KR20130101611A - 가시광 통신 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광 통신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신장치는 송신 신호를 변조하는 변조부; 수신 신호를 처리하는 신호처리부; 및 LED 발광/수광부를 포함하며, 상기 LED 발광/수광부는 고전력 LED를 구비하며, 송신 모드로 동작하는 경우에는 상기 변조부에서 출력되는 변조된 송신 신호에 따라 상기 고전력 LED를 점멸하며, 수신 모드로 동작하는 경우에는 수신된 광 신호에 대응하는 상기 수신 신호를 상기 신호처리부로 전달한다.

Description

가시광 통신 장치, 시스템 및 방법{APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR COMMUNICATING DATA USING LIGHT}

본 발명은 가시광 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광 통신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 조명 광원으로 LED가 주목을 받고 있다. LED의 가격은 10년마다 10배 하락하고, 성능은 20배씩 개선되고 있다. LED 광원의 장점으로 낮은 전력 소비량과 긴 수명을 들 수 있다. 백열전구는 전력의 10%만을 빛으로 전환시키지만, LED는 90%를 빛으로 변환시켜 전력 소모가 현저히 낮다. 또한 기존 전구의 수명이 최대 4,000 시간인데 반해, LED의 수명은 10만 시간 정도로 긴 수명이다. LED 광원의 또 다른 장점으로는 친환경적이라는 것이다. 기존 광원이 수은과 납 등의 중금속을 쓰고 있지만, LED는 이러한 중금속을 사용하지 않는 RoHS (Restriction of Hazardous Substances)규제를 따르고 있다. 가시광 무선통신 기술은 백열등과 형광등 같은 조명이 LED 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 통신을 가능하게 하는 기술로써, 조명 장치에 통신기능을 더한 새로운 융합 (Convergence)기술이다.

가시광 무선통신의 가장 큰 장점으로는 통신을 위한 주파수 사용에 법적 규제가 없다는 것이다. 가시광의 파장을 주파수로 환산 하면 대략 385THz - 789THz에 해당한다. 이로 인해 RF 주파수를 사용하는 기존의 통신과 혼선의 우려도 없으며, 인체 유해성 시비로부터 자유롭다. 통신 링크를 눈으로 인지할 수 있어 도/감청 여부를 직접 판단할 수 있다. 한국정보통신기술협회 (TTA)에서는 2007년 5월부터 가시광 통신 서비스 실무반을 신설하여 국내 표준을 주도하고 있다. 또한, 2007년 11월 IEEE 802.15에 VLC IG (Visual Light Communication Interest Group)을 신설하여 국제 표준의 기틀을 마련하였다. 일본에서는 VLCC (Visible Light Communication Consortium)를 결성하여 컨소시엄 형태로 가시광 무선통신에 대한 기술을 교류하고 있다. LED는 전기를 빛으로 바꾸는 성질을 이용하여 조명으로 활용한다. LED 조명통신 융합 원리는 LED와 PD(Photo Diode)의 깜박임 송수신을 기본 원리로 하여 조명 기능을 유지하면서 통신도 동시에 할 수 있는 것이다. 전기에서 빛으로 바꾸는 속도가 약 30nm에서 250nm에 달하는데, 이렇게 빠른 스위칭(on-off)을 통신 모듈레이션하여 통신할 수 있다. 사람은 초당 100이상 깜박이면, 깜박임을 인식하지 못하고 계속 켜진 것으로 인식한다. 통신에 의한 깜박임이 있지만, 계속적으로 켜진 것으로 인식되기 때문에 조명의 기능도 유지된다.

