KR20170043247A

KR20170043247A - 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법

Info

Publication number: KR20170043247A
Application number: KR1020150142747A
Authority: KR
Inventors: 김대훈
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-21

Abstract

실시 예에 따른 가시광 통신 장치는 데이터를 입력받는 데이터 입력부; 상기 입력된 데이터를 기준으로, 기본 클럭 주기를 가지는 심볼에 서로 다른 주파수 크기를 적용하여 상기 입력받은 데이터를 변조하는 변조부; 및 상기 변조부를 통해 변조된 데이터를 가시광을 통해 출력하는 송신부를 포함한다.

Description

가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법{APPARATUS FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 가시광 통신 장치에 관한 것으로, 특히 주파수 변조를 통해 데이터의 서로 다른 심볼을 구분할 수 있도록 한 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법에 관한 것이다.

가시광 통신(visible light communication; VLC)은 데이터(예를 들어, 음성 데이터, 숫자 데이터 및 영상 데이터)를 무선으로 송신하기 위해 가시광(예를 들어, 인간의 육안으로 볼 수 있는 약 400 내지 700 나노미터들(nm)의 범위의 파장을 갖는 광)을 이용하는 통신 매체이다. VLC를 이용하여 데이터를 송신하기 위해, 형광 전구 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 가시광원은 매우 빠른 속도로 세기 변조 또는 턴 온 및 오프될 수 있다.

수신 디바이스(예를 들어, 카메라, 이동 전화의 화상기 또는 주위 광 센서)는 세기 변조된 광을 수신하고 이를 사용자의 사용 및/또는 향유를 위해 수신 디바이스가 처리할 수 있는 데이터로 변환할 수 있다.

가시광 통신이 이목을 끄는 하나의 주요한 원인은 데이터를 수신 디바이스들에 송신하는데 이용될 수 있는 가시광원의 유비쿼터스 특성(ubiquitous nature)이다. 예를 들어, LED 투과형 디스플레이들, 및 표시광들 및 교통 신호들과 같은 다른 LED들을 포함할 수 있는 소비자 전자기기들 및 램프들은 하나 이상의 가시광원들을 모두 포함한다. 따라서 가시광원들은 거의 모든 장소에 위치한 사용자에게 데이터를 무선을 송신하는 잠재성을 갖는다.

가시광 통신은 라디오 주파수 대역폭의 이용을 요구하지 않기 때문에, 다른 용도들을 위한 제한된 라디오 주파수 대역폭을 자유롭게 하는 것과 같은 이점들을 제공할 수 있다. 또한, 광원들은 이미 다른 목적들(예를 들어, 광을 제공하고 텔레비전 쇼들, 영화들 및 데이터를 디스플레이함)을 위해 배치되어 있기 때문에, 광원들은 이들을 제어 디바이스들에 단순히 결합함으로써 송신기들로 쉽게 변환될 수 있다.

도 1은 주기 T의 1 클럭을 도시한 도면이고, 도 2는 종래 VPPM(Variable - PPM)을 이용하여 밝기 조절을 구현하는 경우를 도시한 도면이며, 도 3은 종래 VPPM을 이용하여 표현된 심볼의 예를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, '0'의 경우 1 클럭 주기의 앞 부분에 펄스를 위치시키고, '1'의 경우 1 클럭 주기의 뒷부분에 펄스를 위치시키는 VPPM 변조를 수행할 경우, 펄스는 1 클럭 주기의 T/2 동안만 온(on) 되므로 밝기는 전체 주기에 비해 50%가 된다.

또한, 밝기를 25%나 75% 등으로 보다 세밀하게 조절하려면, 밝기 50%인 경우와 동일한 시간 구간 내에 2 클럭을 포함하여야 한다. 2 클럭의 주기 2T에서 T/2 동안 펄스 온(on) 시키면 밝기는 25%가 되고, (3T/2) 동안 펄스를 온(on)시키면 밝기는 75%가 된다. 마찬가지로, 밝기를 12.5% 또는 87.5%로 보다 세밀하게 제어하려면, 동일 시간 구간 내에 4 개의 클럭이 필요하다.

한편, 도 3을 참조하면, '0'과 '1'이 만나는 지점에서는 상기 '0'에 대응하는 펄스신호와, 상기 '1'에 대응하는 펄스신호가 서로 만나게 된다.

이때, 상기와 같은 VPPM 기술 구현의 애로점은 깜박임 해소에 따른 최소/최대 해상도를 위한 클럭 복원(Clock Recovery)이다. 이를 위해, 타이머는 듀티 사이클의 최대 10배 속도(10% 디밍 기준)로 동작하여야 한다.

그러나, 상기 도 3에서와 같이, 데이터의 복조 시에 펄스가 1개인 경우(①번과 ③번)와, 2개가 연속하여 존재하는 경우(②번과 ④번의 경우, 상기에서 '0'과 '1'이 서로 만나는 지점)에서의 구분이 필수적으로 이루어져야 한다.

이때, 듀티 50%(디밍 50%)에서는 하이 구간과 로우 구간이 서로 동일한 폭을 가지고 있어 상호 구분이 용이하나, 듀티 30%~70% 이와의 구간은 펄스 폭이 좁아 상기 구간의 구분이 용이하지 않으며, 이에 따른 외부 노이즈에 민감하게 반응하며, 거리에 따른 복조 에러가 급격히 발생하는 문제점이 있다.

이와 같이, 밝기를 조절하기 위해서는 클럭 속도(clock rate)를 증가시켜야 하나, 데이터 전송율(data rate)은 클럭 속도와 함께 증가하지 않는다. 즉 12.5% 또는 87,5% 등과 같이 세밀하게 조절하고자 하는 경우, 4 클럭 당 1 비트의 정보가 전송되므로 데이터 전송율이 떨어져 고속 데이터 전송에 적합하지 않는 문제점이 있다. 또한, 세밀한 밝기 조절을 위해 동일 시간 구간 내에 많은 수의 클럭을 포함할 경우 펄스 사이의 간격이 넓어져 깜박거림이 발생하는 문제점이 있다.

상기와 같은 기술적 난이도에 의해, 가시광 통신 표준의 VPPM의 경우, 분해능을 높이기 위해 매우 높은 주파수 적용이 필요하며, 이를 위해서는 고성능의 제어유닛(예를 들어, MCU)이 필요하게 된다.

