KR102393062B1 - 무선 광통신 장치 및 이의 양방향 무선 광통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자유공간에서의 양방향 광전송이 가능한 무선 광통신 장치는 다운링크 방식을 통해 데이터를 전송하는 제 1 광학 시스템 및 상기 제 1 광학 시스템으로부터 데이터를 수신하고, 업링크 방식을 통해 제어신호를 상기 제 1 광학 시스템으로 전송하는 제 2 광학 시스템을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 하나의 포트를 통해 상기 데이터 및 제어신호를 송수신한다.

Description

무선 광통신 장치 및 이의 양방향 무선 광통신 방법{BI-DIRECTIONAL WIRELESS OPTICAL COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 자유공간 상에서의 양방향 광전송이 가능한 무선 광통신 방법 및 이의 양방향 무선 광통신 방법에 관한 것이다.
광을 이용하여 자유공간 상에서 무선으로 광송신 및 광수신을 하기 위해 다양한 구조와 많은 광부품이 사용되고 있다.
종래에는 광을 자유공간 상으로 송신하기 위해, 송신을 위한 포트와 수신을 위한 포트가 달리 사용되어 무선 광통신 시스템이 구성되었다. 이러한 종래 기술의 경우, 자유공간 상에서 광송신 및 광수신을 각각 별도의 포트를 통해 무선 전송함에 따라, 송신용 광학계와 수신용 광학계를 각각 구성해야 하고, 또한 이들에 대하여 각각 광 정렬 해야하는 번거로움이 있었다.
자유공간 상에서 움직이는 대상체, 예를 들어 드론과 같이 실시간으로 움직이는 이동체와 무선 광통신을 하기 위해서는 광정렬 유지가 필요한데, 이를 위해서는 별도의 트래킹 기능이 필요하다. 그리고 이러한 트래킹 기능을 수행하기 위해서는 트래킹용 광학계가 별도로 구비되어야 한다.
이렇듯 종래 기술의 경우, 자유공간 상에서 무선 광통신을 위해 사용되는 광학계는 데이터 전송용 및 트래킹용 광송신부와 광수신부가 별도로 구비되어야 하는바, 비용 증가 및 광송신과 광수신을 위한 각각의 광정렬이 필요하다는 번거로움이 있었다.
본 발명의 실시예는 자유공간 상에서 움직이는 이동체와의 통신시 무선 광을 이용하여 광송신 및 광수신을 동일한 하나의 포트로 양방향 데이터 전송을 제공하며, 이와 동시에 이동체와의 광 정렬시 필요한 트래킹 기능까지 하나의 동일한 광 경로로 가능하게끔 하는 무선 광통신 장치 및 이의 양방향 무선 광통신 방법을 제공한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 자유공간에서의 양방향 광전송이 가능한 무선 광통신 장치는 다운링크 방식을 통해 데이터를 전송하는 제 1 광학 시스템 및 상기 제 1 광학 시스템으로부터 데이터를 수신하고, 업링크 방식을 통해 제어신호를 상기 제 1 광학 시스템으로 전송하는 제 2 광학 시스템을 포함한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 하나의 포트를 통해 상기 데이터 및 제어신호를 송수신한다.
