KR20040070170A - Optical transmitter, receiver for free space optical communication and network system and application apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
21세기 미래 정보 통신 사회는 가입자가 대용량의 초고속 정보 교환을 할 수 있는 사회 환경을 요구하고 있으며, 이는 광섬유를 이용한 초고속 광통신 기술과 초고주파 대역의 무선통신 기술의 발전이 있었기 때문에 가능하게 되었다. 1970년대에 시작된 광통신 관련 연구는 전송 손실을 극소화하여 전송거리를 확대하고 초고속 대용량으로 전송하기 위해 지난 10여년 동안 발전을 거듭하여 이미 실용화 단계에 접어들어, 기간 광통신 망의 대역폭은 100Gbps를 넘어서 2000년대에는 Tbps급을 바라보게 되었다. 그러나 아직도 최종 사용자 혹은 가입자에게 수십 Mbps이상의 정보를 제공하여 주는 제반 기술은 매우 미흡한 실정이다.The future telecommunication society in the 21st century is demanding a social environment in which subscribers can exchange a large amount of high-speed information, which is made possible due to the development of high-speed optical communication technology using optical fiber and wireless communication technology of high frequency band. Optical communication research started in the 1970s has been developed over the past 10 years to minimize transmission loss to increase transmission distance and transmit at high speed and high capacity. There was a Tbps class. However, there are still very few technologies that provide end users or subscribers with information of more than tens of Mbps.
초고속 광대역 종합 통신망 구축에 있어 정보 전달의 고속성, 병렬성, 대용량성을 보장하는 광통신 기술의 핵심적인 역할은 이론의 여지가 없다. 기존 무선통신 시스템의 경우 현재 2GHz 대의 PCS 시스템에서의 데이터 전송은 수십 kbps로 무선 멀티미디어 서비스를 제공하기에는 매우 부족하다. 이와 관련하여 제 3 세대 무선 통신인 최대 2Mbps의 데이터 전송 속도를 갖는 IMT-2000 관련 연구가 국내외에 걸쳐 매우 활발히 진행되어 실용화 단계에 있다. 그러나 HDTV 등의 초고속 데이터 전송을 위한 차세대 멀티미디어 시스템에서는 가입자에게 수십 ~ 수백Mbps의 데이터 전송을 요구하고 있는 실정이므로 IMT-2000 역시 궁극적인 해결 방법이라 할 수는 없을 것이다.The key role of optical communication technology that guarantees high speed, parallelism, and high capacity of information transmission in the construction of high speed broadband integrated network is indisputable. In the existing wireless communication system, data transmission in the PCS system of 2GHz band is currently insufficient to provide wireless multimedia service at tens of kbps. In this regard, IMT-2000-related research, which has a data transmission rate of up to 2Mbps, which is a third generation wireless communication, has been actively conducted at home and abroad, and is in the practical stage of practical use. However, the next-generation multimedia system for ultra-high speed data transmission such as HDTV requires subscribers to transmit data of tens to hundreds of Mbps, so IMT-2000 may not be the ultimate solution.
차세대 멀티미디어는 문자, 데이터, 오디오, 그래픽, 사진, 애니메이션, 영상 등의 다양한 정보 형태가 통합되어 생산, 수집, 전달 및 가공 처리되게 하는 시스템 및 서비스이고, 멀티미디어 산업은 이들 활동과 관련된 산업 영역을 가리킨다. 최근 멀티미디어 정보 산업은 컴퓨터 및 통신 부문에서의 기술 발달로 정보의 내용, 형태 및 교류 방법에 있어서의 디지털화, 양방향화, 비동기화, 영상-음향 등 종합화의 방향으로 나아가고 있다. 이러한 기술 발전이 산업 구조에 미치는 영향은 혁명적이다. 현재의 멀티미디어 서비스에서 나타나는 가장 중요한 방해요소로는 용량이 부족한 통신망의 성능이 지적되고 있으며, 차세대 멀티미디어를 확대 재생산시킬 수 있는 견인차는 결국 초고속 대용량의 고도화된 통신망을 경제적으로 개인 가입자에게 제공할 수 있는 데에 달려있다.Next-generation multimedia is a system and service that allows various forms of information such as text, data, audio, graphics, photographs, animations, and video to be integrated, produced, collected, transmitted, and processed, and the multimedia industry refers to the industrial areas related to these activities. . Recently, the multimedia information industry is moving toward the generalization of digitalization, bidirectionalization, asynchronousization, and video-sound in the content, form, and exchange method of information due to technological developments in the computer and communication fields. The impact of these technological advances on industrial structures is revolutionary. The most important obstacles in the current multimedia services are the performance of insufficient capacity networks, and the towing vehicle capable of expanding and reproducing next-generation multimedia can provide economically personalized subscribers with high speed and high capacity. Depends on having
이러한 초고속 대용량의 정보를 개인 가입자에게 제공할 수 있는 통신망 기술로는 FTTH(fiber-to-the-home)만이 유일한 방법으로 생각되고 있으나, FTTH의 경우는 설치가 어렵고 통신 장치 이외에도 광섬유의 매설에 추가 비용이 발생하므로 설치비가 크다는 문제점이 있다. 또한 광송수신 모듈에 있어서도, LD(laser diode) 및 PD(photo detector)와 광섬유를 정렬하는 공정이 추가적으로 필요하게 된다. 본 발명은 기지국(BS; base station)과 이동전화 서비스 스위칭 센터(mobile service switching center) 등과 같은 중앙 기지국(CBS; central base station) 간의 연결을 기존의 동축케이블 망이나 초고주파 발진기(oscillator) 및 변조기(modulator) 등의 마이크로파(MW; microwave) 송수신 장치를 이용하는 무선통신망 대신에, 보다 경제적이고 설치가 용이하여 FTTH의 문제점을 해결할 수 있는 자유공간 무선 광통신을 가능케 할 수 있는 매우 경제적인 무선 광통신용 송수신 모듈을 목표로 하고 있다.Only FTTH (fiber-to-the-home) is considered the only method for communication network technology that can provide such high-speed, high-capacity information to individual subscribers. However, FTTH is difficult to install and added to the laying of optical fibers in addition to communication devices. There is a problem that the installation cost is high because of the cost. In addition, in the optical transmission / reception module, a process of aligning an optical fiber with a laser diode (LD) and a photo detector (PD) is additionally required. The present invention provides a connection between a base station (BS) and a central base station (CBS) such as a mobile service switching center (CBS), an existing coaxial cable network or an ultra-high frequency oscillator and modulator ( Instead of a wireless communication network using a microwave (MW) transmission and reception device such as a modulator, a very economical wireless transmission and reception module for free space wireless optical communication that can solve the problem of FTTH by more economical and easy installation Aim to.
현재까지의 자유공간 무선 광통신은 설치가 신속하고 용이하여 서비스를 곧바로 제공할 수 있으며, 통신 보안이 물리적으로 확보된다는 장점을 갖고 기존 유선망의 백업(back-up)용으로 사용되거나, 빠른 설치를 요구하는 경우를 고려한 점 대 점 연결에 주안점을 두고 고출력의 송수신기 개발에 주로 전념하여 왔으므로 그 실용적 측면이 별로 크지 않았었다.To date, free space wireless optical communication is quick and easy to install, so it can provide services directly, and has the advantage of securing physical communication security, and it is used for back-up of existing wired network or requires quick installation. The practical aspects were not so large since the main focus was on the development of high-power transceivers with a focus on point-to-point connections.
따라서, 본 발명에서는 기존의 단순 점-대-점 방식과는 다른 OWLL 및 OWLL을 이용한 FSON 시스템을 이용해 다수의 가입자 혹은 사용자에게 초고속 대용량의 정보를 안정적으로 제공하는 데 적합한 새로운 개념의 경제적인 자유공간 무선 광통신용 송수신기 모듈을 제안하는 것이다.Therefore, in the present invention, a new concept of economical free space suitable for stably providing high-speed and large-capacity information to a large number of subscribers or users using a FSON system using OWLL and OWLL different from the existing simple point-to-point method. It is proposed a transceiver module for wireless optical communication.
본 발명은 자유공간 즉 공기를 통해 광신호를 송수신하여 통신하는 방식을 이용한 무선 광통신 링크(OWLL; Optical WireLess Link) 및 이를 이용한 자유공간 무선 광통신 네트워크(FSON; free space optical network) 시스템을 가능케 하는 무선 광통신용 송신기와 수신기 및 이를 응용한 장치에 관한 것이다.The present invention provides a wireless optical communication link (OWLL; Optical WireLess Link) using a method of transmitting and receiving an optical signal through free space, that is, air, and a free space optical network (FSON) system using the same. The present invention relates to an optical communication transmitter and receiver and an apparatus using the same.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 송신기의 구조를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the structure of a transmitter for a wireless optical communication according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 무선 광통신용 송신기 내의 광원 구동 및 제어 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a light source driving and control circuit in the wireless optical communication transmitter of FIG. 1.
도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 광통신용 송신기의 구조를 나타내는 개념도이다.3 and 4 are conceptual views showing the structure of a transmitter for a wireless optical communication according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.5 is a conceptual diagram showing the structure of a wireless optical communication receiver according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 무선 광통신용 수신기 내의 수신기 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a receiver circuit in the receiver for wireless optical communication of FIG. 5.
도 7은 도 5의 무선 광통신용 수신기 내의 광학계의 일례를 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an optical system in the wireless optical communication receiver of FIG. 5.
도 8과 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.8 and 9 are conceptual views illustrating the structure of a wireless optical communication receiver according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 송수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.10 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transceiver according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이더넷과 접속 가능한 무선 광통신용 송수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.11 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transceiver connectable with Ethernet according to another embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광섬유 링크를 통해 이더넷과 접속 가능한 무선 광통신용 송수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.12 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transceiver connectable to Ethernet through an optical fiber link according to another embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 트랜스폰더의 구조를 나타내는 개념도이다.13 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transponder according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 송신부와 수신부를 분리한 무선 광통신용 트랜스폰더의 구조를 나타내는 개념도이다.14 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transponder in which a transmitter and a receiver are separated according to another embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 송신부, 다중화/역다중화부, 수신부를 분리한 무선 광통신용 트랜스폰더의 구조를 나타내는 개념도이다.15 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication transponder in which a transmitter, a multiplexer / demultiplexer, and a receiver are separated according to another embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 무선 광통신용 송신기의 구조를 나타내는 개념도이다.16 is a conceptual diagram illustrating a structure of a transmitter for wireless optical communication according to another embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.17 is a conceptual diagram illustrating a structure of a wireless optical communication receiver according to another embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 무선 광통신용 송수신기의 구조를 나타내는 개념도이다.18 is a conceptual diagram illustrating a structure of a transceiver for wireless optical communication according to another embodiment of the present invention.
