1. 모바일 FSO (Mobile Free Space Optics)의 개요
| 개념 | 등장 배경 |
|---|---|
| 자율주행차, UAV 등 이동체에서 추적시스템(PAT) 기반 LOS(Line-of-Sight)를 확보하여 가시광선 또는 적외선을 이용하여 신호를 전송하는 이동체 광무선통신 기술 | – 모바일 데이터의 급격한 증가 – RF 스펙트럼 주파수 자원 고갈 – 자율주행차, UAV 등 무인이동체 확산 – MIMO 등 신호처리 기술 발달 |
- PAT(Pointing, Acquisition, Tracking): FSO 송/수신 시스템 간 LOS 확보 및 신호 추적
- LOS(Line-of-Sight): 가시선(눈으로 볼 수 있는 직선거리)
- FSO 시스템에서 수백 THz의 높은 주파수 대역의 광신호는 강한 직진성과 넓은 대역폭을 가지므로 수십 km 이상의 초장거리 신호 송/수신 기반 차세대 장거리 무선 신호 전송 기술로 부각
2. 모바일 FSO의 구성도 및 핵심 요소기술
(1) 모바일 FSO의 구성도
- 모바일 FSO에서 송/수신 시스템의 이동 가능 여부에 따라 고정형(Fixed) 또는 모바일(Mobile) 시스템으로 나눌 수 있고, 고정형-모바일 시스템 구성 및 모바일-모바일 시스템 구성이 가능
(2) 모바일 FSO의 핵심 요소기술
1) 모바일 FSO의 광학계 및 광통신 모듈
| 구분 | 요소기술 | 역할 및 세부 요소 |
|---|---|---|
| Optical Transmitter (광 송신부) | 광 신호 변조 | – 광 신호의 세기, 위상, 주파수 등 제어 |
| 광 송신 | – 대기권 내 FSO 전송, 반도체/광섬유 레이저 | |
| Optical Receiver (광 수신부) | 광 수신 | – 대기를 통해 전송된 광 신호 수집 |
| 광신호 검출/처리 | – 수신된 광 신호에서 데이터 복원 | |
| FSO 광학계 | 렌즈(Lens) | – 빔의 송신부 발산각 및 수신부 수렴각 조절 |
| 필터(Filter) | – 외부 잡음 차단, 다파장 경로 분리 WDM 필터 | |
| 빔 스플리터 (Beam splitter) | – 입사하는 광 신호를 일정 비율로 분기 | |
| 미러(Mirror) | – 광 경로 제어, 미세 각조 조절로 정밀 PAT 처리 |
2) 모바일 FSO의 신호 추적 시스템, PAT
| 구분 | 요소기술 | 역할 및 세부 요소 |
|---|---|---|
| 신호 추적 구현 | Pointing | – 이동체의 수신부 지향 |
| Acquisition | – 수신부의 추적 신호 수신 | |
| Tracking | – FSO 링크 유지(Line-of-Sight) | |
| 링크 형성 및 유지 | CPAT(Coarse PAT) | – 초기 FSO 링크 형성 과정 |
| FPAT(Fine PAT) | – 형성된 FSO 링크 유지 | |
| 신호 추적 방식 | 짐벌 기반 PAT | – 광범위한 각도 동작범위 등 유연한 구성 |
| 미러 기반 PAT | – 경량의 FSM 기반 비콘 빔 안정화, 정밀분야 | |
| 액정 기반 PAT | – 빔 진폭/위상 제어 기반 미세빔 조향 | |
| RF/FSO 하이브리드 | – LOS 단절 대비 RF 기반 PAT 보조 링크로 활용 |
- FSO 시스템 링크 최적화를 위해 OOK(On-Off Keying), PPM(Pulse Position Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation) 변조 방식 및 FEC(Forward Error Correction), LDPC(Low-Density Parity Check) 채널 코딩 방식, P2MP(Point-to-Multipoint), MP2MP(Multipoint-to-Multipoint) 네트워크 등 적용 연구중
3. 모바일 FSO의 한계점 및 극복 방안
| 한계점 | 극복 방안 |
|---|---|
| 외부 환경요인(안개, 눈, 난기류 등)에 의해 채널 가용성 및 신뢰성 저하 | MIMO, Adaptive optics, Hybrid RF/FSO 시스템 등 FSO 구조 및 신호처리 개선 |
| PAT 안정성 저하에 따른 FSO 시스템 성능 확보 어려움 | PAT 기반 링크 유지를 위한 입사광 방위 추정 과정에 CNN 기술 적용 |
- 기존 FSO 기술은 외부 환경요인(안개, 눈, 난기류 등)에 의해 채널 가용성 및 신뢰성 문제가 있었으나 최근 MIMO, Adaptive optics 등 FSO 구조 및 신호처리 기술의 발달 및 무인이동체 대상으로 영역이 확대되고 있음
- FSO 기술은 향후 RF 기반 무선통신 기술과 협업하여 이기종 네트워크로 빠르게 발전할 것으로 전망
- 이동체 탑재를 위한 광학구조 경량화, 정밀 PAT 기술, 채널을 고려한 통신 기술 확보 필요
[참고]
- 한국전자통신연구원(ETRI), “모바일 자유공간 광전송(FSO) 기술 동향”, 2018