시스템의 공존을 가능하게 하는 통신장치 document_id A220623068373

PLC(Power Line Communication)는 가정 내의 PC 등에서 인터넷으로 액세스하도록 하는 광대역 라우터 등과 같은 네트워크 장치의 연결에 관한 기술로서 주의를 끌고 있다. 기존 파워 라인이 통신 매체로 사용되므로, PLC에서는 새로운 인프라(infrastructure)를 구축할 필요가 없고, 가정내의 AC 메인 아웃렛(outlet) 안으로 AC 메인 플러그를 삽입하는 것만으로도 고속 통신이 달성될 수 있다. 그러므로, R0026#D 및 데모 실험이 전 세계와 유럽 및 미국 내에서 활발하게 수행되고, 다수의 PLC 프로젝트가 이미 상용화되었다. 도 18은 PC가 가정에서 인터넷으로 액세스하는데 사용되는 경우의 일반적인 구성을 나타낸 도면이다. 가정에서 사용자에게 사용되는 PC(201)는 이더넷(Ethernet)(211)을 경유하여 광대역 라우터(202)에 연결되고, 그를 통해 PC(201)가 액세스 라인(212)을 경유하여 인터넷(222)에 연결된다. 액세스 라인(212)으로, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), FTTH(Fiber To The Home) 등이 일반적으로 사용된다. 여기서, 액세스 라인(212)이 가정내로 인출된 장소가 종종 PC가 위치하는 방과 상이하다. 이 경우, 이더넷(211)의 케이블은 광대역 라우터(202)에서 PC(201)로 연장될 필요가 있다. PLC의 필드에서 연장을 감소시키기 위하여, PLC와 이더넷의 변환 어댑터(이후 여기서는 P/E 변환 어댑터로 불림)가 상용화되었다. 도 19는 P/E 변환 어댑터가 사용되는 경우 인터넷에 액세스와 관련된 일반적인 설정을 나타낸 도면이다. 가정에서 사용자에 의해 사용되는 PC(301)는 이더넷(311)을 경유하여 P/E 변환 어댑터(303)에 연결되고, 그를 통해 PC(301)는 아웃렛을 경유하여 가정내(in-home) 파워 라인(314)에 연결된다. 데이터는 PLC에 의해 광대역 라우터(302)를 위한 P/E 변환 어댑터(304)에 전송된다. P/E 변환 어댑터(304)는 이더넷(313)을 경유하여 광대역 라우터(302)에 연결된다. 광대역 라우터(302)는 액세스 라인(312)을 경유하여 인터넷(322)에 연결된다. 또한, 액세스 시스템으로 PLC를 이용하는 기술이 개발되었다. 도 20은 인터넷이 가정에서 PC로부터 액세스 되는 경우, 고속 파워 라인 기술이 가정내 시스템 및 액세스 시스템 모두에 사용되는 대표적인 구성을 나타낸 도면이다. 여기서, 가정에서 사용자에 의해 사용되는 PC(401)는 가정내 시스템 고속 PLC 기능을 가지고 있는 것으로 간주된다. PLC를 이용한 가정 내 시스템은 가정 내 파워 라인(411)(전송 매체)과 가정 내(외벽 포함)에 제공된 파워 라인 아웃렛에 연결된 장치로 구성된 통신 네트워크를 지칭한다. 가정 내 시스템의 논리적 설정 범위는 집 내부이고, AV 스트리밍, 오디오 전송, 광대역 인터넷 액세스, 홈 제어 등에 사용된다. 한편, PLC를 이용한 액세스시스템은 가정 내로부터 옥외의 유틸리티 폴(pole)에 설치된 폴 변압기까지의 저전압 파워 분배 라인(412)과 가정 내 파워 라인(411)을 전송 매체로 하고, 가정 내 제공된 가정 내 기기(403)와 옥외에 제공된 장치에 의해 구성되는 통신 네트워크를 지칭하고, 경우에 따라서는, 폴 변압기로부터 변전소로 향하는 중간-전압 파워 분배 라인(413)을 포함하기도 한다. 