KR100669829B1 - 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템은 전력선에 연결되어 있는 부하기기의 전압신호 및 전류신호를 계측하는 전력선 계측부;상기 부하기기의 전압신호 및 전류신호로부터 상기 전력선의 채널 상태를 진단하는 전력선 진단부; 부하 변동 채널별로 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜의 정보가 저장되어 있는 룩업 테이블; 상기 전력선 진단부에서 입력된 전력선의 채널 상태에 따라 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜을 상기 룩업 테이블에서 선정하는 통신방식 선정부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

전력선 통신, 변·복조 방식, 프로토콜

Description

부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템{power line communication system for pursuing variable channel environment according to variance of load}

도 1은 종래의 전력선 통신 시스템을 나타내는 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 채널상황에 따라 최적의 변,복조 방식을 적응적으로 가변시켜 처리하는 전력선 통신 시스템.

도3은 본 발명에 따른 전력선 통신 시스템에서 최적의 변, 복조방식 선정 알고리즘 과정을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

210: 부하기기 220: 전력선 계측부

230: 전력선 진단부 240: 룩업 테이블

250: 통신방식 선정부 260: 변복조부

270: 프로토콜부 310: 신호처리 및 부하군 예측부

330: 결정 알고리즘부

본 발명은 전력선 통신시스템에 관한 것으로, 특히 복수개 이상의 통신방식을 하나의 하드웨어에 채용하여, 부하변동 특성으로 인해 가변하는 전력선채널환경에서 최적의 성능을 나타내는 변, 복조방식을 룩업테이블(Look up table)로 구성한 후, 다양한 전력선 채널환경에 따라 결정알고리즘(Decision Making)을 적용시킴으로써 항상 적응적으로 전력선 채널환경에 적합한 최적의 변, 복조방식만을 선택하여 전송할 수 있는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템에 관한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템은 부하변동 특성에 의해 수시로 가변하는 전력선채널환경에 대하여 다기능, 고신뢰성, 고속의 데이터전송 및 타 통신방식과의 호환성 유지가 가능토록 해주는 부하변동 적응형 전력선 통신 기술에 관한 것이다.

종래의 전력선 통신 방법들은 가령 통신 운용상의 목적으로 고용량 데이터 통신, 실시간 자료전송, 제어 목적 등으로 구분되어 다방면으로 개발, 적용되고 있다. 현재 적용되고 있는 전력선 모뎀의 하드웨어 역시 이러한 목적에 맞도록 설계되어 고속 데이터전송을 위한 전송방식(OFDM, Multi-Carrier등), 신뢰성 높은 통신성능 유지를 위하여 노이즈에 강한 통신 방식(Spread Spectrum, Chirp 등) 등 각각의 적용분야에 맞추어 한가지의 단일한 변, 복조방식으로 전력선 모뎀을 설계하여 사용하고 있다.

도 1은 종래의 전력선 통신 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 전력선 통신 시스템의 송신부는 데이터 발생부(100), 데이터 변조부(110), 디지털/아날로그 변환부(120), 커플러(130)로 구성되는데, 상기 데이터 송신부에서 발생된 신호는 부하기기류(140)의 동작 및 변동으로 가변되는 전력선 채널(150)로 송출된다. 그리고, 상기 수신부는 커플러(130), 아날로그/디지털 변환부(160), 데이터 복조부(170), 데이터 수신부(180)를 통해 전력선 채널에서 송출되어온 신호를 수신한다.

그런데, 부하기기류(140)의 동작 및 변동으로 가변되어진 전력선 채널(150)에서는 종래에는 단일화된 데이터 변조부(110) 및 데이터 복조부(170)를 사용하므로 데이터 신뢰도 및 통신성능에 있어 바람직하지 않다.

또한, 이러한 종래의 전력선 통신기술은 선로 자체가 본래 전용통신 선로가 아닌 전력수송 및 공급용으로 개발되었기 때문에 전력선에 인가된 부하 및 선로 임피던스가 수시로 급변하여 전송채널 환경이 크게 열악하다는 특성을 가진다.

