[논문]측정 데이터 기반의 임펄스 잡음 환경에서 OFDM-QPSK 시스템의 성능

노재성

doi:10.12673/jant.2020.24.6.587

측정 데이터 기반의 임펄스 잡음 환경에서 OFDM-QPSK 시스템의 성능
Performance of OFDM-QPSK System in Impulsive Noise Environment Based on Measurement Data 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.24 no.6, 2020년, pp.587 - 592

초록
AI-Helper

사물 인터넷 패러다임에 의해 가능해진 거대한 정보 교환은 즉시 사용 가능한 인프라로 전선을 이용할 가능성이 높아지고 있다. 사전에 설치된 배선 네트워크 인프라를 사용하는 이점은 전력선 통신을 광대역 통신을 위한 경쟁력있는 기술로 만들었다. 따라서 기존의 전력선 통신 채널을 고속 데이터 전송 및 인터넷 서비스를 위한 효과적인 수단으로 사용하는 것에 대한 관심이 높아지고 있다. 전력선 통신 시스템에 영향을 미치는 주요 잡음의 유형 중 하나는 임펄스 잡음이며 본 논문은 임펄스 잡음이 OFDM-QPSK 시스템의 성능에 미치는 영향을 해석하였다. 임펄스 잡음의 성능 분석을 위하여 3가지 환경에서 측정된 데이터를 사용하였다. 분석을 통해 OFDM-QPSK 시스템이 대부분의 임펄스 잡음 사례에서 QPSK 시스템보다 우수한 것으로 나타났다. 또한 RS 부호화된 OFDM-QPSK 시스템은 3 가지 경우의 임펄스 잡음 환경에서 우수한 BER 성능을 달성할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The giant information exchange enabled by the Internet of Things paradigm will likely exploit electrical lines as a ready-to-use infrastructure. The advantage of using the pre-installed infrastructure of wiring networks makes power line communication a competitive technology for broad-band communications. Therefore, there has been a growing interest towards the use of existing power line communication channels as an effective means for transmitting high speed data and Internet service. One of the main noise types affecting power line communication systems is the impulsive noise, and the focus of this work is on the impact of this impulsive noise on the performance of OFDM-QPSK systems. For the performance analysis of impulsive noise, data measured in three environments were used. Through the analysis, it is shown that OFDM-QPSK system outperforms QPSK system for most of the impulsive noise cases. Also, RS-coded OFDM-QPSK system can achieve good BER performance under 3 cases impulsive noise environment.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 전력선에서 측정된 임펄스 잡음의 특성 Fig. 1. Characteristics of impulsive noise measured in power line.
표 표 1. 전력선 통신의 분류 Table 1. Classification of power line communication.
그림 그림 2. OFDM 전송 시스템의 블록도 Fig. 2. Block diagram of OFDM transmission system.
그림 그림 3. 임펄스 잡음과 AWGN의 지속 시간 Fig. 3. Duration time of impulsive noise and AWGN.
표 표 2. 임펄스 잡음 파라미터 Table 2. Impulsive noise parameters.
그림 그림 4. 3가지 임펄스 잡음 환경에서 QPSK 시스템의 BER 성능 (μ = 5dB) Fig. 4. BER performance of QPSK system under three cases of impulsive noise environment (μ = 5dB).
그림 그림 5. 3가지 임펄스 잡음 환경에서 QPSK 시스템의 BER 성능 (μ = 10dB) Fig. 5. BER performance of QPSK system under three cases of impulsive noise environment (μ = 10dB).
그림 그림 6. 3가지 임펄스 잡음 환경에서 QPSK 시스템의 BER 성능 (μ = 15dB) Fig. 6. BER performance of QPSK system under three cases of impulsive noise environment (μ = 15dB).
그림 그림 7. 약한 임펄스 잡음 환경에서 부호화된 OFDM-QPSK 시스템의 BER 성능 (μ = 15dB) Fig. 7. BER performance of Coded OFDM-QPSK system under weak impulsive noise environment (μ = 15dB).