상기 종래 기술의 문제점 및 한계를 해결하기 위해 도출된 새로운 개념의 OWLL 및 FSON 시스템은 차세대 멀티미디어 시대를 대비하여 기존의 유·무선 통신망과 차별성을 지니며 고속 인터넷, 점-대-점 및 점-대-다지점 데이터, 오디오, 영상전송 등 복합적인 멀티미디어 통신서비스를 초고속, 대용량으로 안정성과 효율성을 지니며 제공할 수 있는 자유공간 무선 광통신 방법이다.The new concept of OWLL and FSON system, which is derived to solve the problems and limitations of the prior art, is different from existing wired / wireless communication networks in preparation for the next generation multimedia era, and has high speed internet, point-to-point and point-to-point. -Free space wireless optical communication method that can provide complex multimedia communication service such as multi-point data, audio, video transmission with high speed and large capacity with stability and efficiency.
초고속 대용량의 통신 시스템에 있어서, 전송거리 및 전송률에 따라 기본 블록을 설정하고, 이러한 블록들을 다양하게 조합하여 가입자의 위치와 거리에 영향을 받지 않으며 초고속 대용량의 정보를 제공할 수 있는 OWLL 및 FSON 시스템은 완전히 새로운 개념의 통신 시스템이다. 이러한 OWLL 및 FSON 시스템은 대기의 난기류(turbulence), 온도변화 (temperature gradient), 눈, 비, 안개 등에 대해 강건(robust)해야 하고, 주위 상황에 따라 광출력의 세기, 광출력의 방향, 비트레이트(bit-rate) 등을 적응적으로 변화시킬 수 있어야 한다. 아울러 송수신 상태를 종합적으로 감시, 감독하며 운영할 수 있는 시스템으로 구성되어야 할 필요가 있다.In the high-speed high-capacity communication system, the basic block is set according to the transmission distance and the transmission rate, and various combinations of these blocks can be used to provide the high-speed high-capacity information without being affected by the location and distance of the subscriber. Is a whole new concept of communication system. These OWLL and FSON systems must be robust against atmospheric turbulence, temperature gradients, snow, rain, and fog, and the intensity of light output, direction of light output, and bitrate depending on the surrounding conditions. (bit-rate), etc. to be able to adaptively change. In addition, it needs to be composed of a system that can comprehensively monitor, monitor and operate the transmission and reception status.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서 필수적인 것이 OWLL 및 FSON 시스템을 가능케 하는 경제적인 OWLL 및 FSON 시스템용 송신기와 수신기 및 이를 이용한 각종 응용장치들이다. 따라서 본 발명에서는 OWLL 및 FSON용 송신기, 수신기 및 이의 응용장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to achieve this goal, it is essential to provide an economical transmitter and receiver for OWLL and FSON systems that enable OWLL and FSON systems and various applications using them. Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmitter, a receiver, and an application thereof for OWLL and FSON.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소형화, 경량화, 저가화, 안정화되고 신뢰성을 확보할 수 있는 무선 광통신용 송신기, 수신기 및 이의 응용장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transmitter, a receiver for a wireless optical communication, a receiver, and an application apparatus thereof, which can be miniaturized, light weight, low cost, stabilized and reliable.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 하나의 인쇄회로기판에 레이저 다이오드 등의 광원, 광검출 소자와 같은 광 송신 및 수신용 광전자부품과 이와 관련된 회로들을 집적 형성하고, 이러한 인쇄회로기판과 광학계를 표준화된 모듈로 제작하여 쉽게 조립할 수 있도록 한 OWLL 및 FSON 정보통신 서비스 제공을 위한 송수신 장치를 다양하게 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a light source such as a laser diode, an optical transmission and reception optoelectronic component such as a photodetector, and related circuits are integrally formed on a single printed circuit board, and the printed circuit board and the optical system are standardized. It provides various transmission / reception devices for providing OWLL and FSON information and communication services, which can be easily assembled and assembled into modules.
즉, 본 발명에 따른 무선 광통신용 송신기는, 인쇄회로기판 위에 형성되어 있는 광원, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며 광원으로부터 나오는 빛을 검출할 수 있는 광검출 소자, 상기 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 입력 신호를 입력받기 위한 제 1 단자, 전원을 입력받기 위한 제 2 단자, 광원과 연결되어 광원으로 출력 신호를 출력하기 위한 제 3 단자, 광검출 소자와 연결되어 광검출 소자로부터 광원의 출력을 제어하기 위한 출력 제어 신호를 입력받기 위한 제 4 단자를 가지고 있는 광원 구동 및 제어 회로, 상기 인쇄회로기판과 조립 가능하게 형성되어 있으며, 광원으로부터 나오는 빛을 수신하여 외부의 자유공간으로 송신하는 광학계를 포함하여 이루어진다.That is, the wireless optical communication transmitter according to the present invention includes a light source formed on a printed circuit board, a photodetector formed on the printed circuit board and capable of detecting light from the light source, and integrally formed on the printed circuit board. And a first terminal for receiving an input signal, a second terminal for receiving a power source, a third terminal connected to the light source to output an output signal to the light source, and connected to the photodetecting device to output the light source from the photodetecting device. A light source driving and control circuit having a fourth terminal for receiving an output control signal for controlling a light source, the optical system being configured to be assembled with the printed circuit board and receiving light from the light source and transmitting it to an external free space. It is made, including.
여기에서, 광원은 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드인 것이 바람직하며, 광원과 광검출 소자는 플립 칩 본딩 방식으로 인쇄회로기판에 부착될 수 있고, 광원 구동 및 제어 회로는 제 1 단자를 통해 펄스를 출력하여 광원을 구동하는 광원 구동 회로와 제 4 단자를 통해 입력된 출력 제어 신호에 의거하여 광원 구동 회로의 출력을 제어하는 자동 출력 제어 회로를 포함할 수 있다.Herein, the light source is preferably a laser diode or a light emitting diode, and the light source and the light detecting element may be attached to the printed circuit board by flip chip bonding, and the light source driving and control circuit may output pulses through the first terminal. It may include a light source driving circuit for driving the light source and an automatic output control circuit for controlling the output of the light source driving circuit based on the output control signal input through the fourth terminal.
또한, 광학계는 렌즈와 렌즈의 초점 거리를 조절 할 수 있는 렌즈 홀더를 포함하여 이루어지며, 렌즈는 비구면(aspheric) 렌즈 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈이고, 인쇄회로기판과 광학계는 인쇄회로기판과 광학계에 각각 형성된 나사부를 이용해 조립될 수 있다. 한편, 송신기로부터 나오는 빛은 눈에 대해 안전한 것이 바람직하다.In addition, the optical system includes a lens holder for adjusting the focal length of the lens and the lens is an aspheric lens or a Fresnel lens, the printed circuit board and the optical system is a printed circuit board and optical system Can be assembled using a thread formed in each. On the other hand, the light from the transmitter is preferably safe for the eyes.
광원의 출력 광원 구동 및 제어 회로의 구동 전류는 송신기에서 요구되는 전송 거리에 따라 적절한 값을 갖도록 하여 다양한 전송 거리에 대해 규격화된 블록으로 송신기를 제조할 수 있으며, 인쇄회로기판과 광학계를 조립하기 위한 나사부를 규격화하여 다양한 크기의 렌즈를 갖고 있는 광학계를 필요에 따라 조립하여 사용할 수 있다.Output of the light source The drive current of the light source driving and control circuit has an appropriate value according to the transmission distance required by the transmitter, so that the transmitter can be manufactured with blocks standardized for various transmission distances, and for assembling printed circuit boards and optical systems. By standardizing the screw portion, an optical system having lenses of various sizes can be assembled and used as necessary.
한편, 본 발명에 따른 무선 광통신용 수신기는, 인쇄회로기판 위에 형성되어 있는 광검출 소자를 포함하는 광검출 모듈, 상기 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 광검출 모듈과 연결되어 광검출 모듈로부터 신호를 입력받는 제 1 단자, 전원을 입력받기 위한 제 2 단자, 광검출 모듈로부터 입력된 신호를 변환하여 생성한 전기적 신호를 출력하기 위한 제 3 단자를 가지고 있는 광통신용 수신기 회로, 상기 인쇄회로기판과 조립 가능하게 형성되어 있으며, 외부의 자유공간으로부터 빛을 수신하여 광검출 모듈의 광검출 소자로 전달하는 광학계를 포함하여 이루어진다.On the other hand, a wireless optical communication receiver according to the present invention, an optical detection module including a light detection element formed on a printed circuit board, integrally formed on the printed circuit board, is connected to the light detection module and a signal from the light detection module A receiver circuit for optical communication having a first terminal for receiving a second terminal, a second terminal for receiving a power source, and a third terminal for outputting an electrical signal generated by converting a signal input from a photodetector module, the printed circuit board and It is formed to be assembled, and comprises an optical system for receiving light from an external free space and transmitting to the light detecting element of the light detecting module.
여기에서, 광검출 모듈은, 광검출 소자와 연결되어 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며 광검출 소자로부터 얻어진 신호를 증폭하기 위한 전치증폭기를 포함할수 있으며, 이 경우, 상기 광통신용 수신기 회로는, 제 1 단자를 통해 상기 광검출 모듈로부터 전달된 신호를 증폭하는 신호 증폭기와, 신호 증폭기의 이득을 조절하는 자동 이득 조절기와, 신호 증폭기로부터 신호를 전달받아 데이터를 복원하는 데이터 복원 회로와, 신호 증폭기로부터 전달받은 신호를 이용해 클락을 생성하여 데이터 복원 회로로 전달하는 클락 생성회로를 포함하여 이루어지고, 그렇지 않은 경우에는, 광통신용 수신기 회로가 전치 증폭기를 포함하도록 구성된다.The photodetector module may include a preamplifier connected to the photodetector and formed on a printed circuit board to amplify a signal obtained from the photodetector. In this case, the receiver circuit for optical communication may include a first amplifier. A signal amplifier for amplifying the signal transmitted from the photodetector module through a terminal, an automatic gain adjuster for adjusting the gain of the signal amplifier, a data recovery circuit for recovering data by receiving a signal from the signal amplifier, and a signal amplifier And a clock generation circuit which generates a clock using the received signal and transfers the clock to the data recovery circuit. Otherwise, the receiver circuit for optical communication is configured to include a preamplifier.
한편, 광통신용 수신기 회로는 입력 신호의 크기를 외부에서 모니터링할 수 있도록 하기 위한 제 4 단자를 가지고 있는 것이 바람직하며, 제 4 단자는 입력 신호의 크기를 외부로 표시할 수 있는 표시장치와 연결되거나, 제 4 단자를 통해 출력되는 입력 신호의 크기를 상기 송수신기 외부의 기지국으로 전달할 수도 있다.On the other hand, the receiver circuit for optical communication preferably has a fourth terminal for externally monitoring the magnitude of the input signal, the fourth terminal is connected to a display device that can display the magnitude of the input signal to the outside or The magnitude of the input signal output through the fourth terminal may be transmitted to a base station outside the transceiver.
