KR101442594B1 - 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템 - Google Patents

공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

그릴(grill) 또는 디퓨저(diffuser)를 통해 상기 공조 덕트와 실내 간에 신호를 중계하기 위해 설치되는 공조덕트 내외부 연결용 피더 안테나와, 공조 덕트 내에서 신호를 중계하기 위해 설치되는 피더 안테나(feeder antenna)와, 상기 피더 안테나로부터 수신되는 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하거나 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하여 상기 피더 안테나로 송신하기 위해 상기 피더 안테나와 유선 연결되어 분산 설치되는 통합 리모트 제어기와, 상기 통합 리모트 제어기로부터 상기 프로세싱된 적어도 둘 이상의 신호를 수신하거나 외부로부터 수신한 적어도 둘 이상의 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하고 변환된 이더넷 프레임을 상기 통합 리모트 제어기로 송신하는 인터페이스 제어기와, 상기 적어도 둘 이상의 신호를 외부로부터 수신하거나, 상기 수신된 적어도 둘 이상의 신호를 상기 통합 리모트 제어기로부터 수신하기 위한 무선 통신기를 구성한다. 상기 구성에 따르면, 건물이나 선박 등에 설치된 공조 덕트를 이용하여 실내외의 신호를 중계함으로써, 실내외 간 전파를 효율적으로 중계할 수 있고 실내 무선 중계를 위한 설비 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 특히, 선박의 경우에는 2-3년에 한 번씩 드라이 도크에 정박 시에만 가능한 무선 설비 공사를 항해 중에도 손쉽게 구축할 수 있는 효과가 있다.

Description

공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템{WIRELESS TRANSMISSION SYSTEM USING AIR-CONDITIONING DUCT}
본 발명은 전송 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 공조 덕트를 이용한 무선 전송시스템에 관한 것이다.
일반적으로 높은 출력의 무선 전송 장비는 옥외의 넓은 커버리지를 확보하기 목적으로 사용된다. 주로 기지국, RRH(Remote Radio Head), 무선 인터페이스를 가진 광중계기 등이다. 낮은 출력의 무선전송 장비는 선박, 지하 시설물, 건물 내부등과 같은 전파 음영 지역에 전파를 중계하기 위한 장치로 사용된다. 주로 와이파이 액세스 포인트(Wi-Fi Access Point, 인빌딩(In-Building) RF 중계기, DAS(Distributed Antenna System), 펨토셀, 무선 라우터 등이다. 상기 언급된 낮은 출력의 무선전송 장비는 음영 지역의 커버리지를 확보를 위해 하나의 건물이나 지하 시설물에도 적게는 수 개에서 많게는 수십 개까지도 설치 운용되고 있다.
특히, 선박 경우는 안전성 문제로 인해 철판으로 구성된 격벽 구조를 가지고 있기 때문에 선박 전체 영역에 원하는 신호를 무선으로 전송하기 위해서는 수 많은 무선전송장비를 구축해야 하기 때문에 무선으로 신호를 전송하기에는 현실적으로 불가능하다. 실제 무선전송 장비를 선박, 건물, 시설물의 곳곳에 설치하여 rl운영한다고 할 때 이 장비들을 효율적으로 관리하기는 여간 어려운 것이 아니며, 설치할 공간을 확보하기도 여의치 않다는 문제점이 있다. 또한, 설치 및 관리 비용 역시 그 숫자 등에 비례하여 증가하게 된다는 문제점이 있다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래 기술의 문제점을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 옥내 무선 통신 방식의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 건물의 지하층에 통신 설비실이 구비되어 있고, 각종 통신장비를 설치하여 건물의 각층으로 케이블이 포설되어 유선 통신을 제공하고 있다. 인터넷 서비스를 제공하기 위해서는 각각의 유선통신 사업자가 가지고 있는 인터넷 망을 통해 스위치가 연결되어 있고, 스위치로부터 연결되는 광케이블 또는 UTP 케이블을 통해 건물의 각층으로 연결되고, 사용자는 인터넷 아웃렛 단자에 통신장비를 연결하여 인터넷 및 IPTV등의 다양한 서비스를 제공받고 있다. 또한 AP(Access Point)는 인터넷 아웃렛 단자에 연결하여 무선 인터넷 서비스를 제공한다. AP 출력이 낮기 때문에 건물 내에서 넓은 커버리지를 확보하려면 많은 수의 AP를 설치해야 되며, 이때 AP간의 간섭으로 인해 품질에 영향을 미칠 수 있다.
