KR101307610B1 - 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 신호 처리 방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 통신 시스템(VLC: Visible Light Communication)에서 수광소자의 수신 신호 처리 방법에 있어서, 하나의 심볼(Symbol) 또는 비트(Bit)를 전송하는데 소요되는 시간인 심볼 기간(Symbol duration)을 동일한 시간 간격으로 분할하여 다수의 타임 슬롯으로 설정하는 과정과, 수신기에서 포토다이오드 어레이(PhotoDiode Array)를 통해 가시광 신호를 수신하는 과정과, 타임 슬롯 동안 포토다이오드 어레이에 위치한 각 포토다이오드의 면적과 심볼 기간 내에서의 타임 슬롯의 위치 특성을 고려하여 타임 슬롯 동안의 각 포토다이오드의 이득치를 결정하는 과정과, 각 포토다이오드의 이득치를 해당 포토다이오드의 출력 값에 곱하는 과정과, 이득치를 곱한 각 포토다이오드의 출력 값들을 합산하여 상기 타임 슬롯의 총 출력 값을 계산하는 과정을 포함한다.

가시광 통신, 수광 소자, 포토 다이오드, 타임 슬롯, 이득치

Description

가시광 통신 시스템에서 수광소자의 신호 처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING SIGNALS OF PHOTODETECTOR IN VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}

본 발명은 가시광 통신(Visible Light Communication) 시스템에 관한 것으로서, 특히 복수의 수광소자를 사용하는 가시광 통신 수신기에서 수신 신호를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어, LED(Light Emitting Diode)의 발광 효율이 개선되고 가격이 하락함에 따라 휴대기기, 디스플레이, 자동차, 신호등, 광고판 등의 특수 조명 시장뿐만 아니라 형광등 백열등과 같은 일반 조명 시장에서도 LED가 보편화 되어가고 있다.

또한 최근에는 RF(Radio Frequency) 대역 주파수 고갈, 여러 무선 통신 기술 간의 혼선 가능성, 통신의 보안성 요구 증대, 4G 무선 기술의 초고속 유비쿼터스(Ubiquitous) 통신 환경 도래 등으로 인하여 RF 기술과 상호 보완적인 광 무선 기술에 대한 관심이 증가하고 있어 가시광 LED를 이용한 가시광 무선 통신에 대한 연구가 여러 기업 및 연구소 등에서 진행되고 있다.

현재 형광등이나 백열등을 사용하고 있는 가정이나 사무실 및 공공장소의 조명등은 향후 성능이 좋고 수명이 긴 LED로 대체될 것이다. 조명등으로 사용되는 LED에 인가하는 전류를 변조하면 조명 LED를 통신용 광원으로 활용할 수 있다. 즉, 추가적인 광원 없이 조명 LED만으로 방송 및 데이터 전송이 가능해 진다.

이처럼 눈에 보이는 빛을 이용해서 정보를 전달하는 가시광 통신은 그 사용 대역이 넓고 전파 통신과는 달리 규제를 받지 않고 자유롭게 사용할 수 있다는 장점 외에도 통신 링크를 눈으로 확인할 수 있는 시감성(示感性)이 있으며, 보안 측면에서도 신뢰할 수 있다는 장점이 있다. 또한 가시광 통신은 조명 기능과 통신 기능을 동시에 수행할 수 있다. 즉 일반적인 조명기를 사용하여 조명의 역할을 수행함과 동시에 가시광 통신 송수신기로서 정보를 송수신하는 것이 가능하다.

도 1은 일반적인 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는 일반적인 가시광 통신 수신기에서 수광소자로서 하나의 포토다이오드(PD: PhotoDiode)를 사용하는 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 (a)를 참조하면, 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부는 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 포토다이오드(100)와, 상기 수광된 빛을 상기 포토다이오드(100)로 집광하기 위한 렌즈(120)를 포함하여 구성된다. 송신기로부터 송신된 가시광 신호는 수신기로 수광되어 상기 렌즈(120)를 통하여 포토다이오드(100)에 집중되고 상기 포토다이오드(100)를 통해 전기 신호로 변환되어 이후 수신 동작을 수행하게 된다.

