1. 서 론

가시 광 통신은 사람 눈에 관측되는 380~750 nm 파장인 가시 광 영역 스펙트럼에 있는 신호를 광 캐리어의 변조로 사용하는 통신기법으로, 조명과 데이터 통신을 동시에 할 수 있는 새로운 광과 무선 혼합 영역의 통신 기술이다. 5G, 사물인터넷(IoT) 네트워크와 연계될 단말기는 가시 광과 무선 통신이 융합되는 기술을 채택하는 형태로 진화 될 가능성이 크다. 가시 광 통신이외에도 광 캐리어를 사용하는 광무선 통신 (optical wireless communication, OWC) 기법으로 무선 적외선 (wireless infrared communication, WIRC), 무선 자외선(wireless ultraviolet communication, WUVC), 광학카메라통신 (optical camera communication, OCC), 광 와이파이 개념의 라이파이 (LiFi) 등 다양한 연구가 활발히 진행 중이다⁽¹⁾.

스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 공장 등의 4차 산업혁명 시대의 예상되는 스마트 시티 실내 서비스⁽²⁾들은 나은 서비스 품질 진화를 위해 종래 단순 무선통신 기법이 채택된 서비스 대신 가시 광 통신 (VLC), 또는 가시 광과 무선 융합의 하이브리드 통신 기법 적용을 고려하는 중인데, 스마트 시티 서비스가 구현될 때 신호의 가시 특성으로 서비스 신호들의 보안성과 안정성을 보유하는 장점을 가진다⁽³⁾. 그림 1에 4차 산업 혁명 시대에서 기술 진화가 예상되는 다양한 가시 광 통신 기반의 다양한 스마트 시티 실내 서비스들을 나타냈다.

가시 광 통신과 무선 통신 기술은 상호 보완적 관점에서 보면 무선인 와이파이 (WiFi)는 인터넷의 주요 수단인데, 와이파이 스펙트럼 부족과 폭발적 무선통신 요구 증대로 더 새로운 기술이 필요하게 되어 와이파이를 보조하는 목적으로 스펙트럼 영역이 매우 큰 가시 광 통신에 관심을 가지게 된 것이다⁽⁴⁾. 그런데 무선 통신 성능에 비교되는 가시 광 통신 시스템 성능을 얻으려면 먼저 가시 광 채널의 통신 링크 분석과 보상기법을 통한 성능 개선이 매우 중요하다. 성능 개선을 위해 광 채널에 의한 수신신호 왜곡문제를 분석하고 극복하는 기법 연구가 반드시 필요하며, 나은 스마트 시티 서비스 실현을 위해서도 가시 광 채널 보상기법 등의 관련연구가 활발히 진행되어야 한다.

가시 광 채널 특성은 이전 연구⁽⁵⁾에서 얻은 분석된 결과를 보면 실외, 실내, 지하, 수중 등의 통신 환경 형태에 크게 좌우되고, 다양한 기하학적 형태를 가진 집, 사무실, 공장 등의 내부 구조에 따라 다양한 채널 특성을 가지며 송수신기 위치와 상호 방향, 신호 반사에 좌우되어 다른 가시 광 채널 특성이 된다. 만일 실내 채널 특성에 적합한 가시 광 통신 기법을 실외, 지하, 수중 환경에 사용하면 당연히 비효율적 성능이 된다. 하지만 무선 채널 특성과 다르게 가시 광 채널은 다중경로 페이딩이 심각하지 않은데, 이는 가시 광 수신기의 광다이오드 직경이 광 파장의 수백 배 크기가 되므로 자연적으로 공간 다이버시티 효과가 포함된 수신이기 때문이다. 송수신기 위치 변동으로 생기는 캐리어 주파수 변동의 도플러 효과도 매우 작다. 하지만 다중경로 산란은 매우 큰데, 이로 인한 수신신호의 심벌 간 간섭 왜곡이 생긴다. 가시 광 송신기와 가시 광 수신기사이의 광 채널을 지나는 신호들은 실내 무선 채널 특성과 유사하게 통신 거리의 대략 수 배 제곱에 역 비례해 전력이 감쇠되는 경로 손실, 신호의 다중 경로 산란, 인접된 가시 광 송신기로 인한 조도 간섭 등의 가시 광 채널 특성을 경험하여, 이로 인해 가시 광 수신기의 광다이오드 출력에서 획득한 가시 광 신호들은 다양한 신호 왜곡을 가진다. 스마트 시티 실내 서비스를 위한 가시 광 통신 채널 특성도 실내 무선 채널과 유사한 평탄 페이딩 특성, 즉 경로 시간 차이가 근사적으로 영 값인 페이딩 특성이지만, 채널의 신호 왜곡에 큰 영향을 주지 못하며, 신호 전달은 우세한 주경로 신호 전달과 미세한 반사로 인한 수많은 다중경로 신호들로 구성이 된다. 그래서 스마트 시티 실내 서비스를 위한 가시 광 통신 기법의 성능 저하는 주로 가시 직접 경로 신호의 경로 손실 왜곡에 크게 좌우된다⁽⁶⁾.

