KR20170085968A

KR20170085968A - Sm-psk 광학 무선 송신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20170085968A
Application number: KR1020170003585A
Authority: KR
Inventors: 장영민; 응웬반장
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-07-25
Also published as: KR102041011B1; KR101982911B1; KR20170085952A; KR20170085953A; KR102163977B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 방법은, 변조기가 이진 데이터 신호를 입력받는 단계, 상기 변조기가 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이(global phase shift) 신호로 변환하는 단계 - M은 4 이상의 짝수, 상기 변조기가, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하는 단계 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수, 상기 변조기가 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하는 단계, 송신기가 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계, 및 상기 송신기가 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

SM-PSK 광학 무선 송신 방법 및 장치 {Method and apparatus for SM-PSK optical wireless communication}

본 발명은 SM-PSK 광학 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Wirelesss Communications; OWC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7m OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다.

본 발명자는 IEEE 802.15.7m OWC TG 국제표준화 기구의 의장으로서 OWC 기술에 관한 많은 기고문을 제출하여 OWC 국제표준화를 선도하고 있으며, 본 발명은 OWC 국제표준기술의 가장 핵심적인 기술 중 하나인 Compatible SM-PSK(Spatial M-Phase Shift Keying) 변조 방식에 관한 것이다.

한국등록특허공보 제10-1472583호

본 발명은 LED와 이미지 센서 등을 이용한 광학 무선 통신 방법 및 장치를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 이진 데이터 신호를 전역 위상천이 신호로 변환하는 단계는, 상기 이진 데이터 신호를 k비트씩 그룹화하여 0부터 (M-1)=(2^k-1)까지의 정수값을 갖는 상기 전역 위상천이 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 k는 3이고, 상기 변환하는 단계는 표 8에 따르는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 수신 방법은, 수신기가 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계, 복조기가 상기 이미지들상의 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹 및 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 검출하는 단계 - M은 4 이상의 짝수, 상기 복조기가 소정의 규칙에 따라 상기 기준 광원 그룹의 점멸 상태를 기준 공간 위상으로 변환하는 단계 - 상기 기준 공간 위상은 1부터 M까지의 정수, 상기 복조기가 상기 소정의 규칙에 따라 상기 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 데이터 공간 위상으로 변환하는 단계 - 상기 데이터 공간 위상은 1부터 M까지의 정수, 상기 복조기가 상기 데이터 공간 위상과 상기 기준 공간 위상의 차에 의해 공간 위상천이를 구하는 단계 - 상기 공간 위상천이는 0부터 (M-1)까지의 정수, 및 상기 복조기가 상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들은, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹에 따라 점멸하며 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수, 상기 데이터 광원 그룹의 M/2개의 광원들은, 상기 기준 신호 그룹을 소정의 값만큼 위상천이시킨 데이터 신호 그룹에 따라 점멸하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들은, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹에 따라 점멸하며 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수, 상기 데이터 광원 그룹의 M/2개의 광원들은, 상기 기준 신호 그룹을 소정의 값만큼 위상천이시킨 데이터 신호 그룹에 따라 점멸하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들의 점멸 상태 및 상기 기준 데이터 그룹의 M/2개의 광원들의 점멸 상태는 각각 M/2비트의 이진수를 나타내며, 상기 M/2비트의 이진수는, 주기가 M이고 듀티비가 1/2인 이진 데이터의 반 주기에 해당하는 값을 가지며, 상기 소정의 규칙은 상기 이진수의 위상을 공간 위상으로 결정하는 것임을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법은,

일 실시예에서, 상기 M은 8이고, 상기 소정의 규칙은 표 7에 따르는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 M은 8이고, 상기 소정의 규칙은 표 10에 따르는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 공간 위상천이는 0부터 (2^k-1)까지의 정수 값을 가지며, 상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 단계는, 상기 공간 위상천이를 k비트의 이진 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 k는 3이고, 상기 변환하는 단계는 표 9에 따르는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 방법은, 변조기가 이진 데이터 신호를 입력받는 단계, 상기 변조기가 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이(global phase shift) 신호로 변환하는 단계 - M은 4 이상의 짝수, 상기 변조기가, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하는 단계 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수, 상기 변조기가 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하는 단계, 송신기가 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계, 및 상기 송신기가 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 장치는, 변조기, 및 송신기를 포함하며, 상기 변조기는, 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이 신호로 변환하고 - M은 4 이상의 짝수, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하고 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수, 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하며, 상기 송신기는, 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키고, 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 장치는, 변조기, 및 송신기를 포함하며, 상기 변조기는, 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이 신호로 변환하고 - M은 4 이상의 짝수, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하고 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수, 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하며, 상기 송신기는, 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키고, 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 수신 장치는, 수신기, 및 복조기를 포함하며, 상기 수신기는, 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 상기 복조기는, 상기 이미지들상의 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹 및 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 검출하고 - M은 4 이상의 짝수, 소정의 규칙에 따라 상기 기준 광원 그룹의 점멸 상태를 기준 공간 위상으로 변환하고 - 상기 기준 공간 위상은 1부터 M까지의 정수, 상기 소정의 규칙에 따라 상기 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 데이터 공간 위상으로 변환하고 - 상기 데이터 공간 위상은 1부터 M까지의 정수, 상기 데이터 공간 위상과 상기 기준 공간 위상의 차에 의해 공간 위상천이를 구하고 - 상기 공간 위상천이는 0부터 (M-1)까지의 정수, 상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 매체에 저장된 프로그램을 포함한다.

