KR20230103989A - 풀 스펙트럼 led 및 m-fsk에 기반한 광학 무선 통신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 신호 전송 방법은 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 광학 신호 전송 방법으로서, 데이터 스트림을 입력받는 단계, 데이터 스트림의 적어도 일부를 복수의 채널로 분리하고, 분리된 데이터 스트림을 각각 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성하는 단계로서, 복수의 채널에서 각각 서로 다른 대역의 주파수를 상기 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑하고, 복수의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광으로 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하는 단계 및 광 변조 신호에 기반하여 동일한 광 채널의 광원으로서, 풀 스펙트럼을 지원하는 광원을 제어하여 광 변조 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

풀 스펙트럼 LED 및 M-FSK에 기반한 광학 무선 통신 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR OPTICAL WIRELESS COMMUNICATION BASED ON M-ARY FREQUENCY SHIFT KEYING AND FULL SPECTRUM LED}

본 개시는 신호를 풀 스펙트럼(full spectrum) LED 및 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying)에 기반한 광학 무선 통신으로 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하에서 기술되는 내용은 본 발명의 실시 예와 관련되는 배경 정보를 제공할 목적으로 기재된 것일 뿐이고, 기술되는 내용들이 당연하게 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가한 무선 통신 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있다.

또한, 일반 스마트 폰, 자동차 카메라 등의 사용자 디바이스에 장착된 카메라를 이용하여 수신한 가시광 통신 신호를 복조하는 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication: OCC) 기술도 개발되고 있다.

사용자 디바이스에 장착된 카메라는 글로벌 셔터(Global shutter) 방식 또는 롤링 셔터(Rolling shutter) 방식으로 광원을 촬영할 수 있다.

선행기술 1은 롤링 셔터(Rolling-shutter) 방식의 카메라에 기반하여 카메라 기반 M-FSK 방식에 의해 통신하는 기술을 개시하고 있으나, 일반적인 M-FSK 방식은 하나의 광원에서 동일한 시간에 하나의 주파수만 이용할 수 있으므로 고속 데이터의 전송에 어려운 점이 있다.

선행기술 2는 CSK(Color Shift Keying) 방식에 의해 통신하는 기술을 개시하고 있으나, 일반적인 CSK 방식은 수신 장치에서 수신 환경에 의존적인 색상의 인식에 따라 에러의 확률이 높고, 이를 복구할 별도의 기술이 필요한 문제점이 있다. 또한, 포토 디텍터(Photo Detector)에 기반한 CSK 신호 수신 장치는 송신 장치와의 거리가 멀어지는 경우 환경광의 영향으로 신호를 인식하기 어려운 문제점이 있다.

선행기술 1: 한국 등록특허공보 제10-165184호(2016.08.22. 등록) 선행기술 2: 한국 등록특허공보 제10-1728518호(2017.04.13. 등록)

본 개시의 일 실시 예는 풀 스펙트럼 LED에 기반한 광학 무선 통신에 있어서 고속으로 데이터를 전송 가능한 장치 및 방법을 제공한다.

본 개시의 다른 실시 예는 풀 스펙트럼 LED에 기반하여 전송된 M-FSK 변조 광 신호를 용이한 구성으로 복조 가능한 장치 및 방법을 제공한다.

본 개시의 다른 실시 예는 풀 스펙트럼 LED에 기반한 광학 무선 통신에 있어서 왈시(Walsh) 부호화에 기반하여 안정적으로 데이터를 전송 가능한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 신호 전송 방법은 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 광학 신호 전송 방법으로서, 데이터 스트림을 입력받는 단계, 데이터 스트림의 적어도 일부를 복수의 채널로 분리하고, 분리된 데이터 스트림을 각각 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성하는 단계로서, 복수의 채널에서 각각 서로 다른 대역의 주파수를 상기 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑하고, 복수의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광으로 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하는 단계 및 광 변조 신호에 기반하여 동일한 광 채널의 광원으로서, 풀 스펙트럼을 지원하는 광원을 제어하여 광 변조 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 신호 전송 장치는 풀 스펙트럼 광원을 포함하는 광원부, 입력되는 신호를 변조하는 변조부 및 광원부를 제어해 변조된 전송 신호를 송신하는 제어부를 포함하고, 변조부는 입력 받은 데이터 스트림의 적어도 일부를 복수의 채널로 분리하고, 분리된 데이터 스트림을 각각 M-FSK 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성하고, 복수의 채널에서 각각 서로 다른 대역의 주파수를 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑하고, 복수의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광으로 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하도록 구성되고, 제어부는 광 변조 신호에 기반하여 동일한 광 채널의 광원으로서, 풀 스펙트럼을 지원하는 광원을 제어하여 광 변조 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 신호 수신 방법은 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 롤링 셔터 기반의 가시광선 대역 카메라 및 롤링 셔터 기반의 자외선 대역 카메라를 포함하는 광학 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 광학 신호 수신 방법으로서, 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원을 촬영한 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라의 센서 신호에 기반하여 각각 적외선 대역 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 생성하는 단계, 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임에서 각각 광원이 촬영된 영역으로부터 복수의 FSK 변조 신호를 생성하는 단계, 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라의 셔터 스피드 및 복수의 FSK 변조 신호의 온 레벨(On-Level)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 복수의 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하는 단계, 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 주파수에 기반하여 복수의 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 신호 수신 장치는 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 롤링 셔터 기반의 가시광선 대역 카메라 및 롤링 셔터 기반의 자외선 대역 카메라를 포함하는 카메라부, 적어도 하나의 프로세서 및 프로세서와 전기적으로 연결되고, 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고, 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가, 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원을 촬영한 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라의 센서 신호에 기반하여 각각 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 생성하고, 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임에서 각각 광원이 촬영된 영역으로부터 복수의 FSK 변조 신호를 생성하고, 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라의 셔터 스피드 및 복수의 FSK 변조 신호의 온 레벨(On-Level)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 복수의 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하고, 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 주파수에 기반하여 복수의 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 신호 전송 장치 및 방법은 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 전 대역을 활용하여 M-FSK 변조된 신호를 전송함으로써, 광학 무선 통신에서 데이터 전송 속도를 향상시킬 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 신호 전송 장치 및 방법은 풀 스텍트럼 대역으로 광학 통신 기술을 통해 전송된 M-FSK 변조 신호를 용이한 구성으로 복조할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 신호 전송 장치 및 방법은 왈시 코드에 기반하여 M-FSK 변조 신호를 광학 무선 통신의 풀 스펙트럼 대역으로 안정적으로 전송할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 송신 장치 및 신호 수신 장치의 통신을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 데이터 스트림의 패킷의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신을 위해 M-FSK 변조에 사용되는 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신에서 M-FSK 변조 신호에 기반하여 광 변조 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 송신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신으로 수신한 광 신호를 복조하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9 및 도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신으로 수신한 광 신호를 복조하는 실시 예를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 송신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 14는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 15는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 푸리에 변환에 기반한 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 16은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 푸리에 변환에 기반한 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 17은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 대역 패스 필터에 기반한 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 18은 본 개시의 다른 실시 예에 따른 대역 패스 필터에 기반한 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 수신된 광 신호를 복조하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 19는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 대역 패스 필터에 기반한 풀 스펙트럼 광학 무선 통신의 신호 수신 방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼에 기반한 광학 무선 통신의 신호 송신 장치 및 신호 수신 장치 사이의 통신을 설명한다.