그림. 1. 4차 산업혁명 시대에 예상되는 가시 광 통신 기반의 다양한 스마트시티 서비스들의 예.

Fig. 1. Various examples of the expectable smart city services based on the VL communication in the fourth industry evolution age.

이 논문에서는 가시 광 채널 특성으로 인한 수신신호 왜곡 문제, 즉 직간접 경로 수신 신호의 심각한 전력 감쇠, 다중산란, 간섭 문제 등을 극복하고 보상하는 방법론을 도출하기 위해 이전 연구⁽⁷⁾ 결과를 확장하고, 사전에 미리 측정된 광 채널 특성인 경로손실과 다중산란, 인접채널 간섭 등의 수신신호 왜곡을 보상하는 기법인 채널보상지도 개념과 최적 광역 송수신기 회로를 제안하여 보상기반의 광역 가시 광 통신 기법을 새로 제안한다. 또한 제안된 방법론으로 종래 가시 광 통신 기법의 광역 통신 적용에서 생기는 신호 감쇠에 대한 극복을 검증하기 위한 성능분석 실험이 실제 환경에서 수행된다.

지금까지 종래 가시 광 통신 기반의 스마트 시티 서비스 실현에서 광 채널 특성으로 인한 성능 저하 문제를 언급하였고, 2장에서는 채널 보상지도 구축을 통한 경로손실과 다중산란, 인접채널 간섭 등으로 인한 신호 왜곡을 보상하는 새로운 광역 가시 광 통신 기법을 제안하고, 제안한 기법의 시스템 설계, 송수신기 회로 설계 구현에 관해 3장에서 다루고, 4장에서 제안 기법을 구현한 테스트 베드를 사용한 광역 가시 광 통신 필드 실험과 성능 분석을 설명하고, 5장에서 결론을 말한다.

2. 광역 가시 광 통신 기법

2.1 채널보상지도 기반 가시 광 통신 방법론

더 나은 성능의 스마트 홈, 스마트 빌딩 등의 스마트 시티 서비스 실현을 위해 여기서는 그림 2의 서비스 개념과 같이 광역 가시 광 통신 방법론 기반의 스마트 시티 실내 서비스를 제안한다. 구체적으로 그림 2의 가시 광 채널 환경에서 광역 가시 광 통신으로 인해 생기는 수신신호의 왜곡 문제, 자세히 보면 가시 광 송신기로부터 멀리 떨어져 있는 가시 광 수신기의 광다이오드에서 획득한 수신신호들이 광역 가시 광 채널 특성 등으로 인한 수신신호 왜곡을 보상하여 문제를 극복하기 위해 사전에 확보한 채널의 경로손실과 다중산란, 인접채널 간섭 정도를 기록한 보상 지도를 사용해 왜곡된 수신신호를 1차 보상하고 기존 가시 광 통신의 트랜시버를 개선한 광역 송수신기 트랜시버 회로를 설계 구현하여 2차 보상을 통해 왜곡문제를 극복하는 개념을 제안한다. 여기서 그림 2의 환경에서 주변 조도가 갑자기 높거나 지역적 조도 변화가 실시간일 경우 고려하지 않습니다.