본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.

본 발명에 의하면, LED와 이미지 센서 등을 이용해 무선 통신을 할 수 있으며, 특히 차량의 후미등과 스마트폰 등을 이용한 차량 간 통신을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 변조 방식을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 복조 방식을 도시한 도면이다.
도 4는 복수의 광원들을 롤링 셔터 방식으로 촬영했을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다.
도 5는 긴 노출 시간에 의한 샘플링 오류(bad-sampling)을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 내부 FEC를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 장치의 광원 패널을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 시스템의 복조 원리를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 시스템의 복조 원리를 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.

먼저 S2-PSK (Spatial 2-Phase Shift Keying) 방식을 설명한 후, SM-PSK 방식을 설명하도록 한다.

S2- PSK

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템은 S2-PSK 광학 무선 송신 장치(100)와 S2-PSK 광학 무선 수신 장치(200)을 포함하며, S2-PSK 광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)와 송신기(120)를 포함하고, S2-PSK 광학 무선 수신 장치(200)는 수신기(210)와 복조기(230)를 포함하며, 추가적으로 광원 검출기(220)를 포함할 수 있다. 변조기(110)는 전송하고자 하는 비트 열(bit sequence)인 이진 데이터 신호 D[i]를 입력받아, 변조된 펄스 파형을 갖는 이진 데이터 신호 S₁(t) 및 S₂(t)를 생성한다. 여기서 여기서 S₁ 및 S₂는 연속 신호일 수도 있고 이산 신호일 수 있는데, 이하 연속 신호를 기준으로 설명한다.

송신기(120)는 이진 데이터 신호 S₁(t) 및 S₂(t)에 따라 각각 제1 광원(121) 및 제2 광원(122)을 점멸시킴으로써 데이터를 송신한다. 여기서 점멸이라 함은 반드시 광원이 완전히 켜지고 완전히 꺼지는 방식만을 나타내는 것이 아니라, 광원의 밝기 변화를 이용해 이진값 0과 1 두 가지 상태를 나타내는 모든 방식을 포함한다. 광원의 점멸 주파수가 일정값(예: 200Hz) 이상이면 사람은 광원의 점멸을 느끼지 못한다. 수신기(210)는 이미지 센서(211)가 광원들을 연속적으로 촬영(샘플링)한 이미지 열(image sequence)을 수신한다. 광원 검출기(220)는 수신한 이미지에서 광원들의 위치를 검출한다. 복조기(230)은 광원들의 점멸 상태로부터 데이터 신호를 복조한다.

본 발명에서 송신기(120)는 두 개 이상의 광원을 이용해 데이터를 송신하는데, 이하 설명의 편의상 광원이 두 개인 경우 위주로 설명하도록 한다. 이렇게 복수개의 광원을 이용하는 것은 데이터 신호와 기준 신호를 공간적으로 분리하여 효과적으로 광학 무선 통신을 수행하기 위함이다.

보다 구체적으로 살펴보면, 광학 무선 통신을 구현함에 있어서 주요 고려 사항은 다음과 같다. 첫째, 글로벌 셔터 방식와 롤링 셔터방식를 모두 지원할 수 있는지 고려해야 한다. 즉, 글로벌 셔터 방식의 카메라(이미지 센서)와 롤링 셔터 방식의 카메라에 모두 사용될 수 있는 통신 방식이 바람직하다. 둘째, 프레임율의 변화를 고려해야 한다. 일반적인 OS를 기반으로 동작하는 장치에서는 이미지 센서의 프레임율이 일정하지 않고 OS의 자원 사용 상태에 따라 변화하게 된다. 예를 들어 스마트폰의 카메라의 경우 프레임율이 대략 20fps에서 30fps 사이에서 변동한다. 따라서 광학 무선 통신 방식은 이러한 유동적 프레임율을 지원하는 것이 바람직하다. 셋째, 광학 무선 통신은 송신 장치나 수신 장치가 이동하는 유스 케이스가 많으며, 특히 차량 간 통신 같은 경우 송수신 장치가 10m/s 이상의 빠른 속도로 이동하기 때문에, 이미지 센서에 의해 촬영된 연속된 이미지들 사이에 노이즈 환경이 크게 다를 가능성이 높다. 따라서 광학 무선 통신 방식은 이러한 급격한 노이즈 변화에 대응할 수 있는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 변조 방식을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 변조기(110)에 의해 생성된 신호 S₁(t) 및 S₂(t)에 따라 점멸하는 두 개의 광원 중 제1 광원(121)은 기준 광원, 제2 광원(122)은 데이터 광원이다. 데이터 광원은 실제로 전송하고자 하는 데이터가 실린 데이터 신호에 의해 점멸하는 광원이고, 기준 광원은 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호에 따라 점멸하는 광원이다.

