슬기로운바보의 구조적책읽기

알기 쉬운 스마트그리드 3 - EMS, SCADA, SAS, DAS, PQMS

EMS(Energy Management System)

스마트그리드의 핵심 인프라 관점

1. 신재생 에너지를 이용한 발전설비의 계통 접속을 쉽게 하고 분산전원의 확대를 촉진할 수 있도록 그리드 코드를 표준화할 것
2. 전기사업자와 소비자 간의 쌍방향 정보교환이 가능하도록 전력계통에 초고속 통신망 기능을 갖출 것

• 스마트그리드를 조정하여 전체계 통의 수급균형 상태를 유지하기 위해서는 주파수의 전계통적 특성을 고려할 때 어떤 형태로든 중앙통제가 필요하게 되고, 이러한 통제시스템이 EMS(Energy Management Systme) 즉 중앙급전시스템이라고 부르는 시스템이다.
• EMS는 계통 상태감시와 전력수용 예측을 통해 시시각각으로 변화하는 계통의  수급균형을 실시간으로 유지하고 경제적으로 안정적인 전력공급이 가능하도록 발전 설비의 운영과 계통 상태의 조작을 지시하는 에너지 관리시스템이다.
• 전력계통이 스마트그리드화 되면서 지향하는 목표를 구체적으로 달성하는데 필수적인 기술

SAS(Substration Automation System)

IEC61850 SAS(Substation Automtion systme)

• 변전소 자동화 시스템
• 전력계통에 관하여 원격 운용의 고도화, 용이화를 추구하고자 변전소 내 전력설비들이 지능화 처리가 가능하도록 각종의 첨단화 자동화된 기술을 적용
• 전력설비의 감시, 제어, 계측, 인터록 및 보호 계전 기능 등을 처리하는 기술 또는 시스템이다.
• 최신의 스마트그리드 및 디지털 기술에 의한 전력설비의 보호, 제어, 운영되는 기술 또는 시스템

원격 단말장치(RTU)

독자적인 RTU, PLC, 변전소 내 LAN모드, IED게이트웨이, 일반 목적 미터, 전력품질 모니터 등 변전소 프로그램은 뛰어난 보안성을 가지고, 변전소와 같은 열악한 산업현장 조건에 적합하도록 제작되어야 하며, 현장 장치로부터 측정, 상태, 경보, 고장기록 등을 수집하는 게이트웨이로서의 역할을 한다.

다기능 원격소장치(MRTU)

원격에 설치된 현장 계기 및 센서로부터 데이터를 수집하여 유선 전용 선망이나 무선통신망을 이용하여 중앙감시실에 설치된 감시제어용 컴퓨터에 전송하는 온라인 감시제어장치이다.

주로 한전 변전소에 적용되며, 설치 용도 및 여건에 따라 다양한 통신매체를 복수지원 가능하다

다목적으로 활용할 수 있는 고기능 원격 소장치이다.

2019/12/04 - [책이야기/과학, 공학] - 알기쉬운 스마트그리드-1

2019/12/05 - [책이야기/과학, 공학] - 알기쉬운 스마트그리드-2

IEC61850

왜 중요한가 이유?

스마트그리드 변전 자동화는 물론 기존 변전소의 표준화도 가능하고 데이터의 의미, 예상되는 서비스, 제어, SCADA, 보호장비, 변환기 등 운영절차와 프로토콜 표준화로 구성되어있어 중요하다

기존 변전소와 IEC61850 SAS와 차이점

• 기존 변전소는 전력계통의 기능 중에 각기기, 적용성 및 번호부여와 법적 자산도를 수동으로 한다. 이에 반해 SAS는 전력계통상황정보를 사용하여 자동으로 구분되고 그려진다.
• 기기 대상 모델, 추론 서비스 모델 등이 기존 프로토콜에 관계없이 자동으로 구체적으로 그려진다
• 이를 통해서 전력계통과 호환을 이룬다.

SCADA, DAS, 및 PQMS

SCADA

• 송배전측에서 변전소 설비들을 원격에서 감시, 제어하는 시스템으로서 변전소 내의 주변압기 정보와 인출 정보등을 관리한다.
• 배전 선로를 감시 제어하는 배전자동화 시스템과는 별로로 운전되어 두 시스템 간의 정보공유는 이루어지지 않고 있다
• 두 시스템 간의 정보를 공유하기 위해서는 연계시스템이 필요하다
• 상시 개방점 최적화 기능을 이용하여 주변압기 및 배전선로 부하의 균등배분을 통한 배전계통운영의 최적화를 이룰 수 있다
• 고장 자동처리 기능을 이용하여 변전소 주변압기 또는 배전선로 고장에 대한 자동 고장복구를 구현할 수 있다

DAS

• 배전지능화 시스템 하며, 변전소에서 수용가에 이르는 배전계통과 분산전원 등에 설치되는 전력설비에 대한 원격 감시제어는 물론 해당 설비에 각종 센서를 부착하여 배전설비의 열화상태 등을 진단하며, 분산전원과의 통합 연계운전이 가능하도록 설계된 지능화된 배전계통 통합운영시스템을 말한다.
• 미래의 배전계통망은 전력의 분배에서 벗어나 태양광, 태양열 발전, 풍력발전, 수소연료전지 발전 등 친환경 에너지원이 융합되고 이를 그리드 화한 새로운 패러다임의 전력망이 구성될 예정이다.