액세스 시스템의 구성 범위는 가정 내 장치(403)에서 인터넷의 연결 포인트까지의 범위이고, 광대역 인터넷 서비스, 오디오 서비스(VoIP), 비디오 서비스(IPTV, IP broadcasting) 등에 사용된다. PLC를 이용한 액세스시스템이 빌딩 또는 아파트 건물에 적용되는 경우, 빌딩의 각 실 또는 아파트의 각 가구에 제공되는 가정내 기기로부터, 빌딩 또는 아파트 가구 내 파워 분배 라인까지가 액세스시스템을 구성한다. PC(401)는 가정내 파워 라인(411)에 연결된 AC 메인 아웃렛을 경유하여, 가정내 시스템 고속 PLC 기능을 가지는 라우터와 데이터 통신을 수행한다. 라우터(402)는 액세스 시스템 고속 PLC 기능을 가지는 가정내 장치(403)에 이더넷(414)을 경유하여 연결된다. 가정내 장치(403)는 가옥의 내부에서 외부로 연장된 저전압 파워 분배 라인(412)을 경유하여 유틸리티 폴 상의 폴 변압기(404)에 제공되는 액세스 시스템 고속 PLC 장치와 통신한다. 이 경우, PC(401)와 라우터(402) 사이의 통신과 액세스시스템 가정 내 장치(403)와 폴 변압기(404)에 포함되는 액세스 시스템 통신장치 사이의 통신에 동일한 파워 라인이 사용된다. 이 경우, 양 통신이 동일한 통신 스킴(scheme)에 기초하는 경우, 통신 매체가 TDM(Time Division Multiplexing) 또는 FDM(Frequency Division Multiplexing)에 의해 공통으로 사용되는 미디어 액세스는 기설정된 신호를 교환하는 것에 의해 용이하게 달성된다. 그러나 다양한 PLC 스킴이 실제로 이미 개발되었고, 복수의 스킴이 장래에 소개될 것으로 여겨진다. 그러므로, 가정내 시스템 통신에 사용되는 PLC 스킴과 액세스 시스템 통신에 사용되는 PLC 스킴이 반드시 동일한 기술을 기반으로 하는 것으로 상정할 수는 없다. 또한, 가정내 시스템 통신에서, 복수의 상이한 기술에 기초한 PLC가 공존할 가능성이 높다. 그러나, 서로 통신할 수 없는 통신장치에 대하여, 시간적 또는 주파수 공간적 방식(frequency-spatial manner)으로 통신 매체의 자원을 할당하는 것은 용이하지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 간단한 구성을 가진 공존 신호가 정의되고, 여러 PLC 스킴을 이용하는 통신장치가 공존 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능하게 하고, 그에 의해 시간적 또는 주파수 공간적 방식으로 PLC 매체의 자원을 할당하는 것이 생각된다. 예를 들어, 특허문헌1(일본 공개 특허 번호 제2000-151547호)에서, OFDM 기술이 적용된 통신 단말기는 프레임 동기화신호를 포함하는 신호를 특정 서브캐리어만 사용하여 송신 및 수신한다. 통신 단말기는 액세스 시스템 베이스 스테이션과 가정내 시스템 베이스 스테이션 사이를 동기화시키기 위해 상기 신호를 사용하고, 그 후, 액세스 시스템 베이스 스테이션은 가정내 시스템에 타임 슬롯을 할당한다. 그에 의해, 액세스 시스템과 가정내 시스템이 시간 도메인에 공존하면서, 복수의 가정에서 동시에 사용될 것으로 기대되는 액세스 시스템이 가정내 시스템보다 우선적으로 PLC 매체를 사용하는 것이 가능하다. 도 21은 특허문헌 1에 적용된 프레임 구조를 나타낸 도면이다. 특허문헌 1에서, 통신은 도 21의 프레임을 반복하는 것에 의해 실행된다. 