KR20040019133A - Multi-carrier wave modulation/demodulation method characterized by power line and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력선 선로 특성에 따라 변조방식을 달리하는 다중 반송파 변조방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력선에 대한 각 주파수대역별로 SNR(Signal - to - Noise Ratio)을 측정하고, SNR에 따라서 변조방식을 달리하여 전송하도록 하는 다중 반송파 변조방식에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-carrier modulation method and system for varying modulation schemes according to power line line characteristics. More particularly, SNR (Signal-to-Noise Ratio) is measured for each frequency band of a power line, and according to the SNR. The present invention relates to a multi-carrier modulation scheme for transmitting a different modulation scheme.
통신선을 추가적으로 설치하지 않더라도 기존의 광범위하게 깔려있는 전력선을 이용하여 데이터 통신을 할 수 있는등의 다양한 장점 때문에 전력선 통신(PLC: Power Line Communication)에 많은 연구 개발이 진행되고 있다.Even without additional communication lines, many researches and developments are being conducted in power line communication (PLC) because of various advantages such as data communication using a wide range of existing power lines.
PLC는 가정에 들어오는 60Hz의 교류전기가 흐르는 전선에 수백KHz ∼수십KHz 대의 고주파 통신신호를 함께 실어 보내고, 이를 모뎀을 이용하여 전기선에서 통신신호만을 추출하여 사용하는 것으로 별도의 추가설비 없이 전력선 통신모뎀을 갖추면, 인터넷 등을 자유롭게 이용할 수 있도록 한다. 그러나, 이러한 장점을 갖춘 반면에 전력선상의 잡음이나 간섭등으로 통신장애가 발생한다면 전력선을 매개로 하여 통신이 이루어지는 점을 감안하면 예측할 수 없는 피해가 발생할 우려가 있으므로 주파수 제한등이 따르게 된다.PLC transmits high-frequency communication signal of hundreds of KHz ~ several tens of KHz to 60Hz AC electricity flowing into home, and uses only modem to extract communication signal from electric line and use it without additional equipment. If you have, you can use the Internet freely. However, if the communication failure occurs due to noise or interference on the power line while having such an advantage, considering that communication is performed through the power line, there is a possibility that unpredictable damage may occur, and thus the frequency limit is followed.
허용되는 주파수 대역에서 많은 데이터를 작은 시간에 전송시키고자 하는 노력이 이루어져 있었고, 국내 특허공개공보 특2002-0007441과 같은 기술이 개발되어졌다. 상기 특허출원은 낮은 주파수 대역에서는 송신신호의 출력을 높이고, 높은 주파수 대역에서는 송신신호의 출력을 낮출 수 있도록 채널에 따른 가중치를 곱하여 전송하는 것이다.Efforts have been made to transmit a large amount of data in a small amount of time in an acceptable frequency band, and technologies such as Korean Patent Publication No. 2002-0007441 have been developed. The patent application is to multiply the weight of each channel so as to increase the output of the transmission signal in the low frequency band, and lower the output of the transmission signal in the high frequency band.
그러나, 이러한 기술은 물리적으로 송신신호의 출력을 높이고, 줄임으로써 저주파수대를 활용하고자 하는 것이나, 데이터를 전송하고자하는 전력선의 전송선로의 특성을 고려하지 않은 방법으로 크게 효과를 얻을 수 없다.However, such a technique does not greatly benefit from the method of utilizing the low frequency band by physically increasing and decreasing the output of the transmission signal, or by not considering the characteristics of the transmission line of the power line to which data is transmitted.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 데이터를 전송하고자 하는 전력선의 전송선로의 특성을 고려하여 변복조방식을 달리하여 전송선로의 특성에 가장 적합한 변복조방식을 선정하여 전송함으로써 데이터의 전송속도를 개선하기 위한 다중 반송파 변조방법 및 시스템을 제공한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such problems, and an object of the present invention is to select a modulation / demodulation method most suitable for the characteristics of a transmission line by changing the modulation / demodulation method in consideration of the characteristics of a transmission line of a power line to transmit data. Provided is a multi-carrier modulation method and system for improving data transmission speed by transmitting.
