KR102466031B1 - 색-편이 키잉을 이용한 가시광 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

색-편이 키잉을 이용한 가시광 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시광 통신 송신기(13), 가시광 통신 수신기(14), 가시광 통신 시스템(2), 및 가시광 통신 방법을 제공하며, 송신기, 수신기, 시스템 및 방법은 색-편이 키잉(color shift keying, CSK)에 적합하고, 색-편이 키잉 방법을 제공한다. 가시광 통신 송신기(13)는 서로 다른 피크 송신 파장들의 6개, 바람직하게는 7개, 보다 바람직하게는 8개 이상의 그래핀계 발광 소자들(LED-1, LED-2, ... LED-8)을 포함한다. 가시광 통신 수신기(14)는 서로 다른 피크 수신 파장들의 대응하는 수의 그래핀계 광 검출기들(PD-1, PD-2, ... PD-8)을 포함한다. 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템은 그러한 송신기 및 그러한 수신기를 포함하며, 상기 6개의 그래핀계 광 검출기들의 다른 피크 수신 파장들 각각은 상기 그래핀계 발광 장치들의 다른 피크 송신 파장들 중 각각의 하나에 대응한다. 이러한 시스템은 적어도 6개, 어쩌면 7개 또는 심지어 8개의 기본색의 색 집단으로, 바람직하게는 색-편이 키잉을 사용하는 가시광 통신의 방법을 허용한다. 이들은 단지 3개 또는 4개의 기본색의 색 집단을 사용하는 색-편이 키잉에 대해 종래의 가시광 통신 시스템과 비교하여 증가된 수의 심볼, 감소된 심볼 에러율 및 개선된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다.

Description

색-편이 키잉을 이용한 가시광 통신 시스템 및 방법
본 발명은 청구항 1에 따른 가시광 통신 송신기, 청구항 6에 따른 가시광 통신 수신기, 청구항 11에 따른 가시광 통신 시스템, 청구항 12에 따른 가시광 통신 방법, 및 청구항 15에 따른 색-편이 키잉의 방법에 관한 것이다.
다른 색들의 색 집단(colour constellation)을 사용하여 정보를 부호화함으로써 가시광을 사용하여 정보를 전달하는 것이 공지되어 있다. 이것은 색-편이 키잉(CSK: colour shift keying)이라고 한다. 선행 기술 시스템들은 3개 또는 4개의 기본색의 색 집단을 사용할 수 있다. 이러한 시스템은 개수가 3개 또는 4개일 수 있는 다른 색의 LED들을 사용하여 구체화될 수 있으며, 이 경우 상기 시스템은 각각 3-LED 또는 T-LED 시스템 및 4-LED 또는 Q-LED 시스템이라고 한다. 예를 들어, WO 2012/097885는 가시광 통신 시스템에서 색-편이 키잉 집단에 대한 코딩 스킴 및 방법을 설명한다. WO 2012/123572는 가시광 통신을 위한 시스템에서 통지하는 방법 및 장치를 설명한다. 알. 시잉, 티. 오파렐 및 제이.피.알. 데이비드에의해 Journal of Lightwave Technology, Vol. 32, no. 14, pp. 2582-2592(2014)에 게재된 "An Enhanced Colour Shift Keying Modulation Scheme for High-Speed Wireless Visible Light Communications"에는 4-LED 색-편이 키잉 집단이 설명되어 있다. 이들 다른 CSK 스킴에 따르면, 기본색들을 혼합함으로써 다른 색들이 얻어진다.
그러나 혼합된 색은 단일의 LED 만으로는 직접적으로 생성되지 않고, 대신에 적어도 2개 이상의 LED의 사용이 필요하기 때문에, 단지 3개 또는 4개의 기본색을 사용하는 것은 파워 비효율성을 초래한다. 또한, 종래의 광 검출기는 일반적으로 넓은 범위의 파장에 걸쳐 가시광을 받을 수 있다. 따라서, 종래 가시광 통신 시스템에서의 광 검출기들은 색 필터를 각각 구비하며, 이 색 필터는 LED들의 각각에 의해 방출되는 광의 피크 송신 파장들 중 하나에 대응하는 파장 대역을 한정한다.
