KR20150145296A - Mimo-ofdm 전력선 통신 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수의 송신 포트를 가지는 송신단 및 복수의 수신 포트를 가지는 수신단을 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서의 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법에 있어서, 송신단이 복수의 송신 포트 중 선택된 하나의 제1 송신 포트를 이용하여 제1 송신 포트에 대응하는 제1 수신 포트로 파일럿 신호를 전송하는 단계와, 제1 수신 포트에 수신된 파일럿 신호 및 나머지 수신 포트에 커플링된 파일럿 신호를 이용하여 추정된 송신단과 수신단 사이의 채널 정보를 통해 수신단에서 크로스 토크 비율을 추정하면, 추정된 크로스 토크 비율을 전송받는 단계와, 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 임계값 미만이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하는 단계, 및 인코딩된 데이터를 제1 송신 포트 및 제2 송신 포트를 통하여 수신단으로 전송하는 단계를 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법을 제공한다.
상기 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 따르면, MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 채널 상태에 따라 추정된 크로스 토크 비율과 기 설정된 임계값을 비교하여 데이터 코딩 기법을 적응적으로 선택하도록 함에 따라 채널 변화에 강인한 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치{MIMO-OFDM power line communication method and apparatus thereof}
본 발명은 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크로스 토크 비율에 따라 데이터의 부호화 기법을 적응적으로 선택할 수 있는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
전력선 통신(PLC;Pcower Line Communication)은 별도의 통신선로 없이 전원 라인을 이용하여 전원 공급과 데이터 전송을 함께 수행할 수 있는 통신 방식을 의미한다.
최근에는 전력선 통신 시스템의 대역폭 향상을 꾀하기 위하여 무선 통신 시스템에서 사용되는 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용한 전력선 통신 기술이 제안되고 있다.
MIMO-OFDM에 기반한 전력선 통신의 경우, 다중의 송신 포트를 가지는 송신단과 다중의 수신 포트를 가지는 수신단으로 이루어지며, 송신 포트와 수신 포트 사이가 무선이 아닌 전력선 케이블로 유선 연결되는 구조를 가진다.
그런데, 이와 같이 전력선을 이용하여 MIMO를 구현할 경우, 서로 이웃하는 케이블 사이에 전자기 결합으로 인한 커플링 간섭 즉, 크로스 토크(Crosstalk) 현상이 발생하게 되며, 이러한 크로스 토크는 일반적으로 주파수가 높아질수록 심각해지는 경향을 나타낸다.
또한, 이러한 크로스 토크는 채널 조건(ex, 노드의 위치, 케이블의 특성)에 따라 가변하는 특성을 가지므로 시스템의 성능에 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서 채널 조건의 변화에 강인한 전력선 통신 시스템이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2011-0050642호(2011.05.16 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은, 크로스 토크 비율에 기반하는 코딩 기법을 선택적으로 적용함에 따라 채널 변화에 강인한 시스템을 제공할 수 있는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 복수의 송신 포트를 가지는 송신단 및 복수의 수신 포트를 가지는 수신단을 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서의 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법에 있어서, 상기 송신단이 상기 복수의 송신 포트 중 선택된 하나의 제1 송신 포트를 이용하여 상기 제1 송신 포트에 대응하는 제1 수신 포트로 파일럿 신호를 전송하는 단계와, 상기 제1 수신 포트에 수신된 파일럿 신호 및 나머지 수신 포트에 커플링된 파일럿 신호를 이용하여 추정된 상기 송신단과 상기 수신단 사이의 채널 정보를 통해 상기 수신단에서 크로스 토크 비율을 추정하면, 상기 추정된 크로스 토크 비율을 전송받는 단계와, 상기 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 상기 임계값 미만이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하는 단계, 및 상기 인코딩된 데이터를 상기 제1 송신 포트 및 상기 제2 송신 포트를 통하여 상기 수신단으로 전송하는 단계를 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법을 제공한다.
또한, 상기 추정된 채널 정보는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 상기 제1 송신 포트와 j번째 수신 포트 사이의 채널 경로에 대해 추정된 채널 정보, c는 상기 전송된 파일럿 신호, Yj ,l(n)은 상기 j번째 수신 포트에 수신된 파일럿 신호, n은 부반송파 인덱스, l은 채널 경로 인덱스를 나타낸다.
