WO2017122924A1 - S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치 - Google Patents

S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2017122924A1
WO2017122924A1 PCT/KR2016/013776 KR2016013776W WO2017122924A1 WO 2017122924 A1 WO2017122924 A1 WO 2017122924A1 KR 2016013776 W KR2016013776 W KR 2016013776W WO 2017122924 A1 WO2017122924 A1 WO 2017122924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light source
binary
data signal
binary value
phase
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/013776
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장영민
응웬반장
홍창현
Original Assignee
국민대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/KR2016/000482 external-priority patent/WO2016133285A1/ko
Application filed by 국민대학교 산학협력단 filed Critical 국민대학교 산학협력단
Priority to US16/069,822 priority Critical patent/US10742318B2/en
Priority to KR1020187022767A priority patent/KR102092496B1/ko
Publication of WO2017122924A1 publication Critical patent/WO2017122924A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/502—LED transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H04B10/5561—Digital phase modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/676—Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/183—Multiresolution systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/22—Adaptations for optical transmission

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for S2-PSK optical wireless communication.
  • VLC Visible Light Communication
  • PD photo diode
  • OWC Optical Wirelesss Communications
  • the present inventor is leading the OWC international standardization by submitting many articles on the OWC technology as the chairman of the IEEE 802.15.7r1 OWC TG international standardization organization, and the present invention is one of the most essential technologies of the OWC international standardization technology, S2-PSK. (Spatial 2-Phase Shift Keying) Modulation method.
  • the present invention provides an optical wireless communication method and apparatus using an LED and an image sensor.
  • An optical wireless communication apparatus includes a modulator and a transmitter, wherein the modulator generates a reference signal that periodically repeats binary values 0 and 1, and receives a first binary data signal. And outputting a second binary data signal, wherein the second binary data signal has the same frequency as the reference signal, and when the first binary data signal has a binary value of 0, is in phase with the reference signal and the first binary data.
  • the phase is opposite to the reference signal, or when the first binary data signal is binary value 1, the phase is the same as the reference signal, and when the first binary data signal is binary value 0
  • the transmitter the first light source blinks in accordance with the reference signal, characterized in that the second light source blinks in accordance with the second data signal, characterized in that The.
  • the second binary data signal may be in phase with the reference signal when the first binary data signal has a binary value of 0 and the phase with the reference signal when the first binary data signal has a binary value of 1. It is characterized by the opposite.
  • the line encoder may further include a line encoder for receiving a third binary data signal, encoding the third binary data at a code rate of 1/2, and outputting the first binary data signal. Outputs binary value (0,0) or (1, 1) if the signal is binary 0; outputs binary value (0,1) or (1, 0) if the binary value of the input signal is 1, or Output a binary value (0,1) or (1, 0) if the input signal is binary 0, and output a binary value (0,0) or (1, 1) if the input signal is binary 1 It features.
  • the line encoder outputs a binary value (0,0) when the input signal is a binary value 0, and outputs a binary value (0,1) when the binary value of the input signal is 1. It is done.
  • the modulator may be configured to receive a third binary data signal and output a fourth binary data signal, wherein the fourth binary data signal has the same frequency as the reference signal and the third binary data signal is equal to the third binary data signal.
  • the phase is the same as the reference signal
  • the third binary data signal is the binary value 1
  • the phase is opposite to the reference signal or when the third binary data signal is the binary value 1
  • the transmitter blinks a third light source according to the fourth binary data signal.
  • An optical wireless communication apparatus includes a receiver and a demodulator, wherein the receiver receives images photographed continuously from an image sensor, and the demodulator is based on the images. If the blinking phase of the first light source on the images is the same as the blinking phase of the second light source on the images, the binary value is 0. If the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the second light source are opposite, the binary value is 1; A first binary value of 1 when the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the second light source are the same, and a binary value of 0 when the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the second light source are opposite to each other; And outputting a data signal.
  • the demodulator is a binary value of 0 when the blinking phase of the first light source on the images and the blinking phase of the second light source on the images are the same, and the blinking phase of the first light source and the second light source of the second light source.
  • the first binary data signal having a binary value of 1 is output.
  • a light source detector for detecting the position of the first light source and the second light source in each of the images, the demodulator, based on the position of the detected first light source and the second light source And outputs a binary data signal.
  • the light source detector comprises an artificial neural network for detecting positions of the first light source and the second light source, the artificial neural network comprising a first neuron layer and a second neuron layer, and the first neuron
  • the layer and the second neuron layer each comprise a convolutional layer and a RoI pooling layer, read previous positions of the first and second light sources, and generate a training data set for the artificial neural network based on the previous positions.
  • the output of the artificial neural network is obtained by inputting the training data set. If the error of the output does not satisfy a target error, the weights of the artificial neural network are updated by back propagation, and then the training data set is input. Obtaining the output of the artificial neural network, and if the error of the output satisfies the target error, and outputs the positions of the first light source and the second light source do.
  • the demodulator includes an artificial neural network that calculates an XOR value or an NXOR value of flickering states of the first and second light sources in consideration of noise, wherein the artificial neural network includes five neurons.
  • a second hidden layer comprising one hidden layer and three neurons, wherein all neurons of the neural network are fully connected, the activation function of the first and second hidden layers is a tan-sigmoid function, the first light source and Read flashing states of a second light source, generate a training data set for the artificial neural network based on the flashing states, obtain the output of the artificial neural network with the training data set as input, and the error of the output is the target If the error is not satisfied, the weights of the artificial neural network are updated by back propagation, and then the training data set is input.
  • the XOR value or the NXOR value of the flickering states of the first light source and the second light source is output.
  • the line decoder may further include a line decoder configured to receive a first binary data signal, decode the first binary data at a code rate of 1/2, and output a second binary data signal.
  • the line decoder may further include an input signal. Outputs binary value 0 when is binary value (0,0) or (1, 1), outputs binary value 1 when input signal is binary value (0,1) or (1, 0), or input signal If the binary value (0,0) or (1, 1) is a binary value 1, and if the input signal is a binary value (0,1) or (1, 0), it outputs a binary value 0 do.
  • the line decoder outputs a binary value 0 when the input signal is a binary value (0,0) or (1, 1), and the input signal is a binary value (0,1) or (1, 0). ), The binary value 1 is output.
  • the receiver characterized in that for receiving the images taken by the rolling shutter method from the image sensor.
  • the light source detector detects a position of a third light source in each of the images, and the demodulator blinks the first light source based on the detected positions of the first light source and the third light source.
  • the binary value is 0, and when the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the third light source are opposite, the binary value is 1, or the blinking phase of the first light source and the third
  • a second binary data signal having a binary value of 1 when the blinking phase of the three light sources is the same and a binary value of 0 when the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the third light source are opposite to each other.
  • An optical wireless communication apparatus includes a receiver and a demodulator, wherein the receiver receives images photographed continuously from an image sensor, and the demodulator receives data from the images by the following equation. It is characterized by demodulation.
  • S 1 (k) and S 2 (k) represent the blinking state of the first light source and the blinking state of the second light source in the k-th image, respectively.
  • An optical wireless communication apparatus includes a receiver and a demodulator, wherein the receiver receives images photographed continuously from an image sensor, and the demodulator receives data from the images by the following equation. It is characterized by demodulation.
  • S 1 (k) and S 2 (k) represent the blinking state of the first light source and the blinking state of the second light source in the k-th image, respectively.
  • the modulator generates a reference signal for periodically repeating binary values 0 and 1, the modulator receives a first binary data signal, the modulator, When the frequency is the same as the reference signal, the first binary data signal is a binary value 0 and the phase is the same as the reference signal, when the first binary data signal is a binary value 1 is in phase with the reference signal or the Outputting a second binary data signal that is in phase with the reference signal when the first binary data signal is a binary value 1 and that is in phase with the reference signal when the first binary data signal is a binary value 0; And flashing, by the transmitter, a first light source according to the reference signal, and flashing a second light source according to the second binary data signal.
  • the line encoder may further include receiving a third binary data signal, encoding the third binary data at a code rate of 1/2, and outputting the first binary data signal. Outputs a binary value (0,0) or (1, 1) if the input signal is binary 0, and returns a binary value (0,1) or (1, 0) if the binary value of the input signal is 1 Outputs a binary value (0,1) or (1, 0) if the input signal is binary 0, and returns a binary value (0,0) or (1, 1) if the input signal is binary 1 It is characterized by outputting.