그림. 2. 광역 가시 광 통신 방법론에 기초 한 스마트 시티 실내 서비스 개념 예.

Fig. 2. Example for smart city indoor service based on wide access VL communication methodology.

그림 2의 개념에서 가시 광 송신기로부터 멀리 떨어져 있는 가시 광 채널 안의 가시 광 수신기의 광다이오드 출력 지점에서 최적의 신호 대 잡음비 상태로 신호를 수신하는 성공적인 광역 가시 광 통신을 얻기 위해서, 종래 가시 광 통신 기법의 광역 통신 적용으로 생기는 문제인 수신신호 왜곡들을 1차 보상지도 사용과 2차 광역 송수신기 회로를 사용해 해결하는 광역 가시 광 통신 기법을 제안한다. 이에 대한 방법론의 체계적 설명은 다음과 같다.

● 예비 단계: 광역 가시 광 통신 사전 채널보상 지도 구축

스마트 시티 실내 서비스를 위한 광역 통신의 영역은 먼저 여러 개의 3차원 가시 광 채널 또는 가시 광 채널 셀 영역으로 구성이 되는데, 각 3차원 가시 광 채널 셀 영역들은 그림 2의 중앙에서 같이 가시 광 송신기로 한 개의 가시 광 채널 셀이 구축 된다. 가시 광 송신기가 조명과 동시에 데이터 전송 동작을 통해 가시 광 채널 셀 영역을 형성하면, 그림 2의 가운데 지도와 같이 가시 광 채널의 중심 축 상에 이전에 정한 수신기 지점에서 채널 중심축과 만나는 횡단 평면인 2차원의 가시 광 채널에 대한 채널보상 지도를 구축해 기록한다. 그러면 가시 광 수신기는 2차원 지도상에서 가시 광 수신 신호의 왜곡된 수신신호 값을 의미하는 가시 광 수신기의 광다이오드 출력 전압 값을 측정하고, 광역 가시 광 통신을 위해 필요한 보상 전압을 채널보상 지도에 기록한다. 다른 지점으로 이동, 동일한 작업을 반복하여 실측한 신호 보상 전압 값으로 전체 보상지도를 구축하면서 그림 3의 제안 방법론의 예비단계를 수행한다.

그림. 3. 제안한 광역 가시 광 통신 방법론의 신호 흐름과 실행 과정

Fig. 3. Signal flow and execution process of the proposed wide access VL communication methodology.

● 주 단계 1: 가시 광 채널 안의 광역 가시 광 송신

제안 방법론의 주 단계 1 과정으로 광역 가시 광 송신은 그림 2의 개념과 같이 다음과 같다. 채널보상 지도가 확보된 상황에서 가시 광 송신기는 변조된 데이터를 3차원 가시 광 채널 속으로, 예비단계에서 보상지도를 만들 때 사용된 지점도 포함된 3차원 가시 광 셀 영역으로 전송한다. 여기서 변조는 가시 광 통신에서 주로 사용되는 기법인 온오프키잉 (OOK)변조 기법을 사용하며, 선로 부호화 기법도 일반 엔알지 (NRZ) 방식을 사용한다. 변조된 신호는 람버틴 (Lambertain) 특성의 가시 광으로 변환되어 가시 광 채널 셀 영역에 도달한다. 3차원 가시 광 채널 속의 2차원 채널보상 지도 위의 가시 광 수신기로 전달될 변조 신호들은 가시 광 채널 안에서 주요 크기의 직접경로 신호와 미약한 크기의 많은 반사경로 신호들의 형태로 전송이 된다. 그런데 가시 광 채널 안의 광다이오드 직경이 광파장의 수백 배가 되어, 공간 다이버시티 효과가 생기므로 수신신호의 다중경로 페이딩으로 인한 왜곡은 심각하지 않다. 또한 송수신기 위치 변동으로 인한 도플러 효과도 매우 작지만, 다중경로 산란은 매우 크며, 통신 거리의 수 배 제곱에 역 비례하는 전력감소에 의한 심각한 경로 손실이 발생하므로, 이로 인한 신호 왜곡은 반드시 보상해야 된다⁽³⁾.

