KR101933511B1 - 무선 광 송수신장치 - Google Patents

Abstract

UHD급 동영상 등의 대용량 데이터를 빠른 속도로 전송할 수 있는, 무선 광 송수신장치를 개시한다. 본 발명의 무선 광 송수신장치는, 단말기의 단자에 통신 가능하도록 삽입 체결되도록 형성되며, 상기 단말기의 단자를 통하여 전원을 공급받을 수 있는 전원장치; 단말기의 단자를 통하여 데이터를 제공 받아, 데이터 신호 형태를 단일신호(TXDi) 형태로 변환하고, 상기 변환된 단일신호(TXDi)를 전송하는 신호변환부; 상기 신호변환부가 전송하는 단일신호(TXDI) 형태의 데이터를 저장하고 이를 출력차동신호(TXO+, TXO-) 형태로 변환하여 출력하는 제어부; 상기 제어부가 출력하는 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 광신호로 변환하여 방출하는 광신호발생기; 상기 광신호발생기에서 변환되어 방출되는 광신호의 각도를 조절할 수 있는 정렬렌즈; 그리고 송수신장치 각각의 위치를 정렬하도록 하는 정렬기를 포함하며, 상기와 같은 구성요소를 포함하는 광 송수신장치를 한 쌍으로 하여 데이터를 송신하고 또한 수신할 수 있다.

Description

무선 광 송수신장치{WIRELESS OPTIC TRANSCEIVER DEVICE}

본 발명은 무선 광 송수신장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UHD급 동영상 등의 대용량 데이터를 빠른 속도로 전송할 수 있는, 무선 광 송수신장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

현재 일반적으로 사용하고 있는 무선 통신은 전자기파 중 3kHz에서 3THz의 주파수를 가진 전파를 사용하는데, 상기의 대역폭을 가진 전파는 전송 속도에 제한이 있으므로, 상기의 대역폭보다 더 큰 주파수를 가진 '빛(Light)'을 이용한 광 무선 통신이 연구되고 있다. 상기와 같이 광 무선 통신 방식을 이용할 경우, Gbps의 전송이 가능하게 되므로, 대용량 데이터를 단시간에 무선으로 전송할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다.

그중에서도 가장 유력하게 연구되는 분야는 레이저(Laser)를 전송 매체로 사용하는 레이저 다이오드 무선 광통신 시스템으로, 회선을 신속하게 개통할 수 있으며 높은 보안성을 유지할 수 있고, 주파수 대역에 제한이 없으므로 누구든지 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

상기와 같은 광 무선 통신은 하지만, 아직까지는 일반적으로 사용되고 있지 않고 있으며, 상용화되기 위하여 다양한 형태로 기술이 개발되어 가고 있는 실정이다.

KR등록특허 10-0347051 호 KR공개특허 10-2004-0006726 호 KR등록특허 10-1211891 호 KR공개특허 10-2013-0098071 호 KR등록특허 10-1516643 호

본 발명은 상기와 같은 무선 광 통신 방법을 실현하기 위한 무선 광 송수신 장치로서, USB 3.0 커넥터에 연결하여 사용할 수 있는 무선 광 송수신 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

무선 광 송수신장치로서, 동일하게 구성되는 한 쌍의 송수신장치가 송신장치 또는 수신장치의 역할을 수행하고, 각각의 송수신장치는 단말기의 단자에 통신 가능하도록 삽입 체결되도록 형성되며, 상기 단말기의 단자를 통하여 전원을 공급받을 수 있는 전원장치; 단말기의 단자를 통하여 데이터를 제공 받아, 데이터 신호 형태를 단일신호(TXDi) 형태로 변환하고, 상기 변환된 단일신호(TXDi)를 전송하는 신호변환부; 상기 신호변환부가 전송하는 단일신호(TXDI) 형태의 데이터를 저장하고 이를 출력차동신호(TXO+, TXO-) 형태로 변환하여 출력하는 제어부; 상기 제어부가 출력하는 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 광신호로 변환하여 방출하는 광신호발생기; 상기 광신호발생기에서 변환되어 방출되는 광신호의 각도를 조절할 수 있는 정렬렌즈; 그리고 송수신장치 각각의 위치를 정렬하도록 하는 정렬기를 포함하는 무선 광 송수신장치를 제공한다.

