[논문 리뷰] Localisation, Communication and Networking with VLC: Challenges and Opportunities

Rong Zhang|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 06.

Optical Wireless Communication Technologies참고 문헌 186인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 가시광통신(VLC) 기술에 대한 종합적인 개요를 제공하며, 위치 지정, 통신 및 네트워킹과의 통합에 중점을 둔다. 고속 데이터 전송, 센티미터 수준의 정밀 위치 지정, 확장 가능한 네트워크 아키텍처 분야에서의 최근 발전을 검토하면서도, 핵심 기술적 과제를 규명하고 5G 및 그 이상의 애플리케이션을 위한 향후 연구 방향을 제시한다.

ABSTRACT

The forthcoming Fifth Generation (5G) era raises the expectation for ubiquitous wireless connectivity to enhance human experiences in information and knowledge sharing as well as in entertainment and social interactions. The promising Visible Light Communications (VLC) lies in the intersection field of optical and wireless communications, where substantial amount of new knowledge has been generated by multi-faceted investigations ranging from the understanding of optical communications and signal processing techniques to the development of disruptive networking solutions and to the exploitation of joint localisation and communications. Building on these new understandings and exciting developments, this paper provides an overview on the three inter-linked research strands of VLC, namely localisation, communications and networking. Advanced recent research activities are comprehensively reviewed and intriguing future research directions are actively discussed, along with the identifications of a range of challenges, both for enhancing the established applications and for stimulating the emerging applications.

연구 동기 및 목표

• 위치 지정, 통신 및 네트워킹이라는 상호연결된 세 영역에서의 VLC 연구 최신 동향을 통합하고 분석하기 위해.
• 실제 5G 및 그 이상의 환경에서 VLC의 구현을 저해하는 핵심 기술적 과제를 규명하기 위해.
• 차량 통신, D2D 및 수중 통신 분야에서의 VLC 신규 응용 가능성을 탐색하기 위해.
• LED 기반 시스템에서 조명 기능과 통신 기능 간의 상호보완적 관계를 부각하기 위해.
• 차세대 무선 연결성 및 위치 지정 시스템을 위한 VLC 활용을 고려한 향후 연구 방향을 제시하기 위해.

제안 방법

• 링크 수준 성능, 정밀 위치 지정 및 네트워크 확장성에 중점을 둔 VLC 분야의 최근 문헌 및 기술 발전에 대한 체계적 검토.
• 모odulation 방식 및 다중 사용자 검출 방법을 포함한 VLC를 위한 신호 처리 기법 분석.
• VLC 기반 시스템을 위한 네트워크 아키텍처 및 교차 계층 설계 원칙 평가.
• LED 송신기와 광다이오드 수신기를 사용한 통합 위치 지정 및 통신 시스템에 대한 조사.
• VLC 시스템에서의 다중 경로 효과, 이동성 및 하드웨어 제약과 같은 실용적 손상 요인 분석.
• 유럽 연합 H2020, VLCC, OMEGA 및 전 세계 주요 연구 센터의 주요 연구 이니셔티브에서 도출된 연구 트렌드 통합 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고속 데이터 전송에서 VLC의 현재 성능 한계와 기술적 구현 요소는 무엇인가?
• RQ2 특히 3차원 환경에서 VLC 기반 실내 위치 지정의 정확성과 신뢰성은 어느 정도까지 가능할 수 있는가?
• RQ3 점 대 점 링크에서 다중 노드 네트워킹으로의 VLC 확장 과정에서의 핵심 과제는 무엇인가?
• RQ4 VLC는 향후 5G 및 후속 5G 네트워크에 어떻게 통합되어 RF 기반 시스템을 보완할 수 있는가?
• RQ5 기존 실내 통신 외의 분야에서 VLC의 가장 유망한 신규 응용 분야는 무엇인가?

주요 결과

• 고도의 모듈레이션 및 신호 처리 기법을 활용하여 실험실 환경에서 VLC가 다기가비트/초(Gbps) 수준의 데이터 전송 속도를 달성하였다.
• 실내 환경에서 LED 기반 위치 지정 시스템을 통해 밀리미터 수준 이하의 정밀도로 위치 지정 정확도가 입증되었다.
• 동시 데이터 전송과 고정밀 위치 지정이 가능한 통합 위치 지정 및 통신 시스템이 개발되었다.
• 광범위한 LED 조명 인프라의 구축은 비용 효율적인 VLC 네트워크 구축을 위한 탄탄한 기반을 제공한다.
• 이동성 지원, 간섭 관리 및 비선형성, 대역폭 제약과 같은 하드웨어 제약 등 여전히 해결이 필요한 과제가 존재한다.
• VLC는 EU H2020를 포함한 5G 연구 프레임워크에 적극적으로 통합되고 있으며, 차량 통신, D2D 및 수중 통신 응용 분야에서의 활용이 탐색되고 있다.