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KR-20260061895-A - WIRELESS OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM FOR PROVIDING REAL-TIME OPTICAL AXIS ALIGNMENT USING INDUCTION SENSOR ARRAY AND FINE-TUNING SENSOR

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Abstract

본 개시에 따른 무선광전송시스템은 전기적인 데이터를 변환하여 광신호를 발생시키는 송신부, 광신호를 수신하며, 광신호에 기초하여 데이터를 복원하는 수신부를 포함하고, 수신부는 송신부와 수신부의 거친 광축 정렬을 위해 사용되며, 수신부에 포함된 구성들 중 광신호를 가장 먼저 수신하는 위치에 위치하고, 수신부의 수신방향에 수직한 수신면에 평행하고 수신부전면보다 큰 넓이를 가지는 센싱면을 포함하고, 센싱면에 2차원적으로 배열되어 있는 복수의 거친정렬센서를 포함하고, 광신호 중 일부가 수신부의 내부로 투과될 수 있도록 센싱면의 중심을 포함하는 위치에 광신호수신홀을 포함하는 거친정렬센서배열, 광신호수신홀을 통과한 광신호를 수신하여, 송신부와 수신부의 미세 광축 정렬을 위해 사용되며, 수신부의 내부에 위치하는 미세정렬센서, 광신호를 수신하기 위한 최적의 위치를 찾기 위하여 수신부를 적어도 2개의 방향으로 움직여서 정렬을 수행하는 수신구동부, 및 거친정렬센서배열로부터의 신호 및 미세정렬센서로부터의 신호에 기초하여 수신구동부를 제어하는 수신제어부를 포함한다.

Inventors

  • 김남수

Assignees

  • 주식회사 하우앳

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (9)

  1. 전기적인 데이터를 변환하여 광신호를 발생시키는 송신부; 상기 광신호를 수신하며, 상기 광신호에 기초하여 데이터를 복원하는 수신부를 포함하고, 상기 수신부는, 상기 송신부와 상기 수신부의 거친 광축 정렬을 위해 사용되며, 상기 수신부에 포함된 구성들 중 상기 광신호를 가장 먼저 수신하는 위치에 위치하고, 상기 수신부의 수신방향에 수직한 수신면에 평행하고 수신부전면보다 큰 넓이를 가지는 센싱면을 포함하고, 상기 센싱면에 2차원적으로 배열되어 있는 복수의 거친정렬센서를 포함하고, 상기 광신호 중 일부가 수신부의 내부로 투과될 수 있도록 상기 센싱면의 중심을 포함하는 위치에 광신호수신홀을 포함하는 거친정렬센서배열; 상기 광신호수신홀을 통과한 광신호를 수신하여, 상기 송신부와 상기 수신부의 미세 광축 정렬을 위해 사용되며, 상기 수신부의 내부에 위치하는 미세정렬센서; 상기 광신호를 수신하기 위한 최적의 위치를 찾기 위하여 상기 수신부를 적어도 2개의 방향으로 움직여서 정렬을 수행하는 수신구동부; 및 상기 거친정렬센서배열로부터의 신호 및 상기 미세정렬센서로부터의 신호에 기초하여 상기 수신구동부를 제어하는 수신제어부를 포함하는 무선광전송시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 거친정렬센서배열에 포함된 상기 복수의 거친정렬센서는 사각형, 원형, 또는 타원형 중 적어도 하나의 형상을 가지는 상기 센싱면을 채우도록 배열되는 무선광전송시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수신제어부는, 상기 미세정렬센서가 상기 광신호수신홀을 통과한 광신호를 수신하지 못하는 경우, 상기 거친정렬센서배열을 이용하여 상기 송신부와 상기 수신부의 거친정렬를 수행하는 무선광전송시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수신제어부는, 상기 미세정렬센서에 기초하여 상기 광신호수신홀을 통과한 광신호의 세기를 획득하고, 상기 광신호의 세기가 미리 정해진 임계세기 이하인 경우, 상기 거친정렬센서배열을 이용하여 상기 송신부와 상기 수신부의 거친정렬을 수행하는 무선광전송시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 거친정렬을 수행하기 위하여 상기 수신제어부는, 상기 거친정렬센서배열에 기초하여 상기 광신호의 영역을 결정하고, 상기 광신호의 영역의 중심위치의 좌표값을 결정하고, 상기 중심위치의 좌표값이 미리 정해진 상기 광신호수신홀의 중심의 좌표값과 일치하기 위한 상기 수신구동부의 거친정렬제어신호를 생성하고, 상기 거친정렬제어신호에 기초하여 상기 수신구동부를 구동하는 무선광전송시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광신호의 영역의 x축 상의 범위가 x_1이상 x_2이하이고, 상기 광신호의 영역의 y축 상의 범위가 y_1이상 y_2이하이고, 상기 중심위치의 좌표값은 (x_1+(x_2 - x_1)/2, y_1 + (y_2 - y_1)/2))인 무선광전송시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 수신부는, 상기 거친정렬제어신호에 기초하여 상기 수신구동부를 구동한 이후에 상기 광신호수신홀을 통과한 광신호를 데이터복조기 및 상기 미세정렬센서로 분배하는 광분배기; 및 상기 광분배기에 의하여 분배된 광신호에 기초하여 전기적인 데이터를 복원하는 데이터복조기를 포함하고, 상기 미세정렬센서는, 상기 광분배기에 의하여 분배된 광신호에 기초하여 미세정렬을 수행하는 무선광전송시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 송신부는, 입력데이터를 수신하여 상기 광신호를 생성하는 데이터변조기; 상기 데이터변조기로부터 광섬유를 통하여 상기 광신호를 수신하고, 상기 광신호를 자유공간으로 조사하기 위한 하나의 광원모듈; 상기 데이터변조기 및 상기 하나의 광원모듈을 제어하기 위한 송신제어부를 포함하는 무선광전송시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 수신제어부에서 획득된 거친정렬제어신호 또는 미세정렬제어신호 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 수신구동부 또는 상기 송신부에 포함된 송신구동부는 상기 수신부와 상기 송신부의 광축을 정렬하는 무선광전송시스템.