도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 회로 블록도이다.1 is a circuit block diagram for explaining an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 송신부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter in an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 SNR과 주파수 채널을 예시하기 위한 그래프이다.3 is a graph illustrating an SNR and a frequency channel in an embodiment of the present invention.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above objects,
전력선에 적어도 하나 이상의 주파수 채널들에 대한 SNR을 측정하고, SNR값에 대한 변조방식이 저장된 저장장치로부터 상기 측정된 SNR에 대응하는 변조방식을 선택하고, 상기 선택된 변조방식을 전송코자하는 수신측에 전송하고 수신측의 복조방식을 상기 변조방식에 일치시키는 초기화단계;A SNR is measured for at least one frequency channel on a power line, a modulation method corresponding to the measured SNR is selected from a storage device in which a modulation method for an SNR value is stored, and the receiver is configured to transmit the selected modulation method. An initialization step of transmitting and matching the demodulation scheme of the receiving side to the modulation scheme;
상기 선택된 변조방식에 따라 데이터를 변조하고, 상기 변조된 데이터를 전력선을 통하여 상기 수신측에 전송하고, 수신측에서 상기 일치된 복조방식에 따라서 복조하는 데이터 송수신단계를 포함하는 것이다.And a data transmitting / receiving step of modulating data according to the selected modulation scheme, transmitting the modulated data to the receiving side through a power line, and demodulating according to the matched demodulation scheme at the receiving side.
또한, 본 발명에서 상기 저장장치에 저장된 상기 SNR값에 대한 변조방식은 SNR값이 낮을수록 저속전송에 적합한 변조방식이 대응되고, SNR값이 높을수록 고속전송에 적합한 변조방식이 대응되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the modulation scheme for the SNR value stored in the storage device corresponds to a modulation scheme suitable for low speed transmission as the SNR value is lower, and a modulation scheme suitable for high speed transmission as the SNR value is higher. Do.
본 발명의 또 다른 특징은Another feature of the invention
데이터를 변조하기 위한 변조기;A modulator for modulating data;
상기 변조기에 의하여 변조된 데이터를 복조하기 위한 복조기;A demodulator for demodulating data modulated by the modulator;
SNR값에 대응되는 변복조방식이 테이블로 저장되는 저장수단;Storage means for storing a modulation / demodulation method corresponding to the SNR value in a table;
특정 주파수채널에 대하여 SNR값을 검출하기 위한 검출수단;Detecting means for detecting an SNR value for a specific frequency channel;
상기 검출수단에 의하여 검출된 SNR값에 대응되는 변복조방식을 상기 저장수단으로부터 추출하고, 상기 추출된 변복조 방식에 의하여 상기 변조기 및 복조기가 상기 데이터를 변복조 하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.And a controller for extracting a demodulation method corresponding to the SNR value detected by the detection means from the storage means, and controlling the modulator and the demodulator to demodulate the data by the extracted modulation and demodulation method.
또한, 본 발명에서 상기 테이블에는 상기 SNR값이 낮을수록 저속전송에 적합한 변복조방식이 대응되고, SNR값이 높을수록 고속전송에 적합한 변복조방식이 대응되는 것이 바람직하다.In the present invention, the lower the SNR value corresponds to the modulation and demodulation method suitable for low speed transmission, and the higher the SNR value corresponds to the modulation and demodulation method suitable for high speed transmission.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the elements of each drawing, it should be noted that the same elements are denoted by the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in the following description there are shown a number of specific details, such as specific components, which are provided only to help a more general understanding of the present invention that the present invention may be practiced without these specific matters in the art. It is self-evident to those who have knowledge of the world. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 회로 블록도이다.1 is a circuit block diagram for explaining an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 실시예는 디지털 변복조 모듈(100)의 송신부(10)에는 DAC(digital /analog converter:30)이 연결되고, 수신부(20)에는 ADC(analog /digital converter: 31)이 연결되며, DAC(30) 및 ADC(31)에는 전력선에 데이터 신호를 송수신하기 위한 전력선 통신채널(32)이 연결된다.In the embodiment shown in FIG. 1, a digital / analog converter (DAC) 30 is connected to the transmitter 10 of the digital modulation / demodulation module 100, and an analog / digital converter 31 (ADC) is connected to the receiver 20. The DAC 30 and the ADC 31 are connected to a power line communication channel 32 for transmitting and receiving data signals to the power line.