  • An optical wireless communication method comprises the steps of: a receiver receiving images continuously photographed from an image sensor, and a demodulator, based on the images, a blinking phase of a first light source on the images Is a binary value of 0 when the blinking phase of the second light source on the images is the same, and a blinking phase of the first light source and a blinking phase of the second light source are binary values of 1, or Outputting a first binary data signal having a binary value of 1 when the blinking phase of the second light source is the same and a binary value of 0 when the blinking phase of the first light source and the blinking phase of the second light source are opposite to each other; It is characterized by.
  • the method further comprises detecting a position of a first light source and a second light source in each of the images, and outputting a first binary data signal comprises: detecting the first light source and the first light source; 2 is performed based on the position of the light source.
  • the light source detector comprises an artificial neural network for detecting positions of the first light source and the second light source, the artificial neural network comprising a first neuron layer and a second neuron layer, and the first neuron
  • the layer and the second neuron layer each comprise a convolutional layer and a RoI pulling layer
  • the detecting of the positions of the first and second light sources by the light source detector comprises: transferring the first and second light sources.
  • Reading positions generating a training data set for the artificial neural network based on the previous positions, obtaining an output of the artificial neural network with the training data set as input, wherein the error of the output is a target error If not satisfied, updating the weights of the artificial neural network by back propagation, and obtaining the output of the artificial neural network by inputting the training data set; and And if the error of output satisfies a target error, outputting positions of the first light source and the second light source.
  • the demodulator includes an artificial neural network that calculates an XOR value or an NXOR value of flickering states of the first and second light sources in consideration of noise, wherein the artificial neural network includes five neurons.
  • a second hidden layer comprising one hidden layer and three neurons, wherein all neurons of the neural network are fully connected, the activation function of the first and second hidden layers is a tan-sigmoid function, and the demodulator is a first Generating a binary data signal may include reading flashing states of the first and second light sources, generating a training data set for the artificial neural network based on the flashing states, and inputting the training data set.
  • the line decoder may further include receiving a first binary data signal, decoding the first binary data at a code rate of 1/2, and outputting a second binary data signal.
  • Output binary value 0 if the input signal is binary (0,0) or (1, 1), output binary value 1 if the input signal is binary (0,1) or (1, 0) If the input signal is binary value (0,0) or (1, 1), output binary value 1; if the input signal is binary value (0,1) or (1, 0), output binary value 0 It is characterized by.
  • the present invention includes a program stored in a medium for executing a method according to an embodiment of the present invention on a computer.
  • the present invention includes a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method according to an embodiment of the present invention on a computer.
  • wireless communication may be performed using an LED and an image sensor, and in particular, the vehicle-to-vehicle communication using a tail light of a vehicle and a smartphone may be efficiently performed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view comparing an optical wireless communication method using one light source and an optical wireless communication method using two light sources.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a modulation scheme of an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a demodulation scheme of an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically showing the flow of a demodulation method using an artificial neural network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an XOR demodulator using an artificial neural network according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a phenomenon that occurs when a plurality of light sources are photographed by a rolling shutter method.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating bad-sampling due to a long exposure time.
  • FIG 9 illustrates an internal FEC according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate a use case to which an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • an optical wireless communication system includes an optical wireless transmitting apparatus 100 and an optical wireless receiving apparatus 200, and the optical wireless transmitting apparatus 100 includes a modulator 110.
  • the optical wireless receiver 200 may include a receiver 210 and a demodulator 230, and may further include a light source detector 220.
  • the modulator 110 receives a binary data signal D [i], which is a bit sequence to be transmitted, and generates binary data signals S 1 (t) and S 2 (t) having a modulated pulse waveform.
  • D [i] which is a bit sequence to be transmitted
  • S 1 (t) and S 2 (t) having a modulated pulse waveform.
  • S 1 and S 2 may be continuous signals or discrete signals, which will be described below with reference to continuous signals.
  • the transmitter 120 transmits data by blinking the first light source 121 and the second light source 122 in accordance with the binary data signals S 1 (t) and S 2 (t), respectively.
  • the blinking here does not necessarily indicate only how the light source is completely turned on and off, but includes all the ways of representing two states of binary values 0 and 1 using a change in brightness of the light source. If the flashing frequency of the light source is above a certain value (eg, 200 Hz), a person does not feel the light source blinking.
  • the receiver 210 receives an image sequence in which an image sensor continuously photographs (samples) light sources.
  • the light source detector 220 detects positions of the light sources in the received image.
  • the demodulator 230 demodulates the data signal from the blinking state of the light sources.
  • the transmitter 120 transmits data using two or more light sources.
  • the transmitter 120 will be mainly described in the case where two light sources are used.
  • the use of the plurality of light sources is to effectively perform optical wireless communication by spatially separating the data signal and the reference signal.
  • the main considerations in implementing optical wireless communication are as follows. First, we need to consider whether we can support both global shutter and rolling shutter. That is, a communication method that can be used for both a global shutter camera (image sensor) and a rolling shutter camera is preferable. Second, consider the change in frame rate. In a device operating based on a general OS, the frame rate of the image sensor is not constant and changes according to the resource usage state of the OS. For example, for smartphone cameras, the frame rate fluctuates between approximately 20 fps and 30 fps. Therefore, it is desirable for the optical wireless communication scheme to support such a flexible frame rate.
  • optical wireless communication has many use cases in which a transmitting device or a receiving device moves, and in particular, in a case of inter-vehicle communication, since the transmitting and receiving device moves at a high speed of 10 m / s or more, the continuous communication between the images captured by the image sensor is performed.
  • the noise environment is likely to vary greatly. Therefore, it is preferable that the optical wireless communication system can cope with such sudden noise change.
  • FIG. 2 is a view comparing an optical wireless communication method using one light source and an optical wireless communication method using two light sources.
  • S (i) and the like are transmission signals and N (k) is noise at sampling. Due to the nature of asynchronous communication, the bit index i and the sampling index k of a transmission signal may be different.
  • the reference signal S (i) and the data signal S ′ (i) are separated and transmitted temporally. Therefore, the sampling time points of the reference signal and the data signal are changed to k and k + 1, and the noise is also changed to N (k) and N (k + 1).
  • the reference signal S 1 (i) and the data signal S 2 (i) may be spatially separated and transmitted simultaneously. Since the sampling of both signals occurs at the same time, the noise of both signals becomes equal to N (k). Therefore, the space separation method using a plurality of light sources can more effectively communicate in a situation where the environment changes rapidly, such as communication between vehicles. As will be described later, the present invention by the spatial separation method can demodulate data without being affected by the rolling shutter effect and the frame rate change.
  • the first light source 121 of the two light sources flashing according to the signals S 1 (t) and S 2 (t) generated by the modulator 110 is a reference light source and a second light source 122.
  • the data light source is a light source blinking by a data signal carrying data to be actually transmitted
  • the reference light source is a light source blinking according to a reference signal that periodically repeats binary values 0 and 1.
  • the reference signal S 1 (t) for blinking the reference light source is a pulse string signal that periodically repeats the binary values 0 and 1, and the waveform may be represented by Equation (1).
  • T is the pulse period of the reference signal
  • N pulses are included in one bit section
  • k is a natural number of 1, ..., N.
  • the data signal S 2 (t) which flashes the data light source is a pulse string signal having the same frequency as the reference signal S 1 (t), and is a reference when the data to be transmitted, that is, the input data signal D [i] is 0. If has the same phase as the signal S 1 (t), input data signals D [i] is one having a standard signal S 1 (t) and the opposite phase.
  • the demodulator 230 compares the flickering state, that is, phase, of the first light source and the second light source in the sampled image.
  • the demodulator 230 may use positions of the first light source and the second light source detected by the light source detector 220.
  • the demodulator 230 outputs a binary value 0 when the two light sources have the same phase, and outputs a binary value 1 when the phases of the two light sources are opposite. That is, the demodulator 230 demodulates by XOR operation on the blinking state of the two light sources as shown in Equation (2).
  • S 1 (k) and S 2 (k) are the blinking states of each light source in the k-th image.
  • the demodulator 230 outputs a binary value 0 when both light sources are turned on or off in the sampled image, and outputs a binary value 1 when only one light source is turned on. Accordingly, the optical radio receiver 200 does not need to know which of the two light sources is the reference light source and which is the data light source for demodulation. It also compares two light sources captured in a single image, so if the frame rate of the image sensor changes, it is not affected. However, the frame rate must be greater than or equal to the frequency of the data clock.
  • the modulator 110 is the data signal S 2 (t) is the input data, if the signal is a first reference signal when the S 1 has the same phase as (t), the input data signal is zero, the reference signal S 1 (t)
  • demodulator 230 performs demodulation by NXOR operation instead of XOR in Equation 2.
  • the former will be referred to as the first modulation scheme and the latter as the second modulation scheme, and the description will be made based on the first modulation scheme as a reference unless otherwise specified.
