KR101162289B1 - 반사경 광학계를 사용하는 ｆｓｏ 시스템에서 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치 및 통신 모듈 - Google Patents

반사경 광학계를 사용하는 ｆｓｏ 시스템에서 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치 및 통신 모듈 Download PDF

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Abstract

반사경 광학계를 사용하는 FSO 시스템에서 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치 및 통신 모듈이 제공된다.
단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치는, 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 반사하는 주 반사경(primary mirror)과, 상기 주 반사경으로 향하는 제1 측면 및 상기 상대 통신 장치로 향하는 제2 측면으로 구성된 광학계 고정용 구조물과, 상기 제1 측면의 중앙부에 구비되며, 상기 주 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부 측으로 반사하는 보조 반사경(folding mirror)과, 상기 보조 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 수신용 다이오드부와, 상기 제2 측면의 중앙부에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신하는 송신용 다이오드부 및 상기 송신용 신호를 상기 송신용 다이오드부로 제공하고 상기 수신용 다이오드부로부터 전기적인 신호를 수신하는 송수신부를 포함한다.

Description

반사경 광학계를 사용하는 ＦＳＯ 시스템에서 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치 및 통신 모듈{APPARATUS FOR BI-DIRECTIONAL COMMUNICATION USING SINGLE OPTICAL SYSTEM AND COMMUNICATION MODULE FOR FSO TRANSMITTING AND RECEIVING}
본 발명은 반사경 광학계를 사용하는 FSO 시스템에 관한 것으로서, 단일 광학계를 이용한 양방향통신 모듈 및 FSO 송수신 장치에 관한 것이다.
FSO(Free Space Optics) 기술은 레이저에 음성, 영상, 데이터 등 각종정보를 실어 대기 중으로 전송하는 기술이다. 따라서, FSO 기술을 사용하는 경우, 서비스 제공자와 가입자 사이에 광섬유 케이블을 포설하거나 무선주파수 라이선스를 취득하지 않고도 기가비트급 초고속데이터 전송이 가능하다.
기존의 송수신이 가능한 듀얼 통신용 FSO 시스템에서 각 송수신기는 듀얼 통신을 위해 송신용 광학계 렌즈와 수신용 광학계 렌즈를 각각 구비하고 있다. 즉, 송수신이 가능한 하나의 송수신기는 듀얼 통신을 위해 2개 이상의 광학계 렌즈를 구비한다.
도 1은 기존의 송수신기의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 송수신기(200)는 2개의 송신용 렌즈(210, 120)와 1개의 수신용 렌즈(230)을 구비한다. 따라서, 기존의 FSO 시스템에서 송수신기는 송신용 광학계와 수신용 광학계를 각각 사용함에 따라 송수신기의 저가화 및 소형화가 어렵다.
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하고, 광학계의 개수를 최소화하여 제품의 저가화 및 소형화를 제공할 수 있는 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치 및 통신 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 단일 광학계를 이용하여 양방향 통신을 제공하기 위한 FSO 송수신 장치의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치는, 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 반사하는 주 반사경(primary mirror)과, 상기 주 반사경으로 향하는 제1 측면 및 상기 상대 통신 장치로 향하는 제2 측면으로 구성된 광학계 고정용 구조물과, 상기 제1 측면의 중앙부에 구비되며, 상기 주 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부 측으로 반사하는 보조 반사경(folding mirror)과, 상기 보조 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 수신용 다이오드부와, 상기 제2 측면의 중앙부에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신하는 송신용 다이오드부 및 상기 송신용 신호를 상기 송신용 다이오드부로 제공하고 상기 수신용 다이오드부로부터 전기적인 신호를 수신하는 송수신부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 통신 모듈은, 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 반사하는 주 반사경(primary mirror)과, 상기 주 반사경으로 향하는 제1 측면 및 상기 상대 통신 장치로 향하는 제2 측면으로 구성된 광학계 고정용 구조물과, 상기 제1 측면에 구비되며, 상기 주 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부 측으로 반사하는 보조 반사경(folding mirror)과, 상기 보조 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 수신용 다이오드부 및 상기 제2 측면에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신하는 송신용 다이오드부를 포함한다. 여기서, 상기 주 반사경은 상기 상대 통신 장치로 향하는 면이 오목한 오목 거울이며, 상기 보조 반사경은 상기 주 반사경의 크기보다 작은 오목 거울이다.
