가시광 통신 장치 및 방법

본 발명은 복수의 광원을 구비하는 조명장치를 사용하여 가시광 통신뿐만 아니라 조명으로도 사용할 수 있도록 하는 가시광 통신 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 가시광 통신장치는, 조명광을 이용하여 복수의 통신 데이터를 전송하는 가시광 통신장치에 있어서, 서로 다른 가시역의 발광중심파장을 가지는 복수의 광원을 구비하여 상기 조명광을 생성하는 조명장치와; 상기 복수의 통신 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광 다이오드 각각을 통해 전송할 데이터가 동일한 통신량을 갖도록 각각의 더미 데이터를 생성하는 통신량 조절장치와; 상기 복수의 통신 데이터와 상기 더미 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광다이오드 각각을 구동하기 위한 신호로 변조하는 변조장치를 포함함을 특징으로 한다.

특허청구의 범위
청구항 1
조명광을 이용하여 복수의 통신 데이터를 전송하는 가시광 통신장치에 있어서,서로 다른 가시역의 발광중심파장을 가지는 복수의 광원을 구비하여 상기 조명광을 생성하는 조명장치와;상기 복수의 통신 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광 다이오드 각각을 통해 전송할 데이터의 통신량 차이를측정하고, 상기 전송할 데이터가 동일한 통신량을 갖도록 상기 측정된 통신량 차이에 대응되는 각각의 더미 데터를 생성하는 통신량 조절장치와;상기 복수의 통신 데이터와 상기 더미 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광다이오드 각각을 구동하기 위한 신호로 변조하는 변조장치를 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 광원은적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 다이오드(LED)로 구성됨을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
청구항 3
제 1 항에 있어서,상기 광원으로부터 상기 조명광을 수신하는 수광기와;상기 수광기에 의해 수신한 조명광으로부터 상기 정보를 복조하는 복조수단을 더 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신장치.
청구항 4
복수의 개별 광원으로 구성된 조명장치를 이용하여 복수의 통신 데이터를 전송하는 가시광 통신방법에 있어서,상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의 통신량 차이를 측정하고, 상기 입력 데이터의측정된 통신량이 동일하도록 상기 측정된 통신량의 차이에 대응되는 더미 데이터를 생성한 후 상기 생성된 더미데이터를 각 채널에 추가하여 통신량을 조절하는 과정과;상기 더미 데이터가 추가된 각 채널의 데이터를 변조하여 상기 복수의 개별 광원의 구동신호로 제공함으로써 상기 조명장치가 백색광을 방출하도록 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
청구항 5
제 4 항에 있어서, 상기 통신량을 조절하는 과정은상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의 전송속도를 측정하여 측정된 각 입력 데이터의전송속도가 상기 개별 광원의 색간 불균형을 육안으로 인식하지 못할 정도의 속도를 나타내는 임계값 이상인 경우에는 행해지지 않고, 상기 임계값 미만인 경우에 행해짐을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
청구항 6
제 5 항에 있어서, 상기 통신량을 조절하는 과정은상기 측정된 각 입력 데이터의 전송속도를 바탕으로 상기 각 입력 데이터의 적정 통신량을 결정하는 단계와;상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의 실제 데이터량을 측정하는 단계와;기 적정 통신량과 상기 실제 데이터량을 비교하여 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량이 동일한 채널의 데이터는 추가 조치 없이 바로 전송하고, 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량이 다른 채널에는 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량의 차이만큼의 더미 데이터를 추가하여 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 가시광통신방법.
청구항 7
제 4 항에 있어서, 상기 조명장치로부터 상기 조명광을 수신하여 상기 조명광으로부터 상기 복수의 통신 데이터각각을 복조하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 가시광 통신방법.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 가시광 통신장치 및 이를 이용한 가시광 통신방법에 관한 것으로, <4> 특히 가시광선을 방출하는 LED 광원을 이용한 가시광 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
<5> 가시광 통신장치는 LED 기반의 실내/외 조명, 광고판, 신호등, 가로등 등을 이용하여 무선으로 데이터를 전송하는 시스템을 말한다. 이러한 가시광 통신장치는 RF 시스템 사용이 제한된 병원, 비행기 등에 적용가능하며 전광판을 이용한 부가 정보 서비스도 가능하다.
