KR20120028023A - 빔포밍 기법을 이용한 무선 가시광 방송 장치 및 그 방법 - Google Patents

빔포밍 기법을 이용한 무선 가시광 방송 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

무선 가시광 방송 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 이용한 무선 가시광 방송 방법은 기준신호를 하나 이상의 방향으로 송신하는 단계, 기준신호를 수신한 단말이 기준신호로부터 가시광 무선채널 계수를 추출하고 추출된 가시광 무선채널 계수에 해당하는 방향코드를 전송하면 단말로부터 방향코드를 수신하는 단계 및 수신된 방향코드를 이용하여 최적화된 방향으로 단말에 가시광을 빔 포밍하는 단계를 포함한다.

Description

빔포밍 기법을 이용한 무선 가시광 방송 장치 및 그 방법 {Apparatus and method for beamforming-based broadcasting in wireless visible light communications}
본 발명의 일 양상은 방송 시스템 및 서비스 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED(light emitting diode) 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템 및 서비스 기술에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode:이하 LED라 칭함)를 이용한 무선 광통신은 빛과 통신을 융합한 통신기술이다. 조명용으로 사용되고 있는 LED 빛을 무선 통신으로 활용할 수 있는 광통신 기술이 개발됐다. 그러나, 현재 개발된 LED 빛을 이용한 무선 통신은 송수신 전송거리 및 데이터 전송속도의 성능이 우수하지 못하다. 이는 LED 통신 방식이 송신 지점과 수신 지점 간의 빛의 경로가 하나가 아닌 여러 개의 다중경로가 존재하는 멀티패스(multipath) 채널 환경 특성을 갖기 때문이다. 이 경우 신호 송수신 간의 신호 왜곡이 발생할 수 있다.
향후 디스플레이의 대형화 및 고품질화에 따라 현실감 있는 3D 실감 미디어 콘텐츠에 대한 소비자의 요구가 증가하고 있다. 소비자의 요구를 충족시키기 위해서는 가입자당 1 Gb/s 이상의 전송용량이 요구된다. 1 Gb/s 이상으로 전송속도를 높이기 위해서는 LED 통신 시에 멀티 패스 특성을 제거해 주는 기술이 필요하다.
일 양상에 따라, LED 조명을 이용한 방송 시스템에서 멀티패스를 제거해 주는 기술로, 특정 단말로의 빔 포밍(beamforming)을 위한 위치를 찾는 기술을 제안한다.
일 양상에 따른 LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 방법은 기준신호를 여러 방향으로 송신하는 단계, 기준신호를 수신한 단말이 기준신호로부터 가시광 무선채널 계수를 추출하고 추출된 가시광 무선채널 계수에 해당하는 방향코드를 전송하면 단말로부터 방향코드를 수신하는 단계 및 수신된 방향코드를 이용하여 최적화된 방향으로 단말에 가시광을 빔 포밍하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템에서 특정 단말로의 빔 포밍이 가능하다. 이에 따라, 반사 및 멀티패스의 영향으로 인해 구현하기 힘들었던 1 Gb/s 이상의 고속 무선 방송 시스템을 구현할 수 있다. 나아가 3D TV 및 다시점 TV 등의 초고속 무선 방송 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 LED 조명장치의 무선 가시광 방송 방법을 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템의 구성도,
도 4는 도 3의 LED 조명장치의 무선 가시광 방송 방법을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 방향코드 송신시간과 방송 프레임 송신시간으로 분리된 전체 신호 송신시간을 나타내는 참조도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 방향코드 송신시간 동안 빔 포밍된 신호를 그 방향에 해당하는 방향코드를 붙여 각 방향으로 송신하는 과정을 나타내는 참조도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템(1)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 가시광 방송 시스템(1)은 LED 조명장치(10) 및 단말(20)을 포함한다. LED 조명장치(10)는 LED 조명(100), LED 제어회로(110), 공간 광변조부(spatial light modulator)(120) 및 유무선 통신부(130)를 포함한다.
