KR101391993B1 - 가변펄스위치변조(ｖｐｐｍ) 신호의 복조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변펄스위치변조(VPPM:Variable Pulse Position Modulation)된 신호로부터 데이터를 복조하도록 하는 VPPM 신호의 복조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 VPPM 신호의 복조방법은, 수신되는 가별펄스위치변조(VPPM) 신호를 샘플링하는 샘플링단계; 상기 샘플링된 VPPM 신호의 밝기를 측정하는 측정단계; 상기 측정된 VPPM 신호의 밝기를 이용하여 마스크 1 및 마스크 0을 생성하는 생성단계; 상기 생성된 마스크 1 및 마스크 0를 상기 VPPM 신호에 동기를 맞추는 동기화단계; 및 상기 동기가 맞춰진 마스크 1 및 마스크 0을 이용하여 상기 VPPM 신호에 대하여 데이터를 복조하는 복조단계를 포함한다.

Description

가변펄스위치변조(ＶＰＰＭ) 신호의 복조방법{DEMODULATING METHOD OF VPPM SIGNAL}

본 발명은 가변펄스위치변조(VPPM:Variable Pulse Position Modulation) 신호의 복조방법에 관한 것으로서, 특히 통신시스템의 수신단에서 수신된 가변펄스위치변조(VPPM) 신호로부터 전송 데이터를 복조하도록 하는 VPPM 신호의 복조방법에 관한 것이다.

가시광 통신(VLC:Visual Light Communication)은 가시광선을 이용하여 정보를 전달하는 통신기술로서, 예컨대 형광등이나 발광다이오드(LED)의 가시광선을 눈에 보이지 않는 속도로 점멸시켜 정보를 보내는 기술이다. 이러한 가시광 통신에서는 전원 콘센트에 꽂아 고속 인터넷을 이용하는 전력선통신(PLC)에 조명기구를 연결하여 인터넷에 접속하도록 한다.

가시광 통신은 빛 차단 시 정보가 실외로 새어나갈 염려가 없어 무선랜에 비해 보안성이 높고 전자파 장애를 염려하지 않아도 되는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 LED를 이용한 가시광 통신에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

지금까지의 종래기술에서는 LED를 이용한 가시광 통신의 경우 주로 한 가지 밝기에서 연구되고 있다. 즉, LED의 밝기는 고정된 상태에서 LED를 고속으로 점멸하여 통신을 시도하는 것이다.

최근에는 LED의 큰 장점 중 하나인 밝기 제어를 이용하면서 가시광 통신을 수행하기 위해 제안된 방식이 가변펄스위치변조(VPPM) 방식이다. 이는 가시광 통신 표준화 방식인 IEEE 802.15.7에 기술되어 있으며 밝기 변수에 따라 LED가 점멸되는 시간을 달리하도록 한다. VPPM 신호는 목표로 하는 밝기에 따라 신호의 하이(high)와 로우(low) 비율이 달라지는 형태를 갖는다.

그러나, 현재까지 VPPM 수신시스템에 대해서는 아직 연구된 결과가 없다. VPPM 신호의 경우 신호의 동기를 찾기 어렵고 밝기 변수를 고려해야 하므로 데이터를 복조하는 방식이 기존의 디지털 데이터와는 많이 다르기 때문에 종래의 수신시스템에서 복조하기는 어렵다.

따라서, 해당 기술분야에서는 LED의 밝기가 변하는 VPPM 신호에 대해서도 데이터를 복조할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점과 기술개발의 요구에 대응하여 밝기 변수를 갖는 VPPM 신호로부터 전송 데이터를 정확하게 복조하는 VPPM 신호의 복조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 통신시스템의 수신단에 수신되는 VPPM 신호에 동기가 맞춰진 마스크를 생성하고 이를 이용하여 전송 데이터를 복조하는 VPPM 신호의 복조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 VPPM 신호의 복조방법은,

수신되는 가별펄스위치변조(VPPM) 신호를 샘플링하는 샘플링단계; 상기 샘플링된 VPPM 신호의 밝기를 측정하는 측정단계; 상기 측정된 VPPM 신호의 밝기를 이용하여 마스크 1 및 마스크 0을 생성하는 생성단계; 상기 생성된 마스크 1 및 마스크 0를 상기 VPPM 신호에 동기를 맞추는 동기화단계; 및 상기 동기가 맞춰진 마스크 1 및 마스크 0을 이용하여 상기 VPPM 신호에 대하여 데이터를 복조하는 복조단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 측정단계는, 상기 수신되는 VPPM 신호가 온(ON)되는 비율을 이용하여 밝기를 측정한다.