<6> 조명기능을 위해서는 백색(white) LED가 각광받고 있다. 이러한 백색 LED의 종류로는 Blue LEDs와 Yellowhosphor, UV LED와 RGB Phosphor, RGB LED(Red, Green, Blue LED 등이 있다. 이 중 RGB LED의 경우 R,G,B 각각의 채널을 통해 다른 데이터를 전송할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 이론적으로는 10개 이상의 색을 사용하여 백색 발광이 가능하며, 이 경우 10개 이상의 독립 채널을 통하여 데이터 전송이 가능하다.
<7> 그러나 R,G,B 각각의 채널이 전송하는 데이터의 길이가 다른 경우 R,G,B 세 개의 광을 모으더라도 백색광이 나오지 않게 되며, 결국, 조명으로서의 본연의 기능을 상실하게 된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
<8> 따라서, 본 발명은 복수의 광원을 구비하는 조명장치를 사용하여 가시광 통신뿐만 아니라 조명으로도 사용할 수있도록 하는 가시광 통신 장치 및 방법을 제공한다.
발명의 구성 및 작용
<9> 이를 위해 본 발명은 조명광을 이용하여 복수의 통신 데이터를 전송하는 가시광 통신장치에 있어서, 서로 다른가시역의 발광중심파장을 가지는 복수의 광원을 구비하여 상기 조명광을 생성하는 조명장치와; 상기 복수의 통신 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광 다이오드 각각을 통해 전송할 데이터가 동일한 통신량을 갖도록 각각의더미 데이터를 생성하는 통신량 조절장치와; 상기 복수의 통신 데이터와 상기 더미 데이터를 수신하여 상기 복수의 발광다이오드 각각을 구동하기 위한 신호로 변조하는 변조장치를 포함함을 특징으로 한다.
<10> 상기 광원은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 다이오드(LED)로 구성됨을 특징으로 한다.
<11> 또한, 본 발명은 복수의 개별 광원으로 구성된 조명장치를 이용하여 복수의 통신 데이터를 전송하는 가시광 통신방법에 있어서,상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의 통신량이 동일하도록 각 채널에 더미 데이터를 추가하여 통신량을 조절하는 과정과; 상기 더미 데이터가 추가된 각 채널의 데이터를 변조하여 상기 복수의 개별 광원의 구동신호로 제공함으로써 상기 조명장치가 백색광을 방출하도록 하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
<12> 바람직하게는, 상기 통신량을 조절하는 과정은상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의송속도를 측정하여 측정된 각 입력 데이터의 전송속도가 상기 개별 광원의 색간 불균형을 육안으로 인식하지못할 정도의 속도를 나타내는 임계값 이상인 경우에는 행해지지 않고, 상기 임계값 미만인 경우에 행해지며, 상기 통신량을 조절하는 과정은 상기 측정된 각 입력 데이터의 전송속도를 바탕으로 상기 각 입력 데이터의 적정통신량을 결정하는 단계와; 상기 복수의 개별 광원을 채널로 하여 전송될 각 입력 데이터의 실제 데이터량을 측정하는 단계와; 상기 적정 통신량과 상기 실제 데이터량을 비교하여 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량이동일한 채널의 데이터는 추가 조치 없이 바로 전송하고, 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량이 다른 채널에는 상기 적정 통신량과 상기 실제데이터량의 차이만큼의 더미 데이터를 추가하여 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 <13> 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는경우 그 상세한 설명은 생략한다.
<14> 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신장치의 구성을 나타낸 도면이다.
<15> 도 1을 참조하면, 가시광 통신장치는 송신측 장치(100)로써 변조기(110)와, 조명장치(120)와, 통신량 조절기(130)를 구비하며, 수신측 장치(200)로써 수광기(210)와, 복조기(220)를 구비한다.
<16> 변조기(110)는 OOK, PPM 등의 방식으로 입력 데이터(데이터1, 데이터2, 데이터3)를 변조하여 조명장치(120)의동신호로 제공한다.