본 발명에 따른 무선 광통신용 송수신기는, 인쇄회로기판 위에 형성되어 있는 제 1 광원, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며, 제 1 광원으로부터 나오는 빛을 검출할 수 있는 제 1 광검출 소자, 상기 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 입력 신호를 입력받기 위한 제 1 단자, 전원을 입력받기 위한 제 2 단자, 상기 제 1 광원과 연결되어 제 1 광원으로 출력 신호를 출력하기 위한 제 3 단자, 제 1 광검출 소자와 연결되어 제 1 광검출 소자로부터 제 1 광원의 출력을 제어하기 위한 출력 제어 신호를 입력받기 위한 제 4 단자를 가지고 있는 제 1 광원 구동 및 제어 회로, 상기 인쇄 회로 기판과 조립 가능하게 형성되어 있으며, 제 1 광원으로부터 나오는 빛을 수신하여 외부의 자유공간으로 송신하는 송신 광학계, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있는 제 2 광검출 소자를 포함하는 광검출 모듈, 상기인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 광검출 모듈과 연결되어 광검출 모듈로부터 신호를 입력받는 제 5 단자, 전원을 입력받기 위한 제 6 단자, 광검출 모듈로부터 입력된 신호를 변환하여 생성한 전기적 신호를 출력하기 위한 제 7 단자를 가지고 있는 제 1 광통신용 수신기 회로, 상기 인쇄회로기판과 조립 가능하게 형성되어 있으며, 외부의 자유공간으로부터 빛을 수신하여 광검출 모듈의 제 2 광검출 소자로 전달하는 수신 광학계를 포함하여 구성된다.The wireless optical communication transceiver according to the present invention includes a first light source formed on a printed circuit board, a first light detection element formed on the printed circuit board, and capable of detecting light emitted from the first light source, and the printed circuit. A first terminal for receiving an input signal, a second terminal for receiving power, a third terminal connected to the first light source for outputting an output signal to the first light source, and a first light A first light source driving and control circuit connected to the detection element and having a fourth terminal for receiving an output control signal for controlling the output of the first light source from the first photodetection element, the first light source driving and control circuit being formed to be assembleable with the printed circuit board It is formed on the printed circuit board, a transmission optical system for receiving the light from the first light source and transmits it to an external free space. A photodetector module including a second photodetector element, a fifth terminal integrally formed on the printed circuit board, connected to the photodetector module to receive a signal from the photodetector module, a sixth terminal to receive power, and an optical A first optical communication receiver circuit having a seventh terminal for outputting an electrical signal generated by converting a signal input from a detection module, and is assembled to the printed circuit board and receives light from an external free space. And a receiving optical system for transmitting to the second photodetecting device of the photodetecting module.
여기에서, 송신 광학계와 수신 광학계는 동일한 방향으로 형성되어 있을 수 있으며, 서로 동일한 구성을 가질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.Here, the transmission optical system and the reception optical system may be formed in the same direction, may have the same configuration as each other, or may not be.
또한, 상기 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 제 1 광원 구동 및 제어 회로의 제 1 단자와 연결되어 있는 제 2 광통신용 수신기 회로, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며, 제 2 광통신용 수신기 회로와 연결되어 있는 제 3 광검출 소자, 상기 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 제 1 광통신용 수신기 회로의 제 7 단자와 연결되어 있는 제 2 광원 구동 및 제어 회로, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며, 제 2 광원 구동 및 제어 회로와 연결되어 있는 제 2 광원을 더 포함할 수도 있으며, 제 3 광검출 소자와 연결되어 있는 제 1 광섬유 전송선, 제 2 광원과 연결되어 있는 제 2 광섬유 전송선, 제 1 및 제 2 광섬유 전송선과 연결되어 있으며, 비-절연 트위스티드 페어 케이블(UTP; unshielded twisted-pair) 포트를 갖고 있는 미디어 컨버터를 더 포함할 수도 있다. 또한, UTP 포트를 갖고 있는 미디어 컨버터 회로는 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 미디어 컨버터 회로가 제 1 광원 구동 및 제어 회로의 제 1 단자 및 제 1 광통신용 수신기 회로의제 7 단자와 직접 연결될 수도 있다.In addition, a second optical communication receiver circuit formed integrally on the printed circuit board and connected to the first terminal of the first light source driving and control circuit, the second optical communication receiver circuit formed on the printed circuit board, A third light detecting element connected to the second printed circuit board, the second light source driving and control circuit integrally formed on the printed circuit board, and connected to a seventh terminal of the first optical communication receiver circuit; A second light source may further include a second light source connected to the second light source driving and control circuit, the first optical fiber transmission line connected to the third light detecting element, the second optical fiber transmission line connected to the second light source, and the first and second light sources. And further comprising a media converter connected to the second optical fiber transmission line and having an unshielded twisted-pair (UTP) port. You may. In addition, a media converter circuit having a UTP port may be formed on the printed circuit board so that the media converter circuit is directly connected to the first terminal of the first light source driving and control circuit and the seventh terminal of the first optical communication receiver circuit. .
한편, 본 발명에 따른 무선 광통신용 트랜스폰더는, 인쇄회로기판 위에 형성된 광원, 제 1 광검출 소자, 광원 구동 및 제어 회로와 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며, 광원 구동 및 제어 회로와 연결되어 입력된 신호를 다중화하여 상기 광원 구동 및 제어 회로로 출력하는 다중화기 및 송신 광학계를 포함하며, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있는 광검출 모듈, 광통신용 수신기 회로와, 상기 인쇄회로기판 위에 형성되어 있으며, 광통신용 수신기 회로로부터 신호를 입력받아 역다중화된 신호를 출력하는 역다중화기 및 수신 광학계를 포함한다.On the other hand, the wireless optical communication transponder according to the present invention, the light source formed on the printed circuit board, the first light detecting element, the light source driving and control circuit and the printed circuit board is formed, is connected to the light source driving and control circuit input It includes a multiplexer and a transmission optical system for multiplexing the output signal to the light source driving and control circuit, the optical detection module formed on the printed circuit board, the receiver circuit for optical communication, and formed on the printed circuit board, It includes a demultiplexer and a receiving optical system for receiving a signal from an optical communication receiver circuit and output a demultiplexed signal.
여기에서, 광원, 제 1 광검출 소자, 광원 구동 및 제어 회로와 다중화기가 하나의 기판에 형성되고, 광검출 모듈, 광통신용 수신기 회로, 역다중화기가 다른 하나의 기판에 형성될 수도 있으며, 광원, 제 1 광검출 소자, 광원 구동 및 제어 회로가 하나의 기판에, 다중화기와 역다중화기가 다른 하나의 기판에, 광검출 모듈, 광통신용 수신기 회로가 또다른 하나의 기판에 형성될 수도 있으며, 역다중화기는 드롭포트를 다중화기는 애드포트를 포함할 수 있다.Here, the light source, the first light detecting element, the light source driving and control circuit and the multiplexer may be formed on one substrate, and the light detecting module, the optical communication receiver circuit, and the demultiplexer may be formed on the other substrate. The first photodetector, the light source driving and control circuit may be formed on one substrate, the multiplexer and the demultiplexer on another substrate, the photodetector module and the receiver circuit for optical communication on another substrate. The device may include a dropport and the multiplexer may include an addport.
본 발명에 따른 무선 광통신용 송신기의 다른 예는, 광원, 광원으로부터 나오는 빛을 검출할 수 있는 광검출 소자, 광원 및 광검출 소자와 일체형으로 형성되어 있으며 광원으로부터 나오는 빛을 수신하여 외부로 송신하는 광학계를 포함하는 광학 모듈과, 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 입력 신호를 입력받기 위한 제 1 단자, 전원을 입력받기 위한 제 2 단자, 광원과 연결되어 광원으로 출력 신호를 출력하기 위한 제 3 단자, 광검출 소자와 연결되어 광검출 소자로부터 광원의 출력을 제어하기 위한 출력 제어 신호를 입력받기 위한 제 4 단자를 가지고 있는 광원 구동 및 제어 회로를 포함하며, 광원과 제 3 단자 사이 및 광검출 소자와 제 4 단자 사이는 가요성 전기선으로 연결되어 있다.Another example of a wireless optical communication transmitter according to the present invention includes a light source, a light detecting element capable of detecting light from a light source, a light source and a light detecting element integrally formed, and receiving and transmitting light from the light source to the outside. An optical module including an optical system, an integrated circuit formed on a printed circuit board, a first terminal for receiving an input signal, a second terminal for receiving a power source, a third terminal for outputting an output signal to a light source in connection with a light source And a light source driving and control circuit connected with the photodetector and having a fourth terminal for receiving an output control signal for controlling the output of the light source from the photodetector, between the light source and the third terminal and between the photodetector and the photodetector. The device and the fourth terminal are connected by a flexible electric line.
본 발명에 따른 무선 광통신용 수신기의 다른 예는, 광검출 소자를 포함하는 광검출 모듈, 광검출 모듈과 일체형으로 형성되어 있으며 외부로부터 빛을 수신하여 광검출 모듈의 광검출 소자로 전달하는 광학계를 포함하는 광학 모듈과, 인쇄회로기판 위에 집적 형성되어 있으며, 광검출 모듈과 연결되어 광검출 모듈로부터 신호를 입력받는 제 1 단자, 전원을 입력받기 위한 제 2 단자, 광검출 모듈로부터 입력된 신호를 변환하여 생성한 전기적 신호를 출력하기 위한 제 3 단자를 가지고 있는 광통신용 수신기 회로를 포함하며, 광검출 모듈과 제 3 단자 사이는 가요성 전기선으로 연결되어 있다.Another example of a wireless optical communication receiver according to the present invention includes an optical detection module including a light detection element, and an optical system formed integrally with the light detection module and receiving light from the outside and transmitting the light to the light detection element of the light detection module. An optical module including an optical module and a printed circuit board, the first terminal receiving a signal from the photodetector module, a second terminal receiving power, and a signal input from the photodetector module. And an optical communication receiver circuit having a third terminal for outputting the converted electrical signal, wherein the optical detection module and the third terminal are connected by a flexible electric line.
