KR20060013647A

KR20060013647A - 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(ｏｆｄｍ)에의해 변조된 신호 스펙트럼 구성 방법

Info

Publication number: KR20060013647A
Application number: KR1020057021086A
Authority: KR
Inventors: 클라렛 호르제 비센테 블라스코; 인수아 후안 카를로스 리베이로; 몰리네로 살바도르 이란조; 몰리나 호세 아바드
Original assignee: 디세노 데 시스테마스 엔 실리시오, 에스.에이.
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2006-02-13
Also published as: TWI300298B; EP1622295A1; CN1784847A; JP2006525705A; AU2004237320A1; WO2004100412A1; CA2522992A1; BRPI0410006A; US8699597B2; MXPA05010780A; EA200501695A1; US8265176B2; TW200503462A; EA008452B1; ES2220208A1; US20130003790A1; US20060062318A1

Abstract

본 발명은 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(ＯＦＤＭ)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법에 관한 것이다. 본 발명은 송신기의 디지털-아날로그 컨버터와 수신기의 아날로그-디지털 컨버터의 샘플링 주파수가 유지되어, 대역폭, OFDM 신호의 스펙트럼 위치, 송신되는 OFDM 신호의 스펙트럼 형상, 송신되는 OFDM의 스펙트럼 레벨 또는 동일한 어떤 조합은 송신 경로와 수신 경로에 대하여 선택적인 그리고 독립적인 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 방법으로, OFDM 신호의 스펙트럼은 대역폭, 주파수 위치 및 송신된 전력에 관하여 구성될 수 있어서, 다른 국가의 적절한 표준 및 전기 네트워크의 다른 부분에서 만나는 채널에 적응될 수 있다. 게다가, 상술한 모든 변화는 시스템의 아날로그 컴포넌트에 영향을 주는 것없이, 즉, 동일한 물리적 임플리멘테이션을 유지하는 것없이 이루어질 수 있다.

OFDM 신호, 샘플링 주파수, 전기 네트워크, 스펙트럼

Description

전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(ＯＦＤＭ)에 의해 변조된 신호 스펙트럼 구성 방법{METHOD FOR THE SPECTRAL CONFIGURATION OF SIGNALS MODULATED BY MEANS OF ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING(OFDM) FOR AN ELECTRICAL NETWORK}

본 명세서의 명칭에 명시된 바와 같이, 본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성가능성 절차에 관한 것이며, 이것은 전송 매체로서 전기 네트워크를 이용하는 통신 시스템에 적용가능하다. 본 발명의 절차에 있어서, 상기 신호는 채널 특성 및 전기 네트워크에 의한 신호 전송을 위하여 다른 국가에서의 시행 법률에 의해 확립된 규정에 적응된다.

대다수의 전기 통신 시스템에 있어서, 다른 국가에서의 미래의 규정 또는 시행 규정 및 채널 특성에 적응하기 위하여 신호의 스펙트럼 특성을 구성하기 위한 수단을 갖는 것이 유리하다.

본 발명의 목적을 형성하는 절차는 특히 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호를 이용하도록 설계되며, 이것은 관련 기술 분야에 공지되어 있다.

미국 특허 제6175550호 "Orthogonal frequency division multiplexing system with dynamically scalable operating parameters and method thereof"에 기재되어 바와 같이 OFDM 신호용 변조의 확장가능한 절차에 관한 관련 기술 분야의 선행기술이 존재하며, 여기서 OFDM 시스템은 수신기에 의해 얻어지는 측정에 기초하여 동적인 방법으로 OFDM 심벌의 시간, 또는 등가적으로, 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix) 및 신호의 대역폭을 변화시킨다고 기술되어 있다. 문제는 심벌 시간을 변화시키기 위하여 컨버터에서의 신호의 샘플링 주파수가 변화된다는 것이며, 이는 송신기의 디지털-아날로그 컨버터(DAC) 이후에 및 수신기의 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 이전에 통상 위치되는 아날로그 컴포넌트의 설계를 변화시킬 필요가 있다. 이것은 신호 및 그 응답의 스펙트럼 위치가 샘플링 주파수에 의존한다는 사실에 기인하며, 이는 주파수가 변화함에 따라 필요한 필터링 특성이 상이하다는 것을 의미한다.

본 발명의 목적을 형성하기 위한 절차는 상기 문제를 해결하고, 컨버터의 주파수가 변화되지 않기 때문에 아날로그 컴포넌트의 설계를 변화시키는 것 없이 행해지도록 OFDM 심벌의 지속 시간에서의 변화를 처리한다.