또한, 상기 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템은 2개의 송신 포트 및 2개의 수신 포트를 가지며, 상기 추정된 채널 정보를 이용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율은 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, L은 상기 채널 경로의 개수, N은 상기 부반송파의 개수를 나타낸다.
또한, 상기 제1 송신 포트를 사용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율 이외에, 상기 송신단에 포함된 제2 송신 포트를 통해 파일럿 신호를 전송하여 상기 제2 송신 포트를 사용한 크로스 토크 비율을 추가로 추정하고, 상기 데이터를 인코딩하는 단계는, 상기 제1 및 제2 송신 포트를 사용하여 추정된 각각의 크로스 토크 비율인 제1 및 제2 크로스 토크 비율에 대한 평균 값을 연산한 다음, 상기 평균 값을 상기 임계값과 비교할 수 있다.
그리고, 본 발명은 복수의 송신 포트를 가지는 송신단 및 복수의 수신 포트를 가지는 수신단을 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 상기 송신단에 포함된 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치에 있어서, 상기 복수의 송신 포트 중 선택된 하나의 제1 송신 포트를 이용하여 상기 제1 송신 포트에 대응하는 제1 수신 포트로 파일럿 신호를 전송하는 파일럿 신호 전송부와, 상기 제1 수신 포트에 수신된 파일럿 신호 및 나머지 수신 포트에 커플링된 파일럿 신호를 이용하여 추정된 상기 송신단과 상기 수신단 사이의 채널 정보를 통해 상기 수신단에서 크로스 토크 비율을 추정하면, 상기 추정된 크로스 토크 비율을 전송받는 CR 수신부와, 상기 추정된 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 상기 임계값 미만이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하는 적응적 인코딩부, 및 상기 인코딩된 데이터를 상기 제1 송신 포트 및 상기 제2 송신 포트를 통하여 상기 수신단으로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 따르면, MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 채널 상태에 따라 추정된 크로스 토크 비율과 기 설정된 임계값을 비교하여 데이터 코딩 기법을 적응적으로 선택하도록 함에 따라 채널 변화에 강인한 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 두 코딩 기법의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 전력선 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 송신단에 포함된 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3의 장치를 이용한 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 채널 경로의 개수를 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법에 대한 CR 추정 에러 확률 밀도 함수를 평가한 결과이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방법과 기존의 방법의 BER 성능을 비교한 결과이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 전력선 통신 방법에 관한 것으로서 크로스 토크 비율에 기반하여 데이터 인코딩 기법을 적응적으로 선택할 수 있는 적응적 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 전력선 간의 채널 상태를 바탕으로 추정된 크로스 토크 비율(Crosstalk Ratio;CR) 값을 기반으로 하여, 상기 크로스 토크 비율을 기 설정된 임계값과 비교하여 송신단에서의 데이터 코딩 기법을 적응적으로 선택하도록 함으로써, 채널 상태에 강인한 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명에 앞서, 본 실시예에서 사용되는 두 가지 코딩 기법, 즉 CSSR(Circularly-Shifted Sequence Reordering)과 ASSR(Alamouti Scheme-based Sequence Reordering) 기법에 관하여 설명한다. 이러한 두 방법은 기 공지된 방법으로서 그 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명의 실시예에 사용되는 MIMO 기법은 공간 주파수 부호화(SFC;Space Frequency Coding) 기반의 MIMO-OFDM으로 가정한다.
상기 SFC 기반의 MIMO-OFDM은 주파수 대역에서 신호의 순서를 적절히 섞어준 다음 서로 다른 포트로 데이터를 전송하여 주는 기법으로서, 신호를 섞어 주는 방법에 따라 CSSR과 ASSR의 두 가지 방식으로 분류될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 두 코딩 기법의 개념도이다. 설명의 편의를 위하여 포트의 개수는 2개인 것으로 가정한다.
도 1의 (a)에 도시된 CSSR 기법은 주파수 축의 심볼 A,B를 단순히 순서만 앞뒤로 바꾸어 서로 다른 포트로 전송하는 방식이다. 즉, 예를 들어 첫 번째 포트로 S1=[A, B]를 전송했을 경우, 두 번째 포트로 S2=[B, A]를 전송해 주는 방식이다. 이러한 CSSR 방식은 코딩이 간단하고 잡음 채널에 강인한 특성을 나타낸다.