본 발명에 따른 무선 광통신용 송수신기의 다른 예는, 송신 광학 모듈, 수신 광학 모듈을 포함하며, 하나의 인쇄회로기판 위에 광원 구동 및 제어 회로와 광통신용 수신기 회로가 형성되어 있고, 광원 및 광검출 소자와 광원 구동 및 제어 회로 사이는 제 1 가요성 전기선으로 연결되어 있으며, 광검출 모듈과 광통신용 수신기 회로 사이는 제 2 가요성 전기선으로 연결되어 있다. 상기 인쇄회로기판은 응용 장치를 위한 다른 회로를 더 포함할 수도 있다.Another example of a wireless optical communication transceiver according to the present invention includes a transmission optical module and a reception optical module, wherein a light source driving and control circuit and an optical communication receiver circuit are formed on one printed circuit board, and a light source and a photodetector device. And a light source driving and control circuit are connected by a first flexible electric line, and a light detecting module and an optical communication receiver circuit are connected by a second flexible electric line. The printed circuit board may further comprise other circuitry for the application device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 송신기의 구조를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 송신기(100)의 개념도이고, 도 2는 도 1의 송신기에 사용되는 광원 구동 및 제어 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.First, the structure of a transmitter for a wireless optical communication according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a conceptual diagram of a wireless optical communication transmitter 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing an example of a light source driving and control circuit used in the transmitter of FIG.
도 1에 나타난 바와 같이, 송신기(100) 외부의 자유공간으로 무선 광통신 신호를 담은 빛을 송신하기 위한 광원으로 레이저 다이오드(LD; laser diode)(110)가 인쇄회로기판(PCB; printed circuit board)(101) 상에 형성되어 있다. LD(110)로부터 나온 빛은 광학계(140)를 통해 시준(collimation)되어 자유 공간으로 송신된다. 광원으로는 LD 외에도 발광 다이오드(LED; light emitting diode) 등이 사용될 수 있으며, LD로는 Febry-Perot LD, DFB-LD(distributed feedback LD), VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 등 다양한 종류의 LD를 모두 사용할 수 있다. 어떤 종류의 광원을 송신기에 사용할 것인가는 송신기의 송신 거리와도 관련된다. 송신거리 별로 초근거리(100m 이하), 근거리(50 - 300m), 중거리(150 - 500m), 장거리(500 - 2000m)로 송신기를 구분할 수 있는데, 예를 들어 초근거리용 송신기에서는 명목 파장이 0.85*10-6m인 VCSEL을 광원으로 사용하는 것이 좋다. 또한, 본 발명에 따른 송신기를 500m 이하의 중거리 또는 300m 이하의 근거리 무선 광통신에서 사용할 경우 LD에서 나오는 빛의 명목 파장은 1.3*10-6m 또는 1.55*10-6m 등이 될 수 있다. 광원으로부터 나오는 빛은 눈을 비롯한 인체에 대한 안전기준을 만족하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, a laser diode (LD) 110 is a printed circuit board (PCB) as a light source for transmitting light containing a wireless optical communication signal to a free space outside the transmitter 100. It is formed on (101). Light emitted from the LD 110 is collimated through the optical system 140 and transmitted to free space. In addition to LD, a light emitting diode (LED) may be used as a light source, and various LDs such as Febry-Perot LD, distributed feedback LD (DFB-LD), and vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) may be used as LD. All can be used. What kind of light source to use for the transmitter is also related to the transmitter's transmission distance. The transmitters can be classified into super short distance (100m or less), short distance (50-300m), medium distance (150-500m), and long distance (500-2000m) for each transmission distance.For example, the nominal wavelength is 0.85 * It is recommended to use VCSEL of 10-6m as a light source. In addition, when the transmitter according to the present invention is used in a medium distance of 500m or less or short-range wireless optical communication of 300m or less, the nominal wavelength of light emitted from the LD may be 1.3 * 10-6m or 1.55 * 10-6m. Light emitted from the light source preferably satisfies safety standards for the human body, including the eyes.
또한, PCB(101) 상에는 LD(110)와 약간의 간격을 두고 인접하여 LD(110)로부터 나오는 빛을 검출할 수 있는 광검출 소자(PD; photodetector)(120)가 형성되어 있다. PD(120)로는 MSM(metal-semiconductor-metal) PD, PIN(inversely biased P-N junction) PD, APD(avalanche photodiode) 등의 다양한 소자가 사용될 수 있으며, PD(120)는 LD(110)로부터 나오는 빛을 검출하여 이를 LD(110)의 출력을 제어하기 위한 신호로 사용한다.In addition, a photodetector (PD) 120 capable of detecting light emitted from the LD 110 is formed on the PCB 101 adjacent to the LD 110 at a slight distance from each other. As the PD 120, various devices such as metal-semiconductor-metal (MSM) PD, inversely biased PN junction (PIN) PD, and avalanche photodiode (APD) may be used, and the PD 120 may emit light from the LD 110. Is detected and used as a signal for controlling the output of the LD (110).
PCB(101) 상에는 또한, LD(110)를 구동하여 원하는 신호를 출력하기 위한 광원 구동 및 제어 회로(130)가 집적되어 하나의 블록으로 형성되어 있다. 광원 구동 및 제어 회로(130)는 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 알려진 방법으로 미리만들어진 블록을 이용하여 구성될 수 있다. 여기에서, LD(110)의 출력과 LD(110)를 구동하기 위한 광원 구동 및 제어 회로(130)의 구동 전류는 송신기의 전송 거리에 따라 적절한 값을 갖는 부품으로 구성한다. 즉, 본 발명의 송신기는 전송거리별(예를 들면, 초근거리용, 근거리용, 중거리용, 장거리용 등)로 규격화된 모듈로 제조될 수 있으며, 이를 위해 전송거리 별로 적절한 LD 출력 및 구동 전류를 갖는 PCB 기판을 블록으로 제작하고 이를 적절한 광학계과 조립하여 송신기를 완성할 수 있다.On the PCB 101, a light source driving and control circuit 130 for driving the LD 110 to output a desired signal is integrated and formed as one block. The light source driving and control circuit 130 may be formed in various ways, and may be configured by using a block made in advance in a known method. Here, the output of the LD 110 and the driving current of the light source driving and control circuit 130 for driving the LD 110 are composed of components having appropriate values according to the transmission distance of the transmitter. That is, the transmitter of the present invention can be manufactured as a module standardized for each transmission distance (for example, ultra-short distance, short-range, medium-range, long-distance, etc.), LD output and drive current appropriate for each transmission distance for this purpose The PCB substrate with a block can be manufactured and assembled with an appropriate optical system to complete the transmitter.
광원 구동 및 제어 회로(130)의 예를 들면 도 2에 나타난 바와 같다. 즉, 외부로부터 입력신호를 받아 이를 증폭하기 위한 입력증폭기(1302)와, 입력증폭기(1302)를 통해 증폭된 신호를 이용하여 광원인 LD(110)를 구동하는 LD 구동회로(1304)를 포함하고 있으며, PD(120)를 통해 검출된 신호는 광검출증폭기(1306)를 통해 증폭된 후, 자동출력제어회로(1308)로 전달되어 LD 구동회로(1304)를 제어하게 된다. 이를 위해 광원 구동 및 제어 회로(130)는 입력 신호를 입력받기 위한 입력 단자(136) 및 전원을 입력받기 위한 전원 단자(137)와 각각 도선(131, 132)을 통해 전기적으로 연결되어 있으며, LD(110) 및 PD(120)와도 인쇄회로기판 상에 형성된 도선(133, 134)을 통해 전기적으로 연결되어 있다.An example of the light source driving and control circuit 130 is as shown in FIG. 2. That is, it includes an input amplifier 1302 for receiving an input signal from the outside and amplifying it, and an LD driving circuit 1304 for driving the LD 110 as a light source using the signal amplified by the input amplifier 1302. The signal detected through the PD 120 is amplified by the photodetector amplifier 1306 and then transferred to the automatic output control circuit 1308 to control the LD driving circuit 1304. To this end, the light source driving and control circuit 130 is electrically connected to the input terminal 136 for receiving an input signal and the power terminal 137 for receiving power through the wires 131 and 132, respectively, LD. 110 and PD 120 are also electrically connected to each other via conductive lines 133 and 134 formed on the printed circuit board.
LD(110)와 PD(120)는 광원 구동 및 제어 회로(130)와 함께 PCB(101) 상에 집적 형성되어 있는데, LD(110) 및 PD(120)를 PCB(101) 상에 형성하는 방법으로는 플립칩 본딩(flip chip bonding)이나 와이어 본딩(wire bonding) 등의 방식이 사용될 수 있다. 그밖에도, LD와 PD를 일반 PCB가 아니라 작은 면적의 세라믹 기판 위에 얻어 이를 PCB 기판과 하이브리드(hybrid) 형태로 집적하고 와이어 본딩(wire bonding)할 수도 있으며, LD와 PD가 티오캔(TO-can)에 실장된 패키지를 이용할 수도 있다.The LD 110 and the PD 120 are integrally formed on the PCB 101 together with the light source driving and control circuit 130. The method of forming the LD 110 and the PD 120 on the PCB 101 is performed. For example, flip chip bonding or wire bonding may be used. In addition, LD and PD may be obtained on a small-area ceramic substrate rather than a general PCB, and then integrated and wire bonded with a PCB substrate in a hybrid form. You can also use a package built in.
한편, 광학계(140)는 렌즈(141)와 렌즈 홀더(142)의 두 부분으로 구성되어 있으며, 광원(110)이 형성되어 있는 PCB(101)에 고정되어 있다. 렌즈(141)로는 통상의 비구면 렌즈를 사용하거나, 프레넬(Fresnel) 렌즈를 사용할 수 있다. 프레넬 렌즈를 사용할 경우 사출 등의 방식으로 쉽게 렌즈를 제작할 수 있으므로 송신기의 제조비용을 줄일 수 있는 등의 장점이 있다. 이 때, 사용되는 렌즈의 크기를 송신거리별로 규격화하여 송신기를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈 홀더(142)는 렌즈(141)의 위치를 광학계(140) 블록 내에서 앞뒤로 조절할 수 있도록 형성하여 렌즈(141)의 초점거리를 송신기의 사용용도에 따라 맞출 수 있도록 한다. 광원(110)으로부터 나온 빛은 렌즈(141)를 통해 수신기에 의해 수신되기에 적절한 정도로 시준되는데, 송신기(100)로부터 나오는 빛의 최소 명목 빔 분산도(nominal beam divergence)는 1*10-3 라디안이다.On the other hand, the optical system 140 is composed of two parts, the lens 141 and the lens holder 142, is fixed to the PCB 101, the light source 110 is formed. As the lens 141, a conventional aspherical lens or a Fresnel lens may be used. If Fresnel lens is used, it is easy to manufacture the lens by injection method, so there is an advantage of reducing the manufacturing cost of the transmitter. At this time, it is preferable to manufacture the transmitter by standardizing the size of the lens to be used for each transmission distance. In addition, the lens holder 142 is formed to adjust the position of the lens 141 back and forth within the optical system block 140 so that the focal length of the lens 141 can be adjusted according to the use of the transmitter. Light from the light source 110 is collimated to an appropriate extent to be received by the receiver through the lens 141, where the minimum nominal beam divergence of the light from the transmitter 100 is 1 * 10-3 radians. to be.
