[논문]대역 확산 전력선 통신을 위한 양방향 적응 결합기 설계

유영규; 우대호; 최석우; 김동용

[국내논문] 대역 확산 전력선 통신을 위한 양방향 적응 결합기 설계
Design of a Bidirectional Adaptive Coupler for Spread Spectrum Power Line Communications 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.56 no.3, 2007년, pp.623 - 628

유영규 (LS산전 중앙연구소) , 우대호 (SK텔레시스 연구소) , 최석우 (전북대 공대 전자정보공학부) , 김동용 (전북대 공대 전자정보공학부)

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This paper presents the new power line coupler which is applicable to spread spectrum power line communications. The proposed coupler maintains the adequate value of a capacitor between the transmitter mode and the receiver mode using a switch. In the transmit mode, the relatively high value of the capacitor is chosen to minimize the attenuation of transmitted signals. In the receiver mode, the value of the capacitor is chosen to be small enough so that the coupler attenuates power line noises. This coupler reduced the magnitude distortion due to having a high Q value and the power consumption caused by the AC current flowing into the capacitor. The simulation and measurement results show the improved performance in the transmitter and receiver mode, respectively.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 대역 확산 방식은 다른 통신방식에 비해 넓은 대역폭이 필요하기 때문에, 전력선 결합기설계에서 문제가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 결합기의 특성을 분석하고 송신과 수신에 적합한 새로운 전력선 결합기를 제안한다.
본 논문에서는 대역확산 방식의 전력선 모뎀에서 전력선 결합기의 문제를 분석하고 새로운 전력선 결합기를 제안하였다. 제안된 결합기는 스위치를 통해 커패시터 용량을 송신과 수신에 맞도록 조절할 수 있도록 하였다.

제안 방법

사용한다. 본 논문에서는 전력선 결합기가 대역 통과 필터로 동작하여 기존의 전력선 결합기에서 높은 Q에 의한 크기 특성의 왜곡을 제거하고 전력선 결합기의 차단주파수를 동작 주파수 대역까지 증가시켜 전력선 저주파 잡음을 제거한다. 제안된 전력선 결합기의 수신 필터는 단종단 LC 제자형 4차 버터워스 대역통과 필터로 구성하였다[10].
본 논문에서는 전력선 결합기가 대역 통과 필터로 동작하여 기존의 전력선 결합기에서 높은 Q에 의한 크기 특성의 왜곡을 제거하고 전력선 결합기의 차단주파수를 동작 주파수 대역까지 증가시켜 전력선 저주파 잡음을 제거한다. 제안된 전력선 결합기의 수신 필터는 단종단 LC 제자형 4차 버터워스 대역통과 필터로 구성하였다[10]. 그림 9는 제안된 전력선 결합기의 수신 회로이고 표 2는 필터의 사양과 소자 값이다.
제안된 결합기는 스위치를 통해 커패시터 용량을 송신과 수신에 맞도록 조절할 수 있도록 하였다. 송신 동작에서는 커패시터 용량을 증가시켜 높은 Q에 의해.
발생하는 크기 특성 왜곡을 감소시켰고 통신 주파수 대역에서 신호 감쇄를 최소화하였다. 수신 동작에서 커패시터 용량을 감소시키고 결합기를 대역통과 필터로 구현하여 전력선 저주파 잡음을 제거하였고 높음에 의해 발생하는 크기 특성 왜곡을 제거하였다. 송신 동작을 제외하고 수신 동작에서 낮은 커패시터 용량을 갖기 때문에 커패시터에서 소모되는 전력을 기존의 결합기보다 40배 감소시켰다.
송신과 수신의 서로 다른 설계 조건을 만족하는 새로운 양방향 적응형 전력선 결합기를 제안한다.

대상 데이터

# c가 4uH, 14uH, 24uH일 때 차단주파수는 74kHz. 41kHz, 32曲이다. 각각의 차단주파수에서 크기 특성 왜곡은 13.
22“F일 때 커패시터에서 소모되는 전력은 4#이다. 제안된 결합기는 Cc=0.0056jtzF이며 소모되는 전력은 O.lmW이다. 따라서 제안된 결합기는 기존의 결합기보다 전력소모가 40배 정도로 감소한다.
표 3은 그림 11에서 사용한 소자의 특성이고 변압기는 TDK HS52-SM-8T 재질의 T22x6.5-14 모델을 사용하였다. 그림 12는 제작된 전력선 결합기이다.

