KR100411405B1 - 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 건물 내에 설치되어 있는 유선 케이블을 이용하여 인터넷 서비스를 다른 주파수 간섭 없이 사용할 수 있도록 하며, 설치의 어려움을 제거하여 인터넷 서비스를 사용하는데 편리함을 제공할 수 있는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀에 관한 것으로서,

하나의 다세대 주택에 케이블을 통해 동시에 연결이 이루어지게 되며, 각각의 세대만을 보면 케이블 모뎀은 사용자용 컴퓨터 등과 같은 CPE(Customer Premise Equipment) 가입자 장치와 분배기 등과 같은 유선방송 시스템망(CATV)의 헤드엔드 장치의 사이에 위치하여 양측간에 디지털 데이터를 아날로그 링크를 통해 송수신 할 수 있도록 한다. 이때, 상기 분배기와 허브의 사이는 양방향 데이터 송수신이 가능하도록 양방향 동축 케이블에 의해 연결되고, 상기 허브 이후는 양방향 데이터 송수신이 가능한 광섬유로 연결된다. 또한, 상기 분배기에는 텔레비전이 연결되어 방송 시청이 가능하게 된다.

상기와 같은 본 발명이 적용되면 최고 11Mbps의 속도를 지원할 수 있으며, 다중 접속의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 상향 및 하향속도를 동일하게 함으로써 같은 파워(power)에서 더 멀리 전송되도록 하여 전송거리를 4Km이상으로 지원할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀{TV LINE DIGITAL CABLE MODEM}

본 발명은 기존의 유선방송 시스템망(CATV : Cable Television), 비대칭형 디지털 가입자망(ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line), 전용 회선망 등을 백본(Backbone)으로 활용하는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 건물 내에 설치되어 있는 유선 케이블을 이용하여 인터넷 서비스를 다른 주파수 간섭 없이 사용할 수 있으며 추가 설치가 없으므로 설치에 어려움을 제거하여 많은 사람들이 인터넷 서비스를 사용하는데 편리함을 제공할 수 있는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀에 관한 것이다.

일반적으로 인터넷 서비스(Internet Service)는 유선방송 시스템망(CATV), 비대칭형 디지털 가입자망(ADSL), E1 및 T1 등의 전용 회선망을 통해 이루어지고 있다. 하지만 이와 같은 서비스를 하기 위해서는 부대 장치들이 많이 사용되어 지고, 새로운 케이블들의 설치와 함께 그 서비스를 관리하기 위한 더 큰 망과의 연결장치가 필수적이다. 따라서, 부가 비용이 많이 발생되므로 그 비용적인 부담은 고객에게 돌아가게 되며, 장치 가격들이 비싸지게 되므로 사용자가 직접 구매가 어려워 대여하는 서비스들이 이루어지고 있다.

결국, 고속 광대역 데이터 통신을 위해서는 광 선로를 집집마다 보급하는 것이 이상적이지만, 이를 완전히 구축하기까지는 막대한 자본과 시간이 필요하기 때문에 케이블 모뎀 시스템이 고속 데이터통신을 제공할 수 있는 대안으로서 제시되고 있다.

도 1은 일반적인 케이블 모뎀의 연결상태를 설명하기 위한 도면이다.

상기 첨부도면 도 1을 참조하면, 케이블 모뎀(11)은 유선방송시스템망(CATV)을 이용하여 인터넷과 같은 고속 데이터 액세스를 가능하게 하는 접속장치로서, 사용자용 컴퓨터(12) 등과 같은 CPE(Customer Premise Equipment) 가입자 장치와 분배기(13) 등과 같은 유선방송 시스템망(CATV)의 헤드엔드 장치의 사이에 위치하여 양측간에 디지털 데이터를 아날로그 링크를 통해 송수신 할 수 있도록 한다. 이때, 상기 분배기(13)와 허브(14)의 사이는 양방향 데이터 송수신이 가능하도록 양방향 동축 케이블에 의해 연결되고, 상기 허브(14) 이후는 양방향 데이터 송수신이 가능한 광섬유로 연결된다. 또한, 상기 분배기(13)에는 텔레비전(15)이 연결되어 방송 시청이 가능하게 된다.

