KR100957022B1 - 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법 - Google Patents

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Abstract

이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템은, 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환하는 마스터 유닛; 및 상기 마스터 유닛으로부터 수신한 디지털 신호를 D/A 변환하여 상기 광 신호 또는 RF 신호로 단말기에 공급하며, 상기 단말기로부터 무선으로 수신된 신호를 A/D 변환하여 상기 마스터 유닛에 전송하는 원격 종단 유닛을 포함한다. 여기서, 상기 마스터 유닛은 상기 원격 종단 유닛의 이더넷 케이블에 전원과 신호를 동시에 실어 전송하는 것이 바람직하다.
이더넷, 기가비트, 중계, A/D 변환, UTP 케이블

Description

이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법{Relay system using Ethernet telecommunication and method thereof}
본 발명은 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회로 구성을 간단히 하며, 설치 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 안정성을 향상시킬 수 있는 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법에 관한 것이다.
이동 통신망에서는 통신 량이 많은 지역이나, 기지국의 전파가 도달하기 어렵거나 지형 지물로 인한 전파 차단지역 등과 같은 전파 음영지역의 서비스 질을 향상시키기 위하여, 이더넷(Ethernet) 통신을 이용한 중계 시스템을 설치하여 사용한다.
이더넷은 가장 대표적인 버스 구조 방식의 근거리 통신망(LAN: Local Area Network)이다. LAN은 컴퓨터 제조 회사가 각각 독자적으로 개발하고 있으며, 이더넷은 국제 표준화를 추진하고 있는 미국 전기 전자 기술자 협회(IEEE)에 의해 표준 방식의 하나로서 채용되고 있다.
이더넷은 데이터 전송을 위해 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 사용한다. 이것은 데이터를 보내려는 단말기가 먼저 통신망이 사용 중인지 아닌지 검사한 후에 비어 있을 때 데이터를 보낸다. 통신망이 사용 중이면 일정 시간을 기다린 후 다시 검사한다. 통신망이 사용 중인지는 전기적인 신호로 확인할 수 있다. 만약 두 대의 단말기가 동시에 검사하여 통신망이 사용 중이지 않다는 것을 확인하고 동시에 데이터를 전송하게 되면 충돌이 발생한다. 이런 경우를 대비해서 데이터를 전송한 단말기는 자신의 데이터가 손상되지 않았는지를 확인하여 손상이 있으면 다시 전송하게 된다. 이때 두 단말기의 재전송이 동일한 시간 후에 일어나면 다시 충돌이 발생하므로 재전송 시간은 일정한 방법에 의하여 변경된다.
오늘날 LAN의 대역폭 요구가 증가함에 따라 네트워크 업체들은 기가비트 이더넷 연맹(Gigabit Ethernet Alliance)을 결성하여 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)가 이더넷 표준을 기가비트 속도로 확장하는데 기여하고 있다. 기가비트 이더넷이라고 불리는 새로운 표준은 1000Mbps의 대용량 대역폭을 제공하며, 기존의 10/100 이더넷 표준과 완벽하게 호환되고, 패스트 이더넷(Fast Ethernet)에 비해 비용은 겨우 2~3배 비싼데 비해 성능은 10배 이상 뛰어나다.
도 1은 일반적인 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템을 나타낸 것으로서, 인 빌딩 중계 시스템의 예를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 인 빌딩 중계 시스템은 마스터 유닛(10)과 원격 종단 유닛(30)이 서로 유선으로 연결된다. 마 스터 유닛(10)은 광 중계기(2), 기지국 또는 RF(Radio Frequency) 중계기(4)로부터 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환하는 EMHU(Extended Master Hub Unit)으로 이루어지며, 기가비트 이더넷 통신의 경우 최대 도달 가능한 거리가 100m 이하이므로 중간에 디지털 신호를 증폭해 주는 EHU(Extended Hub Unit)(20)을 포함할 수도 있다.
또한, 원격 종단 유닛(30)은 EMHU(10) 또는 EHU(20)로부터 수신한 디지털 신호를 D/A 변환하여 광 신호 또는 RF 신호로 단말기(도시하지 않음)에 공급하며, 단말기로부터 수신된 신호를 A/D 변환하여 EMHU(10) 또는 EHU(20)로 전송하는 ERU(Extended Remote Unit) 또는 RU(Remote Unit)으로 이루어진다.