도 1의 (b)는 일반적인 가시광 통신 수신기에서 수광소자로서 복수의 포토 다이오드를 사용하는 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 (b)는 가시광 통신 수신기에서 복수의 포토다이오드를 배열한 포토다이오드 어레이를 사용하는 가시광 수광부를 도시한 도면이다. 도 1의 (b)에서 도시하는 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부는 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 복수의 포토다이오드(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139)와, 상기 수광된 빛을 상기 포토다이오드 어레이(이하 'PD 어레이'라 칭하기로 한다)로 집광하기 위한 렌즈(140)를 포함하여 구성된다. 복수의 포토다이오드(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139)로 구성된 PD 어레이를 사용할 때는 가시광의 수광 각도에 따라 렌즈를 통과한 빛이 한 개의 포토다이오드 혹은 복수의 포토다이오드에 수광된다. 가시광 통신 수신기는 상기 빛을 수광한 포토다이오드에서 출력된 전기 신호를 통해 수신 신호의 복원 작업을 수행한다.

가시광 통신 수신기에서 복수의 포토다이오드를 사용하는 이유는 포토다이오드의 면적과 반응 속도 사이의 관계 때문이다. 일반적으로 포토다이오드의 면적이 넓어지면 수광량은 많아지지만 포토다이오드의 동작 속도는 느려지게 된다. 또한 포토다이오드의 면적이 넓어지면 저항 성분이 증가하는데 회로에서 저항 성분의 증가는 시상수(time constant)를 증가시키는 결과를 가져온다. 따라서 포토다이오드의 넓이는 포토다이오드의 동작 속도와 반비례 관계를 가지기 때문에, 면적이 적은 복수의 포토다이오드를 배열의 형태로 배치하면 수광 면적을 늘리면서 동작 속도의 향상을 기대할 수 있다.

도 2는 수광소자로 복수의 포토다이오드를 사용하는 일반적인 가시광 통신 수신기의 개략적인 블록 구성도이다. 복수의 포토다이오드를 사용하는 일반적인 가시광 통신 수신기는 복수의 포토다이오드(200-1, 200-2, …, 200-n)로 구성되어 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 PD 어레이(250)와, 전기 신호로 변환된 수신 신호를 합산하는 합산기(210)와, 수신 신호를 복조하는 복조기(220)와, 오류 정정 부호를 통해 오류 수정을 하는 복호화기(230)를 포함한다.

이와 같은 복수의 포토다이오드를 이용하는 가시광 수신기에서 수광된 가시광 신호는 상기 포토다이오드(200-1, 200-2, …, 200-n)를 통해 광전변환되고, 합산기(210)에서 각 포토다이오드(200-1, 200-2, …, 200-n)의 출력값을 단순 합산한다.

도 3은 수광소자로 복수의 포토다이오드를 사용하는 일반적인 가시광 통신 수신기의 수신 동작 흐름도이다. 도 3을 참조하여 일반적인 가시광 통신 수신기의 수신 동작을 살펴보기로 한다. 310단계에서 가시광 통신 수신기는 가시광 통신 송신기로부터 가시광 신호를 수신한다. 이후 320단계에서 가시광 통신 수신기의 PD 어레이(250)에서 가시광 신호를 수광하고, 합산기(210)에서 PD 어레이(250)의 각 포토다이오드의 출력치를 합산한다. 이후 330단계에서 가시광 통신 수신기는 합산된 신호를 복조하고, 이후 340단계에서 복호화 동작을 수행한다. 이후 350단계에서 수신 동작이 종료되는지 판단하여 동작이 종료되지 않으면 310단계로 진행하여 상기의 수신 동작을 반복 수행하고 그렇지 않으면 동작을 종료한다.

한편 자유 공간 전파 방식을 이용하는 가시광 통신은 광섬유를 이용하는 광통신 방식과는 다른 환경에서 작동하게 된다. 광통신 방식에서는 광섬유를 이용하 여 신호를 전달하기 때문에 송신된 신호가 거의 손실 없이 수신기에 수신되지만 자유 공간 전파 방식을 사용하는 가시광 통신은 송신시 정보를 담은 가시광 신호가 넓은 자유 공간을 비추게 되기 때문에 가시광 통신 수신기는 가시광 통신 송신기에서 송신한 빛의 일부분만을 수신할 수 있다. 이를 보완하기 위해서 가시광 통신 수신기는 수광량을 늘리기 위한 렌즈와 같은 부품을 사용한다.