따라서 시변하는 전력선 채널 환경에 항상 능동적으로 대응할 수 있는 새로운 전송기술의 도출이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명은 부하변동특성에 의해 수시로 변하는 전력선 채널환경에 항상 적응성을 갖게 하기 위하여 복수 개의 변, 복조 방식 및 프로토콜과 같은 용용계층(Application Layer)을 하나의 시스템에 채용시킨 후에 전력선 통신시의 전력선 채널환경을 수시로 감시, 진단한 후, 결정 알고리즘을 통해 전력선 채널환경에 적합한 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜을 적응적으로 적용시키는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템은 전력선에 연결되어 있는 부하기기의 전압신호 및 전류신호를 계측하는 전력선 계측부;상기 부하기기의 전압신호 및 전류신호로부터 상기 전력선의 채널 상태를 진단하는 전력선 진단부; 부하 변동 채널별로 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜의 정보가 저장되어 있는 룩업 테이블; 상기 전력선 진단부에서 입력된 전력선의 채널 상태에 따라 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜을 상기 룩업 테이블에서 선정하는 통신방식 선정부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 전력선 진단부는 신호처리된 상기 부하기기의 전압신호 및 전류신호로부터 상기 전력선 채널의 상태 및 잡음의 종류를 예측하는 부하군 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 통신방식 선정부는 상기 전력선 진단부가 예측한 채널의 상태 및 잡음의 특성에 적합한 변, 복조 방식 및 프로토콜을 상기 룩업 테이블에서 선택하기 위한 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템은 상기 통신방식 선정부가 선택한 최적의 변, 복조방식을을 상기 전력선에 전송하는 변, 복조방식 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력선 진단부는 상기 부하기기들의 사용이 집중되는 시간대에는 원활 한 통신을 위해 하나의 부하기기가 전력선 통신 채널을 선점하도록 하거나 이미 통신을 수행하는 장치와의 충돌을 해소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 통신방식 선정부는 통신 목적에 따라 고속의 데이터를 요구하는 동영상 및 데이터 처리에 있어서는 데이터의 전송속도가 빠른 변,복조 방식을 선정하여 전송하고, 단순한 통신 제어를 위해서는 채널특성에 강인한 변,복조 방식을 선정하여 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 통신방식 선정부는 상기 부하기기 간의 연동 혹은 확장을 요구할 경우에는 USB 인터페이스를 선정하고, 상호 기기 간의 통신목적이 동영상 및 고속의 데이터 전송을 요구할 경우에는 IEEE 1394 인터페이스로 변환시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 복수개의 변, 복조 방식을 사용하여 상기 채널상황에 따라 최적의 변,복조 방식을 적응적으로 가변시켜 처리하는 전력선 통신 시스템을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 전력선 통신 시스템은 전력선 계측부(220), 전력선 진단부(230), 룩업 테이블(240), 통신방식 선정부(250), 변복조부(260), 프로토콜부(270)로 구성된다.

본 실시 예에서는 홈 네트워크 기기 또는 통신하는 단말 장치기기 (RTD ; Remote Terminal Device)(200)들이 상호 유연하게 통신을 하기 위해서, 우선 전력선의 채널상황 및 전력선에 연계되어 있는 부하기기(210)의 변동 또는 동작 등을 고려하여 전력선 계측부(220)를 통해 전압신호와 전류신호를 계측한다.

여기서, 상기 전력선 계측부(220)로는 변압기(PT ; potential transformer), 변류기(CT ; current transformer)로 구성된 측정 장치가 있으며, 전압신호와 전류신호를 수집하기 위해서는 별도의 수집 장치가 이용된다.

이러한 측정 신호들을 입력받아 상기 전력선 진단부(230)는 전압, 전류신호의 최대치(진폭), 위상각, 주파수 상태, 잡음상태 등을 진단하여, 그 결과를 토대로 상기 전력선의 채널상태를 파악한다.

이 때 상기 통신방식 선정부(250)는 미리 구성된 부하변동 채널별로 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜에 대한 정보가 저장되어 있는 룩업 테이블(240)를 통해 상기 전력선 진단부(230)로부터 입력된 채널상태를 비교, 검토한 후, 수시로 가변하는 전력선 채널상태에서 가장 효율이 좋은 변, 복조 방식 및 프로토콜만을 선택하게 된다.

