KR20010103971A

KR20010103971A - 적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법

Info

Publication number: KR20010103971A
Application number: KR1020000025308A
Authority: KR
Inventors: 전범진; 박종훈
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-24
Also published as: KR100367592B1

Abstract

본 발명은 적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것으로, 송신단 및 수신단에서 각각 선로의 임피던스를 보상해주기 위한 임피던스 보상부와; 송신단 및 수신단의 각 제어수단으로부터 출력된 임피던스 제어 신호에 의해 상기 임피던스 보상부의 각 임피던스 회로를 온/오프 시키는 스위칭부를 포함하여 구성함으로써, 가변하는 선로의 특성 변화에 따라, 자동으로 선로의 임피던스 값을 바꾸어 대역의 이득을 조절하여 최적의 통신 상태를 이룰 수 있도록 하는 효과가 있으며 또한, 본 발명을 통신망의 모뎀 설계에 적용하여 설계할 경우 모뎀 설치시에 특별한 조정을 하지 않더라도 거리나 부하에 따라 변하는 선로 특성에 적절히 대응할 수 있도록 하여 모뎀 설치 및 추후 A/S에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법{ADAPTIVE TYPE POWER LINE COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 모뎀 통신 기술에 관한 것으로, 특히 전력선 통신 방식에 있어서 가변하는 선로의 특성 변화에 따라, 자동으로 선로의 임피던스 값을 바꾸어 대역의 이득을 조절함으로써, 채널의 특성에 실시간으로 적응하여 최적의 통신 상태를 이루도록 하는 적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법에 관한 것이다.

전력선 통신이란 AC 110V/220V의 전력선을 통신 선로로 이용하는 통신 방식으로서, 별도의 전송 선로를 부설할 필요 없이 통신 단말기 사이에 통신을 수행할 수 있다는 잇점을 갖는다.

이러한 전력선 통신 방식은 근거리 데이터 전송용 LAN 구성이나 통신 네트워크 구성 그리고, 각종 전기 장치의 제어 또는 전력, 수도, 가스 등의 원격 계측 및 산업 현장에서의 각종 계측신호의 전송 등 그 사용과 응용 범위가 다양하다.

따라서, 전력선을 통신채널로 사용하기 위하여 FSK 방식이나 PSK 방식에 의한 전력선 전송 특성 등에 관한 많은 연구가 행해져 왔으며 이들 방식을 채용한 장치의 실용화도 이루어져 있는 상태이다.

일반적으로, 전력선 통신용으로 사용되는 주파수 대역은 도1에 도시된 바와 같이 CENELEC 밴드(3Khz∼148.5Khz), FCC 밴드(9Khz∼450Khz), 비정규 밴드(2Mhz∼30Mhz)로 구성된다.

여기서, 상대적으로 좁은 대역인 CENELEC, FCC 밴드는 저속의 제어 통신용으로 사용되고, 주파수가 낮아서 선로 임피던스에 의한 심호 감쇄는 적으나 가전기기의 노이즈가 심한 주파수 대역이다.

또한, 상대적으로 넓은 대역인 비정규 밴드는 고속의 데이터 통신용으로 사용되며 가전기기의 노이즈는 심하지 않지만 고주파이기 때문에 신호의 감쇄가 심하다.

일반적으로, 이상적인 전력선을 통해 신호를 전송할 때의 채널 특성은 도2b에 도시된 바와 같이 전송대역(2MHz∼30MHz)에서 이득(0dB)과 위상(-360°)에 거의 변화가 없이 일정하게 나타난다.

이때, 전송 장치는 도2a에 도시된 바와 같이 송신단에는 커패시터(C1,C2)와 인덕터(L1)로 구성된 커플러를 포함하고, 수신단에는 커패시터(C3),인덕터(L2)로 구성된 커플러와 입력 앰프(AMP)를 포함하여 구성된다.

상기에서 설명이 생략된 부호(Rx)는 계산을 위한 더미 저항이다.

그러나, 도3b에 도시된 바와 같이 20미터의 전력선을 통해 신호를 전송할 때의 채널 특성은, 두 노드간의 거리에 따른 전력선 자체의 임피던스 및 부하의 임피던스에 따라 전송대역(2MHz∼30MHz)에서 신호의 이득(-60dB)과 위상(-540°)의 지연이 크게 나타난다.

특히, 상기 설명된 바와 같이 고주파(30MHz 부근)일수록 신호의 감쇄가 심하게 나타난다.

이때, 도3a는 일반적인 전송장치와 전력선을 모델화 한 것으로 전력선 자체의 임피던스는 단위길이(1M)당 "L=0.65μH, R=78mOhm, C=75pF"로 가정하여 "R1,L3,C4" 로 모델화한 것이고, 저항(R2)은 가상 부하이다.