디지털 변복조 모듈(100)은 제어부(40)와 제어부(40)의 제어를 받아 데이터를 변조송신하기 위한 송신부(10)와, 제어부(40)의 제어를 받아 전력선 통신채널(32)을 통하여 수신되는 데이터를 복호화하기 위한 수신부(20)와, SNR과 SNR에 대응하는 QAM방식이 테이블로 저장되는 EEPROM(41)로 이루어진다.The digital modulation and demodulation module 100 is received through the power line communication channel 32 under the control of the control unit 40 and the transmitter 10 for modulating and transmitting data under the control of the control unit 40 and the control unit 40. A receiving unit 20 for decoding data and an EEPROM 41 in which the SNR and the QAM scheme corresponding to the SNR are stored in a table.
직/병렬 변환기(11)는 직렬 데이터열을 병렬 데이터 열로 처리하여 각 병렬 데이터의 시간 폭을 넓게 함으로써 인접 데이터의 간섭영향을 줄인다. 즉, 직렬 데이터는 직/병렬 변환기(11)에 의하여 병렬 데이터로 변환되어 QAM 엔코더(12: Quadrature Amplitude Modulation encoder)에 입력되게 된다. QAM 변조방식은 직교진폭변조방식으로 위상편이변조(PSK:Phase Shift Keying)과 진폭편이변조(ASK:Amplitude Shift Keying)방식을 조합하는 방식이며, PSK에는 m 차 PSK(m - array PSK)로 분류된다. 즉, 2 -PSK(통상 BPSK라 함)는 0도와 180도의 두 개의 위상을 갖도록 변조되며, 4 -PSK(통상 QPSK라 함)는 0도, 90도, 180도, 270도의 위상을 갖도록 변조되며, 보다 복잡한 변조방식으로는 8-PSK, 16-PSK, 32-PSK, …, m - PSK로 차수가 증대된다.The serial / parallel converter 11 reduces the interference effect of adjacent data by processing the serial data stream as a parallel data stream to widen the time width of each parallel data. That is, the serial data is converted into parallel data by the serial / parallel converter 11 and input to the QAM encoder 12 (Quadrature Amplitude Modulation encoder). QAM modulation is an orthogonal amplitude modulation method that combines phase shift keying (PSK) and amplitude shift keying (ASK). PSK is classified as m-order PSK (m-array PSK). do. That is, 2 -PSK (commonly referred to as BPSK) is modulated to have two phases of 0 degrees and 180 degrees, and 4 -PSK (commonly referred to as QPSK) is modulated to have phases of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. More complex modulation schemes include 8-PSK, 16-PSK, 32-PSK,... , the order is increased to m-PSK.
또한, 본 실시예의 EEPROM(41)에 저장되는 테이블은 다음의 표 1과 같다.The table stored in the EEPROM 41 of the present embodiment is shown in Table 1 below.
표 1에 기재된 바와 같이 SNR이 낮은 경우는 전력선로가 데이터 통신에 불량한 것으로 SNR이 높은 경우에 비하여 낮은 차수의 PSK로 전송하는 것이 유리하다. 또한, 높은 SNR에서는 전력선로가 양호한 상태를 나타내고 있으므로 높은 차수의 PSK로 데이터를 전송함으로써 많은 양의 데이터를 빠른 시간안에 전송하는 것이 효율적이다.As shown in Table 1, when the SNR is low, the power line is poor in data communication, and it is advantageous to transmit the PSK at a lower order than when the SNR is high. In addition, since the power line shows a good state at high SNR, it is efficient to transmit a large amount of data in a short time by transmitting data in a high order PSK.
제어부(40)는 초기화 단계에서 전력선로에 적어도 하나 이상의 주파수 채널에 대하여 SNR을 측정하고, EEPROM(41)으로부터 측정된 SNR에 대응하는 QAM 방식을 독출하고, QAM엔코더(12)가 독출된 QAM방식으로 데이터를 변조하도록 설정한다.The controller 40 measures the SNR for at least one frequency channel on the power line in the initialization step, reads the QAM scheme corresponding to the SNR measured from the EEPROM 41, and reads the QAM encoder 12 from the QAM scheme. To modulate the data.
QAM엔코더(12)에서 변조된 변조신호는 IFFT(13: inverse fast fourier trasformer)에 의하여 역 프리에 변환계산이 이루어져 DAC(30)에 전송되어져 아날로그 신호로 변환되어 전력선 통신채널(32)에 전송되어 전력선에 전송된다. 신호발생기(14)는 제어부(40)의 신호를 수신받아 IFFT(13)에 기준신호를 공급한다.The modulated signal modulated by the QAM encoder 12 is subjected to an inverse fast fourier trasformer (IFFT) 13 to perform inverse pre-conversion calculation, which is transmitted to the DAC 30, converted into an analog signal, and transmitted to the power line communication channel 32. Is sent to. The signal generator 14 receives a signal from the controller 40 and supplies a reference signal to the IFFT 13.
