[국내논문]다중 대역용 차세대 이동통신 기지국 시스템의 전력 및 탄소배출량 절감효과 분석 The Analysis of Reducing Power Consumption and CO2 Emission in the Advanced Mobile Communication Base Station원문보기
본 논문은 다중 대역에서 동작하는 안테나를 장착한 차세대 이동통신 기지국 시스템의 도입 가능성 분석을 위해 종래의 기지국 시스템과 케이블 손실전력을 고려한 차세대 기지국 시스템의 전력 손실 및 탄소 절감효과를 분석하였다. 차세대 기지국 시스템은 옥외에 무선처리부를 설치하고, 옥내의 기저대역처리부는 광케이블로 연결하여 종래의 기지국에서 케이블로 인해 발생하는 전력손실을 없애는 구조이다. 본 연구 결과 종래의 기지국과 비교하여 동일한 서비스 커버리지 확보가 가능하고, 케이블 전력손실이 5 dB 줄어든 차세대 기지국 시스템을 도입할 경우 CDMA 20W, WCDMA 30W, WiBro 10W 기지국에서 소모하는 전력량은 연간 155,078 MWh에서 49,038 MWh로 감소시킬 수 있으며, 탄소배출량 또한 65,878 $tCO_2$에서 20,832 $tCO_2$로 절감됨을 확인하였다. 따라서 차세대 기지국 시스템은 그린 IT 기술로 이용 가능할 것으로 고찰되었다.
본 논문은 다중 대역에서 동작하는 안테나를 장착한 차세대 이동통신 기지국 시스템의 도입 가능성 분석을 위해 종래의 기지국 시스템과 케이블 손실전력을 고려한 차세대 기지국 시스템의 전력 손실 및 탄소 절감효과를 분석하였다. 차세대 기지국 시스템은 옥외에 무선처리부를 설치하고, 옥내의 기저대역처리부는 광케이블로 연결하여 종래의 기지국에서 케이블로 인해 발생하는 전력손실을 없애는 구조이다. 본 연구 결과 종래의 기지국과 비교하여 동일한 서비스 커버리지 확보가 가능하고, 케이블 전력손실이 5 dB 줄어든 차세대 기지국 시스템을 도입할 경우 CDMA 20W, WCDMA 30W, WiBro 10W 기지국에서 소모하는 전력량은 연간 155,078 MWh에서 49,038 MWh로 감소시킬 수 있으며, 탄소배출량 또한 65,878 $tCO_2$에서 20,832 $tCO_2$로 절감됨을 확인하였다. 따라서 차세대 기지국 시스템은 그린 IT 기술로 이용 가능할 것으로 고찰되었다.
In this paper, we present the analysis of the characteristics of advanced mobile communication base station with multi-band about power loss, power efficiency and carbon reduction considering cable power loss. The advanced mobile base station system is installed on the outdoor for Antenna and RF par...
In this paper, we present the analysis of the characteristics of advanced mobile communication base station with multi-band about power loss, power efficiency and carbon reduction considering cable power loss. The advanced mobile base station system is installed on the outdoor for Antenna and RF part, and then the power loss is reduced because the fiber optic cable is used between RF part and baseband part. If the cable power loss is reduced by 5 dB replacing an entire the advanced base station systems, annual power consumption is reduced total 49,038 MWh in the CDMA 20W, WCDMA 30W, WiBro 10W systems. Furthermore the advanced base station system of annual $CO_2$ emission is 20,832 $tCO_2$ compare to 65,878 $tCO_2$. Therefore the advanced base system is confirmed considering green IT technology for the advanced mobile communication base station.
In this paper, we present the analysis of the characteristics of advanced mobile communication base station with multi-band about power loss, power efficiency and carbon reduction considering cable power loss. The advanced mobile base station system is installed on the outdoor for Antenna and RF part, and then the power loss is reduced because the fiber optic cable is used between RF part and baseband part. If the cable power loss is reduced by 5 dB replacing an entire the advanced base station systems, annual power consumption is reduced total 49,038 MWh in the CDMA 20W, WCDMA 30W, WiBro 10W systems. Furthermore the advanced base station system of annual $CO_2$ emission is 20,832 $tCO_2$ compare to 65,878 $tCO_2$. Therefore the advanced base system is confirmed considering green IT technology for the advanced mobile communication base station.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 다중 대역을 수용할 수 있는 재구성 능동안테나 등이 적용된 차세대 기지국 시스템에 대해 알아보고, 이러한 차세대 기지국을 우리나라 무선국 현황과 비교하여, 전력소모량 및 탄소 절감효과 등을 분석함으로써 현실적인 도입가능성에 대하여 고찰하였다.