일반적으로, 부하의 임피던스는 제품에 따라 다르지만 1∼4000(Ohm)의 범위를 갖는다.

즉, 수신 노드와 송신 노드 상호간의 신호 감쇄 정도 및 노이즈 양상은 두 노드간 거리와 그 사이에 연결된 부하 및 주파수 대역에 따라서도 많은 차이가 발생하게 되기 때문에, 최적의 통신을 이루기 위해서는 연결되는 노드 사이의 거리 및 노이즈 정도 등 그 전달특성에 따라 수파수 대역과 이득을 적응시킬 필요가 있다.

이와 같이, 전력선 통신에서는 전력선에 연결되는 두 노드간의 거리 및 부하의 작동과 변동으로 인한 임피던스의 변화로 인하여 신호의 감쇄 및 위상의 지연이 발생함으로써, 통신의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 문제는 사용자 댁내의 배선 상황 및 주파수 대역에 따른 신호의 감쇄 정도 및 노이즈 양상이 다름으로 인해 더 심각해지게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 가변하는 선로의 특성 변화에 따라, 자동으로 선로의 임피던스 값을 바꾸어 대역의 이득을 조절함으로써, 채널의 특성에 실시간으로 적응하여 최적의 통신 상태를 이룰 수 있도록 하는 적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 전력선 통신용으로 사용되는 주파수 대역을 보인 예시도.

도2a는 이상적인 전력선 전송장치와 전력선을 모델화하여 보인 장치 구성도.

도2b는 이상적인 전력선을 통해 신호를 전송할 때의 채널 특성을 보인 파형도.

도3a는 일반적인 전송장치와 전력선을 모델화하여 보인 장치 구성도.

도3b는 상기 도3a의 장치를 통해 신호를 전송할 때의 채널 특성을 보인 파형도.

도4는 본 발명에 의한 전력선 전송 장치의 구성을 보인 블록도.

도5는 본 발명에 의해 신호를 전송할 때의 채널 특성을 보인 파형도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 임피던스 보상부 20 : 스위칭부

Z₁∼Zn : 임피던스 회로 S₁∼Sn : 스위치

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송신단 및 수신단에서 각각 선로의 임피던스를 보상해주기 위한 임피던스 보상부와; 송신단 및 수신단의 각 제어수단으로부터 출력된 임피던스 제어 신호에 의해 상기 임피던스 보상부의 각 임피던스 회로를 온/오프 시키는 스위칭부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도4는 본 발명에 의한 전력선 전송 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 송신단 및 수신단에서 각각 선로의 임피던스를 보상해주기 위한 임피던스 보상부(10)와; 송신단 및 수신단의 각 제어수단으로부터 출력된 임피던스 제어 신호에 의해 상기 임피던스 보상부(10)의 각 임피던스 회로를 온/오프 시키는 스위칭부(20)를 포함하여 구성한 것으로, 이하 상기와 같이 구성된 장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

일단, 상기 구성에서 설명이 생략된 제어수단은 송신단 및 수신단의 각 통신장치에 내장된 씨피유(CPU)를 공유하거나 또는 독립적인 제어장치를 구비하여 제어신호를 출력할 수 있도록 한다.

다만, 본 발명에서는 상기 제어수단에서 채널의 상태를 파악하여 전송 대역의 이득이 감소되었을 경우, 그 이득을 조정하기 위해 송,수신단 커플러의 임피던스를 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 것이다.

여기서, 상기 채널 상태를 파악하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

일단, 통신장치를 설치한 후 초기 통신시에 통신 대역을 소정 단위씩 나누어 복수개의 채널로 사용할 한다고 할 때, 각 채널에 같은 값의 소정 데이터(예를 들어 '1')를 전송하도록 한다.

물론, 이때 송,수신단의 임피던스는 디폴트값이 설정될 수 있도록 임의의 스위치(Sn)가 턴온되어 있게 된다.

다음, 상기 송신단에서 전송된 데이터가 전송라인을 거쳐 수신단에 전달되면 수신단에서는 이를 수신하여 어느 정도의 이득으로 데이터가 수신되었는지를 측정하여 채널특성을 파악하게 된다.

이에 따라, 상기 측정된 채널특성이 소정 기준이득 이하일 경우에는 스위칭부(20)의 각 스위치(S₁∼Sn)를 선택적으로 온/오프시켜 임피던스를 절환하는 과정을 소정의 기준이득 이상이 될 때까지 반복 수행하도록 한다.

물론, 상기 방법 이외에도 채널 특성에 따른 임피던스 값을 제어수단에 내장된 레지스터나 외부의 메모리에 맵핑하여 두고, 채널 특성이 검출되는 즉시 그에 따른 스위치(Sn)를 온/오프 시킴으로써 임피던스를 조절할 수도 있다.

