KR20180004927A - 가시광통신의 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

가시광통신의 신호 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

가시광 조명을 사용하여 통신 신호를 송수신하기 위한 통신 신호를 발생시키고 수신하는 방법 및 장치가 제공된다. 가시광 통신 신호 송신기가 가시광 신호를 발생시키는 방법은, 둘 이상의 기 설정된 펄스 간격 중에서 전송할 코드에 대응하는 펄스 간격을 선택하는 단계와, 상기 선택된 펄스 간격 내에서 펄스 폭을 결정하는 단계와, 상기 선택된 펄스 간격 내의 시작점으로부터 상기 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 선택된 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 선택된 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 파장의 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

Description

가시광통신의 신호 송수신 방법 및 장치{Method for generating and receiving signal in visible light communication and apparatus thereof}
본 발명은 가시광 조명을 사용하여 통신 신호를 송수신하기 위한 통신 신호를 변조 또는 복조하여 신호를 발생시키고 수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light-emitting diode, LED)를 광원으로 이용한 조명기기의 보급이 확대됨에 따라, LED 조명 기기와 통신을 할 수 있는 가시광 무선 통신(Visible Light Communication, VLC) 기술이 소개되고 있다. 가시광통신은 가시광대역 파장의 가지는 광에 데이터를 실어 송수신하는 통신의 한 방법으로써 LI-FI(Light-Fidelity)라고도 언급될 수 있다.
가시광통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신 기술 및 적외선 무선 통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광통신 기술은 무선 주파수(Radio Frequency) 통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있다. 또한 기존 통신방식에 비해 보다 빠른 전송 속도를 가질 수 있다.
다만 가시광통신은 통신 파장이 고체 물질을 통과하기 어렵고 전송 매체인 공간에서 날씨나 주변 광 노이즈로 인한 왜곡 등으로 신호 전송에 장애가 발생하기 쉬운 단점이 있다. 이러한 가시광통신에 있어서, LED(Light Emitting Diode)가 다른 광원에 비해 통신 대역폭이 크고 실내외에서 많이 적용되고 있어 가시광통신의 광원으로 주로 적용되고 있다.
광 통신에 있어서 송신기는 디지털 신호를 변조하여 광원을 통해 광을 방출하여 신호를 전송하는 장치이고, 수신기는 송신기에서 방출된 광을 집적하여 수신된 광 신호를 원 데이터로 복원하는 장치이다.
송신기에서 광원을 통해 광신호를 출력하기 위해 1 또는 0의 디지털 신호에 따라서 광원을 온/오프(on/off)시켜서 광신호로 만드는 방식인 OOK(On-Off Keying)가 가시광통신에서 이용될 수 있으며, 다양한 변조방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, PPM(Pulse-Position Modulation), FSK(Frequency-Shift Keying) 또는 OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 등 다양한 변조방식이 적용될 수 있다.
또한, 일반적인 통신 시스템은 송신된 신호를 안정적으로 복조하기 위하여 동기화 신호와 같은 실제 데이터를 포함하지 않는 신호들을 포함하여 전송 프레임을 구성하게 된다. 그러나 이와 같은 경우 실제 데이터와 무관한 신호를 송신해야 하므로 전송 속도의 감소와 광원에서 소모하는 에너지의 낭비가 발생하게 된다.
