KR20050037222A

KR20050037222A - Initialization apparatus of power line communication system

Info

Publication number: KR20050037222A
Application number: KR1020030072674A
Authority: KR
Inventors: 조남정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-04-21

Abstract

본 발명은 전력선 통신 시스템에서 통신접속이 끊겼을 경우 재 초기화 시간을 단축하여 데이터 전송 효율을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 각 부채널의 SNR에 따라, 여러 복소 부호화 방식 중 하나의 부호화 방식으로 전송 비트열을 부호화하는 엔코더(101)와; 상기 부호화된 신호를 다중 반송파 신호로 변조하는 역 이산 푸리에 변환기(102)와; 상기 병렬 형태의 다중 반송파 신호를 후처리하여 전력선 채널(106)로 전송하기 위한 병렬/직렬 변환기(103), D/A 변환기(104) 및 저역필터(105)와; 상기 전력선 채널(106)을 통해 송신단으로부터 전송된 신호를 전처리하는 저역필터(107), A/D변환기(108) 및 직렬/병렬 변환기(109)와; 상기 병렬 신호를 변조되기 이전 형태의 신호로 복조하는 이산 푸리에 변환기(110)와; 상기 복조처리된 신호를 입력받아 채널에 의한 왜곡을 보상하고, 상기 각 부채널의 SNR을 추정하여 디코더(112)에 출력하는 주파수영역 등화기(111)에 의해 달성된다.The present invention relates to a technique for improving data transmission efficiency by shortening a reinitialization time when a communication connection is lost in a power line communication system. The present invention comprises: an encoder (101) for encoding a transmission bit stream by one of several complex coding schemes according to the SNR of each subchannel; An inverse discrete Fourier transformer (102) for modulating the encoded signal into a multicarrier signal; A parallel / serial converter (103), a D / A converter (104) and a low pass filter (105) for post-processing the parallel multi-carrier signal and transmitting it to the power line channel (106); A low pass filter (107), an A / D converter (108) and a serial / parallel converter (109) for preprocessing a signal transmitted from a transmitter through the power line channel (106); A discrete Fourier transformer (110) for demodulating the parallel signal into a signal of a form before being modulated; It is achieved by the frequency domain equalizer 111 which receives the demodulated signal to compensate for the distortion caused by the channel and estimates the SNR of each subchannel and outputs it to the decoder 112.

Description

Initiator of power line communication system {INITIALIZATION APPARATUS OF POWER LINE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 전력선 통신(PLC: Power Line Communication) 시스템에서 통신접속이 끊겼을 경우 통신접속을 복원하는 기술에 관한 것으로, 특히 급격한 환경변화로 인하여 통신접속이 끊겼을 경우 초기화를 위해 송수신기간에 미리 약속된 신호열을 사용하지 않고 실제 데이터를 이용하여 초기화를 수행할 수 있도록 한 전력선통신 시스템의 초기화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for restoring a communication connection when the communication connection is lost in a power line communication (PLC) system. Particularly, the present invention is promised in advance in a transmission / reception period for initialization when the communication connection is lost due to a sudden environmental change. The present invention relates to an initialization device of a power line communication system capable of performing initialization by using real data without using a signal sequence.

전력선 통신 시스템은 전력공급을 위해 이미 구축되어 있는 전력선을 고속의 데이터 전송을 위한 통신매체로 사용하게 되므로 별도의 통신 선로를 필요로 하지 않는 장점이 있다. 하지만, 전력선은 원래 전력 공급을 주 목적으로 구축된 것이므로, 고속의 데이터 통신 측면에서 볼 때 열악한 환경이라 할 수 있다. Power line communication system has an advantage that does not require a separate communication line because the power line that is already established for power supply is used as a communication medium for high-speed data transmission. However, power lines were originally built for the main purpose of power supply, which is a poor environment in terms of high-speed data communication.

이와 같이 열악한 채널 환경하에서 고속의 데이터 통신을 위한 전력선 통신 시스템의 변복조 방식으로써, 주로 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 사용하고 있다. 하지만, 채널의 급격한 환경변화로 인하여 통신 접속이 자주 끊기게 되므로 이에 따른 모뎀의 재 초기화로 인하여 데이터 전송 효율이 저하 된다. As a modulation and demodulation method of a power line communication system for high-speed data communication in such a poor channel environment, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is mainly used. However, since the communication connection is frequently disconnected due to the rapid change of the channel, the data transmission efficiency is lowered due to the modem re-initialization.