본 발명에서, 상기 샘플링단계는, 상기 VPPM 신호를 한 비트 구간에서 다수 개 샘플링한다.

본 발명에서, 상기 동기화단계는, 상기 한 비트 구간에서 샘플링된 VPPM 신호의 샘플링값을 상기 생성된 마스크 1 및 마스크 0의 값과 XOR 연산을 각각 수행하는 연산단계; 상기 각 XOR 연산의 결과에서 상대적으로 더 작은 값을 저장하는 저장단계; 상기 연산단계 및 저장단계를 다수의 비트 구간에 대하여 각각 수행하는 수행단계; 및 상기 수행단계의 결과값이 0인 경우에 동기가 맞은 것으로 판단하는 판단단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 수행단계의 결과값이 0이 아닌 경우 상기 마스크 1 및 마스크 0에 대하여 시간지연(△t)을 시키는 단계; 상기 시간지연된 마스크 1 및 마스크 0을 이용하여 상기 연산단계 내지 상기 판단단계를 반복하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에서, 상기 복조단계는, 곱셈기를 이용하여 상기 수신된 VPPM 신호의 샘플링값과 상기 동기가 맞춰진 마스크 1 및 마스크 0의 값을 각각 곱하는 단계; 덧셈기를 이용하여 상기 곱해진 결과를 상기 VPPM 신호의 한 주기 동안 더하는 단계; 상기 더해진 결과를 상기 마스크 1 및 마스크 0 간에 비교하여 상기 VPPM 신호에서 데이터를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 곱셈기는 상기 VPPM 신호의 샘플링값을 한 개의 입력으로 하고 상기 마스크 1 및 마스크 0의 값을 다른 한 개의 입력으로 하여 상기 두 입력이 서로 같으면 1을 출력하고, 서로 다르면 -1을 출력한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 VPPM 신호의 복조방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명은 VPPM 방식을 이용하는 LED 가시광 통신의 수신시스템에서 전송데이터를 복조하는데 매우 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명은 LED의 밝기가 변하는 경우에도 전송데이터를 복조할 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면 VPPM 신호로부터 전송데이터를 복조하는데 필요한 최적의 필터를 사용하기 때문에 잡음이 많은 환경에서도 전송데이터를 효율적으로 복조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호의 VPPM 변조를 위한 LED의 밝기 제어의 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 VPPM 신호에 대한 상관 마스크의 동기화 과정을 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 상관 마스크의 동기화를 위한 계산 과정도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상관 마스크를 이용한 VPPM 신호의 데이터 복조를 위한 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 상관 마스크를 이용한 VPPM 신호의 데이터 복조 과정을 나타낸 예시도.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호의 VPPM 변조를 위한 LED의 밝기 제어의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LED의 밝기 제어에서는 신호 1과 0에 대한 밝기를 구분하도록 한다. 이러한 LED의 밝기를 제어함과 VPPM 변조방식을 이용하여 통신할 수 있는 VPPM 신호로 변조하도록 한다. 도면에서와 같이 본 실시 예에서는 한 개의 비트 구간에서 신호 0은 앞부분에서 하이(high)를 출력하고 신호 1은 뒷부분에서 하이(high)를 출력하도록 한다. 이때, 하이(high) 출력의 비율은 LED의 밝기에 비례한다.

이러한 신호 0 및 신호 1의 출력 패턴과 동일한 상관 마스크를 수신부에서 가지고 있다면 이를 상관기로 이용하여 원래의 데이터로 복구할 수 있게 된다. 이를 위하여 본 발명에서는 VPPM 신호의 복조를 위한 상관 마스크를 마련한다. 특히, 신호 0과 신호 1에 해당하는 상관 마스크를 마련한다. 정확한 상관 마스크를 준비하기 위해서는 상기한 바와 같이 VPPM 신호에 대응하는 LED의 밝기를 알아야 한다. 이는 수신신호의 온/오프(ON/OFF)를 통해 알 수 있다. 즉, 신호 0과 신호 1의 상관 마스크는 수신신호를 샘플링하여 온/오프되는 시간을 검출함으로써 LED의 밝기에 따른 하이(high) 출력의 비율을 측정함으로써 용이하게 제공할 수 있다.

이때, 이처럼 제공된 상관 마스크의 경우 입력신호로부터 전송 데이터를 복구하기 위해서는 그 입력신호와 동기가 맞아야 한다. 만약 입력신호와 동기가 맞지 않는다면 전송 데이터를 복구할 수 없다.

