KR102336143B1 - Apparatus and method for transmitting and receiving in wireless sensor network - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 협대역 무선통신시스템에서 저지연 신호 전송을 가능하게 하는 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a transmission/reception apparatus and method in a narrowband wireless communication system, and more particularly, to a transmission/reception apparatus and method for enabling low-delay signal transmission in a narrowband wireless communication system.
e-WSN(energy-Wireless Sensor Network)은 자가 통신망 구축방안의 일환으로 개발한 협대역 시스템으로서 380Hz UHF(Ultra High Frequency) 대역의 우수한 회절*?*투과성으로 인한 넓은 커버리지, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하여 동일한 주파수에서의 TRS(Trunked Radio Service) 기술 대비 15배 빠른 전송속도, 면허대역 특성상 신호 간섭문제가 없어 안정된 통신성능 제공이 가능하다. e-WSN (energy-Wireless Sensor Network) is a narrow-band system developed as part of a self-communication network construction plan. Wide coverage due to excellent diffraction*?* permeability of 380Hz UHF (Ultra High Frequency) band, QAM (Quadrature Amplitude Modulation) By using modulation method, it is possible to provide stable communication performance because there is no signal interference problem due to the 15 times faster transmission speed than TRS (Trunked Radio Service) technology in the same frequency and the characteristic of licensed band.
이러한 e-WSN 시스템 기반으로 1초미만 지연시간 및 안정성이 중요한 전력제어뿐만 아니라 다양한 IoT(Internet of Things) 사업에 활용되고 있으며, 이를 통해 전력망 고도화를 위한 통신기술로 활용되어 매년 증가하는 임차비 문제와 음영지역으로 인한 통신 미개통에 대한 문제를 해결 가능할 것으로 예상된다.Based on this e-WSN system, it is being used not only for power control where sub-second delay and stability are important, but also for various Internet of Things (IoT) projects. It is expected that the problem of communication failure due to the shaded area can be solved.
하지만 일반적으로 광대역 시스템은 신호를 빠르게 전송할 수 있어 낮은 지연시간 특성을 나타내는 반면, 협대역 시스템은 작은 채널 대역폭을 사용하므로 신호의 전송주기가 길어지고, 이로 인하여 전송지연시간이 길어지는 문제점이 있다.However, in general, a wideband system can transmit a signal quickly and thus exhibits low latency characteristics, whereas a narrowband system uses a small channel bandwidth and thus a signal transmission period is long, which leads to a problem in that a transmission delay time is increased.
이에, e-WSN 협대역 시스템은 안정적인 전력제어통신망 구현은 가능하나, 최소 전송지연시간 측면에서 스마트그리드 네트워크 조건 대비 개선이 필요하다.Accordingly, the e-WSN narrowband system can realize a stable power control communication network, but it needs improvement compared to the smart grid network conditions in terms of minimum transmission delay time.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1920467호(2018.11.21. 공고)에 개시되어 있다.Background art of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-1920467 (2018.11.21. Announcement).
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 최소 전송지연시간 측면에서 스마트그리드 네트워크 요구조건을 만족하면서, 네트워크 자원의 사용 정도와 상관없이 낮은 전송지연시간을 나타내는 서비스를 제공할 수 있도록 하는 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to improve the above problems, and an object according to an aspect of the present invention is to satisfy the smart grid network requirements in terms of minimum transmission delay time, and to achieve low transmission delay regardless of the degree of use of network resources. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system capable of providing a service indicating time.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치는, 일반신호를 복수의 채널을 사용하여 송신하도록 처리하는 일반신호 송신 처리부, 상기 일반신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼들을 주파수 영역에서의 심볼로 생성하는 제1 FMT(Filtered Multi-Tone) 송신부, 긴급신호를 송신하도록 처리하는 제1 긴급신호 송신 처리부, 및 상기 제1 FMT 송신부에서 출력되는 심볼과 상기 제1 긴급신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼을 결합하여 송신하는 결합부를 포함하되, 상기 제1 긴급신호 송신 처리부는, 상기 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 상기 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하는 긴급신호 생성부, 상기 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 기초하여 대역 확산하는 확산부, 상기 대역 확산된 이진 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 변조부, 상기 생성된 심볼을 상기 일반신호의 전송주기 및 채널의 개수에 기초한 주기로 펄스 성형하는 펄스 성형 필터, 및 상기 펄스 성형된 심볼에 삽입레벨을 연산하는 연산부를 포함할 수 있다. In a narrowband wireless communication system according to an aspect of the present invention, a transmitting apparatus includes a general signal transmission processing unit for processing a general signal to be transmitted using a plurality of channels, and a symbol in a frequency domain for symbols output from the general signal transmission processing unit A first Filtered Multi-Tone (FMT) transmitter that generates an , a first emergency signal transmission processor that processes to transmit an emergency signal, and a symbol output from the first FMT transmitter and a symbol output from the first emergency signal transmission processor and a combiner for combining and transmitting, wherein the first emergency signal transmission processing unit obtains an index for the emergency signal from a predefined index table, and an emergency signal generator for converting the obtained index into binary data; A spreader for spreading the binary data based on a Kasami sequence, a modulator for generating a symbol by modulating the band-spreading binary data, and a transmission period and number of channels for the generated symbol It may include a pulse shaping filter for pulse shaping with a cycle based on , and a calculator for calculating an insertion level in the pulse shaping symbol.
본 발명에서 상기 펄스 성형 필터는, 상기 변조된 심볼을 (전송주기/채널의 개수)의 주기로 펄스 성형할 수 있다. In the present invention, the pulse shaping filter may pulse shaping the modulated symbol with a period of (transmission period/number of channels).
본 발명에서 상기 삽입레벨은, 상기 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다. In the present invention, the insertion level may be a value generated based on a power ratio between the emergency signal and the normal signal.
본 발명에서 상기 일반신호 송신 처리부는, 상기 일반신호에 대한 이진 데이터를 상기 채널의 개수에 대응하는 복수의 부분 이진 데이터로 분할하는 직병렬 변환부, 상기 복수의 부분 이진 데이터 각각을 동시에 채널 부호화하는 복수의 채널 부호화기, 상기 복수의 채널 부호화된 이진 데이터 각각을 동시에 인터리빙하는 복수의 인터리버, 및 상기 복수의 인터리빙된 이진 데이터 각각을 동시에 기 설정된 변조 방식으로 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하는 복수의 변조기를 포함할 수 있다. In the present invention, the general signal transmission processing unit includes a serial-to-parallel conversion unit for dividing binary data for the general signal into a plurality of partial binary data corresponding to the number of channels, and channel encoding each of the plurality of partial binary data simultaneously. A plurality of channel encoders, a plurality of interleavers for simultaneously interleaving each of the plurality of channel-encoded binary data, and a plurality of modulators for generating a plurality of modulation symbols by simultaneously modulating each of the plurality of interleaved binary data using a preset modulation method may include
본 발명에서 상기 제1 FMT 송신부는, 상기 일반신호 송신 처리부에서 출력되는 병렬 심볼들을 역푸리에 변환하는 IDFT부, 상기 IDFT부에서 변환한 심볼들을 통과시켜 주파수 영역에서의 신호를 생성하는 필터부를 포함할 수 있다. In the present invention, the first FMT transmitter may include an IDFT unit for inverse Fourier transforming the parallel symbols output from the general signal transmission processing unit, and a filter unit for generating a signal in the frequency domain by passing the symbols converted by the IDFT unit. can
본 발명에서 상기 필터부는, 다중 위상 필터(poly phase filter)일 수 있다. In the present invention, the filter unit may be a poly phase filter.