또한, 가시광통신에서 사용되는 광원의 경우 신호 송수신의 목적뿐만 아니라 조명으로도 이용될 수 있는데, 해당 광원이 가시광통신을 수행하는 경우 조명의 조도 조절 등 조명으로써의 기능을 활용하기 어려운 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1618003호
본 명세서에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 주변의 노이즈 광원들에 보다 강인한(robust) 가시광통신의 변/복조 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서에서는 전송 속도의 감소와 에너지 낭비의 문제를 개선할 수 있는 가시광통신의 변/복조 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서에서는 가시광통신에 이용되는 광원이 조도조절과 같은 조명으로써의 기능을 수행할 수 있도록 하는 가시광통신의 변/복조 방법 및 장치를 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시 예에 따른 가시광 통신 신호 송신기가 가시광 신호를 발생시키는 방법에 있어서, 둘 이상의 기 설정된 펄스 간격 중에서 전송할 코드에 대응하는 펄스 간격을 선택하는 단계와, 상기 선택된 펄스 간격 내에서 펄스 폭을 결정하는 단계와, 상기 선택된 펄스 간격 내의 시작점으로부터 상기 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 선택된 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 선택된 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 파장의 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 폭을 결정하는 단계는 상기 펄스 신호에 따라 가시광을 방출하는 조명의 조도 설정에 기초하여 상기 펄스 폭을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 폭을 결정하는 단계는 상기 조명의 조도 설정에 기초하여 상기 펄스 간격 대비 상기 펄스 폭의 비율을 결정하는 단계 및 상기 결정된 펄스 간격 및 상기 결정된 비율에 기초하여 상기 펄스 폭을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 폭을 결정하는 단계는 상기 조명의 조도 설정에 비례하여 상기 펄스 폭이 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 간격을 결정하는 단계는 상기 코드에 대응하는 코드 값을 결정하는 단계; 기 설정된 시간을 의미하는 단위 구간과 상기 코드 값의 곱을 상기 펄스 신호의 발생이 종료된 시점부터 상기 다음 코드에 대응하는 펄스 신호가 발생하는 시점까지의 기간인 펄스 공백 구간으로 결정하는 단계; 및 상기 펄스 폭과 상기 펄스 공백 구간의 합을 상기 펄스 간격으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 간격은 아래 수식에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, TI는 펄스 간격이며, n는 코드 값이고, TU는 기준 펄스 폭을 의미한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시 예에 따른 가시광 통신 신호 수신기가 가시광 신호를 수신하는 방법은, 펄스 간격 내의 시작점으로부터 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 신호를 획득하는 단계; 상기 획득된 가시광 신호로부터 변환된 전기 신호로부터 펄스 신호의 시작점을 결정하는 단계; 상기 펄스 신호의 시작점으로부터 다음 펄스 신호의 시작점까지의 구간인 펄스 간격을 결정하는 단계; 및 상기 펄스 간격에 대응하는 코드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 다른 일 실시 예에 따른 가시광통신의 복조 방법은, 별도의 시작 비트(start bit) 및 종결 비트(end bit) 없이 펄스의 시작점을 기준점으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시 예에 따른 가시광통신 신호 송신기는, 둘 이상의 기 설정된 펄스 간격 중에서 전송할 코드에 대응하는 펄스 간격을 선택하고, 상기 선택된 펄스 간격 내의 펄스 폭을 결정하고, 상기 펄스 간격 내의 시작점으로부터 상기 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 파장의 신호를 발생시키는 변조기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시 예에 따른 가시광통신 신호 수신기는, 펄스 간격 내의 시작점으로부터 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 신호를 획득하는 광 집적부 및 획득된 가시광 신호로부터 변환된 전기 신호로부터 펄스 신호의 시작점 및 상기 펄스 신호의 시작점으로부터 다음 펄스 신호의 시작점까지의 구간인 펄스 간격을 결정하고, 상기 펄스 간격에 대응하는 코드를 결정하여 데이터를 복조하는 복조기를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 주변의 노이즈 광원들에 보다 강인한(robust) 가시광통신을 통해 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면 가시광통신의 전송 속도를 향상시키고 신호의 송수신에 소모되는 에너지를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면 가시광통신에 이용되는 광원이 조도 조절 등 조명의 기능을 수행할 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가시광통신 시스템의 구조를 간단히 도시한 블록도이다.
도 2는 펄스 위치 변조 방법에 기초하여 변조된 변조 펄스의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 변조 펄스의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 신호의 변조 프로세스를 도시한 순서도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 네 가지 코드에 대한 변조 펄스의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 펄스 공백 구간이 상이한 두 가지 실시 예에 따른 변조 펼스의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따라 조명의 조도 변경을 위한 변조 펄스의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 가시광통신을 이용하여 센서 네트워크를 구성한 예시를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 가시광통신을 이용한 모니터링 시스템을 도시한 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가시광통신 시스템의 구조를 간단히 도시한 블록도이다.
일 실시 예에 따른 가시광통신 시스템은 데이터 소스(10)를 가시광 신호(20)에 실어서 송신하는 송신단(100) 및 가시광 신호(20)를 수신하여 복원 데이터(10')를 획득하는 수신단(200)을 포함할 수 있다.
