KR102184984B1 - 짐벌 구조를 가지는 ｆｓｏ 레이저 통신 단말 - Google Patents

짐벌 구조를 가지는 ｆｓｏ 레이저 통신 단말 Download PDF

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Abstract

짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말이 개시된다.
상대 단말과 광학계를 정렬하고, 데이터 통신을 수행하기 위해 상기 상대 단말로 레이저를 조사하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저의 위치를 추적하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저를 검출하는 레이저 조사 및 검출부; 상기 레이저 조사 및 검출부를 보호하기 위해 설치되는 보호창; 상기 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 설치되어 상기 보호창에서 되반사 되는 레이저가 상기 수신 광학계로 조사되는 것을 차단하는 경통부; 상기 레이저 조사 및 검출부를 통해 상기 상대 단말과 통신을 수행하는 통신 모뎀; 및 상기 레이저 조사 및 검출부에서 수신된 레이저의 위치에 따라 상기 레이저 조사 및 검출부를 상기 상대 단말을 향해 지향시키는 짐벌 구동부;를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

짐벌 구조를 가지는 ＦＳＯ 레이저 통신 단말{LASER COMMUNICATION TERMINAL HAVING GIMBAL STRUCTURE}
본 발명은 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 레이저를 이용하여 광학 정렬 및 데이터 통신을 모두 수행할 수 있도록 하는 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말에 관한 것이다.
FSO(Free Space Optics) 레이저 통신은 전기적 연결 없이 원격의 공간에서 송/수신용 레이저 통신용 단말을 통해 고속의 데이터를 송수신하는 통신 방식으로, 원거리의 송/수신 단말을 서로 동기화하기 위해서 단말 간의 레이저를 정확히 송수신할 수 있도록 지향하는 절차가 필요하다.
서로 지향된 송/수신 단말은 고속의 레이저 통신을 통해 대량의 데이터를 상호 송/수신하게 된다.
FSO 레이저 통신에 사용되는 송/수신 단말은 고정된 상태에서도 운용되어야 하지만, 차량, 선박, 비행기 등과 같은 이동체의 이동 간에도 상호간 통신이 필요하므로, 고속 안정화 및 추적 기능이 적용된 짐벌(Gimbal) 구조를 가지는 송/수신 단말이 필요하다.
도 1은 종래 FSO 레이저 통신 단말의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1단말(10)과 제2단말(20)은 각각 상대 단말로 링크 레이저를 조사하고, 상대 단말이 조사한 링크 레이저를 수신하며, 수신된 링크 레이저의 위치를 이용하여 상대 단말을 추적하는 링크 레이저 조사 및 추적부(11, 21), 상대 단말로 통신 레이저를 조사하고, 상대 단말이 조사한 통신 레이저를 검출하는 통신 레이저 조사 및 검출부(13, 23), 통신 레이저 조사 및 검출부(13, 23)를 통해 상대 단말로부터 수신한 통신 레이저를 전기적 신호로 변환한 후 복조하고, 상대 단말로 송신하고자 하는 데이터를 변조하는 통신 모뎀(15, 25), 링크 레이저 조사 및 추적부(11, 21)에서 수신된 링크 레이저의 위치에 따라 상대 단말이 조사한 링크 레이저가 링크 레이저 조사 및 추적부(11, 21)의 정중앙에 포커싱 되도록 상대 단말을 향해 지향시키는 짐벌 구동부(17, 27) 등을 포함하여 이루어진다.
도 1에 도시하는 바와 같이 제1단말(10)과 제2단말(20) 간 통신이 수행되기 위해서, 우선 링크 레이저를 이용하여 제1단말(10)과 제2단말(20)이 서로를 향하도록 정렬한다.
구체적으로, 제1단말(10)과 제2단말(20)은 각각 상대 단말이 조사한 링크 레이저를 수신하고, 수신된 링크 레이저의 위치가 정중앙에 포커싱되지 않으면 짐벌 구동부(17, 27)를 구동시켜 링크 레이저가 정중앙에 포커싱 되도록 함으로써, 제1단말(10)과 제2단말(20)을 서로 정렬한다.
이와 같이 제1단말(10)과 제2단말(20)이 서로 정렬되면, 통신 레이저를 이용하여 제1단말(10)과 제2단말(20) 상호 간 통신을 수행하되, 링크 레이저를 통해 상대 단말과의 지향을 유지하면서 상대 단말로 통신 레이저를 조사하고, 상대 단말이 조사한 통신 레이저를 통신 레이저 조사 및 검출부(13, 23)를 통해 검출하여 제1단말(10)과 제2단말(20) 상호 간 기가 바이트급 통신을 구현하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 종래에는 제1단말(10)과 제2단말(20) 간 동기를 맞추기 위한 링크 레이저와 통신을 수행하기 위한 통신 레이저를 별도로 사용하도록 구현되어 있다.
