KR20140000375U

KR20140000375U - 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템

Info

Publication number: KR20140000375U
Application number: KR2020130008525U
Authority: KR
Inventors: 강양기
Original assignee: 주식회사 아이디로
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2014-01-16

Abstract

본 고안에 의한 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템은, 질의신호를 가시광 리더에서 송신하고 상기 질의신호에 대한 응답신호를 가시광 태그에서 상기 가시광 리더로 송신하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 있어서, 질의신호를 생성하는 리더 제어부와, 상기 리더 제어부에서 전달받은 질의신호를 가시광 형태로 송신하는 가시광 송신부와, 상기 질의신호에 대한 RF 형태의 응답신호를 수신하는 RF 수신부를 각각 구비하는 복수의 가시광 리더; RF 형태의 캐리어 웨이브를 연속적으로 송신하는 캐리어 송신기; 및 상기 가시광 리더에서 송신되는 가시광 형태의 질의신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 질의신호의 명령을 처리하고 그 질의신호에 대한 응답신호를 생성하는 태그 제어부와, 상기 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 상기 응답신호를 송신하는 RF 송신부를 구비하는 가시광 태그;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템{Backscattering Type Visible Ray Communication System}

본 고안은 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 질의신호는 리더에서 가시광 신호로 송신하고 질의신호에 대한 응답신호는 태그에서 RF 신호의 형태로 반송되어 리더에서 수신되는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 관한 것이다.

RF 신호의 형태로 송신되는 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 응답신호를 반송하는 통신시스템을 백스캐터링(back scattering) 방식 통신시스템이라고 한다.

이와 같은 캐리어 웨이브를 무선 단말기 형태의 리더에서 계속하여 송신하면 배터리 소모량이 많아지게 된다. 따라서 휴대용 리더에서 캐리어 웨이브를 송신하는 것은 비효율적이고 실용적이지 못한 문제점이 있다.

또한, RF 형태의 캐리어 웨이브를 송수신하면서 리더와 태그 간에 통신을 하는 경우 RF 신호에는 방향성이 없으므로 각각의 리더와 태그들 사이에서 송수신하는 RF 신호 사이에 간섭이 발생하는 문제점이 있다. 또한 자신이 송신하지 않은 질의신호에 대한 태그의 응답을 다른 리더에서 수신하게 될 수 있으므로 응답신호를 송신한 태그를 특정하기 어려운 문제점이 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 위하여 안출 된 것으로, 가시광과 RF 신호를 복합적으로 이용하여 각각의 리더 간에 간섭이 발생하지 않으면서 태그에 질의신호를 송신하고 그에 대한 응답신호를 수신하며 리더의 소비 전력을 절감하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 질의신호를 가시광 리더에서 송신하고 상기 질의신호에 대한 응답신호를 가시광 태그에서 상기 가시광 리더로 송신하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 있어서, 질의신호를 생성하는 리더 제어부와, 상기 리더 제어부에서 전달받은 질의신호를 가시광 형태로 송신하는 가시광 송신부와, 상기 질의신호에 대한 RF 형태의 응답신호를 수신하는 RF 수신부를 각각 구비하는 복수의 가시광 리더; RF 형태의 캐리어 웨이브를 연속적으로 송신하는 캐리어 송신기; 및 상기 가시광 리더에서 송신되는 가시광 형태의 질의신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 질의신호의 명령을 처리하고 그 질의신호에 대한 응답신호를 생성하는 태그 제어부와, 상기 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 상기 응답신호를 송신하는 RF 송신부를 구비하는 가시광 태그;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 고안에 의한 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템은 가시광 리더의 소비 전력을 절감하여 휴대용으로 제작된 가시광 리더의 배터리 사용 수명을 연장하면서 리더와 태그 사이에 송수신 신호의 간섭 없이 효과적으로 가시광 무선통신을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 가시광 리더의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 가시광 태그의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가시광 태그의 일례를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 고안에 따른 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 가시광 리더의 블록도이며, 도 3은 도 1에 도시된 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 가시광 태그의 블록도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템은 복수의 가시광 리더(100)와 복수의 가시광 태그(200)와 캐리어 송신기(300)를 포함하여 이루어진다.

