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비직교 다중변조 방식을 이용한 고속 가시광통신 시스템에 대한 연구
A Study on High Speed Visible Light Communication System Using Non-orthogonal Multiple Modulation Scheme 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.10 no.2, 2020년, pp.32 - 38  

한두희 (경희대학교 전자전파공학과) ,  이규진 (세명대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 가시광 통신시스템에서 고속 전송을 위한 변조 기법에 대해서 분석하고, 최적의 비직교 다중 전송을 위한 Dimming level 및 송신 전력 비율에 대해서 연구하였다. 기존의 가시광 통신은 전송 속도를 높이기 위한 멀티전송이 어렵다는 단점이 있다. 송신단에서 고속 전송을 위해서는 반드시 다중 전송기법이 필요한데, 일반적인 가시광 통신은 다중 전송에 한계가 있기 때문에 고속 전송을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 이미지 센서인 Optical Camera Communication(OCC)을 가시광 통신에 적용한 VLC-OCC가 연구되어 기존 가시광 통신이 가지는 다중 전송의 한계를 극복하였다. 그러나 VLC-OCC 방식은 외부 조도의 영향을 더 많이 받고, 수신단에서 검출이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 다중 전송을 위한 LED 매트릭스의 위치 인식과 딥러닝을 위한 데이터 셋 신호처리를 위한 Processing-time이 필요하기 때문에 시스템의 복잡도가 증가하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비직교 다중 전송 방식을 적용한 고속 가시광 통신을 위한 다중 변조 방식과 그에 따른 향후 연구 방향을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we analyze the modulation scheme for high speed transmission in visible light communication system, and study non-orthogonal multiplexing, dimming level and transmission power ratio. Conventional visible light communication has a disadvantage in that it is difficult to multi-transmit ...

주제어

#가시광통신   #융합기술   #고속전송   #무선광통신   #비직교전송  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 가시광 통신 시스템에서 고속 전송을 위한 연구를 분석하고, 비직교 다중 전송 방식과 이를 위한 Dimming level 및 송신 전력 비율에 대해서 연구하였다. 고속 전송을 위한 다중 전송기법으로 사용되는 VLC-OCC의 경우, 이미지 센서를 통해 동시에 다수의 LED에서 전송되는 정보를 수신할 수 있어 가장 많은 연구가 진행되었다.
  • 본 논문에서는, 가시광 통신에서 서로 다른 변조 방식인 OOK와 4-PPM을 결합한 비직교 전송을 통해 고속 전송을 구현하고, Dimming level을 향상시켜 조명의 기능 또한 향상시키는 시스템을 제안한다.
  • 본 논문에서는, 비직교 다중 변조방식을 이용한 고속 가시광통신 시스템에 대한 연구를 진행하였다.[4] 기존에 연구되는 고속전송 시스템은 외부 조도의 영향을 더 많이 받고, 수신단에서 검출이 어렵다는 단점이 있다.
  • 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비직교 전송 방식을 사용한 비직교 다중변조 고속 가시광 통신을 제안하였다.