  • the first modulation scheme and the second modulation scheme are merely a matter of phase selection for data values, and correspond substantially to the same technical idea.
  • the optical wireless receiver 200 may use two-phase neural network training to reduce an error due to a noise environment.
  • the two-stage neural network consists of one step of detecting the positions of the light sources and two steps of calculating the XOR.
  • the periodic bit intervals can be learned from the past (ie, previous images), and the neural network determines the features of interest of the light source (e.g. region of interest (RoI), the size of the light source, and the brightness of the ON state). You can refer to what you have learned in doing so.
  • region of interest RoI
  • the neural network of the light source detector 220 obtains existing positions of the light sources from the captured images and estimates the current position. Once the neural network finishes learning, it can go through the verification process by processing all the images. In addition, it is necessary to consider that the flickering state of the light source is affected by the noise when the demodulator 230 performs the XOR operation. Since a pair of noisy inputs require an efficient noisy XOR operator, we also use an artificial neural network.
  • the light source detector 220 includes an artificial neural network that detects positions of a first light source and a second light source, and the artificial neural network includes a first neuron layer and a second neuron layer.
  • the first neuron layer acts as a filter to output a relative region of interest in which the light sources are located, and the second neuron layer determines the exact location of the light sources and groups the light sources into pairs belonging to each vehicle.
  • the first neuron layer and the second neuron layer each comprise a convolutional layer and a RoI pooling layer. Convolution is a translational invariant.
  • the convolutional layer learns which features include the light sources.
  • the strength of the output signal is independent of where the features are located and simply depends on whether the features are present. Since the bit interval is known, the brightness relationship between two light sources of a vehicle can be predicted. Therefore, even if the light source pair moves to another position, the artificial neural network can still recognize this.
  • the region of interest is downsampled by the RoI pooling layer to reduce the size. RoI pooling also reduces the sensitivity to noise. The last RoI pooling ends when the center of the light sources is detected as an acceptable error.
  • the light source detector 220 reads previous positions of the first light source and the second light source, generates a training data set for the artificial neural network based on the previous positions, and uses the training data set as an input to output the output of the artificial neural network. Obtain If the error of the output does not satisfy the target error, the weights of the neural network are updated by backpropagation, and then the process of obtaining the output of the neural network by inputting the training data set is repeated.
  • the artificial neural network uses the information it learns (including the flashing section of the light source and the relative position between the light source pairs) to detect the position of the light sources within the RoI. Without the neural network, it is impossible to detect the position of the light sources that are completely off.
  • the positions of the first light source and the second light source are output.
  • the brightness of the light sources is detected and input to the next step.
  • the data set can be enlarged by augmentation of available data to train the artificial neural network.
  • the position shift, size change, rotation, and flip of the light source may be used.
  • the demodulator 230 includes an artificial neural network that calculates XOR values of flickering states of the first light source and the second light source in consideration of noise.
  • the neural network comprises a first hidden layer comprising five neurons and a second hidden layer comprising three neurons, all the neurons of the neural network are completely connected, and the activation function of the first and second hidden layers is tan-sigmoid It can be a function.
  • the demodulator 230 reads the blinking states of the first light source and the second light source, generates a training data set for the artificial neural network based on the blinking states, and obtains the output of the artificial neural network by using the training data set as an input.
  • the weights of the artificial neural network are updated by back propagation, and then the process of obtaining the output of the artificial neural network by inputting a training data set is repeated. If the error of the output satisfies the target error, the XOR value or NXOR value of the flashing states of the first light source and the second light source is output.
  • the error may be a mean square error.
  • 6 is a diagram illustrating an XOR demodulator using an artificial neural network according to an embodiment of the present invention. W denotes a weight, B denotes a bias, and the bias may be regarded as one weight.
  • the sampling time of the two light sources may be different depending on the rotation state or the distance between the light source and the image sensor, which leads to variations in the flickering phase difference between the two light sources, resulting in an error in demodulation.
  • the demodulated data may be 1 because one light source is turned on and one is turned off in the sampled image.
  • the sampled image may be zero in both demodulated data because the light sources are both turned on or both turned off.
  • One embodiment of the present invention uses additional line coding to reduce such errors.
  • the optical wireless transmission apparatus 100 may include a line encoder in front of the modulator 110.
  • the line encoder encodes and outputs the binary data signal D [i] at a code rate of 1/2 according to Table 1, and the modulator 110 receives the line code output by the line encoder and receives the binary data signal S in the same manner as described above. Produces 1 (t) and S 2 (t).
  • the optical wireless receiver 200 includes a line decoder at the rear end of the demodulator 230, and the line decoder receives the demodulated binary data signal from the demodulator 230 and decodes it according to Equation (4).
  • XOR (k) is an output signal of the demodulator 230 and means a binary value demodulated in the k-th image.
  • the data to be decoded is determined according to the relative relationship between the light source flickering state of one image and the light source flickering state of the next image, thereby obtaining the same result regardless of the absolute light source flickering state.
  • the first light source and the second light source of the sampled image have a flashing phase reversed from the original due to the sampling time difference due to the rolling shutter effect, that is, the transmission data is 0, the two light sources flash in the opposite direction, or the transmission data is 1 Even when the two light sources are blinking the same, demodulation is normally performed. Therefore, in the case of using the line coding in this way, the optical radio receiver 200 does not need to know whether the modulation method of the optical radio transmitting apparatus 100 is the first modulation method or the second modulation method.
  • the demodulation is normally performed only when two consecutive images used by the line decoder have the same rolling shutter error, and an error still occurs when only one of the two images has the rolling shutter error. That is, according to the present invention, an error due to the rolling shutter effect does not occur when the rotation state of the light source and the image sensor does not change, and an error may occur when the rotation state changes.
  • Tables 2 and 3 show the effects of line coding.
  • Table 2 shows the effects of the rolling shutter effect on the case of no line coding and Table 3 on the case of line coding. This is the case that the demodulation error occurs because the shaded part of the table is out of phase due to the rolling shutter effect.
  • the line decoder has no problem in decoding even if two consecutive pairs of images constituting the line code are grouped incorrectly.
  • the line decoder must decode the kth image and the k + 1th image with one code, and k + 2th image and the k + 3th image with one code. Even if the image and k-th image are combined into one code and the k + 1 and k + 2th images are combined into one code, the decoding is normally performed.
  • the line decoder according to the present invention decodes the flashing state of two consecutive images by XOR. In other words, when the flashing state of two consecutive images is not changing, 0 is outputted, and 1 is outputted each time a change occurs. Therefore, even if the images are pushed or pulled one by one, the result is not changed.
  • the same effect can be obtained when the line encoder uses any one of four encoding schemes as shown in Table 6, and the line decoder performs decoding by NXORing the blinking states of two consecutive images as shown in Equation (5).
  • the modulation and demodulation schemes according to Tables 5 and 6 and Equations 4 and 5 are all substantially the same technical idea.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating bad-sampling due to a long exposure time.
  • additional errors may occur due to the rotation of the light source or the image sensor. This occurs when one light source is sampled at the Nth bit interval and the other light source is sampled at the N + 1th bit interval.
  • an inner FEC of code rate 1/4 is used according to the IEE 802.15.7 VLC standard. That is, as shown in FIG. 9, a 1/3 mother code is punctured to obtain a 1/2 code, and a 1/4 code is obtained using a simple repetition code.
  • optical wireless communication system is compatible with both the global shutter and the rolling shutter, and is compatible with a widely varying frame rate, and can be applied to the rapid movement of a light source or an image sensor. Since it operates normally even when rotated at an angle, it is particularly useful for communication between vehicles.
  • FIG. 10 and 11 illustrate a use case to which an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • data may be transmitted using an LED tail light of a vehicle, and short identification information or a short message may be transmitted between vehicles.
  • the signboard may be divided into left and right or up and down to use the two light sources to apply the optical wireless communication of the present invention. When the light source blinks fast enough, people do not feel the rear lights or signs flashing.
  • the optical wireless communication system of the present invention may use three or more light sources, and may use one of the plurality of light sources as a reference signal and the other as a data signal.
  • the data signals may transmit the same signal to each other for diversity or may transmit different signals to improve transmission speed.
  • Computer-readable recording media include all storage media, including magnetic storage media, optical reading media and carrier waves (eg, transmission over the Internet).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 광학 무선 통신 장치는, 변조기 및 송신기를 포함하며, 상기 변조기는, 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호를 생성하고, 제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 제2 이진 데이터 신호를 출력하며, 상기 제2 이진 데이터 신호는, 상기 기준 신호와 주파수가 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이며, 상기 송신기는, 상기 기준 신호에 따라 제1 광원을 점멸시키고, 상기 제2 이진 데이터 신호에 따라 제2 광원을 점멸시키는 것을 특징으로 한다.

