KR20010042994A - 공간 분할 다중화 전이중 근거리 통신망 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광 무선 근거리 통신망은 시계 광통신 기능을 갖는 다수개 단말기를 상호접속하기 위한 광 무선 근거리 통신망이다. 광 무선 근거리 통신망에서, 기지국은 각각이 각도 다이버시티형의 광 수신 기능을 갖고 지향성이 구비된 다수개 광 전송기를 포함한다. 상기 다수개 광 전송기 각각의 강도가 개별적으로 변조될 수 있다.

Description

공간 분할 다중화 전이중 근거리 통신망{SPACE-DIVISION MULTIPLEX FULL-DUPLEX LOCAL AREA NETWORK}

근래, IrDA 규격(Infrared Data Association standard)에 맞춰 사무실이나 가정 등에서 정보 단말기들간에 데이터 전송에 적외선을 사용하는 무선 광 통신이 보급되고 있다. 이러한 무선 광 통신에서, 광 전송기-수신기는 일정 지향성을 갖는 발광 다이오드(LED)를 전송기로서 포함하고, 적절한 시계를 갖는 광 다이오드 (PD)를 수신기로서 포함하고 있다.

이러한 광 전송기-수신기를 각각 포함하는 2개의 단말기가 약간의 거리를 두고 서로 마주보게 배치되어 있다. 이 단말기는 IM/DD(intensity modulation with direct detection, 직접 검출 세기 변조)에 의해 직시성 통신을 수행한다. 이러한 지향성/직시성 광 통신은 저전력 소모, 소형, 경량 및 저 비용을 요구하는 휴대용 단말기에 아주 유익하며, 따라서 널리 사용되고 있다. 현재까지, 지향성/직시성 광 통신의 통신 레이트는 4Mbps 이며, 그의 전송 범위는 1m이다. 장래에는, 통신 레이트가 100 Mbps이고 전송 범위가 5m를 달성하는 지향성/직시성 광 통신이 개발될 것이다. 지향성/직시성 광 통신은 동화상 등을 처리하는 각종의 애플리케이션을 통해 최종 사용자들간에 점점 더 널리 보급되고 있다.

적외선을 매체로 사용하는 IM/DD로 통신을 수행하는 LAN(Local Area Network, 근거리 통신망)이 전세계적으로 활발히 개발되고 있다.

도 7은 각종의 적외선 통신을 나타낸 것으로서, 공표물 1(Joseph M. Kahn 등의 Proceedings of the IEEE, 265-298면, 1997)의 도 1에 해당하는 것이다. 도 7은 직시성 통신이 사용되고 있는지 여부에 따라 행이 상하(각각, 직시성과 비직시성)로 나누어져 있다. 도 7은 또한 전송기-수신기가 지향성을 갖는지 여부에 따라 열이 좌우(지향성, 하이브리드, 및 비지향성)로 나누어져 있다. 복수의 단말기가 무선으로 각 접속점에 접속되어 있는 광 무선 LAN에 있어서, 예를 들면 네트워크 공간내의 장애물이나 사람에 의해 광이 차폐되지 않을 필요가 있다. 따라서, 도 7의 우하단에 도시한 바와 같이, 광은 확산되어 넓은 범위에 걸쳐 전송되고, 이 광이 넓은 시계를 갖는 수신기에 의해 수신된다. 비지향성/비직시성 확산 링크 형태의 통신이 유망하다. 그렇지 않고, 도 7의 중간에 도시된 하이브리드 시스템에서 전송기는 지향성 빔을 사용하며 수신기는 넓은 시계를 가지고 있다. 이들 시스템은 LAN의 구성이 유연하다는 점이 장점이지만, 전송기-수신기의 소비 전력이 많고 다단 트랜스폰더(multi-stage transponder)를 가지기 때문에 비용이 많이 소요된다. 이들 시스템은 사무실, 병원 또는 학교 등의 실내 환경에서 아주 많이 사용된다.

이러한 기존의 LAN 시스템은 휴대용 단말기 등에 널리 사용되고 있는 IrDA 규격과 호환되지 않는 그들 자신만의 통신 방식이나 통신 프로토콜을 사용하고 있다. IrDA 단말기 사용자는 복수의 단말기를 상호접속하고자 할 때에도, 그들의 IrDA 통신 기능을 사용할 수 없게 되어 전 시스템을 새로 도입해야만 한다. 최근에는, Kahn 등은 공표물 1에서 도 7의 좌상부에 도시한 지향성/직시성 통신 방식을 갖는 복수의 단말기간에 공간 분할 다중화를 사용하여 동시적 링크를 달성하자고 제안하고 있다. 이 제안에서, 모든 단말기들간의 데이터 통신은 각도-다이버시티 수신기 및 다중빔 전송기에 의해 중재되며, 이 수신기 및 전송기를 합쳐 소위 광 무선 허브를 구성한다.

도 8은 광 무선 허브의 주요 구성 요소인 각도-다이버시티 수신기의 일례를 2개 도시하고 있으며, 이는 공표물 1의 도 22에 해당한다. 도 8에 도시한 어느 일례에서도, 신호 광이 들어오는 각도는 복수의 광검출기 중 하나의 위치의 좌표에 해당한다.

