KR101532466B1 - 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호의 판정 장치 - Google Patents

전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호의 판정 장치 Download PDF

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Abstract

전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 장치(100, 200, 300)를 제공한다. 장치(100, 200, 300)는 제1 단자(110), 제2 단자(112) 및 제3 단자(114)에 각각 접속되는 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 단자(110, 112, 114)는 전력선 통신 네트워크의 위상선(P), 중성선(N) 및 보호 접지선(PE)에 각각 접속되도록 구성된다. 장치(100, 200, 300)는 제1 선, 제2 선 및 제3 선(102, 104, 106)으로부터 공통 모드 신호를 커플링 아웃하도록 구성된 공통 모드 초크(120)를 더 포함하고, 공통 모드 초크(120)는 전력선 통신 네트워크의 임피던스보다 높은 종단 임피던스(122)에 접속된다.

Description

전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호의 판정 장치{DEVICE FOR DETERMINING A COMMON-MODE SIGNAL IN A POWER LINE COMMUNICATION NETWORK}
본 발명의 일 실시예는 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 장치에 관한 것이다.
메인즈(mains) 통신, 전력선 송신 또는 전력선 원격 통신(PLT), 광대역 전력선(BPL), 전력 대역 또는 전력선 네트워킹(PLN)이라고도 칭하는 전력선 통신(PLC)은, 데이터의 동시 배포를 위한 배전용 배선을 이용하는 여러 개의 서로 다른 시스템들을 기술하는 용어이다. 반송파는 표준 50 또는 60Hz 교류(AC)의 아날로그 신호를 중첩함으로써 음성과 데이터를 통신할 수 있다. 실내 용도로는, PLC 장비가 가정용 전력 배선을 송신 매체로서 이용할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 추가적인 배선을 설치하지 않고 조명과 기기의 원격 제어를 위해 홈 오토메이션에서 사용되거나 홈 네트워킹을 위해 사용되는 기술이다.
표준 PLC 시스템에서는, 차동 모드(DM)에서 신호를 송수신한다. 차동 모드 시그널링은 쌍으로 된 배선들을 통해 정보를 송신하는 방법이다. DM 시그널링에서는, 한 배선이 신호를 반송하고 다른 한 배선이 그 신호의 반전 신호를 반송하여, 그 두 개의 배선 상에서의 그라운드에 대한 전압들의 합이 항상 제로로 된다고 추정된다. 따라서, PLC 모뎀은 통신을 위해 가정의 전력선 네트워크의 아웃렛의 중성선과 위상선 사이에 DM 신호를 투입한다. 다른 PLC 모뎀은 이러한 DM 신호를 다른 아웃렛에서 수신할 수 있고 수신측 PLC 모뎀에 연관된 기기를 제어하도록 그 DM 신호를 이용할 수 있다.
옥내 전력선 그리드(in-house power line grid)에서는, 위상선과 중성선 사이에, 예를 들어, 개방형 광 스위치, 전류 바 및 퓨즈 캐비넷, 브랜치 등과 같은 비대칭 요소들이 존재한다. 이러한 비대칭 요소들에서는, PLC 모뎀에 의해 투입되는 DM 신호가 공통 모드(CM) 신호로 변환된다. 다중 입력 다중 출력(MIMO) PLC 모뎀은, PLC 시스템의 커버리지를 향상시키기 위해, 서로 다른 채널들, 특히, 공통 모드 신호들을 이용할 수 있다.
따라서, 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 개선된 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은, 공통 모드 신호를 검출하는 능력이 개선된, 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 추가 상세는 첨부 도면과 상세한 설명을 고려함으로써 명백해질 것이다.
첨부 도면은 실시예들을 더 이해하도록 그리고 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하도록 포함된 것이다. 첨부 도면은 실시예들을 예시하며 상세한 설명과 함께 실시예들의 원리를 설명하도록 기능한다. 다른 실시예들 및 실시예들이 의도하는 많은 이점들은 다음에 따르는 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해됨으로써 쉽게 인식될 수 있다. 도면의 요소들은 반드시 서로에 대하여 일정한 비율로 된 것은 아니다. 유사한 참조 번호들은 대응하는 유사 부분들을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 입력 다중 출력 신호들의 수신을 설명하기 위한 개략적인 도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 설명한다. 이하에서 설명하는 모든 실시예들을 임의의 방식으로 조합해도 된다는 점, 즉, 제한이 없어서 후술하는 소정의 실시예들을 다른 실시예들과 조합하지 않을 수도 있다는 점에 주목하는 것은 중요하다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 요소들을 가리킨다는 점에 주목해야 한다.