도 2는 본 발명에 따른 VPPM 신호에 대한 상관 마스크의 동기화 과정을 도시한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서는 신호 0과 신호 1의 VPPM 신호에 대하여 각 상관 마스크의 동기화 과정을 예시적으로 설명하고 있다. 도면의 동기화 과정은 신호 0의 마스크(마스크 0)와 신호 1의 마스크(마스크 1)에 모두 공통으로 적용된다. 먼저, 시간지연(△t)을 조금씩 달리하는 3개의 상관 마스크(21,22,23)를 마련한다. 이후 입력되는 VPPM 신호의 샘플링 값들과 한 비트구간 내에서 XOR(Exclusive OR)를 취하여 서로 더한다. XOR를 취하는 경우 신호와 상관 마스크는 동기가 맞는 경우 그 값이 0이 되고, 반대로 동기가 맞지 않는 경우 그 결과는 1이 된다. 이때, 신호 0과 신호 1의 경우 입력 데이터는 0과 1이 불규칙적으로 입력되므로 마스크 0과 마스크 1 둘과 모두 XOR를 취하고, 이들 중 작은 값을 선택함으로써 입력 데이터와 마스크의 비동기 정도를 파악할 수 있게 된다. 이하, 도 3을 참조하여 상관 마스크의 동기화를 위한 계산과정을 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 상관 마스크의 동기화를 위한 계산 과정을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 VPPM 신호에 대한 상관 마스크의 동기화는 도 2의 예시를 참조하여 설명하기로 한다. 먼저 마스크 0과 마스크 1은 동시에 움직이며 도면에서와 같이 서로 다른 지연시간 △t만큼 다른 3가지의 마스크를 마련한다. 도 3의 (a)에 도시된 마스크 0과 마스크 1은 입력신호의 동기보다 약간 빠르고, 도 3의 (b)에 도시된 마스크 0과 마스크 1은 입력신호와 동기가 맞으며, 도 3의 (c)에 도시된 마스크 0과 마스크 1은 입력신호의 동기보다 약간 느리다.

이를 구체적으로 설명한다. VPPM 신호가 수신되면 한 비트 구간에서 그 수신신호를 다수 번 샘플링한다. 도 3은 일례로 8번 샘플링한 경우이다. 샘플링된 값은 각 마스크의 샘플값과 XOR 연산을 거치고 그 연산결과를 한 비트 구간에서 더한다. 즉, 샘플링된 입력값과 마스크의 샘플값이 서로 다른 경우 카운트 개수가 늘어난다. 한 비트 구간에서 이를 수행하면 마스크 1과 마스크 0 중 XOR 연산의 합이 더 작은 신호, 즉 min(mask_0,mask_1)의 결과가 수신되고 있는 것이다. 예컨대, 도 3의 (a)에서 각 마스크의 XOR 연산의 경우 마스크 1에서는 2가 측정되었고 마스크 0에서는 4가 측정되었으므로 신호 1이 입력되었음을 예측할 수 있다. 이때, XOR 연산의 합이 더 작은 신호, 즉 마스크 1의 XOR 연산값인 2를 저장하게 된다.

이와 같은 연산은 N개 비트 구간에 대하여 수행하고, 마스크 1과 마스크 0의 XOR 연산 중 더 작은 값을 연속으로 더해간다. 도 3의 경우 6개의 비트 구간에 대해 동일한 연산을 서로 다른 지연시간 △t를 갖는 마스크에 대하여 각각 수행한 일례를 도시하고 있다. 그 결과, 도 3의 (a) 및 (c)의 경우 최종적으로 연산의 합은 12가 되며 이는 입력신호와 동기화가 이루어지지 않았다는 것을 의미한다. 반면, 도 3의 (b)의 경우 최종 연산의 합이 0이며, 이는 입력신호와 동기화가 이루어졌다는 것을 의미한다. 이러한 결과로부터 두 번째 마스크가 입력신호가 최적의 동기화가 이루어진 것으로 하며, 이러한 마스크를 전송 데이터의 복조에 이용한다.