하나의 광학계를 이용하여 무선 송수신을 실행할 수 있으며, 결과적으로 FSO 송수신 장치의 저가화 및 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 반사경 광학계를 사용하는 FSO 시스템에서, 수신용 반사경광학계와 송신용 볼록렌즈광학계와의 광축 평행설계의 어려움이 해소된다.
또한, 전체 광학계 구조의 복잡성이 단순화된다.
도 1은 기존의 송수신기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 통신 모듈의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치의 구성을 나타낸다.
도 4는 주 반사경, 보조 반사경, 중앙부 및 송신용 다이오드부의 관계를 나타낸다.
도 5는 광학계 고정용 구조물의 평면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 FSO 송수신 시스템을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
FSO(Free Space Optics) 통신 시스템에서, 중장거리 통신의 안정성을 보장 받기 위해서 수신용 레이저 빔(Laser Bean)의 안정적인 수신이 필요하다. 중장거리에서 레이저 빔의 안정적인 수신을 위하여, Receiver 단에서 사용되는 렌즈의 개수(Aperture)를 크게 구성하는 것이 효율적일 수 있다. 그러나, 볼록렌즈는 개구를 크게 제작하는 것이 용이하지 않고, 제작 단가 또한 크게 상승한다. 따라서, 오목 거울을 이용한 반사경 광학계를 채용하여 FSO 통신 시스템을 구성할 수 있다.
본 명세서에서는 데이터의 수신을 위해 반사경 광학계를 사용하는 FSO 통신 시스템에서, 별도의 광학계를 구성하지 않고 데이터 송신을 위한 레이저 빔을 발사할 수 있는 광학계를 단일 광학계로 구성할 수 있는 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 통신 모듈의 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 단일 광학계를 이용한 통신 모듈(200)은 통신 모듈 하우징(210), 보호창(220), 광학계 고정용 구조물(230), 주 반사경(primary mirror)(240), 보조 반사경(folding mirror)(250), 송신용 다이오드부(260), 수신용 다이오드부(270) 및 볼록 렌즈(280)를 포함한다.
통신 모듈 하우징(210)은 단일 경통으로 구성되어 통신 모듈(200)을 보호한다. 이때, 통신 모듈 하우징(210)은 단일 경통으로 구성되기 때문에 주 반사경(240)의 크기와 거의 동일한 크기로 제작될 수 있다. 따라서, 통신 모듈 하우징(210)은 2개의 광학계로 구성되는 것에 비하여 컴팩트(compact)한 구성을 갖는다.
보호창(220)는 광학계를 보호하기 위한 유리로 구성될 수 있다.
광학계 고정용 구조물(230)은 한쪽 면(233)이 주 반사경으로 향하며, 다른 쪽 면(231)은 상대 통신 장치(도시 되지 않음)로 향하도록 구성된다. 즉, 광학계 고정용 구조물(230)은 일정한 두께를 가지며, 광학계를 구성하는 여러 가지 요소(element)들을 고정하기 위해 사용된다. 광학계 고정용 구조물(230)은 제1 측면에 보조 반사경(250)이 구비되며 제2 측면에 송신용 다이오드부(260)가 구비되는 중앙부(235)를 포함할 수 있다.