상기 목적을 달성하고 상술한 단점을 회피하기 위하여, 본 발명은 전기 네트워크를 통하여 OFDM 변조에 의한 신호의 송신 및 수신을 포함하고, OFDM 신호의 대역폭과 스펙트럼의 위치, 전송되는 OFDM 신호 스펙트럼의 형상과 레벨, 또는 이들의 어떤 조합이 전송 경로 및 수신 경로에 대하여 독립적으로 변화되는 사실에 특징이 있는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성가능성 절차로 구성된다. 이들 모든 파라미터들은 송신기의 디지털-아날로그 컨버터 및 수신기의 아날로그-디지털 컨버터의 샘플링 주파수를 변화시키는 것없이 변화된다. 이러한 방법으로, 통신 시스템은 주파수의 범위 및 주입된 또는 방사된 전력의 각 국가의 규정, 및 채널의 유형에 적응될 수 있다

송신시에 신호의 대역폭 변화는 요구된 변화의 함수인 구성가능한 보간 요소에 의한 보간에 의해 이루어지고, 수신시에는 마찬가지로 구성가능한 요소를 데시메이션함으로써 이루어진다.

원하는 위치에 신호의 스펙트럼을 위치시키기 위하여, 본 절차는 변화가능한 주파수에 의한 디지털 대역 이동을 행하며, 그 값은 원하는 위치의 함수이다.

본 발명의 절차는 각 캐리어(캐리어에서 캐리어)의 신호 레벨을 선택하기 위하여 파워 마스크(power mask)의 이용을 제공하는데, 상기 캐리어는 미리 보정되는 채널 및 제거되는 캐리어의 감쇠를 허용하고, 차례로 신호의 대역을 좁히고 신호 스펙트럼에서 갭을 생성하여, 각 국가에서 규정된 요구에 따른 스펙트럼에 바람직한 형상과 레벨을 달성한다.

신호의 사이드 로브를 감쇄하고 더 짧은 스펙트럼 갭을 이루기 위하여, 시간 영역에서의 OFDM 심벌은 엘리베이션 코사인 윈도우(elevation cosine window)에 의해 멀티플라잉된다.

본 발명의 절차는 통신 시스템이 신호의 대역폭, 스펙트럼 위치, 형상 및 레벨의 관하여 전송과 수신용 OFDM 신호와 독립적인 스펙트럼에 의해 통신이 행해지는 전기 네트워크를 통하여 달성되는 것을 가능하게 한다.

또한, 신호의 다른 대역폭, 스펙트럼 위치, 형상 및 크기를 이용하는 다양한 독립 시스템이 동일한 통신 시스템을 동시에 따르는 장비와 통신하고 주파수 분할 다중화에 의해 채널을 공유하는 것이 가능하다.

결국, 상기 시스템이 채널의 형태에 적응될 수 있는 방법으로 통상 OFDM 신호의 각 심벌에 우선하는 사이클릭 프리픽스의 지속 시간을 변화시키는 것도 가능하다.

모든 이러한 것에 있어서, 전기 통신망을 통하는 통신 시스템은 상기 시스템의 물리적 임플리멘테이션(implementation)에서의 변화없이 다른 국가의 표준과 규정 및 채널의 다른 형태와 위상에 성공적으로 적응된다.

이하, 본 명세서의 더 좋은 이해와 구성요소 부분의 형성을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 목적이 제한된다기보다는 오히려 예시적인 방법으로 나타내지는 몇 개의 도면이 포함된다.

도 1은 본 발명의 절차에 따른 송신 기능의 블록도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 절차에 따른 수신 기능의 블록도를 나타낸다.

도 3은 송신된 신호의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 나타낸다.

도 4는 2개의 연속되는 심벌에 이용되는 엘리베이션 코사인 윈도우를 나타낸다.

도 5는 송신과 수신시에 다른 파라미터에 의해 주파수 분할 다중화를 이용하는 두 세트의 노드를 나타낸다.

이하, 본 발명의 예의 설명은 도면에 채택된 넘버링을 참조하여 제공된다.