<17> 조명장치(120)는 서로 다른 가시역의 발광 중심파장을 가지는 복수의 단색광원(120a,120b,120c)으로 구성되어백색광을 방출하며, 단색광원은 예를 들면 R(적색), G(녹색), B(청색)의 삼원색의 LED로 구현할 수 있다. 조명용 백색광은 R, G, B의 일정한 에너지 비율로 구성되어 있으며, 이 구성비율은 각 LED 제조사마다 조금씩 다르다. 통신용으로서의 R, G, B 각각의 LED는 전송되는 데이터 양에 의해서 에너지 양이 변화할 수 있다. 만일, 각각의 채널이 전송하는 데이터의 길이가 다른 경우 R, G, B LED로부터 방출되는 광을 모으더라도 백색의 광으로방출되지 않는다. 따라서 R, G, B로 구성된 LED를 통신용 조명기로 활용하기 위해서는 전송되는 데이터의 량을조절하여 각 LED의 에너지 량을 일정하게 유지시킬 필요가 있다. R, G, B로 구성된 LED를 조명광으로서 뿐만 아니라 통신용으로 사용할 경우 R, G, B 각각의 채널을 통해 정보를 전송할 수 있으므로 통상의 3배의 정보량을전송할 수 있다.
<18> 통신량 조절기(130)는 R, G, B 각 채널에 동일한 통신량을 부여함으로써 전체 LED의 발광을 일정 비율로 유지하여 백색광을 발광하도록 하기 위한 것으로, 각 R, G, B 채널에서 상대적인 통신량의 차이를 측정하여 그 차이만큼 더미 데이터를 전송한다.
<19> 수광기(210)는 조명장치로부터 수신한 광을 전기신호로 변환하는 기능을 수행하며, 렌즈(211), 광학필터(212),광전소자(213)로 구성된다. 렌즈(211)는 수신되는 광을 모아 광학필터(212)에 광학적 상을 맺게 하는 장치이며광학필터(212)는 렌즈(211)를 통해 들어온 광 중에서 자외선, 적외선을 제외한 가시광선만을 통과시킨다. R, G,B LED를 사용하는 가시광 통신의 경우 광학필터(212)는 특정 색깔의 패턴(R, G, B)만 통과시켜 각 채널의 색에만 광전소자가 반응하도록 한다. 광전소자는 광학필터를 통해 들어온 광의 세기를 전류의 흐름으로 바꾸는 장치로써, 포토다이오드(Photo Diode), 포토트랜지스터(Photo Transistor) 등이 있다.
<20> 복조기(220)는 수광기에 의해 수광한 조명광으로부터 상기 입력 데이터(데이터1, 데이터 2, 데이터 3)를 복조한다.
<21> 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 가시광 통신장치의 동작은 다음과 같다.
<22> 다시 도 1을 참조하면, 외부로부터 입력되는 각각의 데이터(데이터1,2,3)는 통신량 조절기(130)로 입력된다. 통신량 조절기(130)는 R, G, B 각 채널을 통해 전송할 데이터의 통신량을 차이를 측정하여 그 차이만큼 더미 데이터를 추가하여 변조기(110)으로 전송한다.
<23> 도 2는 본 발명에 따른 통신량 조절기(130)의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 이를 통해 통신량 조절기(130)의통신량 조절에 관한 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
<24> 통신량 조절기(130)는 입력된 R, G, B 각 채널의 데이터를 바탕으로 데이터의 전송속도(Data rate)를 측정한다(131S). 측정된 데이터의 전송속도가 임계값(threshold data rate)보다 높다면 육안으로 R, G, B의 불균형을 인식하지 못하기 때문에 다른 추가적인 조치 없이 각 입력 데이터를 변조기(110a,110b,110c)로 입력한다(132S).여기서 임계값은 R, G, B의 불균형을 육안으로 인식하지 못할 정도의 속도값을 나타내는 것으로, LED의 물리적인 특성에 따라 달라질 수 있다. 만일, 데이터의 전송속도가 임계값(threshold data rate)보다 낮다면 다음의과정을 수행한다.