상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 데이터와 함께 전송할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 상기 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 다운링크측 광송신부 및 WDM 필터를 통해 상기 데이터와 상기 트래킹용 광신호를 하나의 광신호로 변환하여 자유공간 상으로 출력하고, 상기 제 2 광학 시스템은 WDM 필터 및 빔 스플리터를 통해 상기 데이터와 트래킹용 광신호를 분리한 후, 상기 데이터는 다운링크측 광수신부를 통해 수신하고, 상기 트래킹용 광신호는 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 통해 수신할 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크측 광송신부를 통해 출력된 광신호를 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 광신호의 진행거리를 조절하는 제 1 다운링크측 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템는 상기 다운링크측 광수신부를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 다운링크측 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 상기 업링크 방식을 통해 상기 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 제어신호와 함께 전송할 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 상기 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 업링크측 광송신부 및 WDM 필터를 통해 상기 제어신호와 상기 트래킹용 광신호를 하나의 광신호로 변환하여 자유공간 상으로 출력하고, 상기 제 1 광학 시스템은 WDM 필터 및 빔 스플리터를 통해 상기 제어신호와 트래킹용 광신호를 분리한 후, 상기 제어신호는 업링크측 광수신부를 통해 수신하고, 상기 트래킹용 광신호는 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 통해 수신할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 상기 업링크측 광송신부를 통해 출력된 광신호를 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 광신호의 진행거리를 조절하는 제 1 업링크측 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템는 상기 업링크측 광수신부를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 업링크측 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 각각 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 송수신하되, 상기 트래킹용 광신호는 상기 하나의 포트를 통해 송수신될 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 이동체에 부착되어 자유공간 상에서 이동 중에 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하고, 상기 제 2 광학 시스템은 지상에 배치되어 상기 데이터 및 제어신호를 송수신할 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 팬-틸트 유닛에 부착되어, 패닝 및 틸트 통작 중 하나 이상을 통해 상기 자유공간 상에서 상기 제 1 광학 시스템과의 광 정렬이 지속적으로 유지될 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 업링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되, 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 1 광학 시스템은 상기 제 2 광학 시스템으로 알림 메시지를 전송함에 따라 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상이 수행될 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되, 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 2 광학 시스템은 상기 팬-틸트 유닛을 통해 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 정렬할 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 상기 이동체의 짐벌 유닛에 부착되어, 패닝 및 틸트 통작 중 하나 이상을 통해 상기 자유공간 상에서 상기 제 2 광학 시스템과의 광 정렬이 지속적으로 유지될 수 있다.
상기 제 2 광학 시스템은 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되, 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 2 광학 시스템은 상기 제 1 광학 시스템으로 알림 메시지를 전송함에 따라 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상이 수행될 수 있다.
상기 제 1 광학 시스템은 업링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되, 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 1 광학 시스템은 상기 짐벌 유닛을 통해 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 자유공간 상에서의 무선 광통신 장치를 이용한 양방향 무선 광통신 방법은 제 1 광학 시스템이 다운링크 방식을 통해 데이터 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 1 광신호를 전송하거나, 제 2 광학 시스템이 업링크 방식을 통해 제어신호 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 2 광신호를 전송하는 단계 및 상기 제 1 광학 시스템이 업링크 방식을 통해 상기 제 2 광신호를 수신하거나, 상기 제 2 광학 시스템이 다운링크 방식을 통해 상기 제 1 광신호를 수신하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 하나의 포트를 통해 상기 제 1 및 제 2 광신호를 송수신하고, 상기 제 1 광학 시스템은 이동체에 부착되어 자유공간 상에서 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하고, 상기 제 2 광학 시스템은 지상에 배치된다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 자유공간 상에서 움직이는 이동체와 통신시 무선 광을 이용하여 하나의 동일한 광 경로를 통해 양방향으로 데이터와 트래킹용 광신호를 동시에 전송할 수 있다.
따라서, 자유공간 상에서 동일한 하나의 포트를 이용하여 양방향 무선 광 전송이 가능하여 시스템의 부품 수를 감소시킬 수 있다.
또한, 움직이는 이동체와의 광 정렬시 필요한 트래킹용 광신호도 데이터 전송을 위한 포트를 공유함으로써, 별도의 트래킹용 광학계를 추가적으로 구비하지 않고도 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한 광송수신부에는 광경로를 최적화하여 색수차 보정 및 정렬문제를 해결할 수 있도록 XYZ Stage를 부착하여 광전송 효율이 증대될 수 있다.
또한, 트래킹용 광신호도 양방향으로 전송 가능하도록 하여 빠른 트래킹이 가능하며, 자유공간 상에서 무선 광을 이용하므로 Gbps 이상의 초고속 무선 광 통신이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 제 1 광학 시스템 및 제 2 광학 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제 1 광학 시스템에 부착된 짐벌 유닛의 예시도이다.
도 4은 제 2 광학 시스템에 부착된 팬-틸트 유닛의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신 방법의 순서도이다.
도 6은 제 1 광학 시스템의 송수신 렌즈의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 제 2 광학 시스템의 송수신 렌즈의 일 예시를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 무선 광통신 장치(1) 및 이의 양방향 무선 광통신 방법에 관한 것이다.
