본 논문에서는 공간 다이버시티 효과를 얻기 위해 22 및 24 MIMO (multiple input multiple output) 전력선 통신 (PLC: power line communication) 시스템을 구현하고 그 성능을 분석한다. PLC는 스마트 그리드 내에서 전력 공급자와 소비자 간의 원활한 정보교환을 위한 고속 양방향 통신 방식의 주요 대안 중 하나이다. 전력선 통신의 대표적인 단점 중 하나인 다중경로 페이딩손실을 보완하여주는 다중안테나 수신 신호 결합방식을 강구한다. SISO (single input single output) PLC 및 MIMO PLC에 성능 향상을 위해 최대 비율 결합 방식 (MRC: maximum ratio combining scheme)을 채택한다.
컴퓨터 시뮬레이션을 통해 OFDM (orthogonal frequency division multiplex) 심볼 재 정렬 기법인 알라무티 기법을 이용한 시퀀스 재 정렬 기법 (ASSR: Alamouti scheme based sequence reordering)과 순환 기법을 이용한 시퀀스 재 정렬 기법 (CSSR: circularly-shifted scheme based sequence reordering)을 이용한 MIMO-OFDM 전력선 통신의 성능을 비교한다. 또한 전력선 통신의 특징인 다중경로 페이딩, 임펄스 잡음 및 MIMO 채널 내 안테나 링크 간 크로스 토크 (cross-talk)를 포함한 통계적 실내 전력선 채널에 대해 공간-주파수 부호화 (SFC: space-frequency coding), 공간-시간 부호화 (STC: space-time coding) 및 공간-시간-주파수 부호화 (STFC: space-time-frequency coding)의 사용에 따른 성능을 비교한다.
본 논문에서는 전력선 통신 채널 추정을 위해 MMSE (minimum mean square error) 방식과 성능은 유사하지만 낮은 복잡도의 LS (least squares) 방식을 사용한다. 또한 크로스 토크의 영향으로 인해 발생하는 MIMO 채널 추정 오류를 효과적으로 줄여주기 위해 DFL (decision feedback loop) 기반 크로스 토크 제거 (DCC: DFL-based cross-talk cancellation) 기법을 사용한다.
추가적으로 스마트 그리드 내의 원활하고 고품질의 전력 공급을 위하여 웨이블릿 트랜스폼 (WT: wavelet transform) 기반 기법인 웨이블릿 패킷 트랜스폼 (WPT: wavelet packet transform)을 사용한 전력 품질 이상 (PQD: power quality disturbance)을 효과적으로 검출하여주는 시스템을 구현한다. WT는 일시적인 신호의 불연속성을 탐지하는데 주로 사용된다. 최근 논문들에서는 PQD 검출을 위하여 웨이블릿 계수 간의 공간 상관관계를 사용하는 WT 기반 시스템을 제시하였다.
본 논문에서는 웨이블릿 패킷 트랜스폼을 정의하고, 낮은 신호 대 잡음비 (SNR: signal to noise ratio), 무작위 위상 오프셋 (random phase offset) 등과 같은 열악한 전력 신호 채널에 견고한 WPT 기반 PQD 검출 기법을 제시한다. 제안된 검출 기법에서는 기존에 사용된 직접 상관관계보다는 웨이블릿 패킷 계수 간의 합으로 구해지는 RMS (root mean square) 메트릭을 사용한다. 기하급수적으로 증가하는 자유도를 갖는 WPT는 고정된 자유도를 갖는 WT에 비해 더 나은 공간 특성을 갖는다. 그 결과 본 논문에서 제안한 WPT 기반 검출 기법은 기존의 기법에 비해 높은 검출률 (DR: detection rate)을 갖는 PQD 검출 시스템이다. 또한 기존의 일반적인 임계값 (universal threshold)이 아닌 채널 환경에 따라 적응 가능한 적응성 임계값 (adaptive threshold)을 사용하여 WPT를 이용해 얻은 개선된 PQD 검출 확률 (DR)은 유지하면서 더 낮은 PQD 검출 오류율 (FER: false edge detection rate)을 갖는 기법을 제시한다.
컴퓨터 시뮬레이션을 통해 IEEE-1159 표준을 따르는 다양한 PQD 신호 환경 하에 WT 또는 WPT 기반 PQD 검출 시스템을 구현하고, 그 수치적 결과인 DR 및 FER 성능을 비교 분석하여 제안 기법의 우수성을 보여준다. 뿐만 아니라 본 논문에서는 실험을 통해 WT를 이용한 PQD 검출이 무작위 위상 오프셋에 민감하다는 것을 수치 해석을 통해 보여준다.

In this paper, we present the 22 and 24 MIMO (multiple input multiple output) PLC (power line communication) systems to get space diversity and we implement a computer simulation and analysis of the simulation results. PLC is the one of major alternative of high-speed two-way communication for information exchanging between power suppliers and consumers in Smart Grid. For MIMO coding, we employ a MRC (maximum ratio combining) scheme that is effective for both MIMO and SISO PLC considering power line condition which is multipath fading.
Through the computer simulation, we compare performance of the MIMO-OFDM power line communication using ASSR (Alamouti scheme based sequence reordering) scheme or CSSR (circularly-shifted scheme based sequence reordering) scheme which are OFDM (orthogonal frequency division multiplex) symbol reordering schemes. In addition, we compare SFC (space-frequency coding), STC (space-time coding), and STFC (space-time-frequency coding) over statistical power line channels, including fading, impulse noise, and cross-talk by coupling between ports.
In this paper, we use LS (least squares) scheme for power line channel estimation, which is simple but has similar performance compared to MMSE. We also use a decision feedback loop (DFL)-based cross-talk cancellation (DCC) scheme that effectively reduces the MIMO channel estimation error due to cross-talk.
Moreover, we present a PQD (power quality disturbance) detection system using WT (wavelet transform) to supply high quality power in Smart Grid. WT is often used to detect or localize the discontinuities of transient signals like image. Recently, many papers introduce a WT-based metric using spatial correlation between wavelet coefficients and use it to detect PQD like Sag, Swell, and so on.
In this paper, we define WPT (wavelet packet transform) and present a WPT-based PQD feature detection scheme that is robust to sever power signal channels like low SNR (signal to noise ratio), random phase offset, and so on. The proposed scheme may use RMS matrix using summation of wavelet packet coefficients rather than conventionally used direct correlation. The proposed scheme that has an exponentially increased degree of freedom has a better spatial property compared to WT scheme that has a fixed degree of freedom. Thus, we present a WPT based PQD detection system to get higher DR (detection rate). In addition, we propose the adaptive threshold algorithm to get lower FER (false edge detection rate) while keeping the improved high DR rather than conventional universal threshold).
Through computer simulation, we implement WT- or WPT-based PQD detection system over various standard PQD signals of IEEE-1159, and prove that the proposed scheme is superior to conventional schemes by comparing DR and FER performance which are the numerical results. Futhermore, in this paper, numerical results will show that WT- (or WPT-)based PQD is so sensitive to random phase offset through computer simulation.