1. 전력선 통신 개념 및 분류
전력선 통신(PLC : Power Line Communications)은 전기에너지를 전송하는 것을 목적으로 만들어진 전력선에 고주파 신호를 중첩하여 통신하는 기술로 사용하는 주파수 대역에 따라 크게 협대역 전력선 통신과 광대역 전력선 통신 기술로 구분 됨.
- 협대역(Narrowband) 전력선 통신
: 9kHz - 450kHz대역을 사용하여 수 kbps급의 통신 속도를 실현하며 제어 신호 및 인터폰(음성) 등의 저속 데이터 서비스를 제공하는 기술로써 저속 전력선 통신 또는 저주파 전력선 통신으로 통칭함.
- 광대역(Broadband) 전력선 통신
: 1.7MHz - 30MHz대역을 사용하여 수 Mbps에서 100Mbps급의 통신 속도를 가능하게 하며 음성, 데이터, 멀티미디어 신호의 전송 서비스를 제공하는 기술로써, 고속 전력선 통신 또는 고주파 전력선 통신으로 통칭함.
● 전력선 통신(PLC)의 이용형태에 따라 옥내(In-Home) 전력선 통신과 옥외(Access) 전력선 통신으로 구분 됨.
- 옥내 전력선 통신
: 하나의 건물 내에 부설되어 있는 110V/220V 저압 배전 케이블을 이용하는 전력선 통신.
- 옥외 전력선 통신
: 변전소에서 고압(22.9kV)배전선로를 이용하여 통신망을 구성하는 고압 전력선 통신과 주상 변압기에서 가정용 전력량계까지의 저압 인입선을 이용하는 옥외 저압 전력선 통신으로 구분됨
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구 분 |
주파수대역 |
속 도 |
서 비 스 | |
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협대역 전력선 통신 |
9kHz - 450kHz |
1Mbps 이하 |
옥내 옥외 |
제어, 음성 원격검침, 배전자동화 |
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광대역 전력선 통신 |
1.7Mhz - 30MHz |
10Mbps 이상 |
옥내 옥외 |
데이터 네트워크 가입자네트워크 |
2. 전력선 통신의 특징
PLC의 가장 큰 특징은 현재 100%에 가까운 모든 가구에 보급되어 있는 전력선을 매체로 사용한다는데 있으며, 이는 통신 시스템을 제공하는데 있어 기본적으로 필요한 망포설 비용을 절감할 수 있다는 것을 의미한다.
또한 초고속 인터넷 사업을 통해 국내 아파트 단지를 중심으로 ADSL·케이블모뎀 등이 보편화 됐다고 하지만 아직까지 이들 네트워크가 미치지 못하는 구간이 존재하며 이 구간을 전력선 네트워크를 통해 연결할 수 있다는 범용성을 들 수 있다.
이와 더불어 네트워크 구성에 필요한 비용이 거의 들지 않는다는 장점은 투자자들과 관련 사업자들의 관심을 끌기에 충분하다. 또 PLC는 앞으로 다가올 홈네트워킹 시대에서 강력한 솔루션으로 자리를 잡아가고 있다. 홈네트워킹이 보편화되기 위한전제 가운데 하나는 선이 손쉬워야 한다는 점이다. 홈네트워킹을 위해 배선 공사를 새로 해야 한다면 많은 가정에서 이를 외면할 것이라는 사실은 분명하기 때문이다.
PLC는 기존의 전원 콘센트에 플러그만 연결하면 통신이 가능한 기술이기에 홈 네트워크에 적합한 솔루션이다. PLC를 이용한 외부망 연결을 위한 고속 액세스 기술과 홈 네트워크의 저속 제어기술은 신규 서비스 및 잠재 시장을 활성화할 수 있을 것으로 기대돼 국내외 통신업체나 전력업체가 차세대 통신기술로 주목하고 있다.
PLC란 전력을 공급하는 전력선을 매개체로 음성과 데이터를 수백㎑∼수십㎒의 고주파 신호에 실어 통신하는 기술을 의미한다. 사실 PLC는 전력선을 매체로 통신하기 때문에 통신용 케이블이나 광섬유를 이용한 데이터 전송에 비해 구현이 어렵다.