또한, 단지 3개 또는 4개의 기본색을 사용하는 것은 혼합에 의해 얻을 수 있는 다른 색 조합의 가능한 범위를 제한하며, 따라서 CSK를 사용하여 상기 색들에 의해 표현될 수 있는 다른 심볼들의 수를 대응하여 감소시킨다.
샤오무 왕, 허 티안, 모하마드 알리 모하마드, 쳉 리, 칸 위, 이 양, 및 티앤-링 렌에 의해 Nature Communications, Vol. 6, p. 7767(2015), doi: 10.1038/ ncomms8767에 게재된 "A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device"에는 튜닝 가능한 완전-그래핀계 발광 소자가 설명되어 있다.
유안 리우, 루이 쳉, 레이 리아오, 하이롱 조우, 징웨이 바이, 강 리우, 리신 리우, 유 후앙, 및 시앙펑 두안에 의해 Nature Communications, Vol. 2, p. 579(2011), doi: 10.1038/ncomms1589에 게재된 "Plasmon resonance enhanced multicolour photodetection by graphene"에는 그래핀계 광 검출기가 설명되어 있다.
창-후아 리우, 요우-치아 창, 테오도르 비. 노리스, 및 자오후이 종에 의해 Nature Nanotechnology, Vol. 9, pp. 273-278(2014), doi:10.1038/nnano.2014.31에 게재된 "Graphene photodetectors with ultra-broadband and high responsivity at room temperature"에도 그래핀계 광 검출기가 설명되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 가시광 통신 송신기, 가시광 통신 수신기, 가시광 통신 시스템, 및 가시광 통신 방법을 제공하는 것이며, 상기 송신기, 수신기, 시스템 및 방법은 색-편이 키잉(CSK)뿐만 아니라 색-편이 키잉 방법을 제공하는데 적합하다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 가시광 통신 송신기에의해 해결된다. 가시광 통신 송신기는 색-편이 키잉에 적합하며, 바람직하게는 서로 다른 피크 송신 파장의 6개 이상의 그래핀계 발광 소자를 적어도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "가시광"은 약 350 내지 약 750 나노미터, 특히 약 390 내지 약 700 나노미터의 파장을 지칭한다.
이 솔루션은 상기 송신기가 적어도 6개, 어쩌면 7개 또는 심지어 8개 기본색의 색 집단을 가진 색-편이 키잉을 위해 사용될 수 있기 때문에 유용하다. 이것들은, T-LED 또는 Q-LED를 사용하여 단지 3개 또는 4개의 기본색만의 색 집단을 각각 제공하는 색-편이 키잉을 사용하는 종래의 가시광 통신 방법과 비교하여, 증가된 수의 심볼, 감소된 심볼 에러율, 및 개선된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다. 상기 적어도 6개의 기본색 중 일부는 종래의 색-편이 키잉 시스템에서 혼합된 색을 대체하기 때문에, 그래핀계 발광 소자들은 또한 기존의 발광 다이오드에 비해 더 높은 송신 파워 효율을 가진다.
본 발명의 유리한 실시예는 임의의 청구항 및/또는 다음의 설명의 일부에 따라 구성될 수 있다.
상기 그래핀계 발광 소자들 중 적어도 하나는 전계효과(field effect) 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 그들 각각은 전계효과 발광 다이오드를 포함한다.
상기 그래핀계 발광 소자들 중 적어도 하나의 피크 송신 파장은 튜닝 가능할 수 있다. 바람직하게는, 모든 그래핀계 발광 소자의 피크 송신 파장은 튜닝 가능하다. 이것은, 피크 송신 파장을 튜닝함으로써 심볼 에러율 및 신호 대 잡음비를 최적화하기 위해 CSK 색 집단의 기본색들이 유리하게 선택될 수 있게 하기 때문에 유용하다.
바람직하게는, 상기 송신기는 상기 그래핀계 발광 소자들 중 적어도 하나와 관련된 적어도 하나의 각각의 게이트 전압 튜너를 더 포함하며, 상기 튜너는 상기 각각의 그래핀계 발광 소자의 피크 송신 파장을 튜닝할 수 있다.
바람직하게는, 상기 송신기는 색-편이 키잉을 사용하여 정보를 부호화하기 위해 상기 그래핀계 발광 소자들 중 선택된 소자들을 온 및 오프 스위칭할 수 있는 변조기를 더 포함한다. 이것은, 정보를 부호화하는 전기 신호를 상기 그래핀계 발광 소자에 의해 가시광으로 변환될 수 있게 하기 때문에 유익하며, 상기 가시광은 색-편이 키잉을 사용하여 상기 전기 신호와 동일한 정보를 부호화한다.