그러나, 이러한 가시광 무선통신이 다양한 분야에 적용되기 위해서는 전송 주파수의 한계를 극복하여 데이터 전송속도 및 전송률을 높여야 하며 장치/시스템의 소형화가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구성을 간소화할 수 있는 가시광 통신 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 전송속도 및 전송률을 높일 수 있는 가시광 통신 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신장치는 송신 신호를 변조하는 변조부; 수신 신호를 처리하는 신호처리부; 및 LED 발광/수광부를 포함하며, 상기 LED 발광/수광부는 고전력 LED를 구비하며, 송신 모드로 동작하는 경우에는 상기 변조부에서 출력되는 변조된 송신 신호에 따라 상기 고전력 LED를 점멸하며, 수신 모드로 동작하는 경우에는 수신된 광 신호에 대응하는 상기 수신 신호를 상기 신호처리부로 전달한다.

본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신 시스템은, 제 1 전자기기에서 제공되는 데이터를 가시광에 실어 출력하는 하나 이상의 LED를 포함하도록 구성된 제 1 LED 모듈과; 상기 제 1 LED 모듈에서 출력된 상기 가시광으로부터 광신호를 검출하고 상기 광신호를 전기적 신호로 출력하는 하나 이상의 LED를 포함하도록 구성되며, 상기 전기적 신호를 제 2 전자기기에 전송하는 제 2 LED 모듈을 포함한다.

여기서, 상기 제 1, 2 LED 모듈은 USB 인터페이스를 통해 상기 제 1, 2 전자기기와 각각 연결될 수 있고, 양방향 통신이 가능하다. 또한, 상기 제 2 LED 모듈 내의 상기 LED에 순방향 바이어스 전압을 인가하여 상기 광신호를 검출하고, 상기 제 2 LED 모듈 내의 상기 LED는 상기 전기적 신호를 미분파형으로 출력한다. 상기 제 2 LED 모듈은 미분파형의 상기 전기적 신호를 적분하기 위한 적분기를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 가시광 통신 방법은, 하나 이상의 LED를 포함하는 제 1 LED 모듈을 이용하여 제 1 전자기기에서 제공되는 데이터를 가시광에 실어 출력하는 단계와; 하나 이상의 LED를 포함하는 제 2 LED 모듈을 이용하여 상기 가시광을 수광하는 단계와; 상기 가시광에 포함된 광신호를 전기적 신호로 변환하여 제 2 전자기기에 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 높은 주파수의 신호에도 반응하여 미분파형을 출력하는 LED를 수광소자로 사용하므로 전송속도 및 전송률을 높일 수 있다.

또한, 역방향 바이어스 전압을 제공하기 위한 소자나 회로를 필요로 하지 않으므로, 장치 및 시스템의 구조를 간소화하고 소형화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 LED 발광/수광부의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 제 1, 2 LED 모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 LED 모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 이하 설명에서 동일한 구성 요소에는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 가시광 통신 시스템은 송신장치(10)와 수신장치(20)를 포함한다.

상기 송신장치(10)는 문자, 음성, 영상 등의 데이터를 펄스 형태로 출력하는 라인코딩부(11), 상기 라인코딩부(11)에서 출력된 신호를 가시광에 실을 수 있도록 변조하는 변조부(12), 상기 변조부(12)에 의해 변조된 신호를 포함하는 가시광을 발광하는 LED 발광부(13)를 포함한다. 여기서, 상기 라인코딩부(11)는 문자, 음성, 영상 등의 2진 데이터 열(列)을 펼스 파형으로 출력하기 위해 부호화(coding)를 수행한다. 이러한 라인코딩을 수행하는 이유는 데이터 전송 중에 전송선로 상의 전달 특성 및 제약조건을 맞추어 주거나 수신측의 원활한 동기 재생이나 오류검출 등을 용이하게 하기 위함이다. 상기 LED 발광부(13)는 예로서 하나의 고전력(1W 이상) LED를 포함하는 형태로 구성되거나 또는 다수의 고전력 LED로 포함하는 어레이(array) 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 LED 발광부(13)는 출력되는 가시광의 광량 또는 점멸을 제어하여 신호를 전송할 수 있으며, 이러한 방법뿐만 아니라 가시광에 신호를 실어 전송하는 다른 방법도 적용될 수 있다. 가시광의 점멸을 제어하여 신호를 전송하는 경우에도, 상기 LED 발광부(13)의 온/오프가 대략 200Hz 이상이면 사람의 눈으로 인식되지 않기 때문에 신호를 전송하는 동시에 상기 LED 발광부(13)를 조명 소자로 사용하는 데에 문제가 되지 않는다. 따라서, 상기 송신장치(10)는 실내외 조명, 광고판, 간판, 디스플레이/TV, 스탠드 조명 등의 형태로도 구성될 수 있다.

