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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박영일, 주민철
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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LED는 오래전부터 조명으로 사용되는 형광등과 할로겐램프를 대체할 차세대 광원으로 언급되어왔다. 뿐만 아니라 학교나 기업의 연구기관에서 조명으로서 LED의 높은 에너지 효율과 더불어 빠른 on/off 특성을 이용하여 무선통신기술을 접목하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 이것은 빛으로 무선 통신을 하는 기술로 가시광통신, 혹은 Li-Fi 로도 불리며 차세대 통신시스템으로 각광받고 있다.
본 논문의 선행연구로 국제 근거리무선통신표준인 IEEE 802.15.7 에 제시된 가시광통신의 변조기법인 VPPM 수신기 구현방안 제안하였다. 이것은 디지털통신에서 최적수신기로서 관용적으로 사용되는 상관기를 응용한 수신기이다. 하지만 LED기술 발전에 따라 LED-TV나 디지털 사이니지와 같은 고속 디밍 환경이 등장하면서 기존에 제안하였던 수신기에 한계가 발생하였다. 기존 수신기의 경우 디밍 시점에 수신부에서의 밝기 측정을 통해 전송신호와 상관마스크를 일치시키는 과정에서 기 위한 지연시간이 발생하였다. 그리고 전송신호의 밝기 변화 폭이 클수록 지연시간동안 전송신호와 상관마스크의 파형이 크게 다르게 되어 통신성능을 더 저하시키는 요인으로 작용하였다.
본 논문에서는 이러한 고속 디밍 환경에서도 가시광통신을 가능하게 하는 변형된 VPPM 전송기법을 제안하였다. 고속 디밍 환경에서 기존의 VPPM 수신기의 성능을 저하시키는 전송신호와 상관마스크의 파형의 불일치를 줄이기 위해 송신부에서는 밝기 변화를 단계적으로 하였고, 수신부에서는 밝기 측정에 이동평균을 적용하였다.
제시된 시스템은 FPGA Virtex-5를 사용하여 테스트베드를 구현하였으며 비트오율을 측정함으로써 시스템의 성능을 분석함으로써 고속 디밍 환경에서도 가시광통신의 VPPM 전송기법이 사용 가능함을 증명하였다.
본 논문의 선행연구로 국제 근거리무선통신표준인 IEEE 802.15.7 에 제시된 가시광통신의 변조기법인 VPPM 수신기 구현방안 제안하였다. 이것은 디지털통신에서 최적수신기로서 관용적으로 사용되는 상관기를 응용한 수신기이다. 하지만 LED기술 발전에 따라 LED-TV나 디지털 사이니지와 같은 고속 디밍 환경이 등장하면서 기존에 제안하였던 수신기에 한계가 발생하였다. 기존 수신기의 경우 디밍 시점에 수신부에서의 밝기 측정을 통해 전송신호와 상관마스크를 일치시키는 과정에서 기 위한 지연시간이 발생하였다. 그리고 전송신호의 밝기 변화 폭이 클수록 지연시간동안 전송신호와 상관마스크의 파형이 크게 다르게 되어 통신성능을 더 저하시키는 요인으로 작용하였다.
본 논문에서는 이러한 고속 디밍 환경에서도 가시광통신을 가능하게 하는 변형된 VPPM 전송기법을 제안하였다. 고속 디밍 환경에서 기존의 VPPM 수신기의 성능을 저하시키는 전송신호와 상관마스크의 파형의 불일치를 줄이기 위해 송신부에서는 밝기 변화를 단계적으로 하였고, 수신부에서는 밝기 측정에 이동평균을 적용하였다.
제시된 시스템은 FPGA Virtex-5를 사용하여 테스트베드를 구현하였으며 비트오율을 측정함으로써 시스템의 성능을 분석함으로써 고속 디밍 환경에서도 가시광통신의 VPPM 전송기법이 사용 가능함을 증명하였다.
목차
Ⅰ. 서론Ⅱ. 고속 디밍 환경에서 통신성능을 유지하기 위한 VPPM 변조기법2.1 VPPM 최적수신 방식2.1.1 밝기에 따른 VPPM 성능 분석2.1.2 고속 디밍 환경에서 VPPM 상관수신기의 한계 분석2.2 고속 디밍 환경에 적합한 VPPM 전송 방식2.2.1 송신 알고리즘2.2.2 수신 알고리즘2.2.3 제안된 VPPM 방식의 성능분석Ⅲ. 테스트베드 구축 및 전송시험3.1 제안된 VPPM 송신부 구성3.1.1 FPGA를 이용한 디지털부 설계3.1.2 VHDL 시뮬레이션3.1.3 단계적 밝기 변화가 적용된 VPPM 송신시험3.2 VPPM 수신 구성 및 설계3.2.1 FPGA를 이용한 디지털부 설계3.2.2 VHDL 시뮬레이션3.2.3 이동평균이 적용된 VPPM 수신시험3.3 변형된 VPPM 전송기법의 설계 및 검증Ⅳ. 높은 전송률을 갖는 가시광통신 시스템을 위한 하드웨어 구조4.1 송신용 고출력 LED 구동회로4.1.1 직렬 구동회로4.1.2 병렬 구동회로4.2 PD기반 가시광통신의 수신부 회로4.3 LED 스위칭 시간에 의해 제한된 대역폭 증진을 위한 변조기법4.3.1 대역폭 증진을 위한 알고리즘4.3.2 대역폭 증진을 위한 하드웨어 구조4.3.3 대역폭 증진을 위한 알고리즘 성능 분석Ⅴ. 결론참고문헌
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