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The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems Vol.12 No.1 pp.66-74
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2013.12.1.66

Improving the QoS using the Modulation and Coding Selection scheme by temperature characteristic of LED in the LED-ID system

Kyu-Jin Lee*, Hyo-Duck Seo**, Doo-Hee Han**, Kye-san Lee***
*Author: Academic Research Professor, Department of Electronic Radio Engineering, College of Electronic Information, Kyunghee University
**Co-author: Ph.D. in Electronic Radio Engineering, College of Electronic Information, Kyunghee University
***Corresponding author: Professor of Electronic Radio Engineering, College of Electronic Information, Kyunghee University
†

본 연구는 MKE/KEIT의 IT R&D 프로그램의 지원으로 만들어진 결과입니다. (10035362, Development of Home Network Tech. based on LED-ID)


20130131 │ 20130218 │ 20130218

Abstract


This paper introduces the improvement of QoS to compensate the decreasing LED performance by temperature characteristic in the LED-ID communication system. LED does not only use as a lighting device, but also uses as a communication device. The conventional system is transmitted by RGB of LED following the mixture color ratio, which determined the color of lighting, and the BER performance of each RGB signals. However, when the LED used consistently, it has occurred the heat temperature. As a result, LED is degraded the performance by increased temperature each device. To solve this problem, we proposed the adaptive modulation and coding scheme by temperature of device to improve the performance of system and satisfied the QoS in the LED-ID system.


LED , LED-ID System , LED Light , LED temperature characteristic , Modulation and coding selection

LED-ID 시스템에서 LED의 온도 특성에 따른 선택적 변조 및 부호화를 통한 QoS 향상 기법 연구

이 규 진*, 서 효 덕**, 한 두 희**, 이 계 산***
*주저자 : 경희대학교 전자정보대학 전자전파공학과 학술연구교수
**공저자 : 경희대학교 전자정보대학 전자전파공학과 박사과정
***교신저자 : 경희대학교 전자정보대학 전자전파공학과 교수

초록


본 논문에서는, Light Emitting Diode-Identification(LED-ID) 통신 시스템에서 LED의 온도 특성에 따른 성능저하를 보상 하여 QoS를 만족하는 방법에 대하여 연구하였다. LED-ID 통신 기술은 기존 조명의 기능을 수행하는 LED를 사용하여 통 신의 기능까지 동시에 구현할 수 있는 효과적인 방법이다. 본 기술은 LED의 RGB(Red Green Blue)광원을 통하여 신호를 전송하는 방법으로, RGB의 혼합 비율에 따라서 조명의 색을 결정하고, 각 RGB신호의 BER성능이 결정된다. 그러나 지속 적으로 LED를 사용할 경우에 발생하는 발열 특성으로 인해 각 소자의 온도가 증가하게 되고, 이러한 소자의 발열 온도 증가로 인한 시스템의 성능 저하가 발생 하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 이 논문에서는 LED의 지속적 사용 에 따른 발열 온도 및 이로 인한 시스템의 성능저하를 분석하고, 발열 온도 특성에 따른 선택적 변조 및 부호화 기법을 적용하여 신호를 전송함으로써, 시스템의 성능 향상과 QoS를 만족하는 기법을 연구하였다.