도 8에 도시한 일례 중에서, 비교적 높은 공간 해상도를 갖는 결상 렌즈(imaging lens)를 사용하는 일례에 대해서는 도 8b 및 도 8d를 참조하여 설명한다. 도 8b는 결상 수신기(imaging receiver)의 구성을 도시한 도면이고, 도 8d는 도 8b의 결상 수신기의 공간 해상도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 경우에, 결상 렌즈는 임의의 방향에서의 광 신호가 신호 집속면에 집속되도록 설계되어 있다. 따라서, 결상 렌즈에 일정 각도로 입사하는 광 신호는 모놀리식 광 검출기 어레이의 어떤 셀(및/또는 이 셀 근처의 다수의 셀)에 의해 검출되고, 이 입사광 신호에 응답하여 신호를 출력한다. 검출된 신호는 각 셀의 다음에 오는 프리앰프 어레이에 의해 증폭된다. 이러한 검출된 신호 중에서, 가장 세기가 센 신호를 선택적으로 처리함으로써, 결상 수신기에 대해 서로 다른 각도를 갖는 신호원을 별도로 식별할 수 있게 된다. 원리상으로는, N 대 N의 동시적 통신이 가능하다.

그러나, 휴대용 단말기를 랜덤한 다중 접속 능력을 갖는 고속 LAN에 직접 포함시키기 위해서는 극복해야할 문제점이 많이 있다. 이런 문제점 중의 하나로는 IrDA 규격에 맞춰 휴대용 단말기들간의 통신에서 전송 및 수신을 동시에 행할 수 없다는 것으로, 이에 따라 통신은 반이중 통신에 한정되게 된다. 이러한 문제점의 주된 물리적 요인은 트랜시버가 간단하고, 소형이며 저가이어야만 한다는 것이며, 따라서 트랜시버는 전송된 광이 산란하여 광을 전송했던 트랜시버로 되돌아오는 것을 막는 구조를 가질 수 없다(예를 들면, 전송기 및 수신기는 서로 충분한 거리를 두고 배치된다).

게다가, 종래의 광 무선 LAN에서는, 광 전송 및 수신은 신호 광 채널을 사용하여 행해질 수도 있다(예를 들면, 단일 파장 대역내의 확산 광이 전 네트워크 영역을 커버한다). 이러한 통신은 단방향 1 대 N(방송) 통신에 한정된다. 시분할 다중화(TDM)이 통신에 도입됨으로써, 시분할 다중 접속(TDMA)를 행하는 것이 가능하게 되었다. 시스템이 복수의 단말기를 상호접속시키는 경우, 각 단말기간의 전송 레이트를 상당히 증가시키기가 어려우며, 전 시스템의 전력 소모가 증가하게 된다. 시스템은 소위 셀룰러 통신 시스템을 사용하여 복수의 단말기를 상호접속시킬 수도 있으며, 셀룰러 통신 시스템은 네트워크 공간이 일정 레벨의 지향성을 갖는 복수의 빔을 사용하여 다수의 공간 셀로 분할되어 있다. 이 경우에, TDMA를 사용하여 반이중 통신을 행하는 경우, 각 단말기가 LAN 상으로 통신을 시작하기 바로 전에 다른 단말기가 이미 통신을 행하고 있는지를 확인해야만 한다. 이러한 확인 절차를 충돌 회피라고 한다. 충돌 회피 절차를 행할 때에도, 통신 상태가 나쁜 단말기가 지역내에 존재하는 경우, 통신 에러가 발생할 수 있다.

각 통신 채널에 코드를 할당(CDMA)하거나 또는 각 통신 채널에 반송 주파수를 할당(FDMA), 즉 전기 회로를 사용하여 다중화하는 경우에도, 매 사용자에 대한 통신 용량은 한정되어 있다. 이러한 경우에, 신호 처리가 아주 복잡하며, 불가피하게 전 시스템의 전력 소모도 증가하게 된다. LAN 내에서 CDMA 또는 FDMA를 셀룰러 통신 시스템과 결합시킬 경우에도, 복수의 단말기들간의 동시적 통신에 의해 신호들간의 간섭이 야기된다. 따라서, 종래의 공지된 충돌 검출 절차가 필요불가결하게 된다. 따라서, 대기 시간 및 추가의 신호 처리가 각 단말기에 대해 필요하게 되며, 따라서 만족할만한 고속의 LAN 환경을 제공하는 것이 어렵게 된다.

그러나, 각 채널에 통신 파장이 할당되는 파장 분할 다중 접속(WDMA)에서는, 원리상으로는 다중 접속이 확산 링크에서 동시적으로 행해질 수 있다. 이 경우, 각 전송기의 광원의 파장이 가변적일 필요가 있다. 역으로, 각 전송기의 광원이 일정 파장을 가지며 복수의 파장 대역이 사용되는 경우, 수신기는 링크에서 사용되는 모든 파장 대역으로부터 단지 하나의 파장만을 선택하는 대역 통과 필터가 필요하게 되며, 전송의 중심 파장은 가변적이다. 이러한 기능은 단일 디바이스로는 저가로 용이하게 달성되지 않는다. 따라서, 각각이 일정한 파장을 갖는 복수의 광원을 포함하는 전송기와 각각이 일정한 대역 통과 특성을 갖는 복수의 필터를 포함하는 수신기가 각 단말기마다 필요하게 되므로, 실용적인 시스템을 실현할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 휴대용 단말기에 사용하기 위해 널리 보급되어 있는 지향성/직시성 광 통신의 장점을 사용하여 단말기에 그다지 부하를 주지 않고 복수의 단말기를 동시에 상호접속시킬 수 있으며, 단말기의 통신 능력의 향상(장거리 또는 고속)을 직접 달성할 수 있는 고속 대용량의 LAN을 제공하는데 있다.

