KR101741616B1 - 멀티 채널 밀리미터 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 데이터 통신 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

멀티 채널 밀리미터 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 데이터 통신 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 인터페이스 장치는, 플라스틱 소재로 제작되며 송신단에서 출사되는 제1 전파를 수신단에 전달하는 제1 채널을 형성하는 제1 웨이브 가이드 및 플라스틱 소재로 제작되며 송신단에서 출사되는 제2 전파를 수신단에 전달하는 제2 채널을 형성하는 제2 웨이브 가이드를 포함하고, 제1 웨이브 가이드와 제2 웨이브 가이드는 송신단과 수신단을 병렬 통신 가능하도록 연결한다. 이에 의해, 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드를 이용하여, 저전력으로 고속의 무선 통신을 수행할 수 있게 된다.

Description

멀티 채널 밀리미터 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 데이터 통신 방법 및 시스템{High-Rate Data Communication Method and System using a Multi-Channel Millimeter Plastic Waveguide}

본 발명은 데이터 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 데이터 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.

디지털 회로들의 속도가 증가함에 따라, CPU, GPU, Memory, 그리고 Board를 통해 고속의 데이터 통신이 이루어져야 한다. 도 1은 컴퓨터 구조에서 데이터 통신이 이루어지는 구조도를 보여주고 있다. 기존 시스템에서는 고속 전송을 하기 위해서 한 개의 라인에 Gbps 통신을 할 수 있는 라인들을 병렬로 구성하여 신호를 전달하는 방식을 사용하였고 그 대표적인 예가 PCI-e 3.0이다.

PCI-e 3.0 구조는 한 개의 라인에 7.87Gbps의 신호를 전송하고 신호 라인을 최대 16 라인으로 구성하여 126 Gbps의 높은 데이터를 주고받는 인터페이스이다. 전송 속도는 높지만 병렬로 들어오는 신호를 정렬하고 equalizing 하기 위해서 최대 75W의 파워소모를 요구하고 있으며 전송 거리도 30cm 이내로 제한하고 있다.

병렬 데이터 전송은 거리 제약과 파워 손실에서 문제점을 가지고 있기 때문에, Serial 고속 통신이 최근 많이 사용되고 있다. 그 대표적인 예가 컴퓨터에서 데이터를 주고 받는 USB 기술이다. 도 2에 USB 칩셋을 이용한 Serial 데이터 통신을 나타내었다. 최신 버전은 3.0으로써 직렬 통신을 통해 5 Gbps를 5m 거리까지 전송할 수 있다.

이때도 역시 Transceiver 칩에서 equalizing 기능이 들어가야 하기 때문에 4.5W의 상대적으로 높은 전력 소모를 한다는 단점을 포함하고 있다. 최근 USB 케이블을 광 cable 형식으로 변환하여 10m 까지 전송할 수 있도록 만든 제품이 출시되고 있다.

도 3은 10 GBase-T Ethernet PHY 구조를 보여주고 있다. Ethernet 계열의 통신에서 근거리 Gbps를 위해 사용되고 있는 통신 표준으로써 전송 매질로는 4개의 2-p공기 구리선을 사용하고 있다. 한 pair의 구리선을 이용하여 2.5Gbps를 전송하고 있어 총 10Gbps를 전송할 수 있는 데이터 통신 규격이다. 전력소모가 4~8W 이며 전송 거리는 50~100m에 달한다.

도 4는 전기 신호를 광신호로 바꾸어 직렬 통신을 하는 광통신의 경우를 보여준다. 광 모듈레이터를 이용하여 광의 각 파장별로 12.5 Gbps 신호를 4개 인가하고 수신기 측에서 photo detector를 사용하여 복조하는 구조로써 현재 50 Gbps 급 모듈이 많이 상용화되고 있다.

광 통신을 이용한 serial 데이터 전송은 통신 거리가 길다는 장점을 가지고 있지만, 전-광 변환기 광모듈레이터, MUX, Fiber cable, Demux, photoDetector 등 단가가 높은 부품들을 필요로 하기 때문에 특수 용도가 아니면 그 사용이 제한된다는 문제점을 가지고 있다.

