KR20220011675A - 광통신 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20220011675A
KR20220011675A KR1020217041481A KR20217041481A KR20220011675A KR 20220011675 A KR20220011675 A KR 20220011675A KR 1020217041481 A KR1020217041481 A KR 1020217041481A KR 20217041481 A KR20217041481 A KR 20217041481A KR 20220011675 A KR20220011675 A KR 20220011675A
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하랄드 울리치 하스
치홍 청
로저 제임스 브루크 젤리코
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퓨어라이파이 리미티드
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Abstract

광 무선 통신(OWC) 시스템은: 복수의 OWC 송신기 및 복수의 OWC 수신기를 포함하는 액세스 포인트(AP); 적어도 하나의 역반사기를 포함하는 스테이션(STA); 및 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고; 제어기는 OWC AP 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 적어도 하나의 역반사기에 의해 반사된 후 OWC AP 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 프로세싱 하도록 구성되고; 제어기는 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성된다.

Description

광통신 시스템 및 방법
본 발명은 광 무선 통신 시스템(optical wireless communication system), 예를 들어 LiFi 시스템에 관한 것이다.
현재 업계와 학계에서 무선 가상 현실(wireless virtual reality)(VR), 혼합 현실(mixed reality)(MR), 증강 현실(augmented reality)(AR) 및 고화질 TV(HD TV)에 상당한 관심이 있다. 부분적으로, 이러한 관심은 5G 네트워크와 클라우드 컴퓨팅이 제공하는 기회에 의해 주도되고 있다. 그러나, 현재의 VR 및 HD TV 시스템은 현재와 미래의 소비자에게 요구되는 '경험 품질(Quality of Experience)'(QoE)에 필요한 높은 처리량, 안정성 및 낮은 지연 시간의 무선 통신을 제공하는 시스템을 제공하지 못하는 등 여러 가지 문제와 기술적 병목 현상을 겪고 있을 수 있다.
VR 및 MR 시스템에서 낮은 지연 시간으로 다중 Gbps를 달성하기 위해 유선 및 무선의 다양한 솔루션이 제시되었다. 허용 가능한 사용자 검출 한계로 ~20ms의 지연 시간이 일반적으로 권장된다. 일부 참조에서는 일부 사람들은 100ms 지연 시간을 거의 알아차리지 못하는 반면 다른 사람들은 3-4ms 지연 시간을 감지할 수 있다고 결론지었다.
HD TV와 관련하여, 8k TV는 146Gbps의 데이터 레이트(data rate)가 필요하다. 16k 시스템과 같은 고해상도 시스템이 개발 중이다.
5G
5G를 사용하여, 버라이즌(Verizon), 보다폰(Vodafone) 및후아웨이(Huawei)(2018년 3월)는 5G가 향후 몇 년 동안 변화할 몇 가지 산업에 중점을 두고 낮은 지연 시간이 무선 비디오, 비디오 게임 및 VR을 근본적으로 개선하는 방법을 보여주었다. 그들은 0.1 ~ 5.0Gbps의 데이터 레이트에 대해 1 ~ 2ms의 지연 시간을 인용한다.
VR과 같은 무선 애플리케이션이 상업적으로 실행 가능하기 위해서, 다수의 모바일 장치에 대한 양방향 무선 송신인 초당 멀티 기가비트(Gbps)가 필요할 가능성이 높다. 이러한 장치는 송신기(transmitter)에 정렬되지 않을 수 있다.
제1 측면에서, 광 무선 통신(optical wireless communication)(OWC) 시스템이 제공되고, 이는:
복수의 OWC 송신기(transmitter) 및 복수의 OWC 수신기(receiver)를 포함하는 제1 장치;
적어도 하나의 반사기(reflector)를 포함하는 제2 장치; 및
제1 장치의 OWC 송신기 및/또는 OWC 수신기를 제어하도록 구성된 제어기(controller)를 포함하고;
제어기는 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후에 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 표현하는 데이터를 처리하도록 구성되고; 및
제어기는 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 OWC 송신기 및/또는 OWC 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성된다.
OWC 시스템은 제1 장치와 제2 장치 사이에 초당 멀티 기가비트, 양방향 무선 송신(bi-directional wireless transmission)을 제공할 수 있다.
적어도 하나의 반사기는 적어도 하나의 역반사기(retroreflector)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 역반사기는 적어도 하나의 솔리드 코너 큐브 역반사기(solid corner cube retroreflector)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 역반사기는 역반사 테이프(retroreflective tape), 노치 각도 역반사기, 중공 코너 큐브(hollow corner cube), 캣츠 아이(cat's eye), 솔리드 코너 큐브(solid corner cube), 볼 장착 중공 역반사기(ball mounted hollow retroreflector) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 장치는 액세스 포인트(access point)(AP)를 포함할 수 있다. 제1 장치는 실질적으로 고정되도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 고정된 위치를 점유하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 테이블, 선반, 벽, 천장 중 적어도 하나에 장착되도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 인공 현실(artificial realit)(AR), 혼합 현실(MR) 또는 증강 현실(AR) 시스템을 위한 제어 유닛의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다. 제1 장치는 AR, MR 또는 AR 콘텐츠를 제2 장치에 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 비디오, 오디오, 그래픽 중 적어도 하나를 제2 장치에 전달하도록 구성될 수 있다.
제1 장치는 네트워크 연결에 의해 네트워크에 연결될 수 있다. 네트워크는 인터넷, 월드와이드 에리어 네트워크(Wide Area Network)(WAN), 지역 에리어 네트워크(Local Area Network)(LAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크 연결은 유선 연결, 무선 연결, 광섬유 연결 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크 연결은 RF 연결, 광 연결 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크 연결은 표준 네트워킹 프로토콜(standard networking protocol)을 기반으로 할 수 있다. 제1 장치는 인터넷으로부터 데이터를 수신하고 인터넷으로부터 수신된 데이터를 제2 장치로 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 매시 OWC 채널을 사용하여 매시 OWC 네트워크의 적어도 하나의 추가 장치에 데이터를 송신하도록 추가로 구성될 수 있다. 매시 OWC 채널은 적외선 채널일 수 있다. 매시 OWC 채널의 파장은 제1 장치에서 제2 장치로의 송신에 사용되는 파장과 상이할 수 있다. 매시 OWC 채널의 파장은 제2 장치에서 제1 장치로의 투과 파장과 상이할 수 있다.
제1 장치는 제1 OWC 채널을 사용하여 데이터를 제2 장치로 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 OWC 채널은 다운링크 채널(downlink channel)일 수 있다. 제1 OWC 채널은 제1 적외선 채널(first infrared channel)을 포함할 수 있다. 제1 적외선 채널은 1550nm 부근의 파장을 가질 수 있다. 제1 적외선 채널은 850nm 부근의 파장을 가질 수 있다. 매시 네트워크(mesh network) 상에서의 송신을 위한 채널의 파장은 제1 적외선 채널의 파장과 상이할 수 있다.
제2 장치(second apparatus)는 스테이션(station)(STA)을 포함할 수 있다. 제2 장치는 모바일 장치(mobile device)의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다. 제2 장치는 인공 현실(AR), 혼합 현실(MR) 또는 증강 현실(AR) 시스템에서 사용하기 위한 모바일 장치의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다. 모바일 장치는 헤드마운트 디스플레이(head-mounted display)(HMD)를 포함할 수 있다. 모바일 장치는 안경 또는 고글을 포함할 수 있다. 모바일 장치는 보조 사용자 장치(ancillary user device)를 포함할 수 있다. 모바일 장치는 휴대용 제어기(handheld controller), 모의 무기(simulated weapon), 손 움직임 추적기(hand movement tracker), 손가락 움직임 추적기(finger movement tracker), 오디오 장치(audio device), 이어폰 세트, 조끼, 스포츠 시뮬레이터, 고정식 자전거(stationary bicycle), 의자, 플랫폼(platform), 가상화 장치(virtualizer), VR 어댑터, 게임 매트(gaming mat) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 모바일 장치는 컴퓨팅 장치, 예를 들어 랩톱 또는 태블릿을 포함할 수 있다. 모바일 장치는 모바일 폰을 포함할 수 있다. 모바일 장치는 텔레비전, 예를 들어 고화질 텔레비전(HD TV)을 포함할 수 있다. 모바일 장치는 사물 인터넷(IoT) 장치를 포함할 수 있다.
제2 장치는 제2 OWC 채널을 사용하여 데이터를 제1 장치로 송신하도록 구성될 수 있다. 제2 OWC 채널은 업링크 채널(uplink channel)일 수 있다. 제2 OWC 채널은 제2 적외선 채널(second infrared channel)을 포함할 수 있다. 제2 적외선 채널은 1550nm 부근의 파장을 가질 수 있다. 제2 적외선 채널은 850nm 부근의 파장을 가질 수 있다.
복수의 OWC 송신기는 제1 장치 상에 공간적으로 분포될 수 있다. 제1 장치의 OWC 수신기 각각이 제1 장치의 OWC 송신기 중 각각의 하나 이상의 부근에 위치되도록 제1 장치의 OWC 수신기은 제1 장치의 OWC 송신기과 연관될 수도 있다. 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 및 제1 장치의 복수의 OWC 수신기는 복수의 유닛으로서 배치될 수 있고, 각각의 유닛(unit)은 적어도 하나의 OWC 송신기 및 적어도 하나의 OWC 수신기를 포함한다. 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 및 제1 장치의 복수의 OWC 수신기는 복수의 유닛으로서 배치될 수 있고, 각각의 유닛은 하나의 OWC 수신기 및 복수의 OWC 송신기를 포함한다. 유닛은 반복 패턴으로 배치될 수 있다.
제1 장치의 OWC 송신기 각각은 투과된 광의 변조에 의해 데이터를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 각각의 광원(light source)은 레이저, 수직 동공 표면 발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)(VCSEL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각각의 광원의 시야는 6° 미만, 추가로 선택적으로 5° 미만, 추가로 선택적으로 4° 미만, 추가로 선택적으로 3° 미만, 추가로 선택적으로 2° 미만일 수 있다.
제1 장치의 OWC 송신기는 제1 유형의 송신기 및 제2의 상이한 유형의 송신기를 포함할 수 있다. 사용시, 제1 유형의 송신기는 제2 장치의 가능한 위치를 향해 지향될 수 있다. 제2 유형의 송신기는 제2 장치의 가능성이 덜한 위치를 향하여 지향될 수 있다. 제1 유형의 송신기는 제2 유형의 송신기와 상이한 시야, 예를 들어 더 큰 시야를 가질 수 있다. 제1 유형의 송신기는 제2 유형의 송신기와 상이한 감도, 예를 들어 더 높은 감도를 가질 수 있다. 제1 유형의 송신기는 제2 유형의 송신기와 상이한 데이터 레이트, 예를 들어 더 높은 데이터 레이트를 제공할 수 있다. 제1 유형의 송신기는 제2 유형의 송신기와 다른 구성을 가질 수 있다.
제1 장치의 OWC 수신기는 제1 장치의 OWC 송신기에 의해 송신되고 제2 장치에 의해 반사된 신호를 수신하도록 구성된 제1 유형의 OWC 수신기를 포함할 수 있다. 제1 유형의 OWC 수신기는 다운링크 채널일 수 있는 제1 OWC 채널을 통해 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 제2의 상이한 유형의 OWC 수신기의 OWC 수신기를 더 포함할 수 있다. 제2 유형의 OWC 수신기는 업링크 채널일 수 있는 제2 OWC 채널을 통해 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 유형의 OWC 수신기는 제2 장치로부터 직접 업링크 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 유형의 OWC 수신기는 제1 유형의 수신기보다 품질이 더 높을 수 있다. 제2 유형의 수신기의 OWC 수신기는 제1 유형의 수신기의 OWC 수신기보다 클 수 있다. 제2 유형의 수신기의 OWC 수신기는 제1 유형의 수신기의 송신기 및 수신기에 의해 점유되는 제1 장치의 영역 외부에 위치될 수 있다.
제1 장치의 OWC 수신기 각각은 싱글 포톤 아발란치 다이오드(Single-Photon Avalanche Diode)(SPAD), 아발란치 포토다이오드(Avalanche Photodiode)(APD), PIN 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 장치의 OWC 수신기 각각은 제1 파장의 광 및 제2의 상이한 파장의 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 파장은 제1 OWC 채널의 파장을 포함할 수 있다. 제2 파장은 제2 OWC 채널의 파장을 포함할 수 있다. 제1 장치는 반사된 업링크 신호와 다운링크 신호를 구별하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다.
제1 장치는 광의 제1 및 제2 파장을 수신하도록 구성된 필터를 포함할 수 있다. 필터는 노치 필터(notch filter)를 포함할 수 있다. 필터는 두 개의 수신 영역을 가질 수 있다.
