[논문]LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 2-step 인터리빙을 통한 BER 성능 향상

이종현; 서효덕; 한두희; 이계산; 이규진

문제 정의

본 논문에서 우리는 VLC 시스템에서 2-step 인터리빙을 사용하여 BER 성능의 향상에 대하여 소개하였다. 제안 시스템은 무선 가시광 통신 내에서 환경에 따라 특정 채널에 존재하는 간섭, 멀티패스 그리고 LED 조명의 매우 짧은 파장 특성, 점멸 특성으로 인해 발생하는 burst 에러 및 시스템 성능 저하를 보상해줌으로써 전체 시스템의 성능을 향상시키고 QoS를 만족한다.
이와 같은 광원의 산란으로 인해 특정 채널의 burst 에러가 발생 하여 수신부에서 원 신호로 복원하지 못하는 경우가 생겨 BER 성능의 열화가 발생하는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 높은 데이터 전송률을 가지는 RGB 데이터 분할 전송 방식에서2-step 인터리빙을 이용한 RGB 채널의 성능 평준화와 에러 정정 기법을 통해 BER 성능 향상을 만족하는 기법을 제안한다. 제안 시스템의 1-step cyclic 인터리빙 기법을 적용하여 각 채널 간 인터리빙을 통해 데이터들을 재배열함으로써 채널 간 데이터를 평준화하여 burst 에러를 랜덤 에러화 한다.

제안 방법

LED의 ON/ OFF 상태에 따라서 데이터를 전송하는데, 펄스 변조된 데이터는 ‘1’을 LED ON 상태로 ‘0’을 LED OFF 상태로 세기 변조(IM : Intensity Modulation)하여 광 데이터로 변환한다.
본 논문에서 VLC 시스템에 사용되는 LED는 RGB 3개의 채널을 가지고 있으며, 각각의 RGB 채널에 데이터를 분할 할당하여 전송 한다. 하지만 다수에 채널에 데이터를 전송하는 경우 한 채널에 에러가 발생 할 시에 복원이 어렵게 된다.
수신되는 신호에 대해 직접 검출을 수행한다. I(t)는 전송된 광 펄스를 나타내고, y(t)는 수신된 신호의 전력을 나타낸다.
인터리빙 과정을 통해 인접 심볼 간의 거리가 3개의 심볼만큼 떨어져, 인접 심볼 간의 선형적인 특성이 없어진다. 연속적인 데이터를 나누지 않고 입력 데이터를 연속해서 처리한다. 입력 데이터를 여러 경로로 분산 시킨 뒤, 각 경로의 데이터를 서로 다른 양 만큼 지연시킨다.
우리는 VLC 시스템을 기초로 한 광 인터리빙을 제안한다. 그림 8과 그림 9에 제안 시스템의 구조를 나타냈다.
그림 8과 그림 9에 제안 시스템의 구조를 나타냈다. 제안 시스템에서는 입력 데이터를 1-step Cyclic 인터리빙을 사용하여 채널 성능을 평준화하여 burst 에러를 랜덤 에러화하고, 다음 단계에서, 2-step Convolutional 인터리빙의 각 경로 전송 지연 차이를 통해 순서를 재배열 함으로써, 플리커 현상과 같은 문제를 해결하고 컨볼루션 코드를 통해 에러 정정 성능을 향상한다. 2-step Convolutional 인터리빙 된 신호를 펄스 변조하고, Electronic/Optical (E/O) 변환을 통하여 펄스 신호를 광 신호로 변환한다.
본 논문에서 우리는 VLC 시스템에서 2-step 인터리빙을 사용하여 BER 성능의 향상에 대하여 소개하였다. 제안 시스템은 무선 가시광 통신 내에서 환경에 따라 특정 채널에 존재하는 간섭, 멀티패스 그리고 LED 조명의 매우 짧은 파장 특성, 점멸 특성으로 인해 발생하는 burst 에러 및 시스템 성능 저하를 보상해줌으로써 전체 시스템의 성능을 향상시키고 QoS를 만족한다.
그림 17은 4Gbps로 전송을 했을 때 BER 성능을 시뮬레이션하여 나타낸 그림이다. 제안 시스템을 적용하여 높은 에러 정정률 과 burst 에러 회피 기법을 적용했다. 4Gbps의 높은 속도로 전송 할 때, 기존 시스템보다 나은 BER 성능의 향상을 보였으나, 통신 시스템으로는 사용할 수 없는 열악한 BER 성능을 보여준다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 높은 데이터 전송률을 가지는 RGB 데이터 분할 전송 방식에서2-step 인터리빙을 이용한 RGB 채널의 성능 평준화와 에러 정정 기법을 통해 BER 성능 향상을 만족하는 기법을 제안한다. 제안 시스템의 1-step cyclic 인터리빙 기법을 적용하여 각 채널 간 인터리빙을 통해 데이터들을 재배열함으로써 채널 간 데이터를 평준화하여 burst 에러를 랜덤 에러화 한다. 다음 단계에서, 2-step convolutional 인터리빙을 적용하여 cyclic 인터리빙 된 데이터를 각 경로의 전송 지연 차이를 통해 순서를 재배열 함으로써, 플리커 현상과 같은 문제를 해결하고 컨볼루션 코드를 통해 에러 정정 성능을 향상하여 전송 중에 발생 될 수 있는 빛의 산란과 임펄스 잡음 등에 높은 에러 정정 능력을 가지게 되어 BER 성능이 향상된다.
이러한 이유로 RGB 채널에 발생된 감쇄 및 산란은 원 신호에 대하여 간섭으로 존재해 BER 성능 열화가 발생한다. 제안하는 시스템에서는 데이터를 RGB 채널에 분할하여 전송하게 되는데, 이를 2-step 인터리빙을 사용해 전송 중 채널에 발생하는 빛의 산란, 멀티패스 그리고 LED 특성으로 인한 burst 에러에 대해 랜덤 에러화하여 BER 성능 향상이 가능하다.
VLC 시스템을 사용하여 통신을 할 때, 빛의 반사로 인한 다중 채널 수신 경로 즉, 멀티패스가 발생한다. 주변 광 잡음은 1.0 [mW], O/E 변환 효율은 0.53 [A/W], 전기소량은 1.6e-19 [C], PD의 물리적 영역은 1.0 [cm²]으로 파라미터를 설정하여 시뮬레이션을 진행한다. 추가적으로, 제안 시스템의 정확성을 높이기 위해서 첫 번째 변조는 OOK, 두 번째 변조는 LED의 특성을 이용한 IM/DD의 E/O 변환과 O/E 변환을 사용한다.
0 [cm²]으로 파라미터를 설정하여 시뮬레이션을 진행한다. 추가적으로, 제안 시스템의 정확성을 높이기 위해서 첫 번째 변조는 OOK, 두 번째 변조는 LED의 특성을 이용한 IM/DD의 E/O 변환과 O/E 변환을 사용한다.