보통 건물에 이동통신 서비스가 제공되는 경우는 중계기, 소형기지국, RRH(Remote Radio Head)등을 설치하여 음영지역 및 서비스 품질을 개선하기 위해서이다. 보통의 경우, 3G 중형급 중계기를 지하에 설치하고 각층에 소형중계기를 구비하여 소형중계기 출력에 동축케이블로 분산 안테나을 연결하여 이동통신서비스가 제공된다. 이때, 4G 광중계기/RRH도 지하에 설치되고 광케이블을 통해 리모트 중계기로 신호를 중계하여 사용자에게 서비스를 제공하는 구조를 가지고 있다. 상기 언급된 구조에서 새로운 서비스가 추가되거나 용량의 문제로 인해 케이블을 추가로 포설할 경우가 발생될 경우, 새로운 장비를 추가 설치해야 하며, 대대적인 설치공사를 해야 하기 때문에 많은 비용을 투자해야 한다.
도 2는 종래 기술에 따른 선박 내 무선 통신 방식의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 선박은 철판으로 구성된 격벽 구조를 가지고 있기 때문에 거의 모든 선박 내 통신 인프라는 유선일 수 밖에 없다. 선박 제조 시 가장 기본적이고 통신의 신뢰성이 보장되어야 하는 일부 영역에서만 통신용 케이블이 연결되어 있다. 도 2에서 보듯이, 항해를 위해 요구되는 시스템들은 각각의 장비들과 선박통신 표준 인터페이스에 맞추어 연동되고 있다. 이러한 각 시스템들은 선교에 케이블로 각각 연결되어 있는 구조를 가지고 있다. 새로운 장비 및 시스템 추가 시 각각의 장비 및 시스템에 별도의 케이블이 구비되어 선교에 설치되어 있는 시스템에 연결해야 한다. 이때, 케이블 포설을 위해서 철판공사를 하고 케이블을 추가하는 어려운 작업을 해야 한다. 기본적으로 선박은 안전성이 중요하기 때문에 선박의 공사는 드라이 도크(Dry Dock)라고 육지 상의 구조물에 정박해서 수행된다. 이러한 공사는 상당한 기간 동안 대기해야 하고 정박에 대한 부담이 크다. 특히, 선박에서는 선교를 제외한 다른 선박 내의 영역에서 선박 장비의 제어, 모니터링을 위해서도 상기 언급했던 문제가 발생하기 때문에 새로운 대안이 필요한 시점이다.
본 발명의 목적은 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템은 그릴(grill) 또는 디퓨저(diffuser)를 통해 상기 공조 덕트와 실내 간에 신호를 중계하기 위해 설치되는 공조덕트 내외부 연결용 피더 안테나와, 공조 덕트 내에서 신호를 중계하기 위해 설치되는 피더 안테나(feeder antenna)와, 상기 피더 안테나로부터 수신되는 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하거나 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하여 상기 피더 안테나로 송신하기 위해 상기 피더 안테나와 유선 연결되어 분산 설치되는 통합 리모트 제어기와, 상기 통합 리모트 제어기로부터 상기 프로세싱된 적어도 둘 이상의 신호를 수신하거나 외부로부터 수신한 적어도 둘 이상의 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하고 변환된 이더넷 프레임을 상기 통합 리모트 제어기로 송신하는 인터페이스 제어기와, 상기 적어도 둘 이상의 신호를 외부로부터 수신하거나, 상기 수신된 적어도 둘 이상의 신호를 상기 통합 리모트 제어기로부터 수신하기 위한 무선 통신기를 포함한다. 여기에서, 상기 피더 안테나는, 상기 통합 리모트 제어기와 유선 연결되며 상기 공조 덕트 내에 복수 개가 분산 설치되도록 구성된다. 그리고 상기 피더 안테나의 길이에 따라 임피던스를 정합하기 위한 가변 임피던스 정합기를 더 포함한다. 그리고 상기 무선 통신기는, 3G 중계기, 4G 광중계기 또는 네트워크 스위치 중 적어도 둘 이상을 포함한다. 그리고 상기 인터페이스 제어기는, 3G 신호, 4G 신호 또는 인터넷 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하도록 구성된다. 그리고 각각 분리되어 개별적으로 구비되는 공조 덕트 간에 신호를 중계하기 위한 공조 덕트 연결용 중계기와, 상기 덕트 연결용 중계기에 연결되어 상기 공조 덕트 각각에 설치되는 2개의 피더 안테나를 더 포함하도록 구성된다. 