상기에서의 단자는 USB(Universal Series Bus) 단자를 사용하도록 하는 것이 바람직하다.

상기에서, 제어부는 클록신호(CLK)를 생성하는 클록발생부; 상기 클록발생부에서 생성하는 클록신호(CLK)와 상기 신호변환부에서 전송하는 단일신호(TXDi) 형태의 데이터를 인입 받아, 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 동기화하여 동기화신호(TXDo)를 생성하여 전송하는 데이터래치부; 상기 데이터래치부가 전송하는 동기화신호(TXDo) 출력차동신호(TXO+, TXO-)로 변환하여 상기 광신호발생기로 전송하는 데이터출력부; 그리고 상기 데이터출력부에서 전송하는 상기 동기화신호(TXDo) 형태의 데이터 신호를 저장할 수 있는 메모리부를 포함한다.

상기에서, 데이터래치부는 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태가 Low상태일 때 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 비교하여, 상기 단일신호(TXDi)의 신호상태가 High상태일 때 상기 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이될 경우, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 Low상태에서 High상태로 전이시키고, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태가 High상태일 때 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 비교하여, 상기 단일신호(TXDi)의 신호상태가 Low상태일 때 상기 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이될 경우, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 High상태에서 Low상태로 전이시켜서 동기화신호(TXDo)를 형성하게 된다.

본 발명에 의하면, 최대 5Gbps의 속도로 대용량의 데이터를 고속 전송할 수 있게 되며, 또한 무선 전송이므로 사용자가 별도의 유선 연결 등을 할 필요 없이 USB단자를 이용하여 편리하게 데이터를 전송할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 송수신장치 구조도.
도 2는 본 발명의 제어부의 구조도.
도 3은 본 발명의 신호 타이밍도.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 무선 광 송수신장치(10)의 개략적인 구조도이다. 이하에서는 도 1을 통하여 본 발명의 무선 광 송수신장치(10)의 구성에 대해 설명한다.

설명에 앞서 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 광 송수신장치(10)은 송신장치(100)와 수신장치(200) 한 쌍으로 구성되는데, 상기 송신장치(100)와 수신장치(200)의 구성은 동일하므로, 이하에서는 상기 송신장치(100)에 대해 설명하고, 상기 수신장치(200)에 대해서는 별도의 설명을 생략하기로 한다.

또한 도 1에서, 상기 송신장치(100) 및 수신장치(200)에서 굵은 실선 화살표는 단말기 A, B(A, B)의 전송 대상이 되는 데이터의 이동 흐름을 나타낸 것이며, 점선 화살표는 전력 공급 방향을 나타내는 것이다.

상기 송신장치(100)는 전송할 데이터가 저장되어 있는 단말기A(A)의 단말기A USB단자(A-U)에 삽입하여 체결될 수 있으며, 상기 단말기A USB단자(A-U)로부터 전원을 공급받는 전원장치(110)와, 상기 단말기A USB단자(A-U)로부터 전송할 데이터를 제공 받는 신호변환부(120), 상기 신호변환부(120)가 전송하는 데이터를 저장하고, 변환하여 디지털 데이터 신호로 출력하는 제어부(130), 상기 제어부(130)가 출력하는 디지털 데이터 신호를 광신호(OD)로 변환하여 방출할 수 있는 광신호발생기(140), 그리고 상기 광신호발생기(140)에서 변환된 광신호(OD)를 상대방 수신장치(200)로 용이하게 전달하기 위하여 송, 수신장치(100, 200)의 위치를 정렬하도록 하는 정렬기(150) 및 방출되는 광신호(OD)를 평행광 형태가 되도록 각도를 조절하거나, 또는 입사하는 평행광을 집광하는 정렬렌즈(160)를 포함한다.