본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들을 활용해도 되며 구조적 또는 논리적 변경을 행해도 된다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 이하의 상세한 설명을 한정적인 의미로 해석해서는 안되며, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 정의된다.
본 명세서에서 설명하는 다양한 실시예들의 특징들은 특별히 다르게 언급하지 않는 한 서로 조합되어도 된다는 점을 이해해야 한다.
도 1에는, 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 장치(100)의 개략적인 회로도가 도시되어 있다. 장치(100)는, 예를 들어, DM 전력선 시스템에서의 공통 모드 입력(ingress)을 판정하기 위한 프로브일 수 있다. 장치(100)는 전력선 신호를 수신하는 전력선 모뎀의 일부이어도 된다.
장치(100)는 제1 단자(110), 제2 단자(112) 및 제3 단자(114)에 각각 접속된 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106)을 포함한다. 위상선(P)은 제1 단자(110)에 접속될 수 있고, 중성선(N)은 제2 단자(112)에 접속될 수 있고, 보호 접지선(PE)은 제3 단자(114)에 접속될 수 있다.
장치(100)는 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106)으로부터 공통 모드 신호를 커플링 아웃(couple out)하도록 구성된 공통 모드 초크(120)를 포함한다.
공통 모드 초크(120)는 전력선 통신 네트워크의 임피던스보다 높은 종단 임피던스(122)에 접속된다. 전력선 통신 네트워크는 위상선(P), 중성선(N) 및 보호 접지선(PE)에 접속된 모든 선들과 기기들 및 장치들을 포함한다.
예를 들어, 전력선 통신 네트워크의 임피던스보다 높은 임피던스를 갖는 종단 임피던스(122)를 이용하는 경우, 위상선(P), 중성선(N) 및 보호 접지선(PE)을 통해 그리고 이에 대응하여 제1 선(102, 제2 선(104) 및 제3 선(106)을 통해 송신되는 DM 신호들은, 예를 들어, 전력선 통신 네트워크의 임피던스에 맞춰진 상당히 낮은 종단 임피던스인 50 내지 150 Ohm을 이용하는 경우보다 영향을 덜 받는다.
도 2에는, 공통 모드 신호를 판정하기 위한 다른 장치(200)의 개략적인 회로도가 도시되어 있다. 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106)은 커플링 캐패시터들(C)에 의해 제1 단자(110), 제2 단자(112) 및 제3 단자(114)에 각각 접속된다. 커플링 캐패시터(C)는 위상선(P), 중성선(N) 및 보호 접지선(PE) 상의 직류 신호로부터 장치(200)를 분리하도록 기능한다.
공통 모드 초크(120)는 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106) 둘레로 권취되고, 전력선 통신 네트워크의 임피던스보다 높은 종단 임피던스(122)에 접속된다.
제1 선(102)은 제1 변압기(202)를 통해 그라운드에 접속되고, 제2 선(104)은 제2 변압기(204)를 통해 그라운드에 접속되고, 제3 선(106)은 제3 변압기(206)를 통해 그라운드에 접속된다. 제1 출력(212)은 제1 변압기(202)(임피던스)에 접속되고, 제2 출력(214)은 제2 변압기(204)(임피던스)에 접속되고, 제3 출력(216)은 제3 변압기(206)(임피던스)에 접속된다. 제1 출력(212), 제2 출력(214) 및 제3 출력(216)은 전력선 네트워크의 임피던스(예를 들어, 50 Ohm)와 일치하는 임피던스를 가질 수 있는 종단 임피던스들(222, 224, 226)로 각각 종단된다. 제1 출력(212), 제2 출력(214) 및 제3 출력(216)은 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106) 상에 존재하는 차동 모드 신호들을 제공하도록 사용된다.