특히 높은 부하와 간섭 현상, 잡음, 가변하는 임피던스(impedance)와 신호감쇠현상 등 특수한 환경을 극복하고 제한된 전송 전력을 통해 데이터를 전달해야 하는 어려움이 따른다. 전력선을 통해 발생하는 노이즈는 전동 모터와 같이 비동기적으로 발생하는 노이즈, 60㎐ 정수배의 주파수에서 발생하는 고주파 노이즈(harmonicnoise), 전자기기의 스위치를 연결하거나 끊을 때 발생하는 독립적인 임펄스(impulse) 노이즈 등이 존재한다.
이처럼 PLC의 열악한 채널 환경과 채널 특성을 파악하고 이를 해결하기 위해선 다음과 같은 다양한 기술을 적용하는 과정이 필요하다. 우선 노이즈 환경에서 전력선을 매개체로 데이터를 주파수에 실으려면 반드시 다른 형태의 신호로 바꿔주는 과정이필요하다. 즉 모듈레이션(modulation)이라고 불리는 일련의 주파수 변조 과정을 통해 주파수 형태를 바꾸어야 하는 것이다.
또 전력선에 통신주파수를 싣기 위해선 변조된 통신 신호를 전력선과 결합하는 커플링(coupling) 기술이 필요하고 데이터를 수신하는 측에서 원하는 통신 신호만을 받아들이고 필요하지 않은 대역의 신호를 제거하려면 수신측에 프리필터(pre-filter)라는 장치가 필요하다. 데이터 통신의 에러율을 줄이려면 데이터를 코드화된 부호체계로 꿔줘야 한다.
이때 필요한 기술이 바로 채널 코딩(channel coding)이다. 바로 이 과정에서 전력선 통신 모뎀 개발 회사들은 자사의 코딩 기술을 적용하게 된다. 액세스 분야에서 최근 이슈가 되고 있는 속도 문제를 향상하고 열악한 전력선 채널의 속성을 극복하기 위해 다양한 신호 변조와 복조 기술이 이용된다.
PLC 기술은 크게 가정 내의 홈 네트워크 기술과 가정과 외부망의 연결을 위한 액세스 기술로 구분된다. 데이터 전송 속도에 따라서는 저속 60bps∼10Kbps, 중속 10Kbps∼1Mbps, 고속 1∼10Mbps로 구분되며 이에 따라 저속은 홈네트워킹의 제어용으로, 중속은 홈네트워킹의 데이터 통신용으로, 고속은 외부망 액세스용으로 통신목적을 나눌 수 있다.
저속 PLC 분야는 고속의 액세스 분야보다 오래 전부터 관련 기술 개발이 진행돼왔다. 저속 PLC는 그 기술 개발 기간만큼의 신뢰성을 가지고 있다. 저속 PLC 기술은 주로 홈네트워킹 분야의 가전기기 제어를 위해 사용돼왔다. 이 기술은 집안에 있는 조명기기 또는 전제품의 스위치를 켜고 끄거나, 가스 밸브를 잠그고, 집안을 모니터링하는 등 다양한 가전기기를 제어하는 기술로 발전해왔다.
저속 PLC는 오랜 기술적 발전을 통해 안정된 신뢰성을 확보해 현재 홈네트워킹이나 공장제어 등 많은 분야에서 상용화돼있다. 많은 연구단체와 업계의 PLC에 대한관심과 연구는 끊임없이 계속되고 있으며 이를 통해 앞서 언급한 노이즈, 신호 감쇠등의 전력선 통신 채널들의 특성을 극복하고 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있게끔 하는 여러 기술들이 개발됐고 현재에 와서는 안정된 저속 PLC망을 구축할 수 있게 된 것이다.
또한 낮은 주파수 대역에서 구현이 가능하기에 현 전파관리법과 전기용품 안전 규격 범위에서 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
반면 다양한 홈네트워킹 컨텐츠 분야에 대한 소비자 욕구의 대안으로 중속 PLC와 전력선만을 통해 인터넷망에 연결해 네트워크 구성의 비용 절감을 꾀하는 고속 PLC액세스 기술도 관심을 받고 있다. 그러나 아직 중속과 고속 PLC 기술은 시작 단계로 과부하에 의한 전파방해, 시시각각 변하는 채널 특성, 통신법의 규제에 따른 제한된 주파수 대역의 할당, 가전기기에 의한 잡음 등의 문제들을 해결해야 한다.
특히 기술적 표준이 정해지지 않은 PLC에 대한 기술적 협력과 정부와의 협의를 목적으로 하는 단체들이 세계 각국에 구성돼 있다.
3. 전력선 통신의 기술 구조
- SP(Service Provider) 로부터 가정 까지의 배선
- 가정에서부터 각 노드까지의 배선
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