본 발명의 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치는, 일반신호를 복수의 채널을 사용하여 송신하도록 처리하는 일반신호 송신 처리부, 긴급신호를 송신하도록 처리하는 제2 긴급신호 송신 처리부, 및 상기 일반신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼들과 상기 제2 긴급신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼을 주파수 영역에서의 심볼로 생성하는 제2 FMT(Filtered Multi-Tone) 송신부, 및 상기 제2 FMT 송신부에서 출력되는 심볼에 삽입레벨을 연산하여 송신하는 연산부를 포함하되, 상기 제2 긴급신호 송신 처리부는, 상기 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 상기 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하는 긴급신호 생성부, 상기 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 기초하여 대역 확산하는 확산부, 상기 대역 확산된 이진 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 변조부, 및 상기 생성된 심볼을 상기 채널의 개수에 해당하는 횟수만큼 반복하여 상기 제2 FMT 송신부에 입력하는 반복부를 포함할 수 있다. In a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, a transmitting apparatus includes a general signal transmission processing unit processing a general signal to be transmitted using a plurality of channels, a second emergency signal transmission processing unit processing to transmit an emergency signal, and a second Filtered Multi-Tone (FMT) transmitter for generating symbols output from the general signal transmission processor and the symbols output from the second emergency signal transmission processor as symbols in a frequency domain; and the second FMT transmitter for output Comprising a calculator for calculating and transmitting the insertion level to the symbol, wherein the second emergency signal transmission processing unit, obtains an index for the emergency signal from a predefined index table, and converts the obtained index into binary data An emergency signal generator, a spreader for spreading the binary data based on a Kasami sequence, a modulator for generating a symbol by modulating the band-spreading binary data, and the number of channels using the generated symbols It may include a repeater to repeat the number of times corresponding to the input to the second FMT transmitter.
본 발명에서 상기 일반신호 송신 처리부는, 상기 일반신호에 대한 이진 데이터를 상기 채널의 개수에 대응하는 복수의 부분 이진 데이터로 분할하는 직병렬 변환부, 상기 복수의 부분 이진 데이터 각각을 동시에 채널 부호화하는 복수의 채널 부호화기, 상기 복수의 채널 부호화된 이진 데이터 각각을 동시에 인터리빙하는 복수의 인터리버, 상기 복수의 인터리빙된 이진 데이터 각각을 동시에 기 설정된 변조 방식으로 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하는 복수의 변조기를 포함할 수 있다. In the present invention, the general signal transmission processing unit includes a serial-to-parallel conversion unit for dividing binary data for the general signal into a plurality of partial binary data corresponding to the number of channels, and channel encoding each of the plurality of partial binary data simultaneously. A plurality of channel encoders, a plurality of interleavers for simultaneously interleaving each of the plurality of channel-encoded binary data, and a plurality of modulators for generating a plurality of modulation symbols by simultaneously modulating each of the plurality of interleaved binary data using a preset modulation method; may include
본 발명에서 상기 제2 FMT 송신부는, 상기 일반신호의 전송주기/채널의 개수의 주기마다 상기 긴급신호를 출력하고, 상기 일반신호의 전송주기마다 각 채널을 통해 일반신호를 출력할 수 있다. In the present invention, the second FMT transmitter may output the emergency signal at each period of the transmission period/number of channels of the general signal, and output the general signal through each channel at each transmission period of the general signal.
본 발명에서 상기 제2 FMT 송신부는, 상기 일반신호 송신 처리부 및 상기 제2 긴급신호 송신 처리부에서 출력되는 주파수 영역에서의 심볼을 시간 영역에서의 심볼로 변환하는 IDFT부, 상기 IDFT부에서 변환한 심볼을 통과시켜 주파수 영역에서의 신호를 생성하는 필터부를 포함할 수 있다. In the present invention, the second FMT transmitter includes an IDFT unit that converts symbols in the frequency domain output from the general signal transmission processing unit and the second emergency signal transmission processing unit into symbols in the time domain, and the symbols converted by the IDFT unit It may include a filter unit for generating a signal in the frequency domain by passing the .
본 발명에서 상기 필터부는, 다중 위상 필터(poly phase filter)일 수 있다. In the present invention, the filter unit may be a poly phase filter.
본 발명에서 상기 삽입레벨은, 상기 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다. In the present invention, the insertion level may be a value generated based on a power ratio between the emergency signal and the normal signal.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치는, 수신된 신호로부터 긴급신호를 추정하는 제1 긴급신호 수신 처리부, 상기 수신된 신호를 역다중화하여 복수의 데이터로 분리하는 제1 FMT 수신부, 상기 제1 FMT 수신부에서 출력되는 복수의 데이터로부터 일반신호를 복원하는 일반신호 수신 처리부를 포함하되, 상기 제1 긴급신호 수신 처리부는, 송신 장치의 펄스 성형 필터에 정합되는 필터이며, 상기 펄스 성형 필터에 의해 펄스 성형된 데이터를 필터링하는 정합 필터, 상기 필터링된 데이터를 기 설정된 복조 방식으로 복조하는 복조부, 상기 복조된 데이터를 역확산하는 역확산부, 상기 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정하는 긴급신호 추정부를 포함할 수 있다. In a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, a reception apparatus includes a first emergency signal reception processing unit for estimating an emergency signal from a received signal, and a first for demultiplexing the received signal into a plurality of data. An FMT receiver and a general signal reception processor for recovering a normal signal from a plurality of data output from the first FMT receiver, wherein the first emergency signal reception processor is a filter matching a pulse shaping filter of a transmitter, and A matched filter that filters data pulse-shaped by the pulse shaping filter, a demodulator that demodulates the filtered data using a preset demodulation method, a despreader that despreads the demodulated data, It may include an emergency signal estimator that checks the index from the index table and estimates the emergency signal based on the checked index.
본 발명에서 상기 일반신호 수신 처리부는, 상기 복수의 데이터 각각을 동시에 기 설정된 복조 방식으로 복조하는 복수의 복조기, 상기 복수의 복조된 데이터 각각을 동시에 디인터리빙하는 복수의 디인터리버, 상기 복수의 디인터리빙된 데이터 각각을 동시에 채널 복호화하는 복수의 채널 복호화기, 상기 복수의 채널 복호화된 데이터를 직렬로 변환하여 일반신호에 대한 이진 데이터를 출력하는 병직렬 변환부를 포함할 수 있다. In the present invention, the general signal reception processing unit includes a plurality of demodulators for simultaneously demodulating each of the plurality of data by a preset demodulation method, a plurality of deinterleavers for simultaneously deinterleaving each of the plurality of demodulated data, and the plurality of deinterleaving It may include a plurality of channel decoders for channel-decoding each of the data at the same time, and a parallel-to-serial converter for serially converting the plurality of channel-decoded data to output binary data for a normal signal.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치는, 수신된 신호를 역다중화하여 일반신호에 대한 심볼과 긴급신호에 대한 심볼로 분리하는 제2 FMT 수신부, 상기 제2 FMT 수신부에서 출력되는 일반신호에 대한 심볼로부터 일반신호를 복원하는 일반신호 수신 처리부, 상기 제2 FMT 수신부에서 출력되는 긴급신호에 대한 심볼로부터 긴급신호를 추정하는 제2 긴급신호 수신 처리부를 포함하되, 상기 제2 긴급신호 수신 처리부는, 상기 제2 FMT 수신에서 출력되는 긴급신호에 대한 심볼을 기 설정된 복조 방식으로 복조하는 복조부, 상기 복조된 데이터를 역확산하는 역확산부, 상기 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정하는 긴급신호 추정부를 포함할 수 있다. In the narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, the receiving apparatus includes a second FMT receiver that demultiplexes a received signal and separates it into a symbol for a normal signal and a symbol for an emergency signal, the second FMT receiver A general signal reception processing unit for recovering a general signal from a symbol for the output general signal, and a second emergency signal reception processing unit for estimating an emergency signal from the symbol for the emergency signal output from the second FMT reception unit, wherein the second The emergency signal reception processing unit includes a demodulator for demodulating a symbol for the emergency signal output from the second FMT reception using a preset demodulation method, a despreading unit for despreading the demodulated data, and a corresponding to the despreading data. It may include an emergency signal estimator that checks the index from the index table and estimates the emergency signal based on the checked index.
