KR20120027161A

KR20120027161A - 가시광 통신을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120027161A
Application number: KR1020117024979A
Authority: KR
Inventors: 장수영
Original assignee: 장수영
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2012-03-21
Also published as: WO2010114863A1; US20100247112A1

Abstract

본 발명에서는 여러 광원들로부터 광신호들을 혼합해서 하나의 색이 생성될 수 있는, 변조방식을 위해 한 광색채공간에서 심볼 배치도가 형성될 수 있는, 여러 빛 감지기기들에서 수신된 신호들을 조작함으로써 한 광색채공간내에서 수신된 광신호를 나타내는 점을 찾을 수 있는, 수신기에서 복구될 심볼을 찾기 위해 광색채공간내 수신된 광신호의 점이 심볼 배치도에서의 매칭되는 점을 찾을 수 있는, 그리고 LCD 디스플레이들과 전광판들의 각 화소나 일부 표시 부분이 데이터정보를 수신기로 전달할 수 있는 방법들이 설명되어 있다. 이러한 방법들은 보다 효율적인 가시광처리와 변조방식들을 고안해 내기 위해 적용될 수 있다. 상기방법들을 사용함으로써 보다 유연하고 효율적인 가시광통신들을 현실화하기 위한 변조방식이 발명되었다.

Description

가시광 통신을 위한 시스템 및 방법{System and method for visible light communications}

본 발명은 가시광 통신 시스템, 가시광 송신기, 가시광 수신기, 그리고 가시광 통신을 위한 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 데이타를 가시광 채널로 전송할 수 있도록 가시광을 조작하기 위한 방법에 관한 것이다.

가시광통신(VLC)은 가시광을 이용한 통신 방식이다. 가시광통신은 고유한 통신 채널과 신호원을 가지고 있다. 그러므로, 보통 전파 통신과는 차별된 고유한 성질을 지니고 있다. 현재까지는 무선 전파 통신 시스템에 주로 사용 되었던 종래의 방식이 가시광 통신에도 쓰여졌다. 하지만, 가시광은 고유한 성질이 있으며 이 특성이 가시광 통신에 쓰여질 수 있다면 보다 향상된 통신 성능을 기대할 수 있을 것이다. 이들 두 통신방식 사이의 주요한 차이는 도 1에 도시되어 있다.

이 발명에서는 가시광 신호를 변조할 수 있는 몇몇 일반적인 방식들이 거론될 것이다. 하지만 그전에 가시광통신 변조에 위한 많은 기술적 요소들이 언급될 필요가 있다. 그 중 몇 가지는 다음과 같다. 눈의 감도, 발광기기들의 분광 분포, 광색채 공간 (light color space), 광 감지기기들의 감도, 변조 후 발광기기에서 나오는 빛의 색깔과 안락함, 조명 효율성과 통신의 성능, 그리고 모든 요인들을 고려한 후의 광색채 공간의 배치도 (constellation) 등이 있다.

눈에 의하여 인지되는 목표 색(target color)과 데이타 심볼을 상징하는 배치점의 수가 주어졌을 때, 상기 요소들을 고려해서 데이타 배치도를 설계해야할 것이다.

송신기와 수신기는 도 2에 도시된 바와 같은 블럭의 구조를 지니고 있다. 본 발명에서는 송신기에서 데이타에서 변조로 넘어가는 맵핑과 수신기에서 변조에서 데이타로 넘어가는 역(逆)매핑을 가시광 변조 역(逆)변조에 도입할 것이다. 따라서, 본 발명에서는 주로 이 두가지 블럭에 대한 여러 아이디어들이 다뤄지고 고안될 것이다.

본 발명의 기본 개념은 색깔들을 나타내는 여러 좌표들이다. 색깔은 여러 발광기기들(혹은 광원들), 예를 들면 유기 발광 다이오드(LED)에서 나온 광신호(혹은 광선)들을 혼합해 만들어진 것이다. 그러므로, 본 발명에서 언급할 변조도 하나의 광원이 아닌 여러 광원에 대한 것이라 가정하는 것이다. 의도한 색깔은 다수의 광원들에서 나온 빛(광신호)을 혼합하여 만들 수 있다. 고유한 광신호의 강도들을 가진 복수의 발광기기에서 나온 광신호들을 혼합해서 어떠한 빛의 색도 만들 수 있다는 생각은 항상 옳은 것은 아니다.

다차원적 광색채 공간은 색깔들을 나타내는데 사용된다. 이 공간을 이용해서 여러 색깔들의 광신호를 혼합해 색깔을 만들 수 있다. 다차원적 광색채 공간은 색깔 표시 수단으로 쓸 수 있지만 꼭 한 점이 한 색깔을 나타내야 하는 것은 아니다. 여러 점이 같은 색깔을 나타낼 수도 있는 것이다. 따라서, 광색채 공간는 여러 점이 한 색깔을 나타내지 않고 한 공간에 유일한 점이 하나의 색깔을 나타내도록 잘 설계되어야 할 것이다.

본 발명에서 고안된 변조 방식을 위해 하나의 예를 들자면, 이차원적 광색채 공간를 나타내는 두 채도(chromaticity) 좌표(x와 y)를 생각해보기로 하자. 물론, 한 공간의 어떤 점이라도 이 유일한 좌표로 표시될 수 있으며, 하나의 색은 여러 점이 아닌 한 공간에서 유일한 점으로 묘사된다. 비록 어떠한 유일한 방식으로 색을 나타내는 (즉, 한 색이 한 점으로 매칭되는) 다차원적인 공간도 이 변조를 위해서 고려될 수 있다.

본 발명에서 고안된 변조 방식은 보통 통신에 쓰이는 직교 진폭 변조(QAM)와 유사하다. 이 공간에서의 배치도에는 원하지 않는 신호에 의한 성능저하를 최소화 하기 위해 어떤 두 점 사이의 최소 거리를 최대화되도록 배치한 점들이 있다. 등거리 방식은 이러한 심볼 배치도에 점들을 배치할 수 있는 하나의 방법이다.

지금까지 광색들을 나타내기 위한 다양한 광공간(혹은 광색채 공간 혹은 색 공간)들이 제시되어 왔다. 광신호들의 색들은 한 광색채 공간의 점들로 표시될 수 있다. 이 광색채 공간 또한 다양하게 정의될 수 있다. 이러한 광색채 공간는 CIE 1931, CIE 1967, 그리고 CIE 1976 공간을 예로 들 수 있다. 본 발명에서는 어떠한 광색채 공간도 사용될 수 있다.

어떤 광원, 예를 들면 LED나 다른 어떤 빛이라도 그 색이 광색채 공간에서 점으로 표시될 수 있다. 그리고, 어떤 빛 감지 기기, 예를 들면 포토 다이오드라도 광색채 공간에서 점으로 표시될 수 있다. 여기에서 광색채 공간들을 몇가지 설명해보도록 하겠다.

CIE 1931 색 공간는 색의 삼자극치, 즉 X, Y, 그리고 Z로 표시된 목표 색에 맞는 가색 모델의 삼원색의 양을 가지고 있다. 다양한 다른 파장의 혼합체인 두 광원들은 색깔이 똑같아 보일 수도 있다. 관찰자의 입장에서는 동일한 삼자극치를 지니고 있는 두 광원들은 어떤 분광 분포로 만들어졌든 색이 같아보일 것이다. 인간의 눈 내에서의 원뿔 분배 때문에 삼자극치는 관찰자의 시야에 좌우된다.

상기 공간에서 이런 값들을 계산하려면 세가지 등색 함수(color matching function)를 사용해야 한다. 이러한 세가지 등색 함수들은

,

, 그리고

라고 부른다. 광원의 분광 분포(spectral power distribution) S(λ)의 삼자극치들은 다음에 보여지는 수식(1)로 계산될 수 있다.

(1)

상기에서 λ는 상응하는 단색광의 주파수를 나타낸다(단위: 나노미터). 이 공간에서는 세가지 등색 함수는 도 3에 도시된 것 같은 분광 분포를 가지고 있다.

다른 관찰자들, 예를 들면 CIE RGB 공간이나 다른 RGB 색 공간들은 그밖의 세가지 등색 함수로 정의되며 이는 그 공간내에서의 고유한 삼자극치들(tristimulus)로 나타내어진다.

이러한 세가지 삼자극치들은 수식(2)를 이용하여 정규화할 수 있다. 이렇게 정규화된 세 값들을 이용하여 도 4에 도시된 것처럼 채도 표를 그릴 수 있다. 이 도표에서는 색의 개념이 명도와 채도의 두가지로 나뉠 수 있다. Y 변수는 명도를 의미한다. 외부 경계 곡선(Outer curved boundary)은 분광(혹은 단색성) 위치이다. (주파수의 단위: 나노미터)

(2)

채도표의 임의의 두 점을 고른다면 그 두 색들을 섞음으로써 만들어질 수 있는 모든 색들이 그 둘을 잇는 직선상에 늘어서 있다. 물론 이것은 색상 전역(사용 영역)이 돌출형일 경우에만 해당된다. 세 가지 광원에서 나온 색들을 섞음으로써 만들어질 수 있는 모든 색들은 채도표에서 그 광원에 상응하는 점들로 이뤄진 삼각형 안에 모여 있다 (이후 어떤 수의 광원이라도 이 패턴을 따른다). 동일한 명도를 가진 두 색을 같은 비율로 혼합해서 나오는 색은 보통 이 선분의 중간점에 있지 않다. 더욱 포괄적으로 말하자면, xy 채도표에서의 거리는 두 색의 차이에 상응하지 않는다.

CIE 1960, CIE 1964, 그리고 CIE 1976 색채 공간은 지각의 균일성(색채 공간에서의 거리와 색 차이의 상응)을 목표로 만들어졌다. 비록 CIE 1931 시스템에선 진보되었지만 그들 또한 디스토션을 완전히 없애지는 못했다.

현실적으로 세가지 광원만으로는 사람의 시각 전역을 아우르지 못할 것이라고 생각할 수도 있다. 기하학적으로 봤을 때, 전체를 덮을 수 있도록 삼각형을 이루게 할 만한 세 점은 존재하지 않는다. 더 간단하게 말하자면, 사람의 시각 전역은 삼각형이 아니다.

향상된 지각의 균일성을 위해선 CIE 1976이 색채공간(본 발명에서 고안된 것을 포함)의 심볼 배치도 평면을 이용한 변조 방식을 위한 색채공간에 더 걸맞는다. 그리고 이것은 어떠한 광원(혹은 점색)으로 만든 영역으로도 망라할 수 없는 면적 또한 상대적으로 적다. 그러나, 다른 어떤 광색채공간도 보다 나은 성능을 얻을 수 있는 한 본 변조에 쓰여질 수 있다.

또 다른 요소는 삼원색이다. 어떻게 선택한 삼원색도 본질적으론 임의적이다. 예를 들면, 컬러사진 초기의 사진인화 절차였던 오토크롬에는 보통 원색으로 주황, 초록, 그리고 보라가 쓰였다. 이 발명에서는 광원에서 나온 색들이 혼합되 별개의 색을 생산함으로써 광원(또는 발광기기)들이 만들어낸 색들이 삼원색과 같은 역할을 하도록 하였다.

CIE RGB 색채공간에서는 표준화된 700nm(빨강), 546.1nm(초록), 그리고 435.8nm(파랑)의 세가지 단채 원색을 이용해서 통일된 CIE RGB의 등색함수들인

,

, 와

을 얻을 수 있다. 명도를 조절할 수는 있지만 이미 각자 채도가 주어진 삼원색들을 혼합해서 색을 만든다. 그리고, 이렇게 만든 정규화된 등색함수는 광원의 휘도는 1:4.5907:0.0601, 진정한 등색함수를 재생성할 광원 발산도는 72.0962:1.3791:1으로 r:g:b의 비율을 부여할 수 있다. 이러한 등색함수는 다른 함수들과 수식 (3)이나 분광 분포가 도시된 도 5에서 도시된 바와 같은 관계를 지닌다.

(3)

이러한 비율을 지니고 있는 등색함수들이 주어졌을 때, 광신호 S(λ)의 분광분포를 가진 색의 RGB 삼자극치들은 수식 (4)에 주어진 바와 같다.

(4)

이러한 값들은 수식 (5)를 사용하여 정규화할 수 있다.

(5)

이러한 값들은 수식 (6)을 사용하여 XYZ의 심볼 배치도로 변환할 수 있다.

(6)

도 6의 CIE rg 채도공간표는 CIE XYZ 색채공간을 명기하는 삼각형의 구성을 보여주고 있다. 삼각형 C_b-C_g-C_r 은 단지 도 6에 도시된 것과 같은 CIE xy 채도공간의 xy=(0,0),(0,1),(1,0) 삼각형일 뿐이다. C_b와 C_r를 잇는 선은 얼리크니(alychne)이다. 여기서 주목할 점은 분광의 위치가 435.8nm일 때 rg=(0,0), 546.1nm일 때 rg=(0,1), 그리고 700nm일 때 rg=(1,0)을 지난다는 점이다. 더불어 등에너지점(E)는 rg=xy=(1/3,1/3)에 있다.

CIE RGB 색채공간은 색 표시에 있어 중대한 결점이 있다. CIE XYZ 공간에 비해서CIE RGB 색채공간은 어떤 두 점이라도 그 사이의 최소거리가 더 작아서 색채 공간에 점들을 많이 수용하기엔 너무 작고 좁다. 색은 (r, g)=(0,0) (0,1) (1,0)의 삼각형에 위치해 있어야 한다. 그 이유는, 이 점들은 혼합되어 색을 만드는 삼원색을 나타내기 때문이다. 이 이상 점들을 수용하기엔 삼각형이 너무 작다. xy 공간의 점들 사이에 동일한 거리가 주어졌다면 rg 공간에서의 동일하지 않은 거리는 어쩔 수 없는 것이다. 그리고 이는 보다 작은 최소거리나 이후에도 거론될 시각적 비균일감에서 오는 왜곡 때문에 변조방식을 더욱 비효율적이게 만든다.

1931 CIE 채도 다이아그램은 인간의 눈반응 함수들을 간결하게 유도한 것임에도 불구하고 시각적으로는 균일하지 않다. 이는 어떠한 영역의 면적도 그 영역내의 시각적으로 구별할수 있는 색들의 수와 전혀 관련이 없다는 것이다. 특히, 텔레비전과 화면에서 얻을 수 없는 넓은 녹색-청록색 영역은 그다지 중요하지 않다.

이외의 색채공간의 좌표계나 표도 존재한다. 예로 들자면, CIE 1976 uv, 그리고 CIE LUV, CIELAB 등이 있다. 보통 이들은 꽤 복잡한 변형들을 도입하여 (완벽하게 성공한 것은 아니지만) 더욱 시각적으로 균일해지려 노력한다. 이들의 사용은 꽤나 특화되어 있다. CIE xy와 인간 눈반응 함수들의 간결하고 직접적인 관계는 아마 이들의 지속되는 인기의 비결일 것이다.

본 발명에서 발명된 변조의 성능 향상을 위해서는 더 시각적으로 균일한 또 다른 공간이 절실이 필요하다. CIE 1967은 여기에 적합한 후보이다. 인간의 눈을 위한 시각적 균일함과 빛 감지기기를 위한 감지 균일감 중 어느 측이 더 중요한지 고려해야 할 것이다. 만일, 시각적 균일함을 강조한다면 천연색이 보다 쉽게 구현될 수 있을 것이다. 반대로 감지 균일감을 강조한다면, 본 발명의 변조 방식이 사용됐을 경우 두 근접한 점들의 등거리로 인해 더 낮은 BER을 얻을 수 있다.

전송하는 측의 분광기기나 수리하는 측의 빛 감지기기나 동일한 광색채공간을 적용할 수 있다. 그러므로, 동일한 균일도가 왜곡없이 각종 색채공간들에 쓰여질 수 있다.

1976 다이아그램의 장점은 어느 두 점 사이의 거리도 대략 지각된 색 차이에 비례한다는 것이다. 반면 1931 다이아그램은 지각적 균일감을 추구하기 때문에 이런 장점을 갖추고 있지 않다. 서로 다른 색을 가진 빛을 혼합하여 만든 색은 명도가 변하지 않는 한 CIE LUV의 균일한 채도다이아그램에 두점을 이은 선위에 있을 것이다. CIE 1976 채도다이아그램은 도 7에 도시되어 있다. 기존의 1931 다이아그램이 전통적으로 많이 사용되었기 때문에 기술적인 우월함이 부족해도 더 많이 사용되였다. 1976 다이아그램은 기존의 1931 다이아그램에 비해 많이 쓰이지 않는다.

1976 CIE를 CIE xy 좌표로 전환하기 위해서 수식(7)을 사용할 수 있다.

(7)

1960 CIE uv를 1976 좌표로 전환하기 위해서 수식(8)을 사용할 수 있다.

(8)

이 색채공간이 달리 제시된 색채공간들에 비해 월등한 균일감을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 비록 다른 색채공간들을 사용할 수 있어도 특히 이 색채공간을 추천하고 싶다.

VLC를 위해서 여러 광원들이 고려될 수 있다. 어떤 광원들도 VLC 신호원으로 고려될 수 있다. 보통 쓰이는 광원의 예들은 다음과 같다.

● 흔히 쓰이는 전구, 백열등, 형광등 등;

● 근래에 기술이 발전함에 따라 조명이나 투광을 위한 월등한 분광력(혹은 발광)을 과시하는 LED;

● 레이저 광원들, 그리고

● LCD 전시나 플라스마 전시 등 다른 광원들.

VLC 신호원으로는 어떤 광원들도 고려될 수 있지만 특히 더 신속한 통신을 위해서는 다음의 광원들이 가장 효율적이다.

● 발광 다이오드(LED);

● 공진 공동(RC) LED;

● 유기 발광 다이오드(OLED);

● 레이저 다이오드;

● 수직공진 표면발광 레이저(VCSEL): 윗면과 수직이 되게 레이저광을 방사하는 반도체 레이저 다이오드; 그리고

● 액정 표시 장치(LCD).

광신호나 광원들의 색은 광색채공간내에서 점들로 표기될 수 있다. 이는 각 광원 (혹은 발광기기)이 색채공간내에서 한 점으로 표시될 수 있음을 의미한다. 이 광색채공간은 상기에서 설명된 것과 같이 여러가지로 정의될 수 있다.

기존의 LED들은 몇가지 제한된 용도로 널리 사용되어 왔다. 그러나 기술이 발전되면서 보다 효율적인 LED들이 조명이나 신호등과 같은 보다 많은 용도로 사용되기 시작했다. 백색 LED들은 제조되는 방식에 따라 두 가지로 나뉘는데 RGB LED와 형광 LED가 그것이다. 삼색 LED의 일종인 RGB LED는 도 8에서 도시된 것과 같은 분광분포를 가지고 있다. 형광 LED의 분광분포 한 예는 도 9에 도시되어 있다.

