WO2018169170A1 - 스크린을 이용한 광학 무선 시스템의 mimo-ofdm - Google Patents

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WO2018169170A1
WO2018169170A1 PCT/KR2017/014660 KR2017014660W WO2018169170A1 WO 2018169170 A1 WO2018169170 A1 WO 2018169170A1 KR 2017014660 W KR2017014660 W KR 2017014660W WO 2018169170 A1 WO2018169170 A1 WO 2018169170A1
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ofdm symbols
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modulator
generating
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PCT/KR2017/014660
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장영민
응웬반장
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국민대학교 산학협력단
주식회사 라이트 텔레콤
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    • H04L27/2628—Inverse Fourier transform modulators, e.g. inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators

Definitions

  • the present invention relates to an optical wireless communication method and apparatus using a screen.
  • 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 802.15.7m OWC TG international standardization organization.
  • An optical wireless communication system
  • the present invention provides an optical wireless communication method and apparatus using a screen and an image sensor.
  • the modulator receives the transmission data and the transmission image, the modulator generates a reference image based on the transmission image, the modulator is Generating a data embedded image based on the transmission data and the transmission image, and the transmitter sequentially transmitting the reference image and the data inclusion image through a light source panel.
  • the modulator is characterized by modulating at least a portion of the transmission image by the transmission data in generating the data-bearing image.
  • the modulator does not modulate a portion of the transmission image modulated by the transmission data in the data inclusion image in generating the reference image.
  • the data-contained image is divided into m * n cells, and one cell of the m * n cells is modulated by one bit of the transmission data.
  • the modulator is characterized in that in the modulation of the transmission image, the change in the Cb channel of the YCbCr color space is less than 0.008.
  • the modulator receives consecutive transmission images, partitions the transmission data into data blocks, inserts an asynchronous symbol into each of the data blocks based on clock information of the data blocks, and performs the continuous
  • the data-bearing image is generated by modulating each of the conventional transmission images by each data block into which the asynchronous symbol is inserted.
  • the reference image and the data containment image characterized in that each having one or more reference cells in the same position.
  • the reference image and the data-contained image characterized in that each has four reference cells at four corners.
  • the one or more reference cells are generated by modulating a portion of the transmission image corresponding to the one or more reference cells by clock information.
  • the clock information included in the reference cell of the reference image and the clock information included in the reference cell of the data nested image may have opposite phases.
  • the data-bearing image is generated by modulating a portion of the transmission image other than a portion corresponding to the one or more reference cells by the transmission data.
  • a receiver receives images of a light source panel continuously taken from an image sensor, and a demodulator transmits data based on one of the images and the next image. It characterized in that it comprises the step of restoring.
  • a modulator converts transmission data into n complex symbol sequences, and the modulator converts the n complex symbol sequences into n Hermitian symmetric matrices. Respectively converting, the modulator converting the n hermit symmetric matrices into n first OFDM symbols, respectively, wherein the modulator adds a cyclic prefix (CP) to each of the n first OFDM symbols Generating n second OFDM symbols, the modulator generating one frame image based on the n second OFDM symbols, and the transmitter displaying the one frame image on a light source panel It is characterized by including.
  • CP cyclic prefix
  • each of the n hermit symmetric matrices, the n first OFDM symbols, and the n second OFDM symbols is a two-dimensional matrix.
  • generating the one frame image may include adding a DC bias to each of the n second OFDM symbols to generate n third OFDM symbols, and generating the n third OFDM symbols. And generating the one frame image based on the image.
  • the magnitude of the cyclic transposition is characterized by following one of the values in Table 1.
  • the method may further include adding zero padding to an edge of each of the n hermit symmetric matrices.
  • the component value of the even columns of each of the n hermit symmetric matrices is 0, and the generating of the one frame image comprises zero clipping each of the n second OFDM symbols to n Generating three third OFDM symbols, and generating the one frame image based on the n third OFDM symbols.
  • the magnitude of the cyclic transposition is characterized by following one of the values in Table 2.
  • generating n second OFDM symbols by adding a cyclic prefix to each of the n first OFDM symbols may be performed to cycle up, down, left, and right of each of the n first OFDM symbols. Adding a transpose.
  • each of the n hermit symmetry matrix, the n first OFDM symbols, and the n second OFDM symbols is characterized in that the one-dimensional matrix.
  • the generating of the one frame image may include adding a DC bias to each of the n second OFDM symbols to generate n third OFDM symbols, wherein each of the n third OFDM symbols is generated. Generating n fourth OFDM symbols by converting the data into two-dimensional data, and generating the one frame image based on the n fourth OFDM symbols.
  • the component value of the even columns of each of the n hermit symmetric matrices is 0, and the generating of the one frame image comprises zero clipping each of the n second OFDM symbols to n Generating three third OFDM symbols, converting each of the n third OFDM symbols into a two-dimensional matrix to generate n fourth OFDM symbols, and the one based on the n fourth OFDM symbols Generating a frame image.
  • the light source panel is rectangular, and the frame image includes rotation detection cells at four corners, and one of the rotation detection cells blinks in a phase opposite to the other.
  • the rotation detection cells are twice as large as OFDM symbol cells.
  • the light source panel is rectangular
  • the frame image includes frame clock cells at four sides.
  • the frame clock cells are characterized in that adjacent cells flash in phases opposite to each other.
  • a frame for detecting a code is provided at an edge of the frame image.
  • the modulator inserts a pilot sequence into the n hermit symmetric matrices, the modulator receives a channel estimation signal based on the pilot sequence from an optical radio receiver, and the modulator receives the channel. And allocating power based on an estimated signal, wherein converting the transmission data into n complex symbol sequences comprises converting the transmission data into the n complex symbol sequences based on the channel estimation signal. Characterized in that it comprises a step.
  • a receiver may receive images of continuously photographing a light source panel from an image sensor, a demodulator detects a plurality of OFDM symbols from each of the images, and And a demodulator to recover different transmission data from each of the plurality of OFDM symbols.
  • An optical wireless transmission device receives a transmission data and a transmission image, generates a reference image based on the transmission image, and generates a data containing image based on the transmission data and the transmission image. And a transmitter for sequentially transmitting the reference image and the data-embedded image through a modulator and a light source panel.
  • An optical wireless receiving apparatus includes a receiver for receiving images of a light source panel continuously photographed from an image sensor, and restoring transmission data based on one of the images and the next image. It characterized in that it comprises a demodulator.
  • An optical wireless transmission apparatus converts transmission data into n complex symbol sequences, converts the n complex symbol sequences into n hermit symmetric matrices, and respectively, the n hermit symmetry. Converts the matrix into n first OFDM symbols, adds a cyclic prefix (CP) to each of the n first OFDM symbols to generate n second OFDM symbols, and generates the n second OFDM symbols And a modulator for generating one frame image based on the transmitter, and a transmitter for displaying the one frame image on the light source panel.
  • CP cyclic prefix
  • An optical wireless receiver a receiver for receiving images of the continuous light source panel from the image sensor, and detects a plurality of OFDM symbols from each of the images, each of the plurality of OFDM symbols It characterized in that it comprises a demodulator for recovering different transmission data from the.
  • 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.