본 논문은 케이블 전력손실이 개선된 차세대 기지국 시스템을 우리나라의 무선국 현황에 비추어 전력소모량 및 탄소절감효과 등을 분석하여 이를 도입하기 위한 적합성을 검토하였다.
본 장에서는 케이블 전력손실이 개선된 차세대 기지국 시스템을 우리나라 무선국 현황에 비추어 전력소모량 및 탄소절감효과 등을 분석하여 도입 적합성에 대하여 검토하였다
본 절에서는 케이블 전력손실을 개선한 차세대 기지국 시스템의 이산화탄소 배출량을 기존 기지국과 산출 비교하고, 이산화탄소 배출량 절감 수준을 분석하고자 한다. 케이블 전력손실이 개선된 기지국은 종래의 기지국과 동등한 효율의 HPA를 사용했을 경우를 가정하고 이산화탄소 배출량을 산출하였다.
우리나라 이동통신 기지국은 각 서비스별로 운용되고 있으나, 본 절에서는 일반적인 이동통신 기지국 시스템의 구조와 안테나 및 무선처리부에 대해 살펴보고자 한다
가설 설정
분석은 동일한 서비스 커버리지의 확보가 가능하고 종래의 기지국에서 사용한 HYA가 동일한 효율을 가진다는 조건으로 계산하였다. 또한 종래 기지국에서의 케이블 전력손실은 10dB라고 가정하였다.
한다. 케이블 전력손실이 개선된 기지국은 종래의 기지국과 동등한 효율의 HPA를 사용했을 경우를 가정하고 이산화탄소 배출량을 산출하였다. 연간이산화탄소 배출량의 산출은 전력 석유환산계수와 전력 탄소배출계수가 필요하며, 본 논문에서는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 의 가이드라인과 에너지경제연구원의 통계산출 방식 적용하였다.
제안 방법
다음으로 이를 현재 서비스중인 이동통신 기지국에 적용하였을 경우 실질적인 전력 절감량에 대하여 계산한다. 무선국 허가 DB에 따르면 해당 출력을 가지는 무선국수는 20W급 CDMA 56, 421국, 30W급 WCDMA 10, 072구 10W급 WiBro 11, 255국이다 (P9.
이는 제안된 차세대 기지국 시스템은 다중 주파수 대역에서 동작하는 기지국으로서 종래의 기지국이 각 서비스별로 기저대역부에서 안테나로 연결되었던 케이블의 전력손실을 줄일 수 있기 때문이다. 분석은 동일한 서비스 커버리지의 확보가 가능하고 종래의 기지국에서 사용한 HYA가 동일한 효율을 가진다는 조건으로 계산하였다. 또한 종래 기지국에서의 케이블 전력손실은 10dB라고 가정하였다.
Ⅳ.장에서는 제안된 기지국 시스템을 실제 적용 시 예상되는 전력효율, 탄소 절감효과 등을 분석하였으며, Ⅴ장의 결론으로 구성되어 있다.
기지국 시스템의 구조를 보여주고 있다. 채널 카드에서 처리된 디지털 신호는 트랜시버 카드로 전송되어 D/A 컨버터를 지나 RF 신호로 변환되어 전력 증폭기를 통해 송신신호로 전송되며, 수신된 신호는 저잡음 증폭기를 통해 원하는 RF신호를 뽑아낸 뒤 A/D 컨버터를 지나 디지털 신호로 변환된 후 채널 카드를 통해 신호처리를 한다.
이론/모형
케이블 전력손실이 개선된 기지국은 종래의 기지국과 동등한 효율의 HPA를 사용했을 경우를 가정하고 이산화탄소 배출량을 산출하였다. 연간이산화탄소 배출량의 산출은 전력 석유환산계수와 전력 탄소배출계수가 필요하며, 본 논문에서는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 의 가이드라인과 에너지경제연구원의 통계산출 방식 적용하였다. 이를 바탕으로 연간 이산화탄소 배출량은 다음 식 (1)~(3)에 대입하여 산출할 수 있대", 叫 그러나 본 논문에서는 전력의 이산화탄소 배출 절감량을 계산하므로 식 (3)을 적용하였다.