최근에는 자유공간에서 움직이는 이동체를 활용하여 다양한 서비스를 할 수 있다. 이에 따라 데이터량도 꾸준히 증가하고 있어 Gbps급 이상의 전송속도를 제공할 수 있는 광을 이용한 무선 광통신이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자유공간(A) 상에서 드론과 같이 움직이는 이동체(120)와 실시간으로 무선 광통신을 할 수 있도록 하기 위하여, 광송신 및 광수신을 동일한 하나의 포트를 통해 양방향으로 데이터를 전송하고, 이와 동시에 트래킹용 광신호 역시 동일한 하나의 포트를 통해 전송할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자유공간(A) 상에서의 양방향 광전송이 가능한 무선 광통신 장치(1)에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신 장치(1)는 제 1 광학 시스템(100) 및 제 2 광학 시스템(200)을 포함한다.
제 1 광학 시스템(100)은 이동체(120)에 부착되어 자유공간(A) 상에서 이동 중에 데이터를 광을 이용하여 송신하고 제어신호를 수신한다. 제 1 광학 시스템(100)은 다운링크 방식을 통해 데이터를 제 2 광학 시스템(200)으로 전송하고, 업링크 방식을 통해 제 2 광학 시스템(200)으로부터의 제어신호를 수신한다.
이러한 제 1 광학 시스템(100)이 부착되는 이동체(120)는 드론, 애드벌룬 등이 이에 해당할 수 있다.
제 2 광학 시스템(200)은 지상(Ground station)에 부착되어 상기 제 1 광학 시스템(100)으로부터 광을 이용하여 데이터를 수신하고 제어신호를 송신한다. 제 2 광학 시스템(200)은 다운링크 방식을 통해 제 1 광학 시스템(100)으로부터 데이터를 수신하고, 업링크 방식을 통해 제어신호를 제 1 광학 시스템(100)으로 전송한다.
이때, 본 발명의 일 실시예는 제 1 광학 시스템(100)과 제 2 광학 시스템(200)이 하나의 동일한 포트를 통해 데이터와 제어신호를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 자유공간(A) 상에서 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)과 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200) 간의 광송신 및 광수신을 지속적으로 유지시키기 위하여, 광 정렬시 필요한 트래킹용 광신호를 데이터 및 제어신호를 전송시 함께 광신호에 포함하여 상호간에 공유되도록 할 수 있다.
이러한 트래킹은 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)과 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)간의 무선 광통신시 에러 없이(Error Free) 전송이 유지되도록 동일한 광 경로를 지속적으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이때, 제 1 광학 시스템(100)과 제 2 광학 시스템(200)은 데이터와 제어신호의 송수신시 사용된 동일한 하나의 포트를 통해 트래킹용 광신호를 송수신할 수 있다. 즉, 제 1 광학 시스템(100)은 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 데이터와 함께 광신호로 전송하고, 제 2 광학 시스템(200)은 업링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 제어신호와 함께 전송할 수 있다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예는 추가적인 트래킹용 광학계를 구비하지 않아도 되는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제 1 광학 시스템(100)과 제 2 광학 시스템(200)은 트래킹용 광신호로 Beacon 빔을 이용하여, 상호 간의 양방향 트래킹 기능이 구현 가능하다.
도 2는 제 1 광학 시스템(100) 및 제 2 광학 시스템(200)을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)에서 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)으로의 업링크 광전송 과정에 대해 설명하도록 한다.
이때, 제 1 광학 시스템(100)에서 다운링크 방식을 통해 광신호를 전송하는 구성을 다운링크 광송신부(101)라 하고, 제 2 광학 시스템(200) 다운링크 방식을 통해 광신호를 수신하는 구성을 다운링크 광수신부(208)이라 한다.
마찬가지로, 제 2 광학 시스템(200)에서 업링크 방식을 통해 광신호를 전송하는 구성을 업링크 광송신부(201)라 하고, 제 1 광학 시스템(100) 업링크 방식을 통해 광신호를 수신하는 구성을 업링크 광수신부(108)이라 한다.
지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)은 업링크측 광송신부(201)에서 제어신호와 트래킹용 광신호를 광신호 λ1으로 변환하여 광섬유에 입력시키면, 광증폭부(202)를 통해 광파워가 증폭되어 다음 광섬유로 출력된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 광학 시스템(200)은 업링크측 광송신부(201)를 통해 출력된 광신호 λ1을 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터(203)를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상, 즉 x축, y축 및 z, xy축, yz축, zx축으로 이동시켜 렌즈(2-1)와 빔의 진행거리를 조절하는 제 1 업링크측 스테이지(204)를 포함할 수 있다.
