LED는 빛을 내는 반도체 이다. 최근 친환경적 산업이 발전함에 따라 LED조명의 연구가 활발하게 진행되어 가고 있다. 특히 LED를 이용한 통신기법인 LED 통신에 대한 활발한 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 LED 통신을 이용한 PC-PC 전송시스템을 구현하였다. LED를 이용한 송신부 회로구성 및 PD와 OP-Amp를 이용한 수신부 회로를 구성하였다. 실험은 다음처럼 진행되었다. 송 수신부 양 끝단에 컴퓨터를 연결한 다음, 텍스트 전송프로그램을 이용하여 텍스트를 전송하였다. 이때 보드 레이트(baud rate), LED 색깔, 전송거리 등 다양한 변화를 주면서 실험을 진행하였다.
LED는 빛을 내는 반도체 이다. 최근 친환경적 산업이 발전함에 따라 LED조명의 연구가 활발하게 진행되어 가고 있다. 특히 LED를 이용한 통신기법인 LED 통신에 대한 활발한 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 LED 통신을 이용한 PC-PC 전송시스템을 구현하였다. LED를 이용한 송신부 회로구성 및 PD와 OP-Amp를 이용한 수신부 회로를 구성하였다. 실험은 다음처럼 진행되었다. 송 수신부 양 끝단에 컴퓨터를 연결한 다음, 텍스트 전송프로그램을 이용하여 텍스트를 전송하였다. 이때 보드 레이트(baud rate), LED 색깔, 전송거리 등 다양한 변화를 주면서 실험을 진행하였다.
LED is just a semiconductor which can produce light. Currently, there are active research works on LED lighting technologies according to the growth of energy-saving environmental industry. Especially, LED communication is one of the active research works in these fields. In this paper, we design a ...
LED is just a semiconductor which can produce light. Currently, there are active research works on LED lighting technologies according to the growth of energy-saving environmental industry. Especially, LED communication is one of the active research works in these fields. In this paper, we design a LED communication-based PC-PC transmission system. A transmission circuit system(transmitter) using LED and a receiving circuit system(receiver) using PD(photo detector) and Op-amp are designed, respectively. The experiments for the designed system are performed as follows. One computer is connected at the end of transmitter and receiver, respectively, and text files are transmitted by using text transmission programming. In this experiment, we test the performance with various baud rates, LED colors, transmission ranges.
LED is just a semiconductor which can produce light. Currently, there are active research works on LED lighting technologies according to the growth of energy-saving environmental industry. Especially, LED communication is one of the active research works in these fields. In this paper, we design a LED communication-based PC-PC transmission system. A transmission circuit system(transmitter) using LED and a receiving circuit system(receiver) using PD(photo detector) and Op-amp are designed, respectively. The experiments for the designed system are performed as follows. One computer is connected at the end of transmitter and receiver, respectively, and text files are transmitted by using text transmission programming. In this experiment, we test the performance with various baud rates, LED colors, transmission ranges.
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문제 정의
이처럼 아직까지 표준화 작업이 이루어지지 않아 있는 가시광 무선통신과 앞으로 저탄소 친환경적 조명으로 사용되는 발광다이오드를 이용한다면 지금보다 환경적이고 효율적으로 통신을 할 수 있을 것이라고 생각한다. 따라서 본 논문에서는 가시광 무선통신을 이용하여 PC-PC 통신을 위한 시스템을 제작하고 제작한 시스템의 성능을 평가한다.
그에 따라 통신매체로서의 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 최근 추세에 따라 LED를 이용하여 간단한 송수신 시스템을 만들고 시스템을 이용하여 텍스트를 전송하는 실험을 진행해보았다. 실험결과 색깔마다 다른 것을 확인하였다.
이 연구[10]에서는 무선 가시광 통신에 OFDM이라는 통신기법을 적용하여 데이터를 전송한다. 이 논문에서는 통신기법에 OFDM이라는 무선통신기법을 이용함으로써 무선 가시광 통신의 전송 속도를 증가시키는 한가지 방법을 연구 하였다. 만약, OFDM을 이용하면서 양방향 통신까지 구현하면 완벽한 VLC회로가 될 것이다.