반도체 기술이 발전함에 따라 LED들은 다른 광원들에 비해 독보적으로 여러 장점들을 갖추게 되었다. 다음은 그 중 몇가지이다:

● 우월한 효율성: 보다 높은 와트당 명도;

● 더 많은 색들을 구현;

● 작은 사이즈;

● 빠른 온오프 시간;

● 규칙적이고 잦은 온오프 구현;

● 간편한 디밍(dimming);

● 낮은 고장률;

● 긴 수명;

● 충격에 강함;

● 용이하게 방향성을 갖는 초점조절;

● 무독성; 그리고

● 높은 방향성.

그러나, LED들은 다음에 나열된 것처럼 몇몇 단점이 있다:

● 상대적으로 높은 가격;

● 온도에 따른 특성의 변화;

● 전압량에 민감함;

● 빛의 질;

● 점 광원이 아닌 면적 광원;

● 청색광 위험; 그리고

● 청색광 오염.

또 다른 광원으로는 액정 표시 장치(LCD)가 있다. LCD의 각 화소는 부가적인 필터 들(색소 필터, 염색 필터, 그리고 금속산화물 필터들)로 인해 빨강, 초록, 파랑의 세가지 부화소로 나뉘어져 있다. 각 부화소는 개별적으로 통제할 수 있어 각 화소는 수 백만까지의 많은 색의 구현이 가능하다.

LCD 변조를 위한 데이타 구조는 다음과 같이 생각할 수 있다:

LCD 광원의 각 화소는 고유한 색이 있으며, 입력 데이어 스트림에 의해 변조될 수 있다. 수신기에서의 감지하는 어려움을 고려하자면 실제 생활에서 각 화소를 고유한 데이타 스트림으로 변조하기는 쉽지 않겠지만 각 화소는 본 발명에서 고안된 변조 방식에 의해 변조될 수 있다. 보다 더 느린 데이타 속도를 구현하기 위해서는 본 변조 방식이 화소변조를 위해 사용될 수 있다.

VLC에는 다음과 같이 각종 빛 감지기기가 고려될 수 있다:

● 광다이오드: 광전도체보다는 성능이 좋고 특성이 더 선형적이다;

● 광전도체;

● 광전자 증배관(Photomultiplier tube);

● 화상감지기를 위한 전하 결집 소자(CCD); 그리고

● 화상감지기를 위한 CMOS 능동형 픽셀 센서.

낮은 빛의 강도를 측정하는 것이 VLC의 핵심적인 이슈이다. PN 광다이오드는 극히 낮은 빛의 강도를 측정하는데 쓰이지 않는다. 대신 높은 감도가 필요할 때, 예를 들면 천문학, 분광학, 적외선 장비, 레이저 거리 검출 등에는 APD(Avalanche Photo Diode)나 강화된 CCD, 혹은 광전증배관이 쓰인다. 광다이오드들은 빛을 조작 모드에 따라 전류나 전압으로 전환시킬 수 있다. 이들은 PN 접합이나 PIN 구조를 가진다.

광전도 모드에서 다이오드는 항상 그런 것은 아니지만 보통 역 바이어스이다. 이는 공핍층(depletion layer)을 넓히고 접합 커패시턴스를 줄여서 반응시간을 빠르게 한다. 역 바이어스는 자신의 방향으로 소량의 전류를 끌어들이고 (포화역류), 광전류는 거의 동일한 상태로 머무른다. 광전류는 명도에 정비례한다.

실리콘 광다이오드는 더 큰 밴드 갭 덕분에 저마늄 광다이오드 보다 소음을 덜 만들지만 약 1μm 이상의 주파수에는 저마늄 광다이오드를 사용해야만 한다. 도 10에 광다이오드의 재료별로 주파수 범위가 도시되어 있다.

광다이오드의 성능의 주요 요소는 다음과 같다:

● 반응도나 양자효율;

● 암전류; 그리고

● 등가잡음전력(NEP).

광다이오드가 광통신시스템에 사용되었을 때, 이 세 요소는 광수신기의 감도, 즉 주어진 비트 오류률을 얻을 수 있게 하는 최소 입력 전력에 영향을 준다.

다음과 같은 네가지의 광다이오드가 고려될 수 있다:

● PN 광다이오드;

● PIN 광다이오드;

● 쇼트키 광다이오드; 그리고

● APD (Avalanche photodiode).

PIN 광다이오드는 진성층 때문에 역 바이어스(V_r )여야만 한다. V_r 는 고갈 영역을 넓혀 양공 쌍생성에 더욱 큰 부피를 가능하게 하고 커패시턴스를 줄임으로 대역폭을 늘인다. 또한, V_r 는 잡음전류를 도입시켜 신호 대 잡음 비율(S/N 비율)을 낮춘다. 그러므로, 높은 대역폭 응용이나 넓은 다이내믹레인지를 필요로 하는 응용에 사용할 시 역 바이어스를 사용하는 것이 바람직하다. PN 광다이오드는 바이어스가 걸리지 않은 작동을 가능하게 하기 때문에 보다 낮은 광 세기 응용에 더 적합하다.

광다이오드들에게 다음과 같은 세부 특징을 갖는다:

● 수신광에 대한 탁월한 선형성;

● 적은 잡음;

● 넓은 분광(spectral) 특성;

● 기계적으로 견고;

● 작은 사이즈와 가벼움; 그리고

● 긴 수명.

여러 수신광 레벨에서의 광다이오드들의 출력 신호들은 도 11에 표시되어 있다. 광다이오드의 단락회로와 개회로에서의 수신광에 대한 선형성은 도 12와 도 13에 나타나 있다.

세 가지 실리콘 광다이오드의 분광반응의 그래프는 도 14, 도 15, 도 16, 그리고 도 17에서 볼 수 있다. 이 세 곡선들은 서로 조금씩 다르긴 해도 가시광 주파수 범위 내에서 거의 동일한 형태를 가지고 있다.

로컬리제이션(위치표정)과 포지셔닝은 수신된 가시광 신호들을 처리함으로써 얻을 수 있는 또 다른 점들이다. 현재 전파 신호에 사용되는 로컬리제이션 방식의 대부분이 가시광 신호들에 사용될 수는 있지만 본 발명에서는 가시광 신호들의 고유한 특성을 이용하여 구현할 수 있는 로컬리제이션 방식을 구현할 예정이다. 보통 로컬리제이션 / 포지셔닝은 광다이오드 어레이를 이용해서 얻을 수 있다. 이는 CCD를 사용한 로컬리제이션에 비해 더 높은 정확성을 자랑한다. 또 한가지 방법은 위치 센서를 이용한 로컬리제이션/포지셔닝이다. 통례적으로 0.025mm x 1mm 감지영역을 갖는 많은 (많아도 2048) 광다이오드들이 1차원적인 어레이로 정렬로 배치시켜 위치 센서로 쓰일 수 있다. 광다이오드 어레이(PDA)의 한 장점은 구동장치가 통례적인 CMOS나 CCD 센서처럼 구축되어 있지 않아 고속으로 병행하여 읽기가 가능케 한다는 것이다. 이러한 장점은 LCD TV나 전광판과 같은 광원들의 감지에 사용되어 고속 통신을 위한 고속 읽기를 가능하게 할 수 있다.

또 하나의 광신호 수신기는 이미지 센서이다. 광다이오드는 이미 자유공간 광수신기(IrDA 등)로 사용되어 왔다. 그들에게는 고속 광신호들을 더욱 용이하게 수신할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 그들의 제한된 공간분할 선택성(selectivity)은 간섭광이 있을 시 약점이 된다. 그와는 반대로, 이미지 센서는 가시광통신 영역내에서는 상대적으로 새로운 기술이다. 그들은 위치감지를 할 수 있는 광수신기로 사용될 수 있다. 그들은 도 18과 도 19에서 도시된 바와 같이 간섭제거 능력이 있으며 전송거리에 덜 영향을 받는다. 광센서는 전송룔을 높이기 위해서 사용될 수 있다. 프레임 수가 제한되지만 않았다면 그들은 장래에 고속전송의 주역이 되었을 것이다. 그들의 공간분할 다중화 데이타 전송능력은 고속전송을 가능케 한다. 각 프레임은 서브섹션들로 나뉘어져 있고 각 서브섹션들은 통신을 통하여 그의 고유한 데이타 정보를 수신할 수 있다. 아니면 각 화소 또한 스스로 정보를 수신할 수 있다.

CCD와 CMOS 센서는 흔히 쓰이는 두 가지 이미지센서이다. 대부분의 디지털 카메라는 CCD 이미지센서 아니면 CMOS센서를 사용한다. 두 가지 센서 모두 빛을 수신해 전기신호로 전환하는 동일한 기능을 가지고 있다. 두 기술의 화질은 비슷하다. CMOS는 잠재적으로 더 적은 구성요소로 구현될 수 있으며 CCD들보다 전력을 덜 사용하고 데이타 인식 속도가 빠르다. CCD는 더욱 숙성된 기술이며 대부분의 항목에 대해서 CMOS와 동등하다. CCD는 아날로그형 장치이다. 빛이 반도체에 닿을 때 각 광센서에 작은 전하가 생긴다. 전하는 반도체에 의하여 읽히면서 한 화소씩에 대하여 전압으로 전환된다. 사진기내의 부가적인 회로는 전압을 디지털정보로 전환한다. CMOS 반도체는 CMOS 반도체 처리 과정을 통해서 만들어진 능동적 화소 센서이다. 각 광센서 옆에 있는 부가적인 회로는 광에너지를 전압으로 전환한다. 전압을 디지털 데이터로 전환하기 위해 추가적인 회로가 필요할 수도 있다.

색 구분 방식에 따라 여러가지 색 이미지 센서로 분류될 수 있다:

● 베이어 센서: 저렴하고 가장 흔함. 적색, 녹색, 그리고 청색광을 주어진 센셀(sensel) 혹은 화소로 통과시켜 적색, 녹색, 청색에 민감한 교차 그리드를 형성하는 베이어 필터같은 색 필터 어레이를 사용함. 그 후 화상은 디모자이킹 알고리즘을 이용하여 인터폴레이트됨;

● 포베온 X3 센서: 각 화소가 개별적인 색에 민감한 삼층센서를 가진, 층구조의 센서들을 사용함; 그리고

● 3CCD: 세 가지 별개의 이미지 센서를 사용함. 색 선별 프리즘을 이용하여 색분해. 최고 화질을 자랑하며 전반적으로 개별적인 CCD 센서보다 비쌈.

데이터 전송률을 높이기 위한 변조의 한 방법은 각 화소가 여러 세부요소로 분해되는 것이다. 각 세부요소는 고유한 데이터 정보를 간직한다. 초당 2.4킬로프레임이라 가정하자. 각 프레임은 백 개의 세부요소로 나뉘어져 초당 240킬로프레임이 된다. 각 세부요소는 OOK, PAM, 여기에서 제시된 변조 등에 의해 변조된다. 이 경우에 새로운 변조방식이 고안되거나 전통적인 방식들이 사용될 수 있다.

서브섹션를 변조하는 한 가지 방법은 서브섹션의 각 화소에 동일한 데이터를 적용하는 것이다. 이 서브섹션에서 수신된 신호들이 역변조되었을 때 같은 변조 방식이 적용될 수 있다. 만약, 이 변조 방식이 모든 화소에 적용되기 힘들기 때문에 각 화소에 적용하기 용이하지 않다면, 일부 역변조가 가능한 화소들에 역변조을 적용한다. 본 발명에서 고안된 변조는 픽셀에 같은 색상을 적용하기 때문에 같은 변조 배치도(constellation)를 쓸 수 있는 일정 수의 화소들에 적용될 수 있다.

본 발명은 가시광 통신들은 고유한 광원들과 채널들을 가지고 있다. 그들의 신호들과 채널들은 전파 (전자기파) 신호들과는 다른 특유한 성질을 가지고 있다. 그러므로, 새롭고 더욱 효율적인 신호조작 방식들과 변조방식들이 보다 효율적인 VLC통신을 위해서 고안되어야 할 것이다. 본 발명에서는 정보데이터(일련의 데이타 심볼들)를 전달할 수 있도록 광신호들을 조작할 수 있는 몇몇 조작방식들이 주로 고안되었고 이에 따라 이에 적합한 새로운 변조방식과 가시광 통신 시스템을 고안하였다.

본 발명에서는 무선통신을 위해 사용되는 가시광이 정보데이터를 전달할 수 있도록 조작된다. 따라서, 광신호 조작방식과 그와 관련된 수식들, 그리고 그로 인해 생기는 시스템과 장치들이 본 발명에서 주로 제공된다. 변조방식은 본 발명의 한 부분이다.

본 발명의 가시광통신 시스템은 가시광 통신신호를 전송하기 위해 구성된 송신장치; 및 상기 가시광 통신신호를 수신하기 위해 구성된 수신장치를 포함하는 가시광통신 시스템에 있어서, 상기 송신장치는, 발광하도록 구성된 서로 다른 분광분포들을 가진 복수의 발광기기들로 구성되는 발광 모듈; 한 세트의 빛의 강도들을 갖는 빛이 발산되도록 발광기기들을 구동하는 발광기기 구동기; 및 상기 발광기기 구동기에 사용하기 위한 데이터 심볼을 한 세트의 발광기기들의 빛 강도들로 변환시키기 위해 구성된 데이터-변조 매퍼(data-to-modulation mapper)를 포함하고, 상기 수신장치는, 서로 다른 반응성 분포들을 가진 복수의 빛 감지기기들로 구성되는 빛 감지 모듈; 및 상기 한 세트의 빛 감지기기들의 수신된 신호들로부터 한 세트의 복구된 데이터로 역맵핑하기 위한 변조 데이터 디맵퍼 (modulation-to-data demapper)를 포함한다.

또한, 본 발명의 가시광송신 장치는, 발광하게 구성된 서로 다른 분광분포들을 가진 복수의 발광기기들을 포함하는 발광 모듈;주어진 한 세트의 빛의 강도들을 갖는 빛이 발산되도록 발광기기들을 구동하는 발광기기 구동기; 및 상기 발광기기 구동기에 사용하기 위한 데이터 심볼을 한 세트의 발광기기들의 빛 강도들로 변환시키기 위해 구성된 데이터-변조 맵퍼(data-to-modulation mapper)를 포함한다.

또한, 본 발명의 복수의 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들을 조작하고, 상기 수신된 신호에 상응하는 색채공간내의 한 점을 구함으로써, 가시광통신 신호를 수신하고 전송된 데이터를 복구하기 위해 구성된, 가시광수신장치에 있어서, 고유한 반응성분포를 가지고 있는 복수의 빛 감지기기들을 포함하고 있는 빛 감지기 모듈; 그리고 및 상기 빛 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들을 복구된 심볼로 역맵핑하기 위한 변조 데이터 디맵퍼를 포함한다.

또한, 본 발명의 복수의 서로 다른 반응성 분포들을 가진 빛 감지기기들을 갖는 수신장치와 복수의 서로 다른 분광분포들을 갖고 있는 발광기기들을 갖은 송신 장치를 포함한 가시광 통신 시스템을 이용하는 가시광통신 방법에 있어서, 상기 송신장치에 의해서 한 세트의 데이터 심볼들에 상응하는 색채공간내에서 한 세트의 점들을 지니고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계; 상기 송신장치에 의해서 한 세트의 데이터 심볼들의 각 데이터 심볼을 색채공간의 심볼 배치도내 한 점으로 맵핑하는 단계; 상기 송신장치에 의해서 발광기기들의 서로 다른 분광분포들을 기초로 하여, 색채공간의 한 점에 상응하는 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 구하는 단계; 상기 송신장치에 의해서 상기 발광기기들의 빛 강도들을 조절하는 단계 ; 상기 수신장치에 의해서 상기 빛 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들과 상기 빛 감지기기의 반응성 분포들에 상응하는 색채공간에서의 점들을 사용하여, 전체 수신된 광신호를 나타내는 색채공간내의 한 점을 구하는 단계; 상기 수신장치에 의해서 색채공간내의 전체 수신된 광신호를 나타내는 점으로부터 복구된 데이터 심볼을 구하는 단계 ; 및 상기 수신장치에 의해서 일련의 데이터 심볼들을 나타내는 점들에서 목표색을 구하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 한 색채공간내에서 하나의 점으로 나타내어지는 빛을 발생하기 위해 서로 다른 분광분포들을 지닌 복수의 발광기기들을 갖는 가시광송신 장치를 이용하는 가시광통신 방법에 있어서, 한 세트의 데이터 심볼 요소들에 상응하는 상기 색채공간내에서의 한 세트의 점들을 갖고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계; 일련의 데이터 심볼들의 각 데이터 심볼을 상기 색채공간내의 심볼 배치도의 한 점으로 맵핑하는 단계; 상기 발광기기들의 서로 다른 분광분포들을 기초로 해서 상기 색채공간내의 점에 상응하는 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 계산하는 단계; 및 상기 발광기기들의 강도들을 조절하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 한 색채공간내에서 수신된 신호를 나타내는 한 점을 구함으로써 전송된 데이터 심볼을 복구하기 위한 복수의 빛 감지기기들을 갖는 가시광수신 장치를 이용하는 가시광통신 방법에 있어서, 상기 빛 감지기기의 반응성분포에 상응하는 색채공간내의 빛 감지기기의 점을 구하는 단계; 상기 색채공간내에서 전체 수신된 광신호의 점을 구하는 단계; 한 세트의 데이터 심볼 요소들에 상응하는 상기 색채공간내의 점들을 갖고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계; 상기 색채공간내의 전체 수신된 광신호의 점에서 전송된 데이터 심볼을 알아내는 단계; 및 일련의 복구된 데이터 심볼들의 점들에서 목표색을 구하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 발명된 변조방식이 주로 전파통신들에 쓰이는 다른 어떠한 전통적인 가시광 통신 변조에 비교해서 얻을 수 있는 몇 가지 장점들을 다음과 같이 나열할 수 있다:

● 이 변조방식은 송신기에서의 광원들과 수신기에서의 빛감지기기들과 독립적으로 적용될 수 있다.

