KR20130039156A - 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법은 오류성능을 BER=10^-4으로 만족시키기 위해 MIMO방식인 알라무티 시공간 부호 기법을 적용하여 해상풍력 발전소의 길이를 이용한 수신 다이버시티에 선형처리로 추가적인 송신 다이버시티를 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법{Applied Alamouti Method for Enhancing Radio Communication Control System of Marin Wind Power}

본 발명은 알라무티 시공간 부호 적용 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능을 향상시키기 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법에 관한 것이다.

기존의 궤도회로 방식의 해상풍력 시스템은 지상설비에 대한 초기 건축 비용 및 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 있어서, 이를 대신할 새로운 제어 시스템인 CBTC(Communication Based Train Control)가 선진국을 중심으로 활발히 연구되고 있다.

현재 사용되고 있는 통신방식으로 시험운행을 마친 IEEE.802.11b가 있으나 IEEE.802.11b는 좁은 Cell Coverage로 인하여 선박이 300km/h로 고속운행할 경우 빈번한 핸드오프로 인해 핸드오프 지연이 발생하고, 이동환경에 따른 페이딩 등 무선통신 채널 영향에 의한 시스템의 통신 성능 열화로 선박이 120km/h 이상의 속도로 운행할 경우 사용이 불가능하다는 문제점이 있다.

반면 WCDMA는 IEEE.802.11b에 비해 넓은 Cell Coverage를 갖으며, 선박이 500km/h로 고속운행하더라도 선박의 이동속도에 따른 서비스의 지원으로 핸드오프 횟수를 줄일 수 있어서 핸드오프 지연 등에 의한 무선통신 제어시스템의 성능 저하를 개선할 수 있으므로, ATP level2의 통신방식으로 적합하다.

한편, 대도시에서 해상풍력 다중 발전소의 작은 시스템 오류는 발전소 제어에 연쇄적인 지장을 줘 이로 인해 결국 큰 지장이 초래되어 지속적인 전력공급이 중단될 수도 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출한 것으로서, 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 오류성능을 향상시킬 수 있는 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 시스템의 오류성능을 BER=10^-4으로 만족시키기 위해 MIMO방식인 알라무티 시공간 부호 기법을 적용하여 해상풍력 발전소의 길이를 이용한 수신 다이버시티에 선형처리로 추가적인 송신 다이버시티를 얻을 수 있도록 하는 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 해상풍력 무선통신 제어 시스템에서 하나의 기지국 고장 시 다른 기지국으로부터 데이터를 받을 수 있도록 망을 이중화하여 무선통신의 신뢰성과 안정성을 확보하는 알라무티 시공간 부호 적용 방법은 상기 제어 시스템의 정상 운행상태에서 상행선을 홀수 망, 하행선을 짝수 망과 연동시켜 유효데이터를 처리하는 단계; 및 상기 상행선에서 열차의 전두 차량 무선장치와의 무선 링크 형성 실패 또는 고장 발생이 감지되면, 후미 차량 무선장치의 데이터를 읽어 유효데이터로 처리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, MIMO 방식인 알라무티 시공간 부호 기법을 무선통신 기반의 제어시스템에 적용하여 전송품질을 향상시킴으로써 시스템 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

즉, 성능 요구사항인 BER=10^-4에서 4dB 이상의 성능 개선을 얻음으로써 시스템 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이와 같은 성능 향상으로 인해 제어 시스템의 셀 커버리지를 확대시킬 수 있다.

더불어 고속열차 시스템의 핸드오프 횟수를 줄일 수 있어서 무선열차 제어시스템의 성능도 개선시킬 수 있다.

도 1은 종래의 무선통신 신뢰성 확보를 위한 망 중첩 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래의 수신 다이버시티를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알라무티 시공간 부호 기법의 적용을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해상풍력 무선통신 제어 시스템의 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법을 설명한다. 도 1은 종래의 무선통신 신뢰성 확보를 위한 망 중첩 기술을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래의 수신 다이버시티를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알라무티 시공간 부호 기법의 적용을 설명하기 위한 도면이다.

무선통신 제어 시스템의 신뢰성 방안으로 망 중첩기술과 발전소 길이를 이용한 수신 다이버시티 기술 등이 있다.