PQMS(전력품질 모니터링 시스템)

• 전통적인 전력시스템의 평가는 호당 정전시간, 호단 정전건수 등 공급신뢰도 지수로 파악되었으나, 새로운 스마트그리드의 경우, 정보, 통신장비와 함께 순간 전압 변동, 고조파 등의 순시 외란에 민감한 첨단설비들이 증가함에 따라 이들 순시 외란 요소들에 대한 적절한 모니터링 및 정량적 평가가 중요해지고 있다
• 이에 적합한 전력품질 모니터링과 고조파, 순간 전압 변동 등의 합리적인 평가와 관리, 그리고 저감기법 등을 개발하여 최고품질의 전력을 공급하기 위한 신개념 전력품질 모니터링 시스템이 필요하다.
• 이 시스템은 순간정전 등 전력품질에 관한 사항들을 실시간 분석하여, 풍력발전, 태양광발전단지 등 신. 재생에너지에 연계된 전력계통이 안정적으로 운영할 수 있게 해 준다.

알기쉬운 스마트그리드 - 2

스마트 그리드 국제기관

현재 전 세계에서는 환경, 정책, 및 기술의 발전으로 인해서 스마트그리드 개발 및 표준 등에 관해서 관심이 많아지고 있다. 이에  스마트그리드의 표준의 제정과 확립이 필요하다. 

이를 위해서 여러 국제기관들이 서로 협력하며, 표준의 제정 및 모델 개발, 아키텍처 적용, 사례 및 표준모델 제정 등에 관하여 논의, 개발 중에 있다.

IEC (International Electrotechnical Commission)

   SI 표준 및 다양한 국제 표준을 주도하고, 유럽 및 국제 스마트그리드 표준가이드라인 및 모델 개발을 담당

   IEC TC57은 스마트그리드에 적용될 수 있는 표준개발을 담당

   IEC 61850은 Substation 자동화 아키텍처를 적용한다.

ITU(International Telecommunication Union)

  국제통신표준을 담당하는 UN 산하 기관

  스마트그리드가 통합 통신 아키텍처 및 표준을 담당

  3개 워킹그룹을 결성함

1. 활용사례 그룹 : 그룹별 초안 문서 작성, 이를 통한 스마트그리드를 활용한 서비스 및 응용방법을 규정하기 위한 그룹
2. Requirement그룹 : 활용사례를 구현하기 위한 기술적 요구사항 규정
3. Architecture그룹 :  해당 기술의 실현 구조를 규정

ISO(International Standard Organization)

  국제표준을 개발하는 기관으로 Technical Reports, 기술 사용서, 공공이용 사양서, Techinical Corrigenda및 지침서 등을    제공한다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

  IEEE C37, 118은 The IEEE Synchrophasors의 기술표준을 제공

  IEEE P2030은 다음 IEEE의 현재 개발 중인 스마트그리드 프로젝트의 잠정적인 표준을 적용

ANSI(American National Standards Institute)

  미국의 산업 표준을 제정하는 기구, ISO에 가입되어있고, 스마트그리드 관련 코드는 ANSI C12임

2019/12/04 - [책이야기/과학, 공학] - 알기쉬운 스마트그리드-1

2019/12/02 - [책이야기/과학, 공학] - EASY LED-1 LED란 무엇인가?

2019/12/03 - [책이야기/과학, 공학] - EASY LED-2 LED 의 역사

스마트그리드를 둘러싼 유틸리티 산업의 환경변화

1. 유가 및 원자재 가격 상승
2. 환경규제 강화
3. 고객 니즈의 다양화
4. 설비 소형화 기술의 진전
5. 양방향 정보교환의 확산

이와 같이 스마트그리드를 둘러싼 유틸리티 산업의 대외 및 대내적인 환경의 변화로 인한 스마트그리드가 전 세계적인 추세가 되었다.

유틸리티 산업의 스마트그리드 개발 이유

1. 통신 가능구역
   자사의 수신범위 이내에 있는 모든 고객에 대한 서비스 공급이 가능해야 하므로 통신 가능구역이 필요하다
2. 공공 네트워크 기술의 빠른 발전
3. 보안 문제
   공공 네트워크의 사용 시, 보안과 안정성에 대해서 우려한다.
4. 대여요금
   자본투자가 미리 이루어져야 하며, 이를 통해서 대여요금을 지불할 필요가 있다.
5. 규제의 문제
   규제하의 유틸리티는 사설 네트워크 구축에 들어가는 비용 지출 등을 수익을 얻을 수 있으며, 비용 회수 가능하다
6. 제어 실패의 문제   
   서버에서 사용자까지 E2E(End-to-End) 통신시스템에 대한 통제가 가능해진다.
7. 광역망에 대한 수요의 문제
   핸드폰, ADSL, 케이블업체들의 광역망에 대한 수요 증가
8. 미공유의 문제
   유틸리티들은 타망 임대 시 우선권을 얻을 수 없다는 점에 대해서 문제시한다
9. 홈네트워크 연결의 문제
   서비스 공급 시 홈네트워크 환경을 구축하고자 한다.
10. 영상, 음성, 데이터의 문제
    
    

*유틸리티 산업이란 전기나 가스 산업과 같이 소수의 독과점 기업이 시장의 대부분을 장악하고 생활 필수 재화나 서비스를 공급하는 기간산업적 성격을 지니는 산업을 말한다. 이는 주로 필요 불가결한 서비스를 제공하는 서비스산업에서 나타난다

유틸리티 산업의 미래발전방향

유틸리티 산업은 과거의 패러다임에서 벗어나 효율화 및 서비스 다원화를 양대 축으로 하는 새로운 도약을 예상하며, 이를 위해서 분산형 설비를 활용하여, 스마트그리드로 발전할 예정이다.