〈발명의 개시〉

본 발명에 따르면, 각 단말기의 전송기-수신기 유닛에서, 수신기는 그 자신의 전송기로부터의 신호광을 차단하기위한 광학 필터를 포함하고 있다. 모든 단말기들간의 공간 분할 통신은 공간 분할 능력을 갖는 광 무선 허브를 사용하여 행해진다. 광 무선 허브의 다중빔 전송기의 각 광원의 파장 대역에는 각 단말기가 사용하는 모든 파장 대역의 스펙트럼 성분과는 다른 스펙트럼 성분이 포함되어 있다. 따라서, 지향성/직시성 통신을 수행하는 복수의 단말기들간의 동시적인 전이중 다중 접속 LAN이 달성된다. 또한, 단말기들간의 일대일 지향성 통신의 속도도 가능한 한 많이 증대된다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 직시성 광 통신 기능을 갖는 복수의 단말기를 상호접속시키기 위한 광 무선 근거리 통신망이 제공되며, 각도-다이버시티형의 수광 기능과 지향성을 갖는 복수의 광 전송기를 포함하는 기지국이 제공되어 있고, 복수의 광 전송기는 별도로 세기 변조를 수행할 수 있다. 그에 따라, 상기한 목적이 달성된다.

복수의 광 전송기 각각에 해당하는 각 공간 셀내에는 하나의 단말기만이 수용될 수 있다.

광 전송기의 광원의 원방계 패턴(far-field pattern)은 일반 람베르트 계산법에 의해 만족할만큼 근사화될 수 있다. 즉, 각 공간 셀의 각도 θ에 대한 복수의 광 전송기 각각의 광원의 세기가 절반인 각(half intensity-angle) ψ은 ψ=Cxθ(C는 상수)로 주어지며, 여기서 C는 0.70에서 1.00의 범위내에 있는 값이다.

기지국은 기지국과 통신하게 될 단말기로부터 전송된 통신 요청 광 신호를 검출하고, 그 단말기에 광 신호의 세기 데이터 또는 광 신호/잡음비의 데이터를 통지해준다.

단말기는 단말기측의 광 전송기-수신기의 방향을 수동으로 조정하는 기능을 가지며, 아울러 기지국으로부터 전송된 광 신호의 세기 데이터 또는 광 신호/잡음비의 데이터를 인지하게 된다.

각 단말기는 광원과 동일 파장 대역을 갖는 하나 또는 복수개의 반도체 레이저 또는 발광 다이오드, 및 단말기의 전송기로부터 전송된 광을 선택적으로 감쇠시키기 위한 광학 필터를 갖는 광 검출기를 포함해도 된다.

각 단말기의 광원의 파장 대역은 단말기마다 또는 애플리케이션마다 변할 수 있다.

기지국의 전송기의 광원의 파장 대역은 각 단말기의 광원과는 다른 스펙트럼 성분을 가질 수 있다.

광 무선 근거리 통신망은 광학 필터를 용이하게 제거하기 위한 수단을 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 직시성 광 통신 기능을 갖는 복수의 단말기들을 상호 접속시키기 위해 광 무선 근거리 통신망에서 사용하는 광 무선 통신 시스템이 제공되며, 통신은 이하의 절차에 의해 시작된다. 상기 절차는 (a) 각도-다이버시티형의 수광 기능을 포함하는 기지국이 각 단말기로부터 전송된 통신 요청 광 신호를 검출하는 단계와; (b) 기지국이 상기 통신 요청 광 신호를 수신하는 각 광 검출기로부터의 신호를 비교하고, 광 신호의 세기가 가장 강하거나 광 신호/노이즈 세기 비가 가장 높은 광 검출기를 선택하거나, 또는 복수의 광 검출기의 신호에 근거하여 가장 높은 광 신호/노이즈 세기 비를 계산하며, 각 단말기내에 위치한 공간 셀을 인식하는 단계와; (c) 상기 단말기가 각각의 단말기에 대응하는 광학 공간 셀을 형성하는 수광기로부터의 통신 요청 신호의 광 신호의 세기 데이터 또는 광 신호/잡음비를 통지받는 단계와; (d) 상기 단말기의 광 전송기-수신기의 방향을 수동으로 조정하며, 아울러 광 신호의 세기 데이터 또는 광 신호/잡음비의 데이터를 인식하는 단계; 및 (e) 통신 요청 광 신호의 광 신호의 세기 데이터 또는 광 신호/노이즈비의 데이터가 통신을 허용하는 값에 도달할 때에는, 통신 허용을 나타내는 신호가 기지국으로부터 단말기로 전송되는 단계를 포함한다. 이에 의해 상기한 목적이 달성된다.

본 발명은 사무실이나 가정 등의 환경에서 사용하기 위한 지향성/직시성(directed/line-of-sight) 광통신 기능을 갖는 정보 단말기를 상호 접속시키기 위한 공간 분할 근거리 통신망(space-division local area network)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 근거리 통신망을 도시하는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 다중빔 전송기에 의해 생성된 스페이스 셀의 구성을 도시하는 상부도.

도 3은 본 발명의 예1에 따른 단말기의 전송기-수신기부의 스펙트럼 특성을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 예1에 따른 다중빔 전송기의 빔의 스펙트럼 특성을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 예2에 따른 단말기의 전송기-수신기부의 스펙트럼 특성을 도시하는 도면.

도 6A는 본 발명에 따른 카드형 단말기 전송기-수신기부의 외관도.

도 6B는 본 발명에 따른 포트 접속형 전송기-수신기부의 외관도.