다음, 선정된 최적의 통신방식은 상기 변복조부(260), 프로토콜부(270)에 입력되어 홈 네트워크 기기(200) 또는 통신하는 단말 장치기기 (RTD ; Remote Terminal Device)들이 상호 유연하게 통신을 할 수 있게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전력선통신 시스템의 운용방법의 예를 들면 다음과 같다.

예를 들어, 전력선 통신선로에 연계된 부하(210) 중에서 전동기부하(motor)와 전원장치부하(SMPS ; Switching Mode Power Supply)의 두 종류의 부하(210)가 존재할 경우, 상기 SMPS 환경에서는 시스템 A의 통신방식(예 : DSSS 방식(M-ary SS, CCK))이 우수한 통신성능(예 : 비트오율특성(BER ; Bit Error Rate))을 나타내며, 전동기부하(motor)환경에서는 시스템 B의 통신성능(예 : OFDM 방식)이 우수한 경우를 가정할 수 있다.

만약 각각의 환경에서 단일화된 변조방식 기반의 통신방식을 운용할 경우에는 다양한 부하 변동 특성에 의해 전력선 채널이 가변되거나 통신환경에 영향을 주는 요소들로 인해 통신성능이 크게 열화 될 수 있다.

하지만 본 발명의 전력선 시스템의 운용방법에서는, SMPS 환경에서는 시스템 A의 통신방식을 유지하다가 전력선 채널의 상태가 전동기 부하(motor) 환경으로 변화할 때에는 상기 전력선 진단부(230)가 이러한 채널변화를 감지한 후 상기 통신방식 선정부(250)에 통보하여 시스템 B의 통신방식으로 변환함으로써 가변하는 전력선 채널환경에서 항상 최적의 성능을 갖는 변,복조방식만을 취할 수 있어 통신성능을 크게 향상 시킬 수 있다.

즉, 부하 변동 특성으로 인해 채널의 변화가 심한 전력선 채널환경에서 데이터의 송, 수신을 수행하던 중 통신성능이 저하 되었다면, 상기 통신방식 선정부(250)가 그 요인으로 여러 가지 전력선 채널 환경에 변화를 주는 요인을 추론하여 각각의 요인에 어느 정도의 확률적인 값을 대입하여 최적의 통신방식을 유추할 수 있게 된다.

만약 그 특성을 규정짓거나 확률적 계산 혹은 통계수치로 나타내기 어려운 상황일 경우에는 상기 전력선 진단부(230)가 관련 정보 즉, 부하변동 잡음특성, BER 분석, 전송용량산출 등을 수집하여 각각의 상황에 최적의 통신효율을 실현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예는, 여러 가지 다양한 장치들이 전력선로에 연계되었다는 가상의 설정을 기초로 하여, 제어, 감시, 경보, 대용량 데이터 전송, 등시성을 고려한 프로토콜을 검토하여 전력선 통신에 적합한 프로토콜을 선정하는 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 홈 네트워크라는 특수한 환경에서 다양한 장치들과 특성을 갖는 기기들의 상호간 연동 혹은 확장을 요구할 경우에는 프로토콜 A(예 : USB 인터페이스)를 선정하여 다양한 장치간의 호환성 및 확장에 유연하게 대처할 수 있게 하며, 상호 장치간의 통신목적이 동영상 및 고속의 데이터 전송을 요구할 경우에는 이에 맞는 프로토콜 B(예 : IEEE 1394 인터페이스)를 선정하게 된다.

이는 다양한 홈 네트워크의 통신목적에 부합하기 위해서 복수개의 프로토콜을 구성하여 가장 활용도가 높은 통신 프로토콜을 적용함으로써 전력선 통신에서의 효율적인 통신성능을 유지하는 것을 특징으로 한다.

도3은 본 발명에 따른 전력선 통신 시스템에서 최적의 변, 복조방식 선정 알고리즘 과정을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 우선 전력선에 연계되어 있는 부하기기류의 동작 및 변동(300)으로 인한 전력선 채널 변화를 변압기와 변류기를 통해 전압신호 및 전류신호 로 분류한다.