도 1을 참조하면, 신호 송신 장치(100)는 데이터를 입력 받아 M-FSK에 기반하여 변조하고 이를 다시 적외선(IR) 대역, 가시광선(VL) 대역 및 자외선(UV) 대역을 모두 포함하는 광 신호로 변조한 전송 신호를 적외선 대역, 가시광선 대역 및 적외선 대역의 스펙트럼을 모두 지원하는 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원부(130)를 통하여 풀 스펙트럼 광 신호로 전송하도록 구성될 수 있다. 데이터는 도 2 내지 5를 참조하여 설명하는 것처럼, 신호 송신 장치(100)는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역으로 광 변조 신호를 송신하기 위한 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 변조 신호를 각각 생성하기 위하여, 입력된 데이터를 해당 대역에 대응하도록 복수의 채널로 분리하여 입력한 후, 이를 각 채널에서 각각 변조할 수 있다.

본 명세서에서는, 별도의 기재가 없는 한 송신 및 수신되는 광 신호는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 적외선 대역의 스펙트럼을 모두 포함하는 풀 스펙트럼 광 신호를 전제로 하여 설명한다.

신호 전송 장치(100)는 데이터를 복수의 대역의 M-FSK 방식으로 변조하기 위하여, 데이터를 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 3개의 채널로 분리한 후, 채널 별 데이터를 각각 M-FSK 방식으로 변조할 수 있다.

신호 전송 장치(100)는 3개의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 합성한 신호에 기반하여 광 변조 신호를 생성할 수 있다. 아래에서 도 5에 기반하여 자세히 설명한다.

신호 전송 장치(100)는 광 변조 신호에 따라 풀 스펙트럼 대역에서 발광하도록 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원부(130)를 제어함으로써 광 변조 신호를 풀 스펙트럼 대역의 광 신호로 전송할 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원부(130)를 촬영한 풀 스펙트럼 영역을 모두 센싱할 수 있는 롤링 셔터 기반의 카메라(210)의 센서 신호에 기반하여 생성한 도 10과 같은 스트립(strip) 이미지 프레임으로부터 펄스 형태의 FSK 변조 신호를 생성하고(220), M-FSK 디코더(230)가 FSK 변조 신호로부터 주파수를 추출한 후 이를 M-FSK에 기반하여 복조함으로써 데이터를 생성할 수 있다.

카메라(210)는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역에서 각각 센서 신호를 출력하고 이미지 프레임을 생성할 수 있는 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라를 포함하는 복수의 카메라이거나, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역을 각각 분할된 센서 영역에서 동일한 시간에 센싱하는 단일한 카메라 이거나, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역을 동일한 센서 영역에서 필터 처리 등을 통하여 다른 시간에 센싱하는 단일한 카메라일 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 각 센서 신호에 기반한 이미지 프레임에서 광원 영역을 결정하고 광원 영역의 이미지 프레임에서 FSK 변조 신호를 추출할 수 있다. 이미지 프레임은 스트립 형태로 광원(130)의 광 변조 신호가 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 각 센서에 각각 센싱된 스트립 형태의 이미지 프레임일 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 스트립 이미지 프레임에 기반해 FSK 변조 신호를 생성하고, 프리앰블(preamble) 및 페이로드(payload)에 해당하는 부분의 각각 온 레벨(On-level) 또는 오프 레벨(Off-level)의 길이와 카메라의 셔터 스피드를 고려하여 FSK 변조 신호의 주파수를 추출할 수 있다. 신호 수신 장치(200)는 추출된 주파수 및 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 FSK 변조 신호를 M-FSK 방식으로 복조하고 데이터 스트림을 생성할 수 있다.

도 2를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치의 구성을 설명한다.

도 2를 참조하면, 신호 전송 장치(100)는 풀 스펙트럼 M-FSK 인코더, 시리얼 투 패러럴(S2P) 변환부, 프리앰블 삽입부, 풀 스펙트럼 변조부(full spectrum modulator)(113)를 포함하는 변조부(110) 및 풀 스펙트럼 LED 광원을 포함하는 통신 채널인 광원부(130)를 제어하는 제어부(120)를 포함할 수 있고, 클럭(clock) 신호를 발생시키는 클럭 제너레이터를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 데이터 스트림은 전송하고자 하는 신호를 바이너리 신호로 변조한 패킷일 수 있다. 변조부는 FEC(Forward Error Correction) 인코더, 프리앰블 삽입부, 입력 데이터를 바이너리 신호로 변조하는 바이너리 변조부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)는 바이너리 신호가 패킷 형태로 구성된 데이터 스트림을 풀 스펙트럼 데이터 신호로 변조할 수 있다. 아래에서는, 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110) 가 바이너리 신호인 데이터 스트림을 풀 스펙트럼 데이터 신호로 변조하는 것으로 전제하여 설명한다.

일 실시 예에서, 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)는 바이너리 신호를 라인 코딩(Line Coding)하여 이진 데이터 신호를 생성할 수 있다. 라인 코딩은 입력 비트 0을 00으로 출력하고, 입력 비트 1을 01로 출력하는 변조일 수 있다.

데이터 스트림은 전송하고자 하는 데이터에 해당하는 페이로드(payload), 헤더에 해당하는 프리앰블(preamble)을 포함한 패킷일 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 전송 장치(100)는 패킷에 시퀀스 넘버(Sequence Number)를 포함할 수 있으며, 시퀀스 넘버는 연속한 데이터 패킷에 대해 연속한 번호로 할당될 수 있고, 시퀀스 넘버는 일정한 번호(비트들일 수 있다)를 순서대로 반복하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 시퀀스 넘버는 첫 패킷은 00, 두 번째 패킷은 01, 세번째 패킷은 다시 00일 수 있다. 신호 수신 장치(200)는 시퀀스 넘버를 통해 패킷의 중복 여부를 판단할 수 있다.

도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)에 입력되는 패킷 구조의 일 부분을 설명한다. 다른 실시 예에서, 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)는 입력된 데이터 신호를 도 3과 같은 패킷의 일부로 변환하여 구성할 수 있다.

입력 데이터 신호를 변환한 패킷들은 복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)을 포함할 수 있다.

복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)은 각각 복수의 데이터 서브 패킷들(예를 들어, 데이터 패킷(i)는 데이터 서브 패킷들(i1, i2, i3)을 포함하고, 각 데이터 서브 패킷은 입력 데이터의 부분에 대응하는 정보 비트들로 구성된 페이로드를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 수신 측 카메라의 가변적인 프레임 레이트(frame rate)로 인한 패킷 누락을 방지하기 위해, 하나의 데이터 패킷에 포함된 복수의 데이터 서브 패킷들은 동일한 정보 비트들로 구성된 동일한 페이로드를 포함할 수 있다. 즉, 동일한 페이로드가 중복하여 신호 수신 장치(200)로 전송될 수 있다.

신호 수신 장치(200)의 롤링 셔터 기반의 카메라는 풀 스펙트럼LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 스트립 형태의 이미지 프레임을 생성한다. 이 때, 카메라의 프레임 레이트는 디바이스의 설정 등에 따라 가변적이거나 또는 데이터 패킷 전송률에 비해 낮을 수 있다. 따라서, 신호 송신 장치(100)는 롤링 카메라의 프레임 레이트 한계로 인한 패킷 수신의 누락을 방지하기 위해 동일한 페이로드를 포함하는 데이터 서브 패킷을 중복으로 포함하도록 데이터 패킷을 구성할 수 있다. 즉, 데이터 서브 패킷들(i1, i2, i3)는 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)에서 패킷 누락을 감지하거나 중복된 패킷의 구분을 위해서 신호 전송 장치(100)는 각각의 데이터 패킷 또는 데이터 서브 패킷에 시퀀스 넘버(Sequence Number)를 부여할 수 있으며, 시퀀스 넘버는 연속한 데이터 패킷에 대해 연속한 번호로 할당될 수 있다.