전기 네트워크를 통하여 통신 시스템을 설계할 때, 우리는 각 서비스에 사용될 수 있는 주파수 범위 및 라인으로 삽입될 수 있는 전력 스펙트럼 밀도에 관한 공통 표준의 부족에 직면한다. 이 표준은 한 국가에서 다른 국가로 변화되고, 이 표준이 아직 명시되지 않은 경우조차도 있다. 다른 경우에 있어서, 요구가 또한 다른 액세스, 근거리 통신망 또는 트랜스포트나 트렁크 네트워크 등의 상이한 시나리오에 적응되는 시스템을 설계하는 것이 필요하다. 상기 모든 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명의 절차는 디지털 구성 파라미터만을 변화시키면서 각 구체적인 경우에 대한 전기 네트워크를 통하여, 다시 말하면, 시스템의 동일한 물리적 실시예에 의해 송신 시스템의 신호의 특성에 적응할 수 있는 방법을 제안한다.

본 절차는 송신시에 신호 스펙트럼의 형상과 레벨 및 OFDM 신호의 사이클릭 프리픽스에 더하여, OFDM 신호의 대역폭과 위치를 송신 및 수신에 독립적으로 변화시키는 것을 가능하게 한다.

송신시에 상기 프로세스을 수행하기 위하여, 블록도는 도 1에 도시된 바와 같이 이용되며, 여기서 신호에 파워 마스크를 적용하는 블록(18)이 보여지며, 이후에OFDM 변조를 행하기 위하여 통상 사용되는 역 푸리에 변환(IDFT)을 행하는 블록(1)과, 사이클릭 프리픽스를 삽입하고 엘리베이션 코사인 윈도우에 의해 신호를 멀티플라잉하는 블록(19)이 나타난다. 상기 블록으로부터의 출력에서, 보간(2)은 대역폭을 변화시키기 위하여 변수 요소에 의해 신호로부터 행해진다. 본 발명의 절차 가 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(4)의 샘플링 주파수(7)에 영향을 주지 않으므로, 다시 말하면, 고정되어 있으므로, 보간 요소(5)가 클수록 심벌당 샘플의 수가 커지며, 이것은 심벌 시간이 더 크고 신호에 의해 점유된 대역폭이 더 작아지는 것을 의미하고, 역으로, 더 작은 보간 요소에 의해 더 큰 대역폭이 얻어지는 것을 의미한다. 상기 보간을 변수 요소에 의해 행하기 위하여, 다른 요소의 다양한 보간이 사용될 수 있고 게다가, 다른 요소를 얻기 위하여 함께 결합될 수 있다. 일단 원하는 대역폭을 갖는 신호가 얻어지면, 그것은 적절한 스펙트럼 위치에 위치될 필요가 있다. 이를 달성하기 위하여, 트랜스레이션(translation)은 요구된 트랜스레이션을 행하기 위하여 변화가능한 트랜스레이션 주파수(6)를 갖는 블록(3)에 의해 디지털 대역에서 수행된다. 그 후, 디지털 신호는 고정 주파수(7)의 컨버터(4)에 의해 아날로그 신호로 변환된다.

수신시에는, 프로세스가 역으로 수행된다. OFDM 아날로그 신호가 수신되어 아날로그-디지털 컨버터(8)에 의해 디지털 신호로 변환되며, 이것은 상기 실시예의 예에서, 송신기에서 사용되는 동일한 고정 주파수(7)에서 신호를 샘플링한다. 그 후, 대역 트랜스레이션은 상기 실시예의 예에서, 송신시에 사용되는 트랜스레이션 주파수와 동시에 발생하는 변환 주파수를 갖는 블록(3)에 의해 밴드패스에서 수신된 신호를 베이스밴드로 통과시키기 위하여 수행된다. 이 후, 상기 신호는 상기 실시예의 예에서, 송신(5)시에 이용되는 보간 요소와 동시에 발생하는 변화가능한 요소에 의해 데시메이션되며, 그 값은 각 심벌에 대한 샘플의 동일한 수가 푸리에 변환(DFT)을 수행하고 있는 블록(11)에 도달하는 방식으로 선택된다.

상기 전체 프로세스에서, 동일한 노드에서의 송신과 수신 파라미터는 같을 필요는 없다.