도 5는 광 fiber라는 매질을 사용하지 않고 Teraherz 주파수를 사용하여 무선으로 20 Gbps를 전송하는 기법을 보여주고 있다. 고속 데이터 전송 및 전력 소모에 강점이 있지만 무선을 사용하기 때문에 수 cm 이내에서만 통신이 가능하다는 약점을 가지고 있다.

이와 같이, 구리선을 이용하는 경우는 구리선에 의한 신호 왜곡에 따른 Equalizer와 같은 회로들이 필요하고 이 회로들의 파워소모와 Equalizing의 한계로 인해 많은 문제점을 드러내고 있다.

또한, 광 통신을 사용하는 것은 Electric to optic 변환기 같은 고가의 부품들이 필요로 하기 때문에 그 사용의 한계가 있고, 무선을 이용하는 것 역시 통신 거리에서 한계를 보이고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 저전력으로 고속의 무선 통신을 수행하기 위한 방안으로, 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 통신 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 인터페이스 장치는, 플라스틱 소재로 제작되며, 송신단에서 출사되는 제1 전파를 수신단에 전달하는 제1 채널을 형성하는 제1 웨이브 가이드; 및 상기 플라스틱 소재로 제작되며, 상기 송신단에서 출사되는 제2 전파를 상기 수신단에 전달하는 제2 채널을 형성하는 제2 웨이브 가이드;를 포함하고, 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는, 상기 송신단과 상기 수신단을 병렬 통신 가능하도록 연결한다.

그리고, 상기 제1 웨이브 가이드 및 상기 제2 웨이브 가이드는, 내부가 비어 있는 튜브 형 구조일 수 있다.

또한, 상기 튜브의 두께는, 상기 전파가 외부로 출사되는 손실율에 의해 결정될 수 있다.

그리고, 상기 튜브의 재질은, 상기 전파가 외부로 출사되는 손실율에 의해 결정될 수 있다.

그리고, 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드의 내부 단면에 통신 부품과 안테나가 위치하도록, 기판 상에 상기 제1 웨이브 가이드, 상기 제2 웨이브 가이드, 통신 부품 및 안테나가 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는, 상기 기판에 설치된 커넥터에 나사 결합 방식으로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는, 다수의 모듈들이 결합되어 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 통신 방법은, 플라스틱 소재로 제작된 제1 웨이브 가이드를 통해 송신단에서 출사되는 제1 전파를 수신단에 전달하는 단계; 및 상기 플라스틱 소재로 제작된 제2 웨이브 가이드를 통해 송신단에서 출사되는 제2 전파를 수신단에 전달하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는, 상기 송신단과 상기 수신단을 병렬 통신 가능하도록 연결한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드를 이용하여, 저전력으로 고속의 무선 통신을 수행할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 밀리미터 주파수 대역에서 고속 데이터 전송을 가능하게 하고, 손실은 최소화할 수 있으며, Equalizer와 같은 회로와 Electric to optic 변환기 같은 고가의 부품들을 필요로 하지 않아, 비용 측면에서도 유리하다.

도 1은 기존 H/W의 데이터 통신 구조도,
도 2는 USB 칩셋을 이용한 Serial 데이터 통신,
도 3은 10GBase-T PHY 구성,
도 4는 광 통신을 이용한 직렬 데이터 통신 구성,
도 5는 무선 통신 기반 고속 직렬통신,
도 6은 사각형 플라스틱 웨이브 가이드를 통해 전파가 전달되는 모습,
도 7은 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드를 통해 전파가 전달되는 모습,
도 8은 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드를 도시한 도면,
도 9는 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 통신을 위한 H/W 구조, 그리고,
도 10은 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 통신 시스템이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 6은 플라스틱 웨이브 가이드를 통해 전파가 전파되는 모습을 표시하였다. 플라스틱 재질은 높은 유전율을 가지고 있어 빛의 굴절과 같이 특정 임계각 내의 파의 전파는 공기 중으로 신호가 새어 나가지 않고 유전율이 높은 웨이브 가이드 내에서만 전파하는 것으로 알려져 있어 고속 데이터를 전송하는 유용한 매질로 사용하기에 적합하다.

