무선 가시광 통신 시스템에서 데이터 전송 장치 및 방법 document_id A220623068973

한국 산업자원부에서는 2015년까지 현재 조명 대신에 LED가 그 자리를 대신 할 것이라고 예고하고 있다. 가시광 통신은 LED(Light Emitting Diode) 기반의 실내 또는 실외의 조명, 광고판, 신호등, 가로등과 같은 사물을 사용하여 무선으로 데이터 전송을 하는 시스템을 말한다. 이러한 가시광 통신 시스템은 RF(Radio Frequency) 사용이 제한된 병원, 비행기에서도 적용이 가능하며 전광판을 이용한 부가 정보 서비스도 가능하다. WDM 기술은 다른 곳에서 온 여러 종류의 데이터를 하나의 광섬유에 함께 싣는 기술로서, 통신 용량과 속도를 향상시켜 주는 광 전송 방식이다. 각 데이터들은 고유한 광 파장으로 전송되는데, 광섬유 하나에 최고 80개의 파장이나 데이터 채널을 실을 수 있다. 즉 기존 광섬유의 전송 데이터량을 80배까지 늘릴 수 있다는 것이다. 인터넷 데이터와 SONET(Synchronous Optical Network) 데이터, ATM(Asynchronous Transfer Mode) 데이터 등과 같이 각기 다른 속도의, 각기 다른 데이터들을 함께 전송할 수 있다. 이러한 WDM 전송 기술을 화이트 LED에 접목하려는 움직임이 있다. 화이트 LED의 종류 중 RGB LED의 경우, Red, Green, Blue 각각의 채널을 통해 독립적으로 데이터를 전송함으로써 유선의 WDM 기술을 무선 가시광 통신에 적용할 수 있다. 도 1은 기존의 가시광 통신의 일반적인 시스템 구성을 나타낸 도면이다. 가시광 통신은 눈에 보이는 가시광을 통해서 통신을 하는 것으로 그 응용 방안의 실시 예를 나타내었다. 도 1을 살펴보면, 다수의 LED로 이루어진 AP(100)는 가시광 신호를 단말기로 보낸다. 상기 AP(100)는 다수의 LED(101, 102, 103)로 이루어져 있다. 단말기는 이동형 단말기(120)와 고정형 단말기(121)가 있을 수 있다. 도 1의 경우는 AP가 조명의 역할을 하는 동시에 통신의 역할을 하고 있는 경우이며, 이와는 별도로 기기간의 통신을 생각해 볼 수도 있다. 단말기(130, 131, 132)들 간에 통신을 가시광을 이용해서 수행하는 경우에는 조명기로서의 역할보다는 사용자로 하여금 자신이 통신을 하고자 하는 대상을 선정하여 통신이 가능한 범위를 눈으로 확인하면서 통신을 할 수 있으므로 보안 측면에서 안심할 수 있다. 도 2는 기존의 WDM 가시광 통신 송수신기의 일 예시 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 가시광 통신의 송신기는 송신할 데이터를 채널 코딩하는 병렬로 구성된 다수의 부호화기(210, 211, 212)와, 부호화기에서 채널 코딩한 데이터를 변조하는 병렬로 구성된 다수의 변조기(220, 221, 222)와, 변조기에서 변조한 신호를 가시광 신호로 송신하는 하나 또는 그 이상의 광 발생기와, 가시광 통신 송신기의 각 구성요소들을 제어하는 조종기(200)를 포함한다. 가시광 통신의 수신기는 가시광 신호를 수신하는 하나 또는 그 이상의 광 감지기와, 광 감지기에서 수신한 신호를 복조하는 병렬로 구성된 다수의 복조기(280, 281, 282)와, 복조기에서 복조된 신호를 받아서 채널 디코딩을 수행하여 데이터를 복원하는 병렬로 구성된 다수의 복호화기(290, 291, 292)와, 가시광 통신 수신기의 각 구성요소들을 제어하는 조종기(270)를 포함한다. WDM 가시광 통신 장치에서 각각의 경로는 전송되는 정보가 어느 경로를 통해서 전송되는지가 결정된 이후에는 각각의 경로 별로 독립적으로 작동한다. 도 3은 기존의 일반적인 WDM 가시광 통신의 송수신 동작 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 가시광 통신 송수신기가 동작을 시작하여, 301단계에서 가시광 통신 송신기가 가시광 신호를 송신하고, 303단계로 진행하여 가시광 통신 수신기는 가시광 통신 송신기로부터 가시광 신호를 수신한다. 305단계에서 송수신 동작이 종료될 지의 여부를 판단하여, 종료될 경우에는 가시광 통신의 송수신 동작이 종료되고, 종료되지 않을 경우에는 처음으로 돌아가 상기 과정을 동작이 종료될 때까지 반복하여 수행한다. 빛의 색상은 혼합되는 삼원색 간의 에너지 비에 따라 결정된다. 즉 빛의 파장에 따른 에너지 분포 정도가 그 빛의 색상을 결정하게 된다. 이러한 빛의 파장별 에너지와 색상의 관계는 색도도(Chromaticity diagram)를 참조하면 알 수 있다. 도 4는 기존의 백색광을 만드는 경우 각 파장 별 에너지 분포를 나타낸 도면으로서, 적색 LED, 청색 LED 녹색 LED를 이용하여 빛을 발생시키고, 발생된 빛의 혼합을 통해서 백색광을 만드는 경우에 파장 별 에너지 분포를 표시한 도면이다. 도 4를 살펴보면, 백색광의 경우에는 적색, 녹색, 청색의 모든 파장 대역에 걸쳐 있지만 그 에너지 분포는 각 파장 별로 달라서 녹색의 에너지가 가장 낮고, 청색, 적색 순으로 높아진다. 통상적으로 사용되는 WDM 기술은 주로 광섬유 통신에 사용되는데, 이 경우 적색, 녹색, 청색의 파장 별로 부여되는 에너지의 차이가 없고, 이는 독립된 각 채널에 동일한 값을 주어 각 파장 별로 동일한 에너지를 할당해 준다. 하지만 조명을 위해 사용되는 화이트 LED의 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이 각 파장 대역의 전송 에너지가 다르기 때문에 이런 환경 하에서 상기의 WDM 기술을 적용하게 되면, 각 파장의 전송 에너지가 같아지게 되고 이는 색 비율의 불균형으로 인해 조명으로서의 본연의 기능을 상실하게 되는 결과를 가져온다. 이러한 문제점을 보안하기 위해 RGB 각 색의 에너지 비율을 조정해 주면서도 최대 전송 능력을 가능하게 해 주는 WDM 기술이 요구된다.