또한, 광학계 고정용 구조물(230)은 송신용 다이오드부(260)와 메인 회로(도시 되지 않음)를 연결하기 위한 와이어 가이드(guide)(239)를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 회로는 데이터를 변복조 하기 위한 회로를 포함한다. 와이어 가이드(guide)(239)는 광학계 고정용 구조물(230) 내부에 구비되거나 제1 측면(233) 또는 제2 측면(231)에 홈 형태로 형성될 수도 있다. 이때, 중앙부(235)는 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔을 차단한다. 또한, 광학계 고정용 구조물(230)은 제2 측면에 연결되어 볼록렌즈(280)가 장착되는 보조 경통부(237)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 주 반사경(240)으로 입사되는 레이저 빔은 중앙부(235)를 제외한 201 및 203이다. 도 2의 예에서, 201 및 203은 상대 통신 장치로부터 입사되어 주 반사경(240)으로 도달하는 레이저 빔이다. 한편, 광학계 고정용 구조물(230)의 구성은 도 5를 통해 더욱 상세히 설명된다.
주 반사경(primary mirror)(240)은 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(201, 203)을 반사시킨다. 이때, 주 반사경(240)은 상기 상대 통신 장치로 향하는 면이 오목한 오목 거울일 수 있다.
보조 반사경(folding mirror)(250)은 제1 측면(233)의 중앙부(250)에 구비되며, 주 반사경(240)으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부(270) 측으로 반사한다. 즉, 주 반사경(240)에 의하여 반사된 레이저 빔은 다시 보조 반사경(250)에 의하여 반사된 후, 수신용 다이오드부(270)로 입력된다. 도 2에서 207은 보조 반사경(250)에 의하여 반사되어 수신용 다이오드부(270)로 입력되는 레이저 빔이다. 이때, 보조 반사경(250)은 주 반사경(240)의 크기 보다 작은 오목 거울일 수 있다.
송신용 다이오드부(260)는 보조 반사경으로부터 반사되어 입력되는 레이저 빔(207)을 전기적인 신호로 변환한다. 송신용 다이오드부(260)는 광 검출소자인 Photo Diode로 구성될 수 있다.
수신용 다이오드부(270)는 제2 측면의 중앙부(235)에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신한다. 수신용 다이오드부(270)는 발광소자인 Laser Diode로 구성될 수 있다.
볼록 렌즈(280)는 광학계 고정용 구조물(230)의 보조 경통부(237) 말단에 구비될 수 있으며, 송신용 레이저 빔(205)의 다이버전스(divergence)를 위하여 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치의 구성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 양방향 통신 장치(300)는 통신 모듈(200) 및 송수신부(390)를 포함한다.
송수신부(390)는 송신용 신호를 송신용 다이오드부(260)로 제공하고, 수신용 다이오드부(270)로부터 전기적인 신호를 수신한다. 이때, 송수신부(390)는 메인 회로(도시 되지 않음)를 포함할 수 있으며, 메인 회로는 데이터를 변복조 하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 송수신부(390) 또는 메인회로는 와이어 가이드(239)를 통해 송신용 다이오드부(260)와 와이어링(wiring)될 수 있다. 즉, 와이어 가이드(239)는 송수신부(390)와 송신용 다이오드부(260) 간의 와이어링을 위해 구비된다.
도 4는 주 반사경, 보조 반사경, 중앙부 및 송신용 다이오드부의 관계를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 주 반사경(240)의 중심 부분에 광학계 고정용 구조물(230)의 중앙부(235)가 위치하고, 중앙부(235)의 일 면에는 보조 반사경(250)이 설치되고, 보조 반사경(250)이 설치된 반대 면에 송신용 다이오드부(260)가 설치된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 구성을 통해, 하나의 광학계를 이용하여 무선 송수신을 실행할 수 있으며, 결과적으로 FSO 송수신 장치의 저가화 및 소형화를 실현할 수 있다.
도 5는 광학계 고정용 구조물의 평면도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 광학계 고정용 구조물(230)은 주 반사경 고정부(510), 복수의 지지부(501, 503, 505), 중앙부(235) 및 보조 경통부(237)을 포함한다.
주 반사경 고정부(510)는 하우징(210) 내부에 주 반사경(240)을 고정하기 위한 구조를 갖는다.
복수의 지지부(501, 503, 505)들 각각은 중앙부(235)를 고정하기 위한 구조를 갖는다. 이때, 와이어 가이드(239)는 복수의 지지부(501, 503, 505)들 중 어느 하나에 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 FSO 송수신 시스템을 나타낸다.