또한, 상기 도 1, 도 2에서 설명한 것처럼 가시광 통신에서 수신기의 성능을 높이기 위한 방법으로 복수개의 수광 소자를 배열하는 방식을 생각할 수 있다. 이 경우에는 전체 수광 면적을 늘리면서 동작 속도의 향상을 기대할 수 있다. 이러한 방법을 사용하는 경우 수광소자 배열을 구성하는 개개의 수광소자의 면적과 작동 속도는 반비례 관계가 있다. 그렇기 때문에 수광소자의 면적이 넓으면 받을 수 있는 광량이 늘어나 출력되는 전기 신호의 값은 증가하지만 반응속도는 느려지게 된다. 따라서 전송 속도를 높여서 송신되는 빛의 변화속도가 수광소자의 작동 한계 이상인 경우에는 정상적인 수신 동작이 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.또한 상기 문제점을 극복하기 위하여 면적이 작은 수광소자로 이루어진 수광소자 배열을 이용하는 방안이 있는데 이 경우에는 복잡도의 증가로 인하여 상대적으로 비용이 증가하는 문제점이 있다.

따라서 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 신뢰성 있는 가시광 신호 복원 방법이 요구된다.

본 발명은 가시광 통신(Visible Light Communication) 시스템에서 면적이 서로 다른 포토다이오드의 출력 신호를 조합해서 신뢰성 있는 수신 신호 복원을 위한 신호 처리 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

이를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르면, 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 수신 신호 처리 방법에 있어서, 하나의 심볼 또는 비트를 전송하는데 소요되는 시간인 심볼 기간(Symbol duration)을 동일한 시간 간격으로 분할하여 다수의 타임 슬롯으로 설정하는 과정과, 수신기에서 포토다이오드 어레이를 통해 가시광 신호를 수신하는 과정과, 상기 타임 슬롯 동안 상기 포토다이오드 어레이에 위치한 각 포토다이오드의 면적과 상기 심볼 기간 내에서의 타임 슬롯의 위치 특성을 고려하여 상기 타임 슬롯 동안의 각 포토다이오드의 이득치를 결정하는 과정과, 상기 각 포토다이오드의 이득치를 해당 포토다이오드의 출력 값에 곱하는 과정과, 상기 이득치를 곱한 각 포토다이오드의 출력 값들을 합산하여 상기 타임 슬롯의 총 출력 값을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하며,

상기 심볼 기간을 구성하는 각 타임 슬롯의 총 출력 값들을 합산하여 상기 심볼 기간의 총 출력 값을 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하며,

상기 포토다이오드 어레이는 크기가 다른 복수의 포토다이오드가 평면 형태로 배열되어 구성되며, 각 포토다이오드가 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하 며,

상기 이득치 결정시, 수신 신호의 변화가 클 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 작은 포토다이오드에 면적이 큰 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하고, 수신 신호의 변화가 없을 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 큰 포토다이오드에 면적이 작은 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 수신 신호 처리를 위한 수신 장치에 있어서, 수신한 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토다이오드 어레이와, 하나의 심볼 또는 비트를 전송하는데 소요되는 시간인 심볼 기간(Symbol duration)을 동일한 시간 간격으로 분할하여 다수의 타임 슬롯으로 설정하며, 상기 타임 슬롯 동안 상기 포토다이오드 어레이에 위치한 각 포토다이오드의 면적과 상기 심볼 기간 내에서의 타임 슬롯의 위치 특성을 고려하여 상기 타임 슬롯 동안의 각 포토다이오드의 이득치를 결정하는 이득 조정기와, 상기 이득 조정기에서 결정한 이득치를 상기 해당 포토다이오드의 출력 값에 곱하는 곱셈기와, 상기 이득치를 곱한 각 포토다이오드의 출력 값들을 합산하여 상기 타임 슬롯 구간의 총 출력 값을 계산하는 합산기를 포함함을 특징으로 하며,

