이 원고는 일본 《電氣評論》誌에서 번역 전재한 것입니다.PLC 적용동향과 전망고속 PLC기술의 실용화를 위한 연구개발 대처와 전망PLC(Power Line Communication)는 전기를 공급하기 위해 포설된 전력선을 통신회선으로 이용하는 것이다.전력회사에서는 50년 이상 전부터 통신케이블 등의 포설이 곤란한 산간부의 전기소에서 송전선을 이용한 PLC장치를 전력보안통신 회선으로 이용하고 있다.최근에는 광대역서비스(broadband service)의 보급에 따라 배전선이나 일반가정 주택 내 전력선을 이용해 고속통신을 하는 고속PLC에 대한 기대가 높아지고 있다.고속PLC 기술이 실용화하면 주택 내를 둘러싼 전력선이나 콘센트를 이용해 간단하게 네트워크 구축이 가능하다. 예를 들어 컴퓨터나 TV, 하드디스크 레코더 등을 서로 접속하는 AV네트워크(<그림1>의 예1)의 구축과 인터넷 접속서비스와 조합해 주택 내 어느 방에서도 인터넷 접속 가능한 주택 내 LAN(<그림1>의 예2)의 구축 등 여러 분야 활용이 예상된다. 당사는 1999년부터 고속PLC 연구개발을 개시했다. 본 고에서는 고속PLC의 기술개발동향 및 규제완화를 위한 대응방안을 소개하면서 앞으로 전망에 관해 서술한다.
PLC 기술은1. PLC의 원리전력선에는 상용전력(50Hz 또는 60Hz)이 흐르고 있지만, PLC는 전력선에서 통신신호를 전달하는 기술이다<그림2>.구체적으로는 송신 측에서 전달하고 싶은 정보를 고주파 신호로 전력선에 중첩한다. 상용전력과 PLC의 고주파 신호는 고주파수가 다르기 때문에 동시에 전송가능하다. 수신 측에서는 상용전력과 고주파 신호를 분리해 정보를 추출한다.2. PLC가 사용하는 주파수PLC가 사용하는 고주파 신호의 주파수대에는 아래 2가지가 있다<그림3>.(1) 10kHz∼450kHz(kHz 대)이 주파수대는 전파법에서 그 이용이 인정되어 지금까지 주로 저속통신용으로 이용되어 왔다. 전력회사 송전선을 이용한 PLC장치는 그 주파수대를 이용하거나 또는 인터폰 음성전송 등에도 이용되고 있다. (이하, 이 주파수대를 kHz대라고 함)(2) 2MHz∼30MHz(MHz 대)이 주파수대는 대역폭이 kHz대의 60배 이상이고, 보다 고속 통신이 실현가능하다. 현재로는 매초 200메가비트 고속통신을 가능하게 하는 고속PLC 모뎀이 개발되고 있다. 그러나 이 주파수대역은 현재 아마추어 무선이나 단파라디오 대로 사용되고 있어서 PLC에는 할당되지 않는다. 또 전력선은 원래 통신용으로 설계되어 있지 않기 때문에 전력선에 고주파신호를 중첩하면 전파로 전력선에서 밖으로 누설돼 그 누설전파 강도에 의한 다른 무선통신이나 방송에 영향(전파오염)이 염려된다.때문에 전력회사와 PLC 제조회사에서는 이 누설전파를 저감하는 기술(누설전계 저감기술)을 개발해 다른 무선통신 등에 영향 없는 것을 검증하고 있다. (이하, 이 주파수대를 MHz대라고 함)kHz대 고속PLC 연구개발(1999년∼2001년)당사의 고속PLC에 관한 연구개발은 우선 kHz대를 이용한 고속PLC부터 시작했다.연구를 개시한 1999년 당시, 인터넷 접속회선은 주로 전화선을 이용한 다이얼업(Dial-up)이 주류로 통신 속도는 최대 56키로비트 정도였다.당사가 개발한 kHz대 고속 PLC 모뎀(<그림4>, <그림5>)의 전송속도는 그 당시로서는 획기적인 최대 매초 1메가비트였다. 이 연구는 전력회사가 보유한 기존의 인입배전선을 이용해 NTT망에 의존하지 않는 인터넷 접속서비스를 실현한 것으로 크게 주목받았다.