그리고 상기 공조 덕트 연결용 중계기는, 댁내형 중계기(in-house repeater)인 것이 바람직하다. 한편, 상기 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템은, 건물, 선박, 지하철 역사, 지하 상가 중 어느 하나에 구비된 공조 덕트를 이용하여 신호를 중계하도록 하기 위해 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 공조 덕트를 이용한 무선통신 시스템에 따르면, 건물이나 선박 등에 설치된 공조 덕트를 이용하여 실내외의 신호를 중계함으로써, 실내외 간 전파를 효율적으로 중계할 수 있고 실내 무선 중계를 위한 설비 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 특히, 선박의 경우에는 2-3년에 한 번씩 드라이 도크에 정박 시에만 설치할 수 있는 무선 설비 시스템을 항해 중에도 손쉽게 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 옥내 무선 통신 방식의 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 선박 내 무선 통신 방식의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 블록 구성도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 내 설치된 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 내 설치된 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 제어기의 기능의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전송 시스템(100)(이하, '무선 전송 시스템'이라 함)은 공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나(110), 피더 안테나(120), 통합 리모트 제어기(130), 인터페이스 제어기(140), 무선 통신기(150), 임피던스 정합기(160) 및 공조 덕트 연결용 중계기(170)를 포함하도록 구성될 수 있다.
무선 전송 시스템(100)은 건물이나 선박 등에 설치된 공조 덕트(101)를 이용하여 실내외의 신호를 중계함으로써, 실내 무선 중계를 위한 설비 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 특히, 철판 격벽 구조로 구성된 선박의 경우에는 드라이 도크에 정박 중이 아니더라도 무선 설비 공사가 가능하므로 매우 유용하다. 여기에서 사용되는 공조 덕트(101)는 일종의 도파관 역할을 하기 때문에 무선 전송 장비와 연동하여 사용이 가능하다. 공조 덕트(101)에는 공기흐름과 무선 전송 장비로부터 발생된 전파 신호가 동시에 존재하게 된다. 이때 공기와 전파 신호 간에는 각각의 기본 기능에 대해서 영향을 주거나 받지 않기 때문에 동시에 사용하여도 전혀 문제가 발생되지 않는다. 본 발명은 특수한 격벽 구조를 가지고 있는 선박, 층과 벽으로 구획된 빌딩 내부, 호텔 객실, 지상/지하 시설물 등에 적용되어 적은 수의 무선 전송 장비를 사용하고도 넓은 커버리지 확보가 가능하고, 잦은 핸드오버가 발생하지 않기 때문에 QoS 적용 및 설치, 운용의 용이, 가격 경쟁력이 있다. 또한, 인터페이스 제어기(130)를 사용하여 선박의 모든 장비 인터페이스 또는 건물 등에 사용되는 모든 인터페이스를 원하는 인터페이스로 변환시켜 건물 내, 선박에 동시 적용이 가능하다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나(110)는 그릴(grill) 또는 디퓨저(diffuser)를 통해 전파되는 신호가 미약할 시 공조 덕트(101)와 실내 간에 신호를 증폭하기 위해 설치된다. 공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나(110)는 공조 덕트(101)에서 도파되는 신호를 실내로 중계하거나 실내에서 송신된 신호를 공조 덕트(101) 내부로 송신하기 위한 구성이다. 이러한 공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나(110)는 그릴이나 디퓨저의 근처 영역에 설치되는 것이 바람직하다.