1. 효율화로 사회적 비용절감
2. 소비자 만족도 제고를 위한 서비스 다원화
3. 정부의 시사점
   정부는 유틸리티 산업을 둘러싼 환경변화가 극심한 상황에서 경쟁력 있는 서비스를 지속적으로 창출하기 위해서 장기적인 마스터플랜의 수립이 필요하다
4. 기업의 시사점
   기업은 유틸리티 산업의 발전 축을 감안한 상품과 서비스를 선제적으로 개발, 성장의 기회로 발전시켜나가야 한다.

국내 스마트그리드 기술개발사례

1. 한국형 에너지 관리 시스템 국내 기술개발
2. 녹색전력 IT 및 통합실증단지 국내 기술개발
3. 녹색전략 IT 10대 국책 과제
4. 녹색성장위원회, 스마트그리드 관련 기술 핵심 녹색기술로 본격 개발
5. 정부 녹색산업 투자활성화 위해 녹색인증제 시행
   녹색기술 10대 분야
   1. 신재생에너지
   2. 탄소저감
   3. 첨단 수자원
   4. 그린 IT
   5. 그린차량
   6. 첨단 그린주택도시
   7. 신소재
   8. 청정생산
   9. 친환경 농식품
   10. 환경보호 및 보전
6. 정부의 스마트그리드 추진형황

알기 쉬운 스마트그리드-1

01 스마트그리드의 개요

기존 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 에너지 효율을 최적화하는 첨단 전력기술이다.

• 2007년 세상을 바뀌는 7대 기술로 선정되었다
• 스마트 그리드는 스마트 파워그리드, 스마트 플레이스, 스마트 신재생, 스마트 교통, 스마트 일렉 서비스의 5개 분야로 구분된다.

스마트그리드와 그린에너지와의 관계

• 탄소시장
• 저탄소 녹색성장기본법제정
• 글로벌 녹색성장연구소(GGGI)의 공식 출범

이와 같이 스마트 그리드의 경우 그린에너지의 중요 요소이며 관계를 가지고 발전 중이다.

전 세계적으로 에너지 기술혁신 속도가 빠르게 발전되며, 에너지 효율 증대와 친환경 저 오염으로 발전 중에 있다.

ㄱ. 스마트그리드의 기대효과

1. 전력서비스 안정성 확보
2. 에너지의 효율적 이용
3. 신. 재생에너지 활용 및 투자촉진
4. 차세대 신성장 산업 육성 및 발전
5. 무정전 고품질 전력서비스 제공

ㄴ. 스마트그리드의 구성분야

스마트그리드와 기존 전력망과의 차이점 

2019/12/02 - [책이야기/과학, 공학] - EASY LED-1 LED란 무엇인가?

2019/12/03 - [책이야기/과학, 공학] - EASY LED-2 LED 의 역사

2019/11/22 - [책이야기/과학, 공학] - 전자공학-1, 궤도 전자의 회전운동

스마트 파워그리드의 종류

ㄷ. 스마트그리드 구축에 필요한 기술

발전, 배전 부분에서 청정에너지를 생산하는 분산전원분야, 전력망 부분에서는 에너지 효율을 높이고, 외부 충격이나 고장사고에도 자가복구가 가능한 전력망 관리 분야, 사용자들의 에너지효율을 높이고 전력품질을 향상하는 사용자 전력 관리 분야, 그리고 속도별 전압별로 나누며 보안기술과 접목되어야 하는 전력선통신분야로 크게 3개 분야로 나누어 진다.

1. 분산전원
   
   1. 분산전원계통연결
   2. 전력저장기술
2. 마이크로 그리드 기술
3. 전력망 관리
   1. 실시간 감시
   2. 송배전 자동화
   3. 수요반응
4. 사용자 전력 관리
   1. 스마트미터
   2. 스마트빌딩
   3. 스마트 가전제품
   4. 수요자 전압 조절
5. PLC 전력선통신(Power Line Communication) : 전력을 공급하는 전송선로로 통신하는 방법
   1. 종류

EASY LED-2 LED의 역사

2019/12/02 - [책이야기/과학, 공학] - EASY LED-1 LED란 무엇인가?

* 왜 청색 LED가 중요한가?

LED를 조명을 사용하려면 백색 LED가 필요하다. 백색 LED는 기본적으로 빛의 삼원색인 적색-녹색-청색의 LED를 결합하여 만들 수 있다, 실제 적색-녹색 LED는 1960년대 개발되었으나, 청색 LED의 경우 1990년대에 겨우 개발되었고, 2000년대 이후에 본격적으로 양산되었다.

백색 구현을 위해 마지막 요소로써 청색이 중요하다

EASY LED-1  LED란 무엇인가?

1. 개요

LED는 Light Emitting Diode의 약자로, 빛을 내는 다이오드라는 의미이다.

즉 우리말로 발광 다이오드라고 하며, 전기 에너지를 빛으로 바꾸어 주는 대표적인 반도체 소자이다

원소의 종류와 조성을 조절하여 방출되는 빛의 칼러를 다양하게 바꿀 수 있다

대표적 LED 의 하나인 램프형 LED 빛을 내며, 차례로 백색, 녹색, 청색 적색 등을 낼 수 있다.

LED의 양산은 1960년에 미국에서 시작됨 처음에는 단순한 디스플레이에서 사용되었다.

1980년 이후에는 밝기가 크게 개선되어 다양한 컬러의 고휘도 LED 가 개발되어, 활용분야 및 수요가 크게 확대되었다.