결과적으로, 상기와 같은 높은 주파수 사용은 수신단에 있어서 가시광 통신 복조에 많은 어려움이 있으며 이에 따라 상기 가시광 통신을 위해서 조명의 밝기를 30%~70% 이상으로 구현하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명에서는, 새로운 방식으로 가시광 통신을 수행할 수 있는 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 펄스의 상승 구간만을 검출하여 해당 구간 내에 포함된 데이터 심볼을 정확히 복원할 수 있는 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 서로 다른 주파수 크기를 적용하여 서로 다른 데이터 심볼을 각각 표현할 수 있는 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 '0'의 데이터 심볼과 '1'의 데이터 심볼이 모두 해당 클럭 주기의 시작 부분에서 온 구간을 가지도록 한 가시광 통신 장치 및 이의 가시광 통신 방법을 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 심볼은, 서로 다른 데이터를 표현하는 제 1 심볼과 제 2 심볼을 포함하며, 상기 제 1 심볼에 포함된 제 1 펄스 신호의 주파수 크기는, 상기 제 2 심볼에 포함된 제 2 펄스 신호의 주파수 크기와 다르다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호의 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호의 주파수 크기는, 적어도 3:2 이상을 만족한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호는, 상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하고, 상기 제 2 펄스 신호는, 상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호는, 상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하고, 상기 제 2 펄스 신호는, 상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클록 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호가 가지는 기본 클럭 주기는, 상기 제 2 펄스 신호가 가지는 기본 클럭 주기와 다르다.

또한, 상기 제 1 심볼 내에는 서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 1 펄스 신호가 포함되고, 상기 제 2 심볼 내에는, 서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 2 펄스 신호가 포함된다.

또한, 상기 입력받은 데이터를 토대로 상기 가시광의 디밍을 가변적으로 설정하는 디밍부를 더 포함한다.

또한, 실시 예에 따른 가시광 통신 장치는 기본 클럭 주기 내에 서로 다른 주파수 적용된 심볼을 포함한 가시광 신호를수신하는 수신부; 및 상기 수신한 가시광 신호로부터 심볼을 추출하고, 상기 추출한 심볼에 포함된 펄스 신호의 상승 지점 및 하강 지점 중 어느 하나의 지점만을 이용하여 데이터를 복조하는 복조부를 포함한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호의 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호의 주파수 크기의 비는, 적어도 3:2 이상을 만족한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호는, 상기 제 1 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하고, 상기 제 2 펄스 신호는, 상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하며, 상기 복조부는, 상기 제 1 및 2 펄스 신호의 상승 지점만을 검출하여 상승 지점 사이의 주파수 크기를 검출하고, 상기 검출한 주파수 크기에 따라 해당 심볼 내의 데이터를 파악한다.

또한, 상기 제 1 펄스 신호는, 상기 제 1 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하고, 상기 제 2 펄스 신호는, 상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 1 클록 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하며, 상기 복조부는, 상기 제 1 및 2 펄스 신호의 하강 지점만을 검출하여 하강 지점 사이의 주파수 크기를 검출하고, 상기 검출한 주파수 크기에 따라 해당 심볼 내의 데이터를 파악한다.

또한, 상기 제 1 심볼 내에는 서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 1 펄스 신호가 포함되고, 상기 제 2 심볼 내에는, 서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 2 펄스 신호가 포함되며, 상기 복조부는, 특정 심볼 내에서 서로 동일한 제 1 주파수 크기를 가지는 펄스 신호가 연속적으로 검출되는 경우에 상기 제 1 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조한다.

또한, 실시 예에 따른 가시광 통신 방법은 기본 클럭 주기를 가지는 심볼에 서로 다른 주파수 크기를 적용하여 데이터를 변조하는 단계; 및 상기 변조된 데이터를 가시광을 통해 출력하는 단계를 포함하며, 상기 심볼은, 서로 다른 데이터를 표현하는 제 1 심볼과 제 2 심볼을 포함하며, 상기 제 1 심볼에 포함된 제 1 펄스 신호의 주파수 크기는, 상기 제 2 심볼에 포함된 제 2 펄스 신호의 주파수 크기와 다르다.

또한, 외부로부터 입력된 데이터를 토대로 상기 가시광의 디밍을 가변적으로 설정하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 송신된 가시광 신호를 수신하여 상기 가시광 신호 내에 포함된 데이터를 복조하는 단계를 더 포함하고, 상기 복조하는 단계는, 상기 수신된 가시광 신호 내에 포함된 펄스 신호들의 상승 지점을 검출하는 단계와, 상기 검출한 상승 지점 사이의 간격에 따른 주파수 크기를 검출하는 단계와, 상기 검출한 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 송신된 가시광 신호를 수신하여 상기 가시광 신호 내에 포함된 데이터를 복조하는 단계를 더 포함하고, 상기 복조하는 단계는, 상기 수신된 가시광 신호 내에 포함된 펄스 신호들의 하강 지점을 검출하는 단계와, 상기 검출한 하강 지점 사이의 간격에 따른 주파수 크기를 검출하는 단계와, 상기 검출한 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 주파수 크기에 따라 '0'과 '1'의 이진화 심볼을 표현할 수 있으므로, 1%의 디밍 분해능이 필요한 상황에도 수신장치의 타임 카운터를 심플화할 수 있으며, 이에 따른 클럭 복원능을 높여 90% 이상의 밝기를 확보함과 동시에 깜박임 현상 없이 가시광 통신을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 데이터의 복조 시에 '0'과 '1'의 데이터 구분을 위해 수신 펄스 파형의 상승 구간에 대해서만 검출하면 됨으로써, 클럭 복원능을 매우 심플하게 구현할 수 있어 혁신적인 수신 감도 향상을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 각 심볼에 대해 연속적인 복수의 사이클의 주파수를 각 심볼의 주파수로 정의하고, 그에 따라 상기 복수의 사이클 내에서 2개 이상의 연속된 주파수 검출 시에 해당 데이터를 복원함으로써, 노이즈의 강건성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 주파수 변조 자체에 '1'과 '0'이 교차하기 때문에, 가시광 통신 조명의 깜박임 최소화를 위한 DC 밸런싱을 위해 기존의 가시광 통신 표준에서 제안된 4B6B 라인코딩을 제거할 수 있다.

도 1은 주기 T의 1 클럭을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 VPPM(Variable - PPM)을 이용하여 밝기 조절을 구현하는 경우를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 VPPM을 이용하여 표현된 심볼의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템을 도시한 구성도다.
도 5는 도 4에 도시된 가시광 송신 장치의 상세 구조를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 가시광 통신 과정을 보여주는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 송신 장치에서 전송되는 신호 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 가시광 송신 장치의 상세 구성을 보여주는 구성도이다.
도 9는 도 4에 도시된 가시광 수신 장치의 상세 구성을 보여주는 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 복조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 변조 및 디밍 제어를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.
도 13는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 주파수 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 장치의 가시광 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 장치의 가시광 수신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.

첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템을 도시한 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가시광 송신 장치의 상세 구조를 보여주는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템의 가시광 통신 과정을 보여주는 구성도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 송신 장치에서 전송되는 신호 스펙트럼을 보여주는 도면이며, 도 8은 도 4에 도시된 가시광 송신 장치의 상세 구성을 보여주는 구성도이고, 도 9는 도 4에 도시된 가시광 수신 장치의 상세 구성을 보여주는 구성도이다.

도 4를 참고하면, 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템은 가시광 수신 장치(300) 및 가시광 송신 장치(100)를 포함한다. 여기에서, 상기 가시광 송신 장치(100)는 가시광을 송신할 수 있는 조명을 포함하며, 이에 따라 조명장치라고도 칭할 수 있을 것이다. 또한, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광 송신 장치(100)를 통해 송신되는 가시광을 수신하여, 상기 가시광 송신 장치(100)의 등록 과정을 진행하고, 이를 토대로 상기 가시광 송신 장치(100)를 구성하는 조명의 제어신호를 출력하는 조명제어장치라고도 칭할 수 있을 것이다.