상기와 같이 연결된 케이블 모뎀(11)은 유선방송 시스템망(CATV)의 방송국을 통해 기존 전화 모뎀에 비해 수백 배가 빠른 접속이 가능할 뿐만 아니라, 항시 온라인 상태를 유지해주므로 언제든지 필요한 때에 필요한 정보를 손쉽게 얻을 수 있다. 일반적인 케이블 모뎀의 하향속도는 보통 4Mbps ~ 30Mbps이며, 상향속도의 경우는 500Kbps ~ 10Mbps이다.

상기 케이블 모뎀(11)의 동작 원리를 설명하면 상향동작(Upstream)에서는 CPE(가입자 컴퓨터)로부터의 IP traffic을 이더넷(Ethernet)으로 받아서 Cable MAC frame으로 프레이밍(framing)을 하고, 필요한 경우 암호화하고 QPSK또는 QAM16으로 디지털 변조를 하여 5 ~ 65MHz 에서 상향 전송한다.

또한, 하향동작(Downstream)에서는 선택한 하향 채널로부터 RF신호를 수신하여 QAM64/256 Digital 변조된 신호를 복조하여 MPEG패킷을 추출하고 CM자신, 또는 CPE로 향하는 MPEG 패킷으로 MAC frame을 추출한다. 암호화된 경우 원 데이터로 복구하고, CM으로 향하는 메시지는 처리하고 CPE로 향하는 데이터는 이더넷(Ethernet)으로 전송해준다. 상기 신호가 케이블 모뎀(11)까지 들어오면 케이블 모뎀에서는 인터넷 신호와 케이블TV 신호를 분리하게 된다.

그런데, 종래 기술에 의한 유선 케이블 모뎀의 개발은 건물내의 유선 케이블을 사용하려는 것이 목적이었으나 다른 신호와 혼신 문제와 건물 내에 설치되어 있는 여러 가지 문제점 때문에 같이 사용하지 못하고 별도의 유선 케이블을 사용하여 인터넷을 사용하고 있다. 이런 추가 설치로 인하여 사용자가 고비용을 감수할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

또한, 종래의 유선 케이블 모뎀은 상향 및 하향 주파수가 다르며 전송 용량이 다르고, 실제 사용되고 있는 거리 또한 짧기 때문에 성능의 문제로 유선에서 만 사용하게 되는 문제점이 있다.

특히, 이더넷 백본과 같은 아키텍쳐로 이용자 수가 늘어날수록 급격히 성능이 떨어지게 되고, 무 증폭으로 전송 가능한 거리가 1Km 이내로 매우 짧게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 이더넷(Ethernet) 신호를 RF 신호로 엔코딩 함으로써 거리는 4Km이상을 지원하며, 건물내에 설치되어 있는 케이블을 사용하여 사용자가 인터넷을 사용할 수 있게 하는데 상향 및 하향 주파수가 같도록 하고 전송 용량을 높여서 TV채널 대역에서 최고 11Mbps의 전송속도를 나타낼 수 있도록 함으로써 사용자 편의를 증대 할 수 있도록 하는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 건물내에 설치되어 있는 기존의 케이블을 그대로 사용하고 기존의 유선 랜카드(LAN Card)를 그대로 사용하도록 하여 설치비에 대한 사용자의 부담을 줄이고, 간단한 조작만으로 사용자가 설치 가능하도록 구성함으로써 사용자에게는 비용부담을 줄이고 ISP사업자에게도 부대 장치의 설치를 위한 인력이나 비용적인 초기 부담들이 없게 할 수 있는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 케이블 모뎀의 연결상태를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명이 적용된 건물의 구조를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 의한 수신단의 RF신호 증폭동작을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 의한 RF신호와 IF신호의 전환 동작을 설명하기 위한 도면.

도 5a는 본 발명에 의한 I/Q 변조 동작을 설명하기 위한 도면.

도 5b는 본 발명에 의한 I/Q 복조 동작을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명에 의한 DSSS의 변조 및 복조 동작을 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 케이블 모뎀 12 : 사용자용 컴퓨터

13 : 분배기 14 : 허브

15 : 텔레비전

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 모뎀의 디지털부로부터 보내진 신호를 수신하여 TV 채널 대역의 신호를 필터링하고 증폭하고, 송신시에는 내부적으로 처리된 낮은 레벨의 신호를 시스템까지 전달할 수 있도록 출력 레벨을 증폭시키는 RF신호 증폭부와; 수신시에는 상기 RF신호 증폭부를 통하여 증폭된 TV 채널 대역의 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF)로 변환하며, 송신시에는 내부적으로 처리되어 전송될 데이터가 IF 대역으로 올려지고 다시 TV 채널 대역으로 변환하여 반송주파수(carrier frequency)에 전송 내용을 포함시켜 상기 RF신호 증폭부로 제공하는 RF/IF 변환부와; 수신시에는 상기 RF/IF 변환부에서 제공된 신호에서 I(in-phase) 및 Q(quadrature) 컴포넌트를 통과한 신호를비교하여 수신된 신호가 어떤 값을 의미하는지 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 해석하고, 송신시에는 신호를 각 신호마다 90도의 위상차가 나는 QPSK 방식의 신호로 변환하여 상기 RF/IF 변환부로 전송하는 I/Q 변복조부와; 수신시에는 상기 I/Q 변복조부에서 입력된 QPSK 해석을 마친 아날로그 신호를 A/D 변환하여 디지털 신호로 변환한 후 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 복조하여 원래의 데이터를 추출하고, 송신시에는 전송을 원하는 데이터를 DSSS 변조한 후 D/A 변환하여 아날로그 신호로 변환한 후 상기 I/Q 변복조부로 전송하는 베이스밴드 처리부와; PC 카드(PCMCIA slot)와의 인터페이스를 통하여 PC로부터 전송 요청된 데이터를 입력받거나, 수신된 데이터를 PC로 보내는 역할과 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 통한 흐름 조절 및 송수신시의 스위칭 역할을 수행하는 미디어 억세스 제어부(MAC);를 포함하여 구성되는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀을 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 반송파 주파수의 범위는 TV 채널 대역의 820 내지 950MHz를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명은 현재 TV 채널 주파수로 820 내지 950㎒의 대역을 사용하고 있는데, 그 대역의 주파수 중에서 비어있는 채널의 주파수를 사용하겠다는 의도로 시작되었다.

도 2는 본 발명이 적용된 건물의 구조를 나타내는 도면이다.

상기 첨부도면 도 2를 참조하면, 본 발명에 따르면 하나의 다세대 주택에 케이블을 통해 동시에 연결이 이루어지게 되며, 각각의 세대만을 보면 도 1에 설명된 구조를 갖게 된다.

이때, 케이블 모뎀은 억세스 포인트(AP)로부터 보내진 신호를 수신하여 900MHz 대역의 신호를 필터링하고 증폭하고, 송신시에는 내부적으로 처리된 낮은 레벨의 신호를 시스템까지 전달할 수 있도록 출력 레벨을 증폭시키는 RF신호 증폭부와; 수신시에는 상기 RF신호 증폭부를 통하여 증폭된 900MHz 대역의 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF)로 변환하며, 송신시에는 내부적으로 처리되어 전송될 데이터가 IF 대역으로 올려지고 다시 900MHz 대역으로 변환하여 900MHz의 반송주파수(carrier frequency)에 전송 내용을 포함시켜 상기 RF신호 증폭부로 제공하는 RF/IF 변환부와; 수신시에는 상기 RF/IF 변환부에서 제공된 신호에서 I(in-phase) 및 Q(quadrature) 컴포넌트를 통과한 신호를 비교하여 수신된 신호가 어떤 값을 의미하는지 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 해석하고, 송신시에는 신호를 각 신호마다 90도의 위상차가 나는 QPSK 방식의 신호로 변환하여 상기 RF/IF 변환부로 전송하는 I/Q 변복조부와; 수신시에는 상기 I/Q 변복조부에서 입력된 QPSK 해석을 마친 아날로그 신호를 A/D 변환하여 디지털 신호로 변환한 후DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 복조하여 원래의 데이터를 추출하고, 송신시에는 전송을 원하는 데이터를 DSSS 변조한 후 D/A 변환하여 아날로그 신호로 변환한 후 상기 I/Q 변복조부로 전송하는 베이스밴드 처리부와; PC 카드(PCMCIA slot)와의 인터페이스를 통하여 PC로부터 전송 요청된 데이터를 입력받거나, 수신된 데이터를 PC로 보내는 역할과 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 통한 흐름 조절 및 송수신시의 스위칭 역할을 수행하는 미디어 억세스 제어부(MAC)를 포함한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

이하의 설명에서는 900MHz 대역을 사용하는 것을 예로 들어 설명하고자 한다.

먼저, 억세스 포인트(Access Point : AP)로부터 전송된 신호는 대기를 통하여 전달되게 되며, 대기 중에서는 신호가 감쇄되어 신호의 레벨이 낮아진다. 이러한 낮은 레벨의 신호는 바로 사용하기 어렵기 때문에 상기 억세스 포인트(AP)로부터 보내진 신호를 수신하여 증폭할 필요가 있다.

상기 RF신호 증폭부에서는 도 3에 도시된 바와 같이 미약한 수신신호를 증폭하여 사용하기 알맞은 신호로 만들어준다. 또한, ISM 밴드(band) 중에서 900MHz대역을 사용하고 있으므로, 900MHz 대역 근처의 신호만이 필요한 신호이다. 따라서 이러한 신호를 가려내는 필터가 존재한다.

또한, 송신시에는 내부적으로 처리된 낮은 레벨의 신호를 시스템까지 전달할 수 있도록 출력 레벨을 올려서 송신해야 한다. 상기 RF신호 증폭부에서는 송신시에이러한 내부적으로 처리된 낮은 레벨의 신호를 증폭하여 안테나를 통하여 송신하도록 증폭하여 준다.

한편, ISM 900MHz의 반송주파수(carrier frequency)에 전송 내용을 싣기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이, IF(Intermediate Frequency : 중간 주파수)라는 중간 단계의 주파수로 변환을 거친 후, 900MHz 대역으로 주파수를 한 단계 올려 전송하게 된다. 이것은 자료의 전송에 사용되는 대역폭은 900MHz 에 비하여 상대적으로 낮기 때문에 한번에 주파수를 높일 경우 증폭기의 이득 특성 및 각종 특성이 좋지 않으므로 약 374MHz의 중간 주파수로 신호를 올린 후 900MHz 대역으로 올리게 된다. 따라서, 수신시에는 안테나와 RF신호 증폭부를 통하여 증폭된 900MHz 대역의 신호가 374MHz대역의 IF로 변환되며, 송신시에는 내부적으로 처리되어 전송될 데이터가 374MHz의 IF대역으로 올려지고 다시 900MHz 대역으로 변환된다.

상기와 같은 변환에 있어서 노이즈(noise)가 유입되게 될 경우 전송 내용에 에러(error)가 존재하게 되므로, 상기 RF/IF 변환부에는 증폭 특성이 좋으며 노이즈에 강한 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)가 존재하게 된다.

상기와 같은 동작에 의해 상기 RF/IF 변환부를 통하여 IF로 전환된 신호는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 변복조 동작하는 상기 I/Q 변복조부를 거쳐 QPSK 신호에 대한 해석을 하게 된다. 수신시에는 I(in-phase) 컴포넌트(component)와 Q(quadrature : I 컴포넌트와 90차이가 남) 컴포넌트(component)를 통과한 신호를 비교하여 수신된 신호가 어떤 값을 의미하는지 해석하게 된다. 해석된 신호는 상기 베이스밴드 처리부(baseband processor)로 전달된다. 송신시에는 상기 베이스밴드 처리부로부터의 신호를 각 신호마다 90 의 위상차가 나는 QPSK 방식의 신호로 변환하여 상기 RF/IF 변환부로 전송한다.

상기 I/Q 변복조부의 동작에 의해 QPSK 해석까지 완료된 IF신호는 아직도 아날로그 신호로서 존재하며, DSSS 해석이 이루어지지 않은 상태이다. 상기 베이스밴드 처리부는 입력된 IF신호를 A/D 컨버터를 통하여 디지털 신호로 바꾸거나 전송시 D/A 컨버터를 통하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하며, 도 6에 도시된 바와 같이 DSSS 변복조를 수행한다. 수신시에는 상기 베이스밴드 처리부로 QPSK 해석을 마친 아날로그 신호가 입력된다. 이 신호를 A/D 변환하여 디지털 신호로 변환한 후 DSSS 복조(demodulation)를 하여 원래의 데이터를 추출한다. 송신시에는 전송을 원하는 데이터를 DSSS 변조(modulation)한 후 D/A 변환하여 상기 I/Q 변복조부로 보낸다.