*고휘도 LED (High brightness LED)

• 휘도란 단위 면적당 밝기의 정도를 나타낸다
• 고휘도 LED는 동일한 전류가 흐를 때 더 많은 빛을 방출하는 LED를 나타내는 용어이다.
• 고휘도 LED의 성능은 광효율로 표시한다
• 광효율이란 소비하는 전력 대비 빛의 총 방출량, 즉 와트당 밝기인 루멘/W으로 표시한다.
• 한국은 120(루멘/W)을 고휘도 LED의 기준으로 하고 있다.

2. LED의 특징

* 최근에 개발된 고출력 LED 조명은 170~200 루멘/W의 광효율을 나타낸다.

* LED의 광효율이 지속적으로 개선되고 있으므로 이 값은 계속 줄어들 것이다

• * LED가 내는 빛의 파장은 화합물 반도체의 조성에 따라 달라진다. 

2019/11/22 - [책이야기/과학, 공학] - 전자공학-1, 궤도 전자의 회전운동

2019/11/21 - [책이야기/과학, 공학] - CoMP

2019/11/19 - [책이야기/과학, 공학] - 5G-2 FWA (fixed wireless access)

3. LED의 종류

A. 패키지에 따른 구분

• 패키지는 LED 칩을 보호하고 칩을 외부와 전기적으로 연결함
• 방출된 빛을 최대한 밖으로 끌어내는 광 추출 기능과 칩에서 발생한 열을 효과적으로 외부로 방출하는 방열 기능도 가짐
• LED 패키지는 램프형과 표면실장형, COB 등이 있다

가 램프형

• 50년 이상의 역사를 가진 전통적인 패키지

램프형
구성	렌즈부 본딩 와이어 반사기 LED 칩 리드프레임 플렛
구성도
특성	가격이 싸다 기판에 실장 하기 쉽다 리드 프레임을 구부려 빛의 방향을 쉽게 조절 가능함

나 표면실장형

• 칩 LED라고 불린다.
• 리드 프레임과 패드를 패키지의 옆면 또는 아랫면에 만들어 기판 표면에 실장 할 수 있도록 패키지 형태로 만든 것 
• 대량 생산에 유리

형
구성	랜즈부 본딩 와이어 반사기 LED 칩 리드프레임 플렛
구성도
특성	대량생산에 유리 칩 LED라고 불림

다. COB

• 방열 소재의 기판 위에 여러 개의 LED 칩을 그대로 실장 하여 하나의 모듈로 만드는 패키지 방식이다.
• 적-녹-청의 표면실장형 LED를 실장 한 RDG LED array 
• 각 LED칩은 도전성 에폭시를 이용해 별도의 방열기에 접착되어 있다

COB (Chip on board)
구성	랜즈부 본딩 와이어 반사기 LED 칩 리드프레임 플렛
구성도
특성	고밀도 실장이 가능 제품의 크기를 더 줄일 수 있다 광효율도 높일 수 있다 열 저항이 줄어든다

B. 화합물 반도체의 종류에 따른 구분

• LED는 화합물 반도체로 만든다
• 원소 조합에 따라 LED를 만드는 화합물 반도체의 종류는 매우 다양하다

C. 방출하는 빛의 파장에 따른 구분

• 빛의 컬러별로 화합물 반도체를 구분
• 하나의 컬러에 대해 여러 화합물 반도체가 사용될 수 있다
• 광효율과 수명, 제조공정 등을 고려하여 성능이 우수하고 양산에 유리한 화합물 반도체가 선택됨

D. 출력의 크기에 따른 구분

• 사용 전력에 따라 저전력, 중전력, 고전력으로 구분
• 중전력 LED와 고전력 LED는 1W를 기준으로 구분

E. 기판의 크기에 따른 구분

• 단결정 기판 위에 역시 단결정의 화합물 반도체 층을 차례로 형성
• 현재 많이 사용하는 기판은 사파이어, 다음 SiC 
• 사파이어 기판소재를 많이 사용하는 이유는 용융 성장이 가능하며, 경제성이 높기 때문이다.

궤도 전자의 회전운동

목차소개

1 결정체 성질과 반도체 결정의 성장
2 원자와 전자
3 에너지 대역과 반도체에서의 전하 캐리어
4 반도체의 과잉 캐리어
5 접합
6 전계효과 트랜지스터
7 쌍극성 접합 트랜지스터
8 광전자소자
9 집적회로
10 고주파 및 고전압 소자

<yes24 펌>

원자와 전자

모든 물질은 원자로 이루어지고 또 모든 원자는 양전하를 가진 원자핵과, 원자핵을 주위를 돌고 있는 음전하를 가진 전자라는 작은 입자로 구성되어 있다.

원자핵은 양(+)으로 대전된 양자(Proton)라는 입자와 비 대전된 중성자(neutron)가 결합된 구조로 되어있다.

세상에 알려진 109개 각각의 원소는 원자들을 갖고 있으며, 그 원자들의 구조는 서로 다르다.

원자는 화학 원소로서의 특성을 잃지 않는 물질의 최소 입자이다.

전자들은 에너지를 흡수 또는 방출하지 않으면 원자핵으로부터 이산적으로 떨어져 있는 궤도를 무한히 등속 원운동을 한다.

예> 수소원자의 경우, 하난의 전자와 하나의 양자로 구성되어 있다.

헬륨 원자는 두 개의 원자와 두개의 중성자로 구성된 원자핵과 그 주위를 돌고있는 두개의 전자로 구성되어 있다.

