본 논문은 스마트 그리드를 위한 전력선 통신 시스템에서 데이터 신뢰성을 향상시키는 딥러닝 기반의 종단 간 방식의 간섭 제거 알고리즘에 대해 연구하였다. 본 논문에서 제안한 기법은 딥러닝 기술을 적용하여 채널에서 발생하는 잡음을 예측하여 제거하는 기술로서 수신단에서 딥러닝에 의해 학습된 잡음들을 활용하여 효과적으로 잡음을 제거함으로써 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 딥러닝 기술의 잡음 예측 정확도를 향상시키기 위해 기존의 잡음 형태를 데이터베이스화하여 활용하였다. 채널 모델로서 Middleton Class A 간섭 모델을 사용하였고, 비트 오류율을 평가하여 성능을 검증하였다. 모의실험을 통해 간섭 제거 기법이 적용된 시스템 모델과 이론적인 모델의 비트오류율을 비교하여 제안하는 시스템이 잡음을 효과적으로 제거하여 신호의 품질 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 제안한 시스템 모델은 전력선 통신뿐만 아니라 일반적인 통신 시스템에서도 신호의 품질을 향상시킬 수 있도록 다양하게 적용이 가능하다.
본 논문에서는 강한 임펄스성 잡음 및 협대역의 간섭이 존재하는 전력선 채널에서의 데이터 전송을 위하여 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 통신 방식을 이용한 통신 시스템을 구성하였다. 디지털 정합 필터를 이용하여 버스트형 패킷의 빠른 코드 동기를 수행하도록 하였고, 코드 동기를 이룬 후 샘플링 펄스에 의해 데이터를 결정함으로써 버스트형 패킷을 복구하였다. 전력선 통신 시스템의 성능 측정을 위하여 매우 강한 임펄스성 잡음이 존재하는 모의 채널에서 전치 부호 1비트, 데이터 63비트로 구성된 패킷을 전송하였다. 매우 열악한 채널 조건으로서 신호 레벨보다 약 30[dB] 정도 큰 임펄스성 잡음이 연속적으로 발행하는 경우에도 $10^3$- $10^4$의 비트 오율과 0.07 이하의 패킷 손실율을 유지 하였다.
본 논문은 스마트 그리드를 비롯한 각종 미래 전력망 내 고속 데이터 전송을 타깃으로 한 SISO/MIMO-OFDM 기반 전력선통신 (PLC: power line communication) 방식의 구현 및 성능분석에 목적이 있다. 전력선통신 환경은 유선임에도 무선과 같은 다중경로 페이딩, 임펄스 잡음 등 매우 열악한 채널 특성을 갖는다. 다중경로 전력선 페이딩 채널은 Zimmermann 주파수 모델을 이용하며 임펄스 잡음 채널은 Middleton class A 모델을 이용한다. 본 논문에서는 주파수 선택적 다중경로 페이딩 특성을 갖는 전력선 채널 조건하에 공간 다이버시티 이득을 부가한 공간주파수 부호화 SISO/MIMO-OFDM 방식을 고려한다. 특별히 다중 안테나 경로와 다중 경로 페이딩의 다이버시티 이득을 효과적으로 결합한 최대비 합성 방식인 a&f-MRC를 이용한 기존 삼상 혹은 단상 PLC 시스템의 성능 개선 방안을 제시한다. 시뮬레이션을 통해 기존의 SISO/MIMO-OFDM 방식에 비한 성능우위를 입증하며 등비 합성법, 선택적 합성법과의 복잡도 대비 성능 비교로 시스템 설계상의 트레이드오프를 또한 제시한다. 임펄스 잡음지수 등 실제 PLC 채널 조건하에 체계적인 성능분석 및 시뮬레이션을 통해 적정 시스템 설계 파라미터를 도출한다.
전력선을 이용하여 신뢰성 높은 데이터 통신을 하기 위해서는 다양한 변복조 방법 및 채널코딩의 적용이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 변복조 및 채널코딩중에서 FSK 변복조와 HDLC코딩 방식을 적용하여 데이터 통신 시 발생하는 신호감쇠와 잡음을 제거하고, 신뢰성 있는 데이터 전송환경을 구축하기 위해 전력선 통신용 모뎀을 CPLD를 바탕으로 한 ASIC으로 구현하고 실제환경에 적용하였다.
본 논문에서는 전력선 채널에서 DS/SSMA BPSK 통신 시스템의 전형 및 하드리미팅 상관 수신기의 성능을 분석하였다. Chan의 잡음 모델을 이용하여 전력전에서 발생하는 강한 임펄스성 잡음을 배경 잡음에 대한 임펄스성 잡음의 전력 스펙트럼 밀도비 $(N_1/N_b)$, 데이터 폭에 대한 임펄스성 잡음 폭의 비(f). 임펄스성 잡음의 발생주기에 대한 임펄스 잡음 폭 (DF)등의 파라미터로 모델링하여, 각 파라미터 변화에 따른 시스템의 성능을 분석하고, 다중접속 간섭 잡음을 가우시안 근사화하여 각 수신기의 다중접속 능력을 평가하였다. 분석 결과 $N_1/N_b$가 작고 f가 1에 가까운 경우 전형 상관 수신기의 성능이 더 우수했으나, $N_1/N_b$가 증가함에 따라 하드리미팅 상관 수신기가 비트 오율 및 다중 접속 능력면에서 전형 상관 수신기보다 더 우수한 성능을 나타냈다.