상기 수신장치(20)는 조명장치, 핸드폰, PDA, 테블릿(tablet) PC, 노트북, 게임기 등과 같은 휴대용 단말기이거나, 오디오/비디오 장치, PC 또는 기타 전자기기일 수 있다. 상기 수신장치(20)는 여기에 국한되지 않고 데이터 수신을 필요로 하거나 데이터 수신이 가능한 전자기기일 수 있다. 상기 수신장치(20)는 LED 수광부(21)와 신호처리부(22)를 포함한다. 여기서, 상기 LED 수광부(21)는 상기 LED 발광부(13)에서 출력되는 가시광을 수광하여 전기적 신호를 발생시킨다. 상기 LED 수광부(21)는 예로서 하나의 고전력(1W 이상) LED를 포함하여 구성되거나 다수의 고전력 LED를 포함하는 어레이(array)로 구성될 수도 있으며, 넓은 주파수 대역(수백 Hz에서 수 MHz)의 신호를 포함하는 가시광에 반응하여 미분파형의 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 LED 수광부(21)는 가시광을 수광하지 않는 동안에는 조명소자로써 사용될 수 있으므로, 상기 수신장치(20)는 조명장치로써 사용될 수 있다. 상기 신호처리부(22)는 상기 LED 수광부(21)에서 출력되는 미분파형의 전기적 신호를 적분하는 적분기(integration circuit)와 상기 전기적 신호를 복조하는 복조기를 포함하도록 구성된다. 특히, 상기 LED 수광부(21)가 미분파형의 신호를 출력하므로, 상기 신호처리부(22)는 상기 미분파형의 신호를 적분하는 적분기의 기능을 수행한다. 따라서, 상기 신호처리부(22)는 상기 미분파형의 전기적 신호를 적분 및 복조하여 문자, 음성, 영상 등의 데이터를 출력한다.

상술한 도면 및 이에 대한 설명에서는 송신 장치(10)와 수신 장치(20)를 분리하여 설명하고 있으나, 송신 장치(10)와 수신장치(20)는 일체로 형성될 수 있다(이하에서는 이를 가시광 통신 장치(미도시)라 칭함). 이 경우, 동일한 LED를 사용하여 발광 및 수광을 수행할 수 있으므로, LED 발광부(13)과 LED 수광부(21)을 결합하여 LED 발광/수광부(미도시)라 한다. 따라서, 가시광 송수신 장치는 라인 코딩부(11), 변조부(12), 적분기(22) 및 LED 발광/수광부를 구비한다. 이 경우 가시광 송수신 장치는 타 가시광 통신 장치와 가시광 통신을 수행한다.