한편, 광학계와 PCB는 서로 쉽게 조립될 수 있는 규격화된 블록으로 만들어 두 부분을 조립하여 고정시킨다. 도 3과 도 4는 광학계와 PCB 부분을 조립하기 위하여 나사부를 형성한 송신기의 예를 나타낸다. 도 3 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 광학계(도 3: 340, 도 4: 440)측과 PCB(도 3: 301, 도 4: 401)측에 각각 나사부(도 3: 350, 도 4: 450)가 형성되어 나사를 돌려 두 부분을 조립할 수 있도록 되어 있다. 나사부는 PCB 및 광학계와 일체형으로 형성하거나, PCB 및 광학계와 조립가능하도록 형성할 수 있다. 도 3과 도 4에서는 나사를 돌려 조립된 형태를 도시하고 있다. 도 3 내지 도 4에 있어서, 나머지 구성요소는 도 1을 참고로 설명한 것과 유사한 구조를 갖고 있으며, 유사한 구성요소는 유사한 도면부호로 표시되어 있다. 광학계와 PCB 측에 나사부를 형성하기 위하여, 광학계나 PCB를 둘러싸는 틀을 더 형성하고 틀에 나사부를 형성할 수도 있다.On the other hand, the optical system and the PCB are made of standardized blocks that can be easily assembled with each other to assemble and fix the two parts. 3 and 4 show an example of a transmitter having a screw portion for assembling the optical system and the PCB portion. As shown in FIG. 3 or FIG. 4, the screw portions (FIG. 3: 350, FIG. 4: side) on the optical system (FIG. 3: 340, 4: 440) side and the PCB (FIG. 3: 301, FIG. 4: 401) side, respectively. 450) is formed so that the two parts can be assembled by turning the screw. The screw portion may be integrally formed with the PCB and the optical system, or may be formed to be assembled with the PCB and the optical system. 3 and 4 show the assembled form by turning the screw. 3 to 4, the remaining components have a structure similar to that described with reference to FIG. 1, and similar components are denoted by like reference numerals. In order to form a screw portion on the optical system and the PCB side, a frame surrounding the optical system or the PCB may be further formed and the screw portion may be formed on the frame.
나사부를 형성할 때에는 다양한 크기의 렌즈를 갖는 광학계나 다양한 전송거리별로 규격화된 광전자부품과 필요한 회로가 형성된 인쇄회로기판에 대해 동일한 규격의 나사부를 형성하여 필요에 따라 두 부분을 적절히 조립할 수 있도록 한다. 이렇게 할 경우, 동일한 PCB에 대해서도 송신 거리나 신뢰성 등의 요구사항에 따라 지름이 작은 렌즈나 큰 렌즈를 임의로 장착할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 나사부를 형성하는 등의 방법으로 PCB 측과 광학계를 쉽게 조립할 수 있도록 제조할 수 있으므로 매우 간편하게 적절한 규격의 송신기를 제조할 수 있다.When forming the screw part, the screw part of the same standard is formed for the optical system having the lens of various sizes or the optoelectronic component standardized by the various transmission distances and the printed circuit board on which the necessary circuit is formed so that the two parts can be properly assembled as necessary. In this case, a lens with a small diameter or a large lens can be arbitrarily mounted on the same PCB according to requirements such as transmission distance and reliability. That is, according to the present invention, since it can be manufactured to easily assemble the PCB side and the optical system by a method such as forming a screw portion, it is possible to manufacture a transmitter of a suitable standard very simply.
그밖에도, 송신기를 옥외에 설치하기 위해서는 광학계의 바깥쪽으로 광원의 파장에 대해서 투명한 출력 창을 설치하는 것이 바람직하며, 습기나 온도 변화에 대응하기 위한 보호 덮개나 히터 등을 설치할 수도 있다.In addition, in order to install the transmitter outdoors, it is preferable to provide an output window that is transparent to the wavelength of the light source outside the optical system, and a protective cover or heater for coping with moisture or temperature change may be provided.
이제 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기에 대해 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 개념도이고, 도 6은 도 5의 수신기에 사용되는 광 수신기 회로의 일례를 나타내는 블록도이다.Now, a wireless optical communication receiver according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a conceptual diagram of a wireless optical communication receiver according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing an example of an optical receiver circuit used in the receiver of FIG.
수신기(500)에는 수신기(500) 외부의 자유공간으로부터 수신되는 빛을 검출하기 위한 광검출 소자(PD; photodetector)(510)가 PCB(501) 위에 형성되어 있다.PD(510)로는 송신기(100)에서 사용된 것과 마찬가지로, MSM(metal-semiconductor-metal) PD, PIN(inversely biased P-N junction) PD, APD(avalanche photodiode) 등의 다양한 소자가 사용될 수 있다. PD(510)는 PCB(501) 위에 와이어 본딩이나 플립칩 본딩의 방식으로 부착되어 있으며, PCB(501) 위에 형성되어 있는 수신기 회로(530)와 도선(531)을 통해 연결되어 있다. 한편, PD를 PCB 기판 위에 형성하는 방법 역시 송신기의 경우와 같이, PCB 기판 위에 직접 PD를 본딩하는 것 외에도, 별도록 세라믹 기판 위에 PD를 형성하고 이 세라믹 기판을 PCB 기판과 하이브리드(hybrid) 형태로 집적시킬 수 있다. 또한 PD 또는 PD와 전치증폭기가 TO-can에 실장된 패키지를 이용할 수도 있다.In the receiver 500, a photodetector (PD) 510 is formed on the PCB 501 to detect light received from a free space outside the receiver 500. As used herein, various devices such as metal-semiconductor-metal (MSM) PD, inversely biased PN junction (PIN) PD, and avalanche photodiode (APD) may be used. The PD 510 is attached to the PCB 501 by wire bonding or flip chip bonding. The PD 510 is connected to the receiver circuit 530 formed on the PCB 501 via a conductor 531. On the other hand, the method of forming the PD on the PCB substrate also, as in the case of the transmitter, in addition to bonding the PD directly on the PCB substrate, the PD is formed on the ceramic substrate separately, and the ceramic substrate is hybridized with the PCB substrate. Can be integrated. Also available are packages with PD or PD and preamplifiers mounted on the TO-can.
수신기 회로(530)는 도 6에 나타난 예와 같이 구성될 수 있는데, 송신기의 경우에서와 같이 미리 만들어진 회로 블록을 사용할 수도 있다. 수신기 회로(530)는, PD(510)로부터의 신호를 증폭하기 위한 전치증폭기(preamplifier)(TIA; trans-impedance amplifier)(520), 전치증폭기(520)로부터 전달된 신호를 다시 증폭하기 위한 신호증폭기(5302), 수신된 신호의 이득을 조절하는 자동이득조절기(5304), 수신된 신호로부터 데이터를 복원하기 위한 데이터 복원 회로(5306), 수신된 신호로부터 클락을 추출하여 데이터 복원 회로(5306)로 제공하는 클락 생성 회로(5308) 등으로 구성될 수 있다. 여기에서, 전치증폭기(520)는 수신기 회로(530) 내부에 포함되어 구성되거나, PD(510)와 함께 블록 형태로 구성될 수 있다. 전치증폭기가 수신기 회로 내부에 구성될 경우 수신기 회로는 도 6의 I 선 오른쪽에 나타난 바와 같은 구성을 갖게 되고, 전치증폭기가 PD와 함께 블록 형태로 구성될 경우 수신기회로는 도 6의 II 선 오른쪽에 나타난 바와 같은 구성을 갖게 된다.The receiver circuit 530 may be configured as in the example shown in FIG. 6, but may use a pre-made circuit block as in the case of the transmitter. The receiver circuit 530 may include a preamplifier (TIA) 520 for amplifying the signal from the PD 510 and a signal for amplifying the signal transmitted from the preamplifier 520. An amplifier 5302, an automatic gain regulator 5304 for adjusting the gain of the received signal, a data recovery circuit 5308 for recovering data from the received signal, and a data recovery circuit 5306 by extracting a clock from the received signal. The clock generation circuit 5308 may be provided. Here, the preamplifier 520 may be included in the receiver circuit 530 or may be configured in a block form together with the PD 510. If the preamplifier is configured inside the receiver circuit, the receiver circuit has the configuration as shown on the right side of line I of FIG. 6. You will have the configuration as shown.
수신기 회로(530)는 생성된 전기적 신호를 출력하기 위한 출력 단자(538) 및 전원을 입력받기 위한 전원 단자(537)와 각각 도선(533, 532)을 통해 연결되어 있으며, 출력 신호의 레벨을 모니터하기 위한 추가 단자(539)를 더 포함할 수도 있다.The receiver circuit 530 is connected to the output terminal 538 for outputting the generated electrical signal and the power terminal 537 for receiving power through the conductors 533 and 532, respectively, and monitors the level of the output signal. An additional terminal 539 may be further included.
외부로부터 수신되는 빛은 광학계(540)를 통해 집광되어 PD(510)로 전달된다. 광학계(540)는 송신기(100)의 경우와 유사하게 렌즈(541)와 렌즈 홀더(542)로 구성되어 있다. 도 7에 도 5의 수신기(500)에 사용되는 광학계의 예가 나타나 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 프레넬 렌즈(5411)를 사용할 경우 빔 모음(beam collection)의 효율을 극대화할 수 있으며, 프레넬 렌즈는 사출 등의 매우 경제적인 방법에 의해 제작될 수 있으므로 기존의 다른 형태의 렌즈들보다 경제성을 가질 수 있어 FSON용 송수신 장치의 경제성 확보에 크게 도움을 줄 수 있게 된다. 또한 프레넬 렌즈는 수차(numerical aperture)가 크기 때문에 수신 각도(acceptance angle)가 커서 광 신호를 용이하게 그리고 경제적으로 수신할 수 있다.Light received from the outside is collected through the optical system 540 and transmitted to the PD 510. The optical system 540 includes a lens 541 and a lens holder 542 similarly to the transmitter 100. 7 shows an example of an optical system used in the receiver 500 of FIG. 5. As shown in FIG. 7, when the Fresnel lens 5411 is used, the efficiency of the beam collection can be maximized, and the Fresnel lens can be manufactured by a very economical method such as injection. It can be more economical than the lens of the type can be greatly helped in securing the economics of the transceiver for FSON. In addition, the Fresnel lens has a large aberration (numerical aperture), the large acceptance angle (acceptance angle) can be easily and economically receive the optical signal.