일 실시 예에서, 각각의 데이터 서브 패킷(i1, i2, i3)은 해당 데이터 패킷(i)의 시퀀스 넘버 및 해당 데이터 패킷(i)에 할당된 정보 비트들인 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 시퀀스 넘버는 패킷의 전단에 삽입되거나, 다른 실시 예에서 패킷의 전단 및 후단 양쪽에 삽입될 수 있다. 시퀀스 넘버가 패킷의 전단 및 후단 양쪽에 삽입되는 경우, 신호 수신 장치(200)는 촬영한 이미지 프레임 한 장에서 프리앰블 한 개를 발견하는 경우 프리앰블 전 후의 시퀀스 넘버를 고려하여 포워드 디코딩(forward decoding) 및 백워드 디코딩(backward decoding)으로 패킷을 구성할 수 있다.

일 실시 예에서, 변조된 패킷 또는 데이터 서브 패킷은 패킷의 사이즈 등의 메타 정보를 포함하는 헤더부를 프리앰블에 포함될 수 있다.

다른 실시 예에서, 프리앰블은 패킷의 시작(Start Frame: SF)을 알리는 비트 코드로서 신호 전송 장치 및 신호 수신 장치에 미리 알려진 비트 코드일 수 있다.

다른 실시 예에서, 신호 전송 장치(100)는 FEC(Forward Error Correction) 인코더, Ab 비트(asynchronous bits) 삽입부를 포함할 수 있다. 프리앰블은 Ab 비트를 포함할 수 있다.

신호 전송 장치(100)의 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부 (110)는 시리얼(serial) 형태의 패킷 또는 프리앰블이 삽입된 패킷의 적어도 일부를 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 3개의 채널(PIR, PVL, PUV)로 분리한 후 각 채널에서 각각 M-FSK 방식으로 변조할 수 있다.

예를 들어, 패킷의 페이로드의 비트 코드가 '00 01 10'인 경우 신호 전송 장치(100)는 페이로드의 비트 코드 '00 01 10'을 일정한 개수의 비트 마다 3개의 채널로 분리하여 각각 '00', '01', '10'으로 분리한 후 각 분리된 비트 코드를 M-FSK 방식으로 변조할 수 있다.

일 실시 예에서, 프리앰블은 각 채널마다 M-FSK 변조될 수 있다.

도 4를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)가 각 채널 별로 입력된 비트 코드를 미리 설정된 서로 다른 주파수 대역의 비트 주파수 맵핑 테이블에 기반하여 변조하는 방법을 설명한다.

풀 스펙트럼 M-FSK 변조부(110)는 각 채널 별로 입력된 비트 코드를 아래의 <표 1>과 같은 테이블에 기반하여 주파수를 맵핑할 수 있다.

<표 1>의 열(column)의 IR, VL, UV는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 M-FSK 변조 채널을 의미한다.

<표 1>은 두 개의 프리앰블이 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 3개의 채널에서 모두 다른 주파수로 맵핑될 수 있다. 아래의 실시 예들은 두 개의 프리앰블이 3개의 채널에서 서로 다른 주파수로 맵핑되는 것을 전제로 설명한다.

프리앰블 및 페이로드의 비트 코드에 맵핑되는 각 주파수의 대역은 도 4 (a)와 같을 수 있다.

일 실시 예에서 프리앰블 1에 맵핑되는 주파수(f1, f2, f3)는 각 각 채널에 할당된 주파수 대역의 각 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의(가장 낮은 크기의) 주파수이고, 프리앰블 2에 맵핑되는 주파수(f1+5delta, f2+5delta, f3+5delta)는 가장 높은 대역의(가장 큰 크기의) 주파수일 수 있다. 또한, 페이로드의 비트 코드는 각 채널의 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의 주파수와 가장 높은 대역의 주파수, 즉 프리앰블 1에 맵핑되는 주파수들(f1, f2, f3, f4, 아래에서는 기본 주파수라 칭한다)과 프리앰블 2에 맵핑되는 주파수들(f1+5delta, f2+5delta, f3+5delta) 사이에서 균등한 대역 간격으로 위치한 주파수일 수 있다. 도 4에서는 페이로드의 비트 코드에 맵핑되는 주파수들이 각 채널마다 각각 4개로 도시하였지만, 변조하고자 하는 비트 코드의 개수 및 프리앰블 1 및 프리앰블 2에 맵핑되는 주파수의 대역에 따라 페이로드의 비트 코드에 맵핑되는 기본 주파수들의 개수를 변경 가능함을 통상의 기술자는 이해할 수 있다. 각 채널에서 M-FSK 변조에 사용되는 주파수는 최종적으로 전송되는 광 변조 신호의 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 온/오프 주파수(optical clocking rate)라고 이해될 수 있다.

비트코드에 맵핑되는 주파수를 더 자세히 설명한다.

<표 1>에서 확인 가능한 것처럼 프리앰블 및 페이로드의 비트코드들은 동일한 비트코드일 경우에도 서로 다른 채널에 입력되는 경우 서로 다른 대역의 서로 다른 주파수에 맵핑된다. 즉, 적외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 채널에 입력되는 비트코드는 f1 ~ f1+5delta에 맵핑되고, 다른 채널에 입력되는 비트코드들 역시 각각 다른 주파수 대역의 주파수(f2 ~ f2+5delta)와 주파수(f3 ~ f3+5delta)에 맵핑된다. 각 채널의 주파수들은 다른 채널의 주파수들과 최소 10배 이상의 차이가 날 수 있다. 이는, 본 명세서에서 개시하는 모든 실시 예들에 적용될 수 있다.

즉 동일한 비트코드라도 도 4의 주파수 대역에서 확인 가능한 것처럼 서로 다른 대역의 주파수들에 각각 맵핑될 수 있다.

이로 인해, 페이로드에서 동일한 비트코드가 반복되는 경우에도(비트 코드 '01 01 01'로부터 분리된 동일한 비트코드를 3개의 채널에 분리 입력하여 비트 주파수 맵핑하는 경우를 예로 들 수 있다), 각 채널에 입력되는 동일한 비트코드들이 서로 다른 주파수 대역의 주파수들로 각각 맵핑됨으로써, 신호 수신 장치(200)가 이를 복조할 때 동일한 비트 코드의 반복 여부를 확인할 수 있다. 또한, 최종적으로 각 변조 신호가 광 변조 신호로 전송될 때 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 경우 서로 주파수 대역의 차이가 매우 크므로 간섭이 될 가능성 또한 낮다. 따라서, 신호 수신 장치(200)가 스트립 영상에 기반하여 M-FSK 방식으로 복조할 경우에도 안전하게 패킷을 복조할 수 있는 장점이 있다. 더불어, 총 6개의 비트를 한 번에 전송할 수 있어 전송 속도가 향상되는 효과가 있다.

일 실시 예에서, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 M-FSK 변조를 위한 3개의 채널의 주파수들은 채널 별로 서로 10배 이상의 차이가 날 수 있다. 예를 들어, f2는 f1보다 10배 이상이고, f3는 f2보다 10배 이상일 수 있다. 따라서, 신호 수신 장치(200)의 서로 다른 채널에서 M-FSK 복조 결과의 정확성을 높일 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 전송 장치(100)는 데이터를 변조한 광 변조 신호를 전송할 때, 프리앰블을 변환한 광 신호를 먼저 전송할 수 있다.

따라서, 신호 수신 장치(200)는 수신한 광 신호로부터 프리앰블을 복조하여 해당 주파수를 추출함으로써, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호들에 대응하는 패킷들의 각 페이로드의 비트 코드에 대응하는 기본 주파수의 대역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호 수신 장치(200)는 적외선 대역 이미지 프레임의 프리앰블을 복조하여 추출한 주파수들(f1, f1+5delta) 대역의 사이를 미리 알고 있는 개수로 균등하게 분할하여 각 페이로드의 비트 코드에 대응하는 주파수의 대역을 결정할 수 있다.