렌즈(2-1)를 통과한 광신호 λ1은 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터(205) 및 제 2 광학 시스템(200)의 송수신 렌즈(206)를 통해 자유공간(A) 상으로 출력된다.
제 2 광학 시스템(200)은 자유공간(A) 상으로 출력된 광신호 λ1이 발산 혹은 콜리메이션(collimation)되어 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)과의 무선 광통신이 지속적으로 유지될 수 있도록, 빔의 형태를 제 1 업링크측 스테이지(206)를 이용하여 렌즈(2-1)와 광신호의 진행 거리를 조절한다.
자유공간(A) 상으로 출력된 광신호 λ1은 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)의 송수신 렌즈(106)에 집속되며, WDM 필터(105)를 통과하여 빔 스플리터(107)를 거쳐 광 파워가 분기되어 두 개의 광신호로 분리된다.
하나의 광신호는 제어신호를 포함한 광신호로 렌즈(1-2)를 통해 포커싱되어 업링크측 광수신부(108)로 입력되어 제어신호로 광전변환된다.
이때, 제 1 광학 시스템(100)은 업링크측 광수신부(108)를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 업링크측 스테이지(109)를 포함할 수 있다. 업링크측 광수신부(108)가 제 2 업링크측 스테이지(109)에 부착됨에 따라, 광신호가 최적의 광파워로 입력될 수 있도록 광신호의 수신 위치가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 XYZ Stage를 부착함으로써 광경로를 최적화하여 색수차 보정 및 정렬문제를 해결함으로써 광전송 효율을 증대시킬 수 있다.
빔 스플리터(107)를 거친 또 다른 광신호는 트래킹용 광신호로 렌즈(1-3)를 통해 포커싱되어 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)에 입력되며, 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)를 통해 광전변환되어 트래킹 처리를 한다.
다음으로, 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)에서 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)으로의 다운링크 광전송 과정에 대해 설명하도록 한다.
움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)은 다운링크측 광송신부(101)에서 데이터와 트래킹용 광신호를 광신호 λ2로 변환하여 광섬유에 입력시키면, 광증폭부(102)를 통해 광파워가 증폭되어 다음 광섬유로 출력된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 광학 시스템(100)은 다운링크측 광송신부(101)를 통해 출력된 광신호 λ2를 전달하는 광섬유의 출력단과 접속된 광커넥터(103)를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 렌즈(1-1)와 빔의 진행거리를 조절하는 제 1 다운링크측 스테이지(104)를 포함할 수 있다.
렌즈(1-1)를 통과한 광신호 λ2는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터(105) 및 제 1 광학 시스템(100)의 송수신 렌즈(106)를 통해 자유공간(A) 상으로 출력된다.
제 1 광학 시스템(100)은 자유공간(A) 상으로 출력된 광신호 λ2가 발산 혹은 콜리메이션(collimation)되어 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)과의 무선 광통신이 지속적으로 유지될 수 있도록, 빔의 형태를 제 1 다운링크측 스테이지(104)를 이용하여 렌즈(1-1)와 광신호의 진행 거리를 조절한다.
자유공간(A) 상으로 출력된 광신호 λ2는 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)의 송수신 렌즈(206)에 집속되며, 제 2 광학 시스템(200)의 WDM 필터(205)를 통과하여 빔 스플리터(207)를 거쳐 광 파워가 분기되어 두 개의 광신호로 분리된다.
하나의 광신호는 데이터를 포함한 광신호로 렌즈(2-2)를 통해 포커싱되어 다운링크측 광수신부(208))로 입력되어 데이터로 광전변환된다.
이때, 제 2 광학 시스템(200)은 다운링크측 광수신부(208)를 부착시키고, x축, y축 및 z축 중 하나 이상으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 다운링크측 스테이지(209)를 포함할 수 있다. 다운링크측 광수신부(208)가 제 2 다운링크측 스테이지(209)에 부착됨에 따라, 광신호가 최적의 광파워로 입력될 수 있도록 광신호의 수신 위치가 조절될 수 있다.