도 7은 종래의 광 무선 통신의 다양한 형태를 도시하는 도면.

도 8은 각도 다이버시티형의 수신기를 설명하기 위해 사용된 도면.

＜발명의 최상의 실시예＞

본 발명은 IM/DD에 기초한다. 이하에 설명하는 본 발명의 일례에서는, 통신 프로토콜 또는 변조/복조 시스템에 대한 상세한 설명은 하지 않기로 한다. LAN 시스템 전체의 동작에 대해서는 상세히 설명한다. 본 발명의 목적 또는 본 발명 그 자체는 어떤 프로토콜 또는 변조/복조 시스템에서도 효과적이다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 효과는 어떤 프로토콜 또는 변조/복조 시스템에 관계하지 않고 달성될 수 있다.

＜실시예 1＞

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 LAN 시스템 전체를 도시한 것이다. 실시예 1의 LAN 시스템은 천정에 설치된 광 무선 허브(100), 휴대용 단말기(110), 및 데스크톱 컴퓨터 등의 컴퓨터(111) 및 프린터(112)를 포함하고 있다. 실시예 1에서, 카드형 전송기-수신기 유닛(114)은 휴대용 단말기(110)에 부착되어 있다. 카드형 전송기-수신기 유닛(116)은 프린터(112)에 부착되어 있다. 포트 접속형 전송기-수신기(115)는 컴퓨터(111)에 부착되어 있다. 카드형 전송기-수신기(114, 116) 및 포트 접속형 전송기-수신기(115) 각각은 자유로이 방향을 바꿀 수 있는 축을 가지고 있다. 전송기-수신기(114-116)의 구조에 대해서는 도 6A 및 도 6B를 참조하여 이하에서 설명한다. 광 무선 허브(100)는 수신기로서 결상 수신기(imaging receiver, 101)를 포함하고 있다. 도 1에서, 전송기-수신기(114-116)는 결상 수신기(101)로 빔을 전송한다. 이 빔은 각각 참조 번호 120, 121, 122로 표시되어 있다.

도 2는 광 무선 허브(100)의 전송기인 다중 빔 전송기의 각 빔에 의해 형성되는 공간 셀을 나타낸 것으로, 각 공간 셀은 바로 위에서 본 것이다. 각 셀의 크기는 다중 빔 전송기(102)의 각 빔의 지향각과 천정의 높이에 의해 결정된다. 도 2에서, 각각의 단말기(110, 111, 112)에 대응하는 공간 셀은 참조 번호 210, 211, 212로 표시되어 있다. 공간 셀(210, 211, 212) 각각의 직경은 약 1m이다. 도 1에서, 공간 셀(210, 211, 212)을 형성하는 빔은 참조 번호 220, 221, 222로 각각 표시되어 있다.

이후부터는, 광 무선 허브(100) 및 공간 분할 다중화에 대해서 설명한다. 광 무선 허브(100)의 수신기인 결상 수신기(101)는 적어도 이하의 것을 포함한다: 종래의 기술에 대해 기술한 바와 같이 서로 결합되어 있는 복수의 렌즈를 포함하는 결상 렌즈; 결상 렌즈의 집속면에 설치된 어레이(실리콘 핀 PD가 모놀리식과 일체로 되어 있슴); 어레이내의 각 셀에 접속된 저잡음 프리앰프 어레이; 및 각 셀의 개개의 신호에 대해 신호/잡음비(SNR)를 계산하여 각 셀간의 SNR을 비교하는 등의 신호 처리를 행하여 일정 단말기로부터의 신호 수신을 위해 사용되는 셀을 결정하는 멀티플렉서.

도 4는 각 단말기(110부터 112 까지)가 도 3에서 보여진 파장 밴드를 사용할때 각 공간 셀(space cell)에 해당하는 빔을 발사하는 멀티빔 전송기(102) 광원의 바람직한 스펙트럼의 예를 보여준다. 도 4에서 실선은 LD들이 멀티빔 전송기(102)의 광원으로서 사용된 경우를 나타내며, 점선은 LED들의 하나 또는 복수가 멀티빔 전송기(102)의 광원들로서 사용된 경우를 나타낸다. 빔들의 모두는 LD와 LED 중의 어느 하나로부터 발사될지도 모르며, 또는 다른 광원들로부터 발사될지도 모른다.

멀티빔 전송기(102)로부터 빔들(220 부터 222까지)의 광원들이 각 단말기(terminal)에 있어 LD들 일때, 각 단말기에서 사용된 것들을 피하면서 파장 밴드를 선택하는 것은 쉽다. 광학적 무선 허브(hub)(100)로 부터 아래로 링크 전송에서, LD들은 수십 MHz의 변조 대역폭을 가지는 LED와 비교하여 고속 변조가 1 GHz 또는 그 이상의 대역폭에서 수행될수 있다는 이점이 있다. 멀티빔 전송기(102)로부터 빔들(220부터 222까지)의 광원들이 수십 nm의 스펙트럼이 최대치의 절반에서 최대한의 폭을 가지는 LED들 일때, LD들은 광원과 약 10 nm 또는 그보다 더 적은 좁은 밴드를 자르는 밴드-커트 필터(band-cut filter)로서 LD를 가지는 단말기에 대해서, 그런 넓은 스펙트럼의 조그만 부분이 컷오프(cut off)되고, 그래서 시스템을 디자인 하는 것이 쉽도록 만드는 이점을 가지고 있다. 게다가, 이 경우에, 최대치 파장들의 복수를 가지는 LED들이 공간 셀에 대해서 200 nm 또는 그 이상의 넓은 스펙트럼을 얻기 위해서 제공되어 질때, 빔들(220부터 222까지)이 각 단말기(110부터 112까지)에서 사용된 파장 밴드의 스펙트럼 성분들과는 다른 스펙트럼 성분의 충분한 밀도를 포함하도록 하는 것이 더 쉽다.

