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1 전자통신동향분석제 25 권제 4 호 2010 년 8 월 LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 Technology Trends of Visible Ligh Communicaion Coupled wih LED Illuminaion IT 융합기술의미래전망특집 목차 임상규 (S.K. Lim) 김대호 (D.H. Kim) 장일순 (I.S. Jang) 김유진 (Y.J. Kim) 강태규 (T.G. Kang) LED통신연구팀책임연구원 LED통신연구팀선임연구원 LED통신연구팀선임연구원 LED통신연구팀선임연구원 LED통신연구팀팀장 Ⅰ. 서론 Ⅱ. LED 조명융합가시광무선통신요구사항 Ⅲ. LED 조명융합가시광무선통신기술동향 Ⅳ. 맺음말 * 본연구는지식경제부및한국산업기술평가관리원의산업원천기술개발사업 ( 정보통신 )[KI001930, IT 조명통신융합가시광 나노미터 RGB 선별무선통신연구 ] 과지식경제부의지원을받는정보통신표준기술력향상사업의연구결과로수행되었음. 본고에서는 LED 조명을이용한가시광무선통신기술이조명과무선통신의융합기술로서충족해야하는요구사항들과이를충족시키기위해 IEEE 국제표준에서논의하고있는다양한기술들을살펴본다. 상기의기술들은크게플리커방지기술과조명의밝기조절관련기술들로구분되는데, 특히플리커방지는조명으로서갖추어야할필수기능으로서본고에서는가시광무선통신에서플리커가발생하는원인을알아보고이를극복하기위해제안된기술들의특징들을살펴본다. 또한, 조명으로서의최대밝기제공, LED 광원의보호및광원의색변이방지등의요구사항들이광원의밝기조절기능과어떤연관성을가지고있는지를살펴보고, 가시광무선통신에서광원의밝기를조절하기위해제안된기술들의주요특징들을소개한다. 38 C 2010 한국전자통신연구원

임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 I. 서론 최근에너지절감과지구온실가스를감축해야만하는현실적환경변화에따라 LED를이용한조명기구와디스플레이장치들이자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대기기, 특수조명및일반조명등의일상생활에급속히확산되고있다.

이는 < 표 1> 과같이 LED 광원이기존의광원들에비해수명이길고전력효율이우수하며다양한색구현이가능할뿐만아니라디지털통신을위한스위칭속도가빠르고디지털제어가가능하다는장점을갖고있기때문이다 [4],[5]. 가시광무선통신기술은 ( 그림 1) 과같이인간이눈으로인지할수있는가시광파장대역의빛을이용하여무선으로정보를전달하는무선통신기술이다.

또한, 가시광무선통신기술은현재널리사용하 < 표 1> LED 광원의장점긴수명 ( > 40,000시간 ) 우수한전력효율다양한색구현용이한디지털제어빠른스위칭속도 Near IR 100km 100km 0.

Visible Ligh Near IR (khz) (THz) License Band 780nm Wavelengh R G B ( 그림 1) 전자기파스펙트럼 380nm 고있는 RF 무선통신과달리주파수이용측면에서규제또는허가를받지않고자유롭게이용할수있다는편리성과물리적보안성이우수하고통신링크를사용자가눈으로확인할수있다는차별성을가지고있으며,

2 임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 I. 서론 최근에너지절감과지구온실가스를감축해야만하는현실적환경변화에따라 LED를이용한조명기구와디스플레이장치들이자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대기기, 특수조명및일반조명등의일상생활에급속히확산되고있다. 또한이와더불어 LED 조명기구와디스플레이장치들에통신기능을부가하여 LED 광원의고유목적과통신수단으로서의목적을동시에달성하고자하는가시광무선통신기술도활발히연구되고있다 [1]- [3]. 