즉, 신호 전송 장치(100)는 각 대역마다 가장 낮은 대역의 주파수 및 가장 높은 대역의 주파수가 맵핑된 FSK 변조 신호가 변조된 광 변조 신호를 전송한 후, 페이로드에 기반하여 변조된 광 변조 신호를 전송함으로써, 신호 전송 장치(100)가 비트 주파수 맵핑 테이블의 주파수 대역을 변경하여 M-FSK 방식으로 변조하더라도 신호 수신 장치(200)는 테이블을 별도로 전송받지 않아도 각 대역의 비트 주파수 맵핑 테이블의 비트코드로 맵핑하기 위한 각 주파수를 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 기본 주파수를 결정한 후에, 각 기본 주파수에서 미리 설정된 주파수(Δf, delta)만큼 떨어진 위치의 주파수들을 각 대역의 광 변조 신호에 대응하는 M-FSK 변조를 위한 비트코드의 주파수로 결정할 수 있다.

도 5를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼 모듈레이터(113)가 각 채널별로 출력된 FSK 변조 신호(510, 520, 530)를 풀 스펙트럼 광 변조 신호로 변조하는 방법을 설명한다.

도 5는 M-FSK 인코더가 프리앰블을 각 채널마다 M-FSK 변조한 경우에 대해서 풀 스펙트럼 모듈레이터(113)를 설명한다.

도 5는 각 채널에 페이로드의 비트 코드 '10 01 00'을 각각 서로 다른 주파수 대역의 3개의 채널에 분리 입력하여 비트 주파수 맵핑한 결과인 복수의 FSK 변조 신호를 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하는 경우를 예시로 보여 준다. 도 5의 펄스 주파수의 형태는 도식적으로 설명하는 것으로서 도면의 펄스의 간격과 주파수의 크기는 무관하다.

풀 스펙트럼 모듈레이터(113)는 각 채널에서 변조한 FSK 변조 신호(510, 520, 530)에서 시간 축으로 동일한 위치의 채널 별 주파수에 기반하여 각 대역에 적합한 풀 스펙트럼 LED를 제어하기 위한 파라미터(전압 신호 등)를 생성할 수 있다.

예를 들어, 광 변조 신호(541)는 각 채널별 FSK 변조 신호(510, 520, 530)의 동일한 시간 위치의 각 채널의 FSK 변조 신호(프리앰블 1을 변조한 신호일 수 있다)의 주파수 f1, f2, f3에 대응하는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 파라미터를 합성하여 결정된 합성 파라미터에 기반하여 발광하는 풀 스펙트럼의 LED일 수 있다.

마찬가지로, 광 변조 신호(543)는 각 채널별 FSK 변조 신호(510, 520, 530)의 동일한 시간 위치의 FSK 변조 신호(프리앰블 2를 변조한 신호일 수 있다)의 주파수인 f1+5delta, f2+5delta, f3+5delta에 해당하는 풀 스펙트럼 LED의 광 변조 신호이고, 광 변조 신호(545)는 각 채널별 FSK 변조 신호(510, 520, 530)의 동일한 시간 위치의 FSK 변조 신호인 f1+3delta, f2+2delta, f3+delta에 해당하는 풀 스펙트럼 LED의 광 변조 신호일 수 있다.

즉, 신호 전송 장치(100)는 각 채널별 FSK 변조 신호(510, 520, 530)의 동일한 위치의 FSK 변조 신호들의 주파수에 따라 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 파라미터를 결정하고 이를 합성하여 광 변조 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 최종적으로 풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원(130)을 통해 전송되는 광 변조 신호는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호이다.

신호 전송 장치(100)의 제어부(120)는 생성된 광 변조 신호에 기반하여 광원부(130)의 풀 스펙트럼 LED의 발광을 제어함으로써, 광 변조 신호를 풀 스펙트럼 광 신호로 전송할 수 있다.

도 5에서, 각 시간대의 풀 스펙트럼 LED의 발광(541, 543, 545)은 일정 시간대에서 같은 것처럼 표시하였지만, 각 채널의 FSK 변조 신호의 주파수가 서로 다르므로, 매 시각마다 풀 스펙트럼 LED의 발광은 다를 수 있다.

도 6을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 전송 장치의 신호 전송 방법을 설명한다.

신호 전송 장치는 바이너리 신호 형태의 패킷을 입력 받거나 또는 전송 신호를 입력 받아 이를 바이너리 신호 형태의 패킷으로 변환할 수 있다(S110).

신호 전송 장치는 패킷의 적어도 일부를 정해진 비트 개수만큼 분리하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 복수의 채널로 입력하고, 각 채널 별로 입력된 비트 코드들을 각 채널에 대응하는 미리 설정된 비트 주파수 맵핑 테이블에 기반하여 각 채널 별 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S120). 이때, 각 채널 별로 비트코드에 맵핑되는 주파수는 앞서 설명한 <표 1>과 같을 수 있고, 채널 별 맵핑되는 주파수는 서로 10배 이상의 차이가 날 수 있다.

신호 전송 장치는 각 채널 별로 생성한 펄스파 형태의 FSK 변조 신호에서 시간 축으로 동일한 위치의 채널 별 FSK 변조 신호의 주파수에 기반하여 풀 스펙트럼 LED를 제어하기 위한 각 대역에 적합한 파라미터(전압 신호 등)를 생성하고, 이를 합성할 수 있다(S130).

광 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED를 원하는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 각 대역에 해당하는 광에 적합하게 발광할 수 있도록 제어하기 위한 전기적인 신호 또는 명령일 수 있고, 신호 전송 장치는 생성된 광 변조 신호에 따라 풀 스펙트럼 LED를 제어하여 풀 스펙트럼 대역의 광 신호를 전송할 수 있다(S140).

도 7을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 풀 스펙트럼에 기반한 신호 수신 장치(200)의 구성을 설명한다.

신호 수신 장치(200)는 풀 스펙트럼 광 신호를 수신하는 롤링 셔터(rolling-shutter) 방식으로 이미지 센서에서 획득한 신호에 기반하여 이미지 프레임을 생성하는 롤링 카메라(210), 이미지 프레임에서 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역을 결정한 후 해당 영역의 스트립 형태의 영상에 기반하여 펄스 레벨(ON/OFF) 정보를 추출하여 FSK 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부(미도시), 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 FSK 변조 신호에 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 캐리어 주파수를 합성하는 멀티플라이어(220), FSK 변조 신호에서 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 프리앰블을 분리하고 프리앰블의 주파수를 결정하는 프리앰블 검출부(240) 및 프리앰블의 주파수 및 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 FSK 변조 신호를 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 풀 스펙트럼 M-FSK 디코더(230)를 포함할 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200)의 신호 수신 방법을 설명한다.

롤링 셔터 기반의 풀 스펙트럼 카메라(이하 '롤링 카메라'라고 기재한다)는 풀 스펙트럼 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 이미지 프레임을 생성한다(S210). 롤링 카메라는 이미지 센서의 각 로우 또는 칼럼을 순차적으로 노출시킴으로써, 롤링 카메라의 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에서 풀 스펙트럼 LED 광원의 점멸에 따라 LED 광원의 광에 대응하는 신호 값이 획득될 수 있다. 롤링 카메라는 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역에서 각각 센서 신호를 출력하고 이미지 프레임을 생성할 수 있는 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라를 포함하는 복수의 카메라이거나, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역을 각각 분할된 센서 영역에서 동일한 시간에 센싱하는 단일한 카메라 이거나, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역을 동일한 센서 영역에서 필터 처리 등을 통하여 다른 시간에 센싱하는 단일한 카메라일 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 풀 스펙트럼 LED를 촬영한 센서의 신호에 기반하여 도 10과 같은 스트립 형태의 적외선 대역 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 각각 생성할 수 있다(S210).