상기 가시광 수신 장치(300)는 무선 네트워크를 통하여 복수의 가시광 송신 장치(100)와 연결된다.

상기 가시광 수신 장치(300)는 애플리케이션을 저장하고, 상기 저장한 애플리케이션을 실행시켜 상기 가시광 송신 장치(100)를 제어하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 제공한다.

또한, 상기 가시광 수신 장치(300)는 미등록된 다수의 가시광 송신 장치(100)를 검색하고, 상기 검색된 가시광 송신 장치(100)를 등록시켜 상기 등록된 가시광 송신 장치(100)의 동작을 제어할 수 있도록 하는 그래픽 유저 인터페이스를 제공할 수 있다.

상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 애플리케이션이 저장 및 실행될 수 있는 단말기일 수 있다. 상기 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

그러나, 본 실시 예는 이에 한정되지 않고, 애플리케이션을 다운받아 설치하는 것이 가능하면서, 다양한 무선 통신이 가능한 장치라면 모두 상기 가시광 수신 장치(300)에 포함될 수 있을 것이다.

상기 가시광 송신 장치(100)는 디밍 장치 등에 의해 제어된다. 상기 가시광 송신 장치(100)는 적어도 하나로 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 가시광 송신 장치(100)는 복수 개로 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 가시광 송신 장치(100)는 침실의 천장에 설치된 제 1 조명과, 침실의 탁자 위에 설치된 제 2 조명 등을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 가시광 송신 장치(100)가 사무실에 설치되는 경우, 제 1 회의실에 설치된 제 1 조명과, 제 2 회의실에 설치된 제 2 조명, 탕비실에 설치된 제 3 조명 등으로 구분될 수 있다.

상기 가시광 수신 장치(300)는 사용자로부터 상기 가시광 송신 장치(100)를 제어하기 위한 명령(command)을 입력 받기 위한 입력수단이다. 가시광 수신 장치(300)는 무선 네트워크를 통하여 상기 가시광 송신 장치(100)와 연결되어 상기 명령에 따른 제어 신호를 상기 가시광 송신 장치(100)로 전송한다.

상기 가시광 수신 장치(300)의 무선 네트워크는 무선 환경에 따라 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 가시광 수신 장치(300)에는 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth) 및 지웨이브(Z-wave) 중 적어도 어느 하나의 네트워크가 적용되어 상기 가시광 송신 장치(100)와 무선 통신을 수행한다.

또한, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광 송신 장치(100)를 제어하기 위한 수단뿐 아니라, 상기 가시광 송신 장치(100)로부터 전송되는 데이터를 수신하고, 상기 수신된 데이터를 토대로 상기 가시광 송신 장치(100)을 등록하는 동작을 수행할 수 있다.

또한, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광 송신 장치(100)에 특정 데이터 서비스를 제공하기 위한 정보를 설정하고, 그에 따라 상기 가시광 송신 장치(100)로부터 전송되는 정보를 수신하여 그에 대응하게 연동된 데이터 서비스를 제공할 수 있다.

상기 가시광 송신 장치(100)는 도 3과 같은 구성을 가질 수 있다.

상기 가시광 송신 장치(100)는 조명 모듈(500)과 통신 모듈(400)을 포함할 수 있다.

상기 조명 모듈(500)은 상부에 연결 단자(575)를 포함하고, 하부에 삽입부를 포함하는 내부 케이스(570)와, 상기 내부 케이스(570)의 삽입부가 삽입되는 방열몸체(도시하지 않음)와, 상기 방열몸체의 하면에 빛을 방출하면서 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 모듈부와, 상기 방열몸체 하부의 둘레 영역에 결합되어 상기 발광 모듈부를 상기 방열몸체에 견고히 고정시키는 가이드부재(505)와, 상기 가이드부재(505)와 발광모듈부 사이에 형성되는 렌즈(510), 및 상기 방열몸체의 외측에 외부 케이스(580)를 포함할 수 있다.

상기 렌즈(510)는 통신 모듈(400)을 삽입하는 렌즈 개구부(512)를 포함한다. 그리고, 통신 모듈(400)은 상기 렌즈 개구부(512)에 삽입된다.

상기 렌즈 개구부(512)를 통해 삽입되는 통신 모듈(400)은 전원제어부의 커넥터와 연결되며, 그에 따라 상기 가시광 수신 장치(300)를 통해 전송되는 제어 신호를 상기 조명 모듈(500)에 전달한다.

이와 같이 무선으로 제어 가능한 복수의 가시광 송신 장치(100)를 포함하는 가시광 통신 시스템은 애플리케이션 실행에 따라 가시광 수신 장치(300)의 터치 스크린을 통해 제공되는 그래픽 유저 인터페이스를 통해 실시간으로 상기 가시광 송신 장치(100)의 제어가 가능하다.

이러한 가시광 통신 시스템은 상기 가시광 송신 장치(100)를 제어하기 위하여 도 6과 같이 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소를 등록하는 절차를 진행한다.

상기 조명을 등록한다는 것은, 조명 설치 장소를 보여주는 맵 상에서 상기 가시광 송신 장치(100)의 위치를 확인하고, 그에 따라 상기 확인한 위치와 상기 가시광 송신 장치(100)에 장착된 통신 모듈의 고유 주소를 매칭시켜 저장하는 것을 의미한다.

여기에서, 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유주소는, 상기 가시광 송신 장치(100)에 장착된 통신 모듈이 가지는 MAC(Media Access Control) 어드레스 정보일 수 있다.

상기 가시광 송신 장치(100)는 자신의 고유 주소를 저장하고 있으며, 외부의 요청에 따라 상기 저장한 고유 주소에 대한 주소 정보(S1)를 출력한다.

이때, 상기 주소 정보(S1)는 가시광에 실려 출력된다. 상기 가시광은 전자파 중에서 인간의 눈으로 검지할 수 있는 파장 영역의 빛을 의미하며, 여기에서 상기 파장 영역은 380~700㎚이다.

이에 따라, 사용자는 상기 가시광 송신 장치(100)가 설치된 장소에 도 6과 같은 수신기(600)가 장착된 가시광 수신 장치(300)를 위치시킨다.

그리고, 상기 수신기(600)는 상기 가시광 송신 장치(100)를 통해 출력되는 가시광을 수신한다. 여기에서, 상기 수신된 가시광에는 상기 가시광 송신 장치(100)에 대한 주소 정보(S1)가 실려있다.

수신기(600)는 상기 가시광이 수신되면, 상기 수신된 가시광에 실린 주소정보(S1)를 추출하고, 상기 추출한 주소 정보(S1)를 이용하여 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소를 저장하여 등록한다.

도 7를 참조하면, 상기와 같은 주소정보(S1)는 가시광 스펙트럼 내에 실려 출력된다.

