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10kHz ~ 490kHz에서 최고 100kbps 전송속도를 제공하는 업계 최초 OFDM 기반, 전력선 통신 모뎀
10kHz ~ 490kHz OFDM기반 전력선 통신 모뎀
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Note to Editor:
- 업계 최초 OFDM 기반 광대역 PLC 모뎀 MAX2990은 10kHz ~ 490kHz 주파수 범위에서 최고 100kbps 전송속도를 제공한다.
- 이 소자는 FCC, CENELEC, ARIB 등 세계 신호전송 규정을 만족한다.
- 이 고집적 SoC는 네트워크 상의 다른 기기에 전력을 공급하는 동일한 전력선을 통해 안정적인 데이터 통신을 구현하므로 공간과 비용을 절감하고 시장에 빠르게 대응한다.
- MAX2990은 자동 미터 검침, 에너지 관리 및 부하 제어, 조명 제어, 산업 및 빌딩 자동화, 홈 오토메이션과 같은 애플리케이션에 이상적이다.
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SUNNYVALE, CA—2008년 5월 23일—Maxim Integrated Products (PINK OTC MARKETS: MXIM)는 OFDM 기반의 전력선 통신 (PLC) 모뎀 MAX2990을 출시했다. MAX2990은 첨단 광대역 통신 기술을 사용하여 최대 100kbps 속도로 AC 및 DC 전력선에서 경제적으로 양방향 데이터 통신을 제공한다. 이 소자는 기존 전력선을 사용하므로 네트워크 노드 연결을 위한 외부 케이블 설치의 필요성이 줄어든다.
10kHz ~ 490kHz의 넓은 주파수 범위를 지원하는 MAX2990은 CENELEC, FCC, ARIB를 포함한 국제 전력선 신호전송 규정을 만족한다. 이 고집적 SoC는 자동 미터 검침(AMR), 에너지 관리 및 부하 제어, 조명 제어, 빌딩 및 산업 자동화, 홈 오토메이션과 같이 장거리 데이터 전송률을 요구하는 애플리케이션에 이상적이다.
기존 전력선을 이용하는 통신의 과제
전력선 네트워크는 현재 세계 최대 네트워크이다. 전력선을 통신에 이용하는 개념은 1920년대까지 거슬러 올라가지만 전용선에 설치된 통신 장치의 수는 지금까지 AC 전력선에 설치된 장치보다 훨씬 많다. 전력선은 환경이 열악하며 특히 10kHz ~ 500kHz의 저주파 영역은 간섭, 백그라운드 잡음, 임펄스 잡음, 그룹 지연 등에 민감하다. 그림 1은 일반적인 전력선 채널에서 발생되는 평균 잡음을 보여준다.
이러한 과제를 해결하기 위해 관련 업계는 확산 스펙트럼이나 기타 협대역 구조와 같은 다양한 변조 기술을 시도했지만 이들 중 어떤 방법도 오늘날 까다로운 애플리케이션에서 요구되는 장거리에 걸쳐 신뢰할 수 있는 높은 데이터 전송률을 제공하지 못했다.
OFDM 및 첨단 네트워킹 기술로 안정적인 데이터 통신 제공
Maxim은 첨단 광대역 통신 기술을 사용하여 PLC에 존재하는 문제들을 해결했다. MAX2990은 DBPSK 변조 및 FEC (forward error correction) 기능과 함께 OFDM 기술을 사용하여 협대역 간섭 요인, 그룹 지연, 재머 신호, 임펄스 잡음 및 주파수 선택적 감쇄 등이 존재하는 환경에서 안정적인 데이터 통신을 구현하고 10kHz ~ 490kHz 주파수 범위에서 데이터를 전송하는 업계 유일의 광대역 PLC 칩이다.
첨단 네트워킹 기술은 신뢰할 수 있는 매우 안전한 통신 네트워크를 보장한다. 특히 CSMA/CA 구조는 네트워크에 분포된 다중 노드 네트워크에서 데이터 트래픽 흐름을 제어하며, ARQ (automatic repeat request) 기능은 착신 패킷의 전송과 수신을 보장한다. 또 MAX2990에는 고속 DES 암호화/복호화 코프로세서가 내장되어 있어 데이터 보안을 향상시킨다.
