국내외 에너지 정책에 힘입어 LED 조명 보급이 늘어나면서 관련된 광 무선 기술이 주목받고 있다. 적외선 무선통신 포트를 장착한 상용 제품들이 수 년 전부터 공급되었다. 이들이 시장을 주도하지는 못했지만 LED 조명을 이용한 가시광 무선통신은 조명의 커버리지 안에서 안정된 출력과 채널 환경이 매력적이다. 하지만 조명 기능을 우선적으로 유지시켜야 하는 상황에서 광 신호를 다루는 해결책이 충분하지 않아 고속 통신에 제약이 따른다. LED 조명 융합 기술을 무선통신 기술 관점으로 접근하는 새로운 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 무선통신은 RF 기반의 시스템이 대부분이지만, 무선 패킷 수요 증가를 고려하여 새로운 주파수 자원에 의한 근거리 무선 보조 수단으로 광 무선통신이 제안되고 있다. 이에 관하여 LED 조명과 연계한 광 무선통신 기술의 현황과 전망을 기술하였다.
본 논문에서는 White 색상을 달성하기 위한 R, G, B 혼합비율 Type을 기반으로 상대적으로 열화된 BER성능을 달성하는 파장 대역에 Forward Error Correction (FEC) 기법을 적용하여, 전체 시스템의 BER성능을 향상 시킬 수 있는 가시광 통신 시스템을 제안한다. FEC기법으로 Low Density Parity Check (LDPC) 코드를 적용하였으며, LDPC 부호는 Shannon의 한계치에 가장 근접하는 오류정정 부호로 평가되고 있으며, 오류마루(error floor) 현상이 나타나지 않고, 완전 병렬처리가 가능하여 고속 복호가 가능한 장점을 가지고 있다. 이와 같은 시스템에서 LDPC채널 코딩을 각 파장 대역에 부분적으로 적용함으로써, 주파수 효율 감소 및 데이터 전송률 감소를 완화 할 수 있다.
본 논문에서는 발광 다이오드(LED)를 이용한 가시광통신(VLC)을 통해 삼각측량기법을 사용하여 위치 측정 시스템을 위한 새로운 알고리즘을 제안한다. 각각 LED로부터 센서까지의 길이를 도출하고, 도출된 길이를 바탕으로 삼각측량법을 이용해 위치 정보를 찾아낸다. 기존의 가시광통신을 이용한 측위 시스템과는 달리, 제안된 측위 시스템은 송신기와 수신기 사이의 동기화가 필요하지 않으므로 더욱 간단하고 비용 효과적이다.
본 논문에서는 LED 기반 VLC 통신시스템의 기술동향 및 국제표준인 IEEE 802.15.7의 PHY 기술을 분석하였다. 또한, PHY I mode의 세부기술을 분석하고 RS 부호 및 블록 인터리버를 설계함으로써 시스템의 복잡도 분석 및 가시광 무선채널 환경에서의 수신 성능을 분석하였다. 결과에 의하면, Single mode로 운영되는 PHY I의 경우, 짧은 메시지 전송이라는 환경에 비해 시스템 설계의 복잡도가 크다는 것을 확인할 수 있었고, 다중경로 가시광 채널환경에서는 1.5dB의 수신 SNR이 추가적으로 요구됨을 확인할 수 있었다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 p형과 n형의 반도체 접합에서 다이오드양단에 전압을 가하여 정공과 전자가 접합부분에서 결합하면서 그 밴드갭만큼의 에너지가 빛으로 발광되는 현상을 이용한 다이오드 소자의 일종이다. 최근 고휘도 LED소자가 신호등이나 어선의 집어등 등에서 기존의 백열전구를 대체하고 있으며, 또한 디스플레이분야에서도 LCD와 더불어 광범위하게 사용되고 있다. 또한 LCD 디스플레이의 백라이트로 사용되기 시작하면서 새로운 영역으로 응용분야가 개척되고 있다. 한편으로는 가시광영역의 LED 소자의 빛에 디지털 정보를 실어서 보내는 LED 통신기술이 주목을 받게 되면서, 조명이나 디스플레이기능과 동시에 디지털 정보를 전달하는 분야에 적용되는 노력이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 이러한 LED통신시스템을 위한 기반 기술들을 살펴보고, LED통신의 응용분야에 대하여 고찰해보고자 한다.