피더 안테나(120)(feeder antenna)는 공조 덕트(101) 내에서 신호를 중계하기 위해 설치된다. 여기에서, 피더 안테나(120)는 통합 리모트 제어기(130)와 유선 연결되며 다양한 멀티 서비스 신호를 공조 덕트(101)를 통해 제공하기 위해서는 공조 덕트(101) 내부에 전파되는 신호의 주파수에 따라 피더 안테나를 설계함으로써 다양한 멀티신호 서비스가 가능하다. 여기에서, 피더 안테나(120)는 공조 덕트(101)를 활용하여 Wi-Fi, WiMAX, LTE와 같은 통신방식에 대해서 MIMO, 멀티모드 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 구성을 가지도록 설계할 수 있다. 즉, 공조 덕트(101) 내부 채널환경은 은 MIMO 구성도 가능한 전파환경을 가질 수 있다. 이때 MIMO, 멀티모드 서비스를 제공하기 위해서 피더 안테나(120)의 형태는 어레이 구조를 가짐으로써 가능하다.
여기에서, 공조 덕트(101) 내부는 여러 가지 전파모드를 가질 수 있고, 각 모드마다 전송 손실, 전파 속도, 분기 특성들이 크게 다르게 나타내고 있으며, 여러 개의 전송 모드가 공조 덕트(101) 내에 존재하기 때문에 공조 덕트(101) 내부는 거리에 따른 신호의 플럭츄에이션(fluctuation)이 매우 큰 특성으로 나타내므로 피더 안테나(120)의 위치와 종류에 따라 다양한 전송모드를 주 전송 모드로 여기 할 수 있다. 그러기 때문에 전송하고자 하는 신호의 주파수에 따라서 가장 최적의 모드로 동작할 수 있도록 피더 안테나(120)를 구성해야 한다.
통합 리모트 제어기(130)는 피더 안테나(110)로부터 수신되는 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하거나 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하여 피더 안테나(120)로 송신하기 위해 피더 안테나(120)와 유선 연결되어 분산 설치된다. 여기에서, 무선 전송 시 통합 리모트 제어기(130)의 출력은 RF 신호로 변환되는데, RF 신호는 공조 덕트(101)의 컷오프 주파수 이상의 주파수 신호를 입력으로 해야 한다.
이때 사용될 수 있는 RF 통신 방식은 공조 덕트(101)가 가지는 주파수 범위에 한정된다. 예를 들어, 공조 덕트(101)의 주파수 범위가 800MHz~2.5GHz라고 한다면 RFID, CDMA, PCS, WCDMA, LTE, WIFI, WIBRO등의 통신 프로토콜을 사용하여 단독 또는 멀티서비스가 되도록 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 파라미터를 조절함으로써 가능하다.
인터페이스 제어기(140)는 통합 리모트 제어기(130)로부터 앞서 프로세싱된 적어도 둘 이상의 신호를 수신하거나 외부로부터 수신한 적어도 둘 이상의 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하고 변환된 이더넷 프레임을 통합 리모트 제어기(130)로 송신한다. 인터페이스 제어기(140)는 앞서 언급한 통합 리모트 제어기(130)와 후술할 무선 통신기(150) 간의 인터페이스 정합을 위한 것으로서, 다양한 프로토콜의 통신 신호를 모두 다중화하여 송수신하도록 하기 위한 구성이다. 인터페이스 제어기(140)는 3G 신호, 4G 신호 또는 인터넷 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하도록 구성될 수 있다. 물론, 와이파이 신호 등 다른 프로토콜의 신호도 다중화 가능하도록 구현될 수 있다.
인터페이스 제어기(130)는 선박 및 건물에 보편적으로 사용할 수 있는 구조를 가지도록 구현된다. 인터페이스 제어기(130)는 선박의 경우는 다수의 NMEA 규격으로 표준화되어 있는 항해 통신 장비들, 모든 선박 인터페이스들, 각종 센서 규격들, 인터넷신호, 각종 서버 신호 등을 입력으로 받아 장비 규격들을 이더넷 인터페이스로 변환 시키며, 건물에 사용 시에는 인터넷 신호, 이동통신 신호, 모든 디지털 변환 신호들을 이더넷 인터페이스로 변환하여 사용 가능하고, 이때 사용 가능한 물리적 규격은 UTP/STP, Fiber, 동축케이블, Radio over Fiber, Plastic over Fiber 등과 유연하게 연동 가능한 구조를 가진다.