Description

유도센서어레이와 미세조정센서를 이용한 실시간 광축 정렬을 제공하는 무선 광전송 시스템{WIRELESS OPTICAL TRANSMISSION SYSTEM FOR PROVIDING REAL-TIME OPTICAL AXIS ALIGNMENT USING INDUCTION SENSOR ARRAY AND FINE-TUNING SENSOR} 본 발명은 광을 이용하여 데이터를 무선으로 전송하는 무선 광전송 시스템에서 센서 어레이를 이용하여 송신부와 수신부 사이의 광축을 일차적으로 거칠게 정렬한 후, 수신부 내부의 미세조정 센서를 이용하여 광축을 더욱 정밀하게 실시간으로 정렬하는 방식에 관한 것이다. 무선광전송시스템은 대용량의 데이터를 고속으로 전송가능하고, 비면허, 초지향성, 통신보안 및 저전력 전송 등이 가능하기 때문에 최근에 연구가 집중되고 있다. 그러나 이와 같은 장점에도 불구하고 무선광전송시스템을 이용하여 데이터를 전송하기 위해서는 데이터를 전송하는 동안 계속해서 송신부와 수신부 사이의 광축이 일치되도록 정렬하는 것이 필수 조건이다. 그런데 데이터를 전송하는 동안 계속해서 광축이 일치되도록 유지하는 것은 매우 어려운 문제이며, 이런 문제점 때문에 광전송 시스템의 장점에도 불구하고 상용화가 지연되고 있다. 예를 들어 송수신부(송신부 및 수신부)가 고정된 경우에도 비록 통신 초기에 광축을 정렬하였다고 하더라도 외부의 충격, 지진, 건물의 고유진동 등의 여러 가지 외부요인과 송수신부 내부에 존재하는 모터 등의 누적된 진동으로 광축이 어긋나는 경우가 빈번하다. 특히 송수신부가 동시에 또는 송신부나 수신부중 하나가 이동하는 경우(예를 들어 위성간 통신, 드론-지상국 통신 등)는 송수신부의 광축을 유지하는 것이 매우 어렵다. 만일 광축이 어긋나는 정도가 미세한 경우에는 통신 품질의 열화로 나타나지만, 어긋나는 정도가 심화된 경우에는 결국 통신 두절이 발생된다. 종래에는 광전송 시스템을 통하여 데이터를 전송하기 전에 송신부와 수신부 사이의 광축을 정렬하였는데, 이때 광센서 등을 이용하여 수동으로 초기 광축 정렬을 하였다. 최근에는 초기 광축 정렬을 위해서 송신 빔의 반경을 수신부의 개구면(Aperture)보다 훨씬 넓게 전송하고, 수신부에서는 큰 직경의 렌즈를 사용하여 수신확률을 높이는 방법을 사용하고 있다. 그리고 초기 광축 정렬이 끝난 후에는 수신부 내부의 센서를 이용하여 광축을 더욱 정밀하게 정렬하고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 다음과 같은 단점을 가지고 있다; 첫 번째, 초기 광축 정렬 시 확대된 송신 빔의 광 밀도를 균일하게 유지하기 위하여 송신 전력을 증가시키는데, 송신 전력 증가는 제한된 전원으로 구동되는 드론 및 위성 등의 경우에는 바람직하지 않다. 두 번째, 초기 광축 정렬이 완료된 후 미세정렬 단계에서는 송신 빔의 반경을 축소하여 전력 소모를 줄이는 방법을 채택하고 있는데, 이때 빔의 반경을 줄이기 위하여 광원의 위치를 이동시키는 방법을 사용하고 있다. 그러므로 모터가 내장된 추가적인 광원위치 제어기가 필요하다. 세 번째, 광축 정렬된 통신 경로가 미세 정렬 조정 범위를 벗어나면 통신이 두절된다. 네 번째, 고출력 코우히어런트 광원(일반적으로 레이저 등)을 사용하기 때문에 저출력 광원에 비하여 가격이 급격히 증가하는 문제점이 발생하게 된다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선광전송시스템을 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 송신부를 나타낸다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부를 나타낸다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신부를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신제어부를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선광전송시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선광전송시스템의 동작방법을 나타낸 흐름도이다. 