기준 광원을 점멸시키는 기준 신호 S₁(t)는 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 펄스열 신호로서, 그 파형은 수학식 1로 나타낼 수 있다. 식에서 T는 기준 신호의 펄스 주기이며, 한 비트 구간에 N개의 펄스가 포함되고, k는 1, ... , N의 자연수이다.

[수학식 1]

한편, 데이터 광원을 점멸시키는 데이터 신호 S₂(t)는, 기준 신호 S₁(t)와 동일한 주파수를 갖는 펄스열 신호로서, 전송하고자 하는 데이터, 즉 입력 데이터 신호 D[i]가 0인 경우 기준 신호 S₁(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호 D[i]가 1인 경우 기준 신호 S₁(t)와 반대 위상을 갖는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템의 복조 방식을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 복조기(230)는 샘플링된 이미지에서 제1 광원과 제2 광원의 점멸 상태, 즉 위상을 비교한다. 이때 복조기(230)는 광원 검출기(220)가 검출한 제1 광원과 제2 광원의 위치를 이용할 수 있다. 복조기(230)는 두 광원의 위상이 동일한 경우 이진값 0을 출력하고, 두 광원의 위상이 반대인 경우 이진값 1을 출력한다. 즉, 복조기(230)는 수학식 2과 같이 두 광원의 점멸 상태에 대한 XOR 연산에 의해 복조를 수행한다. 식에서 S₁(k)와 S₂(k)는 k번째 이미지에서의 각 광원의 점멸 상태이다.

[수학식 2]

쉽게 말해, 복조기(230)는 샘플링된 이미지에서 두 광원이 모두 켜져 있거나 모두 꺼져 있으면 이진값 0을 출력하고, 두 광원 중 하나만 켜져 있으면 이진값 1을 출력한다. 따라서 S2-PSK 광학 무선 수신 장치(200)는 복조를 위해 두 광원 중 어느 것이 기준 광원이고 어느 것이 데이터 광원인지 알 필요가 없다. 또한 하나의 이미지에 촬영된 두 광원을 비교하므로 이미지 센서의 프레임율에 변화가 생겨도 영향을 받지 않는다. 단, 프레임율은 데이터 클럭의 주파수 이상이어야 한다.

이상은 데이터 신호 S₂(t)가 입력 데이터 신호가 0인 경우 기준 신호 S₁(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호가 1인 경우 기준 신호 S₁(t)와 반대 위상을 갖는 경우에 대해 설명하였는데, 이와 반대로 설정하는 것도 가능하다. 즉, 변조기(110)는 데이터 신호 S₂(t)가 입력 데이터 신호가 1인 경우 기준 신호 S₁(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호가 0인 경우 기준 신호 S₁(t)와 반대 위상을 갖도록 변조할 수 있으며, 이 경우 복조기(230)은 수학식 2에서 XOR 대신 NXOR 연산에 의해 복조를 수행한다. 이하 전자를 제1 변조 방식, 후자를 제2 변조 방식이라 하고, 특별히 언급하는 경우 외에는 제1 변조 방식 기준으로 설명한다. 제1 변조 방식과 제2 변조 방식은 데이터 값에 대한 위상의 선택의 문제일 뿐, 실질적으로 서로 동일한 기술사상에 해당한다.

도 4는 복수의 광원들을 롤링 셔터 방식으로 촬영했을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다. 롤링 셔터 방식의 이미지 센서는 각 행마다 이미지를 샘플링하는 시간이 다르기 때문에, 두 광원이 행과 나란하게 배열돼 있을 때는 두 광원이 동시에 샘플링되지만 그렇지 않은 경우 두 광원의 샘플링 시간에 차이가 생기게 된다. 두 광원의 샘플링 시간 차이 dt는 수학식 3으로 나타낼 수 있다. 식에서 N_pixel은 두 광원의 행 간 차이의 픽셀 수이고, F_s는 이미지 센서의 행 샘플링율이다. 예를 들어 Nexus 5X의 카메라는 F_s34.53kHz이다.