도 2를 참조하면, 가시광 리더(100)들은 각각 리더 제어부(120)와 가시광 송신부(110)와 RF 수신부(130)를 구비하고 사용자가 쉽게 휴대하면서 사용할 수 있도록 무선 기기의 형태로 구성된다.

리더 제어부(120)는 각 가시광 태그(200)에 송신할 질의신호를 생성하여 가시광 송신부(110)로 전달한다.

가시광 송신부(110)는 부호부(113)와 변조부(112)와 발광부(111)를 구비한다. 부호부(113)에서는 리더 제어부(120)에서 전달받은 질의신호를 미리 정해진 규칙에 따라 부호화하고 변조부(112)에서는 부호부(113)에서 전달받은 질의신호를 가시광선 신호로 송신하기 용이한 형태로 변조한다. 변조부(112)에서 질의신호를 변조하는 방법으로는 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식 등 다양한 방법이 사용될 수 있으며, ASK 방식을 사용하는 경우에는 신호 전달 효율을 향상시키기 위하여 변조지수가 100%인 OOK(On/Off Keying) 변조방식이 사용될 수 있다. 발광부(111)는 변조부(112)로부터 전달받은 전기신호 형태의 질의신호를 광신호 형태로 변환하여 가시광으로 발광한다. 발광부(111)로는 LD(Laser Diode)와 LED(Light Emitting Diode) 등이 사용될 수 있다. 특히 LED는 조명의 기능과 가시광 통신수단으로서의 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다.

RF 수신부(130)는 후술하는 캐리어 송신기(300)에서 송신된 캐리어 웨이브가 가시광 태그(200)에서 반송되는 RF 형태의 응답신호를 수신하여 리더 제어부(120)로 전달한다. RF 수신부(130)는 복조부(132)와 복호부(133)를 포함한다. 복조부(132)는 안테나(131)에서 수신된 응답신호를 복호하기 용이한 형태로 복조하고, 복호부(133)는 복조된 응답신호를 리더 제어부(120)에서 인식할 수 있는 형태의 신호로 복호한다.

캐리어 송신기(300)는 RF 형태의 캐리어 웨이브를 각 가시광 태그(200)들에 송신한다. 캐리어 웨이브는 각 가시광 태그(200)에 전송되어 에너지를 제공한다. 캐리어 송신기(300)는 연속적으로 계속하여 캐리어 웨이브를 송신하므로 비교적 소비하는 전력의 양이 많다. 휴대 가능하도록 무선 기기의 형태로 구성되는 가시광 리더(100)와 달리 캐리어 송신기(300)는 본 실시예에 따른 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템이 사용되는 장소의 건물 옥내 전원에 연결되어 캐리어 웨이브를 송신하도록 구성되는 것이 좋다.

도 3을 참조하면, 가시광 태그(200)는 태그 제어부(220)와 가시광 수신부(210)와 캐리어 수신부(240)와 RF 송신부(230)를 구비한다

가시광 수신부(210)는 수광부(211))와 증폭부(212)와 복조부(213)와 복호부(214)를 구비한다. 수광부(211)는 가시광 리더(100)의 가시광 송신부(110)에서 송신되는 가시광 형태의 질의신호를 감지하여 전기 신호로 변환한다. 수광부(211)는 PD(Photo Detector) 등의 광 수신 소자(211)를 사용하여 구성된다. 수광부(211)에서 수신된 질의신호는 증폭부(212)에서 증폭되고 복조부(213)에서 복호하기 용이한 형태로 복조된다. 복호부(214)는 복조부(213)로부터 전달받은 질의신호를 태그 제어부(220)에서 처리하기 용이한 형태로 복호하여 태그 제어부(220)로 전달한다.