LED , LED-ID 시스템 , LED 조명 , LED 온도 특성 , 선택적 변조 및 부호화 기법

    Ⅰ. 서 론

    최근, 국제적으로 에너지 절약과 녹색 에너지가 대두 되면서 기존의 형광등이나 백열등보다 전력효 율이 높고 친환경적인 LED(Light emitting diode) 조 명이 각광받고 있다. 지금까지 조명으로 가장 널리 사용되고 있는 형광등은 환경오염을 유발하는 물질 로 구성되어 있고, 에너지 소비가 많은 조명이다. 반면, LED는 보다 친 환경적이며 형광등에 비해 90% 전력 절감 및 보다 긴 수명의 특징으로 인해 그린 산업의 한 분야로 각광 받으면서 관련 시장이 급속히 확산되고 있다. 이러한 LED 소자의 장점은 다음과 같다. 1) 소비전력이 낮다. 2) 수명이 길다. 현재 10만 시간 이상의 수명을 가지고 있으며 이는 반영구적인 사용이 가능하다. 3) 친환경 적이다. 기 존 형광물질 및 가스등을 사용하는 조명등과 비교 하여 적은 환경오염 물질을 배출하고 낮은 소비전 력과 긴 수명, 인체에 무해한 가시광원을 선택적으 로 사용이 가능하여 친환경적인 소자로 주목받고 있다. 4) 다양한 색상 구현이 가능하다. RGB(Red, Green, Blue), 세 가지 색상 소자의 비율을 조합하여 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 이는 다양한 혼합 비율을 통하여 색상의 다양성을 부여할 수 있다. 5) 다양한 사용이 가능하다. 기존 조명등과 비교하여 작은 크기를 가지고 있어 유연한 설계가 가능하며, 매우 빠른 응답속도를 가지고 있다. 이러한 기술적 이점들은 LED 조명 인프라의 장점을 바탕으로 신 개념 무선통신 네트워크 서비스를 제공할 수 있는 기반을 제공하며, 이를 이용하여 LED조명을 통해 조명이 있는 곳이면 어디든 통신이 가능한 LED-ID 시스템 연구가 활발히 진행 되고 있다[1,2,10]. LED-ID 시스템은 사람의 눈에 보이는 조명이 LED 조명으로 교체 되는 인프라를 사용하여 정보를 각 객체에 전송하고 이를 재이용하는 새로운 정보통신 기술이다. LED-ID 기술은 가정의 조명기기, 옥외 광고 표시, 교통신호, 각종기기의 디스플레이 등에 서 나오는 가시광 영역(VIS:380∼780nm), 또는 근적 외선(NIR:700~2500nm)영역을 포함하는 빛을 이용하 여 정보를 전송 및 교환하는 기술로 기존의 유선광 섬유를 통한 광통신 기술과는 차별화된 새로운 광 무선 기술을 말 한다.

    조명용 LED는 통신용LED와 마찬가지로 전기적 인 디지털 신호를 인가함에 따라 데이터 변조가 가 능한 소자이다. LED를 50 Hz이상으로 점멸할 경우 사람 눈에는 인지되지 않기 때문에 통신과 동시에 조명으로도 사용할 수 있다. 또한 가시광통신은 빛 을 이용하기 때문에 인체에 무해하며, 주파수 허가 를 받을 필요가 없고, ISM (IndustrialScientific Medical band)대역과의 간섭도 없으며, 물리적으로 높은 보안 수준을 제공한다. 또한 LED 광원의 넓은 대역폭(THz)은 무선 광 통신 시스템을 설계함에 있 어서 기존 RF 통신과 비교하여 고속의 데이터 전송 이 가능하도록 해준다. 실내 환경에서 조명등을 사 용함과 자유롭게 무선 네트워크를 자유롭게 구성할 수 있으며, 낮은 소비전력을 사용하여 친환경적인 유비쿼터스 무선 네트워크 구축이 가능하다. 경기 장, 박물관, 음식점, 학교, 영화관 등 실내에 설치된 조명 인프라를 활용하여 손쉽게 무선 네트워크를 구축할 수 있으며, 사용자들의 위치정보와 개별 실 내 환경에 맞는 맞춤 서비스를 제공할 수 있다[1-3].

    이 논문에서는 이러한 LED-ID 시스템에서 조명 및 통신을 위해 사용하는 LED소자의 발열 온도 특 성에 따른 선택적 변조 기법에 대해서 제안하였다. LED소자는 개별 색상 소자인 R, G, B 소자들로 구 성 되어 있고, 다양한 혼합 비율에 의해서 다양한 색상의 광원을 발생 시킨다. 하지만, 장시간 LED 조명을 사용하는 환경에서 LED 소자의 사용 시간 증가로 인해 발열 온도가 증가하게 되고, 이러한 발 열 온도의 증가로 인해 LED 소자의 광도와 효율이 감소하게 된다. 즉 LED 소자의 상대적 상대 광도 감소는 LED 소자 자체의 송신 전력의 감쇄를 의미 하고, 수신 측에서 수신되는 광도의 감소를 의미한 다. 이러한 특징은 전체적인 LED-ID 시스템의 QoS 저하를 가져오게 된다. 이를 해결하기 위해, LED 발열 온도에 따라 선택적 변조 및 부호화 기법을 적용하여 QoS를 보장하는 방법을 연구하였다.