송신단(100)은 데이터 소스(10)를 가시광 신호(20)로 출력하여 송신할 수 있도록 변조하는 변조기(110), 변조기(110)에 의해 변조된 신호를 광원이 출력하도록 광원을 구동하는 광원 구동기(120) 및 광원 구동기(120)의 제어에 따라 가시광 신호(20)를 출력하는 광원(130)을 포함할 수 있다. 광원(130)은 적어도 하나의 LED(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
수신단(200)은 가시광 신호(20)를 수광 센서(220)에 집적하는 광 집적부(210), 가시광 신호(20)를 감지하여 전기 신호(230)로 변환하는 수광 센서(220) 및 수광 센서(220)에 의해 생성된 전기 신호(230)를 복원 데이터(10')로 복조하는 복조기(240)를 포함할 수 있다.
도 2는 펄스 위치 변조 방법에 기초하여 변조된 변조 펄스의 예를 도시한 도면이다.
펄스 위치 변조(Pulse-Position Modulation; PPM)는 코드에 따라 기준 시점에서 일정하게 떨어진 시점에 펄스를 발생시키는 방식이다. 도 2의 (b)는 2PPM 방식에 따라 코드 1010011100101101를 변조한 신호이다. 2PPM이란 2개의 다른 펄스 위치에 따라 0 및 1의 코드를 정하는 방식으로 맨체스터 코딩이라고도 한다. 또한, 도 2의 (a)는 동일한 코드 1010011100101101를 4PPM 방식에 따라 변조한 신호이다. 4PPM이란 4개의 다른 펄스 위치에 따라 00, 01, 10, 11의 코드를 정하는 방식이다.
2PPM 방식에 따르면, 코드 0은 기준 시점에서 펄스가 발생하고, 코드 1은 기준위치로부터 0.5T 시간 후에 펄스가 발생하도록 함으로써 신호를 변조할 수 있다.
4PPM 방식에 따르면, 코드 00은 기준 시점에서 펄스가 발생하고, 01은 기준위치로부터 0.5T 시간 후에 펄스가 발생하고, 코드 10은 기준위치에서 T시간후에 펄스가 발생하며, 코드 11은 기준위치에서 1.5T 시간 후에 펄스가 발생하도록 함으로써 신호를 변조할 수 있다.. 여기서 T는 기본 펄스의 주기를 의미한다.
여기서, 펄스 위치 변조 방식의 코드를 복조하기 위해서는 데이터 코드의 시작점과 끝 지점을 표시하기 위하여 시작 비트(start bit)와 종결 비트(end bit)를 포함하도록 신호를 변조하여야 하므로, 시작 비트와 종결 비트로 인해 보다 많은 신호를 전송해야 하므로 신호의 전송 속도가 감소하게 되고 에너지 소모가 증가하게 된다.
도 3은 일 실시 예에 따른 변조 펄스의 구성을 도시한 도면이다.
일 실시 예에 따른 변조 신호(300)는 펄스가 발생하는 구간인 펄스 폭(Pulse Width; PW), 펄스가 발생하지 않는 구간인 펄스 공백 구간(Pulse Space; PS), 펄스 폭(PW)과 펄스 공백 구간(PS)을 합한 구간이자 펄스와 펄스 사이의 간격을 의미하는 펄스 간격(Pulse Interval; PI)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라 변조 신호(300)를 생성하는 변조 프로세스는 도 4에 도시된 바와 같은 단계들을 포함하여 구성될 수 있다. 도 4는 일 실시 예에 따른 신호의 변조 프로세스를 도시한 순서도이다.
먼저, 변조기는 펄스 간격을 결정할 수 있다(S410). 여기서, 변조기는 전송할 코드에 따라서 그에 대응하는 펄스 간격(PI)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 변조기는 전송할 코드가 00인 경우 펄스 간격(PI)을 2TU로 결정하고, 전송할 코드가 01인 경우 펄스 간격(PI)을 3TU로 결정하고, 전송할 코드가 10인 경우 펄스 간격(PI)을 4TU로 결정하고, 전송할 코드가 11인 경우 펄스 간격(PI)을 5TU로 결정할 수 있다. 여기서 TU는 기 설정된 시간을 의미하는 단위 구간 내지 주기를 의미할 수 있다.
여기서, 일 실시 예에 따르면, 펄스 간격(PI)을 결정하기 위해 변조기는 복수의 기 설정된 펄스 간격(PI)들 중에서 전송하고자 하는 코드에 대응하는 펄스 간격(PI)을 선택할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 펄스 간격(PI)들이 0.2ms, 0.3ms, 0.4ms, 0.5ms 인 경우, 변조기는 전송할 코드가 00인 경우 0.2ms를 선택하고, 전송할 코드가 01인 경우 0.3ms를 선택하고, 전송할 코드가 10인 경우 0.4ms를 선택하고, 전송할 코드가 11인 경우 0.5ms를 선택할 수 있다.