도 2는 제1 LED 발광/수광부(1) 및 제2 LED 발광/수광부(21)의 일 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 LED 발광/수광부(1)는 구동 트랜지스터(Q1), 스위치(SW1), 고전력 LED(D1) 및 저항소자(R1)를 포함한다. 도면에는 구동 트랜지스터(Q1)의 예로서 BJT(Bipolar Junction Transistor)가 사용된 예가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 다른 구동 트랜지스터(예로서 MOSFET)이라도 무방하다. 구동 트랜지스터(Q1)의 입력단(BJT의 경우 Base 단)으로는 변조부(12)의 출력이 입력된다. 신호처리부(22)의 입력단에 제1 노드(N1)가 연결된다. 저항(R1)는 신호처리부(22)의 동작 방식에 따라 생략될 수도 있다. 즉, 제1 노드(N1)는 스위치(SW1) 및 신호처리부(22)에만 연결될 수 있다. 제1 LED 발광/수광부(1)가 LED 발광부(13)로서 동작하는 경우에는(즉, 송신 모드로 동작하는 경우에는), 스위치(SW1)가 구동 트랜지스터(Q1)의 출력단을 LED(D1)에 연결한다. 이 경우, LED(D1)는 라인코딩부(11), 변조부(12) 및 구동 트랜지스터(Q1)를 경유하여 전달된 신호에 따라 점멸을 수행한다. 이 경우, LED(D1)는 조명으로서의 기능도 수행한다. 제1 LED 발광/수광부(1)가 LED 수광부(21)로서 동작하는 경우에는(즉, 수신 모드로 동작하는 경우에는), 스위치(SW1)가 제1 노드(N1)를 LED(D1)에 연결한다. 이 경우, 수광에 의하여 LED(D1)에서 생성된 신호가 제1 노드(N1)를 경유하여 신호처리부(22)로 전달된다. 이 경우, LED(D1)는 오프(off) 상태에 해당한다. 제1 LED 발광/수광부(1)가 LED 수광부(21)로서 동작하는 경우에, LED(D1)에 역방향 바이어스를 인가할 것을 요구하지 아니한다. 따라서, 역방향 바이어스를 인가하기 위한 별도의 회로/소자를 요구하지 않으므로, 장치의 구성이 간소화 및 소형화될 수 있다.

제2 LED 발광/수광부(2)는 구동 트랜지스터(Q2), 스위치(SW2), LED(D2) 및 저항소자(R2)를 포함한다. 제1 LED 발광/수광부(1)가 LED 발광부(13)로서 동작하는 경우에 제2 LED 발광/수광부(20)는 LED 수광부(21)로서 동작하여야 하고, 제1 LED 발광/수광부(1)가 LED 수광부(21)로서 동작하는 경우에 제2 LED 발광/수광부(20)는 LED 발광부(13)로서 동작하여야 한다는 점을 제외하고는 제2 LED 발광/수광부(2)의 동작 및 구성은 제1 LED 발광/수광부(1)의 동작 및 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.

제 2 실시예

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸다. 제 2 실시예는 두 전자기기 간의 가시광 통신을 위한 것이다. 도 3에서는 두 개의 PC를 예로 하고 있으나, 다른 전자기기, 예를 들어 핸드폰, PDA, 테블릿(tablet) PC, 노트북, 게임기 등과 같은 휴대용 단말기이거나, 오디오/비디오 장치, PC 또는 기타 전자기기일 수 있다. 또한, 통신하는 두 전자기기는 서로 다른 종류/모델/버전의 것이어도 무관하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 송신측 전자기기(30)에는 제 1 LED 모듈(40)이 연결되고, 수신측 전자기기(70)에는 제 2 LED 모듈(50) 및 증폭기(60)가 연결된다. 상기 제 1 LED 모듈(40) 및 제 2 LED 모듈(50)은 이더넷(ethernet)과 같은 근거리 통신망을 이용하여 상기 전자기기(30, 70)와 각각 통신한다. 또한, 제 1 실시예의 상기 송신장치(10) 및 상기 수신장치(20)와 같이, 상기 제 1, 2 LED 모듈(40, 50)은 조명기기로써 사용될 수 있다. 상기 전자기기(30, 70)는 데이터 송수신을 위해 먼저 서로의 ID 또는 식별정보 등을 확인하여 호환이 가능한지, 엑세스(access)/데이터 송수신이 허용되는지 등을 판단한 후 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있다.

