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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김성만, 성열문
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 경성대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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무선 가시광통신은 눈에 보이는 가시광선을 이용해 정보를 전달하는 통신 기술이다. 빛을 이용하여 정보를 전송, 교환하는 기술 중에서 기존의 유선 광섬유를 통한 광통신 기술은 눈에 보이지 않는 적외선 대역을 사용하던 것에 비해, 가시광 통신은 사람의 눈으로 볼 수 있는 광을 이용하는 새로운 무선 광통신 기술이다. 가시광 파장을 방출하는 LED 조명 기구 등의 점멸 또는 명암으로 디지털 데이터를 송신하는데 이러한 명암 변화가 1초 동안 50회 이상 될 경우 인간의 눈으로는 점멸을 감지하지 못하고 어른거리지 않고 계속 점등된 것처럼 인식되므로 고유의 기능을 수행하는 동시에, 변화의 주기를 짧게 해 고속으로 데이터를 전송할 수 있다.
LED 무선 가시광 통신은 전자파를 이용하지 않아 인체에 무해하고, RF 무선 주파수와는 달리 정부의 규제나 허가를 받지 않고도 자유롭게 이용할 수 있으며, 기존의 RF 무선 주파수와는 차원이 다른 넓은 잠재 대역폭을 가지고 있어 발전 가능성이 무궁무진하다. (가시광을 주파수로 환산하면 405∼590 THz 로 전체 대역폭은 약 400 THz 에 달한다.) 또한 벽을 침투해 와서 간섭을 일으키는 RF 주파수와는 달리 얇은 벽으로도 완벽하게 차단이 되므로 각 방마다 보완성을 유지할 수 있으며, 조명으로 사용되는 LED 를 이용하므로 별도의 통신 구축비용이 들지 않는다. 마지막으로 눈에 보이는 가시광을 이용하므로 통신의 동작을 쉽게 눈으로 확인할 수 있다.
본 논문에서는 LED 무선 가시광 통신 기술에 MIMO 기술을 접목시켜 전송속도를 높이고자 하는 연구를 진행하였다. 제안하는 방식은 이미지 센서를 이용한 MIMO 통신방법으로 송신단의 신호를 렌즈를 이용하여 공간적으로 분리한 다음, 이미지 센서에 수신하는 방식이다. 이러한 방식을 이용하여 최종적으로 전송거리 24 m 및 채널당 전송속도 200 bit/s (총 전송속도 800 bit/s) 에 달하는 4x4 LED MIMO 무선 가시광 통신 실험을 구현하였다.
또한, 본 논문에서는 LED 조명 기반의 무선 LAN 통신을 위한 새로운 MAC 프로토콜을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜은 LED 조명으로 구성된 AP와 단말기로 구성되어 있음을 가정하였고, 설정 통신을 통하여 AP 와 단말기에 장착되어 있는 LED 소자가 통신에 적합한 방향성을 지속저긍로 유지하기 위하여 AP가 주기적으로 방송신호를 송신하도록 하였다. 또한, 각 단말기로의 데이터 전송은 빛의 직진성이 강하기 때문에 캐리어 센싱 및 충돌감지가 어려운 무선 가시광의 특징을 고려하여 기존 무선 LAN에서 사용되는 CSMA/CA 기반이 아닌 폴링 기법을 사용하였다. 또한, MAC 프레임의 형태는 기존의 IEEE 802.11 무선 LAN 통신용 프레임을 수정하여 무선 가시광 LAN 통신에 적합한 MAC 프레임 형식을 제안하였다.