  • 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 schematically showing a HA-QL optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a reference image and a data-embedded image captured by the HA-QL optical wireless receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a down sampling method of an HA-QL optical radio receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 5 illustrates inter-pixel / symbol interference and perspective distortion.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an optical wireless communication system using OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a frame image of an optical wireless communication system using OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using DCO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of an optical wireless transmission system using DCO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a Hermitian symmetric matrix with zero padding at the edges according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates two methods for adding a cyclic prefix to an OFDM symbol in an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using ACO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a method for converting a complex symbol sequence having a predetermined length into a one-dimensional Hermit symmetric matrix according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using a one-dimensional hermit symmetry matrix and DCO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using one-dimensional Hermit symmetry matrix and ACO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • 16 illustrates two methods for inserting an optical wireless communication system pilot signal using OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • 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. And a transmitter 120, and the optical wireless receiver 200 includes a receiver 210 and a demodulator 220.
  • the modulator 110 receives a transmission data signal and generates a frame image based on the received transmission data signal, and the transmitter 120 displays the generated frame image on the light source panel 130.
  • the light source panel 130 may include all kinds of screens including a plurality of light sources such as a screen of a TV or a monitor, a screen of a mobile device, an LED sign, a signboard, and the like.
  • the receiver 210 receives images obtained by continuously photographing the light source panel from the image sensor 230, and the demodulator 220 restores transmission data from the received images.
  • a modulator of an HA-QL optical wireless transmission apparatus receives transmission data and a transmission image, and based on the received transmission data and the transmission image, a reference image and a data embedded image.
  • Create The data-bearing image is a transmission image in which at least a portion is modulated by the transmission data
  • the reference image is a transmission image in which the portion modulated by the transmission data in the data-bearing image is not modulated by the transmission data.
  • the transmitter can change the intensity of the pixels of the transmitted image by the transmitted data to produce a data-contained image, where changing the brightness does not necessarily mean changing the luminance, but can change the state of the image. Any method that exists can be included.
  • the transmitter may divide the transmitted image into m * n cells and modulate the image for each cell.
  • the transmitter sequentially transmits the reference image and the data containing image through the light source panel.
  • the HA-QL optical radio receiver may restore the transmission data by comparing the photographed reference image with the data-embedded image.
  • the modulator may divide the transmission data into data blocks having a predetermined length that can be transmitted in one reference image and data-contained image pair.
  • the modulator may insert Ab bits, which are data block clock information, into the data block so that the receiving device can operate correctly even when the frame rate changes.
  • An asynchronous symbol can be one bit or two or more bits and can be inserted at the beginning of a data block. Asynchronous symbols may not be inserted separately, but a reference cell described later may serve as an asynchronous symbol.
  • the data block may be protected by internal encoding.
  • external encoding, interleaving, and internal encoding may be performed according to the following table.
  • the modulator may insert zero padding after the data.
  • the modulator may perform half rate line encoding on the transmission data to generate a reference image and a data-bearing image by the transmission data.
  • Line encoding may be performed according to the following table.
  • the reference cells can be modulated by clock information or rotation information without being modulated by the transmission data.
  • the clock information included in the reference cell of the reference image and the clock information included in the reference cell of the data nested image may have opposite phases.
  • the receiving device can detect the rotation of the HA-QL code from the phase of the reference cells. You can place four reference cells at four corners of the image.
  • Cells other than the reference cell are called data cells, and one data cell can be modulated by one bit of transmission data.
  • the data-contained image may include (m * n-4) bits of transmission data because data cells that are parts other than the reference cell are modulated by the transmission data.
  • the modulator can convert the data block into two matrices.
  • the component values of the first matrix are all zeros, and the component values of the second matrix are transmission data bit values.
  • Each component value of the matrix may be mapped to the brightness Pg (ij) as follows to control the data cell ij of the HA-QL layer to be added in front of the transmission image.
  • the change of the Cb channel of the YCbCr color space may be less than 0.008 so that the human eye is not recognized.
  • the image sensor of the HA-QL optical radio receiver must photograph the light source panel at a frame rate that is three times or more of the optical clock rate in order to demodulate the HA-QL code.
  • the demodulator of the HA-QL optical radio receiver extracts the code region from the image and extracts the brightness matrix of m * n from the m * n hidden cells by comparing the data-contained image with the adjacent reference image.
  • . 3 is a diagram illustrating an example of a photographed reference image and a data-embedded image.
  • the demodulator can downsample using asynchronous symbols.
  • 4 is a diagram illustrating a down sampling method of an HA-QL optical radio receiver according to an embodiment of the present invention. For example, if the frame rate of the receiving device is N times the transmission optical clock rate, ⁇ Ab can be extracted for all sampling and down-sampling decisions can be made based on the following.
  • ⁇ Ab (i) Sampling (i)-sampling (i-N)
  • inter-pixel / inter-symbol interference and perspective distortion are very problematic.
  • 5 illustrates inter-pixel / symbol interference and perspective distortion.
  • an optical wireless communication system using OFDM is proposed.
  • a modulator of an optical wireless transmission apparatus using OFDM converts transmission data into complex symbols using QAM.
  • the modulator may generate a complex symbol sequence of a predetermined length to be sent in one OFDM symbol, and generate n complex symbol sequences for one frame when multiple OFDM symbols are included in one frame image to be displayed on the light source panel. can do.
  • the modulator converts the n complex symbol sequences into n OFDM symbols each to produce one frame image.
  • the modulator converts 120 complex symbol sequences into 120 OFDM symbols, respectively, to produce a frame image.
  • the modulator converts each complex symbol sequence into a Hermitian symmetric matrix such that the OFDM symbol has a real value to represent the brightness of the light source.
  • the method of converting a complex symbol sequence to a Hermitian symmetric matrix is described later.
  • the modulator converts the Hermit symmetric matrix into OFDM symbols using IFFT or the like. Since the OFDM symbol is converted into an OFDM symbol to be finally displayed on the screen through several steps, for convenience, the OFDM symbol generated by converting the Hermit symmetric matrix into the time domain is referred to as a first OFDM symbol.
  • the modulator adds a cyclic prefix (CP) to the first OFDM symbol to generate a second OFDM symbol.
  • CP cyclic prefix
  • the modulator generates one frame image based on the n second OFDM symbols, and the transmitter displays the generated frame image on the light source panel.
  • the transmitter may display a frame image as shown in FIG. 7.
  • a frame image may include rotation detecting cells 701 at four corners, frame clock cells 702 at four sides, and OFDM symbol cells 703 therein.
  • Each cell may include a plurality of pixels, and the size of the rotation detection cell may be twice the size of the OFDM symbol cell (two times in length and four times in area).
  • OFDM symbol cells 703 may include n OFDM symbols 705.
  • the rotation detection cells and the frame clock cells may blink in accordance with the frame. In the frame clock cells, adjacent cells may blink in opposite phases.
  • the receiving device can determine the appropriate sampling rate even if there is a viewpoint distortion.
  • the receiving device may modify the sampling rate from the frame image having a fixed resolution through down sampling.
  • One of the cells for rotation detection may flash in phase out of the other.
  • the receiving device can operate correctly even if the screen is rotated.
  • the receiving device can operate correctly even when receiving the mixed frame image by the rolling shutter effect.
  • a code detection frame 704 may be provided at an edge of the frame image.
  • the code detection frame may be included in the frame image or provided outside the screen.
  • the receiving device can efficiently detect the OCC code using the code detection frame.
  • Hermit symmetry matrix may be a two-dimensional matrix. 8 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using DC-biased Optical-OFDM (DCO-OFDM) according to an embodiment of the present invention.