송신할 신호의 파워 레벨 또는 파워 스펙트럼 밀도를 구성하기 위하여, 캐리어당 하나의 파워 마스크가 사용되며, 상기 파워 마스크는 도 1의 블록(18)에, 다시 말하면, 신호가 블록(1)에서 시간 영역에 통과되기 전에 적용된다. 다시 말하면, OFDM 심벌이 주파수에서 생성될 때, 각 캐리어는 캐리어의 전력을 결정하는 수치에 의해 멀티플라잉된다. 전력이 다른 캐리어들과 관련됨에 따라, 그것은 신호의 최종 전력을 결정하는 아날로그 컴포넌트이기 때문에, 이 값은 0과 1 사이에 있으며, 여기서 0은 캐리어의 제거에 대응하고 1은 최대 전력에 대응하며, 그 값 또는 어떤 다른 매개 값이 사용될 수 있다.

몇몇 경우에서는, 스펙트럼에서 갭을 생성하기 위하여 어떤 캐리어를 제거하는 것은 흥미 있을 수 있다. 이 갭은 예를 들면, 아마츄어 라디오 팬 등과 같은 동일한 주파수를 사용하는 다른 통신 서비스를 방해하지 않는 것이 필요할 수 있다. 다른 국가에서의 이 갭의 주파수가 변화하는 것 또한 명시될 수 있다. 캐리어는 또한 신호의 대역폭을 줄이기 위해 밴드의 끝단으로부터 제거될 수 있다. 파워 마스크의 매개 수치들은 채널의 영향을 보상하는데 이용될 수 있다. 채널의 대다수는 저주파수보다 더 많은 고주파수를 감쇠한다. 파워 마스크는 모든 캐리어가 유사한 전력을 갖는 수신기에 도달하는 방식으로 높은 캐리어에 더 많은 전력을 제공하도록 이용될 수 있다. 임의의 형상으로 생성된 스펙트럼은 도 3에 도시되어 있고, 상기 도 3에는 각 주파수에 주입된 전력의 다른 레벨들이 보여진다.

인접한 캐리어의 사이드 로브에 의한 전력이 존재하기 때문에, 대역 내에서의 캐리어의 제거는 그 주파수에 주입되는 전력이 0임을 암시하지는 않는다. 상기 사이드 로브는 OFDM 신호의 심벌들 간의 이동에 의해 나타나고, 그것을 감소시키기 위하여, 시간 영역에서의 각 OFDM 심벌은 엘리베이션 코사인 윈도우에 의해 멀티플라잉될 수 있으며, 상기 엘리베이션 코사인 윈도우는 도 1의 블록(19)에서 수행되고, 상기 블록(19)은 구성 가능한 방법으로 사이클릭 프리픽스를 삽입하고 송신될 신호를 엘리베이션 코사인 윈도우에 의해 멀티플라잉시킨다. 도 4는 2개의 연속 심벌의 상기 위도우의 형상을 나타낸다. 심벌의 효과적인 지속기간은 시간(12)이고 심벌간에는 어떤 오버랩(13)이 있는 것을 볼 수 있다. 상기 방식에서, 엘리베이션 코사인 윈도우를 적용함으로써, 캐리어의 더 적은 수는 스펙트럼에서 갭의 특정한 깊이를 이루기 위해 제거될 필요가 있다.

본 발명의 절차는 노드가 어떤 주파수를 이용하여 송신하고 다른 것을 통하여 수신하게 한다. 명백히, 상기 한 노드와 통신하기를 바라는 어떤 노드도 제 1 노드에 관하여 뒤바뀐 송신 및 수신 주파수 기능을 해야할 것이다. 이것은 도 5에 도시된 바와 같은 트리형의 채널 위상에서의 이점이며, 상기 트리형의 채널 위상은 저전압 전기 네트워크에 공통인 것이고, 상기 저전압 전기 네트워크에서는 단일 분기로부터 설치되어 있는 모든 노드들이 그 분기의 베이스와 통신한다. 트리의 2개의 분기에 서비스를 제공하는 것이 요구된다면, 이것은 각 분기의 베이스에 노드를 위치시킴으로써 행해질 수 있다. 이 노드는 서로 통신할 수 없고 서로 방해할 수 없는 방식으로 주파수의 한 범위에서 송신하고 다른 곳에서 수신한다. 각 분기에서 는, 그들의 마스터(16)와 통신하는 다른 노드(17)가 배치된다. 슬레이브(17)의 송신은 그 마스터에 의해 수신될 것이고 전기 케이블의 길이에 관하여 멀리 떨어져 긴 거리가 되는 것에 의해 보다 감쇠되어 도달하는 다른 마스터에 의해 수신될 것이다. 상기 감쇠가 충분하면, 슬레이브 노드의 송신은 다른 마스터의 수신에 영향을 주지 않으므로, 노드의 2개의 그룹이 그들 사이에 방해없이 채널을 공유할 수 있다.