Description

S2-PSK 광학 무선 통신 방법 및 장치
본 발명은 S2-PSK 광학 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Wirelesss Communications; OWC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7r1 OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다.
본 발명자는 IEEE 802.15.7r1 OWC TG 국제표준화 기구의 의장으로서 OWC 기술에 관한 많은 기고문을 제출하여 OWC 국제표준화를 선도하고 있으며, 본 발명은 OWC 국제표준기술의 가장 핵심적인 기술 중 하나인 S2-PSK(Spatial 2-Phase Shift Keying) 변조 방식에 관한 것이다.
[특허문헌]
한국등록특허공보 제10-1472583호
본 발명은 LED와 이미지 센서 등을 이용한 광학 무선 통신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 장치는, 변조기, 및 송신기를 포함하며, 상기 변조기는, 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호를 생성하고, 제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 제2 이진 데이터 신호를 출력하며, 상기 제2 이진 데이터 신호는, 상기 기준 신호와 주파수가 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이며, 상기 송신기는, 상기 기준 신호에 따라 제1 광원을 점멸시키고, 상기 제2 이진 데이터 신호에 따라 제2 광원을 점멸시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 제2 이진 데이터 신호는, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제3 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제3 이진 데이터를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 선로 부호기를 더 포함하며, 상기 선로 부호기는, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하거나, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 선로 부호기는, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기는, 제3 이진 데이터 신호를 입력받고, 제4 이진 데이터 신호를 출력하며, 상기 제4 이진 데이터 신호는, 상기 기준 신호와 주파수가 같고, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이며, 상기 송신기는, 상기 제4 이진 데이터 신호에 따라 제3 광원을 점멸시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 장치는, 수신기, 및 복조기를 포함하며, 상기 수신기는, 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 상기 복조기는, 상기 이미지들에 기초하여, 상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나, 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인, 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조기는, 상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1인 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 이미지들 각각에서 제1 광원 및 제2 광원의 위치를 검출하는 광원 검출기를 더 포함하며, 상기 복조기는, 상기 검출된 제1 광원 및 제2 광원의 위치에 기초하여 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 검출기는, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 검출하는 인공신경망을 포함하고, 상기 인공신경망은 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층을 포함하고, 상기 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층은 각각 컨볼루션층 및 RoI 풀링층을 포함하며, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 이전 위치들을 읽고, 상기 이전 위치들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조기는, 노이즈를 고려하여 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 계산하는 인공신경망을 포함하고, 상기 인공신경망은 5개의 뉴런을 포함하는 제1 은닉층 및 3개의 뉴런을 포함하는 제2 은닉층을 포함하고, 상기 인공신경망의 모든 뉴런들은 완전히 연결돼 있고, 상기 제1 및 제2 은닉층의 활성화 함수는 tan-sigmoid 함수이며, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들을 읽고, 상기 점멸 상태들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제1 이진 데이터를 부호율 1/2로 복호화하여 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 선로 복호기를 더 포함하며, 상기 선로 복호기는, 입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하거나, 입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 1을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 0을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 선로 복호기는, 입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 수신기는, 상기 이미지 센서로부터 롤링 셔터 방식으로 촬영한 이미지들을 수신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 검출기는, 상기 이미지들 각각에서 제3 광원의 위치를 검출하고, 상기 복조기는, 상기 검출된 제1 광원 및 제3 광원의 위치에 기초하여, 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나, 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인, 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 장치는, 수신기, 및 복조기를 포함하며, 상기 수신기는 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 상기 복조기는 다음 식에 의해 상기 이미지들로부터 데이터를 복조하는 것을 특징으로 한다.
Figure PCTKR2016013776-appb-I000001
상기 식에서 S1(k) 및 S2(k)는 k번째 이미지에서의 제1 광원의 점멸 상태 및 제2 광원의 점멸 상태를 각각 나타냄.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 장치는, 수신기, 및 복조기를 포함하며, 상기 수신기는 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 상기 복조기는 다음 식에 의해 상기 이미지들로부터 데이터를 복조하는 것을 특징으로 한다.
bit = XOR[XOR{s1(k), s2(k)}, XOR{s1(k+1), s2(k+1)}]
상기 식에서 S1(k) 및 S2(k)는 k번째 이미지에서의 제1 광원의 점멸 상태 및 제2 광원의 점멸 상태를 각각 나타냄.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 방법은, 변조기가 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호를 생성하는 단계, 상기 변조기가 제1 이진 데이터 신호를 입력받는 단계, 상기 변조기가, 상기 기준 신호와 주파수가 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대인, 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 단계, 및 송신기가, 상기 기준 신호에 따라 제1 광원을 점멸시키고, 상기 제2 이진 데이터 신호에 따라 제2 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 선로 부호기가, 제3 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제3 이진 데이터를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 더 포함하며, 상기 선로 부호기는, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하거나, 입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 방법은, 수신기가 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계, 및 복조기가, 상기 이미지들에 기초하여, 상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나, 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인, 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 광원 검출기가 상기 이미지들 각각에서 제1 광원 및 제2 광원의 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고, 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계는, 상기 검출된 제1 광원 및 제2 광원의 위치에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 검출기는, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 검출하는 인공신경망을 포함하고, 상기 인공신경망은 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층을 포함하고, 상기 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층은 각각 컨볼루션층 및 RoI 풀링층을 포함하며, 상기 광원 검출기가 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 위치를 검출하는 단계는, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 이전 위치들을 읽는 단계, 상기 이전 위치들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하는 단계, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계, 및 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 복조기는, 노이즈를 고려하여 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 계산하는 인공신경망을 포함하고, 상기 인공신경망은 5개의 뉴런을 포함하는 제1 은닉층 및 3개의 뉴런을 포함하는 제2 은닉층을 포함하고, 상기 인공신경망의 모든 뉴런들은 완전히 연결돼 있고, 상기 제1 및 제2 은닉층의 활성화 함수는 tan-sigmoid 함수이며, 상기 복조기가 제1 이진 데이터 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들을 읽는 단계, 상기 점멸 상태들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하는 단계, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계, 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계, 및 상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 선로 복호기가, 제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제1 이진 데이터를 부호율 1/2로 복호화하여 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 더 포함하며, 상기 선로 복호기는, 입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하거나, 입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 1을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 0을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 매체에 저장된 프로그램을 포함한다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