이 변조방식은 송신기에서의 광원들의 수와 색, 그리고 수신기에서의 빛감지기기들의 수와 반응성들에 의존하지 않는다. 이는 송신기와 수신기가 다른 수들의 발광기기들과 빛감지기기들을 갖을 수 있고, 그들의 분광 특성도 다를 수 있음을 의미한다. 각 송신기는 서로 다른 분광분포를 가진 어떤 수의 발광기기들도 가질 수 있고, 각 수신기는 서로 다른 반응성 분광분포들을 가진 어떤 수의 빛감지기기들도 가질 수 있으며, 발광기기들의 수는 빛감지기기들의 수와 같지 않아도 된다. 이런 점은 전통적인 통신시스템의 개념과는 완전히 다른 것이다. 이런 사실은 서로 다른 제조원들을 가진 기기들간의 통신을 제공하는데 보다 나은 유연성을 부여한다. 이 변조방식은 송신기들과 수신기들에 쓰이는 발광기기들과 빛감지기기들을 선택하는데 좀 더 자유롭게 만든다.

● 이 변조방식은 빛 강도에 영향받지 않는다.

전통적인 방식들 대부분은 신호 강도(즉, 폭이나 크기)에 관련이 있지만 이 변조는 한 광색채공간내의 광원들의 위치들(혹은 점들)에만 관련이 있다. 이는 전통적인 방식들 대부분은 상당히 긴 시간동안 신호들이 주어진 신호 세기들을 갖는 것을 필요로 하고 대부분의 경우 신호 강도들이 전송된 데이터에 직접적으로 관련이 있음을 의미한다. 즉, 시간적으로 변하지 않는 (stationary) 신호들이 고려된다. 그러나, 여기서 발명된 변조는 신호 세기를 변화하여 어떠한 데이터정보도 전달하지 않는다. 그러므로, 발명된 변조방식에서 디밍 조절과 같은 밝기 조절이나 강도 조절은 보상되어야 할 문제가 되지 않는다.

● 어떠한 색도 생성될 수 있다: 가시 색들에 의존치 않음

이 변조를 쓰면 인간의 눈에 탐지되는 목표색에 의존하지 않고 영향을 끼치지 않기 때문에 어떠한 색도 생성할 수 있다. 목표색들은 고유한 심볼 배치도들을 결정한다. 그러므로, 전달된 빛들의 색들로부터 자유로우며, 광신호들의 색들에 의존하지 않는다.

변조 한 후의 색들을 제어해야 하는 경우를 생각해보자. 이 변조방식은 예를 들면, 조명의 경우와 같이 적용후 조만간 인간의 눈에 인식가능한 색들을 제어할 수 있는 방법을 제시한다. 이는 통신 중에 어떤 색도 생성될 수 있다는 뜻이다. 그러나, 수신기에서 색들을 직접 제어할 수 있게 송신기에서 특별한 정보가 전송될 수 있는데 색선택입력이 그것이다. 이 입력은 타 정보신호와 함께 전송될 수 있다. 또는 수신기에서 색정보를 추출하려면 좀 더 절차를 필요로 하긴 하지만 수신기가 송신기에서 직접 수신한 색정보 없이 수신된 신호들을 처리함으로써 궁극적으로 이러한 색들을 인식할 수 있다.

● 점진적인(progressive) 변조는 처리의 부담없이 얻어질 수 있다.

여러 응용들에 순응적으로 (adaptively) 적용될 수 있도록 동일한 심볼 배치도를 이용하여 느린 데이터속도부터 좀더 빠른 데이터속도까지 심볼 배치도와 심볼 기간내의 점들 수를 다양화시킴으로서 구현할 수 있다. 예를 들자면, 원격지에서 제어하기 위해서는 가장 낮은 데이타속도를 적용한다: 2-MWIM에 대해서는 1 심볼/4 심볼 기간 이 적용되어 1/4 비트/심볼 기간을 얻는다. 이 방식으로는 40 Mbps를 얻을 것으로 가정해 보자. 최고 데이터속도를 위해서는 (예를 들면, 파일 전송을 위한) 64-MWIM이 적용될 것으로 가정해 보자. 1 심볼/1 기간 이라면 동일한 심볼율을 가정했을 때 1Gbps를 얻을 수 있고, 각 심볼 기간당 6 비트를 보낼 수 있다. 이는 점진적으로 낮은 데이터속도에서 높은 데이터속도를 가변적으로 이용하는 응용들에 적용될 수 있다.

● 타 신호 세기 변조방식들의 신호 세기는 시간이 지남에 따라 변하지만 본 변조에서는 시간에 관계없이 일정한 빛 강도가 유지될 수 있다.

본 변조에서는 전송된 광신호들과 인간의 눈에 감지되는 빛들의 강도를 변화시키는 일 없이 한 심볼 배치도에서 각각 데이터 심볼들에 상응하는 빛 색깔들의 위치들의 변화만을 사용하기 때문에 변함없는 빛 강도가 유지될 수 있다. 본 변조는 서로 다른 심볼들에 전송된 빛의 강도를 바꾸지 않는다. 그러나, OOK (On-Off Keying)나 PAM 같은 타 변조방식들은 데이터 정보를 전달하기 위해서 광신호들의 강도들을 변화시킨다. 그리고, 상기에서 언급된 바와 같이, 본 변조는 빛 강도들이나 밝기에 좌우되지 않는다. 그러므로, 디밍 조절은 전송된 빛의 강도만을 조절해서 쉽게 구현할 수 있다. 따라서, 본 변조는 디밍 조절에 영향을 받지 않는다.

● 빛 강도의 변화들에 의한 색의 변질이 쉽게 보완될 수 있다.

일부 광원들에서 나온 빛의 색들은 강도들에 따라 각자 변한다. 예를 들면, LED들의 대부분은 그 빛의 강도들에 따라 색이 변화한다. 디밍 조절이 적용되었을 때 이러한 기기들에서 나온 색들이 조금씨 바뀔 수 있다. 본 발명에서 고안된 변조방식을 사용했을 시, 상기에서 설명한 바와 같이 데이터 심볼들이 맵핑되고 역맵핑되었을 때 이러한 색 변질이 보상될 수 있다.

● 수신기에서 데이터 심볼 요소들의 수에 대한 정보만을 이용해서 하나의 심볼 배치도를 생성할 수 있다.

목표색, 스케일링 계수, 그리고 심볼 배치도 점들에 대한 사전지식 없이, 이미 수신된 신호들의 일정한 수의 점들을 시험해 보면 데이터 심볼들의 집합의 크기를 아는 경우 수신기에서 수신된 데이터 심볼들을 복구하기 위한 심볼 배치도를 형성할 수 있다. 이를 실행함으로써 목표색과 심볼 배치도 점들을 알아 낼 수 있다. 더불어, 수신된 점들의 무게 중심의 변화를 검사함으로써 색 변화들을 감지할 수 있으며, 나아가 심볼 배치도가 이러한 변화들에 대응하기 위해 계속 새로 수정될 수 있다. QAM (Quadrature Amplitude Modulation)과 같은 심볼 배치도들을 사용하는 타 변조 방식들은 수신기에서 심볼 배치도 정보를 사전에 알아야 하며 통신 중 계속 수정될 수 없다.

● 고안된 변조방식은 아무런 시각적 필터들을 필요로 하지 않는다.

본 발명에서 고안된 변조방식은 아무런 시각적 밴드통과 필터들을 필요로 하지 않는다. 발광기기들과 빛감지기기들은 서로 특성이 다르며, 한 색채공간내에서 하나의 점으로 나타내어질 수 있으며, 특유한 분광분포들(혹은 반응들)을 지니고 있다. 송신기에서도 아무런 선형 드라이버들을 필요로 하지 않는다.

도 1은 전통적인 전파통신과 가시광통신의 주요한 차이들을 나열한 도면이다;
도 2는 가시광통신 송신기와 수신기의 블럭 다이아그램 구조를 도시한 도면이다;
도 3은 CIE 1931 색채공간의 세 등색함수의 분광분포를 도시한 도면이다;
도 4는 CIE 1931의 색채공간 채도표를 도시한 도면이다;
도 5는 RGB 등색함수의 분광분포를 도시한 도면이다;
도 6은 CIE xy 채도공간의 xy=(0,0),(0,1),(1,0) 삼각형에 부합하는 CIE rg 채도공간의 C_b-C_g-C_r 삼각형의 도표를 도시한 도면이다;
도 7은 CIE 1976 채도표를 도시한 도면이다;
도 8은 RGB LED들의 세 가지 색의 구성요소들의 분광분포의 한 예를 도시한 도면이다;
도 9는 형광 백색 LED들의 분광분포의 한 예를 도시한 도면이다;
도 10은 광다이오드의 사용 재료들에 따른 주파수 범위를 나타낸 도면이다;
도 11은 광다이오드의 수신 광도에 따른 출력신호를 나타낸 도면이다;
도 12는 광다이오드의 명도에 따른 출력 단락 전압을 나타낸 도면이다;
도 13은 광다이오드의 명도에 따른 출력 개회로 전압을 나타낸 도면이다;
도 14는 실리콘 광다이오드의 여러 주파수에 대한 분광 반응의 몇가지 예를 보여준다;
도 15는 또 다른 실리콘 광다이오드의 여러 주파수에 대한 분광 반응의 몇가지 예를 보여주는 도면이다;
도 16은 또 다른 실리콘 광다이오드의 여러 주파수에 대한 분광 반응의 몇가지 예를 보여주는 도면이다;
도 17은 애벌랜치 PD 분광 방응의 몇가지 예를 보여주는 도면이다;
도 18은 이미지 센서들의 전송거리 의존성을 나타낸 도면이다;
도 19는 전송거리에 대한 이미지 센서들에 대한 낮은 의존성을 나타낸 도면이다;
도 20은 송신기에서 수신기로의 광신호 전달 모델을 도시한 도면이다;
도 21은 가시광통신 시스템을 위한 변조 블록을 도시한 도면이다;
도 22는 본 발명에서 고안된 변조의 매핑과 역매핑을 도시한 도면이다;
도 23은 광색채공간내의 정규화된 심볼 배치도를 도시한 도면이다;
도 24는 (a, b) 평면내의 정규화된 광색채공간을 도시한 도면이다;
도 25는 광색채공간내의 정규화된 사용 가능 영역을 도시한 도면이다;
도 26은 목표 색 점과 움직이기 전의 네 배치도 점을 가지고 있는 이동 벡터를 도시한 도면이다 (예);
도 27은 최대 심볼 배치도 영역의 형성을 보여주는 도면이다 (일곱 개의 발광기기를 가지고 있는 예);
도 28은 m=2, 3 와 4의 정규화된 심볼 배치도를 몇 가지 예로 나타낸 도면이다;
도 29는 원점에 목표 색 점 (x_c,y_c)이 위치해 있고 최대 반지름 r_c 로 스케일되어 있는 심볼 배치도의 몇 가지 예를 도시한 도면이다;
도 30은 심볼 배치도 매핑을 위한 발광기기들의 강도를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다;
도 31은 일정한 수의 심볼 기간동안 수신점들의 평균을 계산해서 목표 색 점을 구하는 방법을 나타낸 도면이다 (m=2에 한한 예);
도 32는 고유한 색을 가지고 있는 일부 LCD를 도시한 도면이다;
도 33은 아날로그적 명도조절에 의한 색변화를 도시한 도면이다;
도 34는 본 발명에서 고안된 변조인 MWIM과 다른 변조방식들의 비교를 하는 도면이다.

본 발명에서는 다음을 위한 방식들이 고안된다:

● 효율적인 변조를 위해서 색들을 점들로 표시하기 위하여 어떻게 광색채공간을 쓸 수 있는가;

● 어떻게 광원들(혹은 발광기기들)과 빛감지기기가 광색채공간에서 점으로 표시될 수 있는가;

● 어떻게 광색채공간을 이용해서 여러 광원에서 나온 광신호들을 혼합해 필요한 색광을 만들 수 있는가;

● 변조방식에 응용하기 위해서 어떻게 광색채공간에서 심볼 배치도(constellation)가 형성되는가;

● 여러 광원들(혹은 발광기기들)이 사용될 때 광색채공간의 사용 가능 범위가 결정되는가;

● 어떻게 여러 빛감지기기에서 수신된 신호들을 조작해서 광색채공간 내에서 그 신호에 해당하는 점(혹은 색)을 결정하는가;

● 어떻게 광색채공간 내에서 수신된 광신호가 심볼 배치도의 점과 매칭해서 수신기에서 회복될 데이터 부호를 결정하는가;

● 어떻게 광색채공간, 광색채공간내의 사용 가능 범위, 그리고 광색채공간의 심볼 배치도가 정규화될 수 있는가; 그리고

● LCD전시나 현판의 각 화소 혹은 부품이 어떻게 데이터정보를 수신자에서 전달 하는가.

또한, 상기 방법을 통해 빛을 광신호 변조와 역변조하여 전송하고 수신할 수 있는 전송장치과 수신장치를 갖는 시스템도 고안되었다.

1. 서론

본원 발명은 가시광 통신들은 고유한 광원들과 채널들을 가지고 있다. 그들의 신호들과 채널들은 전파 (전자기파) 신호들과는 다른 특유한 성질을 가지고 있다. 그러므로, 새롭고 더욱 효율적인 신호조작 방식들과 변조방식들이 보다 효율적인 VLC통신을 위해서 고안되어야 할 것이다. 본 발명에서는 정보데이터(일련의 데이타 심볼들)를 전달할 수 있도록 광신호들을 조작할 수 있는 몇몇 조작방식들이 주로 고안되었고 이에 따라 이에 적합한 새로운 변조방식과 가시광 통신 시스템을 고안하였다.

다중 파장 광세기 변조(MWIM)는 본 발명에서 고안된 변조방식으로써 여러 주파수들의 광파들이나 여러 광원들(혹은 발광기기들)에서 나온 광신호들의 세기들을 변형(혹은 변조)해서 정보데이터를 전달한다. 이러한 파동들은 그들의 주파수에 상응하는 색들을 나타낸다. 그러나, 현실 환경에서 단일 주파수를 갖는 가시광파를 만드는 것은 사실상 불가능하다. 그러므로, 광원에서 나온 광신호는 본 변조에 사용될 수 있고 하나의 주파수가 아닌 고유한 분광분포로 나타내어질 수 있다. 본 발명에서는 그들 고유의 분광분포들을 갖는 서로 다른 광원들에 의해 광신호들이 생성되고, 다른 반응분포를 가지고 있는 빛 감지기기에 의하여 광 신호들이 인지될 수 있다. 각 광신호(혹은 색)는 고유한 주파수, 더 자세히는 분광분포로 나타낼 수 있다. 이 광 신호는 하나의 광원에 의하여 생성될 수 있다. 또는 빛의 색은 여러 광원에서 발생된 광신호들을 혼합해 만들 수도 있다. 그러므로 어떠한 색도 하나의 광원만으로 만들 수 있다고 할 수는 없다. 그러나, 광색채공간의 일정하게 제한된 영역의 어떤 색도 여러 광원들의 광신호들을 섞음으로 생성될 수 있다. 이 제한된 영역은 아래에서 더욱 심도있게 설명될 것이다. 본 변조에서는 색채공간에 점으로 표시된 광신호는 데이터심볼을 상징한다.

변조를 설명하기 위해서 본 발명에서는 몇 가지 관련된 과정들을 고안하였다. 이들은 다음의 조항들에서 설명되어 있다.

파장분할다중화 방식(WDM)과 MWIM의 중요한 차이 중 하나는 WDM은 송신기와 수신기 양측에 적용될 (각 부밴드에 일정한 주파수나 일정한 색을 할당하여) 일정한 주파수나 색을 가지고 있어 사용하는 부밴드의 수는 일정하지만, 본 변조방식인 MWIM은 총 밴드내에서 무작위로 선택할 수 있는 어떤 수의 부밴드나 색을 가질 수 있다는 것이다. 더불어, 송신기나 수신기는 서로 다른 갯수의 고유한 주파수나 어떤 갯수의 색을 갖고 그들 고유의 색조합도 가질 수 있다. 그것은 각 송신기나 수신기가 어떤 갯수의 주파수나 색의 색조합도 가질 수 있다는 것을 의미한다. 가시광통신시스템의 송신기와 수신기들은 광신호를 만들 수 있는 다른 수의 주파수들이나 광원들(혹은 색들)을 가질 수 있다. 이들의 값들은 송신기의 광원들(혹은 발광기기들)의 수와 수신기의 빛감지기기들의 수에 좌우된다. 몇몇 주파수들은 색을 섞어 특정한 색을 만들 수 있다. 이 색은 반드시 단색(monochromatic)이 아니더라도 보통 넓은 주파수밴드를 갖는 (아니면 고유한 분광분포의) 빛에서 얻어진다.

직교 진폭 변조(QAM)는 두가지 직교기준 신호(orthogonal reference)들을 가지고 있지만, MWIM은 비상관관계 기준 신호(uncorrelated reference)들을 가지고 있지 않다. 여러 색들을 조합하면 전혀 다른 색이 생성된다. 그러나, 본 발명에서는 하나의 특유한 조합방식이 고안되었다. 이는 본 출원에서 발명된 절차를 이용, 여러 색들을 혼합하여만든 색은 광색채공간내에서 유일한 점으로 나타내어질 수 있음을 의미한다.

변조가 적용된 후의 색들을 결정하는 요소를 한 가지 더 언급하자면 색 선택 입력 데이터를 들 수 있다. 적용된 변조에 의해 조작된 후 인지할 수 있는 색들을 제어할 수 있는 경우를 생각해 보기로 하자. 이런 경우는 가시광 통신(VLC)의 일반적인 경우라고 할 수 있으며 특별히 예를 들자면 조명을 통한 통신들이다. 본 변조방식은 변조가 적용된 후 인간의 눈에 감지될 수 있는 조명색이 되는 광 신호 색들을 통제할 수 있는 방법을 제공한다. 이는 어떤 색도 변조과정에 관계없이 만들어질 수 있음을 의미한다. 이 입력정보는 다른 정보신호를 통하여 전달될 수 있다. 아니면 수신기가 송신기에서 온 색정보를 사용하지 않고 수신된 신호들을 처리함으로써 이러한 색들을 인식할 수 있다.

기본개념

광신호의 전송과 수신 (혹은 감지)

송신기 측에서는 서로 다른 분광분포를 가진 LED같은 여러 광원들(혹은 발광기기들)이 빛을 발생시키는데 사용된다. 수신기 측에서는 서로 다른 분광분포(혹은 반응도)를 가진 여러 빛 감지기기들이 빛 감지에 쓰인다. 그러나, 통신시스템은 송신기들과 수신기들이 동일한 수의 장치들은 물론이고 같은 분광분포를 가질 필요도 없다. 각 송신기는 서로 다른 분광분포를 가진 어떤 수의 발광기기도 가질 수 있고, 각 수신기는 서로 다른 반응 분광분포를 가진 어떤 수의 빛 감지기기도 가질 수 있으며, 발광기기의 수와 빛 감지기기의 수가 같을 필요도 없다. 이러한 사실은 전통적인 통신시스템과는 전혀 다르다.

