Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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LED Dimming Control Using Manchester-Code Duty Factor And Spike Detection in Visible Light Communication

가시광통신에서 맨체스터코드 듀티율과 스파이크 검출을 이용한 LED 조명제어

  • Lee, Seong-Ho (Dept. of Electronics and IT Media Engineering, Seoul National University of Science and Technology)
  • Received : 2019.05.05
  • Accepted : 2019.06.25
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

Visible light communication (VLC) performs illumination and communication simultaneously, thus it is important to prevent the flicker due to the optical power variation during data transmission and at the same time to have dimming control capability. In this paper, we used Manchester code for flicker-prevention and dimming control. In the transmitter, the duty factor of the Manchester code was used for controlling the LED illumination. In the receiver, the edge-spike signals of an RC-high pass filter were used for recovering the Manchester code while preventing the adjacent noise light. In experiments, the LED light was kept flicker-free and the average optical power was controlled in the range of 8~68 % of the continuous wave (CW) LED light by changing the duty factor of the Manchester code.

가시광통신은 조명과 통신을 동시에 수행하므로, 데이터 전송과정에서 광전력의 변동으로 인하여 발생하는 플리커를 방지함과 동시에 조명제어 기능을 갖추는 것이 중요하다. 본 논문에서는 플리커를 방지하고 조명제어를 위하여 맨체스터코드를 사용하였다. 송신부에서는 맨체스터코드의 듀티율을 사용하여 LED의 조명을 제어하였고, 수신부에서는 RC-고역통과필터의 가장자리 스파이크 신호를 사용하여 인접된 잡음광을 차단하고 맨체스터코드를 복구하였다. 실험에서 LED 빛은 플리커가 없는 상태를 유지하였고, 맨체스터코드의 듀티율을 변경함으로써 평균 광전력을 CW LED 광의 약 8~68 % 의 범위에서 제어하였다.

Keywords

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Fig. 1. Manchester code generation. (a) Sync pulse, (b) NRZ input data, (c) Manchester code. 그림 1. 맨체스터코드 생성. (a) 동기펄스, (b) NRZ 입력 데이터, (c) 맨체스터코드

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Fig. 2. Average optical power versus duty factor. 그림 2. 평균 광전력과 듀티율의 관계

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Fig. 3. Configuration of the VLC transmitter. 그림 3. 가시광 송신부의 구성

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Fig. 4. Observed waveforms in the transmitter. (a) sync pulse, (b) NRZ input data, (c), (d), and (e) Manchester codes with the duty factor of D=10%, 50%, and 90%, respectively. 그림 4. 송신부 관측파형. (a) 동기펄스, (b) NRZ 입력데이터, (c), (d), (e) 각각 D=10%, 50%, 90% 맨체스터 코드

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Fig. 5. Data recovery process from the edge-spikes. (a) Photodiode voltage, (b) Edge-spikes, (c) The regenerated Manchester code, (d) The recovered NRZ code. 그림 5. 스파이크로부터 데이터 복구과정. (a) 포토다이오드 전압, (b) 스파이크신호, (c) 재생된 맨체스터코드, (d) 복구된 NRZ 데이터

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Fig. 6. Simulation of an RC-HPF. (a) input voltage, (b) output voltage. 그림 6. RC-HPF의 시뮬레이션 (a)입력전압, (b) 출력전압

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Fig. 7. Configuration of the VLC receiver. 그림 7. 가시광 수신부의 구성도

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Fig. 8. Observed waveforms in the receiver. (a) sync pulse, (b) PD voltage, (c) RC-HPF output (±spikes). 그림 8. 수신부 관측파형.(a) 동기펄스, (b) PD 전압, (c) RC-HPF 출력 (± 스파이크 신호)

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Fig. 9. Observed waveforms in the receiver. (a) RC- HPF output, (b) positive spikes, (c) the inverted negative spikes, (d) the regenerated Manchester code. 그림 9. 수신부 관측파형 (a) RC-HPF 출력, (b) 양 스파이크신호, (c) 반전된 음 스파이크신호, (d) 재생된 맨체스터 코드

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Fig. 10. Observed waveforms in the receiver. (a) sync pulse, (b) the regenerated Manchester code, (c) the recovered NRZ code. 그림 10. 수신부 관측파형. (a) 동기펄스, (b) 재생된 맨체스터코드, (c) 복구된 NRZ코드

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Fig. 11. Configuration of the sync pulse generator. 그림 11. 동기펄스 생성장치의 구성도

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Fig. 12. Sync pulse generation. (a) Voltage of the diode bridge, (b) 120 Hz pulse, (c) 720 Hz sync pulse. 그림 12. 동기펄스 생성. (a) 다이오드브리지 전압, (b) 120 Hz 펄스, (c) 720 Hz 동기펄스

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Fig. 13. Observed waveforms in the receiver. (a) PD voltage, (b) spikes signal, (c) the regenerated Manchester codes, (d) the recovered NRZ data. 그림 13. 수신부 관측파형. (a) PD 전압, (b) 스파이크 신호, (c) 재생된 맨체스터코드, (d) 복구된 NRZ데이터.

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Fig. 14. Characters displayed on a monitor. 그림 14. 모니터에 나타난 문자열

References

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