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지중 저압 전력선의 협대역 전력선통신 채널특성 및 적용성에 대한 연구
Study on Channel Characteristics and Feasibility of Narrowband Power Line Communication over Underground Low Voltage Power Lines 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.38A no.10, 2013년, pp.874 - 884  

유현우 ,  윤경섭 ,  강수경 ,  최인지 () ,  박병석 () ,  김일한 (Texas Instruments) ,  김원수 (Texas Instruments)

초록
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본 논문은 국내 지중 저압선에 대한 협대역 PLC 기술의 통신 채널 특성과 이를 기반으로 한 적용성 연구결과에 대해 기술한다. 지중 저압선이 매설된 실제 거주지역에 협대역 PLC 채널 측정을 위한 시스템을 구성하였으며, 이를 통해 채널 응답, 잡음 PSD, 선 임피던스를 포함하는 채널 특성을 측정하였다. 측정된 채널 특성을 분석하여 국내 지중 저압선의 채널 특성이 협대역 PLC 적용에 적합한 특성을 띠며, 250kHz 이후 주파수 대역이 특히 양호한 특성을 나타내는 것을 보였다. 이를 기반으로 IEEE P1901.2 규격을 채택, FCC High 대역을 이용하여 네트워크 테스트를 수행하였으며 이를 통해 국내 지중 저압선에 협대역 PLC 기술의 적용이 가능함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents in details channel and noise characteristics over narrow bands below 500kHz based on the field tests over underground low voltage(LV) power lines in residential areas in Korean grid. We show that the channel characteristics of narrowband signals over underground LV power line are...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 대한민국 지중 저압 전력선 구간 대상 통신 솔루션 확보 노력의 일환으로 수행된 협대역 PLC 기술의 적용성 연구에 대해 기술한다. 지중 저압 선로를 대상으로 500㎑ 이하 주파수 대역에 대해 측정한 채널특성을 기술하고, 이를 통해 협대역 PLC 기술의 적용성을 분석하였다.
  • 본 논문에서는 대한민국 지중 저압 전력선 구간에 대한 협대역 PLC 기술의 적용성을 가늠하기 위해, 500㎑ 이하 주파수 대역에 대한 채널특성을 측정하고, 이를 기반으로 수행한 네트워크 테스트 결과를 나타내었다.

가설 설정

  • 2 FCC 대역 물리계층 규격을 준용하여 수행한 Monte-Carlo 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 시뮬레이션은 AWGN 채널환경을 가정하여 D8PSK(Differencial 8 Phase Shift Keying), DQPSK(Differencial Quadrature Phase Shift Keying), DBPSK(Differencial Binary Phase Shift Keying), ROBO(Robust OFDM) 변조 방식에 대해 수행되었다. 가장 신뢰도가 뛰어난 변조 방식인 ROBO(Robust OFDM) 모드의 경우, -2dB의 SNR에서 10% 이내의 FER(Frame Error Rate)을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PLC란 무엇인가? PLC(Powerline Communication, 전력선 통신)는 전력선을 이용하여 통신신호를 전송하는 통신방식이다. 전력을 공급하기 위한 전력망은 이미 전국에 보급되어 현존하는 인프라 중 가장 광범위한 네트워크를 구성하고 있으며, 따라서 스마트그리드, AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템 구축을 위한 최적의 통신 솔루션으로 여겨지고 있다.
최근, PLC 기술이 전송성능과 시스템 완성도 측면에서 빠른 성장을 보이게 된 배경은 무엇인가? 최근 PLC 기술은 적용 어플리케이션 및 활용 주파수 대역의 확장과 더불어 국내외의 활발한 연구 개발을 통해 전송성능과 시스템 완성도 측면에서 빠른 성장을 보이고 있다. 현재에는 500Mbps급 BPL(Broadband over Powerline, 광대역 전력선 통신) 기술[1] 개발이 완료된 상태이며, 그 이상의 고속 PLC 기술 개발[2,3] 역시 활발히 진행 중이다.
본 논문에서 수행한, 500㎑ 이하 주파수 대역에 대한 채널특성을 측정하고 이를 기반으로 수행한 네트워크 테스트 결과는 어떠한가? 협대역 PLC 채널 특성은 실제 지중 저압선이 매설된 거주지역에서 필드테스트를 통해 얻어냈으며, 250㎑ 이후 주파수 대역에서 중계기 없이 170m 이상 통신이 가능한 정도로 양호한 채널특성이 나타남을 확인하였다. 또한 선 임피던스 역시 일부 대역을 제외하고는 협대역 PLC 모뎀 실제 운용에 적합한 값을 갖는 것을 확인하였다. 이렇듯 측정된 채널 특성은 모두 국내 지중 전력선 구간의 협대역 PLC 기술 적용 가능성에 대해 긍정적인 지표를 나타내고 있다. 협대역 PLC 기술의 적용성을 보다 구체적으로 확인하기 위해 IEEEP1901.2 기술을 채택, 채널 특성이 가장 좋은 FCC High 대역을 통해 직접 네트워크 테스트를 수행하였으며, 100%의 Connectivity와 90% 이상의Delivery Ratio를 얻어, 협대역 PLC 기술을 이용한 양방향 통신이 실제로 가능함을 보였다.
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참고문헌 (14)