롤링 카메라는 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 이미지 프레임을 생성한다. 롤링 카메라는 이미지센서의 각 로우 또는 칼럼을 순차적으로 노출시킴으로써, 롤링 카메라의 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에서 LED 광원의 점멸에 따라 LED 광원의 밝기에 대응하는 신호 값이 획득될 수 있다. 롤링 카메라는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역에서 각각 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 아래의 설명에서는 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라를 포함하는 복수의 카메라가 이미지 센서의 각 로우를 순차적으로 노출시켜 스트립 형태의 이미지 프레임을 생성하는 것으로 가정하고 설명한다.

풀 스펙트럼 LED 광원은 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 빛의 성분을 포함하고 있으며, 각 대역에서 신호 송신 장치가 전송하고자 하는 복수의 광 신호들이 각 대역의 특정 주파수의 빛으로 전송된다. 따라서, 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라가 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역에서 각각 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 각 이미지 프레임에는 신호 전송 장치(100)의 서로 다른 복수의 채널에서 M-FSK 방식으로 변조한 서로 다른 정보들이 포함되어 있다.

신호 수신 장치(200)는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 도 10과 같은 스트립 이미지 프레임으로부터 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S220). FSK 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 각 로우 또는 컬럼으로부터 추출한 온 또는 오프 값들일 수 있다. 예를 들어, 적외선 대역의 이미지 프레임에서 도 9와 같은 FSK 변조 신호(810)를 생성할 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)는 각 대역의 FSK 변조 신호에 신호 송신 장치(100)가 각 채널에 사용한 기본 주파수(f1, f2, f3)에 관련된 합성 주파수를 곱하여 합성할 수 있다. 예를 들어, 적외선 대역 이미지 프레임의 FSK 변조 신호에는 2xf1 ~ 2 x (f1+5delta)의 합성 주파수를 가지는 신호를 곱하고, 가시광선 대역 이미지 프레임의 FSK 변조 신호에는 2xf2 ~ 2 x (f2+5delta)의 합성 주파수를 가지는 신호를 곱하고, 자외선 대역 이미지 프레임의 FSK 변조 신호에는 2xf3 ~ 2 x (f3+5delta)의 합성 주파수를 가지는 신호를 곱할 수 있다. 각 카메라에는 다른 대역의 신호들이 일부 섞일 수 있으므로, 합성 주파수 신호를 곱함으로써 간섭을 감소시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)는 FSK 변조 신호에서 프리앰블에 대응되는 신호를 분리한 후 각 주파수 영역으로 변환하여 주파수를 추출함으로써, 프리앰블에 대응되는 주파수들의 대역을 결정할 수 있다. 즉, 각 대역의 기본 주파수를 신호 수신 장치(200)가 알지 못하는 경우에도 각 대역의 FSK 변조 신호로부터 프리앰블에 대응되는 주파수들의 대역을 추출함으로써, 페이로드에 대응되는 주파수들을 결정할 수 있다.

도 9는 각 대역의 주파수를 알려주는 프리앰블 만을 포함하는 것으로 예시적으로 설명한 것으로서, 그 외에 시퀀스 넘버 등의 다른 정보도 추가적으로 포함될 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 페이로드의 복조에 사용하는 각 비트 코드에 대응하는 주파수들의 대역을 검출한 각 대역의 프리앰블들의 주파수 대역 2개의 사이를 균등하게 미리 설정된 개수만큼 분할한 위치의 주파수들을 각 비트코드에 대응하는 주파수들로 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 FSK 변조 신호(810)를 셔터 스피드 및 FSK 변조 신호(810)의 온 레벨(On-Level)(또는 오프 레벨일 수 있다)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 FSK 변조 신호(810)의 주파수를 추출할 수 있다(S230).

예를 들어, 도 10을 참조하면 풀 스펙트럼 LED 광원을 적외선 대역 카메라, 가시광선 대역 카메라 및 자외선 대역 카메라가 각각 생성한 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 스트립 이미지 프레임은 도 10과 같을 수 있고, 주파수 대역마다 풀 스펙트럼 LED 광원의 ON에 대응하는 칼럼(또는 로우)의 넓이(픽셀 수)가 d1, d2, d3로 다를 수 있다. 신호 수신 장치(200)는 d1, d2, d3와 각 카메라의 셔터 스피드를 고려하여 FSK 변조 신호의 주파수를 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200)는 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 로부터 추출된 주파수에 기반하여 FSK 변조 신호(810)를 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 복조하고 이를 다른 프리앰블 또는 패킷의 페이로드로 구성하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 데이터 스트림은 앞에서 설명한 패킷일 수 있다.

풀 스펙트럼 M-FSK 디코더(230)는 앞서 설명한 <표 1>의 테이블을 이용하여 FSK 변조 신호(810)를 M-FSK 방식으로 복조하여 대응되는 비트 코드를 결정할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 서로 다른 주파수 대역의 서로 다른 주파수들이 동일한 비트코드로 맵핑되어, 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역을 모두 포함하는 광 변조 신호로 전송될 수 있다. 따라서, 일반적인 가시광 통신 기반의 광학 무선 통신 기술보다 3배의 데이터 전송률을 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 11을 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 신호 전송 장치(100b)의 구성을 설명한다. 앞서 설명하는 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

도 11을 참조하면, 신호 전송 장치(100b)는 풀 스펙트럼 M-FSK 인코더, 시리얼 투 패러럴(S2P) 변환부, 프리앰블 삽입부, 풀 스펙트럼 변조부(full spectrum modulator)(113b)를 포함하는 변조부(110b) 및 풀 스펙트럼 LED 광원을 포함하는 통신 채널인 광원부(130b)를 제어하는 제어부(120b)를 포함할 수 있고, 클럭 신호를 발생시키는 클럭 제너레이터를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 전송 장치(100b)는 도 2를 참조하여 설명한 신호 전송 장치(100)와 달리 왈시 부호화기(Walsh coder, 111b)가 데이터 스트림이 FSK 인코더에 입력되기 전에 왈시 코드(Walsh code)를 이용하여 데이터 스트림을 부호화(확산)할 수 있다. 이 경우, 페이로드 및 프리앰블이 포함된 패킷 형태의 데이터 스트림을 왈시 부호화할 수 있다.

일 실시 예에서, 왈시 부호화기(111b)는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응되는 채널에 해당하도록 데이터 스트림을 복수의 채널로 분리하고, 분리된 데이터 스트림에 각각 별개의 왈시 코드를 곱할 수 있다.

왈시 코드(일명 Walsh-Hadamard 코드)는 CDMA 시스템의 다운링크(DL) 채널에서 사용자를 분리하는 데 사용되는 직교 코드 세트이지만, 광학 기반 무선 통신 기술에서는 적용된 적이 없다. 이는, 종래의 광학 기반 무선 통신 기술은 하나의 광원에서 동일한 시간에 하나의 주파수만 이용할 수 있으므로 고속 데이터의 전송이 불가능하여, 즉 여러 비트 코드를 서로 다른 채널로 전송하지 못하므로 왈시 코드의 적용 필요성을 통상의 기술자들이 느끼지 못하였다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시 예는 복수의 비트 코드를 서로 다른 대역의 주파수에 기반하여 고속 데이터 전송이 가능하므로 왈시 코드를 적용하여 데이터 전송의 강건성을 향상시킬 수 있다.

왈시 코드의 두 코드 W_i와 W_j 간의 코드 직교성은 다음과 같이 정의된다.

이러한 왈시 코드들은 반복적으로 복수 개만큼 생성될 수 있고, 왈시 코드를 생성하는 방법은 종래에 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

신호 전송 장치(100b)는 왈시 부호화기(111b)에서 출력한 왈시 코드화된 데이터 스트림을 복수의 채널에서 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 채널의 서로 다른 대역의 주파수를 상기 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑함으로써 각각 M-FSK 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성한다.