본 발명에서 상기 제2 FMT 수신부는, 상기 일반신호의 수신주기/채널의 개수의 주기마다 상기 긴급신호를 출력하고, 상기 일반신호의 수신주기마다 각 채널을 통해 일반신호를 출력할 수 있다. In the present invention, the second FMT receiver may output the emergency signal at each period of the general signal reception period/number of channels, and output the general signal through each channel at each general signal reception period.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 방법은, 긴급신호 생성부가 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 상기 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하는 단계, 확산부가 상기 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 기초하여 대역 확산하는 단계, 변조부가 상기 대역 확산된 이진 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 단계, 펄스 성형 필터가 상기 생성된 심볼을 일반신호의 전송주기 및 채널의 개수에 기초한 주기로 펄스 성형하는 단계, 및 연산부가 상기 펄스 성형된 심볼에 삽입레벨을 연산하여 송신되도록 하는 단계를 포함한다. In a transmission method in a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, an emergency signal generator obtains an index for an emergency signal from a predefined index table, converts the obtained index into binary data, and spreading Band-spreading the binary data based on a Kasami sequence, a modulator modulating the band-spreading binary data to generate a symbol, a pulse shaping filter converting the generated symbol to a transmission period of a general signal and performing pulse shaping with a period based on the number of channels, and allowing an operation unit to calculate an insertion level on the pulse-formed symbol to be transmitted.
본 발명은 상기 펄스 성형하는 단계에서, 상기 펄스 성형 필터는, 상기 변조된 심볼을 (전송주기/채널의 개수)의 주기로 펄스 성형할 수 있다. In the present invention, in the pulse shaping step, the pulse shaping filter may pulse shaping the modulated symbol with a period of (transmission period/number of channels).
본 발명에서 상기 삽입레벨은, 상기 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다. In the present invention, the insertion level may be a value generated based on a power ratio between the emergency signal and the normal signal.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 방법은, 긴급신호 생성부가 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 상기 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하는 단계, 확상부가 상기 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 기초하여 대역 확산하는 단계, 변조부가 상기 대역 확산된 이진 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 단계, 반복부가 상기 생성된 심볼을 채널의 개수에 해당하는 횟수만큼 반복하여 제2 FMT 송신부로 전송하는 단계, 상기 제2 FMT 송신부가 일반신호의 전송주기/채널개수의 주기마다 상기 심볼을 출력하는 단계, 및 연산부가 상기 제2 FMT 송신부에서 출력되는 심볼에 삽입레벨을 연산하여 송신하는 단계를 포함한다. In a transmission method in a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, an emergency signal generator obtains an index for an emergency signal from a predefined index table, and converts the obtained index into binary data; The upper part spreads the binary data based on a Kasami sequence, the modulator modulates the band-spread binary data to generate a symbol, and the repeater applies the generated symbol to the number of channels. Repeatedly transmitting the number of times to the second FMT transmitter, the second FMT transmitter outputting the symbol every period of the transmission period/channel number of the general signal, and the operation unit to the symbol output from the second FMT transmitter and calculating the insertion level and transmitting it.
본 발명에서 상기 삽입레벨은, 상기 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다. In the present invention, the insertion level may be a value generated based on a power ratio between the emergency signal and the normal signal.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 방법은, 긴급신호에 대한 심볼 수신 시, 정합 필터가 펄스 성형 필터에 의해 펄스 성형된 데이터를 필터링하는 단계, 복조부가 상기 필터링된 데이터를 기 설정된 복조 방식으로 복조하는 단계, 역확산부가 상기 복조된 데이터를 역확산하는 단계, 및 긴급신호 추정부가 상기 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정하는 단계를 포함한다. In a reception method in a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, when a symbol for an emergency signal is received, a matched filter filters data pulse-shaped by a pulse-shaping filter, and a demodulator converts the filtered data Demodulating using a preset demodulation method, a despreading unit despreading the demodulated data, and an emergency signal estimating unit checking an index corresponding to the despreading data from an index table, and an emergency signal based on the checked index estimating.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 방법은, 제2 FMT 수신부가 일반신호의 수신주기/채널개수의 주기마다 긴급신호에 대한 심볼을 출력하는 단계, 복조부가 상기 제2 FMT 수신부에서 출력되는 심볼을 복조하는 단계, 역확산부가 상기 복조된 데이터를 역확산하는 단계, 및 긴급신호 추정부가 상기 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정하는 단계를 포함한다. In a reception method in a narrowband wireless communication system according to another aspect of the present invention, a second FMT receiver outputs a symbol for an emergency signal at each period of a general signal reception period/number of channels, and a demodulator includes the second FMT Demodulating a symbol output from a receiver, despreading the demodulated data by a despreading unit, and an emergency signal estimating unit checking an index corresponding to the despreading data from an index table, and based on the checked index estimating the signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 최소 전송지연시간 측면에서 스마트그리드 네트워크 요구조건을 만족하면서, 네트워크 자원의 사용 정도와 상관없이 낮은 전송지연시간을 나타내는 서비스를 제공할 수 있다. An apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention, while satisfying the smart grid network requirements in terms of minimum transmission delay time, a service that exhibits a low transmission delay time regardless of the degree of use of network resources can provide
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, e-WSN의 긴급신호 전송모드에 적용되어 지연시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다. The apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention can be applied to an emergency signal transmission mode of an e-WSN to dramatically reduce a delay time.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 다중채널 기반의 전송기법을 이용하므로 더 빠르게 신호를 전송하여 요구조건에 부합하는 전송지연시간을 달성할 수 있으며, 대역확산기법을 적용하여 자원할당 과정 없이 신호를 바로 전송할 수 있어 자원할당으로 인한 대기 지연시간이 발생하지 않는다. A transmission/reception apparatus and method in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention use a multi-channel-based transmission technique, so that a signal can be transmitted faster to achieve a transmission delay time that meets the requirements, By applying the spreading technique, a signal can be directly transmitted without a resource allocation process, so there is no waiting delay due to resource allocation.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 서비스에서 전송하는 필수 제어 신호들을 인덱스로 관리하고, 긴급신호에는 인덱스 정보만을 무선으로 전송하여 무선에서의 지연시간을 최소화할 수 있다.An apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention manage essential control signals transmitted in a service as an index, and transmit only index information to an emergency signal wirelessly to minimize the delay time in the radio can do.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 긴급신호의 경우 대역확산 과정에서 확산요소와 신호 삽입 레벨을 적절하게 조정하여 기존 e-WSN 시스템에 영향을 최소화하면서 신호를 전송하는 것이 가능하다.In the case of an emergency signal, an apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention appropriately adjust a spreading factor and a signal insertion level during a band spreading process to minimize the effect on the existing e-WSN system. It is possible to transmit
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 펄스 성형 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신신호의 스펙트럼을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴급신호를 위한 인덱스 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴급신호 삽입레벨에 따른 성능을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a diagram for explaining a transmitting apparatus in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the pulse shaping filter shown in FIG. 1 .