무선 통신기(150)는 상기 적어도 둘 이상의 신호를 외부로부터 수신하거나, 상기 수신된 적어도 둘 이상의 신호를 통합 리모트 제어기(130)로부터 수신한다. 여기에서, 무선 통신기(150)는 3G 중계기(151), 4G 광중계기(152) 또는 네트워크 스위치(153) 중 적어도 둘 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 임피던스 정합기(160)는 피더 안테나(120)의 길이에 따라 피더 안테나(120)와 통합 리모트 제어기(130) 간의 임피던스를 정합하기 위한 구성이다. 이때, 임피던스 정합기(160)는 임피던스 값 조정을 자동으로 구현하도록 여러 가지 형태의 임피던스 정합기를 병렬적으로 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 임피던스 정합기(160)는 공조 덕트(101) 내부에 설치되는 피더 안테나(120) 사이의 임피던스 정합을 통해 공조 덕트(101)로 최대 전력의 신호를 보낼 수 있다. 이때 비트에러율(Bit Error Rate)이 최소가 되어 최대의 패킷을 전송할 수 있다. 임피던스 정합기(160)는 피더 안테나(120)의 환경에 따라 변화되는 입력 임피던스를 최소한의 임피던스 미스매칭이 될 수 있도록 자동으로 내부 프로세싱을 통해 조절한다.
공조 덕트 연결용 중계기(170)는 공조 덕트(101)가 분리되어 구성된 경우, 각각 분리되어 개별적으로 구비되는 공조 덕트(101) 간에 신호를 중계하기 위한 구성이다. 공조 덕트 연결용 중계기(170)에는 덕트 연결용 중계기(170)에 연결되어 공조 덕트(101) 각각에 설치되는 2개의 피더 안테나를 더 포함하도록 구성된다. 여기에서, 공조 덕트 연결용 중계기(170)는 댁내형 중계기(in-house repeater)인 것이 바람직하다. 이와 같이, 공조 덕트 연결용 중계기(170)는 서로 연결되어 있지 않은 공조 덕트(101)와 신호 전송이 sleamless하게 유지되도록 한다. 이때 신호의 전력 세기가 낮을 경우는 증폭기를 중계기에 내장하여 전력을 증폭시켜 연결하고자 하는 다른 공조 덕트(101)로 안테나 피딩을 하여 전파를 중계한다.
이러한 무선 전송 시스템(100)은 건물, 선박, 지하철 역사, 지하 상가 중 어느 하나에 구비된 공조 덕트(101)를 이용하여 신호를 중계하도록 하기 위해 설치될 수 있다. 특히, 선박의 경우에는 철판의 격벽 구조로 되어 있어서, 무선 전파라 실내에서 전파하기에는 무지 열악한 환경을 갖고 있다. 특히 건물뿐만 아니라 선박의 경우에도 매우 유용하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 내 설치된 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 구조도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전송 시스템(100)이 건물에 구비된 공조 덕트(101)를 활용하는 개념을 나타내고 있다. 무선 전송 시스템(100)은 선박 등에 공기조화를 위해서 기본적으로 설치되어 있는 공조 덕트(101)를 일종의 도파관으로 사용하여 공조 덕트(101) 내에서 전파가 용이한 전파 모드를 선정한다. 그리고 이에 알맞은 형태로 피더 안테나(110)의 설치 위치 등을 최적화하여 공조 덕트(101)가 수용 가능한 주파수 범위 안에서 다양한 통신 서비스를 제공하는 것이다.