수신기 역시 송신기와 마찬가지로 광학계를 PCB와 쉽게 조립할 수 있는 규격화된 블록으로 제조하는 것이 바람직하다. 도 8과 도 9에 광학계와 PCB 부분을 조립하기 위하여 나사부를 형성한 수신기의 예를 나타내었다. 도 8 또는 도 9에 도시한 바와 같이, 광학계(도 8: 840, 도 9: 940)측과 PCB(도 8: 801, 도 9: 901)측에 각각 나사부(도 8: 850, 도 9: 950)가 형성되어 나사를 돌려 두 부분을 조립할 수 있도록 되어 있다. 송신기의 경우와 마찬가지로 나사부는 PCB 및 광학계와 일체형으로 형성하거나 조립 가능하게 형성할 수 있으며, 규격화된 나사부를 형성하여 필요에 따라 적절한 크기의 렌즈를 조립하여 사용할 수 있다. 도 8과 도 9에서는 나사를 돌려 조립된 형태를 도시하고 있으며, 도 8 내지 도 9에 있어서, 나머지 구성요소는 도 5를 참고로 설명한 것과 유사한 구조를 갖고 있으며, 유사한 구성요소는 유사한 도면부호로 표시되어 있다. 한편, 광학계와 PCB 측에 나사부를 형성하기 위하여, 광학계나 PCB를 둘러싸는 틀을 더 형성하고 틀에 나사부를 형성할 수도 있다.The receiver, like the transmitter, is also preferably manufactured from standardized blocks that can be easily assembled with the PCB. 8 and 9 show an example of a receiver having a screw portion for assembling the optical system and the PCB portion. As shown in Fig. 8 or 9, the screw portions (Fig. 8: 850, Fig. 9: respectively) on the optical system (Fig. 8: 840, Fig. 9: 940) side and the PCB (Fig. 8: 801, Fig. 9: 901) side, respectively. 950 is formed so that the two parts can be assembled by turning the screw. As in the case of the transmitter, the screw portion can be integrally formed with the PCB and the optical system or can be formed to be assembled. A standardized screw portion can be formed to assemble a lens having an appropriate size as needed. 8 and 9 illustrate the assembled form by turning the screw, in FIGS. 8 to 9, the remaining components have a structure similar to that described with reference to FIG. 5, and similar components have similar reference numerals. Is indicated. On the other hand, in order to form a screw portion on the optical system and the PCB side, the frame surrounding the optical system or the PCB may be further formed and the screw portion may be formed on the frame.
자유공간 무선 광통신 시스템에 있어 매우 중요한 기능은 송수신 장치가 항상 신뢰성을 유지해야 한다는 것이다. OWLL의 경우에는 광섬유 통신 링크와는 달리 수신되는 신호 크기가 송수신기의 정렬 상태가 나빠짐에 따라 감쇠 (degradation)될 수 있는 요소가 있다. 따라서 OWLL 송수신기의 정렬 상태가 항시 양호하게 유지되고 있는지를 감시해야 한다. 이를 위해서 본 발명의 실시예에서는 도 5에서 나타낸 바와 같이 수신 신호 크기를 항상 감시할 수 있도록 하는 모니터링 단자(539)를 둘 수 있다. 또한, 이 모니터링 단자(539)를 표시장치(도시하지 않음)와 연결하여 수신기에 수신되고 있는 신호의 크기를 외부로 표시할 수도 있다. 표시장치로는 가시광의 LED 등을 쓸 수 있다. 또한, 수신되고 있는 신호의 크기를 외부로 표시하는 것 외에도 수신기 회로 상에서 신호 감쇠 정도를 파악하여 전체 FSON 시스템을 관리 감독하는 중앙 기지국으로 보고하도록 하는 것도 가능하다.A very important function in a free space wireless optical communication system is that the transceiver must always be reliable. In the case of the OWLL, unlike the optical fiber communication link, there is an element that can be degraded as the size of the received signal worsens. Therefore, it is important to monitor whether the alignment of the OWLL transceiver is always in good condition. To this end, in the exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, a monitoring terminal 539 may be provided to always monitor the received signal size. In addition, the monitoring terminal 539 may be connected to a display device (not shown) to externally display the magnitude of the signal being received by the receiver. As the display device, a visible light LED or the like can be used. In addition to displaying the magnitude of the signal being received externally, it is also possible to determine the degree of signal attenuation on the receiver circuitry and report it to the central base station overseeing the entire FSON system.
기존의 광섬유를 사용하는 유선 광통신용 송수신기는 일반적으로 LD와 광섬유 혹은 PD와 광섬유를 수 m의 정밀도를 갖고 정렬하여 피그-테일링(pig-tailing)하기 위해 제작 시간을 많이 요하는 정밀한 실장(packaging)이 필요하여 제작 단가가 매우 높게 된다. 반면에 본 발명에서 제시하는 것과 같은 OWLL 및 FSON용 송수신기는 매우 경제적으로 제작 할 수 있다는 장점을 갖는다. 이와 같이 본 발명에서 제시하는 OWLL 및 FSON용 송수신기는 기존 유선 광통신용 송수신기에 비해 매우 경제적이므로 FSON 시스템을 FTTH (fiber-to-the-home) 시스템 보다 경제성을 확보할 수 있게 하는 매우 중요성을 지닌다.Transceivers for wired optical communication using conventional fiber optics generally require time-consuming precision packaging to align and pigtail the LD and optical fibers or PD and optical fibers with a few m precision. This necessitates a very high production cost. On the other hand, the transceiver for OWLL and FSON as presented in the present invention has the advantage that it can be manufactured very economically. As described above, the transceiver for OWLL and FSON proposed by the present invention is very economical compared to the conventional wired optical communication transceiver, and thus, the FSON system has a very important economic efficiency than the FTTH (fiber-to-the-home) system.
수신기의 경우 송신기가 내보내는 빛만을 선택적으로 받아들이도록 하는 것이 바람직하다. 송신기가 내보내는 빛은 앞서 설명한 바와 같이, 0.85*10-6m, 1.3*10-6m, 1.55*10-6m 등의 명목 파장을 갖는 빛이 될 수 있다. 이를 위하여 송신기가 내보내는 파장의 빛에 대해서만 투명하고 보통의 자연광을 차단할 수 있는 입력 창을 수신기의 광학계 앞쪽에 설치하는 것이 좋다. 옥외에 설치하여 사용하기 위해서는 수신기 역시 덮개나 히터 등의 장치를 설치하는 것이 필요할 수도 있다.In the case of the receiver, it is desirable to selectively accept only the light emitted by the transmitter. The light emitted by the transmitter may be light having a nominal wavelength such as 0.85 * 10-6m, 1.3 * 10-6m, and 1.55 * 10-6m as described above. For this purpose, it is advisable to install an input window in front of the receiver's optics that is only transparent to the light emitted by the transmitter and blocks normal natural light. In order to install and use outdoors, the receiver may need to install a device such as a cover or a heater.
도 10은 송신기와 수신기가 하나의 모듈로 된 OWLL 및 FSON 시스템용 일체형 송수신기(transceiver, TRX)를 나타내고 있다. OWLL 및 FSON은 기본적으로 양방향 통신이므로 송신기, 수신기가 따로 쓰이는 경우보다 함께 쓰이는 경우가 훨씬 많을 것이다. 이를 위해 도 1과 도 5에 각각 나타낸 송신기와 수신기를 일체형으로 구성한 것이 도 10의 송수신기이다.10 shows an integrated transceiver (TRX) for an OWLL and FSON system in which the transmitter and receiver are one module. OWLL and FSON are basically two-way communications, so they are much more likely to be used together than when the transmitter and receiver are used separately. To this end, the transmitter and receiver shown in FIGS. 1 and 5 are integrally configured with the transceiver of FIG. 10.
도 10에 나타난 바와 같이, 송신용 광학계(1040) 및 수신용 광학계(1140)가 하나의 PCB 기판(1001)과 함께 조립되어 있으며, 해당 PCB 기판(1001) 상에 송수신용 회로(1030, 1130)가 집적되어 형성되어 있다. 송신 광학계(1040)와 인접하여LD(1010)가 PCB(1001) 상에 형성되어 있다. LD(1010)의 출력을 모니터하기 위한 PD(1020)가 송신 광학계(1040) 반대쪽의 PCB 기판(1001) 상에 LD(1010)와 인접하여 형성되어 있으며, LD(1010) 및 PD(1020)는 광원 구동 및 제어 회로(1030)와 연결되어 있다. 수신 광학계(1140)와 인접한 부분에는 PD(1110)가 형성되어 있으며 PD(1110)는 PCB(1001) 상의 수신기 회로(1130)와 연결되어 있다. 그밖의 구조는 각각 도 1과 도 5에 도시한 송신기(100) 및 수신기(500)와 유사하다. 하나의 PCB(1001) 상에 송신기 회로(1030)와 수신기 회로(1130)가 같이 형성되어 있으므로 하나의 전원 단자(1037)로부터 두 회로가 함께 전원을 공급받을 수도 있다.As shown in FIG. 10, a transmitting optical system 1040 and a receiving optical system 1140 are assembled together with one PCB substrate 1001, and circuits 1030 and 1130 for transmitting and receiving on the PCB substrate 1001 are provided. Is integrated. The LD 1010 is formed on the PCB 1001 adjacent to the transmission optical system 1040. A PD 1020 for monitoring the output of the LD 1010 is formed adjacent to the LD 1010 on the PCB substrate 1001 opposite the transmission optical system 1040, and the LD 1010 and the PD 1020 are It is connected to the light source driving and control circuit 1030. A PD 1110 is formed at a portion adjacent to the receiving optical system 1140, and the PD 1110 is connected to the receiver circuit 1130 on the PCB 1001. Other structures are similar to the transmitter 100 and the receiver 500 shown in Figs. 1 and 5, respectively. Since the transmitter circuit 1030 and the receiver circuit 1130 are formed together on one PCB 1001, the two circuits may be supplied with power from one power terminal 1037.
송신 광학계(1040)와 수신 광학계(1140)는 각각 표준화된 규격에 따른 모듈로 제작하여 PCB(1001)와 조립할 수 있으며, 조립 방법 역시 송신기(100) 또는 수신기(500)에 사용된 것과 동일한 방법을 사용할 수 있다. 또한 도 10에 나타낸 본 발명의 송수신기(1000)는 앞서 설명한 송신기(100)와 수신기(500)의 모든 특징을 동일하게 가질 수 있다.The transmitting optical system 1040 and the receiving optical system 1140 may be fabricated as modules according to a standardized standard, and then assembled with the PCB 1001. The assembly method may also be similar to that used for the transmitter 100 or the receiver 500. Can be used. In addition, the transceiver 1000 of the present invention shown in FIG. 10 may have all the same features of the transmitter 100 and the receiver 500 described above.