각 발광기기 혹은 빛 감지기기는 광색채공간내에서 고유한 점으로 표시될 수 있다. 이런 점이 어떻게 결정되거나 계산되는지는 아래에 설명이 되어있다.

어떤 색도 다차원적 광색채공간내에서 유일한 점으로 나타내어질 수 있다.

어떤 색이라도 n차원적인 공간에서 한 점으로 표시되지만 광색채공간이 잘 고안되지 않았을 경우 대부분 유일하지 않게 표시된다. 이는 각 장치에서 생성된 빛이 보통 완전히 다른 분광분포를 가진 다른 장치들의 광신호들을 조합해서 생성되었을 수도 있기 때문이다. 그러므로 이 공간내에서 하나의 유일한 점으로 표시될 수 있는 색을 얻기 위해서는 다차원적인 공간을 정해야 한다. 본 발명에는 가정되어 있지 않지만 이를 가능하게 할 한 가지 방법은 서로 관련이 없는 스펙트럼을 갖고 있는 광원들 혹은 빛 감지기기를 사용하는 것이다. 본 발명에서는 본 발명에서 고안된 시스템과 장치들, 그리고 방식들이 어떤 원리로 작동하는지를 설명하기 위해서 몇몇 이차원적 색채공간들이 제시되어 있다.

광색채공간상의 한 점으로 표시되는 유일한 색은 n개의 발광기기들에서 나온 광신호들을 섞어서 생성할 수 있고, k개의 빛 감지기기들에 의하여 감지된 광신호들을 처리함으로써 감지할 수 있다. 본 변조에는 이러한 성질이 적용된다.

빛 혼합 또는 가색

가색혼합은 서로 다른 분광분포(혹은 색)를 가진 두 개 이상의 광신호들(혹은 광선들)을 화면에 동시에 비추거나 관찰자의 망막에 직접 쏘았을 시 발생한다. CIE 채도표는 서로 다른 가색혼합에 의해 생성될 색을 예측하는데 적합한 도구 중 하나이다. S_i(λ), i=1, 2, ...n 의 분광분포를 가진 여러 광 필드들이 혼합되었다고 가정해보자. 그렇다면 통합적인 삼자극치는 다음의 수식(9)와 같이 표현된다.

(9)

더불어 이 여러 영역들의 채도좌표들은 수식 (10)에 주어진 것과 같이 (x_T, y_T, z_T) 이다.

(10)

C_i 를 수식 (11)으로 정의될 수 있다고 해보자.

(11)

그렇다면 C_i는 실제 강도와 비례하는 i번째 장치의 상대적 강도와 같다. 그러면 채도의 값은 수식(12)에서와 같이 표현될 수 있다.

(12)

따라서 여러 영역 (xT, yT, zT)들의 조합은 채도 좌표들은 수식 (13)과 같이 표현된다.

(13)

연속적이지 않은 단속적인 분광분포에도 상기와 같은 연속적이 분포들의 경우와 똑같은 설명이 적용될 수 있으며 동일한 결과를 얻을 수 있다.

이러한 수식들을 통해 우리는 이 Ci들이 혼합된(혹은 추가된) 빛의 채도 좌표들을 계산하는데에 있어 광색채공간내에 장치들의 점에 무게 역할을 한다는 것을 알 수 있다.

송신기에서 수신기로의 광신호 전달 모델

● 송신기에서의 발광(혹은 방사)

여러 발광기기들이 송신기에서 빛을 방사한다. 각 기기가 고유한 분광분포를 가지고 있으며 도 9에 도시된 S_i(λ), 즉 전 주파수 범위의 전체 전력을 계산함으로 방사하는 전력을 결정하는 i번째 장치의 분광분포는 이 예의 하나이다. 광색채공간의 등색함수들, 예를 들면 이차원적 CIE공간

,

, 그리고

의 등색함수를 사용하고 자극치, 예를 들면 광색채공간의 X, Y, 그리고 Z의 값을 계산함으로써 아래에 자세히 설명된 대로 인간의 눈에 감지될 수 있는 방사된 빛의 색이 결정될 수 있다.

● 인간의 눈에 의한 감지

인간의 눈이 어떻게 방사된 빛을 감지하는지 알려면, 인간의 명도 감지에 상호 연관성을 알기 위하여, 분광분포, 예를 들면 S_i(λ), - 도 9에 도시된 것처럼 i번째 기기의 분광분포를 가진 방사된 광신호를 표준화된 광도함수(luminosity), 즉 주파수가 가중된 광도함수에 곱하여 보면 된다. 곱한 후의 분포는 인간의 눈에 감지될 색을 결정한다. 인간의 눈에 감지된 전체 전력은 명도의 척도가 되는 가시광 주파수 범위내의 곱셈 후의 분포를 적분함으로써 정해질 수 있다.

● 수신기 측의 감지

방사된 신호는 도 9에 도시된 것과 같은 고유한 분광분포를 지니고 있으며 반응도에 따라 특정지어지는, 즉 고유한 분광감도를 지닌 감지기기에 전달된다. 이 반응도를 이용하여 분광반응과 감지될 색을 결정지을 전체 전력을 결정할 수 있다. 이에 관한 모델은 도 20에 설명되어 있다.

변조 블럭들 재검토

도 21에서는 본 발명에서 고안된 변조의 블럭 다이어그램을 다시 나타내고 있다.

송신기 블럭들

VLC 송신기를 위한 블록들의 일부는 다음과 같이 구현될 수 있다.

● 직열 병열 변환기

정보원(information source)에서 나온 데이터 스트림은 한 심볼 기간 동안에 이 스트림을 정해진 수의 비트로 나누기 위해서 본 모듈에 입력된다. 각 심볼 기간동안, m비트로 표시되는 데이타 심볼이 이 모듈에서 출력되어 나간다.

● 데이터에서 변조로의 맵핑

입력된 m비트는 광색채공간에서는 하나의 점, 더 정확히는 배치도의 점들 중 하나로 나타낼 수 있으며, 채도좌표 값으로 나타내어진다. 이 심볼 배치도는 광원들의 색정보를 포함한 모든 요소들을 고려해서 만들어진다. 광색채공간내에서 2^m 개의 데이타 심볼 요소들 중 하나와 부합하는 2^m 점 중의 하나로 표시되는 m비트 입력은 n개의 발광기기들(혹은 색요소들)의 강도들로 맵핑된다. 그러므로 출력은 n개의 발광기기들 혹은 색요소들의 강도로 나타내지며 각 2^m 점들은 서로 다른 n개의 (색)강도 요소들로 표시된다.

맵핑 출력을 결정하는 요소들은 n개의 색요소와 이 요소들에 적용된 강도들을 이용해서 생성한 2^m광신호들을 혼합하여 만든 목표 색을 포함한다. 목표 색은 변조 후에 인간의 눈에 감지되고 외부에서 입력된(혹은 제공된) 색 정보에 의해 결정된다.

● 발광기기 드라이버

n 입력 n 출력 드라이버는 n개의 발광기기를 구동하기 위한 회로들을 포함한다. 이 블럭은 발광기기 종류에 따라 각 발광기기에 필요한 신호변조와 신호증폭을 제공한다.

● 발광 모듈

이 모듈은 각기 고유한 분광분포나 색요소를 갖추고 있는 n개의 발광요소들(혹은 기기들)로 구성되어 있다. 본 특허에서 고안된 변조에는 각 발광 요소 또는 기기가 사용자 요구사항에 맞추기 위해서는 특정적인 분광 분포 특성들을 갖고 있지 않아도 된다.

수신기 블럭들

VLC 수신기를 위한 일부 블럭들은 다음과 같이 구현될 수 있다.

● 빛 감지 모듈

k 개의 빛 감지 장치들(혹은 부품들)은 각각 고유한 주파수나 색요소, 혹은 분광분포에 상응하는 빛의 강도(혹은 조명이나 관련된 요소들)를 측정하며, 그 광도(즉 그 조명이나 다른 측정된 요소들)를 출력한다.

● 증폭기

빛 감지기의 출력은 다음 블럭에서 수월하게 처리하기 위해 증폭된다.

● 변조에서 데이터로의 역맵핑

빛 감지 모듈에 의하여 감지되는 k개의 광 세기들(혹은 조명이나 관련된 빛 요소들)은 본 모듈에 입력되며, 모든 관련된 요소들을 고려하여 조작된다. 한번의 입력은 빛 감지 모듈에 의해 감지되는 k개의 색요소들의 강도들을 가지고 있다. 빛 감지 장치들(혹은 색요소들)의 k개의 광 세기들은 m비트 출력으로 맵핑된다.

관련된 요소들 중에 인간의 눈에 의해 감지되는 목표 색을 포함한다. 이러한 색 정보는 외부에서 입력되어 송신기로부터 전달될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 수신기는 빛의 강도들(혹은 투광들)을 조작함으로써 스스로 이 정보를 추출해내야만 한다. 송신기 맵핑과 거의 동일한 방식이 이 역맵핑에도 적용된다.

● 병렬 직렬 변환기

역맵핑기의 한 데이타 심볼은 m비트 출력 형태로 정보 이용자에게로 보내지기 위해 병열 데이타 스트림으로 변환된다.

변조의 핵심: 맵핑과 역맵핑

송신기 측에서의 맵핑과 수신기 측에서의 역맵핑은 도 22에 도시된 것과 같은 입력들과 출력들을 갖고 있다.

맵핑의 변수들

맵핑과 역맵핑을 고안하기 위해 고려해야할 변수들은 다음과 같다.

● 인간의 눈을 위한 목표 색 출력

소수의 목표색들이 단순한 응용에 적용될 수 있다. 그렇지면 대부분의 경우에는 보다 복잡한 응용들에 적용되기 위해서 어떤 색도 n개의 다른 빛이나 색요소들을 조작함으로써 발생될 수 있어야 할 것이다. 그러므로, 본 발명에서는 어떤 색도 광색채공간내의 목표 가능 사용 범위내의 여러 색요소들을 조합시킴으로써 발생할 수 있어야 할 것이다.

색 정보는 응용에 따라 다르다. 맵퍼는 외부에서의 색 정보 입력에 의해 이 색을 알게 된다. 이 목표 색 정보는 송신기의 외부 정보 소스에 의해 제공된다. 다음 몇몇 항목에서도 설명하겠지만 이 정보로 부터 색 이동 벡터 (x_c,y_c)와 정규화된 최대 심볼 배치도 반지름 r_c가 결정될 수 있다.

● 송신기 측에서 사용되는 발광기기들 또는 색요소(혹은 주파수)들의 수

본 변조를 위해서 n개의 유효한 발광기기들이나 n개의 색요소들의 빛의 강도들, C₁, C₂, ..., C_n이 고려되었다. 본 발명에서 설명된 과정들과 방식을 일반화시키기 위해서 결국에는 발광기기가 광색채공간내에서 하나의 색으로 표현되긴 하지만 n개의 색들이 아닌 서로 다른 분광분포를 지닌 n개의 발광기기들이 사용된다. 각 장치가 서로 다른 색을 가지고 있기 때문에 n개의 색들로도 적용될 수 있다.

● 수신기 측에서 사용되는 발광 감지기기들이나 색요소들(혹은 주파수들)의 수

본 변조에서는 k개의 빛 감지기기들에 의해 측정된 빛의 강도(혹은 조도)들이나 k개의 색요소들, C'₁, C'₂, ..., C'_k 이 고려되었다. 비록 결국에는 한 감지기기가 광색채공간내에서는 하나의 색으로 표현되지만 본 발명에서는 k개의 단색들이 아닌 서로 다른 분광분포를 지닌 k개의 빛 감지기기들이 본 발명에서 고안된 절차들과 방식을 일반화시키기 위해 쓰인다. 각 장치가 서로 다른 색을 가지고 있기 때문에 k개의 서로 다른 색들로도 적용될 수 있다.

● 발광기기들과 빛 감지기기들의 분광분포

각 장치들은 고유한 분광분포를 지니고 있다. 불연속적인 신호 처리를 위해 n개의 발광기기들이나 k개의 빛 감지기기들 중 q번째 장치의 l개의 분광 분포요소들을 S_q1, S_q2, ..., S_ql이라고 해보자. 이러한 값들은 각 발광기기나 빛 감지기기의 전체 목표 주파수 범위내에서 분광 전력 분포를 l개의 샘플 값들을 취함으로써 구할 수 있다. 정규화된 분광 전력 분포 s_q1, s_q2, ... s_ql도 불연속적인 신호 처리를 위해 사용될 수 있다. 그들은 전체 전력이 전체 목표 가시광 주파수 밴드를 통하여 계산할 수 있는 분포들이다. 이러한 광색채공간의 요소 값들과 등색함수들을 사용함으로써 어떤 장치도 광색채공간내에서 하나의 점으로 표시될 수 있다. 이 점은 다음 항목들 중 하나에 설명된 것과 같은 방식을 이용해서 하나의 발광기기를 표시하는 점을 한 색채공간내에서 결정할 수 있다. 빛감지기기를 나타내는 색채공간내의 하나의 점은 동일한 방법으로 계산할 수 있다.

2. 정규화

여러 가지 정규화들을 통하여 신호들이 보다 효율적이고 간단하게 처리할 수 있다. 본 발명에서는 한 예로서 이차원적 공간에서의 몇몇 정규화들이 제시된다. 이 개념은 단순한 변경을 거쳐 다차원적 공간들에서 적용하기 위하여 본 항목에서 설명된 것과 같은 방법을 사용하여 다차원적 광색채공간에까지 확장될 수 있다.

심볼 배치도 정규화

가시광색채공간에 데이터 심볼들을 표시하는 심볼 배치도는 이 공간에 데이터 점들을 정하기 위해 정규화될 수 있다. 정규화된 평면에서는 모든 데이터 심볼들을 위한 데이터점들을 미리 정한대로 위치시킬 수 있다. 그러므로 공통적인 방식으로 데이터점들을 위치시키기 위해서는 심볼 배치도를 정규화시킬 필요가 있다.

지금까지 여러 광색채공간들이 예를 들면, CIE xy 공간과 RGB 공간, CIE 1967, CIE1976 등 상기에서 설명한 것 같이 알려져있다. 그들 중 CIE 1931 xy 광색채공간은 가장 좋은 성능을 제공하고 있지 않지만 가장 잘 알려져있다. 이러한 공간들이나 새로 개발되고 있는 어떠한 새로운 광색채공간이라도 정규화된 심볼 배치도를 적용할 수 있다.

이차원적 광색채공간을 예로 들어보기로 한다. x와 y를 광색채공간의 두 좌표라고 해 보자. x와 y의 각 요소는 광색채공간의 등색함수를 사용해서 구할 수 있다. 발광기기들과 빛 감지기기들은 CIE xy 공간의 (x, y)값과 같이 광색채공간내에서의 고유한 위치(혹은 점)나 분광분포에 의해 특정지어질 수 있다.

이차원적 공간의 정규화된 심볼 배치도는 다음과 같은 방식으로 생성될 수 있다.

1. 이차원적 공간 (a, b)는 (0,0)를 원점으로 하여 생성된다.

2. 심볼 배치도 점들은 (0,0)를 중심으로 한 단위원 안에 위치시킨다.

3. 어떤 심볼 배치도라도 어느 두 점의 최소거리가 최대화되도록 고안되어야 한다.

상기 개념들을 사용하여 그려진 정규화된 심볼 배치도는 도 23에 그려져 있다.

광색채공간 정규화

전에 언급했던 것처럼 광색채공간들은 정해지지 않은 고유한 형태의 영역들을 가지고 있다. 따라서 여러 색을 섞어 목표 색을 생성할 공통된 방법을 사용하기 위해서는 광색채공간이 도 24에 도시된 바와 같이 어떠한 변조방식을 위해 정규화되어야만 한다.

발광기기들과 빛감지기기들은 CIE xy 공간의 (x, y) 값같이 광색채공간내의 고유한 위치(혹은 점)들이나 고유한 분광분포로 특정지어질 수 있다. 정규화된 광색채공간은 흰색점(백색점)이 원점 (0,0)에 위치한 이차원적 공간(a, b)이다. 현실화될 수 있는 색들은 중심을 (0,0)에 둔 단위원내에 위치해 있다. 존재하는 광색채공간이라면 어떤 것이라도 이 정규화된 광색채공간으로 변환될 수 있다.

공간내에서 지각적 비균일감(혹은 비선형성)은 그 개념을 본 발명에서 고안된 변조에 적용함에 있어서 문제가 된다. 그러므로, 이 정규화는 본 발명에서 고안된 변조에 쓰이지 않을 것이다. 그러나 이 개념은 다른 몇몇 변조방식에 사용되어질 수 있다.

사용 범위 정규화

발광기기들과 빛 감지기기들은 CIE xy공간의 (x, y) 값들처럼 광색채공간내의 고유한 위치(혹은 점)로 특정지어질 수 있거나 분광분포를 이용하여 구할 수 있다.

광색채공간내에서 사용되는 모든 발광기기를 표시하는 점들로 만들어진, 그 안에 이러한 장치들로 생성될 수 있는 어떤 색도 포함하는 최소영역을 사용 범위라고 한다. 이러한 영역은 실제로는 발광기기를 표시하는 모든 점을 포함하는 최소다각형이다. 이 영역내의 색들은 이러한 장치들에 적당한 강도들의 조합을 적용해서 나온 광신호들을 합성해서 발생시킬 수 있다.

이 영역은 도 25에 도시된 바와 같이 다음과 같은 방법을 이용해서 정규화될 수 있다.

1. 발광기기들에 의해 생성된 정규화된 사용 범위는 이차원적 공간 (a, b)의 평균 색 점을 원점 (0,0)에 둔 단위원이다. 평균 색 점은 동일한 강도의 모든 발광기기들의 광신호를 합성해 만든 색의 점이다.

2. 이들 발광기기들을 사용하여 구현될 수 있는 모든 색들은 중심을 (0,0)에 둔 단위원내에 위치할 수 있다.

발광기기들로 생성된 광색채공간내의 어느 사용 범위도 이러한 정규화된 사용 범위로 변환될 수 있다.

본 발명에서 고안된 변조개념을 적용하기에는 한 공간내의 시각적인 비균일감(혹은 비선형성)이 문제되기 때문에 이 정규화는 본 발명에서 고안된 변조에는 사용되지 않을 것이다.

3. 변조방식에 대한 자세한 설명

본 발명에서 고안된 변조방식은 주로 여러 광원에서 방사된 가시광의 강도들의 조합하여 데이터 전달(혹은 통신)을 위해 사용한다. 여러 광원(혹은 발광기기)에서 방사된 광신호들은 특정한 색을 가진 빛을 생성하기 위해 서로 혼합된다. 그래서 이 조합된(혹은 혼합된) 빛은 고유한 색(혹은 단색으로 표시했을 때의 주파수)을 가진다. 이 색은 광색채공간내에서 하나의 점으로 표시될 수 있다. 다차원적 공간이 근본적으로 본 변조의 심볼 요소에 상응하는 데이터를 색으로 표시하는데 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 제시된 방법을 수월하게 이해하고 단순하게 설명하기 위해 오로지 이차원적 공간만을 사용해 설명한다.