보어의 원자 모형 가설

• 원자의 전자는 특정한 궤도만 돌 수 있다.
• 원자 속의 전자는 각운동량이 h2πh2π의 정 수 배인 궤도만을 안정된 상태로 돌 수 있다. (정상상태 가설)
• 안정된 상태의 전자 궤도 사이를 넘나들 떼에는 그 차이에 해당하는 에너지 값을 가진 광자를 방출하거나 흡수한다.(진동수 가설)
• 전자는 핵으로부터 이산적으로 떨어진 특정한 궤도들에서는 전자기 복사를 방출하지 않으면 안정적으로 공전함
• 전자는 오직 한 꿰도에서 다른 궤도로 전이할 때만 에너지를 방출하거나 흡수함

보어 이론의 문제점 및 새로운 모델

• 1913년에 보어는 그의 모델을 파동적 해석을 통해 밝히지 않고 정당화시켰다. 즉 전자와 같은 입자가 파동과 같이 행동할 수 있다는 가능성이 제기되지 않았다.
• 1925년에, 새로운 종류의 역학인 하이젠 버그에 의한 양자역학에서 양자화된 전자가 움직이는 보어의 모델이 양자 역학을 통해 조금 더 정확한 모델로 확장될 수 있었다.
• 똑같은 이론의 다른 형태인 파동 역학이 오스트리아 출신의 물리학자 슈뢰딩거의 독립적인 연구 과정을 통해 확립되었다.
• 슈뢰딩거는 드 브로이의 물질파 이론을 도입하였으나, 양전하의 핵 전하 때문에 전자의 움직임을 묘사하는 3차원의 파동 방정식은 수소-유사 원자들에 대해서만 한정하였다.

2019/11/17 - [분류 전체보기] - 4차 산업혁명, 미래를 바꿀 IT 트랜드

2019/11/19 - [분류 전체보기] - 5G-2 FWA (fixed wireless access)

2019/11/20 - [책이야기/경제경영] - 5G - 3 D2D 연결

궤도 전자

• 원자 내에 존재하는 원자핵의 바깥에서 궤도 운동을 하는 전자로 핵외 전자(核外電子)라고도 한다.
• 중성 원자의 경우 궤도 전자의 개수는 핵의 양자수와 같다
• 궤도 전자의 가감에 따라 원소 원자의 양이온 또는 음이온이 만들어진다.
• 원소의 주기율은 궤도전자 상태의 껍질 구조로 설명할 수 있는데, 가장 바깥쪽 껍질에 속하는 전자가 원자의 원자가를 결정하기 때문에 원자가 전자(原子價電子)라고도 한다.
• 일반적으로 어떠한 원자의 물리, 화학적 성질들은 궤도 전자의 상태 배치에 따라 결정된다.

Stern-Gerlach 실험 Experiment

• 막대자석의 자장 내에 못이 있으면 이 못은 자석이 된다. 따라서 다른 자석이 있다고 가정함
• 두 자석 사이에 N극이 S극을 당기는 것과 N극이 N극을 미는 힘 중에서 S가 더 가까이 있으므로 당기는 힘이 미는 힘보다 크다.
• 만약 자장이 균일하다면 위의 두 힘이 같아져 서로 당기지 않을 것이다 즉, 막대자석이 만들어내는 자기장이 균일하지 않은 것이 자석과 자석이 끌리는 이유이다 (중력의 경우 조력에 해당)
• 한편, 전하를 가진 입자가 각운동량(스핀) 을 가지면 그 입자는 작은 막대자석이 된다.
• 실험에서 불균일한 자기장에 전자를 통과 시켰을 때, 전자가 받는 힘의 크기는 전하와 스핀(Sz)의 곱에 비례 한다
• 스핀이 양자화가 되지 않았다면 그냥 희미하게 스크린에 모든 전자가 퍼져있을 것이다. 그러나 가운데에는 아무것도 없고 두 군데로 나뉘는 것은 전자의 spin( ) 의 크기 이 ½ħ이라는 증거이다.

전자의 회전 운동

• 원자핵은 + 성질을, 전자는 - 성질을 가지므로, 둘 사이의 인력에 의해 충돌하게 됨
• 전자의 회전운동으로 추락에 의한 충돌을 발생하지 않음
• 이 전자의 회전운동 시, 에너지를 방출 또는 흡수하지 않으면, 전자는 일정한 궤도를 돌게 됨
• 전자의 회전운동 시, 에너지를 흡수하면, 이때 궤도 전자는 원자핵을 이탈할 수 있으면, 이를 자유전자라 부름 

CoMP

목차 소개

CHAPTER 01 이동통신 진화의 배경
CHAPTER 02 스펙트럼 규제 및 3G에서 5G까지의 표준화
CHAPTER 03 무선 접속: 개요
CHAPTER 04 무선 인터페이스 구조
CHAPTER 05 물리 계층 전송 자원
CHAPTER 06 하향링크 물리 계층 절차
CHAPTER 07 상향링크 물리 계층 절차
CHAPTER 08 재전송 프로토콜
CHAPTER 09 스케줄링 및 전송 속도 적응 (rate adaptation)
CHAPTER 10 채널 상태 정보 (CSI) 및 Full-Dimension MIMO (FD-MIMO)
CHAPTER 11 엑세스 절차
CHAPTER 12 반송파 결합 (Carrier Aggregation)
CHAPTER 13 CoMP (다중 지점 조정/송신)
CHAPTER 14 Heterogeneous 구축
CHAPTER 15 스몰 셀 개선 및 동적 TDD
CHAPTER 16 DUAL CONNECTIVITY
CHAPTER 17 비면허 주파수 및 LAA (License-Assisted Access)
CHAPTER 18 Relay
CHAPTER 19 MBMS (MULTIMEDIA 19 BROADCAST/MULTICASTSERVICES)
CHAPTER 20 MASSIVE-MTC 어플리케이션을 위한 LTE
CHAPTER 21 D2D 연결
CHAPTER 22 스펙트럼 및 RF 특성
CHAPTER 23 5G 무선 접속
CHAPTER 24 새로운 5G

CoMP

이동통신의 발전으로 수용할수있는 단말기기들도 질적, 양적으로 발전하였다. 많은 단말기기를 연결하는 것이 이동통신사의 수익과도 연결되게 되었다.