제2 장치는 적어도 하나의 OWC 송신기를 포함할 수 있다. 제2 장치의 또는 각각의 OWC 송신기는 송신된 광의 변조에 의해 데이터를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 또는 각각의 광원은 레이저, 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 장치는 적어도 하나의 OWC 수신기를 포함할 수 있다. 제2 장치의 적어도 하나의 OWC 수신기는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신된 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 장치의 또는 각각의 OWC 수신기는 싱글 포톤 아발란치 다이오드(Single-Photon Avalanche Diode)(SPAD), 아발란치 포토다이오드(Avalanche Photodiode)(APD), PIN 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 장치의 적어도 하나의 OWC 송신기는 복수의 제2 OWC 송신기를 포함할 수 있다. 제2 장치의 적어도 하나의 OWC 수신기는 복수의 OWC 수신기를 포함할 수 있다. 제2 장치의 OWC 송신기 및/또는 제2 장치의 OWC 수신기는 제2 장치 상에 공간적으로 분포될 수 있다. 제2 장치의 OWC 송신기 및/또는 제2 장치의 OWC 수신기는 예를 들어 제2 장치의 모션(motion) 동안 시야의 커버리지를 제공하도록 분산될 수 있다. 시야는 예를 들어 90°를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 반사기는 제2 장치의 적어도 하나의 OWC 수신기 부근에서 제2 장치 상에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 반사기는 제2 장치의 적어도 하나의 OWC 수신기를 둘러싸는 복수의 반사기를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 반사기는 반사 시 신호를 제1 파장에서 제2 파장으로 변환하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 반사기는 신호를 제1 OWC 채널의 파장으로부터 제2 OWC 채널의 파장으로 변환하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 반사기는 파장 변환 물질(wavelength converting material)을 포함할 수 있다. 파장 변환 물질은 실리콘 게르마늄(silicon germanium)을 포함할 수 있다. 파장 변환 물질은 중적외선 신호를 근적외선 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 반사기는 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 신호에 대한 정보를 인코딩 하도록 구성된 인코딩 장치를 포함할 수 있다. 정보는 신원을 포함할 수 있다. 식별(identity)은 제2 장치의 식별일 수 있다. 인코딩 장치는 액정 디스플레이(LCD) 셔터 및 구동 회로를 포함할 수 있다. 인코딩 장치는 변조기(modulator)를 포함할 수 있다. 제1 장치는 적어도 하나의 반사기로부터 수신된 신호를 디코딩 하도록 구성된 디코딩 장치를 포함할 수 있다.
제어기는 적어도 하나의 OWC 신호를 사용하여 제2 장치의 사용자를 식별하도록 구성될 수 있다. 식별하는 단계(identifying)는 인코딩 장치에 의해 신호에 인코딩 된 디코딩 정보를 포함할 수 있다. 식별하는 단계는 전력 매트릭스 질의를 포함할 수 있다. 제어기는 식별에 기초하여 상이한 사용자에게 상이한 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
제어기는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 적어도 하나를 사용하여 신호를 제2 장치에 송신하도록 제1 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 연속적인 것을 사용하여 신호를 제2 장치에 송신하도록 제1 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 활성화 및/또는 비활성화는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 연속적인 것들로부터 송신된 반사 신호(reflected signal)를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초할 수도 있다. 프로세싱(processing)은 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 상이한 송신기에 의해 송신된 반사 신호를 비교하는 단계를 포함할 수도 있다.
제어기는 송신 순서에 따라 제1 장치의 다른 OWC 송신기로부터 신호를 순차적으로 송신할 수 있다. 송신 시퀀스는 제1 장치의 OWC 송신기 중 개별 송신기로부터 송신하는 단계를 포함할 수도 있다. 송신 시퀀스는 제1 장치의 OWC 송신기의 서브세트들로부터 송신하는 단계를 포함할 수도 있다. 송신 시퀀스는 제2 장치의 시야에 있을 가능성이 있는 것과 같이 지향된 송신기로 시작할 수 있다.
제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 활성화 및/또는 비활성화는 반사 신호의 적어도 하나의 특성에 의존할 수 있다. 적어도 하나의 특성은 전력, 신호 강도, RSSI(수신 신호 강도 표시자) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
OWC 송신기 중 적어도 하나를 활성화하는 것은 OWC 송신으로부터의 송신에 응답하여 수신된 반사 신호의 적어도 하나의 특성에 대한 값이 임계값보다 큰 OWC 송신기를 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. OWC 송신기 중 적어도 하나의 비활성화는 OWC 송신으로부터의 송신에 응답하여 반사 신호 수신기의 적어도 하나의 특성에 대한 값이 임계값 미만인 OWC 송신기를 비활성화하는 단계를 포함할 수 있다.
임계값은 결합된 임계값일 수 있다. 적어도 하나의 특성에 대한 값은 제1 장치의 복수의 OWC 송신기의 서브세트에 대한 결합된 값을 포함할 수 있다. 특성의 임계값은 제1 장치의 다수의 OWC 송신기로부터의 결합된 목표 송신 레이트 및/또는 역반사된 신호 전력과 같은 결합된 임계값일 수 있다.
OWC 송신기 중 적어도 하나의 활성화 및/또는 비활성화는 제1 장치의 전력 소비에 의존할 수 있다.
제어기는 제1 장치의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 신호에 대한 업링크 레이트 및/또는 역반사된 전력을 모니터링하도록 추가로 구성될 수 있다. 업링크 레이트 및/또는 역반사된 전력은 제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 활동을 예측 및/또는 관리하기 위해 사용될 수 있다. 업링크 레이트 및/또는 역반사된 전력은 제2 장치의 모션을 추적하는 데 사용될 수 있다.
시스템은 반사기 장치를 더 포함할 수 있다. 반사기 장치는 고정되도록 구성될 수 있다. 반사기 장치는 실질적으로 고정되도록 구성될 수 있다. 반사기 장치는 고정된 위치를 차지하도록 구성될 수 있다. 반사기 장치는 OWC 제1 또는 제2 장치의 송신 및 수신 영역에 적어도 부분적으로 인접한 위치를 점유할 수 있다. 반사기 장치는 벽, 천장 또는 바닥에 장착되거나 매달리거나 벽 또는 천장에 생성되도록 구성될 수 있다.
반사기 장치는 적어도 하나의 반사기 또는 하나 이상의 반사 표면 요소(reflective surface element)를 포함할 수 있다.
반사기 장치의 적어도 일부는 적어도 하나의 표면, 예를 들어 천장 표면 및/또는 벽 표면에 적어도 하나의 반사 물질을 적용함으로써 형성될 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 반사 도료, 적외선 반사 도료, 이산화티타늄 백색 착색 복합재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 업링크 파장, 다운링크 파장 중 적어도 하나에서 높은 반사율을 가질 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 제1 OWC 채널의 파장, 제2 OWC 채널의 파장 중 적어도 하나에서 높은 반사율을 가질 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 매끄러울 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 적외선 반사율을 유지하면서 가시광 흡수를 허용할 수 있다. 적어도 하나의 반사 물질은 50% 초과, 선택적으로 60% 초과, 추가로 선택적으로 70% 초과, 추가로 선택적으로 80% 초과, 추가로 선택적으로 90% 초과의 반사율을 가질 수 있다.
적어도 하나의 신호는 제1 송수신 경로(first transmission and reception path)를 통해 송수신되는 제1 신호 및 제2 송수신 경로를 통해 송수신되는 제2 신호를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 신호는 제1 장치의 동일한 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신될 수 있다. 제1 및 제2 신호는 제1 장치의 동일한 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신될 수 있다. 제1 송수신 경로는 제1 장치와 제2 장치 사이의 직접 경로를 포함할 수 있다. 제2 송수신 경로는 제2 신호가 반사 장치로부터 반사되는 반사 경로를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 프로세싱 하는 것은 제1 신호와 제2 신호의 특성을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 장치의 OWC 송신기를 활성화하는 단계는, 예를 들어 외부 장치로부터 또는 STA로부터의 신호의 송신에 의해 제1 장치의 OWC 송신기를 켜는 단계, 휴면(sleep)으로부터 제1 장치의 OWC 송신기를 깨우는(waking) 단계, 제1 장치의 OWC 송신기를 저전력 상태에서 고전력 상태로 변경하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 장치의 OWC 송신기를 비활성화하는 것은 제1 장치의 OWC 송신기를 턴오프하는 것, 제1 장치의 OWC 송신기를 슬립 상태로 설정하는 것, 제1 장치의 OWC 송신기를 고전력 상태에서 저전력 상태로 변경하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 장치의 OWC 송신기는 빔의 그리드를 제공하도록 배치될 수 있다. 제어기는 빔 그리드의 적어도 하나의 빔을 선택하도록 구성될 수 있다. 제어기는 빔들의 그리드의 제1의 적어도 하나의 빔과 빔들의 그리드의 제2의 적어도 하나의 빔 사이에 셀내 핸드오버를 제공하도록 구성될 수 있다.
제1 장치는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 다수의 OWC 송신기를 사용하여 동일한 신호를 동시에 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 상이한 것을 사용하여 상이한 신호를 동시에 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 디증 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output)(MIMO)을 사용하여 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 장치는 다이버시티 방식, 선택적으로 공간 다이버시티 방식을 사용하여 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 적어도 하나의 제1 송신 경로와 적어도 하나의 제2 송신 경로 사이에 셀내 핸드오버를 제공하도록 구성될 수 있다.
제1 장치는 복수의 수신기 중 상이한 수신기 상에서 수신된 신호를 결합 및/또는 다중화하도록 구성된 결합기를 포함할 수 있다.
제1 장치는 1차 액세스 포인트(primary access point)일 수 있다. 시스템은 적어도 하나의 2차 액세스 포인트(secondary access point)를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 2차 액세스 포인트는 제1 액세스 포인트(first access point)와 다른 시야를 제공하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 2차 액세스 포인트는 조명 소켓에 의해 전원이 공급되도록 구성될 수 있다. 제어기는 1차 액세스 포인트와 2차 액세스 포인트 간의 핸드오버를 제어하도록 구성될 수 있다.
1차 액세스 포인트와 적어도 하나의 2차 액세스 포인트는 네트워크로 연결될 수 있다. 네트워킹은 유선 또는 무선일 수 있다. 프라이머리 액세스 포인트(primary access point) 및 적어도 하나의 세컨더리 액세스 포인트는 동기화된 송신을 수행하도록 구성될 수 있다.
또는 제어기는 1차 액세스 포인트와 적어도 하나의 2차 액세스 포인트 사이에서 신호 송신을 핸드오버하도록 구성될 수 있다. 또는 제어기는 적어도 하나의 2차 액세스 포인트 중 하나를 1차 액세스 포인트로 지정하도록 구성될 수 있다. 핸드오버 및/또는 지정은 제1 액세스 포인트에 의해 수신된 반사 신호의 적어도 하나의 특성에 의존할 수 있다. 핸드오버 및/또는 지정은 적어도 하나의 2차 액세스 포인트에 의해 수신된 반사 신호의 적어도 하나의 특성에 의존할 수 있다. 적어도 하나의 2차 액세스 포인트는 매시 채널을 사용하여 장치들 간의 데이터 송신을 위한 매시 OWC 네트워크의 일부를 형성할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 OWC 방법이 제공된다:
제1 장치의 복수의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 OWC 신호를 송신하는 단계;
제2 장치의 반사기에 의해 OWC 신호를 반사하는 단계;
상기 제1 장치의 복수의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 상기 OWC 신호를 수신하는 단계; 및
수신된 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 제1 장치의 OWC 송신기 및/또는 OWC 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하는 단계를 포함한다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 장치가 제공된다:
복수의 OWC 송신기 및 복수의 OWC 수신기; 및
OWC 송신기 및/또는 OWC 수신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고;
제어기는 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제1 장치 외부의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하도록 구성되고; 및
제어기는 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 OWC 송신기 중 적어도 하나 및/또는 OWC 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성된다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, OWC 장치를 위한 제어기가 제공되고, 제어기는:
OWC 장치의 복수의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제1 장치 외부의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 OWC 장치의 복수의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하고; 및
OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 OWC 송신기 중 적어도 하나 및/또는 OWC 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성된다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 장치가 제공된다:
복수의 OWC 송신기 및 복수의 OWC 수신기; 및
제어기를 포함하고, 제어기는:
송신 시퀀스에 따라 OWC 송신기 중 서로 다른 송신기로부터 OWC 신호를 순차적으로 송신하도록 OWC 송신기를 제어하고 - 서로 다른 OWC 송신기는 제1 장치에 상이하게 위치됨 -;
OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 반사된 OWC 신호를 나타내는 데이터를 수신하고 - 반사 신호의 각각은 순차적으로 송신된 신호 중 각각의 신호에 대응함 -; 및
데이터 송신을 위해 OWC 송신기 중 적어도 하나를 선택하기 위해 수신된 데이터를 처리하도록 구성된다.
제어기는 임계값이 달성될 때까지 OWC 신호를 순차적으로 송신하도록 OWC 송신기를 제어하도록 구성될 수 있다. 임계값은 목표 송신 속도, 역반사된 신호 전력, 전력 소비 중 적어도 하나에 대한 값을 포함할 수 있다. 제어기는 임계값이 달성되면 OWC 송신기 중 선택된 하나 이상을 사용하여 데이터 송신을 시작하도록 구성될 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 장치가 제공된다:
장치 상에 공간적으로 분포된 복수의 OWC 송신기; 및
제1 동작 모드(first mode of operation) 및/또는 제2 동작 모드(second mode of operation)를 제공하기 위해 복수의 OWC 송신기를 선택적으로 활성화하도록 구성된 제어기를 포함하고;
제1 동작 모드는 상이한 신호가 상이한 OWC 송신기을 사용하여 실질적으로 동시에 송신되는 공간 다중화 모드를 포함하고;
제2 동작 모드는 동일한 신호가 다수의 OWC 송신기를 사용하여 송신되는 다이버시티 이득 모드(diversity gain mode)를 포함한다.
제1 동작 모드 및 제2 동작 모드는 실질적으로 동시에 제공될 수 있다. 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드는 복수의 OWC 송신기 중 상이한 OWC 송신기에 의해 제공될 수 있다.
추가 측면에서, 다음을 포함하는 광 무선 통신(OWC) 시스템이 제공된다:
복수의 OWC 송신기(transmitter) 및 복수의 OWC 수신기(receiver)를 포함하는 제1 장치;
적어도 하나의 반사기(reflector)를 포함하는 제2 장치; 및
반사 장치를 포함하고; 여기서
제1 장치는 제1 직접 송신 경로를 통해 신호를 제2 장치에 송신하도록 구성되고; 및
제1 장치는 신호가 반사기 장치에 의해 제2 장치로 반사되는 제2 간접 송신 경로를 통해 신호를 제2 장치로 송신하도록 추가로 구성된다.
