크로스 토크를 갖는 통계적 전력선 채널 하에 MIMO-OFDM 광대역 전력선 통신

Abstract

본 논문에서는 스마트 그리드 응용 등을 타깃으로 한 3상 4선 전력선 채널상의 MIMO-OFDM 광대역 전력선 통신방식 (BPLC broadband power line communication)을 검토하고 성능을 분석한다. 실제전력선 채널 환경을 감안하여 기존의 확정적 페이딩 채널 모델 (Zimmennann 모델, MTL 모델 등) 대신 통계적 전력선 페이딩 채널 모델을 채택한다. 본 논문에서는 3상 4선식 전력선을 이용한 <TEX>$2{\times}2$</TEX> MIMO 및 <TEX>$3{\times}3$</TEX> MIMO 방식을 설계하며, 특별히 MIMO 채널 내 안테나 링크 간 크로스 토크의 유무에 따른 전송 용량 손실과 이에 의거한 시스템 성능 분석을 실시한다. 부반송파 간 주파수간섭을 줄여주기 위해 공간주파수 부호화 전송방식을 채택하며 전력선 채널에 적합한 최대비 합성법 (MRC maximum ratio combining)으로 다중 안테나 및 다중 경로 페이딩 다이버시티 이득을 얻는다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 임펄스 잡음지수의 변화, 용량 손실 비율의 변화, 서로 다른 수신 신호 합성기법 (최대비 합성, 등가이득 합성, 선택적 함성)에 따른 시스템 성능을 비교분석한다. In this paper, we present a MIMO-OFDM broadband power line communication (BPLC) for Smart Grid and its associated applications and analyze its performance over the 3-phase 4-wire power line channels. For practical BPLC system simulation, we adopt the statistical power line fading channel model instead of the existing deterministic fading channel models (Zimmermann model, MTL model, and so on). In this paper, we implement <TEX>$2{\times}2$</TEX> and <TEX>$3{\times}3$</TEX> MIMO schemes using 3-phase 4-wire power lines. We investigate the capacity loss and BER performance of the proposed MIMO system by considering the effect of cross-talk between antenna paths. We choose space-frequency coding in order to reduce frequency interference between subcarriers and employ maximum ratio combining (MRC) that achieves both multiple antenna path diversity gain and multiple fading path diversity gain. We evaluate the proposed system performance through computer simulation in terms of the impulse noise index and the capacity loss ratio and compare the different signal combining schemes including MRC, equal gain combing (EGC), and selection combining (SC).