개요 - ::: tta표준화 위원회 ::: · web viewcsk constellation design rules. design rule for...

T T A S t a n d a r d

정보통신단체표준(국문표준) 제정일: 2010 년 09 월 xx 일 TTAK.KO-10.0xxxx

가시광 무선통신

CSK(Color Shift Keying) 변조방식

CSK(Color Shift Keying) modulation

for Visible Light Communication

정보통신단체표준(국문표준) 제정일: 2010 년 09 월 28 일 TTAK.KO-10.0xxx

가시광 무선통신

CSK 변조방식의 기본 구조

B

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정보통신단체표준(국문표준)

서 문

1. 표준의 목적

본 표준의 목적은 가시광 CSK 시스템의 기술을 제공하는 것이다

2. 주요 내용 요약

이 표준은 3 개 이상의 LED 를 사용하는 가시광 무선 통신 시스템 중의 하나인 CSK 시스템에 대하여 정의한다.

3. 표준 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향

가시광 무선통신 기술은 차세대 조명으로 각광을 받고 있는 반도체 조명 LED(Light Emitting Diode)를 사용하여, 조명 기능과 동시에 정보전달 기능을 부여한 새로운 광무선

통신기술로써 조명이 존재하는 어느 장소에서나 원하는 정보를 획득할 수 있는 이른바

유비퀴터스(Ubiquitous) 정보통신 기술이다.

LED 는 반도체 기술에 의해 실내외 백색 조명, 경관 조명, 일반/특수 조명, 전광판, 신호등, 표시등, LCD Back Light Unit, 자동차 후광등 및 전광등, 등 실생활에서 광범위하게

사용되고 있으며, 그 사용 범위와 사용률이 급속하게 증가하고 있다. 이러한 LED 조명

인프라의 증가에 맞추어 가시광 무선통신 응용 서비스로써 국내외 LED 조명 산업화 및 응용

서비스 산업화에 공헌하기 위해 표준화가 필요하다.

가시광 무선통신 송신 PHY 는 LED 조명의 조명 기능과 동시에 정보를 전송하기 위해

데이터를 LED 조명에서 방출되는 가시광에 실어내는 기능으로써 LED 조명의 구성과 구동에

융합되어 발현된다. 이에 가시광 무선통신 송신 PHY 표준은 가시광 통신이 가능한 LED 조명의 구현에 있어 통신의 기준이 되는 규격을 제공하므로 LED 조명 인프라의 국내외

산업화 및 부가 가치 창출에 미치는 파급 효과가 크다.

가시광 무선통신의 응용 서비스 산업 분야는 다음과 같이 크게 구분할 수 있다.

- ITS 응용 서비스 : 교통신호등에서 교통정보 제공, 차량간 충돌방지 통신 등

- 측위 응용 서비스 : 창고내 위치 정보제공, 실내 로봇 위치정보 제공 등

- MtoM 응용 서비스 : 데이터 단말기간의 M-to-M 통신

- 센서 응용 서비스 : LED 조명 또는 디스플레이 인프라를 활용하는 초고속 센서를

사용하여 거대 쇼핑몰 상점 정보, 공항 또는 역 내 출발도착 정보 제공 등

4. 참조 표준(권고)

4.1 국외표준(권고) 해당사항 없음

TTAK.KO-10.0287i


4.2 국내표준

해당사항 없음

4.3 기타

해당사항 없음

5. 참조표준(권고)과의 비교

5.1 참조표준(권고)과의 관련성

해당사항 없음

5.2 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표

해당사항 없음

6. 지적재산권 관련사항

본 표준의 ‘지적재산권 확약서’ 제출 현황은 TTA 웹사이트에서 확인할 수 있다.

7. 적합인증 관련사항

7.1 적합인증 대상 여부

해당사항 없음

7.2 시험표준제정여부(해당 시험표준번호) 해당사항 없음

8. 표준 이력

판수 제/개정일 제․개정내역

제 1 판 2010.09.28 제정

TTAK.KO-10.0287ii


Preface

1. The Purpose of Standard

This document defines the basic structure of CSK(Color Shift Keying) system in the visible light communication.