제2 장치는 제1 송신 경로를 통해 송신된 신호 및 제2 송신 경로를 통해 송신된 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 수신기를 포함할 수 있다. 제2 장치는 제1 송신 경로를 통해 송신된 신호 및 제2 송신 경로를 통해 송신된 신호를 결합하도록 구성된 결합기(combiner)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 송신 경로를 통한 송신은 각도 다이버시티(angular diversity)를 제공할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 시스템이 제공된다:
복수의 OWC 송신기(transmitter) 및 복수의 OWC 수신기(receiver)를 포함하는 제1 장치;
적어도 하나의 반사기, 적어도 하나의 OWC 수신기 및 결합기를 포함하는 제2 장치; 및
제1 장치의 OWC 송신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고;
제어기는 제1 방향으로 OWC 신호를 송신하기 위해 제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 제1 송신기를 활성화하고, 상이한 제2 방향으로 OWC 신호를 송신하기 위해 제1 장치의 상이하게 위치된 OWC 송신기 중 적어도 하나의 제2 송신기를 활성화하도록 구성되고; 및
제2 장치의 적어도 하나의 OWC 수신기는 제1 장치의 적어도 하나의 OWC 송신기의 제1 송신기 및 제1 장치의 적어도 하나의 OWC 송신기의 제2 송신기에 의해 송신된 OWC 신호를 수신하도록 구성되고; 및
결합기는 제1 장치의 적어도 하나의 OWC 송신기의 제1 송신기 및 제1 장치의 적어도 하나의 OWC 송신기의 제2 송신기에 의해 송신된 수신된 OWC 신호를 결합하도록 구성된다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 시스템이 제공된다:
복수의 OWC 송신기 및 복수의 OWC 수신기를 포함하는 액세스 포인트; 및
제1 스테이션 및 제2 스테이션 - 각각의 제1 스테이션 및 제2 스테이션은 각각의 적어도 하나의 반사기 및 적어도 하나의 OWC 수신기를 포함함 -; 및
액세스 포인트의 OWC 송신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고;
제어기는 액세스 포인트의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제1 스테이션의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 액세스 포인트의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신되는 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하고, 및 액세스 포인트의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제2 스테이션의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 액세스 포인트의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하도록 구성되고;
제어기는, 프로세싱에 기초하여, 제1 스테이션으로의 송신을 위해 액세스 포인트의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 제1 송신기를 활성화하고 제2 스테이션으로의 송신을 위해 액세스 포인트의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 상이한 제2 송신기를 활성화하도록 구성된다.
독립적으로 제공될 수 있는 추가 측면에서, 다음을 포함하는 시스템이 제공된다:
복수의 OWC 송신기 및 복수의 OWC 수신기를 포함하는 제1 장치; 및
제2 장치 및 제3 장치 - 각각의 제2 장치 및 제3 장치는 각각의 적어도 하나의 반사기 및 적어도 하나의 OWC 수신기를 포함함 -; 및
제1 장치의 OWC 송신기 및 OWC 수신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고;
제어기는 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제2 장치의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 제1 장치의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신되는 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하고, 및 제 1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 제 3 장치의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 제1 장치의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하도록 구성되고; 및
제어기는 프로세싱에 기초하여 수신된 반사 신호에 기초하여 제2 장치 및 제3 장치를 식별하도록 구성된다.
제어기는 수신된 반사된 OWC 신호에 기초하여 제2 장치의 사용자를 식별하고 제3 장치의 사용자를 식별하도록 구성될 수 있다. 제어기는 제2 장치의 사용자와 제3 장치의 사용자를 구별하도록 구성될 수 있다. 식별은 인코딩 된 아이덴티티 정보를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 식별은 전력 매트릭스 질의를 사용하여 수행될 수 있다.
제어기는, 프로세싱에 기초하여, 제2 장치로의 송신을 위해 제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 제1 송신기를 활성화하고 제3 장치로의 송신을 위해 제1 장치의 OWC 송신기 중 적어도 하나의 상이한 제2 송신기를 활성화하도록 구성될 수 있다. 제어기는 수신된 반사된 OWC 신호에 기초하여 제3 장치와 상이한 OWC 신호를 제2 장치에 송신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 인코딩 된 정보에 기초하여 및/또는 전력 매트릭스 질문에 기초하여 제3 장치와 상이한 OWC 신호를 제2 장치에 송신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 인코딩 된 정보에 기초하여 및/또는 전력 매트릭스 질의에 기초하여 핸드오버를 수행하도록 구성될 수 있다.
각 OWC 신호는 변조된 광을 사용하여 전송된다. 변조된 광은 적어도 1kHz, 선택적으로 적어도 100kHz, 추가로 선택적으로 적어도 1MHz의 변조 레이트로 변조될 수 있다. 변조된 광은 1PHz 미만, 추가로 선택적으로 1THz 미만, 추가로 선택적으로 100GHz 미만, 추가로 선택적으로 10GHz 미만의 변조 레이트로 변조될 수 있다.
변조된 광은 온-오프 키잉(on-off keying)(OOK), 위상 시프트 키잉(phase shift keying)(PSK), M진 펄스 진폭 변조(M-ary pulse amplitude modulation)(M-PAM), M진 직교 진폭 변조(M-ary quadrature amplitude modulation)(M-QAM) 또는 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing)(OFDM), 이산 하틀리 변환(Discrete Hartley transformation), 웨이블릿 패킷 분할 다중화(Wavelet packet division multiplexing)(WPDM), 하다마르 코딩 변조(Hadamard coded modulation)(HCM), 펄스 위치 변조(pulse-position modulation)(PPM), 컬러 시프트 키잉(Colour shift keying)(CSK), 캐리어 없는 진폭 및 위상(carrier-less amplitude and phase)(CAP), 이산 다중 톤(discrete multi-tone)(DMT) 중 적어도 하나를 포함하는 변조 방식으로 변조될 수 있다. 변조는 일관성이 있거나 일관성이 없을 수 있다.
여기에 청구되거나 설명된 제어기를 포함하는 장치가 제공될 수 있다. 여기에 청구되거나 설명된 장치를 포함하는 시스템이 제공될 수 있다. 여기에 청구되거나 설명된 장치의 임의의 조합을 포함하는 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 실질적으로 설명된 바와 같은 장치 또는 방법이 제공될 수 있다.
한 측면의 특징은 임의의 적절한 조합으로 임의의 다른 측면의 특징으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 장치 기능은 방법 기능으로 제공되거나 그 반대로 제공될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예가 비제한적 실시예에 의해 설명되고 다음 도면에 예시된다.
도 1a는 광 무선 통신 시스템의 개략도이다;
도 1b는 무선 통신 시스템의 개략도이다;
도 2는 액세스 포인트(AP)에서 스테이션(STA)으로의 2가지 경로, 즉 1차 직접 경로 및 2차 반사 경로를 보여주는 개략도이다;
도 3은 그리드-빔(grid-of-beam)(GoB) 송신기의 개략도이다;
도 4a는 4°에서 송신기의 시야(FOV)를 갖는 GoB 송신기의 바람직한 실시예의 빔의 플롯이다;
도 4B는 2°에서 송신기의 FOV를 갖는 GoB 송신기의 빔 플롯이다;
도 4C는 FoV가 다른 두 영역을 포함하는 GoB 송신기의 빔 플롯이다;
도 5는 송신기 및 수신기의 반복 패턴의 개략도이다;
도 6a는 송신기, 수신기 및 다수의 배치된 역반사기를 포함하는 스테이션(STA) 트랜시버, 이 경우 8개의 원형 솔리드 코너 큐브 역반사기의 개략도이다;
도 6b는 일 실시예에 따른 헤드마운트 디스플레이의 개략도이다;
도 7은 일 실시예에 따른 송신 시스템의 개략도이다; 및
도 8은 실시예에 따라 광 아토셀(attocell)을 생성하는 패시브 반사기(passive reflector)를 갖는 Gbps 셀룰러 개념의 개략도이다.
본 명세서에서 광이라는 용어는 예를 들어 자외선, 가시광선 및 근적외선 파장을 포함하는 1 nm 내지 2500 nm 범위의 파장을 갖는 전자기파를 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a는 광 무선 통신(optical wireless communication)(OWC) 링크를 예시하는 개략적인 블록도이다. 제1 OWC 장치(10)는 정보가 인코딩 된 무선 광 신호를 전송하도록 구성된다. 제1 OWC 장치(first OWC apparatus)(10)는 무선 광 신호(wireless optical signal)를 제1 광통신 채널(first optical communication channel)(12)을 통해 제2 OWC 장치(second OWC apparatus)(16)로 전송하도록 구성된다. 제1 광통신 채널(12)은 자유 공간 통신 채널일 수 있다. 자유 공간 통신 채널은 공기, 공간, 진공, 물과 같은 액체 또는 이와 유사한 것을 통한 광 신호 송신을 포함한다. 제1 광통신 채널은 제1 특성 광 파장(first characteristic optical wavelength)을 갖는다.
제2 OWC 장치(16)는 정보가 인코딩 된 추가 무선 광 신호를 전송하도록 구성된다. 제2 OWC 장치(16)는 제2 광 통신 채널(14)을 통해 추가 무선 광 신호를 제1 OWC 장치(10)로 전송하도록 구성된다. 제2 광통신 채널(second optical communication channel)(14)은 자유 공간 통신 채널일 수 있다. 제2 광통신 채널은 제1 특성 광파장과 상이한 제2 특성 광 파장(second characteristic optical wavelength)을 갖는다.
제1 OWC 장치(10)는 송신기 및 수신기를 포함하는 액세스 포인트(AP)일 수 있다. AP는 로컬 네트워크에 대한 액세스를 제공할 수 있다. 액세스 포인트는 유선 네트워크 또는 Wi-Fi?? 또는 기타 무선 네트워크 및/또는 기타 광 무선 통신 네트워크, 선택적으로 LiFi 네트워크로 및/또는 그로부터 데이터 송신을 제공할 수 있다.
제2 OWC 장치(16)는 송신기 및 수신기를 포함하는 스테이션(STA)일 수 있다. 스테이션은 이동식일 수도 고정식일 수도 있다. 제한 없이, 스테이션의 예는 개인용 컴퓨터, 랩톱, 데스크탑 및 모바일 장치(예를 들어, 휴대폰, 태블릿 또는 디지털 북 리더)를 포함한 스마트 장치를 포함한다. 휴대용 스테이션은 자체 배터리 리소스로 전원을 공급받을 수 있다.
장치(10, 16)는 양방향 통신 프로토콜을 지원할 수 있다. 장치(10, 16)는, 예를 들어 IEEE 802.15.7, 802.15.13, 802.11 또는 이들의 확장 또는 개발; ITU-T G.9960 또는 그 확장 또는 개발 또는 ITU-T G.vlc 또는 그 확장 또는 개발의, 임의의 적절한 통신 프로토콜을 지원할 수 있다.
광 통신 채널(12, 14) 각각은 각각의 LiFi 통신 채널을 포함할 수 있다. LiFi 통신 채널은 다양한 바람직한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 최대 20m 이상의 범위를 가질 수 있으며, 예를 들어 RF 또는 적외선 데이터 협회(Infrared Data Association)(IrDA) 프로토콜에 비해 높은 대역폭을 갖다. 전이중(full duplex)은 두 개의 주파수 또는 주파수 범위를 사용하여 높은 처리 속도(예를 들어, 시간을 절반으로 줄이거나 통신 대역폭을 두 배로 늘리는 것)를 허용함으로써 가능하다. 수신 대역폭은 송신 대역폭과 무관하므로, 잠재적으로 통신 교환에 사용할 수 있는 대역폭이 두 배일 수 있다. 프로토콜 및 데이터 스트림 형식의 복잡성으로 인해 위조가 어려울 수 있다. 예를 들어 스펙트럼 홉(spectrum hop)이 가능하다.
일부 실시예에서, 제1 OWC 장치(10)는 조명 시스템의 일부일 수 있는 액세스 포인트(AP) 장치 또는 조명기구의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다. 제2 OWC 스테이션(STA) 장치(16)는 사용자 장치의 일부를 형성할 수 있다. 제1 광통신 채널(12)은 AP에서 STA으로 정보를 전송하기 위해 사용되는 다운링크 채널일 수 있다. 제2 광통신 채널(14)은 STA에서 AP로 정보를 전송하기 위해 사용되는 업링크 채널일 수 있다. 다른 실시예에서, OWC 장치(10, 16) 각각은 임의의 적절한 장치, 예를 들어 OWC 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 구성된 임의의 장치의 일부를 포함하거나 형성할 수 있다.
도 1b는 일 실시예에 따른 OWC 링크의 개략도이다. OWC 링크는 서로 전이중 통신하도록 구성된 액세스 포인트(AP)(20) 및 스테이션(STA)(30)을 포함한다.
AP(20)는 혼합 신호 회로(mixed signal circuitry)(22), AP 송신기(24), 및 AP 수신기(28)를 포함한다.
혼합 신호 회로(22)는 AP(20)가 연결된 네트워크(미도시)로부터 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 포함하거나 나타내는 변조 신호를 출력하도록 구성된다. 다른 실시예에서, AP(20)는 네트워킹되지 않는다. 데이터는 적절한 데이터 소스 또는 데이터 저장소에서 얻을 수 있다.
혼합 신호 회로(22)는 다른 구성요소 중에서 기저대역 회로(baseband circuitry), 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기, 증폭 체인(amplification chain), 하나 이상의 아날로그 필터, 하나 이상의 전원 공급 장치 및 하나 이상의 드라이버(driver)(모두 도시되지 않음)를 포함한다. 다른 실시예에서, 위에 나열된 구성요소 중 일부는 혼합 신호 회로(22)로부터 생략될 수 있고/있거나 프로세서와 같이 나열되지 않은 추가 구성요소가 존재할 수 있다.