제안 방법
LED 조명을 이용한 직렬 데이터 전송 시스템[7]에서 제시한 시스템은 serial 포트 끝단에 여러 종류의 LED와 PD를 설치하여 LED의 종류별로 데이터의 전송 속도를 측정하였다. 장점은 많은 LED를 다양한 속도로 실험하였다는 점이다.
표 2는 LED 색깔 변화에 따른 baud rate 한계측정 결과를 보여주고 있다. LED변화에 따른 전송속도의 수신 감도 차이를 확인하기위해 LED색깔과 baud rate를 변화시켜주면서 실험을 하였다. 실험에 따른 비교 조건은 다음과 같다.
RGB LED전광판을 이용하여 한 가지 LED만을 이용했을 경우, 비트오율 두 가지 색을 조합했을 경우, 비트오율, 단색이 아닌 특정이미지에 대한 실험으로 ‘삼성로고’를 이용한 경우로 나누어서 체계적인 실험이 이루어졌다.
데모 시연 시 LED를 10ΦLED를 이용하여 송신부 회로를 구성하고 수신부에 PD는 SFH-213, OP-Amp는 LM-741을 이용하여 회로를 구성하였다.
본 논문에서 제안하는 시스템은 시리얼 라인에서 송신측에서 데이터를 TxD 끝단에 LED를 부착해서 LED 를 통해 비트 데이터를 전송한다. 수신측에서는 PD를 이용하여 LED가 비트 데이터를 인식한다.
송·수신부 양 끝단에 컴퓨터를 연결한 다음, 텍스트 전송프로그램인 RS232 Monitor를 이용하여 ‘UNC ’라는 텍스트를 전송하였다.
대상 데이터
그림 6은 4개의 LED 색깔(흰색, 적색, 청색, 녹색)에 대한 전송 시연 결과를 보여주고 있다. LED 색깔별 수신감도 실험결과 뛰어난 White LED와 Blue LED중 White LED를 이용하고 나머지 조건은 parity는 NO, stop bit는 1bit, Data bit는 8bit, 속도는 9600bps 빛의 집광성을 높이기 위해 LED Lens 4˚짜리를 이용하였다. 흰색(white)과 푸른색 (blue)의 LED가 보다 높은 전송률(bps)을 지원할 수 있음을 알 수 있다.
공통조건으로 parity는 NO, stop bit는 1bit, data bit는 8bit, 거리는 5cm로 설정하였다. LED는 1W 파워, LED로 White, Red, Blue, Green을 사용하였다. 각 LED마다 전송속도는 110bps∼256000bps까지 변화를 주었다.
성능/효과
실험결과 색깔마다 다른 것을 확인하였다. 그리고 그 특징은 밝은색의 LED가 빠른 속도의 텍스트 전송에 효율적 이였다. 그리고 어두운 색인 RED의 경우 전송속도가 성능이 좋지 못했다.
표 3은 흰색의 LED를 사용했을 때 전송거리에 따른 전송측정 결과를 보여주고 있으며, 그림 7은 전송거리에 따른 전송실험결과를 보여준다. 실험 결과 13cm 까지는 전송이 가능한 것을 확인하였다.
그리고 어두운 색인 RED의 경우 전송속도가 성능이 좋지 못했다. 이를 통해 LED의 수신감도는 전송하는 LED의 색깔이 밝을수록 감도가 뛰어나다는 것을 알 수 있었다. 거리에 따른 수신감도 측정에서는 거리가 멀어짐에 따라 수신감도가 떨어지는 것을 알 수 있었다.
따라서 거리가 가까울수록 수신감도가 좋다. 이를 통해 논문에서 설계한 시스템은 속도라는 변수에서는 성능이 좋았으나 거리라는 변수에서는 성능이 좋지 않은 것을 확인하였다. 앞으로 더욱 많은 LED와 PD 그리고 LED렌즈가 발전되어 나온다면 충분히 제안된 시스템의 성능 또한 증가 할 것이라고 생각된다.