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 임펄스 잡음이 존재하는 전력선 통신 채널에서 디지털 통신 시스템의 수신 성능 향상을 위한 연구로서 전력선 통신 선로에서 측정된 데이터 기반 임펄스 잡음의 특성을 통하여 전력선 통신 시스템의 수신 성능을 분석하고, OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 전송 방식을 사용하는 전력선 통신 시스템에서 임펄스 잡음 특성을 고려한 전력선 통신 시스템의 성능을 비교 분석한다.

제안 방법

대한 분석이 필요하다. 따라서 본 논문에서 임펄스 잡음을 모델링하기 위해 임펄스 잡음의 여러가지 특성 파라미터를 적용하였다. 그림 4 ∼ 그림 7은 3가지 환경에서 측정된 임펄스 잡음 파리미터를 적용한 전력선 통신 채널에서 QPSK 신호의 성능을 분석한 결과이다.

성능/효과

측정된 데이터 기반 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 분석한 결과, 임펄스 잡음 대 AWGN 잡음의 전력비가 증가함에 따라서 QPSK 신호의 BER 성능은 열화됨을 확인할 수 있었으며 3가지 환경에서 측정된 데이터 기반의 임펄스 잡음 환경에서 시나리오별 파라미터에 따른 OFDM-QPSK 신호의 BER 성능을 구하였다. BER 성능 분석을 통하여 OFDM-QPSK 시스템이 QPSK 시스템에 비해 임펄스 잡음에 강함을 알 수 있었으며 전력선 통신 시스템에서 OFDM 전송과 부호화를 통하여 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서 OFDM-QPSK 시스템이 QPSK 시스템에 비해 임펄스 잡음에 강함을 알 수 있었다. 또한 RS 부호화를 적용하여 BER 성능 를 기준으로 약 3 dB 정도의 부호화 이득을 얻을 수 있었다.
또한 RS 부호화를 적용하여 BER 성능 를 기준으로 약 3 dB 정도의 부호화 이득을 얻을 수 있었다. 따라서 전력선 통신 시스템에서 OFDM 전송과 RS(31, 27) 부호화를 통하여 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
잡음에 강함을 알 수 있었다. 또한 RS 부호화를 적용하여 BER 성능 를 기준으로 약 3 dB 정도의 부호화 이득을 얻을 수 있었다. 따라서 전력선 통신 시스템에서 OFDM 전송과 RS(31, 27) 부호화를 통하여 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
채널 환경이 Case 1에서 Case 3으로 변함에 따라서 BER 성능은 개선되었으며 특히, Case 1 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 14 dB에서 BER 성능  을 얻을 수 있었다. 또한, Case 2와 Case 3 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 13 dB부터 BER 성능 이하를 얻을 수 있었다.
3가지 환경에서 측정된 임펄스 잡음은 심한 경우 (Case 1), 중간 경우 (Case 2), 약한 경우 (Case 3)를 나타내고 있다. 채널 환경이 Case 1에서 Case 3으로 변함에 따라서 BER 성능은 개선되었으며 특히, Case 1 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 14 dB에서 BER 성능  을 얻을 수 있었다. 또한, Case 2와 Case 3 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 13 dB부터 BER 성능 이하를 얻을 수 있었다.
구하였다. 채널 환경이 Case 1에서 Case 3으로 변함에 따라서 BER 성능은 개선되었으며 특히, Case 2 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 14 dB에서 BER 성능 을 얻을 수 있었다. 그림 4와 그림 5를 비교해보면 임펄스 잡음 대 AWGN 잡음의 전력비가 증가함에 따라서 QPSK 신호의 BER 성능은 열화됨을 확인할 수 있었다.
구하였다. 채널 환경이 Case 1에서 Case 3으로 변함에 따라서 BER 성능은 개선되었으며 특히, Case 3 환경에서는 신호 전력 대 잡음 전력비 14 dB에서 BER 성능 을 얻을 수 있었다. 그림에서 임펄스 잡음의 영향이 AWGN 잡음에 비하여 크기 때문에 신호전력 대 잡음 전력비 14 dB에서도 BER 성능 이하를 얻을 수 없었다.
임펄스 잡음은 버스트적인 특징을 가지며 AWGN 잡음과 비교해서 상대적으로 짧은 임펄스 잡음 발생 구간과 높은 잡음전력으로 모델링할 수 있다. 측정된 데이터 기반 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 분석한 결과, 임펄스 잡음 대 AWGN 잡음의 전력비가 증가함에 따라서 QPSK 신호의 BER 성능은 열화됨을 확인할 수 있었으며 3가지 환경에서 측정된 데이터 기반의 임펄스 잡음 환경에서 시나리오별 파라미터에 따른 OFDM-QPSK 신호의 BER 성능을 구하였다. BER 성능 분석을 통하여 OFDM-QPSK 시스템이 QPSK 시스템에 비해 임펄스 잡음에 강함을 알 수 있었으며 전력선 통신 시스템에서 OFDM 전송과 부호화를 통하여 임펄스 잡음 환경에서 BER 성능을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.