다음으로, 도 1의 (b)에 도시된 ASSR 기법은 알라무티(Alamouti) 규칙에 따라 전송 순서와 합성 방안을 각 포트마다 달리하여 전송하는 방식이다. 예를 들어, 첫 번째 포트로 S1=[A, -B*]를 전송했을 경우, 두 번째 포트로 S2=[B, A*]를 전송해 주는 방식이다. 여기서, *는 콘쥬게이트 연산을 의미한다.
이러한 SFC 기반의 ASSR의 인코딩 방식은 아래의 수학식 1과 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 1의 S'1과 S'2를 풀어서 보면, 앞서 설명한 도 1의 (b)의 신호와 같은 형태인 것을 알 수 있다. 수학식 1에서 N은 OFDM 부반송파의 개수이고, [·]T는 [·]의 전치를 나타낸다. 이러한 ASSR 기법으로 인코딩된 신호에 대한 디코딩 방법은 수학식 2와 같이 정리된다.
Figure pat00005
수학식 2에서 Y는 수신된 신호, H는 채널 정보를 나타내며, k = 0,1,…,N/2-1에 해당한다. 이러한 정보를 이용하여 수신된 신호를 추정하게 된다.
이상과 같은 ASSR 기법의 경우, MIMO 전송 시에 수신 단에서 다른 포트의 경로로부터 인입되는 간섭 신호(크로스 토크)를 효과적으로 제거해 주는 것으로 알려져 있으나, 복호 시에는 크로스 토크 제거 과정에서 잡음 항이 추가적으로 더해지는 문제점이 있다. 이 때문에 ASSR의 경우는 크로스 토크 비율(CR)이 낮은 경우에는 CSSR 보다 오히려 BER 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이 ASSR은 채널 조건에 영향을 받기 때문에 항상 좋은 성능을 보장하지는 않는다. 따라서, 이하의 본 발명의 실시예의 경우, 크로스 토크 비율이 임계값 이상이면 ASSR을 사용하여 데이터를 인코딩하고, 임계값 미만이면 CSSR을 사용하여 데이터를 인코딩하는 적응적 MIMO 방안을 제안한다.
이하에서는 상기의 내용을 바탕으로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 전력선 시스템의 구성도이다. 도 2를 참조하면, MIMO-OFDM 전력선 시스템은 복수의 송신 포트들로 구성된 송신단과 복수의 수신 포트들로 구성된 수신단을 포함한다.
이하의 본 실시예의 경우, 설명의 편의를 위해 2개의 송신 포트와 2개의 수신 포트를 포함하는 2×2 MIMO 시스템을 예시로 한다. 물론, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 다중 입출력 포트를 가지는 전력선 통신 시스템에 적용될 수 있다.
도 2에서 제1 송신 포트(T1)의 데이터는 제1 수신 포트(R1)를 목적지로 하며, 제2 송신 포트(T2)의 데이터는 제2 수신 포트(R2)를 목적지로 한다. 이러한 제1 송신 및 제1 수신 포트(T1,R1) 사이, 그리고 제2 송신 및 제2 수신 포트(T2,R2) 사이는 전력선으로 연결되어 있다.
여기서, 제1 송신 포트(T1)의 데이터는 제1 수신 포트(R1)에 수신되는 과정에서 서로 이웃하는 케이블 간의 전자기 결합에 의한 간섭이 발생하면서 제2 수신 포트(R2)에도 수신될 수 있다. 이와 같이 커플링된 신호는 제2 수신 포트에 대해 간섭 신호로 작용하게 된다.
이러한 커플링 간섭 즉, 크로스 토크(Crosstalk)는 케이블 사이에 형성되는 채널 경로의 조건에 따라 가변할 수 있으며 시스템 성능에 중대한 영향을 미칠 수 있다.
본 실시예의 경우 송신단에서 수신단으로 사전에 파일럿 신호를 전송하여 채널 경로 상의 크로스 토크를 추정한 다음, 추정된 크로스 토크 비율에 따라 데이터의 인코딩 방법을 CSSR 또는 ASSR로 선택하게 함으로써 시스템의 성능을 향상시키고 연산의 복잡도를 줄일 수 있다.
도 3은 도 2의 송신단에 포함된 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3의 장치를 이용한 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법의 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치(100)는 파일럿 신호 전송부(110), CR 수신부(120), 적응적 인코딩부(130), 데이터 전송부(140)를 포함한다. 이러한 전력선 통신 장치(100)는 송신단에 포함될 수 있으며 송신단 그 자체에 해당될 수 있다.