위에서 설명된 것과 같이, 현재의 발명에서, 요청 그리고 승인 그리고 실제 통신 같은 통신에 대한 절차가 동시에 복수의 단말기들 사이에서 처리될수 있도록 어떤 통신은 전 2중 방식(full-duplex)에서 수행될수 있다. 그러므로, LAN의 처리량은 재래식 LAN들과 비교하여 중요하게 증가되었고, 기다리는 시간을 가짐 없이 만족할만한 네트워크 환경이 성취될수 있다.

위 설명으로부터 명백한 것과 같이, 광학 무선 허브(100)는 각 단말기를 조사하고 인식하는 것, 데이타를 전송하거나 수신하는 것, 동시에 발생하는 링크들의 관리, 데이타의 임시 저장 같은, 그런 폭넓은 다양한 기능들을 포함한다. 단말기의 광학적 전송기-수신기가, 재래식의 발전에 의해서 성취될 것인, 긴 범위(range) 또는 높은 속도를 가질때, 복수의 단말기들은 각 단말기에 부하(load)를 가짐 없이 다원 접속(multiple access) 능력을 가질수 있다. 각 단말기 사이에 사용된 파장들이 서로 다를 때, 전 2중 방식의 통신은 LAN에 연결될수 있는 단말기들 사이에 일대일 직접 통신(one-to-one directed communication)이 성취될수 있다.

위에서 설명된 것과 같이, 단말기 전송기의 광원으로서 레이저 다이오드를 이용한 현재의 발명을 가지고, 휴대용 단말기들에 대한 하이퍼(hyper) 고속과 큰 용량 무선 LAN이 채널들의 수가 증가될수 있다는 점에서 구현될수 있으며. 전송 비율은 잠재적으로 증가되고, 단말기들에서 통신 능력에 있어서 향상이 직접 성취될수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에서, LD는 단말기의 전송기의 광원으로서 사용된다. 그러나, LD는 사람 수가 적은 조그만 사무실이나 또는 가정에서 비필수적으로 큰 통신 용량을 가질지도 모른다. 그런 환경에서, 값싼 LED는 채널들의 수에 있어 감소를 희생시키더라도 전체 LAN 시스템의 비용이 줄어들수 있게 되도록 상대적으로 값비싼 LD 대신에 단말기의 광학적 전송기의 광원으로서 사용될지도 모른다. 이하 부터는 현재 발명의 실시예 2가 다음의 도면과 관련하여 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 실시예 1에서 사용된 똑같은 도면들과 참조 숫자들은 만약 지적대지 않는다면 그대로 사용된다.

LED들은 단말기들(110 부터 112 까지)의 전송기들의 광원들로서 사용된다. 이런 이유로, 실시예 1로부터 중요하게 변화될 필요가 있는 주요한 성분은 단말기의 전송기부터 발사된 빛이 회절되거나 그곳으로 되돌아 오는것을 막기 위해서 단말기의 수신기에 제공된, 그리고 빛을 발사하는 광원의 파장에 가까운 파장에 관해서는 선택적으로 반사율의 고수준을 가진 밴드 컷트 필터(band-cut filter)이다.

현재의 발명의 실시예 2에 따르면, 도 5는 단말기의 전송기-수신기 유닛의 스펙트럼 특성을 보여준다. 도 3에 유사하게 도 5는 3파장 채널들에 대한 단말기 1(110),단말기 2(111), 단말기 3(112)의 광원의 파장 스펙트럼들을 보여주며, 밴드 컷트 필터들의 반사율 스펙트럼들은 단말기들 1,2, 그리고 3의 수신기들을 포함한다. 컷 오프(cut off)되는 대역폭은 각 단말기의 광원과 일치하는 유전체 다중층 (multi-layer)필름의 구조를 변화시킴에 의해 확장된다. 구체적으로, 단말기들 1, 2, 3을 포함한 LED들은 각각 800nm, 870nm, 950nm 주위에 집중된 파장 밴드들을 가지고 있으며, 각각은 약 최대치의 반에서 약 40nm의 최대한의 폭을 가지고 있다. 각각의 스펙트럼들을 자르는(cut) 필터의 대역폭은 약 50 nm이다. 그러므로 단말기들 1, 2, 그리고 3의 파장밴드들은 각 800nm, 870nm, 그리고 950nm의 주위에 집중된 약 50nm의 대역폭을 가지는 스펙트럼들이다.

도 5에서 보여준 스펙트럼들 사이의 관계(즉 필터에 의해서 컷 오프될 대역폭의 지정과 파장 채널들 사이의 간격)는 전형적인 파장 멀티플렉싱(multiplexing)을 이용한 다원 접속(multiple access)에 대해서 사용되지 않는다. 도 5에서 보여진 관계는 즉 다중빔(multi-beam)전송기 단말기의 전송기로부터 발사되거나 다른 전송기로부터 수신된 신호의 것보다 훨씬 더 낮은 수준에까지 되돌아온 신호를 감소시킴에 의해서 전 2중 방식의 통신을 획득할 대상을 가지고 있다. 멀티플렉싱은 공간 멀티플렉싱에 의해 처리 되어야 한다는 것을 명심해야 한다. 실시예 1에서 설명되었듯이, 파장 채널들의 수는 실시예 1에 따르면 동시에 LAN에 연결될수 있거나, 각 단말기들 사이에 일대일 전 2중 방식의 통신을 수행할수 있는 최대 단말기들의 수를 의미한다.