[수학식 3]

이와 같이 광원과 이미지 센서의 회전 상태나 거리에 따라 두 광원의 샘플링 시간에 차이가 생길 수 있으므로, 이는 곧 두 광원의 점멸 위상차의 변동으로 이어지고, 결국 복조에 오류가 발생하게 된다. 즉 전송 데이터가 0이어서 제1 광원과 제2 광원이 동일한 위상으로 점멸하고 있더라도 샘플링된 이미지에는 광원이 하나는 켜져 있고 하나는 꺼져 있는 것으로 보여 복조된 데이터가 1이 될 수 있으며, 전송 데이터가 1이어서 제1 광원과 제2 광원이 반대 위상으로 점멸하고 있더라도 샘플링된 이미지에는 광원이 둘 다 켜져 있거나 둘 다 꺼져 있는 것으로 보여 복조된 데이터가 0이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 오류를 감소시키기 위해 추가적인 선로 부호화(line coding)를 이용한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, S2-PSK 광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)의 전단에 선로 부호기를 포함할 수 있다. 선로 부호기는 표 1에 따라 이진 데이터 신호 D[i]를 부호율 1/2로 부호화하여 출력하고, 변조기(110)은 선로 부호기가 출력하는 선로 코드를 입력받아 앞서와 동일한 방법으로 이진 데이터 신호 S₁(t) 및 S₂(t)를 생성한다.

입력 비트	출력 코드
0	0 0
1	0 1

이 경우 S2-PSK 광학 무선 수신 장치(200)는 복조기(230)의 후단에 선로 복호기를 포함하며, 선로 복호기는 복조기(230)으로부터 복조된 이진 데이터 신호를 수신하여 수학식 4에 따라 복호화한다. 식에서 XOR(k)는 복조기(230)의 출력 신호로서, k번째 이미지에서 복조된 이진값을 의미한다.

[수학식 4]

bit = XOR{XOR(k); XOR(k+1)}

=XOR[XOR{s₁(k); s₂(k)}; XOR{s₁(k+1); s₂(k+1)}]

이와 같은 선로 부호화를 사용하면, 복호화되는 데이터는 한 이미지의 광원 점멸 상태와 그 다음 이미지의 광원 점멸 상태의 상대적 관계에 따라 결정되므로, 절대적인 광원 점멸 상태와 무관하게 동일한 결과를 얻게 된다. 즉 샘플링된 이미지의 제1 광원과 제2 광원이 롤링 셔터 효과로 인한 샘플링 시간 차에 의해 점멸 위상이 원래와 반대로 된 경우, 다시 말해 전송 데이터가 0인데 두 광원이 반대로 점멸하거나 전송 데이터가 1인데 두 광원이 동일하게 점멸하고 있는 경우에도 정상적으로 복조가 된다. 따라서, 이와 같이 선로 부호화를 사용하는 경우에는 S2-PSK 광학 무선 수신 장치(200)가 S2-PSK 광학 무선 송신 장치(100)의 변조 방식이 제1 변조 방식인지 제2 변조 방식인지도 알 필요가 없다.

다만, 선로 복호기가 복호에 사용하는 연속된 두 이미지가 동일하게 롤링 셔터 오류를 가지고 있을 때만 정상적으로 복조가 되며, 두 이미지 중 하나만 롤링 셔터 오류를 가지고 있을 때는 여전히 오류가 발생한다. 즉 본 발명에 의하면 광원과 이미지 센서의 회전 상태가 변화하지 않는 경우에 롤링 셔터 효과에 의한 오류가 발생하지 않으며, 회전 상태가 변화하면 오류가 발생할 수 있다.

표 2와 표 3은 선로 부호화의 효과를 나타낸 표이다. 표 2는 선로 부호화가 없는 경우에 대해, 표 3은 선로 부호화가 있는 경우에 대해 각각 롤링 셔텨 효과에 의한 영향을 보여준다. 표에서 음영 처리된 부분이 롤링 셔터 효과에 의해 위상이 달라져 복조 오류가 발생한 경우이다.

표 2에서 볼 수 있는 것과 같이 선로 부호화가 없는 경우에는 롤링 셔터 효과를 받는 경우 그대로 복조된 신호에 오류가 발생한다.

반면에 표 3을 살펴보면 선로 부호화가 있는 경우에는 선로 복호기가 복호에 사용하는 두 이미지 중 하나만 롤링 셔터 효과를 받은 경우에만 복호된 신호에 오류가 발생함을 알 수 있다.