상기 합산기에서 상기 심볼 기간을 구성하는 각 타임 슬롯 구간의 총 출력 값들을 합산하여 상기 심볼 기간의 총 출력 값을 계산하는 것을 특징으로 하며,

상기 포토다이오드 어레이는 크기가 다른 복수의 포토다이오드가 평면 형태로 배열되어 구성되며, 각 포토다이오드가 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하 며,

상기 이득조정기는 수신 신호의 변화가 클 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 작은 포토다이오드에 면적이 큰 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하고, 수신 신호의 변화가 없을 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 큰 포토다이오드에 면적이 작은 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가시광 통신 수신기에서 가시광 신호 수신시에, 면적이 다른 수광소자들로 이루어진 수광소자 배열에서 미리 설정된 각 타임 슬롯별로 각 수광소자의 면적에 따른 동작 특성을 고려하여 각 수광소자들의 이득치를 결정함으로써 더욱 정확한 수신 신호의 복원과정을 수행할 수 있다. 또한 미리 설정된 타임 슬롯 단위로 수광소자의 이득치를 계속적으로 갱신하여 수신 신호를 복원하기 때문에 종래보다 더욱 신뢰성 있는 복원을 수행할 수 있다. 또한 면적이 서로 다른 수광소자들로 구성된 배열을 사용하여 강한 출력 신호를 얻는 것과 빠른 반응 속도를 얻을 수 있는 효과를 동시에 구현할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구성하는 장치 및 동작 방법을 본 발명의 실시 예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 가시광 신호 수신 과정에서 필요로 하는 가시광 신호를 복원할 수 있도록, 복수의 포토다이오드(PD: PhotoDiode)로 구성된 포토다이오드 어레이에 적절한 이득치를 적용하는 방법을 제안한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 신호 처리 방법 및 장치에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4의(a)는 면적이 다른 복수의 포토다이오드로 구성된 포토다이오드 어레이(410, 이하 'PD 어레이'라고 칭한다)를 도시한다. 상기 PD 어레이(410)는 면적이 다른 복수의 포토다이오드들(411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418, 419, …)로 구성되어 있으며 각각의 포토다이오드는 독립적으로 작동한다. 예를 들어 도 4의 (a)를 참조하여 설명하면, PD1(415)은 크기가 크기 때문에 수광량이 많으며 보다 큰 출력 신호를 얻을 수 있으나 반응 속도가 비교적 느린 특징이 있다, PD3(411)는 상대적으로 작은 크기이기 때문에 수광량은 적지만 반응 속도가 빠르다. 또한 PD2(412)는 PD1(415)보다는 작지만 PD3(411)보다는 크기 때문에 PD1(415) 과 PD3(411)의 중간 정도의 특성을 가진다. 따라서 상기 PD 어레이는 본 발명의 특징에 따라 크기가 서로 다른 포토다이오드들이 배열을 이루어 구성되기 때문에 크기가 작은 포토다이오드를 사용하여 빠른 반응 속도를 구현할 수 있음과 동시에 크기가 큰 포토다이오드를 사용하여 높은 수광량의 장점을 얻을 수도 있다.

도 4의(b)는 가시광 통신 수신기에서 복수의 포토다이오드를 이용한 PD 어레이를 사용하는 가시광 수광부를 도시한다. 도 4의(b)에서 도시하는 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부는 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 PD 어레이(410) 와, 상기 수광된 빛을 상기 PD 어레이(410)로 집광하기 위한 렌즈(400)를 포함하여 구성된다.

도 4의(b)는 가시광 수광부로 수광된 빛이 렌즈(400)의 측면에서 입사되고 있는 상황을 도시한다. 이 경우는 수광되는 광은 수광 각도에 따라 하나의 포토다이오드 또는 다수의 포토다이오드에 수광될 수 있다. 또한 본 발명에서는 본 발명의 특징에 따라 다수의 포토다이오드에 빛이 수광되는 경우 면적이 서로 다른 복수의 포토다이오드들에 광이 수광될 수 있도록 포토다이오드를 배치하여 포토다이오드 어레이를 구성한다. 가시광 수신기는 상기 광을 수광한 하나의 포토다이오드 또는 다수의 포토다이오드로부터 출력된 전기 신호를 통해 수신된 데이터의 복원 작업을 수행하게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기의 블록 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기는 수광된 빛을 전기 신호로 광전변환하는 복수의 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)와, 각 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)의 출력 값의 이득치를 결정하는 이득 조정기(520)와, 상기 이득 조정기(520)에서 계산한 이득치 값과 해당 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)의 출력 신호를 곱하는 곱셈기(510-1, 510-2, …, 510-n)와, 상기 각 곱셈기(510-1, 510-2, …, 510-n)에서 계산된 이득치가 반영된 각 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)의 출력 값을 합산하는 합산기(530)와, 합산된 신호를 복조하는 복조기(540)와, 복조된 신호를 복호화하는 복호화기(550)를 포함한다.