도 12를 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 신호 전송 장치(100b)의 신호 전송 방법(S100b)을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

신호 전송 장치(100b)는 바이너리 신호 형태의 패킷을 입력 받거나 또는 전송 신호를 입력 받아 이를 바이너리 신호 형태의 패킷으로 변환할 수 있다(S110b).

신호 전송 장치(100b)는 패킷 형태의 데이터 스트림을 데이터 스트림의 적어도 일부를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 복수의 채널로 분리하고, 채널 별로 분리된 데이터 스트림에 각각 별개의 왈시 코드를 곱하여 왈시 변조 신호를 생성할 수 있다(S120b).

신호 전송 장치(100b)는 각 채널 별로 입력된 왈시 변조 신호의 비트 코드들을 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역에 대응하는 미리 설정된 <표 1>과 같은 비트 주파수 맵핑 테이블에 기반하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응하는 채널 별 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S130b).

신호 전송 장치(100b)는 각 채널 별로 생성한 펄스파 형태의 FSK 변조 신호에서 시간 축으로 동일한 위치의 채널 별 FSK 변조 신호의 주파수에 기반하여 풀 스펙트럼 LED를 제어하기 위한 각 대역에 적합한 파라미터(전압 신호 등)와 같은 광 변조 신호를 생성하고, 이를 합성할 수 있다(S140b).

광 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED를 원하는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 각 대역에 해당하는 광에 적합하게 발광할 수 있도록 제어하기 위한 전기적인 신호 또는 명령일 수 있고, 신호 전송 장치(100b)는 생성된 광 변조 신호에 따라 풀 스펙트럼 LED를 제어하여 풀 스펙트럼 대역의 광 신호를 전송할 수 있다(S150b).

도 13을 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼에 기반한 신호 수신 장치(200b)의 구성을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

신호 수신 장치(200b)는 풀 스펙트럼 광 신호를 수신하는 롤링 셔터 방식으로 이미지 센서에서 획득한 신호에 기반하여 이미지 프레임을 생성하는 롤링 카메라(210b), 이미지 프레임에서 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역을 결정한 후 해당 영역의 스트립 형태의 영상에 기반하여 펄스 레벨(ON/OFF) 정보를 추출하여 FSK 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부(미도시), 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호로부터 생성된 FSK 변조 신호를 각각 채널 별로 M-FSK 방식에 기반하여 복조하는 M-FSK 디코더, FSK 변조 신호로부터 복조된 데이터 스트림(FSK 복조 신호)에 왈시 복호화를 수행하고 최종 데이터 스트림을 생성하는 왈시 복호기(220b), FSK 변조 신호에서 각 채널 별 프리앰블을 분리하고 프리앰블의 주파수를 결정하는 프리앰블 검출부(240b) 및 프리앰블의 주파수 및 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 FSK 변조 신호를 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 풀 스펙트럼 M-FSK 디코더를 포함할 수 있다.

신호 수신 장치(200b)의 롤링 카메라(210b)는 적외선 대역 필터, 가시광선 대역 필터 및 자외선 대역 필터를 포함할 수 있고, 적외선 대역 필터, 가시광선 대역 필터 및 자외선 대역 필터에 기반하여, 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 적외선 대역 필터, 가시광선 대역 필터 및 자외선 대역 필터에 기반하여, 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임은 각각의 채널에 대응되는 풀 스펙트럼 M-FSK 디코더에 입력된 후 복조되어 데이터 스트림을 생성하고, 각 채널의 데이터 스트림은 왈시 복호화 방법에 의해 복호화될 수 있다. 왈시 복호화 된 최종 데이터 스트림은 P/S(Parallel to serial) 변환기를 통하여 합성(concatenate)되어 복조가 완료될 수 있다.

도 14를 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200b)의 신호 수신 방법(S200b)을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

롤링 셔터 기반의 적외선 대역 필터, 가시광선 대역 필터 및 자외선 대역 필터를 포함하는 풀 스펙트럼 카메라(이하 '롤링 카메라'라고 기재한다)는 풀 스펙트럼 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 이미지 프레임을 생성한다(S210b). 이미지 프레임은 도 10과 같은 스트립 형태의 적외선 대역 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임일 수 있다.

신호 수신 장치(200b)는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 도 10과 같은 스트립 이미지 프레임으로부터 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S220b). FSK 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 각 로우 또는 컬럼으로부터 추출한 온 또는 오프 값들일 수 있다. 예를 들어, 적외선 대역의 이미지 프레임에서 도 9와 같은 FSK 변조 신호(810)를 생성할 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200b)는 FSK 변조 신호에서 프리앰블에 대응되는 신호를 분리한 후 주파수를 추출함으로써, 프리앰블에 대응되는 주파수들의 대역을 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200b)는 FSK 변조 신호를 셔터 스피드 및 FSK 변조 신호의 온 레벨 (또는 오프 레벨일 수 있다)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 각 채널 별 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하고(S230b), <표 1>과 같은 비트-주파수 맵핑 테이블 및 추출된 주파수에 기반하여 각 대역의 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다(S240b).

신호 수신 장치(200b)는 M-FSK 복조된 데이터 스트림을 월시 복호화하여 최종 데이터 스트림을 생성할 수 있다(S250b).

도 15를 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼에 기반한 신호 수신 장치(200c)의 구성을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다. 본 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200c)는 앞서 도 2를 참조하여 설명한 신호 송신 장치에 대응하여 사용될 수 있다.

신호 수신 장치(200c)는 풀 스펙트럼 광 신호를 수신하는 롤링 셔터 방식으로 이미지 센서에서 획득한 신호에 기반하여 이미지 프레임을 생성하는 롤링 카메라(210c), 이미지 프레임에서 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역을 결정한 후 해당 영역의 스트립 형태의 영상에 기반하여 펄스 레벨(ON/OFF) 정보를 추출하여 FSK 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부(미도시), FSK 변조 신호를 푸리에 변환한 후 주파수를 추출하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역으로 구분하는 주파수 추출부(220c), FSK 변조 신호의 주파수 추출부(220c)에서 분리한 프리앰블의 주파수에 기반하여 각 대역의 비트코드에 맵핑되는 주파수를 결정하는 프리앰블 검출부(240b), 프리앰블의 주파수 및 비트-주파수 맵핑 테이블 또는 프리앰블 검출부(240b)에서 결정한 각 대역의 비트코드에 맵핑되는 주파수에 기반하여 FSK 변조 신호를 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 풀 스펙트럼 M-FSK 디코더를 포함할 수 있다.

신호 수신 장치(200c)의 롤링 카메라(210c)는 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보가 모두 포함된 이미지 프레임을 생성할 수 있다. 이미지 프레임은 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보를 모두 포함하고 있으므로, 이미지 프레임에서 생성된 FSK 변조 신호는 신호 송신 장치가 전송한 광 변조 신호의 각 대역의 광 정보 및 각 채널의 주파수 정보를 모두 포함한다.

따라서, 신호 수신 장치(200c)의 주파수 추출부(220c)는 각 채널의 주파수 정보를 모두 포함한 FSK 변조 신호를 푸리에 변환하여 주파수 영역으로 변환한 후, 복수의 주파수를 추출하여 이를 각 채널의 프리앰블 또는 페이로드의 주파수로 추출할 수 있다. 추출된 주파수는 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호에 대응된다.

일 실시 예에서 신호 수신 장치(200c)의 주파수 추출부(220c)는 각 채널의 각 프리앰블의 주파수를 추출한 후, 이에 기반하여 각 대역의 페이로드에 대응하는 주파수를 결정할 수 있다. 즉, 적외선 대역에 대응되는 채널을 예로 들면, 적외선 대역에 대응되는 채널로 구분된 프리앰블에서 추출한 2개의 주파수들 중 가장 낮은 대역의 주파수 및 가장 높은 대역의 주파수 사이를 미리 설정된 간격으로 균등하게 분할하여 페이로드의 비트코드로 맵핑하기 위한 주파수를 결정할 수 있다.