태그 제어부(220)는 가시광 수신부(210)로부터 질의신호를 전달받아 그 질의신호에 포함된 명령을 처리하고 질의신호에 대한 응답신호를 생성하여 RF 송신부(230)로 전달한다.

캐리어 수신부(240)는 캐리어 송신부에서 송신된 캐리어 웨이브를 안테나(241)를 통해 수신하여 RF 송신부(230)로 전달한다.

RF 송신부(230)는 부호부(231)와 변조부(232)와 백스캐터링부(233)를 구비한다. 부호부(231)에서는 태그 제어부(220)에서 전달받은 응답신호를 부호화하여 변조부(232)로 전달하고, 변조부(232)는 응답신호를 RF 신호로 전송하기 용이한 형태로 변조한다. 백스캐터링부(233)는 캐리어 수신부(240)로부터 전달받은 캐리어 웨이브에 응답신호를 실어서 안테나(241)를 통해 가시광 리더(100)로 송신한다. 이때 백스캐터링부(233)는 캐리어 웨이브에 공진하는 방식으로 수신된 캐리어 웨이브와 동일한 주파수 또는 인접하는 주파수로 응답신호를 송신한다.

본 실시예에 따른 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템은 도 4에 도시한 것과 같은 형태의 가시광 태그(200)를 사용할 수 있다. 도 4를 참조하면, 가시광 태그(200)는 합성수지 카드 형태의 태그 본체(250)를 구비한다. 가시광 태그(200)의 태그 제어부(220)와 캐리어 수신부(240)와 RF 송신부(230)는 태그 본체(250)에 설치된다. 가시광 태그(200)의 가시광 수신부(210)는 수광부(211)로써 복수의 광 수신 소자(211)를 구비한다. 복수의 광 수신 소자(211)들은 서로 다른 방향에서 수신되는 가시광 신호를 효과적으로 수신할 수 있도록 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다. 카드 형태의 태그 본체(250) 앞면과 뒷면에 각각 광 수신 소자(211)가 설치되도록 구성할 수도 있다.

또한 태그 본체(250)에는 연결단자(251)가 형성된다. 광 수신 소자(211)들 중 하나는 연장선(252)을 통해 태그 본체(250)의 연결단자(251)에 연결된다. 즉, 광 수신 소자(211)들 중 하나는 태그 본체(250)로부터 비교적 멀리 이격되는 위치에 배치되어 배치되어 연장선(252)을 통해 태그 본체(250)의 연결단자(251)에 연결된다.

이하, 상술한바와 같이 구성된 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템의 통신방법에 대해 설명한다.

가시광 리더(100)는 리더 제어부(120)에서 질의신호를 생성하여 가시광 송신부(110)를 통해 가시광선 형태로 가시광 태그(200)에 송신한다. 사용자는 질의신호를 송신하여 응답신호를 수신하고자 하는 가시광 태그(200)에 대해 가시광선을 비추는 방법으로 가시광 질의신호를 송신한다. RF 신호가 아니라 가시광선 형태로 질의신호를 송신하므로 사용자는 육안으로 가시광 신호가 송신되는 상황과 송신되는 위치를 확인하면서 가시광 리더(100)를 조작할 수 있다. 가시광선을 이용하여 조회를 원하는 가시광 태그(200)에 가시광선을 비추면 되므로 가시광 태그(200)에서 반송되는 신호가 혼동되거나 인접하는 가시광 태그(200)들 간에 신호가 간섭될 염려가 없는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 가시광 리더(100)는 서로 다른 각도로 배치된 복수의 광 수신 소자(211)들을 구비하므로 가시광 리더(100)가 가시광 태그(200)에 대해 가시광선을 송신하는 방향에 관계없이 가시광 신호를 효과적으로 수신할 수 있다. 또한, 연장선(252)을 통해 태그 본체(250)의 연결단자(251)에 연결된 광 수신 소자(211)의 경우 태그 본체(250)가 가시광선이 도달하기 어려운 위치나 먼 거리에 배치된 경우에도 해당 가시광 태그(200)에 질의신호를 송신할 수 있다. 연장선(252)에 의해 연결단자(251)에 연결된 광 수신 소자(211)를 가시광선이 도달하기 쉬운 위치에 배치함으로써 효과적으로 가시광 질의신호를 송신할 수 있다.