송신 광학계(1040)와 수신 광학계(1140)는 필요에 따라 동일한 규격의 것을 사용할 수도 있고, 다른 규격의 것을 사용할 수도 있다. 또한, 도 10에 나타난 송수신기(1000)에서는 송신 광학계(1040)와 수신 광학계(1140)가 동일한 방향으로 설치되어 있지만, 필요에 따라서는 송신 광학계와 수신 광학계를 다른 방향으로 설치할 수도 있다. 이를 위해서는 PCB 상에 형성하는 회로 및 광학 소자의 위치를 적절히 조절할 수 있다.The transmission optical system 1040 and the reception optical system 1140 may use the same standard as needed, or may use another standard. In addition, in the transceiver 1000 shown in FIG. 10, although the transmission optical system 1040 and the receiving optical system 1140 are provided in the same direction, you may provide a transmission optical system and a receiving optical system in a different direction as needed. For this purpose, the position of the circuit and the optical element formed on the PCB can be adjusted appropriately.
한편, 본 발명의 무선 광통신 링크 및 자유공간 무선 광통신 네트워크 시스템은 기존의 이더넷(ethernet)이나 랜(LAN)과 결합하여 효과적으로 사용될 수 있다. 이를 위해서는 미디어 컨버터(media converter)를 사용하여 이더넷 신호와 본 발명의 광 송수신기의 신호를 서로 변환한다. 이를 위한 장치(1100)가 도 11에 나타나 있다.Meanwhile, the wireless optical communication link and free space wireless optical communication network system of the present invention can be effectively used in combination with an existing Ethernet or LAN. To do this, a media converter is used to convert the Ethernet signal and the signal of the optical transceiver of the present invention. An apparatus 1100 for this is shown in FIG. 11.
즉, 도 10에 나타난 바와 유사한 송수신기의 PCB 기판(1101)에 데이터 변환을 위한 미디어 컨버터 회로(1110)를 구성하여 이를 송신측의 광원 구동 및 제어 회로(1030) 및 수신측의 수신기 회로(1130)와 각각 연결하면 된다. 미디어 컨버터 회로(1110)에는 이더넷과의 연결을 위한 비-절연 트위스티드 페어 케이블(UTP; unshielded twisted-pair)용 포트(1111)가 마련된다.That is, the media converter circuit 1110 for data conversion is configured on the PCB substrate 1101 of the transceiver similar to that shown in FIG. 10, and the light source driving and control circuit 1030 on the transmitting side and the receiver circuit 1130 on the receiving side are configured. Connect to and respectively. The media converter circuit 1110 is provided with a port 1111 for an unshielded twisted-pair cable (UTP) for connection with an Ethernet.
그런데, 이더넷을 위한 UTP 케이블은 일정 거리 이상 사용하는 것이 어려우므로 무선 광통신용 송수신기와 미디어 컨버터 사이를 광섬유 링크를 이용하여 연결하여야 하는 경우가 있다. 예를 들면 무선 광통신용 송수신기가 위치한 장소가 건물의 옥상과 같이 가입자가 위치한 곳과 일정 거리 이상인 경우이다. 이 때에는 송수신기의 데이터 신호를 가입자 근처의 미디어 컨버터까지 광으로 전달할 필요가 있다. 이를 위해서는 도 12에 나타난 바와 같이, 무선 광통신용 송수신 모듈을 통해 송수신한 신호를 다시 광섬유 링크를 통해 전달하기 위한 송수신 모듈이 필요하게 된다. 따라서 이 장치(1200)는 각각 두 개씩의 광원(1010, 1160), 광원 구동 및 제어 회로(1030, 1150)와 수신용 광검출 소자(1110, 1060), 수신기 회로(1130, 1050)를 포함하도록 구성되며, 하나의 PCB(1201) 상에 이와 같은 광소자와 회로가 모두 형성된다.However, since it is difficult to use a UTP cable for a certain distance or more, there is a case where a fiber optic link is required to be connected between a wireless optical communication transceiver and a media converter. For example, the location where the transceiver for wireless optical communication is located is more than a certain distance from where the subscriber is located, such as on the roof of a building. In this case, it is necessary to transmit the data signal of the transceiver to the media converter near the subscriber as optical. To this end, as shown in FIG. 12, a transmission / reception module for transmitting a signal transmitted and received through a wireless optical communication transmission / reception module through an optical fiber link is required. Thus, the device 1200 includes two light sources 1010 and 1160, light source driving and control circuits 1030 and 1150, receiving photodetectors 1110 and 1060, and receiver circuits 1130 and 1050, respectively. The optical device and the circuit are all formed on one PCB 1201.
수신 광학계(1140)를 통해 수신되어 제 1 광검출 소자(1110)에 의해 검출된 신호는 제 1 수신기 회로(1130)를 통해 데이터가 복원된 후, 다시 제 2 광원 구동 및 제어 회로(1150)를 통해 변환된다. 변환된 신호로 제 2 광원(LD)(1160)을 구동하여 LD(1160)로부터의 신호가 광섬유 케이블(1170)을 통해 장치(1200) 외부의 미디어 컨버터(1210)로 전달되어 이더넷용 신호로 변환된다. 변환된 신호는 미디어 컨버터(1210)의 UTP 포트(1211)를 통해 이더넷에 연결된다. 반대로 이더넷으로부터의 신호는 UTP 포트(1211)를 통해 미디어 컨버터(1210)로 전달된 후 변환되어 건물 내의 광섬유 링크(1070)를 통해 무선 광통신용 송수신 장치(1200)로 전달된다. 무선 광통신용 송수신 장치(1200)는 이와 같이 광섬유 링크(1070)를 통해 전달되는 신호를 검출하기 위한 제 2 광검출 소자(PD)(1060)를 포함하고 있으며, PD(1060)에 의해 검출된 신호는 제 2 수신기 회로(1050)를 통해 변환된 후 제 1 광원 구동 및 제어 회로(1030)를 통해 다시 변환되어 제 1 광원(1010)과 송신 광학계(1040)를 통해 외부로 전달된다.The signal received through the receiving optical system 1140 and detected by the first photodetecting device 1110 is restored to the second light source driving and control circuit 1150 after the data is restored through the first receiver circuit 1130. Is converted through. By driving the second light source (LD) 1160 with the converted signal, a signal from the LD 1160 is transmitted to the media converter 1210 outside the device 1200 through the optical fiber cable 1170 and converted into a signal for Ethernet. do. The converted signal is connected to Ethernet through the UTP port 1211 of the media converter 1210. In contrast, the signal from the Ethernet is transmitted to the media converter 1210 through the UTP port 1211, and then converted and transmitted to the transceiver 1200 for wireless optical communication through the optical fiber link 1070 in the building. The wireless optical communication transceiver 1200 includes a second photodetector (PD) 1060 for detecting a signal transmitted through the optical fiber link 1070 as described above, and the signal detected by the PD 1060. Is converted through the second receiver circuit 1050 and then converted again through the first light source driving and control circuit 1030 and transmitted to the outside through the first light source 1010 and the transmission optical system 1040.
FSON을 이용한 가입자망은 매우 다양한 형태로 시도될 수 있다. ATM (asynchronous transfer mode) 방식을 이용한 스타(star) 방식의 망과 링(ring) 방식의 망이 모두 가능하며, 그 외에도 트리(tree), 버스(bus), 메쉬(mesh) 방식의 망 역시 가능하다. 이러한 망을 구성할 때, 한 노드가 중앙 관제소(central base station)로부터 큰 밴드 폭의 데이터를 송수신하여 일부분은 노드 자체에서 활용하고 나머지 데이터는 다른 노드로 다시 중계를 해야 할 경우가 있다. 이런 경우에는 송수신 모듈에 다중화/역다중화의 기능이 필요하다. 도 13은 이러한 다중화/역다중화 기능을 갖춘 본 발명의 무선 광통신용 트랜스폰더의 예를 나타내고 있다.Subscriber networks using FSON can be tried in a wide variety of forms. Both star and ring networks using ATM (asynchronous transfer mode) are possible, and tree, bus and mesh networks are also available. Do. When constructing such a network, one node may need to send and receive large bandwidth data from a central base station, utilize some of the data in the node itself, and relay the other data back to the other node. In this case, multiplexing / demultiplexing functions are required for the transmitting and receiving module. Fig. 13 shows an example of a wireless optical communication transponder of the present invention having such a multiplexing / demultiplexing function.
도 13에 나타난 바와 같이, 송신측의 광원 구동 및 제어 회로(1030)에 다중화기(MUX; multiplexer)(1080)가 연결되어 입력포트(1090)로부터 전달되는 데이터를 다중화하여 광원 구동 및 제어 회로(1030)로 전달하도록 되어 있으며, 수신측의 수신기 회로(1130)에는 반대로 역다중화기(DEMUX; demultiplexer)(1180)가 연결되어 자유공간으로부터 수신된 신호를 역다중화하여 출력포트(1190)로 내보낸다. 광원 구동 및 제어 회로(1030), 다중화기(1080), 수신기 회로(1130), 역다중화기(1180)은 모두 하나의 PCB 기판(1301) 상에 형성되어 있으며, 그밖의 구조는 도 10에 나타낸 바와 같은 송수신기(1000)와 유사하다.As shown in FIG. 13, a multiplexer (MUX) 1080 is connected to the light source driving and control circuit 1030 on the transmitting side to multiplex data transmitted from the input port 1090 to provide a light source driving and control circuit ( 1030, and a demultiplexer (DEMUX) 1180 is connected to a receiver circuit 1130 on the receiving side, and demultiplexes a signal received from free space and outputs it to the output port 1190. The light source driving and control circuit 1030, the multiplexer 1080, the receiver circuit 1130, and the demultiplexer 1180 are all formed on one PCB substrate 1301, and the other structures are shown in FIG. 10. Similar to the same transceiver 1000.
한편, 가입자망을 ATM 방식을 이용한 링 망으로 구성하는 경우에는 전달받은 신호 중 일부 대역폭의 신호를 가입자에게 분배하고, 다시 가입자로부터 받은 신호를 부가하여 전송할 수 있는 신호 패킷의 애드/드롭(ADD/DROP) 기능이 필수적이다. 도 14는 이러한 기능을 포함하는 무선 광통신용 트랜스폰더의 예를 나타내고 있다.On the other hand, when the subscriber network is configured as a ring network using the ATM method, a signal packet that can be transmitted by adding a signal of some bandwidth among the received signals to the subscriber and adding the signal received from the subscriber again (ADD / DROP) function is essential. Fig. 14 shows an example of a wireless optical communication transponder including such a function.