본 발명은 또한 청구항 6에 따른 가시광 통신 수신기에 관한 것이다. 가시광 통신 수신기는 색-편이 키잉에 적합하며, 바람직하게는 서로 다른 피크 수신 파장들의 적어도 6개의 그래핀계 광 검출기를 포함한다.
이 솔루션은, 상기 수신기가 적어도 6개, 어쩌면 7개 또는 심지어 8개 기본색을 가진 색-편이 키잉을 위해 사용될 수 있기 때문에 유용하다. 이것들은, 단지 3개 또는 4개 기본색의 색 집단을 검출하기 위해 종래의 광 검출기들을 포함하는 수신기를 사용하는 색-편이 키잉을 사용하는 종래의 가시광 통신 방법에 비해서, 증가된 수의 심볼, 감소된 심볼 에러율 및 개선된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다. 그래핀계 광 검출기는 또한 기존의 광 검출기보다 더 효율적인 검출을 제공한다.
상기 그래핀계 광 검출기들 중 적어도 하나는 한 쌍의 적층된 그래핀 단층들을 적어도 포함하는 포토트랜지스터를 포함할 수 있다. 이러한 포토트랜지스터는 그래핀 이중-층 헤테로구조를 갖는다. 바람직하게는, 그래핀계 광 검출기들 각각은 한 쌍의 적층된 그래핀 단층을 적어도 포함하는 포토트랜지스터를 포함한다. 이러한 포토트랜지스터들은 가시광에 대해 매우 높은 수준의 반응도(responsivity)를 제공할 수 있기 때문에 유용하다.
상기 그래핀계 광 검출기들 중 적어도 하나의 피크 수신 파장은 조정 가능할 수 있다. 바람직하게는, 모든 그래핀계 광 검출기들의 피크 수신 파장은 조정 가능하다. 이것은, 가시광 통신 송신기의 피크 송신 파장과 일치하도록 그래핀계 광 검출기들의 피크 수신 파장이 조정될 수 있게 하기 때문에 유용하다.
바람직하게는, 상기 수신기는 상기 그래핀계 광 검출기들 중 적어도 하나와 관련된 적어도 하나의 각각의 튜너를 더 포함한다. 상기 튜너는 바람직하게는 그래핀계 광 검출기의 피크 수신 파장을 조정하도록 구성된 플라즈몬 공진 주파수를 갖는 플라즈몬 나노구조체를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수신기는 복조기를 추가로 포함하며, 이것은 색-편이 키잉을 사용하여 정보가 부호화된 가시광을 수신한 결과로서 상기 그래핀계 광 검출기들에 의해 출력된 전기 신호에 부호화된 정보를 복호화할 수 있다. 이것은 색-편이 키잉을 사용하여 가시광에 부호화된 정보를 복구하기 위해 전기 신호가 복호화되는 것을 가능하게 하기 때문에 유용하다.
본 발명은 또한 가시광 통신 시스템에 관한 것이다. 가시광 통신 시스템은 색-편이 키잉에 적합하며, 바람직하게는 전술한 가시광 통신 송신기와 전술한 가시광 통신 수신기를 적어도 포함한다. 상기 적어도 6개의 그래핀계 광 검출기들의 다른 피크 수신 파장들의 각각은 상기 적어도 6개의 그래핀계 발광 소자들의 다른 피크 송신 파장들의 각각에 대응한다.
이 솔루션은, 상기 시스템이 적어도 6개, 어쩌면 7개 또는 심지어 8개 기본색들의 색 집단을 가진 색-편이 키잉을 위해 사용될 수 있기 때문에 유용하다. 이것들은, 단지 3개 또는 4개 기본색의 색 집단을 사용하는 색-편이 키잉을 위한 전통적인 가시광 통신 시스템과 비교하여 송신 및 수신 모두에서 더 큰 파워 효율, 증가된 수의 심볼, 감소된 심볼 에러율 및 개선된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 가시광 통신 방법에 관한 것이다. 이 방법은 바람직하게는: 6개 이상의 그래핀계 발광 소자들의 각각으로부터의 6개 이상의 다른 파장의 가시광을 송신하는 단계, 및 6개 이상의 그래핀계 광 검출기들의 각각에서 6개 이상의 다른 파장의 가시광을 수신하는 단계를 적어도 포함하며, 여기서, 상기 발광 소자들 각각은 나머지 발광 소자들과 다른 각각의 피크 송신 파장을 가지며, 상기 광 검출기들 각각은 상기 6개 이상의 그래핀계 발광 소자들의 피크 송신 파장들의 각각에 대응하는 각각의 피크 수신 파장을 가진다.