전력선 통신 시스템에서 상기와 같은 이유 등으로 인하여 통신 접속이 끊겨 재 접속이 필요한 경우에는 모뎀의 재 초기화가 이루어져야 하는데, 종래의 재 초기화 방법에 있어서는 송신기에서 미리 약속된 신호열을 전송하고 수신단에서는 이를 근거로 훈련 및 초기화를 수행하도록 되어 있었다. In the power line communication system, if the communication connection is disconnected due to the above reasons and the reconnection is necessary, the modem should be reinitialized. In the conventional reinitialization method, the transmitter transmits a predetermined signal sequence and the receiving end transmits the signal sequence. It was supposed to perform training and initialization.

이와 같이 종래의 전력선 통신 시스템에 있어서는 통신 접속이 끊긴 경우 모뎀의 재 초기화를 위해 송신기에서 미리 약속된 신호열을 전송하고 수신단에서는 이를 근거로 훈련 및 초기화를 수행하게 되어 있으므로, 그동안 데이터를 전송할 수 없는 문제점이 있고, 더욱이 전력선 채널 환경이 수시로 변화되는 경우 그만큼 재 초기화 빈도수가 높아져 실제 데이터 전송 효율이 크게 감소되는 문제점이 있었다. As described above, in the conventional power line communication system, when the communication connection is lost, the transmitter transmits a predetermined signal sequence for re-initialization of the modem, and the receiving end performs training and initialization based on this. Therefore, data cannot be transmitted in the meantime. In addition, when the power line channel environment is changed from time to time, the frequency of re-initialization increases accordingly, and thus there is a problem in that the actual data transmission efficiency is greatly reduced.

따라서, 본 발명의 목적은 채널의 급격한 환경변화로 인하여 재 초기화가 필요한 경우 초기화 시간을 단축하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to shorten the initialization time when re-initialization is required due to a sudden change in the channel.

본 발명의 다른 목적은 송수신기간 미리 약속된 신호열의 사용을 최소화하여 데이터 전송 효율이 극대화되도록 하는데 있다. Another object of the present invention is to maximize the data transmission efficiency by minimizing the use of the signal sequence promised in advance.

본 발명의 제1특징은 재 초기화를 위해 송수신기간에 미리 약속된 신호열의 사용을 최소화 하고, 실제 데이터를 이용하여 재 초기화하는 것이다.A first feature of the present invention is to minimize the use of the signal sequence promised in the transmission and reception period for reinitialization, and to reinitialize using actual data.

본 발명의 제2특징은 재 초기화시 수신된 BPSK 신호를 이용하여 각 부반송파의 신호 대 잡음비(SNR)를 추정하는 것이다.A second feature of the present invention is to estimate the signal-to-noise ratio (SNR) of each subcarrier using the BPSK signal received upon reinitialization.

본 발명의 제3특징은 추정된 각 부반송파의 SNR에 따라 적합한 변조레벨을 결정하여 데이터 전송효율을 향상시키는 것이다. A third aspect of the present invention is to determine an appropriate modulation level according to the estimated SNR of each subcarrier to improve data transmission efficiency.

본 발명의 제4특징은 본 발명에 따른 초기화로 초기화가 이루어지지 않을 때에는 통상의 방법을 적용하여 초기화하는 것이다.A fourth feature of the present invention is to initialize by applying a conventional method when the initialization according to the present invention is not performed.