넓은 대역폭을 이용하여 데이터 복구 극대화
그림 2는 FSK와 같은 협대역 기술과 OFEM과 같은 광대역 기술을 비교한 것이다. 이들 두 기술은 각각 심볼 당 데이터 전송에 사용하는 톤의 수가 다르다. 심볼은 한 번에 전송하는 가장 작은 데이터 단위이다. 그래프는 OFDM이 협대역 방법보다 더 효율적으로 대역폭을 사용함으로써 주어진 대역폭에서 더 많은 톤을 전송할 수 있다는 것을 보여준다.
OFDM 시스템은 더 많은 수의 톤을 사용할 수 있으므로 MAX2990은 리드 솔로몬 (Reed Solomon) 및 회선 인코딩(convolutional encoding)과 같은 데이터 복구 구조를 구현할 수 있다. 이러한 첨단 채널 코딩 기술은 서로 다른 톤에서 데이터와 함께 에러 교정 비트를 전송할 수 있어 데이터 복구를 극대화한다. 이와 같이 MAX2990은 OFDM 기술을 이용하여 업계에서 가장 안정적인 PLC 모뎀을 구현하고 있다.
높은 데이터 전송률과 뛰어난 성능
모뎀을 평가할 때 고려해야 할 가장 중요한 요소 중 하나는 주어진 신호 대 잡음비(SNR)에서 비트 에러율(BER)이다. BER은 일정한 잡음 레벨에서 전송된 비트와 손실된 비트의 비율을 의미한다.
일반적인 FSK 시스템은 ~2kbps의 데이터 전송률을 제공하고 12dB SNR에서 ~104의 BER을 갖지만 MAX2990은 10kHz ~ 95kHz 사이의 Cenelec 대역에서 ~32kbps의 데이터 전송률을 제공하고 ~4dB SNR에서 동일한 BER을 갖는다. 이와 같이 MAX2990은 에러 교정 기술과 OFDM 기술을 사용함으로써 훨씬 더 높은 데이터 전송률에서 ~8dB의 성능 향상을 달성한다.
성능을 더욱 높이기 위해 MAX2990은 입력 신호 변화가 SNR 레벨, 입력 변동 레벨, 잠재적 대역내 톤 감소 등이 미리 정의된 임계값을 초과할 경우 자동으로 안전 모드로 전환된다. 이 모드는 낮은 데이터 전송률에서 SNR을 ~5dB 향상시켜준다.
샘플 및 추가 정보
MAX2990은 Maxim의 16비트 RISC MAXQ® 마이크로프로세서를 포함하여 물리적 (PHY) 및 미디어 액세스 제어 (MAC) 레이어를 단일 칩에 통합하고 있다. 또 MAX2990에는 MAC 코드를 실행하는 32kB 플래시 메모리, 사용자 정의 커스텀 애플리케이션 및 데이터 메모리를 위한 8kB SRAM이 내장되어 있다. 이 밖에도 MAX2990은 네트워크 상에서 전력선과 기타 장치 간의 원활한 통신을 위해 UART, SPI™ 및 I²C 직렬 인터페이스를 지원한다. 세부사항은 그림 3을 참조한다.
MAX2990은 64핀 LQFP 패키지로 제공되며 -40°C~ +85°C의 넓은 온도 범위에서 동작한다. 자세한 내용은 korea.maxim-ic.com/PLC-Modem에서 확인할 수 있다.
MAX2990의 주요 기능
- 물리적 레이어 (PHY) 및 미디어 액세스 컨트롤러 (MAC) 결합
- 32kB 플래시 메모리 및 8kB SRAM이 탑재된 마이크로컨트롤러 내장
- 일반 모드에서 데이터 전송 효율 극대화:
10kHz ~ 95kHz에서 32kbps, 10kHz ~ 490kHz에서 100kbps
- 규격 준수:
- CENELEC (10kHz ~ 140kHz)
- FCC (10kHz ~ 490kHz)
- ARIB (10kHz ~ 450kHz)
- FEC 기능, CRC16 및 CRC32 포함
- 암호화/복호화 코프로세서로 고속 DES 엔진 내장
- FCC 및 ARIB를 위한 재머 제거
- 시작 및 끝 동작 주파수 사용자 구성
- CSMA/CA 채널 액세스 중재 및 ARQ
- SPI, I²C, UART 인터페이스 지원
- 실시간 클록 (RTC)
- LED 조명 제어와 같은 애플리케이션을 위한 PWM 카운터
SPI는 Motorola, Inc.의 상표이다.
그림 1. korea.maxim-ic.com/MAX2990-Fig1
그림 2. korea.maxim-ic.com/MAX2990-Fig2
그림 3. korea.maxim-ic.com/MAX2990-Fig3
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