● 주 단계 2: 왜곡된 수신신호보상, 광역 가시 광 통신실현

가시 광 채널 안의 2차원 보상 지도 위에서 그림 2의 우측에 있는 광 수신기의 광다이오드로 획득한 왜곡된 수신 신호는 그림 3의 방법론에서 알 수 있듯이 이번 단계인 주 단계 2 과정에서 왜곡된 수신 신호의 보상을 통해 광역 가시 광 통신이 실현된다. 예비단계에서 확보한 채널보상 지도와 제안한 광역 가시 광 수신 회로로 왜곡된 신호들은 다음 단계와 같이 보상된다. 먼저 왜곡된 수신 신호들은 1차로 채널보상 지도와 비교단계를 거치는데, 수신된 신호가 보상지도에 기록된 보상 전압과 비교기 회로를 통한 비교로 보상이 필요하면 2차로 광역 가시 광 수신회로의 보상회로를 통한 조정으로 왜곡이 보상되고 이어서 비동기 OOK-NRZ 검파기를 통해 신호 복원이 수행한다. 만일 보상이 불필요하면 가시 광 수신기의 비동기 OOK-NRZ 검파기를 통해 신호가 그대로 복원된다. 채널보상 지도 기반 가시 광 통신 개념으로 제안된 광역 가시 광 통신 방법론의 신호 흐름과 실행 과정들은 구체적으로 그림 3의 방법론과 같이 체계적으로 정리된다.

3. 시스템 기능도와 핵심 기능 설계

새로운 가시 광 통신 기반 스마트 시티 실내 서비스 실현을 위해 그림 3의 신호흐름과 단계별 실행과정으로 시각화하여 제안한 보상지도 기반 광역 가시 광 통신 방법론에 따라 이 장에서는 광역 가시 광 통신 시스템을 설계하고 실제 핵심기능을 설계한다. 광역 통신 채널특성 등으로 왜곡된 수신신호 상태를 함축해 알 수 있는 광다이오드의 측정된 출력 전압 값과 사전 보상지도에 기록된 문턱 값 전압을 비교하고 이를 보상하는 핵심 회로를 제안한 광역 가시 광 수신기에 포함해 광역 가시 광 통신 시스템의 기능들을 그림 4의 시스템 기능도와 같이 설계하였다.

그림 4 시스템 기능도의 (a) 가시 광 송신기에 설계된 광역 가시 광 송신기의 기능을 세부적으로 보면 NRZ 선로 부호화 형식의 가시 광 데이터를 이진 디지털 데이터로 변환하는 선로 복호화 기능, 비캐리어 OOK 기법으로 변조를 하는 기능, 이어서 내장된 배열 LED 전류 구동 기능으로 배열 LED를 통해 OOK-NRZ 변환된 가시 광 데이터를 광역 가시 광 채널로 방출을 통해 전체적으로 가시 광 신호를 광역 전송하는 기능들이다. 방출된 가시 광 신호는 스마트 시티 실내 서비스에 따라 다양한 가시 광 송수신기의 위치들이 가능한데 주로 직접 또는 간접 가시경로로 신호 전달이 되며 광역 가시 광 채널 특성 등에 의한 신호 왜곡 등이 발생된다.

그림. 4. 제안한 보상지도기반 광역가시 광 통신 전체기능 도

Fig. 4. The overall function of the proposed wide access VL communication based on compensation map

그림 2의 광역 통신 방법론에 기초 한 스마트 시티 서비스 환경에서 가시 광 채널 안의 2차원 채널 보상지도 상에 얻은 가시 광 수신기의 광다이오드 출력은 광역 가시 광 채널 특성으로 심하게 왜곡된 신호들이다. 수신된 신호는 광역 가시 광 채널 특성으로 매우 왜곡되고 통신거리에 클 경우 매우 미약한 크기가 된다. 그림 4의 광역 가시 광 수신기의 핵심 기능은 채널 특성으로 왜곡되고 크기가 미약한 수신신호, 즉 채널 경로손실로 인해 왜곡된 수신신호를 증폭으로 왜곡을 보상하는 기능이다. 만일 근거리 가시 광 통신일 때 경로손실이 작아 증폭기능으로 신호가 포화 상태가 될 수 있다.