상기와 같은 일반적인 방식의 ERU 또는 RU는 전원 공급을 위하여, 도 2에 도시한 바와 같이 데이터 전송을 위한 케이블 외에 전원 급전을 위한 별도의 장치가 필요하다. 만일, 전원 공급이 어려운 환경이라면 ERU 또는 RU는 전원 공급이 가능한 장소에 설치한 후 급전선을 다시 설치하여야만 한다. 이 경우, 별도의 급전선과 고전압의 전원 설치에 따른 비용이 발생하게 되며, 설치 기간도 지연되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 회로 구성을 간단히 하며, 설치 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 안정성을 향상시킬 수 있는 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템은, 기가비트 이더넷(Gigabit Ethernet) 통신을 이용한 중계 시스템에 있어서, 광 신호 또는 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하여 A/D 변환하는 마스터 유닛; 및 상기 마스터 유닛으로부터 수신한 디지털 신호를 D/A 변환하여 상기 광 신호 또는 RF 신호로 단말기에 공급하며, 상기 단말기로부터 무선으로 수신된 신호를 A/D 변환하여 상기 마스터 유닛에 전송하는 원격 종단 유닛을 포함한다. 이때, 상기 마스터 유닛은 상기 원격 종단 유닛의 이더넷 케이블에 전원과 신호를 동시에 실어 전송하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기의 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템은, 마스터 유닛이 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환하는 단계; 상기 마스터 유닛이 DC 전원을 상기 A/D 변환된 디지털 신호와 혼합하여 이더넷 케이블을 통해 원격 종단 유닛으로 전송하는 단계; 및 상기 원격 종단 유닛이 상기 이더넷 케이블을 통해 수신된 신호를 디지털 신호와 DC 전원으로 분리하는 단계를 포함하는 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 원격 종단 유닛은 별도의 전원이 필요하지 않기 때문에 회로 구성이 간단해지며, 급전선 및 고전압 전원의 설치 비용이 절감되고, 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 원격 종단 유닛에 대한 전원 공급의 가능 여부에 관계없이 원격 종단 유닛을 설치할 수 있기 때문에, 장비 설치가 용이해지며, 설치 장소의 이동이 용이하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템 및 그 중계 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 실시 예를 나타낸 것으로서 2쌍 구조를 나타내며, 도 4는 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 다른 실시 예를 나타낸 것으로서 4쌍 구조를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 마스터 유닛(10)은 도 1의 일반적인 중계 시스템과 마찬가지로 광 중계기(2), 기지국 또는 RF(Radio Frequency) 중계기(4)로부터 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환하는 EMHU으로 이루어진다. 이때, 기가비트 이더넷 통신의 경우 최대 도달 가능한 거리가 100m 이하이므로, 마스터 유닛(10)은 중간에서 디지털 신호를 증폭해 주기 위한 중계 유닛(EHU: Extended Hub Unit)(20)을 더 포함할 수도 있다. 즉, 마스터 유닛(10)과 원격 종단 유닛(RU 또는 ERU)(30) 사이 의 거리가 100m 이상인 경우, 마스터 유닛(10)은 중계 유닛(20)을 포함하도록 구현되며 중계 유닛(20)에 의하여 감쇠된 디지털 신호를 증폭시킨다.
또한, 원격 종단 유닛(30)은 EMHU(10) 또는 EHU(20)로부터 수신한 디지털 신호를 D/A 변환하여 광 신호 또는 RF 신호로 단말기(도시하지 않음)에 공급하며, 단말기로부터 수신된 신호를 A/D 변환하여 EMHU(10) 또는 EHU(20)로 전송하는 ERU 또는 RU으로 이루어진다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 마스터 유닛(10)은 DC 전원을 발생하는 PSE(Power Sourcing Equipment)(12), 및 PSE(12)에서 발생된 DC 전원과 A/D 변환된 디지털 신호를 센터 탭을 이용하여 혼합하는 마스터 변압기(14)를 포함한다. 여기서, 마스터 유닛(10)은 A/D 변환된 디지털 신호를 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 변조하여 DC 전원과 혼합하도록 구현될 수도 있다.