많은 단말을 안정적으로 효율적으로 수용하기 위해 LTE-A의 셀간 협력 기술인 CoMP의 기술이 발달하였다.

LTE/LTE-A 초기 단계에서는 최고 속도가 얼마인가가 사업자에게 중요한 marketing point가 되지만, LTE 가입자와 트래픽이 증가함에 따라 최고 속도보다는 실제로 사용자가 느끼는 Quality of Experience (QoE)를 만족시키는 것이 중요해졌다. 이는 곧 이동통신의 품질 및 수익에 중요한 이유가 되었다,

이를 위해서 무선망 용량 증대는 주파수 효율 (spectral efficiency)을 향상시킴으로써 이뤄집니다.

이동통신 주파수 효율 (bit/sec/Hz)이란 단위 주파수 (Hz) 당 전송율 (bps)로, 주파수 효율이 높으면 같은 대역폭으로 더 많은 data를 전송할 수 있으며, 안정성과 성능성에서도 중요하다.

4세대 이동통신인 LTE에서는 기본적으로 2x2 MIMO 안테나를 사용함으로써 주파수 효율을 높여 광대역 무선 링크를 제공합니다.

5G 이동통신의 경우 4X4, 8X8, 3D MIMO 안테나 기술의 향상시키고 있다. 이와 같이 기지국내 안테나 수를 늘리면 셀 중심에서는 주파수 효율이 더 높아져서 단말 throughput이 더 증가하지만 셀 경계에서는 간섭과 페이딩 등 전파 성능에 있어 그 효과가 떨어진다  

정의  

• 이동통신 기술의 발달로 인해 셀 경계에 위치한 단말의 throughput을 높이기 위하여 새로운 형태의 셀 간 협력 기술인 Coordinated Multi-Point (CoMP) 가 나타났다.
• Coordinated Multi-Point (CoMP)는 이웃한 셀들이 협력하여서 무선데이타를 Serving 셀뿐만 아니라 주변 다른 셀들도 같은 이동통신 단말과 통신할 수 있도록 함으로써 셀 간 간섭을 줄이고 셀 경계에서 단말의 throughput을 높이는 기술이다. 
• 기존 방식에서는 단말은 이동통신 구간 내에서 하나의 셀 (serving 셀)에 접속하여 통신하였다.
• CoMP가 지원되는 단말은 서로 다른 지점에 위치한 여러 셀들과 통신을 할 수 있는데, 이 셀들을 한 그룹으로 묶으면 가상의 MIMO 시스템으로 동작한다. 즉 2X2, 4X4 MIMO의 효과를 낸다. 
• CoMP는 이동통신 셀 간 간섭을 줄여 단말의 셀 경계 throughput 을 높이기 위한 목적으로, 하나 이상의 전송 셀들이 단말과 통신할 수 있는 셀 간 협력 기술입니다. CoMP Cooperating Set에 속한 셀 (이하 CoMP 협력 셀)들은 단말의 채널 정보를 공유하여 전송 셀(들)을 결정합니다.  
• Coordinated Multi-Point (CoMP) 의 셀간의 대등한 관계로 서비스하는 경우도 있으며, 종속적인 셀간의 서비스 경우도 있을 수 있다.
• Coordinated Multi-Point (CoMP) 은 eICIC 등의 기술과 같이 이동통신의 안정성과 성능성을 높이기 위한 협력통신기술의 하나이다.

2019/11/20 - [책이야기/경제경영] - 5G - 3 D2D 연결

2019/11/19 - [분류 전체보기] - 5G-2 FWA (fixed wireless access)

2019/11/13 - [IT이야기] - 5G -1편 - LAA (License-Assisted Access)

CoMP 사용 이유? 

• ICIC (Release 8 표준)는 셀 경계 단말들에게 서로 다른 주파수 자원을 할당함으로써 셀 간 간섭을 줄이고, eICIC (Release 10 표준)는 시간 영역에서의 ICIC로 HetNet 환경에서 macro 셀과 small 셀이 협력하여( 즉 종속적인 셀간의 협력관계) 셀 경계 단말들에게 서로 다른 시간 자원을 할당함으로써 셀 간 간섭을 줄인다.
• ICIC와 eICIC의 경우, 셀 간 간섭을 줄일 수 있지만, 셀 경계에서 단말이 통신할 수 있도록 해주지만 throughput을 높여주지는 못한다.
• 주파수 영역 (ICIC)과 시간 영역 (eICIC)에서 무선 자원의 사용을 제한함으로써 간섭을 줄일 수 있다.
• 이웃 셀들 간에 간섭 정보가 long-term으로 갱신되므로 단말이 로밍을 할결우, 빠르게 변하는 단말의 채널 상태는 셀 간 협력에 반영되지 않고 따라서 동적으로 자원을 할당하기에는 한계가 있다.  