이는 < 표 1> 과같이 LED 광원이기존의광원들에비해수명이길고전력효율이우수하며다양한색구현이가능할뿐만아니라디지털통신을위한스위칭속도가빠르고디지털제어가가능하다는장점을갖고있기때문이다 [4],[5]. 가시광무선통신기술은 ( 그림 1) 과같이인간이눈으로인지할수있는가시광파장대역의빛을이용하여무선으로정보를전달하는무선통신기술이다. 이러한가시광무선통신기술은가시광파장대역의빛을이용한다는측면에서기존의유선광통신기술및적외선무선통신과구별되며, 통신환경이무선이라는측면에서유선광통신기술과구별된다. 또한, 가시광무선통신기술은현재널리사용하 < 표 1> LED 광원의장점긴수명 ( > 40,000시간 ) 우수한전력효율다양한색구현용이한디지털제어빠른스위칭속도 Near IR 100km 100km 0.1mm 1μm 1μm 1nm 1Å 1 Å Wavelengh X- Radio Wave Infra Red Ulra Viole Frequency ray 3x10 3 Hz 3x10 12 Hz (khz) Hz (THz) Hz 3x Hz 3x Hz License Band Visible Ligh Near IR (khz) (THz) License Band 780nm Wavelengh R G B ( 그림 1) 전자기파스펙트럼 380nm 고있는 RF 무선통신과달리주파수이용측면에서규제또는허가를받지않고자유롭게이용할수있다는편리성과물리적보안성이우수하고통신링크를사용자가눈으로확인할수있다는차별성을가지고있으며, 무엇보다도광원의고유목적과통신기능을동시에얻을수있다는융합기술로서의특징을가지고있다. 한편본고에서는 LED 광원을이용한다양한응용분야중현재빠르게확산되고있는 LED 조명환경에가시광무선통신기술을결합할때염두에둬야할요구사항들과이러한요구사항들을만족시키기위해제안된다양한기술들의현황을살펴보기로한다. Ⅱ. LED 조명융합가시광무선통신요구사항 인간의눈이물체에서반사된빛을통해사물을인지할수있도록빛을방사한다는의미에서 LED 조명의범위는매우포괄적일수있지만, 본고에서의미하는 LED 조명은우선일상적인실내생활에필요한조도를확보하기위해켜게되는실내조명으로한정하기로한다. 실내 LED 조명을이용한가시광무선통신환경의구성을나타내면 ( 그림 2) 와같다. 일반적으로 LED 광원을이용한조명기기들은 LED 조명의밝 VLC 송신기 LED 드라이버 LED 조명 LED 조명 Conrol Signal Signal Power Daa Signal Daa Signal for Communicaion (Digial) VLC 수신기 ( 그림 2) LED 조명을이용한가시광무선통신의일반적구성 [6] C 2010 한국전자통신연구원 39

3 전자통신동향분석제 25 권제 4 호 2010 년 8 월 기조절과다양한색상구현에필요한제어신호및필요전원을안정적으로공급받기위해 LED 드라이버라고하는구동회로를갖고있으며, 가시광무선통신을위한통신신호가 LED 조명에인가되면세기변조된빛이 LED 조명으로부터방사된다. 결국 LED 조명을이용하여가시광무선통신환경을구성할때조명기능을위해설치되는 LED 조명은 ( 그림 2) 에서와같이가시광무선통신용송신기로서의기능도함께수행하는데, 이때송신기로서의기능수행도중요하겠지만더욱중요한것은조명으로서의기본기능과 LED 조명의장점을훼손하지않아야한다는점이다. 가시광무선통신기능부과에따라 LED 조명특성과 LED 조명의장점들이훼손되는것을방지하기위한요구사항들은 < 표 2> 와같다 [6]-[8]. 먼저 < 표 2> 에서플리커 ( 깜박거림 ) 란인간의눈이감지할수있는광원의밝기변화를말하는데, 가시광무선통신이결합되어세기변조된빛을방사하는 LED 조명에서는이러한플리커현상이나타날수있다. 그러나플리커현상은인체의눈에직접적으로해로울뿐만아니라정신적손상도일으킬수있으므로플리커방지는반드시충족되어야하는조명의기본기능이다 [9]. 한편 < 표 2> 에서플리커를제외한나머지항목들은대부분조명의밝기조절과관련되어있다. 