결국, 본 발명에 의한 케이블 모뎀은 일반 TV 신호와 인터넷(Internet) 및 이더넷(Ethernet) 신호를 RF 신호로 변환한 신호를 RF 혼합(MIX)장치를 통해 두 신호를 혼합(MIX)한 후 그 신호를 각 가입자 단으로 전송한다. 상기 전송된 신호 중 인터넷(Internet) 및 이더넷(Ethernet) 신호가 내포되어 있는 RF 신호만을 검출하여 인터넷(Internet) 및 이더넷(Ethernet) 신호로 변환한다. 기존의 TV 공청용 케이블에 혼합되었던 각각의 신호 중 TV시청을 위한 미디어(Media) 신호는 필터링 없이 TV 시청을 가능케 하며, 데이터(DATA)가 실려 있는 RF 신호는 본 발명의 케이블 모뎀을 거쳐 이더넷(Ethernet) 신호로 디코딩(Decoding)되어 사용자로 하여금 인터넷(Internet) 서비스를 이용할 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 기술적 사상은 무선 브릿지 및 무선 랜카드로도 사용이 가능하므로 사용하고자 하는 서비스 형태에 따라 유/무선을 모든 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀은 부대장치의 설치가 필요 없기 때문에 사용자에게 비용적인 절감의 장점이 있고, ISP 사업자에게도 부대 장치의 설치를 위한 인력이나 비용적인 초기 부담들이 없게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 케이블 모뎀의 속도는 최고 11Mbps를 지원하며, 다중 접속의 안정성을 가지고 있으며, 보안에 관한 문제점들도 해결하였고, 기존의 유선 랜카드(LAN Card)를 그대로 사용하도록 하였으며, 유무선 혼용 서비스를 가능하도록 할 수 있어 사용자 편의를 증대 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 상향 및 하향속도를 동일하게 함으로써 같은 파워(power)에서 더 멀리 전송되도록 하여 전송거리를 4Km이상으로 지원할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 모뎀의 디지털부로부터 보내진 신호를 수신하여 TV 채널 대역의 신호를 필터링하고 증폭하고, 송신시에는 내부적으로 처리된 낮은 레벨의 신호를 시스템까지 전달할 수 있도록 출력 레벨을 증폭시키는 RF신호 증폭부와;

   수신시에는 상기 RF신호 증폭부를 통하여 증폭된 TV 채널 대역의 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF)로 변환하며, 송신시에는 내부적으로 처리되어 전송될 데이터가 IF 대역으로 올려지고 다시 TV 채널 대역으로 변환하여 반송주파수(carrier frequency)에 전송 내용을 포함시켜 상기 RF신호 증폭부로 제공하는 RF/IF 변환부와;

   수신시에는 상기 RF/IF 변환부에서 제공된 신호에서 I(in-phase) 및 Q(quadrature) 컴포넌트를 통과한 신호를 비교하여 수신된 신호가 어떤 값을 의미하는지 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 해석하고, 송신시에는 신호를 각 신호마다 90도의 위상차가 나는 QPSK 방식의 신호로 변환하여 상기 RF/IF 변환부로 전송하는 I/Q 변복조부와;

   수신시에는 상기 I/Q 변복조부에서 입력된 QPSK 해석을 마친 아날로그 신호를 A/D 변환하여 디지털 신호로 변환한 후 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 복조하여 원래의 데이터를 추출하고, 송신시에는 전송을 원하는 데이터를 DSSS 변조한 후 D/A 변환하여 아날로그 신호로 변환한 후 상기 I/Q 변복조부로 전송하는 베이스밴드 처리부와;

   PC 카드(PCMCIA slot)와의 인터페이스를 통하여 PC로부터 전송 요청된 데이터를 입력받거나, 수신된 데이터를 PC로 보내는 역할과 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 통한 흐름 조절 및 송수신시의 스위칭 역할을 수행하는 미디어 억세스 제어부(MAC);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀.
2. 제 1 항에 있어서,

   반송파 주파수의 범위는 TV 채널 대역의 820 내지 950MHz를 사용하는 것을 특징으로 하는 텔레비전 라인을 통한 디지털 케이블 모뎀.