  • the Hermit symmetry matrix for DCO-OFDM can be odd in rows and columns.
  • the size of the Hermit symmetry matrix for DCO-OFDM is (N 1 +1) * (N 2 +1) and the row index of each component is from 0 to N 1 , and the column index is from 0
  • the values of the central components X N1 / 2 and N2 / 2 may be zero.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of an optical wireless transmission system using DCO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • the Hermit symmetry matrix for the DCO-OFDM may be configured as the matrix 901 shown in FIG.
  • FIG. 10 illustrates a Hermitian symmetric matrix with zero padding at the edges according to an embodiment of the present invention.
  • the modulator may convert the two-dimensional Hermitian symmetric matrix into a first OFDM symbol by two-dimensional IFFT. Since the size of the first OFDM symbol is the same as that of the Hermit symmetry matrix, the size of the Hermit symmetry matrix can be appropriately selected according to the resolution of the screen. For the shortest cyclic prefix, the optimal two-dimensional OFDM symbol size that maximizes the semi-full-duplex (SFD) rate is 5 * 1152.
  • the modulator may generate a second OFDM symbol by adding a cyclic prefix to the first OFDM symbol.
  • FIG. 11 illustrates two methods for adding a cyclic prefix to an OFDM symbol in an optical wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the modulator may add cyclic prefix to the edges of the first OFDM symbol, i.e., top, bottom, left, and right, as in style 1, or add cyclic prefix to the top and left of the first OFDM symbol, as in style 2.
  • the magnitude of the cyclic prefix for DCO-OFDM can follow Table 1.
  • the modulator may generate a third OFDM symbol by adding a DC bias to the second OFDM symbol. This is to make the value of the OFDM symbol to a value of 0 or more so as to indicate the brightness of the light source.
  • the modulator may add the same DC bias value to each component value of the second OFDM symbol.
  • the modulator may generate the third OFDM symbol by scaling each component value of the second OFDM symbol to fit the brightness range of the light source. For example, the modulator may cause each component value of the third OFDM symbol to have a value from 0 to 255 by DC bias addition and scaling so that it is displayed on an 8-bit pixel.
  • the modulator generates one frame image based on the n third OFDM symbols, and the transmitter displays the generated frame image on the light source panel.
  • ACO-OFDM Asymmetrically Clipped Optical-OFDM
  • the Hermitian symmetry matrix for ACO-OFDM may have even rows and columns.
  • the Hermitian symmetry matrix for ACO-OFDM sets the component values of even-index columns to zero so that transmitted data is not affected by zero clipping.
  • the size of the Hermit symmetry matrix for ACO-OFDM is (N 1 +1) * (N 2 +1) and the row index of each component is from 0 to N 1 , and the column index is from 0
  • the modulator zero clipping the second OFDM symbol to produce a plurality of third OFDM symbols. Zero clipping replaces negative numbers with zeros in each component value. This is to make the value of the OFDM symbol equal to or greater than 0 so that the brightness of the light source can be represented.
  • the modulator may generate the third OFDM symbol by scaling each component value of the second OFDM symbol to fit the brightness range of the light source.
  • the modulator may generate a second OFDM symbol by adding a cyclic prefix to the first OFDM symbol.
  • the magnitude of the cyclic prefix for ACO-OFDM can be as follows.
  • the optical wireless transmission system adds cyclic transposes having different sizes according to the OFDM symbol size to make the size of the OFDM symbol by DCO-OFDM and the size of the OFDM symbol by ACO-OFDM the same. can do.
  • the optical wireless transmission system according to an embodiment of the present invention can support DCO-OFDM and ACO-OFDM simultaneously.
  • the modulator generates one frame image based on the n third OFDM symbols, and the transmitter displays the generated frame image on the light source panel.
  • Hermit symmetry matrix may be a one-dimensional matrix.
  • FIG. 13 illustrates a method for converting a complex symbol sequence having a predetermined length into a one-dimensional Hermit symmetric matrix according to an embodiment of the present invention.
  • the size of the one-dimensional Hermitian symmetry matrix is (N + 1)
  • the size (N + 1) of the one-dimensional Hermit symmetry matrix for DCO-OFDM may be odd.
  • the value of the central component X N / 2 may be zero.
  • the one-dimensional Hermitian symmetry matrix may transmit N / 2 complex symbols.
  • the modulator may convert the one-dimensional Hermit symmetry matrix into a first OFDM symbol by performing one-dimensional IFFT.
  • the modulator may generate a second OFDM symbol by adding a cyclic prefix to the first OFDM symbol.
  • the modulator may generate a third OFDM symbol by adding a DC bias to the second OFDM symbol.
  • the modulator may generate a fourth OFDM symbol by converting the third OFDM symbol into two-dimensional data to display the OFDM symbol on a two-dimensional screen.
  • the two-dimensional data may be a two-dimensional matrix for a rectangular OFDM symbol or two-dimensional data for another form.
  • the modulator generates one frame image based on the n fourth OFDM symbols, and the transmitter displays the generated frame image on the light source panel.
  • n may be two or more, or may be one.
  • FIG. 15 is a diagram schematically illustrating an optical wireless transmission system using one-dimensional Hermit symmetry matrix and ACO-OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • the size (N + 1) of the one-dimensional Hermit symmetry matrix for ACO-OFDM may be even.
  • the component values of even columns of the one-dimensional Hermit symmetry matrix for ACO-OFDM are zero as follows.
  • X [0, X 1 , 0, X 3 ,... , X N ]
  • the modulator may convert the one-dimensional Hermit symmetry matrix into a first OFDM symbol by performing one-dimensional IFFT.
  • the modulator may generate a second OFDM symbol by adding a cyclic prefix to the first OFDM symbol.
  • the modulator may zero clip the second OFDM symbol to generate a third OFDM symbol.
  • the modulator may generate a fourth OFDM symbol by converting the third OFDM symbol into two-dimensional data.
  • the modulator generates one frame image based on the n fourth OFDM symbols, and the transmitter displays the generated frame image on the light source panel.
  • the modulator may interleave the size according to the resolution of the transmission code before converting the third OFDM symbol into two-dimensional data to reduce burst error.
  • channel estimation may be performed using pilot signals to optimize performance.
  • 16 illustrates two methods of inserting a pilot signal in a bidirectional optical wireless communication system using OFDM according to an embodiment of the present invention.
  • the modulator may insert a pilot sequence into the n hermit symmetric matrices.
  • the pilot symbol is also hermit symmetrical, and when using ACO-OFDM, the pilot sequence is inserted only in the odd subcarrier part and the even subcarrier part is set to zero.
  • a known sequence that is a combination of ⁇ 0, 1, -1 ⁇ can be used.
  • the modulator may receive a channel estimation signal based on a pilot symbol from an optical radio receiver, convert the transmission data into n complex symbol sequences based on the received channel estimation signal (adaptation bit allocation). ), Power may be allocated based on the received channel estimation signal (adaptive power allocation).
  • a receiver of an optical wireless reception apparatus using OFDM receives images obtained by continuously photographing a light source panel from an image sensor, and a demodulator detects a plurality of OFDM symbols from each of the received images, and detects them. Different transmission data may be recovered from each of the plurality of OFDM symbols.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조기가 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하는 단계, 상기 변조기가 상기 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지를 생성하는 단계, 상기 변조기가 상기 전송 데이터 및 상기 전송 이미지에 기초하여 데이터 내포 이미지를 생성하는 단계, 및 송신기가 광원 패널을 통해 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신하는 단계를 포함한다.