이때, 본 발명의 무선 광 송수신장치(10)를 사용할 수 있도록 하는 상기 USB단자(A-U, B-U)는 일반적으로 사용되고 있는 USB(Universal Serial Bus)를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 버전 중에서도 USB 3.0 또는 3.1 등 그 이후의 버전 규격을 사용하도록 하는 것이 바람직한데, 이는 상기 USB 버스 규격이 종래의 다양한 직, 병렬 연결방식을 대체하기 위한 범용 직렬 버스로서 다수의 기기에 범용적으로 사용하여 연결할 수 있는 현 세대의 직렬통신 입출력 표준으로 다양한 디바이스에 사용할 수 있을 정도로 대중화되어 있기 때문이며, 또한 USB 3.0 또는 그 이상의 버전 규격들이 최대 5Gbps 이상의 데이터 전송 속도를 가능하게 하기 때문이다.

상기와 같이 구성되는 송신장치(100) 및 수신장치(200)가 한 쌍이 되어 데이터를 송신하고 또 수신할 수 있게 되는데, 이하에서는 상기 한 쌍의 송신장치(100) 및 수신장치(200)를 이용하여 단말기 A(A)에서 단말기 B(B)로 데이터를 전송하는 과정에 대해 도 1 및 도 2를 통하여 설명한다. 도 2는 상기 제어부(130)의 구조도이다.

설명에 앞서, 상기 송신장치(100)의 구성요소에는 접두어 '제1'을 붙이고, 상기 수신장치(200)의 구성요소에는 접두어 '제2'를 붙여서 설명하도록 한다.

우선, 상기 송, 수신장치(100, 200)를 사용하기 위하여, 상기 단말기 A(A)의 USB단자(A-U)에 상기 송신장치(100)를 삽입 체결하고, 또한 상기 수신장치(200)를 상기 단말기 B(B)의 USB단자(B-U)에 삽입한 다음, 상기 송, 수신장치(100, 200)의 정렬기(150, 250)를 이용하여 상기 송, 수신장치(100, 200) 상호간 통신 가능하도록 위치를 조정하여 정렬한다. 상기 정렬기(150, 250)는 종래의 일반적인 광통신용 정렬기를 사용하면 된다.

그리고 사용자가 상기 단말기 A(A)의 데이터를 전송하기 시작하면, 상기 이송 대상이 되는 데이터는 제1신호변환부(120)로 전송되는데, 이때 상기 제1신호변환부가 전송 받은 데이터는 USB 데이터로서 신호의 전압 레벨이 5V이고, TX+ 신호와 TX- 신호로 분리되어 있는 차동신호(Differential Signal)형태를 가진다. 상기 제1신호변환부(120)에서는, 상기 신호의 전압 레벨을 3.3V로 조정하고, 또한 상기 단말기 A(A)로부터 인입되는 입력차동신호(TX+, TX-)를 병합하여 하나의 단일신호(TXDi)로 변환하여 상기 제어부(130)로 전송하는 기능을 한다.

또한 상기 제1신호변환부(120)로부터 전송되는 단일신호(TXDi) 형태의 데이터는 제1제어부(130)에서 수신하는데, 상기 제어부(130)는 도 2에서 도시된 바와 같이 데이터래치부(131), 클록발생부(132), 데이터출력부(133), 메모리부(134)를 포함한다. 상기 데이터래치부(131)는 인입하는 단일 신호를 제공 받고, 또한 상기 클록발생부(132)에서 제공하는 클록신호를 제공 받아, 상기 인입한 단일신호와 클록신호를 동기화시키는 역할을 하고, 상기 클록발생부(132)는 일정 주기로 Low신호와 High신호를 반복하는 클록 신호를 발생시켜, 상기 데이터래치부(131)에 제공한다. 그리고 상기 데이터래치부(131)는 상기 인입한 단일신호와 클록신호를 동기화하여 동기화신호를 생성하고, 이를 상기 데이터출력부(133)에 전송한다. 상기 데이터출력부(133)는 상기 인입한 동기화신호를 분리하여 2개의 차동신호를 생성하여 출력하고, 또한 인입한 동기화신호 형태의 데이터를 상기 메모리부(134)로 전송하여, 상기 메모리부(134)가 동기화신호 데이터 정보를 저장할 수 있도록 한다. 상기 메모리부(134)는 통상의 저장 장치로서 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

이를 바탕으로 상기의 과정에 대하여 이어서 설명하면, 상기 제1제어부(130)는 상기 송신되어 오는 단일신호(TXDi)에 대하여, 상기 제1신호변환부(120) 중 제1데이터래치부(131)가 상기 단일신호(TXDi)를 수신 받게 된다.