<25> 133S 단계에서는, 131S 단계에서 측정된 데이터의 전송속도가 특정값보다 낮은 경우 측정된 데이터의 전송속도를 바탕으로 데이터의 적정 통신량(도 3의 ㅿ)을 결정한다. 도 3은 각 입력 데이터의 통신량 조절에 대해 설명하기 위한 도면으로, ㅿ는 적정 통신량으로써 프레임(frame) 또는 패킷의 총 비트(bit) 수를 나타내며, 전송되는 채널 중 가장 긴 채널을 기준으로 한다. 또한, 도 3에서 A,B,C는 백색광을 내기 위해 필요한 R,G,B 색의 밝기(휘도) 비를 나타낸다.
134S 단계에서는, R, G, B 각 채널의 총 <26> 비트 수(x,y,z)를 측정한다.
<27> 135S 단계에서는, 132S 단계에서 결정된 적정 통신량(ㅿ)과 133S 단계에서 측정된 비트 수(x,y,z)와 비교한다.135S 단계에서 측정된 값이 일치하는 경우 추가적인 조치 없이 비트 수를 각각의 변조기(110a,110b,110c)로 전송하고(136S), 일치하지 않는 경우 다음의 과정을 진행한다.
<28> 137S 단계에서는, 적정 통신량(ㅿ)과 각 채널의 총 비트 수와의 차이(a,b,c)를 계산한다(137S).
<29> 138 단계에서는, 137S 단계에서 구한 비트 수(a,b,c) 만큼 더미 비트(dummy bit)를 생성하여 R, G, B 각 채널에 추가하여 변조기(110a,110b,110c)로 전송한다.
<30> 다시 도 1을 참조하면, 통신량 조절기(130)에 의해 통신량이 동일하도록 더미 데이터(더미 비트)가 추가된 각채널의 데이터는 변조기(110a,110b,110c)에 의해 OOK, PPM 등의 방식으로 변조된 후 R, G, BLED(120a,120b,120c)의 구동신호로 제공된다. R, G, B LED(120a,120b,120c)는 각 변조기(110a,110b,110c)로부터 제공되는 구동신호에 따라 R, G, B 광을 방출하며, 이때 방출되는 R, G, B 광은 통신량 조절기(130)에 의해각 채널의 통신량이 동일하도록 조절되었기 때문에 조명장치(120)는 백색의 광을 방출하게 된다. 이와 같이, 통신량 조절기(130)에 의해 각 R, G, B 채널간의 색균형(color balancing)을 적용함으로서 가시광 통신뿐만 아니라 조명 본연의 기능도 할 수 있도록 한다.
<31> 조명장치(120)에서 방출되는 백색광은 각 수광기(210a,210b,210c)의 렌즈(211)에 의해 집광된 후 광학필터(212)에 의해 해당 색깔(R, G, B)에 대응하는 파장의 가시광선만 통과하게 되고, 광전소자(213)에 의해 전기신호로변환된다. 각각의 전기신호는 복조기(220a,220b,220c)에 의해 비트로 변환된다.
<32> 한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예컨대, 본 실시예에서는 R, G, B LED를 사용하여 광원을 구성한 예에 대해 설명하였으나, 백색 발광이 가능한 다양한 종류의 LED를 사용하여 광원을 구성할 수 있으며, 이경우 다수의 독립 채널을 통하여 데이터 전송이 가능하다.
<33> 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
발명의 효과
<34> 상술한 바와 같이 본 발명의 가시광 통신장치에 의하면, 복수의 개별 광원을 구비하는 가시광 통신에서 색간 불균형을 해소함으로써 백색의 광을 방출하도록 한다. 따라서, 복수의 개별 광원으로 된 조명장치를 가시광 통신뿐만 아니라 조명 본연의 기능도 수행할 수 있도록 한다.
도면의 간단한 설명
<1> 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신장치의 구성을 나타낸 도면,
<2> 도 2는 본 발명에 따른 통신량 조절기의 동작을 설명하기 위한 도면,
<3> 도 3은 각 입력 데이터의 통신량 조절에 대해 설명하기 위한 도면.
도면
도면1
도면2
도면3