AP 송신기(24)는 제1 특성 파장을 갖는 변조된 광을 방출하도록 구성된 광원(미도시)을 포함한다. AP 송신기(24)는 변조 신호에 따라 변조된 강도를 갖는 광을 방출하도록 제1 광원을 구동하도록 구성된 회로(도시되지 않음)를 더 포함한다. 광원은 임의의 적합한 광원, 예를 들어 LED, 레이저, 예를 들어 VCSEL(수직 공동 표면 발광 레이저) 또는 레이저 다이오드, 또는 LEP(발광 플라즈마)를 포함할 수 있다. 광원은 복수의 광원, 예를 들어 광원 어레이를 포함할 수 있다.
AP 수신기(28)는 제2 특성 파장을 갖는 변조된 광을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 광검출기(미도시)를 포함한다. 임의의 적합한 광검출기 또는 광검출기가 사용될 수 있다. 예를 들어, AP 수신기(28)는 적어도 하나의 Si PIN 포토다이오드, 실리콘 포토멀티플라이어(silicon photomultiplier)(SiPM), 싱글 포톤 아발란치 다이오드(Single-Photon Avalanche Diode)(SPAD), 그라핀(Graphene)-CMOS 고해상도 센서 또는 아발란치 포토다이오드(Avalanche Photodiode)(APD)를 포함할 수 있다.
AP 수신기(28)는 광검출기에 의해 수신된 광을 나타내는 신호를 광검출기로부터 획득하고 광검출기로부터의 신호를 처리하여 혼합 신호 회로(22)에 수신기 신호를 제공하도록 구성된 수신기 회로를 더 포함한다.
혼합 신호 회로(22)는 또한 AP 수신기(AP receiver)(28)로부터 수신기 신호를 수신하고 데이터를 획득하기 위해 수신기 신호를 복조하도록 구성된다. 혼합 신호 회로(22)는 데이터를 AP(20)가 연결된 네트워크(미도시)로 전송하도록 추가로 구성된다.
STA(30)는 혼합 신호 회로(32), STA 수신기(34), 및 STA 송신기(36)를 포함한다.
혼합 신호 회로(32)는 기저대역 회로, 디지털-아날로그 변환기, 아날로그-디지털 변환기, 증폭 체인, 적어도 하나의 아날로그 필터, 적어도 하나의 전원 및 적어도 하나의 드라이버(모두 도시되지 않음)를 포함한다. 다른 실시예에서, 위에 나열된 구성요소 중 일부는 혼합 신호 회로(32)로부터 생략될 수 있고/있거나 나열되지 않은 추가 구성요소는 예를 들어 프로세서와 같이 존재할 수 있다. 혼합 신호 회로(32)는 전이중 통신 및 반이중 통신 모두를 제공하도록 구성된다.
STA 수신기(34)는 광에 민감한 광검출기(미도시)를 포함한다. 광의 넓은 스펙트럼에 민감한 광검출기는 알려져 있다. 예를 들어, 광검출기는 자외선, 가시광선 및 적외선 파장에 민감할 수 있다. 일 실시예에서, STA 수신기(34)는 적어도 하나의 아발란치 포토다이오드(Avalanche Photodiode)(APD)를 포함한다. 다른 실시예에서, STA 수신기(34)는 적어도 하나의 Si PIN 포토다이오드를 포함한다. 추가 실시예에서, STA 수신기(34)는 적절한 주파수의 광을 수신할 수 있는 임의의 광검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, STA 수신기(34)는 적어도 하나의 그래핀-CMOS 고해상도 센서를 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, STA 수신기(34)는 광검출기로서 적어도 하나의 실리콘 광전자 증배관(SiPM) 또는 단일 광자 애벌랜치 다이오드(SPAD)를 포함할 수 있다.
STA 수신기(34)는 광검출기에 의해 수신된 변조된 광을 나타내는 신호를 광검출기로부터 수신하고 혼합 신호 회로(32)에 수신기 신호를 출력하도록 구성된 회로(미도시)를 더 포함한다.
혼합 신호 회로(32)는 STA 수신기(34)로부터 수신기 신호를 수신하고 데이터를 획득하기 위해 수신기 신호를 복조하도록 추가로 구성된다. 혼합 신호 회로(32)는 다른 구성요소 중에서 아날로그-디지털 변환기(미도시)를 포함한다. STA(30)에 의해 수신된 데이터는, 예를 들어 STA(30)가 포함된 장치의 사용자에게 정보 또는 서비스를 제공하기 위해 임의의 적절한 방식으로 사용될 수 있다.
혼합 신호 회로(32)는 업링크 송신을 위한 디지털 또는 아날로그 데이터를 획득하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 혼합 신호 회로(32)는 STA(30)가 통합된 장치의 사용자에 의한 입력으로부터 또는 STA(30)가 통합된 장치에서 실행되는 프로세스로부터 데이터를 획득할 수 있다. 혼합 신호 회로(32)는 데이터를 포함하거나 나타내는 변조 신호를 출력하도록 구성된다. 혼합 신호 회로(32)는 다른 구성요소 중에서 디지털-아날로그 변환기(미도시)를 포함한다.
STA 송신기(36)는 변조된 광을 송신하는 데 사용된다. STA 송신기(36)는 제2 특성 파장을 갖는 변조된 광을 방출하도록 구성된 광원을 포함한다. 다른 실시예에서, 임의의 적합한 파장 또는 파장 범위가 STA 송신기(36)에 의해 방출될 수 있다. STA 송신기(36)는 변조 신호를 수신하고 변조 신호에 따라 변조된 강도를 갖는 광을 방출하도록 제1 STA 송신기(36)의 광원을 구동하도록 구성된 회로(도시되지 않음)를 더 포함한다.
STA 송신기(36)의 광원(light source)은 임의의 적합한 광원, 예를 들어 레이저, 예를 들어 VCSEL(수직 공동 표면 발광 레이저) 또는 레이저 다이오드, 또는 LEP(발광 플라즈마)를 포함할 수 있다. STA 송신기(36)의 광원은 복수의 광원, 예를 들어 광원의 어레이를 포함할 수 있다.
임의의 적절한 변조 방식 또는 방식이 AP 송신기(24) 및 STA 송신기(36)에 의한 광 변조를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조 방식이 일부 실시예에서 사용되고, 복조는 OFDM 변조 방식에서 비롯된다. 추가 실시예에서 제한 없이, 다른 변조 방식이, 예를 들어 변조된 광은 온-오프 키잉(on-off keying)(OOK), 위상 시프트 키잉(phase shift keying)(PSK), M진 펄스 진폭 변조(M-ary pulse amplitude modulation)(M-PAM), M진 직교 진폭 변조(M-ary quadrature amplitude modulation)(M-QAM), 이산 하틀리 변환(Discrete Hartley transformation), 웨이블릿 패킷 분할 다중화(Wavelet packet division multiplexing)(WPDM), 하다마르 코딩 변조(Hadamard coded modulation)(HCM), 펄스 위치 변조(pulse-position modulation)(PPM), 컬러 시프트 키잉(Colour shift keying)(CSK), 캐리어 없는 진폭 및 위상(carrier-less amplitude and phase)(CAP), 또는 이산 다중 톤(discrete multi-tone)(DMT)이 사용될 수 있다. 광은 1kHz와 1PHz 사이의 변조 레이트, 예를 들어 1MHz와 100GHz 사이의 변조 레이트로 변조될 수 있다.
변조 방식 또는 방식은 OWC 통신 프로토콜의 일부를 형성하여 광 신호가 OWC 통신 프로토콜에 따라 생성되도록 할 수 있다. OWC 통신 프로토콜은 패킷 기반일 수 있다.
시스템
아래에 설명된 시스템은 인접 공간에 걸쳐 확장 가능한 적용 범위를 가진 매우 높은 대역폭, 낮은 지연 시간 무선 네트워크를 제공하는 것을 목표로 한다. 이 시스템은 200μs 미만의 지연 시간으로 단일 엔드 포인트에 대해 >20Gbps 다운로드 속도의 성능을 목표로 한다. 높은 대역폭과 짧은 지연 시간 요구 사항으로 인해 가상 현실 장치가 이 기술의 얼리 어답터가 될 것으로 예상되지만 엔드 포인트 장치에는 스마트폰, 텔레비전 및 컴퓨터도 포함될 수 있다. 극도로 까다로운 VR 애플리케이션을 위해 설계 및 최적화된 엔드 포인트 통신 링크는 일반 소비자 인터넷 액세스 및 IoT 애플리케이션도 쉽게 처리할 수 있다.
VR 애플리케이션과 관련하여, 사용자 스테이션(STA)/엔드 포인트(end-point)으로부터의 업링크는, 예를 들어 VR 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 및/또는 기타 VR 액세서리와 같은, 일반적으로 머리 방향(head orientation), 신체 위치 및 시선 추적 보고와 같은 파라미터와 관련된 제어 및 피드백에 사용된다. 액세스 포인트(AP) 또는 포인트로부터의 다운링크는 일반적으로 오디오, 비디오 및 그래픽에 사용된다. STA과 송수신되는 데이터의 비대칭적인 양이 예상되기 때문에, 업링크 데이터 레이트는 다운링크 데이터 레이트보다 낮을 수 있다. 다운링크는 더 높은 대역폭을 사용하지만, 시스템은 다운링크 데이터 패킷이 누락된 경우 정상적으로 성능이 저하되도록 설계될 수 있다. 다운링크 및 업링크 채널은 비트/패킷에 대한 서로 다른 보호 수준을 포함하여 서로 다른 채널 코딩의 이점을 얻을 수 있다. 최적화된 업링크 및 다운링크 성능을 위한 채널의 특성이 다를 수 있기 때문에, 시스템은 일반적으로 비동기식으로 동시에 데이터를 수신 및 송신할 수 있는 전이중이어야 한다.
테이블, 선반, 벽 또는 천장에 장착된 경우 기본 AP는 시야 범위 내에서 스테이션에 양호한 연결을 제공해야 한다(예를들어, 수직 평면에서 -0도 +60도 수평 평면에서 +/- 40도). 엔드 포인트 장치의 시야는 애플리케이션에 따라 다르지만 VR HMD의 경우 수직 및 수평 평면에서 +/- 90도의 FOV가 가정될 수 있다. 기본 액세스 포인트에서 축의 HMD까지의 최대 거리는 4미터, 선택적으로 6미터보다 클 수 있다.
전체 시스템이 어두운 방에서 작동해야 할 수 있으므로 모든 통신 채널에 적외선 파장을 사용할 수 있다. 일반적으로, IR 수신기는 가시광선에 비해 이득이 더 높기 때문에 IR 채널은 눈 안전 제한에 따라 더 높은 SNR을 가질 수 있다. 적어도 2개의 IR 채널이 바람직한 실시예에서 사용되지만, 다중 파장이 이용 및 결합되어 엔드 포인트 다운링크 채널에 필요한 대역폭을 얻거나 매시 채널이 통합될 수 있다. 매시 채널(mesh channel)을 추가하면 추가적인 IR 채널을 사용할 수 있다.
바람직한 실시예는 4가지 기본 요소를 포함한다:
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Figure pct00001
하나 이상의 액세스 포인트(AP): 주어진 공간, 예를 들어 주거 공간의 넓은 범위를 제공하는 다중 송신기(TX) 및 수신기(RX)를 포함하는 트랜시버를 포함하는 AP. 선택적으로 AP는 방 외부의 네트워크, 예를 들어 인터넷과 같은 광역 네트워크에 연결될 수 있다. 네트워크 액세스는 유선 또는 무선, RF 또는 광이 될 수 있으며 통신은 표준 또는 맞춤형 네트워크 프로토콜을 따른다.
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Figure pct00002
2차 송신 시스템(2TX): 패시브 반사 시스템(passive reflective system)은 AP 다운링크에서 하나 이상의 2차 송신 경로를 제공할 뿐만 아니라 STA에서 AP로 역반사된 신호에 대한 송신 경로를 제공한다. 패시브 반사 시스템은 또한 STA 업링크를 위한 하나 이상의 2차 송신 경로를 제공할 수 있다. 2차 송신 시스템은 공간을 추가로 커버할 수 있다. 2차 송신 시스템은 신호의 중복성을 제공할 수 있다. 2차 송신 시스템은 반사 경로를 따라 상대적인 신호 강도에 관한 정보를 제공할 수 있다.
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Figure pct00003
스테이션(STA): AR/VR 안경/고글/머리 장착형 디스플레이(HMD) 및/또는 역반사기로 둘러싸여 있거나 함께 배치된 하나 이상의 수신기를 포함하는 보조 사용자 장치와 하나 이상의 송신기는 AP(들)에 대한 업링크를 제공한다. STA는 주로 AP에 대한 직접 경로를 따라 다운링크 및 업링크 데이터를 송신하지만 반사 경로도 이용될 수 있다. STA의 하나 이상의 역반사기는 다운링크 신호를 AP로 다시 반사하여 직접 및 반사된 다른 다운링크 경로의 성능에 대한 정보를 제공하여 AP에서 활성 상태를 유지해야 하는 TX 및 RX를 결정하는 데 도움을 준다.
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Figure pct00004
모니터링 및 제어 시스템: 시스템은 STA에서 역반사를 통해 수신된 신호를 분석하여 AP를 구성하는 개별 또는 그룹화된 TX 및 RX의 다운링크 경로(직접 및 반사) 성능에 대한 정보를 제공한다. 이 정보를 기반으로 제어 시스템은 논리를 사용하여 AP의 TX 및 RX 그룹이 더 높은 전력 상태에서 활성/스위치 켜짐/켜져야 하는 그룹을 동적으로 관리한다.
시스템은 다음을 제공할 수 있다:
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Figure pct00005
다중 검출기 시스템에서 TX/RX 활동을 관리하기 위한 역반사기의 피드백 사용;
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Figure pct00006
다중 사용자 액세스 및 효과적인 간섭 완화를 위한 유연한 갱/공간 다중화;
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Figure pct00007
반사의 유연한 활용;
· 반사 환경 구축.
