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자유공간 무선 광통신 시스템의 개발

개요
	PPM(Pulse Position Modulation) / OOK(On Off Keying) 변조 방식 등을 이용하여 최대 4E1급 속도를 지원하는 무선 광통신 시스템 구현에 필요한 주요 송수신 Algorithm을 개발하고 이를 이용하여 자유 공간 무선 광통신 시스템의 Prototype을 구현하였으며 구현된 Prototype 시스템을 이용하여 현장 실험 등을 수행하였다.

세부 내용

무선 광통신 시스템에 적합한 변복조 Algorithm 선택 무선 광통신 시스템에 사용할 수 있는 PPM(Pulse Position Modulation), M-PPM, OOK(On Off Keying), Sub-carrier Modulation 등 여러 변복조 Algorithm들의 성능 등을 분석하고 적합한 변복조 Algorithm을 선택하였다. 또한 선택한 변복조 Algorithm의 Timing Recovery Algorithm 을 고안하고 이를 Hardware로 구현하여 성능 실험을 수행하였다. < Timing Recovery 회로 동작 실험 > < PPM Modulation 된 송신 신호의 Spectrum > IR(Infrared) Laser 의 자유 공간 전송 특성 분석 주변광의 전력 밀도 분석 자유공간 광통신 시스템에 Interference로 작용하게 되는 주변광의 전력 밀도를 분석하여 이를 바탕으로 주변광에 의한 Interference를 최소화할 수 있는 Laser의 Wavelength 를 결정하였다. < IR(Infrared) Laser 자유 공간 전송 특성 > IR(Infrared) Laser 자유 공간 전송 특성 분석 Infrared Laser의 출력이 자유 공간을 통해 전송되면서 겪게 되는 Attenuation / Scattering / Turbulence에 의한 Scintillation 등에 의한 영향을 파악하고 이를 통해 안정적으로 Communication Link를 유지할 수 있는 Laser 의 Output Power를 결정하였다. 또한 이와 함께 송수신기에서 사용할 집광 방법 등을 고안하였으며 이를 통해 최소의 Laser 출력으로 자유 공간 광통신 시스템을 구현할 수 있었다. < 주변광의 전력 밀도 분석 > Optics 설계 주변광 및 주변 기후의 영향 그리고 Infrared Laser의 최대 출력 등을 고려하여 안정적인 시스템 동작을 위해 Optics를 설계하였다. 주변광의 영향 및 일몰/일출 시 발생할 수 있는 Laser Detector의 Saturation 현상을 방지하기 위해 Optical Filter를 사용하였으며 송수신기에 사용된 집광 Lens의 성능은 최종 구현 결과의 성능 및 구현 비용 등을 고려하여 최적화하였다. Prototype 시스템 구현 및 Field Test 위와 같은 고려 사항들을 고려하여 자유공간 광통신 시스템의 Prototype을 구현하였으며 이를 이용하여 현장 실험을 수행하였다. 현장 실험은 여러 기후 환경 및 다양한 송수신기간의 거리를 설정하여 실험을 수행하였으며 20mW 출력의 Infrared Laser를 사용하여 최대 전송 속도 4E1, 최대 거리 2.5Km 구간에서 안정적인 시스템 동작을 확인하였다. < 2Km 구간 현장 실험 장면> < 현장 실험 시 수신된 PPM 신호의 Waveform 측정 결과 >