빔 스플리터(207)를 거친 또 다른 광신호는 트래킹용 광신호로 렌즈(2-3)를 통해 포커싱되어 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)에 입력되며, 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)를 통해 광전변환되어 트래킹 처리를 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예는 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)의 WDM 필터(105)와 송수신 렌즈(106) 사이의 광학빔의 크기를 조절하기 위하여 필요시 송수신 렌즈(106)를 추가하거나 줄일 수 있다. 또한, 렌즈(1-1), 렌즈(1-2), 렌즈(1-3)도 필요에 따라 구성에서 제외하거나 필요시 추가될 수 있다.
제 1 광학 시스템(100)과 마찬가지로 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)의 WDM 필터(205)와 송수신 렌즈(206) 사이의 광학빔의 크기를 조절하기 위하여 필요시 송수신 렌즈(206)를 추가하거나 줄일 수 있다. 또한, 렌즈(2-1), 렌즈(2-2), 렌즈(2-3)도 필요에 따라 구성에서 제외하거나 필요시 추가될 수 있다.
이때, 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)에 사용되는 모든 렌즈는 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 실린드리컬 렌즈 등 다양한 형태의 렌즈가 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)의 송수신 렌즈(106, 206)의 앞단에 빔의 진행방향을 변경하기 위하여 미러(미도시)가 추가될 수 있으며, 이를 통해 빔의 경로를 다양하게 변경하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)에 구비된 제 1 및 제 2 트래킹용 광신호 수신부(110, 210)를 구성하는 광소자는 QPD(Quda Photodiode), Position Photodiode 등이 적용될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 트래킹용 광신호 수신부(110, 210)는 필요시 하나를 제외하고 단독으로 사용하여도 광정렬이 가능하다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)의 광 정렬을 위해 구비되는 추가적인 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 제 1 광학 시스템(100)에 부착된 짐벌 유닛(140)의 예시도이다.
제 1 광학 시스템(100)은 이동체(120)의 짐벌 유닛(140)에 부착되어, 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 통해 자유공간(A) 상에서 제 2 광학 시스템(200)과의 광 정렬을 지속적으로 유지되도록 할 수 있다.
구체적으로 짐벌 유닛(140)을 이용하여 광 정렬이 수행되는 경우는 다음과 같다.
첫째로, 지상에 배치된 제 2 광학 시스템(200)의 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)가 제 1 광학 시스템(100)에 의해 전송된 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 빔 경로가 조금이라도 틀어져 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)의 중앙에 위치하지 않는 경우, 제 2 광학 시스템(200)은 제 1 광학 시스템(100)으로 알림 메시지를 전송함에 따라, 제 1 광학 시스템(100)은 짐벌 유닛(140)을 통해 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
두 번째로, 제 1 광학 시스템(100)의 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)가 제 2 광학 시스템(200)에 의해 전송된 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 빔 경로가 조금이라도 틀어져 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)의 중앙에 위치하지 않는 경우, 제 1 광학 시스템(100)은 짐벌 유닛(140)을 통해 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)를 정렬할 수 있다.
이와 같은 정렬이 유지되면 다운링크측 광수신부(208) 및 업링크측 광수신부(108)에서도 에러 없이 무선 광전송이 유지될 수 있다.
도 4은 제 2 광학 시스템(200)에 부착된 팬-틸트 유닛(220)의 예시도이다.
제 2 광학 시스템(200)은 팬-틸트 유닛(220)에 부착되어, 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 통해 자유공간(A) 상에서 제 1 광학 시스템과(100)의 광 정렬을 지속적으로 유지되도록 할 수 있다.
구체적으로 팬-틸트 유닛(220)을 이용하여 광 정렬이 수행되는 경우는 다음과 같다.
첫째로, 움직이는 이동체(120)에 부착된 제 1 광학 시스템(100)의 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)가 제 2 광학 시스템(200)에 의해 전송된 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 빔 경로가 조금이라도 틀어져 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)의 중앙에 위치하지 않는 경우, 제 1 광학 시스템(100)은 제 2 광학 시스템(200)으로 알림 메시지를 전송함에 따라, 제 2 광학 시스템(200)은 팬-틸트 유닛(220)을 통해 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
두 번째로, 제 2 광학 시스템(200)의 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)가 제 1 광학 시스템(100)에 의해 전송된 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 빔 경로가 조금이라도 틀어져 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)의 중앙에 위치하지 않는 경우, 제 2 광학 시스템(200)은 팬-틸트 유닛(220)을 통해 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 제 2 트래킹용 광신호 수신부(210)를 정렬할 수 있다.