도 6의 구조는 플라스틱 재료의 손실에 의해 전파 손실이 발생하고, 웨이브 가이드 급전 상태에 따라 전파 에너지의 일부가 공기 중으로 빠져 나가면서 손실이 발생한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)는, 내부가 비어 있는 튜브(원통) 구조로, 내부 공기(air) 층(150)에 전파를 인가하면, 외부에 높은 유전율을 가지고 있는 플라스틱 튜브에 의해 에너지가 내부 공기 층에 갇혀서 전파된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)는, 공기 층(150)을 전파 매질로 사용하기 때문에, 고가의 플라스틱 재료 사용이 적어져, 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 또한, 튜브의 두께에 따라 외부 공기로 손실되는 전파 에너지를 최소화할 수 있다.

또한, 튜브의 재료 선정과 두께 조절에 의해, 전파 에너지가 플라스틱 웨이브 가이드 내에만 존재할 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 튜브의 두께는 전파가 외부로 출사되는 손실율이 최소가 되도록 하는 두께로 조절할 수 있다. 아울러, 튜브의 재질은 전파가 외부로 출사되는 손실율이 최소가 되도록 하는 재질로 조절할 수 있다.

전파가 외부로 출사되는 손실율은, 전파의 주파수와 세기에 따라 달라지므로, 튜브의 두께와 재질은 이를 기초로 결정된다고 볼 수 있다.

한편, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)는 플렉서블한 플라스틱으로 구현하여, 자유롭게 휘어질 수 있도록 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브 형 멀티 채널(병렬) 플라스틱 웨이브 가이드를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 웨이브 가이드(100)는 직렬 통신을 위한 것인 반면, 도 8에 도시된 웨이브 가이드(200)는 병렬 통신을 위한 것이다.

병렬 통신에 의해, 데이터 속도를 웨이브 가이드의 개수에 비례하여 선형적으로 증가시킬 수 있다.

도 8에 도시된 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드(200)는 8bit 전달을 위한 구조를 나타내었는데, 예시적인 것으로 확장이 가능함은 물론이다. 즉, 16bit, 32bit 등으로 확장 가능하다.

도 9는 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)를 이용한 통신을 위한 H/W 구조를 보여 준다. 도 9에 도시된 바와 같이, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)를 이용한 통신을 위한 H/W는 PCB(310)에, 웨이브 가이드 커넥터(320), 패치 안테나(330) 및 밀리미터 통신 칩(340)을 형성하여 구현할 수 있다.

밀리미터 통신 칩(340)은, Gbps의 데이터를 변조하는 밀리미터 통신 회로가 형성된 Chip이다.

칩 패치 안테나(330)는 Gbps 데이터가 실린 밀리미터 에너지를 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)에 인가하기 위하여 on chip 구조의 패치형 안테나로 구현한다.

칩 패치 안테나(330)는 전파가 패치의 위로만 방사하도록 설계하여, 모든 에너지가 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)에 집중되어 수신단에 전달되도록 한다.

웨이브 가이드 커넥터(320)는 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)를 연결하기 위한 커넥터로, 암나사 타입으로 구현한다. 그리고, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)의 종단에는 수나사 타입의 커넥터를 형성시켜, 나사 결합으로 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)가 웨이브 가이드 커넥터(320)에 결합될 수 있도록 한다.

한편, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드(100)와 웨이브 가이드 커넥터(320)의 결합은, 나사 결합 이외의 다른 결합 이를 테면, 끼움 결합으로 대체하는 것이 가능하다.