일 실시 예를 들면, S410 단계에서, 변조기는 코드에 따른 코드 값을 결정할 수 있다. 이후, 변조기는 기 설정된 단위 구간과 결정된 코드 값의 곱을 펄스 공백 구간(PS)으로 결정할 수 있다. 여기서 코드 값은 단위 코드에 대응하는 값으로 임의로 설정될 수 있다. 예를 들어, 00 코드에 대응하는 코드 값은 1이고, 01 코드에 대응하는 코드 값은 2이고, 10 코드에 대응하는 코드 값은 3이고, 11 코드에 대응하는 코드 값은 4일 수 있다. 따라서, 펄스 간격은 아래 수학식 1에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, TI는 펄스 간격(PI)의 크기를 의미하며, n은 코드 값을 의미하고, TU는 단위 구간을 의미한다.
이후, 변조기는 펄스 공백 구간(PS)과 펄스 폭(PW)의 합을 펄스 간격(PI)로 결정할 수 있다. 여기서, 펄스 폭(PW)은 기 설정된 단위 구간과 동일할 수 있다. 다만, 이후 S420 단계에서 펄스 공백 구간(PS)내에서의 펄스 폭(PW)과 펄스 공백 구간(PS)의 비율은 변경될 수 있다.
이후, 변조기는 결정된 펄스 간격(PI) 이내에서 펄스 폭(PW)을 결정할 수 있다(S420). 여기서, 펄스 간격(PI) 이내에서 펄스 폭(PW)이 차지하는 비율이 높을수록 변조된 신호를 출력하는 광원이 가시광을 방출하는 시간이 길어지게 되므로 광원의 조도가 높아지게 된다. 따라서, 일 실시 예에 따르면 변조기는 조명의 조도 설정에 기초하여 펄스 폭(PW)을 결정할 수 있다. 즉, 조명의 조도를 높게 설정할수록 변조기는 펄스 간격(PI) 내에서 펄스 폭(PW)이 차지하는 비율이 높아지도록 할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 펄스 폭(PW)은 조명의 조도 설정에 따른 조도가 증가하면 해당 조도 비례하여 증가할 수 있다. 이를 위하여, 변조기는 조명의 조도 설정에 기초하여 펄스 간격(PI) 대비 펄스 폭(PW)의 비율을 결정하고, 결정된 비율을 펄스 간격(PI)에 곱함으로써 펄스 폭을 결정할 수 있다.
이후, 변조기는 결정된 펄스 폭에 따라서 펄스를 발생시킬 수 있다(S430). 이후, 펄스에 대응하는 코드가 마지막 코드인 경우(S440), 변조기는 변조 프로세스를 종료할 수 있다. 만일 펄스에 대응하는 코드 이후에 전송해야 하는 코드가 남아 있는 경우(S440), 변조기는 S430 단계에서 펄스를 발생시키기 시작한 시점에서부터 펄스 간격(PI)에 해당하는 기간이 경과한 후(S450), 다음 코드를 전송하기 위해 S410 단계부터 프로세스를 다시 진행할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 프로세스에 따라서 송신기가 가시광 신호를 발생시키면, 수신기는 가시광 신호를 광 집적부를 통해 집적함으로써 획득할 수 있다. 획득된 가시광 신호를 수광 센서가 전기 신호로 변환하면, 변조부는 전기 신호로부터 펄스 신호의 시작점을 결정할 수 있다. 변조부는 펄스 신호의 시작점으로부터 다음 펄스 신호의 시작점까지의 구간인 펄스 간격을 결정하고, 펄스 간격에 대응하는 코드를 결정함으로써 획득된 가시광 신호를 디지털 데이터로 복조할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 네 가지 코드에 대한 변조 펄스의 예를 도시한 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 도 5의 (a)는 00 코드에 대응하는 변조 펄스일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 변조기는 00 코드를 송신하고자 하는 경우 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 펄스 간격(PI)이 2TU이고, 펄스 폭은 1TU이고, 펄스 공백 구간이 1TU가 되도록 펄스를 발생시킬 수 있다. 도 5의 (b)는 01 코드에 대응하는 변조 펄스일 수 있다. 변조기는 01 코드를 송신하고자 하는 경우 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 펄스 간격(PI)이 3TU이고, 펄스 폭은 1TU이고, 펄스 공백 구간이 2TU가 되도록 펄스를 발생시킬 수 있다. 도 5의 (c)는 10 코드에 대응하는 변조 펄스일 수 있다. 변조기는 10 코드를 송신하고자 하는 경우 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 펄스 간격(PI)이 4TU이고, 펄스 폭은 1TU이고, 펄스 공백 구간이 3TU가 되도록 펄스를 발생시킬 수 있다. 도 5의 (d)는 11 코드에 대응하는 변조 펄스일 수 있다. 변조기는 11 코드를 송신하고자 하는 경우 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 펄스 간격(PI)이 5TU이고, 펄스 폭은 1TU이고, 펄스 공백 구간이 4TU가 되도록 펄스를 발생시킬 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 펄스의 구성은 일 실시 예를 설명하기 위한 것이며, 실시 예에 따라서 변경될 수 있다.