이와 같은 정렬이 유지되면 다운링크측 광수신부(208) 및 업링크측 광수신부(108)에서도 에러 없이 무선 광전송이 유지될 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)과 짐벌유닛(120) 및 팬-틸트 유닛(220)의 내부에는 각 구성요소의 제어 및 데이터 처리를 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다.
이때, 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다. 예를 들어, 메모리(140)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자유공간(A) 상에서의 무선 광통신 장치(1)를 이용한 양방향 무선 광통신 방법을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신 방법의 순서도이다.
먼저, 제 1 광학 시스템(100)은 다운링크 방식을 통해 데이터 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 1 광신호를 전송하거나(S101), 제 2 광학 시스템(200)은 업링크 방식을 통해 제어신호 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 2 광신호를 전송한다(S111).
이에 따라, 제 1 광학 시스템(100)은 업링크 방식을 통해 제 2 광신호를 수신하고(S113), 제 2 광학 시스템(200)은 다운링크 방식을 통해 제 1 광신호를 수신한다(S103).
이때, 제 1 및 제 2 광학 시스템(100, 200)은 하나의 동일한 포트를 통해 제 1 및 제 2 광신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
이후 제 1 광학 시스템(100)은 수신한 제 2 광신호를 제어신호가 포함된 광신호와 트래킹용 광신호로 분리하여(S115) 각각 업링크측 광수신부(108) 및 제 1 트래킹용 광신호 수신부(110)를 통해 수신하고(S117), 제 2 광학 시스템(200)은 수신한 제 1 광신호를 데이터가 포함된 광신호와 트래킹용 관신호로 분리하여(S105) 각각 다운링크측 광수신부(208) 및 제 2 트래킹용 광신호 수신부(120)를 통해 수신한다(S107).
한편, 상술한 설명에서, 단계 S101 내지 S117은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 4에서 이미 기술된 내용은 도 5의 양방향 무선 광통신 방법에도 적용될 수 있다.
도 6은 제 1 광학 시스템(100)의 송수신 렌즈(106)의 일 예시를 도시한 도면이다. 도 7은 제 2 광학 시스템(200)의 송수신 렌즈(206)의 일 예시를 도시한 도면이다.
제 1 광학 시스템(100)과 제 2 광학 시스템(200)의 송수신 렌즈(106, 206)를 통해 출력되는 빔은 콜리메이션이 되도록 설계하였으며, Beacon 광신호를 검출할 수 있도록 QPD(Quad Photodiode)를 적용하여 설계하였다.
이때, 제 1 광학 시스템(100)의 송수신 렌즈(106)는 제 2 광학 시스템(200)의 송수신 렌즈(206)보다 1개가 더 적도록 설계하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 무선 광통신 장치
100: 제 1 광학 시스템
120: 이동체
140: 짐벌 유닛
200: 제 2 광학 시스템
220: 팬-틸트 유닛

Claims (20)

  1. 자유공간에서의 양방향 광전송이 가능한 무선 광통신 장치에 있어서,
    다운링크 방식을 통해 데이터를 전송하는 제 1 광학 시스템 및
    상기 제 1 광학 시스템으로부터 데이터를 수신하고, 업링크 방식을 통해 제어신호를 상기 제 1 광학 시스템으로 전송하는 제 2 광학 시스템을 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 하나의 포트를 통해 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 데이터와 함께 전송하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 다운링크측 광송신부 및 WDM 필터를 통해 상기 데이터와 상기 트래킹용 광신호를 하나의 광신호로 변환하여 자유공간 상으로 출력하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크측 광송신부를 통해 출력된 광신호를 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터를 부착시키고, x축, y축 및 z축 방향들로 이동시켜 광신호의 진행거리를 조절하는 제 1 다운링크측 스테이지를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 상기 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 WDM 필터 및 빔 스플리터를 통해 상기 데이터와 트래킹용 광신호를 분리한 후, 상기 데이터는 다운링크측 광수신부를 통해 수신하고, 상기 트래킹용 광신호는 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 통해 수신하는 것인 무선 광통신 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템는 상기 다운링크측 광수신부를 부착시키고, x축, y축 및 z축 방향으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 다운링크측 스테이지를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 상기 업링크 방식을 통해 상기 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 제어신호와 함께 전송하는 것인 무선 광통신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 업링크측 광송신부 및 WDM 필터를 통해 상기 제어신호와 상기 트래킹용 광신호를 하나의 광신호로 변환하여 자유공간 상으로 출력하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 WDM 필터 및 빔 스플리터를 통해 상기 제어신호와 트래킹용 광신호를 분리한 후, 상기 제어신호는 업링크측 광수신부를 통해 수신하고, 상기 트래킹용 광신호는 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 통해 수신하는 것인 무선 광통신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 