최근 에너지 효율에 따른 에너지 관련 통신기술의 스마트화 및 융복합화가 진행되고 있다. 또한 기존에 인터넷망만을 이용한 통신기술 외에 유사시 상황을 위한 전력선 통신 기술 개발이 진행되고 있다. 현재 전력선통신은 변복조 모뎀을 전력선 양단에 연결한 뒤 기존에 사용되는 무선통신기술을 변환하는 형태로 사용되고 있다. 이는 낮은 주파수와 높은 전력을 가지는 전력선 특성에 맞지 않아 전력선 통신에 알맞은 통신기술 개발이 필요하다. 이에 본 논문은 전력의 부하에 따라 최적의 에너지 효율을 검색하고 이에 따라 통신 방식을 변경하는 방식을 연구하였다. 이를 위하여 전력선 통신에서 규격별 잡음 모델링을 연구하고 이에 따른 통신방식을 연구하였다.
전디지털 가전을 위한 전력선통신에서의 전력선은 통신기능과는 별도로 부하와 연계된 전력전송이라는 본래의 이용 목적이 존재하므로 일반 전화선이나 케이블선과 같은 전용 통신선로에 비하여 전력 부하의 변동특성에 따른 전송로상의 통신에 대한 잡음 및 간섭특성이 수시로 발생하는 특성을 나타내고 있다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 디지털 가전용 전력선통신 기반의 부하변동특성을 실측데이터를 기반으로 모델링 하여 각각의 부하변동특성에 따른 복수개의 변 복조 방식 성능을 평가하여, 부하변동별 최적의 변 복조 방식을 도출하였다. 본 논문에서 제시한 부하변동 특성에 따른 복수개의 변 복조 방식 성능을 비교 분석하기 위하여, 부하변동특성에 따른 다양한 잡음 환경 하에서의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 정량적으로 분석하고, 하드웨어 구현 등을 통해 제안하는 최적의 변 복조 방식에 대한 전력선통신 시스템의 유용성을 확인하였다.
본 논문은 전력선 통신의 성능을 하락시키는 임펄스 잡음을 효과적으로 완화하는 시스템 모델을 제안한다. 최근 딥 러닝이 다양한 분야에 적용되어 효과적인 성능개선을 보이고 있다. 효과적인 임펄스 잡음 완화를 위해 딥 러닝 알고리즘 중 하나인 컨볼루션 뉴럴 네트워크를 기존의 시스템에 적용한다. 또한 다수의 사용자가 존재할 경우를 고려하여 연속적 간섭 제거 기법을 사용하여 다수의 사용자로부터 발생하는 임펄스 잡음을 완화시킨다. 제안한 시스템 모델을 전력선 통신에 적용하여 시뮬레이션을 하였고 비트 오류 확률 대 SNR 그래프를 통해 제안한 시스템 모델의 성능을 확인한다. 또한, 연속적 간섭 제거 기법 중 ZF와 MMSE 연속적 간섭 제거 기법, 최적의 순서를 가지는 연속적 간섭 제거 기법과 최적의 순서를 가지지 않는 연속적 간섭 제거 기법을 각각 비교하여 어떠한 기법이 더 우수한 성능을 가지는지를 확인한다.
낙뢰 또는 전력선에 의해 가입자 통신선로에서 발생하는 유도전압을 측정하는데 있어 기존에는 특정 개소에서 다양한 측정기를 활용하여 측정하여 왔다. 본 논문에서는 전력선에 의한 상시유도전압, 이상시유도전압, 잡음전압 등을 24시간 감시하고 낙뢰 발생시에 나타나는 유도전압 등을 측정할 수 있는 저가의 단말장치를 개발하고 전국 여러 지역에 동시에 설치하여 실시간으로 측정데이터를 중앙관리서버로 전송하여 통신선로에서 발생하는 유도전압을 통계적으로 처리하고 관리할 수 있는 측정시스템 구축에 관한 결과를 보였다.
본 논문에서는 머신러닝 알고리즘 중 하나인 다층 퍼셉트론을 기반으로 전력선통신 시스템에서의 수신 신호를 이용하여 송신단에서 전송한 원신호를 예측하는 시스템 모델을 제안한다. 전력망을 활용한 통신 방식을 사용하는 전력선통신 시스템은 일반적인 통신설로를 활용하는 통신 방식에 비해 잡음이 많다. 이 때문에 전력선통신 시스템의 성능이 저하가 되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서 제안하는 통신 시스템 모델을 이용하면 원신호 예측을 통해 잡음의 영향이 최소화되어 전력선통신 시스템의 성능저하를 완화시킨다. 본 논문에서는 제안한 통신 시스템 모델을 백색 잡음 환경에 적용하여 시뮬레이션을 해봄으로써 원신호가 예측 되는지를 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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