좀더구체적으로살펴보면, 먼저조명의밝기조절은디지털제어를통해용이하게조명의밝기를조절할수있다는 LED 조명의주요장점이가시광무선통신에서도확보될필요가있다는것을의미하며, 조명의최대밝기제공은가시광무선통신기능이 LED 조명에부여될때조명에서제공할수있는최 < 표 2> LED 조명을이용한가시광무선통신요구사항 플리커 ( 깜박거림 ) 방지조명의밝기조절조명의최대밝기제공 LED 광원의보호조명의색변이방지 대밝기가가시광무선통신기능이없는동일한사양의 LED 조명에비해현저히저하되는것은곤란하다는것을의미한다. 또한, LED 광원의보호는가시광무선통신기능과조명의최대밝기를동시에제공하기위해 LED 광원의허용범위를초과하여광원을구동한다면긴수명을보장하는 LED 광원의주요장점이훼손될수있다는것을의미하고, 조명의색변이방지는 LED 조명의밝기조절에따라조명의색변이가발현되지않아야한다는것을의미한다. 이상에서살펴본바와같이결국 LED 조명과의융합기술로서가시광무선통신기술은 < 표 2> 에요약된요구사항들이충족될때비로소기술융합의가치를가지게된다고할수있다. 한편, 상기의요구사항들을충족시키기위해 IEEE 국제표준에서논의하고있는다양한가시광무선통신기술들은크게플리커를극복하기위한기술과 LED 조명의밝기조절관련기술들로구분할수있는데, 이는 III장에서구체적으로살펴보기로한다. Ⅲ. LED 조명융합가시광무선통신기술동향 1. 플리커방지기술 플리커는 Ⅱ장에서기술한바와같이인간의눈이감지할수있는주기적또는비주기적광원의밝기변화를의미하며, 가시광무선통신의세기변조된빛을방사하는송신기로서의 LED 조명에서는가시광무선통신의데이터전송메커니즘에따라 ( 그림 3) 과같이크게두종류의플리커가나타날수있다. 하나는가시광무선통신의디지털전송에서통 Inra-frame Flicker Frame Frame Daa Transmission Time Idle Time Daa Transmission Time Iner-frame Flicker ( 그림 3) 가시광무선통신에서플리커의발생메커니즘 [6] 40 C 2010 한국전자통신연구원

4 임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 Line Code Mancheser Inra-frame Flicker 4B6B M-4B5B Modulaion Scheme Variable-PPM Iner-frame Flicker Idle Paern ( 그림 5) Mancheser 코드의부호화예 [12] ( 그림 4) 플리커방지를위한가시광무선통신기술 [6],[10] 신데이터의프레임내에존재하는비트 0 과비트 1 이 LED 조명의출력관점에서서로다른평균밝기를가질때발생하는프레임내부에서의플리커 (inra-frame flicker) 이고, 다른하나는실제통신데이터가전송되는구간과데이터가전송되지않는아이들구간 (idle ime) 이 LED 조명의출력관점에서서로다른평균밝기를가지거나데이터전송구간각각이서로다른평균밝기를보일때발생하는프레임상호간플리커 (iner-frame flicker) 이다 [10]. 한편상기의플리커발생을방지하기위해제안된기술들도플리커의발생메커니즘에따라 ( 그림 4) 와같이크게프레임내부에서의플리커를방지하기위한기술들과프레임상호간의플리커를방지하기위한기술로구분할수있다. 그리고프레임내부에서의플리커를방지하기위한기술들은구체적인구 현방법에따라다시라인코딩을이용하는방법들과변조방법을이용하는방법으로분류할수있다. 특히 ( 그림 4) 에서변조방법으로분류된 variable- PPM 변조기술은프레임내부플리커방지뿐만아니라조명의밝기조절과도밀접하게관련된기술로서 Ⅲ-2절의밝기조절관련기술들에서함께다루기로하고, 이를제외한나머지각각의기술들은다음의세부절들에서살펴보기로한다. 가. Mancheser 코드 Mancheser 코드 (G.E. Thomas) 는이더넷등의통신방법에많이응용되어왔던널리알려진기술로서디지털비트 1 과 0 을 ( 그림 5) 와같이부호 bi 1 T ( 그림 6) Mancheser 코드와 OOK 변조방법을적용한가시광무선통신광출력파형 [6] 화 (encoding) 하는기술이다. 이코드는 DC 밸런싱코드로서디지털비트 1 과 0 에서항상변이가발생하기때문에강한클럭스펙트럼성분을가지고있으며, 이에따라클럭을쉽게복원할수있다는장점을가지고있다 [11],[12]. 