도 4를 참조하면, 무선 전송 시스템(100)은 건물과 같은 시설물의 지하 시설에 각종 무선 통신 장비 3G 중계기(151), 네트워크 스위치(152), 4G 광중계기(153) 등이 설치된다. 그리고 인터페이스 제어기(140)에서는 3G 신호, 4G 신호, 인터넷 신호 등을 다중화하여 이더넷 프레임으로 변환하는 기능을 담당한다. 이 다중화된 신호는 LAN 케이블, 광 케이블과 연결하여 원격지에 있는 통합 리모트 제어기(130)로 전송되고 서비스 하고자 하는 신호를 AP, 3G 리모트 또는 4G 리모트에서 각각 선택하여 자체 프로세싱을 수행한다. 전송된 신호 중 인터넷 신호는 AP, 4G 신호는 4G 리모트, 3G 신호는 3G 리모트에서 각각 분리되어 공조 덕트(101)에 삽입되어 있는 피더 안테나로 신호를 여기한다. 이때, 피더 안테나(120)는 각각의 신호를 전파할 수 있도록 복수 개로 구성된다. MIMO 구조를 사용한다면 MIMO 구성에 맞도록 피더 안테나 숫자가 증가하게 되고, 더 많은 통신서비스를 구현하기 위해서는 늘어나는 서비스만큼 통합 리모트 제어기(130)와 피더 안테나(120)가 추가될 수 있다. 각각의 통신장비에서는 공조 덕트(101) 내부에 삽입되어 있는 피더 안테나와 통신 장비 사이에 최적의 임피던스 매칭을 위해서 임피던스 정합기(160)를 통하여 임피던스 미스매칭 손실을 최소화시킨다. 임피던스 정합기(160)는 자동 가변하도록 구성되어 각각의 통신 장비에 회로적으로 구축된다. 공조 덕트(101)를 통해 전파되는 신호는 기본적으로 디퓨저를 통해 복사되고 복사된 전파는 각각의 통신 방식에 알맞는 단말기(102) 또는 통신 방식과 인터페이스된 장비와 통신을 하게 된다. 디퓨저를 통해 전파 복사의 세기가 약할 경우는 공조 덕트 내외부 연결용 피더안테나(110)를 장착하여 신호의 세기를 증폭할 수 있다. 이때, 공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나(110)에는 증폭기(미도시)를 설치할 수 있고, 증폭기 없이 피더 안테나만으로 구성할 수도 있다. 공조 덕트(101) 내외부 사이에 충분한 아이솔레이션(Isolation)을 확보하여 사용하고자 할 때는 서로 다른 주파수 범위를 가지는 통신 방식의 리모트 중계기(미도시)를 연결하여 사용하면 보다 효율적으로 통신 서비스를 제공할 수 있다. 한편, 건물 내의 모든 공조 덕트(101)가 하나로 연결되어 있지 않기 때문에 서로 분리되어 있는 공조 덕트(101)에 원하는 신호를 전송하기 위해서는 공조 덕트 연결용 중계기(170)를 설치하여 분리되어 있는 다른 공조 덕트(101)로 원하는 신호를 전송할 수 있다. 상기 설명에서 알 수 있듯이 다양한 서비스에서 공조 덕트(101)를 활용하면 손쉽게 구현할 수 있기 때문에 장비 비용, 추가 서비스 적용 용이, 개발 기간 단축 등의 이점을 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 내 설치된 공조 덕트를 이용한 무선 전송 시스템의 구조도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전송 시스템(100)이 선박에 구비된 공조 덕트(101)를 활용하는 개념을 나타내고 있다.
현재까지는 선박의 안전 항해를 위해 꼭 필요한 장비만을 유선으로 연결하는 구조를 가지고 있다. 무선통신장비는 제한된 영역에서 워키토키, 무전기와 같은 장비만을 사용한다. 특히, 선박에서는 철판으로 구성된 격벽 구조 때문에 육상 건물에 설치되고 운영되는 시스템처럼 다양한 유무선 통신서비스를 제공하고 있지 않다. 선박, 건물 내에서 고속의 광 대역 서비스를 원할 하게 제공 하기 위해서 많은 장비의 투자, 설치 비용을 감수해야 한다. 선박의 경우, 항해의 필수적으로 설치되어야 하는 항해자동화 장비들, 항해 데이터 기록을 위한 장비, 충돌예방을 위한 장비들, 각종 센서 연결장비들은 NMEA 표준 인터페이스를 구성되어 있고 무수히 많은 장비들이 각각의 케이블로 선교나 요구되는 장비들과 유선으로 연동되어야 한다. 이때 연결되는 케이블의 무게, 가격, 문제 발생 시 조치 시간 지연, 새로운 장비 연동 시 케이블 공사 등의 어려움을 겪고 있다.
