여러 가지 수열을 적용한 STDR/SSTDR 기법의 성능 비교 및 개선

Abstract

This paper investigates the detection performance of fault location using STDR(sequence time domain reflectometry) and SSTDR(spread spectrum time domain reflectometry) with various length and types of sequences, and then, proposes an improved detection technique by eliminating the injected signal in SSTDR. The detection error rates are compared and analyzed in power line channel model with various fault locations, fault types, and spreading sequences such as m-sequence, binary Barker sequence, and 4-phase Frank sequence. It is shown that the proposed technique is able to improve the detection performance obviously when the reflected signal is weak or the fault location is extremely close. ※ 본 연구는 2013년도 민·군겸용기술사업(Dual Use Technology Program)의 연구비 지원 및 2013년도 가톨릭대학교 교비연구비 (M-2014-B0002-00032)의 지원으로 수행되었습니다. First Author : The Catholic University of Korea, School of Information, Communications, and Electronics Engineering (ICEE), Communication Signal Processing (CSP) Lab. DoubleJHan88@gmail.com, 학생회원 ° Corresponding Author : The Catholic University of Korea, School of ICEE, CSP Lab., srpark@catholic.ac.kr, 종신회원 논문번호:KICS2014-09-351, Received September 15, 2014; Revised November 3, 2014; Accepted November 3, 2014 I. 서 론 전력선에서 고장의 종류와 위치를 탐지하는 기법으 로는 펄스 신호의 시간영역 상관(correlation)을 이용 하는 TDR(time domain reflectometry), 시간-주파수 영역의 상관을 이용하는 TFDR(time-frequency The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences '14-11 Vol.39A No.11 638 그림 1. STDR/SSTDR 기법의 블록도 Fig. 1. A block diagram of STDR/SSTDR domain reflectometry), 펄스를 수열로 확산시켜 사용 하는 STDR(sequence TDR), 수열을 정현파로 변조시 켜 사용하는 SSTDR(spread spectrum TDR) 기법 등 이 있다 . TDR 기법은 가장 간단한 탐지 기법이지만 펄스 신 호가 감쇠에 취약하여 원거리 고장에서 탐지 성능이 떨어지는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 펄스 신 호를 수열(spreading sequence)로 확산하는 기법인 STDR과 원하는 주파수 대역을 활용할 수 있도록 하 기 위해 확산 수열에 정현파 변조를 적용한 SSTDR 기법이 제안되었다. 한편 TFDR은 가우시안 첩(Gaussian chirp) 신호를 사용하여 원하는 주파수 대역을 활용할 수 있으면서 시간과 주파수 영역 모두에서 상관을 분석하기 때문 에 고장위치 탐지성능이 우수한 장점이 있으나, 표본 화 주파수가 높거나 원거리 탐지인 경우에는 계산량 이 매우 증가하는 단점이 있기 때문에 [3] 이 논문에서 는 STDR과 SSTDR의 성능 비교와 개선 방법을 고려 한다. 현재까지의 연구로는 의사잡음(pseudo-noise) 수열 을 인가신호로 이용하는 STDR 기법이 주로 연구되었 는데, 항공기에 배선되어 Mil-Std-1553 표준 데이터를 전송하는 선로에 적용한 STDR 기법과, SSTDR 기법 의 인가신호로 PN 수열이나 Gold 수열을 사용하였을 때 되돌아오는 신호와의 자기상관(auto-correlation) 형태와 전력밀도에 대한 연구가 있었다 . 이 논문에서는 다양한 수열의 길이와 종류, 고장의 종류, 고장위치들을 종합적으로 고려하여 STDR과 SSTDR 기법의 고장위치 탐지 성능을 살펴보고, SSTDR 기법을 사용하는 경우에 반사신호가 약할 때 와 고장위치가 인가신호와 매우 가까울 때의 오탐지 율을 높이는 기법을 제안한다. II. 고장위치 탐지 기법 및 채널 모형 이 장에서는 STDR 및 SSTDR 기법의 고장위치 탐지 원리와 특성, 그리고 모의실험에 사용할 전력선 채널의 모형화에 대하여 설명한다. 그림 1에 STDR/SSTDR 기법의 블록도를 간략히 나타내었다. STDR 기법은 발생시킨 수열을 그대로 인가신호로 사 용하고 SSTDR 기법은 발생시킨 수열을 정현파 변조 하여 인가신호로 사용한다. 전력선에 인가된 신호는 고장으로 인해 반사된 신호와 함께 수신되고, 상관기 로 구성된 신호처리 부분에서 반사신호의 시간지연 값을 구하여 고장 위치를 탐지한다. 2.1 STDR STDR 기법은 자기상관 성질이 좋은 수열을 전력 선에 인가한 뒤 고장 지점에서 반사되어 되돌아오는 신 호의 도착시간과 위상을 관측하여 고장위치와 고장 유 형을 탐지하는 기법이다. 신호를 인가한 지점에서 고장 지점까지의 거리 는 다음과 같이 구할 수 있다.