한편 Mancheser 코드를 OOK 변조방법과함께가시광무선통신을위한 LED 조명에적용하면 ( 그림 6) 에서처럼조명에서출력되는광출력파형이비트 1 과 0 에서동일한평균밝기를가진다는것을알수있다. 따라서 Mancheser 코드는가시광무선통신에서프레임내부플리커를방지할수있는기술중하나로인식되고있다. 나. M-4B5B 코드 Average Brighness = 50% = bi 0 M-4B5B 코드는가시광무선통신에서프레임내부플리커를완화하기위해기존의 4B5B 코드를변형한것이다. 기존의 4B5B 코드는 4비트로표현할수있는 16 개의심볼들을 ( 그림 7) 과같은변환테이블에따라 5비트로변환한다. 그러나, M-4B5B 코드는 4비트로표현할수있는 16개의심볼들을 ( 그림 7) 과같이 5비트로변환한다는점에서는기존의 4B5B 코드와동일하지만, 5비트로표현할수있는 32개의 T C 2010 한국전자통신연구원 41

5 전자통신동향분석제 25 권제 4 호 2010 년 8 월 4B 5B M-4B5B A B C D E F ( 그림 7) M-4B5B 코드와기존의 4B5B 코드의변환테이블 [6],[13] Symbol=0 Symbol=1 B5B 4B5B 4B5B 4B5B =80% T =40% T M-4B5B =40% T =60% T =80% = =40% = 0 B F 7 0 B F BF70BF70BF70 BF BF70BF70BF70BF700BF70BF70BF70BF =60% = =40% = 0 B F 7 0 B F M-4B5B 0BF70BF70BF70 BF BF70BF70BF70BF700BF70BF70BF70BF ( 그림 8) 가시광무선통신에서 4B5B 코드와 M-4B5B 코드적용에따른광출력파형의비교예 (=Average Brighness)[6],[13] 조합중프레임내부플리커를완화하기위해비트 1 과비트 0 이 3:2(8 개 ) 혹은 2:3(8 개 ) 의비율로존재하는 16개의조합만을선택하여변환한다는점에서 4B5B 코드와다르다. 즉기존의 4B5B 코드는 4비트를비트 1 과비트 0 이 4:1(5개 ), 3:2(7 개 ), 2:3(4 개 ) 의비율을갖는 16개의 5비트조합코드로변환하기때문에 NRZ-OOK 변조방법을가정할때, 16개의심볼들에서최대평균밝기는 80% 를나타내고, 최소평균밝기는 40% 를나타낸다. 그러나 M-4B5B 코드는 5비트로변환된 16개의심볼들에서비트 1 과비트 0 의비율이항상 3:2 혹은 2:3이므로평균밝기가 60%(3:2) 혹은 40%(2:3) 를나타내게되며, 이로써평균밝기차이가기존의 4B5B 코드에비해경감되는효과를가진다 [6],[13]. ( 그림 8) 은 NRZ-OOK 변조방법을가정한경우 4B5B 코드와 M-4B5B 코드적용에따른광출력파형들의예들을나타낸것이다. 특히 ( 그림 8) 의상단은 ( 그림 7) 의변환테이블에서심볼 0 과 1 에대응하는 4B5B 코드와 M-4B5B 코드의파형을예로써나타낸것이고, 하단은 4B5B 코드에비해 M- 4B5B 코드에서평균밝기차이가경감된다는것을가시적으로나타낸그림이다. 다. 4B6B 코드 4B6B 코드는 Ⅲ-1- 나. 에서기술한 M-4B5B 코드보다프레임내부플리커를더욱강력하게제거하기위해제안된코드이다. 구체적으로살펴보면 4B6B 코드는 4비트로표현할수있는 16개의심볼들을 ( 그림 9) 와같은변환테이블에따라 6비트로변환한다. 이때 4B6B 코드는 6비트로표현할수있는 64개의조합중프레임내부플리커를제거하기위해비트 1 과비트 0 이 3:3의동일비율로존재하는 16개의조합을선택하여변환한다 [6],[13]. 즉 4B6B 코드는 6비트로변환된 16개의모든심볼들에서비트 1 과비트 0 의비율이 3:3으로같 42 C 2010 한국전자통신연구원