또한, 마스터 유닛(10)은 마스터 변압기(14)에 의해 혼합된 신호를 이더넷 케이블(16)에 동시에 실어 원격 종단 유닛(30)으로 전송한다. 이때, 이더넷 케이블(16)은 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블로 구현되는 것이 바람직하다. UTP 케이블은 2개의 구리 선을 꼬아서 만든 여러 개의 쌍 케이블의 외부를, 플라스틱으로 감싸 전류가 통하지 않게 만든 선으로서, 전화선이나 LAN에서 주로 사용된다. UTP 케이블은 100Mbit 랜카드에 사용되는 표준 신호선으로, 외관은 전화선과 비슷한 RJ45 규격의 커넥터와 케이블로 이루어져 있다. 내부의 선은 8가닥의 신호선으로 이루어져 있는데, 케이블 외피를 벗기고 안을 들여다보면 두 가닥씩 꼬인 4쌍의 선이 보인다. 8가닥의 선 색깔이 모두 다르며, 이 색깔에 따라 핀 번호가 규격으로 정해져 있다. 도 3은 UTP 케이블의 신호선 중 4가닥을 사용하는 경우를 나타내며, 도 4는 8가닥을 모두 사용하는 경우를 나타낸다. 도 3에서 사용하지 않는 나머지 4개의 케이블은 모두 접지에 사용된다.
원격 종단 유닛(30)은 마스터 유닛(10)으로부터 수신한 신호를 센터 탭을 이용하여 DC 전원과 디지털 신호로 분리하는 종단 변압기(32)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 방법을 나타낸 흐름도이다. 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 동작을 상세하게 설명한다.
마스터 유닛(10)은 광 중계기(2), 기지국 또는 RF 중계기(4)로부터 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환한다(S101). 이때, A/D 변환된 디지털 신호의 예는 도 6에 도시한 바와 같이 0과 1의 조합으로 이루어져 있다.
마스터 유닛(10)은 A/D 변환된 디지털 신호를 PAM 변조할 수 있다(S103). 최대 주파수가 A(Hz)인 정보 신호를 전송하고자 할 때 표본화 정리에 의하면 최소 1/2 A(초) 간격으로 뽑아낸 신호를 순시값으로 그 신호가 갖는 정보를 완전히 전송할 수 있다. 이때, 표본화에 의한 표본치에 비례하는 크기로 펄스 열의 파라미터를 변화시킬 수 있는데, PAM 변조는 펄스 열의 파라미터 중 진폭을 변화시키는 변조 형태를 말한다. PAM 변조는 표본화한 값을 신호의 진폭에 따라 비례하는 펄스로 바 꾸어 전송하는 형태로, 각 표본 펄스의 높이가 원 신호의 진폭과 같다. PAM 변조 방식은 잡음이 혼입될 때 그 잡음이 그대로 복조 출력으로 나타나므로 S/N비가 떨어진다. PAM 변조된 신호의 예는 도 7에 도시한 바와 같다.
여기서, 일반적인 구리 선으로는 기가비트가 불가능하기 때문에, 마스터 유닛(10)은 디지털 신호를 5단계로 나누어 전송하는 것이 바람직하다. 이때, UTP 케이블은 4쌍으로 구성되므로, 한 쌍당 250Mbps를 전송할 수 있으며, 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 5단계로 나누면 2.5배의 데이터를 전송하는 것이 가능하다. 따라서 한 쌍당 100MHz의 대역폭을 가지면 된다.
마스터 유닛(10)의 마스터 변압기(14)는 센터 탭을 이용하여 PAM 변조된 신호와, PSE(12)에서 발생된 DC 전원을 서로 혼합한다(S105). 예를 들어, PSE(12)에서 발생된 DC 전원이 48V라고 하면, 도 7과 같이 PAM 변조된 신호는 도 8에 도시한 바와 같이 DC 전원의 값만큼 오프셋(offset)되는 효과를 갖는다.
마스터 유닛(10)은 상기와 같이 혼합된 신호를 RJ-45 커넥터를 거쳐 이더넷 케이블(16)을 통해 원격 종단 유닛(30)으로 전송한다(S107). 이때, 이더넷 케이블(16)은 UTP 케이블로 구현되며, UTP 케이블의 8가닥 중 4가닥을 이용하거나 8가닥 모두를 이용할 수 있다. 만일, 마스터 유닛(10)과 원격 종단 유닛(30) 사이의 거리가 100m 이상인 경우, 마스터 유닛(10)은 중계 유닛(20)을 포함하도록 구현되며 중계 유닛(20)에 의해 감쇠된 디지털 신호를 증폭시키도록 구현될 수 있다.