먼저, 파일럿 신호 전송부(110)는 상기 복수의 송신 포트(T1,T2) 중 선택된 하나의 제1 송신 포트(T1)를 이용하여 상기 제1 송신 포트(T1)에 대응하는 제1 수신 포트(R1)로 파일럿 신호를 전송한다(S410). 이때 제2 송신 포트(T2)는 신호를 전송하지 않는다.
이와 같이 파일럿 신호가 전송되면, 수신단은 각각의 수신 포트에 수신된 신호를 이용하여 송신단과 수신단 사이의 채널 정보를 추정한다. 이때 크로스 토크 정보의 획득에 필요한 채널 경로는 크게 두 가지가 존재한다. 하나는 주요 경로인 제1 송신 포트(T1)와 제1 수신 포트(R1) 사이의 채널 경로(
Figure pat00006
)이고, 나머지는 커플링 간섭에 의해 발생하는 경로인 제1 송신 포트(T1)와 제2 수신 포트(R2) 간의 채널 경로(
Figure pat00007
)이다.
수신단은 상기 두 채널 경로(
Figure pat00008
,
Figure pat00009
)에 대한 채널 정보를 추정한다. 채널 정보의 추정은 이하의 방법을 사용한다.
우선, 수신단의 각 수신 포트에 수신된 신호는 다음의 수학식 3으로 표현된다.
Figure pat00010
여기서, Yj ,l(n)은 j번째 수신 포트에 수신된 신호, n은 부반송파 인덱스, c는 제1 송신 포트(T1)에서 전송된 파일럿 신호를 의미한다.
Figure pat00011
는 제1 송신 포트(T1)와 j번째 수신 포트 사이의 채널이고,
Figure pat00012
은 노이즈를 나타낸다. l은 채널 경로 인덱스이다.
도 2에는 수학식 3의 수신 신호를 각 수신 포트(R1,R2)에 대하여 구분하여 기재하고 있다. 제1 수신 포트(R1)에 수신된 신호는 j=1을 대입하면 되고, 제2 수신 포트(R2)에 수신된 신호는 j=2를 대입하면 된다.
여기서, 수학식 3의 수신 신호로부터 채널
Figure pat00013
을 추정하기 위하여 수학식 3의 각 변을 c로 나눠준다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 수학식 3의 노이즈는 무시하도록 한다. 추정된 채널 정보는 다음의 수학식 4와 같다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
는 상기 제1 송신 포트와 j번째 수신 포트 사이의 채널 경로에 대해 추정된 채널 정보, c는 상기 전송된 파일럿 신호, Yj ,l(n)은 상기 j번째 수신 포트에 수신된 파일럿 신호, n은 부반송파 인덱스, l은 채널 경로 인덱스를 나타낸다.
수신단은 이 추정된 채널 정보를 바탕으로 크로스 토크 비율(CR)을 추정한다. 추정된 크로스 토크 비율(
Figure pat00016
)은 아래의 수학식 5로 정의된다.
Figure pat00017
여기서, L은 상기 채널 경로의 개수, N은 상기 부반송파의 개수를 나타낸다. 본 실시예에서 채널 경로의 개수 L은 시스템 상에 존재하는 모든 가능한 패스(path)의 수에 해당할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 채널 경로의 개수를 설명하는 개념도이다. 도 5와 같이 총 4개의 포트가 있다고 가정한 경우, 포트 1에서 포트 4로 신호를 전송하고자 할 때, 신호가 포트 1에서 포트 4로 다이렉트로 갈 수도 있으나, 포트 1-2-4, 포트 1-3-4, 포트 1-2-3-4와 같이 여러 포트를 돌아서 갈 수도 있다. 이러한 모든 경우의 패스를 L 값으로 사용할 수 있다. 물론, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 수학식 5를 참조하면, 크로스 토크 비율 값에는 주 채널 경로에 대한 채널 추정 값(
Figure pat00018
)와, 커플링에 따라 형성된 채널 경로에 대한 채널 추정 값(
Figure pat00019
)의 합에 대비하여, 커플링에 따른 채널 경로의 채널 추정 값(
Figure pat00020
)이 차지하는 비율에 관한 정보가 포함된 것을 알 수 있다.