본 발명에 의하면, LED와 이미지 센서 등을 이용해 무선 통신을 할 수 있으며, 특히 차량의 후미등과 스마트폰 등을 이용한 차량 간 통신을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 하나의 광원을 이용하는 광학 무선 통신 방식과 두 개의 광원을 이용하는 광학 무선 통신 방식을 비교한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 변조 방식을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 복조 방식을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 인공신경망을 이용한 복조 방법의 흐름을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 인공신경망을 이용한 XOR 복조기를 도시한 도면이다.
도 7은 복수의 광원들을 롤링 셔터 방식으로 촬영했을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다.
도 8은 긴 노출 시간에 의한 샘플링 오류(bad-sampling)을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부 FEC를 도시한 도면이다.
도 10 및 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템이 응용될 수 있는 유스 케이스를 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템은 광학 무선 송신 장치(100)와 광학 무선 수신 장치(200)을 포함하며, 광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)와 송신기(120)를 포함하고, 광학 무선 수신 장치(200)는 수신기(210)와 복조기(230)를 포함하며, 추가적으로 광원 검출기(220)를 포함할 수 있다. 변조기(110)는 전송하고자 하는 비트 열(bit sequence)인 이진 데이터 신호 D[i]를 입력받아, 변조된 펄스 파형을 갖는 이진 데이터 신호 S1(t) 및 S2(t)를 생성한다. 여기서 여기서 S1 및 S2는 연속 신호일 수도 있고 이산 신호일 수 있는데, 이하 연속 신호를 기준으로 설명한다.
송신기(120)는 이진 데이터 신호 S1(t) 및 S2(t)에 따라 각각 제1 광원(121) 및 제2 광원(122)을 점멸시킴으로써 데이터를 송신한다. 여기서 점멸이라 함은 반드시 광원이 완전히 켜지고 완전히 꺼지는 방식만을 나타내는 것이 아니라, 광원의 밝기 변화를 이용해 이진값 0과 1 두 가지 상태를 나타내는 모든 방식을 포함한다. 광원의 점멸 주파수가 일정값(예: 200Hz) 이상이면 사람은 광원의 점멸을 느끼지 못한다. 수신기(210)는 이미지 센서가 광원들을 연속적으로 촬영(샘플링)한 이미지 열(image sequence)을 수신한다. 광원 검출기(220)는 수신한 이미지에서 광원들의 위치를 검출한다. 복조기(230)은 광원들의 점멸 상태로부터 데이터 신호를 복조한다.
본 발명에서 송신기(120)는 두 개 이상의 광원을 이용해 데이터를 송신하는데, 이하 설명의 편의상 광원이 두 개인 경우 위주로 설명하도록 한다. 이렇게 복수개의 광원을 이용하는 것은 데이터 신호와 기준 신호를 공간적으로 분리하여 효과적으로 광학 무선 통신을 수행하기 위함이다.
보다 구체적으로 살펴보면, 광학 무선 통신을 구현함에 있어서 주요 고려 사항은 다음과 같다. 첫째, 글로벌 셔터 방식와 롤링 셔터방식를 모두 지원할 수 있는지 고려해야 한다. 즉, 글로벌 셔터 방식의 카메라(이미지 센서)와 롤링 셔터 방식의 카메라에 모두 사용될 수 있는 통신 방식이 바람직하다. 둘째, 프레임율의 변화를 고려해야 한다. 일반적인 OS를 기반으로 동작하는 장치에서는 이미지 센서의 프레임율이 일정하지 않고 OS의 자원 사용 상태에 따라 변화하게 된다. 예를 들어 스마트폰의 카메라의 경우 프레임율이 대략 20fps에서 30fps 사이에서 변동한다. 따라서 광학 무선 통신 방식은 이러한 유동적 프레임율을 지원하는 것이 바람직하다. 셋째, 광학 무선 통신은 송신 장치나 수신 장치가 이동하는 유스 케이스가 많으며, 특히 차량 간 통신 같은 경우 송수신 장치가 10m/s 이상의 빠른 속도로 이동하기 때문에, 이미지 센서에 의해 촬영된 연속된 이미지들 사이에 노이즈 환경이 크게 다를 가능성이 높다. 따라서 광학 무선 통신 방식은 이러한 급격한 노이즈 변화에 대응할 수 있는 것이 바람직하다.
도 2는 하나의 광원을 이용하는 광학 무선 통신 방식과 두 개의 광원을 이용하는 광학 무선 통신 방식을 비교한 도면이다. 도 2에서 S(i) 등은 전송 신호이고 N(k)은 샘플링 시의 노이즈이다. 비동기식 통신의 특성상 전송 신호의 비트 인덱스 i와 샘플링 인덱스 k는 서로 다를 수 있다. 도 2의 (a)를 참조하면, 광원이 하나이므로 기준 신호 S(i)와 데이터 신호 S'(i)을 시간적(temporal)으로 분리하여 전송한다. 따라서 기준 신호와 데이터 신호의 샘플링 시점이 각각 k과 k+1로 달라지고, 노이즈 또한 N(k)와 N(k+1)로 달라진다. 그러므로 기준 신호 S(i)와 데이터 신호 S'(i)을 비교하여 복조를 수행할 때 양 신호의 노이즈 환경이 크게 달라질 수 있고, 그에 따라 통신 성능이 떨어지게 된다. 또한 이와 같이 하나의 광원을 이용하는 경우는 롤링 셔터 방식 및 프레임율 변화에도 대응하기 어렵다.
반면에, 도 2의 (b)를 참조하면, 광원이 두 개이므로 기준 신호 S1(i)와 데이터 신호 S2(i)을 공간적(spatial)으로 분리하여 동시에 전송할 수 있다. 양 신호의 샘플링도 동시에 일어나므로 양 신호의 노이즈가 N(k)로 동일하게 된다. 따라서 이와 같이 복수의 광원을 이용하는 공간 분리 방식은 차량 간 통신과 같이 환경이 급변하는 상황에서 보다 효과적으로 통신을 수행할 수 있다. 뒤에서 살펴보는 것과 같이 공간 분리 방식에 의한 본 발명은 롤링 셔터 효과 및 프레임율 변화에도 영향을 받지 않고 데이터를 복조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 변조 방식을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 변조기(110)에 의해 생성된 신호 S1(t) 및 S2(t)에 따라 점멸하는 두 개의 광원 중 제1 광원(121)은 기준 광원, 제2 광원(122)은 데이터 광원이다. 데이터 광원은 실제로 전송하고자 하는 데이터가 실린 데이터 신호에 의해 점멸하는 광원이고, 기준 광원은 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호에 따라 점멸하는 광원이다.
기준 광원을 점멸시키는 기준 신호 S1(t)는 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 펄스열 신호로서, 그 파형은 수학식 1로 나타낼 수 있다. 식에서 T는 기준 신호의 펄스 주기이며, 한 비트 구간에 N개의 펄스가 포함되고, k는 1, ... , N의 자연수이다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000002
한편, 데이터 광원을 점멸시키는 데이터 신호 S2(t)는, 기준 신호 S1(t)와 동일한 주파수를 갖는 펄스열 신호로서, 전송하고자 하는 데이터, 즉 입력 데이터 신호 D[i]가 0인 경우 기준 신호 S1(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호 D[i]가 1인 경우 기준 신호 S1(t)와 반대 위상을 갖는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 복조 방식을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 복조기(230)는 샘플링된 이미지에서 제1 광원과 제2 광원의 점멸 상태, 즉 위상을 비교한다. 이때 복조기(230)는 광원 검출기(220)가 검출한 제1 광원과 제2 광원의 위치를 이용할 수 있다. 복조기(230)는 두 광원의 위상이 동일한 경우 이진값 0을 출력하고, 두 광원의 위상이 반대인 경우 이진값 1을 출력한다. 즉, 복조기(230)는 수학식 2과 같이 두 광원의 점멸 상태에 대한 XOR 연산에 의해 복조를 수행한다. 식에서 S1(k)와 S2(k)는 k번째 이미지에서의 각 광원의 점멸 상태이다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000003
쉽게 말해, 복조기(230)는 샘플링된 이미지에서 두 광원이 모두 켜져 있거나 모두 꺼져 있으면 이진값 0을 출력하고, 두 광원 중 하나만 켜져 있으면 이진값 1을 출력한다. 따라서 광학 무선 수신 장치(200)는 복조를 위해 두 광원 중 어느 것이 기준 광원이고 어느 것이 데이터 광원인지 알 필요가 없다. 또한 하나의 이미지에 촬영된 두 광원을 비교하므로 이미지 센서의 프레임율에 변화가 생겨도 영향을 받지 않는다. 단, 프레임율은 데이터 클럭의 주파수 이상이어야 한다.
이상은 데이터 신호 S2(t)가 입력 데이터 신호가 0인 경우 기준 신호 S1(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호가 1인 경우 기준 신호 S1(t)와 반대 위상을 갖는 경우에 대해 설명하였는데, 이와 반대로 설정하는 것도 가능하다. 즉, 변조기(110)는 데이터 신호 S2(t)가 입력 데이터 신호가 1인 경우 기준 신호 S1(t)와 동일한 위상을 갖고, 입력 데이터 신호가 0인 경우 기준 신호 S1(t)와 반대 위상을 갖도록 변조할 수 있으며, 이 경우 복조기(230)은 수학식 2에서 XOR 대신 NXOR 연산에 의해 복조를 수행한다. 이하 전자를 제1 변조 방식, 후자를 제2 변조 방식이라 하고, 특별히 언급하는 경우 외에는 제1 변조 방식 기준으로 설명한다. 제1 변조 방식과 제2 변조 방식은 데이터 값에 대한 위상의 선택의 문제일 뿐, 실질적으로 서로 동일한 기술사상에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치(200)는, 노이즈 환경에 의한 오류를 감소시키기 위해 2단 인공신경망 학습(Two-phase Neural Network training)을 이용할 수 있다. 2단 인공신경망은 광원들의 위치를 검출하는 1단계와 XOR을 연산하는 2단계로 이루어진다.
차량 간 통신 같은 유스 케이스에서는 샘플링 간격 동안 상당히 큰 움직임(1/3미터 이상)이 있기 때문에 실시간으로 정확하게 광원을 검출하고 추적할 필요가 있는데, 광원의 밝기가 계속하여 변화할 때 하나의 차량에 속하는 한 쌍의 광원들을 검출하고 그룹핑하는 것은 매우 어렵다. 한 쌍의 광원들은, 비트 1의 구간 동안은 하나는 ON, 다른 하나는 OFF 상태이고, 비트 0의 구간 동안은 둘 다 ON 상태이거나 둘 다 OFF 상태이다. 다행히도 주기적인 비트 구간은 과거(즉 이전 이미지들)로부터 학습될 수 있으며, 인공신경망은 광원의 관심 특징들(예를 들면, 관심영역(RoI), 광원의 크기, 및 ON 상태의 밝기)을 결정하는 데에 자신이 학습한 것을 참조할 수 있다. 광원 검출기(220)의 인공신경망은 촬영된 이미지들로부터 광원들의 기존 위치들을 얻어 현재의 위치를 추정한다. 인공신경망이 학습을 끝내면 모든 이미지에 대한 처리에 의해 확인 과정을 거칠 수 있다. 또한 복조기(230)가 XOR 연산을 수행하는 데에 광원의 점멸 상태가 노이즈의 영향을 받는 것을 고려할 필요가 있다. 한 쌍의 노이즈가 있는 입력값은 효율적인 노이지 XOR 연산자(efficient noisy XOR operator)를 필요로 하므로 여기에도 인공신경망을 이용한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 인공신경망을 이용한 복조 방법의 흐름을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 광원 검출(220)기는 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 검출하는 인공신경망을 포함하고, 인공신경망은 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층을 포함한다. 제1 뉴런층은 광원들이 있는 상대적인 관심영역을 출력하는 필터로 동작하고, 제2 뉴런층은 광원들의 정확한 위치를 결정하고 광원들을 각 차량에 속하는 쌍으로 그룹핑한다. 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층은 각각 컨볼루션층 및 RoI 풀링층을 포함한다. 컨볼루션은 병진불변(translational invariant) 성질이 있다. 컨볼루션층은 어떤 특징(feature)이 광원들을 포함하는지 학습한다. 출력 신호의 세기는 상기 특징들의 위치하는 곳과 무관하고, 단순히 상기 특징들이 존재하는지 여부에 의존한다. 비트 구간이 알려져 있으므로, 한 차량의 두 광원 간의 밝기 관계가 예측 가능하다. 따라서 광원쌍이 다른 위치로 이동하여도 인공신경망은 여전히 이를 인식할 수 있다. RoI 풀링층에 의해 관심영역은 다운 샘플링되어 크기가 작아진다. RoI 풀링에 의해 노이즈에 대한 민감도도 작아진다. 마지막 RoI 풀링은 광원들의 중심이 수용할 만한 오류로 검출되면 종료된다.