표기법의 정의

몇몇 정의들과 표기법들은 본 발명에서 다음과 같이 도입된다.

● 광색채공간 내의 점들과 심볼 배치도

- (x, y) 와 (x', y'): CIE 1931나 CIE 1976 xy 광색채공간이나 또 다른 광색채공간 내에서 송신기와 수신기 측에서 각각 정의될 수 있는 심볼 배치도들의 2^m점들

- (x, y): CIE 1931나 CIE1976 xy 광색채공간이나 또 다른 광색채공간 내에서 송신기 측에서 n개의 발광기기들이나 색(주파수)들을 조합하여 맵핑하기 위해 쓰일 수 있는 심볼 배치도의 한 정보점

- (x_r', y_r'): CIE 1931나 CIE1976 xy 광색채공간이나 또 다른 광색채공간 내에서 수신기측의 k개의 빛 감지 기기에서 수신된 빛의 강도들을 조합하여 역맵핑 방식에 의해 결정될 수 있는 수신된 빛을 나타내는 한 점

- (x', y'): CIE 1931나 CIE1976 xy 광색채공간이나 또 다른 광색채공간 내에서 수신기측의 k개의 빛 감지 기기에서 수신된 빛을 이용해서 역맵핑 방식에 의해 결정할 수 있는 점, (x_r',y_r')에 가장 근접한 점을 찾음으로써 구할 수 있는 심볼 배치도의 한 정보점

- (x_i, y_i)과 (x_i', y_i'): CIE 1931나 CIE1976 xy 광색채공간이나 그 밖의 적용된 다른 광색채공간내에서 송신기의 발광기기 i와 빛 수신기의 감지 기기 i의 위치(혹은 점)들

- r_c와 r'_c: 송신기 측에서와 수신기 측에서의 심볼 배치도의 스케일링 비율을 정하는 계수 인자. 이 값들은 같은 변조 방식을 적용하는 경우 송신기와 수신기측에서 같아야 한다.

● 목표 색 정보

- (x_c,y_c)와(x_c', y_c'): 송신기에서와 수신기에서의 목표 색을 상징하는 점들. 여기에서 목표 색은 변조 후에 인간의 눈에 감지되는 색을 의미한다.

- c _d 와 c _d ': 각자 원점에서 송신기와 수신기의 목표 색까지의 거리를 표시하는 이동 벡터들

● 장치들의 강도

- (C₁, C₂, . . . , C_n) 와 (C'₁, C'₂, . . . , C'_k): n개의 발광기기들의 증폭치나 강도계수나 상대적 강도들과 k개의 빛 감지기기들의 수신된 빛의 강도(혹은 밝기)들

- (c₁, c₂, . . . , c_n) 와 (c'₁, c'₂, . . . , c'_k): 수식(14)을 충족하는 n개의 발광기기들의 정규화된 증폭치 혹은 강도계수들과 k개의 빛 감지기기들의 정규화된 수신된 빛의 강도(혹은 밝기)들:

(14)

- C_total: 시스템 명세사항, 즉 명도의 요건을 충족하기 위한, 모든 발광기기들의 실제 강도들을 다 더해서 구할 수 있는 실제 총 강도

● 광색채공간을 정의하는데 사용되는 등색함수들

-

,

와

_:이차원 광색채공간 (x_i,y_i)혹은 (x_i',y_i') 내의 발광기기나 빛 감지 기기의 한 점을 구하려할 때 쓰이는 연속적인 등색함수들. 이러한 함수들은 광색채공간내의 광원에서 나온 광신호의 한 점을 구하는데 쓰인다. 이 점은 이 공간내에서 그 색을 가리킨다.

-

: 이차원적 광색채공간 (x_i, y_i)나 (x_i', y_i')내에서 발광기기나 빛 감지 기기의 한 점을 구하기 위해 쓰이는 전 주파수 범위내의 단속적인 등색함수들의 j번째 요소들. 이러한 함수는 광색채공간내의 광원에서 나온 광신호의 한 점을 구하는데 쓰일 수도 있다. 이 점은 색채공간내에서 그 색을 가리킨다.

● 각 장치나 감지기기의 1차(혹은 참조)색들 혹은 삼자극치의 상대적 강도들

- X_i, Y_i,와 Z_i: 다음에 설명되는 항목들 중 맵핑방식에 관한 대목의 수식들을 이용하여 구할 수 있는 광색채공간의 발광기기 i의 삼자극치들. 이러한 값들은 (x_i, y_i)을 구하기 위해 쓰여진다.

- X_i', Y_i', 와 Z_i': 다음에 설명되는 항목들 중 역맵핑방식에 관한 대목의 수식들을 이용하여 구할 수 있는 광색채공간의 빛 감지기기 i의 삼자극치들. 이러한 값들은 (x_i', y_i')을 구하기 위해 쓰여진다.

● 주파수: λ

● 주파수의 함수들로 나타내어진 발광기기들과 빛 감지기기들의 분광분포들

- S_i(λ)와 (S_i1, S_i2, . . . , S_ih): 각각 발광기기 i의 연속 분광분포와 단속적 분광분포

- s_i(λ) 와 (s_i1, s_i2, . . . , s_ih): 수식(15)을 충족시키는 발광기기 i의 연속 정규화된 분광분포와 단속적 정규화된 분광분포:

(15)

여기에서 h는 적용된 전체 주파수대내의 주파수 샘플의 수를 나타낸다.

- S'_i(λ) 와 (S'_i1, S'_i2, . . . , S'_ih): 빛 감지 기기 i의 연속 분광분포와 단속적 분광분포

- s'_i(λ) 와 (s'_i1, s'_i2, . . . , s'_ih): 수식(16)을 충족시키는 빛 감지 기기 i의 연속적 정규화된 분광분포와 단속적 정규화된 분광분포:

(16)

심볼 배치도의 생성

가장 효율적인 데이터 전송을 위한 색채공간내의 심볼 배치도의 생성에 필요한 두 가지 가정이 있다.

● 첫번째는 데이타 요소들(혹은 데이타 심볼들)은 발생 확율이 같다는 것이다.

● 두번째는 일정한 수의 심볼들의 전송 시간동안에는 색들이 변하지 않는다는 것이다. 이는 데이터속도에 반해 색의 변화율은 매우 낮다는 것이다. 예를 들면 TV 신호는 프레임율이 대략 1초에 30프레임 정도이다. 이는 대부분의 응용들에 대하여 데이터속도가 1초에 30심볼보다 훨씬 더 높은 한 하나의 프레임이 지속되는 시간에는 색 변화가 없다고 판단해도 된다는 의미이다.

데이타원부터의 입력 데이터의 하나의 심볼을 m비트라고 해 보자. 그렇다면 하나의 심볼 배치도 내에 2^m 점들이 존재하는, 즉 2^m개의 심볼 요소들이 있다. 변조후에 인간의 눈에 감지되는 목표 색의 점은 (x_c, y_c)로 표시된다. 그러면 데이타 심볼의 출력은 데이타 심볼들을 나타내는 2^m 점들의 집합인 (x, y) 심볼 배치도에서의 하나의 점이어야 한다.

이 심볼 배치도를 생성하기 위해서 광색채공간내의 점들을 고를 때는 두 가지 요소가 고려되어야만 한다.

● 변조 후에 인간의 눈에 인식되는 색 (목표색)들, 그리고

● 이 심볼 배치도에서 두 점 사이의 최소거리를 최대화. 이웃하는 두 점들 사이의 거리를 같게 함으로써 원하지 않는 신호 (잡음)의 영향을 최소화시켜주기 때문에, 점들이 데이터 오류율을 낮추기 위해 수신기 측의 빛 감지 기기들에 의해 감지될 때 이 등거리 정책은 가장 적합한 방식이다.

도 26에는 정규화된 심볼 배치도 평면내에 위치해 있는 몇몇 심볼 배치도 점들(이 경우에는 네 개의 심볼 배치도 점들)과 목표 색 점, 그리고 원점과 목표 색 점들 사이의 이동 벡터가 도시되어 있다. 이러한 심볼 배치도 점들은 아래에서 설명된 바와 같이 변조 절차를 완료하기 위해 이동 벡터를 각 심볼 배치도 점에 가감함으로써 움직일 수 있다.

심볼 배치도 내에서 어떤 두 점 사이들의 최소거리를 최대화시키기 위해서는 심볼 배치도 영역 또한 최대화되어야만 한다. 심볼 배치도의 최대영역은 두 개의 변수로 결정된다:

● 변조 후에 인간의 눈에 인식 가능한 목표 색의 점: 심볼 배치도의 원점이 이 점으로 옮겨진다.

● 발광기기들의 점을 나타내는 색 점으로 만들어진 사용 가능 범위(gamut)가 쓰여진다. 사용 범위는 모든 발광기기들의 색 점들을 포함하는 최소다각형이다. 심볼 배치도는 이 영역내에 있어야 할 것이다.

이러한 변수들을 고려해보았을 때, 최대 심볼 배치도 영역은 위의 두 변수들을 충족하는 최대 원을 그림으로써 결정되어질 수 있다. 이 개념은 도 27에 도시되어 있다. 심볼 배치도의 최대 영역은 사용 범위내의 목표 색 점을 중심으로 둔 제일 큰 원을 그림으로써 생성된다.

상기에서 언급된 방법은 아래에 같이 단계적으로 설명될 수 있다.

정규화된 심볼 배치도의 형성

원점을 중심으로한 단위원 안에 어느 두 점들 사이의 최소거리가 최대화되도록 2^m 점들이 배열되어 있다. 도 28에서는 정규화된 심볼 배치도들의 몇 가지 예가 도시되어 있다.

목표 색 점을 중심으로 한 심볼 배치도

상기에서 생성된 정규화된 심볼 배치도는 중심이 목표 색 점에 위치 되도록 옮겨졌고, 사용 범위 내에서 심볼 배치도 영역이 최대화될 수 있도록 r_c를 반지름으로 정해 놓았다. 그러므로 r_c는 사용 범위내에서 원의 반지름이 최대화되고, 원점이 목표 색 점이 되도록 결정된다. 그래서 상기의 한 항목에서 설명한 바와 같이 사용되는 발광기기들의 점들로 만들어진 사용 범위내에 있는 최대 원이 될 것이다.

중심이 목표 색 점에 위치하고, 반지름이 r_c인 심볼 배치도의 한 예는 도 29에 도시되어 있다. 이 도에서는 가장 큰 원의 반지름이 r_c이다.

이 방법을 사용해서 각자가 광색채공간내에서 빛의 색과 동시에 전송될 데이타 심볼 요소를 나타내는 2^m점들을 가지고 있는 심볼 배치도를 생성할 수 있다. 각 점들은 수식(17)을 충족할 수 있게 모든 발광기기들의 실제 강도 값들인 (RC₁, RC₂, . . . , RC_n)을 정하기 위해 사용될 수 있는 n개의 발광기기들의 상대 강도인 (C₁, C₂, . . . , C_n)의 집합으로 나타내 질 수 있다:

(17)

C_total은 조명 혹은 명도조건을 충족하기 위한 전체강도이고 R은 실제 강도를 정할 수 있는 상수이다. 그러므로 R은 (C₁, C₂, . . . , C_n)이 계산된 후 위 수식을 이용해서 구할 수 있다. (C₁, C₂, . . . , C_n)은 정규화된 강도, (c₁, c₂, . . . , c_n)로 정규화되어 수식(18)을 충족시킬 수 있다:

(18)

(C₁, C₂, . . . , C_n) 또는 (c₁, c₂, . . . , c_n)를 구하기 위해서는 맵핑 방식을 이용하여 심볼 배치도 점을 발광기기들의 강도 값들에 맵핑해야 한다.

( C ₁ , C ₂ , . . . , C _n ) 맵핑의 심볼 배치도

심볼 배치도가 상기에서 설명한 점들로 생성된 후에 각 점은 (C₁, C₂, . . . , C_n) 또는 (c₁, c₂, . . . , c_n), 즉 n개의 발광기기들의 투광강도들의 집합으로 맵핑된다. 비록 여태까지는 완벽한 균일감이나 선형성을 가진 광색채공간의 생성이 불가능하지만, 광색채공간에서 발광기기들에서 방사된 빛을 나타내고 빛 감지기기들에 의해 감지되는 빛을 나타내는데에 지각적 균일감이나 선형성이 유지된다는 가정 하에 이 맵핑이 실행된다. 이런 균일성의 불완벽함은 광색채공간내에서 전송된 빛과 수신된 빛에 점들을 배정하는데 일정량의 왜곡을 초래한다. 이 균일감은 여러 광색채공간들을 설명하기 위한 상기 한 항목에 설명되어 있다. 이러한 맵핑방식을 위해서는 심볼 배치도의 한 점 (x, y)가 입력되고 이 점에 상응하는 발광기기들의 강도들인 (C₁, C₂, . . . , C_n)나 (c₁, c₂, . . . , c_n)가 출력된다.

발광기기들의 분광 특성을 규정하기 위해 두 가지 경우들이 아래와 같이 고려된다:

(1) (x _i , y _i ) i=1, 2, .., n이 주어졌을 때 광색채공간내의 모든 발광기기들에 (x _i , y _i ), i=1, 2, .., n를 적용할 때 혹은

(2) (x _i , y _i ) i=1, 2, .., n이 주어지지 않았을 때 사용되는 모든 발광기기들에 그들의 분광분포를 적용할 때이다.

이 맵핑방식은 두 단계로 나눌 수 있다:

첫번째 단계: 첫째, 미리 주어지지 않았을 경우 (x _i ,y _i ) i=1, 2, .., n를 계산한다 (경우(2)에 한정).

두번째 단계: 둘째, 송신기측에서 데이터 심볼을 위한 발광에 사용되는 모든 발광기기들의 강도들, 즉 (C₁, C₂, . . . , C_n) or (c₁, c₂, . . . , c_n)를 계산한다.

첫번째 단계: 모든 발광기기들의 ( x _i , y _i )의 계산

각 발광기기는 광색채공간내에서 그 분광분포에 상응하는 고유한 x와 y 채도좌표 값, 즉 i번째 장치라면 (x _i , y _i )을 갖고 있다. 이러한 값들은 CIE 1931xy에서 하였던 것처럼 그 분광분포들을 광색채공간의 x와 y, 그리고 z 등색함수에 곱하여 전 주파수범위에 걸쳐 적분하여 구할 수 있다. 또는 이 값들은 제조회사가 제공할 수도 있다.

(x _i , y _i )이 주어지지 않았지만 장치들의 분광분포들은 알고 있다면 이러한 값들은 다음의 수식들을 이용하여 구할 수 있다:

연속 분광분포들 S_i(λ), i=1, 2, ..., n 이 주어졌을 때, i번째 발광기기들의 삼자극치들은 수식(19)에 의해 계산될 수 있다:

(19)

정규화된 연속 분광분포들 s_i(λ), i=1, 2, ..., n 이 주어졌을 때, i번째 발광기기들의 삼자극치들은 수식(20)에 계산될 수 있다:

(20)

개별적인 분광분포들 (S_i1, S_i2, . . . , S_ih), i=1, 2, ..., n 이 주어졌을 때, i번째 발광기기들의 삼자극치들은 수식(21)에 주어진 바와 같다:

(21)

그리고 정규화된 단속적 분광분포들 (s_i1, s_i2, . . . , s_ih), i=1, 2, ..., n 이 주어졌을 때, i번째 발광기기들의 삼자극치들은 수식(22)에 주어진 바와 같다:

(22)

그러면 상기의 모든 경우들에는 x_i와 y_i가 수식(23)와 같이 정의된다:

(23)

( C ₁ , C ₂ , . . . , C _n )를 계산하기 위한 두번째 단계

(C₁, C₂, . . . , C_n)를 계산하는 기본수식들은 다음과 같다:

(1) (x_i, y_i), i=1, 2, .., n,이 주어졌을 경우, (C₁, C₂, . . . , C_n)의 강도를 가지는 n개의 발광기기들에서 나온 빛들을 혼합해서 만들어진 광색채공간내의 광신호의 한 점의 채도좌표 값은 수식 (24)를 사용하여 구해진다:

(24)

(2) 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 때, (x_i, y_i)값들이 첫번째 단계에서 이미 구해졌기 때문에 상기 경우를 적용할 수 있고 상기 수식들이 적용될 수 있다.

그러나 첫번째 단계를 거치지 않는 또 다른 방법은 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우에는 다음과 같은 수식들을 적용할 수도 있다. 여기에서, 주지해야할 것은 이러한 분광분포들이 통신을 위해 사용되는 각 발광기기에서 나온 실제 빛의 분포가 아니라는 것이다. 그들은 일반적으로 기기 제조업자들에 의해 제공된다. 그러므로, 그들의 전체 전력이나 진폭, 그리고 크기들은 표준화된 값들이 아니며, 이 맵핑에 사용되는 발광기기들의 색 정보밖에 제공할 수 없다. 따라서, C_i들이 실제 강도들에 비례해야하기 때문에 C_i = X_i+Y_i+Z_i은 더이상 사용할 수가 없다.

모든 발광기기들의 분광분포가 주어졌을 경우 n개의 발광기기들에서 나온 빛들을 혼합하여 만들어진 광색채공간내의 광신호의 한 점의 채도좌표 값은 수식(25)를 사용하여 구해진다:

(25)

그리고 모든 발광기기들의 정규화된 분광분포들이 주어졌을 경우, n개의 발광기기들에서 나온 빛들을 혼합하여 만들어진 광색채공간내의 광신호의 한 점의 채도좌표 값은 수식(26)을 사용하여 구해진다:

(26)

데이타 심볼 요소의 배치도상의 점의 두 좌표값들, x와 y가 미리 주어졌기 때문에 이로부터 (C₁, C₂, . . . , C_n)을 구해야만 한다.

상기의 설명에 의하면 이 맵핑방식에는 다음과 같은 두 단계들이 필요하다:

(1) 광색채공간 심볼 배치도에서 m bit 입력은 하나의 점에 대응된다. 따라서 (x, y)는 한 데이터 심볼의 m bit를 위한 심볼 배치도 점이다.

(2) (x, y)는 (x_i, y_i) 또는 분광분포를 사용해서 발광기기들의 강도정보인 (C₁, C₂, . . . , C_n), i=1, 2, ..., n, 로 변환된다 (즉, 맵핑된다).