후속연구

앞으로 다가올 스마트 네트워크 시대에는 가장 적합한 솔루션으로 부상할 것으로 예상된다. 대부분의 건물에는 최소한 하나 이상의 전원 콘센트가 설치되어 있기 때문에 어떠한 통신기술보다 설치가 용이하며 간단한 장점이 있다.

참고문헌 (12)

J. Anatory and N. Theethayi, Broadband power-line communication systems, 1st ed. Southampton, SO: WIT Press, 2010.
S. Tsuzuki, "High-speed power-line communication and its application to a localization system," IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics Communications and Computer Sciences, Vol. 89, No. 11, pp. 3006-3012, 2006.

상세보기
H. Hrasnica, A. Haidine, and R. Lehnert, Broadband Power Line Communications : Network Design, 1st ed. New Jersey, NJ: John Wiley & Sons Inc., 2004.
S. Galli and L. Oleg, "Recent developments in the standardization of power line communications," IEEE Transactions on Communications Magazine, Vol. 46, No. 7, pp. 64-71, July 2008.
L. Dib, V. Fernandes, M. Filomeno, and M. V. Ribeiro, "Hybrid PLC/wireless communication for smart grids and internet of things applications," IEEE Internet Things Journal, Vol. 5, No. 2, pp. 655-667, 2018.

상세보기
K. M. Rabie, B. Adebisi, H. Gacanin, G. Nauryzbayev, and A. Ikpehai, "Performance evaluation of multi-hop relaying over non-Gaussian PLC channels," Journal of Communications and Networks, Vol. 19, pp. 531-538, Oct. 2017.

상세보기
M. Zimmermann and K. Dostert, "Analysis and modeling of impulsive noise in broadband power line communications," IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 44, No. 1, pp. 249-258, 2002.

상세보기
V. Degardin, M, Lienard, A. Zeddam, F. Gauthier, and P. Degauque, "Classification and characterization of impulsive noise on indoor power line used for data communications," IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 48, No. 4, pp. 913-918, 2002.

상세보기
M. Zimmermann and K. Dostert, "A multipath model for power line channel," IEEE Transactions on Communications, Vol. 50, No. 4, pp. 553-559, April 2002.

상세보기
Q. Shan, I. Glover, R. Atkinson, S. Bhatti, I. Portugues, P. M oore, R. Rutherford, R. Watson, M. Fatima Q. Lima, and B. Souza, "Estimation of impulsive noise in an electricity substation," IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, Vol. 53, No 3, pp. 653-663, 2011.

상세보기
J. G. Proakis, Digital Communications, 4th ed. New York, N Y: McGraw-Hill, 1993.
B. Sklar, Digital Communications, 2nd ed. New York, NY: Pearson, 2001.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증