광원 검출(220)기는 제1 광원 및 제2 광원의 이전 위치들을 읽고, 이전 위치들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고, 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구한다. 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파(backpropagation)에 의해 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 다시 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 인공신경망의 출력을 구하는 과정을 반복한다. 인공신경망은 RoI 내에서 광원들의 위치를 검출하기 위해 자신이 학습한 정보(광원의 점멸 구간 및 광원쌍 간의 상대 위치를 포함)를 이용한다. 인공신경망이 없다면 완전히 OFF 상태인 광원들의 위치를 검출하는 것은 불가능하다. 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 출력한다. 차량의 두 광원들의 위치가 검출되면 광원들의 밝기가 검출되어 다음 단계로 입력된다. 인공신경망을 학습시키기 위해 가용 데이터의 증가(augmentation)에 의해 데이터 세트를 크게 할 수 있다. 데이터 증가 시 광원의 위치 이동, 크기 변경, 회전, 대칭 이동 등이 이용될 수 있다.
한편, 복조기(230)는 노이즈를 고려하여 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값을 계산하는 인공신경망을 포함한다. 인공신경망은 5개의 뉴런을 포함하는 제1 은닉층 및 3개의 뉴런을 포함하는 제2 은닉층을 포함하고, 인공신경망의 모든 뉴런들은 완전히 연결돼 있고, 제1 및 제2 은닉층의 활성화 함수는 tan-sigmoid 함수일 수 있다. 복조기(230)는 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들을 읽고, 점멸 상태들에 기초하여 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고, 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 인공신경망의 출력을 구한다. 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 인공신경망의 출력을 구하는 과정을 반복한다. 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 출력한다. 오류는 평균제곱오류(mean square error)가 사용될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 인공신경망을 이용한 XOR 복조기를 도시한 도면이다. W는 가중치(weight)를, B는 바이어스(bias)를 나타내며, 바이어스는 하나의 가중치로 볼 수 있다.
도 7은 복수의 광원들을 롤링 셔터 방식으로 촬영했을 때 나타나는 현상을 도시한 도면이다. 롤링 셔터 방식의 이미지 센서는 각 행마다 이미지를 샘플링하는 시간이 다르기 때문에, 두 광원이 행과 나란하게 배열돼 있을 때는 두 광원이 동시에 샘플링되지만 그렇지 않은 경우 두 광원의 샘플링 시간에 차이가 생기게 된다. 두 광원의 샘플링 시간 차이 dt는 수학식 3으로 나타낼 수 있다. 식에서 Npixel은 두 광원의 행 간 차이의 픽셀 수이고, Fs는 이미지 센서의 행 샘플링율이다. 예를 들어 Nexus 5X의 카메라는 Fs=34.53kHz이다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000004
이와 같이 광원과 이미지 센서의 회전 상태나 거리에 따라 두 광원의 샘플링 시간에 차이가 생길 수 있으므로, 이는 곧 두 광원의 점멸 위상차의 변동으로 이어지고, 결국 복조에 오류가 발생하게 된다. 즉 전송 데이터가 0이어서 제1 광원과 제2 광원이 동일한 위상으로 점멸하고 있더라도 샘플링된 이미지에는 광원이 하나는 켜져 있고 하나는 꺼져 있는 것으로 보여 복조된 데이터가 1이 될 수 있으며, 전송 데이터가 1이어서 제1 광원과 제2 광원이 반대 위상으로 점멸하고 있더라도 샘플링된 이미지에는 광원이 둘 다 켜져 있거나 둘 다 꺼져 있는 것으로 보여 복조된 데이터가 0이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 오류를 감소시키기 위해 추가적인 선로 부호화(line coding)를 이용한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)의 전단에 선로 부호기를 포함할 수 있다. 선로 부호기는 표 1에 따라 이진 데이터 신호 D[i]를 부호율 1/2로 부호화하여 출력하고, 변조기(110)은 선로 부호기가 출력하는 선로 코드를 입력받아 앞서와 동일한 방법으로 이진 데이터 신호 S1(t) 및 S2(t)를 생성한다.
[표 1]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000005
이 경우 광학 무선 수신 장치(200)는 복조기(230)의 후단에 선로 복호기를 포함하며, 선로 복호기는 복조기(230)으로부터 복조된 이진 데이터 신호를 수신하여 수학식 4에 따라 복호화한다. 식에서 XOR(k)는 복조기(230)의 출력 신호로서, k번째 이미지에서 복조된 이진값을 의미한다.
[수학식 4]
bit = XOR{XOR(k); XOR(k+1)}
=XOR[XOR{s1(k); s2(k)}; XOR{s1(k+1); s2(k+1)}]
이와 같은 선로 부호화를 사용하면, 복호화되는 데이터는 한 이미지의 광원 점멸 상태와 그 다음 이미지의 광원 점멸 상태의 상대적 관계에 따라 결정되므로, 절대적인 광원 점멸 상태와 무관하게 동일한 결과를 얻게 된다. 즉 샘플링된 이미지의 제1 광원과 제2 광원이 롤링 셔터 효과로 인한 샘플링 시간 차에 의해 점멸 위상이 원래와 반대로 된 경우, 다시 말해 전송 데이터가 0인데 두 광원이 반대로 점멸하거나 전송 데이터가 1인데 두 광원이 동일하게 점멸하고 있는 경우에도 정상적으로 복조가 된다. 따라서, 이와 같이 선로 부호화를 사용하는 경우에는 광학 무선 수신 장치(200)가 광학 무선 송신 장치(100)의 변조 방식이 제1 변조 방식인지 제2 변조 방식인지도 알 필요가 없다.
다만, 선로 복호기가 복호에 사용하는 연속된 두 이미지가 동일하게 롤링 셔터 오류를 가지고 있을 때만 정상적으로 복조가 되며, 두 이미지 중 하나만 롤링 셔터 오류를 가지고 있을 때는 여전히 오류가 발생한다. 즉 본 발명에 의하면 광원과 이미지 센서의 회전 상태가 변화하지 않는 경우에 롤링 셔터 효과에 의한 오류가 발생하지 않으며, 회전 상태가 변화하면 오류가 발생할 수 있다.
표 2와 표 3은 선로 부호화의 효과를 나타낸 표이다. 표 2는 선로 부호화가 없는 경우에 대해, 표 3은 선로 부호화가 있는 경우에 대해 각각 롤링 셔텨 효과에 의한 영향을 보여준다. 표에서 음영 처리된 부분이 롤링 셔터 효과에 의해 위상이 달라져 복조 오류가 발생한 경우이다.
[표 2]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000006
표 2에서 볼 수 있는 것과 같이 선로 부호화가 없는 경우에는 롤링 셔터 효과를 받는 경우 그대로 복조된 신호에 오류가 발생한다.
[표 3]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000007
반면에 표 3을 살펴보면 선로 부호화가 있는 경우에는 선로 복호기가 복호에 사용하는 두 이미지 중 하나만 롤링 셔터 효과를 받은 경우에만 복호된 신호에 오류가 발생함을 알 수 있다.
한편, 선로 복호기는 선로 부호를 이루는 연속된 두 이미지 쌍을 잘못 그룹핑하여도 복호에 아무런 문제가 없다. 즉, 선로 복호기가 k번째 이미지와 k+1번째 이미지를 하나의 코드로 묶고, k+2번째 이미지와 k+3번째 이미지를 하나의 코드로 묶는 식으로 복호화 해야 하는데, 이와 달리 k-1번째 이미지와 k번째 이미지를 하나의 코드로 묶고 k+1번째 이미지와 k+2번째 이미지를 하나의 코드로 묶는 식으로 복호화하더라도 정상적으로 복호화가 된다. 이는 본 발명에 의한 선로 복호기가 연속된 두 이미지의 점멸 상태를 XOR하여 복호화 하기 때문이다. 즉 연속된 두 이미지의 점멸 상태가 변화하지 않고 있을 때는 0이 출력되고, 변화가 한 번 발생할 때마다 1이 하나씩 출력되기 때문에, 이미지를 하나씩 밀리거나 당겨서 복호화 하더라도 결과에 변화가 없게 되는 것이다. 이러한 효과가 표 4에 나타나 있다.
[표 4]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000008
표 4에서 볼 수 있는 것과 같이 선로 복호기가 선로 부호기와 동기화되지 않아 이미지 쌍을 잘못 묶어 복호를 하고 있더라도 두 이미지 중 하나만 롤링 셔텨 효과를 받은 경우에만 오류가 발생하고 두 이미지가 모두 롤링 셔터 효과를 받은 경우에는 오류가 발생하지 않는다.
이상은 표 1에 의해 선로 부호화를 수행하는 경우에 대해 설명했는데, 표 5와 같이 네 가지 부호화 방식 중 어느 하나를 사용하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[표 5]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000009
또한, 선로 부호기가 표 6과 같은 네 가지 부호화 방식 중 어느 하나를 사용하고, 선로 복호기가 수학식 5과 같이 연속된 두 이미지의 점멸 상태를 NXOR하여 복호화를 수행해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 표 5, 6 및 수학식 4, 5에 에 의한 변복조 방식은 모두 실질적으로 서로 동일한 기술사상이다.
[표 6]
Figure PCTKR2016013776-appb-I000010
[수학식 5]
bit = NXOR{XOR(k); XOR(k+1)}
도 8은 긴 노출 시간에 의한 샘플링 오류(bad-sampling)을 도시한 도면이다. 특히 광원이나 이미지 센서의 회전에 의해 추가적인 오류가 발생할 수 있다. 이는 하나의 광원이 N번째 비트 인터벌에서 샘플링되고, 다른 하나의 광원이 N+1번째 비트 인터벌에서 샘플링될 때 일어난다. 이러한 오류를 정정하기 위해, IEE 802.15.7 VLC 표준에 따라 코드율 1/4의 내부(inner) FEC를 사용한다. 즉 도 9에 도시된 것과 같이 1/3 모 부호(mother code)를 펑처링하여 1/2 코드를 얻고, 단순 반복 코드를 이용하여 1/4 코드를 얻는다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의한 광학 무선 통신 시스템은, 글로벌 셔터와 롤링 셔터에 모두 호환되며, 크게 변동하는 프레임율에도 호환되고, 광원이나 이미지 센서의 빠른 움직임에도 적용 가능하며, 광원이나 이미지 센서가 어떠한 각도로 회전하여도 정상적으로 동작하므로, 특히 차량 간 통신에 유용하다.
도 10 및 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템이 응용될 수 있는 유스 케이스를 도시한 도면이다. 도 10과 같이 본 발명의 광학 무선 통신 시스템을 이용하면 차량의 LED 후미등을 이용해 데이터를 송신할 수 있으며, 짧은 식별정보(identification)이나 짧은 메시지를 차량 간에 전송할 수 있다. 도 11과 같이 간판을 좌우 또는 상하 등으로 구분하여 두 개의 광원으로 이용하여 본 발명의 광학 무선 통신을 적용할 수 있다. 광원의 점멸 속도를 충분히 빠르게 하면 사람은 차량 후미등이나 간판이 깜빡이는 것을 느끼지 못한다.
앞에서 설명했듯이 본 발명의 광학 무선 통신 시스템은 세 개 이상의 광원을 이용할 수 있으며, 복수의 광원 중 하나를 기준 신호로 이용하고 나머지들을 데이터 신호로 이용할 수 있다. 데이터 신호들은 다이버시티를 위해 서로 동일한 신호를 전송할 수도 있고 전송 속도 향상을 위해 서로 다른 신호를 전송할 수도 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장매체, 광학적 판독 매체 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송) 등 모든 저장매체를 포함한다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (25)