도 1은 본 발명에 의한 전력선통신 시스템의 초기화 장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 전송할 비트열을 여러 복소 부호화 방식 중 추정된 각 부채널의 SNR에 따라 하나의 부호화 방식으로 부호화하는 엔코더(101)와; 상기 엔코더(101)에 의해 부호화된 신호를 다중 반송파 신호로 변조하는 역 이산 푸리에 변환기(IDFT)(102)와; 상기 병렬 형태의 다중 반송파 신호를 직렬신호로 변환하는 병렬/직렬 변환기(103)와; 상기 직렬 신호로 변환된 디지털의 다중 반송파 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털(D)/아날로그(A) 변환기(104)와; 상기 D/A 변환기에서 출력되는 아날로그 신호를 저역필터링하여 전력선 채널(106)로 전송하는 저역필터(LPF)(105)와; 상기 전력선 채널(106)을 통해 수신단으로 전송된 신호를 저역필터링하는 저역필터(107)와; 상기 저역필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(108)와; 상기 직렬 형태의 디지털 신호를 병렬신호로 변환하는 직렬/병렬 변환기(109)와; 상기 병렬 신호를 변조되기 이전의 형태로 복조하는 이산 푸리에 변환기(110)와; 상기 복조처리된 신호를 입력받아 채널에 의한 왜곡을 보상하고, 상기 각 부채널의 SNR을 추정하는 주파수영역 등화기(FEQ)(111)와; 상기 왜곡이 보상된 신호를 디코딩하여 원래의 데이터를 복원하는 디코더(112)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram showing an embodiment of an initialization apparatus of a power line communication system according to the present invention. As shown in FIG. An encoder 101 for encoding in a manner; An inverse discrete Fourier transformer (IDFT) 102 for modulating the signal encoded by the encoder 101 into a multicarrier signal; A parallel / serial converter (103) for converting the parallel multi-carrier signal into a serial signal; A digital (D) / analog (A) converter 104 for converting the digital multicarrier signal converted into the serial signal into an analog signal; A low pass filter (LPF) 105 for low pass filtering the analog signal output from the D / A converter and transmitting it to the power line channel 106; A low pass filter (107) for low pass filtering the signal transmitted to the receiving end through the power line channel (106); An A / D converter (108) for converting the low-pass filtered analog signal into a digital signal; A serial / parallel converter (109) for converting the serial type digital signal into a parallel signal; A discrete Fourier transformer (110) for demodulating the parallel signal in a form before it is modulated; A frequency domain equalizer (FEQ) 111 for receiving the demodulated signal and compensating for distortion caused by a channel and estimating an SNR of each subchannel; The decoder 112 is configured to decode the distortion-compensated signal and restore original data. The operation of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 1의 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 송수신기의 송신단에서, 전송하고자 하는 입력 비트열이 엔코더(101)에 의해 BPSK(BPSK: Binary Phase Shift Keying), QPSK(QPSK: Quadrature Phase Shift Keying), QAM(QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 등의 복소 부호화 방식 중 추정된 각 부채널의 SNR에 따라 어느 한 가지 형태의 부호화 방식으로 부호()된 후, 역 이산 푸리에 변환기(102)에 의해 다중 반송파 신호()로 변조된다.In the transmitting end of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transceiver of FIG. QAM: One of the coding schemes according to one type of coding scheme according to the estimated SNR of each subchannel among complex coding schemes such as quadrature amplitude modulation (QAM). ), And then the multicarrier signal () by the inverse discrete Fourier transformer 102 Is modulated by

상기 다중 반송파 신호()는 병렬/직렬 변환기(103)에 의하여 직렬 신호로 변환된 후 D/A 변환기(104)에 의해 아날로그 신호로 변환되고, 다시 저역필터(105)에 의해 저역 필터링된 다음 전력선 채널(106)로 전송된다.The multicarrier signal ( ) Is converted into a serial signal by the parallel / serial converter 103 and then by the D / A converter 104 into an analog signal, which is then low-pass filtered by the low pass filter 105 and then into the power line channel 106. Is sent.

한편, 상기 전력선 채널(106)을 통해 전송된 신호는 수신단에서, 저역필터(107)에 의해 저역 필터링되고, A/D변환기(108)에 의해 아날로그 신호로 변환된 후 직렬/병렬 변환기(109)에 의해 병렬 신호()로 변환된다.Meanwhile, the signal transmitted through the power line channel 106 is low pass filtered by the low pass filter 107 at the receiving end, and is converted into an analog signal by the A / D converter 108 and then the serial / parallel converter 109. By parallel signal ( Is converted to).