상기 업링크측 광송신부를 통해 출력된 광신호를 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터를 부착시키고, x축, y축 및 z축 방향으로 이동시켜 광신호의 진행거리를 조절하는 제 1 업링크측 스테이지를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템는 상기 업링크측 광수신부를 부착시키고, x축, y축 및 z축 방향으로 이동시켜 상기 광신호의 수신 위치를 조절하는 제 2 업링크측 스테이지를 포함하는 것인 무선 광통신 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 각각 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 송수신하되, 상기 트래킹용 광신호는 상기 하나의 포트를 통해 송수신되는 것인 무선 광통신 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템은 이동체에 부착되어 자유공간 상에서 이동 중에 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하고, 상기 제 2 광학 시스템은 지상에 배치되어 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 광통신 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 팬-틸트 유닛에 부착되어, 패닝 및 틸트 통작 중 하나 이상을 통해 상기 자유공간 상에서 상기 제 1 광학 시스템과의 광 정렬이 지속적으로 유지되는 것인 무선 광통신 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템은 업링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되,
    상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 1 광학 시스템은 상기 제 2 광학 시스템으로 알림 메시지를 전송함에 따라 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상이 수행되는 것인 무선 광통신 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되,
    상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 2 광학 시스템은 상기 팬-틸트 유닛을 통해 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 정렬하는 것인 무선 광통신 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 이동체의 짐벌 유닛에 부착되어, 패닝 및 틸트 통작 중 하나 이상을 통해 상기 자유공간 상에서 상기 제 2 광학 시스템과의 광 정렬이 지속적으로 유지되는 것인 무선 광통신 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 시스템은 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 2 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되,
    상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 2 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 2 광학 시스템은 상기 제 1 광학 시스템으로 알림 메시지를 전송함에 따라 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상이 수행되는 것인 무선 광통신 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 시스템은 업링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 수신하기 위한 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 포함하되,
    상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부가 상기 트래킹용 광신호를 검출하지 못하거나, 상기 트래킹용 광신호가 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부의 중앙에 위치하지 않는 경우, 상기 제 1 광학 시스템은 상기 짐벌 유닛을 통해 상기 패닝 및 틸트 동작 중 하나 이상을 수행하여 상기 제 1 트래킹용 광신호 수신부를 정렬하는 것인 무선 광통신 장치.
  20. 자유공간 상에서의 무선 광통신 장치를 이용한 양방향 무선 광통신 방법에 있어서,
    제 1 광학 시스템이 다운링크 방식을 통해 데이터 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 1 광신호를 전송하거나, 제 2 광학 시스템이 업링크 방식을 통해 제어신호 및 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 포함하는 제 2 광신호를 전송하는 단계 및
    상기 제 1 광학 시스템이 업링크 방식을 통해 상기 제 2 광신호를 수신하거나, 상기 제 2 광학 시스템이 다운링크 방식을 통해 상기 제 1 광신호를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 광학 시스템은 하나의 포트를 통해 상기 제 1 및 제 2 광신호를 송수신하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 이동체에 부착되어 자유공간 상에서 상기 데이터 및 제어신호를 송수신하고, 상기 제 2 광학 시스템은 지상에 배치되며,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크 방식을 통해 광 정렬을 위한 트래킹용 광신호를 상기 데이터와 함께 전송하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 다운링크측 광송신부 및 WDM 필터를 통해 상기 데이터와 상기 트래킹용 광신호를 하나의 광신호로 변환하여 자유공간 상으로 출력하고,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 다운링크측 광송신부를 통해 출력된 광신호를 전달하는 광섬유와 접속된 광커넥터를 부착시키고, x축, y축 및 z축 방향들로 이동시켜 광신호의 진행거리를 조절하는 제 1 다운링크측 스테이지를 포함하는 것인 양방향 무선 광통신 방법.
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