상기 가시광 송신 장치(100)가 방출하는 가시광은 400 내지 700nm 대의 스펙트럼 파장대를 가진다. 이에 따라, 상기 가시광 송신 장치(100)는 상기 파장대의 빛을 상기 주소 정보에 따라 디밍하여 방출한다.

이하에서는, 주소정보(S1)를 가시광에 실어 출력하는 가시광 송신 장치(100)를 설명한다.

한편, 상기에서는 가시광 송신 장치(100)가 조명장치이고, 가시광 수신 장치(300)가 조명제어장치라고 칭하였으며, 가시광 통신을 통해 상기 가시광 송신 장치(100)의 주소 정보만이 출력된다고 하였지만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 가시광 송신 장치(100)에서 가시광으로 전송될 수 있는 정보는 상기 주소 정보뿐 아니라, 다양한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광을 수신하여 상기 가시광에 포함된 데이터를 복조할 수 있는 장치면 여기에 포함될 수 있으며, 상기 데이터 복조를 통해 복조된 데이터에 대응하는 정보를 출력할 수 있는 단말기가 이에 포함될 수 있다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 가시광 송신 장치(100)는 변조부(110), 디밍부(120), 통신부(140), 제어부(150) 및 광원(130)을 포함한다.

여기에서, 상기 가시광 송신 장치(100)는 내부에 전송할 데이터를 저장하고 있을 수 있으며, 이와 다르게 외부에서 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 이를 위해, 상기 가시광 송신 장치(100)는 상기 외부에서 전송되는 데이터를 수신하는 데이터 입력부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

광원(130)은 복수의 발광 다이오드 또는 형광램프를 포함할 수 있다.

변조부(110)는 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 변조한다. 여기에서, 상기 수신되는 데이터는 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 변조부(110)는 상기 고유 주소 정보를 저장하고, 상기 저장하고 있는 고유 주소에 대한 정보를 변조할 수 있다.

상기 디밍부(120)는 외부로부터의 디밍 신호를 수신하고, 이를 가공하여 제어부(150)에 전달한다.

제어부(150)는 변조부(110)를 통해 변조된 데이터를 수신한다. 또한, 제어부(150)는 상기 디밍부(120)로부터 전달되는 디밍 신호를 수신한다.

그리고, 상기 제어부(150)는 상기 수신한 디밍 신호에 상기 변조된 데이터를 가공하여 광원(130)의 온오프 신호를 생성한다.

상기 제어부(150)는 광원(130)을 제어하는 전원회로일 수 있다.

여기에서, 상기 온오프 신호는 상기 가시광 송신 장치(100)에서 전송하고자 하는 데이터에 따른 이진화 심볼로 구성된다. 예를 들어, 상기 변조된 데이터의 심볼이 '1'인 경우에는 상기 제어부(150)에 의해 제 1 주파수 크기를 가지는 제 1 펄스 신호가 생성된다. 그리고, 상기 변조된 데이터의 심볼이 '0'인 경우에는 상기 제 1 주파수 크기와는 다른 제 2 주파수 크기를 가지는 제 2 펄스 신호가 생성된다.

이때, 상기 제 1 펄스 신호와 제 2 펄스 신호는 온 구간과 오프 구간으로 구성된다. 그리고, 상기 제 1 펄스 신호와 제 2 펄스 신호가 가지는 각각의 온 구간은 해당 주기 내에서 서로 동일한 지점에 각각 위치할 수 있다.

예를 들어, 종래에서는 상기 '1' 심볼을 가지는 펄스 신호는 온 구간이 해당 클럭 주기의 뒷 부분에 위치하였고, '0' 심볼을 가지는 펄스 신호는 온 구간이 해당 클럭 주기의 앞 부분에 위치하였다.

그러나, 본 발명에서는 '1' 심볼을 가지는 제 1 펄스 신호의 온 구간과, '0' 심볼을 가지는 제 2 펄스 신호의 온 구간을 모두 해당 클럭 주기의 앞 부분에 위치시키고, 그에 따라 상기 제 1 펄스 신호가 가지는 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호가 가지는 주파수 크기를 서로 다르게 하여 상기 '1' 심볼과 '0' 심볼의 구분이 가능하도록 한다.

상기 제어부(150)를 통해 생성된 펄스 신호에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

상기 광원(130)은 상기 제어부(150)를 통해 생성된 펄스 신호를 토대로 온오프 동작을 수행한다.

이에 따라, 상기 광원(130)을 통해 방출되는 가시광은 온오프 시간 및 순서에 의하여 상기와 같은 데이터를 싣고 출력된다. 상기 출력되는 데이터는 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소 정보일 수 있으며, 이와 다르게 실시간 이벤트, 광고 및 위치 서비스를 위한 데이터일 수 있다.

즉, 광원(130)은 상기 온오프 신호에 의해 복수의 동작 구간으로 구분되어 발광 동작을 한다.

예를 들어, 상기 변조된 데이터 값이 '01010000'인 경우, 상기 제어부(150)에 의해 생성된 온오프 신호는 8개의 심볼 구간으로 구분된다. 그리고, 상기 각각의 심볼 구간 내에서 펄스 신호의 시작 위치는 모두 동일하며, 다만 '0'과 '1'에 따라 주파수 크기만이 변화한다.

다시 말해서, '0' 심볼 구간의 펄스 신호의 주파수는 10KHz일 수 있으며, 이에 따라 해당 펄스 신호의 주기는 100ms일 수 있다. 또한, '1' 심볼 구간의 펄스 신호의 주파수는 5KHz일 수 있으며, 이에 따라 해당 펄스 신호의 주기는 200ms일 수 있다.

상기와 같이 본 발명에서는 '1' 심볼과, '0' 심볼의 구분을 온 구간의 위치가 아닌 주파수 변조를 통한 주파수 크기 변화에 따라 구현하도록 한다.

따라서, 상기 광원(130)은 상기 온오프 신호에 따라 온오프 동작을 수행한다. 이때, 상기 광원(130)의 온오프 동작도 상기 온오프 신호에 대응되게 복수의 동작 구간으로 구분되어 수행된다.

한편, 가시광 송신 장치(100)는 통신부(140)를 더 포함할 수 있으며, 상기 통신부(140)는 게이트웨이 시스템(도시하지 않음) 또는 이웃한 다른 가시광 송신 장치(100)와 통신을 수행하여 제어신호를 수신하고, 상기 수신한 제어 신호를 상기 제어부(150)로 전달한다.

또한, 통신부(140)는 별도의 서버(도시하지 않음)를 통해 전송되는 데이터를 수신할 수 있다.

상기 통신부(140)는 내부에 안테나를 포함하며, 외부로부터 제어 신호를 수신하고, 상기 수신한 제어 신호를 제어부(150)에 전송한다.

상기 통신부(140)는 상기 무선 네트워크의 종류에 따라 상기 제어 신호를 분석하는 통신집적회로를 포함할 수 있으며, 무선 네트워크 환경에 따라 다수의 통신집적회로 중 어느 하나의 특정 통신집적회로를 선택하여 실장될 수 있다.

