[논문]BPSK-OFDM 기반 LED 통신 시스템을 위한 워터마킹 데이터 전송 기법 연구

이승호; 이정훈; 차재상

doi:10.7840/kics.2011.36b.10.1246

[국내논문] BPSK-OFDM 기반 LED 통신 시스템을 위한 워터마킹 데이터 전송 기법 연구
A Study of Watermarking Data Transmission Scheme for BPSK-OFDM Based LED Communication System 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.36 no.10B, 2011년, pp.1246 - 1251

이승호 (서울과학기술대학교 매체공학과) , 이정훈 (서울과학기술대학교 매체공학과) , 차재상 (서울과학기술대학교 매체공학과)

초록
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본 논문에서는 BPSK-OFDM 기반의 LED 풍산 시스템에 워터마킹 기법을 적용하여, LED 통신 데이터의 전송과 동시에 부가 정보 데이터를 함께 전송하는 방법에 대해서 연구하였다. 워터마킹을 위해서 카사미(Kasami) 코드를 확산 코드로 사용하였으며, 확산된 부가 데이터는 BPSK-OFDM 광 신호에 영향을 주지 않는 작은 신호 레벨로 조절되어 BPSK-OFDM 광 신호에 더해져서 전송된다. 카사미 코드의 확산 코드로서의 성능은 무잡음 환경의 자기 상관, 잡음 환경 하의 자기 상관을 통하여 확인하였다. 또한 모의실험을 통하여 제안한 기법이 적용된 BPSK-OFDM 기반 LED 통신 시스템에서 부가 데이터의 신호 크기 레벨에 따른 BPSK-OFDM 통신 시스템의 BER(Bit error rate) 성능 및 워터마킹 신호의 레벨에 따른 부가 데이터의 DER(Detection Error Rate) 성능을 분석하였고, 이를 통하여 제안된 워터마킹 시스템이 부가 데이터 전송을 위한 기법으로 유용함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, BPSK-OFDM-based LED communication systems are applied to watermarking techniques, were studied on how to transfer the additional information data with at the same time as the transfer of LED communication data. For watermarking kasami code was used as spreading codes, and spread additional data is controlled by small signal level to be BPSK-OFDM does not affect the optical signal. BPSK-OFDM is added to an optical signal is transmitted. The performance of the spreading code as a kasami code is autocorrelation of the noise-free environment, under the noise environment was confirmed by autocorrelation. BPSK-OFDM-based LED communication system has been applied proposed technique throughout the simulation in analyzed to BER of BPSK-OFDM DER performance and watermark signal level according to signal size level of data. That was availability confirmed for watermarking data transmit techniques data as being analysis detection performance of watermarking information using LED communication according to the code.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 BPSK-OFDM 기반의 LED 통신시스템에 워터마킹 기법을 적용하여, LED 통신 데이터의 전송과 동시에 부가 정보 데이터를 함께 전송하는 방법에 대해서 연구하였다. 이를 위하여 워터마킹을 위해서 사용되는 카사미 코드의 확산 코드로서의 성능을 무잡음 환경의 자기 상관, AWGN 잡음 환경의 자기 상관을 통하여 확인하였다.
워터마킹 기법은 기존의 시스템에 추가적인 자원을 사용하지 않고 최소한의 비용으로 부가 정보 전송 시스템 구축이 충분히 7]능하다는 이점이 있으며, 기존의 자원 환경에서 효율을 극대화한 방식이다. 본 논문에서는 워터마킹을 이용한 부가 데이터 전송의 유용성을 입증하기 위하여 다음과 같이 논문 구성을 하였다. II장에서는 BPSK-OFDM 기반 LED 통신 시스템 모델에 대해 소개하고, M장에서는 워터마킹 코드를 이용한 부가데이터 전송 기법에 대해 설명한다.
이에 본 논문에서는 LED-t 이용한 광 정보 신호에 부가 데이터를 실어서 동시에 전송하는 워터마킹 기법을 제안하고자 한다. 이것은 고속의 정보 전송을 할 수 있는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 기법을 적용한 OFDM 기반의 LED 통신 시스템에 카사미 코드를 이용하여 대역 확산한 부가 데이터를 전송하는 구조이다.