스마트 시티 서비스를 위한 최적 성능의 광역 가시 광 수신이 가능하려면 시스템 수신기는 일정한 범위의 통신 거리 변동이 생기면 즉 일정한 범위의 수신신호 왜곡이 발생하므로 가시 광 수신기의 비동기 검파기 이전에 지속적으로 이를 보상하는 수신 기능이 반드시 있어야 한다. 이 논문에서 보상 기능의 구현을 위해 1차로 그림 3방법론의 예비단계의 채널 보상지도를

그림. 5. 광역 가시 광 송신기에 대한 변조기, 전류 구동기, 배열 LED과 구동 회로 설계의 구체적인 예

Fig. 5. Implementation example for NRZ-OOK modulation, current driver, and LED array circuits of the proposed wide access VL transmitter.

이용하는 개념을 적용하고, 2차로 통신 거리의 일정 범위 변동으로 인한 제한된 수신신호 왜곡에 대한 보상을 위해 신호 증폭, 채널 보상지도의 최적 전압 값, 비교 회로 기능 등을 그림 4시스템의 (b) 가시 광 수신기 기능에 포함하였다.

그림 4 시스템 기능도의 (a) 광역 가시 광 송신기 기능에 있는 배열 LED 구동 회로의 구체적 설계는 그림 5에 상세히 나타냈다. 그림 5의 왼쪽 면 회로는 비 캐리어 OOK 변조 기법을 구현하기 위해 설계된 회로이며, 중앙부의 트랜지스터 회로들은 배열 LED 구동을 위한 전류 구동 회로로 설계된 것이다. 그림 5의 오른쪽 면의 백색 배열 LED 회로는 OOK-NRZ 변조된 가시 광 데이터를 람버틴 방출 형태로 채널에 방출하는 기능을 수행한다. 광역 가시 광 송신을 위해서는 특히 중앙 부 트랜지스터의 전류 증폭 또는 구동 기능 회로의 설계가 중요하다.

광역 채널 특성으로 인한 수신신호의 왜곡 문제를 극복하기 위해 제안된 그림 4시스템 기능도의 (b) 광역 가시 광 수신기능 중에서 신호 증폭, 보상지도, 비교 회로 등의 구체적 설계 예는 그림 6에 나타냈다. 그림 6에서 왼쪽 면의 회로는 광역 통신거리에 의한 신호 왜곡을 보상하는 지도 기능을 수행하는 회로 설계이며, 중앙부의 선형 증폭기는 미약하게 수신된 신호의 증폭을 위한 회로이다. 그림 6의 오른쪽 회로는 증폭된 신호와 보상지도 출력과 비교회로이다.

그림. 6. 광역 가시 광 수신기에 대한 신호 증폭, 보상지도, 비교 회로 설계의 구체적인 예

Fig. 6. Circuit example for comparison, signal enhancement, generation of threshold voltage, and path loss compensation for the proposed long-range VL receiver.

4. 구현, 실험과 성능분석

채널 보상지도 기반 광역 가시 광 통신 방법론 검증과 설계된 광역 가시 광 송수신 회로를 검증하기 위해 광역 가시 광 통신 테스트 베드를 구현 한 것을 그림 7에 나타냈다. 그림 4(a)의 광역 가시 광 송신기 핵심 기능은 그림 5와 같은 회로 설계로 구체화하고 그림 7의 좌측면에 가시 광 송신 테스트베드로 구현되었다. 또한 그림 4(b)의 광역 가시 광 수신기 핵심 기능 도는 그림 6과 같이 회로 설계로 구체화되어, 그림 7의 우측면에 가시 광 수신 테스트베드로 구현되었다. 두 대의 PC 시스템 제어기가 사용되어 가시 광 데이터 생성과 복원, 시스템 상태 표시를 알 수 있다.