대상 데이터

표 1과 그림 14에서 시뮬레이션 파라미터를 나타냈다. 본 논문에서 사용되는 VLC 시스템은 실내 홈 네크워크 서비스의 표준화 속도인 1Gbps를 사용하였다. 또한 국제 표준화 기구에서는 전송되는 데이터 크기의 증가로 인하여 RF 통신의 전송 속도를 2Gbps와 4Gbps 이상을 요구하는 추세이다.

이론/모형

채널에 동일 데이터를 전송하는 방법과 다르게 에러가 발생 하게 되면 원 신호 복원을 위한 데이터를 추정하기 어렵기 때문에 BER 성능의 열화가 발생한다. 이를 해결하기 위해 VLC 시스템에 인터리빙 기법을 적용한다. 제안하는 시스템인 Cyclic 인터리빙은 기존의 인터리빙에 비해 burst 에러의 랜덤 에러화 과정에서 데이터 재배열을 더욱 효과적으로 수행하여, 각각의 RGB 채널 간 데이터 성능 평준화가 가능하다.

성능/효과

제안 시스템을 적용하여 높은 에러 정정률 과 burst 에러 회피 기법을 적용했다. 4Gbps의 높은 속도로 전송 할 때, 기존 시스템보다 나은 BER 성능의 향상을 보였으나, 통신 시스템으로는 사용할 수 없는 열악한 BER 성능을 보여준다. 4Gbps의 속도로 전송하는 경우 1Gbps와 2Gbps의 전송 속도에 비해 심볼 주기가 짧다.
(k= 입력 값의 수, L= 레지스터 길이) 즉, 수 신부에서 에러가 발생한 코드를 받았다 할지라도 디코딩 과정에서 과거의 입력 값을 고려하여 현재의 입력 값을 판단하므로 에러를 정정할 수 있게 된다. 그래서 이 기법을 에러 정정 능력이 존재하지 않는 VLC 시스템에 적용함으로써 BER 성능 향상을 만족할 수 있다. 수신부에서는 신호를 받아 에러 확률을 최소화 하는 Maximum Likelihood decoding (MLD)을 사용해 복호화 한다 [4].
제안 시스템의 1-step cyclic 인터리빙 기법을 적용하여 각 채널 간 인터리빙을 통해 데이터들을 재배열함으로써 채널 간 데이터를 평준화하여 burst 에러를 랜덤 에러화 한다. 다음 단계에서, 2-step convolutional 인터리빙을 적용하여 cyclic 인터리빙 된 데이터를 각 경로의 전송 지연 차이를 통해 순서를 재배열 함으로써, 플리커 현상과 같은 문제를 해결하고 컨볼루션 코드를 통해 에러 정정 성능을 향상하여 전송 중에 발생 될 수 있는 빛의 산란과 임펄스 잡음 등에 높은 에러 정정 능력을 가지게 되어 BER 성능이 향상된다. Ⅵ.
Ⅵ. 시뮬레이션 결과에서 보여 지듯이 제안 시스템을 통해 전체 시스템이 향상됨을 확인하였다.
-20dBm의 신호일 때 제안 시스템은 기존 시스템에 비해 더 높은 BER 성능을 보여준다. 이는 MLD를 사용해 적은 에너지를 사용해서 큰 에너지를 사용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있으므로 채널 코드의 코딩 이득을 얻음으로써, BER 성능 향상을 보여준다.
이를 해결하기 위해 VLC 시스템에 인터리빙 기법을 적용한다. 제안하는 시스템인 Cyclic 인터리빙은 기존의 인터리빙에 비해 burst 에러의 랜덤 에러화 과정에서 데이터 재배열을 더욱 효과적으로 수행하여, 각각의 RGB 채널 간 데이터 성능 평준화가 가능하다. Cyclic 인터리빙은 데이터 블록을 열을 데이터로 채우고, 행으로 보내는 블록 인터리빙과 유사한 방식을 사용한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 2-step 인터리빙을 통한 BER 성능 향상
To improve the performance of BER using the 2-step interleaving for Visible Light Communication with LEDs 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 2-step 인터리빙을 통한 BER 성능 향상 To improve the performance of BER using the 2-step interleaving for Visible Light Communication with LEDs 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

서효덕 (3) 한두희 (6) 이계산 (15)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

LED를 이용한 가시광 통신 시스템에서 2-step 인터리빙을 통한 BER 성능 향상
To improve the performance of BER using the 2-step interleaving for Visible Light Communication with LEDs 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper