KR100336638B1 - 비동기 전력선 전송장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비동기 전력선 전송장치에 관한 것으로 특히, 비동기방식의 신호검출방식을 사용하게 되므로 동기방식을 사용하는 기존의 전력선 전송방식과 비교하여 송, 수신간의 동기화의 어려움을 피할 수 있게 됨은 물론 보다 간단화된 송, 수신장치의 구성과 신뢰성이 높은 초고속 데이터 전송속도를 제공할 수 있도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 피씨(PC)등의 디지털 단말기로부터의 송출 데이터 펄스를 전력선으로 결합시키기 위하여 출력 펄스의 상승 에지와 하강 에지를 각각 일정 시간폭의 정(+)과 부(-)의 충격펄스 즉, 임펄스로 변환시키는 임펄스화 회로부(130)와, 이 임펄스화 신호를 전력선 전송에 적합한 서로 위상 반전된 1싸이클 또는 1/2싸이클의 정현파적 충격펄스 즉, 임펄스 무선신호로 변환시키는 임펄스 무선신호화회로부(135)를 구비한 송신 회로부와; 전력선(140)으로부터 임펄스 무선신호를 수신하기 위한 수신신호 결합 및 잡음제거부(150)와, 상기에서의 수신 신호를 소정 레벨 증폭하고 다시 잡음을 제거하기 위하여 일정 레벨 이상을 클리핑하는 증폭 및 레벨 클리핑부(160)와, 이 증폭 및 레벨 클리핑부(160)로부터의 출력 신호에 대하여 송출 데이터 펄스의 상승에지와 하강에지에 대응되는 임펄스 무선신호의 정(+)과 부(-)를 분리, 검출하는 임펄스 무선신호 분리 검출부(170)와, 이 임펄스 무선신호 분리 검출부(170)의 출력으로 되는 정(+)의 임펄스 구간을 정(+)의 셋트펄스로, 부(-)의 임펄스 구간을 정(+)의 리셋트 펄스로 구성한 다음 이들 펄스를 1싸이클의 임펄스 무선신호에 대응하는 셋트-리셋트의 펄스 쌍과 리셋트-셋트의 펄스 쌍으로, 시간상으로 배열하여 펄스 쌍을 만든 다음 이 펄스 쌍들의 첫 번째 임펄스만을 검출하여 송출 데이터 펄스 신호를 재생하는 데이터 펄스 재생부(180)를 구비한 수신 회로부로 구성한다.

Description

비동기 전력선 전송장치{ASYNCHRONOUS POWER LINE TRANSMISSION APPARATUS}
본 발명은 망 전송에 관한 것으로 특히, 전력선 전송방식에 있어서 임펄스 무선신호 전송 방식의 비동기 전력선 전송장치에 관한 것이다.
전력선 통신이란 AC 110V/220V의 전력선을 통신 선로로 이용하는 통신의 방식으로서, 별도의 통신 선로를 부설할 필요없이 통신 단말기사이의 통신을 행할 수 있다는 잇점을 갖는다.
이러한 전력선 전송장치는 초고속 전력선 통신모뎀이나, 각종 센서나 구동장치의 전력선 통신유닛이나, 전력, 수도, 가스 등의 전력선 계측용 센서 유닛화에 사용하여 초고속 통신 LAN의 구축 또는 산업 자동화를 위한 전력선 통신유닛의 사용, 인터넷 원격 자동 계측 등 그 활용과 응용 범위가 다양하다.
따라서, 전력선을 통신 채널로 사용하기 위하여 FSK 방식이나 PSK 방식에 의한 전력선 전송 특성 등에 관한 많은 연구가 행해져 왔으며 이들 방식을 채용한 장치의 실용화도 이루어져 있는 상태이다.
일반적으로 종래의 전력선 전송 방식에서는 캐리어 동기 방식을 채용하여 통신을 수행한다.
그러나, 종래의 전력선 통신 방식에서는 전력선에 연결되는 각종 전기 장치들의 ON/OFF 작동에 따르는 부하 변동과 이들 장치들이 발생하는 특수한 잡음 환경으로 인하여 통신의 신뢰성을 저화시키는 문제점이 있다.
즉, 송수신간의 캐리어 방식을 채용하는 FSK나 PSK 등의 통신 방식에 의한 종래의 기술은 전압 배전 선로인 전력선이 갖는 잡음 환경과 각종 부하의 작동과 변동으로 인하여 선로 정수인 임피던스의 변화가 심하게 되어 신호 전송의 속도가 낮을 뿐만 아니라 신호 검출의 신뢰도가 낮다는 결점을 갖고 있다.
이와같이 신호 전송의 속도가 낮고 신호 검출의 신뢰도가 낮은 이유는 전력선이 신호의 전송 채널로서의 특성변화나 잡음에 의해 기인되는 동기 제어의 어려움으로 인해 발생된다고 볼 수 있기 때문이다.
따라서, 전력선에서의 부하 변동과 잡음 환경에 대처할 수 있게 하기 위해서는 내잡음성 통신 방식으로의 대응과 동기 제어상의 문제를 해결할 수 있어야 한다.
이에, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 1싸이클 또는 1/2싸이클의 정현파적 충격펄스(이하, 1싸이클 또는 1/2싸이클의 정현파적 충격펄스를 임펄스 무선신호라 약칭함) 즉, 임펄스 무선신호 전송 방식을 창안한다.상기 임펄스 무선신호란 시간 평균이 '0'이며 신호 시간폭이 수십 [nsec] 이하로 만들어지는 신호로서, 전력선 배경잡음이나 각종 전기장치의 부하의 작용과 변동으로 인한 선로 정수인 임피던스의 변화등에 거의 무관하게 균일한 신호 전송 특성을 유지하는 특징을 가진다.따라서, 본 발명은 임펄스 무선신호 전송 방식에 비동기화 방식의 신호 검출 방식을 사용하여 고신뢰의 초고속 데이터 전송이 가능하며 또한, 송수신 장치를 간단하게 구성할 수 있도록 창안한 비동기 전력선 전송 장치를 제공함에 목적이 있다.
도 1은 일반적인 전력선 전송방식의 네트워크를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예를 위한 전력선 전송장치의 블록도.
도 3은 도 2의 각 부에서의 동작 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
120 : 인터페이스부 130 : 임펄스화 회로부
135 : 임펄스 무선신호화 회로부 150: 수신신호 결합 및 잡음 제거부
160 : 증폭 및 레벨 클리핑부 170: 임펄스 무선신호 분리검출부.
180: 데이터 펄스 재생부
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 피씨(PC)등의 디지털 단말기로부터의 송출 데이터 펄스를 임펄스 무선신호로 변환하여 전력선을 통해 상대측으로 전송하기 위한 임펄스 무선신호화 회로부를 송신 회로부에 구비하고, 전력선을 통해 전송되는 상대측의 임펄스 무선신호를 수신단에 결합하고 잡음 제거후 소정 레벨 증폭하여 일정 레벨 이상을 클리핑하는 증폭 및 레벨 클리핑부와, 송출 펄스의 상승 에지와 하강 에지에 대응되는 정(+),부(-)의 임펄스를 분리, 검출하는 임펄스 무선신호 분리 검출부와, 이 임펄스 무선신호 분리 검출부에서의 정(+)의 임펄스 구간을 정(+)의 셋트 펄스로, (-)부의 임펄스 구간을 정(+)의 리셋트 펄스로 구성하고 이들 펄스를 1싸이클의 임펄스 무선신호에 대응하는 셋트-리셋트의 펄스쌍과 리셋트-셋트의 펄스쌍으로, 시간상으로 배열시킨 다음, 매 펄스쌍들의 첫번째 펄스만을 취하여 이것이 셋트 펄스일 때는 하이 레벨의 펄스 신호를 발생시키고, 리셋트 펄스일 때는 로우 레벨의 펄스 신호로 발생시켜서 송출 데이터 펄스 신호를 재생하여 피씨(PC) 인터페이스에 보내는 데이터 펄스 재생부를 수신 회로부에 구비하여 구성함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 데이터 펄스의 상승 에지와 하강 에지를 서로 위상이 반전된 임펄스 무선신호로 변환시켜 전송시키므로써 전력선에서의 배경 잡음이나 전력선 부하 변동 등에 무관하게 일정한 전송 특성을 유지할 수 있다.
또한, 도2 는 본 발명의 실시예를 보인 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 소정 주파수의 클럭 발생기에 의해 송출되는 데이터 펄스를 전력선으로 결합시키기 위하여 출력 펄스의 상승 에지와 하강 에지를 각각 일정 시간폭의 충격 펄스 즉, 임펄스로 변환시키는 임펄스화 회로부(130)와, 이 임펄스화 신호를 전력선(140) 전송에 적합한 서로 위상 반전된 1싸이클 또는 1/2싸이클의 정현파적 충격펄스 즉, 임펄스 무선신호로 변환시키는 임펄스 무선신호화 회로부(135)로 구성한 송신 회로부와; 상기 전력선(140)을 통해 전송되는 상대측의 임펄스 무선신호를 수신하고 잡음을 제거하는 수신신호 결합 및 잡음 제거부(150)와, 이 수신신호 결합 및 잡음 제거부(150) 출력의 임펄스 무선신호를 소정 레벨 증폭하여 다시 잡음 제거를 위하여 일정 레벨 이상을 클리핑하는 증폭 및 레벨 클리핑부(160)와, 이 증폭 및 레벨 클리핑부(160)로부터의 출력을 데이터 펄스의 상승 에지와 하강 에지에 대응되는 정(+), 부(-)의 임펄스 무선신호로 분리, 검출하는 임펄스 무선신호 분리 검출부(170)와, 이 임펄스 무선신호 분리 검출부(170)에서의 정(+)의 임펄스 구간을 정(+)의 셋트 펄스로, 부(-)의 임펄스 구간을 정(+)의 리셋트 펄스로 구성하고 이들 펄스를 1싸이클의 임펄스 무선신호에 대응되는 셋트-리셋트의 펄스쌍과 리셋트-셋트의 펄스쌍으로, 시간상으로 배열시킨 다음, 매 펄스쌍들의 첫번째 펄스만을 취하여 데이터 펄스 신호를 재생하는 데이터 펄스 재생부(180)로 구성한 수신 회로부와; 상기 송신 회로부의 임펄스화 회로부(130) 및 상기 수신 회로부의 데이터 펄스 재생부(180)를 피씨(PC)(110)와 정합시키기 위한 인터페이스부(120)를 구비한다.]단위의 진폭 크기를 갖는 전력선 배경 잡음의 크기보다 20∼50[dB](10∼300배 크기)정도 높은 레벨을 가지나 충격성 잡음펄스의 시간폭은 대체로 []단위로 나타나는 저주파 특성을 보이므로 시간폭이 수십 [nsec] 이하로 되는 고주파 특성의 임펄스 무선신호와는 필터작용의 주파수 분리 방법에 의하여 제거시킬 수 있게 된다.그러므로, 랜덤한 특수 잡음까지를 고려하여 종속 2단 처리의 주파수 분리법을 채용하는 잡음 제거부에서 이 잡음은 완전 소멸되어지므로 데이터 펄스 재생부에서의 데이터 펄스 재생에 신뢰성을 높혀 주게 되고, 시간폭이 수십 [nsec] 이하로 되는 임펄스 무선신호의 전송 방법에 의하여 초고속 데이터 전송이 가능하게 된다.
이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
통신망에 연결하여 상대측으로 데이터를 전송하려는 경우 소정의 데이터 전송 속도를 낼 수 있는 클럭 발생기에 의해 인터페이스부(120)를 통하여 도3 (a)와 같은 피씨(PC)(110)로부터의 데이터 펄스가 송신 회로부에 입력되면 임펄스화 회로부(130)는 데이터 펄스의 상승에지와 하강에지에 대응하는 일정 시간폭의 정(+)의 임펄스로 구성하여 신호 증폭과 펄스 트랜스포머를 구비하는 정현파적 임펄스 무선신호화 회로부(135)로 출력하게 된다.
이에 따라, 임펄스 무선신호화 회로부(135)는 임펄스화 회로부(130)에서의 임펄스화 신호를 입력으로 데이터 펄스의 상승 에지를 도3(b)와 같이 수십 [psec]∼수십 [nsec] 단위의 소정 시간폭의 정(+),부(-)의 1싸이클(또는 정(+)의 1/2싸이클)의 임펄스 무선신호로 변환시키고, 데이터 펄스의 하강 에지를 수십 [psec]∼수십 [nsec] 단위의 소정 시간폭의 위상이 반전된 부(-), 정(+)의 1싸이클(또는 부(-)의 1/2싸이클)의 임펄스 무선신호로 변환시켜 전력선(140)을 통해 상대측으로 전송하게 된다.
이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
통신망에 연결하여 상대측으로 데이터를 전송하려는 경우 소정의 데이터 전송 속도를 낼 수 있는 클럭 발생기에 의해 인터페이스부(120)를 통하여 도3 (a)와 같은 피씨(PC)(110)로부터의 데이터 펄스가 송신 회로부에 입력되면 펄스 트랜스포머를 구비하는 임펄스화 신호 증폭 및 결합부(130)는 임펄스화 신호를 소정 레벨 증폭하여 임펄스 무선신호화 회로부(135)로 출력하게 된다.
이에 따라, 임펄스 무선신호화 회로부(135)는 임펄스솨 신호 증폭 및 결합부(130)에서의 임펄스화 신호를 입력으로 데이터 펄스의 상승 에지를 도3(b)와 같이 수십 [psec]∼수십 [nsec] 단위의 소정 시간폭의 정(+),부(-)의 1사이클의 임펄스 무선신호로 변환시키고, 데이터 펄스의 하강 에지를 수십 [psec]∼수십 [nsec] 단위의 소정 시간폭의 위상이 반전된 부(-), 정(+)의 1사이클의 임펄스 무선신호로 변환시켜 전력선(140)을 통해 상대측으로 전송하게 된다.
한편, 상대측으로부터의 전송 신호를 수신회로부로 수신하는 경우 수신신호 결합 및 잡음 제거부(150)에서는 펄스 트랜스포머를 통하여 신호를 수신 결합시킨 다음 종속 2단의 주파수 분리법에 의하여 전력선 잡음을 제거하여 전력선(140)을 통하여 전송되는 도3(b)와 같은 임펄스 무선신호를 검출한 후 증폭 및 레벨 클리핑부(160)로 출력하게 된다.
이때, 증폭 및 레벨 클리핑부(160)는 수신신호 결합 및 잡음 제거부(150)로부터의 임펄스 무선신호를 소정 레벨 증폭한 다음 다시 잡음을 제거하기 위하여 소정 레벨 이상의 신호로 클리핑하는데, 정(+)의 클리필 임펄스 무선신호는 정(+)의 위상대로 출력하고, 부(-)의 클리핑 임펄스 무선신호는 위상을 반전시켜 출력시킨다.
이에 따라, 임펄스 무선신호 분리 검출부(170)는 증폭 및 레벨 클리핑부(160)를 통하여 입력되는 정(+)과 부(-)의 분리, 검출된 임펄스 즉, 셋트 신호와 리셋트 신호를 데이터 펄스 재생부(180)로 출력한다.
따라서, 데이터 펄스 재생부(180)는 상기에서 정(+),부(-)의 분리, 검출된 임펄스 즉, 셋트 신호와 리셋트 신호를 도3(e)와 같이 1싸이클의 임펄스 무선신호에 대응되는 정(+)의 셋트와 리셋트 펄스 쌍과, 정(+)의 리셋트와 셋트 펄스 쌍으로 시간상으로 배열시킨 다음 매 펄스 쌍의 첫 번째 임펄스만을 취하여 이것이 셋트 펄스일 때는 하이 레벨의 펄스 신호를 발생시키고, 리셋트 펄스일 때는 로우 레벨의 펄스 신호로 발생시켜서 송출 데이터 펄스 신호를 재생하고 그 재생된 데이터 펄스 신호를 인터페이스부(120)를 통하여 피씨(PC)(110)로 입력시킨다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전력선에서 부하 변동시에 발생 가능한 랜덤한 충격성 잡음 펄스의 레벨이 []단위의 진폭 크기를 갖는 전력선 배경 잡음의 크기보다 20∼50[dB](10∼300배 크기)정도 높은 레벨을 가지나 충격성 잡음 펄스의 시간폭은 대체로 []단위로 나타나는 저주파 특성을 보이므로 시간폭이 수십 [nsec] 이하로 되는 고주파 특성의 임펄스 무선신호와는 필터 작용의 주파수 분리 방법에 의하여 제거시킬 수 있게 된다.