LED 조명(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 실내 공간의 천장에 위치할 수 있으나, 설치 위치는 이에 한정되지 않는다. LED 조명(100)의 전면에 공간 광변조부(120)가 부착된다. 공간 광변조부(120)는 가시광 빔 포밍(beam forming)을 위해 빛의 위상이나 크기를 변조한다. 공간 광변조부(120)는 LED 제어회로(110)와 연결된다. LED 제어회로(110)는 무선 RF 통신이나 전력선 통신이 가능한 유무선 통신부(130)와 연결된다. 예를 들면, 유무선 통신부(130)는 RF 통신 수신기일 수 있다. 이때, 유선 또는 무선 통신 장치 중 어느 하나 이상의 연결만 갖추면 된다.
단말(20)은 LED 조명장치(10)로부터 무선 가시광 신호를 수신할 수 있는 광수신부(200) 및 RF 통신 신호를 송신할 수 있는 RF 신호 송신부(210)를 포함한다. 여기서, LED 조명장치(10) 및 단말(20) 간에 무선통신 하는 경우를 가정하여 단말(20)이 RF 신호 송신부(210)를 포함하도록 구성하였으나, 유선통신인 경우 유선 통신 채널을 통해 전력선 통신 또는 유선 LAN 등이 가능하다.
LED 조명장치(10)의 LED 제어회로(110) 및 단말(20)은 무선 채널 상황을 분류하여 여러 코드로 정해놓은 약속된 코드북(code book)을 저장한다. 코드북은 표준으로 정하여 미리 저장된다.
도 2는 도 1의 LED 조명장치(10)의 무선 가시광 방송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, LED 조명장치(10) 및 단말(20)은 무선 채널 상황을 분류하여 여러 코드로 정해놓은 약속된 코드북을 각각 저장한다(2000,2100).
이어서, LED 조명장치(10)는 공간 광변조부(120)를 이용하여 기준신호(reference signal)를 변조하고, 변조된 기준신호를 모든 조명 방향으로 송신한다(2200).
단말(20)은 기준신호를 수신하여, LED 조명장치(10)와 단말(20) 사이의 무선 채널계수를 추출한다(2300). 단말(20)은 추출된 무선 채널계수에 해당하는 채널상황을 코드북에서 검색한다. 그리고, 검색된 코드를 RF 신호 송신부(210)를 통해 RF 무선 채널(무선 LAN 또는 블루투스 등)로 송신한다(2400). 또는 유선 통신 채널(전력선 통신 또는 유선 LAN 등)을 이용하는 경우에 유선 통신 채널로 송신한다.
이어서, LED 조명장치(10)의 유무선 통신부(130)는 RF 신호 송신부(210)로부터 전송된 신호를 수신하여 이를 LED 제어회로(110)로 전달한다. 또는 유선 통신 채널(전력선 통신 또는 유선 LAN 등)을 이용하는 경우에 유선 통신 채널로 수신한다.
LED 조명장치(10)의 LED 제어회로(110)는 수신된 코드 정보를 통해 단말(20) 방향에 해당하는 무선 채널계수를 인식한다. 그리고, 인식된 채널계수를 이용하여 단말(20)에 최적화된 방향으로 가시광을 빔 포밍(beam forming)해서 단말(20)에 방송신호를 송신한다(2500). 빔 포밍 변조는 LED 조명(100) 전면에 부착된 공간 광변조부(120)에 의해 수행된다.
도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명은 LED 조명장치(10) 및 단말(20)이 약속된 동일한 코드북을 저장한다. LED 조명장치(10)는 무선 채널 계수 추출을 위해서 일종의 기준신호를 송신한다. 기준신호 변조는 공간 광변조부(120)를 통해 수행된다.
단말(20)은 수신된 기준신호로부터 가시광 무선채널 계수를 추출하여 이에 해당하는 코드를 RF 신호 송신부(200) 등을 이용하여 각종 유무선 통신채널(블루투스, 무선랜 또는 전력선통신 등)을 통해 LED 조명장치(10)의 LED 제어회로(110)로 전송한다. LED 조명장치(10)는 공간 광변조부(120)를 이용하여 단말(20) 방향에 해당하는 가시광 빔 포밍을 수행한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명을 이용한 무선 가시광 방송 시스템(3)의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 무선 가시광 방송 시스템(3)은 LED 조명장치(30) 및 단말(40)을 포함한다. LED 조명장치(30)는 LED 조명(300), LED 제어회로(310), 공간 광변조부(spatial light modulator)(320) 및 유무선 통신부(330)를 포함한다.
LED 조명장치(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 실내 공간의 천장에 위치할 수 있으나, 설치 위치는 이에 한정되지 않는다. LED 조명(300)의 전면에 공간 광변조부(320)가 부착되며, 공간 광변조부(320)는 신호 빔 포밍(beam forming)을 위해 빛의 위상이나 크기를 변조한다. 공간 광변조부(320)는 LED 제어회로(310)와 연결된다. LED 제어회로(310)는 무선 RF 통신이나 전력선 통신이 가능한 유무선 통신부(330)와 연결된다. 예를 들면, 유무선 통신부(330)는 RF 통신 수신기일 수 있다. 이때, 유선 또는 무선 통신 장치 중 어느 하나 이상의 연결만 갖추면 된다.