    이 논문의 구성은 다음과 같다. 제 Ⅱ장에서는 LED-ID 시스템에 대해서 설명하고, 제 Ⅲ장에서는 LED 온도에 따른 성능 특성에 대해서 설명하였다. 제 Ⅳ장에서는 LED의 발열 온도 특성에 따른 선택 적 변조 및 부호화 기법에 대해서 소개하고 Ⅴ장에 서는 시뮬레이션의 결과를 통한 성능을 분석하고 마지막으로 Ⅵ장에서는 본 논문의 결론으로 구성 되었다.

    Ⅱ. LED-ID 시스템

    1. LED-ID

    LED-ID 기술은 LED(Light Emitting Diode) 광원 을 이용하여 Tag 정보를 송수신하는 새로운 LED광 원 기반의 ID 기술로 정의될 수 있다. LED-ID 기술 은 차세대 조명으로 각광을 받고 있는 LED를 사용 하여, 조명 기능 이외에 추가적으로 ID정보의 전달 기능을 부여한 새로운 광-무선 기술로서 LED광원 이 존재하는 어느 장소에서나 원하는 ID정보를 획 득할 수 있는 신개념 ID 네트워크이다. 기존 조명인 프라를 그대로 사용하기 때문에 장소와 고객에 맞 추어 다양한 서비스를 제공할 수 있는 유비쿼터스 네트워크구현에 적합하다 [3-10]. 이러한 LED-ID 기 술은 가시광 이외에 적외선이나 자외선과 같은 다 양한 LED로부터 발생되는 광원을 이용할 수 있는 개념이지만, 일반적으로는 인간 눈에 인지되는 가 시광의 활용빈도가 가장 높다고 할 수 있으므로, 전 송되는 가시광 데이터의 전송가능범위를 직접 인지 할 수 있고, 전자파가 나오지 않아 인체에 무해한 친환경 기술이라고 할 수 있다. LED-ID 시스템의 Reader와 Tag는 Illumination Terminal과 Mobile Terminal로 구성되어 있다. Illumination terminal은 조명 인프라와 연결이 가능할 뿐만 아니라 기존의 네트워크와 연동됨으로써 이종 네트워크에 대한 연 결이 용이하다.

    LED-ID 시스템을 설계함에 있어서 다음과 같은 특징을 고려해야 한다. 무선 광통신은 매우 높은 주 파수로 인하여 경제적인 코히런트 시스템을 설계하 는 것이 어렵다. 이러한 문제점으로 인하여 광원의 세기변조(Intensity Modulation : IM) 방식과 광검출 다이오드(Photodiode : PD)를 이용한 광원의 세기 직접 검출(Direct Detection : DD) 방식으로 신호를 변복조한다. IM/DD 방식은 논-코히런트 시스템으로 서 유선 광통신 분야의 광원, 광 검출기, 변조기 등 의 세부 기술들이 사용되고 있어 경제적이고 안정 적인 시스템 구성이 가능하다[1,2,10].

    <그림 1>에서 LED-ID 시스템의 전체 구조도를 나타내었다. LED-ID 다운링크 시스템에서 Reader와 Tag는 LED조명광원을 이용하여 정보를 송수신한 다. 송신기는 정보신호를 전기신호에서 광신호로 변환하여 송신하게 되며 수신기에서는 PD를 통하 여 정보가 실린 광원을 수신하여 전기신호로 변환 하는 직접 변복조 방식을 사용하게 된다. LED에서 전기적 신호를 빛의 신호로 바꾸는 데에 걸리는 속 도가 약 30ns에서 250ns 인데, 이렇게 빠른 on-off 스위칭을 통해 데이터 변조를 통한 데이터통신이 가능하다. 송수신기 간의 채널은 Air surface가 되며 신호원은 가시광원을 이용하게 된다.