FSO 송수신 시스템은 무선으로 신호를 전송하는 통신 시스템으로서, 전송단(예를 들어, 제1 통신 장치)에 입력된 모든 종류의 데이터 신호를 변조(modulation)하고, 변조된 신호를 광에 실어 광학계를 통해 FSO(Free Space Optics) 상으로 발사한다. 발사된 광은 수신단(예를 들어, 제2 통신 장치)에서 광학계를 통해 수렴되며, 전기적 신호로 변환된 후 복조(demodulation)된다. 따라서, 전송단에서 입력된 원 데이터 신호는 수신단에서 복원된다.
도 6을 참조하면, FSO 송수신 시스템은 양방향 통신을 위한 통신 장치들(600, 700)을 포함한다. 도 6의 예에서, 통신 장치들(600, 700) 중 적어도 하나는 도 3에 도시한 통신 장치(300)로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 통신 장치(600) 및 제2 통신 장치(700)는 모두 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치일 수 있다. 일 측면에 있어서, 제1 통신 장치(600) 또는 제2 통신 장치(700) 중 어느 하나만 도 3에 도시한 통신 장치(300)로 구성될 수 있다.
이하에서는, 제1 통신 장치(600)는 송신 모드로 동작하고, 제2 통신 장치(700)는 수신 모드로 동작하는 경우를 먼저 설명한다.
제1 통신 장치(600)는 입력된 모든 종류의 데이터 신호를 변조하고, 변조된 신호를 광에 실어 광학계를 통해 FSO 상으로 발사한다. 이를 위하여, 제1 통신 장치(600)는 제1송수신부(830) 및 제1 통신 모듈(620)을 포함한다.
제1송수신부(830)는 입력되는 데이터 신호(Data Signal Input 1)를 변조한다. 수신모드의 경우, 제1송수신부(830)는 수신된 신호를 복조할 수 있다.
제1 통신 모듈(620)은 도 2를 통해 설명한 통신 모듈(200)이다.
제1송수신부(830)는 제1 통신 모듈(620)을 통해 수신단, 즉, 제2 통신 장치(700)로 전송한다.
한편, 수신모드로 동작하는 제2 통신 장치(700)는 제1 통신 장치(600)로부터 발사된 광을 광학계를 통해 수렴하고, 전기적 신호로 변환한 후 복조한다. 즉, 전송단으로 입력된 원 데이터 신호는 수신단으로 입사되어 원 데이터 신호로 복원된다. 이를 위하여, 제2 통신 장치(700)는 제2송수신부(710) 및 제2 통신 모듈(720) 포함할 수 있다.
한편, 제2 통신 장치(700)가 전송모드로 동작하는 경우, 제2송수신부(710)는 제1 통신 장치(600)로 전송할 데이터 신호(Data Signal Input 2)를 변조한 후 제2 통신 모듈(720)을 통해 제1 통신 장치(600)로 전송한다.
이 때, 제1 통신 장치(600)는 수신모드로 동작하며, 제1송수신부(610)는 제2 통신 장치(700)로부터 전송되는 광을 광학계를 통해 수신한다.
제1송수신부(610)는 전기적 신호를 복조하여 제2 통신 장치(700)로 입력된 데이터 신호(Data Signal Input 2)와 동일한 데이터 신호를 생성한다.