성능/효과
알 수 있다. 또한 전력증폭기가 전체 전력소모량에서 차지하고 있는 비중도 약 70-80 %로 매우 높음을 알 수 있다
이를 바탕으로 연간 전력 소모량을 산출한 결과, CDMA 20W 급은 88, 964 MWh, WCDMA 30W 급은 22, 904 MWh, WiBro 10W 급은 43, 211 MWh로 총 155, 079 MWh로 나타났다. 이 결과를 토대로 실제 케이블 전력손실을 5 dB 정도 줄였을 경우는 각각 28, 132 MWh, 7, 242 MWh, 13, 664 MWh 로 총 전력소모량은 49, 038 MWh로 감소하게 된다. 그러나 이는 해당 시스템을 전체 교체했을 경우이다.
있다. 이 결과를 토대로 차세대 기지국 시스템을 20%까지 도입하였을 경우 연간 4, 166 tCO2, 30% 도입 시 연간 6, 249 tCO2, 40% 도입 시 연간 8, 333 tCCh의 이산화탄소를 절감효과가 있다. 따라서 다중대역을 수용할 수 있고 케이블 전력손실을 줄인 차세대 기지국 시스템은 전력효율과 전력손실 절감 및 이산화탄소 절감에 효과가 있어 그린 IT 기술로 적용이 가능할 것으로 사료된다.
같다. 이 결과에 따르면 케이블 손실을 5 dB 줄인 차세대기지국 시스템을 20% 도입하였을 경우 연간 9, 806 MWh, 30% 도입 시 연간 14, 710 MWh, 40% 도입 시 연간 19, 615 MWh의 전력을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 케이블 전력손실을 줄인 차세대 안테나 시스템 기지국이 전력효율 및 전력손실 절감에 효과가 있는 것으로 사료된다.
발생하는 전력손실을 없애는 구조이다. 이는 기존 기지국과 동일한 서비스 커버리지의 확보가 가능하면서도 동시에 HPA의 출력전력을 줄일 수 있어 에너지 절감과 탄소 발생량을 절감하는 효과를 보이는 것으로 분석되었다
이 결과에 따르면 케이블 손실을 5 dB 줄인 차세대기지국 시스템을 20% 도입하였을 경우 연간 9, 806 MWh, 30% 도입 시 연간 14, 710 MWh, 40% 도입 시 연간 19, 615 MWh의 전력을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 케이블 전력손실을 줄인 차세대 안테나 시스템 기지국이 전력효율 및 전력손실 절감에 효과가 있는 것으로 사료된다.
이는 이동통신 서비스별 전체 무선국의 42%, 9%, 67%에 각각 해당하는 수치이다. 이를 바탕으로 연간 전력 소모량을 산출한 결과, CDMA 20W 급은 88, 964 MWh, WCDMA 30W 급은 22, 904 MWh, WiBro 10W 급은 43, 211 MWh로 총 155, 079 MWh로 나타났다. 이 결과를 토대로 실제 케이블 전력손실을 5 dB 정도 줄였을 경우는 각각 28, 132 MWh, 7, 242 MWh, 13, 664 MWh 로 총 전력소모량은 49, 038 MWh로 감소하게 된다.
케이블 전력손실을 개선한 차세대 기지국 시스템에서 5 曲의 케이블 전력손실을 감소시킬 경우 종래의 기지국 출력전력의 약 32%의 출력을 가진 HPA 소자를 사용할 수 있어 전체 기지국 시스템의 전력 소모량을 현격히 줄일 수 있는 것으로 분석되었다. 현재 서비스 중인 무선국 허가 DB에 따르면 20W급 CDMA 56, 421구 30W급 WCDMA 10, 072국, 10W급 WiBro 11, 255국이며, 이를 바탕으로 실제 케이블 전력손실을 5 dB 줄였을 경우는 전력 소모량은 각각 28, 132 MWh, 7, 242 MWh, 13, 664 MWh 규모이며, 총 전력소모량은 49, 038 MWh로 감소하게 된다.
후속연구
이 결과를 토대로 차세대 기지국 시스템을 20%까지 도입하였을 경우 연간 4, 166 tCO2, 30% 도입 시 연간 6, 249 tCO2, 40% 도입 시 연간 8, 333 tCCh의 이산화탄소를 절감효과가 있다. 따라서 다중대역을 수용할 수 있고 케이블 전력손실을 줄인 차세대 기지국 시스템은 전력효율과 전력손실 절감 및 이산화탄소 절감에 효과가 있어 그린 IT 기술로 적용이 가능할 것으로 사료된다.
참고문헌 (14)
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