한편, 선로 복호기는 선로 부호를 이루는 연속된 두 이미지 쌍을 잘못 그룹핑하여도 복호에 아무런 문제가 없다. 즉, 선로 복호기가 k번째 이미지와 k+1번째 이미지를 하나의 코드로 묶고, k+2번째 이미지와 k+3번째 이미지를 하나의 코드로 묶는 식으로 복호화 해야 하는데, 이와 달리 k-1번째 이미지와 k번째 이미지를 하나의 코드로 묶고 k+1번째 이미지와 k+2번째 이미지를 하나의 코드로 묶는 식으로 복호화하더라도 정상적으로 복호화가 된다. 이는 본 발명에 의한 선로 복호기가 연속된 두 이미지의 점멸 상태를 XOR하여 복호화 하기 때문이다. 즉 연속된 두 이미지의 점멸 상태가 변화하지 않고 있을 때는 0이 출력되고, 변화가 한 번 발생할 때마다 1이 하나씩 출력되기 때문에, 이미지를 하나씩 밀리거나 당겨서 복호화 하더라도 결과에 변화가 없게 되는 것이다. 이러한 효과가 표 4에 나타나 있다.

표 4에서 볼 수 있는 것과 같이 선로 복호기가 선로 부호기와 동기화되지 않아 이미지 쌍을 잘못 묶어 복호를 하고 있더라도 두 이미지 중 하나만 롤링 셔텨 효과를 받은 경우에만 오류가 발생하고 두 이미지가 모두 롤링 셔터 효과를 받은 경우에는 오류가 발생하지 않는다.

이상은 표 1에 의해 선로 부호화를 수행하는 경우에 대해 설명했는데, 표 5와 같이 네 가지 부호화 방식 중 어느 하나를 사용하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.

입력 비트	출력 코드
입력 비트	방식 1	방식 2	방식 3	방식 4
0	0 0	0 0	1 1	1 1
1	0 1	1 0	0 1	1 0

또한, 선로 부호기가 표 6과 같은 네 가지 부호화 방식 중 어느 하나를 사용하고, 선로 복호기가 수학식 5과 같이 연속된 두 이미지의 점멸 상태를 NXOR하여 복호화를 수행해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 표 5, 6 및 수학식 4, 5에 에 의한 변복조 방식은 모두 실질적으로 서로 동일한 기술사상이다.

제3 이진 데이터	제1 이진 데이터
제3 이진 데이터	방식 1	방식 2	방식 3	방식 4
0	0 1	0 1	1 0	1 0
1	0 0	1 1	0 0	1 1

[수학식 5]

bit = NXOR{XOR(k); XOR(k+1)}

도 5는 긴 노출 시간에 의한 샘플링 오류(bad-sampling)을 도시한 도면이다. 특히 광원이나 이미지 센서의 회전에 의해 추가적인 오류가 발생할 수 있다. 이는 하나의 광원이 N번째 비트 인터벌에서 샘플링되고, 다른 하나의 광원이 N+1번째 비트 인터벌에서 샘플링될 때 일어난다. 이러한 오류를 정정하기 위해, IEE 802.15.7 VLC 표준에 따라 코드율 1/4의 내부(inner) FEC를 사용한다. 즉 도 6에 도시된 것과 같이 1/3 모 부호(mother code)를 펑처링하여 1/2 코드를 얻고, 단순 반복 코드를 이용하여 1/4 코드를 얻는다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의한 S2-PSK 광학 무선 통신 시스템은, 글로벌 셔터와 롤링 셔터에 모두 호환되며, 크게 변동하는 프레임율에도 호환되고, 광원이나 이미지 센서의 빠른 움직임에도 적용 가능하며, 광원이나 이미지 센서가 어떠한 각도로 회전하여도 정상적으로 동작하므로, 특히 차량 간 통신에 유용하다.