도 2는 상기 4개의 요소를 포함하는 실시예의 개략도이다. AP(50)는 테이블(52)에 위치하고 네트워크 케이블( network cable)(54)을 통해 네트워크에 연결된다. 사용자(62)는 스테이션을 포함하는 헤드마운트 디스플레이(60)를 착용한다. 반사기(64)는 천장(ceiling)(66)에 위치되어 2차 송신 시스템을 제공한다. 사용시, AP(50)는 1차 직접 경로(primary direct path)(56) 및 2차 반사 경로(secondary reflected path)(58a, 58b)를 포함하는 2개의 경로를 통해 변조된 광을 스테이션으로 송신한다. 2차 반사 경로는 AP(50)에서 반사기(reflector)(64)까지의 제1 부분(first portion)(58a), 및 반사기(64)에서 헤드마운트 디스플레이(60)까지의 제2 부분(second portion)(58b)을 포함한다.
1차 직접 경로(56)를 통해 송신된 변조된 광의 일부는 헤드마운트 디스플레이(60)에 위치된 역반사기(도시되지 않음)에 의해 반사되고 직접 복귀 경로(direct return path)(68)를 통해 AP(50)로 복귀한다. 반사 경로(reflected path)(58a, 58b)를 통해 투과된 변조된 광의 일부는 헤드마운트 디스플레이(60)에 위치한 역반사기(retroreflector)(미도시)에 의해 반사되고 반사된 복귀 경로(reflected return path)(70a, 70b)를 통해 AP(50)로 복귀한다. 반사된 복귀 경로(70a, 70b)는 헤드마운트 디스플레이(head-mounted display)(60)에서 반사기(64)까지의 제1 부분(70a), 및 반사기(64)로부터 AP(50)까지의 제2 부분(70b)을 포함한다. 반사 신호는 AP(50)에 의해 분석된다.
AP(50)는 제1 파장의 광을 이용하여 다운링크 신호를 송신하도록 구성된다. 헤드마운트 디스플레이(60)는 다운링크 신호를 수신하도록 구성된다. 헤드마운트 디스플레이(60)는 제2의 상이한 파장의 광을 사용하여 업링크 신호를 송신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, AP(50)는 (AP(50)로부터 송신된 후 STA의 역반사기에 의해 반사된 광을 수신하기 위해) 제1 파장 및 제2 파장(업링크 신호를 수신하기 위해) 모두를 수신하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 반사 신호는 후술되는 바와 같이 주파수 시프트될 수 있다.
요소는 다음 페이지에 자세히 설명되어 있다.
액세스 포인트(Access Point)
바람직한 실시예에서, 송신기는 구획 공간 내의 고정된 광 무선 '그리드-빔(GoB)' 액세스 포인트 또는 액세스 포인트이다. 이 시스템은, 송신된 신호의 역반사로부터 수신된 원하는 빔 인덱스의 피드백을 사용하는(역반사기에 대한 추가 정보는 아래 스테이션 섹션 참조), IEEE 802.16 GoB 기반 다운링크 다중 사용자 MIMO 방식(www.ieee802.org/16/tgm/contrib/C80216m-08_487.doc)과 유사할 수 있다. 다중 협대역폭 송신기, 예를 들어 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)와 같은 레이저는 AP가 있는 위치에 따라 부분 또는 완전 구형 베이스와 같은 3차원 구조에 배치될 수 있다. VCSEL은 바람직하게는 긴 파장(예를 들어, 눈 안전을 위해 1550nm)에 최적화된다(예를 들어, https://www.lightwaveonline.com/articles/print/volume-28/issue-6/technology/long-wavelength-vcsel-technology-improves.html 참조). 선택적으로 VCSEL은 비용 절감을 위해 850nm 파장에 최적화될 수 있다. 각 송신기에는 적어도 하나의 같은 위치에 있는 광검출기, 바람직하게는 싱글 포톤 아발라치 포토다이오드(Single-Photon Avalanche Photodiode)(SPAD) 또는 선택적으로 페어를 이루는 아발란치 포토 검출기(Avalanche Photo Detector)(APD) 또는 PIN 다이오드가 있다. 렌즈 및 필터와 같은 컨디셔닝 광학(conditioning optics)은 송신기와 수신기 위에 배치된다. 송신기와 함께 배치된 광검출기의 조합은 TX/RX 페어로 지칭될 수 있다.
TX/RX 페어는 일대일 매핑 또는 일대다 매핑을 가질 수 있으며, 여기서 예를 들어 하나의 수신기는 복수의 송신기와 페어를 이룬다.
빔 그리드의 TX/RX 페어의 RX는 어떤 TX가 활성 상태를 유지해야 하는지를 결정하기 위해 역반사된 신호를 수신하기 위한 것일 수 있다. 이 경우, 업링크 신호를 수신하기 위한 추가적인 RX는 GoB 시스템과 떨어져 있지만 가까운 곳에 위치될 수 있다. 그러한 실시예에서, TX/RX 페어의 RX는 따라서 예를 들어 SPAD와 같이 저가/저품질/저품질일 수 있고 다운링크와 동일한 채널에서 수신하도록 구성될 수 있다. TX/RX 페어의 RX가 업링크를 수신하는 데도 사용되는 경우, RX는 업링크 및 다운링크 채널 모두를 따라 수신하도록 구성될 수 있거나 변조/복조 회로는 업링크 신호를 역반사된 다운링크 신호와 구별하기 위해 간섭 정정( interference correction)을 포함할 수 있다.
TX는 바람직하게는 4°, 선택적으로 2°의 시야(field of view)(FOV)를 갖는다. 필요한 TX/RX 페어의 수는 빔의 적절한 수준의 방향성을 유지하면서 공간의 충분한 커버리지를 제공하도록 구성될 수 있다. 4° 빔의 경우 1/4 구에 필요한 TX 수는 최대 369 TX이다. (1cm2의 면적을 가진 검출기의 경우, 1/4구 AP는 가로 20cm, 높이 10cm이다). 2° 빔의 경우 1/4구에 필요한 TX 수는 최대 1736 TX이다. (면적이 1cm2인 TRX의 경우 가로 47cm, 높이 23.5cm) 1/4 구 AP(sqrt(1736x4/4pi))이다. TX의 수는 감소될 수 있고 FOV는 사용자(들)의 직접적인 시선에 있을 가능성이 가장 높은 방향으로 증가될 수 있다.
도 3은 그리드-빔(GoB) 송신기(80)의 개략도이다. GoB 송신기(80)는 빔(84)을 송신하도록 구성된 복수의 개별 송신기(82), 및 대응하는 복수의 광검출기(86)를 포함한다. GoB 송신기(80)는 빔 선택기(beam selector) 및 결합기(combiner)(88) 및 변조기(modulator)(90)를 포함한다. 사용시, GoB(80)에 의한 송신을 위한 데이터(89)는 변조된 신호를 출력하는 변조기(90)에 제공된다. 변조기(90)로부터의 변조된 신호는 변조된 신호를 송신하기 위해 송신기(82) 중 하나 이상을 선택하는 빔 선택기 및 결합기(88)에 제공된다. 변조된 신호는 본 실시예에서 레이저 빔인 빔(84) 중 하나 이상을 통해 송신된다. 빔의 눈 안전은 예를 들어 전력 제어 및 광 장치에 의해 유지될 수 있다.
GoB 송신기(80)는 광검출기(84)로부터 신호를 수신하고 수신된 신호를 결합하여 수신된 데이터(94)를 획득하도록 구성된 검출기/결합기 유닛(92)을 더 포함한다.
Figure pct00008
빔 선택기(88)는 빔을 개별적으로 켜고 끄도록 구성된다. 데이터 스트림을 결합할 수 있다. 함께 배치된 광검출기(84)는 신호를 디지털 방식으로 결합/다중화할 수 있는 검출기/결합기 유닛(detector/combiner unit)(92)에 연결된다.
Figure pct00009
바람직한 실시예는, 예를 들어 도 3, 4a, 4b 및 4c에 도시된 바와 같이, 상대적 각도 빔 위치 및 곡선형 장착 배치을 갖는 송신기 및 수신기의 3차원 배치을 위한 것이다. AP 장치의 대안적인 실시예는 송신기 및/또는 수신기 및/또는 Tx/Rx 페어 중 일부의 상대적 각도 빔 위치를 달성하기 위해 하나 이상의 평면 장착 배치 또는 평면 및 곡선 장착 배치의 조합을 포함할 수 있다. AP 장치의 송신기 및 수신기에 인접한 광 렌즈 배치은 상대 각도 빔 위치를 변경하는 데 사용될 수 있다.
도 4a는 빔의 제1 그리드의 복수의 빔(100)의 위치를 예시하는 플롯이고, 여기서 각각의 빔은 4°의 각각의 시야를 갖는다. 주어진 빔의 시야는 해당 빔에 의해 제공되는 적용 각도일 수 있다. 빔은 1/4 구에 분산된다. 도 4b는 빔의 제2 그리드의 복수의 빔(102)의 위치를 예시하는 플롯이고, 여기서 각각의 빔은 2°의 각각의 시야를 갖는다. 빔은 1/4 구에 분산된다.
선택적으로, AP 어레이의 송신기 및 수신기는 예를 들어 AP 상의 위치에 따라 다른 FoV/크기/감도/데이터 레이트/구성을 가질 수 있다. 예를 들어, STA와의 직접 LoS 링크에 참여할 가능성이 가장 큰 중앙 TX/RX 페어는 사용자가 가장 위치할 가능성이 있는 영역에서 성능 또는 중복성/중첩을 증가시키기 위해 더 크거나 더 큰 FoV를 가질 수 있다.
도 4c는 빔의 그리드가 시야가 다른 적어도 2개의 영역을 포함하는 선택적 특징을 예시한다. 제1 빔(104)은 제1 시야를 갖는다. 제2 빔(106)은 더 작은 제2 시야를 갖는다. 두 영역의 송신기는 해당 영역 내의 TX 및/또는 RX의 FoV, 성능, 구성, 크기가 다를 수 있다.
AP에서 TX/RX 페어는 반복 패턴으로 배치되는 것이 바람직한다. 도 5는 송신기와 수신기의 반복 패턴에 대한 개략도이다. 수신기(84)는 선택적으로 도 5에서 2개의 음영 방향으로 표시되는 2개의 개별 영역(110, 112)에 걸쳐 2개의 개별 파장의 광을 수신할 수 있다(송신기(82)는 공백 사각형(114)로 표시됨).
빔 그리드의 수신기(84)는 AP로부터의 다운링크 신호가 스테이션(예를 들어, 헤드마운트 디스플레이(60))에서 반사될 때 수신되는 적어도 역반사된 신호를 수신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 수신기(84)는 또한 스테이션으로부터 업링크 신호를 수신한다.
TX 및 RX, 적어도 역반사된 신호 RX_RR을 수신하도록 구성된 RX는 주어진 TX로부터 역반사된 신호가 RX_RR 페어에 의해 수신될 수 있도록 AP에 병치된다. 바람직한 실시예에서, AP의 RX는 다운링크 파장에서 역반사된 신호를 수신할 수 있다. 역반사된 신호가 역반사기에 의해 업링크의 파장으로 변환되지 않는 경우이다. 시스템은 업링크 및 역반사 신호에 대해 두 개의 개별 수신기를 활용할 수 있고, 또는 하나의 수신기는 예를 들어 대역 정지/대역 제거/노치 필터 또는 광대역 필터와 같이 다른 파장을 차단하면서 두 파장을 통과시키는 필터를 사용하여 두 파장의 신호를 수신할 수 있다. 파장이 업링크의 파장으로 변환되는 경우, 수신기는 동일한 파장에서 업링크 및 역반사 신호를 모두 수신하도록 최적화된다. 이 실시예는 예를 들어 RS에 설명된 바와 같이 아날로그 또는 디지털 필터 및/또는 연속적인 간섭 제거 기술을 사용하여 업링크와 역반사된 신호 사이의 간섭의 디콘볼루션을 필요로 하고, 예를 들어 알. 에스.(R. S.) 모브레이(Mowbray), 알. 디.(R. D.) 프링글(Pringle) 및 피. 엠(P. M.) 그랜트(Grant)의, IEE 프로시딩(Proceedings) I-커뮤니케이션(I-Communications), 스피치 및 비전(Speech and Vision)(볼륨(vol.) 139, 넘버(no.) 5, 페이지(pp.) 515-524, 1992년 10월 doi: 10.1049/ip-i-2.1992.0069.)에 발표된 "적응형 동일 채널 간섭 재생 및 제거를 통한 CDMA 시스템 용량 증가"에 가술된다.
다른 실시예에서, AP 상의 각각의 TX 사이트에 2개의 송신기가 있을 수 있는데, 하나는 다운링크 데이터 TX_AP 신호를 위한 것이고 다른 하나는 역반사된 신호를 위한 것이다. 역반사된 신호의 송신기인 TX_RRS는 STA의 업링크와 동일한 채널을 사용하므로 AP의 수신기인 RX_AP는 이를 읽을 수 있다. 연결이 이루어지고, 시스템이 STA로부터 업링크 신호를 수신하기 시작하면, TX_RRS는 송신을 중지할 수 있다. 이는 역반사된 신호와 STA 업링크 신호 간의 간섭을 줄이거나 제거할 수 있다.
Figure pct00010
대안적으로, STA로부터의 업링크 신호의 수신을 위한 수신기 RX_AP는 GoB TX/RX_RR 페어 어레이(paired array)의 외부에, 또는 실질적으로 하나의 기본 위치에, 예를 들어 GoB TX/RX_RR 페어 어레이에 대해 중앙에 위치할 수 있다. RX_AP는 실질적으로 더 넓은 FoV, 더 높은 효율/감도 또는 개별 RX_RRS의 구성과 다른 구성을 가질 수 있다.