선박 내의 통신은 유선 기반의 전력선, LAN 기반의 선로를 사용하여 제공된다. 선박 내에는 항해 자동화 시스템, 기관 감시 제어 시스템, 하역 감시 제어 시스템, 내향 성능 평가 시스템과 같은 많은 시스템으로 구성되어 있고, 이 모든 시스템들은 하부에 여러 기능을 담당하는 장비들이 직접 연결되어 있다. 선박 건조 시 이런 장비들과 시스템들은 기본적으로 선교에 위치되어 있는 중앙 제어 시스템과 유선으로 연결되어 있다. 별도의 기능을 가지는 시스템을 추가할 경우 별도의 케이블을 포설해야 하며, 이를 위한 격벽을 통과하도록 공사를 해야 한다. 또한 선교가 아닌 다른 위치에서 여러 시스템을 제어 및 관리하기 위해서는 또한 별도의 선로를 추가하기 위한 포설 공사를 해야 한다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 선부 내에 기본적으로 설치되어 있는 공조 덕트(101)를 이용하여 무선 네트워크를 구성하여 간단하게 해결할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 인터페이스 제어기가 구비되어야 한다.
인터페이스 제어기는 여러 시스템의 하부 단위 장비를 직접 인터페이스하여 이더넷 프로토콜로 변환하고 무선 통신 장비와 연결하여 공조 덕트(101) 내부에 설치되는 피더 안테나를 통해 무선으로 전파를 원격지에 위치하는 수신기에게 신호를 전달할 수 있다. 선박 내의 공조 덕트(101)가 서로 끊김없이 하나로 연결되어 있지 않은 경우, 두 공조 덕트(101)를 연결하는 덕트 연결 중계기를 설치하여 끊겨진 공조 덕트(101)로 전송하고자 하는 신호를 전달할 수 있다. 이때, 신호의 세기를 증폭시킬 수 있는 증폭기가 구비되어 설치될 수도 있다. 그리고 공조 덕트(101)가 길어서 디퓨저만을 통해 전파를 복사할 수 없을 경우, 공조 덕트 내외부 연결용 피더 안테나를 공조 덕트(101)의 적당한 위치에 설치하여 공조 덕트(101) 어디서든지 일정한 출력을 복사할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 구조를 가짐으로써 선박 내 언제, 어디서든지 수 많은 시스템들 중 일부 시스템을 선택하여 제어하고 모니터링 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 제어기의 기능의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 기본적으로 인터페이스 제어기는 입력과 출력의 I/F에 있어서 플러그 인 형태의 모듈을 사용함으로써 선박 및 건물 내 통신에서 사용할 수 있는 구조로 설계될 수 있다.
구체적인 입력 인터페이스의 예로는 이더넷 I/F(Ethernet I/F), 디지털 I/F(Digital In I/F), 광 I/F(Fiber Optic In I/F), RF/IF In I/F 등과 같이 모듈 형태로 구성하여 필요에 따라 인터페이스를 달리할 수 있는 장점이 있다. 입력 인터페이스 다음 단에는 FPGA와 연결되며 내부 기능도 필요에 의해 수정 및 변경할 수 있기 때문에 유연한(Flexible) 구성이 가능하다. 여러가지 기능을 추가할 수 있지만 기본적으로 구성되어야 하는 기능은 다음과 같다.
SerDes(Optic I/F), Mux/Demux, Framer/Deframer, DSP 기능(Digital Filter, Algorithm등), CPU, 메모리 등의 용량들을 언제든지 가변하여 설계할 수 있기 때문에 확장성이 우수하다. 다음의 L2 스위치는 FPGA로부터 이더넷 신호를 입력 받아서 Mac 주소를 학습한 후 보내고자 하는 출력 포트로 전송한다. 출력 I/F 또한 입력 I/F과 같이 다양한 인터페이스를 모듈 형태로 플러그인 할 수 있도록 설계될 수 있다. 구체적인 출력 인터페이스의 예로는 이더넷 I/F, Digital In I/F, Fiber Optic In I/F, RF/IF In I/F등과 같이 모듈 형태로 구성하여 필요에 따라 인터페이스를 달리할 수 있는 장점이 있다.