SM- PSK

SM-PSK는 Spatial M-Phase Shift Keying 방식이다. 여기서 M은 4 이상의 짝수인데, 이하 편의상 M=8인 경우를 중심으로 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 장치의 광원 패널을 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 송신 장치의 광원 패널(700)은 기준 위상을 나타내는 하나의 기준 광원 그룹(710)과 데이터에 의해 위상이 변조되는 하나 이상의 데이터 광원 그룹(720)을 포함한다. 도면에서 기준 광원 그룹(710) 외의 광원 그룹들은 모두 데이터 광원 그룹(720)이다. 각 광원 그룹은 M/2개의 광원을 포함한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 시스템은 SM-PSK 광학 무선 송신 장치(300)와 SM-PSK 광학 무선 수신 장치(400)을 포함하며, SM-PSK 광학 무선 송신 장치(300)는 변조기(310)와 송신기(320)를 포함하고, SM-PSK 광학 무선 수신 장치(400)는 수신기(410)와 복조기(430)를 포함하며, 추가적으로 광원 검출기(미도시)를 포함할 수 있다. 변조기(310)는 전송하고자 하는 이진 데이터 신호 D[i]를 입력받아, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹 Σ_R(t) 및 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹 Σ_D(t)를 생성한다. 데이터 광원 그룹이 복수 개인 경우 데이터 신호 그룹은 복수 개가 된다. 도 8에 도시된 예와 같이 데이터 광원 그룹이 3개인 경우 데이터 신호 그룹은 Σ_D1(t)부터 Σ_D3(t)까지 세 개가 될 수 있으며, 경우에 따라 spatial diversity를 위해 둘 이상의 데이터 광원 그룹이 동일한 데이터 신호 그룹에 의해 점멸될 수 있다. 송신기(320)는 신호 그룹 Σ_R(t) 및 Σ_D(t)에 따라 각각 기준 광원 그룹(710)과 데이터 광원 그룹(720)을 점멸시킴으로써 데이터를 송신한다. 수신기(410)는 이미지 센서(411)가 광원들을 연속적으로 촬영한 이미지 열을 수신한다. 이미지 센서(411)는 글로벌 셔터 방식의 이미지 센서이다. 복조기(430)은 광원들의 점멸 상태로부터 데이터 신호를 복조한다. 이하 설명의 편의상 데이터 광원 그룹이 한 개인 경우 위주로 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서 볼 수 있는 것과 같이, 일 실시예에 의한 SM-PSK 광학 무선 통신 방법은 주기가 같고 위상이 서로 다른 M/2개의 펄스파를 이용해 하나의 광원 그룹 내의 M/2개의 광원들을 각각 점멸시킨다. M/2개의 서로 다른 펄스파들은 순서가 정해져 있으며, M/2개의 광원들도 순서가 정해져 있다.

M/2개의 펄스파들은 모두 동일한 듀티비 1/2을 가지고 있다. 도 9에 도시된 예에서는 M=8로서, 4개의 LED와 4개의 펄스파를 이용한다.

펄스파들의 주기가 T이고, 펄스파들은 T/M 단위로 딜레이되고 있으므로, 펄스파들의 위상은 2π/M 단위로 차이가 나게 된다. 도 9의 예에서는 위상이 각각 0, 2π/M, 2*2π/M, 3*2π/M인 4개의 펄스파를 이용하고 있는데, 위상이 2π/M 단위로 차이나는 M개의 펄스파들 중에서 M/2개의 펄스파를 선택하되, 선택된 펄스파들 간의 위상차가 π가 되지 않도록 선택하면 된다. 즉, 본 발명에 의한 SM-PSK 방식은 위상이 서로 다르며 각 위상의 차이가 π가 아닌 M/2개의 펄스파를 이용한다. 여기서 펄스파들 각각의 위상은 p*2π/M이고, p는 0부터 (M-1)까지의 정수 중 M/2개가 선택된다. 일 실시예에서 p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수로 선택될 수 있다.

순서가 정해진 M/2개의 광원들이, 주기가 동일하고 듀티비가 1/2이고 위상이 2π/M 단위로 서로 다르고 각 위상차가 π가 아닌 순서가 정해진 서로 다른 M/2개의 펄스파에 의해 점멸되고 있으므로, 한 순간에 이 M/2개의 광원들을 촬영한 하나의 이미지로부터 현재 펄스파가 시간축상에서 한 주기 T 내의 어느 시점에 있는지를 T/M 단위로 알 수 있다. 도 9에 도시된 예를 살펴보면, 촬영된 이미지의 광원들의 점멸 상태를 이진수로 나타내면 0111이며, 따라서 한 주기 T를 T/M 단위로 구분한 시간구간 중 다섯 번째 구간에서 촬영되었다는 것을 알 수 있다. 이렇게 이미지 센서에 의해 촬영된 M/2개의 광원들의 점멸상태에 의해 결정되는, 한 주기상의 시점을 나타내는 1부터 M까지의 정수값을 '공간 위상(spatial phase)'이라고 하고 S_Phase로 표시한다.

예를 들면, M=8인 경우 광원들의 점멸상태에 따른 공간 위상은 표 7과 같이 정의될 수 있다.

표 7을 살펴보면, M개의 광원들의 점멸상태를 이진수로 나타내면, 주기가 M이고 듀티비가 1/2인 이진 데이터의 반 주기에 해당하는 값이 됨을 알 수 있다. 표 7에서는 이러한 이진수의 위상이 바로 공간 위상이 되도록 정의하였으나 다른 순서로 정의할 수도 있다.

변조기(310)는 이진 데이터 신호를 입력받고, 이를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이(global phase shift) 신호로 변환한다. 전역 위상천이 신호는 데이터 신호 그룹을 위상변조하기 위한 신호로서, 데이터 신호 그룹 내의 모든 펄스파들은 전역 위상천이 신호의 값에 따라 동일하게 위상이 변경된다.