한편 캐리어 송신기(300)는 안테나를 통해 캐리어 웨이브를 가시광 태그(200)에 송신한다. 캐리어 웨이브는 가시광 태그(200)에서 질의신호에 대한 응답신호를 RF 신호로 반송하는 에너지원으로 사용된다. 즉, 질의신호는 가시광 리더(100)에서 가시광선 형태로 송신되고, 캐리어 웨이브는 캐리어 송신기(300)에서 RF 신호의 형태로 가시광 태그(200)에 송신된다.

가시광 태그(200)는 가시광선 형태의 질의신호를 가시광 수신부(210)에서 수신하여 태그 제어부(220)에서 질의신호에 따른 명령을 처리한다. 예를 들어 가시광 리더(100)에서 전달받은 데이터를 가시광 태그(200)의 기억장치에 저장하거나 갱신할 수 있고, 가시광 리더(100)가 조회하고자 하는 가시광 태그(200)의 정보를 액세스하여 가시광 리더(100)에 대해 반송할 수 있다.

가시광 태그(200)에서 가시광 리더(100)로 송신하는 응답신호는 캐리어 웨이브의 반송신호에 실려서 송신된다. 캐리어 수신부(240)로 수신된 캐리어 웨이브는 백스캐터링부(233)로 전달되고, 백스캐터링부(233)는 캐리어 웨이브와 동일하거나 유사한 주파수로 공진하는 반송신호를 생성한다. 또한 백스캐터링부(233)는 태그 제어부(220)로부터 전달받은 응답신호를 반송신호에 실어서 가시광 리더(100)로 송신한다. 즉, 가시광 태그(200)는 캐리어 웨이브를 에너지원으로 이용하여 공진주파수 신호를 반송하는 방법으로 가시광 리더(100)로 전송하고자 하는 응답신호를 송신한다.

백스캐터링부(233)는 응답신호의 부호화 방식 및 데이터 속도에 따라서 캐리어 웨이브와 동일한 주파수의 반송신호가 생성되기도 하고, 캐리어 웨이브의 주파수보다 조금 낮거나 높은 주파수의 반송신호가 생성되기도 한다.

상술한 바와 같이 질의신호의 송수신과 응답신호의 송수신을 가시광선과 RF신호로 이원화함으로써, 가시광 리더(100)들 사이에 간섭이 일어나지 않고 효과적으로 가시광 태그(200)와 통신을 할 수 있다. 즉, 캐리어 웨이브에는 정보를 포함시킬 필요가 없고 백스캐터링부(233)에 대한 에너지원으로서만 작용하게 하므로, 캐리어 웨이브는 대역폭이 거의 없는 정확한 주파수로 제어할 수 있다. 이 경우, 동일한 주파수 채널에 속하는 캐리어 웨이브라도 응답신호에 거의 영향을 미치지 않으며 캐리어 웨이브와 응답신호가 서로 중첩되더라도 쉽게 서로 분리할 수 있는 장점이 있다. 즉, 캐리어 웨이브와 응답신호 사이의 간섭 없이 가시광 리더(100)에서 효과적으로 응답신호를 수신할 수 있다.

캐리어 웨이브를 가시광 리더(100)에서 송신하지 않고 별도의 캐리어 송신기(300)에서 송신하므로 가시광 리더(100)의 배터리 전원 사용량을 절감할 수 있다. 또한, 가시광 리더(100)의 구조를 단순화하고 제작 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한 RF 형태의 캐리어 웨이브는 가시광 신호가 도달할 수 없는 영역까지 전달될 수 있으므로 하나의 캐리어 송신기(300)만으로도 비교적 넓은 범위의 가시광 태그(200)에 대해 캐리어 웨이브를 전달할 수 있는 장점이 있다.