    조명등에 사용되는 백색 LED는 3가지 색상 RGB(Red, Green, Blue)소자의 광원을 혼합하여 조명 광원을 생성한다. 3가지 색상소자를 가지고 있는 3 chip LED는 개별적으로 다양한 혼합비율을 가지고 있으며, 개별 색상 소자인 R, G, B 소자들의 혼합비 율을 조절하여 다양한 색상의 광원을 발생시킬 수 있다. 이러한 혼합비율에 따라 개별 색상 소자들은 서로 다른 신호전력을 가지게 되고, 서로 다른 BER 특성을 가지게 된다. 또한 데이터를 각각의 소자로 송신하는 병렬 전송 시스템의 경우 각 채널 별로 서로 다른 성능을 가지게 된다[2].

    2. LED-ID 채널

    본 절에서는 LED-ID 시스템을 위한 Optical Wireless Channel 모델을 분석한다. 실내 환경에서 LED-ID 시스템은 LED 광원과 실내 공간에 위치하 는 광 수신기로 구성되어 있다. 송신기와 수신기 사 이의 채널은 LOS(Line of Sight) 채널과 NLOS(None Line of Sight) 채널 그리고 다른 광원들로부터 들어 오는 배경잡음으로 구성된다. 다른 광원들로부터 들어오는 배경잡음은 백색 가우시안 노이즈 모델로 가정한다. 벽면에서 반사되어 들어오는 반사광원은 Lambertian 복사강도패턴으로 모델링한다[3,4,10]. LED-ID 채널은 백색 가우시안 노이즈(AWGN) 모델 이라 할 수 있다. 수신기에서는 협대역 광학 필터를 사용한다. 광 채널에서의 전송 품질은 shot noise에 영향을 받는다. 시스템에서 주변 광원으로부터 들 어오는 shot noise로 인한 영향은 가우시안 노이즈 프로세스로서 무시할 수 있다. 이러한 이유로 인해 수신된 신호는 다음과 같이 표현된다.

    R ( t ) = γ S ( t ) * G ( t ) + N
    (1)

    R(t) 는 수신된 신호를 의미하고, S(t) 는 전송된 광 펄스 신호를 나타낸 것이고, N 은 AWGN을 나타 내고, ∗은 길쌈부호이며, γ은 광학/전기 (O/E) 변 환 효율값을 의미한다.

    송신기의 위치는 S = (rs, ns, n) (위치벡터 rs, 방 향벡터 ns, 복사로브(radiation lobe)의 모드 수 n) D = { r D ,   n D ^ ,   A D ,   F O V } (위치벡터 rD, 방향벡터 n D ^ , 수신면적 AD, Field of View(FOV)) 로 표현한다. 반 사면을 가진 실내 환경에서 채널 임펄스 응답은 다 음 식과 같이 나타낼 수 있다.

    G ( t ; S , D ) = ∑ k = 0 ∞ G ( k ) ( t ; S , D )
    (2)

    여기서 G(k)(t) 는 k번 반사되어 들어오는 신호의 임펄스 응답을 나타낸다. LOS 신호를 고려한 채널 임펄스 응답의 고차항(High-order terms)은 다음과 같이 표현된다.

    G ( t ; S , D ) = ∫ ​ G ( 0 ) ( t ; S , { r , n ^ , π 2 , d r 2 }   * G ( k − 1 ) ( t ; { r , n ^ , 1 } , D )
    (3)

    여기서 r은 모든 반사면 S상에 있는 위치벡터를 나타낸다. n ^ 은 반사면 S에 있는 위치 r에서의 단 위법선 벡터를 나타내며, dr2은 반사면의 위치 r에 서의 미분면소이다[3-10].