6 임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 Symbol=0 Symbol=1 4B5B 4B6B 4B 6B A B C D E F ( 그림 9) 4B6B 코드의변환테이블 [6],[13] 4B5B =80% T =40% T 4B6B =50% T =50% T =80% = =40% = 0 B F 7 0 B F BF70BF70BF70 BF BF70BF70BF70BF700BF70BF70BF70BF =50% = =50% = 50% 0 B F 7 0 B F BF70BF70BF70 BF BF70BF70BF70BF700BF70BF70BF70BF ( 그림 10) 가시광무선통신에서 4B5B 코드와 4B6B 코드적용에따른광출력파형의비교예 (=Average Brighness)[6],[13] 기때문에, NRZ-OOK 변조방법을가정할때, 16 개심볼들의평균밝기는모두 50% 를나타내게되며, 이로써심볼들사이에서평균밝기차이가발생하지않는다는특징을가지고있다. ( 그림 10) 은 NRZ-OOK 변조방법을동일하게가정한후, 기존의 4B5B 코드와새롭게제안된 4B6B 코드를각각적용할경우예상되는출력파형의예들을나타낸것이다. 특히 ( 그림 10) 에서상단은 ( 그림 9) 의변환테이블에서심볼 0 과 1 에대응하는 4B5B 코드와 4B6B 코드의파형을예로써나타낸것이고, 하단은 4B6B 코드의출력파형을 4B5B 코드의출력파형과비교함으로써 4B6B 코드에서평균밝기차이가발생하지않는다는것을가시적으로나타낸그림이다. 라. 아이들패턴프레임상호간플리커는이미 Ⅲ-1 절의 ( 그림 3) 을통해살펴본바와같이실제통신데이터가전송되는구간과데이터가전송되지않는아이들구간 (idle ime) 이서로다른평균밝기를보이거나혹은데이터전송구간각각이서로다른평균밝기를보일때발생하는플리커를가리킨다. 그리고아이들패턴 (idle paern) 은 ( 그림 4) 의분류와같이프레임상호간플리커의발생을극복하기위해제안된기술이다 [14]. 그러나좀더정확하게표현하면아이들패턴은데이터프레임들의평균밝기는모두같다는가정하에 ( 그림 11) 과같이데이터전송구간과아이들구간사이의평균밝기를동일하게유지할수있도록아이들구간에삽입하는임의의비트패턴을가리킨다. 그러므로아이들패턴은통신데이터로서의미는없다고볼수있다. 한편 ( 그림 11) 에예로써나타낸 과같은아이들패턴은데이터프레임들의밝기에맞춰 혹은 과같은비트패턴으로변화될수있으며, 이로써한정된범위지만조명의밝기조절도가능하다고인식되고있다 [14]. 또한 4B6B 코드와아이들패턴을결합 C 2010 한국전자통신연구원 43

7 전자통신동향분석제 25 권제 4 호 2010 년 8 월 Average Brighness of VLC Frames Frame Daa Transmission Time Idle Paern (Example) Idle Time Average Brighness of Idle Time Frame Daa Transmission Time ( 그림 11) 아이들패턴기술의프레임상호간플리커회피메커니즘 [6] < 표 3> LED 조명의밝기조절을위한가시광무선통신기술 Ampliude Dimming Variable-PPM Dimming Idle Paern Dimming 메커니즘을간략히설명하였으므로본절에서는설명을생략한다. 하여함께사용할때, ( 그림 9) 의코드변환테이블에는없는 혹은 과같은패턴을아이들패턴으로지정하여사용한다면프레임내부플리커와프레임상호간플리커의발생을동시에극복할수있다 [13]. 2. LED 조명의밝기조절관련기술 Ⅱ장의 < 표 2> 에나타낸주요요구사항들은조명기능만을수행하고있는현재의 LED 조명들도충족하고있는특징들로서 LED 조명을이용한가시광무선통신에서도이러한특징들이훼손되지않도록하는것이융합기술로서의가치를확보하는데중요하다는점은이미 II장에서기술한바있다. 또한 < 표 2> 에서플리커방지를제외한나머지요구사항들은밝기조절기능과서로밀접하게관련되어있어단순한밝기조절뿐만아니라나머지항목들도동시에충족되어야한다는점도살펴본바있다. 따라서본절에서는상기의관점에서 LED 조명의밝기조절기술들을살펴보고자한다. 