한편, 가시광선 형태의 질의신호는 쉽게 차단할 수 있으므로, 사용자가 원하는 영역 내에서만 가시광 리더(100)와 가시광 태그(200) 사이에 통신이 이뤄지도록 하고, 불필요한 RFID 신호가 외부로 전달되어 외부환경에 영향을 미치는 것을 쉽게 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 가시광선을 주로 사용하므로 가시광 리더(100) 등을 개발하는 과정에서 전파인증을 받을 필요가 없는 장점이 있다.

이상, 본 고안의 바람직한 실시예 대하여 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 고안의 범위가 앞에서 설명되고 도시된 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어 앞에서 태그 본체(250)는 카드 행태로 형성되는 것으로 설명하였으나, 다른 다양한 형태로 태그 본체를 구성하는 것도 가능하다.

또한 앞에서 광 수신 소자(211) 중 하나는 연장선(252)을 거쳐서 연결단자(251)를 통해 태그 본체(250)에 연결되는 것으로 설명하였으나 경우에 따라서는 이와 같은 연장선(252), 연결단자(251) 및 그 연장선(252)에 연결되는 광 수신 소자(211)를 구비하지 않을 수도 있다.

또한, 앞에서 캐리어 송신기(300)는 옥내 전원에 연결되는 것으로 설명하였으나, 캐리어 송신기에 별도의 독립된 배터리가 연결되어 전원을 공급할 수도 있다. 또한 경우에 따라서는 두개 이상의 캐리어 송신기를 배치할 수도 있으며 각 캐리어 송신기에서 송신하는 캐리어 웨이브의 주파수를 서도 동일하게 할 수도 있고 서로 다르게 할 수도 있다.

100: 가시광 리더 110: 가시광 송신부
120: 리더 제어부 130: RF 수신부
200: 가시광 태그 210: 가시광 수신부
220: 태그 제어부 230: RF 송신부
240: 백스캐터링부 250: 태그 본체
251: 연결단자 252: 연장선
300: 캐리어 송신기

Claims

질의신호를 가시광 리더에서 송신하고 상기 질의신호에 대한 응답신호를 가시광 태그에서 상기 가시광 리더로 송신하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템에 있어서,
질의신호를 생성하는 리더 제어부와, 상기 리더 제어부에서 전달받은 질의신호를 가시광 형태로 송신하는 가시광 송신부와, 상기 질의신호에 대한 RF 형태의 응답신호를 수신하는 RF 수신부를 각각 구비하는 복수의 가시광 리더;
RF 형태의 캐리어 웨이브를 연속적으로 송신하는 캐리어 송신기; 및
상기 가시광 리더에서 송신되는 가시광 형태의 질의신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 질의신호의 명령을 처리하고 그 질의신호에 대한 응답신호를 생성하는 태그 제어부와, 상기 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 상기 응답신호를 송신하는 RF 송신부를 구비하는 가시광 태그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가시광 리더는 사용자가 휴대할 수 있도록 무선 기기의 형태로 구성되고,
상기 캐리어 송신기는 옥내 전력을 전원으로 사용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가시광 태그의 가시광 수신부는 복수의 광 수신 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템.
제3항에 있어서,
상기 가시광 태그의 가시광 수신부의 광 수신 소자들 중 적어도 하나는 나머지 광 수신 소자들과 다른 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 가시광 태그의 태그 제어부와 캐리어 수신부와 RF 송신부는 태그 본체에 설치되고,
상기 태그 본체에는 연결단자가 형성되며,
상기 광 수신 소자들 중 적어도 하나는 연장선을 통해 상기 태그 본체의 연결단자에 연결됨으로써 상기 태그 본체와 이격되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 백스캐터링 방식 가시광 통신 시스템.