    Ⅲ. LED 온도에 따른 성능 특성

    다양한 분야에서 응용되는 LED의 수명은 사용전 류와 발광파장 그리고 방열성 등의 요인에 의해 크 게 좌우 된다. 수명을 좌우하는 열화현상에는 LED 를 구동시킴으로써 발생하는 내부의 직접적인 요인 과 간접적으로는 재료물성과 기계적 요소에 의해 열화를 일으키는 요인이 있고 다른 요인으로는 패 키지와 모듈의 외부에 의한 환경요소가 작용한다. LED조명은 입력전력 대비 광 출력 약 15~20%이며 나머지 에너지는 열로 변환되어 열에 의한 특성이 매우 빠르게 변화한다. 칩 자체의 발열에 의해서 광 출력이 떨어지게 되고 모듈 및 패키지 된 형태에서 는 열화정도가 다양한 형태로 일어난다. LED를 통 해서 가시광을 발생시키는 LED-ID 시스템에서 오 랜 시간 LED를 이용하여 조명 및 통신을 사용할 경우, 소자의 온도가 올라가서 효율이 저하되는 문 제가 발생한다. LED 소자는 발열 온도(Junction temperature)에 따라 LED 소자의 광도(Intensity)가 달라지는데, LED 소자의 사용 시간의 증가로 인해 발열 온도가 증가하고, 이러한 발열 온도의 증가로 인해 LED 소자의 광도는 감소하게 된다. 예를 들 어, 적색(red) LED의 경우 발열 온도가 60°에서 100°로 증가하는 경우, 그 상대 광도(Relative intensity)는 대략 87%에서 65%로 감소하게 된다. 여 기서, 상대 광도는 적색 LED의 경우 T1온도가 137K일 때의 광도를 기준으로 발열 온도의 광도의 상대 값을 의미한다. 녹색(green) 및 청색(blue) 소자 역시 발열 온도의 증가로 인해 그 상대 광도가 감 소하게 된다. 즉, LED 소자의 상대 광도 감소는 LED 소자 자체의 송신 전력의 감쇄를 의미하고, 수 신측에서 수신되는 광도의 감소를 또한 의미 한다.

    <그림 2> 에서 나타난 바와 같이, 가시광 통신 시스템에서 사용되는 LED 소자들의 사용 시간의 증가로 인해 해당 소자들의 발열 온도가 증가함을 확인 할 수 있다[11]. 이러한 발열 온도의 증가로 인해 해당 소자들의 송신 전력이 감쇄되어 수신측 에 서의 수신 전력, 즉 수신 광도의 감쇄를 야기하 여 전체적인 가시광 통신 시스템의 QoS 저하를 가 져오게 된다.

    <그림 2>에 도시된 LED 소자의 발열 온도와 상 대 광도의 그래프를 이용하면 LED 소자의 발열 온 도에 따른 광도를 알 수가 있고, 이러한 값을 <표 1>에 도시된 바와 같이 광도 테이블로 나타내었다. 광도 테이블은 ‘LED 종류’와 ‘발열 온도'가 쌍을 이 루어 상대 광도가 매핑 된다. 가로 필드는 발열 온 도를 나타내고, 세로 필드는 LED 종류를 나타낸다. <표 1>을 참조하면, 동일한 LED에 대해 발열 온도 에 따라 상대 광도가 변하는 것을 확인 할 수 있다.

    이처럼 LED의 발열 온도 변화와 그에 따른 광도 변화로 인해서 LED의 송수신 전력 감소가 발생됨 을 알 수 있고, 이로 인한 전체 시스템의 성능 저하 를 확인 할 수 있다[11].

    Ⅳ. 온도에 따른 제안된 LED-ID 선택적 변조 및 부호화 기법

    <그림 3>은 제안하는 시스템의 선택적 변조 및 부호화 기법에 대한 순서도가 된다. 순서도의 구성 은 다음과 같다.

    1. LED 송신 장치에서 광신호를 송신 할 때 발생 하는 발열 온도를 송신부에 설치되어 있는 온도센 서에 의해서 LED 소자의 발열을 측정하게 된다.

    2. 온도센서에 의해 측정된 발열온도를 <표 1>에 매핑하여 임계치 범위 이내인지 판단을 하게 된다.