도 6은 펄스 공백 구간이 상이한 두 가지 실시 예에 따른 변조 펼스의 예를 도시한 도면이다.
실시 예에 따라서, 펄스 공백 구간(PS)을 결정하는 단위 구간(TU)의 크기는 변경될 수 있다. 도 6의 (a)는 단위 구간이 1TU인 경우에 코드 10100111을 변조한 펄스 신호의 예시이며, 도 6의 (b)는 단위 구간이 1TU인 경우의 코드 10100111을 변조한 펄스 신호의 예시이다. 실시 예에 따라서 변조기는 도 6에 도시된 바와 같이 단위 구간을 변경함으로써 도 6의 (a) 및 (b)와 같이 변조된 펄스 신호의 길이를 조정할 수도 있다.
도 7은 일 실시 예에 따라 조명의 조도 변경을 위한 변조 펄스의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 따른 변조기는 펄스 간격(PI) 내에서 펄스 폭(PW)의 크기에 따라서 송신기에서 출력되는 가시광의 조도를 조절할 수 있다. 즉, 송신기에서 가시광을 출력하는 광원을 조명으로 이용함에 있어서, 조명의 조도 설정에 따라서 변조기는 펄스 폭(PW)의 크기를 조절할 수 있다. 도 7을 참조하면, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 모두 10 코드를 변조한 펄스 신호이다. 여기서 도 7의 (a)는 조도가 낮은 경우의 펄스 신호이고, 도 7의(b)는 조도가 높은 경우의 펄스 신호이다. 펄스 폭(PW)이 클수록 신호 송신을 위해 광원이 ON 되어 있는 시간이 길어지므로, 광원을 통해 출력되는 조명의 조도가 높아질 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)와 같은 펄스 신호에 기초하여 10 코드를 전송하는 경우에 비해 도 7의 (b)와 같은 펄스 신호에 기초하여 10 코드를 전송하는 경우가 조명의 조도가 9배 더 높을 수 있다.
여기서, 전송하는 코드에 따라서 펄스 폭(PW)을 조정할 수 있는 범위가 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이 10 코드를 전송하는 경우 펄스 폭(PW)이 0.2TU에서부터 3.8TU 범위 이내에서 조정될 수 있고, 00 코드를 전송하는 경우에는 펄스 폭(PW)은 0.2TU에서부터 1.8TU 범위 이내에서 조정될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 아니한다.
도 8은 일 실시 예에 따른 가시광통신을 이용하여 센서 네트워크를 구성한 예시를 도시한 도면이다.