수신부(20)는 송신부(10)의 역순으로 동작하게되며, 전력선 통신채널(32)은 전력선으로 부터 데이터 신호를 추출하여 ADC(31)에 전송하고, ADC(31)는 수신되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 채널전처리부(20)에 공급한다. 채널전처리부(21)에서는 기설정된 주파수 채널과 매칭되는 주파수채널의 데이터 신호를 추출하여 FFT(22)에 전송하고, FFT(22)에서는 수신되는 디지털 데이터에 프리에 변환 알고리즘을 실시한 후 QAM 디코더(23)로 전송한다. QAM 디코더(23)는 제어부(40)가 QAM엔코더(12)에 특정 QAM방식을 설정한 것과 동일한 방식으로 복호화하도록제어부(40)에 의하여 제어된다. QAM디코더(23)에 의하여 복호화된 데이터는 병렬데이터 형식으로 병/직렬 변환기(24)에 의하여 직렬데이터로 변환되어 출력된다.The receiver 20 operates in the reverse order of the transmitter 10. The power line communication channel 32 extracts a data signal from the power line and transmits the data signal to the ADC 31, and the ADC 31 transmits the received signal to the digital data. Is converted to and supplied to the channel preprocessing unit 20. The channel preprocessor 21 extracts a data signal of a frequency channel matching the predetermined frequency channel and transmits the data signal to the FFT 22. The FFT 22 performs a pre-conversion algorithm on the received digital data, and then the QAM decoder 23 To send). The QAM decoder 23 is controlled by the control unit 40 so that the control unit 40 decodes in the same manner as the specific QAM method is set in the QAM encoder 12. The data decoded by the QAM decoder 23 is converted into serial data by the parallel / serial converter 24 in parallel data format and output.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 송신부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of a transmitter in an embodiment of the present invention.
데이터 송신을 하기 위하여 제어부(40)는 초기화를 수행한다(S10). 초기화를 수행하기 위하여 다양한 주파수 채널에 대하여 SNR 측정한다. 측정된 SNR의 일예가 도 3에 도시되어져 있다.In order to transmit data, the controller 40 performs initialization (S10). SNR measurements are made on various frequency channels to perform initialization. One example of the measured SNR is shown in FIG. 3.
도 3에 도시된 바와 같이, 기준 주파수채널을 4개(9Mhz, 15Mhz, 23Mhz, 30Mhz)로 설정할 때는 4 개의 주파수에 대한 SNR을 측정한다(S11). 제어부(40)에서는 SNR을 측정하기 위하여 신호발생기(14)에서 기준 주파수에 해당하는 신호를 발생시켜 IFFT(13)를 통과하여 전력선 통신채널(32)에 전송시켜 전력선에 전력주파수(60Hz)에 합성시키고, 이를 전력선 통신채널(32)과 ADC 및 채널전처리부(21)로 수신하고, 채널전처리부(21)에서 기준 주파수 채널에 대하여 신호를 추출하여 FFT에서 프리에 변환을 수행한다. 제어부(40)에서는 IFFT(13)에서 송신되는 기준주파수 채널의 신호와 FFT(22)에 수신되는 기준주파수의 신호를 비교하여 SNR을 측정한다.As shown in Figure 3, when setting the reference frequency channel to four (9Mhz, 15Mhz, 23Mhz, 30Mhz) to measure the SNR for the four frequencies (S11). In order to measure the SNR, the control unit 40 generates a signal corresponding to the reference frequency in the signal generator 14, passes the IFFT 13, transmits the signal to the power line communication channel 32, and synthesizes the power line at a power frequency (60 Hz). Then, it is received by the power line communication channel 32, the ADC and the channel preprocessor 21, and the channel preprocessor 21 extracts a signal for the reference frequency channel to perform pre-conversion in the FFT. The controller 40 compares the signal of the reference frequency channel transmitted from the IFFT 13 with the signal of the reference frequency received by the FFT 22 and measures the SNR.