이러한 무선 전송 시스템(100)은 선로구축, 케이블 공사, 무선통신장비들 등의 비용을 50%까지 절감하는 효과를 얻을 수 있고, 기존 통신 방식 대비 채널간 간섭 최소화로 안정된 무선통신망 운용 비용의 20%를 절감할 수 있다. 간편한 시공에 의한 공사기간을 획기적으로 단축함으로써 선박, 건물, 지하철역사와 같은 시설에 조기 무선망을 확보할 수 있다. 특히, 선박의 경우는 추가 장비를 선택하여 사용할 경우는 선박 운행의 안전성으로 인해 항해 중에는 공사가 불가능하기 때문에 2년 또는 3년에 한번씩 드라이도크 시에만 시설공사가 가능함으로 본 발명을 통해 항해 중에도 손쉽게 장비 설치가 가능해진다. 그리고, 공조 덕트(101)를 활용함으로써 육상 통신처럼 언제, 어디서나, 스마트폰, 테블릿 PC와 같은 휴대용 디스플레이가 내장된 장비를 통해 항해 중에 장비들을 모니터링, 제어가 가능해진다. 항해중인 선박에서 고속의 광 대역을 요구하는 서비스를 이동 중에도 제공할 수 있기 때문에 육상 통신에서 제공하는 동일한 서비스가 선박 통신에서 가능해지기 때문에 선박 통신의 패러다임을 바꿀 수 있는 혁신적인 기술로 이루어진 발명이다.

Claims (8)

  1. 선박에 구비된 공조 덕트를 이용하여 신호를 중계하기 무선 전송 시스템에 있어서,
    그릴(grill) 또는 디퓨저(diffuser)를 통해 공조 덕트와 실내 간에 신호를 중계하기 위해 설치되는 공조덕트 내외부 연결용 피더 안테나;
    상기 공조 덕트 내에서 신호를 중계하기 위해 상기 공조 덕트 내에 복수 개가 분산 설치되는 피더 안테나(feeder antenna);
    상기 피더 안테나로부터 수신되는 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하거나 적어도 둘 이상의 신호를 프로세싱하여 상기 피더 안테나로 송신하기 위해 상기 피더 안테나와 유선 연결되어 분산 설치되는 통합 리모트 제어기;
    상기 통합 리모트 제어기로부터 상기 프로세싱된 적어도 둘 이상의 신호를 수신하거나 외부로부터 수신한 적어도 둘 이상의 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하고 변환된 이더넷 프레임을 상기 통합 리모트 제어기로 송신하는 인터페이스 제어기;
    상기 적어도 둘 이상의 신호를 외부로부터 수신하거나, 상기 수신된 적어도 둘 이상의 신호를 상기 통합 리모트 제어기로부터 수신하기 위한 무선 통신기;
    각각 분리되어 개별적으로 구비되는 공조 덕트 간에 신호를 중계하되, 상기 공조 덕트 각각에 설치되는 2개의 피더 안테나와 연결되는 공조 덕트 연결용 중계기를 포함하고,
    상기 적어도 둘 이상의 신호는,
    와이파이(Wi-Fi) 신호, 와이맥스(WiMAX) 신호, 엘티이(LTE) 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전송 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피더 안테나의 길이에 따라 임피던스를 정합하기 위한 가변 임피던스 정합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전송 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무선 통신기는,
    3G 중계기, 4G 광중계기 또는 네트워크 스위치 중 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전송 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 인터페이스 제어기는,
    3G 신호, 4G 신호 또는 인터넷 신호를 다중화하여 이더넷 프레임(Ethernet frame)으로 변환하는 것을 특징으로 하는 무선 전송 시스템.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 공조 덕트 연결용 중계기는,
    댁내형 중계기(in-house repeater)인 것을 특징으로 하는 무선 전송 시스템.
  8. 삭제
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