KR100708218B1 - 자유 공간 광학 광대역 액세스 시스템 - Google Patents

Abstract

주사 자유 공간 광학 광대역 액세스 네트워크는 중앙 위치와 그 위치로부터 서빙되는 다수의 가입자들 사이의 고속 데이터 스트림을 운반하기 위해 레이저를 사용한다. 고속 디지털 데이터는 양방향으로 레이저를 변조하여 가상 MAN이 생성되도록 한다. 수십명의 가입자들이 수백 Mbps의 이용가능한 대역폭을 갖는 단일 가상 파이프를 공유한다. 중앙 허브(hub)에서 빔 주사 기술들은, 단일 레이저 및 광학 어셈블리가 많은 가입자들을 서빙하는 것을 허용한다.

무선 광대역 액세스, 업스트림, 다운스트림, 빔 확장기, 허브

Description

자유 공간 광학 광대역 액세스 시스템{Free space optical broadband access system}

도 1은 허브, 탑, 및 가입자들간의 관계를 도시한 시스템도.

도 2a 및 2b는 중앙 허브의 기술적 상세들을 도시한 블록도.

도 3은 가입자 국의 기술적 상세들을 도시한 블록도.

도 4는 OLST의 제어를 예시하는 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 탑 2 : 허브

21,22,23,24,25,43,44 : 가입자 국

201 내지 208 : 섹터 유닛 210 : 제어/라우터 로직

212 : 레이저 213 : 빔 확장기

214 : 빔 스플리터 216,218 : 미러

219 : 렌즈 시스템 220 : 광 다이오드

관련된 출원
본 출원은 본 출원의 발명자들에 의해 1999년 1월 19일자로 출원된 가출원 번호 제 60/116,378호의 우선권을 청구한다.

기술 분야
본 발명은 광대역 자유 공간 광학 통신 시스템에 관한 것이다.

현재, 가정 또는 사업장에서의 멀티-메가비트(multi-megabit) 통신에 대한 수요가 상당히 빠르게 증가하고 있다. 이 고 대역폭은 컴퓨터 액세스, 웹 서핑(web surfing), 멀티미디어, 음성(voice), 전자우편, 및 비디오 애플리케이션들을 지원하는데 필요하다. 불행히도, DSL(비대칭, 대칭, 및 속도 적응을 포함하는 디지털 가입자 회선(Digital Subscriber Line)), 케이블 모뎀, 무선 광대역, 위성, 및 가입자에의 파이버의 일반적인 광대역 액세스 네트워크 전송 기술들 모두 그러한 전개(deployment)를 제한하는 문제들을 겪는다. DSL은 땅에서 구리를 재사용해 설치가 빠르고 저렴하지만, 이는 루프 특성과 관련된 기술 제한들을 겪어, 수 Mbps로 제한된다. 이들이 빠르고 저렴한 전개를 제공하더라도, 규제와 스펙트럼 할당 문제들이 무선 광대역 네트워크를 제한한다. 파이버 및 위성 전개는 대역폭은 풍부하지만, 엄청나게 고가이다. 사용자는 현재 큰 기업 인트라넷 시설에서 향유되는 것과 동일한 품질, 신뢰도, 및 액세스 속도를 어디에서라도 항상 이용할 수 있을 것으로 예상한다.

결과적으로, 포인트 투 포인트 지상 마이크로파 시스템이 때때로 사용된다. 이러한 서비스에서, 안테나는 서비스를 요구하는 가입자를 막힘 없이(line of sight) 액세스할 수 있는 높은 탑 위에 설치된다. 그러한 안테나 하나는 각각의 그러한 가입자에게 제공된다. 가입자의 안테나 및 탑에 설치된 안테나들은 각각이 다른 곳을 향하도록 정렬된다. 이런 시스템은 비싸다. 탑에 설치된 안테나는 각각의 가입자마다 필요하며, 시스템이 설치되면, 그 안테나를 가입자의 위치로 정렬할 필요가 있다. 더욱이, 시스템의 신뢰도는 각 안테나 및 그와 관련된 전자장치의 신뢰도에 의해 제한된다.

사용되고 있는 다른 시스템은 LMDS(Local Multi-Point Distribution System; 로컬 멀티 포인트 분배 시스템)이다. 이 시스템에서는, 중앙 전방향성 안테나가 복수의 가입자들을 서빙하며, 각 가입자는 중앙 안테나를 향하는 방향성 안테나를 갖는다. 이 배치의 단점은 가입자 모두 무선 스펙트럼의 단일 슬라이스를 공유해야 한다는 것이며, 무선 스펙트럼은 무선 신호가 넓게 방사되기 때문에, 개별적으로 인가되어야 한다.