도 3에 도시된 바와 같이, 9Mhz에서는 30db 이므로 제어부(40)에서는 EEPROM(41)으로부터 해당 SNR에 대응 변복조 방식인 2-PSK방식을 독출하여 9Mhz에 대하여 2-PSK로 할 것을 QAM 엔코더, 디코더에 설정한다. 마찬가지로 15Mhz에 대하여는 8-PSK로 설정하고, 23Mhz에 대하여 16-PSK, 30Mhz에 대하여는 4-PSK로 설정한다(S12).As shown in FIG. 3, since it is 30db at 9Mhz, the controller 40 reads the 2-PSK method, which is a modulation / demodulation method corresponding to the corresponding SNR, from the EEPROM 41 to set it to 2-PSK for 9Mhz to the QAM encoder and decoder. Set it. Similarly, it is set to 8-PSK for 15Mhz, 16-PSK for 23Mhz, and 4-PSK for 30Mhz (S12).
이때, 변복조 방식은 사용자의 설정에 의하여 다양한 방식을 설정할 수 있다. 상기와 같이, 다중 주파수로 전송할 수 있으며, SNR이 가장 높은 주파수 채널만을 선정, 도 3에서는 23MHz의 주파수 채널로 변복조를 이룰 수 있다. 또한, 실시예에서는 설명을 단순화하기위하여 QAM에서 PSK만을 변화시키는 테이블을 EEPROM(41)에 저장되도록 하였으나, 진폭편이변조도 동시에 변화되도록 하는 테이블을 구성할 수도 있다.In this case, the modulation and demodulation method may set various methods according to a user's setting. As described above, only a frequency channel having the highest SNR can be transmitted at multiple frequencies, and in FIG. 3, modulation and demodulation can be performed at a frequency channel of 23 MHz. In addition, in the embodiment, to simplify the description, a table for changing only the PSK in the QAM is stored in the EEPROM 41. However, a table for changing the amplitude shift modulation may be configured at the same time.
상기와 같이, 특정 QAM방식이 결정되면 QAM방식에 대한 정보와 수신측의 타겟 ID을 패킷화 하고(S13), 이를 전력선 통신채널(32)을 통하여 전력선과 주파수 합성을 이루면 ID에 해당하는 수신측에서도 동일방식의 QAM방식으로 설정한다. 본원의 실시예에서 디지털 변복조 모듈(100)은 송신부(10)와 수신부(20)를 구성하도록 되어져 있으나, 전력선을 매개로 하는 송신측기기와 수신측기기에 대하여 확장하여 볼 때, 송신부는 송신측기기(마스터역활)을 수행하며, 수신부는 수신측기기(슬레이브역활)을 수행한다. 상기의 초기화 과정을 통하여 송수신측이 특정 QAM방식으로 일치되면, 기결정된 QAM방식에 의하여 변조를 하여 전력선에 주파수 합성을 함으로써 전력선 송신이 완료된다(S20, S30, S30).As described above, when the specific QAM method is determined, packetize the information on the QAM method and the target ID of the receiving side (S13), and if the frequency is combined with the power line through the power line communication channel 32, the receiving side corresponding to the ID Set to the same method QAM method. In the embodiment of the present application, the digital modulation / demodulation module 100 is configured to configure the transmitter 10 and the receiver 20. However, when the extended side of the transmission side device and the reception side device via the power line are extended, the transmitter side is the transmission side. A device (master role) is performed, and a receiver performs a receiver side device (slave role). When the transmitting and receiving side is matched to a specific QAM scheme through the initialization process, power line transmission is completed by modulating the predetermined QAM scheme and performing frequency synthesis on the power line (S20, S30, S30).
이와 같이, 송신된 데이터는 전력선 통신채널(32)에 의하여 데이터 신호성분을 추출하고, 송신과정의 역순으로 데이터가 복호화되게 된다.As such, the transmitted data extracts data signal components by the power line communication channel 32, and the data is decoded in the reverse order of the transmission process.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 전력선로의 날씨, 습도등의 다양한 조건에 따라서 변화되는 상황에 적합한 변복조 방식을 선정하여 데이터를 전송함으로써 데이터의 전송속도를 개선하고, 에러율을 줄이는 효과를 창출한다.According to the present invention having the above object and configuration, by selecting a modulation and demodulation method suitable for the situation that changes according to various conditions such as weather, humidity, etc. of the power line to transmit the data to improve the data transmission speed, reducing the error rate To create.
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