파장 채널들의 수는 그 단말기의 방향각(directional angle)과 내부 반사가 고려되는 단말기의 전송기-수신기의 내부 구조의 디자인에 기초하여 결정되어야 한다. 밴드 컷트 필터의 디자인과 제조 기술, 그리고 단말기로부터 발사되고 그곳으로 되돌아 온 신호에 있어 SNR 평가에 있어 필요한 통신 거리 통신 비율(communication rate)은 단말기에 대한 잡음원으로 간주된다. 실험예에 있어 그리고 거기에서 재래식 IrDA 단말기에 사용된 충분히 똑같은 통신 방식이 사용되며, 고속 변조를 가능하게 하는 피킹(peeking)회로가 LED와 PD에 적용되었고, 도 5에서 보여진 관계는 1m의 통신 거리에서, 100Mbps의 통신 비율에서, 일대일 링크(one to one link)에서 전 2중 방식의 통신을 성취하기 위해 충분히 만족될 필요가 있다. 가급적이면, 밴드 컷트 필터의 컷 폭(cut width)은 증가된다. 현재 발명의 LAN 시스템에서 변조될 밴드는 가급적이면 LAN에 관계되지 않지만 그 영역에 위치하는 적외선을 이용하는 디바이스들(예를 들면, TV에 대한 원격 제어) 사이의 통신에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서 이동된다.

게다가 실시예 2는 전송기의 광원이 AlGaAs로 만들어지고, 수신기의 탐지기가 실리콘 pin-PD인 경우를 보여준다. 실시예 1에 유사하게 시스템은 물질들의 다양성을 이용하여 확장될수 있다.

다음에 멀티빔 전송기의 광원이 설명될 것이다. 실시예 1에 유사하게 가급적이면 빔 (220)부터 (222)까지를 제공하는 광원들의 각각과 기본적으로 각자의 공간 셀들(space cells)에 해당하는 라이크(like)는 비용 또는 시스템의 단순성의 관점에서 단일 파장 밴드를 가지는 LED들의 하나 또는 복수를 포함한다. 이 경우에 (220)부터 (222)까지의 빔들중의 어느 하나와 멀티빔 전송기(102)의 라이크는 각 단말기에서 사용된 것과 다른 파장 밴드와 충분한 밀도를 가진 스펙트럼 성분을 포함할 필요가 있다. 그러나, 실시예 2에서 단말기들의 전송기들은 광원들로서 LED들을 사용하기 때문에, 파장 밴드는 단말기들의 전송기들에 의해서 충분히 차지될수 있다. 실시예 1과 대조하여, 멀티빔 전송기(102)의 광원들이 단순한 파장 밴드를 가지는 LD들일때, 사용된 단말기들의 수는 유리하게 증가된다. 실시예 1을 설명하는 도 4에 유사하게도, 매우 넓은 스펙트럼이 각 공간 셀에 대해 다른 최대한의 파장들을 가지는 LED들을 결합시킴에 의해 성취될때 위에서 설명된 필요들은 만족될수 있다. 이들 경우들은 쉽게 도 3,4 ,5로부터 이해될수 있다. 이들 경우를 설명하기 위해 부가적인 도면은 제공되지 않는다.

위에서 설명되었듯이, 현재 발명에서 요청 그리고 승인 그리고 실제의 통신과 같은 통신에 대한 과정이 복수의 단말기들 사이에서 동시에 처리될수 있도록 하기 위해서 어떤 통신은 전 2중의 방식에서 수행될수 있다. 그러므로 LAN의 처리량은 재래식의 LAN들과 비교하여 중요하게 증가되며, 기다리는 시간 없이 만족할만한 네트워크 환경이 성취될수 있다.

위 설명으로부터 명백한 것과 같이, 광학적 무선 허브(100)는 조사,각 단말기의 인식, 데이타의 전송과 수신, 각 단말기들 사이에서의 링크의 구축, 동시에 발생하는 링크들의 관리, 데이타의 임시저장과 같은 그런 폭넓은 다양한 기능들을 포함한다. 그런 지능성 허브를 가지고, 단말기들의 광학적 전송기-수신기가 재래식의 발전에 의해 성취될수 있는 긴 범위 또는 높은 속도를 가질때 복수의 단말기들은 각 단말기에 있어 부하(load)없이 다원 접속 능력을 가질수 있다. 각 단말기들 사이에 사용된 파장이 서로 다를때, 전 2중 방식의 통신은 LAN에 연결될수 있는 단말기들 사이에 일대일 직접 통신에서 성취될수 있다.

위에서 설명된 것과 같이, 단말기 전송기의광원으로서 레이저 다이오드를 이용한 현 발명을 가지고, 휴대용 단말기들에 대한 하이퍼 고속과 큰 용량의 무선 LAN은 단말기들에서의 통신 능력에 있어 향상이 직접 성취될수 있다는 점에서 구축될수 있다. 그런 LAN은 상대적으로 저렴하고, 조그만 사무실 또는 가정에 매우 적합하다.

(실시예 3)

실시예 1과 2에서 설명된 상황 이외에, 같은 영역에 위치한 똑같은 파장의 밴드의 빛을 전송하는 광원들(LD들 또는 LED들)을 사용하는 단말기들은 실시예 3에서 설명될 것이다.