Figure pct00011
일부 실시예에서 업링크 수신기(RX_AP) 중 적어도 하나는 AP가 개시, 대기 또는 슬립 모드에 있는 동안 활성일 수 있다. AP가 이들 모드 중 임의의 모드에 있는 동안 적어도 하나의 활성 RX_AP에서 수신된 업링크 또는 전력/RSSI 신호가 처리되고 로직이 업링크 수신기(들) RX_AP에 대한 입력 신호를 생성하는 장치와의 사이트 링크의 직접 라인에 참여하도록 하게 하는 AP 송신기중 적어도 하나로부터 송신을 시작하도록 적용했다.
Figure pct00012
단일 기본 액세스 포인트는 여러 HMD에 대해 우수한 VR 경험을 제공할 수 있지만 응용 프로그램은 음영을 완화하기 위해 더 나은 영역 또는 실내 범위와 약간의 중복성이 필요할 수 있다. 이러한 이유로 2차 액세스 포인트가 추가될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 2차 액세스 포인트는 전원을 위해 예를 들어 천장에 있는 조명 소켓을 사용할 수 있다. 가시광선이 통신에 사용되지 않는 실시예에서도 조명 소켓은 일반적으로 그림자를 피하기 위해 실내에서 가장 잘 배치된 전원이 될 것이며 소비자가 쉽게 설치할 수 있기 때문에 유용할 수 있다.
선택적 2차 액세스 포인트는 매시의 피어 노드일 수 있다. 노드 간 수신 및 송신을 위해 동일한 광 채널을 공유할 수 있다. 모든 노드는 다른 노드를 인식할 수 있으며 간섭을 피하기 위해 동기화될 수 있다. 2차 액세스 포인트는 엔드 포인트 장치와 피어 액세스 포인트 통신 모두에 대해 반구형 시야를 가질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 엔드 포인트 장치는 선택적인 매시 네트워크에 참여하지 않을 수 있고 최상의 신호를 제공하는 AP(들), 1차 및/또는 2차 AP와만 통신할 수 있다.
도 7은 송신 시스템을 도시한다. AP(50)는 테이블(52) 상에 위치된다. 복수의 반사기(64)는 천장(ceiling)(66)에 위치된다. 사용자(62)는 헤드마운트 디스플레이(60)를 착용한다. 각각의 반사기(64)는 각각의 아토셀(attocell)(130)을 제공하는 것으로 간주될 수 있다.
사용시, AP(50)는 직접 경로(56)(도 7에서 스트림 2로 표시됨) 및 반사 경로(58a, 58b)(도 7에서 스트림 1로 표시됨)를 통해 헤드 장착형 디스플레이(60)에 데이터를 송신한다. 데이터는 헤드마운트 디스플레이에 위치한 수신기(120)에 의해 수신된다. 광은 헤드마운트 디스플레이(60)의 하나 이상의 역반사기(122)로부터 반사된다. AP(50)는 직접 경로(68) 및 반사 경로(70a, 70b)를 통해 헤드마운트 디스플레이(60)로부터 반사된 광을 수신한다. 반사된 빔은 활성 빔을 결정하는 데 사용된다. 헤드마운트 디스플레이(60)는 또한 송신기(124)를 사용하여 AP(50)에 데이터를 송신한다.
빔은 두 가지 방법으로 STA/이동 단말기에 도달할 수 있다:
·
Figure pct00013
직접 경로를 통해, 및/또는
·
Figure pct00014
반사 경로(아토셀 커버리지)를 통해.
이것은 링크 견고성을 향상시키고 MIMO(다중 입력 다중 출력) 송신을 적용하는 데 사용되는 다이버시티를 생성한다. 각 스트림은 독립적인 데이터를 전달한다(예를 들어, 도 7의 스트림 1은 5Gbps를 전달할 수 있는 반면 도 7의 스트림 2는 더 나은 신호 대 잡음비(SNR)로 인해 15Gbps를 전달할 수 있어 총 데이터 레이트가 20Gbps가 된다. 선택적으로, 분할은, 예를 들어, 선택적으로 10Gbps/40Gbps 분할 또는 그 이상의 임의의 데이터 레이트일 수 있다).
2차 송신 시스템(Secondary Transmission System)
천장(66) 및/또는 벽의 패시브 반사기 시스템은 빔을 확장하여 많은 셀을 생성한다. 이것은 들어오는 빔이 들어오는 빔과 정확히 같은 방향으로 반사된다는 것을 의미한다. 이것은 활성화될 빔을 송신기에 알려준다.
바람직한 실시예는 IR 반사 페인트(IR-reflective paint), 예를 들어 이산화티타늄 백색 착색 복합재(titanium dioxide white pigmented composite)(예를 들어, 하이드 디엠 등(Hyde DM et al)의 2006년 페이지 37, 프로시딩, 어메리칸 컴포짓 매뉴펙쳐 어소시에이션 컴포짓 및 폴리곤(Proceedings, American Composites Manufacturers Association composites and polycon)의 "코팅 및 복합재 응용 분야를 위한 적외선 반사 착색 기술 연구(Investigation of Infrared Reflective Pigmentation Technologies for Coatings and Composite Applications) 참조" 또는 상당한 IR 반사율을 유지하면서 가시광선 흡수를 허용하는 다른 색상의 '시원한(cool)' 안료(예를 들어, 코서 이 등(Coser E et al)의 폴리메로스(polimeros) 2015년, 25(3), 305-310, "적외선 반사 특성을 갖는 도료 개발(Development of paints with infrared radiation reflective properties)" 참조) ; 말시 에프 등(Malshe F et al.)의 캐미칼 엔지니어링 제이(Chemical Engineering J(1), 67-79)에 대한 최근 특허의 "적외선 반사 무기 안료(Infrared reflective inorganic pigments)"참조)를 사용한다. 빔의 방향성을 유지하기 위해, 페인트 표면은 바람직하게는 매끄럽고 반사의 정반사 특성을 증가시킨다. 백색이 아닌 안료의 반사율은 IR 파장의 최대 60% 반사율을 달성하는 것으로 알려져 있는 반면, 백색 페인트는 거의 90% 반사율을 달성하는 것으로 알려져 있다.
대안적인 실시예는 천장(66) 및/또는 벽에 패시브 반사기(64)를 배치하는 것이다. 들어오는 빔은 반사되어 넓어져 아토셀을 형성한다. 반사기(64)는 완전한 커버리지/테셀레이션(tessellation)을 보장하는 방식으로 배치될 것이다. 이 대안적인 실시예는 공간에 적용 범위를 제공하기 위해 위치된 투명하고 평평한 접착제 '거울(mirror)'인 패시브 반사기(64)를 포함할 수 있다. 패시브 반사기는 가시 스펙트럼에서 작동하는 레이저와 같은 가시 표시기가 사용자가 위치할 가능성이 가장 높은 영역에서 적용 범위를 최적화하기 위해 위치 지정에 사용되는 설정 단계 동안 위치될 수 있다.
스테이션(Station)
도 6a는 스테이션(STA)의 개략도이다. STA, 예를 들어 HMD는 AP에 업링크를 제공하기 위해 하나 이상의 역반사기(122) 및 하나 이상의 송신기(124)와 함께 배치되거나 이에 의해 둘러싸인 다운링크에 대한 하나 이상의 수신기(120)를 포함한다. 도 6a의 실시예에서, 역반사기(122)는 8개의 원형 중실 코너 큐브 역반사기이다. STA는 가시선(line of sight)(LoS)을 따라 AP에 데이터를 송신하고 반사 경로를 통해 데이터를 송신할 수도 있다.
이것은 들어오는 빔이 들어오는 광선(ray)과 정확히 같은 방향으로 반사된다는 것을 의미한다. 반사된 빔은 액세스 포인트의 수신기 요소에 의해 수신된다. 생성된 채널 상호성은 활성 빔을 결정하는 데 사용된다.
수신기(Receiver)
스테이션의 수신기(RX)(120)는 임의의 적절한 수광 장치 또는 광검출기일 수 있다. RX_STA에 대한 바람직한 실시예는 AP를 구성하는 것들과 유사한 광검출기, 예를 들어 APD 또는 SPAD이다. 수신기(120)는 컨디셔닝(conditioning), 증폭 및 복조 회로를 더 포함할 수 있다. 다중 트랜시버(transceiver)는 STA, 예를 들어 HMD 주위에 배치될 수 있으므로 STA가 사용 중에 회전될 때 OWC 통신 링크는 업링크, 다운링크 및 역반사된 신호를 유지하기 위해 하나 이상의 다른 트랜시버에 의해 선택될 수 있다.
도 6a는 각각 수신기(120), 복수의 역반사기(122) 및 송신기(124)를 포함하는 다중 송수신기를 갖는 헤드마운트 디스플레이(60)를 도시한다.
역반사기(Retroreflector)
하나 이상의 역반사기(122)가 RX_STA(120)에 배치 및/또는 둘러싸고 있다. 모든 적합한 역반사기가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 솔리드 코너 큐브 역반사기가 바람직하게 사용된다. 샤오 등(Shao et al)에 의해 사용된 역반사기(샤오 등(Shao S et al.)의 IEEE 인포콤 2018 - IEEE 컨퍼런스 컴퓨터 커뮤니케이션(IEEE INFOCOM 2018 - IEEE Conference on Computer Communications), 2018년4월 DOI10.1109/인포콤(INFOCOM.)2018.8485817의 "리트로(RETRO): IoT 장치의 실시간 추적을 위한 역반사기 기반 가시광 실내 위치 파악(Retroreflector Based Visible Light Indoor Localization for Real-time Tracking of IoT Devices")가 사용될 수 있다. 토르랩(Thorlabs)에서 제조한 원형 역반사기(circular retroreflector) PS976(무코팅)이다. 기판 물질(substrate material)는 가시광선 파장에 대한 굴절률 n=1.51인 BK7 등급 A이다. 역반사기의 길이는 L=35.7mm, 오목부의 길이는 Ls=6.3mm, 역반사기 전면의 직경은 r=50mm이다. 패시브 가시광 위치 측정 시스템( passive Visible Light Localisation system)에서, 센티미터 수준의 위치 정확도와 한 자릿수 각도 오류를 제공하는 것으로 입증되었다. 다른 형태의 역반사기가 사용될 수 있으며, 예를 들어 재귀반사 테이프, 노치 앵글, 중공 코너 큐브, 캣츠 아이, 중실 코너 큐브, 볼 장착형 중공 역반사기 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
역반사기 내의 기판 물질은 선택적으로 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 게르마늄과 같은 물질을 사용하여 중적외선 신호를 근적외선 신호로 변환할 수 있다. 이것은 역반사된 신호가 업링크 채널과 동일한 파장에서 반환되는 경우 AP에서 복잡성을 줄일 수 있다. 역반사된 신호와 업링크 채널에 대해 동일한 파장을 사용하면 트랜시버가 동일한 채널을 따라 역반사된 신호와 업링크를 모두 수신할 수 있다. 이전에 언급했듯이 동일한 파장에서 업링크 및 역반사된 신호를 사용하려면 AP에서 두 신호의 디콘볼루션(deconvolution)이 필요한다.
역반사기는 선택적으로 액정 디스플레이(LCD) 셔터 및 구동 회로를 통합하여 역반사된 신호를 변조하고 스테이션에 대한 식별자를 인코딩할 수 있다.
역반사기는 역반사된 채널을 통해 고속 데이터를 인코딩 하고 송신하여 업링크를 보강하거나 대체하기 위해 MRR이 되는 변조기를 선택적으로 포함할 수 있다.
송신기(Transmitter)
STA의 송신기인 TX_STA는 주로 LoS 통신을 통해 AP와 업링크 통신을 제공한다. 사용되는 채널은 다운링크 채널의 IR 파장과 다른 IR 파장에 있을 수 있다. 이것은 전이중 기능(full duplex capability)을 제공한다. 송신 장치(transmitting device)의 바람직한 실시예는 AP에서와 유사한 발광기, 예를 들어 레이저, 특히 VCSEL이지만, 다른 발광 장치가 사용될 수 있다. 송신기는 컨디셔닝, 증폭 및 변조 회로를 더 포함할 수 있다.
HMD 상의 트랜시버 시스템이 바람직한 실시예에서 설명되지만, 핸드헬드 제어기(모의 무기와 같은 액세서리 포함), 손 및 손가락 움직임 추적기, 이어폰(또는 기타 오디오 장치), 조끼, 스포츠 시뮬레이터와 같은 다른 사용자 장치 (고정형 자전거 포함), 의자, 플랫폼(가상화기 포함), VR 어댑터, 게임 매트 등이 AP와 통신할 수 있다. 이 통신은 AP와 직접 통신하거나 HMD 또는 기타 장치를 통해 간접적으로 유선 또는 무선일 수 있다. 무선 통신은 광 또는 RF일 수 있다. OWC인 경우, 통신은 다운링크 및 업링크와 같거나 다른 채널을 따르거나 동일하거나 다른 통신 프로토콜을 사용할 수 있다.
STA은 휴대폰, 태블릿, TV, 개인용 컴퓨터 또는 IoT 장치와 같은 HMD 이외의 장치일 수도 있다.
모니터링 및 제어 시스템(Monitoring and Control System)
AP 모니터링 및 제어 시스템은 다음과 같은 여러 용도로 사용된다:
1. AP의 어떤 TX가 주어진 시간에 활성화되어야 하는지 식별하고 동일 채널 간섭을 완화하고 사용자를 구별하고;
2. 어떤 신호가 가시선(LoS)을 따라 수신되고 있고 어떤 신호가 가시선이 아닌 경로(nLoS)를 따라 역반사 되는지 식별하고;
3. 어떤 신호가 어떤 사용자로부터 오는지 식별하고 전원 켜기/절전/대기 모드에서 복구 후 송신 시작하고;
4. 필요에 따라 신호를 다중화 한다.