이때, 상기 제1클록발생부(132)는 상술한 바와 같이 클록 신호(CLK)를 지속적으로 생성하여 상기 제1데이터래치부(131)에 전송하게 된다. 그렇게 되면 상기 제1데이터래치부(131)는 인입된 단일신호(TXDi)와 클록신호(CLK)를 동기화시켜 동기화신호(TXDo)를 생성하고 이를 제1데이터출력부(133)에 전송하는데, 상기 제1데이터래치부(131) 내에서 상기 인입되는 단일신호(TXDi) 및 클록신호(CLK), 그리고 생성하는 동기화신호(TXDo)의 타이밍도가 도 3에 개시되어 있다. 이하에서는 도 3을 통하여, 상기 단일신호(TXDi)와 클록신호(CLK)를 동기화하여 동기화신호(TXDo)를 생성하는 방법에 대하여 설명한다.

기본적으로 상기 제1데이터래치부(131)는 상기 동기화신호(TXDo)의 상태를 Low상태로 유지하고 있으며, 인입되는 클록신호(CLK)는 상술한 바와 같이 주기적으로 High상태와 Low상태를 반복하여 도 3에 도시된 바와 같이 인입된다. 이때 도 3의 S1구간(S1)에서와 같이 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이될 때 인입된 단일신호(TXDi)의 신호상태가 High상태일 경우, 상기 제1데이터래치부(131)는 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 Low상태에서 High상태로 전이시킨다. 이때 도 3에서 도시된 바와 같이, 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이되는 시점과 상기 동기화신호(TXDo)가 Low상태에서 High상태로 전이되는 시점 사이에는, 약간의 딜레이(a)가 발생할 수 있다.

상기와 같은 방식으로 상기 동기화신호(TXDo)가 Low상태에서 High상태로 전이될 수 있으며, 이러한 상태에서 상기 클록신호(CLK)가 도 3의 S2구간(S2)에서와 같이 Low상태에서 High상태로 전이될 때, 인입된 단일신호(TXDi)의 신호상태가 Low상태일 경우, 상기 제1데이터래치부(131)는 High상태였던 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 Low상태로 전이시킨다. 이때 도 3에서 도시된 바와 같이, 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이되는 시점과 상기 동기화신호(TXDo)가 High상태에서 Low상태로 전이되는 시점 사이에는, 약간의 딜레이(a)가 발생할 수 있다.

여기서 상기 딜레이(a)는 정해지거나 고정된 시간 간격은 아니며, 상기 제1데이터래치부(131)의 처리 속도나 기타 여건에 따라 유동적으로 변하는 시간 간격이다.

상기와 같은 방식으로 상기 제1데이터래치부(131)는 상기 동기화신호(TXDo)의 상태를 결정하여 출력하게 된다.

그리고 상기 제1데이터래치부(131)는 생성된 동기화신호(TXDo)를 상기 제1데이터출력부(133)에 전송하고, 상기 데이터출력부(133)는 전송받은 동기화신호(TXDo) 형태의 데이터를 제1메모리부(134)로 전송하여 저장하고, 저장이 완료됨을 확인한 후 상기 동기화신호(TXDo)를 분리하여 2개의 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 생성한 다음, 상기 생성된 2개의 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 제1광신호발생기(140)로 전송한다.

여기서 상기 동기화신호(TXDo)를 분리하여 2개의 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 생성하는 방법은, MAX9546 등의 차동신호 출력용 칩(Differential Chip)을 사용하면 되므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 상기 제1제어부(130)에서 최종적으로 출력되어 오는 2개의 출력차동신호(TXO+, TXO-)는 상기 제1광신호발생기(140)에 전송된다. 상기 제1광신호발생기(140)는 전송된 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 광신호로 변환하여 제1정렬렌즈(160)를 통하여 외부로 방출하게 된다.

여기에서, 상기 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 광신호로 변환하여 전송하는 것은 종래의 레이저 다이오드 등을 사용하여 달성하면 되므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

또한 제1전원부(110)는 단말기A USB단자(A-U)에서 전송되는 5V의 전원을 3.3V로 변환하여, 상기 제1신호변환부(120), 제1제어부(130) 및 제1광신호발생기(140)에 제공하는 역할을 한다.

