RF over Fiber로 드론 통신 혁신

광섬유를 통해 RF를 사용하여 UAV를 제어하면 방해나 간섭의 가능성을 없애는 동시에 낮은 지터, 높은 동적 범위, 높은 대역폭의 이점을 얻을 수 있습니다.

현대전과 주요 기반 시설 감시의 전략적 지형은 극적인 변화를 겪었으며, 흔히 드론으로 불리는 무인 항공기(UAV)가 핵심 역할을 담당하고 있습니다. 이러한 변화는 현재 진행 중인 우크라이나 분쟁에서 가장 두드러지게 나타나고 있는데, 우크라이나에서는 저가 드론이 대량 생산되어 대규모로 배치되고 있습니다.

이러한 장비는 더 이상 정찰에만 국한되지 않습니다. 감시, 전술 타격, 통신 지원 등 공격 및 방어 작전 모두에 핵심적인 역할을 합니다.

전장 밖에서도 드론은 다양한 기업 응용 분야에서 필수적인 도구로 자리 잡았습니다. 공공 서비스 제공업체들은 이제 가스 파이프라인이나 송전선과 같은 지상 인프라를 모니터링하는 데 드론을 활용하고 있습니다. 원자력 시설과 같은 민감한 시설에서는 드론이 안전하고 효율적인 검사 수단을 제공하여 유해 환경에 대한 인간의 노출을 최소화합니다.

군용 및 상업용 드론에 대한 의존도가 높아짐에 따라, 안전하고 안정적이며 간섭 없는 장거리 통신에 대한 필요성 또한 커지고 있습니다. Wi-Fi 또는 공공 안전망(PSN) 활용을 위해 예약된 주파수 대역을 사용하는 기존의 무선 RF 방식은 신호 저하, 전파 방해, 그리고 도청에 취약합니다. RF over fiber(RFoF)는 드론 운용에 있어 이러한 어려움을 해소하기 위해 고대역폭과 고신뢰성 통신 기술을 제공하는 중요한 수단으로 빠르게 자리 잡고 있습니다.

RFoF, 새로운 드론 제어 가능성 공개

RFoF 기술은 RF 신호를 광파로 변환한 후, 목적지에서 높은 동적 범위를 가진 RF 신호로 다시 변환하여 드론과 조종자 간의 양방향 통신을 제공합니다. 이 기술은 이미 다양한 배치 모델에서 활용되고 있으며, 기존 통신 시스템의 단점을 해결하는 혁신적인 기능을 제공합니다.

일반적인 응용 분야 중 하나는 테더드 드론 제어입니다. 이 모델에서는 고정된 드론이 재사용 가능한 광섬유 드럼을 통해 지상 기반 컨트롤러에 연결됩니다. 이러한 설정 덕분에 드론은 장시간 비행 상태를 유지할 수 있습니다. 드론은 안테나를 설치하여 험난한 지형에서 통신을 개선하는 공중 중계기 역할을 효과적으로 수행합니다. 이러한 기술은 이미 AT&T와 같은 이동통신사에서 연구되고 있습니다. (그림 1) 비상 대응 시나리오를 위해.

RFoF는 군사 전투에서 저렴한 일회용 자살 드론 임무에도 활용될 수 있습니다. 이 경우, 광섬유 드럼이 드론에 직접 장착되어 드론이 소형 폭발물을 탑재한 채 목표물을 향해 이동하면서 방사됩니다. 이 방식은 충돌 지점까지 안전하고 간섭 없는 통신 연결을 보장합니다.

드론을 회수할 수는 없지만, 더 값비싼 적 장비를 노리고 있다는 점에서 그 비용은 정당화됩니다. 광섬유 링크의 방해 전파 방지 기능은 드론이 외부 방해 없이 목표 지점에 도달할 수 있도록 보장합니다.

또 다른 유연한 사용 사례는 모든 드론 플랫폼에 적용할 수 있는 컨트롤러 확장 모델입니다. 이 설정에서는 광섬유를 통해 컨트롤러를 실내 유닛(IDU)이라는 원격 단말기에 연결하고, 이 실내 유닛은 광섬유를 통해 실외 유닛(ODU)으로 연결되어 드론 자체에 직접 물리적으로 연결하지 않고도 무선 작동 범위를 확장합니다.