제4 출력(218)은 공통 모드 초크(120)에 접속된다. 제4 출력(218)은 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106) 상에 존재하는 공통 모드 신호를 제공하도록 구성된다.
종단 임피던스(122)는 공통 모드 초크(120)에 접속되는 아날로그-디지털 변환기의 입력 임피던스로서 구현될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기의 입력 임피던스는 CMOS 트랜지스터의 게이트에 의해 제어될 수 있다. 이러한 입력 임피던스의 값은 최대이며, 통상적으로는 1㏀ 내지 3㏀의 범위에 속할 수 있다.
도 2의 구성은 스타 토폴로지(star topology)라고도 알려져 있다. 그러나, 삼각 토폴로지(triangle topology)를 이용하는 것도 가능하다.
도 3에는, 공통 모드 신호를 판정하기 위한 또 다른 장치(300)의 개략적인 회로도가 도시되어 있다. 장치(300)에서는, 제1 증폭기(302), 제2 증폭기(304) 및 제3 증폭기(306)에 의해 차동 모드 신호들의 판정을 수행한다.
제1 증폭기(302), 제2 증폭기(304) 및 제3 증폭기(306) 각각의 입력들 중 하나는 그라운드에 접속된다. 제1 증폭기(302)의 나머지 입력은 공통 모드 초크(120)와 제1 임피던스(312) 사이의 제1 선(102)에 접속된다. 제2 증폭기(304)의 나머지 입력은 공통 모드 초크(120)와 제2 임피던스(314) 사이의 제2 선(104)에 접속된다. 제3 증폭기(306)의 나머지 입력은 공통 모드 초크(120)와 제3 임피던스(316) 사이의 제3 선(106)에 접속된다. 제1 증폭기(302), 제2 증폭기(304) 및 제3 증폭기(306)의 출력들은 제1 출력(222), 제2 출력(224) 및 제3 출력(226)에 각각 접속된다.
이러한 증폭기들을 이용하여, 제1 출력(222), 제2 출력(224) 및 제3 출력(226)에서 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106) 상의 차동 모드 신호들을 판정할 수 있다. 제1 증폭기(302), 제2 증폭기(304) 및 제3 증폭기(306)는 스타 토폴로지로 배열된다. 그러나, 삼각 토폴로지의 배열도 가능하다.
도 4에는, 제1 선(102), 제2 선(104) 및 제3 선(106) 상의 차동 모드 신호들의 분리나 발산에 대한 종단 임피던스(122) 값의 영향을 판정하기 위한 측정 셋업이 도시되어 있다. 전류원 또는 전압원(EC)과 50 Ohm의 내부 임피던스를 갖는 발전기(400)는 위상선(P), 중성선(N) 및 보호 접지선(PE)에 대하여 공통되는 75 Ohm의 제4 임피던스(402), 및 임피던스가 각각 50 Ohm인, 제5 임피던스(404), 제6 임피던스(406), 제7 임피던스(407)를 더 포함하고, 제5 임피던스(404)는 위상선(P)에 배치되고, 제6 임피던스(406)는 중성선(N)에 배치되고, 제7 임피던스(407)는 보호 접지선(PE)에 배치된다. 따라서, 발전기(400)는 (보호 접지선(PE)의 단자가 개방되어 있다면) 100 Ohm으로 추정되는 차동 모드 임피던스 및 150 Ohm인 공통 모드 임피던스를 갖는다.
네트워크 분석기를 이용한 검증에 의하면, 종단 임피던스(122)가 겨우 50 Ohm인 경우에는, 제1 선(102)과 제3 선(106) 상의 신호들 간에 작은 분리만이 존재하였다. 그러나, 예를 들어, 종단 임피던스가 1㏀ 또는 무한대와 같이 높으면, 서로 다른 선들(102, 104, 106) 상의 차동 모드 신호들 간의 분리가 커지고, 이에 따라 커플링이 낮아진다.
도 5에는, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식(scheme)에서의 공급 가능성과 수신 가능성을 나타내는 개략적인 도가 도시되어 있다. 제1 전력선 통신 모뎀(500)은 전력선 통신 네트워크(504)를 통해 제2 전력선 통신 모뎀(502)에 신호를 송신한다. 신호를 전력선 통신 네트워크(504)에 공급하는 데에는 세 가지 가능성이 존재한다.