제안 방법

4.1 장의 모의실험을 통해 검증된 코드 성능을 바탕으로, LED 전송 신호에 워터 마킹 기법을 적용한 부가 정보 데이터를 전송하는 통신 시스템을 모의실험하였다. 확산 코드로서 카사미 코드를 사용하였으며网, 워터마킹 신호의 크기 변화에 따른 LED 신호의 BER 성능과 워터마킹 신호 크기 변화에 따른 부가 데이터 DER 성능 분석을 하였으며, 상세 파라미터는 표 1과 같다.
준비하게 된다. 송신부에 송출 신호와 수신기의 참조신호간의 상관 함수 값인 R 값을 도출하여 수신부의 상관기(correlator)의 상관 값을 통해 구해진 피크 치를 이용해 다른 송신기 신호의 간섭 상관없이 수신 받길 원하는 워터마킹 신호만을 선택하게 되어 부가데이터 신호를 검출하게 된다.
워터마킹 확산 코드로 사용되는 카사미 코드의 특성에 대한 모의실험을 수행하였다. 잡음이 없는 환경을 가정하여 자기 상관 (ACF : Auto Correlation Function)을 도출하였고 AWGN의 잡음이 있는 환경을 가정하고 자기 상관 특성 성능을 도출하였다.
방법에 대해서 연구하였다. 이를 위하여 워터마킹을 위해서 사용되는 카사미 코드의 확산 코드로서의 성능을 무잡음 환경의 자기 상관, AWGN 잡음 환경의 자기 상관을 통하여 확인하였다. 확산된 부가 데이터가 BPSK-OFDM 광 신호에 더해져서 전송될 때의 LED 신호 BER 특성, 부가 데이터의 DER 특성을 모의실험 하였으며, 이를 통하여 제안된 워터마킹 시스템이 부가 데이터를 전송을 위한 기법으로 유용함을 입증하였다.
대한 모의실험을 수행하였다. 잡음이 없는 환경을 가정하여 자기 상관 (ACF : Auto Correlation Function)을 도출하였고 AWGN의 잡음이 있는 환경을 가정하고 자기 상관 특성 성능을 도출하였다. 그림 2는 잡음이 없는 경우로서 카사미 코드 길이가 255칩인 경우의 ACF이며, 최대 값을 1로 일반화 (normalization) 하였다
1 장의 모의실험을 통해 검증된 코드 성능을 바탕으로, LED 전송 신호에 워터 마킹 기법을 적용한 부가 정보 데이터를 전송하는 통신 시스템을 모의실험하였다. 확산 코드로서 카사미 코드를 사용하였으며网, 워터마킹 신호의 크기 변화에 따른 LED 신호의 BER 성능과 워터마킹 신호 크기 변화에 따른 부가 데이터 DER 성능 분석을 하였으며, 상세 파라미터는 표 1과 같다.

대상 데이터

실험 조건으로 카사미 칩 길이를 BER 실험과 동일한 16383 칩을 사용 하였고 LED 송신기 3대에 AWGN을 사용하고 Eb/No는 OdB부터 18dB 까지의 2dB 간격으로 DER을 도출하였다.

