LED 기술의 급속한 발전으로 LED를 이용한 다양한 응용서비스 연구가 진행되고 있는데, 그 중 실내 측위 기술은 최근 가장 많은 관심을 받고 있는 연구 분야이다. 특히 가시광 무선 통신 기반의 실내 측위 기법 연구는 삼각 측량 기술을 접목하여 높은 측위 정확도를 제시하였는데, 기존 연구의 경우 LED 패널의 ID를 고정적으로 운용하고, 파일럿 신호 전송 시 별도의 ID 정보를 송신하는 구조를 가지고 있다. 따라서 LED 조명 장치 설계 시 ID 정보를 고려한 배치가 요구되기 때문에 인프라 구축의 복잡성을 가중시킨다. 이에 본 논문에서는 별도의 ID 전송 없이 VLC-TDoA 기반 실내 측위가 가능한 개선된 측위 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘의 성능 평가를 위해 컴퓨터 모의실험을 수행하였고, 그 결과 $5{\times}5{\times}3m^3$의 실험 공간에서 약 3.6cm의 평균 측위 오차가 나타남을 확인하였다.
This study is to solve problems of depletion of RF bandwidth frequency, confusion possibility, security that current wireless communications system have and is to confirm possibility of applying next generation network. To solve problems of current wireless communications system, visible light communications system for power line communications using ATmega16 Microcontroller is was realized and receiver property was analyzed. PLC exclusive chip APLC-485MA, Microcontroller ATmega16, 5pi bulb type LED and high flux LED, visible light receiving sensor LLS08-A1 were used for transmitter and receiver. Performance was analyzed by designed program and an oscilloscope. It was showed average 20% improved receiver rate rather than bulb type LED in the case of high flux LED through voltage change rate on communication distance and LED type of distance between 10 to 50 cm. The blue LED showed the best performance among measured LED types with above 10% of voltage decreasing rate. But As it gradually becomes more distant, the precise date was difficult to obtain due to weak light. To overcome these sort of problems, specific values such as changing conditions and efficiency value relevant to light emitting parts and visible light receiving sensor should be calculated and continuous study and improvements should also be accomplished for the better communications condition.
본 논문에서는 발광 다이오드(LED)의 조도를 기반으로 삼각측량법을 사용한 위치 계측 시스템을 제안한다. 세 개의 LED는 가상공간의 천장에 위치하고 각각의 고정 좌표는 모니터링 프로그램에 입력하여, 조도 값과 길이의 관계식을 통해 각각 LED로부터 조도 센서까지의 길이를 도출하였다. 도출된 길이를 바탕으로 삼각측량법을 사용해 가상공간의 물체 위치 정보를 검출하였다. 삼각측량법으로 도출된 길이의 오차를 최소화하기 위해 최소자승식을 이용하여 오차를 최대한으로 줄였다. 기존의 가시광통신(VLC)을 이용한 실내 위치 측정시스템과는 달리, 제안된 시스템은 송신기와 수신기 사이의 동기화가 필요치 않으므로 시스템을 간결하게 구성할 수 있다.
가시광통신은 기존에 설치된 LED등을 사용하기에 무선통신을 위한 방법 중의 하나이다. 본 논문은 이미지 처리 기술을 이용한 광카메라 통신(OCC: Optical Camera Communications) 기술을 제안한다. LED등은 빠른 속도로 on 및 off를 변경할 능력을 가지고 있기에 인간의 눈이 인지할 수 없을 정도로 일정한 조도와 함께 데이터를 전송해야 한다. 하나의 데이터 프레임에서 비트 '1' 및 '0' 사이의 밝기 불균형에 의해 flickering 문제가 발생한다. Manchester code, 4B6B, 8B10B 및 VPPM과 같은 다양한 Run length limited(RLL) coding 기법이 사용될 수 있지만 LED 변조기와 복조기 회로를 수정하는 것 없이 데이터를 전송할수 있는 pseudo Manchester codding을 제안한다.
배경 잡음이 강한 실내 환경에서 가시광통신을 이용하기 위해서는 저주파대역 잡음을 피해야 한다. 또한 통신을 하면서도 LED 조명의 장점을 유지하기 위해서는 조명등의 깜박임이 없어야 하며, 밝기를 조절할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 위 기능을 수행하기 위해 신호 스펙트럼을 고주파 영역으로 이동하여 전송을 수행하였다. 특히 송수신을 모두 디지털회로만으로 구현 가능하도록 Subpulse-VPPM 변조방법을 제안하고, 전송 성능 측정을 위해 테스트베드를 제작하였다.