도 4는 상기 제 1, 2 LED 모듈(40, 50)의 일 예를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 LED 모듈(40)은 신호 수신/처리부(41), 제어부(42), LED 구동부(43), LED 발광부(44) 및 전원 공급부(미도시) 등을 포함하여 구성된다. 상기 신호 수신/처리부(41)는 상기 송신측 전자기기(30)로부터 신호를 수신 및 처리하여 출력하고, 상기 LED 구동부(43)는 상기 신호 수신/처리부(41)에서 출력된 신호를 가시광에 실어서 출력할 수 있도록 상기 LED 발광부(44)를 제어한다. 여기서, 상기 LED 발광부(44)는 하나의 고전력(3-5V, 1000mA-3000mA) LED를 포함하는 형태로 구성되거나 또는 다수의 고전력 LED로 포함하는 어레이(array) 형태로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 LED 발광부(44)는 출력되는 가시광의 광량 또는 점멸을 제어하여 신호를 전송할 수 있으며, 가시광의 점멸을 제어하여 신호를 전송하는 경우에도 조명 장치로 사용될 수 있다. 상기 제어부(42)는 상기 신호 수신/처리부(41), 상기 LED 구동부(43) 및 상기 LED 발광부(44)의 동작을 제어한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 LED 모듈(50)은 제어부(51), LED 수광부(52) 및 신호 처리부(53)를 포함하여 구성된다. 상기 LED 수광부(52)는 상기 제 1 LED 모듈(40)로부터 전송된 광신호를 검출하여 전기적 신호를 출력하고, 상기 신호 처리부(53)는 상기 LED 수광부(52)에서 출력된 전기적 신호를 복조하여 출력한다. 여기서, 상기 LED 수광부(52)는 하나의 고전력(3-5V, 1000mA-3000mA) LED를 포함하여 구성되거나 다수의 고전력 LED를 포함하는 어레이(array)로 구성될 수도 있으며, 넓은 주파수 대역(수백 Hz에서 수 MHz)의 신호를 포함하는 가시광에 반응하여 미분파형의 신호를 출력할 수 있다. 상기 LED 수광부(52) 역시 5MHz 이상의 구형파 신호에 대해서도 반응하여 미분파형의 전기적 신호를 출력할 수 있다. 상기 신호처리부(53)는 미분파형의 상기 적기적 신호를 받아 프로세싱(processing)한다. 예를 들어, 상기 LED 수광부(52)가 미분파형의 신호를 출력하는 미분기의 기능을 한다면, 상기 신호처리부(53)는 상기 미분파형의 신호를 적분하는 적분기의 기능을 수행한다. 도면에는 도시되지 않았으나, 도 2의 상기 LED 수광부(21)와 같이 상기 LED 수광부(52) 내의 LED에 역방향 바이어스가 인가되지 않기 때문에, 상기 제 2 LED 모듈(50)은 역방향 바이어스를 인가하기 위해 필요한 회로/소자 등을 필요로 하지 않는다.

제 2 실시예의 상기 LED 발광부(44) 및 상기 LED 수광부(52)는 도 2에 도시된 상기 LED 발광부(13) 및 상기 LED 수광부(21)와 동일하게 구성될 수 있다.