Description

스크린을 이용한 광학 무선 시스템의 MIMO-OFDM
본 발명은 스크린을 이용한 광학 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 백열전구와 형광등과 같은 조명이 반도체 LED(Light Emitting Diode) 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 스마트폰의 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Wirelesss Communications; OWC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7m OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다.
본 발명자는 IEEE 802.15.7m OWC TG 국제표준화 기구의 의장으로서 OWC 기술에 관한 많은 기고문을 제출하여 OWC 국제표준화를 선도하고 있으며, 본 발명은 OWC 국제표준기술의 가장 핵심적인 기술 중 하나인 스크린을 이용한 광학 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 스크린과 이미지 센서 등을 이용한 광학 무선 통신 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조기가 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하는 단계, 상기 변조기가 상기 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지(reference image)를 생성하는 단계, 상기 변조기가 상기 전송 데이터 및 상기 전송 이미지에 기초하여 데이터 내포 이미지(data embedded image)를 생성하는 단계, 및 송신기가 광원 패널을 통해 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기는 상기 데이터 내포 이미지를 생성함에 있어, 상기 전송 이미지 중 적어도 일부분을 상기 전송 데이터에 의해 변조하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기는 상기 기준 이미지를 생성함에 있어, 상기 전송 이미지 중 상기 데이터 내포 이미지에서 상기 전송 데이터에 의해 변조된 부분을 변조하지 않는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 데이터 내포 이미지는 m*n 셀로 구분되고, 상기 전송 데이터의 한 비트에 의해 상기 m*n 셀 중 하나의 셀이 변조되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기는 상기 전송 이미지를 변조함에 있어, YCbCr 색공간의 Cb 채널의 변화가 0.008 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기는 연속적인 전송 이미지들을 수신하고, 상기 전송 데이터를 데이터 블록들로 분할하고, 상기 데이터 블록들의 클럭 정보에 기초하여 상기 데이터 블록들 각각에 비동기 심볼을 삽입하고, 상기 연속적인 전송 이미지들 각각을 상기 비동기 심볼이 삽입된 각 데이터 블록에 의해 변조함으로써 상기 데이터 내포 이미지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는, 서로 동일한 위치에 하나 이상의 기준 셀을 각각 가지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는, 네 모서리에 네 개의 기준 셀을 각각 가지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 기준 셀은, 상기 전송 이미지 중 상기 하나 이상의 기준 셀에 대응되는 부분을 클럭 정보에 의해 변조함으로써 생성
일 실시예에서, 상기 기준 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보와 상기 데이터 내포 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보는 서로 반대 위상을 갖는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는, 세 개 이상의 기준 셀들을 각각 가지며, 상기 세 개 이상의 기준 셀들 중 하나의 클럭 정보는 나머지 기준 셀의 클럭 정보와 위상이 반대인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 데이터 내포 이미지는, 상기 전송 이미지 중 상기 하나 이상의 기준 셀에 대응되는 부분 외의 부분을 상기 전송 데이터에 의해 변조함으로써 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 방법은, 수신기가 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계, 및 복조기가 상기 이미지들 중 한 이미지와 그 다음 이미지에 기초하여 전송 데이터를 복원하는 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 방법은, 변조기가 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계, 상기 변조기가 상기 n개의 복소 심볼 시퀀스를 n개의 헤르미트 대칭(Hermitian symmetric) 행렬로 각각 변환하는 단계, 상기 변조기가 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬을 n개의 제1 OFDM 심볼로 각각 변환하는 단계, 상기 변조기가 n개의 상기 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치(cyclic prefix; CP)를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 상기 변조기가 상기 n개의 제2 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계, 및 송신기가 광원 패널에 상기 하나의 프레임 이미지를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼, 및 상기 n개의 제2 OFDM 심볼의 각각은 2차원 행렬인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는, 상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각 에 DC 바이어스를 추가하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 순환 전치의 크기는 표 1의 값 중 하나를 따르는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 가장자리에 제로 패딩을 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 짝수 열의 성분값은 0이고, 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는, 상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각을 제로 클리핑(zero clipping)하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 순환 전치의 크기는 표 2의 값 중 하나를 따르는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계는, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각의 상측, 하측, 좌측, 및 우측에 순환 전치를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계는, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각의 상측 및 좌측에 순환 전치를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼, 및 상기 n개의 제2 OFDM 심볼의 각각은 1차원 행렬인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는, 상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각에 DC 바이어스를 추가하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 상기 n개의 제3 OFDM 심볼 각각을 2차원 데이터로 변환하여 n개의 제4 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 짝수 열의 성분값은 0이고, 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는, 상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각을 제로 클리핑(zero clipping)하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 상기 n개의 제3 OFDM 심볼 각각을 2차원 행렬로 변환하여 n개의 제4 OFDM 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 패널은 사각형이고, 상기 프레임 이미지는 네 모서리에 회전 검출용 셀들을 포함하고, 상기 회전 검출용 셀들 중 하나는 나머지와 반대 위상으로 점멸하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 회전 검출용 셀들은 OFDM 심볼 셀들의 두 배 크기인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 광원 패널은 사각형이고, 상기 프레임 이미지는 네 변에 프레임 클럭 셀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프레임 클럭 셀들은 인접하는 셀들이 서로 반대 위상으로 점멸하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프레임 이미지 가장자리에 코드 검출용 테두리가 구비되하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 변조기가 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬에 파일럿 시퀀스를 삽입하는 단계, 상기 변조기가 광학 무선 수신 장치로부터 상기 파일럿 시퀀스에 기초한 채널 추정 신호를 수신하는 단계, 및 상기 변조기가 상기 채널 추정 신호에 기초하여 전력을 할당하는 단계를 더 포함하며, 상기 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계는, 상기 채널 추정 신호에 기초하여 상기 전송 데이터를 상기 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 방법은, 수신기가 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계, 복조기가 상기 이미지들 각각으로부터 복수의 OFDM 심볼을 검출하는 단계, 및 상기 복조기가 상기 복수의 OFDM 심볼 각각으로부터 서로 다른 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하고, 상기 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지를 생성하고, 상기 전송 데이터 및 상기 전송 이미지에 기초하여 데이터 내포 이미지를 생성하는 변조기, 및 광원 패널을 통해 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 수신기, 및 상기 이미지들 중 한 이미지와 그 다음 이미지에 기초하여 전송 데이터를 복원하는 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 장치는, 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하고, 상기 n개의 복소 심볼 시퀀스를 n개의 헤르미트 대칭 행렬로 각각 변환하고, 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬을 n개의 제1 OFDM 심볼로 각각 변환하고, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치(cyclic prefix; CP)를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하고, 상기 n개의 제2 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하는 변조기, 및 광원 패널에 상기 하나의 프레임 이미지를 표시하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 수신 장치는, 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 수신기, 및 상기 이미지들 각각으로부터 복수의 OFDM 심볼을 검출하고, 상기 복수의 OFDM 심볼 각각으로부터 서로 다른 전송 데이터를 복원하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
본 발명에 의하면 스크린을 이용한 광학 무선 통신을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL 광학 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL 광학 무선 수신 장치에서 촬영된 기준 이미지와 데이터 내포 이미지의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL 광학 무선 수신 장치의 다운 샘플링 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 픽셀간/심볼간 간섭과 관점 왜곡을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 광학 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 광학 무선 통신 시스템의 프레임 이미지를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 DCO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 DCO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의해 가장자리에 제로 패딩을 추가한 헤르미트 대칭 행렬을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템에서 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하는 두 가지 방법을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 ACO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의해 소정 길이의 복소 심볼 시퀀스를 1차원 헤르미트 대칭 행렬로 변환하는 방법을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 1차원 헤르미트 대칭 행렬과 DCO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 1차원 헤르미트 대칭 행렬과 ACO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16은 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 광학 무선 통신 시스템 파일럿 신호를 삽입하는 두 가지 방법을 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)를 포함하며, 광학 무선 송신 장치(100)는 변조기(110)와 송신기(120)를 포함하고, 광학 무선 수신 장치(200)는 수신기(210)와 복조기(220)를 포함한다.