일반적으로 링 망의 FSON 시스템의 경우 송신 방향과 수신 방향이 다른 방향을 가리키므로 송수신기를 일체형으로 제작할 경우 FSON 시스템용으로 설치하기 곤란한 상황이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 고려하여 도 14의 트랜스폰더(1400)에서는 송신 부분과 수신 부분을 분리하여 구성한다.In general, in the case of a ring network FSON system, since the transmission direction and the reception direction point to different directions, it may be difficult to install a transceiver for the FSON system. In consideration of such a problem, the transponder 1400 of FIG. 14 is configured to separate a transmitting part and a receiving part.
도 14에 나타난 바와 같이, 수신 부분은 PCB(1401) 상에 PD(1110), 수신기 회로(1130), 수신기 회로(1130)와 연결되어 있으며 드롭 포트(drop port)(1410)를포함하는 역다중화기(1180)가 형성되어 있고, 이러한 PCB(1401)는 수신 광학계(1140)와 집적되어 있다. 송신 부분은 수신 부분과 분리된 별도의 PCB(1402) 상에 애드 포트(add port)(1420)를 포함하는 다중화기(1080), 다중화기(1080)와 연결된 광원 구동 및 제어 회로(1030), LD(1010), PD(1020)가 형성되어 있으며, 송신 광학계(1040)와 집적되어 있다. 다중화기/역다중화기(1080/1180)를 제외한 나머지 송신 부분 및 수신 부분의 구성은 앞서 설명한 다른 예의 경우와 유사하다.As shown in FIG. 14, the receiving portion is connected to a PD 1110, receiver circuit 1130, receiver circuit 1130 on a PCB 1401 and includes a demultiplexer including a drop port 1410. 1180 is formed, and the PCB 1401 is integrated with the receiving optical system 1140. The transmitting portion includes a multiplexer 1080 including an add port 1420 on a separate PCB 1402 separated from the receiving portion, a light source driving and control circuit 1030 connected to the multiplexer 1080, LD 1010 and PD 1020 are formed and are integrated with transmission optical system 1040. Except for the multiplexer / demultiplexer 1080/1180, the configuration of the transmission part and the reception part is similar to those of the other examples described above.
이와 같이, 송신 부분과 수신 부분을 분리하여 별도의 모듈로 형성하게 되면 송신 방향과 수신 방향이 다른 경우에도 쉽게 설치할 수 있다.As such, when the transmitting part and the receiving part are separated and formed as separate modules, the transmitting part and the receiving part can be easily installed even when the transmitting direction and the receiving direction are different.
또는, 도 15에 나타난 바와 같이, 송신부, 수신부와 MUX/DEMUX부를 각각 별도로 위치하도록 할 수도 있다. 즉, 하나의 PCB 기판(1501) 상에 수신부를 구성하고, 또 하나의 PCB 기판(1503) 상에 송신부를 구성한 후, 수신부와 송신부 사이에 위치하는 별도의 PCB 기판(1502) 상에 각각 드롭 포트(1510)와 애드 포트(1520)를 갖는 역다중화기(1180)와 다중화기(1080)를 형성하는 것이다. 이와 같이 트랜스폰더를 세 부분으로 나누어 구성하면, 송신부와 수신부의 정렬을 독립적으로 용이하게 수행할 수 있어 더욱 설치가 편리하게 된다.Alternatively, as shown in FIG. 15, the transmitter, the receiver, and the MUX / DEMUX unit may be separately located. That is, after configuring the receiver on one PCB substrate 1501, and the transmitter on another PCB substrate 1503, each drop port is provided on a separate PCB substrate 1502 positioned between the receiver and the transmitter. A demultiplexer 1180 and a multiplexer 1080 having a 1510 and an add port 1520 are formed. When the transponder is divided into three parts as described above, the transmitter and the receiver can be easily aligned independently, which makes installation easier.
한편, 필요에 따라서는 광학계와 회로부를 하나의 별도의 모듈로 형성한 후, 두 모듈을 가요성의 전기선으로 연결할 수도 있다. 이와 같이 할 경우, 설치의 용이성이 더욱 증가된다.Meanwhile, if necessary, the optical system and the circuit unit may be formed as one separate module, and then the two modules may be connected by flexible electric lines. In this case, the ease of installation is further increased.
도 16 내지 18에 이와 같이 구성한 송신기, 수신기 및 송수신기가 각각 나타나 있다.16 to 18 show a transmitter, a receiver and a transceiver configured as described above.
먼저, 송신기(1600)의 구성을 살펴보면(도 16 참조), 앞서 설명한 본 발명의 실시예에서와 유사하게 렌즈의 초점거리를 쉽게 조절하기 위한 렌즈 홀더(1612)와 렌즈(1613)로 구성된 광학계(1610)가 형성되어 있고, 광학계(1610)의 렌즈(1613)가 위치한 부분의 반대쪽에는 LD와 PD를 포함하는 광소자 모듈(1611)이 형성되어 있다. 그리고, 광학계(1610)와는 별도로 PCB 기판 등을 이용하여 광원 구동 및 제어 모듈(1620)을 형성한다. 광학계(1610)에 함께 구성된 광소자 모듈(1611)은 가요성의 전기선(1630)을 통해 광원 구동 및 제어 모듈(1620)과 연결될 수 있다. 기타의 구성은 앞서 설명한 본 발명의 무선 광통신용 송신기와 유사하며, 앞서 설명한 송신기의 모든 특징이 도 16에 도시한 송신기에도 적용될 수 있다.First, referring to the configuration of the transmitter 1600 (see FIG. 16), the optical system including the lens holder 1612 and the lens 1613 for easily adjusting the focal length of the lens similarly to the above-described embodiment of the present invention An optical device module 1611 including an LD and a PD is formed on the opposite side of the portion where the lens 1613 of the optical system 1610 is located. In addition, the light source driving and control module 1620 is formed using a PCB substrate or the like separately from the optical system 1610. The optical device module 1611 configured together with the optical system 1610 may be connected to the light source driving and control module 1620 through a flexible electric line 1630. The other configuration is similar to the transmitter for wireless optical communication of the present invention described above, and all the features of the transmitter described above can be applied to the transmitter shown in FIG.
이와 같이, 광학계와 회로 부분을 별도로 구성하고, 그 사이를 가요성의 전기선으로 연결하게 되면, 정렬해야 할 모듈의 무게, 크기 등이 최소화되어 송수신 모듈의 정렬이 안정적이고 신뢰성을 가질 수 있게 되며, 설치 방법 또한 매우 유연하게 된다.As such, when the optical system and the circuit part are separately configured and connected with flexible electric lines therebetween, the weight, size, etc. of the modules to be aligned are minimized, so that the alignment of the transmission / reception module can be stable and reliable. The method is also very flexible.
수신기(1700) 역시 유사한 방식으로 형성할 수 있다. 도 17에 나타난 바와 같이, 렌즈 홀더(1712)와 렌즈(1713)를 포함하는 광학계(1710)의 한쪽에 광검출 모듈(1711)을 형성한 후, 이를 별도로 형성된 수신기 회로(1720)와 가요성 전기선(1730)을 이용해 연결하면 된다. 광검출 모듈(1711)은 광검출 소자로 구성되거나, 광검출 소자와 전치증폭기로 구성된다. 그밖에 앞서 설명한 무선 광통신용 수신기의 특징들이 도 17에 나타난 수신기에도 모두 해당될 수 있다.Receiver 1700 can also be formed in a similar manner. As shown in FIG. 17, after the photodetector module 1711 is formed on one side of the optical system 1710 including the lens holder 1712 and the lens 1713, the receiver circuit 1720 and the flexible electric line are separately formed. (1730) to connect. The photodetector module 1711 is composed of a photodetector or a photodetector and a preamplifier. In addition, the above-described features of the wireless optical communication receiver may also apply to the receiver shown in FIG. 17.
도 18은 도 16과 도 17에 각각 나타낸 송신기와 수신기를 조합하여 구성한 송수신기의 개념도이다. 송신 광학계(1610)와 수신 광학계(1710)가 각각 도 16과 도 17에 나타난 바와 같이, 광소자 모듈(LD/PD)(송신 광학계의 경우)(1611) 또는 광검출 모듈(PD 또는 PD/ITA)(수신 광학계의 경우)(1711)를 포함하도록 형성되며, 이는 하나의 기판(1801) 상에 형성된 광원 구동 및 제어 회로(1620)와 수신기 회로(1720)에 두 개의 가요성 전기선(1630, 1730)을 이용해 각각 연결된다. 광원 구동 및 제어 회로(1620)와 수신기 회로(1720)가 형성되어 있는 PCB 기판(1801) 상에는 여러 가지 응용장치를 위한 다른 회로(1810)가 부가적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 앞서 설명한 바와 같은 미디어 컨버터 기능을 갖는 회로, 애드/드롭 포트를 갖는 다중화기/역다중화기 회로 등이 기판 내에 포함될 수 있다.18 is a conceptual diagram of a transceiver configured by combining the transmitter and the receiver shown in FIGS. 16 and 17, respectively. As shown in FIG. 16 and FIG. 17, the transmission optical system 1610 and the reception optical system 1710 respectively include an optical element module (LD / PD) (for a transmission optical system) 1611 or a photodetector module (PD or PD / ITA). (In the case of the receiving optical system) 1711, which is provided with two flexible electric wires 1630 and 1730 on the light source driving and control circuit 1620 and the receiver circuit 1720 formed on one substrate 1801. Are each connected using Other circuits 1810 for various applications may additionally be formed on the PCB substrate 1801 on which the light source driving and control circuits 1620 and receiver circuits 1720 are formed. For example, a circuit having a media converter function as described above, a multiplexer / demultiplexer circuit having an add / drop port, and the like may be included in the substrate.
지금까지 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하였으나 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에 의해 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 이 발명의 사상을 벗어나지 않고도 다양한 변형이나 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited thereto, and should be interpreted by the following claims. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various modifications or changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
본 발명의 송신기, 수신기 및 이의 응용장치들을 이용하면 기존의 광섬유 통신 시스템에 비해 많은 장점을 갖고 있는 OWLL 및 FSON 시스템을 쉽게 구축할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 OWLL 및 FSON용 송신기, 수신기 및 이의 응용장치는 크기가 작고 가벼우며, 적은 비용으로 표준화된 장치를 생산할 수 있다. 동시에 본 발명의 송신기, 수신기 및 이의 응용장치는 무선 광통신 시스템 내에서 필요한 다양한 기능을 제공할 수 있으며, 이러한 기능들을 안정적으로 신뢰성을 확보할 수 있도록 제공한다.Using the transmitter, receiver, and applications thereof of the present invention, it is possible to easily build OWLL and FSON systems, which have many advantages over existing fiber communication systems. In addition, the transmitters, receivers, and applications thereof for OWLL and FSON of the present invention can produce standardized devices with small size, light weight and low cost. At the same time, the transmitter, the receiver and the application thereof of the present invention can provide various functions necessary in the wireless optical communication system, and provide these functions to ensure stable reliability.
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