따라서, 크로스 토크 비율은 커플링 간섭이 많을수록 큰 값을 나타낼 것이다. 본 발명의 실시예의 경우 이러한 크로스 토크 비율 값에 따라 송신단의 MIMO 부호기의 인코딩 방식을 ASSR 또는 CSSR로 선택할 수 있다.
이를 위해, 우선 CR 수신부(120)는 상기 추정된 크로스 토크 비율을 수신단으로부터 전송받는다(S420). 다음 적응적 인코딩부(130)는 상기 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상(CR≥CRTH)이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 상기 임계값 미만(CR<CRTH)이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩한다(S430). 이와 같이 임계값을 기준으로 두 코딩 기법을 달리 선정하는 이유는 앞서 설명한 바 있다. 이후, 데이터 전송부(140)는 상기 인코딩된 데이터를 상기 제1 송신 포트(T1) 및 상기 제2 송신 포트(T2)를 통하여 상기 수신단으로 전송한다(S440).
상술한 예시의 경우 제1 송신 포트(T1)로 파일럿 신호를 전송하여 얻은 크로스 토크 비율을 이용하여 코딩 기법을 적응적으로 선택하는 방법을 나타낸다.
본 실시예에서는 이외에도, 나머지 제2 송신 포트(T2)를 통하여 파일럿 신호를 전송하여 얻은 크로스 토크 비율을 추가로 이용할 수 있다. 그런 다음, 앞서 제1 송신 포트(T1)의 파일럿 신호를 전송하여 얻은 크로스 토크 비율과의 평균값을 환산하여 이를 코딩 방식의 선택에 사용할 수 있다. 즉, 상기 제1 송신 포트(T1)를 사용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율 이외에, 상기 송신단에 포함된 제2 송신 포트(T2)를 통해 파일럿 신호를 전송하여 상기 제2 송신 포트(T2)를 사용한 크로스 토크 비율을 추가로 수신할 수 있다.
앞서와 같은 원리로 제2 송신 포트(T2)를 통해 파일럿 신호를 전송할 때에는 제1 송신 포트(T1)를 통해서는 신호를 전송하지 않도록 한다. 그리고, 제2 송신 포트(T2)를 통해 전송된 파일럿 신호는 제2 수신 포트(R2)에 전송되며 그 과정에서 제1 수신 포트(R1)에도 커플링 간섭되어 전송될 수 있다. 이때, 크로스 토크 비율의 연산 과정은 앞서 상술한 원리를 참조한다.
즉, 이러한 경우 적응적 인코딩부(130)는 상기 제1 및 제2 송신 포트(T1,T2)를 사용하여 추정된 각각의 크로스 토크 비율인 제1 및 제2 크로스 토크 비율에 대한 평균 값을 연산한 다음, 이 평균 값을 상기 임계값과 비교하여 인코딩 기법을 선택할 수 있다. 즉, 평균 값이 임계값 이상이면 ASSR을, 임계값 미만이면 CSSR을 선택하면 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 성능에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다. 실험을 위해 실내 전력선 채널 조건 하의 2×2 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템을 가정한다.
시뮬레이션에 사용된 조건은 N=1024, QPSK 성상도, 순환 전치의 크기(cyclic prefix size)=120(unit:samples), fc(carrier frequency)=30MHz, f(frequency spacing)=10kHz, 그리고 BW(band width)=10.24 MHz이다. 따라서, 최대 데이터 레이트(maximum data rat e)는 약 18.3Mbps이다. 그리고, 크로스 토크 비율의 임계값 CRTH=19%를 사용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법에 대한 CR 추정 에러 확률 밀도 함수를 평가한 결과이다. 여기서 확률 밀도 함수란 PMF(probability mass function) 또는 정규화된 히스토그램을 의미한다. 또한, CR 추정 에러란 실제로 발생한 CR 값과 본 실시예에서 추정된 CR 값 간의 오차를 의미한다.
이러한 도 6은 Eb/N0=8dB로 가정하여, CR 추정 에러(εCR)들이 발생할 확률을 나타낸 것이다. CR=0%인 경우에는 확률 밀도 함수가 중앙(εCR=0) 지점으로부터 약간 벗어나(bias) 있다. 그러나 Pr(εCR≥CRTH)일 확률은 거의 무시 가능하기 때문에 이와 같이 바이어스(bias)된 것은 시스템 성능에 영향을 주지 않는다.