상기 통신집적회로는 지그비, 지웨이브, 와이파이 또는 블루투스 등의 통신 방식 중 적어도 하나를 지원할 수 있다.

한편, 가시광 수신 장치(300)는 도 9와 같은 구성을 가질 수 있다. 여기에서, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광 송신 장치(100)과 VLC 통신(가시광통신)을 통해 데이터를 수신하기 위한 수신기(600)를 포함한다.

상기 수신기(600)는 광수신부(610), 증폭부(620) 및 복조부(630)를 포함한다.

상기 광수신부(610)는 빛을 수신하고, 상기 수신한 빛을 광전변환(photoelectric conversion)하여 전기적 신호로 출력하는 광전소자일 수 있다. 여기에서, 광수신부(610)는 포토 다이오드로 구현될 수 있다.

여기에서, 상기 광수신부(610)를 통해 출력되는 전기적 신호는 신호의 세기정보뿐 아니라, 신호의 유무에 대한 정보가 포함된다.

상기 증폭부(620)는 상기 광 수신부(610)를 통해 출력되는 전기적신호를 증폭하여 상기 복조부(630)에서 가공 가능한(인식 가능한) 레벨로 변환한다.

상기 복조부(630)는 상기 조명의 변조부(110)에서 변조한 코드에 따라 상기 증폭된 전기적 신호를 복조한다.

상기 복조부(630)에 의해 복조된 신호는 상기 가시광 송신 장치(100)에서 전송한 데이터, 예를 들면 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소에 대한 주소정보(S1)를 의미한다. 상기 수신기(600)는 상기 데이터를 획득하고, 이를 가시광 수신 장치(300)로 전달한다. 이때, 상기 수신기(600)는 상기 가시광 수신 장치(300)의 일 구성요소일 수 있으며, 이에 따라 상기 수신기(600)는 상기 가시광 수신 장치(300) 내에 구비될 수 있다.

가시광 수신 장치(300)는 상기 수신된 데이터를 이용하여, 이에 대응하는 정보를 출력한다. 이때, 상기 수신된 데이터가 상기 가시광 송신 장치(100)의 고유 주소 정보이면, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 수신된 데이터를 이용하여 특정 위치에 설치된 상기 가시광 송신 장치(100)를 등록한다.

이를 위해, 가시광 수신 장치(300)는 제어부(320), 인터페이스(330) 및 무선통신부(310)를 포함할 수 있다.

상기 무선통신부(310)는 가시광 수신 장치(300)를 구성하는 본체 내에 형성될 수 있으나, 무선 네트워크에 따라 해당 네트워크를 지원하는 무선 통신 칩을 포함하는 통신모듈(도시하지 않음)이 상기 본체로부터 탈착식으로 부착될 수도 있다.

제어부(320)는 메모리의 저장 데이터를 이용하여 가시광 수신 장치(300)의 동작을 제어한다.

상기 메모리에는 운용 및 통신 제어 프로그램/프로토콜 등이 저장되어 있을 수 있으며, 다양한 애플리케이션을 다운받아 저장할 수 있다.

상기 인터페이스(330)는 사용자로부터 제어 신호를 수신하여 제어부(320)로 전달하며, 마이크, 터치 가능한 터치 스크린, 및 다양한 로컬 버튼을 포함할 수 있다.

상기 제어부(320)는 저장되어 있는 프로그램에 따라 인터페이스(330)로 영상 데이터를 제공하고, 상기 인터페이스(330)의 터치 스크린은 상기 영상 데이터에 따라 화면을 사용자에게 제공한다.

사용자가 상기 터치 스크린을 터치 또는 기타 다양한 공지의 방법에 의해 선택 신호를 제공하면, 상기 제어부(320)는 상기 선택 신호에 대응하는 다른 영상 데이터를 제공한다.

한편, 상기 제어부(320)는 상기 수신된 데이터를 복조하여, 상기 가시광 통신을 통해 전송된 데이터를 파악한다.

이를 위해, 기존에는 펄스 신호의 상승 구간과 하강 구간을 모두 검출하고, 상기 검출한 상승 구간과 하강 구간을 토대로 해당 주기 내에서의 심볼을 구분하였다.

그러나, 본 발명에서는 펄스 신호의 상승 구간 또는 하강 구간만을 검출하고, 상기 검출한 상승 구간 또는 하강 구간 사이의 주파수 크기를 토대로 해당 주기 내에서의 심볼을 구분할 수 있다.

이하에서는, 상기 주파수 크기에 따른 데이터 변조 과정 및 복조 과정에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 변조된 데이터는 '1001'이며, 제어부(150)는 주파수 변조를 이용하여 상기 변조된 데이터를 토대로 가시광 송신을 위한 조명의 온오프 신호를 생성한다.

이때, 상기 제어부(150)는 기설정된 디밍 신호에 따라 상기 온오프 신호를 생성할 수 있다. 상기 디밍 신호는 도 10에 도시된 바와 같이 50%일 수 있으며, 이와 다르게 60%, 70%, 80% 및 90% 이상일 수 있다.

제어부(150)는 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호와, '0' 심볼이 가지는 펄스 신호에 대한 주파수 크기를 미리 정의한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기는 10KHz일 수 있으며, 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기는 5KHz일 수 있다.

이에 따라, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호의 1 주기는 100ms일 수 있고, 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 1 주기는 200ms일 수 있다.

제어부(150)는 상기 디밍 신호에 따라 온 구간과 오프 구간이 5:5로 구성된 각 심볼에 대한 펄스 신호를 생성한다.

이때, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호와, '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 온 구간은 해당 주기 내에서 서로 동일한 위치에 존재한다.

다시 말해서, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호 내에서의 온 구간은 해당 주기의 시작 부분에 존재하며, 이와 동일하게 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호 내에서의 온 구간도 해당 주기의 시작 부분에 존재한다.

다만, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기와, 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기는 서로 다르다.

이때, 도면 상에서는 '1' 심볼이 가지는 주파수 크기가 '0' 심볼이 가지는 주파수 크기보다 작다고 하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기가 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기보다 클 수 있다. 예들 들어, 상기 '1' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기가 10KHz일 수 있고, 상기 '0' 심볼이 가지는 펄스 신호의 주파수 크기가 5KHz일 수 있다.

이에 따라, 상기 제어부(150)는 상기 데이터를 기준으로 '0' 심볼 구간과 '1' 심볼 구간에 대한 주파수 크기를 서로 다르게 하여 이에 따른 조명의 온오프 신호를 생성한다. 이때, 상기 '0' 심볼 구간 내에서의 온 구간과 오프 구간의 비(듀티 비)와, 상기 '1' 심볼 구간 내에서의 온 구간과 오프 구간의 비는 상기 디밍 신호에 의해 결정될 수 있다.

이때, 상기 디밍 신호는 상기 데이터에 따라 선택적으로 가변될 수 있다.