    3. LED의 발열온도가 임계치 이내면 성능 손실 없이 사용자에게 QoS를 만족시키면서 데이터 수신 이 가능하지만 임계치를 초과하게 되는 경우 성능 손실이 발생하게 되어 사용자에게 QoS를 만족시키 지 못하게 되는 경우가 발생하게 된다. <그림 2>와 <표 1>에 매핑하여 정확한 손실율을 파악한 후 그 에 따른 변조 기법과 채널 부호화율을 결정 할 수 있도록 하여 성능 향상 및 사용자에게 QoS를 만족 시킬 수 있도록 한다.

    4. 임계치를 초과하게 된 송신 LED는 광신호를 수신단에서 수신 광도 및 광전 효율을 측정한다.

    5. 손실 되는 파워 및 성능에 따라 변조 기법 및 채널 부호화율을 결정하여 수신단에서 송신단으로 피드백을 해준다.

    6. 피드백 받은 송신단에서 LED의 발열온도에 맞게 변조 기법 및 채널 부호화율을 변경하여 수신 단으로 데이터 전송을 하게 된다.

    위와 같은 과정을 적용하여 LED를 지속적으로 사용하는 실내에서는 발열에 의한 성능 손실을 제 안하는 선택적 변조 및 부호화를 통해서 보상하며, 사용자에게 만족하는 QoS를 제공할 수 있다. 이러 한 결과 값은 다음 Ⅴ장에서 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인 할 수 있다.

    또한 제안하는 시스템 구조는 다음 <그림 4>와 같이 구성된다.

    기존의 LED-ID시스템 구조와 비슷하나 첫 번째 변조 부분에서 제안 시스템은 선택적 변조 및 부호 화를 하게 되어 시간 및 상황에 따른 LED의 상태 를 수신단에서 피드백을 받아 변조 및 부호화율을 선택하게 된다. 그에 따라서 발열로 인한 에너지 손 실을 최소화하게 되며, 사용자에게 만족하는 QoS를 제공할 수 있어 기존의 LED-ID시스템에서 장시간 을 사용하게 되어 발생하는 문제점을 해결 할 수 있다.

    Ⅴ. 시뮬레이션 파라미터 및 결과

    <표 2>는 측정 매개 변수를 나타낸 것이다. 광원 에 관한 변조 기법은 IM-DD 기법을 사용하고 정형 파에 관한 변조 기법은 제안된 시스템에서 선택적 변조 및 부호화를 하기 위해서 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 과 컨벌루션 부호화를 사용하였으 며, 부호화율은 변조 기법과 마찬가지로 1/3, 1/2, 2/3, 3/4로 다양하게 변경하여 선택이 가능할 수 있 도록 하였다. 또한 잡음 모델은 실내에서 LED-ID 통신 시스템을 사용하기 때문에 AWGN 모델을 사 용하였으며 통신 거리는 1m가 된다.

    <그림 5>와 <그림 6>은 발열 온도가 378(K)에서 298(K) 변화할 때 LED-ID 시스템의 스루풋 결과를 나타낸 측정한 것이다. 발열온도에 따른 상대적인 광도는 [12]의 논문의 데이터를 사용하였다. 측정 결과에 따르면, LED-ID 시스템 스루풋은 LED의 발 열 상태와 변조 기법과 부호화율에 따라서 달라진 다는 것을 알 수 있다. 기존의 시스템 같은 경우 LED의 발열 상태에 따라 변조 기법과 부호화율이 고정이 되어 있어 발열 상태에 따른 임계치를 넘어 설 때 마다 성능이 저하되고 있는 것을 보여주고 있다. 그래서 기존 시스템은 LED의 발열 상태에 따 라서 사용자가 만족할 수 있는 QoS를 제공할 수 없 는 문제점이 발생한다.