본 발명에 따라서 상기 문제점이 해결되고 종래 기술의 교시에 비해 진보성이 이루어지며, 적절히 높은 플랫폼 위에 장착된 OLST(optical line-of-sight tranceiver)는 조종 가능한 변조된 레이저 빔을 그 OLST의 시야 내의 복수의 고객들 각각에 전송하는데 사용되며; OLST가 특정 고객을 향하게 되면, OLST는 그 고객으로부터의 신호를 수신하여 다른 통신 방향을 확립하고, 송신된 조종된 신호가 적절하게 수신되는지에 대한 피드백을 제공한다. 유리하게, 이러한 배치는 탑 영역에 설치될 필요가 있는 OLST의 수를 급격히 감소시키며, 포인트 투 포인트 분배 시스템에서 필요로 하는 탑에 설치된 OLST 각각을 수동으로 조종하는 설치 문제를 제거한다. OLST는 탑의 섹터로 불리는 각도 영역 내의 고객들을 서빙할 수 있다. 수십 명 내지 수백 명의 가입자들은 단일의 가상 파이프(탑의 하나의 섹터)를 공유하며, 섹터의 고객들이 공유해 수백 Mbps 대역폭을 이용할 수 있다.

하나의 바람직한 실시예에 따라, 몇몇 입체각(solid angle)의 그룹(방위각, 앙각), 섹터 OLST들이 탑 주위의 여러 가지 섹터들을 서빙하기 위해 탑 상에 설치된다. 출원인의 바람직한 실시예에서, 8개의 상이한 섹터들을 서빙하는 8개의 이러한 OLST의 그룹은 각 허브의 일부로서 설치된다. 유리하게, 이는 각 OLST가 조종되는데 필요한 각도를 제한한다.

출원인의 바람직한 실시예에 따라, 각 고객에게는 전체 반복 사이클 중 시간의 슬라이스(slice)가 제공된다. 이러한 시간 슬라이스 동안, 정보는 하나의 파장 다운스트림(downstream) 및 상이하고 넓게 이격된 파장 업스트림(upstream)을 사용하여 섹터 OLST 및 고객들 사이에서 교환된다. 출원인의 바람직한 실시예에서, 반복 사이클은 전형적으로 20 밀리초(milliseconds)이다. 할당된 시간의 슬라이스는 허브와 특정 고객 사이에서 전송될 데이터 양에 의존한다. 각각의 전체 시간 사이클 동안에 교환될 수 있는 데이터의 양은 동일한 시간 사이클 동안 서빙되는 다른 고객들의 수요, 및 시스템 요소의 전자적, 기계적 및 광학적 설계에 의해 제한된다. 유리하게, 사이클은 양방향으로 송신되는 정보의 대기 시간(latency)을 상호작용 서비스 및 음성 송신을 지원하는 양으로 제한한다.

출원인의 바람직한 실시예에 따라, 한 쌍의 광학 검류계, 또는 다른 빔 조종 장치는, 레이저들이 특정 OLST가 현재 통신하고 있는 단일 가입자를 향하고 그 단일 가입자로부터 수신되도록 송수신 미러의 각도를 제어하는데 사용된다. 대안적으로, 결정 기반 빔 편향기와 같은 다른 빔 조종 장치는 빔을 조종하는데 사용될 수 있다. 광학 검류계는 예컨대 제너럴 스캐닝 주식회사(General scanning Corporation) 및 캠브리지 사이언티픽 주식회사(Cambridge Scientific Corporation)에 의해 제조된다. 이러한 기술을 사용하면, 레이저 빔 및 수신 장치는 한 고객으로부터 다른 고객으로 신속하게 이동될 수 있으며, 따라서, 레이저 빔을 이동시키기 위한 오버헤드를 최소화할 수 있다. 주사 시스템은, 2개의 이벤트(event) 중 하나가 발생하면 즉 두 방향 각각에 송신될 모든 데이터가 이미 송신되었거나 또는 고객에 대해 할당된 시간 슬라이스가 다 소모되었을 때, 빔을 다음 고객에게 이동시킨다. 시간 슬라이스의 크기는, 음성과 같은 중요한 서비스의 지연을 최소화하기 위하여 빔이 각 활성 가입자를, 20 밀리초와 같은 허용가능한 대기 시간을 제공하는데 요구되는 최대 간격 내에서 적어도 한번 방문한다는 것을 보증하도록 선택된다. 레이저를 구동하는 데이터 및 광학 어셈블리에 의해 수신된 데이터는 예컨대 라우터(router)와 같은 스위칭 장치로부터 수신되고, 그에게로 송신되어, 탑을 서로 그리고 원거리 시설과 연결시키는 광대역 백본 네트워크(backbone network)로부터 수신되고 광대역 백본 네트워크에 송신된다.