이에 따라, 상기 제어부(150)에 의해 생성된 온오프 신호는, 제 1 심볼 구간, 제 2 심볼 구간, 제 3 심볼 구간 및 제 4 심볼 구간을 포함한다.

상기 제 1 심볼 구간은 '1' 의 심볼 구간이고, 이에 따라 5KHz의 주파수 크기 및 200ms의 주기를 가진다. 그리고, 상기 듀티 비는 50%이며, 이에 따라 온 구간이 100ms의 크기를 가지고, 오프 구간도 100ms의 크기를 가진다.

상기 제 2 심볼 구간은 '0'의 심볼 구간이고, 이에 따라 10KHz의 주파수 크기 및 100ms의 주기를 가진다. 그리고, 상기 듀티 비는 50%이며, 이에 따라 온 구간이 50ms의 크기를 가지고, 오프 구간도 이와 동일하게 50ms의 크기를 가진다.

상기 제 3 심볼 구간은 '0'의 심볼 구간이고, 이에 따라 10KHz의 주파수 크기 및 100ms의 주기를 가진다. 그리고, 상기 듀티 비는 50%이며, 이에 따라 온 구간이 50ms의 크기를 가지고, 오프 구간도 이와 동일하게 50ms의 크기를 가진다.

상기 제 4 심볼 구간은 '1' 의 심볼 구간이고, 이에 따라 5KHz의 주파수 크기 및 200ms의 주기를 가진다. 그리고, 상기 듀티 비는 50%이며, 이에 따라 온 구간이 100ms의 크기를 가지고, 오프 구간도 100ms의 크기를 가진다.

상기와 같이, 본 발명에서는 심볼에 따라 온 구간의 시작 위치는 서로 동일하게 유지하면서 주파수 크기만을 변화시킴으로써, '1' 심볼과 '0' 심볼이 서로 교차하는 구간, 또는 '0' 심볼과 '1' 심볼이 서로 교차하는 구간에서도 온 구간이 서로 중첩되지 않는다.

이에 따라, 본 발명에서는 해당 심볼 구간의 펄스 신호에 대한 상승 지점과,다음 심볼 구간의 펄스 신호에 대한 상승 지점을 검출하고, 상기 2개의 상승 지점 사이의 주파수 크기 및 주기를 파악하여 해당 심볼 구간의 데이터를 파악할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 복조 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 종래에서는 '0' 심볼을 나타내는 경우에는 해당 주기 내에서 시작 부분에 온 구간이 존재하도록 하고, '1' 심볼을 나타내는 경우에는 해당 주기 내에서 끝 부분에 온 구간이 존재하도록 하였다.

이에 따라, 상기 종래 기술에 따르면 '0' 심볼과 '1' 심볼을 서로 구분하기 위해서는 해당 주기 내에서 펄스 신호의 상승 지점과 하강 지점을 모두 구분해야 하며, 이에 따라 상기 상승 지점과 하강 지점이 해당 주기 내에서 어느 부분에 위치해야 하는지를 판단해야만 하였다.

그러나, 본 발명에 따르면, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, '0' 심볼을 나타내는 경우와 '1' 심볼을 나타내는 경우에 해당 주기 내에서 시작 부분에 모두 온 구간이 존재하도록 하였다.

이에 따라, 상기 본 발명에 따르면, '0' 심볼과 '1' 심볼을 서로 구분하기 위해서는 해당 주기 내에서의 펄스 신호의 상승 지점만을 검출하고, 그에 따라 상기 상승 지점 사이의 간격에 따른 주파수 크기를 토대로 해당 주기 내의 심볼을 구분할 수 있다.

그러나, 일반적으로 수신단에서 데이터 복원이 가장 힘든 부분은 깜박임 최소화를 위해 주파수를 높일 경우, 위와 같이 0과 1이 바뀌는 구간에 로우(low)인 구간이 인접하므로, 약한 주변 노이즈나 딜레이가 발생하더라도 짧은 시간의 신호부분에서는 구분/해석의 난이도에 따른 데이터 복원이 어려워져 수신감도를 현저히 떨어뜨리게 된다.

특히, 1% 디밍의 분해능을 갖고자 할 경우 가시광 신호의 전송 주파수 대비 수신단의 타이머의 속도는 100배 더 빨라야 하며, 이에 따라 수신단에는 고속의 타이머 성능을 가진 제어유닛이 탑재되어야 한다. 또한,‘0’에서 ‘1’로 데이터가 바뀔 시에 타이머 카운터를 상승부분과 하강부분을 모두 검출해야 하므로 수신단의 복잡성도 매우 올라가며, 이에 따라 주파수 속도와 노이즈에 대한 강건성이 떨어지게 된다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주파수 변조 및 디밍 제어를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펄스 신호는 디밍 50%를 토대로 온 구간과 오프 구간이 5:5로 제어될 수 있다.

그러나, 상기와 같이 본 발명에서는 주파수 크기를 토대로 서로 다른 심볼을 구분할 수 있도록 함으로써, 상기 디밍을 최대로 증가시킬 수 있으며, 상기 디밍이 증가하여도 각 심볼이 가지는 온 구간이 서로 연결되지 않기 때문에, 해당 펄스 신호 내의 심볼을 정확히 구분할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 도 12에 도시된 바와 같이, 디밍 80%로 구현될 수 있으며, 이로 인해 온 구간과 오프 구간이 8:2로 표현될 수 있다.

즉, '1'의 심볼 구간에서는 온 구간이 전체 200ms 주기 내에서 160ms의 크기를 가질 수 있으며, 이에 따라 오프 구간이 40ms의 크기를 가질 수 있다.

또한, '0'의 심볼 구간에 대해서는 온 구간이 전체 100ms 주기 내에서 80ms의 크기를 가질 수 있으며, 이에 따라 오프 구간이 20ms의 크기를 가질 수 있다.

즉, 종래의 방법은 여러 개의 주파수 심볼을 조합하여 하나의 심볼을 생성하며, 이에 따라 그만큼 0과 1의 심볼을 만들기 위해 많은 클럭이 필요하나, 본 발명에서는 주파수 크기 변화에 따라 단지 1개의 주파수 클럭당 하나의 심볼만을 생성한다. 이때, 본 발명에서는 경우에 따라서 여러 개의 주파수를 이용해서 하나의 심볼을 만드는게 노이즈에 강할 수 있으나, 하나의 주파수를 가지고 하나의 심볼을 만들어도 충분히 에러 없이 심볼 구분이 가능한 장점이 있다. 이에 따라, 본 발명은 향후 고속의 데이터를 전송하기 위한 애플리케이션으로 유리할 수 있다.

도 13는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 주파수 크기를 설명하기 위한 도면이다.

상기와 같이, 본 발명은 광원(130)을 제어하는 LED 드라이버(도시하지 않음)에 가시광 신호를 처리하는 제어부(150)에서 변조 파형을 인가하고, 이에 따라 상기 LED 드라이버가 상기 광원(130)의 온오프를 제어하여 '0'과 '1'의 데이터를 가시광으로 송신하게 된다.