바람직하게는, 상기 방법은 그 송신 전에 상기 6개의 다른 파장의 가시광을 색-편이 키잉을 사용하여 변조하여 정보를 부호화하는 단계, 및 색-편이 키잉을 사용하여 가시광에 부호화되고 상기 그래핀계 광 검출기에 의해 수신된 정보를 복호화하기 위해 상기 그래핀계 광검출기들에 의해 출력된 전기 신호를 복조하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 게이트 전압 튜닝을 이용하여 상기 그래핀계 발광 소자들 중 적어도 하나의 피크 송신 파장을 튜닝하는 단계, 및 상기 그래핀계 광 검출기들 중 적어도 하나의 피크 수신 파장을 플라즈몬 나노구조체를 사용하여 조정하는 단계 중 하나 이상을 더 포함한다.
또한, 본 발명은 적어도 6개, 바람직하게는 7개, 보다 바람직하게는 8개의 기본색의 색 집단을 사용하는 단계를 적어도 포함하는 색-편이 키잉 방법에 관한 것이다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 방법들 중 하나 이상을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품 또는 프로그램 코드 또는 시스템에 관한 것이다.
이제, 본 발명의 다른 특징, 목표 및 이점을 본 발명의 예시적인 구성 요소들이 도시된 첨부 도면들과 관련하여 설명할 것이다. 그 기능에서 서로 적어도 본질적으로 동일한, 본 발명에 따른 장치 및 방법의 구성 요소들은, 동일한 참조 부호에 의해 표시될 수 있으며, 그러한 구성 요소들은 모든 도면에서 표시되거나 설명될 필요는 없다.
이하의 설명에서, 본 발명은 첨부된 도면들에 대해서 단지 예로서 기술된다.
도 1(a)는 색-편이 키잉을 위한 종래의 가시광 통신 시스템의 요소들을 개략 도시한다;
도 1(b)는 3-LED 색 집단에 대한 CIE 1931 x-y 색도 차트이다.
도 1(c)는 4-LED 색 집단에 대한 CIE 1931 x-y 색도 차트이다;
도 1(d)는 도 1(c)의 4-LED 색 집단을 혼합함으로써 생성된 색들의 일부 예를 개략적으로 보여주는 CIE 1931 x-y 색도 차트이다;
도 2는 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 시스템의 일 실시예의 구성 요소들을 개략적으로 도시한다;
도 3(a)는 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 송신기의 요소들을, 그와 관련된 파워 출력을 개략적으로 나타내는 그래프와 함께 개략적으로 도시한다.
도 3(b)는 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 수신기의 구성 요소들을, 그와 관련된 반응도를 개략적으로 나타내는 그래프와 함께 개략적으로 도시한다.
도 3(c)는 가시광 통신 시스템을 사용하는 색-편이 키잉 방법에 사용하기 위한 7개의 기본색을 갖는 색 집단의 예를 개략적으로 도시하는 CIE 1931 x-y 색도 차트이다.