출원인의 바람직한 실시예에 따라, 전체 제어 유닛은 각 OLST 내의 로컬 제어 유닛들에게 어느 가입자들이 어느 OLST들로부터 제어되는지를 결정하라고 명령한다. 유리하게, 이는 2개의 섹터 중 어느 쪽에 의해서도 서빙될 수 있는 섹터 오버랩 영역 내의 가입자들을 덜 바쁜 섹터가 서빙할 수 있도록 하여, 시스템의 전체 용량이 증가한다.

각 가입자의 단말은 2개의 고정된 광학 어셈블리들로 구성되며, 이 둘은 설치시 중앙 허브와 신중하게 결합되어, 영구적으로 고정된다. 제 1 광학 어셈블리는 버스트내에서 업스트림 데이터에 의해 변조된 레이저이며, 허브의 스캐너가 가입자를 지적할 때 결과적으로 다운스트림 버스트와 일치하도록 시간이 신중히 조절된다. 다른 광학 어셈블리는 다운스트림 링크를 차단하는 렌즈 및 광학 수신기이다. 다운스트림 수신기로부터 수신되며 허브로 송신되는 데이터는 표준 로컬 영역 네트워크로 보내지고, 가입자 단말 및 사용자가 접속할 필요가 있는 여러 가지 장비를 백본 네트워크에 상호접속시켜, 허브와 다른 송신 및 스위칭 시스템들에 상호접속한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상이한 파장들이 다운스트림 및 업스트림 신호를 위해 사용되며; 유리하게, 이는 업스트림/다운스트림 누화(crosstalk)를 최소화한다.

가입자들은 고속 인터넷 액세스를 요구하며 이에 대한 대가를 기꺼이 지불한다. 광대역( 〉1 Mbps) 액세스 시스템의 전개는 우리가 바라는 것보다 더 느리다. 새로운 서비스들(예를 들어 원격 통신 및 웹 비디오)은 2-20 Mbps를 요구한다. 새로운 인터넷/인트라넷 백본들은 충분한 용량을 가지지만; 액세스는 병목이 된다. 현 세대의 개인용 컴퓨터들(PC들)은 인터넷 액세스 데이터를 10-100 Mbps에서 처리할 수 있다.

기존의 광대역 액세스 기술들에는 제한이 있다. 케이블 모뎀 전개는 주로 단방향 플랜트를 갱신하는 문제로 인해 느리다. DSL 전개는 루프 제한(qualification), CPE 이용가능성, 및 규제로 인해 느리다. SDV(스위치된 디지털 비디오)는 처음부터 실패작으로 나타난다. FTTX(기업, 장외 시장(curb), 가정, 서비스 영역 등에의 파이버)는 건설 공사 비용이 많이 든다.

광대역 무선, LMDS(Local Multi-point Distribution System; 로컬 멀티 포인트 분배 시스템), 및 MMDS(Multi-point Multi-gigabit Distribution System; 멀티 포인트 멀티 기가비트 분배 시스템)은 유망하기는 하나, 문제점이 약간 있다. 즉, 모든 시설에 FCC 스펙트럼 라이센스가 필요하며; 국제 라이센스는 전혀 이용할 수 없을 수 있고; 탑 건축은 종종 일반 국민의 반발(public backlash)을 야기하며; 가시선이 통상적으로 필요하고; 강우 페이딩(rain fading)은 .99999 서비스 신뢰도를 위해 대략 1.5 mi로 범위를 제한하며; 포인트 투 포인트 시스템은 설치 비용이 포인트 투 멀티 포인트의 약 2배가 되며; 포인트 투 멀티 포인트 시스템은 용량, 신뢰도, 및 프라이버시 염려의 문제가 있다.

그러므로, 단점들(스펙트럼 라이센스, 용량, 신뢰도, 및 프라이버시에 대한 공유 매체 제한) 없이 광대역 무선의 대부분의 이점들(신속한 설치, 스케일러블한 용량, 거의 세계적인 액세스 등)을 갖는 광대역 액세스 네트워크가 필요하다.