이때, 본 발명에서는 주파수 변조를 통하여 데이터를 송신하고, 수신부에서는 1 클럭 동안 200ms(5KHz)의 펄스 신호가 인가되면 ‘1’로, 1 클럭동안 100ms(10KHz)의 펄스 신호가 인가되면 ‘0’으로 심볼을 복조한다.

여기에서, 상기 0’과 ‘1’의 심볼구분을 원활히 하기 위해서 이전의 실시 예처럼 5KHz와 10KHz로 주파수 비를 2:1정도로 크게 하면, 심볼 간의 구분에서는 유리하다. 그러나, 이러한 경우 지속적으로 많은 데이터를 가시광 통신으로 보낼 때 5Khz에서 10Khz의 주파수가 반복되어야 하고 조명밝기(Dimming)에 따라 20~90%이상의 밝기를 가변하는 상황에서 가시광 통신 기능을 함께 운영할 때 사용자에게 보이지 말아야 할 빛의 깜박거림(Flicker)이 발생하게 된다.

이에 따라, 0과 1의심볼 구분관점에서는 주파수 차이가 클수록 좋으나 수신 분해능이 확보가능한 범위에서 0과1의 주파수 심볼을 10KHz/5KHz가 아니라 10KHz/12KHz 정도로 적게 할수록 깜박거림 현상을 제거할 수 있다.

다시 말해서, 0의 심볼을 표현하는 주파수 크기와, 1의 심볼을 표현하는 주파수 크기의 차이는 2:3 또는 3:2 이상이 되어야 최적의 가시광 통신 환경을 제공할 수 있다.

따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, '1' 심볼을 표현하는 주파수 크기를 10KHz로 하고, '0' 심볼을 표현하는 주파수의 크기를 12KHz로 하여, 상기 주파수 크기의 차이가 2:3 이상을 만족할 수 있도록 한다.

또한, 이와 다르게 '0'의 심볼을 표현하는 주파수 크기를 10KHz로 설정하고, '1'의 심볼을 표현하는 주파수 크기를 8KHz로 설정할 수도 있다.

도 14는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.

도 14를 참조하면, 제 1 실시 예서는 하나의 클록 내에 하나의 주파수 크기를 가지는 펄스 신호를 생성하고, 이를 토대로 '0' 심볼 또는 '1' 심볼을 표현하였다.

그러나, 도 14에 따른 제 2 실시 예에서는 서로 연속하는 3개의 클럭을 하나의 심볼 표현을 위한 1주기로 설정하고, 그에 따라 상기 3 클럭 내에 서로 연속하는 복수 개의 펄스 신호를 표현하여 상기 '1'과 '0' 심볼을 각각 구분할 수 있다.

즉, 도 14에 도시된 바와 같이, '1' 심볼과 '0' 심볼을 표현하는 하나의 주기 내에는 3개의 클럭이 포함되어 있으며, 상기 3개의 클럭에는 각각 해당 심볼을 나타내는 펄스 신호가 각각 포함되어 있다.

이에 따라, '1' 심볼을 표현하기 위해서는 3개의 클럭으로 연속되는 5KHz의 펄스 신호를 형성하고, '0' 심볼을 표현하기 위해서는 3개의 클럭으로 연속되는 10KHz의 펄스 신호를 형성한다.

따라서, 수신부에서는 하나의 주기 내에 적어도 2개 이상의 연속된 동일 주파수 크기의 펄스 신호가 검출되는 경우에만 해당 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복원할 수 있도록 한다.

상기와 같은 실시 예에 의하면 각 심볼에 대해 연속적인 복수의 사이클의 주파수를 각 심볼의 주파수로 정의하고, 그에 따라 상기 복수의 사이클 내에서 2개 이상의 연속된 주파수 검출 시에 해당 데이터를 복원함으로써, 노이즈의 강건성을 높일 수 있다.

도 15는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 주파수 변조를 이용한 심볼을 나타낸 도면이다.

상기 제 1 및 2 실시 예에서는 '0' 심볼과 '1' 심볼의 펄스 신호가 주파수 크기만 다를 뿐, 펄스 신호의 온 구간과 오프 구간의 위치는 서로 동일하였다.

이때, 상기 펄스 신호의 온 구간은 해당 주기 내에서 시작 부분에 위치하였다.

이에 따라, 수신부에서는 상기 펄스 신호의 상승 구간만을 검출하여, 각각의 상승 구간 사이의 주파수 크기를 토대로 해당 주기 내에서의 데이터를 복조하였다.

이와 다르게, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 펄스 신호의 온 구간은 해당 주기 내에서 종료 부분에 위치할 수 있다.

다시 말해서, 상기 제 1 및 2 실시 예에서는 각각의 심볼 구간 내에서의 펄스 신호가 해당 디밍에 따른 온 구간이 먼저 시작되고, 그에 따라 오프 구간으로 구성되었다.

그러나, 상기 제 3 실시 예에서는 각각의 심볼 구간 내에서의 펄스 신호가 오프 구간이 먼저 시작되고, 그에 따라 해당 디밍에 따른 온 구간으로 구성하였다.

이에 따라, 상기 제 3 실시 예에 따르면, 수신부에서는 상기 제 1 및 2 실시 예와 같이 펄스 신호의 상승 지점이 아닌 하강 지점을 토대로 각각의 주기를 인지하며, 그에 따라 하강 지점 사이의 주파수 크기를 토대로 상기 각각의 심볼을 구분한다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 장치의 가시광 송신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가시광 통신 장치의 가시광 수신 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 16을 참조하면, 가시광 송신 장치(100)는 서로 다른 주파수 크기에 따라 각각의 심볼을 정의한다(110단계). 예를 들어, 가시광 송신 장치(100)는 '0' 심볼에 대해서는 12Hz로 주파수 크기를 설정할 수 있고, '1' 심볼에 대해서는 10KHz로 주파수 크기를 설정할 수 있다.

그리고, 가시광 송신 장치(100)는 전송할 데이터를 상기 정의된 펄스 신호의 주파수 크기를 기초로 심볼에 각각 변조한다(120단계).

이어서, 상기 가시광 송신 장치(100)는 가시광을 통해 상기 변조된 심볼을 출력한다(130단계).

또한, 도 17을 참조하면, 가시광 수신 장치(300)는 가시광 송신 장치(100)를 통해 송신되는 가시광을 수신한다(210단계).

그리고, 가시광 수신 장치(300)는 상기 가시광을 통해 펄스 신호의 상승 지점 또는 하강 지점을 검출한다(220단계). 즉, 상기 변조는 각각의 심볼을 표현하는 펄스 신호 내에서 온 구간이 먼저 시작되는 제 1 변조 방법과, 오프 구간이 먼저 시작되는 제 2 변조 방법 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이때, 하나의 변조 신호 내에서 상기 제 1 변조 방법과 제 2 변조 방법이 모두 사용되지 않으며, 이 중 어느 하나의 변조 방법만이 사용된다.

이에 따라, '1' 심볼을 나타내는 펄스 신호의 온 구간과, '0' 심볼을 나타내는 펄스 신호의 온 구간은 항상 해당 주기 내에서 동일한 위치에 존재하게 된다.