원격 종단 유닛(30)은 종단 변압기(32)의 탭을 이용하여 이더넷 케이블을 통해 수신한 신호를 디지털 신호와 DC 전원으로 분리한다(S109). 원격 종단 유닛(30) 은 분리된 DC 전원을 급전 전원으로 이용하여 디지털 신호를 단말기에 무선으로 송신한다. 이와 같은 처리를 위해 분리된 DC 전원 및 디지털 신호는 컨버터, PD(Protective Device) 등을 거치도록 구현될 수 있다.
즉, 마스터 유닛(10)에 의해 도 8과 같이 디지털 신호와 DC 전원이 혼합된 신호는, 원격 종단 유닛(30)에 의해 원래의 DC 전원과 디지털 신호로 분리되며, 분리된 디지털 신호가 단말기로 무선으로 전송된다. 이때, 분리된 DC 전원은 원격 종단 유닛(30)을 구동하는 에너지원으로 이용된다.
이로써, 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템은 데이터 및 전원을 하나의 케이블로 전송할 수 있게 함으로써, 원격 종단 유닛에 전원 공급을 위한 별도의 급전선 설치를 설치할 필요가 없게 되며, 따라서 회로 구성이 간단해지며, 급전선 및 고전압 전원의 설치 비용이 절감되고, 안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 일반적인 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템을 나타낸 것으로서, 인 빌딩 중계 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 마스터 유닛과 원격 종단 유닛의 일반적인 유선 연결 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템의 다른 실시 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 기가비트 이더넷 통신을 이용한 중계 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 마스터 유닛에 의해 A/D 변환된 디지털 신호의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 마스터 유닛에 의해 PAM 변조된 신호의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 마스터 유닛에 의해 DC 전원과 PAM 변조된 신호가 혼합된 예를 나타낸 도면이다.

Claims (9)

  1. 이더넷(Ethernet) 통신을 이용한 중계 시스템에 있어서,
    DC 전원을 발생하는 PSE(Power Sourcing Equipment); 및 상기 PSE에서 발생된 DC 전원과 광 신호 또는 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하여 A/D 변환한 디지털 신호를 센터 탭을 이용하여 혼합하는 마스터 변압기를 포함하는 마스터 유닛; 및
    상기 마스터 유닛으로부터 수신한 디지털 신호를 D/A 변환하여 상기 광 신호 또는 RF 신호로 단말기에 공급하며, 상기 단말기로부터 무선으로 수신된 신호를 A/D 변환하여 상기 마스터 유닛에 전송하는 원격 종단 유닛을 포함하며,
    상기 마스터 유닛은 상기 마스터 변압기에 의해 혼합된 신호를 상기 원격 종단 유닛의 이더넷 케이블에 실어 전송하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터 유닛과 상기 원격 종단 유닛 사이에 감쇄된 디지털 신호를 증폭하기 위한 중계 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 원격 종단 유닛은,
    상기 마스터 유닛으로부터 수신된 신호를 센터 탭을 이용하여 DC 전원과 디지털 신호로 분리하는 종단 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 마스터 유닛은,
    A/D 변환된 상기 디지털 신호를 PAM(Pulse Amplitude Modulation: 펄스 진폭 변조) 변조하여 상기 DC 전원과 혼합하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 시스템.
  6. 이더넷 통신을 이용한 중계 방법에 있어서,
    마스터 유닛이 광 신호 또는 RF 신호를 수신하여 A/D 변환하는 단계;
    상기 마스터 유닛이 A/D 변환된 상기 디지털 신호를 PAM 변조하는 단계;
    상기 마스터 유닛이 상기 PAM 변조된 디지털 신호를 DC 전원과 혼합하여 이더넷 케이블을 통해 원격 종단 유닛으로 전송하는 단계; 및
    상기 원격 종단 유닛이 상기 이더넷 케이블을 통해 수신된 신호를 디지털 신호와 DC 전원으로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 이더넷 케이블은 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블인 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 이더넷 케이블은 8가닥의 신호 선 또는 4가닥의 신호 선을 사용하는 것을 특징으로 하는 이더넷 통신을 이용한 중계 방법.
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