제 3 실시예

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸다. 제 3 실시예는 두 전자기기 간의 가시광 통신을 위한 것이다. 상기 전자기기(80, 110)는 핸드폰, PDA, 테블릿(tablet) PC, 노트북, 게임기 등과 같은 휴대용 단말기이거나, 오디오/비디오 장치, PC 또는 기타 전자기기일 수 있다. 또한, 통신하는 두 전자기기(80, 110)는 서로 다른 종류/모델/버전의 것이어도 무관하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전자기기(80)에는 제 1 LED 모듈(90)이 연결되고, 상기 전자기기(110)에는 제 2 LED 모듈(1000)이 연결된다. 상기 제 1 LED 모듈(90) 및 제 2 LED 모듈(100)은 이더넷(ethernet)과 같은 근거리 통신망을 이용하여 상기 전자기기(80, 110)와 각각 통신하거나 또는 USB 인터페이스를 통해 상기 전자기기(80, 110)와 연결될 수 있다. 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)이 USB 인터페이스를 포함하도록 구성된 경우에는 상기 전자기기(80, 110)에 탈부착 가능하다. 이와 같이, 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)이 USB 인터페이스를 통해 연결되는 경우, 플러그앤플레이(Plug and Play) 기능이 지원되므로 연결 시 상기 전자기기(80, 110)는 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)을 감지할 수 있고, 핫 스와핑(Hot swapping) 기능을 지원하므로 상기 전자기기(80, 110)의 전원이 켜진 상태에서도 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)을 연결하거나 분리하는 것이 가능하다. 또한, USB 인터페이스를 통해 상기 전자기기(80, 110)는 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)에 전력을 공급할 수 있기 때문에, 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)은 별도의 전원 공급원이 없어도 작동될 수 있다. 제 2 실시예의 상기 제 1, 2 LED 모듈(40, 50)과 마찬가지로 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)은 조명기기로써 사용될 수 있다.

또한, 상기 전자기기(80, 110)는 데이터 송수신을 위해 먼저 서로의 ID 또는 식별정보 등을 확인하여 호환이 가능한지, 엑세스(access)/데이터 송수신이 허용되는지 등을 판단한 후 데이터를 송수신하도록 구성될 수 있으며, 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100)은 양방향 통신이 가능하도록 구성된다. 양방향 통신을 위해 상기 제 1, 2 LED 모듈(90, 100) 각각은 데이터의 전송과 수신이 모두 가능하도록 구성된다.

도 6은 상기 제 1 LED 모듈(90)의 일 예를 나타낸다. 도 6은 상기 제 1 LED 모듈(90)만을 보이고 있으나, 상기 2 LED 모듈(100)은 상기 제 1 LED 모듈(90)과 동일하게 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 LED 모듈(90)은 신호 송수신부(91), LED 발광/수광부(92), 제어부(93) 및 LED 구동부(94)를 포함하여 구성된다. 상기 신호 송수신부(91)는 상기 전자기기(80)와 데이터를 송수신하도록 구성된다. 상기 LED 발광/수광부(92)는 하나의 고전력(3-5V, 1000mA-3000mA) LED를 포함하여 구성되거나 다수의 고전력 LED를 포함하는 어레이(array)로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 LED 발광/수광부(92)는 가시광의 광량 또는 점멸을 통해 광신호를 전송하거나 상기 제 2 LED 모듈(100)로부터 광신호를 수신할 수 있다. 상기 LED 발광/수광부(92)는 광신호 수신을 위해 사용되지 않는 동안에는 조명 장치로 사용될 수 있다. 상기 LED 발광/수광부(92)가 상기 제 2 LED 모듈(100)로부터 광신호를 수신하는 경우, 상기 LED 발광/수광부(92)는 미분파형의 신호를 출력한다. 이런 경우, 상기 신호 송수신부(91)는 상기 미분파형의 신호를 적분하는 적분기의 역할을 한다. 또한, 도 2의 상기 LED 수광부(21)와 같이, 상기 LED 발광/수광부(92) 내의 LED에 역방향 바이어스가 인가되지 않기 때문에, 상기 제 1 LED 모듈(90)은 역방향 바이어스를 인가하기 위해 필요한 회로/소자 등을 필요로 하지 않는다. 상기 제 2 LED 모듈(100)은 상기 제 1 LED 모듈(90)과 동일하다.

제 4 실시예

도 7은 제 4 실시예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 4 실시예에 따른 가시광 통신 시스템은 송신장치(120)와 수신장치(130)를 포함한다.