도 6에 도시한 전형적인 크로스토크 조건들(ex, CR≥10%인 조건; CR=10%, 20%, 30%)의 경우 작은 편차로 중앙에 집중되어 있으며 거의 동일한 곡선 형태를 가진다. 따라서, CR 추정 에러가 시스템 성능에 미치는 영향은 CR 값이 높더라도 제한적인 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방법과 기존의 방법의 BER 성능을 비교한 결과이다. 이러한 도 7의 경우에도 Eb/N0=8dB로 가정한다. 여기서 기존의 방법이란 2×2 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 데이터 인코딩 시 ASSR만 이용한 방법과, CSSR만 이용한 방법을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 사용된 CR의 임계값 즉, CRTH는 기존에 ASSR만 사용한 경우의 BER 특성(Conv.(ASSR))과 기존에 CSSR만 사용한 경우의 BER 특성(Conv.(CSSR))이 서로 만나는 지점인 19%의 값을 사용한다. 그 이유는 다음과 같다.
우선 ASSR 기법만을 사용한 경우(Conv.(ASSR))는 CR 값과 무관하게 BER 특성이 일정한 반면, CSSR만 사용한 경우(Conv.(CSSR))는 CR 값이 증가함에 따라 BER 특성이 나빠지는 것을 알 수 있다. 그리고, 그 교점 부분인 CR=19%인 지점을 기준으로 보면, CR이 19%보다 낮을 때는 CSSR이 ASSR보다 BER 특성이 우수하고, 19% 이상일 때는 ASSR이 CSSR보다 BER 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예(Proposed)의 경우 추정된 CR 값이 19% 미만이면 CSSR 기법을 사용하여 데이터를 인코딩하고, 19% 이상이면 ASSR 기법을 사용하여 데이터를 인코딩하는 적응적 기법을 사용한다.
즉, CR<19%인 경우에는 ASSR 보다 CSSR의 BER 특성이 우수하므로 CSSR 기법을 사용하고, CR≥19%인 경우에는 그 반대의 이유로 ASSR 기법을 사용한다. 이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신 방법은 ASSR과 CSSR 코딩 기법의 장점을 모두 활용하고 있다.
도 7에서 proposed(Apaptive in perfect estimation)은 εCR=0이고 추정된 채널이 실제 채널과 동일(
Figure pat00021
)한 이상적인 경우, 즉 추정이 완벽한 경우의 결과에 해당된다. 그러나 실제 환경에서는 이상적이지 않다. 따라서, proposed(Apaptive in imperfect estimation)인 경우, 즉 εCR≠0이고 추정된 채널과 실제 채널이 상이(
Figure pat00022
)한 경우의 결과를 함께 도시하고 있다.
이러한 경우는 이상적인 경우보다 BER 특성이 약간 나빠진 것을 알 수 있다. 그러나, CR=19%인 지점 부근(CR=19±2%)을 제외하면 종래의 단일 기법을 사용한 경우보다 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
이상과 같은 시뮬레이션 결과를 바탕으로 본 발명의 실시예에 따른 크로스 토크 비율 기반의 적응적 코딩 기법을 이용한 경우 크로스 토크를 갖는 전력선 채널 환경에 강인한 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법 및 그 장치에 따르면, MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 채널 상태에 따라 추정된 크로스 토크 비율과 기 설정된 임계값을 비교하여 데이터 코딩 기법을 적응적으로 선택하도록 함에 따라 채널 변화에 강인한 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
T1: 제1 송신 포트 T2: 제2 송신 포트
R1: 제1 수신 포트 R2: 제2 수신 포트
100: MIMO-OFDM 전력선 통신 장치
110: 파일럿 신호 전송부 120: CR 수신부
130: 적응적 인코딩부 140: 데이터 전송부

Claims (8)

  1. 복수의 송신 포트를 가지는 송신단 및 복수의 수신 포트를 가지는 수신단을 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서의 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법에 있어서,
    상기 송신단이 상기 복수의 송신 포트 중 선택된 하나의 제1 송신 포트를 이용하여 상기 제1 송신 포트에 대응하는 제1 수신 포트로 파일럿 신호를 전송하는 단계;
    상기 제1 수신 포트에 수신된 파일럿 신호 및 나머지 수신 포트에 커플링된 파일럿 신호를 이용하여 추정된 상기 송신단과 상기 수신단 사이의 채널 정보를 통해 상기 수신단에서 크로스 토크 비율을 추정하면, 상기 추정된 크로스 토크 비율을 전송받는 단계;
    상기 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 상기 임계값 미만이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하는 단계; 및