이후, 상기 병렬 신호()가 이산 푸리에 변환기(110)에 의해 변조되기 이전 형태의 신호()로 복조되고, 주파수영역 등화기(111)에 의해 왜곡이 보상된다. 그리고, 디코더(112)에 의해 상기 왜곡이 보상된 신호()로부터 원래의 데이터가 복원된다. 그런데, 상기와 같이 전력선 채널(106)을 이용하는 경우, 급격한 환경 변화로 인하여 잦은 재 초기화 과정이 요구되는데, 이때 종래와 같이 송수신기간 미리 약속된 신호열을 이용하지 않는다. 그 대신 상기 엔코더(101)에서 전력선의 최저 보장 SNR에 해당하는 부호인 BPSK로 부호화하여 전송하고, 수신단의 주파수영역 등화기(111)에서는 각 부채널의 SNR을 추정하며, 송신단에서는 그 각 부채널의 SNR에 적합한 부호화 수준을 결정하게 된다.Then, the parallel signal ( ) Before the signal is modulated by the discrete Fourier transformer 110. ) And distortion is compensated for by the frequency domain equalizer 111. In addition, the signal whose distortion is compensated by the decoder 112 ( Original data is restored. However, in the case of using the power line channel 106 as described above, a frequent re-initialization process is required due to a sudden change in the environment, in which case the signal sequence promised in advance is not used. Instead, the encoder 101 encodes and transmits the BPSK, which is a code corresponding to the lowest guaranteed SNR of the power line, and estimates the SNR of each subchannel in the frequency domain equalizer 111 of the receiver. A coding level suitable for the SNR of S is determined.

상기 주파수영역 등화기(111)에서 각 부채널의 SNR을 추정하는 과정을 도 2를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. The process of estimating the SNR of each subchannel in the frequency domain equalizer 111 will be described in more detail with reference to FIG. 2 as follows.

필터 탭계수 결정부(201)는 상기 이산 푸리에 변환기(110)의 출력신호()에 대하여, 탭계수()를 OFDM의 파일럿(Pilot) 부채널을 이용하여 수렴시키면서, 감산기(203)에서는 이를 바탕으로 판별기(202)의 통과 전후의 차신호 성분()을 구하고, 신호대 잡음비 추정기(204)에서는 왜곡된 형태로 수신된 부호를 보상처리하면서 BPSK 신호와 원래 성좌점의 오차 크기를 구하여 각 부채널의 SNR을 추정하게 된다.The filter tap coefficient determiner 201 outputs an output signal of the discrete Fourier transformer 110 ( ), Tap coefficient ( ) Is converged using the pilot subchannel of OFDM, and the subtractor 203 uses the difference signal component (before and after the pass of the discriminator 202). ), The signal-to-noise ratio estimator 204 estimates the SNR of each subchannel by calculating the error magnitude of the BPSK signal and the original constellation point while compensating for the received code in a distorted form.

상기 신호대 잡음비 추정기(204)의 추정 원리는 도 3에서와 같이, 왜곡 수신된 부호(301)와 원래의 부호(302)를 비교하여 위상(303)과 크기(304)를 구하고, 이를 바탕으로 하여 주파수영역 등화기(111)의 탭 계수()를 보상하게 된다. 상기 탭 계수()의 보상은 도 4에서와 같이 탭의 위상(401)과 크기(402)를 보상하는 것을 의미한다. 그리고, 신호대 잡음비 추정기(204)에서는 상기와 같은 처리과정에 의해 보상된 후 수신되는 BPSK 신호와 원래 성좌점의 오차의 크기를 구하여 각 부채널의 SNR을 추정한다.In the estimation principle of the signal-to-noise ratio estimator 204, as shown in FIG. 3, the phase 303 and the magnitude 304 are obtained by comparing the distorted received code 301 with the original code 302, Tap coefficient of frequency domain equalizer 111 ) To compensate. The tap coefficient ( ) Means to compensate for the phase 401 and the size 402 of the tap as in FIG. 4. The signal-to-noise ratio estimator 204 estimates the SNR of each subchannel by obtaining the magnitude of the error between the BPSK signal and the original constellation point received after being compensated by the above-described processing.

이에 따라, 상기 송신단에서는 상기와 같은 처리과정을 통해 추정된 각 부채널의 SNR에 따라 그에 적합한 부호화 방식을 결정한 후 그 부호화 방식으로 전송 비트열을 부호화 처리하여 전송하게 된다. Accordingly, the transmitter determines an appropriate coding scheme according to the SNR of each subchannel estimated through the above process, and then encodes and transmits a transmission bit stream using the coding scheme.