도 16을 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200c)의 신호 수신 방법(S200c)을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

롤링 셔터 기반의 풀 스펙트럼 카메라(이하 '롤링 카메라'라고 기재한다)는 풀 스펙트럼 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보가 모두 포함된 이미지 프레임을 생성한다(S210c). 이미지 프레임은 롤링 카메라에 기반하여 생성되므로 스트립 형태의 이미지 프레임일 수 있다. 롤링 카메라는 풀 스펙트럼 기반이므로 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보를 모두 센싱할 수 있어 연속된 스트립의 넓이는 서로 다를 수 있다.

신호 수신 장치(200c)는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 스트립 이미지 프레임으로부터 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보가 모두 포함된 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S220c). FSK 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 각 로우 또는 컬럼으로부터 추출한 온 또는 오프 값들일 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200c)는 FSK 변조 신호를 푸리에 변환하여 프리앰블에 대응되는 주파수를 추출한 후, 프리앰블의 주파수에 기반하여 각 채널의 페이로드에 대응되는 주파수들의 대역을 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200c)는 FSK 변조 신호의 페이로드에 대응되는 부분을 푸리에 변환하여(프리앰블에 대응되는 주파수를 고려하여 페이로드 부분의 정확한 대응 주파수를 결정할 수 있다) 각 대역의 페이로드에 대응하는 주파수를 추출하고(S230c), <표 1>과 같은 비트-주파수 맵핑 테이블 및 추출된 주파수에 기반하여 각 대역의 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다(S240c).

도 17을 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 풀 스펙트럼에 기반한 신호 수신 장치(200d)의 구성을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다. 본 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200d)는 앞서 도 2를 참조하여 설명한 신호 송신 장치에 대응하여 사용될 수 있다.

신호 수신 장치(200d)는 풀 스펙트럼 광 신호를 수신하는 롤링 셔터 방식으로 이미지 센서에서 획득한 신호에 기반하여 이미지 프레임을 생성하는 롤링 카메라(210c), 이미지 프레임에서 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역을 결정한 후 해당 영역의 스트립 형태의 영상에 기반하여 펄스 레벨(ON/OFF) 정보를 추출하여 변조 신호를 생성하는 변조 신호 생성부(미도시), 변조 신호를 입력 받아 서로 다른 주파수 대역의 신호를 통과시키는 복수의 주파수 대역 필터 회로에 각각 입력하여 복수의 FSK 변조 신호를 생성하는 필터부(220d), 각 대역으로 구분된 FSK 변조 신호에서 프리앰블의 주파수를 결정하는 프리앰블 검출부(240d), 필터부(220d)의 복수의 대역 필터 회로에서 출력한 복수의 FSK 변조 신호를 각 채널로 입력 받아 각 채널에서 프리앰블의 주파수 및 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 FSK 변조 신호를 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 풀 스펙트럼 M-FSK 디코더를 포함할 수 있다.

변조 신호를 입력 받은 필터부(220d)의 복수의 대역 필터 회로는 각각 도 18과 같이 서로 다른 대역의 주파수를 모두 포함하는 변조 신호에서 각 채널과 관련된 대역의 주파수에 해당하는 대역 필터를 적용함으로써 각 대역의 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다.

풀 스펙트럼 M-FSK 디코더는 프리앰블이 제거된 각 FSK 변조 신호는 각 대역마다 풀 스펙트럼 LED 광원의 ON에 대응하는 칼럼(또는 로우)의 넓이(픽셀 수)가 서로 다를 수 있다. 신호 수신 장치(200d)는 온 레벨에 대응하는 넓이와 롤링 카메라(210d)의 셔터 스피드를 고려하여 각 채널 별 FSK 변조 신호의 주파수를 결정할 수 있다. 이 때, 각 대역 별 프리앰블에서 추출한 2개의 주파수들 중 가장 낮은 대역의 주파수 및 가장 높은 대역의 주파수 사이를 미리 설정된 간격으로 균등하게 분할한 위치를 더 고려하여 페이로드의 비트코드로 맵핑하기 위한 주파수를 결정할 수 있다.

신호 수신 장치(200d)는 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 로부터 추출된 주파수에 기반하여 각 채널의 FSK 변조 신호를 M-FSK 방식으로 복조하고 이를 패킷의 페이로드로 구성하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 데이터 스트림은 앞에서 설명한 패킷일 수 있다.

도 19를 참조하여 본 개시의 다른 실시 예에 따른 신호 수신 장치(200d)의 신호 수신 방법(S200d)을 설명한다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 자세한 설명을 생략한다.

롤링 셔터 기반의 풀 스펙트럼 카메라(이하 '롤링 카메라'라고 기재한다)는 풀 스펙트럼 LED 광원의 점멸을 서로 다른 시간에 연속적으로 복수 회 촬영하고, 각 촬영한 신호를 이미지 센서의 한 칼럼 또는 로우에 저장하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 정보가 모두 포함된 이미지 프레임을 생성한다(S210d). 이미지 프레임은 롤링 카메라에 기반하여 생성되므로 스트립 형태의 이미지 프레임일 수 있다.

신호 수신 장치(200c)는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 스트립 이미지 프레임으로부터 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 변조 신호의 정보가 모두 포함된 변조 신호를 생성할 수 있다(S220d). 변조 신호는 풀 스펙트럼 LED가 촬영된 영역의 각 로우 또는 컬럼으로부터 추출한 온 또는 오프 값들일 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200d)는 변조 신호를 서로 다른 주파수 대역의 신호를 통과시키는 복수의 대역 필터 회로에 각각 입력하여 복수의 FSK 변조 신호를 생성할 수 있다(S220d). 이후, 일 실시 예에서, 신호 수신 장치(200d)는 복수의 FSK 변조 신호에서 프리앰블에 대응되는 부분의 온 레벨의 넓이 및 롤링 카메라의 셔터 스피드에 기반하여 프리앰블의 주파수를 추출할 수 있다(S230d). 마찬가지로, 복수의 FSK 변조 신호에서 페이로드에 대응하는 부분의 온 레벨의 넓이에 기반하여 페이로드의 주파수를 추출할 수 있다(S230d).

신호 수신 장치(200d)는 미리 설정된 <표 1>과 같은 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 추출된 페이로드의 주파수를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하거나, 프리앰블의 주파수에 기반하여 결정된 각 대역의 페이로드에 대응되는 주파수들에 기반하여 페이로드의 주파수를 각각 M-FSK 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다(S240d).

전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 각 장치의 프로세서를 포함할 수도 있다.

한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.

본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.

