무선 광통신 시스템의 기본 원리를 이용한 무선 광전송 실험

목차

서론 - 광통신의 역사와 최근 동향

본론 - 광통신 시스템의 원리와 무선 광전송 기초 실험

결론 - 실험의 고찰과 무선 광통신 시스템의 전망

본문내용

큰 차이가 없기 때문에 광섬유 케이블을 설치할 수 없는 지리적 제약이 있는 공간 등에서는 공간 광전송 시스템이 매우 유리할 것이다.
결론 - 실험의 고찰과 무선 광통신 시스템의 전망
실험 결과의 정리
실험에 사용한 850 nm VCSEL의 발산 각은 33.4°로 측정되었다. 광 송신기에서 광 검출기로 직접 광 신호를 전송하는 경우 전송거리는 0.5 cm도 되지 않았는데 이는 빔의 발산으로 인해 광 신호가 한 지점으로 모아지지 않고 여러 방향으로 흩어짐을 의미한다. 빔의 발산 각을 고려하여 결정한 1차 집광렌즈(초점 거리 f = 5.0 cm, 렌즈 직경 D = 2.5 cm)와 광 검출기의 최대 수광 허용각을 고려하여 결정한 2차 집광렌즈(초점 거리 f = 3.9 cm, 렌즈 직경 D = 2.5 cm)를 광전송 구간에 설치하고 거리에 따른 광전송 실험을 수행하면 최대 500 cm까지 광 신호의 전송이 가능해졌다. 이는 1000배 이상의 거리 증가를 보여 보다 효율적인 전송 실험을 가능하게 했다. 전송거리를 30 cm로 고정시키고 광 검출기를 광전송 구간에 수직하게 이동시킨 경우 최대 1 mm 간격의 광 검출 구간을 가졌고, 광원의 확산에 대한 광 검출 구간의 범위는 4 cm로 측정됐다. 전송 거리에 대한 광 전력의 변화는 초기값이 2.19 mW, 5 m에 대한 측정값이 2.11 mW로 손실은 -0.146 dB이다.
실험의 고찰
위의 실험에서 확인하였듯이 무선 광통신 시스템의 여러 장, 단점을 확인할 수 있었다. 그중에 단점을 다시 정리해보면 다음과 같다.
단점
① 광전송 구간의 정렬이 맞지 않으면 광 신호의 전송이 어렵다.
② 광전송을 방해하는 장애물이 삽입되는 경우 광 신호의 전송이 어렵다.
③ 광전송 구간이 길어질수록 정렬을 맞추기 어렵고, 수신율이 떨어지는 경향이 있다.
이러한 단점을 보완하는 방법에는 몇 가지가 있다. 첫 번째로 정렬의 미세한 틀림에 대한 보완으로는 광 검출기의 감도를 높이거나 2차 집광렌즈의 최대 수광 허용각을 크게 하는 방법이 있다. 최대 수광 허용각을 크게 하는 방법은 곧 2차 집광렌즈의 초점거리를 짧게 정하는 것과 연결된다. 그러나 이런 경우 초점거리가 짧아질수록 넓은 면적을 가지는 렌즈를 제작하기가 어려워지기 때문에 최대 수광 허용각을 크게 하는 것에는 한계가 있다. 즉 위의 두 가지 방법을 적절히 조합하여 2차 집광렌즈 - 광 검출기 구간을 설계한다면 미세한 틀림에 의한 광 손실을 줄일 수 있을 것이다.
두 번째로 장애물에 대해 수신율이 떨어지는 점과 거리가 멀어질수록 구간의 정렬이 어려워지는 점에 대한 보완은 다음과 같다. 실험상의 구간은 제역이 없는 안정된 구간이기 때문에 광 전력의 변화가 미비했지만, 구간을 실제 대기 환경으로 가정한다면 광전송 구간에는 강제적인 장애물의 삽입보다는 대기의 변화(심한 안개, 폭우 등)에 의한 장애물이 더욱 많을 것이다. 이런 경우라면 안개, 폭우에 의한 광 신호의 감쇠 현상 또는 거리에 의해 광 신호가 미약해지는 것으로 해석할 수 있으므로 장애물에 대해 비교적 영향을 덜 받는 긴 장파장의 레이저다이오드를 개발하거나 먼 거리까지 안정적으로 전송이 가능한 고출력의 레이저다이오드를 개발한다면 광신호의 수신효율을 높일 수 있을 것이다. 그리고 1차 집광렌즈와 2차 집광렌즈 사이를 지난 빔을 평행 광으로 유지시킬 수 있다면 구간의 정렬이 보다 쉬워질 것이다.
광원의 확산에 대한 광 검출 구간의 간격은 4 cm로 측정되었는데, 이는 광 검출 구간이 이동을 하더라도 안정하게 광전송이 가능한 범위라고 할 수 있다. 그러나 광원이 확산되면 광 전력의 저하가 생기기 때문에 장거리 전송이 어려워지게 되므로 고출력의 광원을 사용하여야 할 것이다.
무선 광통신 시스템의 전망
무선 광통신 시스템은 앞으로 통신 사업자의 비용 절감, 현재 통신 시장에서 갖고 있는 주파수 부족 문제의 해소 방안으로 널리 이용될 것이다. 향후 전망으로는 레이저 통신 장비를 이용한 망구성이 거론되고 있는데, 이는 기존에 사용되고 있는 전화 통신망이나 공중 통신망을 대체할 수 있는 효율적인 시스템이라고 할 수 있다.
이는 몇 가지 종류로 나누어 설명할 수 있다.
첫 번째로 전용 통신망의 구성이 있다. 이는 기업별이라든지 특정단체별로 사설 전용 통신망을 구축할 경우에 실험에서 살펴보았던 트렁크 전송(MUX 장비) 시스템을 사용하여 망을 구성할 수 있는 것이다.
두 번째로 장애물이 없는 고층 빌딩간 망구성이 있다. 주요 빌딩간 무선 통신이나 무선 LAN을 구축할 시 무선 광통신 시스템의 기본 원리를 만족시키는 가시거리 내에 레이저 통신 장비를 설치하여 망을 구성한다.
세 번째로 장애물이 있는 빌딩간 망구성이 있다. 이 경우는 두 번째의 망구성과 거의 유사한데 가시거리가 확보되는 지점을 중간의 경유지로 결정하여 망을 구성한다. 이 망구성은 실제적으로 무선 광통신 시스템을 이용한 장거리 통신이라 할 수 있겠다.
마지막으로 무선 광중계기 망구성이 있다. 이는 기지국 장비와 무선 광중계기사이는 레이저 통신 시스템을 사용하여 데이터를 전송하고, 가입자와 레이저 통신 장비와는 기존의 RF(Radio Frequency)신호를 사용하여 망을 구성하는 것이다. 이와 비슷하게 최근 KT에서는 무선 중계기 개발에 성공했는데, 향후 몇 년 안으로 무선 광중계기 망구성이 실현될 것으로 보인다.
참고문헌
[1] Joseph C. palais, Fiber Optic Communication, Upper Saddle River, N.J : Prentice Hall, 1998
[2] John Gowar, Optical Communications Systems, New York : Prentice Hall, 1993
[3] Kjell J. Gasvik, Optical Metrology, Chichester ; New York : J. Willey, 1995
[4] Henry Zanger/Cynthia Zanger, 구인모외 6인 공역, 광통신, 서울 복두출판사, 1998
[5] 손병태외 5인 공저, 광통신공학, 서울 광문각, 2000
[6] 기타 여러 웹사이트의 정보와 이미지 참고

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