한편, 차량, 선박, 비행기 등과 같은 이동체에서는 FSO 레이저 통신 단말이 제한된 공간에 구현되어 운용되어야 하므로, 소형화가 필요하다.
그러나 종래에는 링크 레이저와 통신 레이저를 별도로 사용하므로, 단말의 소형화가 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2013-0093564호(공개일 2013.08.22.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 하나의 레이저를 이용하여 광학 정렬 및 데이터 통신을 모두 수행할 수 있도록 하는 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 경통을 설치하여 보호창에서 되반사된 레이저가 수신 광학계에 수신되지 않도록 하는 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말은, 상대 단말과 광학계를 정렬하고, 데이터 통신을 수행하기 위해 상기 상대 단말로 레이저를 조사하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저의 위치를 추적하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저를 검출하는 레이저 조사 및 검출부; 상기 레이저 조사 및 검출부를 보호하기 위해 설치되는 보호창; 상기 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 설치되어 상기 보호창에서 되반사 되는 레이저가 상기 수신 광학계로 조사되는 것을 차단하는 경통부; 상기 레이저 조사 및 검출부를 통해 상기 상대 단말과 통신을 수행하는 통신 모뎀; 및 상기 레이저 조사 및 검출부에서 수신된 레이저의 위치에 따라 상기 레이저 조사 및 검출부를 상기 상대 단말을 향해 지향시키는 짐벌 구동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 짐벌 구동부는, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저가 상기 레이저 조사 및 검출부의 수신 광학계 정중앙에 포커싱 되도록 상기 레이저 조사 및 검출부를 상기 상대 단말을 향해 지향시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 조사 및 검출부에서 상기 상대 단말로 조사하는 레이저는, 상기 상대 단말과 광학계를 정렬하고, 데이터 통신을 수행하기 위해 상기 상대 단말로 조사하는 레이저로, 상기 상대 단말과 광학계를 정렬하고, 데이터 통신을 수행하기 위해 하나의 레이저를 이용하여 상기 상대 단말로 레이저를 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말은, 하나의 레이저를 이용하여 광학 정렬 및 데이터 통신을 모두 수행할 수 있게 됨에 따라, 단말을 소형화할 수 있게 된다.
또한, 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 경통을 설치하여 보호창에서 되반사된 레이저가 수신 광학계에 수신되지 않게 된다.
도 1은 종래 FSO 레이저 통신 단말의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 레이저 조사 및 검출부를 좀 더 상세히 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 레이저 조사 및 검출부에서 발생할 수 있는 레이저 간섭을 예시적으로 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말(100, 200)은 레이저 조사 및 검출부(110, 210), 통신 모뎀(120, 220), 짐벌 구동부(130, 230) 등을 포함하여 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어서, 레이저 조사 및 검출부(110, 210)는 상대 단말과 광학계를 정렬하고 데이터 통신을 수행하기 위해 상대 단말로 레이저를 조사하고, 상대 단말이 조사한 레이저를 수신하며, 수신된 레이저의 위치를 이용하여 상대 단말을 추적하고, 수신된 레이저를 검출한다.
레이저 조사 및 검출부(110, 210)에서 상대 단말과 광학계를 정렬하고 데이터 통신을 수행하기 위해 상대 단말로 조사하는 레이저는 하나의 레이저로 구현되는 것이 바람직하다.
통신 모뎀(120, 220)은 레이저 조사 및 검출부(110, 210)를 통해 상대 단말과 통신을 수행하되, 레이저 조사 및 검출부(110, 210)를 통해 상대 단말로부터 수신한 레이저를 전기적 신호로 변환한 후 복조하고, 상대 단말로 송신하고자 하는 데이터를 변조하여 레이저 조사 및 검출부(110, 210)를 통해 상대 단말로 송신한다.
짐벌 구동부(130, 230)는 레이저 조사 및 검출부(110, 210)에서 수신된 레이저의 위치에 따라 상대 단말이 조사한 레이저가 레이저 조사 및 검출부(110, 210)의 정중앙에 포커싱 되어 수신되도록, 짐벌을 구동시켜 레이저 조사 및 검출부(110, 210)를 상대 단말을 향해 지향시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1단말(100)과 제2단말(200) 간 데이터 통신이 수행되기 위해서는 제1단말(100)의 광학계와 제2단말(200)의 광학계가 서로를 향하도록 정렬해야 한다.
