[논문]Subpulse-VPPM 변조를 이용한 잡음에 강한 가시광통신

김종훈; 이승우; 주민철; 박영일

doi:10.7840/kics.2015.40.2.385

[국내논문] Subpulse-VPPM 변조를 이용한 잡음에 강한 가시광통신
Noise-Resistant Visible Light Communications Using Subpulse-VPPM 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.2, 2015년, pp.385 - 389

김종훈 (Kookmin University Electronics Engineering Department) , 이승우 (Kookmin University Electronics Engineering Department) , 주민철 (Kookmin University Electronics Engineering Department) , 박영일 (Kookmin University Electronics Engineering Department)

초록
AI-Helper

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.

Abstract ▼ AI-Helper

If visible light communication is to be used against large background noise in indoor environment, low frequency noise should be avoided. To maintain the advantages of LED lighting while transmitting signals, LEDs should be dimmable and free from flickering effect. In this paper, the spectrum of transmission signal is shifted toward high frequency for this purpose. Specifically, we propose a subpulse-VPPM scheme, which can be designed using only digital components, and we implement a test-bed for performance measurement.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

또한 LED의 비선형성으로 인해 입력신호 크기가 제한되는 문제가 있다. 본 논문에서는 서브캐리어 대신 서브펄스를 이용함으로써 서브캐리어를 이용한 것과 동일한 성능개선 효과를 얻으면서 순수 디지털회로만을 이용하여 변조회로를 구성하는 방식을 제안하였다.

제안 방법

특히 디지털 소자만으로 회로를 구성할 경우 회로의 복잡도나 경제성 측면에서 유리하므로 본 논문에서는 서브캐리어 대신 디지털 신호인 서브펄스를 적용하여 변조 신호의 주파수를 이동하는 방법을 제안하였다. 또한 조명으로서의 장점을 유지하기 위해 VPPM 변조를 이용하였다. 따라서 서브펄스와 VPPM을 결합한 형태인 SP-VPPM 변조방식을 이용하여 데이터를 전송하였으며, 테스트베드를 이용하여 잡음 상황에서도 전송성능에 거의 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 제안한 SP-VPPM 방식의 전송 성능을 시험하기 위해 그림 8과 같이 테스트베드를 구성하였다. 송수신부에 SP-VPPM 신호 생성 및 복구를 위해 Vertex-5 FPGA 보드를 이용하였으며, 데이터 전송을 위한 LED 조명에는 60 mW 백색 LED를 6×5 배열로 이용하였다.
저주파대역의 배경 잡음이 강한 실내 가시광통신 환경에서 변조 신호의 주파수를 이동함으로써 잡음성능을 개선할 수 있었다. 특히 디지털 소자만으로 회로를 구성할 경우 회로의 복잡도나 경제성 측면에서 유리하므로 본 논문에서는 서브캐리어 대신 디지털 신호인 서브펄스를 적용하여 변조 신호의 주파수를 이동하는 방법을 제안하였다. 또한 조명으로서의 장점을 유지하기 위해 VPPM 변조를 이용하였다.

대상 데이터

본 논문에서 제안한 SP-VPPM 방식의 전송 성능을 시험하기 위해 그림 8과 같이 테스트베드를 구성하였다. 송수신부에 SP-VPPM 신호 생성 및 복구를 위해 Vertex-5 FPGA 보드를 이용하였으며, 데이터 전송을 위한 LED 조명에는 60 mW 백색 LED를 6×5 배열로 이용하였다. 데이터 전송 속도는 IEEE 802.

이론/모형

변조된 광신호는 수신부의 광다이오드(PD)에 의해 전기신호로 변환되고, 고역통과필터를 거치면서 저주파 대역의 주변잡음은 제거된다. 이후 서브펄스 제거를 위해 포락선검파(Envelope Detection)를 사용하여 VPPM 신호를 복원한다.