변조기(110)는 전송 데이터 신호를 입력받고, 입력받은 전송 데이터 신호에 기초하여 프레임 이미지를 생성하며, 송신기(120)는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널(130)에 표시한다. 광원 패널(130)은 TV나 모니터의 화면, 모바일 기기의 화면, LED 전광판, 간판 등 복수의 광원들을 포함하는 모든 종류의 스크린을 포함할 수 있다. 수신기(210)는 이미지 센서(230)로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 복조기(220)는 수신된 이미지들로부터 전송 데이터를 복원한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL(Hidden Asynchronous Quick Link) 광학 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, HA-QL 광학 무선 송신 장치의 변조기는 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하고, 수신한 전송 데이터 및 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지(reference image)와 데이터 내포 이미지(data embedded image)를 생성한다. 데이터 내포 이미지는 적어도 일부분이 전송 데이터에 의해 변조된 전송 이미지이고, 기준 이미지는 데이터 내포 이미지에서 전송 데이터에 의해 변조된 부분이 전송 데이터에 의해 변조되지 않은 전송 이미지이다.
송신기는 데이터 내포 이미지를 생성하기 위해 전송 이미지의 픽셀의 밝기(intensity)를 전송 데이터에 의해 변경할 수 있는데, 여기서 밝기를 변경한다는 것은 반드시 휘도의 변경만을 의미하는 것은 아니며, 이미지의 상태를 변경시킬 수 있는 모든 방법을 포함할 수 있다. 송신기는 전송 이미지를 m*n 셀로 구분하고 각 셀별로 이미지를 변조할 수 있다.
송신기는 광원 패널을 통해 기준 이미지 및 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신한다. HA-QL 광학 무선 수신 장치는 촬영한 기준 이미지와 데이터 내포 이미지를 비교함으로써 전송 데이터를 복원할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 변조기는 전송 데이터를 하나의 기준 이미지와 데이터 내포 이미지 쌍으로 전송할 수 있는 소정 길이의 데이터 블록으로 나눌 수 있다.
변조기는 수신 장치가 프레임 레이트 변동 시에도 올바르게 동작할 수 있도록 데이터 블록에 데이터 블록 클럭 정보인 비동기 심볼(Ab bits)을 삽입할 수 있다. 비동기 심볼은 1비트이거나 2비트 이상일 수 있으며, 데이터 블록의 앞부분에 삽입될 수 있다. 비동기 심볼이 별도로 삽입되지 않고 후술하는 기준 셀이 비동기 심볼의 역할을 할 수도 있다.
데이터 블록은 내부 부호화에 의해 보호될 수 있다. HA-QL 광학 무선 통신 시스템에서 외부 부호화, 인터리빙, 내부 부호화는 다음 표에 따라 수행될 수 있다.
Figure PCTKR2017014660-appb-I000001
전송 데이터의 크기가 HA-QL 코드의 크기와 맞지 않으면 변조기는 데이터의 뒤에 제로(0) 패딩을 삽입할 수 있다.
변조기는 전송 데이터에 의해 기준 이미지와 데이터 내포 이미지를 생성하기 위해 전송 데이터에 1/2 레이트 라인 부호화를 수행할 수 있다. 라인 부호화는 다음 표에 따라 수행될 수 있다.
Figure PCTKR2017014660-appb-I000002
추가적으로, 기준 이미지와 데이터 내포 이미지의 서로 동일한 위치에 하나 이상의 기준 셀을 두어, 기준 셀은 전송 데이터에 의해 변조되지 않고 클럭 정보 또는 회전 정보에 의해 변조될 수 있다. 기준 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보와 데이터 내포 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보는 서로 반대 위상을 가질 수 있다. 기준 셀은 세 개 이상일 수 있으며 세 개 이상의 기준 셀들 중 하나의 클럭 정보는 나머지 기준 셀의 클럭 정보와 위상이 반대일 수 있다. 수신 장치는 기준 셀들의 위상으로부터 HA-QL 코드의 회전을 검출할 수 있다. 이미지의 네 모서리에 네 개의 기준 셀을 둘 수 있다.
기준 셀 외의 셀은 데이터 셀이라고 하며, 하나의 데이터 셀은 전송 데이터의 한 비트에 의해 변조될 수 있다. 데이터 내포 이미지는 기준 셀 외의 부분인 데이터 셀들이 전송 데이터에 의해 변조되므로 (m*n-4)개의 전송 데이터 비트를 포함할 수 있다.
기준 이미지와 데이터 이미지의 기준 셀들과 데이터 셀들의 변조 방식을 표로 정리하면 다음과 같다.
Figure PCTKR2017014660-appb-I000003
변조기는 데이터 블록을 두 개의 행렬로 변환할 수 있다. 첫 번째 행렬의 성분값은 모두 0이고, 두 번째 행렬의 성분값은 전송 데이터 비트 값이다. 행렬의 각 성분값은 전송 이미지의 앞에 더해질 HA-QL 레이어의 데이터 셀(ij)를 제어하기 위해 다음과 같이 밝기 Pg(ij)로 맵핑될 수 있다.
bit 0: Pg(ij) = 0
bit 1: Pg(ij) = 1
Pg(ij)=0 및 Pg(ij)=1는 각각 데이터 셀(ij)의 밝기가 변조되지 않는 것과 변조되는 것을 나타낸다. 데이터 셀 변조 시 사람 눈에 인지되지 않도록 YCbCr 색공간의 Cb 채널의 변화가 0.008 미만이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL 광학 무선 수신 장치의 이미지 센서는 HA-QL 코드를 복조하기 위해 광학 클럭 레이트의 세 배 이상인 프레임 레이트로 광원 패널을 촬영해야 한다.
HA-QL광학 무선 수신 장치의 복조기는 이미지에서 코드 영역을 추출하고, 데이터 내포 이미지를 인접하는 기준 이미지와 비교함으로써 m*n개의 숨겨진 셀(hidden cell)들로부터 m*n의 밝기 행렬을 추출한다. 도 3은 촬영된 기준 이미지와 데이터 내포 이미지의 예를 도시한 도면이다.
복조기는 비동기 심볼을 이용해 다운 샘플링을 할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 HA-QL 광학 무선 수신 장치의 다운 샘플링 방법을 도시한 도면이다. 예를 들어 수신 장치의 프레임 레이트가 송신 광학 클럭 레이트의 N배라고 하면, 다음과 같이 모든 샘플링에 대하여 ΔAb를 추출하고 이에 기초하여 다운 샘플링 결정을 할 수 있다.