    하지만 제안 시스템은 LED의 발열 상태에 따라 변조 및 부호화율을 가변적으로 선택하여 LED 발 열에 따른 성능 저하 및 전력 손실을 선택적인 변 조와 부호화율을 통해서 보상해줄 수 있으며, 그에 따라서 기존 시스템과 비교했을 때 제안하는 LED-ID 시스템 스루풋도 향상되고 사용자가 만족 할 수 있는 QoS를 제공할 수 있다.

    결론적으로, 제안하는 LED-ID 시스템은 가변적 인 변조 및 부호화율의 선택에 의해 LED의 발열로 발생하는 성능 저하를 보상하고 보다 나은 QoS를 제공할 수 있다.

    Ⅵ. 결 과

    본 논문에서는 LED-ID 시스템에서 LED의 발열 온도 특성에 따른 QoS 향상 방법에 대해서 연구하 였다. LED 소자의 사용 시간에 따른 발열로 인한 성능 저하 및 송수신 신호의 전력 감쇄로 인하여 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 선택적 변조 및 부호화 기법을 제안하였다.

    측정 결과에서 알 수 있듯이, 기존의 고정적 변 조 및 부호화를 통한 전송 시스템보다 LED의 발열 온도 특성에 따라서 각각 다른 변조 및 부호화 기 법을 선택적으로 적용함으로써 성능이 향상 되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 제안 기법을 통해 LED 소 자들의 발열 온도의 증가로 인한 시스템 성능 저하 가 보상되어 향상된 QoS를 제공할 수 있다.

    Figure

    KITS-12-1-66_F1.gif

    LED-ID system structure

    KITS-12-1-66_F2.gif

    The performance changes by LED temperature

    KITS-12-1-66_F3.gif

    Modulation and coding selection scheme flow chart

    KITS-12-1-66_F4.gif

    Structure of transmitter and receiver of LED-ID with Modulation and Coding Selection scheme

    KITS-12-1-66_F5.gif

    Throughput performance of the LED-ID system when heatsink temperature is changed from 378(K) to 298(K) (SNR : -15 dB)

    KITS-12-1-66_F6.gif

    Throughput performance of the LED-ID system when heatsink temperature is changed from 378(K) to 298(K) (SNR : -20 dB)