자유 공간 광학 시스템은 이러한 문제의 대부분을 해결한다. 그 토폴로지(topology)는 포인트 투 멀티 포인트의 마이크로파 무선 전달 LMDS 서비스와 동일하다. 즉, 이는 중앙 허브(많은 섹터들을 갖는) 및 각 가입자에 설치된 안테나와 같은 요소를 갖는다. 이 시스템은 마이크로파 무선 대신, 자유 공간 광학 링크들 및 레이저들을 사용한다. 광학 빔 주사(scanning) 기술은 허브에서 빔을 한 사용자로부터 다음 사용자에게 신속하게 이동시키는데 사용되며, 임의의 수의 가상 포인트 투 포인트 링크가 형성된다. 적외광의 2개의 상이한 파장은 업스트림 및 다운스트림 방향에 대해 사용된다. 바람직한 실시예에서, 적외선 1310 나노미터(nanometer)는 업스트림 방향에 대해 사용되며, 1550 나노미터는 다운스트림 방향에 대해 사용된다. 각 허브는 8개의 섹터들(오버랩되는)까지 가질 수 있다. 각 섹터는 각 방향에 대해서 155의 비트레이트 또는 622Mbps를 가진다. 각 허브는 약 2mi.(약 3KM)의 반경을 가지며, 최대 약 10,000 가구에 서비스를 제공한다. 적당한 서비스 수신 레이트, 및 듀티 사이클(duty cycle)을 가정하면, 각 활성 주택 가입자는 5Mbps의 평균 지속가능한 양 방향 데이터 레이트 및 100 Mbps까지의 피크 레이트를 갖는다. 기업 설치의 경우에는 45 Mbps까지의 평균 레이트, 622Mbps의 피크가 이용가능하다. 전형적인 대기 시간은 100ms보다 작다(최선의 경우에는 약 10ms, 최악의 경우에는 약 300ms). 이 시스템은 .99999의 신뢰도가 가능하다. 사용자의 관점에서, 시스템은 IP 프로토콜, 에지 라우터, 및 백본에의 OC-3 또는 OC-12 링크를 사용하는 큰 스위치된 이더넷 허브처럼 보인다. 설치 시간은 전형적으로 대략 가입자당 1시간이다(DBS(Direct Broadcast Satellite; 직접 방송 위성), 위성방송 수신용 안테나(satellite dish)와 유사한).

설치 과정은 아주 단순하다. 자유 공간 광학 광대역 액세스 네트워크를 설치 및 정렬하는 것은 두 단계의 시퀀스를 포함한다.

첫째로, 경식 빌딩이나 탑 위의, 관심 있는 가입자 집단의 시야를 방해하지 않는(unobstructed views) 중앙 허브의 사이트를 선택한다. 신뢰할 수 있는 전원, 번개 방지, 및 백본 피더 링크(backbone feeder link)들을 제공하는 중앙 허브를 설치한다.

가입자 단말을 설치하기 위해서는, 현장 담당자(field representative)는 위치를 조사하여 단말을 탑재할 장소와 사용할 중앙 허브 및 섹터를 결정한다. 차동 GPS(글로벌 위치 결정 시스템; Global Positioning System)를 이용하는 랩탑(laptop)은 무선 모뎀을 통해 중앙 OAM&P(Operation, Administration, Maintenance and Provisioning; 운영, 관리, 유지 및 설비)국의 지리적 위치를 제공한다. 가입자 단말의 옥외 유닛은 단단하게 탑재되며, 허브에 대해 "열린 시계(bore-sighted)"를 갖는다.

전형적으로, 허브와 가입자 단말의 정렬은 약 1도의 공차를 갖는다. 그 후, 케이블이 쳐지고, 실내 유닛이 설치된다. 가입자의 PC상에서 응용 소프트웨어가 시작된다. 설치자는 OAM&P 국에 전화를 걸어 이 가입자에 대한 최적의 중앙 허브를 식별한다. 그 다음, 설치자는 중앙 허브가 가입자의 위치를 계산하도록 명령해, 정확한 주사 각도로 빔을 향하게 하여, 새로운 가입자를 주사 리스트에 추가한다. 허브는 빔을 가입자의 단말의 개략적인 위치로 이동시키며, 미세한 조정(tuning)을 하여 최적인 주사 각도를 정하고 그것을 저장한다. 비트 에러율 테스트는 두 링크 방향에서 수행되며, 필요하다면 가입자 단말 정렬은 미세하게 조정된다. 인터넷 주소들은 갱신되며, 과금(billing)이 시작되고, 설치가 완료된다.

시스템의 신뢰도를 향상시키기 위하여, 그러한 제 1 허브의 상단에 제 2 중앙 허브가 위치될 수 있다. 8개의 섹터 시스템의 경우에, 제 2 중앙 허브는 최선의 리던던시(redundancy)를 제공하기 위하여 제 1 허브로부터 22.5도만큼 오프셋될 수 있다. 제 2 허브는, 양쪽 모두의 허브가 동작 중일 때 시스템의 용량을 증가시킬 수 있거나 또는 제 1 허브가 고장일 때 절반 용량의 시스템을 제공할 수 있다. 부가적으로, 만일 제 1 허브의 한 섹터가 고장이라면, 22.5도의 오프셋 때문에 제 2 허브의 2개의 세그먼트가 인계할 수 있다.