ΔAb(i) = Sampling(i) - sampling(i-N)
스크린을 통한 전송을 위해 많은 수의 셀을 이용하는 경우, 픽셀간/심볼간 간섭(inter-pixel/inter-symbol interference)과 관점 왜곡(perspective distortion)이 크게 문제된다. 도 5는 픽셀간/심볼간 간섭과 관점 왜곡을 도시한 도면이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 OFDM을 이용한 광학 무선 통신 시스템을 제안한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 광학 무선 통신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, OFDM을 이용한 광학 무선 송신 장치의 변조기는 QAM 등을 이용하여 전송 데이터를 복소 심볼로 변환한다. 변조기는 하나의 OFDM 심볼로 보낼 소정 길이의 복소 심볼 시퀀스를 생성할 수 있으며, 광원 패널에 표시할 하나의 프레임 이미지에 여러 개의 OFDM 심볼을 포함시키는 경우, 한 프레임을 위한 n개의 복소 심볼 시퀀스를 생성할 수 있다. n은 1 또는 2 이상일 수 있다. 예를 들어 한 프레임에 n=10*12=120개의 OFDM 심볼을 표시하고, 하나의 OFDM 심볼에 144개의 복소 심볼이 포함되는 경우, 변조기는 한 프레임을 위해 길이가 144인 복소 심볼 시퀀스를 120개 생성할 수 있다.
변조기는 하나의 프레임 이미지를 생성하기 위해 n개의 복소 심볼 시퀀스를 n개의 OFDM 심볼로 각각 변환한다. 위 예에서는, 변조기는 하나의 프레임 이미지를 생성하기 위해 120개의 복소심볼 시퀀스를 120개의 OFDM 심볼로 각각 변환하게 된다.
변조기는 OFDM 심볼이 광원의 밝기를 나타내기 위해 실수값을 갖도록, 각 복소 심볼 시퀀스를 헤르미트 대칭(Hermitian symmetric) 행렬로 변환한다. 복소 심볼 시퀀스를 헤르미트 대칭(Hermitian symmetric) 행렬로 변환하는 방법은 뒤에서 다시 설명한다.
변조기는 헤르미트 대칭 행렬을 IFFT 등을 이용하여 OFDM 심볼로 변환한다. 이러한 OFDM 심볼은 여러 단계를 거쳐 최종적으로 스크린에 표시될 OFDM 심볼로 변환되므로, 편의상 헤르미트 대칭 행렬을 타임 도메인으로 변환하여 생성된 OFDM 심볼을 제1 OFDM 심볼이라 한다.
변조기는 제1 OFDM 심볼에 순환 전치(cyclic prefix; CP)를 추가하여 제2 OFDM 심볼을 생성한다. 제1 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하는 방법은 뒤에서 다시 설명한다.
변조기는 n개의 제2 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하고, 송신기는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널에 표시한다. 예를 들어 송신기는 도 7과 같이 프레임 이미지를 표시할 수 있다. 도 7을 참조하면 프레임 이미지는 네 모서리에 회전 검출용 셀(701)들을 포함하고, 네 변에 프레임 클럭 셀(702)들을 포함하고, 그 내부에 OFDM 심볼 셀(703)들을 포함할 수 있다. 각 셀은 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며, 회전 검출용 셀의 크기는 OFDM 심볼 셀의 크기의 두 배(길이로 두 배, 면적은 네 배)일 수 있다. OFDM 심볼 셀(703)들은 n개의 OFDM 심볼(705)들을 포함할 수 있다.
회전 검출용 셀들과 프레임 클럭 셀들은 프레임에 따라 점멸할 수 있다. 프레임 클럭 셀들은 인접하는 셀들이 서로 반대 위상으로 점멸할 수 있다. 수신 장치는 관점 왜곡이 있더라도 적당한 샘플링 레이트을 결정할 수 있게 된다. 수신 장치는 다운 샘플링을 통해 고정된 해상도의 프레임 이미지로부터 샘플링 레이트를 수정할 수 있게 된다. 회전 검출용 셀들 중 하나는 나머지와 반대 위상으로 점멸할 수 있다. 수신 장치는 스크린이 회전하더라도 올바르게 동작할 수 있게 된다. 수신 장치는 롤링 셔터 효과에 의해 혼합된 프레임 이미지를 수신하였을 때도 올바르게 동작할 수 있게 된다.
프레임 이미지의 가장자리에 코드 검출용 테두리(704)가 구비될 수 있다. 코드 검출용 테두리는 프레임 이미지에 포함될 수도 있고 스크린의 외부에 구비될 수도 있다. 수신 장치는 코드 검출용 테두리를 이용해 OCC 코드를 효율적으로 검출할 수 있게 된다.
헤르미트 대칭 행렬은 2차원 행렬일 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 DCO-OFDM(DC-biased Optical-OFDM)을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. DCO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬은 행과 열이 홀수일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, DCO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬의 크기가 (N1+1)*(N2+1)이고 각 성분의 행 인덱스는 0부터 N1, 열 인덱스는 0부터 N2의 값을 가질 때, 헤르미트 대칭 행렬의 성분값은 (Xk1,k2 = X*N1-k1, N2-k2)을 만족시킬 수 있다. 중심 성분 XN1/2, N2/2의 값은 0일 수 있다.
예를 들어 헤르미트 대칭 행렬의 크기가 (2k+1)*(2k+1)이면, 변조기는 이를 통해 2k(k+1) 개의 복소 심볼을 전송할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 DCO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템의 동작 과정을 도시한 도면이다. DCO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬은 도 9 도시된 행렬(901)과 같이 구성될 수 있다.
대역폭의 가장자리에는 왜곡이 발생할 수 있으므로, 변조기는 가장자리 반송파를 사용하지 않기 위해 헤르미트 대칭 행렬의 가장자리에 제로(0) 패딩을 추가할 수 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의해 가장자리에 제로 패딩을 추가한 헤르미트 대칭 행렬을 도시한 도면이다.
변조기는 2차원 헤르미트 대칭 행렬을 2차원 IFFT하여 제1 OFDM 심볼로 변환할 수 있다. 제1 OFDM 심볼의 크기는 헤르미트 대칭 행렬의 크기와 같으므로, 스크린의 해상도에 따라 헤르미트 대칭 행렬의 크기를 적절히 선택할 수 있다. 가장 짧은 순환 전치의 경우, SFD(semi-full-duplex) 속도를 최대화하는 최적의 2차원 OFDM 심볼 크기는 5*1152이다.
변조기는 제1 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하여 제2 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 통신 시스템에서 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하는 두 가지 방법을 도시한 도면이다. 변조기는 스타일 1과 같이 제1 OFDM 심볼의 가장자리, 즉 상측, 하측, 좌측, 및 우측에 순환 전치를 추가하거나, 스타일 2와 같이 제1 OFDM 심볼의 상측 및 좌측에 순환 전치를 추가할 수 있다. DCO-OFDM을 위한 순환 전치의 크기는 표 1을 따를 수 있다.
