이동통신 중계기의 에너지 절감에 관한 연구

Abstract

최근 몇 년 동안 전 세계적인 화두는 환경 문제, 저탄소 배출, 에너지 절약 등에 있으며, 우리나라는 2009년 12월 덴마크 코펜하겐에서 이상기후를 방지하기 위한 전 세계적인 차원의 기후협약을 체결하고 온실가스 배출량 30% 감축목표를 제안하였다. 이후 전 세계적으로 모든 분야에서 온실가스를 절감하기 위한 많은 연구와 노력을 해오고 있으며, 우리나라 역시 정부가 주관이 되어 저탄소 녹색성장이라는 목표를 설정하고, 관련 조직 구성 및 관련 법률 제정 등 많은 노력을 해오고 있다. IT(Information Technology)분야에서도 예외가 될 수는 없으며, IT 분야 중에서 한 핵심 분야인 이동통신 서비스 및 장비 분야에서도 에너지 절감을 위한 연구개발을 수행하고 있다. 이동통신 서비스를 위한 장비분야 중에서도 서비스 커버리지 확장 및 음영지역 해소를 위한 이동통신 서비스용 중계기는 전 세계적으로 대부분의 이동통신 사업자가 채택하여 운용 중에 있으며, 그 동안 많은 기술적인 발전 및 시장의 성장을 이루어 왔다. 국내 이동통신 서비스 사업자별 주파수 사용현황 및 서비스 현황을 보면 최근 국내 이동통신 사업자는 다양한 주파수 대역을 서비스할 수 있는 Multi Band/Multi Services 로 진화하고 있다. 이에 국내 이동통신 중계기 또한 각 사업자별 Multi Band/Multi Services를 지원하는 고출력 중계기로 진화하고 있다. 따라서 이동통신 중계기가 Multi Band/Multi Services를 지원하기 위해서는 그만큼 소모되는 전력 또한 증가할 수밖에 없다. 이에 본 논문에서는 이동통신 중계기를 위한 에너지 절감방법에 대한 연구를 수행하여 아래와 같은 두 가지 방식을 제안하였으며, 실제 상용화되어 현장에서 운용중인 중계기에 본 논문에서 제안한 두 가지 방식을 적용 및 구현하여 검증함으로써 실증된 결과를 도출하였다. 첫째는 이동통신 중계기의 스위칭모드 전원 공급장치 (SMPS : Switching Mode Power supply)에 역률보상회로 (PFC : Power Factor Correction)를 적용함으로써 역률개선을 이루고, 이로 인하여 피상전력의 감소로 에너지를 절감하는 방식을 제안하였으며, 실증결과 장비 1식당 약 38.9%의 피상전력 절감효과가 확인되었다. 또한 이를 기준으로 PFC회로 적용유무에 따른 에너지 절감 시뮬레이션 결과 DB소형 중계기의 경우 중계기 1식당 연간 약 230.43kWh/년의 소모전력 절감 효과가 있을 것으로 예상되며, 현장 운용 장비가 10,000식이라고 가정하면 연간 약 2,304,288kWh의 에너지 절감효과가 예상되고, 이를 전기요금 (100원/kWh)으로 계산해 보면 연간 약 2.3억원의 비용절감 효과를 예상할 수 있다. 둘째는 다운링크(DL : Down Link) Sleep 기능구현을 통해 가입자가 없는 특정시간 (최한시 :0~06시)에 중계기의 DL 출력을 감소시키거나 Off 하여 서비스 커버리지 내에 가입자가 없거나 사용하지 않는 시간동안 에너지 소비(전력소모)를 절감하는 알고리즘을 제안하였으며, 이를 WaLTS(WCDMA and LTE Triple System)에 적용하여 DL Sleep Mode 진입 전/후 비교시험 결과 약 39.7%의 피상전력 절감효과가 확인되었다. 또한 이를 기준으로 DL Sleep Mode를 적용하여 하루에 약 6시간정도 DL Sleep Mode로 운용된다고 가정하고 시뮬레이션 해본 결과 WaLTS의 경우 중계기 1식당 연간 약 626.83kWh/년의 소모전력 절감 효과가 있을 것으로 예상된다. 현장 운용 장비가 10,000식이라고 가정하면 연간 약 6,268,320kWh의 에너지 절감효과가 예상되고, 이를 전기요금 (100원/kWh)으로 계산해 보면 연간 약 6.2억원의 비용절감 효과를 예상할 수 있다.