현재가시광무선통신과관련하여 LED 조명의밝기조절을위해제안된기술들은 < 표 3> 과같이크게세가지로요약된다. Ampliude dimming 은 OOK 변조방법에서신호의진폭을변화시킴으로써광원의밝기를조절하는방법이고, variable-ppm dimming 은 variable-ppm 이라고하는변조방법을통해밝기조절기능을제공하는방법으로서각기술들의특징들은다음의세부절들에서기술하고자한다. 한편 idle paern dimming 은 Ⅲ-1-나. 의아이들패턴기술에서한정된범위의밝기조절 가. Ampliude Dimming Ampliude dimming 은 OOK 변조방법에서신호의진폭을변화시킴으로써광원의밝기를조절하는방법으로서, 본절에서는 ( 그림 12) 에나타낸바와같이 Mancheser 코드와 OOK 변조방법이적용된경우를예로들어이기술의주요특징들을살펴보고자한다. ( 그림 12a) 는 Mancheser-OOK 기술이송신부에적용되었을경우 LED 조명에서출력되는광파형과이에대응하는평균광출력을가시적으로나타낸것이다. 그리고, 이때평균광출력은 Mancheser-OOK 신호진폭 (P M ) 의 1/2 크기를갖는 DC 신호가인가될때의광출력과같다는것을나타낸다. 한편 ( 그림 12b) 는 Mancheser-OOK 신호의진폭 (P M1 ) 을 ( 그림 12a) 의신호진폭 (P M ) 보다크게하여구동시킴으로써 LED 광원의평균광출력을증가시킬수있다는것을보여주며, 마찬가지로신호의진폭을작게하여구동한다면평균광출력을감소시킬수있다. 또한 ( 그림 12c) 는 Mancheser-OOK 신호의진폭 (P M2 ) 이 ( 그림 12a) 의신호진폭 (P M ) 과동일하지만 DC 오프셋을인가함으로써결과적으로평균광출력을증가시킬수있다는것을보여준다. 그러나이러한 ampliude dimming 기술은가시광무선통신기능이없는동일한사양의 LED 조명이제공하는최대밝기수준을충족하기가현실적으로어렵다 [8]. 왜냐하면이를위해서는 LED 광원의허용범위를크게초과하는진폭으로신호를인 44 C 2010 한국전자통신연구원

8 임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 P M P M (1/2)P M P M1 P M P M1 (1/2)P M1 P M2=P M + DC_offse DC_offse P M2 Mancheser-OOK Average Power (a) Mancheser-OOK Average Power (b) Mancheser-OOK (1/2)P M P M 가해주어야하는데, 이때인가되는순간신호진폭들은 LED 광원을손상시킬수있으며, 이는장기적으로 LED 광원의수명을현저히감소시킬수있기때문이다. 또한신호의진폭을변화시킴으로써밝기를조절한다는것은 LED 광원에공급되는전류의세기가밝기조절에따라변화하는것을의미하기때문에결과적으로 ampliude dimming 은 LED 광원의색변이를유발할가능성도가지고있다 [6],[7], [15]. 나. Variable-PPM Dimming Variable-PPM은프레임내부플리커발생을차단하고광원의밝기를조절하기위해 2-PPM 변조방법과 PWM 변조방법으로부터고안된변조방법이다 [8]. 더구체적으로 2-PPM 변조방법은 ( 그림 13) 과같이펄스의위치에따라비트 0 과 1 을표현하는방법으로서 III-1-가. 에서기술한 Mancheser 코드의광출력과유사하게비트 1 과 0 에서동일한평균밝기를제공한다. 따라서이기술은프레임내부플리커발생을차단할수있다. 그리고 PWM 변조방법은 ( 그림 13) 과같이펄스의폭을변화시킴으로써광원의밝기를조절하는변조방법으로서현재의 LED 조명에서대부분사용되고있는기술이다. 한편 variable-ppm 변조방법은펄스의위치에따라비트 0 과 1 을표현한다는점에서 2-PPM 의특징과유사하고, 사용자가원하는밝기에따라펄스의폭이변화될수있다는점에서는 PWM 변조방법과유사하다. 그러므로 ( 그림 14) 에서와같이펄스의폭이 50% 인 variable-ppm 기술로변조된광파형은 2-PPM 변조파형과같다. 또한, ( 그림 14) DC_offse Average Power (c) ( 그림 12) Mancheser-OOK 환경에서의 Ampliude Dimming [6],[7] (1/2)P M 0 Pulse Widh Conrol PPM PWM ( 그림 13) Variable-PPM 변조방법의원리 [6]-[8] C 2010 한국전자통신연구원 45

