KR100804739B1 - 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치 - Google Patents

Abstract

공간광통신 시스템의 성능 측정 장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 장치는, 성능측정용 데이터 신호와 트리거 신호를 발생시키는 펄스패턴 발생기와; 트리거 신호와 광수신기로부터 출력된 데이터 신호를 입력받아 아이 다이아그램을 측정하는 오실로스코프 및 비트 에러율을 측정하는 에러 디텍터와; 광송신기의 위치를 변화시키는 제1 조정장치, 광수신기의 위치를 변화시키는 제2 조정장치, 성능측정용 데이터 신호를 가변시키며, 아이 다이아그램과 비트 에러율을 각각 입력받아 통신 성능을 측정하며 광송신기와 광수신기의 위치를 변화시키고 광수신기의 수광부로부터 측정된 광파워를 입력받아 조명 성능조명 성능의 변화를 측정할 수 있도록 광송신기의 발광부를 제어하는 제어기, 펄스패턴 발생기로부터 신호를 공급받아 광송신기로 연결해주는 송신신호 접속부, 광수신기로부터 수신한 신호를 오실로스코프 및 에러 디텍터에 연결해주는 수신신호 접속부가 구비되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 조명 성능과 통신 성능을 동시에 측정하여 공간광통신 시스템의 오류여부를 검사할 수 있고, 조명 성능 및 통신 성능을 최초 설치시뿐만 아니라 실시간으로도 용이하게 측정하여 최적화시킬 수 있으며, 광송신기와 광수신기의 제조사가 상이한 경우에는 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 검사할 수 있다.

공간광통신 시스템, 조명 성능, 통신 성능, 펄스패턴 발생기, 오실로스코프, 에러디텍터

Description

공간광통신 시스템의 성능 측정 장치{Performance testing apparatus for free space optics system}

도 1은 본 발명에 따른 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치의 구성도;

도 2는 도 1에 따른 성능 측정 장치에 사용되는 제1 및 제2 조정장치를 설명하기 위한 개략도; 및

도 3은 도 1에 따른 성능 측정 장치의 운용 알고리즘을 나타낸 것이다.

본 발명은 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치에 관한 것으로, 특히 광송신기 또는 광수신기의 제어를 통하여 조명 성능과 통신성능을 측정하여 검사결과를 자동으로 작성함과 동시에, 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 검사하고, 송신기와 수신기의 설치 위치에 따라 통신 성능을 최적화시키는 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치에 관한 것이다.

공간광통신 시스템이란 광신호의 전송을 위한 물리적 매체로써 유선 광선로 를 이용하지 않고 자유 공간을 이용하는 광전송 시스템을 의미한다. 이와 같이, 광전송을 위한 물리적 매체로써 자유공간을 이용하는 광전송 시스템은 새로운 광통신망을 구축하고자 할 때 새로운 광선로를 포설하지 않고도 광통신망을 구축할 수 있어서 광선로 포설에 소요되는 경비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 광통신망의 구축 시간을 단축할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 공간광통신 시스템은 특히 상공업 집중지역 환경에서 효과적인 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 어떤 기업체가 서로 다른 인근 건물들에 위치한 직원들을 서로 연결시켜주는 근거리 통신망(LAN)을 구축하기를 원한다고 하자. 만약, 이 기업체가 광통신을 할 경우 광섬유 케이블을 이용한 개인 전용선의 설치에만 의존한다면, LAN 구축에 있어서 망설치공사 완료까지라는 불가피한 지연이 발생할 뿐만이 아니라, 케이블을 설치하는 공사대금면에서의 막대한 비용지출이 발생할 것이다. 만약 상공업 집중지역이, 바로 길 건너에 위치한 다른 건물들내의 직원들간의 망연결에 대하여 다수의 규제 승인과 개별통신에서의 통신중단에 대한 많은 비용이 요구될 수 있는 도시속에 위치하고 있다면, 그 공사대금과 지연은 더욱 커질 가능성이 있다.