3 is an exemplary diagram illustrating a spectrum of a transmission signal according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a transmitting apparatus in a narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a receiving apparatus in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a receiving apparatus in a narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams for explaining an index transmission method for an emergency signal according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are exemplary diagrams for explaining performance according to an emergency signal insertion level according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, discussed only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, as an apparatus or program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a computer, a microprocessor, a processing device, including an integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants (“PDA”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치를 설명하기 위한 도면, 도 2는 도 1에 도시된 펄스 성형 필터를 설명하기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신신호의 스펙트럼을 나타낸 예시도이다. 1 is a diagram for explaining a transmitting apparatus in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the pulse shaping filter shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention It is an exemplary diagram showing a spectrum of a transmission signal according to an example.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치(100)는 일반신호 송신 처리부(110), 제1 FMT(Filtered Multi-Tone) 송신부(120), 제1 긴급신호 송신 처리부(130) 및 결합부(140)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention, a transmitting
일반신호 송신 처리부(110)는 일반신호를 복수의 채널을 사용하여 송신하도록 처리할 수 있다. 이러한 일반신호 송신 처리부(110)는 직병렬 변환부(112), 복수의 채널 부호화기(114), 복수의 인터리버(116), 및 복수의 변조기(118)를 포함할 수 있다.The general signal
직병렬 변환부(112)는 직렬로 입력되는 일반신호에 대한 이진 데이터를 복수의 부분 이진 데이터(Binary data)로 분할하고, 복수의 부분 이진 데이터를 각각 복수의 채널 부호화기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 직병렬 변환부(112)는 일반신호에 대한 이진 데이터를 N개의 부분 이진 데이터로 분할하며, 각 부분 이진 데이터는 k개의 비트를 포함할 수 있다. The serial-to-
복수의 채널 부호화기(114)는 각각 입력되는 부분 이진 데이터를 채널 부호화하고, 채널 부호화된 이진 데이터를 출력할 수 있다. 이때 채널 부호화기(114)는 동일한 채널 부호화기일 수 있다. 예를 들어, 채널 부호화기(114)의 부호율이 k/n이라 하면, k개의 비트에 대해 n개의 부호화 비트가 출력될 수 있다.The plurality of
복수의 인터리버(116)는 각각 채널 부호화기(114)로부터 출력되는 채널 부호화된 이진 데이터를 인터리빙하여 복수의 변조기로 전송할 수 있다. 인터리버(116)의 인터리빙은 채널 부호화된 이진 데이터를 일정 규칙에 따라 섞어주는 역할을 수행한다. The plurality of
복수의 변조기(118)는 인터리빙된 이진 데이터를 기 설정된 변조방식으로 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하고, 생성된 복수의 변조 심볼을 제1 FMT 송신부(120)로 전송할 수 있다. 여기서, 변조방식은 예컨대, PSK, QAM 등이 있을 수 있다. 즉, 변조기(118)는 채널을 통해 전송될 이진 데이터로 구성된 데이터 심볼에 대하여 디지털 변조를 수행하여 디지털 변조 심볼을 생성할 수 있다. The plurality of
제1 FMT 송신부(120)는 일반신호 송신 처리부(110)에서 출력되는 심볼들을 주파수 영역에서의 심볼로 생성할 수 있다. 이때, 제1 FMT 송신부(120)는 일반신호 송신 처리부(110)에서 출력되는 병렬 심볼들을 역푸리에 변환 및 필터링을 수행할 수 있다. 이에, 제1 FMT 송신부(120)는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)부(122) 및 필터부(124)를 포함할 수 있다. The
IDFT부(122)는 주파수 영역에서의 심볼을 시간 영역에서의 심볼로 변환할 수 있다. M개의 부채널을 사용하는 경우, 사용하는 M개의 부채널에 전송하려는 심볼을 IDFT부(122)의 포인트들에 병렬로 입력하고, IDFT부(122)는 입력된 M개의 부채널 전송심볼을 이용하여 IDFT연산을 수행하여 M개의 복소 시간영역 결과를 출력할 수 있다. The
한편, 본 발명의 실시예에서는 IDFT하는 것으로 구성하였으나, IDFT 대신 FFT(Fast Fourier Transform)연산을 사용할 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, IDFT is configured, but FFT (Fast Fourier Transform) operation may be used instead of IDFT.
필터부(124)는 IDFT부(122)에서 변환한 심볼(신호)를 통과시킴으로써, 주파수 영역에서의 심볼을 생성할 수 있다. 이때 필터부는 다중 위상 필터(poly phase filter)로 구현될 수 있다. The
제1 긴급신호 송신 처리부(130)는 긴급신호 생성부(131), 확산부(132), 변조부(133), 펄스 성형 필터(Pulse shaping filter, 134), 및 연산부(135)를 포함할 수 있다. The first emergency signal
긴급신호 생성부(131)는 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하며, 변환된 이진 데이터를 확산부로 전송한다. 여기서, 긴급신호는 사전에 정의된 인덱스 테이블에서 긴급신호에 해당되는 인덱스 정보만을 전송할 수 있다. The
확산부(132)는 긴급신호 생성부(131)에서 생성된 긴급신호에 대한 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 의하여 대역 확산한 후 변조부(133)로 전송할 수 있다.The
긴급신호는 대역 확산하여 전송하며, 대역확산 과정에서 자기상관 (Auto-correlation) 및 상호상관 (Cross-correlation) 특성이 우수한 Kasami 수열을 사용할 수 있다. 이진 수열인 Kasami 수열은 생성다항식(generator polynomial)의 차수 n이 짝수일 경우에만 수열이 존재하며 그때 수열의 길이 은 의 값을 갖는다. Kasami 수열은 'Large set'과 'Small set'으로 분류되며 'Large set'은 모ㄷ드든 'Small set'을 포함한다. Large set의 family size는 또는 이며 'small set'의 family size는 을 갖는다. 즉, Kasami 수열은 많은 family size를 가질 뿐만 아니라 Large set 및 Small set의 family size에 포함되어 있는 수열들의 자기상관 및 상호상관 특성이 매우 우수하다. 본 발명의 실시예에서 정의된 Kasami 수열은 생성다항식의 차수가 인 수열을 사용하며 디바이스들에는 'Small set' 내의 서로 다른 수열이 할당된다. The emergency signal is transmitted by spreading the bandwidth, and the Kasami sequence with excellent auto-correlation and cross-correlation characteristics can be used during the spread process. The Kasami sequence, which is a binary sequence, exists only when the order n of the generator polynomial is even, and then the length of the sequence is silver has a value of The Kasami sequence is classified into 'Large set' and 'Small set', and 'Large set' includes all 'Small set'. The family size of the large set is or and the family size of 'small set' is has That is, the Kasami sequence not only has many family sizes, but also has very excellent autocorrelation and cross-correlation characteristics of sequences included in the family sizes of large and small sets. The Kasami sequence defined in the embodiment of the present invention is the order of the generative polynomial. It uses an argument sequence, and devices are assigned different sequences in the 'Small set'.