9 전자통신동향분석제 25 권제 4 호 2010 년 8 월 (Pulse Widh) 12.5% 25% 50% 75% Dimming Conrol 87.5% T ( 그림 14) Variable-PPM 변조방법의펄스폭변화에따른밝기조절메커니즘 [6]-[8] 는 variable-ppm 변조방법을통해밝기를조절하는메커니즘을가시적으로나타낸것으로써, 임의의 011 디지털신호가 variable-ppm 기술로변조될때동일한데이터이지만펄스폭변화에따라밝기가변화하는것을예로써표현한것이다. 이외에도 variable-ppm 기술은펄스폭변화단계를세분하여설정함으로써동일한사양의 LED 조명이제공하는수준과유사한최대밝기를제공할수있다 [8]. 또한, 밝기조절이펄스의진폭이아닌시간축상의펄스폭에의해결정되기때문에 LED 광원을손상시키지않을뿐만아니라광원의색변이도유발하지않을것으로기대된다 [6],[7]. < 표 4> 는위에서기술한 variable-ppm 기술의주요특징들을정리한것이다. Ⅳ. 맺음말 본고에서는 LED 조명을이용한가시광무선통신에부과되는요구사항들 ( 플리커방지, 밝기조절, 최대밝기제공, LED 광원의보호, 광원의색변이 2T < 표 4> Variable-PPM 변조방법의주요특징 플리커 ( 깜박거림 ) 방지 조명의밝기조절가능 조명의최대밝기제공 LED 광원보호가능 조명의색변이방지 3T 방지 ) 과이러한요구사항들을충족시키기위해 IEEE 국제표준에서논의되고있는기술들을플리커방지기술과조명의밝기조절관련기술들로나누어살펴보았다. 플리커방지는조명으로서갖추어야할필수기능으로서먼저가시광무선통신에서발생할수있는플리커의발생원인을살펴보았고, 이러한플리커들의발생을차단하기위한기술들을소개하였다. 또한상기의요구사항들중조명으로서의최대밝기제공과 LED 광원의보호및광원의색변이방지기능들과광원의밝기조절과의상관성을알아보았으며, 밝기조절관련기술로서 ampliude dimming 과 variable-ppm dimming 및 idle paern dimming 기술들의주요특징들을살펴보았다. 한편상기의요구사항들은조명기능만을수행하고있는현재의 LED 조명들도제공하고있는특징들로서이러한것들이훼손되지않도록하는것이 LED 조명을이용한가시광무선통신에서융합기술로서의가치를확보하는중요한요소임을알아보았다. 그러므로향후 LED 조명과결합된가시광무선통신기술들은 LED 조명의특징과장점들이보존되고더욱강화될때경쟁력을확보할수있을것으 용어해설 LED(Ligh Emiing Diode): 적외선혹은가시광을방출하는반도체로알려져있으며, LED 조명은가시광을방출하는 LED 광원이적용된조명을말한다. 특히 LED 조명은 40,000 시간이상의긴수명과우수한전력효율및디지털제어가용이하다는 LED 광원의특징때문에에너지절감차원에서차세대조명으로서일상생활에급속히확산되고있다. 가시광무선통신 (VLC: Visible Ligh Communicaion): 넓은의미에서가시광무선통신은인간의눈이인식할수있는모든종류의가시광을이용하여무선으로정보를주고받는통신기술을의미하지만, 가시광 LED 광원이자동차, 신호등, 광고판, TV, 모니터, 휴대기기, 특수조명및일반조명등의일상생활에급속히확산되고있는현실적의미에서가시광무선통신기술은 LED 광원의빠른스위칭속도를통해데이터를변조함으로써정보를전달하는무선통신기술을의미한다. 46 C 2010 한국전자통신연구원