가설 설정

  • 송수신 channel은 공기매질 공간인 Air surface이 며, Line of Sight (LOS) channel과 None Line of Sight (NLOS) channel 및 주변 광원들의 간접 광 잡음으로 구성된다. 주변의 다른 광원들로부터 들어오는 잡음모델은 AWGN Channel 모델로 가정한다. 시스템에서 주변 광원으로부터 들어오는 샷노이즈로 인한 영향은 Gaussian Noise Process로 무시할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가시광통신의 특징이 무엇인가요? 가시광통신 시스템은 LED 조명과 동시에 통신을 동시에 사용할 수 있는 장점으로 차세대 네트워크 인프라로 급격하게 발전하고 있다. 가시광통신은 고속응답특성을 가지고 있는 LED를 이용하기 때문에, RF를 이용하지 않으므로 주파수 허가가 필요하지 않고, 기존의 주파수 간섭 없이 넓은 LED 대역폭을 사용할 수 있으며, 물리적 보안 기능이 뛰어난 동시에, 고속 멀티미디어 데이터 전송도 가능해, 전파를 대체할 차세대 홈 네트워킹 수단으로 꼽히고 있다. 또한, 5G 네트워크의 초고화질 (UHD) 비디오 스트리밍, 증강 및 가상 현실, 클라우드 게임, 스마트 홈, 커넥티드 카 및 원격 제어와 같은 첨단 요구 사항을 충족시키는 인프라로 주목받고 있다[1,2].
OOK 기법이 동작하는 과정을 알고 싶습니다. 2에 OOK 변조모델을 나타내었다. OOK 기법은 신호에 따라서 on-off keying 하는 변조 기법으로 데이터가 ‘1’ 이면, light on이고, 데이터가 ‘0’이면 light off로 변조한다. 가시광 통신은 IM-DD 시스템을 사용하기 때문에 OOK 변조 방식이 전체 시스템 성능이 가장 좋다.
기존에 연구되는 고속 가시광통신 시스템의 단점은 무엇이 있나요? 본 논문에서는, 비직교 다중 변조방식을 이용한 고속 가시광통신 시스템에 대한 연구를 진행하였다.[4] 기존에 연구되는 고속전송 시스템은 외부 조도의 영향을 더 많이 받고, 수신단에서 검출이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 다중 전송을 위한 LED 매트릭스의 위치 인식과 딥러닝을 위한 데이터셋의 신호처리를 위한 Processing-time 이 필요하기 때문에 시스템의 복잡도가 증가하게 되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고 새로운 방식의 고속전송 가시광 통신 시스템 개발을 위한 비직교 다중변조 기법과, 이를 효율적으로 이용하기 위한 간섭 분석 및신호 합성 비율에 대해서 연구하고, 이의 성능을 평가하기 위한 시스템 구현 및 시뮬레이션을 통하여 제안시스 템의 성능을 확인한다.
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참고문헌 (10)

  1. S. U. Shin, Y. E. An, G. S. Lee, Y. S. Moon & J. A. Park. (2008). A Study on the Development of Transmission and Reception Module for LED Light half Visible Optical Communication. Journal of for Korean Telecommunications Association's Academic Conference, 2008(11), 641-646. 

  2. Y. Tanaka, T. Komine, S. Haruyama & M. Nakagawa. (2003). Indoor visible light data transmission system utilizing white LED lights. IEICE TRANS. COMMUN, E86B(8), 2440-2454. 

  3. S. Teli, W. A. Cahyadi & Y. H. Chung. (2017). Optical Camera Communication: Motion over Camera. IEEE Communications Magazine, 55(8), 156-162. 

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  4. S. Tomida & K. Higuchi. (2011). Non-orthogonal access with SIC in cellular downlink for user fairness enhancement. Institute of Electrical and Electronics Engineers. DOI : 10.1109/ISPACS.2011.6146188. 

  5. K. T. Kim & K. J. Lee. (2017). Performance Evaluation and Analysis of Zero Reduction Codes for Effective Dimming Control in Optical Wireless Communications using LED Lightings. Journal of Convergence for Information Technology, 7(3), 97-103. DOI : 10.22156/CS4SMB.2017.7.3.097 

  6. I. H. Park, Y. H. Kim, J. S. Cha, K. S. Lee, Y. M. Jang & J. Y. Kim. (2010). Scalable optical relay for LED-ID system. International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC), (pp. 415-420). 

  7. K. J. Lee, H. D. Seo, D. H. Han & K. S. Lee. (2013), Improving the QoS using the Modulation and Coding Selection scheme by temperature characteristic of LED in the LED-ID system. Applied ITS, 12(1), 66-74. 

  8. Z. Feng, C. Guo, Z. Ghassemlooy & Y. Yang (2018). The Spatial Dimming Scheme for the MU-MIMO-OFDM VLC System. IEEE Photonics Journal, 10(5), 1-13. Article Sequence Number: 7907013 

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  9. D. H. Han & K. J. Lee. (2018). A Study on the Effect of Signal Delay in Reduction Technique for Reducing Shading. Journal of Convergence for Information Technology, 8(6), 243-249. DOI : 10.22156/CS4SMB.2018.8.6.243 

  10. K. J. Lee. (2018). Dimming Level Control Technique for Lighting / Communication Functions in Visible Light Communication Systems. Journal of Convergence for Information Technology, 8(5), 153-158. DOI : 10.22156/CS4SMB.2018.8.5.153 

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