그리고, 분류된 전압신호 및 전류신호는 소정의 신호처리 과정을 거친 후, 전력선 진단부(230) 내의 부하군 예측부(310)를 통해 전력선 채널의 상태 및 잡음에 대한 종류를 예측하게 된다.

다음, 예측된 채널의 상태 및 잡음의 특성은 룩업테이블 또는 채널참조DB(320)를 통해 이미 누적된 부하 변동별로 최적의 변, 복조 방식 정보들과 비교, 검토된다.

이 후, 통신방식 선정부(250) 내의 결정알고리즘부(330)에 의해 전력선 채널의 상태 및 잡음의 특성에 적합한 변, 복조 방식(340)을 선택하게 된다.

그러면, 최종적으로 선택되어진 변, 복조 방식을 변, 복조 방식 전송부(350)를 통해 전력선 채널에 송출하게 되며, 이러한 일련의 과정들을 반복하여 가변하는 부하변동 채널상황에 대해 항상 우수한 통신성능을 유지할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

본 발명에 따른 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템은 부하변동 특성으로 인해 채널의 변화가 심한 전력선통신 환경에서, 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜을 적응적으로 적용함으로써 가변하는 전력선 채널 상황에 능 동적으로 대처할 수 있다.

또한, 기본적인 하드웨어가 고정된 상황에서 복수 개 이상의 통신변조 방식 및 프로토콜을 채널상황에 맞도록 선택하여 구현할 수 있으므로, 전력선에 연계되어 통신하는 단말 장치들(RTD : Remote Terminal Device) 간의 우수한 통신성능을 유지하며, 나아가서 서로 다른 장치간의 통신(호환성 : Compatibility)을 가능케 하는 효과가 있다.

따라서, 표준화가 진행되고 있는 전력선 통신 상에서 하드웨어에 복수 개의 통신방식을 구현하여 경제적, 효율적으로 전력선통신을 구현할 수 있고, 전력선을 이용한 원격검침 또는 진보된 홈 네트워크 기술개발에 적용되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 부하 변동에 의해 수시로 가변하는 전력선 채널 상태에서,

   전력선에 연결되어 있는 부하기기의 전압신호 및 전류신호를 계측하는 전력선 계측부;

   상기 부하기기의 전압신호 및 전류신호로부터 상기 전력선의 채널 상태를 진단하는 전력선 진단부;

   부하 변동 채널별로 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜의 정보가 저장되어 있는 룩업 테이블;

   상기 전력선 진단부에서 입력된 전력선의 채널 상태에 따라 최적의 변, 복조 방식 및 프로토콜을 상기 룩업 테이블에서 선정하는 통신방식 선정부를 포함하고,

   상기 전력선 진단부는 신호처리된 상기 부하기기의 전압신호 및 전류신호로부터 상기 전력선 채널의 상태 및 잡음의 종류를 예측하는 부하군 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 통신방식 선정부는 상기 전력선 진단부가 예측한 채널의 상태 및 잡음 의 특성에 적합한 변, 복조 방식 및 프로토콜을 상기 룩업 테이블에서 선택하기 위한 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 통신방식 선정부가 선택한 최적의 변, 복조방식을을 상기 전력선에 전송하는 변, 복조방식 전송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전력선 진단부는 상기 부하기기들의 사용이 집중되는 시간대에는 원활한 통신을 위해 하나의 부하기기가 전력선 통신 채널을 선점하도록 하거나 이미 통신을 수행하는 장치와의 충돌을 해소시키는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 통신방식 선정부는 통신 목적에 따라 고속의 데이터를 요구하는 동영상 및 데이터 처리에 있어서는 데이터의 전송속도가 빠른 변,복조 방식을 선정하여 전송하고, 단순한 통신 제어를 위해서는 채널특성에 강인한 변,복조 방식을 선정하여 전송하는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시 스템.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 통신방식 선정부는 상기 부하기기 간의 연동 혹은 확장을 요구할 경우에는 USB 인터페이스를 선정하고, 상호 기기 간의 통신목적이 동영상 및 고속의 데이터 전송을 요구할 경우에는 IEEE 1394 인터페이스로 변환시키는 것을 특징으로 하는 부하변동에 의한 가변채널환경 추적형 전력선통신 시스템.

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