IDU와 ODU는 모두 개인을 요소로부터 보호하는 데 사용됩니다. (그림 2) 드론이 접근하기 어려운 지역에도 확장된 접근 권한을 부여합니다. 이 예시에서 IDU와 ODU는 재사용 가능하며, 신속하게 배치 가능한 시스템은 임시 임시 장소에 배치하여 필요할 때 즉시 이동할 수 있습니다.

이러한 접근 방식은 광산 작업, 핵폐기물 처리, 그리고 더욱 영구적인 해결책이 필요한 전장 상황과 같은 복잡한 환경에서 특히 유용합니다. 군부대가 터널을 통해 지하 정찰을 시도하는 경우 (그림 3) 드론 기술을 사용하면 확장기를 통해 먼 거리에서도 작업을 수행할 수 있습니다.

군부대가 지하 터널을 통해 정찰을 수행하기 위해 무인 항공기를 사용하는 방법

RFoF가 드론 통신에 이상적인 방식인 이유

물론 드론을 원격으로 조종할 수 있는 다른 통신 기술도 있지만, 대부분의 기술은 RFoF가 겪지 않는 단점을 가지고 있습니다. RFoF의 주요 장점 중 하나는 간섭 및 재밍에 대한 내성입니다.

RFoF는 광섬유 케이블을 통해 신호를 빛으로 전송하기 때문에 전자파 간섭, 의도적인 방해 전파, 또는 신호 도청의 영향을 거의 받지 않습니다. 따라서 신호 무결성이 중요한 환경에서 안전하고 견고한 솔루션을 제공하며, 이는 군사 또는 중요 인프라 애플리케이션에서 드론이 사용되는 거의 모든 사용 사례를 설명합니다.

RFoF의 또 다른 중요한 이점은 낮은 지터, 높은 동적 범위, 그리고 높은 대역폭입니다. 이 기술은 최소한의 왜곡과 매우 낮은 지연 시간으로 신호를 전달하므로 고해상도 비디오 감시, 레이더 시스템, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS)과 같은 미션 크리티컬 애플리케이션에 특히 적합합니다. DSSS는 전송되는 신호의 대역폭을 확장하여 간섭을 줄이고 신호 강건성을 향상시키는 확산 스펙트럼 변조 기술입니다.

물리적 성능 측면에서 RFoF 시스템은 가볍고 전력 효율적입니다. 이러한 시스템은 최소한의 내장 전자 장치를 필요로 하기 때문에 드론의 탑재량 부담이 줄어듭니다. 이는 비행 시간 연장과 전반적인 성능 향상에 직접적으로 기여하며, 특히 상업 및 방위 산업 분야에서 매우 중요합니다.

UAV 애플리케이션의 혁신적 지원 도구로서의 RFoF

드론 운용이 군사 및 상업 분야 모두로 확대됨에 따라, 견고하고 안전하며 간섭에 강한 통신 시스템에 대한 수요가 그 어느 때보다 중요해졌습니다. RFoF는 다양한 배치 모델에 걸쳐 탁월한 신호 무결성, 낮은 지연 시간, 그리고 적응성을 제공하는 혁신적인 기술로, 이 분야에서 두각을 나타내고 있습니다.

전장에서의 전술 작전을 강화하든, 원격 환경에서 인프라 모니터링을 개선하든, RFoF는 차세대 무인 항공 시스템을 지원하는 데 필요한 안정성과 확장성을 제공합니다.

저자에 관하여

파르자드 가두샤히 | 공동 창립자 겸 최고기술책임자(CTO) Optical Zonu

파르자드 가두샤히는 광섬유 및 RF/마이크로파 기술 분야에서 40년 이상의 연구 및 제품 개발 경력을 보유하고 있습니다. 그는 혁신을 주도하는 데 핵심적인 역할을 해왔습니다. Optical Zonu 또한 첨단 광섬유 송수신기 모듈 개발과 회사 제품군의 핵심을 이루는 시스템 수준 제품 설계에 중추적인 역할을 수행해 왔습니다.