플레넷 - 전력선 통신 분석기

Author(s):
김철 대표이사 - ㈜플레넷

Industry:
Electronics

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
전력선 통신은 홈 네트워크 장비 개발 및 데이터 통신의 좋은 Solution으로서 이미 모든 가정에 설치되어 있는 전력선과 댁내 구역으로 세분화 되어 있는 Outlet을 매체로써 이용한다는 점에서 많은 이점이 있다. 하지만 전력선을 통신 매체로 사용하기 위해서는 전력선의 열악한 특성에 견딜 수 있는 강인성을 요구한다.

The Solution:
개발기간을 단축하기 위하여 PXI-SYSTEM 기반의 하드웨어를 활용하고, 라이브러리가 다양한 LabVIEW를 이용하여 전력선 모뎀의 자동화 테스트 제품을 개발한다.

요약
전력선 통신은 홈 네트워크 장비 개발 및 데이터 통신의 좋은 Solution으로서 이미 모든 가정에 설치되어 있는 전력선과 댁내 구역으로 세분화 되어 있는 Outlet을 매체로써 이용한다는 점에서 많은 이점이 있다. 하지만 전력선을 통신 매체로 사용하기 위해서는 전력선의 열악한 특성에 견딜 수 있는 강인성을 요구한다.
전력선의 특성은 Impedance, Noise, 감쇄(-dB), 주파수 특성 등이 있으며, 이러한 특성은 수시로 변화한다. 그러므로 전력선 네트워크의 특성을 실험하기 위해서는 반복되는 특성의 변화를 다양한 환경에서 실험할 수 있게 하는 개발 환경을 필요로 한다.
또한 전력선 상에서 통신할 수 있는 전력선 모뎀을 개발하고도 여러 가지 환경적인 특성 들을 모두 감안하여 모뎀을 실험하기란 결코 쉬운 일이 아니다.
Power Line Communication Analyzer는 전력선 통신 실험 시 전력선에 특정한 Impedance를 제공 할 수 있고, 신호 감쇄를 다양하게 변화 시킬 수 있으며, 각종 Noise의 입력 및 주파수 특성 변화를 줄 수 있는 전력선 환경 시뮬레이션을 가능하게 하는 것을 기본으로 하고 있다.
그리고 각각의 환경들을 하나하나 설정하여 실험하던 것을 사용자의 환경 설정치 내에서 자동으로 1단계씩 진행하며 모뎀의 성능을 평가 할 수 있도록 해 줌으로서 모뎀의 특성 실험 시간을 줄여 주고, 개발자 및 평가자의 편의를 도모하며 정확한 실험 데이터를 얻을 수 있다.

개발 배경
전력선 통신의 신뢰성 확보를 위한 다양한 전력선 특성 및 환경을 적용하여 전력선 모뎀의 성능 분석 장비는 필수적이라 할 수 있다. 개발기간을 단축하기 위하여 PXI-SYSTEM 기반의 하드웨어를 활용하고, 라이브러리가 다양한 LabVIEW를 이용하여 전력선 모뎀의 자동화 테스트 제품을 개발한다.

본론
● Power Line Communication의 구조

그림 1. Power Line Communication Analyzer

● Power Line Communication의 기능

표 1. Power Line Communication Analyzer의 기능

1. Attenuator
두 통신 모듈간의 신호감쇄를 위한 장비로 감쇄비 0dB ~ -121dB를 -1dB 씩 감쇄 시킬 수 있으며, 20Ω 부하와 매칭되어 있다. 전력 분선 LINE 1, LINE 2로부터 전달되는 통신 주파수의 신호를 감쇄 시키기 위한 감쇄기로서 전력분선 LINE 1, LINE 2에 각각 Dummy부하(20ohm)을 연결하여 적절한 Line Impedance의 전력선을 구성한 후, UUT(Unit Under Test)를 각각의 전력분선에 연결하여 1/2 Dummy 부하 임피던스로 0dB ~ -121dB의 전달 신호 감쇄를 1dB 단위로 조정 하여 전력선 모뎀을 실험 할 수 있도록 한 감쇄기 (20ohm용) 이다.

2. Capacitor Load Simulator
댁내의 전력선 채널을 분석, 모델링, 시뮬레이션 하여 Capacitor Load Simulator를 제작하였고, 이는 실LINE의 전력선 환경과 가장 근접한 구성으로 구현하였다. 전력선 채널 환경에서 전력선 통신 제품의 실험 및 테스트 하는 번거로움을 Capacitor Load Simulator를 통해 실험 및 테스트가 가능하므로, 시간적 공간적으로 이득과 실험 및 테스트 면에서 기준을 제시한다. 각 Node당 0.5~3.5uF의 Capacitor 용량 부하를 각각 인가시킬 수 있고, Node당 거리는 15M씩 총 45M의 전력선 Line 실험이 가능하며 Capacitor 용량 부하는 총 14uF을 인가 할 수 있다.

3. Power Strip
전력선 전원 공급 및 전력선 통신 신호 주파수로부터 완전히 분리된 전력 분선 LINE 1, LINE 2가 있다.

4. Power Supply
NOISE ISOLATION TRANS FORMER : 전력선 전원의 전기적 준위를 Floating 시키기 위한 절연 트랜스포머가 Power Line Communication Analyzer의 전원 LINE 1, LINE 2에 각각 하나씩 설치되어, 전원 라인을 분리 시켜준다. 분리된 전원 라인은 전력선 통신 신호 주파수를 차단하기 위한 Line Filter를 거친 전원이 인가된다.

그림 2. Power Line Communication Analyzer의 블록도

그림 3. Power Line Communication Analyzer의 메인 화면

그림 3.은 Power Line Communication Analyzer의 메인 화면이다. 전력선 통신모뎀 환경을 설정 할 수 있고, 전압, FFT, 전력선 통신 환경을 사용자가 임의로 설정할 수 있도록 구성되어있다.

그림 4. 전력선 통신모뎀의 실험 결과 데이터 베이스

그림 4.는 전력선 통신 모뎀의 실험 결과를 저장하여 후에 여러 개의 모뎀 결과를 비교할 수 있게 하였다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

1. 동일한 전력선 환경에서 전력선 통신 모뎀의 성능 검사가 가능하고 실험 및 생산 시간이 단축 되었다.
2. 각 전력선 통신 모뎀의 성능을 한눈에 알 수 있도록 데이터 베이스화 함으로서 한번에 다량의 모뎀을 성능 비교가 가능해 졌다.

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김철 대표이사
㈜플레넷

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