그림. 7. 제안된 방법론에 따라 구현된 광역 가시 광 통신 테스트베드

Fig. 7. The implemented wide access VL communication test bed according to the proposed methodology

이 논문에서 제안한 광역 가시 광 통신 방법론의 검증, 설계된 광역 가시 광 통신 시스템 기능 도에 따라 구현한 광역 가시 광 송수신 회로 검증을 위해, 광역 가시 광 통신 실험을 그림 8에 보인 것 같이 대학교 공학관 3층에서 인접조명을 끈 상태로 시행하였다. 그림 8의 실험에서 광역 가시 광 송신은 복도 중앙에 위치하여 수행되고, 복도 끝 부근의 송신지점에서 1140cm 정도 멀리 떨어진 곳에서 가시 광 신호를 수신하는 중이다. 그림 8의 실험에 두 대의 PC 시스템 제어기가 사용되어 가시 광 데이터 생성과 복원, 시스템 상태 표시를 하였다.

그림. 8. 대학교 공학관 3층 복도에서 복도 조명을 소등한 상태에서 채널보상 지도 기반 광역 가시 광 통신 기법 검증을 위한 실험 광경이며, 좌측 아래 광경은 조명이 점등할 때 실험 광경.

Fig. 8. An experiment view of wide access VL communication along corridor of the third floor of university engineering building under turn off and turn on conditions of lights.

그림 8의 실험은 가시 광 송신기와 수신기사이에 통신 거리가 0에서 1140cm의 광역 범위에서 10cm 간격으로 증가시키면서 광역 가시 광 통신 실험이 진행되었다. 사용된 가시 광 통신의 데이터 형식은 일반 직렬 통신 RS232의 비동기 프레임이며 실험결과는 표 1에 나타냈다. 사용하는 LED 방사각은 $120^{\circ}$이다. 그림 9의 A지점만 영향이 있다.

그림. 9. 그림 7 광역 실험에서 다양한 광역 가시 광 수신 실험을 위해 대학교 공학관 3층 복도에 1140cm x 138 cm 크기의 가시 광 채널 안에서 표기한 가시 광 수신기의 수신 지점

Fig. 9. The receiving point of VL receiver for various VL receiving experiments at corridor of the third floor of engineering building inside VL channel (i.e., size of 1140 cm by 138 cm) under the test of Fig. 7

광역 가시 광 통신의 실제 환경 조건에서 얻은 표 1의 실험 결과로부터 다음을 관측할 수 있다. 광역 채널 특성으로 인한 신호왜곡 보상이 전혀 안 되는 종래 가시 광 통신 기법은 그림 8의 광역 가시 광 통신 실험에서 그림 9의 대부분 수신지점 (즉, B-F지점)에서 모두 가시 광 통신이 실패하는 결과를 보였고, 단 광역이 아닌 A지점에서만 가시 광 통신 실험시도의 31%만 성공하였다. A지점은 가시 광 송신기와 x축 상으로 77cm 거리로 이 결과를 보면 종래 가시 광 통신 기법으로 광역 통신에는 실패함을 알 수 있다. 예비단계에서 얻은 채널보상지도는 그림 9에 나타냈는데, 적색 수신영역의 보상전압은 Vth1 =1.875V, 파랑 수신영역의 보상전압은 Vth2 =0.5625V, 녹색 수신영역의 보상전압은 Vth3 =0.3125V 이다.

또한 표 1에서 다음을 알 수 있다. 그림 8의 실험 시작 전, 광역 가시 광 통신 기법은 사전에 확보한 채널보상 지도와 광역 가시 광 수신기를 사용해 광역 통신에서 발생할 광역 가시 광 채널 특성에 의한 심각한 왜곡에 대해 최적의 보상전압 값을 사용해 가시 광 수신 위치인 B, C, D, E, 또는 F지점, 즉 x축 상으로 152cm에서 1131cm까지 범위에서 성공적 가시 광 통신 결과를 얻을 수 있음을 보여준다. 표 1의 마지막 열에는 A, B, C 수신기 측정지점은 선형증폭기의 포화상태로 얻은 결과로 본래 가시 광 데이터가 아니다. 하지만, D 지점은 성공적인 광역 가시 광 통신 실험 결과임을 보여준다.