도 21에서, 동기화 슬롯(501)은 액세스 시스템과 가정내 시스템 사이에서 동기를 설정하기 위해 사용되고 특정 동기신호를 포함한다. 그에 의해, 액세스 시스템 및 가정내 시스템은 프레임 단위로 서로 동기화될 수 있다. 다음, 제어슬롯(502)는 계속되는 데이터 슬롯(503)을 액세스시스템과 가정 내 시스템이 어떻게 이용하는가를 통지하기 위해 사용된다. 액세스 시스템의 베이스 스테이션은 사용 가능한 슬롯을 가정내 시스템의 각각의 베이스 스테이션에 통지하기 위해 이 슬롯을 사용한다. 전술된 메커니즘으로, 액세스 시스템과 가정내 시스템의 시간 도메인에서의 공존이 확보된다. 그러나, TDM에 의한 이러한 공존은 QoS(Quality of Service)가 고려될 필요가 있는 통신에 대해서는 불리하다. 통신의 QoS는 데이터 전송 속도, 허용 가능 최대 전송 지연 등으로 나타내어진다. 일반적인 애플리케이션으로, 높은 데이터 전송 속도가 확보되어야 하지만 비교적 지연을 허용할 수 있는 AV 스트림 전송과, 데이터 전송 속도는 낮더라도 지연에 대해 엄격한 제한요건이 있는 양방향 오디오 데이터 전송이 있다. 또한, 고해상도 비디오폰 등과 같은 애플리케이션은 비교적 높은 전송 속도와 지연에 대한 엄격한 제한요건을 동시에 만족시킬 필요가 있다고 생각된다. 여기서, 디지털 데이터 통신에서 일반적인 프레임 구조가 도 22에 도시된다. 디지털 데이터 통신은 일반적으로 도 22의 프레임 단위로 수행된다. 프레임은 노이즈에 대하여 비교적 강한(즉, 전송속도가 낮은) 변조기술을 사용하는 헤더(601), 사용자 데이터 등을 운반하는 영역인 페이로드(602), 및 페이로드(602)가 전송 동안 전송 에러로 오염되었는지 여부를 검출하거나 전송 에러를 수정하는 에러 검출/수정 코드(603)로 나누어질 수 있다. 여기서 헤더(601)는 고정된 길이를 가지고, 이 부분에서, 낮은 전송 속도를 가지는 고정된 변조 기술이 자주 사용된다. 페이로드(602)는 가변 길이와, 그 안에서 사용되는 변조 기술을 가지고, 그 사이즈는 일반적으로 헤더(601) 안에 기술된다. 에러 검출/수정 코드(603)는 검출/수정될 수 있는 에러의 양에 제한이 있고, 페이로드(602)에 발생하는 에러 비트의 수가 에러 검출/수정 가능한 범위 이내면, 검출/수정이 달성될 수 있다. 이러한 디지털 데이터 전송에서, 헤더(601)가 고정된 길이를 가지고, 페이로드(602)가 가변 길이를 가지므로, 전송 효율은 프레임을 차지하는 페이로드(602)의 비율의 증가에 따라 증가한다(즉, 기설정된 시간 내에 전송될 수 있는 사용자 데이터량이 더 크다). 반면, 페이로드(602)가 증가하면서, 페이로드에서 발생하는 전송 에러의 양이 증가하므로, 페이로드가 수신 장치에 의해 수신될 때, 페이로드에서 발생하는 전송 에러의 양이 에러 검출/수정 코드(603)의 검출/수정 용량을 초과할 가능성이 증가한다. 디지털 데이터 전송에 대하여, 큰 페이로드와 전송 에러 사이에서 균형을 이루는 것은 최대 데이터 전송 효율을 달성하기 위해 중요하다. 위 설명의 관점에서, 높은 데이터 전송 속도를 요구하는 AV 스트림 전송을 위해서는 비교적 큰 페이로드를 가지는 프레임을 사용하는 것이 바람직하고, 낮은 데이터 전송 속도를 요구하는 양방향 오디오 데이터 전송을 위해서는 작은 페이로드를 가지는 프레임을 사용하는 것이 바람직하다. 