1. kHz대 고속PLC의 한계kHz대 고속PLC의 최대 기술적 과제는 가전에서 발생되는 잡음의 극복이었다. kHz대는 잡음 레벨이 다른 주파수대에 비해 크고, 안정된 통신을 하는 것이 어렵다. 이 때문에 안정적인 실효속도는 매초 100키로비트정도였다.같은 시기, 전화선에서 고주파 신호를 중첩해 매초 15메가비트 정도의 고속통신이 가능한 ADSL기술(Asymmetric Digital Subscriber Line : 비대칭 디지털 가입자 선)이 개발돼, 싼 광대역 인터넷서비스가 보급되기 시작했다. 이 때문에 PLC분야도 더욱 고속화를 기대하게 됐다.MHz대 고속PLC에의 기대(2000년 경)일반적으로 가전에서의 잡음은 주파수가 높아질수록 레벨이 낮아지는 경향이 있다. 또 통신신호는 주파수가 높아진 만큼 전력선을 통해 전달할 때 감쇠양이 커진다. 이 두 가지 특성에서 PLC에 가장 적당한 주파수는 2MHz∼30MHz로 예측되고 있다.2000년 전후로 각국에서는 이 주파수대를 이용한 PLC기술이 실용화돼 전송 속도가 매초 2메가비트나 매초 14메가비트 등의 메가비트급의 PLC모뎀이 등장하기 시작했다. 유럽에서는 주로 인터넷 접속용으로, 미국에서는 주택 내 네트워트용으로 각종 실증시험 등이 행해져 왔다.당사는 요즘 차세대 광대역 인터넷 구성기술로 개발하다가 무선 LAN이나 광화이버 인터넷 등 다양한 방식에 관해 기술검증을 행하고 있었다. 그 일환으로 MHz대 고속PLC에 관한 기초연구에 착수해 2MHz∼30MHz대 배전선특성 데이터 수집과 전파암실에서 해외제 고속 PLC모뎀의 동작검증 등을 실시해 왔다. 또 PLC 제조회사도 개발력을 kHz대부터 MHz대로 옮기기 시작해 MHz대 고속 PLC의 실용화에 대한 기운은 차츰 높아졌다. 이와 같은 상황에서 2001년 3월에 정부의 e-Japan 중점계획이 발표되어 MHz대 고속 PLC에 사용하는 주파수대역의 확대를 검사과제로 포함시켰다.2001년 6월에는 (사)전파산업회 내에서 전력회사와 PLC 제조회사를 중심으로 한 ‘전력선 반송통신 설비개발부회’가 설치돼, 주로 MHz대 PLC에 관한 누설전계 허용치 등의 검사가 행해졌다. (이하, 간단하게 고속PLC라는 것은 MHz대 고속PLC의 것으로 함)규제완화에 관한 대응(2002년∼2005년)1. 총무성 ‘전력선 반송통신설비에 관한 연구회’2002년 4월부터 총무성 ‘전력선 반송통신설비에 관한 연구회’가 설치돼 우리나라에서 최초로 고속 PLC의 규제완화에 관한 공식 토론이 이뤄졌다.연구회에서는 전파암실이나 필드에서 고속PLC모뎀을 실제로 동작시켜 누설전계강도나 전송속도를 측정하는 실 환경실험을 했다. 그 결과 일부 모뎀에서 미약무선국의 허용치를 상회하는 누설전계가 측정돼 고속 PLC의 규제완화는 일단 유보됐다. 미약무선국은 사용하는 전파가 극히 미약하게 잡혀 면허 없이 사용할 수 있는 무선국이다.