고정무선통신(Fixed Radio Communication)에서 두 지점간(PtP : Point to Point) 사용되는 전파경로 손실값의 예측은 예측할 수 있습니다. 또한 이동무선통신(Mobile Radio Communication)에 있어 기지국(Base Station)과 이동국(Mobile Station) 간의 전파경로에 있어 손실값의 예측은 쉽지 않습니다. 복잡한 수식들은 3D 지형DB를 이용해서 컴퓨터로 분석하는 것일 일반적입니다.
HDTV 방송서비스도 고정 및 이동통신의 전파모델을 응용하고 있습니다. 예를들면 스펙트럼 홈페이지에 HDTV 수신여부를 문의하면, 스펙트럼 엔지니어들은 HDTV 전파시뮬레이션 도구(S/W 이용한 전파예측모델로 수신여부 분석)를 이용해서 고객들의 문의에 답하고 있는 방법입니다.
<본 자료는 제가 작성한 전파관련 보고서 중 일부를 발췌한 것이며, 저작권은 무파사가 가지고 있습니다. 따라서 네티즌께서는 상업용이 아니라면 사용이 가능합니다. >
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3. 이동통신 전파모델
이동통신에서 기지국 커버리지를 예측하는데 가장 많이 사용하는 전파특성에 관련된 전파예측모델은 Okumura-Hata 모델입니다. Okumura-Hata 모델은 ITU-R 에서 권고하고 있는 P.370, P.529의 측정 데이터를 이용한 전파전파 특성 그래프로부터 경험적으로 얻은 예측 모델을 근거로 하고 있습니다.(일본 NTT에서 측정하고 보정된 전파예측식입니다.)
이 전파모델은 비교적 평탄한 지형에서 송신 안테나가 주변 지형에 비해 충분히 높고, 단말기와 기지국 사이에 비가시를 가정하고 있습니다. 따라서 실 사용에 있어 무선망 운용지역의 지형경사와 주변의 Morphology 특성에 따라서 적절한 보정이 요구되고 있습니다.
그런데 이 Okumura-Hata 모델은 사용 주파수 한계가 1500MHz 까지이며, 이 전파모델을 1500MHz～2000MHz 대역에서 사용할 수 있도록 보정한 모델이 COST-231 Hata 모델입니다. COST-231 전파모델은 Morphology에 의한 전파특성을 Morphology에 대한 적절한 상수를 가지고 보정하도록 되어있다.
여기서 2300MHz～2400MHz 대역을 사용하는 시스템에 적용한다면 또다시 적절한 보정을 해야합니다. Okumura-Hata모델에서 COST-231 Hata 모델로 보정하면서 수정된 부분은 주파수에 대한 계수와 상수항이 보정되어야 합니다. 일반적인 전파모델 보정의 경우에는 상수항과 거리에 따른 계수를 보정됩니다. 따라서 이 모델을 2.3 GHz 대역에서 사용하기 위해서는 주파수와 거리에 따른 파라미터와 상수항 보정에 의해 가능할 것이며, 또한 서비스 지역의 지형 Morphology에 의한 보정계수 조정도 필요 할 것으로 예상되고 있습니다.
도시지역에서 적용하는 COST-231 Hata 전파모델 예측식은 다음과 같습니다
또한, COST-231 Hata 모델은 현재의 고층화되고 밀집된 아파트 지약에서는 전파예측편차가 다소 많이 발생되고 있습니다. 따라서 이러한 전파환경에 적응하기 위해 새로운 방법이 요구되었습니다. Walfisch-Ikegami 모델은 일정한 높이의 전파 장애물이 주기적으로 놓여있는 경우에 적용할 수 있는 모델이며, 대규모 아파트 단지 등에서의 전파전파 특성을 예측하기에 적합하도록 정리되어 있습니다. 기본적인 해석 모델을 다음 [그림 2-4]에서 보여주고 있습니다.
이 모델에서의 전파전파 특성은 전파가 장애물을 무시하고 전파경로손실에다 전파 경로상에 존재하는 건물의 옥상에 의한 손실을 추가하고, 마지막 건물에 대한 회절 손실을 더해주면 전체 경로 손실을 얻는 방법으로 다음과 같이 표현하고 있습니다.
여기서 자유공간 손실은 앞에서 기술하였으므로 Ikegami rooftop to mobile diffraction loss와 Walfsch diffraction loss에 대해서 살펴보면, Ikegami rooftop to mobile diffraction loss는 마지막 건물에 의한 회절손실을 나타낸 항으로 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
전파도래 각도에 따른 Ikegami 보정계수로 다음과 같이 주어집니다.
Walfsch diffraction loss는 여러 건물에 의한 손실을 나타낸 것으로,
여기서 첫 번째 Lbsh는 기지국 높이 보정항, ka는 기지국과 건물높이 차이에 의한 보정항, 세 번째 항은 거리에 따른 보정항, 네 번째 항은 주파수에 따른 보정항입니다. 이 모델에서 kd에 대한 항의 보정계수는 기지국과 마지막 건물 옥상사이의 프레넬 영역에 존재하는 건물에 의한 손실을 보정하는 항입니다.
이 모델은 커버리지 거리가 100m에서 10km 정도, 주파수 범위는 500MHz에서 2GHz, 그리고 건물의 특성을 평균건물 높이로 대표할 수 있는 비교적 평탄한 지형을 가지는 지역에 적용합니다. 또한 이 모델을 적용하기 위해서는 건물의 높이, 간격 등에 대한 데이터가 추가로 필요하며 방대한 량의 건물 데이타가 필요한 단점이 있습니다.
4. 간략히 끝내면서
블로그에 이렇게 복잡한 내용을 올려도 되는지 모르겠습니다...또, 읽으실 분들이 있을까? 싶기도 하구요..그러나 무사파는 이 분야가 전공이라서,.. 아무튼 관심있으신 분들에게는 전파손실분석이 어떠한 방법으로 진행되고 있는지 알 수 있을 것입니다.
앞서 언급된 전파분석예측식은 극히 일부의 내용입니다. 예를들면 국내에 빈번하게 사용되는 전파분석 예측식은 다음과 같습니다.
다시말해,
스펙트럼에서 고객분들에게 알려드리는 수신문의에 있어 "우리집에서도 DTV 방송을 수신할 수 있나요??"라고 문의하면, 스펙트럼 엔지니어들은 "전파예측분석도구 : 전파분석장비, S.W"을 이용해서 DTV 송신소를 기준으로 DTV 방송신호가 미치는 영향을 분석합니다. 또한 문의하신 분의 위치를 3D 디지털 지도를 이용해서 전파신호가 어느정도 미치는지? 실내안테나 또는 실외안테나로 수신이 가능한지 여부를 예측합니다.
상기에 보는바와 같이 전파분석 예측식을 이용해서 좀 복잡한 과정을 거쳐 수신문의에 답하게 된다는 것입니다.
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