상기 송신장치(120)는 음성/오디오 신호부(121), 주파수 발생기(122), PWM 변조부(123) 및 LED 발광부(124)를 포함하도록 구성된다. 상기 음성/오디오 신호부(121)는 음성 또는 오디오 신호를 생성하여 출력하거나 외부로부터 입력되는 음성 또는 오디오 신호를 수신하여 출력한다. 상기 주파수 발생기(122)는 100KHz에서 200KHz 사이의 삼각파를 생성하여 출력한다. 상기 PWM 변조부(123)는 상기 음성/오디오 신호부(121)에서 출력된 아날로그 신호, 예를 들어 5KHz 미만의 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기(122)에서 출력된 삼각파를 비교하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력한다. 여기서, 상기 PWM 변조부(123)는 온(on)과 오프(off)의 비율을 변화시켜서 LED의 광량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 온 시간과 오프 시간의 비율(duty 비율)을 조정하여 일정한 펄스를 발생시키면, 상기 LED 발광부(124)는 상기 펄스의 온 시간의 평균치를 인식하여 마치 감소된 전압을 인가한 것과 같이 광을 발생시킬 수 있다. 이런 경우, 상기 LED 발광부(124)는 광량(밝기)를 제어하여 신호를 전송한다. 상기 LED 발광부(124)는 하나의 고전력(3-5V, 1000mA-3000mA) LED를 포함하는 형태로 구성되거나 또는 다수의 고전력 LED로 포함하는 어레이(array) 형태로 구성될 수도 있다.

상기 수신장치(130)는 LED 수광부(131), 신호처리부(132), 앰프(133) 및 스피커(134)를 포함한다. 여기서, 상기 LED 수광부(131)는 상기 LED 발광부(13)에서 출력되는 가시광을 수광하여 전기적 신호를 발생시킨다. 상기 LED 수광부(131)는 하나의 고전력(3-5V, 1000mA-3000mA) LED를 포함하여 구성되거나 다수의 고전력 LED를 포함하는 어레이(array)로 구성될 수도 있으며, 넓은 주파수 대역(수백 Hz에서 수 MHz)의 신호를 포함하는 가시광에 반응하여 미분파형의 신호를 출력할 수 있다. 상기 신호처리부(132)는 상기 LED 수광부(124)에서 출력되는 미분파형의 전기적 신호를 적분하는 적분기(예를 들어, 5KHz의 Low Pass Filter)와 상기 전기적 신호를 복조하는 PWM 복조기를 포함한다. 특히, 상기 LED 수광부(124)가 미분파형의 신호를 출력하는 미분기(예를 들어, High Pass Filter)의 기능을 한다면, 상기 신호처리부(132)는 상기 미분파형의 신호를 적분하는 적분기의 기능을 수행한다. 상기 앰프(133)는 상기 신호처리부(132)에서 출력된 신호를 증폭하고 상기 스피커(134)를 통해 음성 또는 오디오를 출력한다.

상기 LED 발광부(124) 및 상기 LED 수광부(131)는 도 2에 도시된 상기 LED 발광부(13) 및 상기 LED 수광부(21)와 동일한 구조로 구성될 수 있으며 조명소자로써 사용될 수 있다. 특히, 상기 LED 수광부(31) 내의 LED에는 역방향 바이어스가 인가되지 않기 때문에, 역방향 바이어스를 인가하기 위해 필요한 회로/소자 등을 필요로 하지 않는다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1, 2: LED 발광/수광부
10, 120: 송신장치 20, 130: 수신장치
11: 라인코딩부 12: 변조부
124: LED 발광부 131: LED 수광부
22, 53 132: 신호처리부 40, 50, 90, 100: LED 모듈
30, 70, 80, 110: 전자기기 41: 신호 수신/처리부
42, 51, 93: 제어부 43, 94: LED 구동부
121: 음성/오디어 신호부 122: 주파수 발생기
123: PWM 변조부 133: 앰프
134: 스피커 151: 미분기
152: 주파수변조기