도 10은 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드(200)를 이용한 고속 통신 시스템을 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 송신단들은 밀리미터 웨이브를 생성하는 VCO(mm-source), 고속으로 직렬 데이터를 변조할 수 있는 밀리미터 변조기(modulator) 및 칩 안테나를 포함한다.

그리고, 수신단들은, 도 10에 도시된 바와 같이, 칩 안테나, LNA(Low Noise Amplifier) 및 아날로그 복조기(Analog De-modulator)를 포함한다. 아날로그 복조기는 포락선 검출기(Envelop Detector)와 BPSK 검출기(BPSK Detector)를 포함하여 구성된다.

도 10에 도시된 통신 시스템은 고속 통신이 요구되는 곳에 다양하게 응용될 수 있으며, Chip-to-Chip, Chip-to-Board, Board to Backplane 등을 위한 통신 인터페이스로 사용 가능하다.

지금까지, 멀티 채널 밀리미터 플라스틱 웨이브 가이드를 이용한 고속 데이터 통신 방법 및 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템 및 방법은, 중거리(이를 테면, 100m) 데이터 통신을 위해, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드를 모듈화하여, 이들을 결합/조립하는 방식으로 채널들을 구성하는 것이 가능하다.

이때, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드 모듈들은, 직선형(-), 1/4 원호형(절곡 부분이 둥근 L자형) 등으로 구현할 수 있다. 또한, 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드 모듈들의 결합 방식은 나사 결합, 끼움 결합 또는 그 밖의 결합 방식을 적용할 수 있다.

뿐만 아니라, 1/4 원호형(절곡 부분이 둥근 L자형)은 전반사 효율을 높이기 위해, 튜브 내부를 도금하는 것으로 구현하는 것도 가능하다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

100 : 튜브 형 플라스틱 웨이브 가이드
150 : 공기 층
200 : 튜브 형 멀티 채널 플라스틱 웨이브 가이드
310 : PCB 320 : 웨이브 가이드 커넥터
330 : 패치 안테나 340 : 밀리미터 통신 칩

Claims (8)

1. 플라스틱 소재로 제작되며, 송신단에서 출사되는 제1 전파를 수신단에 전달하는 제1 채널을 형성하는 제1 웨이브 가이드; 및
   상기 플라스틱 소재로 제작되며, 상기 송신단에서 출사되는 제2 전파를 상기 수신단에 전달하는 제2 채널을 형성하는 제2 웨이브 가이드;를 포함하고,
   상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는,
   상기 송신단과 상기 수신단을 병렬 통신 가능하도록 연결하며,
   내부가 비어 있는 튜브 형 구조이고,
   상기 튜브의 두께는,
   상기 전파가 외부로 출사되는 손실율에 의해 결정되며,
   상기 송신단은, 칩과 보드 중 하나이고,
   상기 수신단은, 칩과 보드 중 하나인 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 튜브의 재질은,
   상기 전파가 외부로 출사되는 손실율에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드의 내부 단면에 통신 부품과 안테나가 위치하도록, 기판 상에 상기 제1 웨이브 가이드, 상기 제2 웨이브 가이드, 통신 부품 및 안테나가 배치되는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는,
   상기 기판에 설치된 커넥터에 나사 결합 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는,
   다수의 모듈들이 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
   
8. 플라스틱 소재로 제작된 제1 웨이브 가이드를 통해 송신단에서 출사되는 제1 전파를 수신단에 전달하는 단계; 및
   상기 플라스틱 소재로 제작된 제2 웨이브 가이드를 통해 송신단에서 출사되는 제2 전파를 수신단에 전달하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1 웨이브 가이드와 상기 제2 웨이브 가이드는,
   상기 송신단과 상기 수신단을 병렬 통신 가능하도록 연결하며,
   내부가 비어 있는 튜브 형 구조이고,
   상기 튜브의 두께는,
   상기 전파가 외부로 출사되는 손실율에 의해 결정되며,
   상기 송신단은, 칩과 보드 중 하나이고,
   상기 수신단은, 칩과 보드 중 하나인 것을 특징으로 하는 통신 방법.
   

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