빔 전환으로 에너지를 절약할 수 있다. 주어진 시간 인스턴스에서 아무데도 끝나지 않는 모든 빔은 꺼진다. 다중 빔이 수신기에서 유용한 신호를 생성하는 경우 신호를 공간적으로 다중화하여 데이터 레이트를 향상시킬 수 있다. 스케일링(sacaling)은 링크(link)의 선형(linear)이다. 빔이 겹치면 다양성과 전력을 향상시키는 데 사용할 수도 있다.
모니터링 및 제어 시스템은 제어기라고도 한다. 모니터링 및 제어 시스템은 빔 선택기 및 결합기(88), 또는 임의의 적절한 구성요소 또는 구성요소들에 의해 제공될 수 있다.
활성 TX 식별
송신을 통해 활성 상태를 유지해야 하는 송신기를 식별하기 위해, AP 송신기는 순환되고 전력 또는 수신 신호 강도 표시(received signal strength indication)(RSSI)가 AP에 배치된 수신기에서 측정된다. 주어진 송신기, TXα로부터, 주어진 수신기 RXβ로부터 수신된 전력은 ραβ로 표시할 수 있다. 따라서, 송신된 빔 α에 대해, N개의 수신기에 걸쳐 수신된 전력 벡터(power vector)는
Figure pct00015
가 될 것이고, 가시선에 대한 모든 빔에 대한 수신된 전력이 된다.
Figure pct00016
따라서, 활성 송신기 선택을 위한 벡터는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00017
그리고 직접 링크에 사용되는 빔은 배치에서 가장 큰 값을 기반으로 선택된다:
Figure pct00018
유사하게, 반사 또는 비가시선(NLoS) 링크에 대해, 송신 빔 선택 SNLoS에 사용되는 벡터가 결정될 수 있다.
송신기는 STA TRX의 직접적인 시선에 있을 가능성이 가장 높은 영역, 예를 들어 AP의 중심 TX/RX 페어에서 시작하여 방사상 바깥쪽으로 나선형으로 순환될 수 있다. 전력이 특정 임계값을 초과하는 RXβ를 둘러싼 TX에서, 상기 RXβ에 인접한 TX는 계속 켜져 있을 것이다. 주어진 TX에 대한 전원이 활성화되지 않으면 전원이 꺼진다. 데이터 레이트가 특정 값(예를 들어, 선호 임계값)을 초과하면 시스템에서 데이터 송신을 시작할 수 있다. 나머지 TX는 역반사된 전력이 주어진 임계값보다 높은 추가 TX를 식별하기 위해 순환될 수 있다. 임계 전력/RSSI를 초과하는 모든 TX와 바로 인접한 TX는 OWC 데이터 전송이 진행되는 동안 활성 상태로 유지될 수 있다.
사용자가 이동함에 따라, 전력이 변경되고, 다운링크 및/또는 역반사 신호 모두에서 수신되는 최대 전력이 RX에서 RX로 계속 변경된다. 현재 활성화된 TX에서 전력 벡터가 변경됨에 따라, 현재 비활성화된 TX가 활성화될 수 있고 현재 활성화된 TX가 비활성화되어 STA와 가장 직접 통신할 가능성이 가장 높은 TX 주변의 활성화 영역을 계속 중심에 둘 수 있다. 따라서 사용자가 모션하는 동안 지능적으로 추적할 수 있어 충분한 데이터 레이트가 유지된다.
검출할 수 있을 만큼 충분히 강한 SNR 또는 RSSI를 갖는 역반사된 신호를 제공하지 않을 수 있는 반사 신호의 경우, 업링크 신호는 RSSI를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이를 통해 송신기가 역반사된 직접 LoS 신호를 측정하여 활성화되어야 하는 TX이다.
다중화(Multiplexing)
다중화는 송신된 직접 신호 및/또는 반사 신호의 검출과 검출기의 공간적 위치 지정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 직접 또는 반사 신호를 검출하는 수신기의 특정 물리적 거리 내에 바로 인접하거나 특정 물리적 거리 내에 있는 송신기가 결합될 수 있다.
다중 사용자 사례(Multi-user case)
AP와 통신 링크를 설정하려는 사용자가 두 명 이상인 경우, 동일 채널 간섭의 영향을 고려해야 한다. 위의 단일 사용자의 경우와 같이 전력/RSSI 벡터를 기반으로 송신 빔을 선택하는 대신 전력 행렬을 고려할 수 있다. 주어진 사용자 μ에 대해 LoS 및 NLoS에 대한 전력 벡터는 각각 및 벡터로 표시될 수 있다. 따라서 전력 행렬은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00019
설명을 위해, AP에서 2명의 사용자와 10개의 트랜시버 페어의 단순화된 경우를 고려하면, 행렬 S는 다음과 같은 이론적 값을 가질 수 있다:
Figure pct00020
TX4와 TX5는 신호의 간섭을 받는다. 그러나 TX9는 사용자 1에만 연결되고 TX3, TX6 및 TX7은 사용자 2에만 연결된다. 각 사용자에 대한 식별자와 결합된 매트릭스를 조사하여 특정 사용자에게 활성화를 연결하여 간섭을 줄일 수 있다.
역반사기는 선택적으로 각각의 STA에 대한 식별 정보를 인코딩 하기 위한 시스템을 통합할 수 있다. 예를 들어, LCD 셔터 및 반사 신호의 식별 정보를 인코딩 하는 관련 구동 회로를 포함할 수 있다.
개요
특정 실시예에서 다음과 같은 특징이 제공될 수 있다.
시스템에 있어서:
·
Figure pct00021
제1 트랜시버(AP) 장치에 있어서:
o 다중 송신기
o 다중 수신기
o 하나 이상의 송신기에 인접한 수신기
Figure pct00022
제2 트랜시버(STA) 장치에 있어서,
o 하나 이상의 송신기
o 하나 이상의 수신기
o 적어도 하나의 역반사기
o 모바일 장치에 배치된 역반사기, 송신기 및 수신기
·
Figure pct00023
고정 트랜시버 장치 상의 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 모바일 트랜시버 장치 역반사기에 의해 역반사되는 신호를 수신할 수 있는 고정 트랜시버 장치 상의 수신기
·
Figure pct00024
역반사된 신호의 채널 특성 및/또는 데이터에 기초하여, 고정 트랜시버 장치의 송신기 중 하나 이상을 활성화 및/또는 비활성화
제1 트랜시버(AP) 장치를 포함하는 OWC 통신 시스템에 있어서:
·
Figure pct00025
다중 송신기를 포함하고, 여기서:
·
Figure pct00026
다중 송신기는 공간 다중화(spatial multiplexing) 및 다이버시티 이득(diversity gain)을 수행할 수 있다.
제1 트랜시버(AP)를 포함하는 OWC 통신 장치에 있어서:
·
Figure pct00027
다중 송신기(Multiple transmitter), 여기서:
o 다중 송신기의 서브세트는 직접 가시선 통신 경로를 제공하기 위해 제2 OWC 장치의 직접 가시선을 향해 지향되고 및;
o 다중 송신기의 서브세트는 제2 OWC 장치에 대한 직접적이지 않은 시선 통신 경로를 제공하기 위해 반사 표면을 향해 지향되고;
o 각도 다양성을 제공한다.
다른 실시예에서, 제1(AP) 트랜시버 장치는 고정되어 있지 않을 수 있다.
시스템의 다른 기능에는 다음이 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않다:
· AP
o 비유동적인(Stationary)
o MIMO
＊ 그리드-빔(grid-of-beam)
o 네트워크
＊ LAN, WAN, 인터넷에
＊ 유선, 무선, 광섬유를 통해
＊ RF 또는 광학
＊ 표준 프로토콜 기반
o 다중 AP
＊ 매시 네트워크에서
·
Figure pct00028
AP 송신기 구성 및 기능
o TX용 VCSEL, 레이저
o 좁은 FoV, 선택적으로 4°, 선택적으로 2°
o STA의 가장 가능성 있는 위치를 향한 TX에 대한 더 큰 FoV/더 높은 감도/더 높은 데이터 레이트/다른 구성
o 1550 nm, 선택적으로 850 nm의 영역 또는 그 영역에서 IR 송신,
o MIMO/다양성 빔 선택 및 조합/다중화
·
Figure pct00029
AP 수신기 구성 및 기능
o SPAD, APD 및/또는 PIN 다이오드
o RX와 TX 사이에 배치된 일대일 페어링, 필요한 RX 수를 줄이기 위해 선택적으로 일대다 RX 대 TX 페어링.
o 두 개의 개별 파장 수신 가능, 선택적으로 노치 필터, 선택적으로 두 영역으로 필터링 가능
o 두 가지 수신기 유형:
＊ 업링크 고감도를 위한 RX
＊ TX 및 업링크 RX와 함께 배치된 AP TX 파장을 수신할 수 있는 RX는 더 드물게 위치하거나 중앙에만 위치하거나 AP TX 어레이의 외부 또는 주변에 위치한다.
o MIMO/다이버시티 at AP(신호 결합기)
·
Figure pct00030
2차 송신 시스템
o 업링크 및/또는 다운링크의 파장에 대해 반사율이 높은 물질로 코팅된 벽 및/또는 천장
＊ IR 반사 페인트, 이산화티타늄 백색 착색 합성물 또는 상당한 IR 반사율을 유지하면서 가시광선 흡수를 허용하는 다른 색상의 '쿨' 안료.
＊ 매끄러운
＊ 페인트와 같은 물질의 반사율은 선택적으로 60% 이상, 선택적으로 90% 이상
o 특정 위치에서 업링크 및/또는 다운링크 파장("거울")을 많이 반사하는 포지셔닝 물질
·
Figure pct00031
STA
o HMD 및/또는 보조 VR 장치 또는 TV 또는 기타 장치에 위치
o HMD 또는 장치에서 둘 이상의 TRXRR 그룹화
＊ 모션 중/AP의 가능한 위치에 대한 FoV 범위 제공
＊ MIMO
＊ 하나 이상의 TRXRR 그룹에서 AP 신호의 TRXRR에서 역반사된 신호 및/또는 RSSI를 기반으로 하는 활성 TRXRR
o AP와 연결된 둘 이상의 STA
·
Figure pct00032
역반사기(Retroreflector)
o 솔리드 코너 큐브, 선택적으로 다른 유형
o 변조 장치를 포함하는
＊ (LCD) 셔터 및 드라이버
o 파장 이동 물질을 포함하는
＊ 다운링크 파장에서 업링크 파장으로 파장 이동
· 논리(Logic)
o AP TX는 선택적으로 총 AP TX의 하위 집합에서 개별적으로 순차적으로 켜진다.
o AP TX는 STA의 FoV에 있을 가능성이 가장 높은 방향에서 시작하여 켜진다
o 전력을 측정하기 위한 RX(RSSI) 및/또는 역반사된 신호의 특성으로 낮은 속도 모니터링
o 주어진 임계값 이상의 전력으로 RX에 인접한 TX 및/또는 RX를 활성화/주어진 임계값 미만의 전력으로 RX에 인접한 TX 및/또는 RX를 비활성화한다.
＊ 주어진 RX 주변에서 활성화 유지
o 관련된 STA를 식별하기 위해 역반사된 신호를 선택적으로 디코딩/복조하는 RX
o 목표율 달성 시 데이터 송신 시작
＊ 데이터 송신이 진행되는 동안 TX에 대한 지속적인 조사
o 업링크 속도 및/또는 역반사된 신호 전력을 모니터링하고 STA 이동을 추적하기 위해 TX 활동을 동적으로 관리
·
Figure pct00033
방(room) 내 유/무선 네트워크로 연결된 여러 AP
o 기본 및 2차 AP 간의 송신 동기화
o 역반사된 신호의 특성에 따라 1차 및 2차 AP 상태 전환
o '백홀링(backhauling)'을 위해 하나 이상의 빔 사용(예를 들어, 매시 네트워크를 형성하는 AP 연결).
·
Figure pct00034
STA의 다중 TRX
o 수신 신호의 특성을 기반으로 1차 및 2차 TRX 상태 식별
o MIMO / STA에서의 다양성
·
Figure pct00035
다중 사용자 액세스 및 핸드오버:
·
Figure pct00036
셀 내 핸드오버 - 즉, 역반사된 신호를 기반으로 단말기가 이동할 때 빔의 원활한 전환
·
Figure pct00037
하나 이상의 반사 신호(reflected signal)를 사용한 다이버시티 코밍(Diversity combing)
·
Figure pct00038
다른 사용자로부터 동일한 RX 요소의 AP에서 신호를 수신할 때 간섭 완화. 이것은 생성할 간섭 수준을 송신기에 알릴 수 있다.
혜택
도 2, 3, 6a, 6b 및 7을 참조하여 위에서 설명한 시스템은 특정 이점을 가질 수 있다.
이 시스템은 일부 최첨단 시스템에서 사용되는 빔스티어링의 요구 사항을 제거할 수 있다. 다음은 도 2, 3, 6a, 6b 및 7의 시스템에서 필요하지 않다: SLM(공간 광 변조), 마이크로일렉트로메커닉스 시스템(Microelectromechanical Systems)(MEMS), 빔의 일관성, AP에 대한 광섬유 연결. 또한 GoB 아키텍처는 빔스티어링으로는 불가능한 MIMO를 가능하게 한다. 또한 두 개 이상의 TX가 송신 중인 경우 각각 독립적인 데이터를 전달할 수 있다.
역반사기 대 검출 및 재송신의 이점.
주요 이점은 다음과 같다:
· 채널 상호성 달성;
· 명시적 업링크 채널 없이 공간 신호 프로세싱 및 빔 선택 가능.