단, 상기 과정을 통해 재 초기화가 불가능할 경우에는 통상의 초기화 과정을 이용하여 초기화 과정을 수행한다. However, if reinitialization is not possible through the above process, the initialization process is performed using a normal initialization process.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 가능한 한 실제 데이터를 이용하여 재 초기화를 수행하고, 재 초기화 시 수신된 BPSK 신호를 이용하여 각 부반송파의 신호 대 잡음비(SNR)를 추정하여 추정된 각 부반송파의 SNR에 따라 적합한 변조레벨을 결정하도록 함으로써, 데이터 전송효율이 향상되고 열악한 전력선 채널 환경에서도 효과적으로 망 내 접속상태를 유지할 수 있는 이점이 있다. As described in detail above, the present invention performs the reinitialization using the actual data as much as possible, and estimates the signal-to-noise ratio (SNR) of each subcarrier using the BPSK signal received during reinitialization. By determining the appropriate modulation level according to the above, there is an advantage that the data transmission efficiency can be improved and the network connection can be effectively maintained even in a poor power line channel environment.

도 1은 본 발명에 의한 전력선통신 시스템의 초기화 장치의 블록도.1 is a block diagram of an initialization device of a power line communication system according to the present invention;

도 2는 도 1에서 주파수영역 등화기의 상세 블록도.FIG. 2 is a detailed block diagram of a frequency domain equalizer in FIG. 1. FIG.

도 3은 주파수영역 등화기의 수렴 이전의 BPSK 부호의 성좌도.3 is a constellation diagram of a BPSK code before convergence of a frequency domain equalizer.

도 4는 주파수영역 등화기의 수렴값을 나타낸 설명도.4 is an explanatory diagram showing a convergence value of a frequency domain equalizer.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*** *** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***

101 : 엔코더 102 : 역 이산 푸리에 변환기101: Encoder 102: Inverse Discrete Fourier Converter

103 : 병렬/직렬 변환기 104 : D/A변환기103: parallel / serial converter 104: D / A converter

105,107 : 저역필터 106 : 전력선 채널105,107: low pass filter 106: power line channel

108 : A/D변환기 109 직렬/병렬 변환기108: A / D Converter 109 Serial / Parallel Converter

110 : 이산 푸리에 변환기 111 : 주파수영역 등화기110: discrete Fourier transformer 111: frequency domain equalizer

112 : 디코더 112: decoder

Claims

An encoder (101) for encoding the transmission bit stream by one of several complex coding schemes according to the SNR of each subchannel; An inverse discrete Fourier transformer (102) for modulating the encoded signal into a multicarrier signal; A parallel / serial converter (103), a D / A converter (104) and a low pass filter (105) for post-processing the parallel multi-carrier signal and transmitting it to the power line channel (106); A low pass filter (107), an A / D converter (108) and a serial / parallel converter (109) for preprocessing a signal transmitted from a transmitter through the power line channel (106); A discrete Fourier transformer (110) for demodulating the parallel signal into a signal of a form before being modulated; Initialization of a power line communication system comprising a frequency domain equalizer 111 configured to receive the demodulated signal, compensate for distortion caused by a channel, and estimate and output the SNR of each subchannel to a decoder 112. Device.

The frequency domain equalizer 111 is an output signal of the discrete Fourier transformer 110. Tap coefficient for A filter tap coefficient determination unit 201 for converging c) using a pilot subchannel of OFDM; The output signal ( Tap coefficient for A discriminator 202 for determining the degree of convergence of A subtractor (203) for obtaining a difference signal component before and after the passage of the discriminator (202); And a signal-to-noise ratio estimator (204) for estimating the SNR of each subchannel by compensating the received code in a distorted form to obtain an error magnitude between the BPSK signal and the original constellation point.

The signal-to-noise ratio estimator 204 obtains a phase and magnitude by comparing a distortion-received code with an original code, and based on the tap coefficient of the frequency domain equalizer 111, And estimating the SNR of each sub-channel by calculating the magnitude of the error between the compensated BPSK signal and the original constellation point.