  1. 변조기; 및 송신기를 포함하며,
    상기 변조기는,
    이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호를 생성하고,
    제1 이진 데이터 신호를 입력받고,
    제2 이진 데이터 신호를 출력하며,
    상기 제2 이진 데이터 신호는,
    상기 기준 신호와 주파수가 같고,
    상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나,
    상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이며,
    상기 송신기는,
    상기 기준 신호에 따라 제1 광원을 점멸시키고, 상기 제2 이진 데이터 신호에 따라 제2 광원을 점멸시키는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이진 데이터 신호는,
    상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대인 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제3 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제3 이진 데이터를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 선로 부호기를 더 포함하며,
    상기 선로 부호기는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선로 부호기는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1)을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는,
    제3 이진 데이터 신호를 입력받고,
    제4 이진 데이터 신호를 출력하며,
    상기 제4 이진 데이터 신호는,
    상기 기준 신호와 주파수가 같고,
    상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나,
    상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제3 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이며,
    상기 송신기는,
    상기 제4 이진 데이터 신호에 따라 제3 광원을 점멸시키는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  6. 수신기; 및 복조기를 포함하며,
    상기 수신기는,
    이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고,
    상기 복조기는,
    상기 이미지들에 기초하여,
    상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나,
    상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인,
    제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복조기는,
    상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1인 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이미지들 각각에서 제1 광원 및 제2 광원의 위치를 검출하는 광원 검출기를 더 포함하며,
    상기 복조기는, 상기 검출된 제1 광원 및 제2 광원의 위치에 기초하여 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원 검출기는,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 검출하는 인공신경망을 포함하고,
    상기 인공신경망은 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층을 포함하고,
    상기 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층은 각각 컨볼루션층 및 RoI 풀링층을 포함하며,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 이전 위치들을 읽고,
    상기 이전 위치들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고,
    상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고,
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고,
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복조기는,
    노이즈를 고려하여 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 계산하는 인공신경망을 포함하고,
    상기 인공신경망은 5개의 뉴런을 포함하는 제1 은닉층 및 3개의 뉴런을 포함하는 제2 은닉층을 포함하고,
    상기 인공신경망의 모든 뉴런들은 완전히 연결돼 있고,
    상기 제1 및 제2 은닉층의 활성화 함수는 tan-sigmoid 함수이며,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들을 읽고,
    상기 점멸 상태들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하고,
    상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고,
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하고,
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제1 이진 데이터를 부호율 1/2로 복호화하여 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 선로 복호기를 더 포함하며,
    상기 선로 복호기는,
    입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 1을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 0을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선로 복호기는,
    입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수신기는,
    상기 이미지 센서로부터 롤링 셔터 방식으로 촬영한 이미지들을 수신하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 광원 검출기는,
    상기 이미지들 각각에서 제3 광원의 위치를 검출하고,
    상기 복조기는,
    상기 검출된 제1 광원 및 제3 광원의 위치에 기초하여,
    상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나,
    상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제3 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인,
    제2 이진 데이터 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
  15. 수신기; 및 복조기를 포함하며,
    상기 수신기는 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고,
    상기 복조기는 다음 식에 의해 상기 이미지들로부터 데이터를 복조하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
    Figure PCTKR2016013776-appb-I000011
    상기 식에서 S1(k) 및 S2(k)는 k번째 이미지에서의 제1 광원의 점멸 상태 및 제2 광원의 점멸 상태를 각각 나타냄.
  16. 수신기; 및 복조기를 포함하며,
    상기 수신기는 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고,
    상기 복조기는 다음 식에 의해 상기 이미지들로부터 데이터를 복조하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 장치.
    bit = XOR[XOR{s1(k); s2(k)}; XOR{s1(k+1); s2(k+1)}]
    상기 식에서 S1(k) 및 S2(k)는 k번째 이미지에서의 제1 광원의 점멸 상태 및 제2 광원의 점멸 상태를 각각 나타냄.
  17. 변조기가 이진값 0과 1을 주기적으로 반복하는 기준 신호를 생성하는 단계;
    상기 변조기가 제1 이진 데이터 신호를 입력받는 단계;
    상기 변조기가,
    상기 기준 신호와 주파수가 같고,
    상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대이거나,
    상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 1인 경우 상기 기준 신호와 위상이 같고, 상기 제1 이진 데이터 신호가 이진값 0인 경우 상기 기준 신호와 위상이 반대인,
    제2 이진 데이터 신호를 출력하는 단계; 및
    송신기가,
    상기 기준 신호에 따라 제1 광원을 점멸시키고, 상기 제2 이진 데이터 신호에 따라 제2 광원을 점멸시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    선로 부호기가, 제3 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제3 이진 데이터를 부호율 1/2로 부호화하여 상기 제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 더 포함하며,
    상기 선로 부호기는,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하고, 입력 신호의 이진값이 1인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 0인 경우 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)을 출력하고, 입력 신호가 이진값 1인 경우 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  19. 수신기가 이미지 센서로부터 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계; 및
    복조기가,
    상기 이미지들에 기초하여,
    상기 이미지들상의 제1 광원의 점멸 위상과 상기 이미지들상의 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 0이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 1이거나,
    상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 같은 경우 이진값 1이고 상기 제1 광원의 점멸 위상과 상기 제2 광원의 점멸 위상이 반대인 경우 이진값 0인,
    제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    광원 검출기가 상기 이미지들 각각에서 제1 광원 및 제2 광원의 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고,
    제1 이진 데이터 신호를 출력하는 단계는, 상기 검출된 제1 광원 및 제2 광원의 위치에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광원 검출기는,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 검출하는 인공신경망을 포함하고,
    상기 인공신경망은 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층을 포함하고,
    상기 제1 뉴런층 및 제2 뉴런층은 각각 컨볼루션층 및 RoI 풀링층을 포함하며,
    상기 광원 검출기가 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 위치를 검출하는 단계는,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 이전 위치들을 읽는 단계;
    상기 이전 위치들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하는 단계;
    상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계;
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계; 및
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 위치들을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 복조기는,
    노이즈를 고려하여 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 계산하는 인공신경망을 포함하고,
    상기 인공신경망은 5개의 뉴런을 포함하는 제1 은닉층 및 3개의 뉴런을 포함하는 제2 은닉층을 포함하고,
    상기 인공신경망의 모든 뉴런들은 완전히 연결돼 있고,
    상기 제1 및 제2 은닉층의 활성화 함수는 tan-sigmoid 함수이며,
    상기 복조기가 제1 이진 데이터 신호를 생성하는 단계는,
    상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들을 읽는 단계;
    상기 점멸 상태들에 기초하여 상기 인공신경망을 위한 학습 데이터 세트를 생성하는 단계;
    상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계;
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키지 않으면, 역전파에 의해 상기 인공신경망의 가중치들을 갱신한 후, 상기 학습 데이터 세트를 입력으로 하여 상기 인공신경망의 출력을 구하는 단계; 및
    상기 출력의 오류가 목표 오류를 만족시키면, 상기 제1 광원 및 제2 광원의 점멸 상태들의 XOR 값 또는 NXOR 값을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    선로 복호기가, 제1 이진 데이터 신호를 입력받고, 상기 제1 이진 데이터를 부호율 1/2로 복호화하여 제2 이진 데이터 신호를 출력하는 단계를 더 포함하며,
    상기 선로 복호기는,
    입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 0을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 1을 출력하거나,
    입력 신호가 이진값 (0,0) 또는 (1, 1)인 경우 이진값 1을 출력하고, 입력 신호가 이진값 (0,1) 또는 (1, 0)인 경우 이진값 0을 출력하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 통신 방법.
  24. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
  25. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
PCT/KR2016/013776 2016-01-12 2016-11-28 S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치 WO2017122924A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/069,822 US10742318B2 (en) 2016-01-12 2016-11-28 S2-PSK optical wireless communication method and apparatus
KR1020187022767A KR102092496B1 (ko) 2016-01-12 2016-11-28 S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160003874 2016-01-12
KR10-2016-0003874 2016-01-12
PCT/KR2016/000482 WO2016133285A1 (ko) 2015-02-17 2016-01-15 롤링 셔터 변조를 이용한 이미지 센서 통신 시스템 및 통신 방법
KRPCT/KR2016/000482 2016-01-15
KR10-2016-0094446 2016-07-25
KR20160094446 2016-07-25
KR20160141383 2016-10-27
KR10-2016-0141383 2016-10-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017122924A1 true WO2017122924A1 (ko) 2017-07-20