구체적으로 제1단말(100)의 레이저 조사 및 검출부(110)는 제2단말(200)을 향해 레이저를 조사하고, 제2단말(200)의 레이저 조사 및 검출부(210)는 제1단말(100)을 향해 레이저를 조사하며, 제1단말(100)은 제2단말(200)이 제1단말(100)을 향해 조사한 레이저를 수신하되, 수신된 레이저의 위치를 이용하여 제2단말(200)을 추적하고, 제2단말(200)은 제1단말(100)의 레이저 조사 및 검출부(110)가 조사한 레이저를 수신하되, 수신된 레이저의 위치를 이용하여 제1단말(100)을 추적하여 상대 단말이 조사한 레이저가 레이저 조사 및 검출부(110, 210)의 정중앙에 포커싱 되어 수신되도록, 짐벌을 구동시켜 제1단말(100)과 제2단말(200)의 광학계가 서로를 향하도록 정렬한다.
전술한 과정을 통해 제1단말(100)과 제2단말(200)은 상대 단말을 지속적으로 추적하며 정렬하면서 상대 단말이 조사한 레이저를 검출하여 상대 단말과 기가 바이트급 통신을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 레이저 조사 및 검출부를 좀 더 상세히 보인 도면이다.
도 3에 도시하는 바와 같이 레이저 조사 및 검출부(110, 210)는 레이저 조사부(111, 211), 레이저 추적부(113, 213), 레이저 검출부(115, 215)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 레이저 조사부(111, 211)는 상대 단말과 광학계를 정렬하고 데이터 통신을 수행하기 위해 상대 단말로 레이저를 조사한다.
레이저 조사부(111, 211)는 통신 모뎀(120, 220)으로부터 전달받은 변조된 신호를 레이저 광에 실어 상대 단말로 조사한다.
이때, 상대 단말로 조사되는 레이저에는 데이터가 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제1단말(100)과 제2단말(200)가 서로 정렬되기 전, 제1단말(100)과 제2단말(200)의 광학계를 서로 정렬하기 위해 상대 단말로 조사하는 레이저에는 데이터가 포함되지 않을 수 있다.
레이저 추적부(113, 213)는 상대 단말로부터 수신되는 레이저의 위치를 이용하여 상대 단말을 추적한다.
레이저 검출부(115, 215)는 상대 단말로부터 수신되는 레이저를 검출하여 통신 모뎀(120, 220)으로 전달한다.
도 3에서는 레이저가 레이저 추적부(113, 213)와 레이저 검출부(115, 215)로 각각 조사되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로, 실질적으로는 도 2에 도시하는 바와 같이 하나의 레이저가 상대 단말로 조사된다.
한편, FSO 레이저 통신 단말(100, 200)에는 도 4에 도시하는 바와 같이 광학계를 보호하기 위한 보호창(window)(140, 240)이 설치되는데, 보호창(140, 240)에 의해 송신 광학계인 레이저 조사부(111, 211)에서 조사한 레이저가 수신 광학계 측으로 되반사 되는 현상이 나타나게 된다.
이와 같이 되반사 현상이 나타나는 경우, 송신 광학계인 레이저 조사부(111, 211)에서 조사된 레이저가 보호창(140, 240)에서 되반사 되어 수신 광학계인 레이저 추적부(113, 213)와 레이저 검출부(115, 215)에 영향을 주게 된다.
이에 따라, 본 발명에서는 도 5에 도시하는 바와 같이 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 경통(117, 217)을 설치하여 송신 광학계에서 조사된 레이저가 보호창(140, 240)에서 되반사 되더라도, 경통(117, 217)에 의해, 보호창(140, 240)에서 되반사 된 레이저가 차단되어 수신 광학계에 영향을 주지 않게 된다.
여기서 경통(117, 217)의 일단은 수신 광학계 측에 밀봉되고, 경통(117, 217)의 타단은 보호창(140, 240) 측에 밀봉되어, 보호창(140, 240)에서 되반사 된 레이저가 수신 광학계 측으로 조사되는 것을 전면 차단하도록 구현되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말의 동작에 대해 설명한다.
우선, 서로 데이터 통신을 수행하고자 하는 제1단말(100)과 제2단말(200)은 광학계를 서로 정렬하기 위해, 제1단말(100)은 제2단말(200)을 향해 레이저를 조사하는 한편 제2단말(200)이 조사하는 레이저를 수신하여 제2단말(200)을 추적하고, 제2단말(200)은 제1단말(100)을 향해 레이저를 조사하는 한편 제1단말(100)이 조사하는 레이저를 수신하여 제1단말(100)을 추적하여 제1단말(100)과 제2단말(200)의 광학계를 서로 정렬한다.