다른 가능한 구성은 노드의 2개의 그룹 사이에 통신과 방해가 없는 방식으로 어떤 주파수를 이용하여 통신하는 몇개의 노드와 다른 주파수를 이용하는 또 다른 노드의 그룹에 대한 것이다.

대다수의 OFDM 시스템에서, 사이클릭 프리픽스의 사용이 공지되어 있으며, 그것의 개시시에 심벌의 마지막 샘플을 반복시키는 것으로 구성된다. 이것은 채널의 지연 스프레드에 의해 야기되는 심볼간의 방해(ISI)를 방지하기 위하여 행해지고, 이에 대하여 사이클릭 프리픽스의 길이는 그 지연 스프레드보다 더 커야 한다. 각 채널이 그 자신의 지연 전파를 갖을 것임은 자명한 일이므로, 대다수의 채널에 대하여 충분히 큰 사이클릭 프리픽스를 이용하는 것은 전형적인 것이다. 시스템의 적용에 따라, 중간 또는 저전압의 채널, 액세스 채널 또는 인홈(in home) 채널 등의 채널의 다른 형태가 발견될 수 있고, 이것은 다른 지연 스프레드를 통계적으로 제공한다.

전형적으로, 전기 네트워크에서, 지연 스프레드는 액세스 부분에서보다 동일 가정내에서의 중간 전압 라인에서 및 접속에서 더 적다. 이러한 모든 것 때문에, 사이클릭 프리픽스의 지속 기간이 변화됨으로써 각 채널의 특성을 더 양호하게 이용할 수 있는 시스템을 갖는 이점이 있다. 따라서, 본 발명의 절차는 본 발명의 실시예의 상기 예에서, 구성 가능한 방법으로 사이클릭 프리픽스를 삽입하고 엘리베이션 코사인 윈도우에 의한 신호를 멀티플라잉시키는 블록(19)을 이용함으로써 상기 수정이 행해질 수 있는 것을 제공한다.

Claims

전기 네트워크를 통하여 OFDM 변조에 의해 신호의 송신과 수신을 포함하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법에 있어서:

송신기의 디지털-아날로그 컨버터와 수신기의 아날로그-디지털 컨버터의 샘플링 주파수를 유지시켜서, 대역폭, OFDM 신호의 스펙트럼 위치, 송신되는 OFDM 신호의 스펙트럼 형상, 송신되는 OFDM 신호의 스펙트럼 레벨, 및 그 조합으로부터 선택된 파라미터를 송신 경로 및 수신 경로에 대하여 선택적으로 및 독립적으로 변화시키고;

상기 신호의 주파수 범위, 주입되고 방사된 전력으로부터 선택된 파라미터를 각 국가의 규정 및 채널의 형태에 적응시키는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

송신시에 신호의 대역폭 변화는 보간에 의해 이루어지고, 수신시에 데시메이션에 의해 이루어지며;

상기 보간 및 데시메이션 요소는 구성가능하고 각 경우에 요구된 변화에 의존하는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

원하는 위치에서의 신호의 스펙트럼의 위치 지정은 변화가능한 시프트 주파수에 의한 디지털 대역 시프트에 의해 이루어지며, 그 값은 원하는 위치에 의존하는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 신호의 각 캐리어의 레벨은 상기 신호의 대역폭을 좁히는 것, 신호의 스펙트럼에서 갭을 생성하는 것 및 상기 채널의 감쇠를 보상하는 것으로부터 선택된 작동을 이루기 위하여 파워 마스크에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 4 항에 있어서,

시간 영역에서의 OFDM 심벌은 상기 신호의 2차 로브를 감쇠하고 더 짧은 스펙트럼 갭을 이루기 위하여 엘리베이션 코사인 윈도우에 의해 멀티플라잉되는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 OFDM 신호와 독립적인 스펙트럼은 대역폭, 스펙트럼 위치, 신호의 형상 및 레벨에 관하여 송신 및 수신에 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

다른 대역폭, 스펙트럼 위치, 신호의 형상 및 크기를 이용하는 다양한 독립 시스템은 동일한 통신 절차를 동시에 따르는 장비와 통신하고 주파수 분할 다중에 의해 채널을 공유하는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 신호를 채널의 형태에 적응시키기 위해 OFDM 신호의 사이클릭 프리픽스의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 네트워크용 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)에 의해 변조된 신호의 스펙트럼 구성 방법.