부가적으로, 탑의 상단에서 또 다른 허브가 탑간의 통신을 위해 사용될 수 있으며, 따라서 탑에의 광섬유 접속의 필요성을 제거할 수 있다; 그러므로, 상호 연결된 탑들은 네트워크를 형성하며, 만일 통상적으로 트래픽을 수신하는 탑이 고장났다면, 트래픽이 대안적으로 다른 탑으로 라우터될 수 있다. 결국, 허브들간의 필요한 횟수만 홉한 후에, 트래픽은 고속 데이터 백본에 직접 접속된 위치에 있는 허브로 넘어간다.

요약하면, 자유 공간 광학 광대역 네트워크는 다른 광대역 액세스 구조들에 대한 유일한 대안을 제공한다. 이는 마이크로파 무선 네트워크의 동시 서비스와, 비용면에서의 많은 이점을 가지며, 스펙트럼 라이센스와 공유된 매체 효과와 관련되는 단점은 갖지 않는다. 서비스들은 웹 액세스, 재택 근무, VPN, 주문형 비디오, 및 전화를 포함한다. 주택 모드에서는 대부분의 타입의 DSL을 초과한 처리량을 가지며, 및 기업 모델에서는 DS 3 용량을 가진다. "pay as you grow" 전개를 허용하는 몇 개의 완만한 성장 시나리오가 있다. .99999 유효성을 유지하는 여분의 장비를 부가하는 것은 간단하다. 가입자당 비용은 LMDS(RF 스펙트럼 라이센스를 구입할 실질적인 비용을 제외한)와 유사하며 DSL, HFC, SDB, 또는 FTTX 보다 적다. 시스템은 단순한 설치 절차를 가진다(적절한 손재주 있는 최종 사용자에 의해서도 설치될 수 있다).

이 모든 것은 첨부된 도면에 도시된다.

도 1은 자유 공간 광대역 광학 액세스 시스템을 설명하는 블록도이다. 기존의 워터 탑과 같은 탑(1)은 중앙 허브(2)를 탑재하는데 사용되는데, 허브는 다수의 잠재적인 가입자의 가시선 이내에 있도록, 충분히 높게 탑재된다. 허브는 이들 가입자들의 상이한 그룹들을 서빙하기 위한 복수의 섹터들을 갖는다. 가입자 국들(21,22,...,25)은 섹터 A에 있으며, 중앙 허브의 섹터 A의 OLST에 의해 통상적으로 제공된다. 가입자 국들(43,...,44)은 중앙 허브의 섹터 B의 OLST에 의해 통상적으로 제공된다.

도 2는 중앙 허브의 구조적 상세를 설명하는 블록도이다. 중앙 허브(2)는 8개의 섹터 유닛(201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 및 208)을 갖는다. 이들 유닛들 모두는 제어/라우터 로직(210)의 제어하에 있다. 제어/라우터 로직은 가입자와 교환되는 통신 신호들을 그러한 신호들의 분배를 위한 네트워크에 연결하기 위하여 백본 네트워크에 연결된다. 대안적인 구성에서, 제어/라우터 로직이 인트라-허브 트래픽을 제어하는 것도 가능하다. 또한, 섹터들 중 하나(201)가 상세하게 도시된다. 이 섹터는 섹터(201)의 동작을 제어하기 위하여 제어/라우터 로직의 제어하에서 동작하는 그 자신의 섹터 로직(211)을 갖는다. 허브 로직 유닛(210)은 프로토콜 검사 및 변환, 제어 기능, 및 OAM&P(운영, 관리, 유지 및 설비)를 수행한다; 섹터 로직(211)은 미러 제어, 레이저 전원 제어, 및 비트 에러율 계산들을 수행한다. 유지 제어는 각 섹터 로직 유닛(211)내에서, 또는 허브 로직 유닛(210)으로부터 또는 둘 모두에서 국부적으로 제공될 수 있다.

백본 네트워크로부터의 신호는 이 레이저의 출력을 변조하기 위하여 레이저(212)에 라우터된다. 출원인의 바람직한 실시예에서, 다운스트림 파장, 즉, 가입자에게 보내지는 광학 신호들의 파장은 1550 나노미터이다. 레이저(212)의 출력은 가입자에 의해 수신된 빔의 발산(divergence)을 감소시키고, 신호의 강수 봉쇄(precipitation blocking)로부터의 간섭을 감소시키며, 눈 안전성을 향상시키기 위해 광전력 밀도를 감소시키기 위하여 빔 확장기(213)에 의해 확장된다. 빔 확장기의 출력은 송신된(다운스트림) 빔이 통과하도록 허용하고, 또한 업스트림 빔이 광 다이오드(220)를 향하는 빔 스플리터(214)를 통하여 출력된다. 또한, 빔 스플리터(214)는 필터로서 역할을 하며, 업스트림 파장을 중심으로 하는 좁은 파장 대역을 선택한다. 이는 신호대 잡음비를 향상시키며, 종종 직접적인 일광으로부터 광 다이오드가 손상되는 것을 방지한다.