상기에서 설명한 두번째 단계를 위해선 C_i를 구할 수 있는 알고리즘이 필요하다. 상기 수식들을 사용했을 시 이계산을 위한 여러 종류의 알고리즘을 얻을 수 있다. 이 중 하나는 다음 항목에서 설명된다.

여기에서 문제는 (x, y) 와 (x_i, y_i)이 주어졌을 때 C_i를 구할 수 있는 방법 중 어떤 방법이 가장 좋은가 하는 것이다. 첫번째 경우에서 제시된 관계(혹은 수식)들을 충족하는 어떤 조합(혹은 어떤 세트)도 사용할 수 있다. 따라서, C_i값들을 구할 수 있는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 이러한 방법들은 상기 관계(혹은 수식)들을 이용해서 쉽게 찾을 수 있다. 다음의 절차는 그 중 하나이다.

C _i 들의 계산을 위한 알고리즘

(C₁, C₂, . . . , C_n)을 구할 수 있는 방법들 중 하나는 도 30을 이용하여 다음과 같이 설명될 수 있다:

1. 정보점(즉, 데이타 심볼 점)인 (x, y)에서 가장 먼 발광기기 점을 구한다. (도 30에서 H 점)

2. 이 가장 멀리 위치한 점과 정보점을 이은 선을 긋는다.

3. 이 선의 양측에서 가장 근접한 발광기기점을 구한다. (도 30에서 점 F와 G)

4. 이 두 점을 이어 선을 만든다.

5. 이러한 두 선들의 교차점에서 단 두 개의 강도 요소들만이 0이 아닌 값들이며 (단, 두 발광기기들의 강도 값들 C_f와 C_g는 F와 G에 위치해 있다) 다음을 충족시킨다:

점 B에서 C_f : C_g = d₄ : d₃ 이고 C_i = 0, i≠f, 이며 i≠g.(27)

여기에서 이러한 두 강도들 사이에서는 오로지 그 사이의 관계(혹은 비율)만을 구할 수 있다. 그렇다면 두 선들의 교차점인 점 B의 빛 강도는 다음과 같다.

C_B = C_f + C_g = (1+d₄/d₃) C_g. (28)

6. 그렇다면 점 A의C_h는 다음과 같이 구해진다.

C_B : C_h = d₁ : d₂ , 따라서 C_h = C_B d₂ / d₁ = (1+d₄/d₃) C_g d₂/d₁. (29)

7. 점 A의 전체 빛 강도는

C_A = C_B + C_h = C_f + C_g + C_h. = C_total.이다. (30)

상기 알고리즘에서 점 A는 값이 영이 아닌 세 개의 강도 요소들 C_f, C_g, 그리고 C_h만을 가지고 있다. 맵핑후의 전체 합쳐진 빛 강도는 모든 발광기기들에게 배정된 강도들의 합과 같다. 즉, 정보점에서의 빛 강도는 모든 강도들을 합한 전체 강도와 같아야 한다. 이 전체 강도는 조명의 일부 혹은 조명 조건에 의해 주어지거나 구해질 것이다. 이 강도 조건에서 각 장치의 강도가 구해질 수 있다. 다시 설명하자면, 장치들의 모든 강도 요소들(혹은 C_i 값들)의 비율은 정보점(혹은 색)을 나타낼 수 있게 결정되어야 할 것이다. 그러므로, 장치들의 실제 강도들은 수식 (17)을 이용해서 이 비율과 방사된 빛의 전체 전력(혹은 강도)에 의해 구해질 수 있다. 이 방식은 도 30에 설명되어 있다.

한 예로 도 37에서 도시된 상기의 예에서 d₁=5, d₂=3, d₃=1, d₄=3, 그리고C_total=32라고 주어졌다고 하면

C_f : C_g = 3:1. (31)

두 선의 교차점인 점 B의 빛 강도는

C_B = C_f + C_g = 4 C_g. (32)

그러면 C_h는 다음과 같이 구해진다.

C_h = C_B x 3 / 5 = 12/5 C_g. (33)

통합적인 총 강도는

C_total = C_f + C_g + C_h. = 3 C_g + C_g + 12/5 C_g. = 32/5 C_g = 32 (34)

이다. 그러므로 점 A에서의 색을 위한 세 장치들의 강도들은

C_f = 15, C_g = 5, 그리고 C_h = 12 (35)

이고, 다른 강도들은 전부 0이다. 이 예를 보면 오로지 장치들 F, G, 그리고 H만이 광색채공간에서 정보점인 점 A를 표시하기 위해 각기 15, 5, 그리고, 12의 0이 아닌 강도들을 가진다.

( c ₁ , c ₂ , . . . , c _n )의 계산을 위한 두번째 단계

C_i와 c_i 사이의 관계를 다음과 같다고 해보면:

(36)

여기에서 K는 한 심볼 기간동안에 해당하는 상수이다. 이는 모든 발광기기들을 위한 한 심볼 기간동안의 C_i와 c_i의 비율로 일정함을 의미한다.

(37)

(2) 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우, 첫번째 단계에서 모든 값들이 구해졌기 때문에 상기 경우를 적용할 수 있고 상기 수식들을 적용시킬 수 있다.

그러나, 첫번째 단계를 거치지 않는 또 다른 방법은 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우에는 다음과 같은 수식들을 적용할 수도 있다. 여기에서 주지해야할 것은 이러한 분광분포들이 통신을 위해 사용되는 각 발광기기에서 나온 실제 빛의 분포가 아니라는 것이다. 그들은 일반적으로 기기 제조업자들에 의해 제공된다. 그러므로 그들의 전체 전력이나 진폭, 그리고 크기들은 표준화된 값들이 아니며 이 맵핑에 사용되는 발광기기들의 색 정보밖에 제공할 수 없다. 따라서, C_i들이 실제 강도들에 비례해야하기 때문에 C_i = X_i+Y_i+Z_i은 더이상 사용할 수가 없다.

모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우, n개의 발광기기들의 빛을 혼합해서 만든 색채공간 내의 광신호의 점의 채도좌표 값은 수식 (38)을 이용해서 구해진다:

(38)

그리고 모든 발광기기들의 정규화된 분광분포들이 주어졌을 경우, n개의 발광기기들의 빛을 혼합해 만든 색채공간 내의 광신호의 점의 채도좌표 값은 수식 (39)를 이용해서 구해진다:

(39)

데이타 심볼 요소를 위한 심볼 배치도점의 두 좌표값인 x와 y가 주어졌기 때문에 (c₁, c₂, . . . , c_n)를 구해야만 한다.

상기 설명으로부터 이 맵핑절차를 위해 필요한 두 단계는 다음과 같다:

(1) 광색채공간 심볼 배치도에서 m bit 입력은 (x, y)라는 점에 매칭된다. 그러므로 (x, y)는 m bit 입력을 위한 심볼 배치도 점이다.

(2) (x, y)는 (x_i,y_i) i=1, 2, ..., n, 즉 강도 정보나 발광기기들의 분광분포들을 이용해서 (c₁, c₂, . . . , c_n)로 변환된다 (즉, 맵핑된다).

상기에서 설명된 두번째 단계에서는 다음 항목에서 설명된 것처럼 c_i 값들을 계산 혹은 결정할 알고리즘이 필요하다.

여기에서 문제는 (x, y) 와 (x_i, y_i)이 주어졌을 때 C_i를 구할 수 있는 어떤 방법이 가장 좋은 것이가 하는 것이다. 첫번째 경우에서 제시된 관계(혹은 수식)들을 충족하는 어떤 조합(혹은 어떤 세트)도 사용할 수 있다. 따라서, C_i값들을 구할 수 있는 방법은 여러가지가 있다. 이러한 방법들은 상기 관계(혹은 수식)들을 이용해서 쉽게 찾을 수 있다. 다음의 절차는 그 중 하나이다.

c _i 들의 계산을 위한 알고리즘

(c₁, c₂, . . . , c_n)를 구할 수 있는 방법들 중 하나는 다음과 같다:

1. 정보점 A인 (x,y)에서 가장 먼 발광기기 점을 구한다. (도 30에서 점 H) 강도 정규화 때문에 다음과 같은 점의 강도들을 배정한다.

점 H에서 c_i = 1, i=h, 와 c_i = 0, i≠h. (40)

2. 이 두 점들을 이어 선을 그린다.

3. 이 선의 양측에서 가장 근접한 발광기기 점을 구한다. (도 30에서 점들 H와 G) 강도 정규화 때문에 다음과 같은 점의 강도들을 배정한다.

점 F에서 c_i = 1, i=f, 와 c_i = 0, i≠f, (41)

점 G에서 c_i = 1, i=g, 와 c_i = 0, i≠g.

4. 이러한 두 점들을 이어 선을 그린다.

5. 다음을 충족시키도록, 두 선의 교차점인 점 B를 나타내기 위한 i번째 장치의 빛 강도인 c_Bi 들의 값을 구한다:

c_Bf : c_Bg = d₄ : d₃ 이고 c_Bi = 0, i≠f, 이며 i≠g 이고 ∑c_Bi = 1. (42)

그렇다면 점 B에서의 빛 강도들은

c_Bf = d₄ / (d₄ + d₃), c_Bg = d₃ / (d₄ + d₃), c_Bi = 0, i≠f 이며 i≠g. (43)

6. 따라서, 점 A에서의 강도들, c_Ai 들은 다음을 이용해서 구해질 수 있다.

c_Af = c_Bf d₁ / (d₁+d₂), c_Ag = c_Bg d₁ / (d₁+d₂), c_Ah = c_h d₂ / (d₁+d₂), 그리고

c_Ai = 0, i≠f, i≠g 이며 i≠h. (44)

이 방법은 도 30에 도시되어 있다.

하나의 예로 상기의 도면에서 d₁=5, d₂=3, d₃=1, d₄=3, 그리고 c_total=32라고 하자. 그렇다면 처음에는

점 F에서 오로지 c_f = 1

점 G에서 오로지 c_g = 1 그리고 (45)

점 H에서 오로지 c_h = 1

그리고, 다른 강도들은 모두 0이다. 두 선의 교차점인 점 B에서 빛 강도들은

c_Bf = d₄ / (d₄ + d₃) = 3/4 이고 c_Bg = d₃ / (d₄ + d₃) = 1/4 이고 c_Bi = 0, i≠f 이며 i≠g. (46)

그렇다면, c_Ai들, 즉 점 A에서의 강도들은 다음과 같이 구할 수 있다.

c_Af = c_Bf d₁ / (d₁+d₂) = 15/32, c_Ag = c_Bg d₁ / (d₁+d₂) = 5/32,

c_Ah = c_h d₂ / (d₁+d₂) = 12/32, 그리고 c_Ai = 0, i≠f, i≠g 이며 i≠h. (47)

세 개의 강도들을 제외한 다른 강도들은 모두 0이고 정규화때문에 모든 강도들의 합은 1이다.

또 중요한 점은 상기의 두 알고리즘들 (아니면 다른 어떤 알고리즘이라도)에 의 해 구해진 발광기기들의 강도들은 상대적이거나 정규화된 것들이라는 점이다. 오로지 그들의 (값들이 아닌) 강도들의 비율만이 색과 광색채공간내에서 한 점의 위치를 결정한다. 그러므로 상대적이고 정규화된 강도들은 비율만을 결정한다. 실제 강도들은 인간의 눈의 명도 조건을 충족해야할 것이다. 맵핑 후의 혼합된 빛의 강도는 모든 발광기기들에 배정된 강도들의 합과 같다. 즉, 정보 점의 빛 강도는 시스템 요구사항들에 의해 규정지어진 모든 강도들의 합인 전체 강도와 같아야할 것이다.

상기의 두번째 알고리즘 혹은 방식은 강도 정규화 때문에 모든 c_i들의 합은 1과 같지만, 다만 c_i들의 비율만을 결정하고 절대값을 제공하지는 않는다. c_i들의 그 비율은 광색채공간내에서 동일한 점(혹은 색)을 결정한다. 그러므로, 모든 장치들의 실제 강도값들을 구하려면 인간의 눈에 영향을 끼치는 명도라던가 수신기에 영향을 주는 투광 등 투광조건을 충족시켜야할 것이다. 전체 강도 C_total은 충족시켜야할 총 밝기, 또는 명도(혹은 투광)와 같아야 한다. 상기의 경우에는 장치들 F와 G, 그리고 H의 실제 강도들은 다음과 같이 수식 (48)을 이용해서 계산될 수 있다:

(48)

각 장치의 실제 강도는 그 정규화된 강도에 명도/투광 조건을 만족시키기 위한 전체 강도를 곱한 것과 같다. 상기의 경우에는 모든 장치들 중에서 오로지 세 장치들만이 0이 아닌 값들을 가지고 있다. 상기에서 언급한 예에서는 C_total 이 32이기 때문에 점 F와 G, 그리고 H에 있는 발광기기들의 실제 강도들은 각자 15와 5, 그리고 12이며 다른 장치들은 빛을 발광하지 않는다.

상기에서 설명된 알고리즘들에서는 심볼 배치도의 정보 점에서 n개의 값들 중에서 최대 세 c_i들이 0이 아닌 값를 가지고 있고, 나머지 값들은 전부 0이다. 이는 매 순간에 n개의 장치들 중 3개 이하의 발광기기들만이 한 심볼 기간동안 발광하며 나머지는 발광하지 않아 보다 단순한 시스템 구현을 가능하게 한다.

실제로는 어떤 세 개의 장치도 선택될 수 있으며 상기 알고리즘들이 강도를 구하기 위해 쓰여질 수 있다. 상기 알고리즘들에서는 가장 먼 점들 혹은 근접한 점들이 채택되었다. 하지만 그 대신 어떤 점도 선택될 수 있다. 또 3개 이상의 장치들이 선택될 수 있으며, 상기 알고리즘을 단순화시킨 후 적용할 수도 있다. 그러므로 강도값들을 구하기 위해서는 많은 방법이 있을 수 있다.

( C ₁ ' , C ₂ ' , . . . , C _k ' )의 심볼 배치도 역맵핑

적용된 광색채공간에서 k개의 발광기기들 (C₁', C₂', . . . , C_k')의 조합은 이 역맵핑 방식을 이용해서 한 점 (x_r', y_r')로 변환된다. 이 점에서 제일 근접한 심볼 배치도의 심볼 점을 구함으로써 데이터를 복구하기 위해서 적용되는 심볼 배치도의 2^m 점들 중 하나인 데이터 심볼 점과 매칭되어질 것이다. (C₁', C₂', . . . , C_k')는 수식(49)가 충족되도록 (c₁', c₂', . . . , c_k'), 즉 정규화된 수신된 강도들로 정규화될 수 있다:

(49)

여기에서 역맵핑을 위해 필요한 가정은 광색채공간에 대한 상기 항목들 중 하나에서 설명한 대로 광색채공간내의 발광기기들과 빛 감지기기들의 지각적 균일감 혹은 선형성이다. 또 다른 가정은 수신기가, 심볼 배치도에서의 점들의 수와 광색채공간내에서의 그들의 위치와 같은 송신기가 맵핑을 위해 쓰는 심볼 배치도 정보를 갖고 있으며, 스스로 계산한 혹은 외부에서 (예를 들면, 송신기에서) 수신한 각 심볼의 목표색 정보를 확보할 수 있다는 것이다. 상기에서 설명된 바와 같이 목표색은 심볼보다 덜 자주 변화하며 목표색은 적당한 수의 심볼 점들을 관찰함으로써 구할 수 있다.

디맵퍼로의 입력은 (C₁', C₂', . . . , C_k') 또는 (c₁', c₂', . . . , c_k'), 즉, k개의 발광기기들에 의해 측정된 정규화된 빛의 강도들이다. 전송된 광신호는 발광기기들의 빛 강도지수 (C₁, C₂, . . . , C_n) 또는 (c₁, c₂, . . . , c_n)를 이용해서 송신기에서의 모든 발광기기들에서 나온 광신호들을 혼합시킴으로써 생성된다. 채널들에서 나온 잡음(혹은 원하지 않는 신호)은 송신기에서 나온 광신호에 더해진다. 그리고, 이러한 새로운 지수들의 집합 (C₁', C₂', . . . , C_k') 또는 (c₁', c₂', . . . , c_k')은 수신기에 의해 감지될 것이다. 이 디맵퍼의 출력은 적용되는 광색채공간내에서 수신된 광신호 (C₁', C₂', . . . , C_k')나 (c₁', c₂', . . . , c_k')의 빛 강도들을 이용해서 알아낸 점, (x_r', y_r')에 가장 근접하게 매칭되는 배치도 상의 정보 심볼 점이다. 다만 문제는 어떻게 정보 심볼 점을 알아내느냐 하는 방법이다.

빛 감지 기기들의 분광 색 감지 특성에 다음과 같은 두 가지 경우들이 고려될 수 있다:

(1) 모든 빛 감지기기들의 (x_i', y_i'), i=1, 2, .., k, 값들이 주어졌을 때 이들 값들을 이용하는 경우 그리고,

(2) (x_i' y_i'), i=1, 2, .., k 이 주어지지 않고 모든 빛 감지 기기들의 분광분포들을 사용하는 경우이다.

광색채공간내에서 수신된 빛의 위치 (x_r', y_r')를 구하기 위해서는 두 가지 단계들이 필요하다:

첫번째 단계: 첫 단계는 빛 감지기기들의 (x_i', y_i'), i=1, 2, .., k, 가 주어지지 않았을 경우 이들을 계산하는 것이다 (경우(2) 한정).

두번째 단계: 두번째 단계는 광색채공간내의 수신된 빛의 위치인 (x_r', y_r')를 계산하는 것이다.

이 점을 구한 후 정보점 (x', y')은 심볼 배치도 내에서 (x_r', y_r')와 가장 근접한 정보점을 찾음으로써 구해진다. 이 정보점을 구함으로써 송신기에서 전달되었다고 예상되는 정보 심볼이 디맵퍼에서 출력된다.

첫번째 단계: 모든 빛 감지기기들의 ( x' , y' )의 계산

각 빛 감지 기기는 감지기기 i에 대해서 (x_i', y_i')로 나타내지는 고유한 분광분포에 상응하는 각자의 x와 y값들을 가지고 있다. 이러한 감지기기 i의 x와 y값들은 CIE 1931 xy에서 설명한 바와 같이 고유한 분광분포에 광색채공간의 x 및 y 등색함수들을 곱한 후 전 주파수범위에 걸쳐 적분함으로써 계산할 수 있다. 또는 이런 값들은 기기 제조업자에 의해 제공될 수 있다.