Figure PCTKR2017014660-appb-T000001
변조기는 제2 OFDM 심볼에 DC 바이어스를 추가하여 제3 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 이는 OFDM 심볼의 값을 광원의 밝기를 나타낼 수 있도록 0 이상의 값으로 만들기 위함이다. 변조기는 제2 OFDM 심볼의 각 성분값에 동일한 DC 바이어스 값을 추가할 수 있다. 변조기는 제2 OFDM 심볼의 각 성분값을 광원의 밝기 범위에 맞도록 스케일링하여 제3 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 예를 들어, 변조기는 DC 바이어스 추가 및 스케일링에 의해 제3 OFDM 심볼의 각 성분값이 0부터 255까지의 값을 갖도록 하여 8비트 픽셀에 표시되도록 할 수 있다.
변조기는 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하고, 송신기는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널에 표시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 ACO-OFDM(Asymmetrically Clipped Optical-OFDM)을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. ACO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬은 행과 열이 짝수일 수 있다. ACO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬은 전송 데이터가 제로 클리핑(zero clipping)에 의해 영향받지 않도록 짝수 열(even-index columns)의 성분값을 0으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, ACO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬의 크기가 (N1+1)*(N2+1)이고 각 성분의 행 인덱스는 0부터 N1, 열 인덱스는 0부터 N2의 값을 가질 때, 헤르미트 대칭 행렬의 성분값은 (Xk1,k2 = X*N1-k1, N2+1-k2)을 만족시킬 수 있다. 이에 따른 ACO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬의 일 예는 다음과 같다.
Figure PCTKR2017014660-appb-I000004
본 발명의 다른 실시예에서, 헤르미트 대칭 행렬의 성분값은 (Xk1,k2 = X*N1+1-k1, N2+1-k2)을 만족시킬 수 있다. 이에 따른 ACO-OFDM을 위한 헤르미트 대칭 행렬의 일 예는 다음과 같다.
Figure PCTKR2017014660-appb-I000005
변조기는 제2 OFDM 심볼을 제로 클리핑하여 복수의 제3 OFDM 심볼을 생성한다. 제로 클리핑은 각 성분값 중 음수를 0으로 대체하는 것이다. 이는 OFDM 심볼의 값이 광원의 밝기를 나타낼 수 있도록 0 이상의 값으로 만들기 위함이다. 변조기는 제2 OFDM 심볼의 각 성분값을 광원의 밝기 범위에 맞도록 스케일링하여 제3 OFDM 심볼을 생성할 수 있다.
변조기는 2차원 헤르미트 대칭 행렬을 2차원 IFFT하여 제1 OFDM 심볼로 변환할 수 있다
변조기는 제1 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하여 제2 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. ACO-OFDM을 위한 순환 전치의 크기는 다음 표를 따를 수 있다.
Figure PCTKR2017014660-appb-T000002
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 시스템은 OFDM 심볼 크기에 따라 다른 크기의 순환 전치를 추가함으로써 DCO-OFDM에 의한 OFDM 심볼의 크기와 ACO-OFDM에 의한 OFDM 심볼의 크기를 동일하게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 무선 송신 시스템은 DCO-OFDM과 ACO-OFDM을 동시에 지원할 수 있게 된다.
변조기는 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하고, 송신기는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널에 표시한다.
헤르미트 대칭 행렬은 1차원 행렬일 수 있다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의해 소정 길이의 복소 심볼 시퀀스를 1차원 헤르미트 대칭 행렬로 변환하는 방법을 도시한 도면이다. 1차원 헤르미트 대칭 행렬의 크기가 (N+1)일 때 그 성분값은 (Xk = X*N+1-k)을 만족시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 1차원 헤르미트 대칭 행렬과 DCO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. DCO-OFDM을 위한 1차원 헤르미트 대칭 행렬의 크기 (N+1)은 홀수일 수 있다. 중심 성분 XN /2의 값은 0일 수 있다. 1차원 헤르미트 대칭 행렬은 N/2개의 복소 심볼을 전송할 수 있다.
변조기는 1차원 헤르미트 대칭 행렬을 1차원 IFFT하여 제1 OFDM 심볼로 변환할 수 있다. 변조기는 제1 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하여 제2 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 변조기는 제2 OFDM 심볼에 DC 바이어스를 추가하여 제3 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 변조기는 OFDM 심볼을 2차원 스크린에 표시하기 위해 제3 OFDM 심볼을 2차원 데이터로 변환하여 제4 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 2차원 데이터는 사각형 OFDM 심볼을 위한 2차원 행렬일 수도 있고, 다른 형태를 위한 2차원 데이터일 수도 있다. 변조기는 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하고, 송신기는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널에 표시한다. 전술하였듯이 n은 2 이상일 수 있으며, 1일 수도 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 1차원 헤르미트 대칭 행렬과 ACO-OFDM을 이용한 광학 무선 송신 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. ACO-OFDM을 위한 1차원 헤르미트 대칭 행렬의 크기 (N+1)은 짝수일 수 있다. 다음과 같이 ACO-OFDM을 위한 1차원 헤르미트 대칭 행렬의 짝수 열의 성분값을 0으로 한다.
X = [0, X1, 0, X3, …, XN]
변조기는 1차원 헤르미트 대칭 행렬을 1차원 IFFT하여 제1 OFDM 심볼로 변환할 수 있다. 제1 OFDM 심볼은 실수 행렬이고 (Xk = -Xk +N/ 2)을 만족시킬 수 있다.
변조기는 제1 OFDM 심볼에 순환 전치를 추가하여 제2 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 변조기는 제2 OFDM 심볼을 제로 클리핑하여 제3 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 변조기는 제3 OFDM 심볼을 2차원 데이터로 변환하여 제4 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 변조기는 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하고, 송신기는 생성된 프레임 이미지를 광원 패널에 표시한다.
변조기는 버스트 오류를 감소시키기 위해 제3 OFDM 심볼을 2차원 데이터로 변환하기 전에 송신 코드의 해상도에 따른 크기로 인터리빙 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 양방향 광학 무선 통신 시스템은 성능을 최적화하기 위해 파일럿 신호를 이용해 채널 추정을 할 수 있다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 양방향 광학 무선 통신 시스템에서 파일럿 신호를 삽입하는 두 가지 방법을 도시한 도면이다.
변조기는 n개의 헤르미트 대칭 행렬에 파일럿 시퀀스를 삽입할 수 있다. 파일럿 심볼도 헤르미트 대칭이 되도록 하며, ACO-OFDM을 이용하는 경우 홀수 부반송파 부분에만 파일럿 시퀀스를 삽입하고, 짝수 부반송파 부분은 0으로 설정한다. 1차원 헤르미트 대칭 행렬을 이용하는 경우, {0, 1, -1}의 조합인 알려진 시퀀스를 이용할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 변조기는 광학 무선 수신 장치로부터 파일럿 심벌에 기초한 채널 추정 신호를 수신하고, 수신한 채널 추정 신호에 기초하여 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환할 수 있으며(적응 비트 할당), 수신한 채널 추정 신호에 기초하여 전력을 할당할 수 있다(적응 전력 할당).