2. The Summary of Contents

This document defines the standard of CSK system in the visible light communication, which uses more than 3 LEDs.

3. The Applicable fields of industry and its effect

Visible Light Communication (VLC) is a new technology for short range wireless optic communication by using LED light. Therefore, LED Light is used not only illumination but also digital communication, which is provided by modulating the current applied to LED lamp. This VLC scheme will allow various ubiquitous applications with the rapid diffusion of LED lamp for illumination, display, and so on.

LED lamp has been widely used today in general lighting markets like indoor and outdoor illumination as well as special lighting markets like color display, traffic light, notice board, automobile, back light unit and cellular phone because of its high radiation efficiency and low price. It is predicted that LED lamp will gradually replace existing lighting sources such as incandescent or fluorescent lamps in the coming decades. According to the rapid growth of the LED lamp usage, the standard for VLC is essential to contribute to the promotion for application service related to LED lamp as well as the domestic and international LED lamp industry.

Transmission PHY in the VLC provides the functionality to transmit data modulated light from LED lamp. Thus, this transmission PHY is integrated with the driving module of LED lamp. The standard specification of transmission PHY in the VLC plays a key role in supporting the LED Lamp industry development and value-added business based on the VLC.

There are application services based on VLC as follows ;TTAK.KO-10.0287iii


- Application Service in ITS : Providing traffic information using traffic light, Anticollision communication between vehicles, etc.- Application Service in LBS : Providing location information in factory, Providing location information for robot control, etc- Application Service in machine-to-machine communication : Machine-to-machine communication between multimedia devices, etc- Application Service in sensor network : Providing product information in store using LED lamp or sign-board, Providing departure and arrival information in station and airport, etc

4. The Reference Standards (Recommendations)4.1 International Standards (Recommendations)

- None

4.2 Domestic Standards - None

5. The Relationship to Reference Standards(Recommendations)

5.1 The relationship of Reference Standards- None

5.2 Differences between Reference Standard(recommendation) and this standard

- None

6. The Statement of Intellectual Property Rights- IPRs related to the present document may have been declared to TTA. The

information pertaining to these IPRs, if any, is available on the TTA Website.

7. The Statement of Conformance Testing and Certification

7.1 The Object of Conformance Testing and Certification - None

7.2 The Standards of Conformance Testing and Certification- None

8. The History of Standard

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Edition Issued date Contents The 1st edition 2010.09.28 Established

목 차

1. 개요.................................................................................................................................................................１

2. 표준의 구성 및 범위.....................................................................................................................................１

3. 용어 정의........................................................................................................................................................１

4. 가시광 무선통신 CSK 변조방식의 구조....................................................................................................２

4.1. Reference modulator diagram.................................................................................................................２

4.2. Forward error correction encoder...........................................................................................................２

4.3. Scrambler................................................................................................................................................２

4.4. CSK constellation overview....................................................................................................................３

4.4.1. CSK constellation design rules.......................................................................................................３

4.4.2. Data mapping for CSK....................................................................................................................５

4.5. Symbol to optical mapping.....................................................................................................................７

4.6. CSK calibration at the receiver...............................................................................................................７

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Contents

TTAK.KO-10.0287vi


가시광 무선통신 CSK 변조방식 구조

Basic Configurations of CSK modulationfor Visible Light Communication

1. 개요

본 문서에서는 가시광 무선통신 CSK 변조방식의 기본 구조에 맞춰 가시광 무선통신의

송수신 PHY 계층을 정의하고, 수신 PHY 계층을 구성하는 구성 요소와 각 구성 요소의 기능

및 고려 사항을 기술한다.

2. 표준의 구성 및 범위

본 표준은 가시광 무선통신 CSK 변조방식의 주요 기능과 기본 구성 블록을 정의하고, 수신

PHY 를 구성하는 각 구성 요소의 기능들을 고려하여야 할 요소들과 함께 기술하고 있다. 본 표준의 4 장에서는 가시광 무선통신의 기본적인 송수신 구조 및 수신 PHY 의 기본

구성도와 각 구성 블록의 세부 기능과 고려 사항들을 기술하고 있다.

