Signal

Line Code NRZ-OOK Data rate 10 kbps Period of 1bit 100 μs

LED

Voltage level

Distance

Ground height

Lens

표 5.1 실험 조건표(단일 LED)

본 논문에서 제안하는 단일LED 송신기 이용한 가시광통신의 실험을 위해서 표 5.1과 같이 실험 조건을 설정하였다. FPGA보드에서 생성되는 신호의 Line code 방식은 NRZ-OOK를 사용하였다. 주파수는 10 kHz이고 한 비트당 주기는 100 이고 전압레벨은 LVTTL레벨이다. 송·수신단말기 사이의 거리는 2 m로 하여 실험을 진행하였다.

5.1.1 송신단말기

다음은 TX-Basys2보드에서 출력되는 신호를 Agilent사의 DSO-X 2012A모델로 측정한 파형이다.

100us

Switch Measurement waveform

A

B

C

D

E

F

clock

그림 5.1 FPGA 출력신호

그림 5.1은 TX-Basys2보드의 스위치 A, B, C, D, E, F에 따라 각기 다른 비동 기 시리얼 통신인 UART포맷이 출력되고 있음을 확인 할 수 있다. 각각의 비트 순서대로 시작비트 ‘0’ 데이터 비트 8비트, 정지 비트 ‘1’을 나타낸다. 데이

A 2V/div 100us/div

3.47V 3.27V

-230mV

100us

그림 5.3. 송신 신호 파형 (단일LED)

사용하는 신호는 수신측에서 수신 받은 신호는 오른쪽 시프트로 입력을 받고 본래의 신호를 찾을 수 있는 방식으로 신호를 보낸다. 그림 5.1 ‘clock’은 송신 기로 사용된 디지털보드의 클록파형을 보여준다. 클록주파수는 10 kHz이고, 한 비트당 주기는 100 이다.

Comparator [ TTL comparator ]

UART

TX-BASYS2

파워 LED UART

CLCD

트랜지스터포토 driver

[common-base]

UART UART

RX-BASYS2 ( LVTTL )

CLCD driver

[ MOSFET ] UART ( LVTTL)

A

B C D

그림 5.2 단일LED 실험 블럭 다이어그램

그림 5.3 (a)는 그림 5.2 ‘A’지점을 나타낸다. 그림 5.3 (a)는 TX-Basys2보드 에서 스위치 ‘A’를 동작 시켰을 때 출력되는 메시지 신호를 측정한 파형이다.

이 신호는 LED 구동회로에서 증폭되어 LED에서 전기적신호를 변조하여 광신호 로 메시지를 송신하게 된다.

5.1.2 수신단말기

100mV/div 100us/div

161mV 241mV

80mV

1V/div 100us/div

1.17V 831mV

-343mV

1V/div 100us/div

2.56V 2.45V

-80mV

(a)

(b)

(c)

그림 5.4 수신 신호파형 (단일LED)

그림 5.4 (a)는 그림5.2의 ‘B’지점을 측정한 그림이다. 그림 5.4 (a)는 송신 단말기와 수신단말기의 사이거리 2 m 되는 지점에서 검출기에서 검출된 신호를 전압으로 변환한 파형을 보여준다. 그림 5.4 (b)는 그림 5.2의‘C’지점을 측정한 그림이다. 그림 5.4 (b)는 10 kbps의 데이터 율을 지원할 수 있는 범용 BJT를 사용하여 증폭된 신호이다. 그림 5.4 (c)는 그림 5.2의 ‘D’지점을 측정한 그림 으로 그림 5.4 (c)는 증폭된 신호를 수신단말기의 입력전압인 LVTTL레벨로 변환 을 위한 비교기를 거친 신호이다. 그 후,수신 디지털 모듈로 입력되어 신호가

Data Message

01000001

01000010

01000110

01000100

01000101

0100110

11111111 or 00000000

그림 5.5 송·수신 메시지

그림 5.5는 송·수신단말기 CLCD에 표시되는 메시지이다. 송신단말기에 있는 스위치가 off되어 있을 때는 standby 상태이기 때문에 ‘Traffic Signal’이 송·수신 단말기에 달려있는 CLCD에 표시되고 스위치 중 특정 스위치가 on 상태 일 때는 그에 대응하는 특정 신호가 송·수신단말기에 전달되어 그림 5.5와 같은 메시지가 송·수신 단말기에 나타난다.

5.1.3 결과

(a) (b)

그림 5.6 송·수신단말기 (단일LED-0.1 m)

그림 5.6은 단일광원을 이용한 실험의 측정 과정을 보여주고 있다. 광소자와 광검출기의 거리는 0.1 m이다. 그림 5.6 (a)에서 스위치 ‘A’를 작동시키면 하단의 CLCD에 메시지 식별자 ‘A’에 해당하는 선택된 메시지‘Accident Ahead’이 나타난다. 그림 5.6 (a)의 송신 단말기에서, 메시지의 ASCII 코드는 LVTTL 표준전압 레벨로 출력되고, 백색 LED를 구동하도록 MOSFET 증폭기를 사용한다. 광학적으로 변조된 메시지는 VLC 링크를 통해 광수신기로 전송 된다.

광수신기의 광검출기에서 광변조된 메시지 신호가 검출되면, 이를 전압으로 변환한 후 신호의 증폭, LVTTL 레벨로 변환하여 수신단말기로 입력한 후, 원본 메시지를 복원하게 된다. 수신단말기 모듈은 CLCD에 복원된 메시지를 보여준다.

그림 5.6 (b)에서 하단의 CLCD에 ‘Accident Ahead’은 전송된 메시지로부터 복구된 메시지이다. 이와 같이 스위치 A, B, D, C, D, E, F를 사용하여 간단한 조작으로 가시광 링크를 이용하여 메시지를 전달, 복원 할 수 있음을 확인하였 다.