후속연구
이를 통해 논문에서 설계한 시스템은 속도라는 변수에서는 성능이 좋았으나 거리라는 변수에서는 성능이 좋지 않은 것을 확인하였다. 앞으로 더욱 많은 LED와 PD 그리고 LED렌즈가 발전되어 나온다면 충분히 제안된 시스템의 성능 또한 증가 할 것이라고 생각된다.
이처럼 아직까지 표준화 작업이 이루어지지 않아 있는 가시광 무선통신과 앞으로 저탄소 친환경적 조명으로 사용되는 발광다이오드를 이용한다면 지금보다 환경적이고 효율적으로 통신을 할 수 있을 것이라고 생각한다. 따라서 본 논문에서는 가시광 무선통신을 이용하여 PC-PC 통신을 위한 시스템을 제작하고 제작한 시스템의 성능을 평가한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가시광 무선 통신 기술이란 무슨 기술을 뜻하는가?
가시광 무선 통신 기술은 백열등과 형광등 같은 조명이 LED 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 통신을 가능하게 하는 기술로써 조명 장치에 통신 기능을 더한 새로운 융합(convergence) 기술이다. 통신 측면에서는 법적 규제가 없고 기존의 통신과 혼선의 우려도 없으며 인체 유해성 시비로부터 자유로울 뿐 아니라 통신 링크를 직접 눈으로 확인할 수 있어 도/감청 여부를 직접 판단할 수 있는 보안성을 갖추었다.
가시광 통신은 380nm에서 780nm의파장을 갖는데 주파수로 변환하면 어떻게 되는가?
가시광 통신은 380nm에서 780nm의파장(Wavelength)을 갖는다. 이 파장을 주파수로 바꾸면 385THz에서 789THz에 해당한다. 가청 주파수 대역은 20Hz에서 20,000Hz, Zigbee와 Bluetooth는 2.
가시광 무선 통신 기술의 통신 측면에서 장점은 무엇인가?
가시광 무선 통신 기술은 백열등과 형광등 같은 조명이 LED 조명으로 교체되는 인프라를 이용하여 통신을 가능하게 하는 기술로써 조명 장치에 통신 기능을 더한 새로운 융합(convergence) 기술이다. 통신 측면에서는 법적 규제가 없고 기존의 통신과 혼선의 우려도 없으며 인체 유해성 시비로부터 자유로울 뿐 아니라 통신 링크를 직접 눈으로 확인할 수 있어 도/감청 여부를 직접 판단할 수 있는 보안성을 갖추었다. 조명 측면에서는 통신을 하면서 부수적으로 가시광으로부터의 즐거움을 사람이 느낄 수 있기에 가시광 무선 통신 기술은 새로운 엔터테인먼트의 잠재성도 지니고 있다[1-5].
참고문헌 (11)
Toshihiko Komine and Masao Nakagawa, "A study of shadowing on indoor visible-light wireless communication utilizing plural white LED lightings," Proc. of ISWCS 2004, pp.36-40, 2004.
Deng Chunjian, Liu Wei, Zou Kun, Yang Liang, "A Solution of LED Large Screen Display Based on Wireless Communication," Proc. of APWCS 2010, pp.66-69, 2010.
Toshihiko Komine and Masao Nakagawa, "Performance evaluation of visible-light wireless communication system using white LED lightings," Proc. of ISCC 2004, pp.258-263, 2004.
Komiyama, T.; Kobayashi, K.; Watanabe, K.; Ohkubo, T.; Kurihara, Y. "Study of visible light communication system using RGB LED lights," Proc. of SICE 2011, pp.1926-1928, 2011.
강태규, "가시광 무선통신 표준 기술 동향," TTA Journal, no.113, pp.85-90, 2007년 11월.
손경락, "가시광 LED를 이용한 양방향 무선통신 시스템연구," 한국마린엔지니어링학회지 제 34권 제 6호, pp. 852-857.
조준범, "LED 조명을 이용한 직렬 데이터 전송 시스템," 12월 전자통신기술연구논문지 제12권 1호, pp. 18-23, 2009년 12월.,
손경락, "CAN 기반 LED 가시광 통신 시스템 구현," 한국마인엔지니어링학회지 제 25권 1호, pp102-107., 2011년 1월.
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