10 임상규외 / LED 조명과결합된가시광무선통신기술동향 로예측되며, 이와더불어 IEEE 국제표준에서 ETRI는 LED 조명과결합된가시광무선통신기술의표준화를추진하고있다. DC IR LED M-4B5B NRZ OOK PPM PWM RF TV VLC 약어정리 Average Brighness Direc Curren Infra Red Ligh Emiing Diode Modified-4B5B Non-Reurn-o-Zero On-Off Keying Pulse Posiion Modulaion Pulse Widh Modulaion Radio Frequency Television Visible Ligh Communicaion 참고문헌 [1] 강태규, 김태완, 정명애, 손승원, LED 조명과가시광무선통신의융합기술동향분석, 전자통신동향분석, 제 23 권제 5 호, , pp [2] 김대호, 임상규, 강태규, LED 조명통신융합가시광무선통신응용서비스모델, 한국통신학회지, 제 26 권제 5 호, , pp.3-9. [3] 이정한, 이행선, 실내광무선통신특성해석을위한포톤모델링방법, 한국전자파학회논문지, 제 19 권제 6 호, , pp [4] 유영문, LED 기술개발동향, 가시광무선통신및 LED 융합제어기술세미나, TTA, , p.86. [5] 신상욱, LED 조명, 융복합기술과시장전망, 2010 녹색신산업을위한최신기술과융복합세미나 (I), 산업교육연구소 (KIEI), [6] 임상규, LED 조명용가시광무선통신 PHY/ MAC 기술, 가시광무선통신및 LED 표준기술세미나, TTA, , pp [7] 임상규, LED 조명용 VLC 모듈레이션기술, 가시광무선통신및 LED 융합제어기술세미나, TTA, , pp [8] Sang-Kyu Lim, Tae-Gyu Kang, Dae Ho Kim, Ill Soon Jang, and Dong Won Han, ETRI PHY Proposal on VLC Band Plan and Modulaion Schemes for Illuminaion, IEEE , IEEE , Sep [9] Joachim W. Walewski, Flicker Definiion According o IEEE 1789, IEEE , IEEE , Jan [10] Sang-Kyu Lim, Tae-Gyu Kang, Dae Ho Kim, and Ill Soon Jang, Implemenaion and Demonsraion of 4B6B Line Code for Nonflicker in VLC, IEEE , IEEE , Jan [11] Richard Robers, Specral Performance Analysis of Proposed DC Balancing Codes, IEEE , IEEE , Nov [12] hp://en.wikipedia.org/wiki/mancheser_code [13] Dae Ho Kim, Tae-Gyu Kang, Sang-Kyu Lim, Ill Soon Jang, and Dong Won Han, ETRI PHY Proposal on VLC Line Code for Illuminaion, IEEE , IEEE , Sep [14] Rick Robers, Praveen Gopalakrishnan, Bahar Sadeghi, and Mahys Walma, Robers PHY/ MAC Proposal, IEEE , IEEE , Sep [15] Joachim W. Walewski and Ralph Berram, Phosphorescen Whie LEDs: Dependence of Colour Temperaure on Driving Curren, IEEE , IEEE , Jan C 2010 한국전자통신연구원 47

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제 데이터통신 부호화 (encoding) 부호화 (Encoding) 의개념 정보 Encoder 신호 1 Digital - to - Digital 2 Analog - to - Digital 3 Digital - to - Analog 4 Analog - to - Analog 2 1 Digital-to-Digital Encoding Digital 정보를 Digital