상기와 같은 과정을 통하여, 단말기 A(A)에 저장되어 있던 데이터는 상기 송신기(100)를 통하여 광신호 형태로 출력되며, 상기 출력된 광신호 형태의 데이터는 수신기(200)의 제2정렬렌즈(260)를 통하여 인입되고, 상기 인입된 광신호 데이터는 제2광신호발생기(240)로 인입되어 차동신호로 변환, 제2제어부(230) 및 제2신호변환부(220)를 거쳐 단말기 B(B)로 전송됨으로서 데이터의 전송을 완료하게 된다. 이때 상기 수신기(200)에서 제2광신호발생기(240)에서 변환된 차동신호를 상기 제2제어부(230) 및 제2신호변환부(220)를 거쳐 단말기 B(B)로 전송되는 과정은 상기 송신기(100)에서 단말기 A(A)의 데이터를 광신호로 변환하는 과정의 역순으로 진행하면 되므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다. 당업자들은 상기 제2제어부(230) 및 제2신호변환부(220)의 동작에 대하여 용이하게 변환 과정을 유추해낼 수 있을 것이다.

10 : 무선 광 송수신장치. 100, 200 : 송수신기.
110, 210 : 전원부. 120, 220 : 신호변환부.
130, 230 : 제어부. 131 : 데이터래치부.
132 : 클록발생부. 133 : 데이터출력부.
134 : 메모리부. 140, 240 : 광신호발생기.
150, 250 : 정렬기. 160, 260 : 정렬렌즈.

Claims (4)

1. 무선 광 송수신장치로서, 동일하게 구성되는 한 쌍의 송수신장치가 송신장치 또는 수신장치의 역할을 수행하고, 각각의 송수신장치는
   단말기의 단자에 통신 가능하도록 삽입 체결되도록 형성되며, 상기 단말기의 단자를 통하여 전원을 공급받을 수 있는 전원장치;
   단말기의 단자를 통하여 데이터를 제공 받아, 데이터 신호 형태를 단일신호(TXDi) 형태로 변환하고, 상기 변환된 단일신호(TXDi)를 전송하는 신호변환부;
   상기 신호변환부가 전송하는 단일신호(TXDI) 형태의 데이터를 저장하고 이를 출력차동신호(TXO+, TXO-) 형태로 변환하여 출력하며, 클록신호(CLK)를 생성하는 클록발생부; 상기 클록발생부에서 생성하는 클록신호(CLK)와 상기 신호변환부에서 전송하는 단일신호(TXDi) 형태의 데이터를 인입 받아, 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 동기화하여 동기화신호(TXDo)를 생성하여 전송하는 데이터래치부; 상기 데이터래치부가 전송하는 동기화신호(TXDo) 출력차동신호(TXO+, TXO-)로 변환하여 광신호발생기로 전송하는 데이터출력부; 그리고 상기 데이터출력부에서 전송하는 상기 동기화신호(TXDo) 형태의 데이터 신호를 저장할 수 있는 메모리부를 포함하는 제어부;
   상기 제어부가 출력하는 출력차동신호(TXO+, TXO-)를 광신호로 변환하여 방출하는 광신호발생기;
   상기 광신호발생기에서 변환되어 방출되는 광신호의 각도를 조절할 수 있는 정렬렌즈;
   그리고 송수신장치 각각의 위치를 정렬하도록 하는 정렬기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 광 송수신장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단자는 USB(Universal Series Bus) 단자임을 특징으로 하는, 무선 광 송수신장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 데이터래치부는 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태가 Low상태일 때 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 비교하여, 상기 단일신호(TXDi)의 신호상태가 High상태일 때 상기 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이될 경우, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 Low상태에서 High상태로 전이시키고, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태가 High상태일 때 인입된 클록신호(CLK)와 단일신호(TXDi)를 비교하여, 상기 단일신호(TXDi)의 신호상태가 Low상태일 때 상기 클록신호(CLK)가 Low상태에서 High상태로 전이될 경우, 상기 동기화신호(TXDo)의 신호상태를 High상태에서 Low상태로 전이시키는 것을 특징으로 하는, 무선 광 송수신장치.
   
   
   
   

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