이에 따라, 상기 가시광이 제 1 변조 방법에 의해 송신된 경우, 상기 가시광 수신 장치(300)는 펄스 신호의 상승 지점만을 검출한다. 또한, 이와 다르게 상기 가시광이 제 2 변조 방법에 의해 송신된 경우, 상기 가시광 수신 장치(300)는 펄스 신호의 하강 지점만을 검출한다.

이어서, 상기 가시광 수신 장치(300)는 상기 검출한 상승 지점 또는 하강 지점을 토대로 해당 주기 내에 포함된 펄스 신호의 주파수 크기를 검출한다(230단계).

그리고, 가시광 수신 장치(300)는 상기 검출한 주파수 크기를 토대로 해당 주기 내에 포함된 데이터를 파악한다(240단계).

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 가시광 송신 장치
110: 변조부
120: 디망부
130: 광원
140: 통신부
150: 제어부
300: 가시광 수신 장치
310: 무선 통신부
320: 제어부
330: 인터페이스
600: 수신기
610: 광 수신부
620: 증폭부
630: 복조부

Claims

데이터를 입력받는 데이터 입력부;
상기 입력된 데이터를 기준으로, 기본 클럭 주기를 가지는 심볼에 서로 다른 주파수 크기를 적용하여 상기 입력받은 데이터를 변조하는 변조부; 및
상기 변조부를 통해 변조된 데이터를 가시광을 통해 출력하는 송신부를 포함하는
가시광 통신 장치.
제 1항에 있어서,
상기 심볼은,
서로 다른 데이터를 표현하는 제 1 심볼과 제 2 심볼을 포함하며,
상기 제 1 심볼에 포함된 제 1 펄스 신호의 주파수 크기는,
상기 제 2 심볼에 포함된 제 2 펄스 신호의 주파수 크기와 다른
가시광 통신 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호의 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호의 주파수 크기는,
적어도 3:2 이상을 만족하는
가시광 통신 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하는
가시광 통신 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클록 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하는
가시광 통신 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호가 가지는 기본 클럭 주기는,
상기 제 2 펄스 신호가 가지는 기본 클럭 주기와 다른
가시광 통신 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 심볼 내에는
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 1 펄스 신호가 포함되고,
상기 제 2 심볼 내에는,
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 2 펄스 신호가 포함되는
가시광 통신 장치.
제 1항에 있어서,
상기 입력받은 데이터를 토대로 상기 가시광의 디밍을 가변적으로 설정하는 디밍부를 더 포함하는
가시광 통신 장치.
기본 클럭 주기 내에 서로 다른 주파수 적용된 심볼을 포함한 가시광 신호를수신하는 수신부; 및
상기 수신한 가시광 신호로부터 심볼을 추출하고, 상기 추출한 심볼에 포함된 펄스 신호의 상승 지점 및 하강 지점 중 어느 하나의 지점만을 이용하여 데이터를 복조하는 복조부를 포함하는
가시광 통신 장치.
제 9항에 있어서,
상기 심볼은,
서로 다른 데이터를 표현하는 제 1 심볼과 제 2 심볼을 포함하며,
상기 제 1 심볼에 포함된 제 1 펄스 신호의 주파수 크기는,
상기 제 2 심볼에 포함된 제 2 펄스 신호의 주파수 크기와 다른
가시광 통신 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호의 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호의 주파수 크기는,
적어도 3:2 이상을 만족하는
가시광 통신 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하며,
상기 복조부는,
상기 제 1 및 2 펄스 신호의 상승 지점만을 검출하여 상승 지점 사이의 주파수 크기를 검출하고, 상기 검출한 주파수 크기에 따라 해당 심볼 내의 데이터를 파악하는
가시광 통신 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 1 클럭 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 1 클록 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하며,
상기 복조부는,
상기 제 1 및 2 펄스 신호의 하강 지점만을 검출하여 하강 지점 사이의 주파수 크기를 검출하고, 상기 검출한 주파수 크기에 따라 해당 심볼 내의 데이터를 파악하는
가시광 통신 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 심볼 내에는
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 1 펄스 신호가 포함되고,
상기 제 2 심볼 내에는,
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 2 펄스 신호가 포함되며,
상기 복조부는,
특정 심볼 내에서 서로 동일한 제 1 주파수 크기를 가지는 펄스 신호가 연속적으로 검출되는 경우에 상기 제 1 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조하는
가시광 통신 장치.
기본 클럭 주기를 가지는 심볼에 서로 다른 주파수 크기를 적용하여 데이터를 변조하는 단계; 및
상기 변조된 데이터를 가시광을 통해 출력하는 단계를 포함하며,
상기 심볼은,
서로 다른 데이터를 표현하는 제 1 심볼과 제 2 심볼을 포함하며,
상기 제 1 심볼에 포함된 제 1 펄스 신호의 주파수 크기는,
상기 제 2 심볼에 포함된 제 2 펄스 신호의 주파수 크기와 다른
가시광 통신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호의 주파수 크기와 상기 제 2 펄스 신호의 주파수 크기는,
적어도 3:2 이상을 만족하는
가시광 통신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 시작 부분에 위치하는
가시광 통신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 펄스 신호는,
상기 제 1 심볼의 기본 클럭 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하고,
상기 제 2 펄스 신호는,
상기 제 1 펄스와 동일하게, 상기 제 2 심볼의 기본 클록 주기 내에서 온 구간이 끝 부분에 위치하는
가시광 통신 방법.
제 15항에 있어서,
상기 제 1 심볼 내에는
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 1 펄스 신호가 포함되고,
상기 제 2 심볼 내에는,
서로 동일한 주파수 크기를 가지는 복수 개의 상기 제 2 펄스 신호가 포함되는
가시광 통신 방법.
제 15항에 있어서,
외부로부터 입력된 데이터를 토대로 상기 가시광의 디밍을 가변적으로 설정하는 단계를 더 포함하는
가시광 통신 방법.
제 17항에 있어서,
상기 송신된 가시광 신호를 수신하여 상기 가시광 신호 내에 포함된 데이터를 복조하는 단계를 더 포함하고,
상기 복조하는 단계는,
상기 수신된 가시광 신호 내에 포함된 펄스 신호들의 상승 지점을 검출하는 단계와,
상기 검출한 상승 지점 사이의 간격에 따른 주파수 크기를 검출하는 단계와,
상기 검출한 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조하는 단계를 포함하는
가시광 통신 방법.
제 18항에 있어서,
상기 송신된 가시광 신호를 수신하여 상기 가시광 신호 내에 포함된 데이터를 복조하는 단계를 더 포함하고,
상기 복조하는 단계는,
상기 수신된 가시광 신호 내에 포함된 펄스 신호들의 하강 지점을 검출하는 단계와,
상기 검출한 하강 지점 사이의 간격에 따른 주파수 크기를 검출하는 단계와,
상기 검출한 주파수 크기에 대응하는 데이터를 복조하는 단계를 포함하는
가시광 통신 방법.