다운스트림 빔을 목표로 하는 시스템은 업스트림 빔을 선택하기 위한 시스템과 동일하고, 그 이유는 동일한 가시선 경로를 지나기 때문이다. 출력 빔 스플리터(214)는 미러(216)를 향하며, 제 1 검류계(115)에 의해 편향을 제공하도록 제어된다. 미러(216)의 출력은 제 2 검류계(217)에 의해 제어되는 미러(218)를 향하며 직각 편향을 제공한다. 이때 미러(218)의 출력은 현재 통신하고 있는 섹터 가입자를 향하는 다운스트림 빔이다. 업스트림 빔(실제 문제로는 매우 넓지만, 명료성을 위해 매우 좁은 빔으로 도시된)은 가입자 출력 빔(업스트림 빔)의 지향의 결과로서 미러(218)에 수신되며, 설치 동안에 수행된다. 미러(218)는 아주 크며 미러(216)와 매우 근접해 있으며, 따라서 빔은 미러(218) 위에 항상 존재한다. 업스트림 빔은 미러(218), 및 미러(216)에 의해 반사되며, 빔 스플리터(214)에 도달한다; 그곳에서, 업스트림 빔은 광 다이오드(220)에 빔을 지향하는 렌즈 시스템(219)으로 편향된다. 출원인의 바람직한 실시예에서 업스트림 빔은 1310 나노미터의 파장을 가지며, 다운스트림 빔의 신호로부터 우수하게 분리된다. 그 다음, 광 다이오드(220)의 출력은 섹터 로직을 경유하여 제어/라우터 로직에 전송되어, 백본 네트워크로 보내질 것이다. 탑이 빈번하게 또는 항상 바람이 부는 곳에 있는 상황인 경우, 제동-제어 기구가 정렬을 유지하는데 사용된다. 2가지 타입의 외란이 지향 정확성에 영향을 미친다. 하나는 탑에서의 바람 진동이다. 가속 센서는 빔 각도를 보상하기 위하여 허브 제어 로직(210)과 통합된다. 다른 하나의 외란은 고르지 않은 태양열에 의해 야기된 탑 편향이다. 각각의 섹터는 온도 센서(230)를 갖는다. 이들 센서들의 출력은 실제 수직 및 올바른 주사 각도로부터 탑의 편향을 추정하기 위하여 허브 제어 로직(210)으로 이용된다.

한 쌍의 허브는 서로의 위에 적층될 수 있으며 22.5 도로 오프셋된다. 각각의 허브는 가입자의 절반을 보통 서빙할 수 있다. 만일 허브들 중 하나에 고장이 생기면, 이때 다른 하나의 허브가 감소된 용량으로 모든 가입자들을 서빙한다. 그러나, 감소된 용량에서일지라도, 모든 통신이 여전히 처리될 수 있는 우수한 가능성이 존재한다. 허브를 22.5 도로 오프셋함으로써, 부가된 보호가 섹터들 중 하나가 고장일 경우에 제공될 수 있으며, 그 이유는 다른 하나의 허브로부터 두 개의 섹터들이 하나의 섹터(그들이 이미 조절된 트래픽에 부가하여)로부터의 트래픽을 인계할 수 있기 때문이다. 허브들은 파이버 광학 링크에 의해 또는 탑상에 트래픽 허브 중 하나의 일부로서, 또는 별도의 허브로서 백본 네트워크에 연결될 수 있다. 그 다음, 신호들은 탑들의 상호연결된 매쉬(mesh)를 통하여 백본 네트워크에 분배된다. 탑들 중 하나가 고장일 경우에, 다른 탑들로 송신하는 신호들은 매쉬 네트워크의 다른 탑들을 경우하여 재 라우트될 수 있다.

탑은 높은 안정성 또는 검출 및 보상된 움직임을 갖는다는 것이 중요하다. 움직임은 탑이 바람으로 움직이기 때문에 가속을 감지하거나 또는 여러 가지 링크의 비트 에러율을 추정하는 피드백 기술들을 이용함으로써 검출될 수 있다. 그러한 움직임이 검출될 때, 보상 효과가 편향 각도에 부가된다. 고객(다운스트림) 유닛들이 비트 에러율들을 측정하고 이들 에러율 업스트림을 보고하는 것은 바람직하다. 다운스트림 유닛에 의해 높게 검출된 에러율은 허브로부터의 송신 각도가 적어도 일시적으로 변경되어져야한다는 표시이다. 상이한 각도들은 가장 낮은 에러율을 찾기 위해 시도될 수 있고, 그 결과들은 내삽되거나 다른 목표지들에 대해 외삽될 수 있다. 또한, 광 다이오드(220)는 4분원 광 검출기로 대체될 수 있다. 이는 5개의 광 다이오드들의 조립이다; 중심에 하나, 및 그 주변에 대해 대칭적으로 배열된 4개. 만일 주변 광 다이오드상에 검출된 신호가 상승한다면, 빔 보정 신호가 그 빔을 다시 중심으로 위치하도록 스캔 각도들을 보정하는 섹터 로직(211)으로 보내진다.