먼저 망 중첩기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 기지국에 통신 장애와 같은 고장이 발생할 경우 다른 기지국에서 데이터를 서비스할 수 있도록 망을 이중화하여 무선통신의 신뢰성과 안정성을 확보하는 기술이다.

즉, 망 중첩기술은 정상 운행상태에서 상행선을 주행하는 차량의 무선 장치는 홀수(ODD) 망, 하행선을 주행하는 차량의 무선 장치는 짝수(EVEN) 망에 연동되도록 하여 연동된 망을 통해 차량의 유효데이터를 처리하고, 상행선을 주행하는 차량의 전두에 장착된 무선장치와의 무선 링크 형성이 실패하거나 고장이 날 경우, 기지국에서 이를 감지하여 차량의 후미에 장착된 무선장치의 데이터를 읽어 유효데이터로 처리함으로써 무선통신의 신뢰성과 안정성을 확보할 수 있다.

수신 신뢰도를 향상시킨 발전소 길이를 이용한 수신 다이버시티 기술은 도 2에 도시된 바와 같다.

열차 선두에 수신기 1개, 후미에 수신기 1개 총 두 개를 설치하여 무선링크 형성에 실패하여도 별도의 복구시간 없이 통신 접속이 유지되도록 하고, 선두 수신기와 후미 수신기에서 동시에 신호를 수신하면 MRC 기법을 사용하여 동시에 수신된 두 신호를 합성하여 더 향상된 오류 성능을 갖는다. 세 기지국 모두 x₁ 신호만 전송한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 알라무티 시공간 부호 적용 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 망 중첩 기술로 다중 안테나가 구축되고, 이런 다중 안테나에서 최적의 통신방식을 적용하기 위하여 MIMO 방식인 Alamouti를 적용한 것으로서, 종래의 설치된 기지국 등 별도의 시스템을 개량하지 않고도 통신방식 변경만으로도 송신 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.

예컨대, A 기지국에서 x₁을 보내고 두 번째 신호인

을 보내며, 마찬가지로 B 기지국도 x₂을 보내고 두 번째 신호인

해서 보낸다. 이러한 간단한 선형 처리만으로 기존의 열차 길이에 의한 수신 다이버시티에 추가적으로 송신 다이버시티를 얻을 수 있다.

수신신호는 수학식1~ 4와 같이 나타낼 수 있다.

ML(Maximum likelihood)의 입력 신호

,

는 수학식 5, 6과 같다.

ML(Maximum likelihood)의 추정치

,

는 수학식 7, 8과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, MIMO 방식인 알라무티 시공간 부호 기법을 무선통신 기반의 제어시스템에 적용하여 전송품질을 향상시킴으로써 시스템 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 즉 성능 요구사항인 BER=10^-4에서 4dB 이상의 성능 개선을 얻음으로써 시스템 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 이와 같은 성능 향상으로 인해 제어 시스템의 셀 커버리지를 확대시킬 수 있고, 더불어 고속열차 시스템의 핸드오프 횟수를 줄일 수 있어서 무선열차 제어시스템의 성능도 개선시킬 수 있다.

이상 바람직한 실시예와 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 관해 구체적으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (2)

1. 해상풍력 무선통신 제어 시스템에서 하나의 기지국 고장 시 다른 기지국으로부터 데이터를 받을 수 있도록 망을 이중화하여 무선통신의 신뢰성과 안정성을 확보하는 알라무티 시공간 부호 적용 방법에 있어서,
   상기 제어 시스템의 정상 운행상태에서 상행선을 홀수 망, 하행선을 짝수 망과 연동시켜 유효데이터를 처리하는 단계; 및
   상기 상행선에서 열차의 전두 차량 무선장치와의 무선 링크 형성 실패 또는 고장 발생이 감지되면, 후미 차량 무선장치의 데이터를 읽어 유효데이터로 처리하는 단계
   를 포함하는 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법.
2. 제1항에 있어서,
   MIMO 방식인 알라무티 시공간 부호 적용으로 전송 신호를 선형처리 하여 상기 열차의 길이에 의한 수신 다이버시티로 송신 다이버시티 효과를 얻는 것
   인 성능 향상을 위한 알라무티 시공간 부호 적용 방법.

Images