역반사기 사용의 이점은 링크의 초기 설정과 STA가 이동할 때 가장 분명하다. 광빔(light beam)의 통과 시간을 무시할 수 있다고 가정하면, 검출 시간은 t이고 재송신의 상승 시간은 r이고, 복귀 빔 역반사기를 검출하는 총 시간은 t와 같고 복귀 빔 재송신기를 검출하는 총 시간은 2t+r과 같다.
r은 간단한 하드웨어 트리거 미리 준비된 응답인 경우 몇 나노초일 수 있으며, 신호 강도 또는 품질을 송신기에 다시 보고하는 데 사용할 수 있는 디코딩 및 재송신의 경우 최대 수백 마이크로초일 수 있다. 어느 쪽이든, 재송신은 최소 2배의 시간이 소요될 수 있지만 훨씬 더 오래 걸릴 수 있다.
역반사기 사용 방법
어떤 상황에서는 역반사기를 사용하여 이동 스테이션의 신원에 대한 정보가 반환되지 않다. 그러나 역반사기는 적절한 빔 활성화 프로토콜과 함께 이동 스테이션의 수를 결정할 수 있다. AP 장치는 다른 쪽 끝에 수신기가 있는 빔을 식별하고 각 빔의 반환된 신호 강도에서 경로 손실을 추론할 수도 있다. 미래의 지능형 알고리즘은 반환된 빔의 패턴에서 얼마나 많은 스테이션이 존재하는지 간접적으로 학습하고 어떤 빔이 어떤 스테이션에 해당하는지 예측할 수 있다. 역반사기는 또한 식별 데이터를 역반사된 신호로 인코딩 하기 위한 LCD 셔터 및 관련 드라이버 회로와 같은 단순화된 변조를 통합할 수 있다.
스테이션을 식별해야 하기 때문에 역반사기 아이디어는 빔 스캔 및 재송신 대기를 제거하지 못할 수 있지만 프로세스 속도를 상당히 높일 수 있다.
방향성이 높은 빔이 많으면 재송신에만 의존하여 모든 빔을 스캔하는 데 수백 밀리초가 걸릴 수 있다. 반사기를 사용하면 모든 빔을 동시에 또는 여러 빔 블록으로 밝힐 수 있다(피크 전력이 문제이거나 인접 반환 신호가 중첩될 가능성이 있는 경우). 이는 몇 마이크로초 이내에 대부분의 빔이 스캔에서 제외될 수 있다는 것을 의미한다.
대안적으로, 고속 검출는 예정된 송신 직전에 구현될 수 있고 반사가 검출되지 않으면 송신을 생략할 수 있다.
빠른 역반사 검출 프로세스는 반사 패턴의 변화를 검출하기 위해 어두운 빔에서 연속적으로 만들어질 수 있으므로 새 스테이션이 들어올 때 검출하거나 또는 기존 스테이션의 움직임을 빠르게 감지하고 연결 해제를 방지하기 위해 빔 간에 소프트 핸드오프를 시작한다.
이동 스테이션으로부터의 능동 TX 응답과 함께 역반사기 방법을 사용함으로써, 시스템 지연은 사용 가능한 총 빔 수로 나눈 활성 빔의 수에 의해 결정되는 인자만큼 감소될 수 있다.
시스템 개요 및 사양
이 네트워크에는 세 가지 유형의 장치가 있는 것으로 예상된다.
Figure pct00039
도 8은 실시예에 따라 광 아토셀(attocell)을 생성하는 패시브 반사기(passive reflector)를 갖는 Gbps 셀룰러 개념의 개략도이다. 도 8은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하는 사용자(62)를 도시한다. 따라서 사용자는 제1 아토셀의 커버리지 영역과 제2 아토셀의 커버리지 영역 사이를 이동한다.
도 8에서, 그리드-빔을 포함하는 AP(50)는 테이블(52) 상에 위치된다. 복수의 반사기(64)는 천장(ceiling)(66)에 위치된다. 도 8은 천장(66)의 제1 치수를 따라 배치된 복수의 반사기(64)를 도시한다. 실제로, 반사기(64)는 또한 전체 방의 커버리지를 제공하기 위해 천장(66)의 제2 차원을 따라 배치될 수 있다. 각각의 반사기(64)는 각각의 아토셀(130)을 제공한다.
사용자(62)는 방의 제1 위치(사용자 62A) 및 방의 제2 위치(사용자 62B)에 예시되어 있다. 사용자는 제1 위치에 있을 때 60A로 표시되고 제2 위치에 있을 때 60B로 표시되는 두부 장착형 디스플레이(60)를 착용한다.
사용자(62A)가 제1 위치에 있을 때, AP(50)의 하나 이상의 송신기로부터 송신된 광은 제1 직접 경로(140) 및 제1 반사 경로(142A, 142B)를 통해 헤드마운트 디스플레이(60A)로 이동한다. 제1 반사 경로(142A, 142B)는 반사기(64A)로부터 반사된다. 헤드마운트 디스플레이(60A)로부터 반사된 광은 직접 복귀 경로(144) 및 반사된 복귀 경로(146A, 146B)로 도시된 동일한 경로를 통해 복귀한다.
광은 또한 AP(50)의 그리드-빔의 다른 송신기로부터 송신된다. 투과된 광선의 예는 도 8에 빔(132)으로 도시되어 있다. AP(50)의 제어기는 송신된 빔 중 어느 것이 헤드마운트 디스플레이(60A)로부터 반사되었는지를 결정한다. 제어기는 송신된 빔 중 어느 것이 헤드마운트 디스플레이(60A)로부터 반사되었는지의 결정에 기초하여 그리드-빔의 송신기를 활성화 또는 비활성화할 수 있다.
사용자(62B)가 제2 위치에 있을 때, AP(50)로부터 송신된 광은 제2 직접 경로(150) 및 제2 반사 경로(152A, 152B)를 통해 이동한다. 반사 경로(152A, 152B)는 반사기(64B)로부터 반사된다. 헤드마운트 디스플레이(60B)로부터 반사된 광은 직접 복귀 경로(154) 및 반사된 복귀 경로(156A, 156B)를 통해 복귀한다.
사용자가 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때, 제어기는 AP(50)의 그리드-빔(grid-of-beam)의 어떤 송신기가 활성인지 변경할 수 있다.
당업자는 설명된 실시예의 변형이 본 발명을 벗어나지 않고 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 특정 실시예에 대한 위의 설명은 단지 예로서 제공되고 제한의 목적이 아니다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시예에 대한 수정이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 광 무선 통신(OWC) 시스템에 있어서,
    복수의 OWC AP 송신기 및 복수의 OWC AP 수신기를 포함하는 액세스 포인트(AP);
    적어도 하나의 역반사기를 포함하는 스테이션(STA); 및
    상기 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기를 제어하도록 구성된 제어기;
    상기 제어기는 상기 OWC AP 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 상기 적어도 하나의 역반사기에 의해 반사된 후 상기 OWC AP 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하도록 구성되고; 및
    상기 제어기는 상기 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 상기 데이터의 프로세싱에 기초하여 상기 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성되는
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 OWC AP 송신기 및 상기 복수의 OWC AP 수신기는 복수의 유닛으로서 상기 AP 상에 공간적으로 분포되고, 각각의 유닛은 적어도 하나의 OWC AP 송신기 및 적어도 하나의 연관된 OWC AP 수신기를 포함하는
    시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 패시브 반사기 장치를 더 포함하고,
    상기 AP는 상기 OWC AP 송신기 중 제1 하나 이상을 사용하여 제1 직접 송신 경로를 통해 상기 STA에 신호를 송신하도록 구성되고; 및
    상기 AP는 상기 신호가 상기 패시브 반사기 장치에 의해 상기 STA로 반사되는 간접적인 제2 송신 경로를 통해 상기 STA에 신호를 송신하도록 추가로 구성되고, 상기 AP는 하나 이상의 상이한 상기 OWC AP 송신기를 사용하여 상기 제2 전송 경로를 통해 상기 신호를 전송하도록 구성되는
    시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패시브 반사기 장치는 벽 또는 천장에 생성되거나 장착되고, 상기 패시브 반사기 장치는 거울 및/또는 반사 페인트 영역을 포함하는
    시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 제1 동작 모드 및/또는 제2 동작 모드를 제공하기 위해 상기 복수의 OWC AP 송신기를 선택적으로 활성화하도록 구성되고;
    상기 제1 동작 모드는 상이한 신호가 상기 OWC AP 송신기 중 상이한 것을 사용하여 실질적으로 동시에 전송되는 공간 다중화 모드를 포함하고; 및
    상기 제2 동작 모드는 상기 동일한 신호가 다수의 상기 OWC AP 송신기를 사용하여 전송되는 다이버시티 이득 모드를 포함하는
    시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복수의 OWC AP 송신기 중 연속적인 것을 사용하여 신호를 상기 STA에 송신하도록 상기 AP를 제어하도록 구성되고;
    상기 OWC AP 송신기 중 적어도 하나의 활성화 및/또는 비활성화는 상기 복수의 OWC AP 송신기 중 연속적인 것으로부터 송신된 반사 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하고; 및
    상기 데이터의 프로세싱은 상기 복수의 OWC AP 송신기 중 서로 다른 송신기에 의해 송신된 반사 신호를 비교하는 단계를 포함하는
    시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 STA은 상기 AP에 업링크 OWC 신호를 송신하도록 구성된 적어도 하나의 STA 송신기 및 상기 AP로부터 상기 적어도 하나의 OWC 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 STA 수신기를 더 포함하는
    시스템.
  8. 제3항 또는 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 STA은 상기 제1 송신 경로를 통해 수신된 신호를 상기 제2 송신 경로를 통해 수신된 신호와 결합하도록 구성된 결합기를 더 포함하는
    시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OWC AP 수신기는 상기 OWC AP 송신기에 의해 송신되고 상기 STA에 의해 반사된 신호를 수신하도록 구성된 제1 유형의 OWC 수신기 - 상기 OWC AP 송신기에 의해 송신된 상기 신호는 제1 제1 파장을 갖는 채널을 통해 송신됨 -; 및 상기 STA에 의해 송신된 업링크 신호를 수신하도록 구성되는 상이한 이한 제2 유형의 수신기 - 상기 업링크 신호는 제2 파장을 갖는 제2 채널을 통해 송신됨 - 를 포함하는
    시스템.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OWC AP 수신기 각각은 상기 OWC AP 송신기에 의해 송신되고 상기 STA에 의해 반사된 신호를 수신하고 - 상기 OWC AP 송신기에 의해 송신된 상기 신호는 제1 파장을 갖는 제1 채널을 통해 송신됨 -, 및 상기 STA에 의해 송신된 업링크 신호를 수신 - 상기 업링크 신호는 제2 파장을 갖는 제2 채널을 통해 송신됨 - 하도록 구성되는
    시스템
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 OWC AP 송신기는 상기 AP의 제1 영역에 배치된 제1 유형의 OWC 송신기, 및 상기 AP의 제2 영역에 배치된 상이한 제2 유형의 OWC 송신기를 포함하고, 상기 제1 유형의 OWC 송신기는 상기 제2 유형의 OWC 송신기보다 더 넓은 시야를 갖는
    시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OWC AP 송신기 중 적어도 하나의 활성화 및/또는 비활성화는 상기 반사 신호의 적어도 하나의 특성에 의존하고, 상기 적어도 하나의 특성은: 전력, 신호 강도, 수신된 신호 강도 표시기(RSSI)인
    시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 역반사기는 반사 시 신호를 상기 제1 파장에서 또는 상기 제2 파장으로 변환하도록 구성되는
    시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 STA은 상기 적어도 하나의 역반사기에 의해 반사된 신호에 대한 식별 정보를 인코딩 하도록 구성된 인코딩 장치를 포함하는
    시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 2차 AP를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 2차 AP는 매시 채널을 사용하여 장치 사이의 데이터 송신을 위한 매시 OWC 네트워크의 일부를 형성하고, 상기 매시 채널은 제3 파장을 갖는
    시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 OWC AP 송신기 각각의 시야는 4° 미만, 선택적으로 2° 미만인
    시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 AP는 인공 현실, 혼합 현실 또는 증강 현실 시스템에 대한 제어 유닛의 일부를 포함하거나 형성하고; 상기 STA는 인공 현실, 혼합 현실 또는 증강 현실 시스템에서 사용하기 위한 모바일 장치의 일부를 포함하거나 형성하고; 및 상기 AP는 인공 현실, 혼합 현실 또는 증강 현실 콘텐츠를 상기 STA에 전달하도록 구성되는
    시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 모바일 장치는 헤드마운트 디스플레이인
    시스템.
  19. 액세스 포인트(AP)에 있어서,
    복수의 OWC AP 송신기;
    복수의 OWC AP 수신기; 및
    상기 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고;
    상기 제어기는 상기 OWC AP 송신기 중 적어도 하나에 의해 송신되고 상기 AP로 외부의 적어도 하나의 반사기에 의해 반사된 후 상기 OWC AP 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 적어도 하나의 OWC 신호를 나타내는 데이터를 처리하도록 구성고; 및
    상기 제어기는 수신된 적어도 하나의 상기 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 상기 OWC AP 송신기 및/또는 OWC AP 수신기 중 적어도 하나를 활성화 및/또는 비활성화하도록 구성되는
    시스템
  20. 광 무선 통신(OWC) 방법에 있어서,
    액세스 포인트(AP)의 복수의 OWC 송신기 중 적어도 하나에 의해 OWC 신호를 송신하는 단계;
    스테이션(STA)의 역반사기에 의해 상기 OWC 신호를 반사하는 단계;
    AP의 복수의 OWC 수신기 중 적어도 하나에 의해 상기 OWC 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 OWC 신호를 나타내는 데이터의 프로세싱에 기초하여 상기 AP의 OWC 송신기 및/또는 상기 OWC 수신기 중 적어도 하나를 활성 및/또는 비활성하는 단계를 포함하는
    방법.
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