유사한 단말기가 새롭게 이전에 구축될수 있었던 LAN에 소개될때 그런 상황이 나타날지도 모른다. 현재 발명의 LAN에서 문제는 제기되지 않는다. 이것은 쌍방향(bi-directional) 통신이 멀티빔 전송기의 광원들이 모든 단말기들에 의해서 수신될수 있는 파장 밴드를 가지고 있고, 각 단말기의 인식이 이매징(imaging) 수신기에 의한 공간 분할(space division)에 의해 처리될수 있는 광학적 무선 허브를 거쳐서 수행되기 때문이다. 똑같은 파장 밴드를 가지는 LD들 또는 LED들을 사용하는 단말기들은 서로간에 일대일 직접 통신을 수행할수 없다. 그러므로 문제들은 단말기의 전송기에 포함된 제거 가능한 밴드 컷트 필터를 사용함에 의해 피해질수 있다.

도 6A는 카드형태(card-type)의 전송기-수신기 유닛(400)의 예를 보여준다. 도 6B는 포트 컨넥션 형태(port connection-type)의 예를 보여준다. 도 6A 또는 6B들중의 어느 하나에서 보여진 것과 같이, 전송기-수신기 유닛(400)은 전송기(401)과 수신기(402)를 포함하며, 밴드 컷트 필터(403)는 전송기-수신기 유닛(400)밖에서 제공된다.

전송기-수신기 유닛(400)의 크기에 관해서, 포함된 약 2cm×2cm의 플레이트(plate) 형태가 심지어 단말기 내부에 포함된 현재의 전송기-수신기에 있어서 조차 실현되었다. 도 6A에서 이전에 제공된 밴드 컷트 필터(403)는 전송기(401) 부근의 수신기(402)로부터 제거된다. 양자 택일적으로, 밴드 컷트 필터(403)는 제거되지 않을지도 모르나, 탐지기(detector)가 은폐되지 않도록 하기 위해서 밴드 컷트 필터(403)의 각이 변하게 될지도 모른다. 그 필터는 복수의 플레이트들의 결합일지도 모르며, 또는 도 6B에서 보여지듯이 탐지기를 둘러싸는 반구의 형태일지도 모른다.

게다가 도 6B에서 보여지듯이, 가급적이면 반구의 필터는 제거되지 않을지도 모르나, 필터들이 PD로부터 제거될수 있도록 축주위에 선회(pivot)할지도 모른다. 단말기가 단말기에서 사용된 것과 같은 똑같은 파장을 가지는 외부 신호 빛을 받을수 있는, 통신이 반 2중 방식의(half-duplex) 통신에 제한되는 이유들은 종래 기술들과 관련하여 설명되었다. 밴드 컷트 필터(403)가 제거되는 상태에서, 일대일 통신 형태는 IrDA 단말기들 사이에 현재의 통신 형태이다. 그러므로 위에서 설명된 제거될수 있는 필터를 가지는 단말기에 포함된 광학적 전송기-수신기와 카드 또는 포트 어댑타(port adapter)가 재래식 IrDA 단말기에 통합될때, 그런 단말기는 현재 발명의하이퍼 고속과 큰 용량의 직시성 (line of sight) 광학적 통신 단말기에 대하여 매우 쉽게 무선 LAN에 연결될수 있다.

모든 단말기들의 광원들과 수신기들이 현재의 IrDA와 유사한 실리콘 pin-PD들을 가지는 것과 같이 모든 단말기들의 광학적 전송기들이 850 nm(스펙트럼은 약 800에서 1000 nm 까지 파장 범위에 밀도를 가진다.) 주위에서의 파장 밴드를 가질때, 다음의 구성은 복수의 단말기들이 동시에 현 발명의 LAN에 연결되는 가장 바람직한 실시예로서 제공된다. 구체적으로 780 nm 주위에 파장 밴드를 가지는 LD들 모두는 다중빔 전송기(102)의 광원으로서 사용된다. 그런 LD들은 CD, CD-ROM, MO, MD들과 같은 현존하는 기록 매체들로부터 또는 기록 매체들에 데이타를 읽고 쓰는 것에 대한 광원들로서 주로 사용되는 가장 저렴한 LD들이다. 단말기의 수신기에 포함되거나 단말기로부터 발사된 신호를 선택적으로 감쇄시키는 광학적 필터가 실시예 1 또는 2에서 설명된 것과 같은 상대적으로 좁은 밴드를 가지는 밴드 컷트 필터가 필수적으로 되는 것은 아니다. 780 nm 파장에 관하여는 거의 100%의 전송율(transmittance)을 가지며, 적어도 790 nm 부터 1000 nm 까지의 범위를 포함하는 더 긴 파장에 관하여는 거의 100%의 반사율(reflectance)을 가지는 소위 쇼트 버스 필터(short bus filter) 특성을 가지는 광학적 필터로 충분하다.

실시예 1과 3의 위 설명으로 부터 명확한 것과 같이 단말기들의 전송기-수신기들의 다양한 형태들이 즉 LD, LED들 같은 광원들을 가지는 복수의 단말기와 결합될때, 다양한 대역폭 필터들이 똑같은 LAN에 제공될때, LAN 연결과 일대일 직접 통신이 성취될수 있다. 그러므로 지향적/직시적 통신 기술이 진보되는 것을 허락하는 매우 융통성 있는 LAN이 성취될수 있다.

위에서 설명한 것과 같이, 현재 발명의 공간 분할(space division) 멀티플렉스 국부(local) 지역 네트워크에 따르면, 다음 이점들이 얻어진다.