도 23의 QoS 요건을 가지는 두 개의 데이터 스트림, 즉, 24Mbps의 데이터 전송 속도에서 300msec의 최대 지연을 허용하는 AV 스트림과, 64kbps의 데이터 전송 속도에서 10msec의 최대 지연을 허용하는 두 개의 오디오 데이터를 가지는 양방향 스트림이 있다고 여기서 가정한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 액세스 시스템 PLC와 가정내 시스템 PLC가 공존하는 환경에서, AV 스트림은 가정내 PC(401)에서 텔레비전(405)으로 통신이 이루어지고, 양방향 스트림은 인터넷을 경유하여 친구 집과 가정내 IP 전화(406) 사이에서 통신이 이루어진다고 가정한다. 이 경우, 특허문헌1의 기술에서는, 도 21의 프레임의 데이터 슬롯(503)에 양방향 스트림의 전송을 위한 충분한 공간이 액세스 시스템을 위해 할당될 필요가 있고, AV 스트림의과 양방향 스트림의 전송을 위한 충분한 공간이 가정내 시스템을 위해 할당될 필요가 있다. 여기서 양방향 스트림에 제한(10msec의 최대 지연)이 있으므로, 10msec의 최대 인터벌을 가지는 슬롯이 양방향 스트림을 전송하는 액세스 시스템과 가정내 시스템 모두를 위해 할당될 필요가 있다. 이를 달성하기 위해, 도 21의 프레임의 길이가 10msec 또는 그 이하가 되거나, 복수의 슬롯이 프레임의 데이터 슬롯(503)에서 10msec 또는 그 이상의 인터벌을 피하는 방식으로 할당될 필요가 있다. 그러나, 전자가 달성될 때 프레임 길이가 더 짧아지므로, 높은 데이터 전송 속도를 요구하는 AV 스트림의 전송효율은 감소한다. 이 경우, 양방향 스트림이 존재하지 않는 경우에도, 시스템의 전송효율은 증가될 수 없다. 또한, 양방향 스트림의 QoS 요건을 만족시키기 위해 후자를 사용하는 시도가 이루어지는 경우, 제어슬롯(502)에서 전송되는 정보의 양은 증가한다. 전술된 바와 같이, TDM으로 인한 공존의 경우, 높은 데이터 속도와 작은 지연 시간을 동시에 달성하는 것은 용이하지 않다. FDM을 적용한 공존 제어는 복수 유형의 데이터 스트림의 상이한 QoS 요건을 만족시키는 부분에서 바람직할 수 있다. FDM이 사용되면, 각각의 데이터 스트림은 특정 주파수 대역을 점유할 수 있고, 그리하여, 프레임은 할당된 주파수를 사용하여 임의의 시간에 전송될 수 있다. 서로 상이한 통신 스킴을 가진 시스템이 FDM을 사용하여 공존하는 경우, 제한된 대역을 사용할 수 없는 공존 메커니즘에서 복잡한 제어를 수행하는 것이 용이하지 않다. 이는, 서로 상이한 통신 스킴을 가진 시스템의 공존이 전체 시스템에 공통인 신호를 요구하더라도, 데이터 통신 효율의 측면에서, 공통 신호에 커다란 양의 주파수 또는 시간을 할당하는 것이 불가능하기 때문이다. 그러므로, 고정된 주파수 채널이 준비되고 시스템은 그 각각의 채널을 이용하는 방법이 일반적으로 적용된다. 여기서, 액세스 통신 시스템에 의해 사용되는 주파수는 서비스의 설정 가격대, 시스템의 규모나 대상 서비스에 의해 변화한다. 그러므로, 액세스 통신 시스템 및 가정내 통신 시스템이 FDM에 의해 공존하는 경우, 고정적인 주파수 할당에서는, 액세스 통신 시스템이 넓은 주파수 대역을 요구하는 시스템일 경우를 고려하여, 액세스 통신 시스템을 위한 최대 주파수 대역을 확보할 필요가 있다. 실제로, 액세스 통신시스템 등에 의해 확보된 주파수 대역에서 빈 공간이 발생하는 등, 주파수 효율이 악화할 가능성이 있다. 한편, 가정내 통신 시스템에서, 품질을 개선 또는 유지하기위해 가능한 한 다수의 대역을 이용하는 것이 바람직하지만, 고정된 주파수 할당의 경우, 액세스 통신 시스템의 빈 주파수 대역은 이용될 수 없다.