성능/효과

또한 조명으로서의 장점을 유지하기 위해 VPPM 변조를 이용하였다. 따라서 서브펄스와 VPPM을 결합한 형태인 SP-VPPM 변조방식을 이용하여 데이터를 전송하였으며, 테스트베드를 이용하여 잡음 상황에서도 전송성능에 거의 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 제안한 SP-VPPM의 구현 및 성능 측정을 통해 기존의 조명, 디스플레이 등 여러 배경 잡음이 존재하는 실내 환경에서 가시광통신을 이용한 홈네트워크 구성 가능성을 확인할 수 있었다.
저주파대역의 배경 잡음이 강한 실내 가시광통신 환경에서 변조 신호의 주파수를 이동함으로써 잡음성능을 개선할 수 있었다. 특히 디지털 소자만으로 회로를 구성할 경우 회로의 복잡도나 경제성 측면에서 유리하므로 본 논문에서는 서브캐리어 대신 디지털 신호인 서브펄스를 적용하여 변조 신호의 주파수를 이동하는 방법을 제안하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가시광통신의 장점은 무엇인가?	가시광통신(VLC, Visible Light Communications)은 LED의 빠른 스위칭 속도를 이용하여 무선으로 데이터를 전송하는 통신기술이다. 전파와는 다른 주파수 영역을 사용하여 서로 간섭이 없으므로 전파사용이 제한되는 특수한 지역에서 통신할 수 있으며, 보안성이 뛰어나고 LED가 설치된 어느 지역에서나 통신 환경을 구축할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 LED조명이 설치되어있는 실내 환경에서 가시광통신을 이용한 홈네트워크 시스템을 구현하는데 매우 유용하다[1].
	가시광통신이란 무엇인가?	가시광통신(VLC, Visible Light Communications)은 LED의 빠른 스위칭 속도를 이용하여 무선으로 데이터를 전송하는 통신기술이다. 전파와는 다른 주파수 영역을 사용하여 서로 간섭이 없으므로 전파사용이 제한되는 특수한 지역에서 통신할 수 있으며, 보안성이 뛰어나고 LED가 설치된 어느 지역에서나 통신 환경을 구축할 수 있다는 장점이 있다.
	가시광통신을 이용한 실내 네트워크 환경에서 배경 잡음이 큰 경우 통신성능을 유지하기 위해서는 어떻게 해야하는가?	기존에 조명으로 많이 사용되는 형광등은 안정기에 의해 그림 2와 같이 DC~수백 KHz 사이의 저주파대역 잡음을 발생함으로써 기저대역 스펙트럼을 갖는 가시광통신의 성능을 크게 저하시킨다. 따라서 가시광통신을 이용한 실내 네트워크 환경에서 배경 잡음이 큰 경우 통신성능을 유지하기 위해서는 저주파 대역에 존재하는 주변잡음을 제거해야 한다.

참고문헌 (6)

S. Dan, J. Noh, S. Lee, K. Choi, M. Ju, and Y. Park "Home networking system employing power line and LED lighting," J. KICS, vol. 38C, no. 8, pp. 700-705, Aug. 2013.

원문보기 상세보기
R. Kueller and T. Laike, "The impact of flicker from fluorescent lighting on well-being, performance and physiological arousal," Ergonomics, vol. 41, no. 4, pp. 433-447, 1998.

상세보기
IEEE 802.15.7, IEEE Standard for Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification for Visible Light Wireless Personal Area Networks (WPANs), IEEE, 2011.
A. Boucouvalas, "Indoor ambient light noise and its effect on wireless optical links," IEE Proc. Optoelectronics, vol. 143, no. 6, pp. 334-338, Dec. 1996.
A. Moreira, R. Valadas, and A. Duarte, "Characterization and modelling of artificial light interference in optical wireless communication systems," IEEE Pers. Indoor and Mob. Radio Commun., 1995.
H. Sugiyama, "Experimental investigation of modulation method for visible-light communications," IEICE Trans. Commun., vol. E89-B, no. 12, pp. 3393-3400, Dec. 2006.

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