이와 같은 장점이 있는 반면에 공간광통신 시스템은 송신기 및 수신기의 설치 위치 및 형태에 따라서 통신 성능에 많은 차이가 발생하고 있으므로 공간광통신 시스템의 대중화를 위해서는 통신 성능을 최적화시키기 위해서는 송신기 및 수신기의 설치 위치 및 형태 파악이 선행되어야만 한다.

특히, 이러한 공간광통신 시스템에 조명용 LED를 이용하여 조명 기능과 통신 기능을 동시에 수행하고자 할 때, 광송신기와 광수신기의 조명성능 및 통신성능을 측정하여 검사를 수행하고, 조명성능과 통신성능이 최적화되는 위치, 예를 들어 거리, 수평각, 수직각 등을 찾아내고, 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 자동으로 검사할 수 있는 장치가 필요하다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 조명 성능과 통신 성능을 동시에 측정하고, 이를 최적화시킬 수 있는 (거리, 수평 오프셋, 수직 오프셋, 수평각, 수직각와 같은 송신기 및 수신기의 설치 위치와 설치 형태 파악이 가능하며 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 측정할 수 있는 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치는: 광송신기 및 광수신기를 포함하는 것으로서, 상기 광송신기에 입력되는 성능측정용 데이터 신호와 상기 성능측정용 데이터 신호와 대응되는 트리거 신호를 각각 발생시키는 펄스패턴 발생기와; 상기 펄스패턴 발생기로부터 신호를 공급받아 상기 광송신기에 연결해주는 송신신호 접속부와; 상기 트리거 신호와 공간광통신 시스템용 광수신기로부터 출력된 상기 데이터 신호를 입력받는 수신신호 접속부와; 상기 수신신호 접속부로부터 신호를 받아, 아이 다이아그램을 측정하는 오실로스코프 및 비트 에러율을 측정하는 에러 디텍터와; 상기 광송신기가 안착되며 상기 광송신기가 안착된 각도 및 위치를 조정하여 주는 제1 조정장치와; 상기 광수신기가 안착되며 상기 광수신기가 안착된 각도 및 위치를 조정하여 주는 제2 조정장치와; 상기 펄스패턴 발생기에서 발생되는 성능측정용 데이터 신호를 가변시키며, 상기 에러 디텍터에서의 에러 검출 시점을 정해 주고, 상기 오실로스코프에서 측정된 아이 다이아그램과 상기 에러 디텍터에서 측정된 비트 에러율을 각각 입력받아 성능 특성을 측정 및 분석하여 상기 광송신기와 상기 광수신기가 통신 성능이 최적화되는 각도 및 위치를 갖도록 각각의 상기 조정장치들을 작동시키며, 상기 광수신기의 수광부로부터 측정된 광파워를 입력받아 조명 성능의 변화를 측정할 수 있도록 상기 광송신기의 발광부를 제어하며, 자신에게 입력된 정보들 및 자신으로부터 출력된 정보들을 저장, 출력하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 각각의 상기 조정장치는, 상기 제어기에 의하여 제어되는 각각의 모터로 작동하는 수평 리니어 스테이지, 수직 리니어 스테이지 및 고니어미터로 이루어지는 것을 특징으로 하여도 좋다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 성능 측정 장치에 사용되는 제1 및 제2 조정장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 3은 도 1에 따른 성능 측정 장치의 운용 알고리즘을 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 종래의 공간광통신 시스템에 사용되는 광송신기(10)와 광수신기(20)의 설치 위치 등을 조정하여 통신 성능 및 조명 성 능을 최적화시키기 위한 것으로서, 펄스패턴 발생기(Pulse Pattern Generator, PPG)와, 오실로스코프(Oscilloscope, OSC)와, 에러 디텍터(Error Detector, ED)와, 제1 조정장치(100)와, 제2 조정장치(200)와, 제어기를 포함하여 이루어진다.