도 1(a)는 색-편이 키잉을 위한 종래의 가시광 통신 시스템(1)의 구성 요소들을 개략적으로 도시한다. 가시광 통신 시스템(1)은 송신기(3) 및 수신기(4)를 포함한다. 송신기(3)는 복수의 발광 다이오드(LED)를 포함하며, LED가 3개인 경우 상기 시스템은 3-LED 또는 T-LED 시스템으로, 또는 LED가 4개인 경우 상기 시스템은 4-LED 또는 Q-LED 시스템으로 알려져 있다. 도 1(a)의 그래프에서 매끄러운 곡선들로 표시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드들의 각각에 의해 각각의 피크 송신 파장에서 광이 방출되며, 각 그래프는 파장(λ)에 대한 LED의 출력 파워를 도시한다. 이들 피크 송신 파장은, 예를 들어 적색-녹색-청색(RGB) 색 공간일 수 있는 하나의 색 집단의 기본색들을 나타낸다. 그러나 가시광이 3개 또는 4개의 피크 파장에서만 LED에 의해 방출되기 때문에, 상기 피크 파장들에 의해 한정된 것 이외의 임의의 다른 색의 광은 상기 3개 또는 4개의 LED로부터의 광을 혼합함으로써만 얻어질 수 있다. 이것은 색 생성을 위해 비효율적인데, 그 이유는 이러한 혼합된 색을 생성하려면 적어도 2개의 LED의 파워가 사용되어야 하기 때문이다. 또한, 총 3개 또는 4개의 LED만 있기 때문에, 기본색을 혼합함으로써 얻어질 수 있는 다른 색의 범위가 제한되므로, 색-편이 키잉을 사용하여 부호화될 수 있는 심볼의 수에 제한이 있다.
수신기(4)는 복수의 광 검출기(6) 및 복조기(8)를 포함한다. 각각의 광 검출기(6)에는 컬러 필터가 제공되며, 이것은 송신기(3)의 발광 다이오드에 의해 방출된 광의 피크 송신 파장들 중 하나에 대응하는 파장 대역을 한정한다. 이러한 한정된 파장 대역은 도 1(a)의 그래프에서 제곱 함수(square function)로 표현된다. 따라서, 광 검출기들(6)의 각각은 상기 복수의 LED들 중 하나에 의해 방출된 광만을 수신할 수 있다. 광 검출기들 각각은 상기 한정된 파장 대역들 중 각각에서 광을 수신하는 것에 응답하여 전기 신호를 생성한다. 광 검출기들(6)의 모두에 의해 생성된 전기 신호들은 그 다음 복조기(8)에 전달된다. 이들 전기 신호들은 복조기(8)에 의해 복호화되어, 색-편이 키잉을 사용하여 상기 송신기(3)의 발광 다이오드에 의해 방출된 광에 부호화된 정보가 유도된다. 그러나 광 검출기(6)는 일반적으로 넓은 스펙트럼의 파장에 걸쳐 가시광을 검출할 수 있으며, 따라서 각각의 광 검출기의 수신 파장 대역을 송신기의 각 LED의 피크 송신 파장에 일치시키기 위해 필터링이 필요하다. 상기 가시광의 스펙트럼에 걸친 광 검출기(6)의 수용성(receptivity)의 이러한 의도적인 감소는 비효율적이며, 신호 대 잡음비의 증가를 초래한다.
도 1(b)는 3-LED(T-LED) 색 집단의 일 예에 대한 조명에 관한 국제위원회(CIE: International Commission on Illumination) 1931 x-y 색도 차트이다. 즉, 도 1(a)의 가시광 통신 시스템(1)이 3개의 LED를 가질 때, 이것들의 색은 도 1(b)에서 LED-1, LED-2 및 LED-3으로 지시된 채워진 원으로 표시된다.
도 1(b)와는 대조적으로, 도 1(c)는 4-LED(Q-LED) 색 집단의 일 예에 대한 CIE 1931 x-y 색도 차트이다. 즉, 도 1(a)의 가시광 통신 시스템(1)이 4개의 LED를 가질 때, 이것들의 색은 도 1(c)에서 LED-1, LED-2, LED-3 및 LED-4로 지시된 채워진 원으로 표시된다.
도 1(d)는 도 1(c)의 Q-LED 색 집단으로부터 광을 혼합함으로써 생성된 색들의 몇 가지 예를 개략적으로 도시하는 CIE 1931 x-y 색도 차트이다. 도 1(c)에서, 채워진 원들(10)은 Q-LED 색 집단의 4개 기본색을 나타내고, 열린 원들(12)은 이들 4개 기본색을 혼합하여 얻어진 색을 나타낸다. 도 1(d)와 유사한 CIE 1931 x-y 색도 차트가 도 1(b)에 도시된 T-LED 색 집단에 대해 구성될 수 있을 것이다.