도 3은 가입자 국의 구조적인 상세를 도시한다. 유닛(301)은 가입자 국의 실외 부분이다. 1550 나노미터의 파장으로 송신된 업스트림 신호는 필터(311)를 제일 먼저 통과하고, 그 다음, 핀홀(315)상에 초점을 맞추는 렌즈(313)가 광 다이오드 유닛(317)상에 신호의 에너지를 집중시킨다. 필터(311)는 단지 허브로부터 1550 나노미터 신호들을 통과시키며, 따라서 신호 대 잡음비를 증가시키며, 태양이 직접적으로 허브 뒤에 있을 때, 1년마다 이틀 중 수 분(minutes) 동안 광 다이오드의 용해를 방지한다. 광 다이오드의 출력은 송수신기 로직(341)을 공급하는 전치 증폭기(pre-amplifier, 프리 앰프)에 주어진다. 그 유닛은 선택적인 백-업 배터리(도시되지 않음)를 포함하는 전원 유닛(343)에 의해 전원 공급된다. 송수신기 로직은 전화 인터페이스, 전화에 연결되는 POTS(Plain Old Telephone Service) 인터페이스(345)와 연결되며; 텔레비전 세트에 연결되는 비디오 인터페이스(347)와 연결되며; 하나 이상의 개인용 컴퓨터(PCs)를 구동하기 위한 10/100 메가비트 이더넷 유닛(교차된 쌍)과 연결된다. 다른 방향에서, 송수신기 로직은 1310 나노미터 파장으로 동작하는 레이저(333)를 변조하는 드라이버(331)에 연결되며, 그 출력은 탑으로 되돌려 출력 빔을 송신하기 위하여 빔 확장기(335)에 주어진다. 빔 확장기는 강수량(precipitation)으로 야기되는 발산 열화를 감소시키며, 눈 안전성을 향상시킨다.

도 4는 허브의 섹터 제어 처리를 도시한다. 하나의 사이클이 시작한다(액션 블록 401). 이는 데이터의 지연시간을 제한하기 위하여 20 밀리초로 제한된 전체 사이클이다. 스캐너(scanner)는 초기에 처음 사용자에게 있다가 다음 사용자에게로 이동한다(액션 블록 403). 타이머는 리셋되며(액션 블록 404), 그리고 타이밍을 시작한다. 그 다음 허브는 프리앰블(preamble)(405)을 송신한다. 프리앰블의 수신에 응답하여, 사용자 단말은 동기화되며(액션 블록 407), 사용자 단말은 프리앰블의 수신을 통지한다(액션 블록 409). 그 다음, 병렬로, 허브가 다운스트림 데이터를 송신하며(액션 블록 411), 사용자는 업스트림 데이터를 송신한다(액션 블록 413). 주기적으로, 타이머는 시간 종료(time-out)인지를 알 수 있도록 점검된다(테스트 415). 만일 그렇지 않다면, 테스트(417)가 업스트림 및/또는 다운스트림 방향으로 송신될 더 많은 데이터가 이용가능한 지(데이터 대기 행렬이 비어 있지 않음)를 판단하는데 이용된다(테스트 417). 만일 더 이상 송신되고 이용가능한 데이터가 없다면(데이터 대기 행렬이 비어 있음), 액션 블록(419)으로 진입되며 다음 사용자가 선택된다. 이는 액션 블록(403)으로의 재진입을 야기시킨다. 만일 더 많은 데이터가 송신될 예정이라면, 이 데이터는 다음 시간 테스트(415)가 적용될 때 까지 송신된다. 만일 테스트(415)의 결과가 타이머가 시간 종료되었음을 표시한다면, 액션 블록(419)으로 진입하며, 액션 블록(403)으로 재진입한다.

부가적으로, 허브는 소정의 비활성 단말이 활성화되기를 원하는지를 판단하기 위하여 비활성 단말들을 주기적으로 점검한다. 허브는 특정 프리앰블을 비활성 단말에 보내고, 만일 비활성 단말이 활성화를 원한다면, 특정 통지를 되돌려 보낸다. 특정 통지에 응답하여, 현재 활성 단말이 활성 주사 리스트에 부가될 수 있으며, 다음 사이클로 방문될 수 있다. 실시간 세이브를 위하여, 유휴 단말의 일부분만이 각 사이클로 보내진다; 각각의 비어있는 단말이 초당 적어도 한번 보내지는한, 서비스 시간은 알맞게 유지된다.