제1 조정장치(100)는 광송신기(10)가 안착되는 곳으로 제어기의 명령에 따라 광송신기(10)의 위치를 변화시킨다. 이를 위하여 제1 조정장치(100)는 모터에 의하여 xy 방향으로 이동되는 수평 리니어 스테이지(110)와, 모터에 의하여 z방향으로 이동되는 수직 리니어 스테이지(120)와, 모터에 의하여 수평각 및 수직각을 조정하여 주는 고니어미터(goniometer)(130)로 이루어진다. 각각의 모터는 제어기에 의해 제어된다. 그리고 본 실시예에서는 광송신기를 고니어미터에 직접 설치하였지만, 별도의 부재를 이용하여 설치하여도 좋다.

제2 조정장치(200)는 광수신기(20)가 안착되는 곳으로 제어기의 명령에 따라 광수신기)(20)의 위치를 변화시키는 데 그 구성은 제1 조정장치(100)와 같다.

펄스패턴 발생기는 도 3의 운용 알고리즘에 따라 제어기로부터 명령을 받아 공간광통신 시스템용 광송신기에 입력되는 성능측정용 데이터 신호를 발생시키며, 성능측정용 데이터 신호와 대응되며 오실로스코프 및 에러 디텍터에 각각 입력되게 되는 트리거 신호를 발생시킨다. 이 때 광송신기를 구동하는 직류전류는 송신 전원 공급장치를 통하여 공급받게 되는 데, 펄스패턴 발생기에서 발생된 데이터 신호의 전류를 송신 전원 공급장치에서 광송신기로 공급되는 직류전류로 맞추기 위하여 펄스패턴 발생기에서 발생된 데이터 신호는 송신신호 접속부를 통하여 직류전류와 합성된 후 광송신기로 입력된다. 하지만, 광송신기에 자체 전원회로가 구성되어 있는 경우에는 송신신호 접속부를 통한 데이터 신호만이 광송신기로 입력되게 된다.

펄스패턴 발생기로부터 입력된 데이터 신호가 포함되어 있는 광신호를 광송신기에서 송신하면 광수신기에서는 그 데이터 신호를 복원하여 출력한다. 광수신기에서 출력된 데이터 신호는 수신전원 공급장치와 연결된 수신신호 접속부에 입력되어 증폭된 후 오실로스코프 및 에러 디텍터에 각각 입력된다.

오실로스코프는 펄스패턴 발생기로부터 입력된 트리거 신호와 수신신호 접속부로부터 입력된 데이터 신호로부터 아이 다이아그램(eye diagram)을 측정한다.

에러 디텍터는 펄스패턴 발생기에서 출력된 트리거 신호와 수신신호 접속부로부터 데이터 신호를 각각 입력받아 비트 에러율(Bit Error Rate, BER)을 측정한다. 에러 디텍터에서의 에러 검출 시점은 제어기에서 정해준다.

제어기는 도 3의 운용 알고리즘에 따라 펄스패턴 발생기에서 발생시키는 데이터 신호를 가변시키며, 오실로스코프로부터 각각의 데이터 신호에 대한 아이 다이아그램을 입력받고 에러 디텍터로부터 비트 에러율을 입력받아 성능 특성을 측정한다. 그리고 그 측정값을 기초로 하여 도 3의 운용알고리즘에 따라 광송신기와 광수신기의 위치를 조정하여 최적 성능의 위치를 계산함과 동시에, 호환성을 판정하는 분석 작업을 수행한다. 즉, 광송신기와 광수신기를 통한 통신 성능의 변화를 측정할 수 있도록, 조정장치에 설치된 광송신기 또는 광수신기 각각의 수직각, 수평각, 높이, 수평 오프셋(offset), 수직 오프셋 및 광송신기가 설치된 조정장치와 광수신기가 설치된 조정장치 사이의 거리가 조정되도록 제1 및 제2 조정장치를 구동시키는 모터를 각각 제어한다. 또한, 제어기에는 오실로스코프 및 에러 디텍터로부터 입력된 데이터들과 제1 및 제2 조정장치를 제어한 데이터들이 실시간으로 저장된다.