그림. 10. 그림 8실험에서 종래 가시 광 기법 (점선)과 제안한 광역 가시 광 통신 기법 (직선)을 사용할 때 통신 거리를 변경하면서 측정한 가시 광 수신기 출력.

Fig. 10. The output of VL receivers of the conventional technique (straight and dot line) and the proposed technique (straight line) with relevance to communication distance.

종래 기법과 이 논문에서 제안한 광역 가시 광 통신 기법의 구체적인 성능 비교 분석을 위해서 그림 8실험에서 통신거리를 변경하면서 두 가지 종래 가시 광 통신 기법과 제안한 광역 가시 광 통신 기법을 각각 사용할 때 가시 광 수신기 출력을 측정하여 결과를 그림 10에 비교해 보였다. 그림 10의 실험 결과에서 보면, 종래 가시 광 통신 기법을 통해 얻은 가시 광 수신기 출력 전압은 통신거리가 대략 110cm 거리까지는 2.5V 이상의 출력으로 성공적인 통신 결과를 얻는데, 이 결과는 표 1의 A지점에서 성공적인 수신결과인 점과도 일치된다. 계속 통신거리가 증가되어 210cm가 되면 수신기 출력이 영에 도달해 가시 광 신호가 심각하게 신호 왜곡이 됨을 알 수 있다. 한편 제안한 광역 가시 광 통신 기법으로 얻은 가시 광 수신기 출력은 보상을 통해 왜곡으로 감소하는 수신기 출력전압이 다시 c1, c2 지점에서 보상으로 증가되어 성공적인 가시 광 통신 결과가 됨을 알 수 있다. 이 결과는 사전 보상지도에 있는 최적 전압 설정과 광역 가시 광 수신 회로의 신호 보상으로 얻은 것이다. 보상을 통해 제안된 광역 가시 광 통신 기법은 1070cm 까지 성공적인 광역 통신 결과를 얻을 수 있었다.

그래서 종래 가시 광 통신 기법을 스마트 시티 서비스를 위한 광역 가시 광 통신에 적용할 경우, 채널 특성으로 인한 심각한 왜곡이 전혀 보상되지 않지만, 제안한 사전 보상지도와 개선된 송수신 회로 기반 광역 가시 광 통신 기법은 통신 거리가 넓게 필요한 스마트 시티 실내 서비스를 위한 광역 가시 광 통신 환경에서도 가시 광 채널 특성에 의한 왜곡이 잘 보상됨을 실험을 통해 알 수 있었다.

5. Conclusion

스마트 시티 서비스 실현을 위해 사용되는 광역 가시 광 통신 기법 중에서 종래 기법은 직접과 간접 가시 경로 신호의 심각한 경로손실, 다중산란, 인접채널 간섭 등의 가시 광 채널 특성으로 인한 수신 신호 왜곡으로 가시 광 통신의 성공적 결과를 얻을 수 없다. 실제 광역 가시 광 통신 실험에서 가시 광 채널로 인한 신호왜곡에 대한 보상 기능이 없는 종래 가시 광 통신 기법은 대부분의 광역 가시 광 통신 실험에서 통신 실패 결과를 보였고, 단지 가시 광 송신기부터 77cm 거리에서 수신한 경우 통신 실험시도의 31%만 성공하였다.

이 논문에서 제안한 광역 가시 광 통신 기법은 사전에 구축한 채널보상 지도를 사용해 채널 특성으로 인한 심각한 수신 신호 왜곡에 대해 최적의 보상전압 값을 사용해 152cm에서 1131cm까지의 광역 범위에서 광역 가시 광 통신 실험시도의 100% 성공 결과가 되는 것을 관측하였다.

종래 가시 광 통신 기법을 스마트 시티 실내 서비스를 위한 광역 가시 광 통신에 적용할 경우, 채널 특성에 의한 심각한 신호 왜곡으로 통신 시도가 실패하지만, 사전 보상지도와 광역 송수신 회로 기반 가시 광 통신 기법은 넓은 통신 거리의 스마트 시티 실내 서비스를 위한 광역 가시 광 통신에서 가시 광 채널 특성에 의한 신호 왜곡을 잘 보상됨을 성능분석을 통해 알 수 있었다.