(x_i', y_i'), i=1, 2, .., k, 가 주어지지 않았지만 기기들의 분광분포들이 주어졌다면 이러한 값들은 다음의 수식들을 이용해서 구할 수 있다:

연속 분광분포들 S'_i(λ), i=1, 2, ..., k, 이 주어졌을 때 i번째 빛 감지기기의 삼자극치는 수식 (50)에서 주어진 바와 같다:

(50)

정규화된 연속 분광분포들 s'_i(λ), i=1, 2, ..., k, 이 주어졌을 때 i번째 빛 감지기기의 삼자극치는 수식 (51)에서 주어진 바와 같다:

(51)

단속적 분광분포들 (S'_i1, S'_i2, . . . , S'_ih), i=1, 2, ..., k, 이 주어졌을 때 i번째 빛 감지기기의 삼자극치는 수식 (52)에서 주어진 바와 같다:

(52)

그리고 정규화된 단속적 분광분포들 (s'_i1, s'_i2, . . . , s'_ih), i=1, 2, ..., k, 이 주어졌을때 i번째 삼자극치는 수식 (53)에서 주어진 바와 같다:

(53)

상기의 모든 경우에 x_i'와 y_i'는 수식 (54)에서와 같이 정의된다.

(54)

( C ₁ ' , C ₂ ' , . . . , C _k ' )일 때 ( x _r ' , y _r ' )를 계산할 시의 두번째 단계

(C₁', C₂', . . . , C_k')가 측정되었을 때 한 광색채공간내에서 수신된 빛의 위치인 (x_r', y_r')를 구하기 위한 기본적인 수식들은 다음과 같다:

(1) (x_i',y_i'), i=1, 2, .., k, 가 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도 좌표값이나 한 색채공간내에서의 점은 수식 (55)에 의해 구해진다:

(55)

(2) 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우 첫 단계에서 모든 (x_i', y_i') 값들이 구해지기 때문에 상기 경우를 적용할 수 있고, 상기 수식들이 적용될 수 있다.

그렇지만 모든 빛 감지기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우 첫 단계를 수행하지 않는 또 다른 방법은 다음 수식들, 수식 (56)과 (57)을 적용하는 것이다. 여기에서 언급하고 가야할 점은, 이러한 분광분포들 각자는 통신을 위해 각 빛 감지기기에 의해 감지되는 실제 빛에 해당되는 것이 아니라는 점이다. 그들은 보통 기기 제조업자들에 의해 제공 되어 진다. 따라서, 그들의 전체 전력이나 진폭이나 크기는 정규화된 값들이 아니며, 이 역맵핑을 위해서는 사용되는 광색채공간에서의 빛 감지기기들의 위치정보만을 제공한다. 그러므로 C_i' = X_i' + Y_i' + Z_i' 는 모든 C_i''들이 실제 감지되는 강도들에 비례해야하기 때문에 더이상 적용할 수 없다.

모든 빛 감지기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도 좌표 값들이나 한 색채공간내에서의 점은 수식 (56)에 의해 구해진다:

(56)

그리고 모든 빛 감지기기들의 정규화된 분광분포들이 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도좌표 값나 한 색채공간에서의 점은 수식 (57)에 의해 구해진다:

(57)

(C₁', C₂', . . . , C_k')가 모든 감지기기들에 의해 감지되는 수신된 광신호의 크기로 측정되기 때문에 x_r'와 y_r'는 상기 수식들 중 하나를 사용해서 구할 수 있다. 이 두 값으로부터 찾은 주어진 심볼 배치도 내의 가장 잘 매칭하는 점 (x', y')는 심볼 배치도 다이어그램 내에서 (x_r', y_r')에 가장 근접한 정보점(혹은 데이타 심볼 점)을 찾음으로써 결정된다. 정보점에서 송신기에서 전달된 데이터 정보(혹은 m 비트 데이터 심볼)가 복구된다.

( c ₁ ' , c ₂ ' , . . . , c _k ' ) 일 때 ( x _r ' , y _r ' )의 계산의 두번째 단계

(c₁', c₂', . . . , c_k')가 측정됐을 때 (x_r', y_r'), 즉 광색채공간내에서 수신된 빛의 위치를 계산하기 위한 기본 수식들은 다음과 같다:

(1) (x_i',y_i'), i=1, 2, .., k, 가 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도 좌표값들이나 한 색채공간내에서의 점은 수식 (58)을 이용해서 구할 수 있다:

(58)

(2) 모든 발광기기들의 분광분포들이 주어진 경우 첫 단계에서 모든 (x_i', y_i')값들이 계산될 수 있기 때문에 상기 경우를 적용할 수 있고, 상기 수식들이 적용될 수 있다.

그렇지만 모든 빛 감지기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우 첫 단계를 수행하지 않는 또 다른 방법은 다음 수식들을 적용하는 것이다. 여기에서 언급하고 넘어가야할 점은, 이러한 분광분포들 각자는 통신을 위해 각 빛 감지기기에 의해 감지되는 실제 빛의 것이 아니라는 점이다. 그들은 보통 기기 제조업자들에 의해 제공되어진다. 따라서 그들의 전체 전력이나 진폭이나 크기는 정규화된 값들이 아니며 이 역맵핑에 사용되기 위하여 광색채공간에서의 빛 감지기기들의 위치정보만을 제공한다. 그러므로, C_i' = X_i' + Y_i' + Z_i' 는 모든 C_i''들이 실제 감지되는 강도들에 비례해야하기 때문에 더 이상 적용할 수 없다.

모든 빛 감지기기들의 분광분포들이 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도 좌표 값들이나 한 색채공간내에서의 점은 수식 (59)에 의해 구해진다:

(59)

그리고, 모든 빛 감지기기들의 정규화된 분광분포들이 주어졌을 경우 수신된 광신호의 채도좌표 값이나 한 색채공간에서의 점은 수식 (60)에 의해 구해진다:

(60)

(c₁', c₂', . . . , c_k')가 모든 감지기기들에 감지되는 수신된 광신호에서 측정되기때문에 x_r'와 y_r'는 상기 수식들 중 하나를 사용해서 구할 수 있다. 이러한 두 값으로부터 구할 수 있는 심볼 배치도 공간내에서 가장 잘 부합하는 점 (x', y')은 심볼 배치도 다이어그램 내에서 (x_r', y_r')에 가장 근접한 정보점(혹은 데이터 심볼 점)을 찾음으로써 결정할 수 있다. 정보점으로부터 송신기에서 전달된 데이터 정보(혹은 m 비트 데이터 심볼)가 복구된다.

간단히 요약하자면, 역맵핑 방식에서 m 비트 출력을 매칭시키는 데에는 두 가지 단계들이 있다:

(1) (C₁', C₂', . . . , C_k')나 (c₁', c₂', . . . , c_k')는 색 정보 혹은 한 광색채공간에서의 빛 감지기기들의 점들인 (x_i',y_i'), i=1, 2, .., k, 를 이용해서 한 광색채공간내의 수신된 신호의 한 점인 (x_r', y_r')로 변환된다.

(2) 한 광색채공간내의 (x_r', y_r')는 주어진 심볼 배치도에서 심볼 배치도점들 중 가장 근접한 점인(x', y')에 짝지어진다.

m 비트 데이터 심볼 출력을 얻기 위해서는 수신기에 심볼 배치도에 대한 충분한 정보가 있거나 심볼 배치도를 생성시킬 수 있다는 가정이 필요하다. 송신기에서 전달된 정보를 이용해서 직접적으로 심볼 배치도를 생성해낼 수 없다면 목표 색 점인 (x_c, y_c)와 심볼 배치도 내에서의 데이터 심볼 점들의 수 (즉, 각 데이터 심볼에 얼마나 많은 비트가 전송될 수 있는가)와 심볼 배치도 스케일링 계수 r_c에 대한 정보를 가져야 한다. 다음 항목에서 어떻게 심볼 배치도를 생성할 수 있는 정보가 추출되고 수신기에서 각 데이터 심볼 수신을 위한 m 비트 데이타 출력이 결정되는지에 대해 설명된다.

심볼 배치도에서의 색 정보

목표 색 점이 심볼 배치도의 중심에 있기 때문에 수신기에서 심볼 배치도를 생성하기 위해서는 목표 색 정보가 필요하다. 수신기에 의해 생성되거나 수신기에 인식된 심볼 배치도를 이용해서 이전 항목에서 설명된 것과 같이 한 데이타 심볼에 관한 정보가 포함된 수신 광신호의 점에 가장 근접한 한 점을 심볼 배치도에서 알아낼 수 있고, m 비트 데이터 출력으로 변환될 수 있다. 여기에서 관건은, 어떻게 이 색 정보를 얻을 수 있으며 수신기에서 사용되는 심볼 배치도를 생성할 수 있는가 하는 것이다.

다음과 같은 두 경우들이 고려되어야만 한다:

(1) 송신기는 색 정보 (x_c, y_c)를 전송한다: 예를 들면, TV 신호 등.

그 중 한 경우는 색 정보가 송신기에서 별도로, 그리고 직접적으로 전송되는 경우이다. 전 항목들 중 하나에서 설명된 것처럼 색 정보를 갖고 있는 LCD 컬러TV 신호를 예로 들 수 있다. LCD들의 각 화소는 가산적인 필터들(물감 필터들, 염색 필터들 그리고 금속 산화막 필터들)에 의해 각기 빨강, 초록, 그리고 파랑인 세 개의 셀들 혹은 부화소들로 나뉘어진다. 각 부화소는 한 화소당 몇천가지에서 몇백만가지 가능한 색들을 발생시킬 수 있게 개별적으로 제어할 수 있다. 이 색 제어 정보는 심볼 배치도를 생성하기 위한 색 정보로 쓰여질 수 있다. 이런 경우가 아니라면 다음의 경우 (2)에서 언급된 대로 수신된 신호들을 처리함으로써 색 정보를 추출해야 할 것이다.

(2) 정해진 일정 수의 수신된 심볼들 동안 수신된 빛의 점(혹은 위치) 정보인 (x_r', y_r') 정보를 이용하여 색 정보를 추출할 수 있다.

정해진 일정 수의 전 심볼들 동안 수신된 광신호를 이용해서 확보된 광색채공간 내의(x_r', y_r')들의 점들의 평균을 구할 수 있다. 이 평균 점은 데이타 심볼 요소들이 같은 확율을 갖었다는 가정하의 목표 색의 점이다. 일정한 수의 수신된 심볼들 동안 계산된 수신 신호의 점들의 중심점을 구함으로써 평균점을 구할 수 있고 전송된 목표색을 알아 낼 수 있다. 이 방법은 도 31에 도시되어 있다.

이처럼 주어진 일정한 수는 추출된 색 정보가 허용 정확도를 갖도록 합리적인 수 결정되어야만 한다.

심볼 배치도로부터의 정보 데이터

이 알고리즘은 빛 감지 기기들에 의해 생성된 사용 범위는 송신기에서 발광기기들에 의해 생성된 사용 범위의 전 영역을 포함해야 한다는 가정 하에 고안되었다. 그렇지 않다면 어느 정도의 디스토션은 피할 수 없다. 그러나, 대부분의 장치들에서는 이 가정이 형성된다. 만약 완벽히 형성되지 않는다,면 디스토션이 최소화되고 중대한 문제가 아니며 허용치의 성능하락을 가질 수 있게 빛 감지 기기들이 선택되어야할 것이다.

수신기에의 한 색을 위한 심볼 배치도 스케일링 계수

어떻게 수신기에서 심볼 배치도 영역을 얻을 수 있는가? 심볼 배치도 영역은 두 요소들, 목표색점과 스케일링 계수로 결정될 수 있다. 새로운 심볼 배치도 영역은, 수신기가 모든 발광기기들의 (x_i, y_i) i=1, 2, ..., n인 분광 색 정보를 사용함으로써 생성된 사용 범위 영역을 인식한다는 조건 하에 새로운 목표색이 인지되면서 형성된다. 동일한 목표색에는 동일한 심볼 배치도 영역이 생성된다. 그러므로 전에도 언급하였듯이, 사용 범위 영역이 인식됐다는 전제 하에 추출된 목표색을 이용하여 심볼 배치도의 스케일링 계수를 결정한다.

이 문제를 해결하기 위해 몇몇 경우들을 생각해 볼 수 있겠다:

(1) 송신기는 사용되는 발광기기들에 대한 정보인 (x_i,y_i) i=1, 2, ..., n, 를 주기적으로 방송한다. 이러한 정보를 이용하여 송신기 사용 범위 영역과 결과적으로 적용되고 있는 심볼 배치도의 고유한 스케일링 계수는 도 27에 도시된 바와 같이 목표색 정보가 수신기에서 인식되거나 수신기에 알려진다는 전제 하에 결정될 수 있다.

(2) 색이 바뀔 때마다 혹은 일정한 간격으로 주기적으로 송신기는 목표 색 정보와 함께 스케일링 계수 정보를 방송한다.

(3) 상기 두 경우들에 대한 아무런 정보 없이 수신기는 데이터 심볼 요소들이 균등한 확률을 갖는다는 가정 하에 이전 항목에서 설명한 것처럼 전에 수신된 일정 수의 심볼들 동안 적용되는 광색채공간 내의 수신된 점들을 살펴봄으로써 목표색 정보와 심볼 배치도를 알 수 있다. 일정 시간 동안 대략 심볼 배치도 점들인 수신된 점들을 관찰할 수 있으며 색 점과 심볼 배치도 반지름을 구할 수 있다.

상기에서 언급된 세 가지 경우들에서 목표색 정보와 심볼 배치도 스케일링 계수를 구할 수 있다.

목표색 정보가 송신기에서 전달된 경우

목표 색 정보가 송신기에서 전달되는 경우 (색 정보에 대해 언급한 이전 항목에서는 경우 1)에는 다음의 사실들을 이용해서 정보 데이터를 수신된 신호들에서 추출해낼 수 있다:

● 전달된 목표색의 점이 심볼 배치도의 중심점이다.

● 목표색이 주어졌을 때 하나의 심볼 배치도는 일정 수의 연속적으로 수신된 심볼들의 점들을 구하고 검토함으로써 결정될 수 있다. 그러나, 목표색이 주어지지 않았어도 일정 수의 연속적으로 수신된 심볼들의 수신된 점들을 얻음으로써 심볼 배치도와 목표색점을 구할 수 있다. 이 경우는 다음의 경우에서 다루어 질 수 있다.

● 새로운 심볼 배치도는 색이 바뀔 때마다 생성되어야만 한다. 이 심볼 배치도를 이용하여 데이터 심볼들은 심볼 배치도에서 수신된 점들에서 가장 근접한 점들을 찾음으로써 수신된 광신호를 이용해서 찾아낸 광색채공간의 점들로부터 재생될 수 있다.

목표색정보가 송신기에서 전달되지 않았을 경우

목표색정보가 송신기에서 전달되지 않았을 경우 (이전 항목들 중 색정보에 대한 항목에서 경우 2), 다음의 사실들을 이용해서 수신된 신호들에서 정보데이터를 추출해낼 수 있다:

● 목표색의 점은 이전 항목에서 설명한 것처럼 미리 정해진 수의 연속으로 수신된 심볼들에 상을하는 수신된 신호의 점들의 무게중심을 구함으로써 알 수 있다. 이는 심볼 배치도의 중심점이다. 이 수신된 심볼 수가 늘어나면 더욱 정확한 점을 얻을 수 있다.

● 가용하다면 수신기에서 알아낸 목표색을 사용해서 미리 주어진 수의 연속으로 수신된 심볼들에 상응하는 점들을 얻음으로써 적용될 심볼 배치도를 결정할 수 있다. 이 수신된 심볼 수가 늘어나면 더욱 정확한 심볼 배치도를 얻을 수 있다.

● 수신기가 색 변화를 인지하기까지 아무러 색정보가 전달되지 않을 경우에도 이미 수신된 심볼들과 이어지는 심볼들은 차후에 생성된 심볼 배치도를 통해 재생할 수 있다. 색 변화는 일정 수의 이전 심볼 점들 동안의 심볼 배치도에서 수신된 점들의 동일한 확률을 갖는 가를 관찰함으로써 인지할 수 있다. 즉, 심볼 배치도에서의 수신된 점들의 평균이 현재 사용하고 있는 색점(혹은 심볼 배치도의 중심)과 같지 않다면 수신기는 색이 바뀌었으며 이미 수신된 심볼들도 새로이 해석되어야 한다고 판단한다. 그러므로, 이 경우에는 일정 기간동안 이전에 수신된 심볼들의 색 변화가 있는지 조사(혹은 관찰)되어야 한다. 이 경우에 색이 변할 시에는 작은 양의 데이터 스트림에는 때때로 즉각적이지 않은(실시간으로 처리되지 않는) 감지 혹은 데이터 복구를 피할 수가 없다.

수신기에서 심볼 배치도를 생성할 때의 최악의 경우는 수신기가 데이터 심볼들의 크기, 즉 배치도에서의 점 수만 알고 목표색, 심볼 배치도, 그리고 그 스케일링 계수를 모를 때이다. 이러한 최악의 경우에도 수신기는 상기 사실들을 사용하여 (목표색과 심볼 배치도의 데이터 심볼 점들을 알아내어) 하나의 심볼 배치도를 구성할 수 있다. 수신기에서는 전에 수신된 데이터 심볼들의 점들을 사용해서 주기적으로 심볼 배치도를 갱신한다.

LCD 변조/ 역변조

생성된 색들

LCD들의 각 화소는 가산적인 필터들(물감 필터들, 염색 필터들 그리고 금속 산화막 필터들)에 의해 각기 빨강, 초록, 그리고 파랑인 세 개의 셀들 혹은 부화소들로 나뉘어진다. 각 부화소는 한 화소당 몇천가지에서 몇백만가지 가능한 색들을 발생할 수 있게 개별적으로 제어될 수 있다.

LCD 변조를 위해 고안된 변조방식의 데이터 구조

LCD 광원들의 각 화소는 세 개의 셀들에서의 신호들을 혼합함으로써 그 색을 얻으며, 각 화소의 광신호는 입력 데이터 스트림으로 변조될 수 있다. 본 발명에서 고안된 변조 방식은 셀들의 강도들을 다양화해서 각 화소의 세 개의 셀들에 적용될 수 있다. 신호들을 처리할 수 있을 만한 처리전력이라면 이 방법은 영상통신으로 대부분의 정보를 전달하는데 적합한 방식일 수 있다. 그러나, 수신기에서 각 화소의 감지의 어려움을 고려해야 한다면 화소들 각자가 고유한 데이터 스트림으로 변조되기가 쉽지만은 않을 수도 있다. 1000x500 해상도 LCD같은 고해상도 LCD일 경우 LCD의 각 화소가 수월하게 역변조되지 않을 수도 있다. 그러므로 다음의 두 가지 경우들이 고려될 수 있다.