도 2는 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 시스템(2)의 일 실시예의 구성 요소들을 개략적으로 도시한다. 가시광 통신 시스템(2)은 송신기(13) 및 수신기(14)를 포함한다. 송신기(13)는 도 2에서 LED-1, LED-2,... LED-8로 지시된 적어도 6개의 그래핀계 발광 소자를 포함한다. 그래핀계 발광 소자들은 각각 서로 다른 피크 송신 파장을 갖는다. 그래핀계 발광 소자들은 각각 전계효과 발광 다이오드를 포함하고, 각각의 이러한 소자의 피크 송신 파장은 다른 파장으로 조정 가능하다. 각 그래핀계 발광 소자는 그와 관련된 각각의 게이트 전압 튜너(도 2에서 VG로 지시됨)를 가지며, 이것은, 게이트 전압 튜닝을 사용하여, 해당 그래핀계 발광 소자의 피크 송신 파장을 나머지 소자들과 다른 파장으로 튜닝할 수 있다. 그래핀계 발광 소자들은 모두 변조기에 연결되며, 이 변조기는 색-편이 키잉을 사용하여 정보를 부호화하기 위해 발광 소자들 중 선택된 것들을 온 및 오프 스위칭한다. 서로 다른 피크 송신 파장을 가지는 적어도 6개의 그래핀계 발광 소자가 있기 때문에, 그것에 의해 더 넓은 범위의 기본색들이 생성되며, 이는 각각 그패핀계 발광 소자들 중 하나에 의해서만 생성되는 이들 기본색들 중 일부가, 도 1(a)에 도시된 종래 시스템의 LED들의 조합을 조명하여 생성된 대응하는 혼합된 색들 중 하나를 대체하는 것을 허용한다. 상기 더 넓은 범위의 기본색들은 또한 다른 혼합된 색들을 생성하는데도 더욱 효율적이고, 도 1(a)에 도시된 종래 시스템과 비교하여 더 많은 수의 가능한 혼합 색들을 허용한다.
수신기(14)는 서로 다른 피크 수신 파장을 갖는, 도 2에서 PD-1, PD-2,... PD-8로 지시된 적어도 6개의 그래핀계 광 검출기를 포함한다. 그래핀계 광 검출기들 각각은 한 쌍의 적층된 그래핀 단층을 포함하는 포토트랜지스터를 포함한다. 이러한 각각의 광 검출기의 피크 수신 파장은 다른 파장으로 조정되며, 각각의 그래핀계 광 검출기는 그와 관련된 각각의 튜너를 가지며, 상기 튜너는 광 검출기의 피크 수신 파장을 다른 광 검출기들과 다른 파장으로 조정하도록 구성되는 다른 플라즈몬 나노구조체를 각각에 포함한다. 상기 그래핀계 광 검출기들은 모두 복조기에 연결되며, 이 복조기는 색-편이 키잉을 사용하여 부호화된 정보를 가진 가시광을 수신한 결과로서 그래핀계 광 검출기들에 의해 출력된 전기 신호에 부호화된 상기 정보를 복호화할 수 있다.
수신기(14) 내 적어도 6개의 그래핀계 광 검출기(PD-1, PD-2, ... PD-8)의 다른 피크 수신 파장들의 각각은 송신기(13) 내 적어도 6개의 그래핀계 발광 소자(LED-1, LED-2, ... LED-8)의 다른 피크 송신 파장들 각각에 대응한다. 광 검출기들의 피크 수신 파장들은 이런 식으로 그래핀계 발광 소자들의 피크 송신 파장들에 매칭되며, 이는 송신기의 출력 파워가 도 1(a)에 도시된 종래 시스템보다 더 많이 수신기에 의해 수신되는 것을 의미하고, 더 양호하고 더 효율적인 검출과 감소된 신호 대 잡음비를 제공한다.
도 3(a)는 가시광 통신 송신기(13)의 그래핀계 발광 소자들과 함께 이것들과 관련된 파워 출력을 개략적으로 도시한다. 도 3(a)의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 6개, 7개 또는 8개의 다른 기본색이 가시광 스펙트럼 내에서 6개, 7개, 또는 8개의 그러한 그래핀계 발광 소자들에 의해 생성될 수 있다. 전통적인 가시광 통신 시스템에 비해 더 많은 수의 이러한 발광 소자는 더욱 파워 효율적인 색 기본을 제공하며 또한, 단지 3개 또는 4개의 색 집단을 각각 사용하는 전통적인 T-LED 또는 Q-LED 색-편이 키잉 시스템에서보다 더 많은 색이 기본색의 혼합에 의해 생성될 수 있도록 한다.