단말(40)은 LED 조명장치(30)로부터 무선 가시광 신호를 수신할 수 있는 광수신부(400) 및 RF 통신 신호를 송신할 수 있는 RF 신호 송신부(410)를 포함한다.단말(40)과 LED 제어회로(310)는 무선 채널 상황을 분류하여 여러 코드로 정해놓은 약속된 코드북(code book)을 기저장한다. 코드북은 표준으로 정하여 미리 저장된다.
도 4는 도 3의 LED 조명장치(30)의 무선 가시광 방송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, LED 조명장치(30)는 전체 신호 송신시간을 방향코드 송신시간과 방송 프레임 송신시간으로 분리한다(4000). 이에 대한 설명은 도 5에서 후술한다.
이어서, LED 조명장치(30)는 LED 조명(300)의 전면에 부착된 공간 광변조부(320)를 이용하여 방향코드 송신시간 동안 각 방향으로 빔 포밍된 신호를 그 방향에 해당하는 방향코드를 붙여 전체 방향으로 송신한다(4100). 이에 대한 설명은 도 6에서 후술한다.
단말(40)은 자신이 최적으로 수신할 수 있는 방향코드를 판별한다(4200). LED 조명장치(30)가 각 방향에 해당하는 방향코드와 함께 모든 방향으로 순차적으로 광 신호를 송신하더라도, 단말(40)이 수신할 수 있는 광 신호는 단말(40) 방향으로 향하는 하나의 광 신호 및 반사되어 수신되는 수 개의 광 신호에 불과할 것이다. 그 광 신호들 중에서 가장 큰 세기로 수신되는 광 신호가 단말(40)에 최적인 방향으로 송신되고 있는 광 신호이며, 이 신호에 포함된 방향코드가 단말(40) 자신에게 최적으로 수신되는 방향코드이다.
이어서, 단말(40)은 판별된 방향코드 정보를 RF 신호 송신부(410)를 통해 LED 조명장치(30)의 유무선 통신부(330)로 전송한다(4300). 이때, 유무선 통신부(330)는 전달받은 방향코드에 대한 정보를 LED 제어회로(310)로 전달한다. 그러면, LED 제어회로(310)는 방향코드를 전달받아 단말(40)에 최적인 방향으로 빔 포밍하여 신호를 방송한다(4400).
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명은 전체시간을 방향코드 송신시간과 방송프레임 송신시간으로 분리한다. 방향코드 송신시간은 방송프레임 송신시간에 비하여 상대적으로 상당히 짧다.
단말(40)은 방향코드 송신시간 동안에는 LED 조명(300)의 전면에 부착된 공간 광변조부(320)를 통해 각 방향에 해당하는 방향코드를 붙여 각 방향으로 빔 포밍된 빛을 스캔하듯이 송신한다.
단말(40)은 자신에게 최적으로 수신되는 방향코드를 인식하여 그 정보를 각종 유무선 채널(블루투스, 무선랜 또는 전력선통신 등)을 통해 LED 조명장치(30)의 LED 제어회로(310)로 송신한다. LED 제어회로(310)는 수신된 방향코드로부터 단말(40)의 방향을 인식하여 단말(40)에 해당하는 방향으로 빔포밍된 신호를 송신한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 방향코드 송신시간과 방송 프레임 송신시간으로 분리된 전체 신호 송신시간을 나타내는 참조도이다.
도 5를 참조하면, LED 조명장치(30)는 전체 신호 송신시간을 방향코드 송신시간(500)과 방송 프레임 송신시간(510)으로 분리한다. 이때, 방향코드 송신시간(500)이 전체 시간의 비율에서 방송 프레임 송신시간(510)에 비하여 작은 부분을 차지한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 방향코드 송신시간 동안 빔 포밍된 신호를 그 방향에 해당하는 방향코드를 붙여 각 방향으로 송신하는 과정을 나타내는 참조도이다.
도 6을 참조하면, LED 조명장치(30)는 여러 각도로 각 방향에 해당하는 방향코드와 함께 전체 방향으로 빔 포밍된 빛을 스캔하듯이 송신한다. 이때, LED 조명장치(30)는 조명 빛을 공간적으로 나누는 것이 아니라, 조명 빛을 각 방향으로 모아주는 기능을 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 3 : 무선 가시광 방송 시스템 10, 30 : LED 조명장치
20, 40 : 단말 100, 300 : LED 조명
110, 310 : LED 제어회로 120, 320 : 공간 광변조부
130, 330 : 유무선 통신부 200, 400 : 광수신부
210, 410 : RF 신호 송신부

Claims (1)

  1. 무선 가시광 방송장치의 무선 가시광 방송 방법에 있어서, 상기 무선 가시광 방송장치가:
    기준신호를 하나 이상의 방향으로 송신하는 단계;
    상기 기준신호를 수신한 단말이 상기 기준신호로부터 가시광 무선채널 계수를 추출하고 상기 추출된 가시광 무선채널 계수에 해당하는 방향코드를 전송하면, 상기 단말로부터 상기 방향코드를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 방향코드를 이용하여 계산된 방향으로 상기 단말에 가시광을 빔 포밍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 가시광 방송 방법.
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