차동 모드 신호는, 위상선(P)과 중성선(N) 사이에, 위상선(P)과 보호 접지선(PE) 사이에, 그리고 중성선(N)과 보호 접지선(PE) 사이에 각각 공급될 수 있다. 키르히호프 법칙에 의해, 두 개의 독립적 경로만이 가능하다. 신호를 전력선 통신 네트워크(504)에 공급하기 위해, 예를 들어, 잡음 특성에 관하여 가장 양호한 두 개의 가능성을 이용하는 것이 유익하다.
수신측에서는, 신호를 수신하는 네 가지 가능성이 존재한다. 위상선(P)과 중성선(N) 간의 차동 모드 신호, 위상선(P)과 보호 접지선(PE) 간의 차동 모드 신호 및 중성선(N)과 보호 접지선(PE) 간의 차동 모드 신호를 판정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 공통 모드 초크(120)를 이용함으로써 공통 모드 신호(CM)를 검출할 수 있다.
공통 모드 신호를 판정하기 위한 본 발명의 장치 및 전력선 통신 네트워크를 이용함으로써, 선들 간의 세 개의 차동 모드 간의 분리 손실이 더 이상 존재하지 않는다((밸런싱(balanced)되거나 대칭적으로 된다).
다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 신호는 위상선(P)과 중성선(N), 위상선(P)과 보호 접지선(PE) 및/또는 중성선(N)과 보호 접지선(PE) 간에 대칭적으로 공급되거나 수신되며 또는 밸런싱된다. 다중 입력 다중 출력 기술은, 개별적인 신호들이 최대 발산을 제공하는 경우, 신호 입력 신호 출력 방식에 비해 최대 이득을 나타낸다.
본 발명의 장치를 이용함으로써, 개별적인 차동 모드 신호들 간의 커플링이 감소되고, 이에 따라 MIMO 기술의 성능을 향상시킨다.
본 명세서에서는 특정 실시예들을 도시하고 설명하였지만, 전술한 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 대체 구현예 및/또는 등가 구현예가 전술한 특정 실시예들을 대체할 수 있다는 것을 당업자라면 인식할 것이다. 본 출원은 본 명세서에서 설명한 특정 실시예들의 임의의 적응이나 변경을 포함하려는 것이다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 그 등가물에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (12)

  1. 전력선 통신 네트워크에서의 공통 모드 신호를 판정하기 위한 장치로서,
    제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자에 각각 접속된 제1 선, 제2 선 및 제3 선 - 상기 제1 단자, 상기 제2 단자 및 상기 제3 단자는 상기 전력선 통신 네트워크의 위상선, 중성선 및 보호 접지선에 각각 접속되도록 구성됨 - 과,
    상기 제1 선, 상기 제2 선 및 상기 제3 선으로부터 상기 공통 모드 신호를 커플링 아웃(couple out)하도록 구성된 공통 모드 초크(common-mode choke)를 포함하고,
    상기 공통 모드 초크는 상기 전력선 통신 네트워크의 임피던스보다 높은 종단 임피던스(termination impedance)에 접속되고,
    상기 공통 모드 초크는 상기 제1 선, 상기 제2 선 및 상기 제3 선 둘레로 권취(wrap)되는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 종단 임피던스는 상기 공통 모드 초크에 접속된 아날로그-디지털 변환기의 입력 임피던스인, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 종단 임피던스는 최대인, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공통 모드 신호들 및 차동 모드 신호들로부터 신호들을 판정하도록 구성된, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    다중 입력 다중 출력(MIMO) 방식으로 상기 차동 모드 신호들 및 상기 공통 모드 신호들을 수신하도록 구성된, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    차동 모드 신호들을 커플링 아웃하기 위한 변압기들을 더 포함하는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변압기들은 삼각 토폴로지(triangle topology)로 배열되는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 변압기들은 스타(star) 토폴로지로 배열되는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 차동 모드 신호들을 커플링 아웃하기 위한 증폭기들을 더 포함하는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 증폭기들은 삼각 토폴로지로 배열되는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 증폭기들은 스타 토폴로지로 배열되는, 공통 모드 신호의 판정 장치.
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