변조부(133)는 확산부(132)에서 대역 확산된 이진 데이터를 BPSK(binary phase shift keying) 변조하여 펄스 성형 필터(134)로 전송할 수 있다. The
펄스 성형 필터(134)는 변조부(133)에서 변조된 데이터를 일반신호의 전송주기(Ts) 및 채널의 개수(N)에 기초한 주기로 펄스 성형할 수 있다. 즉, 펄스 성형 필터(134)는 변조부(133)에서 변조된 데이터를 (전송주기/채널의 개수)의 주기로 펄스 성형할 수 있다. The
이러한 펄스 성형 필터(134)는 FMT(Filtered Multi-Tone)에서 N개의 채널을 사용하는 경우와 동일한 스펙트럼 특성을 가지며, 도 2와 같이 FMT의 N채널 입력에 모두 1을 입력한 경우 생성된 시간 영역 신호와 동일한 형태를 갖는다. 일반신호 전송모드의 FMT 출력신호는 전송주기(Ts)마다 직교하는 특성이 있어 신호를 Ts마다 전송하지만, 긴급신호 전송모드에서는 모든 채널에 동일한 신호가 할당되어 전송되기에 시간영역에서 주기마다 직교하는 특성이 있다. 따라서 긴급신호는 일반적인 FMT 기법을 사용한 경우 Ts마다 신호를 전송하지만, 본 발명에서는 주기마다 신호를 전송할 수 있다. 따라서 일반적인 FMT 기법이 적용된 경우보다 배 만큼 신호를 빠르게 전송할 수 있어 낮은 전송지연시간을 나타낼 수 있다. The
연산부(135)는 펄스 성형 필터(134)에서 펄스 성형된 데이터에 삽입레벨을 곱하는 연산을 수행할 수 있다. 여기서, 삽입레벨은 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다. The
즉, 삽입 레벨은 긴급신호와 일반신호의 전력비인 BR(bury ratio)을 이용하여 나타낼 수 있으며, BR은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.That is, the insertion level can be expressed using a bury ratio (BR), which is a power ratio between the emergency signal and the normal signal, and BR can be expressed as in
[수학식 1][Equation 1]
여기서, , 및 는 각각 시간 인덱스 k에서의 일반신호, BPSK 변조된 긴급신호 및 삽입 레벨을 나타낸다. 일반신호는 QPSK ~ 64-QAM이 사용되며 이때 평균 에너지는 1이고, 긴급신호의 평균 에너지는 1로 가정한다. 따라서 삽입 레벨 는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. here, , and denotes a normal signal, a BPSK-modulated emergency signal, and an insertion level at time index k, respectively. For general signals, QPSK ~ 64-QAM are used, and it is assumed that the average energy is 1 and the average energy of the emergency signal is 1. So the insertion level can be expressed as in
[수학식 2][Equation 2]
한편, 협대역 무선통신시스템의 역호환성을 위하여 긴급신호의 전력은 일반신호의 전력보다 충분히 낮아야 한다.On the other hand, for backward compatibility of the narrowband wireless communication system, the power of the emergency signal should be sufficiently lower than the power of the general signal.
도 3은 25 kHz 대역폭을 갖는 채널을 연속적으로 4개 사용하여 신호를 전송할 경우에 대해 신호의 스펙트럼을 나타낸 것이며 도 3의 (a)는 펄스 성형 필터(134)의 스펙트럼 마스크를 나타낸 것이다. 해당 펄스 성형 필터(134)에 긴급신호를 전송할 경우 신호의 스펙트럼은 도 3의 (b)에서 확인할 수 있는 바와 같이 일반적인 e-WSN 신호를 전송하는 경우와 마찬가지로 동일한 스펙트럼 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다. FIG. 3 shows a spectrum of a signal when transmitting a signal using four channels having a 25 kHz bandwidth in succession, and FIG. 3A shows a spectrum mask of the
결합부(140)는 제1 FMT 송신부(120)에서 출력되는 데이터와 제1 긴급신호 송신 처리부에서 출력되는 데이터를 결합하여 송신할 수 있다. 이때 결합부(140)는 결합된 심볼을 RF(Radio frequency)부(미도시)를 거쳐서 채널을 통해 수신 장치로 전송되도록 할 수 있다. The
상기와 같이 구성된 송신 장치(100)는 게이트웨이와 디바이스에 포함될 수 있다. 이때 긴급신호의 충돌을 방지하기 위하여 디바이스에는 서로 다른 Kasami 수열이 할당되고 이로 인하여 디바이스들은 충돌을 고려하지 않고 긴급신호를 전송할 수 있다. 협대역 무선통신시스템의 상하향 주파수가 별도로 있을 경우 수열의 'Small set'이 총 512개이므로 하나의 게이트웨이에는 최대 512개의 디바이스 운용이 가능하며, 게이트웨이가 디바이스로 긴급신호를 전송하는 경우, 게이트웨이는 디바이스에서 사용하는 Kasami 수열과 동일한 수열을 사용할 수 있다. 협대역 무선통신시스템의 상하향 주파수가 동일한 경우에는 디바이스와 게이트웨이에 각각 256개 Kasami 수열을 할당할 수 있으므로 최대 256개의 디바이스 운용이 가능하다.The transmitting
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a transmitting apparatus in a narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치(200)는 일반신호 송신 처리부(210), 제2 FMT(Filtered Multi-Tone) 송신부(220), 제2 긴급신호 송신 처리부(230) 및 연산부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in the narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention, the
일반신호 송신 처리부(210)는 일반신호를 복수의 채널을 사용하여 송신하도록 처리하는 구성으로, 도 1에 도시된 일반신호 송신 처리부(110)와 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.The general signal
제2 긴급신호 송신 처리부(230)는 긴급신호를 송신하도록 처리할 수 있다. The second emergency signal
이러한 제2 긴급신호 송신 처리부(230)는 긴급신호 생성부(231), 확산부(232), 변조부(233) 및 반복부(234)를 포함할 수 있다. The second emergency
긴급신호 생성부(231)는 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하며, 변환된 이진 데이터를 확산부로 전송한다. 여기서, 긴급신호는 사전에 정의된 인덱스 테이블에서 긴급신호에 해당되는 인덱스 정보만을 전송할 수 있다. The
확산부(232)는 긴급신호 생성부(231)에서 생성된 긴급신호에 대한 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 의하여 대역 확산한 후 변조부로 전송할 수 있다.The
변조부(233)는 확산부(232)에서 대역 확산된 이진 데이터를 BPSK(binary phase shift keying) 변조하여 반복부(234)로 전송할 수 있다. The
반복부(234)는 변조부(233)에서 변조된 데이터를 채널의 개수에 해당하는 횟수만큼 반복하여 제2 FMT 송신부(220)로 전송할 수 있다. The
일반신호는 전송주기(Ts)마다 제2 FMT 송신부(220)에 입력되고, 일반신호가 제2 FMT 송신부(220)에 입력되는 개수와 긴급신호가 제2 FMT 송신부(220)에 입력되는 개수는 동일해야 한다. 이에, 반복부는 일반신호가 제2 FMT 송신부(220)에 입력되는 개수와 긴급신호가 제2 FMT 송신부(220)에 입력되는 개수를 동일하게 맞추기 위해 채널의 개수에 해당하는 N번 반복해야 제2 FMT 송신부(220)에 입력되는 주기가 Ts가 될 수 있다. The normal signal is input to the
제2 FMT 송신부(220)는 일반신호 송신 처리부(210)에서 출력되는 심볼과 제2 긴급신호 송신 처리부(230)에서 출력되는 심볼을 주파수 영역에서의 신호로 생성할 수 있다. 이때, 제2 FMT 송신부(220)는 일반신호 송신 처리부(210) 및 제2 긴급신호 송신 처리부(230)에서 출력되는 병렬 심볼들을 역푸리에 변환 및 필터링을 수행할 수 있다. 이에, 제2 FMT 송신부(220)는 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)부(222) 및 필터부(224)를 포함할 수 있다. 여기서, 다중 위상 필터(poly phase filter)로 구현될 수 있다. The