도 3(b)는 가시광 수신기(14)의 그래핀계 광 검출기들의 일부와 함께, 도 3(a)의 그래프에 도시된 그래핀계 발광 소자들의 파워 출력에 중첩된 그것들의 관련된 반응도를 개략적으로 나타내는 그래프를 개략 도시한다. 도 3(b)의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 그래핀계 발광 소자들의 피크 송신 파장들에 매칭하도록 그래핀계 광 검출기들의 피크 수신 파장을 조정하는 능력은 그래핀계 광 검출기들이 사용될 수 있도록 하여, 그래핀계 발광 소자들에 의해 출력된 가시광 출력의 더 효율적인 검출로 귀결된다.
도 3(c)는 적어도 6개의 기본색의 색 집단을 사용하는 것을 적어도 포함하는 색-편이 키잉 방법에서 사용할 8개의 기본색을 가진 색 집단의 일례를 개략적으로 보여주는 CIE 1931 x-y 색도 차트이다. 이러한 방법은 예를 들면 도 2에 도시된 것과 같은 가시광 통신 시스템을 이용하여 실시될 수 있다. 도 3(c)에서, 채워진 원들(10)은 상기 색 집단의 7개의 기본색을 나타내고, 열린 원들(12)은 이들 7개의 기본색을 혼합함으로써 얻어진 색을 나타낸다. 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시된 것과 같은 종래 기술의 색 집단보다 더 많은 기본색을 사용하면, 더 효율적인 심볼 색 생성을 제공하고, 더 넓은 범위의 심볼들이 부호화될 수 있으며, 더 낮은 신호 대 잡음비를 제공하다.
따라서, 요약하면, 본 발명은 가시광 통신 송신기, 가시광 통신 수신기, 가시광 통신 시스템 및 가시광 통신 방법을 제공하며, 상기 송신기, 수신기, 시스템 및 방법은 색-편이 키잉에 적합하고, 색-편이 키잉 방법을 제공한다. 가시광 통신 송신기는 서로 다른 피크 송신 파장들을 가진 적어도 6개, 바람직하게는 7개, 보다 바람직하게는 8개의 그래핀계 발광 소자를 포함한다. 가시광 통신 수신기는 서로 다른 피크 수신 파장들을 가진 대응하는 수의 그래핀계 광 검출기들을 포함한다. 본 발명에 따른 가시광 통신 시스템은 그러한 송신기 및 수신기를 포함하며, 상기 6개의 그래핀계 광 검출기들의 다른 피크 수신 파장들의 각각은 상기 6개의 그래핀계 발광 소자들의 다른 피크 송신 파장들의 각각에 대응한다. 이러한 시스템은 적어도 6개, 어쩌면 7개 또는 심지어 8개의 기본색의 색 집단을 가진, 바람직하게는 색-편이 키잉을 사용하는, 가시광 통신의 방법을 허용한다. 이들은 단지 3개 또는 4개의 기본색의 색 집단을 사용하는 색-편이 키잉을 위한 종래의 가시광 통신 시스템과 비교하여 증가된 수의 심볼, 감소된 심볼 에러율 및 개선된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다.
1 종래의 가시광 통신 시스템
2 가시광 통신 시스템의 실시예
3 송신기
4 수신기
6 광 검출기
8 복조기
10 기본색
12 기본색을 혼합하여 생성된 색
13 송신기
14 수신기
LED-1, LED-2, ... LED-8 그래핀계 발광 소자
PD-1, PD-2, ... PD-8 그래핀계 광 검출기

Claims (15)

  1. 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 수신기(14)로서,
    서로 다른 피크 수신 파장의 6개 이상의 그래핀계 광 검출기(PD-1, PD-2, ... PD-8)를 포함하고,
    상기 그래핀계 광 검출기(PD-1, PD-2, ... PD-8)의 하나 이상은 적어도 한 쌍의 적층된 그래핀 단층들을 포함하는 포토트랜지스터를 포함하는, 가시광 통신 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀계 광 검출기들(PD-1, PD-2, ... PD-8) 중 하나 이상의 피크 수신 파장은 조정 가능한, 가시광 통신 수신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 그래핀계 광 검출기(PD-1, PD-2, ... PD-8) 중 하나 이상과 관련된 하나 이상의 각각의 튜너를 추가로 포함하며,
    상기 튜너는 상기 그래핀계 광 검출기의 피크 수신 파장을 조정하기 위한 플라즈몬 공진 주파수를 가진 플라즈몬 구조체를 포함하는, 가시광 통신 수신기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    색-편이 키잉을 사용하여 정보가 부호화되어 있는 가시광을 수신한 결과로서 상기 그래핀계 광 검출기들(PD-1, PD-2, ... PD-8)에 의해 출력된 전기 신호에 부호화된 상기 정보를 복호화하는 복조기를 추가로 포함하는, 가시광 통신 수신기.