이론/모형

커플링 변압기와 교류 커패시터는 60Hz의 전원을 차단하고 통신 신호를 통과시킨다. 본 논문에서는 CEBus 규격에서 사용하고 있는 chirp 대역 확산 기술로 lOOkllz~4001를 사용한다[5, 6].
본 논문에서는 주파수 특성을 위해 Agilent 4395A Net- work/Spectrum/Impedance Analyzer를 이용하였디.

성능/효과

기존의 전력선 결합기에 스위치(SW)와 가 추가되었다. 제안된 전력선 결합기는 송신할 때 스위치가 On되어 Cnx와 Cc의 합성 커패시턴스가 증가한다. 그리고 수신할 때는 스위치가 Off되어 합성 커패시터는 Cc이다.
lmW이다. 따라서 제안된 결합기는 기존의 결합기보다 전력소모가 40배 정도로 감소한다.
그림 13(a)은 전력선 부하 임피던스가 3.9Q 일 때 측정 결과이며, 제안된 결합기가 기존의 결합기에 비해 대역폭이 증가한다. 그림 13(b)은 전력선 부하 임피던스가 0.
1“F일 때 측정 결과이며, 제안된 결합기가 기존의 결합기에 비해 통과대역에서이득이 증가하고 차단주파수가 저주파로 이동한다. 그림 13(c)은 전력선 부하 임피던스가 3.9uH일 때 측정 결과이며, 제안된 결합기가 기존의 결합기에 비해 차단주파수가 저주파로 이동하고 통과대역에서 크기 특성 왜곡이 향상되었다.
송신 동작에서는 커패시터 용량을 증가시켜 높은 Q에 의해. 발생하는 크기 특성 왜곡을 감소시켰고 통신 주파수 대역에서 신호 감쇄를 최소화하였다. 수신 동작에서 커패시터 용량을 감소시키고 결합기를 대역통과 필터로 구현하여 전력선 저주파 잡음을 제거하였고 높음에 의해 발생하는 크기 특성 왜곡을 제거하였다.

후속연구

송신 동작을 제외하고 수신 동작에서 낮은 커패시터 용량을 갖기 때문에 커패시터에서 소모되는 전력을 기존의 결합기보다 40배 감소시켰다. 제안된 결합기는 일부 부품의 추가와 수정으로 기존의 전력선 모뎀에 적용이 가능하여 상용화된 모뎀의 성능 향상에도 기여할 것이다.

참고문헌 (10)

D. Cooper and T. Jeans, 'Narrowband, Low Data Rate Communications on the Low-Voltage Mains in the CENELEC Frequencies-Part I: Noise and Attenuation,' IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 17, pp. 718-723, Jul. 2002

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D. Cooper and T. Jeans, 'Narrowband, Low Data Rate Communications on the Low-Voltage Mains in the CENELEC Frequencies-Part II: Multiplicative Signal Fading and Efficient Modulation Schemes,' IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 17, pp. 723-729, Jul. 2002

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B. Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2nd edition, Prentice-Hall, pp. 718-795, 2001
R. Kohno, et al, 'An Adaptive Canceller of Cochannel Interference for Spread-Spectrum Multiple-Access Communication Networks in a Power line,' IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 8, pp. 691-699, May 1990

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G. Evans, CEBus Demystified: The ANSI/EIA 600 User's Guide, McGraw-Hill, pp. 61-71, 2001
W. T. Lee, D. H, Woo, Y. G. Yu, and Y. C. Lee, 'Implementation of 40kbps Narrowband Powerline Communication Modem using Chirp Spread Spectrum Method,' Trans. KIEE, vol. 54, pp.116-123, Feb. 2005
박송배, 신호로이론, 문운당, pp. 393-399. 2001
http://www.yitran.com/media/IT800 Line Coupler (IT800- AN -013- R15).pdf
http://www.vacuumschmelze.de/dynamic/ docroot/medialib/documents/pdf/kbproduktblaetter/5024-X044.pdf
최석우, 윤창훈, 김동용, 최신 회로망 합성과 필터 이론, 홍릉과학출판사, pp. 127-216. 1998

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