3. 용어 정의

가. 가시광 (Visible Light) : 인간의 눈으로 인식이 가능한 빛으로, 전자기 스펙트럼

상에서 380 nm ~ 780 nm 범위의 파장 대역에 위치하고 있는 빛

나. 가시광원 (Visible Light Source) : 전자기 스펙트럼 상에서 380 nm ~ 780 nm 파장대의 가시광 영역을 발광하는 광원

다. 가시광 무선통신 (Visible Light Communication, VLC) : 전자기 스펙트럼 상에서

380 nm ~ 780 nm 파장대의 가시광 영역을 전송 수단으로 하고 자유 공간을 전송

매체로 하여 데이터 정보를 송수신 하는 무선통신

라. CSK 변조방식: A modulation scheme for visible light communication involving multiple light sources, which keeps the average emitted optical color and the total optical power constant during communication.

4. 가시광 무선통신 CSK 변조방식의 구조

4.1. Reference modulator diagram

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그

림 1 은 Band i, j 와 k 를 사용하는 CSK 변조 방식의 시스템 다이어그램을 나타낸다. Scrambling 과

channel coding 을 거쳐 데이터는 color coding 기의 mapping rule 을 통해 xy color coordinates 값으로

변환된다. Channel estimation sequence 는 LED 의 수명 노화 및 성능 열화를 보완해 주는 역할을 한다.

4.2. Forward error correction encoder

F

orward error correction 방법으로 Reed Solomon (64,32) 방식을 사용한다.

4.3. Scrambler

S

crambler 는 PSDU 값에 포함된 topology dependent pattern 에 따라서 초기 값이 결정된다. Polynomial

generator 인 g(D)는 다음과 같다.

g

(D) = 1 + D14 + D15, where D is a single bit delay element.

TTAK.KO-10.0287

그림 1 CSK 변조방식 Diagram

그림 2 FEC encoder

II


4.4. CSK constellation overview

C

SK 변조 방식은 3 개의 LED(Lighting source)로 구성된다. 이 3 개의 LED 는 Chromaticity

Diagram 에서 삼각형의 모양을 구성해야 한다. 삼각형의 각 꼭지점은 각 LED 의 center

wavelength 를 의미한다.

4.4.1. CSK constellation design rules

4.4.1.1. Design rule for 4-CSK

4-CSK symbol 의 경우 그림

삼각형 IJK 의 중심점이다

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그림 3 GF(256) RS encoder

그림 4 스크램블러 기본 구조

그림 6 Constellation design rule for 4-CSK

그림 5 xy color coordinates in Chromaticity diagram

III



-CSK symbol 의 경우 그림

S1 과 S2 는 선 JK

나누는 지점이고 심벌


6-CSK symbol 의 경우 그림

심벌 P2 와 P8 는 선

삼각형의 중심점이다

TTAK.KO-10.0287


IV


4.4.2. Data mapping for CSK

4

- CSK 의 경우,2 bit 가 하나의 심벌로 전송된다.

TTAK.KO-10.0287


그림 9 Data mapping for 4-CSK

V


8

- CSK 의 경우, 3 bit 가 하나의 심벌로 전송된다.

1

6- CSK 의 경우, 4 bit 가 하나의 심벌로 전송된다.

4.5. Symbol to optical mapping

그

림 12 는 CIE1931 xy color coordinates 에서 4-CSK 의 경우 각 심벌의 맵핑 정보를 보여준다. 각 심벌의

위치는 다음의 방법으로 인해 정해진다. 포인트 (xi,yi), (xj,yj), (xk,yk) 는 각 LED 의 xy coordinates 를

나타낸다. 포인트 (xp,yp)는 4-CSK 에서 하나의 심벌을 의미한다. 포인트 (xp,yp)는 그림 1 에서 각 LED 의

출력 파워인 Pi, Pj 와 Pk 의 세기(intensity)로 결정된다. 각 LED 의 출력 세기와 xy coordinated 사이의

관계는 식(1)에 의해 정의 될 수 있다. 수신기에서는 수신한 빛의 세 기 비율을 계산하여 xy 값을 계산

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VI


해 낼 수 있다. 이렇게 계산된 xy 값으로부터 데이터를 디코딩 할 수 있다.