한편, 제1 통신 모듈(620)의 송신 파장과 수신 파장은 간섭을 고려하여 서로 다른 광 파장을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 통신 모듈(620)의 송신 파장은 850nm의 광 파장을 사용하고, 제1 통신 모듈(620)의 수신 파장은 1220nm의 광 파장을 사용할 수 있다. 이때, 제1 통신 모듈(620)로부터 송출되는 레이저 빔은 제2 통신 모듈(720)로 입사된다. 따라서, 제1 통신 모듈(620)의 송신 파장과 제2 통신 모듈(720)의 수신 파장은 동일한 광 파장을 사용한다. 이와 동일하게, 제1 통신 모듈(620)의 수신파장과 제2 통신 모듈(720)의 송신 파장은 동일한 광 파장을 사용한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 반사경 광학계를 사용하는 FSO 시스템에서 단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치에 있어서,
    상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 반사하는 주 반사경(primary mirror);
    상기 주 반사경으로 향하는 제1 측면 및 상기 상대 통신 장치로 향하는 제2 측면으로 구성된 광학계 고정용 구조물;
    상기 제1 측면의 중앙부에 구비되며, 상기 주 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부 측으로 반사하는 보조 반사경(folding mirror);
    상기 보조 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 수신용 다이오드부;
    상기 제2 측면의 중앙부에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신하는 송신용 다이오드부; 및
    상기 송신용 신호를 상기 송신용 다이오드부로 제공하고 상기 수신용 다이오드부로부터 전기적인 신호를 수신하는 송수신부를 포함하고,
    상기 주 반사경은 상기 상대 통신 장치로 향하는 면이 오목한 오목 거울이며, 상기 보조 반사경은 상기 주 반사경의 크기 보다 작은 오목 거울인,
    단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학계 고정용 구조물은,
    상기 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 차단하는 중앙부; 및
    상기 송수신부와 상기 송신용 다이오드부 간의 와이어링(wiring)을 위한 와이어 가이드(guide)를 포함하는,
    단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학계 고정용 구조물은,
    제1 측면에 상기 보조 반사경이 구비되며 제2 측면에 상기 송신용 다이오드부가 구비되는 중앙부;
    상기 제2 측면에 연결되어 볼록렌즈가 - 여기서, 상기 볼록 렌즈는 상기 송신용 레이저 빔의 다이버전스(divergence)를 위해 구비되는 - 장착되는 보조 경통부; 및
    상기 중앙부를 고정하기 위한 적어도 하나의 지지부를 포함하는,
    단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신용 레이저 빔의 다이버전스(divergence)를 위한 볼록 렌즈를 더 포함하는,
    단일 광학계를 이용한 양방향 통신 장치.
  6. 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 반사하는 주 반사경(primary mirror);
    상기 주 반사경으로 향하는 제1 측면 및 상기 상대 통신 장치로 향하는 제2 측면으로 구성된 광학계 고정용 구조물;
    상기 제1 측면의 중앙부에 구비되며, 상기 주 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 수신용 다이오드부 측으로 반사하는 보조 반사경(folding mirror);
    상기 보조 반사경으로부터 반사된 레이저 빔을 전기적인 신호로 변환하는 수신용 다이오드부; 및
    상기 제2 측면의 중앙부에 구비되며, 송신용 신호를 송신용 레이저 빔에 실어 상기 상대 통신 장치로 송신하는 송신용 다이오드부를 포함하며,
    상기 주 반사경은 상기 상대 통신 장치로 향하는 면이 오목한 오목 거울이며, 상기 보조 반사경은 상기 주 반사경의 크기보다 작은 오목 거울인,
    단일 광학계를 이용한 통신 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 송신용 레이저 빔의 다이버전스(divergence)를 위한 볼록 렌즈; 및
    광학계를 보호하기 위한 보호창을 더 포함하는,
    단일 광학계를 이용한 통신 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광학계 고정용 구조물은,
    제1 측면에 상기 보조 반사경이 구비되며 제2 측면에 상기 송신용 다이오드부가 구비되는 중앙부;
    상기 제2 측면에 연결되어 볼록렌즈가 - 여기서, 상기 볼록 렌즈는 상기 송신용 레이저 빔의 다이버전스(divergence)를 위해 구비되는 - 장착되는 보조 경통부; 및
    상기 중앙부를 고정하기 위한 적어도 하나의 지지부를 포함하고,
    상기 중앙부는 상기 상대 통신 장치로부터 수신되는 레이저 빔(laser beam)을 차단하고,
    상기 적어도 하나의 지지부는 상기 송신용 다이오드부와 메인 회로를 연결하기 위한 와이어 가이드(guide)를 포함하는,
    단일 광학계를 이용한 통신 모듈.
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