또, 연구회에서는 누설전계 저감기술 개발을 목적으로 한 실증시험제도의 정비가 제언돼 이후 전력회사와 PLC제조회사는 한층 누설전계 저감기술 개발에 주력하게 됐다.2. 고속 PLC 실증시험먼저 제언을 받은 2004년 1월에 총무성 ‘고속전력선 반송 통신설비에 관한 실험제도’가 시행됐다.이에 따라 누설전계 저감기술의 실증을 목적으로 실제로 필드에서 실증시험이 가능해졌다.당사는 2004년 3월 10일에 전국에서 처음으로 실험의 허가를 받아 본격적인 고속 PLC 실증시험을 개시했다. 이후, 전국각지에서 다른 전력회사와 PLC 제조회사 등이 잇따라 실험을 개시하고 있다. <표1>에 실험자 일람을 나타냈다.(1) 실험용 고속 PLC 모뎀전력회사와 PLC 제조회사는 매초 수십메가비트 이상의 고속 PLC모뎀을 개발하고 있다. 대표적인 모뎀의 전송속도는 매초 45메가비트, 매초 170메가비트, 매초 200메가비트이다.당사가 실험에 사용한 고속 PLC모뎀은 매초 45메가비트 타입 <그림6>과 매초 200메가비트 타입의 모뎀이다. 또 실험용 고속PLC 모뎀은 광대역 타입이기 때문에 크기가 비교적 크다.
(2) 당사의 실험개요주택 내에 고속PLC 모뎀을 설치해 실외로 누출하는 전계의 강도를 측정했다. 본 실험에서는 전파법에 따른 미약무선국 허용치를 목표치로 해, 누설전계 저감기술의 검증을 했다. 실험 개요는 <표2> 및 <그림7>과 같다.당사 실험의 특징은 일반 가구에서도 실험을 하고 있는 것이다. 실험 중에도 평소와 같이 생활하고 특히 가전 사용상태 등에 제한받지 않는다. 이것은 실제로 PLC가 이용되는 환경과 제일 가까운 상태에서 누설전계 저감기술의 검증을 하기 위해서이다.3. 총무성 ‘고속전력선 반송통신에 관한 연구회’실증시험제도 시행부터 1년 정도 경과해 각 실험자는 누설전계 저감기술의 검증을 착실하게 진행했다. 이러한 상황을 받은 총무성에서는 2005년 1월에 ‘고속전력선 반송통신에 관한 연구회’ <표3>을 설치했다. 제1회 연구회에서는 실험자로부터 누설전계 저감기술의 진전이 보고 됐다. 고속전력선통신추진협의회(PLC-J)에서는 누설전계 저감기술의 개발동향이 소개돼 당사도 매초 45메가비트 타입의 모뎀을 사용한 실증시험 결과를 보고하고 있다. 또 아마추어 무선이나 단파라디오 등 전파이용자로부터는 고속PLC와의 공존에 관한 여러 가지 의견이 제출됐다.2005년 10월을 기점으로 구체적인 누설전계 허용치와 그 외의 기술적 요건에 관해 검사를 진행하고 있다.(1) 시험결과(총무성에 보고된 자료에서 발췌)·100이상의 누설전계강도 데이터를 취득.·전 케이스에서 실용적인 전송속도를 확보하는 한편, 누설전계강도는 목표치 이하.누설전계강도의 측정 예를 <그림8>에 나타냈다. 모뎀이 사용하고 있는 주파수대역은 음영부분이다. 20MHz 부근에서 모뎀 동작 시와 비동작시 전계강도에서 차이가 나타나 누설전계로 생각되는 파형이 관측되고 있다. 그 전계강도는 목표치 이하이다.