이와 같이, 수신단에 수신되는 VPPM 신호가 원래는 준비된 마스크 0 또는 마스크 1 중 하나와 동기가 맞아야 데이터를 복원할 수 있는데 시간지연으로 동기가 틀어져 있는 경우, 본 발명에서는 이를 조정하여 동기를 맞추어 데이터를 복원하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 상관 마스크를 이용한 VPPM 신호의 데이터 복조를 위한 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 VPPM 신호의 데이터 복조를 위해서는 상기와 같이 입력신호와 동기가 맞은 상관 마스크를 이용한다. 도면에 도시된 바와 같이 VPPM 변조된 신호의 샘플링값(41)이 입력되면 곱셈기(42)를 이용하여 각각 마스크 0과 마스크 1의 XOR 연산값과 각각 곱한다. 즉, VPPM 변조된 신호의 샘플링값을 하나의 입력으로 하고 마스크 0과 마스크 1의 XOR 연산값을 다른 하나의 입력으로 하여 곱한다. 이때, 이들 곱셈기(42)는 두 입력값이 서로 같으면 1을 출력하고 다르면 -1을 출력하도록 설계된다. 이러한 곱셈과정은 한 주기동안 VPPM 신호의 샘플링값마다 수행되며 곱한 결과값은 덧셈기(43)을 이용하여 한 주기 동안 모두 더해진다. 여기서, 입력신호와 일치하는 마스크 경로에서는 최대값이, 다른 경로에서는 최소값이 검출된다. 이후, 그 최대값과 최소값을 서로 비교함으로써 전송 데이터를 복조할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 상관 마스크를 이용한 VPPM 신호의 데이터 복조 과정을 나타낸 예시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서는 입력신호와 동기가 맞는 상관 마스크를 이용하여 VPPM 신호에 대한 전송 데이터를 복조하는 과정에 대한 일례가 도시된다. 도면에서 입력신호가 1인 경우 VPPM 신호의 샘플링값과 동기화된 마스크 1을 곱한 후 더하면 한 주기의 마지막에서 최대값이 측정된다. 반면에 같은 신호를 마스크 0과 곱한 후 더하면 한 주기의 끝에서 결국 0이 되는 것을 볼 수 있다.

따라서, 입력신호가 데이터 1에 해당함을 판단하며, 이 값은 한 주기만큼 지연되어 나오는 것을 볼 수 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명은 LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 LED의 밝기 변하더라도 데이터의 복조이 효율적으로 이루어지므로 가시광 통신에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

21,41 : VPPM 신호 22 : XOR
23a,23b,23dc : 마스크 24,43 : 덧셈기
25 : 밝기측정부 26 : 마스크 생성부
42 : 곱셈기 44 : 선택부

Claims (7)

1. 수신되는 가변펄스위치변조(VPPM) 신호를 샘플링하는 샘플링단계;
   상기 샘플링된 VPPM 신호의 밝기를 측정하는 측정단계;
   상기 측정된 VPPM 신호의 밝기를 이용하여 마스크 1 및 마스크 0을 생성하는 생성단계;
   상기 생성된 마스크 1 및 마스크 0과 상기 VPPM 신호의 동기를 맞추는 동기화단계; 및
   상기 동기가 맞춰진 마스크 1 및 마스크 0을 이용하여 상기 VPPM 신호에 대하여 데이터를 복조하는 복조단계; 를 포함하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정단계는,
   상기 수신되는 VPPM 신호가 온(ON)되는 비율을 이용하여 밝기를 측정하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 샘플링단계는,
   상기 VPPM 신호를 한 비트 구간에서 다수 개 샘플링하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 동기화단계는,
   상기 한 비트 구간에서 샘플링된 VPPM 신호의 샘플링값을 상기 생성된 마스크 1 및 마스크 0의 값과 XOR 연산을 각각 수행하는 연산단계;
   상기 각 XOR 연산의 결과에서 상대적으로 더 작은 값을 저장하는 저장단계;
   상기 연산단계 및 저장단계를 다수의 비트 구간에 대하여 각각 수행하는 수행단계; 및
   상기 수행단계의 결과값이 0인 경우에 동기가 맞은 것으로 판단하는 판단단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수행단계의 결과값이 0이 아닌 경우 상기 마스크 1 및 마스크 0에 대하여 시간지연(△t)을 시키는 단계;
   상기 시간지연된 마스크 1 및 마스크 0을 이용하여 상기 연산단계 내지 상기 판단단계를 반복하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 복조단계는,
   곱셈기를 이용하여 상기 수신된 VPPM 신호의 샘플링값과 상기 동기가 맞춰진 마스크 1 및 마스크 0의 값을 각각 곱하는 단계;
   덧셈기를 이용하여 상기 곱해진 결과를 상기 VPPM 신호의 한 주기 동안 더하는 단계;
   상기 더해진 결과를 상기 마스크 1 및 마스크 0 간에 비교하여 상기 VPPM 신호에서 데이터를 복조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 곱셈기는 상기 VPPM 신호의 샘플링값을 한 개의 입력으로 하고 상기 마스크 1 및 마스크 0의 값을 다른 한 개의 입력으로 하여 상기 두 입력이 같으면 1을 출력하고, 서로 다르면 -1을 출력하는 것을 특징으로 하는 VPPM 신호의 데이터 복조방법.
   

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