그러므로, 랜덤한 특수 잡음까지를 고려하여 종속 2단 처리의 주파수 분리법을 채용한 잡음 제거부에서 이 잡음은 완전 소멸되어지므로 데이터 펄스 재생부에서의 데이터 펄스 재생에 신뢰성을 높혀 주게 되고, 시간폭이 수십 [nsec] 이하로 되는 임펄스 무선신호의 전송 방법에 의하여 초고속 데이터 전송이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소정 시간폭을 갖고 전송되는 임펄스 무선신호에 대한 전력선이 갖는 낮은 감쇠특성과 전기 콘센트에서의 신호 감쇠 효과가 극히 미세하여 매우 낮은 신호 레벨로 전송이 이루어지게 되므로 전자기 간섭(EMI) 문제를 유발하지 않을 뿐만 아니라 원거리 전송의 경우에도 균일한 신호 전송 특성을 갖는 데이터 전송을 가능하게 하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 반경 2-3[km] 범위의 초고속 전력선 통신 LAN 시스템의 구성이나 CCTV망의 구축, 공장 자동화망의 구축, 지하 무선중계망의 구축, 가전 정보화망의 구축 및 각종의 전기,기계장치의 제어와 원격계측 등 다양하게 활용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 전력선 전송 장치에 있어서, 디지털 단말기로부터의 출력 데이터 펄스를 소정 시간폭의 임펄스 무선신호로 변환하여 전력선을 통해 상대측으로 전송하기 위한 임펄스 신호화 수단을 송신회로부에 구비하고, 전력선으로부터 수신되는 신호에 혼입된 잡음을 제거하기 위한 잡음 제거 수단과, 상기에서 잡음이 제거된 신호로부터 상대측에서의 정(+)과 부(-)의 임펄스 무선신호를 분리, 검출하여 정(+)의 임펄스 구간을 정(+)의 셋트 펄스로 출력하고 부(-)의 임펄스 구간을 정(+)의 리셋트 펄스로 출력하기 위한 임펄스 무선신호 분리 검출 수단과, 상기에서의 정(+)의 셋트 펄스 및 정(+)의 리셋트 펄스를 입력으로 서로 위상 반전된 정현파적 임펄스 무선신호로 변환한 후 송출 데이터 펄스로 재생하여 상기 디지털 단말기로 전송하기 위한 신호 재생 수단을 수신 회로부에 구비하여 구성하는 것을 특징으로 하는 비동기 전력선 전송 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 잡음 제거 수단은 전력선으로 전송 신호를 수신하여 주파수 분리법에 의해 잡음을 제거하여 임펄스 무선신호를 검출하는 수신신호 결합 및 잡음제거부와, 상기에서 검출된 임펄스 무선신호를 소정 레벨 증폭하여 소정 레벨 이상의 신호를 클리핑함에 의해 잡음을 제거한 후 정(+)의 클리핑 임펄스 무선신호는 정(+)의 위상대로 출력하고 부(-)의 클리핑 임펄스 무선신호는 위상을 반전시켜 출력하는 증폭 및 레벨클리핑부로 구성하는 것을 특징으로 하는 비동기 전력선 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서, 신호 재생 수단은 정(+),부(-)의 임펄스 구간에 해당하는 각각의 정(+)의 셋트 신호와 리셋트 신호를 시간상으로 1싸이클의 임펄스 무선신호에 대응되는 정(+)의 셋트-리셋트 펄스 쌍과, 정(+)의 리셋트-셋트 펄스 쌍으로 배열하고 매 펄스 쌍들의 첫 번째 펄스만을 취하여 송출 데이터 펄스를 재생하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 비동기 전력선 전송 장치.
  7. 제1항에 있어서, 임펄스 신호화 수단은 디지털 단말기로부터의 송출 데이터 펄스를 수신하여 출력 펄스의 상승에지와 하강에지를 각각 일정 시간폭의 정(+)의 임펄스 신호로 변환하기 위한 임펄스 회로부와, 상기 임펄스 신호를 입력으로 데이터 펄스의 상승에지에 대응하는 임펄스 신호를 소정 시간폭의 정(+),부(-)의 1싸이클 또는 정(+)의 1/2싸이클의 임펄스 무선신호로 변환하고 데이터펄스의 하강에지에 대응하는 임펄스 신호를 소정 시간폭의 위상 반전된 부(-),정(+)의 1싸이클 또는 부(-)의 1/2싸이클의 임펄스 무선신호로 변환하기 위한 임펄스 무선신호화 회로부를 구비하여 구성하는 것을 특징으로 하는 비동기 전력선 전송 장치.
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