LED 무선 가시광 통신은 전자파를 이용하지 않아 인체에 무해하고, RF 무선 주파수와는 달리 정부의 규제나 허가를 받지 않고도 자유롭게 이용할 수 있으며, 기존의 RF 무선 주파수와는 차원이 다른 넓은 잠재 대역폭을 가지고 있어 발전 가능성이 무궁무진하다. (가시광을 주파수로 환산하면 405∼590 THz 로 전체 대역폭은 약 400 THz 에 달한다.) 또한 벽을 침투해 와서 간섭을 일으키는 RF 주파수와는 달리 얇은 벽으로도 완벽하게 차단이 되므로 각 방마다 보완성을 유지할 수 있으며, 조명으로 사용되는 LED 를 이용하므로 별도의 통신 구축비용이 들지 않는다. 마지막으로 눈에 보이는 가시광을 이용하므로 통신의 동작을 쉽게 눈으로 확인할 수 있다.
본 논문에서는 LED 무선 가시광 통신 기술에 MIMO 기술을 접목시켜 전송속도를 높이고자 하는 연구를 진행하였다. 제안하는 방식은 이미지 센서를 이용한 MIMO 통신방법으로 송신단의 신호를 렌즈를 이용하여 공간적으로 분리한 다음, 이미지 센서에 수신하는 방식이다. 이러한 방식을 이용하여 최종적으로 전송거리 24 m 및 채널당 전송속도 200 bit/s (총 전송속도 800 bit/s) 에 달하는 4x4 LED MIMO 무선 가시광 통신 실험을 구현하였다.
또한, 본 논문에서는 LED 조명 기반의 무선 LAN 통신을 위한 새로운 MAC 프로토콜을 제안하였다. 본 논문에서 제안하는 MAC 프로토콜은 LED 조명으로 구성된 AP와 단말기로 구성되어 있음을 가정하였고, 설정 통신을 통하여 AP 와 단말기에 장착되어 있는 LED 소자가 통신에 적합한 방향성을 지속저긍로 유지하기 위하여 AP가 주기적으로 방송신호를 송신하도록 하였다. 또한, 각 단말기로의 데이터 전송은 빛의 직진성이 강하기 때문에 캐리어 센싱 및 충돌감지가 어려운 무선 가시광의 특징을 고려하여 기존 무선 LAN에서 사용되는 CSMA/CA 기반이 아닌 폴링 기법을 사용하였다. 또한, MAC 프레임의 형태는 기존의 IEEE 802.11 무선 LAN 통신용 프레임을 수정하여 무선 가시광 LAN 통신에 적합한 MAC 프레임 형식을 제안하였다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 51. 무선 가시광 통신 51.1 무선 가시광 통신의 정의 51.2 무선 가시광 통신의 특징 51.3 LED 가시광 통신 기술 개발 동향 61.4 국내외 표준화 동향 101.4.1 국내 표준화 동향 101.4.2 해외 표준화 동향 121.5 LED 가시광 통신 기술 152. 조명이론 172.1 가시광 172.2 시감도 183. 조명의 단위 203.1 입체각 203.2 광속 (Luminous Flux) 의 단위 213.3 광도 (Luminous Intensity) 의 단위 243.4 조도 (Illumination) 의 단위 253.5 조명의 단위 정리 263.6 람베르트 광원 (Lambert light source) 264. LED 소자 기술 294.1 LED 소자 기술의 개요 294.2 LED 구조와 방사 형태 304.3 백색 LED 324.4 LED 의 부상 배경 355. LED MIMO 통신 365.1 LED MIMO 통신의 개요 365.2 이미지 센서 365.2.1 이미지 센서의 정의 365.2.2 이미지 센서의 장점 375.2.3 이미지 센서의 종류 38Ⅲ. 무선 가시광 통신 실험 431. LED 송신부 432. LED 송신부 광파워 측정 453. 이미지 센서를 이용한 수신부 474. 이미지 센서를 이용한 LED MIMO 무선 가시광 통신 실험 505. 2x2 LED MIMO 통신 실험 결과 516. 4x4 LED MIMO 통신 실험 결과 56Ⅳ. 무선 가시광 통신용 MAC 프로토콜 설계 611. 제안하는 MAC 프로토콜 612. 설정 통신 세부절차 633. 데이터 통신 세부절차 66Ⅴ. 결론 71참고문헌 73ABSTRACT 78
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