일 실시 예에 따른 가시광통신을 통해 가시광신호(830)를 출력하는 LED 조명과, LED 조명을 제어하는 조명 제어기(도시되지 않음)와, 각종 센서들(821, 822) 및 가시광 수신기(840)를 이용하여 센서 네트워크를 구성할 수 있다. 이와 같은 센서 네트워크를 구성함으로써 식물공장 등에서 식물에 조명을 제공하는 조명을 이용하여 여러 센서 정보를 수집하고 송수신할 수 있도록 할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 가시광통신을 이용한 모니터링 시스템을 도시한 개념도로서, 일 실시 예에 따른 가시광통신을 이용함으로써 정보를 감지하는 디바이스(910)로부터 가시광신호(920)를 통해 스마트폰과 같은 모바일기기(930)가 정보를 수집하여 여러 센싱 정보들을 모니터링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 송신기
110: 변조기
120: 광원 구동기
130: 광원
200: 수신기
210: 광 집적부
220: 수광 센서
230: 전기 신호
240: 복조기
PW: 펄스 폭
PS: 펄스 공백 구간
PI: 펄스 간격

Claims (10)

  1. 가시광 통신 신호 송신기가 가시광 신호를 발생시키는 방법에 있어서,
    둘 이상의 기 설정된 펄스 간격 중에서 전송할 코드에 대응하는 펄스 간격을 선택하는 단계;
    상기 선택된 펄스 간격 내에서 펄스 폭을 결정하는 단계;
    상기 선택된 펄스 간격 내의 시작점으로부터 상기 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 선택된 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 선택된 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 파장의 신호를 발생시키는 단계를 포함하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 폭을 결정하는 단계는,
    상기 펄스 신호에 따라 가시광을 방출하는 조명의 조도 설정에 기초하여 상기 펄스 폭을 결정하는 것을 특징으로 하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 폭을 결정하는 단계는,
    상기 조명의 조도 설정에 기초하여 상기 펄스 간격 대비 상기 펄스 폭의 비율을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 펄스 간격 및 상기 결정된 비율에 기초하여 상기 펄스 폭을 결정하는 단계를 포함하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 폭을 결정하는 단계는,
    상기 조명의 조도 설정에 비례하여 상기 펄스 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 간격을 선택하는 단계는,
    상기 코드에 대응하는 코드 값을 결정하는 단계;
    기 설정된 시간을 의미하는 단위 구간과 상기 코드 값의 곱을 상기 펄스 신호의 발생이 종료된 시점부터 상기 다음 코드에 대응하는 펄스 신호가 발생하는 시점까지의 기간인 상기 펄스 공백 구간으로 결정하는 단계; 및
    상기 펄스 폭과 상기 펄스 공백 구간의 합을 상기 펄스 간격으로 결정하는 단계;를 포함하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 펄스 간격은,
    아래 수식에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 가시광통신의 신호 발생 방법.
    Figure pat00003

    여기서, TI는 펄스 간격이며, n는 코드 값이고, TU는 기준 펄스 폭을 의미한다.
  7. 가시광 통신 신호 수신기가 가시광 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    펄스 간격 내의 시작점으로부터 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 신호를 획득하는 단계;
    상기 획득된 가시광 신호로부터 변환된 전기 신호로부터 펄스 신호의 시작점을 결정하는 단계;
    상기 펄스 신호의 시작점으로부터 다음 펄스 신호의 시작점까지의 구간인 펄스 간격을 결정하는 단계; 및
    상기 펄스 간격에 대응하는 코드를 결정하는 단계를 포함하는, 가시광통신의 신호 수신 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가시광통신의 복조 방법은,
    별도의 시작 비트(start bit) 및 종결 비트(end bit) 없이 펄스의 시작점을 기준점으로 결정하는 단계를 더 포함하는 가시광통신의 신호 수신 방법.
  9. 둘 이상의 기 설정된 펄스 간격 중에서 전송할 코드에 대응하는 펄스 간격을 선택하고, 상기 선택된 펄스 간격 내의 펄스 폭을 결정하고, 상기 펄스 간격 내의 시작점으로부터 상기 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 파장의 신호를 발생시키는 변조기를 포함하는 가시광통신 신호 송신기.
  10. 펄스 간격 내의 시작점으로부터 펄스 폭에 해당하는 구간 동안 펄스 신호가 존재하고, 상기 펄스 간격 내에서 상기 펄스 폭에 해당하는 구간을 제외한 구간인 펄스 공백 구간 동안 펄스 신호가 존재하지 않으며, 상기 펄스 간격마다 상기 펄스 폭에 해당하는 크기의 하나의 펄스 신호가 존재하는 구조를 가지는 가시광 신호를 획득하는 광 집적부; 및
    획득된 가시광 신호로부터 변환된 전기 신호로부터 펄스 신호의 시작점 및 상기 펄스 신호의 시작점으로부터 다음 펄스 신호의 시작점까지의 구간인 펄스 간격을 결정하고, 상기 펄스 간격에 대응하는 코드를 결정하여 데이터를 복조하는 복조기를 포함하는 가시광통신 신호 수신기.

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