전술한 설명은 출원인의 발명 중 일 실시예로 이루어진 것이다. 많은 다른 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 통상의 지식을 가진자에게는 명백할 것이다. 본 발명은 단지 첨부된 청구항들에 의해서만 한정된다.

본 발명은 빈틈없는 정렬로 탑 사이트에 탑재될 필요가 있는 다수의 OLST를 감소시키며, 포인트 투 포인트 분배 시스템에 필요로 되는 OLST 가 탑재된 각각의 탑을 수동으로 지향하는 설치 문제를 제거하는 효과를 갖는다.

Claims (34)

1. 자유 공간 광학 광대역 액세스 시스템에서, 소스 및 복수의 목적지들 사이의 통신을 위한 장치로서,

   상기 소스에서 레이저 빔을 상기 복수의 목적지들 각각으로 조종(steer)하기 위한 수단;

   상기 조종 수단에 연결되고, 상기 복수의 목적지들 각각으로부터 변조된 레이저 빔을 수신하기 위한 수단;

   통신 신호들을 통신 네트워크로부터 수신하고, 통신 신호들을 상기 통신 네트워크에 송신하기 위한 수단;

   상기 조종하기 위한 수단과, 통신 신호를 상기 통신 네트워크로부터 수신하기 위한 상기 수단에 연결되고, 상기 복수의 목적지들 각각으로 향하는 상기 조종된 레이저 빔을 상기 네트워크로부터 수신된 상기 신호들로 변조하기 위한 수단;

   통신 신호들을 상기 네트워크에 송신하기 위한 상기 수단에 연결되고, 상기 수신된 레이저 빔을 복조하여, 상기 수신된 신호를 상기 네트워크에 송신하기 위한 수단을 포함하며,

   상기 조종 수단은,

   한 사이클 동안, 상기 송신된 변조된 레이저 빔을 상기 복수의 목적지들 중 각각의 활성 목적지에 조종하기 위한 수단을 포함하고,

   상기 사이클은 통신을 위한 상기 장치 및 상기 복수의 활성 목적지들 각각의 사이에서 교환되는 데이터의 대기 시간(latency)의 허용가능한 상한에서 제한되는, 통신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 목적지들 각각에 목적지 장치를 더 포함하며, 상기 목적지 장치는,

   복수의 목적지들과 통신을 위한 상기 장치를 향하는 레이저 빔 수단;

   복수의 목적지들과 통신을 위한 상기 장치로부터 레이저 빔을 수신하도록 하는 수신 수단;

   상기 송신된 레이저 빔을 상기 목적지로부터의 데이터로 변조하기 위한 수단; 및

   데이터를 상기 하나의 목적지로 송신하기 위하여 상기 수신된 레이저 빔을 복조하기 위한 수단을 포함하는, 통신 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   복수의 목적지들과 통신을 위한 복수의 상기 장치들은 하나의 탑(tower) 위에 탑재되며, 상기 복수의 장치들 각각은 상기 탑 위에 탑재된 장치가 송신할 수 있는 영역의 섹터내의 목적지들에 서빙하는, 통신 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   한 섹터내의 목적지들에 서빙하는 상기 복수의 장치들 각각은 인접한 섹터들의 주변들(fringes)에 있는 목적지들에도 서빙할 수 있고, 그에 의해, 인접한 섹터들에 서빙하는 유닛들간의 부하가 균형을 이루도록 하기 위한 수단을 제공하는, 통신 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 영역의 전 섹터들을 커버하는 제 2 세트의 장치를 더 포함하는, 통신 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 조종 수단에 연결되고, 상기 소스의 편향(deflections)을 보상하기 위한 수단을 더 포함하는, 통신 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   통신 신호들을 통신 네트워크로부터 수신하고 통신 신호들을 상기 통신 네트워크에 송신하기 위한 상기 수단들 사이에서 통신하기 위한 소스간 백본/네트워크(inter-source backbone/network)를 더 포함하는, 통신 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 소스의 상기 레이저 빔으로부터 신호들을 수신하고, 변조된 레이저 빔을, 변조된 레이저 빔을 수신하기 위한 상기 수단에 송신하기 위한 복수의 목적지 유닛들을 더 포함하는, 통신 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   데이터는 업스트림 및 다운스트림 양방향에서 동시에 교환되고, 업스트림 및 다운스트림 전송을 위한 파장은 상이한, 통신 장치
10. 제 9 항에 있어서,

    활성인 상기 목적지들 각각은 미리-결정된 짧은 기간마다 적어도 한번 서빙되고, 비활성 목적지들은 과중한 부하하에서 보다 느린 레이트로 서빙되는, 통신 장치.
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