    상기 인코딩된 데이터를 상기 제1 송신 포트 및 상기 제2 송신 포트를 통하여 상기 수신단으로 전송하는 단계를 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추정된 채널 정보는 아래의 수학식으로 정의되는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법:
    Figure pat00023

    여기서,
    Figure pat00024
    는 상기 제1 송신 포트와 j번째 수신 포트 사이의 채널 경로에 대해 추정된 채널 정보, c는 상기 전송된 파일럿 신호, Yj ,l(n)은 상기 j번째 수신 포트에 수신된 파일럿 신호, n은 부반송파 인덱스, l은 채널 경로 인덱스를 나타낸다.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템은 2개의 송신 포트 및 2개의 수신 포트를 가지며,
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율은 아래의 수학식으로 정의되는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법:
    Figure pat00025

    여기서, L은 상기 채널 경로의 개수, N은 상기 부반송파의 개수를 나타낸다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 송신 포트를 사용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율 이외에, 상기 송신단에 포함된 제2 송신 포트를 통해 파일럿 신호를 전송하여 상기 제2 송신 포트를 사용한 크로스 토크 비율을 추가로 수신하고,
    상기 데이터를 인코딩하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 송신 포트를 사용하여 추정된 각각의 크로스 토크 비율인 제1 및 제2 크로스 토크 비율에 대한 평균 값을 연산한 다음, 상기 평균 값을 상기 임계값과 비교하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 방법.
  5. 복수의 송신 포트를 가지는 송신단 및 복수의 수신 포트를 가지는 수신단을 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템에서 상기 송신단에 포함된 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치에 있어서,
    상기 복수의 송신 포트 중 선택된 하나의 제1 송신 포트를 이용하여 상기 제1 송신 포트에 대응하는 제1 수신 포트로 파일럿 신호를 전송하는 파일럿 신호 전송부;
    상기 제1 수신 포트에 수신된 파일럿 신호 및 나머지 수신 포트에 커플링된 파일럿 신호를 이용하여 추정된 상기 송신단과 상기 수신단 사이의 채널 정보를 통해 상기 수신단에서 크로스 토크 비율을 추정하면, 상기 추정된 크로스 토크 비율을 전송받는 CR 수신부;
    상기 크로스 토크 비율이 기 설정된 임계값 이상이면 ASSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하고, 상기 임계값 미만이면 CSSR 코딩 기법으로 데이터를 인코딩하는 적응적 인코딩부; 및
    상기 인코딩된 데이터를 상기 제1 송신 포트 및 상기 제2 송신 포트를 통하여 상기 수신단으로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 추정된 채널 정보는 아래의 수학식으로 정의되는 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치:
    Figure pat00026

    여기서,
    Figure pat00027
    는 상기 제1 송신 포트와 j번째 수신 포트 사이의 채널 경로에 대해 추정된 채널 정보, c는 상기 전송된 파일럿 신호, Yj ,l(n)은 상기 j번째 수신 포트에 수신된 파일럿 신호, n은 부반송파 인덱스, l은 채널 경로 인덱스를 나타낸다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 MIMO-OFDM 전력선 통신 시스템은 2개의 송신 포트 및 2개의 수신 포트를 가지며,
    상기 추정된 채널 정보를 이용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율은 아래의 수학식으로 정의되는 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치:
    Figure pat00028

    여기서, L은 상기 채널 경로의 개수, N은 상기 부반송파의 개수를 나타낸다.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 송신 포트를 사용하여 추정된 상기 크로스 토크 비율 이외에, 상기 송신단에 포함된 제2 송신 포트를 통해 파일럿 신호를 전송하여 상기 제2 송신 포트를 사용한 크로스 토크 비율을 추가로 수신하고,
    상기 적응적 인코딩부는,
    상기 제1 및 제2 송신 포트를 사용하여 추정된 각각의 크로스 토크 비율인 제1 및 제2 크로스 토크 비율에 대한 평균 값을 연산한 다음, 상기 평균 값을 상기 임계값과 비교하는 MIMO-OFDM 전력선 통신 장치.
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