본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다

100, 100b, 100c, 100d: 신호 송신 장치
200 ,200b, 200c, 300d: 신호 수신 장치

Claims (16)

1. 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 광학 신호 전송 방법으로서,
   데이터 스트림을 입력받는 단계;
   상기 데이터 스트림의 적어도 일부를 복수의 채널로 분리하고, 분리된 상기 데이터 스트림을 각각 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성하는 단계로서, 상기 복수의 채널에서 각각 서로 다른 대역의 주파수를 상기 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑하고,;
   상기 복수의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광으로 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 광 변조 신호에 기반하여 동일한 광 채널의 광원으로서, 풀 스펙트럼을 지원하는 광원을 제어하여 상기 광 변조 신호를 전송하는 단계를 포함하는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 FSK 변조 신호를 생성하는 단계는,
   상기 복수의 채널 중 각 채널에서, 각 채널 별 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 분리된 상기 데이터 스트림을 변조하고, 상기 데이터 스트림의 프리앰블(preamble)은 각 채널 별 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의 주파수 또는 가장 높은 대역의 주파수를 맵핑하여 상기 FSK 변조 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)는 각 채널 별 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의 주파수와 가장 높은 대역의 주파수 사이에서 균등한 대역 간격으로 위치한 주파수들을 어느 한 채널의 주파수로 맵핑하여 상기 FSK 변조 신호를 생성하되, 상기 페이로드에 맵핑되는 주파수들은 각 채널 별로 서로 10배 이상의 차이를 가지는 주파수들인 단계를 더 포함하는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
4. 제2 항에 있어서,
   상기 데이터 스트림의 상기 프리앰블은 각 채널 별로 서로 다른 종류의 2개로 구성되는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 광 변조 신호를 전송하는 단계는,
   상기 비트-주파수 맵핑 테이블에서 각 채널별 상기 프리앰블에 기반하여 변조된 광 변조 신호를 전송한 후, 각 채널별 상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)에 기반하여 변조된 광 변조 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 FSK 변조 신호를 생성하는 단계는,
   각 채널 별 분리된 상기 데이터 스트림을 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 변조하는 단계를 더 포함하고,
   상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)의 비트코드에 대하여 상기 비트-주파수 맵핑 테이블의 채널 별로 맵핑되는 주파수들은 각 채널 별 프리앰블(preamble)에 맵핑되는 주파수들 사이에 균등한 간격으로 위치하는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 방법.
   
7. 풀 스펙트럼 광원을 포함하는 광원부;
   입력되는 신호를 변조하는 변조부; 및
   상기 광원부를 제어해 변조된 전송 신호를 송신하는 제어부를 포함하고,
   상기 변조부는 입력 받은 데이터 스트림의 적어도 일부를 복수의 채널로 분리하고, 분리된 상기 데이터 스트림을 각각 M-FSK(M-ary Frequency Shift Keying) 방식으로 변조하여 FSK 변조 신호를 생성하고, 상기 복수의 채널에서 각각 서로 다른 대역의 주파수를 상기 데이터 스트림의 비트 코드에 맵핑하고, 상기 복수의 채널에서 각각 변조한 복수의 FSK 변조 신호를 각각 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광으로 합성하여 적외선 대역, 가시광선 대역 및 자외선 대역의 광 특성을 모두 갖는 광 변조 신호를 생성하도록 구성되고,
   상기 제어부는 상기 광 변조 신호에 기반하여 동일한 광 채널의 광원으로서, 풀 스펙트럼을 지원하는 광원을 제어하여 상기 광 변조 신호를 전송하도록 구성되는,
   풀 스펙트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
   
8. 제7 항에 있어서,
   상기 변조부는,
   상기 복수의 채널 중 각 채널에서, 각 채널 별 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 분리된 상기 데이터 스트림을 변조하고, 상기 데이터 스트림의 프리앰블(preamble)은 각 채널 별 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의 주파수 또는 가장 높은 대역의 주파수를 맵핑하여 상기 FSK 변조 신호를 생성하도록 구성되는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 변조부는 상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)는 각 채널 별 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에서 가장 낮은 대역의 주파수와 가장 높은 대역의 주파수 사이에서 균등한 대역 간격으로 위치한 주파수들을 어느 한 채널의 주파수로 맵핑하여 상기 FSK 변조 신호를 생성하되, 상기 페이로드에 맵핑되는 주파수들은 각 채널 별로 서로 10배 이상의 차이를 가지는 주파수들로 구성되는,
   풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
   
10. 제8 항에 있어서,
    상기 데이터 스트림의 상기 프리앰블은 각 채널 별로 서로 다른 종류의 2개로 구성되는,
    풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비트-주파수 각 채널별 상기 프리앰블에 기반하여 변조된 광 변조 신호를 전송한 후, 각 채널별 상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)에 기반하여 변조된 광 변조 신호를 전송하도록 구성되는,
    풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
    
12. 제7 항에 있어서,
    상기 변조부는 각 채널 별 분리된 상기 데이터 스트림을 미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 변조하도록 구성되고,
    상기 데이터 스트림의 페이로드(payload)의 비트코드에 대하여 상기 비트-주파수 맵핑 테이블의 채널 별로 맵핑되는 주파수들은 각 채널 별 프리앰블(preamble)에 맵핑되는 주파수들 사이에 균등한 간격으로 위치하는,
    풀 스펨트럼 기반 광학 신호 전송 장치.
    
13. 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 롤링 셔터 기반의 가시광선 대역 카메라 및 롤링 셔터 기반의 자외선 대역 카메라를 포함하는 광학 신호 수신 장치의 프로세서가 각 단계의 적어도 일부를 수행하는 광학 신호 수신 방법으로서,
    풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원을 촬영한 상기 적외선 대역 카메라, 상기 가시광선 대역 카메라 및 상기 자외선 대역 카메라의 센서 신호에 기반하여 각각 적외선 대역 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 생성하는 단계;
    상기 적외선 이미지 프레임, 상기 가시광선 대역 이미지 프레임 및 상기 자외선 대역 이미지 프레임에서 각각 상기 광원이 촬영된 영역으로부터 복수의 FSK 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 적외선 대역 카메라, 상기 가시광선 대역 카메라 및 상기 자외선 대역 카메라의 셔터 스피드 및 복수의 상기 FSK 변조 신호의 온 레벨(On-Level)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 복수의 상기 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하는 단계;
    미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 상기 주파수에 기반하여 복수의 상기 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK(Mary-Frequency Shift Keying) 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하는 단계를 포함하는,
    풀 스펙트럼 광학 신호 수신 방법.
    
14. 제13 항에 있어서,
    복수의 상기 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하는 단계는,
    복수의 상기 FSK 변조 신호에 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 각각 대역 별 기본 주파수에 기반한 합성 주파수를 합성한 후, 상기 대역 별 합성 주파수가 합성된 복수의 상기 FSK 변조 신호의 상기 주파수를 추출하는 단계를 포함하는,
    풀 스펙트럼 광학 신호 수신 방법.
    
15. 롤링 셔터 기반의 적외선 대역 카메라, 롤링 셔터 기반의 가시광선 대역 카메라 및 롤링 셔터 기반의 자외선 대역 카메라를 포함하는 카메라부;
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결되고, 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가,
    풀 스펙트럼 LED를 포함하는 광원을 촬영한 상기 적외선 대역 카메라, 상기 가시광선 대역 카메라 및 상기 자외선 대역 카메라의 센서 신호에 기반하여 각각 적외선 이미지 프레임, 가시광선 대역 이미지 프레임 및 자외선 대역 이미지 프레임을 생성하고, ;
    상기 적외선 이미지 프레임, 상기 가시광선 대역 이미지 프레임 및 상기 자외선 대역 이미지 프레임에서 각각 상기 광원이 촬영된 영역으로부터 복수의 FSK 변조 신호를 생성하고,;
    상기 적외선 대역 카메라, 상기 가시광선 대역 카메라 및 상기 자외선 대역 카메라의 셔터 스피드 및 복수의 상기 FSK 변조 신호의 온 레벨(On-Level)에 대응하는 픽셀 수에 기반하여 복수의 상기 FSK 변조 신호의 주파수를 추출하고;
    미리 설정된 비트-주파수 맵핑 테이블 및 상기 주파수에 기반하여 복수의 상기 FSK 변조 신호를 각각 M-FSK(Mary-Frequency Shift Keying) 방식으로 복조하여 데이터 스트림을 생성하도록 야기하는 코드를 저장하는,
    풀 스펙트럼 광학 신호 수신 장치.
    
16. 제15 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
    복수의 상기 FSK 변조 신호에 상기 비트-주파수 맵핑 테이블에 기반하여 각각 대역 별 기본 주파수에 기반한 합성 주파수를 합성한 후, 상기 대역 별 합성 주파수가 합성된 복수의 상기 FSK 변조 신호의 상기 주파수를 추출하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    풀 스펙트럼 광학 신호 수신 장치.
    

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