상기 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기의 구성을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 신호 수신시 수광 소자의 이득치를 결정하는 방법을 설명하기로 한다. 복수의 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)에서 수신된 가시광 신호는 전기 신호로 광전변환되어 출력된다. 이후 이득 조정기(520)는 상기 각 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)의 출력 값에 적용할 이득치 값을 계산하게 된다.

상기 이득치 값을 계산시에 실시 가능한 이득치 계산 방법의 예를 상기 도4를 참조하여 설명하기로 한다.

상기 렌즈(400)에 의해 집광된 빛은 PD 어레이(410)를 구성하고 있는 복수의 포토다이오드 중에서 특정 포토다이오드에 집중된다. 예를 들어 렌즈의 초점이 상기 도 4에서 특정 포토다이오드인 PD1(415), PD2(412), PD3(411)에 집중된다고 가정하면, 본 발명의 특징에 따른 수광소자의 이득치 결정 방법에서는 각 포토다이오드의 면적과 신호 복원 과정에서의 해당 시간 구간의 특성을 고려하여 각 포토다이오드의 이득치를 결정한다. 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신 동작시 각 포토다이오드의 시간에 따른 출력값을 나타내는 파형도이다. 도 7을 참조하면, 각 포토다이오드는 각각 크기가 다르기 때문에 수광되는 빛의 양이 다르다. 따라서 각 포토다이오드에서 출력되는 전기 신호의 크기는 각각 다르게 나타난다.

상기 도 4의(a)에 도시한 바와 같이 PD1(415)과 PD2(412)와 PD3(411)중에서 PD1(415)의 크기가 가장 크기 때문에 충전되는데 시간이 가장 많이 소요되어 가장 긴 충전 딜레이(710)가 발생한다. 또한 PD2(412)와 PD3(411)도 크기가 다르기 때문에 PD2(412)의 충전 딜레이(711)와 PD3(411)의 충전 딜레이(712)도 각각 다르게 나타난다.

심볼 기간(Symbol duration)(730, 731, 732)은 한 심벌 또는 비트를 전송하는데 소요되는 시간이다. 본 발명에서는 본 발명의 특징에 따라 심볼 기간을 일정한 시간 간격의 타임 슬롯 단위로 나눈다. 예를 들어 하나의 심볼 기간을 4등분하여 타임 슬롯 t1, t2, t3, t4(720, 721, 722, 723)와 같이 나눌 수 있다. 그러면, 타임 슬롯 t1(720) 동안은 PD3의 출력(702)이 제일 크고, 타임 슬롯 t2(721)동안은 PD2의 출력(701)이 제일 크며, 타임 슬롯 t3(722), t4(723)동안은 PD1의 출력(700)이 제일 크다.

이 현상을 수신기의 판정 측면에서 살펴보면 다음과 같다. 하나의 심볼 기간을 복수개의 타임 슬롯으로 나누어보면 수신 신호의 변화가 큰 시간 구간에서는 빠른 동작 속도를 가진 면적이 작은 포토다이오드의 출력을 더 신뢰할 수 있고, 수신 신호의 변화가 없는 시간 구간에서는 면적이 큰 포토다이오드의 출력을 더 신뢰할 수 있다. 즉 하나의 심볼 기간 중에서 면적이 작은 포토다이오드의 빠른 동작 속도 특성을 필요로 하는 시간 구간과 면적이 큰 포토다이오드의 높은 신호대 잡음비 특성을 필요로 하는 시간 구간을 판단할 수 있다. 예를 들어 하나의 심볼 기간 내에서 심볼 기간 초기의 타임 슬롯 구간에서는 수신 신호의 변화가 클 것으로 예상할 수 있다.