Claims (17)

1. 송신 신호를 변조하는 변조부;
   수신 신호를 처리하는 신호처리부; 및
   고전력 LED를 구비하며, 송신 모드로 동작하는 경우에는 상기 변조부에서 출력되는 변조된 송신 신호에 따라 상기 고전력 LED를 점멸하며, 수신 모드로 동작하는 경우에는 수신된 광 신호에 대응하는 상기 수신 신호를 상기 신호처리부로 전달하는 LED 발광/수광부
   를 포함하는 가시광 통신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호처리부는 상기 수신 신호를 적분 및 복조하는 가시광 통신 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 고전력 LED 발광/수광부가 상기 수신 모드로 동작하는 경우에, 상기 고전력 LED에 역방향 바이어스를 인가하지 아니하는 가시광 통신 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 LED 발광/수광부는 상기 고전력 LED에 역방향 바이어스를 인가하는 회로를 구비하지 아니하는 가시광 통신 장치.
5. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 LED 발광/수광부는
   상기 변조된 송신신호를 입력받는 구동 트랜지스터; 및
   상기 LED 발광/수광부가 상기 송신 모드로 동작하는 경우에는 상기 구동 트랜지스터의 출력을 상기 고전력 LED로 전달하고, 상기 LED 발광/수광부가 상기 수신 모드로 동작하는 경우에는 상기 고전력 LED로부터 출력되는 상기 수신 신호를 상기 신호처리부로 전달하는 스위치를 포함하는 가시광 통신 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 LED 발광/수광부가 상기 송신 모드로 동작하는 경우에는 상기 고전력 LED가 조명으로서 동작하고, 상기 LED 발광/수광부가 상기 수신 모드로 동작하는 경우에는 상기 고전력 LED가 오프 상태인 가시광 통신 장치.
7. 제 1 전자기기에서 제공되는 데이터를 가시광에 실어 출력하는 하나 이상의 LED를 포함하도록 구성된 제 1 LED 모듈과;
   상기 제 1 LED 모듈에서 출력된 상기 가시광으로부터 광신호를 검출하여 제 2 전자기기에 전송하는 제 2 LED 모듈을 포함하되, 상기 제 2 LED 모듈은 상기 광신호를 미분파형의 전기적 신호로 출력하는 하나 이상의 LED와 상기 전기적 신호를 적분하는 신호처리부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 전자기기는 조명장치인 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 전자기기는 휴대용 단말기인 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 LED 모듈은 USB 인터페이스를 통해 상기 제 1, 2 전자기기와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 LED 모듈은 양방향 통신이 가능한 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 LED 모듈 내의 상기 LED에 역방향 바이어스 전압을 인가하지 않고 상기 광신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 모듈은
    상기 LED에서 출력된 상기 전기적 신호를 상기 신호처리부에 출력하기 위한 저항소자와;
    상기 LED를 제어하기 위한 트랜지스터와;
    상기 저항소자 및 상기 트랜지스터 중 하나를 상기 LED에 선택적으로 연결하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
14. 하나 이상의 LED를 포함하는 제 1 LED 모듈을 이용하여 제 1 전자기기에서 제공되는 데이터를 가시광에 실어 출력하는 단계와;
    하나 이상의 LED를 포함하는 제 2 LED 모듈을 이용하여 상기 가시광을 수광하는 단계와;
    상기 가시광에 포함된 광신호를 미분파형의 전기적 신호로 변환하고 상기 전기적 신호를 적분하여 제 2 전자기기에 전송하는 단계를 포함하는 가시광 통신 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 LED 모듈은 USB 인터페이스를 통해 상기 제 1, 2 전자기기와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 LED 모듈은 양방향 통신이 가능한 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 LED 모듈 내의 상기 LED에 역방향 바이어스 전압을 인가하지 않고 상기 광신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 방법.

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