앞으로 규제완화 동향앞의 고속전력선 반송통신에 관한 연구는 2005년 10월을 목표로 검사를 진행하고 있다. 예정대로 연구회가 진행하고 고속PLC와 무선이용과의 공존이 실용상 문제없다고 판단되는 경우 이후 정보통신심의회에서의 기술적 조건 검사, 전파감리심의회에서 성령개정안의 자문이 진행됐다. <그림9>는 당사 상정 일정이다.해외동향해외에서는 이미 고속PLC의 이용이 진행돼 스페인, 아이슬란드, 미국 등에서는 상용서비스가 개시되고 있다. 또 한국, 중국, 싱가포르 등에서도 실증시험이 진행되어 상용화를 위한 활발한 대응이 진행되고 있다.다만, 해외와 우리나라는 다음과 같은 점에서 사정이 다르다. 우선 해외에서는 배전선이 지중화되어 있는 케이스가 많고 이 경우 전파오염문제는 일어나기 어렵다. 또 우리나라에서 광대역이라고 하면 매초 수십메가비트급의 통신 속도를 말하지만, 해외에서는 매초 1메가비트 정도이다. 이들에서 해외 사례를 그대로 우리나라에 적용하는 것은 가능하지 않다.누설전계에 관해서는 우리나라뿐만 아니라 국제적인 표준화 기관에서도 활발한 논의가 진행되고 있지만 현재 어떤 통일된 기준은 규정되지 않았다.(표준화 기관에서의 검사상황)① CISPR : 국제무선 장해 특별위원회 1999년부터 검사개시. 2005년 이후도 단속심의② FCC : 연방통신위원회(미국) FCC 파트 15로 공존조건(누설전계의 허용치와 사용제한 등)을 규정고속 PLC기술의 적용과 과제PLC기술의 이점은 기존의 전력선을 이용하기 때문에 새로운 배선이 필요 없는 것과 전력선은 모두의 방까지 연결되어 있기 때문에 레이아웃프리의 네트워크를 구축할 수 있는 것이다.또 현재의 PLC모뎀은 외부타입이지만, 앞으로 모뎀을 내장한 컴퓨터와 텔레비전, 하드디스크레코더 등이 등장할 경우 콘센트에 접속한 것만으로 네트워크에 접속하는 것이 가능하게 된다(다만, 인터넷 접속사업자와의 계약은 지금까지와 같이 필요).PLC기술을 활용한 서비스를 검사하는 것에는 아래 사항을 고려해야 한다<그림10>.① 전력선 형태는 장소에 따라 여러 가지이고 거기에 접속되는 가전제품은 상시 가동상태가 변화하고 있다. 이들의 조건에 따라 고속PLC의 전송속도는 변화한다.② 동일 전력선 계통에 접속된 복수의 PLC 모뎀은 전송속도를 공유하게 된다. 예를 들어 <그림10>과 같은 전송속도 매초 100메가비트의 PLC 부속장치를 이용하는 주택 내 LAN을 구축한 경우, 복수 컴퓨터가 동시에 인터넷으로 접속할 때 1대당 전송속도는 매초 100메가비트를 근접한 속도로 된다.다만 모든 컴퓨터가 동시에 인터넷에 접속할 확률은 낮고, <그림10>의 예에서 2개의 방 컴퓨터가 동시에 접속한 경우는 1대당 약 50메가비트 정도로, 실용적인 전송속도를 확보가능하다.
③ 고속PLC장치의 신호출력 레벨은 앞의 전파오염 문제를 고려해 미약한 것으로 선정하고 있다. 이 때문에 수백미터를 초과한 장거리 전송은 불가능하다. 예를 들어 PLC를 이용해서 광대역 인터넷서비스를 제공하는 경우, 변전소에서 각 가정까지 모든 구간을 PLC로 구성하는 것은 어렵다.이러한 경우 각 가정에서 가까운 전주까지는 광화이버로 구성하고 주택 내에서는 PLC를 이용하는 것으로 광화이버 고속성과 PLC의 편리성을 양립한 서비스를 실현하는 것이 가능하다.고속PLC는 편리성 면에서 우수하고 앞으로 네트워크 서비스를 검사하는 것 중에 하나의 중요한 툴이다. 고속PLC가 조기에 실용화돼 광대역 인터넷이 한층 보급되어 유비쿼터스넷 사회의 실현에 기여할 것으로 기대한다.
장바구니
주문내역