Release 11에서 표준화되기 시작하여 Release 12에서 계속 진행 중인 CoMP는 주파수 효율을 높이기 위해 주파수/시간 영역 외에 공간 영역 자원을 사용한다.

안테나를 이용해서 beamforming을 하거나 가상의 MIMO 시스템으로 동작할 수 있다.

CoMP는 협력 셀들이 단말의 채널 정보를 매 scheduling마다 공유하므로 단말의 순간적인 채널 상태를 반영하여 joint scheduling을 수행할 수 있습니다.

CoMP 종류 (CoMP Category)

CoMP 기술은 협력통신의 개념으로 다양하게 분류할 수 있다.

Backhaul 여부, eNB 간 CoMP 서비스 지원 여부, MIMO 안테나가 얼마나 많은 user를 지원하는가? 그리고 DL/ UL 기술인가로 분류할 수 있다.

CoMP의 목적은 셀 간 간섭을 줄이고 셀 경계 단말의 throughput을 높이기 위한 것으로, 셀(들)이 단말에게 data를 전송할 때 적용할 수 있는 DL CoMP 기술 종류는 Cell 들간 coordination 정도와 traffic load에 따라 아래와 같이 구분됩니다. 

CS/CB (Coordinated Scheduling/Coordinated Beamforming)  
CS와 CB는 셀 경계 단말들의 간섭신호가 최소가 되도록 협력 셀 중에서 하나의 전송 셀을 선택하여 단말에게 전송하는 방법입니다.   

1. CS (Coordinated Scheduling)

CS CoMP는 개념적으로는 ICIC처럼 셀 경계 단말들에게 서로 다른 주파수 자원  (RBs or subcarriers)을 할당하여 셀 간 간섭을 줄이는 기술이지만, 기술적으로는 ICIC보다 훨씬 빠른 동작 주기, 복잡한 신호처리 및 정교한 알고리즘이 필요한 앞선 기술입니다. ICIC는 셀 단위로 간섭 정보가 전달되고 CS CoMP는 사용자 단위로 채널 정보가 전달됩니다.

• 첫째, 셀 간 협력 주기가 짧습니다. CS CoMP 주기는 1 msec로 매 scheduling마다 CS Coordination 값이 적용됩니다. 따라서 순간적인 단말의 채널 변화에도 동적으로 자원을 할당할 수 있습니다.    
• 둘째, 셀 간 공유하는 정보가 정교하고 정보량이 많습니다. CS CoMP에서는 단말들과 협력 셀들 간 채널 정보 (CQI, PMI, RI, SINR 등)가 공유됩니다.   

2. CB (Coordinated Beamforming)

CB는 smart antenna 기술을 이용하여 셀 경계 단말들에게 서로 다른 공간 자원 (beam pattern)을 할당합니다.  자기 단말에게는 main beam을 할당하고 인접 셀 단말에게는 null beam을 할당하여 간섭을 피합니다.   

3. JT (Joint Transmission)

• 두 개의 기지국이 동시에 단말에 전송할 데이터를 공유하며, 전송하는 방법
• 동일 주파수를 사용하여 단말에 지원하는 서비스 의 안정성과 성능을 높여준다
• 단말의 경우, 잦은 로밍 가능성이 생겨 이에 대한 주의가 필요하다. 

4. DPS (Dynamic Point Selection)

• 두 개의 기지국중 하나의 기지국만 단말에 전송할 데이터를 공유하며, 전송하는 방법
• 잦은 로밍이 발생하지 않아서 단말에 지원하는 서비스의 안정성이 높다

5G-3 D2D 연결

목차 소개

CHAPTER 01 이동통신 진화의 배경
CHAPTER 02 스펙트럼 규제 및 3G에서 5G까지의 표준화
CHAPTER 03 무선 접속: 개요
CHAPTER 04 무선 인터페이스 구조
CHAPTER 05 물리 계층 전송 자원
CHAPTER 06 하향링크 물리 계층 절차
CHAPTER 07 상향링크 물리 계층 절차
CHAPTER 08 재전송 프로토콜
CHAPTER 09 스케줄링 및 전송 속도 적응 (rate adaptation)
CHAPTER 10 채널 상태 정보 (CSI) 및 Full-Dimension MIMO (FD-MIMO)
CHAPTER 11 엑세스 절차
CHAPTER 12 반송파 결합 (Carrier Aggregation)
CHAPTER 13 CoMP (다중 지점 조정/송신)
CHAPTER 14 Heterogeneous 구축
CHAPTER 15 스몰 셀 개선 및 동적 TDD
CHAPTER 16 DUAL CONNECTIVITY
CHAPTER 17 비면허 주파수 및 LAA (License-Assisted Access)
CHAPTER 18 Relay
CHAPTER 19 MBMS (MULTIMEDIA 19 BROADCAST/MULTICASTSERVICES)
CHAPTER 20 MASSIVE-MTC 어플리케이션을 위한 LTE
CHAPTER 21 D2D 연결
CHAPTER 22 스펙트럼 및 RF 특성
CHAPTER 23 5G 무선 접속
CHAPTER 24 새로운 5G

D2D 연결

이동통신기술의 발달과 더불어 급격히 성능이 향상된 스마트 기기를 중심으로 정보를 생산, 소비, 제어, 처리하는 5G 단말기는 셀룰러 네트워크를 사용하는 모바일 인터넷 서비스뿐만 아니라, 셀룰러 네트워크와는 독립적으로 네트워크를 구성하여 인접 단말기(Device) 와의 직접 통신으로 서비스를 공유하는 방향으로 진화되고 있다.