연산부(230)는 제2 FMT 송신부(220)에서 출력되는 심볼에 삽입레벨을 곱하는 연산을 수행할 수 있다. 여기서, 삽입레벨은 긴급신호와 일반신호의 전력비에 기초하여 생성된 값일 수 있다.The
한편, 도 1의 송신 장치(100)는 별도의 펄스 성형 필터(134)를 사용하여 긴급신호를 송신하지만, 도 4의 송신 장치(200)는 기존 협대역 무선통신시스템의 FMT를 사용하며, 긴급신호가 전송될 때는 일반신호의 전송을 보류할 수 있다. 긴급신호는 이진 데이터로 변환된 후 각각의 이진 데이터는 확산부(232)에서 Kasami 수열에 의해 대역 확산된 후 BPSK 변조되고 신호가 N번 반복된 후에 제2 FMT 송신부(220)로 입력되며, 반복신호는 N개의 채널에 할당되어 전송될 수 있다. 여기에서 제2 FMT 송신부(220)의 병렬 입력으로 모두 동일한 신호가 전송되므로 도 1의 송신 장치와 마찬가지로 제2 FMT 송신부(220)의 출력신호는 주기마다 직교하는 특성이 있다. 따라서 낮은 전송지연시간을 갖는 긴급신호 전송이 가능하다.On the other hand, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a receiving apparatus in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치(300)는 제1 FMT 수신부(310), 일반신호 수신 처리부(320) 및 제1 긴급신호 수신 처리부(330)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , in the narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention, the
제1 FMT 수신부(310)는 수신된 신호를 역다중화하여 복수의 데이터로 분리할 수 있다. 이때, 제1 FMT 수신부(310)는 전송주기(Ts)마다 N개의 채널을 통해 일반신호를 출력할 수 있다. 이러한 제1 FMT 수신부(310)는 필터부(312) 및 DFT부(314)를 포함할 수 있다.The
필터부(312)는 수신된 신호를 일정 주파수 간격으로 샘플링하여 일정 개수의 샘플링된 신호를 생성할 수 있다. 즉, 필터부(312)는 수신된 신호에 대해 주파수 영역의 신호를 생성할 수 있다. The
필터부(312)는 RF 수신부(미도시)에서 수신된 신호를 기초로 M개의 병렬 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 필터부(312)는 다중 위상 필터(poly phase filter)로 구현될 수 있다. The
DFT부(314)는 필터부(312)에서 생성된 신호들을 이산 푸리에 변환(DFT)를 이용하여 신호를 확산할 수 있다. The
한편, 본 발명의 실시예에서는 IDFT를 사용하는 것으로 설명하였으나, IDFT 대신 FFT(Fast Fourier Transform)연산을 사용할 수 있으므로, 보다 효율적으로 변조기를 구현할 수 있다.Meanwhile, although the embodiment of the present invention has been described as using the IDFT, since a Fast Fourier Transform (FFT) operation can be used instead of the IDFT, a modulator can be implemented more efficiently.
일반신호 수신 처리부(320)는 제1 FMT 수신부(310)에서 출력되는 복수의 데이터로부터 일반신호를 복원할 수 있다. The general signal
일반신호 수신 처리부(320)는 복수의 복조기(322), 복수의 디인터리버(324), 복수의 채널 복호화기(326) 및 병직렬 변환부(328)를 포함할 수 있다. The general signal
복수의 복조기(322)는 복수의 심볼 각각을 동시에 기 설정된 복조 방식으로 복조하여 복수의 이진 데이터를 생성할 수 있다.The plurality of
복수의 디인터리버(324)는 복수의 복조된 이진 데이터 각각을 동시에 디인터리빙할 수 있다. The plurality of
복수의 채널 복호화기(326)는 복수의 디인터리빙된 이진 데이터 각각을 동시에 채널 복호화할 수 있다. The plurality of
병직렬 변환부(328)는 복수의 채널 복호화된 이진 데이터를 직렬로 변환하여 일반신호에 대한 이진 데이터를 출력할 수 있다. The parallel-to-
제1 긴급신호 수신 처리부(330)는 수신된 신호로부터 긴급신호를 추정할 수 있다. The first emergency signal
제1 긴급신호 수신 처리부(330)는 정합 필터(332), 복조부(334), 역확산부(336) 및 긴급신호 추정부(338)를 포함할 수 있다. The first emergency
정합 필터(332)는 송신 장치(100)의 펄스 성형 필터(134)에 정합되는 필터이며, 펄스 성형 필터(134)에 의해 펄스 성형된 데이터를 필터링할 수 있다. The matched
복조부(334)는 정합 필터(332)에서 필터링된 데이터를 기 설정된 복조 방식으로 복조할 수 있다. The
역확산부(336)는 복조부(334)에서 복조된 데이터를 역확산할 수 있다. The
긴급신호 추정부(338)는 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정할 수 있다. The
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a receiving apparatus in a narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 수신 장치(400)는 제2 FMT 수신부(410), 일반신호 수신 처리부(420) 및 제2 긴급신호 수신 처리부(430)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , in the narrowband wireless communication system according to another embodiment of the present invention, the
제2 FMT 수신부(410)는 수신된 신호를 역다중화하여 복수의 데이터로 분리할 수 있다. 제2 FMT 수신부(410)는 주기마다 긴급신호를 출력할 수 있고, 전송주기마다 N개의 채널을 통해 일반신호를 출력할 수 있다. The
이러한 제2 FMT 수신부(410)는 필터부(412) 및 DFT부(414)를 포함할 수 있다.The
일반신호 수신 처리부(420)는 도 5에 도시된 일반신호 수신 처리부(320)와 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다. Since the general signal
제2 긴급신호 수신 처리부(430)는 제2 FMT 수신부(410)에서 출력되는 긴급신호에 대한 데이터로부터 긴급신호를 추정할 수 있다. The second emergency signal
제2 긴급신호 수신 처리부(430)는 복조부(432), 역확산부(434) 및 긴급신호 추정부(436)를 포함할 수 있다. The second emergency
복조부(432)는 제2 FMT 수신부(410)에서 출력되는 긴급신호에 대한 데이터를 기 설정된 복조 방식으로 복조할 수 있다. The
역확산부(434)는 복조부(432)에서 복조된 데이터를 역확산할 수 있다. The
긴급신호 추정부(436)는 역확산된 데이터에 대응하는 인덱스를 인덱스 테이블로부터 확인하고, 확인한 인덱스에 기초하여 긴급신호를 추정할 수 있다. The
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴급신호를 위한 인덱스 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다. 7 and 8 are diagrams for explaining an index transmission method for an emergency signal according to an embodiment of the present invention.
긴급신호는 협대역 무선통신시스템이 적용된 서비스에서 사전에 정의하며 아래 표 1과 같이 게이트웨이(GW)에서 디바이스로, 디바이스에서 게이트웨이(GW)로 전송하는 긴급신호를 각각 M개 정의하고, 게이트웨이(GW)와 디바이스의 메모리에 저장할 수 있다. The emergency signal is defined in advance in the service to which the narrowband wireless communication system is applied. As shown in Table 1 below, M emergency signals transmitted from the gateway (GW) to the device and from the device to the gateway (GW) are each defined, and the ) and in the device's memory.