Family

ID=59311354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/013776 WO2017122924A1 (ko) 2016-01-12 2016-11-28 S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10742318B2 (ko)
KR (1) KR102092496B1 (ko)
WO (1) WO2017122924A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101947924B1 (ko) * 2017-12-29 2019-02-13 국민대학교산학협력단 광학 카메라 통신을 이용하는 신호 디코딩 방법 및 장치
CN109450534A (zh) * 2018-09-29 2019-03-08 吉林大学 基于图像传感器的可见光无线局域网
US20200204412A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-25 International Business Machines Corporation Demodulating modulated signals with artificial neural networks

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11005564B2 (en) * 2019-01-17 2021-05-11 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Communication method and apparatus using hybrid modulation scheme in communication system
KR102063418B1 (ko) * 2019-07-30 2020-02-11 국민대학교산학협력단 통신 시스템에서 신호 변조 및 복조 방법 및 장치
KR102294629B1 (ko) 2021-03-22 2021-08-26 국민대학교산학협력단 컬러 s2-psk에 기반한 광학 무선 통신 방법 및 장치
US20230055268A1 (en) * 2021-08-18 2023-02-23 Meta Platforms Technologies, Llc Binary-encoded illumination for corneal glint detection

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090043059A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 삼성전자주식회사 무선 광통신 방법 및 이를 위한 휴대 단말기
JP2011009805A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Nalux Co Ltd 光無線通信端末装置、光無線通信システム、光無線通信方法、およびプログラム
KR20120118747A (ko) * 2011-04-19 2012-10-29 영남대학교 산학협력단 가시광을 이용한 데이터 송신장치, 수신장치 및, 가시광을 이용한 데이터 통신 시스템
KR101568943B1 (ko) * 2014-12-29 2015-11-13 영남대학교 산학협력단 가시광 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2496379A (en) * 2011-11-04 2013-05-15 Univ Edinburgh A freespace optical communication system which exploits the rolling shutter mechanism of a CMOS camera
JP6294235B2 (ja) * 2012-12-27 2018-03-14 パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカＰａｎａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ プログラム、制御方法および情報通信装置
KR101472583B1 (ko) 2014-01-28 2014-12-16 국민대학교산학협력단 카메라 통신 시스템, 카메라 통신 방법 및 이를 위한 카메라장치
US10075234B2 (en) * 2014-03-25 2018-09-11 Osram Sylvania Inc. Techniques for emitting position information from luminaires
WO2016128967A1 (en) * 2015-02-10 2016-08-18 Darabi Amir System and method for providing optically coded information

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090043059A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 삼성전자주식회사 무선 광통신 방법 및 이를 위한 휴대 단말기
JP2011009805A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Nalux Co Ltd 光無線通信端末装置、光無線通信システム、光無線通信方法、およびプログラム
KR20120118747A (ko) * 2011-04-19 2012-10-29 영남대학교 산학협력단 가시광을 이용한 데이터 송신장치, 수신장치 및, 가시광을 이용한 데이터 통신 시스템
KR101568943B1 (ko) * 2014-12-29 2015-11-13 영남대학교 산학협력단 가시광 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALMER, OSCAR ET AL.: "4-PAM Visible Light Communications with a XOR-tree Digital Silicon Photomultipliem", SUMMER TOPICALS MEETING SERIES (SUM), 13 July 2015 (2015-07-13), pages 41 - 42, XP055398892 *
JANG, YEONG MIN ET AL.: "Kookmin University PHY Sub-proposal for ISC Using Dimma ble Spatial M-PSK (DSM-PSK", IEEE 802.15-16-0015-00.007A, 10 January 2016 (2016-01-10), XP055398905, Retrieved from the Internet <URL:https://mentor.ieee.org/802.15/documents?n=6&is_group=007a> *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101947924B1 (ko) * 2017-12-29 2019-02-13 국민대학교산학협력단 광학 카메라 통신을 이용하는 신호 디코딩 방법 및 장치
CN109450534A (zh) * 2018-09-29 2019-03-08 吉林大学 基于图像传感器的可见光无线局域网
CN109450534B (zh) * 2018-09-29 2021-05-25 吉林大学 基于图像传感器的可见光无线局域网
US20200204412A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-25 International Business Machines Corporation Demodulating modulated signals with artificial neural networks
US10735231B2 (en) * 2018-12-19 2020-08-04 International Business Machines Corporation Demodulating modulated signals with artificial neural networks

Also Published As

Publication number Publication date
KR102092496B1 (ko) 2020-03-23
US20190356385A1 (en) 2019-11-21
KR20180100213A (ko) 2018-09-07
US10742318B2 (en) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017122924A1 (ko) S2-psk 광학 무선 통신 방법 및 장치
WO2017122925A2 (ko) Dsm-psk 광학 무선 송신 방법 및 장치
Nguyen et al. Technical issues on IEEE 802.15. 7m image sensor communication standardization
KR101971370B1 (ko) 광학 카메라 통신을 이용하는 차량 위치 추정 방법 및 장치
Nagura et al. Tracking an LED array transmitter for visible light communications in the driving situation
US11575445B2 (en) RoI-based optical wireless communication method and device
US10432215B2 (en) Optical camera communication apparatus and method
KR102163977B1 (ko) 2d 컬러 코드 광학 무선 통신 방법 및 장치
KR101937607B1 (ko) 하이브리드 통신 시스템을 위한 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치
Pham et al. Deep learning for optical vehicular communication
WO2018169354A1 (ko) 하이브리드 occ 및 lifi 시스템
JP3874357B2 (ja) データ送信装置、データ受信装置、データ送受信装置およびデータ送受信方法
JP2023058549A (ja) 受信装置および受信方法
Marcu et al. Flicker free VLC system with automatic code resynchronization using low frame rate camera
CN113055090B (zh) 与拍摄方位无关的多光源光学成像通信系统
JP5840066B2 (ja) 可視光通信送信装置、可視光通信受信装置、可視光通信送信方法、可視光通信受信方法及びそのプログラム
Marcu et al. Flicker free optical camera communication for cameras capturing 30 frames per second
KR102568759B1 (ko) 신호 환경을 고려한 2d 컬러 코드 광학 무선 통신 방법 및 장치
Nava et al. Image processing techniques for high speed camera-based free-field optical communication
KR101947924B1 (ko) 광학 카메라 통신을 이용하는 신호 디코딩 방법 및 장치
CN110519602B (zh) 用于数据流传输的方法及装置
Marcu et al. Flicker free VLC system with enhanced transmitter and low frame rate camera
Ahmed et al. Neural network-based LED detection in vehicular system for high data rate in OCC
CN108449138A (zh) 一种用于可见光通信的m序列视觉检测方法及其系统
CN207926593U (zh) 一种用于可见光通信的m序列视觉检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16885235

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187022767

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020187022767

Country of ref document: KR

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16885235

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1