한편, 상기 동작과 동시에 수신단에서는 송신단과 마찬가지로 통신 대역의 각 채널에 같은 값의 소정 데이터(예를 들어 '1')를 송신단으로 전송하도록 하여 송신단에서도 그때의 채널 특성을 검출하여, 그에 따라 스위칭부(20)를 제어하여 임피던스를 조절할 수 있도록 한다.

이와 같이, 송,수신단의 입출력 임피던스가 조절되어 전송 라인의 임피던스와 매칭 되었을 때 최대의 이득으로 신호를 전송할 수 있게 된다.

여기서, 상기 임피던스 보상부(10)의 각 임피던스 회로(Z₁∼Zn)는 'R,L,C' 소자를 조합하여 특정 임피던스 값을 갖도록 설정하는데, 각 회로의 임피던스 값을 모두같게 설정함으로써, 동시에 복수개의 임피던스 회로를 온/오프 되게 하여 임피던스 매칭을 시키거나, 또는 각기 다른 임피던스 값을 갖도록 설정해 두고 임의의 한 임피던스 회로만 온/오프 시킴으로써 임피던스 매칭이 될 수 있도록 한다.

다음, 도5는 상기 도4의 장치를 이용하여 전송라인과 송,수신단을 임피던스 매칭시켰을 때 채널 특성을 보인 파형도로서, 도3b의 것과 비교하여 보면 저주파 대역(2MHz∼5MHz)의 이득은 감소한 반면에 고주파 대역(5MHz∼10MHz)의 이득은 증가하여 모든 채널에 걸쳐 신호 이득이 평균 레벨 이상으로 되었음을 알 수 있다.

이때 이득의 변화와 함께 위상에도 변화가 있으나 이득이 높아진 상태에서 약간의 위상은 큰 의미를 갖지 않으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 적응형 전력선 통신 장치 및 통신 방법은 가변하는 선로의 특성 변화에 따라, 자동으로 선로의 임피던스 값을 바꾸어 대역의 이득을 조절함으로써, 채널의 특성에 실시간으로 적응하여 최적의 통신 상태를 이룰 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명을 통신망의 모뎀 설계에 적용하여 설계할 경우 모뎀 설치시에 특별한 조정을 하지 않더라도 거리나 부하에 따라 변하는 선로 특성에 적절히 대응할 수 있도록 함으로써, 모뎀 설치 및 추후 A/S에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

송신단 및 수신단에서 각각 선로의 임피던스를 보상해주기 위한 임피던스 보상부와; 송신단 및 수신단의 각 제어수단으로부터 출력된 임피던스 제어 신호에 의해 상기 임피던스 보상부의 각 임피던스 회로를 온/오프 시키는 스위칭부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부의 제어수단은 송신단 및 수신단의 각 통신장치에 내장된 씨피유를 공유하거나 또는, 독립적인 제어장치를 따로 구비하여 할 수 있는 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 임피던스 보상부는 R,L,C 소자를 조합하여 구성한 다수의 임피던스 회로로 구성된 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 임피던스 보상부의 각 임피던스 회로는 각기 다른 임피던스 값을 갖거나 같은 임피던스 값을 갖도록 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭부는 제어수단의 제어에 의해 임피던스 회로가 각기 다른 임피던스 값을 가질 경우 임의의 한 임피던스 회로를 온/오프 시키고, 각 임피던스 회로가 모두 값은 임피던스 값을 가질 경우 복수개의 임피던스 회로를 동시에 온/오프 시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 장치.
초기 통신시에 송신단에서 수신단과 약정된 일정 값의 데이터를 전송하는 제1단계와; 수신단에서 상기 전송된 데이터를 수신하여 채널특성을 검출하는 제2단계와; 수신단으로부터 상기 송신단으로 기 약정된 일정 값의 데이터를 전송하는 제3단계와; 송신단에서 상기 수신단으로부터 송신된 데이터를 수신하여 채널특성을 검출하는 제4단계와; 상기 제2,4 단계를 통해 검출된 채널특성이 소정의 기준이득 이하일 경우 임피던스를 조절하는 제5단계와; 상기 임피던스 조절 후 기준 이상의 이득이 될 때까지 상기 과정을 반복 수행하여 임피던스를 보정하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 방법.
제6항에 있어서, 제5 단계의 임피던스 조절은 채널특성이 소정의 기준이득 이상이 될 때까지 임피던스 회로를 임피던스가 높거나 낮은 쪽으로 스위치를 반복 절환해 가며 임피던스를 조절하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 방법.
제6항에 있어서, 제5 단계의 임피던스 조절은 채널 특성에 따른 임피던스 값을 제어수단에 내장된 레지스터나 외부의 메모리에 맵핑하여 두고, 채널 특성이 검출되는 즉시 그 해당 임피던스 회로와 접속된 스위치를 온/오프 시켜 임피던스를 조절하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 적응형 전력선 통신 방법.