도 7은 게이트웨이(GW)에서 디바이스로 긴급신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 서비스에서 긴급신호 "GW_data " 전송이 요청되면, 게이트웨이는 표 1과 같이 사전에 정의된 인덱스 테이블을 확인하고, 해당 인덱스 번호 을 긴급신호 송신 처리부를 이용하여 전송할 수 있다. 디바이스는 게이트웨이에서 전송된 긴급신호를 수신할 수 있고, 디바이스는 수신된 긴급신호를 인덱스 테이블에서 확인한 후 서비스로 전송할 수 있다. 이는 전력제어가 중요한 배전자동화 시스템에 적용될 경우 디바이스를 제어하기 위한 선로 개폐, 단말 잠금 풀림, 및 BI(Binary Input) 등의 제어 메시지 전송에 활용할 수 있다. 7 is a diagram for explaining a method of transmitting an emergency signal from a gateway GW to a device. Referring to FIG. 7, the emergency signal "GW_data" in the service " When transmission is requested, the gateway checks the predefined index table as shown in Table 1, and the corresponding index number can be transmitted using the emergency signal transmission processing unit. The device may receive the emergency signal transmitted from the gateway, and the device may check the received emergency signal in the index table and then transmit it to the service. When applied to a distribution automation system where power control is important, it can be used to open and close a line to control a device, unlock a terminal, and transmit control messages such as BI (Binary Input).
도 8은 디바이스에서 게이트웨이로 긴급신호를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 서비스에서 긴급신호 "Device_data " 전송이 요청되면, 디바이스는 사전에 정의된 인덱스 테이블을 확인하고, 해당 인덱스 번호 을 긴급신호 송신 처리부를 이용하여 전송할 수 있다. 게이트웨이는 디바이스로부터의 긴급신호를 수신할 수 있고, 게이트웨이는 수신한 긴급신호를 인덱스 테이블에서 확인한 후, 서비스로 전송할 수 있다. 이는 전력제어가 중요한 배전자동화 시스템에 적용될 경우 디바이스에서 긴급을 요하는 고장정보 (Fault Indicator, FI), 순간고장, 일시고장, 및 단선/결상 등을 매핑하여 활용할 수 있다. 8 is a diagram for explaining a method of transmitting an emergency signal from a device to a gateway. Referring to FIG. 8, in the service, the emergency signal "Device_data " When transmission is requested, the device checks the predefined index table and can be transmitted using the emergency signal transmission processing unit. The gateway may receive the emergency signal from the device, and after checking the received emergency signal in the index table, the gateway may transmit the received emergency signal to the service. This can be used by mapping emergency information (Fault Indicator, FI), instantaneous failure, temporary failure, and disconnection/phase loss in devices when applied to a distribution automation system where power control is important.
상술한 바와 같이 협대역 무선통신시스템에서 긴급신호 전송모드에서는 서비스에서 긴급을 요구하는 신호들을 인덱스로 관리하고, 긴급신호 전송시 인덱스 정보만을 무선으로 전송할 수 있다. 따라서 긴급을 요구하는 데이터들에 대해서 송신하는 데이터의 양을 최소화함으로써 전송지연시간을 최소화할 수 있다.As described above, in the emergency signal transmission mode in the narrowband wireless communication system, signals requiring urgency in the service are managed as indexes, and only index information can be wirelessly transmitted when the emergency signal is transmitted. Therefore, it is possible to minimize the transmission delay time by minimizing the amount of data to be transmitted for data requiring urgency.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴급신호 삽입레벨에 따른 성능을 설명하기 위한 예시도이다. 9 and 10 are exemplary diagrams for explaining performance according to an emergency signal insertion level according to an embodiment of the present invention.
협대역 무선통신시스템에서는 QPSK, 16QAM, 및 64QAM 등의 변조방식을 사용할 수 있다. 협대역 무선통신시스템에서 신호가 64-QAM을 사용하는 경우, 삽입레벨에 따른 e-WSN 신호의 성능은 도 9와 같을 수 있다. 도 9를 참조하면, 긴급신호가 전송되지 않을 경우 e-WSN 신호는 CNR (Carrier-to-Noise Ratio) 16 dB에서 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 긴급신호가 -20 dB로 삽입될 경우 0.4 dB의 성능열화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.In the narrowband wireless communication system, modulation schemes such as QPSK, 16QAM, and 64QAM can be used. When the signal uses 64-QAM in the narrowband wireless communication system, the performance of the e-WSN signal according to the insertion level may be as shown in FIG. 9 . Referring to FIG. 9 , it can be seen that when the emergency signal is not transmitted, the e-WSN signal operates at a carrier-to-noise ratio (CNR) of 16 dB, and when the emergency signal is inserted at -20 dB, the value of 0.4 dB It can be seen that performance degradation occurs.
e-WSN 신호가 QPSK를 사용한 경우 삽입레벨에 따른 e-WSN 신호의 성능은 도 10과 같을 수 있다. 도 10을 참조하면, 긴급신호가 전송되지 않을 경우 e-WSN 신호는 CNR 4 dB에서 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 긴급신호가 -10 dB로 삽입될 경우 0.1 dB의 성능열화가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 기존 e-WSN과의 역호환성을 유지하며 신호를 전송하기 위해서는 BR을 -20 dB이하로 설정하면 된다는 것을 확인할 수 있다.When the e-WSN signal uses QPSK, the performance of the e-WSN signal according to the insertion level may be as shown in FIG. 10 . Referring to FIG. 10 , it can be confirmed that the e-WSN signal operates at a CNR of 4 dB when the emergency signal is not transmitted, and performance degradation of 0.1 dB occurs when the emergency signal is inserted at -10 dB. have. Therefore, it can be confirmed that in order to transmit a signal while maintaining backward compatibility with the existing e-WSN, it is enough to set the BR to -20 dB or less.
한편, 긴급신호의 성능(CNR)은 아래 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다.Meanwhile, the emergency signal performance (CNR) can be calculated using Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
긴급신호의 경우 BPSK 변조를 사용하였으므로, 9.6dB에서 의 BER (Bit Error Rate)을 달성한다. 삽입레벨인 BR이 -20dB인 경우 긴급신호의 동작 CNR이 -20dB 이하인 영역에서 동작한다. 따라서 확산 수열의 길이가 1023 이상을 사용하면 긴급신호가 정상적으로 동작한다. Since BPSK modulation is used for emergency signals, at 9.6 dB BER (Bit Error Rate) is achieved. When the insertion level BR is -20dB, it operates in the region where the operating CNR of the emergency signal is -20dB or less. Therefore, if the length of the spread sequence is 1023 or more, the emergency signal operates normally.
삽입 레벨 -20dB에 따른 e-WSN 시스템의 성능 열화 및 긴급신호의 성능을 고려하여 설정한 채널 개수, 수열의 길이 및 인덱스 정보는 아래 표 2와 같을 수 있다. The number of channels, the length of a sequence, and index information set in consideration of the performance degradation of the e-WSN system according to the insertion level of -20dB and the performance of the emergency signal may be as shown in Table 2 below.