문제점으로 Device 들의 해킹과 보안문제에 있어서 취약점이 예상된다

D2D통신은 급증하는 트래픽을 처리하는 기지국의 부하 문제가 발생된다.

이를 해결하기 위하여 트래픽 오프로딩의 장점으로 주목받고 있다

단말 간 지리적 근접성을 이용하여 통신함으로써 무선 신호가 지역적 범위 내에서 영향을 미치므로 전송 속도 증가, 전력 소모 감소, 주파수 재사용에 의한 자원 활용도 증가 등의 이점이 기대됨

D2D 기술 분류

D2D 기술의 경우, 연결거리, 기술 종류, 및 사용 주파수 대역으로 분류할 수 있다 

1. 초 근접거리(Near Field) D2D 연결
2. 협역 (Local Area) D2D 연결
3. 광역 (Wide Area) D2D 연결

• 초 근접거리(Near Field) D2D 연결

커버리지 : <10m

ZING, TRANSFERJET

주파수 대역 : 비면허 대역(60GHz)

• 협역 (Local Area) D2D 연결

커버리지 : <100m

주파수 대역 : 면허/비면허 대역 (mmWave, NCT(New Carrier Type, Sub-60GHz)

• 광역 (Wide Area) D2D 연결

커버리지 : <1km

주파수 대역 : 면허/비면허 대역 (<10GHz)

Device Scalability 지원

LTE-D2D, IEEE802.15.9 PAC

* Scalability

• 범위성은 컴퓨터 애플리케이션이나 제품 (하드웨어나 소프트웨어)이, 사용자의 요구에 맞추기 위해 크기나 용량을 변경해도, 그 기능이 계속하여 잘 동작할 수 있는 능력을 말한다. 크기 변화는 대체로 크기나 용량 면에서 더 커지는 쪽으로 이루어진다. 크기 변화는 제품 그 자체일 수도 있고 (예를 들면, 저장장치나 RAM의 증설 등과 같이 같은 계열의 대용량 컴퓨터 시스템으로 바뀌는 것), 또는 객체 차체가 새로운 환경으로의 이동하는 것 (예를 들면, 새로운 운영체계의 장착 등) 일 수도 있다.
• 범위성이란 확장된 환경에서 기능이 잘 동작하는 것뿐 아니라, 실제로 그것의 이득을 최대한 누릴 수 있는 능력을 말한다. 예를 들면, 하나의 애플리케이션 프로그램이 작은 운영체계에서 크기가 더 큰 운영체계로 옮겨질 수 있고, 성능이라는 측면에서 대형 운영체계의 장점을 충분히 누릴 수 있고, 더 많은 수의 사용자들에게 서비스될 수 있다면, 그것은 범위성이 있다고 말할 수 있을 것이다.
  대개 상향으로의 범위성이 하향으로의 범위성 보다 구현하기에 더 쉬운데, 그 이유는 개발자들이 애플리케이션을 처음 만들 때 가용한 시스템 자원 (예를 들면 디스크 용량 등)들을 최대한 활용하는 경향이 있기 때문이다. 하향으로 축소하는 제품은, 더 많이 제한된 환경에서 전과 동일한 결과를 달성해야만 한다는 것을 의미한다. >> terms 펌

2019/11/19 - [분류 전체보기] - 5G-2 FWA (fixed wireless access)

2019/11/17 - [분류 전체보기] - 4차 산업혁명, 미래를 바꿀 IT 트랜드

2019/11/13 - [IT이야기] - 5G -1편 - LAA (License-Assisted Access)

D2D 연결 종류

D2D 연결 기술은 그 아키텍처에 따라 셀룰러 시스템을 기반으로 한 D2D 기술과 분산형(Distributed) D2D 통신기술로 분류할 수 있다

기존 이동통신의 셀룰러 시스템을 기반으로 한 D2D 통신기술은 단말 간 직접통신이 기지국의 통제를 받으며 면허 대역을 사용하는 것을 가정한다. 

이는 이동통신과 같이 단말 간 직접 통신을 위한 자원 할당이 기지국에 의해서 이뤄지며 따라서 무선 자원의 사용 효능, 성능, 그리고 QoS 보장면에서 우수한 장점을 가지며, 기지국의 제어가 가능한 장점이 있다.

그러나 돌아보면 단말 간 직접통신에 있어 적절한 전송 전력제어가 안될 경우, 무선 신호 간섭에 의해 전체 시스템 용량이 오히려 감소할 수 있으며 따라서 전송 전력제어를 위해서 이동 통신 기지국이 두 단말 사이의 무선 채널을 알아야 하는 기술적 문제가 있음

셀룰러 시스템을 기반으로 한 D2D 통신기술은 D2D 통신 사용자에 대한 통제가 가능하고 단말 간 직접 통신의 경우에 대해서도 과금을 할 수 있어 인터넷 서비스 제공자가 선호하는 D2D 통신기술인 반면, 사용자 입장에서 그 혜택이 문제점 및 논란의 대상임

D2D 통신 절차

1. D2D 단말 탐색 단계 : D2D 연결이 가능한 주변 D2D 단말들을 찾는다
2. D2D 링크 생성 단계 : D2D 단말 탐색 단계에서 찾은 다른 D2D 단말 중 데이터 전송을 할 단말과 무선 링크를 연결한다,
3. D2D 데이터 전송 단계 : 무선 링크를 연결한 단말들 간에 트래픽을 전송한다