따라서 상기 이득 조정기(520)는 해당 포토다이오드의 면적 정보와 심볼 기 간 내에서의 타임 슬롯 구간의 위치 정보를 이득 조정의 과정에 사용하여, 심볼 기간 내에서 면적이 작은 포토다이오드의 빠른 동작 속도 특성이 더 중요한 타임 슬롯 구간에서는 면적이 작은 포토다이오드에게 더 큰 이득치를 할당하고, 면적이 큰 포토다이오드의 높은 신호대 잡음비의 특성이 더 중요한 타임 슬롯 구간에서는 면적이 큰 포토다이오드에게 더 큰 이득치를 할당한다.

이득 조정기(520)에 의해 각 포토다이오드들의 이득치가 계산된 후에는 상기 이득치를 해당 포토다이오드의 출력값에 곱한다. 상기 과정은 곱셈기(510-1, 510-2, …, 510-n)에서 수행되며 이득이 곱해진 각 포토다이오드의 출력값은 합산기(530)에 의해 합산된다. 상기 합산기(530)는 각 타임 슬롯 구간별로 이득치를 적용한 각 포토다이오드의 출력값을 합산하여 타임 슬롯 구간의 총 출력 값을 계산하고 상기 심볼 기간을 구성하는 모든 타임 슬롯 구간의 총 출력 값들을 합산하여 심볼 기간의 최종 출력값을 계산한다. 상기 최종 출력값은 복조기(540)로 입력되어 복조 과정을 수행하고 이후 복호화기(550)로 입력되어 오류 정정 과정을 수행하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신 동작 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 가시광 통신 수신기가 수신 동작을 시작하면 601단계에서 가시광 통신 수신기의 포토다이오드(500-1, 500-2, …, 500-n)에서 가시광 신호를 수광한다. 이후 602단계에서는 상기 가시광 통신 수신기의 이득 조정기(520)에서 현재 타임 슬롯에서 각 포토다이오드의 면적과 심볼 기간에서의 현재 타임 슬롯의 위치를 고려하여 각 포토다이오드의 이득치를 결정한다. 이후 603단계에서는 상기 602단계 에서 결정된 이득치를 해당 포토다이오드의 출력값에 곱한다.

이후 604단계에서 타임 슬롯 구간의 종료 여부를 판단하여 타임 슬롯이 종료되지 않았으면 다시 603단계로 진행하여 각 포토다이오드에서 출력되고 있는 출력값에 이득치를 곱한다. 상기 604단계에서 타임 슬롯이 종료됐으면 605단계로 진행하여 심볼 기간의 종료 여부를 판단하여 심볼 기간이 종료되지 않았으면 602단계로 진행하여 다음 타임 슬롯에서 각 포토다이오드의 면적과 심볼 기간에서의 현재 타임 슬롯의 위치를 고려하여 각 포토다이오드의 이득치를 갱신하고 603~605단계를 반복한다. 상기 605단계에서 심볼 기간이 종료됐으면 606단계로 진행하여 해당 심볼 기간을 구성하는 모든 타임 슬롯의 이득치를 반영한 총 출력 값들을 합산하여 심볼 기간의 총 출력 값을 계산한다.

다음 607단계에서는 출력 신호의 복조를 수행하고 이후 608단계에서는 복호화를 수행한다. 이후 609단계에서는 동작 종료를 판단하여 동작이 종료되지 않으면 다시 601단계로 진행하여 상기의 동작들을 반복 수행하고 그렇지 않으면 동작이 종료된다.