최근에, LED를 사용한 WPAN 응용 기술에 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만, LED를 이용한 가시광 통신은 통신을 수행하는데 약점을 가지고 있다. 시스템 성능을 저하시키는 요인으로 통신 환경에서 다른 물체에 의한 전파 지연으로 발생하는 다중 경로 페이딩을 들 수 있다. 따라서 본 논문에서 OFDM 기술은 다중 경로 페이딩과 분산을 줄이고, 고속 데이터 전송을 제공하기 위해서 적용하였다. 게다가, 광잡음에 의한 정보 손실을 줄이기 위해서 채널코딩으로써 터보 부호화 기술을 사용하였다. OFDM과 터보 부호화를 적용하므로써, 약 4 [dB] 정도의 성능향상을 보임을 알 수 있었다. 또한, 도플러 효과가 일어난다고 가정하였을 경우, 시스템 성능이 저하됨을 시뮬레이션을 통해 알 수 있었다.
다양한 간섭환경에서 MIMO 기반 가시광 무선 통신 시스템의 성능 분석을 위해서 LED 패널을 고정하고, PD를 가진 단말기를 움직여 모의실험을 수행하으며 MIMO 기술을 기반으로 하여 외부광에 의한 간섭이 통신 채널 품질 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 채널에서의 전송시간 지연에 의한 왜곡은 등화기를 사용하여 보상해 주어야 하며, 특히 데이터 전송 속도가 고속이 될수록 등화기의 사용이 절대적으로 필요하게 된다. 따라서 본 논문에서는 VLC 시스템의 변조방식에 따라 채널 등화를 이용한 BER성능을 분석하였다.
백색 LED(Light Emitting Diode:발광다이오드)는 고휘도, 향상된 안정성, 낮은 전력 소비, 그리고 긴 수명 등 유리한 특성을 제공한다. LED는 전기 신호를 광신호로 변환시킴으로써 광통신 실내 무선 광 조명실뿐만 아니라, 무선 광 통신 시스템에도 사용되는 전자 소자이다. 현재 이러한 백색 LED에 대해서 다양한 연구가 진행 중이며, 본 논문에서는 이러한 백색 LED를 이용한 VLC(Visible Light Communication:가시광통신)의 다중 접속 방식을 논의한다. 제안된 시스템에서는 현 VLC 시스템의 간섭을 줄이고, 수용량을 늘리기 위해 CDMA(Code Division Multiple Access:코드 분할 다중 접속)를 VLC시스템에 적용한다. 또한 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널과 Diffuse 채널에서의 OOK(On-off keying) 변조와 BPSK 변조를 사용한 VLC-CDMA통신 시스템을 비교해봄으로써 OOK 변조의 우수성을 결과의 분석을 통하여 나타내었다. 그리고 다중경로환경에서와 AWGN환경에서의 BER을 비교함으로써 다중경로에 의한 간섭의 해결의 중요성을 검토한다. 다중 접속 방식으로 인한 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 시스템의 효율을 높이기 위해 Directed LOS(Line Of Sight)와 Diffuse Link를 가정하여 광 확산 코드인 OOC(Optical Orthogonal Code: 광 직교 코드)를 적용한 VLC-CDMA를 제안하고, 성능 분석을 제시한다.
가시광 통신은 LED의 빠른 점멸을 통해 데이터를 보내는 통신 방법이며, 조명이 영향을 미치는 범위가 넓어 도청에 취약하다. IEEE 표준 802.15.7에서는 가시광 통신을 위해 OOK(On-Off Keying), VPPM(Variable Pulse Position Modulation), CSK(Color Shift Keying)를 모듈레이션을 정의한다. 이 논문에서는 VPPM을 사용한 통신에서 보안을 위한 물리계층 암호화를 제안한다. VPPM은 4B6B를 사용하여 메시지를 인코딩하는데 16개의 출력을 6-bit를 사용해 표현한다. 제안하는 인코딩은 4B6B의 생성조건을 위배하지 않으며 복잡도를 높이기 위해 20개의 출력으로 확장한다. 그리고 확장된 4B6B 테이블의 각 출력을 vigenère cipher를 이용하여 암호화한다. 도청자가 암호화된 각 6-bit 데이터를 복호화할 확률은 $\frac{1}{20}$ 이다. 따라서 키의 개수가 n일 때 도청자는 메시지를 복호화하기 위해 최대 $\sum\limits_{k=1}^{n}20^k$ 만큼 전수조사해야 한다. PHY II의 OOK와 PHYIII의 CSK에서도 입력과 출력을 관리하는 테이블을 사용하기 때문에 제안하는 방식을 적용할 수 있다. 본 논문에서는 OOK와 CSK방식에서도 성능 저하 없이 사용할 수 있는 보안 인코딩에 대해 논의한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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