    Table

    The LED junction temperature - luminous intensity table

    Simulation parameter

    Reference

    1. T.G. Kang, T.W. Kim, M.A. Chung, S.W. Sohn, “The Convergence Technology of LED Illumination and Visible Light Communications”, Electronic communication trend analysis vol. 23, pp.32-39, 2010. (강태규, 김태완, 정명애, 손승원, “LED 조 명과 가시광 무선통신의 융합 기술 동향 분석”, 전자 통신 동향 분석 제23권 제5호 통권 113호, pp.32-39,2010)
    2. Y.Tanaka, T.Komine, S.Haruyama, M. Nakagawa, “Indoor visible light data transmission system utilizing white LED lights”, IEICE TRANS. COMMUN, vol. E86B, no.8, pp.2440-2454, 2003.
    3. Jae Hyuck Choi, Jin Young Kim, “Performance of LED-ID System for Home Networking Applicaion”, The Institute of Webcasting, Internet and Telecommunication, vol. 10, pp.169-176, 2010 (최재혁, 김 진영, “홈 네트워킹을 위한 LED-ID 시스템 성능 분석”, 한국인터넷방송통신학회 논 문지 제10 권, 제4호 pp.169-176, 2010)
    4. Jae Hyuck Choi, Yoon-Hyun Kim, Jin Young Kim, “Performance Analysis of LED-ID Communication Systems In an Indoor Environment”, Korea ITS, vol. 9, pp.43-51, 2010. (최재혁, 김윤현, 김진영, “실내 환경에서의 LED-ID 통신 시스템의 성능 분석”, 한국 ITS학회논문지 제9권, 제4호 pp.43-51, 2010.)
    5. N. Cvijetic, Stephen G. Wilson, R. Zarubica, “Performance Evaluation of a Novel Converged Architecture for Digital-Video Transmission Over Optical Wireless Channels”, Journal Of Lightwave Technology, vol. 25, no. 11, pp.3366- 3373, Nov. 2007
    6. J.S. Cha, J.Y. Kim, Y.M. Jang, J.T. Kim, K.G. Lee, K.H. Moon, “A Study of applying Method of Unipolar-ZCD Spreading Code for LED-ID in Interference Environment”, The Institute of Webcasting, Internet and Telecommunication, vol. 10, pp.275-280, 2010. (차재상, 김진영, 장영민, 김종태, 이경근, 문경환, “LED-ID용 간섭채널환 경하에서의 단극형 ZCD 확산코드 적용 기법에 관한 연구”, 한국인터넷 방송통신학회 논문지 제10권 제6호, pp.275-280, 2010.)
    7. In Hwan Park, Yoon Hyun Kim, Jaesang Cha, Kyesan Lee, Yeong Min Jang and Jin Young Kim, “Scalable optical relay for LED-ID systems”, 2010 International Conference on Information and Communication Technology Convergence (ICTC), pp.415-420, 2010.
    8. Yoon Hyun Kim, In Hwan Park, Jin Young Kim, “Transceiver Characteristics and Additional Data Transmission Scheme for LED-ID Systems”, 2011 International Conference on Information Science and Applications (ICISA), pp.1-8, 2011.
    9. Uddin, M.S., Aktar, N., Jae Sang Cha and Yeong Min Jang, “Path mapping and control of mobile cleaning robot using LED-ID network”, 2011 Third International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), pp.123-126, 2011.
    10. K.J. Lee, D.H. Cha, S.H. Hwang, K.S. Lee, "Study on Scalable Video Coding Signals Transmission Scheme using LED-ID System" The Korean Institute of Communications and Information Sciences, vol. 36, pp.10, 2011. (이규 진, 차동호, 황선하, 이계산, "LED-ID 시스 템을 이용한 SVC 신호의 전송 기법에 관한연구" 한 국통신학회논문지 '11-10 Vol.36 No.10)
    11. Miran B¨urmen, Franjo Pernušš and Bošštjan Likar, "TOPICAL REVIEW LED light sources: "a survey of quality-affecting factors and method for their assessment", Meas. Sci. Technol. pp.19. 2008.
    12. H.K. Lee, D.H. Lee, Y.M Song, Y.T. Lee, J.S. Yu, "Thermal measurements and analysis of AlGaInP/GaInP MQW red LEDs with different chip sizes and substrate thicknesses" Solid-State Electronics vol. 56 pp. 79–84, 2011

    저자소개

    • 이 규 진 (Kyu-Jin Lee)
    • 2005년 : 경희대학교 전자공학과 공학사 (전자공학전공)
    • 2007년 : 경희대학교 전파통신공학과 공학석사 (전파통신공학전공)
    • 2011년 : 경희대학교 전자·전파공학과 공학박사 (전자·전파공학전공)
    • 2011년 ~ : 경희대학교 전자·전파공학과 학술연구교수

    • 서 효 덕 (Hyo-Duck Seo)
    • 2011년 : 경희대학교 전자공학과 공학사 (전자공학전공)
    • 2011년 ~ 2013년 : 경희대학교 전자·전파공학과 공학석사 (전자·전파공학전공)
    • 2013년 ~ : 경희대학교 전자·전파공학과 박사과정 (전자·전파공학전공)

    • 한 두 희 (Doo-Hee Han)
    • 2011년 : 경기대학교 전자공학과 공학사 (전자공학전공)
    • 2011년 ~ 2013년 : 경희대학교 전자·전파공학과 공학석사 (전자·전파공학전공)
    • 2013년 ~ : 경희대학교 전자·전파공학과 박사과정 (전자·전파공학전공)

    • 이 계 산 (Kye-san Lee)
    • 2002년 : 게이오대학교 전자공학과 공학박사 (정보통신(무선통신)전공)
    • 2002년 ~ 2003년 : 일본 KDDI 연구원
    • 2003년 ~ 2003년 : 일본 게이오대학 교수
    • 2003년 ~ : 경희대학교 전파공학과 교수

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