본 발명의 일 실시예에 의한 OFDM을 이용한 광학 무선 수신 장치의 수신기는 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하고, 복조기는 수신한 이미지들 각각으로부터 복수의 OFDM 심볼을 검출하고, 검출된 복수의 OFDM 심볼 각각으로부터 서로 다른 전송 데이터를 복원할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (37)

  1. 변조기가 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하는 단계;
    상기 변조기가 상기 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지(reference image)를 생성하는 단계;
    상기 변조기가 상기 전송 데이터 및 상기 전송 이미지에 기초하여 데이터 내포 이미지(data embedded image)를 생성하는 단계; 및
    송신기가 광원 패널을 통해 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는 상기 데이터 내포 이미지를 생성함에 있어,
    상기 전송 이미지 중 적어도 일부분을 상기 전송 데이터에 의해 변조하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변조기는 상기 기준 이미지를 생성함에 있어,
    상기 전송 이미지 중 상기 데이터 내포 이미지에서 상기 전송 데이터에 의해 변조된 부분을 변조하지 않는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 내포 이미지는 m*n 셀로 구분되고,
    상기 전송 데이터의 한 비트에 의해 상기 m*n 셀 중 하나의 셀이 변조되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 변조기는 상기 전송 이미지를 변조함에 있어,
    YCbCr 색공간의 Cb 채널의 변화가 0.008 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는 연속적인 전송 이미지들을 수신하고, 상기 전송 데이터를 데이터 블록들로 분할하고, 상기 데이터 블록들의 클럭 정보에 기초하여 상기 데이터 블록들 각각에 비동기 심볼을 삽입하고, 상기 연속적인 전송 이미지들 각각을 상기 비동기 심볼이 삽입된 각 데이터 블록에 의해 변조함으로써 상기 데이터 내포 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는,
    서로 동일한 위치에 하나 이상의 기준 셀을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는,
    네 모서리에 네 개의 기준 셀을 각각 가지는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기준 셀은,
    상기 전송 이미지 중 상기 하나 이상의 기준 셀에 대응되는 부분을 클럭 정보에 의해 변조함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기준 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보와 상기 데이터 내포 이미지의 기준 셀에 포함된 클럭 정보는 서로 반대 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지는,
    세 개 이상의 기준 셀들을 각각 가지며,
    상기 세 개 이상의 기준 셀들 중 하나의 클럭 정보는 나머지 기준 셀의 클럭 정보와 위상이 반대인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 내포 이미지는,
    상기 전송 이미지 중 상기 하나 이상의 기준 셀에 대응되는 부분 외의 부분을 상기 전송 데이터에 의해 변조함으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  13. 수신기가 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계; 및
    복조기가 상기 이미지들 중 한 이미지와 그 다음 이미지에 기초하여 전송 데이터를 복원하는 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  14. 변조기가 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계;
    상기 변조기가 상기 n개의 복소 심볼 시퀀스를 n개의 헤르미트 대칭(Hermitian symmetric) 행렬로 각각 변환하는 단계;
    상기 변조기가 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬을 n개의 제1 OFDM 심볼로 각각 변환하는 단계;
    상기 변조기가 n개의 상기 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치(cyclic prefix; CP)를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계;
    상기 변조기가 상기 n개의 제2 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계; 및
    송신기가 광원 패널에 상기 하나의 프레임 이미지를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼, 및 상기 n개의 제2 OFDM 심볼의 각각은 2차원 행렬인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각 에 DC 바이어스를 추가하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 순환 전치의 크기는 다음 표의 값 중 하나를 따르는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
    Figure PCTKR2017014660-appb-I000006
  18. 제16항에 있어서,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 가장자리에 제로 패딩을 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 짝수 열의 성분값은 0이고,
    상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각을 제로 클리핑(zero clipping)하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 n개의 제3 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 순환 전치의 크기는 다음 표의 값 중 하나를 따르는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
    Figure PCTKR2017014660-appb-I000007
  21. 제15항에 있어서,
    상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각의 상측, 하측, 좌측, 및 우측에 순환 전치를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각의 상측 및 좌측에 순환 전치를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬, 상기 n개의 제1 OFDM 심볼, 및 상기 n개의 제2 OFDM 심볼의 각각은 1차원 행렬인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각에 DC 바이어스를 추가하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계;
    상기 n개의 제3 OFDM 심볼 각각을 2차원 데이터로 변환하여 n개의 제4 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬 각각의 짝수 열의 성분값은 0이고,
    상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 n개의 제2 OFDM 심볼 각각을 제로 클리핑(zero clipping)하여 n개의 제3 OFDM 심볼을 생성하는 단계;
    상기 n개의 제3 OFDM 심볼 각각을 2차원 행렬로 변환하여 n개의 제4 OFDM 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 n개의 제4 OFDM 심볼에 기초하여 상기 하나의 프레임 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  26. 제14항에 있어서,
    상기 광원 패널은 사각형이고,
    상기 프레임 이미지는 네 모서리에 회전 검출용 셀들을 포함하고,
    상기 회전 검출용 셀들 중 하나는 나머지와 반대 위상으로 점멸하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 회전 검출용 셀들은 OFDM 심볼 셀들의 두 배 크기인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  28. 제14항에 있어서,
    상기 광원 패널은 사각형이고,
    상기 프레임 이미지는 네 변에 프레임 클럭 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 프레임 클럭 셀들은 인접하는 셀들이 서로 반대 위상으로 점멸하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  30. 제14항에 있어서,
    상기 프레임 이미지 가장자리에 코드 검출용 테두리가 구비되하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  31. 제14항에 있어서,
    상기 변조기가 상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬에 파일럿 시퀀스를 삽입하는 단계;
    상기 변조기가 광학 무선 수신 장치로부터 상기 파일럿 시퀀스에 기초한 채널 추정 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 변조기가 상기 채널 추정 신호에 기초하여 전력을 할당하는 단계를 더 포함하며,
    상기 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계는,
    상기 채널 추정 신호에 기초하여 상기 전송 데이터를 상기 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
  32. 수신기가 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계;
    복조기가 상기 이미지들 각각으로부터 복수의 OFDM 심볼을 검출하는 단계; 및
    상기 복조기가 상기 복수의 OFDM 심볼 각각으로부터 서로 다른 전송 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
  33. 전송 데이터 및 전송 이미지를 수신하고, 상기 전송 이미지에 기초하여 기준 이미지를 생성하고, 상기 전송 데이터 및 상기 전송 이미지에 기초하여 데이터 내포 이미지를 생성하는 변조기; 및
    광원 패널을 통해 상기 기준 이미지 및 상기 데이터 내포 이미지를 순차적으로 송신하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  34. 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 수신기; 및
    상기 이미지들 중 한 이미지와 그 다음 이미지에 기초하여 전송 데이터를 복원하는 하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  35. 전송 데이터를 n개의 복소 심볼 시퀀스로 변환하고,
    상기 n개의 복소 심볼 시퀀스를 n개의 헤르미트 대칭 행렬로 각각 변환하고,
    상기 n개의 헤르미트 대칭 행렬을 n개의 제1 OFDM 심볼로 각각 변환하고,
    상기 n개의 제1 OFDM 심볼 각각에 순환 전치(cyclic prefix; CP)를 추가하여 n개의 제2 OFDM 심볼을 생성하고,
    상기 n개의 제2 OFDM 심볼에 기초하여 하나의 프레임 이미지를 생성하는 변조기; 및
    광원 패널에 상기 하나의 프레임 이미지를 표시하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
  36. 이미지 센서로부터 광원 패널을 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 수신기; 및
    상기 이미지들 각각으로부터 복수의 OFDM 심볼을 검출하고,
    상기 복수의 OFDM 심볼 각각으로부터 서로 다른 전송 데이터를 복원하는 복조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
  37. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
PCT/KR2017/014660 2017-03-14 2017-12-13 스크린을 이용한 광학 무선 시스템의 mimo-ofdm WO2018169170A1 (ko)

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