변조 1: 각 화소에의 변조적용

대부분의 LCD 응용에서는 새로운 데이터 세트가 전송될 때마다 인식될 수 있다. 움직이는 이미지(동영상)의 각 프레임은 전송되고 있는 새로운 데이터 세트를 가지고 있다. 예를 들면, 33.3ms당 모든 화소들에 대하여 하나의 새로운 데이터 세트가 주어진 경우 (즉, 초당 30 프레임인 경우)를 생각해보자. 이 한 프레임 동안 각 촤소당 세 개의 색 강도들을 인식할 수 있다. 이러한 강도들을 이용해서 본 발명에서 고안된 변조방식을 적용함으로써 한 심볼 배치도를 사용해서 각 화소의 광신호를 변조할 수 있다. 실제로 적용할 시의 문제는 상기에서 설명된 것처럼 어떻게 각 화소가 역변조될 수 있냐는 것이다. 동일한 역변조가 적용될 수 있지만 많은 양의 신호 처리가 필요할 것이다.

변조 2: 동일한 데이터 스트림을 이용한 전체 혹은 몇몇 화소들의 변조

전체 디스플레이나 디스플레이의 일부에 대하여 각 화소의 신호가 동일한 데이터 스트림으로 동시에 변조된다. 수신기는 색이 바뀌지 않는 한 순간 전 디스플레이의 일부만을 역변조한다. 이는 도 32에 도시된 것처럼 LCD의 일부가 한동안 색이 변하지 않고 고유한 색들을 가지고 있는 경우이다. 예로 들면, 디스플레이의 일부가 한 동안 백색을 가진다면 이 부분의 수신된 신호는 본 발명에서 고안된 변조 방식을 사용하여 역변조된다.

이러한 변조방식들은 각 화소가 주어진 수의 고유한 색들의 부화소들을 가지고 있는 화소들로 만들어진 LED 디스플레이들을 포함한 다른 광원들에도 적용된다.

아날로그 밝기 조절에 의한 색 변질 보상

LED 밝기를 조절하기 위한, 예를 들면 디밍(dimming) 조절을 위한 두 가지 방법들이 있다: 아날로그 밝기 조절과 PWM (펄스폭변조) 밝기 조절. 아날로그 방식을 이용할 시 LED 밝기는 LED 전압을 변화시킴으로써 조절된다. 예를 들면, 100% 밝기의 LED가 20mA의 전방향 전류를 가지고 있다면 5mA의 전방향 전류를 가진 LED를 작동시킴으로써 25% 밝기를 얻는다. 이 간단한 조절 방식은 저가격대의 디스플레이들에는 적절하게 동작하지만 아날로그 조절 방식의 약점은 도 33에 도시된 것처럼 전방향 전압 변화에 따라 LED의 색 또한 변질된다는 점이다.

본 발명에서 고안된 변조 방식은 발광기기들과 빛 감지 기기들의 강도값들을 전체 강도를 기준으로 변조하기 때문에 맵핑과 역맵핑 과정 동안 이 효과를 반영함으로써 이 색 변질을 쉽게 보충할 수 있다. 송신기에서는 인간의 눈에 탐지 가능한 색이 바뀌지 않도록 모든 발광기기들의 강도들의 비율이 전체 강도 변화에 따라 조정된다. 수신기에서는 상기에서 설명된 것처럼 색의 변화에 따라 심볼 배치도가 그에 맞춰 생성될 수 있다.

이것이 이 발명의 강점이다. 이 변조는 송신기에서 발광기기들의 강도들을 변화시키고 수신기에서 빛 감지기기들이 수신된 강도들이나 심볼 배치도를 조절해서 의도치 않은 색 변화(혹은 변질)를 보상한다.

색정보 추출 방식들

색정보가 어떻게 수신기들에 TV 방송 혹은 사인 보드(sign board) 응용의 경우 전달될 수 있는가 하는 기본적인 문제가 있다. 본 발명에서 고안된 변조 방식을 적용하려면 수신기에서 목표색(즉, 전송된 빛의 색)이 수신기에 의해 인식되거나 도출되어야 한다.

가장 간단한 방법은:

- 송신기에서 목표색 정보를 전송된 광신호를 통하여 직접 전달하거나

- 수신된 광신호들에서 수신기가 목표색 정보를 추출한다.

명확한 색 정보가 송신기에서 직접 전달된다면 신호들을 역변조하는 상황에서는 보다 더 유리할 수 있다.

색정보가 송신기에서 전달되지 않는다면 또다른 해결책은 상기에서 설명된 것처럼 한 색채공간에서 일정한 수의 연속되는 수신된 데이터 심볼들의 점들을 수신기에서 관찰한 후 광색채공간에서 이들의 위치들의 중심을 찾아내고 그게 목표색의 점이 되는 것이다.

세 종류의 색정보는 다음과 같이 다르게 취급될 수 있다:

● 첫번째 종류는 조명, 신호등 등에서의 색들과 같이 색이 느리게 변하거나 전혀 변화하지 않는 단색인 경우이다.

● 두번째 종류는 예를 들면, 단순한 전광판과 같은 색이 상대적으로 빠르게 변화하는 다색인 경우이다.

● 마지막 종류는 TV나 동영상 전광판과 같은 색들 수가 굉장히 많고 색 변화가 빠른 응용에서의 화소들의 색정보의 경우이다.

이들 각 종류에는 다음과 같이 다른 목표색 정보추출방식이 적용되어야만 할 것이다:

● 첫번째 종류는 상기에서 설명된 바와 같이 일정한 수의 수신된 광신호들의 심볼 동안 한 광색채공간내에서의 위치들(혹은 점들)을 관찰함으로써, 수신기가 쉽게 색정보를 추출할 수 있게, 디밍(dimming) 조절의 경우와 같이 색 변화가 느린 경우이다. 그 점들의 위치들의 중심이 목표색의 점이 될 것이다. 색 변화가 더 자주 있지만 두번째 종류도 동일한 방식을 채용할 수 있다.

● 이론적으로 세번째 종류에는 색이 심볼 속도보다 훨씬 느리게 변화한다면 각 화소의 색은 추출될 수 있다. 그러나, 실제적인 측면으로 보면 빛 감지기기들은, 특히 처리능력이 낮고 더욱 간단하게 구현할 수 있는 시스템에서는, 각 화소의 빛들은 감지하는 것은 쉽지 않다. 이런 경우라면 각 영역이 하나의 색을 가질 수 있게 전체 디스플레이 영역을 주어진 수의 작은 영역들로 나누는 것도 하나의 방법이다. 이 개념을 통해 한 동안 일부 영역은 전체적으로 일관성있게 색들을 갖는다. 이런 영역들에 대해서 본 발명에서 고안된 변조방식이나 어떠한 다른 방식이라도 사용해서 데이터 정보를 추출할 수 있다.

세번째 종류의 경우 전혀 다른 변조 방식을 고려해볼 수 있다. 그러나, 전체 디스플레이의 한 일부에 대하여 연속적으로 적은 수의 데이터 심볼들을 위한 한 광색채공간내의 점들을 관찰함으로써 색 정보를 추출해낼 수 있다.

4. 장점들

MWIM 과 다른 변조들의 비교

가시광통신을 위해서 여러 변조방식들을 생각해 볼 수 있다. 그 중 일부는 이러한 통신들에 이미 사용되고 있다. 그러나, 보다 효율적인 변조방식들이 가시광신호들의 고유한 특성들을 이용해서 고안될 수 있다. 본 발명에서는 여러가지 주어진 조건에서 가장 효율적인 변조방식들을 고안하기 위해 이러한 고유한 특성들을 사용하였다.

도 34에 몇몇 변조방식들이 비교되어 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

가시광 통신신호를 전송하기 위해 구성된 송신장치; 및
상기 가시광 통신신호를 수신하기 위해 구성된 수신장치를 포함하는 가시광통신시스템에 있어서,
상기 송신장치는,
발광하도록 구성된 서로 다른 분광분포들을 가진 복수의 발광기기들로 구성되는 발광 모듈;
한 세트의 빛의 강도들을 갖는 빛이 발산되도록 발광기기들을 구동하는 발광기기 구동기; 및
상기 발광기기 구동기에 사용하기 위한 데이터 심볼을 한 세트의 발광기기들의 빛 강도들로 변환시키기 위해 구성된 데이터-변조 매퍼(data-to-modulation mapper)를 포함하고,
상기 수신장치는,
서로 다른 반응성 분포들을 가진 복수의 빛 감지기기들로 구성되는 빛 감지 모듈; 및
상기 한 세트의 빛 감지기기들의 수신된 신호들로부터 한 세트의 복구된 데이터로 역맵핑하기 위한 변조 데이터 디맵퍼 (modulation-to-data demapper)를 포함하는 가시광통신 시스템.
발광하게 구성된 서로 다른 분광분포들을 가진 복수의 발광기기들을 포함하는 발광 모듈;
주어진 한 세트의 빛의 강도들을 갖는 빛이 발산되도록 발광기기들을 구동하는 발광기기 구동기; 및
상기 발광기기 구동기에 사용하기 위한 데이터 심볼을 한 세트의 발광기기들의 빛 강도들로 변환시키기 위해 구성된 데이터-변조 맵퍼(data-to-modulation mapper)를 포함하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 입력되는 데이터 심볼들의 각기 데이터 심볼을 한 세트의 광 강도들로, 상기 강도들의 비율이 인간의 눈에 인지되는 목표색을 발생시키고 해당되는 입력 데이터 심볼에 상응하며 전체 강도가 요구되는 밝기에 부합되도록 변환시키는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 각 발광기기들이 미리 주어진 빛의 강도로 발광하게 실행시키기 위해 상기 각 발광기기를 구동시키는 발광기기 구동기를 포함하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
데이터-변조 매퍼는 인간의 눈에 인지되는 목표색 정보를 상기 수신기에 주기적으로 혹은 미리 정해진 시간 간격으로 전송하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
데이터-변조 매퍼는 상기 목표색이 인간의 눈에 감지되도록 광신호를 생성하기 위해 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 생성하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 데이터 심볼을 데이터 변조를 위하여 복수의 부화소들로 구성되는 각 화소에 적용하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 동일한 데이터 심볼을, 각 화소가 복수의 부화소들로 구성되고 있을 때 데이터 변조를 위하여 같은 색상을 가지고 있는 한 그룹의 화소들에 적용하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 각 부영역이 통신을 통해 고유한 데이터 정보를 전달할 수 있도록 영상신호의 각 프레임을 복수의 부영역으로 나누며 입력 데이터 심볼로 각 부영역의 광신호를 변조하는 가시광송신 장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 인간의 눈에 인지되는 색이 변함없이 유지되도록 전체 강도값들이 변화할 때 상기 발광기기들의 강도들의 비율을 조절하는 가시광송신 장치.
제3항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 데이터 심볼에 상응하는 전송된 신호를 나타내는 한 색채공간내의 심볼 배치도의 한 점을 결정하며, 데이터 심볼을 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들로 변환시키기 위해 이 점에 해당하는 상기 발광기기들의 강도들을 계산하는 가시광송신 장치.
제3항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 각 데이터 심볼을 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들로 변환시키기 위해, 한 세트의 입력 데이터 심볼들과 각 입력 데이터 심볼에 상응하는 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 포함하는 찾기 표(look-up table)를 사용하는 가시광송신 장치.
제3항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 상기 각 발광기기들의 고유한 분광분포들을 이용하여 상기 발광기기들의 채도좌표값들을 계산하는 가시광송신 장치.
제3항에 있어서,
상기 데이터-변조 매퍼는 상기 발광기기들의 빛 강도들을 결정하기 위해 상기 한 세트의 발광기기들의 채도좌표값들을 사용하는 가시광송신 장치.
복수의 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들을 조작하고, 상기 수신된 신호에 상응하는 색채공간내의 한 점을 구함으로써, 가시광통신 신호를 수신하고 전송된 데이터를 복구하기 위해 구성된, 가시광수신 장치에 있어서,
고유한 반응성분포를 가지고 있는 복수의 빛 감지기기들을 포함하고 있는 빛 감지기 모듈; 및
상기 빛 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들을 복구된 심볼로 역맵핑하기 위한 변조 데이터 디맵퍼를 포함하는 가시광수신 장치.
제15항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 상기 빛 감지기기들에 의해 수신된 신호들의 빛 강도들로부터 상기 빛 감지기기들에 의해 수신된 강도들의 비율에 상응하는 데이터 심볼로 변환시키는 가시광수신 장치.
제15항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 고유한 반응성 분광분포를 이용하여, 한 빛 감지기기의 반응성좌표값을 계산하는 가시광수신 장치.
제15항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 기 설정된 일정 수의 데이터 심볼 주기 동안 수신된 한 색채공간내의 신호의 평균점을 구함으로써 목표색을 결정하는 가시광수신 장치.
제15항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 송신장치에 의해 전송된 가시광신호의 목표색 정보를 감지하는 가시광수신 장치.
제16항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 상기 빛 감지기기들에서 수신된 신호들과 모든 빛 감지기기들의 반응성좌표값들을 조작함으로써, 한 색채공간내의 전체 수신된 신호에 해당하는 점을 구하는 가시광수신 장치.
제16항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 전체 수신된 신호의 점에 상응하는 복구된 데이터 심볼을 구하는 가시광수신 장치.
제16항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 기설정된 일정 수의 데이터 심볼 주기 동안 수신된 한 색채공간내의 광신호들의 점들에서 적용된 심볼 배치도를 결정하는 가시광수신 장치.
제16항에 있어서,
상기 변조 데이터 디맵퍼는 송신장치에서 전송된 목표색정보를 사용해서 역변조에 쓰이는 심볼 배치도를 생성하는 가시광수신 장치.
복수의 서로 다른 반응성 분포들을 가진 빛 감지기기들을 갖는 수신장치와 복수의 서로 다른 분광분포들을 갖고 있는 발광기기들을 갖은 송신장치를 포함한 가시광 통신 시스템을 이용하는 가시광통신 방법에 있어서:
상기 송신장치에 의해서 한 세트의 데이터 심볼들에 상응하는 색채공간내에서 한 세트의 점들을 지니고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계;
상기 송신장치에 의해서 한 세트의 데이터 심볼들의 각 데이터 심볼을 색채공간의 심볼 배치도내 한 점으로 맵핑하는 단계;
상기 송신장치에 의해서 발광기기들의 서로 다른 분광분포들을 기초로 하여, 색채공간의 한 점에 상응하는 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 구하는 단계;
상기 송신장치에 의해서 상기 발광기기들의 빛 강도들을 조절하는 단계 ;
상기 수신장치에 의해서 상기 빛 감지기기들에서 수신된 신호들의 강도들과 상기 빛 감지기기의 반응성 분포들에 상응하는 색채공간에서의 점들을 사용하여, 전체 수신된 광신호를 나타내는 색채공간내의 한 점을 구하는 단계;
상기 수신장치에 의해서 색채공간내의 전체 수신된 광신호를 나타내는 점으로부터 복구된 데이터 심볼을 구하는 단계 ; 및
상기 수신장치에 의해서 일련의 데이터 심볼들을 나타내는 점들에서 목표색을 구하는 단계를 포함하는 가시광통신 방법.
한 색채공간내에서 하나의 점으로 나타내어지는 빛을 발생하기 위해 서로 다른 분광분포들을 지닌 복수의 발광기기들을 갖는 가시광송신장치를 이용하는 가시광통신 방법에 있어서,:
한 세트의 데이터 심볼 요소들에 상응하는 상기 색채공간내에서의 한 세트의 점들을 갖고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계;
일련의 데이터 심볼들의 각 데이터 심볼을 상기 색채공간내의 심볼 배치도의 한 점으로 맵핑하는 단계;
상기 발광기기들의 서로 다른 분광분포들을 기초로 해서 상기 색채공간내의 점에 상응하는 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 계산하는 단계; 및
상기 발광기기들의 강도들을 조절하는 단계를 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
하나의 발광기기의 분광분포에 상응하는 색채공간내의 한 점을 계산하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
상기 발광기기들의 상기 색채공간내의 점들과 전달될 데이터 심볼에 상응하는 상기 색채공간내의 목표점을 이용하여 상기 한 세트의 발광기기들의 강도들을 계산하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
목표색을 인간의 눈에 인지가능하게 하도록, 상기 발광기기들로부터 얻어진 사용 영역내의 한 세트의 데이터 심볼들에 상응하는 색채공간내의 점들을 지니고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
데이터 심볼들의 각 심볼을 색채공간내의 심볼 배치도의 한 점으로 맵핑하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
변조가 적용된 후 인간의 눈에 인지되는 목표색들을 조절하기 위한 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제25항에 있어서,
광색채공간, 사용 범위, 그리고 심볼 배치도영역을 단위원으로 정규화시키는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
한 색채공간내에서 수신된 신호를 나타내는 한 점을 구함으로써 전송된 데이터 심볼을 복구하기 위한 복수의 빛 감지기기들을 갖는 가시광수신장치를 이용하는 가시광통신 방법에 있어서,:
상기 빛 감지기기의 반응성분포에 상응하는 색채공간내의 빛 감지기기의 점을 구하는 단계;
상기 색채공간내에서 전체 수신된 광신호의 점을 구하는 단계;
한 세트의 데이터 심볼 요소들에 상응하는 상기 색채공간내의 점들을 갖고 있는 심볼 배치도를 형성하는 단계;
상기 색채공간내의 전체 수신된 광신호의 점에서 전송된 데이터 심볼을 알아내는 단계; 및
일련의 복구된 데이터 심볼들의 점들에서 목표색을 구하는 단계를 포함하는 가시광통신 방법.
제32항에 있어서,
상기 빛 감지기기의 반응성분포에 상응하는 상기 빛 감지기기를 나타내는 색채공간내의 한 점을 구하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제32항에 있어서,
상기 빛 감지기기들의 강도들과 반응성 분포들에 상응하는 상기 색채공간내의 점들을 이용하여 한 색채공간내의 전체 수신된 신호의 점을 구하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제32항에 있어서,
일련의 복구된 데이터 심볼들의 점들로부터 전송된 목표색을 나타내는 상기 색채공간내의 점을 구하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제32항에 있어서,
상기 색채공간의 전체 수신된 신호의 점에서 전달된 데이터 심볼을 결정하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제32항에 있어서,
상기 색채공간내에서 일정한 수의 이전에 수신된 데이터 심볼들의 점들을 이용해서 적용된 심볼 배치도를 구하는 단계를 더 포함하는 가시광통신 방법.
제1항에 있어서,
각 송신장치가 각기 다른 분광분포들을 지니고 있는 임의의 수의 발광기기들을 가지고 있고, 각 수신장치가 각기 다른 반응성 분광분포들을 지니고 있는 임의의 수의 빛감지기기들을 가지고 있으며, 상기 발광기기들의 수는 상기 빛 감지기기들의 수와 동일할 필요가 없는 가시광통신 시스템.