그리고 제어기는 광수신기의 수광부로부터 측정된 광파워를 입력받아 조명 성능의 변화를 측정할 수 있도록 광송신기의 발광부를 제어하며, 수광부로부터 입력된 데이터 및 발광부를 제어한 데이터를 실시간으로 저장한다. 이러한 과정을 통해, 표준화된 광수신기에 대한 광송신기의 성능평가를 수행하고, 일정 성능을 만족하는지 여부에 따라 호환성을 자동으로 검사할 수 있다. 마찬가지 과정으로, 표준화된 광송신기에 대한 광수신기의 성능평가를 수행하여, 호환성을 검사할 수 있다. 이런 방식으로 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 자동으로 검사하게 된다.

본 발명에 따른 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치는 공간광통신 시스템용 광송신기 및 광수신기의 생산과정 중 최초 성능 검사시뿐만 아니라 이미 설치된 또는 표준화된 광송신기 또는 광수신기에 대해 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 측정함으로써 광송신기 및 광수신기의 성능 테스트에 사용할 수 있다. 또한, 정해진 광송신기-광수신기 쌍에 대해 조명 성능 및 통신 성능이 가장 좋은 거리, 수평각, 수직각 등을 찾아냄으로써 설치된 공간광통신 시스템의 조명 및 통신성능을 최적화하는데 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 조명 성능과 통신 성능을 동시에 측정함으로써 조명 성능과 통신 성능을 최적화시키는 데 매유 유용하게 사용할 수 있다.

또한, 공간광통신 시스템의 조명 성능 및 통신 성능을 최초 검사시뿐만 아니라 필요에 따라서는 실시간으로도 용이하게 최적화시킬 수 있는 장점이 있다.

나아가, 광송신기와 광수신기의 제조사와 제조 시점이 상이한 경우에는 광송신기-광수신기 쌍의 호환성을 검사할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (2)

1. 광송신기 및 광수신기를 포함하는 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치에 있어서,

   상기 광송신기에 입력되는 성능측정용 데이터 신호와 상기 성능측정용 데이터 신호와 대응되는 트리거 신호를 각각 발생시키는 펄스패턴 발생기와;

   상기 펄스패턴 발생기로부터 신호를 공급받아 상기 광송신기에 연결해주는 송신신호 접속부와;

   상기 트리거 신호와 공간광통신 시스템용 광수신기로부터 출력된 상기 데이터 신호를 입력받는 수신신호 접속부와;

   상기 수신신호 접속부로부터 신호를 받아, 아이 다이아그램을 측정하는 오실로스코프 및 비트 에러율을 측정하는 에러 디텍터와;

   상기 광송신기가 안착되며 상기 광송신기가 안착된 각도 및 위치를 조정하여 주는 제1 조정장치와;

   상기 광수신기가 안착되며 상기 광수신기가 안착된 각도 및 위치를 조정하여 주는 제2 조정장치와;

   상기 펄스패턴 발생기에서 발생되는 성능측정용 데이터 신호를 가변시키며, 상기 에러 디텍터에서의 에러 검출 시점을 정해 주고, 상기 오실로스코프에서 측정된 아이 다이아그램과 상기 에러 디텍터에서 측정된 비트 에러율을 각각 입력받아 성능 특성을 측정 및 분석하여 상기 광송신기와 상기 광수신기가 통신 성능이 최적화되는 각도 및 위치를 갖도록 각각의 상기 조정장치들을 작동시키며, 상기 광수신기의 수광부로부터 측정된 광파워를 입력받아 조명 성능의 변화를 측정할 수 있도록 상기 광송신기의 발광부를 제어하며, 자신에게 입력된 정보들 및 자신으로부터 출력된 정보들을 저장, 출력하는 제어기;

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 조정장치는, 상기 제어기에 의하여 제어되는 각각의 모터로 작동하는 수평 리니어 스테이지, 수직 리니어 스테이지 및 고니어미터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공간광통신 시스템의 성능 측정 장치.

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