘버(SN)를 활용하여 프레임 속도의 변화를 줄일 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, 서로 다른 데이터 패킷의 데이터 서브-패킷에서 동일한 시퀀스 넘버(SN)가 인식되면 광신호 수신기에서 중복된 데이터 패킷을 제거(병합)할 수 있다. 따라서. 광신호 수신기는 서로 다른 데이터 패킷의 데이터 서브-패킷에서 연속된 시퀀스 넘버(SN)를 가질 수 있도록 중복된 데이터 패킷을 병합할 수 있다.
도 8는 언더 샘플링의 설명도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 언더 샘플링은 수신기에서 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하여, 광신호 수신기에서 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 발생할 수 있다. 즉, 광신호의 수신기의 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도가 광신호 송신기에서 광신호 데이터의 패킷을 송신하는 속도보다 느린 경우 발생할 수 있다.
언더 샘플링의 경우 오버 샘플링과 달리 데이터 패킷이 누락되어 페이로드가 손실될 수 있다. 도 8을 참조하면, 데이터 패킷의 시퀀스 넘버(SN)의 길이가 길면 광신호 수신기는 누락된 데이터 패킷을 쉽게 검출할 수 있다. 즉, 하나의 데이터 패킷이 누락되어 페이로드가 손실될 경우 광신호 수신기는 수신한 두개의 인접한 데이터 패킷을 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출할 수 있다.
예를 들어, 광신호 수신기는 데이터 패킷을 구성하는 데이터 서브-패킷의 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출할 수 있다.
한편, 데이터 서브-패킷의 시퀀스 넘버의 길이에 따라 시퀀스 넘버의 상태(state)가 달라질 수 있다. 예르 들어, 시퀀스 넘버의 길이가 2비트인 경우, 전송된 데이터 패킷으로부터 4개의 누락된 페이로드를 검출할 수 있다. 한편, 데이터 서브-패킷의 길이를 4비트로 할 경우 16개의 누락된 페이로드를 검출할 수 있다.
또한, 연속된 두 개의 데이터 서브-패킷의 시퀀스 넘버가 n-1과 n+1로 연속적이지 않은 경우, 광신호 수신기는 데이터 패킷이 누락되었다고 판단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 수신기의 블록 구성도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 수신기(900)는 프로세서(910) 및 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령 및 명령 수행의 결과를 저장하는 메모리(920) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(930)를 포함할 수 있다.
광신호 수신기(900)는 또한, 입력 인터페이스 장치(940), 출력 인터페이스 장치(950), 저장 장치(960) 등을 더 포함할 수 있다. 광신호 수신기(900)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(Bus)(970)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(910)는 메모리(920) 및 저장 장치(960) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(910)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(920) 및 저장 장치(960) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(920)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
저장 장치(960)는 광신호 송신기로부터 송신된 데이터 패킷 및 데이터 서브-패킷을 저장할 수 있고, 디코딩된 데이터 패킷에 대한 정보를 저장할 수 있고, 복수의 광신호를 촬영한 복수의 이미지를 저장할 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 명령은, 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령; 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령; 및 상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령을 포함하고, 상기 데이터 패킷은, 프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광신호 송신기로부터 수신된 데이터 패킷은, 런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩될 수 있다.
한편, 상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령은, 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및 상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은, 상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및 상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령은, 매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
한편, 상기 매치드 필터는, 신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매치드 필터, 관심 영역 알고리즘 및 복수의 광신호를 활용함으로써 데이터 통신 속도, 광신호 송신기 및 광신호 수신기 간 통신 거리 및 비트 오류율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 서브-패킷의 시퀀스 넘버를 통해 광신호 수신기의 카메라 프레임 속도와 광신호 송신기에서 데이터 패킷을 송신하는 속도를 비교하여 오버 샘플링 또는 언더 샘플링을 판단함으로써 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 정보가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 본 발명의 바람직한 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 (16)

  1. 광신호 송신기와 통신하는 광신호 수신기에 의해 수행되는 장거리 통신 방법으로서,
    각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계;
    상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계; 및
    상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 패킷은,
    프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함하는, 장거리 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광신호 송신기로부터 수신된 데이터 패킷은,
    런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩된, 장거리 통신 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하는 단계는,
    촬영된 상기 복수의 이미지에서 광학적 특징 또는 객체의 형상에 기반하여 광신호의 영역을 감지하도록 구성된 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하는 단계를 포함하는, 장거리 통신 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하는 단계는,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계를 포함하는, 장거리 통신 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하는 단계; 및
    상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하는 단계를 포함하는, 장거리 통신 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하는 단계는,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하는 단계; 및
    상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하는 단계를 포함하는, 장거리 통신 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 데이터 패킷을 디코딩하는 단계는,
    매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하는 단계를 포함하는, 장거리 통신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 매치드 필터는,
    신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화하는, 장거리 통신 방법.
  9. 프로세서; 및
    상기 프로세서를 통해 실현되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    광신호 송신기로부터 송신되는 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령;
    상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령; 및
    상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령을 포함하고,
    상기 데이터 패킷은,
    프리앰블(preamble), 시퀀스 넘버(sequence number), 광신호의 아이디(Identifer; ID) 및 페이로드(payload)로 구성된 데이터 서브-패킷을 포함하는, 광신호 수신기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 광신호 송신기로부터 수신된 상기 데이터 패킷은,
    런 렝스 제한(Run Length Limited; RLL)이 적용되어 인코딩된, 광신호 수신기.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 각각 데이터 패킷을 포함하는 복수의 광신호를 복수의 이미지로 촬영하여 획득하도록 하는 명령은,
    촬영된 상기 복수의 이미지에서 광학적 특징 또는 객체의 형상에 기반하여 광신호의 영역을 감지하도록 구성된 관심 영역(Region of Interest; RoI) 알고리즘을 통해 복수의 광신호의 점멸 상태를 감지하도록 하는 명령을 포함하는, 광신호 수신기.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 분석하여 데이터 패킷을 획득하도록 하는 명령은,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령을 포함하는, 광신호 수신기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도의 2배 이상인 경우 오버 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및
    상기 오버 샘플링으로 판단된 경우 동일한 시퀀스 넘버를 갖는 데이터 패킷을 병합하도록 하는 명령을 포함하는, 광신호 수신기.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도와 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도를 비교하도록 하는 명령은,
    상기 복수의 이미지를 촬영하는 속도가 상기 광신호 송신기에서 송신하는 광신호의 속도 미만인 경우 언더 샘플링으로 판단하도록 하는 명령; 및
    상기 언더 샘플링으로 판단된 경우 시퀀스 넘버를 비교하여 누락된 데이터 패킷을 검출하도록 하는 명령을 포함하는, 광신호 수신기.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 데이터 패킷을 디코딩하도록 하는 명령은,
    매치드 필터(matched filter)를 사용하여 수신된 데이터 패킷의 프리앰블(preamble)을 감지하도록 하는 명령을 포함하는, 광신호 수신기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 매치드 필터는,
    신호 대비 잡음(Signal Noise Ratio; SNR)을 최대화하는, 광신호 수신기.
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