성능/효과

워터마킹을 통한 부가 데이터 전송을 하지 않고 LED 신호만을 전송할 때, 10-3의 BER을 만족하는 신호대 잡음비는 7dB였다. 또한 카사미 코드 길이 16, 383 칩에 긴 코드를 적용한 워터마킹을 통하여 부가 데이터를 전송할 때, -25dB 크기 이하의 부가 데어터를 전송하면, 10-3 BER 만족하는 크기가 7dB로서 부가 데이터가 없을 때와 동일한 성능을 보였다 워터 마킹 신호가 -25dB 이상인 ®0dB는 7.2dB, 15dB는 9.2dB가 나오게 되어 원신호의 BER에 영향을 미치게 됨을 확인하였다. 그리고 -10dB 이상부터는 성능이 많이 열화되어 10-3을 수렴하지 못함을 확인 하였다.
모의실험 결과 10-3 지점을 기준으로 LED 평균전력의 -27dB 일 경우 7dB 지점, -28dB일 경우 10.5dB 지점, -29dB는 16dB 지점, -30dB는 오류 흐름(errs flow)의 결과를 확인 하였다. 이에 송신부의 수가 3개인 지역에서 -27dB에 해당하는 워터마킹 코드를 사용할 경우 OFDM 기반 LED 시스템 통신으로 부가데이터 전송이 가능하다.
위의 4.2의 결과를 통해 카사미 코드를 확산 코드로 사용하여 BPSK-OFDM 기반의 LED 통신 시스템에 워터마킹 기법으로 사용하여 부가 데이터를 동시에 전송할 수 있음을 입증하였다.
이를 위하여 워터마킹을 위해서 사용되는 카사미 코드의 확산 코드로서의 성능을 무잡음 환경의 자기 상관, AWGN 잡음 환경의 자기 상관을 통하여 확인하였다. 확산된 부가 데이터가 BPSK-OFDM 광 신호에 더해져서 전송될 때의 LED 신호 BER 특성, 부가 데이터의 DER 특성을 모의실험 하였으며, 이를 통하여 제안된 워터마킹 시스템이 부가 데이터를 전송을 위한 기법으로 유용함을 입증하였다. 이 논문은 실내 환경에서의 BPSK -OFDM 통신 방식에 부가 데이터를 동시에 전송하는 방식에 좋은 참고 자료가 될 것으로 기대된다.

후속연구

확산된 부가 데이터가 BPSK-OFDM 광 신호에 더해져서 전송될 때의 LED 신호 BER 특성, 부가 데이터의 DER 특성을 모의실험 하였으며, 이를 통하여 제안된 워터마킹 시스템이 부가 데이터를 전송을 위한 기법으로 유용함을 입증하였다. 이 논문은 실내 환경에서의 BPSK -OFDM 통신 방식에 부가 데이터를 동시에 전송하는 방식에 좋은 참고 자료가 될 것으로 기대된다.

참고문헌 (8)

한국정보통신기술협회, "ICT중점기술 표준화 전략맵 Ver.2011-가시광통신 종합", 2011년 1월.
Jean Armstrong, "OFDM for Optical Communications", IEEE, Journal of Lightwave Technology, Vol. 27, No. 3, February 1, 2009.
D. Marinos, C. Aidinis, N. Schmitt, J. Klaue, J. Schalk, T. Pistner, P. Kouros, "Wireless optical OFDM implementation for aircraft cabin communication links", ISWPC, 2010.
European Starndard, "Radio broadcasting systems; digital audio broadcasting (DAB) to Mobile, portable and fixed receivers," ETSI EN 300 401 V1.4.1, June 2006.
X. Wang, Y. Wu and J.Y. Chouinard, "Robust Data Transmission Using the Transmitter Identification Sequences in ATSC DTV Signals", IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol.51, No.1, pp.41-47, Feb. 2005.

상세보기
Katsuyuki I, Masanori H, Shinichi T (2002) Performance of M-ary/SSMA using soft decision Viterbi decoding. Electron Commun Jpn 85(6)
Li C (1996) Performance analysis of M-ary spread spectrum data transmission system based on phase modulating a PN sequence. IEEE Int Conf Commun Technol '96 (ICCT '96) 1:607-610
A.M.D. Turkmani, U.S. Goni, "Performance Evaluation of Maximal-length, Gold and Kasami Codes as Spreading Sequences in CDMA Systems", ICUPC93, IEEE, 1993.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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