변조기(310)는 입력받은 이진 데이터 신호를 k비트씩 그룹화하여 0부터 (M-1)=(2^k-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이 신호로 변환할 수 있으며, 예를 들면 M=8, k=3일 때 변조기(310)는 표 8에 따라 이진 데이터 신호를 전역 위상천이 신호로 변환할 수 있다.

변조기(310)는 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성한다. 변조기(310)는 기준 신호 그룹을 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성한다. 이때 데이터 신호 그룹은 기준 신호 그룹보다 전역 위상천이 신호의 값에 따라 위상이 앞서게 된다. 예를 들어 전역 위상천이 신호의 값이 5이면, 데이터 신호 그룹 내의 각 펄스파 신호는 기준 신호 그룹 내의 각 펄스파 신호보다 5*2π/M 만큼 위상이 앞서게 된다.

송신기(320)는 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라 기준 광원 그룹(710)의 광원들 각각을 점멸시키고, 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라 데이터 광원 그룹(720)의 광원들 각각을 점멸시킨다.

수신기(410)는 이미지 센서(411)로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신한다. 복조기(430)는 수신된 이미지들상의 기준 광원 그룹 및 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 검출하고, 각 광원 그룹의 점멸 상태를 공간 위상으로 변환한다. 즉, 복조기(430)는 정해진 규칙에 따라 기준 광원 그룹의 점멸 상태를 기준 공간 위상으로 변환하고, 동일한 규칙에 따라 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 데이터 공간 위상으로 변환한다. 변환 규칙은 예를 들면 표 7에 따를 수 있다.

복조기(430)는 데이터 공간 위상과 기준 공간 위상의 차에 의해 공간 위상천이(spatial phase shift)를 구한다. 공간 위상천이는 0부터 (M-1)까지의 정수값을 가지며, S_Phase_Shift로 표시한다. 예를 들어 도 10과 같이 데이터 공간 위상이 6이고 기준 공간 위상이 3이면 공간 위상천이는 3이 된다. 이러한 데이터 광원 그룹과 기준 광원 그룹의 점멸 상태에 의해 얻어진 공간 위상천이는 데이터 광원 그룹과 기준 광원 그룹 간의 위상차, 즉 전역 위상천이와 같게 된다. 복조기(430)는 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환함으로써 송신측에서 전송한 데이터 신호를 얻을 수 있다. 공간 위상천이가 0부터 (M-1)=(2^k-1)까지의 값을 가지는 경우 복조기(430)는 공간 위상천이를 k비트의 이진 데이터로 변환할 수 있다. 예를 들면 M=8, k=3일 때 복조기(430)는 표 9에 따라 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환할 수 있다.

일 실시예에서, 복조기(430)는 긴 노출 시간에 의한 샘플링 오류를 정정하기 위하여 표 7과 같이 정의된 규칙 대신 표 10과 같은 재정의된 규칙에 따라 각 광원 그룹의 점멸 상태를 공간 위상으로 변환할 수 있다. 표 10에서 x는 긴 노출 시간에 의해 잘못 샘플링된 이미지상의 광원의 불명확한 점멸 상태를 나타낸다. 이러한 재정의에 의해 데이터 속도(data rate)의 감소는 없다. 표 10에 따른 복조의 예가 도 11에 도시돼 있다. M이 8 이외인 경우에도 이런 식으로 규칙을 재정의할 수 있음은 물론이다. 추가적으로 IEE 802.15.7 VLC 표준에 따라 외부(outer) FEC 코드를 사용하거나, 단순히 반복 코드를 사용할 수 있다.

3비트 심벌 클럭율을 10Hz로 하면 통상적인 30fps 카메라에서 다수결(majority voting)이 가능해진다. S8-PSK 방식의 디밍(dimming)은 진폭 변조를 통해 달성할 수 있다. 진폭 디밍의 장점은 디밍을 수행하면서도 데이터율이 유지된다는 점이나, 하드웨어 지원을 필요로 한다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체, 광학적 판독 매체 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송) 등 모든 저장매체를 포함한다.