  5. 색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 시스템(2)에 있어서,
    상기 시스템은:
    색-편이 키잉을 위한 가시광 통신 송신기(13)로서, 서로 다른 피크 송신 파장의 6개 이상의 그래핀계 발광 소자(LED-1, LED-2, ... LED-8)를 포함하는, 가시광 통신 송신기(13); 및
    제 1 항 또는 제 2 항에 의한 가시광 통신 수신기(14);
    를 포함하며,
    상기 6개 이상의 그래핀계 광 검출기(PD-1, PD-2, ... PD-8)의 다른 피크 수신 파장들의 각각은 상기 6개 이상의 그래핀계 발광 소자(LED-1, LED-2, ... LED-8)의 다른 피크 송신 파장들의 각각에 대응하는, 가시광 통신 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 그래핀계 발광 소자들(LED-1, LED-2, ... LED-8)의 하나 이상은 전계효과 발광 다이오드를 포함하는, 가시광 통신 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 그래핀계 발광 소자들(LED-1, LED-2, ... LED-8) 중 하나 이상의 피크 송신 파장은 튜닝 가능한, 가시광 통신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 그래핀계 발광 소자들(LED-1, LED-2, ... LED-8)의 하나 이상과 관련된 하나 이상의 각각의 게이트 전압(VG) 튜너를 추가로 포함하며,
    상기 게이트 전압 튜너는 상기 각각의 그래핀계 발광 소자의 피크 송신 파장을 튜닝할 수 있는, 가시광 통신 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    색-편이 키잉을 사용하여 정보를 부호화하기 위해 상기 그래핀계 발광 소자들(LED-1, LED-2, ... LED-8)의 선택된 발광 소자를 온 및 오프 스위칭하는 변조기를 추가로 포함하는, 가시광 통신 시스템.
  10. 6개 이상의 기본색들의 색 집단으로 정보를 부호화하는 색-편이 키잉을 사용하는 가시광 통신 방법에 있어서:
    6개 이상의 그래핀계 발광 소자들 각각으로부터 6개 이상의 파장들의 가시광을 송신하는 단계; 및
    6개 이상의 그래핀계 광 검출기들 각각에서 상기 6개 이상의 다른 파장들의 가시광을 수신하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 발광 소자들의 각각은 다른 발광 소자들과 다른 피크 송신 파장을 가지며,
    상기 광 검출기들의 각각은 상기 6개 이상의 발광 소자들의 피크 송신 파장들의 각각에 대응하는 각각의 피크 수신 파장을 가지고,
    상기 광 검출기들 중 하나 이상은 적어도 한 쌍의 적층된 그래핀 단층들을 포함하는 포토트랜지스터를 포함하는, 가시광 통신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    색-편이 키잉을 사용하여 그 송신 전에 상기 6개 이상의 다른 파장들의 가시광을 변조하여 정보를 부호화하는 단계; 및
    색-편이 키잉을 사용하여 상기 가시광에 부호화되고 상기 그래핀계 광 검출기들에 의해 수신된 상기 정보를 복호화하기 위해 상기 그래핀계 광 검출기들에 의해 출력된 전기 신호를 복조하는 단계;
    를 추가로 포함하는, 가시광 통신 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서:
    게이트 전압 튜닝을 시용하여 상기 그래핀계 발광 소자들 중 하나 이상의 피크 송신 파장을 튜닝하는 단계; 및
    플라즈몬 나노구조체를 사용하여 상기 그래핀계 광 검출기들 중 하나 이상의 피크 수신 파장을 조정하는 단계;
    중 하나 이상을 추가로 포함하는, 가시광 통신 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    7개 이상의 기본색의 색 집단을 사용하는 단계를 적어도 포함하는, 가시광 통신 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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