(1) 휴대용 단말기들에 있어 용도에 대한 더 장거리 지향적/직시적가시적인 통신이 동시적인 다원 접속과 전 2중 방식의 통신이 위에서 언급된 단말기들 사이에 처리되는 네트워크 환경을 허락한다. 그리고 네트워크에 연결될수 있는 각 단말기 사이에 심지어 일대일 직접 통신에서 전 2중 방식의 통신이 가능하다.;

(2)휴대용 단말기들에 있어 용도에 대한 더 긴 범위(range) 지향적/직시적 통신이 동시적인 다원 접속과 전 2중 방식의 통신이 위에서 언급된 단말기들 사이에 처리되는 네트워크 환경을 허락한다.;

(3)각 단말기 사이에 직접 통신에 있어 파장 밴드를 가지는 문제가 피해질수 있도록 휴대용 단말기들에 있어 용도에 대한 더 긴 범위(range) 지향적/직시적 통신이 동시적인 다원 접속과 전 2중 방식의 통신이 위에서 언급된 단말기들 사이에 처리되는 네트워크 환경을 허락한다.;

(4)광학적 전송기-수신기는 재래식의 광학적 통신 기능을 가지는 단말기가 휴대용 단말기들에 대한 위에서 언급된 하이퍼 고속과 큰 용량의 무선 LAN에 연결되는 것을 허락한다.; 그리고

(5)지향적/직시적 통신 기술이 진보되어 지는 것 즉 고속과 장거리가 성취될수 있는 것을 허락하는 매우 융통성 있는 LAN에 의해, 다양한 형태들의 전송기-수신기를 가지는 단말기들이 똑같은 LAN에 존재한다.

Claims (10)

1. 직시성(line of sight) 광통신 기능을 갖는 복수개 단말기를 상호접속하기 위한 광 무선 근거리 통신망에 있어서,

   각도 다이버시티형의 수광 기능부와, 지향성을 갖는 다수개 광 전송기를 포함하는 기지국을 구비하고,

   상기 다수개 광 전송기는 강도 변조를 각각 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
2. 제1항에 있어서, 단말기만이 상기 다수의 광 전송기 각각에 대응하는 스페이스 셀 각각에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광 전송기의 광원의 원방계 패턴(far-field pattern)이 일반화된 램버트의 수학식을 근사하게 만족시키고; 각 스페이스 셀의 각도 θ에 대해 다수의 광 전송기 각각의 광원의 반강도 각도 φ가 φ= Cxθ (여기서 C는 0.70 내지 1.00 범위 내에 있는 정수임)로 주어지는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기지국은 상기 기지국과 통신하게 될 단말기로부터 전송된 통신 요청 광 신호를 검출하고, 상기 광 신호의 강도 데이타 또는 광 신호 대 잡음비의 데이타를 상기 단말기에 통지하는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
5. 제4항에 있어서, 상기 단말기는 상기 광 신호의 강도 데이타 또는 상기 기지국으로부터 전송된 상기 광 신호 대 잡음비를 인식하면서 단말기 측에서 광 송수신기의 방향을 수동으로 조정하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
6. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 단말기는 하나 또는 다수개의 반도체 레이저 또는 상기 광원에서와 동일한 파장을 갖는 발광 다이오드를 갖는 전송기와, 상기 단말기의 전송기로부터 전송된 광을 선택적으로 감쇠하기 위한 광 필터를 갖는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
7. 제6항에 있어서, 각 단말기의 상기 전송기의 상기 광원의 파장 대역은 단말기 또는 애플리케이션 범위에서 변하는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
8. 제7항에 있어서, 상기 기지국의 전송기의 광원의 파장 대역은 각 단말기의 광원의 파장 대역과는 다른 스펙트럼 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
9. 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 필터를 용이하게 이동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 무선 근거리 통신망.
10. 시계 광통신 기능을 갖는 다수개 단말기를 상호접속하기 위한 광 무선 근거리 통신망에 사용하기 위한 광 무선 통신 시스템에 있어서,

    (a) 각도 다이버시티형의 광 수신 기능을 포함하는 기지국이 각 단말기로부터 전송된 통신 요청 광 신호를 검출하고;

    (b) 상기 기지국이 상기 통신 요청 광 신호를 수신하는 광 검출기 각각으로부터의 신호를 비교하고, 최고 광 신호 강도 또는 최고 광 신호 강도 대 잡음 강도비를 갖는 광 검출기를 선택하거나, 또는 다수개 광 검출기의 신호에 기초하여 최고 광 신호 대 잡음 강도비를 계산하고, 각 단말기에 위치된 스페이스 셀을 인식하며;

    (c) 상기 광 신호의 강도 데이타 또는 각 단말기에 대응하는 광 스페이스 셀을 형성하는 광 전송기로부터의 상기 통신 요청 신호의 광 신호 대 잡음 비의 데이타 또는 상기 단말기에 통지되며;

    (d) 상기 광 신호의 강도 데이타 또는 상기 광 신호 대 잡음비의 데이타를 인식하면서 상기 단말기의 광 송수신기의 방향을 수동으로 조정하며;

    (e) 상기 광 신호의 강도 데이타 또는 상기 통신 요청 광 신호의 신호 대 잡음비의 데이타 또는 상기 광 신호의 강도 데이타가 통신을 허가하는 값일 때, 통신 허가를 제공하는 신호가 상기 기지국으로부터 단말기에 전송되는 절차에 의해 통신이 개시되는 것을 특징으로 하는 광 무선 통신 시스템.