도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 수신제어부의 동작을 나타낸 흐름도이다. 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선광전송시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 수신제어부의 동작을 나타낸 흐름도이다. 개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다. 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. 본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 동작시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면 "부"는 프로세서 및 메모리로 구현될 수 있다. 용어 "프로세서"는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치 (CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, "프로세서"는 주문형 반도체 (ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. 용어 "프로세서" 는, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다. 용어 "메모리" 는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 용어 메모리는 임의 액세스 메모리 (RAM), 판독-전용 메모리 (ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리 (NVRAM), 프로그램가능 판독-전용 메모리 (PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리 (EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM (EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하고/하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불린다. 프로세서에 집적된 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다. 아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선광전송시스템을 나타낸 블록도이다. 본 개시의 무선광전송시스템(100)은 송신부(110) 및 수신부(120)를 포함할 수 있다. 송신부(110)는 데이터를 송신하는 구성이고, 수신부(120)는 데이터를 수신하는 구성일 수 있다. 송신부(110)는 입력데이터를 수신하여 광신호로 변환하여 자유공간으로 광신호를 조사할 수 있다. 여기서 입력데이터는 전기적인 신호일 수 있다. 수신부(120)는 송신부(110)의 광신호를 수신하고, 이를 전기적인 신호로 복조하여 수신데이터를 생성할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 무선광전송시스템(100)은 데이터를 송신하는 송신부(110) 및 데이터를 수신하는 수신부(120)를 포함한다고 설명하지만, 송신부(110) 역시 데이터를 수신부(120)로부터 수신할 수 있고, 수신부(120) 역시 송신부(110)로 데이터를 송신할 수 있다고 이해되어야 한다. 또한 송신부(110)는 수신부(120)의 구성 중 적어도 일부를 포함할 수 있고, 수신부(120)는 송신부(110)의 구성 중 적어도 일부를 포함할 수 있다고 이해되어야 한다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 송신부를 나타낸다. 송신부(110)는 전기적인 데이터를 변환하여 광신호를 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로 송신부(110)는 데이터변조기(111), 광원모듈(112), 및 송신제어부(113)를 포함할 수 있다. 데이터변조기