  1. IEEE, IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium Access Control and Physical Layer Specifications, IEEE Std. 1901-2010, Dec. 2010. 

  2. A. M. Tonello, P. Siohan, A. Zeddam, and X. Mongaboure, "Challenges for 1Gbps power line communications in home networks," in Proc. IEEE 19th Int. Symp. Personal, Indoor, Mobile Radio Commun. (PIMRC 2008), pp. 1-6, Cannes, France, Sep. 2008. 

  3. S. Tsuzuku, I. S. Areni, and Y. Yamada, "A feasibility study of 1Gbps PLC system assuming a high balanced DC power-line channel," in Proc. IEEE Int. Symp. Power Line Commun. Its Applicat. (ISPLC 2012), pp. 386-391, Beijing, China, Mar. 2012. 

  4. A. G. Lazaropoulos and P. G. Cottis, "Broadband transmission via underground medium-voltage power lines-Part I: transmission characteristics," IEEE Trans. Power Del., vol. 25, no. 4, pp. 2414-2424, Oct. 2010. 

  5. A. G. Lazaropoulos and P. G. Cottis, "Broadband transmission via underground medium-voltage power lines-Part II: capacity," IEEE Trans. Power Del., vol. 25, no. 4, pp. 2425-2434, Oct. 2010. 

  6. K.-H. Eom, J.-H. Shin, and S.-J. Lee, "An analysis of characteristics of underground power line communication channel," J. Inst. Elect. Eng. Korea (IEEK), vol. 48, no. 5, pp. 40-45, May 2011. 

  7. D.-H. Hyun, I.-J. Choi, C.-S. Kang, and Y.-H. Lee, "The study of the signal propagation characteristics on 22.9 kV underground distribution cable," J. Korean Inst. Inform. Tech. (KIIT), vol. 4, no. 4, pp. 33-39, Aug. 2006. 

  8. S.-J. Lee, D.-H. Shin, Y.-H. Kim, J.-J. Lee, and K.-H. Um, "An analysis and modeling of background noise on 22.9kV underground distribution cable for medium-voltage power line communication," J. Inst. Electron. Eng. Korea (IEEK), vol. 33, no. 1, pp. 986-987, June 2010. 

  9. Y.-H. Kim, J.-H. Lee, K.-H. Kim, H.-B. Lee, and S.-C. Kim, "A study on the power line communications for smart grid access network system," in Proc. KICS Summer Conf., pp. 354-355, Jeju Island, Korea, June 2011. 

  10. J. M. Baek, S. H. Ju, Y. H. Lim, and M. S. Choi, "Design and evaluation of BPLC-based meter reading network via underground MV line," in Proc. Korean Inst. Power Elect. (KIPE) Fall Conf., pp. 304-305, Seoul, Korea, Nov. 2010. 

  11. J. Anatory, N. Theethayi, R. Thottappillil, M. M. Kissaka, and N. H. Mvungi, "The influence of load impedance, line length, and branches on underground cable power-line communication (PLC) systems," IEEE Trans. Power Del., vol. 23, no. 1, Jan. 2008. 

  12. O. G. Hooijen, "A channel model for the residential power circuit used as a digital communications medium," IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 40, no. 4, Nov. 1998. 

  13. PRIME Alliance Technical Working Group, Draft Specification for Powerline Intelligent Metering Evolution, PRIME Specification R. v1.3.6, retrieved May, 17, 2012, from http://www.prime-alliance.org/. 

  14. IEEE, IEEE Draft Standard for Low Frequency (less than 500kHz) Narrow Band Power Line Communications for Smart Grid, IEEE Draft Standard P1901.2/D0.06.07, Aug. 2012. 

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