지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

변조기가 이진 데이터 신호를 입력받는 단계;
상기 변조기가 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이(global phase shift) 신호로 변환하는 단계 - M은 4 이상의 짝수;
상기 변조기가, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하는 단계 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수;
상기 변조기가 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하는 단계;
송신기가 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계; 및
상기 송신기가 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 이진 데이터 신호를 전역 위상천이 신호로 변환하는 단계는,
상기 이진 데이터 신호를 k비트씩 그룹화하여 0부터 (M-1)=(2^k-1)까지의 정수값을 갖는 상기 전역 위상천이 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
제2항에 있어서,
상기 k는 3이고, 상기 변환하는 단계는 다음 표에 따르는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
수신기가 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계;
복조기가 상기 이미지들상의 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹 및 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 검출하는 단계 - M은 4 이상의 짝수;
상기 복조기가 소정의 규칙에 따라 상기 기준 광원 그룹의 점멸 상태를 기준 공간 위상으로 변환하는 단계 - 상기 기준 공간 위상은 1부터 M까지의 정수;
상기 복조기가 상기 소정의 규칙에 따라 상기 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 데이터 공간 위상으로 변환하는 단계 - 상기 데이터 공간 위상은 1부터 M까지의 정수;
상기 복조기가 상기 데이터 공간 위상과 상기 기준 공간 위상의 차에 의해 공간 위상천이를 구하는 단계 - 상기 공간 위상천이는 0부터 (M-1)까지의 정수; 및
상기 복조기가 상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
제4항에 있어서,
상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들은,
주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹에 따라 점멸하며 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수,
상기 데이터 광원 그룹의 M/2개의 광원들은,
상기 기준 신호 그룹을 소정의 값만큼 위상천이시킨 데이터 신호 그룹에 따라 점멸하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
제4항에 있어서,
상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들은,
주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹에 따라 점멸하며 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수,
상기 데이터 광원 그룹의 M/2개의 광원들은,
상기 기준 신호 그룹을 소정의 값만큼 위상천이시킨 데이터 신호 그룹에 따라 점멸하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
제4항에 있어서,
상기 기준 광원 그룹의 M/2개의 광원들의 점멸 상태 및 상기 기준 데이터 그룹의 M/2개의 광원들의 점멸 상태는 각각 M/2비트의 이진수를 나타내며,
상기 M/2비트의 이진수는, 주기가 M이고 듀티비가 1/2인 이진 데이터의 반 주기에 해당하는 값을 가지며,
상기 소정의 규칙은 상기 이진수의 위상을 공간 위상으로 결정하는 것임을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
제4항에 있어서,
상기 M은 8이고,
상기 소정의 규칙은 다음 표에 따르는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
제4항에 있어서,
상기 M은 8이고,
상기 소정의 규칙은 다음 표에 따르는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
제4항에 있어서,
상기 공간 위상천이는 0부터 (2^k-1)까지의 정수 값을 가지며,
상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 단계는,
상기 공간 위상천이를 k비트의 이진 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
제10항에 있어서,
상기 k는 3이고, 상기 변환하는 단계는 다음 표에 따르는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 방법.
변조기가 이진 데이터 신호를 입력받는 단계;
상기 변조기가 상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이(global phase shift) 신호로 변환하는 단계 - M은 4 이상의 짝수;
상기 변조기가, 주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하는 단계 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수;
상기 변조기가 상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하는 단계;
송신기가 상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계; 및
상기 송신기가 상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 방법.
변조기; 및 송신기를 포함하며,
상기 변조기는,
이진 데이터 신호를 입력받고,
상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이 신호로 변환하고 - M은 4 이상의 짝수,
주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다르며, 각 위상의 차이가 π가 아닌, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하고 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M-1)까지의 정수,
상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하며,
상기 송신기는,
상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키고,
상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 장치.
변조기; 및 송신기를 포함하며,
상기 변조기는,
이진 데이터 신호를 입력받고,
상기 이진 데이터 신호를 0부터 (M-1)까지의 정수값을 갖는 전역 위상천이 신호로 변환하고 - M은 4 이상의 짝수,
주기가 동일하고, 듀티비가 1/2이고, 위상이 서로 다른, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 기준 신호 그룹을 생성하고 - 상기 위상은 p*2π/M, p는 0부터 (M/2-1)까지의 정수,
상기 기준 신호 그룹을 상기 전역 위상천이 신호에 따라 위상천이시킨, 순서가 정해진 M/2개의 펄스파 신호를 포함하는 데이터 신호 그룹을 생성하며,
상기 송신기는,
상기 기준 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키고,
상기 데이터 신호 그룹의 각 펄스파 신호에 따라, 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 광원들 각각을 점멸시키는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 송신 장치.
수신기; 및 복조기를 포함하며,
상기 수신기는, 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고,
상기 복조기는,
상기 이미지들상의 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 기준 광원 그룹 및 순서가 정해진 M/2개의 광원들을 포함하는 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 검출하고 - M은 4 이상의 짝수,
소정의 규칙에 따라 상기 기준 광원 그룹의 점멸 상태를 기준 공간 위상으로 변환하고 - 상기 기준 공간 위상은 1부터 M까지의 정수,
상기 소정의 규칙에 따라 상기 데이터 광원 그룹의 점멸 상태를 데이터 공간 위상으로 변환하고 - 상기 데이터 공간 위상은 1부터 M까지의 정수,
상기 데이터 공간 위상과 상기 기준 공간 위상의 차에 의해 공간 위상천이를 구하고 - 상기 공간 위상천이는 0부터 (M-1)까지의 정수,
상기 공간 위상천이를 이진 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 SM-PSK 광학 무선 수신 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.