구체적으로, 제1단말(100)과 제2단말(200)은 상대 단말로부터 수신되는 레이저의 위치를 이용하여 광학계를 서로 정렬하되, 수신되는 레이저의 위치가 정중앙에 포커싱되면 짐벌 구동부(130, 230)를 그대로 유지시키고, 수신되는 레이저의 위치가 정중앙에서 벗어나면, 수신되는 레이저가 정중앙에 포커싱 되도록 짐벌 구동부(130, 230)를 구동시킨다.
여기서 제1단말(100)과 제2단말(200)의 광학계를 서로 정렬하기 위해 상대 단말로 조사하는 레이저에는, 데이터가 포함되지 않는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 제1단말(100)과 제2단말(200)의 광학계가 서로 정렬되면, 상대 단말로 전송할 데이터를 레이저 광에 실어 상대 단말 측으로 조사할 수 있다.
이때 제1단말(100)과 제2단말(200)은 상대 단말로부터 수신되는 레이저(데이터를 포함하는 레이저)의 위치를 지속적으로 추적하여 광학계를 서로 정렬하면서, 상대 단말로 데이터를 포함하는 레이저를 조사하는 한편, 상대 단말로부터 수신되는 레이저를 검출하여 상대 단말과 기가 바이트급 통신을 수행한다.
한편, 각각의 FSO 레이저 통신 단말(110, 200)에 광학계를 보호하기 위해 설치된 보호창(140, 240)에서 되반사 되는 레이저는 송신 광학계와 수신 광학계 사이에 설치된 경통(117, 217)에 의해 수신 광학계로 조사되지 않도록 차단된다.
이와 같이 보호창(140, 240)에서 되반사 되는 레이저가 경통(117, 217)에 의해 차단되므로, 수신 광학계에서는 상대 단말이 조사한 레이저를 검출함에 있어 간섭을 받지 않게 되므로, 원활한 레이저 통신을 수행할 수 있게 된다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100. 제1단말, 110, 210. 레이저 조사 및 검출부,
111, 211. 레이저 조사부, 113, 213. 레이저 추적부,
115, 215. 레이저 검출부, 117, 217. 경통,
120, 220. 통신 모뎀, 130, 230. 짐벌 구동부,
140, 240. 보호창, 200. 제2단말

Claims (3)

  1. 상대 단말과 광학계를 정렬하고, 데이터 통신을 수행하기 위해 하나의 동일한 레이저를 이용하여 상기 상대 단말로 레이저를 조사하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저의 위치를 이용하여 상기 상대 단말을 추적하고, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저를 검출하는 레이저 조사 및 검출부;
    상기 레이저 조사 및 검출부를 보호하기 위해 설치되는 보호창;
    송신 광학계와 수신 광학계 사이에 설치되어 상기 보호창에서 되반사 되는 레이저가 상기 수신 광학계로 조사되는 것을 차단하는 경통부;
    상기 레이저 조사 및 검출부를 통해 상기 상대 단말과 통신을 수행하는 통신 모뎀; 및
    상기 레이저 조사 및 검출부에서 수신된 레이저의 위치에 따라, 상기 상대 단말로부터 수신되는 레이저가 상기 레이저 조사 및 검출부의 수신 광학계 정중앙에 포커싱 되도록 상기 레이저 조사 및 검출부를 상기 상대 단말을 향해 지향시키는 짐벌 구동부;를 포함하며,
    상기 레이저 조사 및 검출부는,
    상기 상대 단말과 광학계를 정렬하고 데이터 통신을 수행하기 위해 하나의 동일한 레이저를 이용하여 상기 상대 단말로 레이저를 조사하되,
    상기 상대 단말과 광학계를 정렬하기 위해, 상기 상대 단말로 데이터가 포함되지 않은 레이저를 조사하여 상기 상대 단말과 광학계를 정렬하고, 상기 상대 단말과 광학계가 서로 정렬되면, 상기 상대 단말과 데이터 통신을 수행하기 위해, 상기 레이저에 상기 상대 단말로 전송할 데이터를 실어 조사하고,
    상기 경통부는,
    일단은 상기 수신 광학계 측에 밀봉되고, 타단은 상기 보호창의 측면에 밀봉되어 상기 보호창에서 되반사 된 레이저가 상기 수신 광학계 측으로 조사되는 것을 전면 차단하며,
    상기 경통부는,
    상기 상대 단말로부터 레이저를 수신하는 상기 수신 광학계의 일측면의 최상단 부분과 상기 상대 단말로부터 레이저를 수신하는 상기 보호창의 일측면 사이를 수평으로 밀봉하는 제1부와 상기 수신 광학계의 상기 일측면의 최하단 부분과 상기 보호창의 상기 일측면 사이를 수평으로 밀봉하는 제2부를 포함하는, 짐벌 구조를 가지는 FSO 레이저 통신 단말.
  2. 삭제
  3. 삭제
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