상기와 같이 본 발명은 가시광 통신 수신기에서 가시광 신호 수신시에, 수광소자 배열에서 미리 설정된 각 타임 슬롯별로 각 수광소자의 면적을 고려하여 각 수광소자들의 이득치를 결정함으로써, 심볼 간의 Tailing 간섭을 감소시키고 더욱 정확한 수신 신호의 복원과정을 수행하여 수신 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 미리 설정된 타임 슬롯 단위로 수광소자의 이득치를 계속적으로 갱신하여 수신 신호를 복원하기 때문에 더욱 정확한 복원과정을 수행할 수 있다. 또한 크기가 서로 다른 수광소자들로 구성된 배열을 사용하여 강한 출력 신호를 얻는 것과 동시에 빠른 반응 속도를 얻을 수 있는 효과를 구현할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 이득치 결정 방법 및 장치의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

도 1은 일반적인 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면

도 2는 수광소자로 복수의 포토다이오드를 사용하는 일반적인 가시광 통신 수신기의 개략적인 블록 구성도

도 3은 수광소자로 복수의 포토다이오드를 사용하는 일반적인 가시광 통신 수신기의 수신 동작 흐름도

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기의 가시광 수광부를 개략적으로 도시한 도면

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신기의 블록 구성도

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신 동작 흐름도

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 수신 동작시 각 포토다이오드의 시간에 따른 출력값을 나타내는 파형도

Claims (8)

1. 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 수신 신호 처리 방법에 있어서,

   하나의 심볼 또는 비트를 전송하는데 소요되는 시간인 심볼 기간(Symbol duration)을 동일한 시간 간격으로 분할하여 다수의 타임 슬롯으로 설정하는 과정과,

   수신기에서 포토다이오드 어레이를 통해 가시광 신호를 수신하는 과정과,

   상기 타임 슬롯 동안 상기 포토다이오드 어레이에 위치한 각 포토다이오드의 면적과 상기 심볼 기간 내에서의 타임 슬롯의 위치 특성을 고려하여 상기 타임 슬롯 동안의 각 포토다이오드의 이득치를 결정하는 과정과,

   상기 각 포토다이오드의 이득치를 해당 포토다이오드의 출력 값에 곱하는 과정과,

   상기 이득치를 곱한 각 포토다이오드의 출력 값들을 합산하여 상기 타임 슬롯의 총 출력 값을 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 심볼 기간을 구성하는 각 타임 슬롯의 총 출력 값들을 합산하여 상기 심볼 기간의 총 출력 값을 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 포토다이오드 어레이는 크기가 다른 복수의 포토다이오드가 평면 형태로 배열되어 구성되며, 각 포토다이오드가 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 이득치 결정시, 상기 심볼 기간 내에서 다른 타임 슬롯보다 수신 신호의 변화가 클 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 작은 포토다이오드에 면적이 큰 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하고, 수신 신호의 변화가 없을 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 큰 포토다이오드에 면적이 작은 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하는 것을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 방법.
5. 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 수신 신호 처리를 위한 수신 장치에 있어서,

   수신한 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토다이오드 어레이와,

   하나의 심볼 또는 비트를 전송하는데 소요되는 시간인 심볼 기간(Symbol duration)을 동일한 시간 간격으로 분할하여 다수의 타임 슬롯으로 설정하며, 상기 타임 슬롯 동안 상기 포토다이오드 어레이에 위치한 각 포토다이오드의 면적과 상기 심볼 기간 내에서의 타임 슬롯의 위치 특성을 고려하여 상기 타임 슬롯 동안의 각 포토다이오드의 이득치를 결정하는 이득 조정기와,

   상기 이득 조정기에서 결정한 이득치를 상기 해당 포토다이오드의 출력 값 에 곱하는 곱셈기와,

   상기 이득치를 곱한 각 포토다이오드의 출력 값들을 합산하여 상기 타임 슬롯 구간의 총 출력 값을 계산하는 합산기를 포함함을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 합산기에서 상기 심볼 기간을 구성하는 각 타임 슬롯 구간의 총 출력 값들을 합산하여 상기 심볼 기간의 총 출력 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 포토다이오드 어레이는 크기가 다른 복수의 포토다이오드가 평면 형태로 배열되어 구성되며, 각 포토다이오드가 독립적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 이득조정기는 상기 심볼 기간 내에서 다른 타임 슬롯보다 수신 신호의 변화가 클 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 작은 포토다이오드에 면적이 큰 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하고, 수신 신호의 변화가 없을 것으로 판단되는 타임 슬롯에서는 면적이 큰 포토다이오드에 면적이 작은 포토다이오드보다 더 큰 이득치를 할당하는 것을 특징으로 하는 수광소자의 수신 신호 처리 장치.

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