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 수열의 길이 1024를 사용하고, 채널 개수 6 및 12로 설정할 경우 전송 가능한 긴급신호의 종류는 각각 4 및 8이 되는 것을 확인할 수 있으며, 이때는 전송지연시간은 17ms로 스마트그리드의 요구조건이 20ms보다 더 작은 전송지연을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 2, when the length of the sequence is 1024 and the number of channels is set to 6 and 12, it can be confirmed that the types of emergency signals that can be transmitted are 4 and 8, respectively. It can be seen that the grid requirements can achieve a transmission delay of less than 20 ms.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 최소 전송지연시간 측면에서 스마트그리드 네트워크 요구조건을 만족하면서, 네트워크 자원의 사용 정도와 상관없이 낮은 전송지연시간을 나타내는 서비스를 제공할 수 있다. As described above, the apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention satisfy the smart grid network requirements in terms of minimum transmission delay time, and low transmission irrespective of the degree of use of network resources. A service indicating the delay time can be provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, e-WSN의 긴급신호 전송모드에 적용되어 지연시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다. The apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention can be applied to an emergency signal transmission mode of an e-WSN to dramatically reduce a delay time.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 다중채널 기반의 전송기법을 이용하므로 더 빠르게 신호를 전송하여 요구조건에 부합하는 전송지연시간을 달성할 수 있으며, 대역확산기법을 적용하여 자원할당 과정 없이 신호를 바로 전송할 수 있어 자원할당으로 인한 대기 지연시간이 발생하지 않는다. A transmission/reception apparatus and method in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention use a multi-channel-based transmission technique, so that a signal can be transmitted faster to achieve a transmission delay time that meets the requirements, By applying the spreading technique, a signal can be directly transmitted without a resource allocation process, so there is no waiting delay due to resource allocation.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 서비스에서 전송하는 필수 제어 신호들을 인덱스로 관리하고, 긴급신호에는 인덱스 정보만을 무선으로 전송하여 무선에서의 지연시간을 최소화할 수 있다.An apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention manage essential control signals transmitted in a service as an index, and transmit only index information to an emergency signal wirelessly to minimize the delay time in the radio can do.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 무선통신시스템에서 송수신 장치 및 방법은, 긴급신호의 경우 대역확산 과정에서 확산요소와 신호 삽입 레벨을 적절하게 조정하여 기존 e-WSN 시스템에 영향을 최소화하면서 신호를 전송하는 것이 가능하다.In the case of an emergency signal, an apparatus and method for transmitting and receiving in a narrowband wireless communication system according to an embodiment of the present invention appropriately adjust a spreading factor and a signal insertion level during a bandwidth spreading process to minimize the effect on the existing e-WSN system. It is possible to transmit
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely an example, and those skilled in the art to which various modifications and equivalent other embodiments are possible. will understand
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
100, 200 : 송신 장치
110, 210 : 일반신호 송신 처리부
112 : 직병렬 변환부
114 : 채널 부호화기
116 : 인터리버
118 : 변조기
120 : 제1 FMT 송신부
122 : IDFT부
124 : 필터부
130 : 제1 긴급신호 송신 처리부
131 : 긴급신호 생성부
132 : 확산부
133 : 변조부
134 : 펄스 성형 필터
135 : 연산부
140 : 결합부
220 : 제2 FMT 송신부
230 : 제2 긴급신호 송신 처리부
234 : 반복부
300, 400 : 수신 장치
310 : 제1 FMT 수신부
314 : DFT부
320 : 일반신호 수신 처리부
322 : 복조기
324 : 디인터리버
326 : 채널 복호화기
328 : 병직렬 변환부
330 : 제1 긴급신호 수신 처리부
332 : 정합 필터
334 : 복조부
336 : 역확산부
338 : 긴급신호 추정부
410 : 제2 FMT 수신부
430 : 제2 긴급신호 수신 처리부 100, 200: Transmitting device
110, 210: general signal transmission processing unit
112: serial-to-parallel conversion unit
114: channel encoder
116: interleaver
118: modulator
120: first FMT transmitter
122: IDFT unit
124: filter unit
130: first emergency signal transmission processing unit
131: emergency signal generator
132: diffuser
133: modulator
134: pulse shaping filter
135: arithmetic unit
140: coupling part
220: second FMT transmitter
230: second emergency signal transmission processing unit
234: repeat
300, 400: receiving device
310: first FMT receiver
314: DFT unit
320: general signal reception processing unit
322: demodulator
324: deinterleaver
326: channel decoder
328: parallel-to-serial conversion unit
330: first emergency signal reception processing unit
332: matched filter
334: demodulator
336: despreading unit
338: emergency signal estimation unit
410: second FMT receiver
430: second emergency signal reception processing unit
Claims (1)
긴급신호를 송신하도록 처리하는 제2 긴급신호 송신 처리부;
상기 일반신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼들과 상기 제2 긴급신호 송신 처리부에서 출력되는 심볼을 주파수 영역에서의 심볼로 생성하는 제2 FMT(Filtered Multi-Tone) 송신부; 및
상기 제2 FMT 송신부에서 출력되는 심볼에 삽입레벨을 연산하여 송신하는 연산부를 포함하되,
상기 제2 긴급신호 송신 처리부는,
상기 긴급신호에 대한 인덱스를 기 정의된 인덱스 테이블로부터 획득하고, 상기 획득된 인덱스를 이진 데이터로 변환하는 긴급신호 생성부;
상기 이진 데이터를 카사미(Kasami) 수열에 기초하여 대역 확산하는 확산부;
상기 대역 확산된 이진 데이터를 변조하여 심볼을 생성하는 변조부; 및
상기 생성된 심볼을 상기 채널의 개수에 해당하는 횟수만큼 반복하여 상기 제2 FMT 송신부에 입력하는 반복부를 포함하고,
상기 일반신호 송신 처리부는,
상기 일반신호에 대한 이진 데이터를 상기 채널의 개수에 대응하는 복수의 부분 이진 데이터로 분할하는 직병렬 변환부;
상기 복수의 부분 이진 데이터 각각을 동시에 채널 부호화하는 복수의 채널 부호화기;
상기 복수의 채널 부호화된 이진 데이터 각각을 동시에 인터리빙하는 복수의 인터리버; 및
상기 복수의 인터리빙된 이진 데이터 각각을 동시에 기 설정된 변조 방식으로 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하는 복수의 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 무선통신시스템에서 송신 장치.a general signal transmission processing unit for processing a general signal to be transmitted using a plurality of channels;
a second emergency signal transmission processor configured to transmit an emergency signal;
a second Filtered Multi-Tone (FMT) transmitter for generating symbols output from the general signal transmission processing unit and symbols output from the second emergency signal transmission processing unit as symbols in a frequency domain; and
Comprising a calculator for calculating and transmitting the insertion level on the symbol output from the second FMT transmitter,
The second emergency signal transmission processing unit,
an emergency signal generator for obtaining an index for the emergency signal from a predefined index table and converting the obtained index into binary data;
a spreader that spreads the binary data based on a Kasami sequence;
a modulator for generating a symbol by modulating the band-spread binary data; and
and a repeater for repeating the generated symbol a number of times corresponding to the number of channels and inputting it to the second FMT transmitter;
The general signal transmission processing unit,
a serial-to-parallel converter for dividing the binary data of the general signal into a plurality of partial binary data corresponding to the number of channels;
a plurality of channel encoders for channel-coding each of the plurality of partial binary data simultaneously;
a plurality of interleavers for simultaneously interleaving each of the plurality of channel-encoded binary data; and
and a plurality of modulators for generating a plurality of modulation symbols by simultaneously modulating each of the plurality of interleaved binary data using a preset modulation method.
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