본 논문에서는 software defined radio (SDR) 기술 기반의 가시광 (visible light) 무선통신 및 RF 무선통신을 이용한 스마트 농업 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 스마트 농업을 위하여 무선 센서네트워크를 구축하여 LED 식물공장을 지속적으로 모니터링할 수 있다. 또한, LED 식물공장을 자동으로 제어가 가능하도록 하여 농작물 재배지를 항상 최적의 환경으로 유지할 수 있다. 더 나아가, 농작물 재배 환경을 데이터베이스화하여 농작물 재배지가 보다 효율적으로 관리될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 TFT-LCD모듈 기반으로 LED가시광통신용 영상신호 전달 시스템을 구현하고 디지털 신호에 대한 성능 분석을 하기 위한 연구이다. LED 조명은 빛을 이용해 데이터를 전송 가능하여 가시광통신을 할 수 있으며 LED의 재료와 구성 물질에 따라 다른 파장의 빛을 제어 할 수 있다. 이러한 LED 효율과 기존 TFT-LCD모듈에 LED 및 가시광센서를 접목한 송 수신기 센서를 구성하여 예측 및 통신 거리에 대해 나타내고 응용방법과 문제점 등에 대해서 확인하고자 한다. 또한 TFT-LCD의 기술과 차세대 기술인 LED 가시광통신을 접목함으로써, 유비쿼터스 등의 다양한 통신에 응용함으로써 기술적인 실현 가능성을 확인 하고자 한다.
본 논문에서는 CMOS센서 기반 가시광 통신 시스템에서 고속전송을 위한 다중 광원의 간섭제거 및 이미지 센싱 처리기술에 대해서 연구하였다. 이미지센서를 통한 광학카메라 통신에서 전송 용량을 향상 시키려면 각 LED에서 다른 데이터를 동시에 전송해야한다. 그러나 고속전송을 위한 다수의 LED광원 환경은 인접한 LED 간 간섭을 일으킬 수 있다. 이 경우, 가시광통신시스템은 일반적으로 세기 변조를 사용하기 때문에 다수의 LED가 동시에 데이터를 전송할 경우 인접한 LED의 빛 퍼짐 간섭으로 인해 각각의 LED들의 정확한 신호 검출이 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 듀얼 CMOS 센서를 사용하여 다수의 광원 LED의 ON/OFF 상태를 정확히 인식하고, 각각의 LED들의 이미지 시그널 프로세싱 기법을 제안하였다. 이러한 기법을 통해 다수의 LED픽셀을 정확하게 인식하여 다중LED OCVLC 시스템의 총 평균 비트 오류율과 처리량을 향상시킬 수 있다.
GPS 기반 위치측정 시스템은 많은 분야에 유용하게 사용되고 있지만 오차범위가 크고 터널과 같이 라디오 신호가 통과하지 못하는 지역에서는 사용이 불가능하므로 지능형 교통시스템에는 적합하지 않다. 최근 LED 기술의 급속한 발전으로 LED 조명이 확대되었고, 이와 더불어 조명과 통신 기능을 동시에 제공하는 가시광 무선 통신기술이 많은 관심을 끌고 있다. 최근 가시광 무선 통신 기술을 이용한 측위 연구는 주로 실내에서만 이루어졌고 여전히 측위 정확도와 구현 난이도를 동시에 해결하기는 어려운 실정이다. 본 논문에서는 도로상에 설치 된 LED 조명의 절대좌표정보와 카메라 영상을 이용한 실외 측위 기술을 연구하였다. 차량에 흔히 사용되는 카메라의 영상에서 LED 조명 신호를 추출한 후 V2I 가시광 통신을 통해 얻은 절대좌표를 활용하면 차량의 위치를 정밀하게 추정할 수 있다. 모의 실험을 통해 제안 알고리즘의 성능을 평가하였고, 그 결과 충분한 카메라의 픽셀 수 및 LED 조명과의 거리가 가까울 때 1 m 내외의 측위 오차가 나타남을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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