(

1)

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그림 12 CIE 1931 xy color coordinates

VII


4.6. CSK calibration at the receiver

가

시광 통신 시스템은 다중 color 불균형, 다중 색간 간섭, 타 조명으로부터의 간섭 등으로 인해 성능

열화가 발생 할 수 있다. 이러한 성능 열화를 줄이기 위하여 CSK 시스템에서는 수신기에서 성능

열화를 보상 해 줄 수 있는 방법을 사용할 수 있다. 그림 13 은 color calibration 이 포함된 CSK 시스템 diagram 이다. 데이터를 전송 하기 전, CSK 시스템은 channel estimation sequence 에

포함된 orthogonal 신호를 사용하여, 채널의 상태를 확인한다. channel propagation matrix 는 식

(2)와 같이 3x3 매트릭스를 사용한다.

그림 13 CSK system with color calibration

(2)

수

식 (3)과 같이 수신 신호와 channel propagation matrix 를 곱하여 수신 신호의 왜곡을 보상 할 수

있다.

(3)

W

alsh codes 는 그림 14 와 같이 CSK 시스템에서 channel estimation 에 사용 될 수 있다. 이 channel

estimation 신호를 전송 할 때에는 OOK 변조 방식이 사용된다. W(1,4) = {1,-1,1,-1}, W(2,4) = {1,1,-1,-1},

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W(3,4) = {1,-1,-1,1} 의 walsh code 가 channel estimation 에 사용 될 수 있다. 각 비트는 두 번씩 전송된다.

보다 정확한 값은 두 번씩 전송되는 값의 평균값을 사용함으로써도 가능해진다.

그림 14 Walsh codes for color calibration

TTAK.KO-10.0287IX


표준작성 공헌자

표준 번호 : TTAK.KO-10.xxxx

이 표준의 제․개정 및 발간을 위해 아래와 같이 여러분들이 공헌하였습니다.

구분 성명 위원회 및 직위연락처

(Tel, e-mail)소속사

과제 제안 강태규멀티미디어응용 프로젝트그룹

가시광통신서비스실무반장

[email protected]

ETRI

표준 초안

제출

손재승멀티미디어응용 프로젝트그룹

가시광통신서비스실무반 위원

031-279-5285js1007.son@samsu

ng.com삼성전자㈜

원은태멀티미디어응용 프로젝트그룹


031-279-4960etwon@

samsung.com삼성전자㈜

김도영 -031-279-5099

[email protected]

삼성전자㈜

배태한멀티미디어응용 프로젝트그룹


031-279-7293taehan.bae@samsu

ng.com삼성전자㈜

강태규멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

김대호멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

임상규멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

장일순멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

박성희멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

김인수멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

김유진멀티미디어응용 프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

표준 초안

검토 및

고기원 멀티미디어응용 프로젝트그룹

의장

[email protected]

KT

TTAK.KO-10.0287X


작성외 멀티미디어응용

프로젝트그룹 위원

표준안

심의

이헌중 IT 응용 기술위원회 의장 02-2131-0446

[email protected]한국정보사

회진흥원

외 IT 응용 기술위원회 위원

사무국

담당

박정식 팀장031-724-0080

[email protected]

강석규 과장031-724-0326

[email protected]

구분 성명 위원회 및 직위 연락처 소속사

과제

제안강태규

멀티미디어응용

프로젝트그룹


[email protected]

ETRI

표준

초안

제출

손재승 ??031-279-5285

[email protected]

삼성전자㈜

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[email protected]삼성전자㈜

표준

초안

검토 및

작성

표준안

심의

사무국

담당

TTAK.KO-10.0287XI


가시광 무선통신 CSK 변조방식 구조(Basic Configurations of CSK modulation for Visible Light

Communication)

발행인 : 한국정보통신기술협회 회장

발행처 : 한국정보통신기술협회

463-824, 경기도 성남시 분당구 서현동 267-2Tel : 031-724-0114, Fax : 031-724-0019

발행일 : 2008.12

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