KR0176093B1 - Radio wave propagation prediction method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전파 전파(radio propagation) 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting radio propagation.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 이동통신 기지국 및 셀 설계의 기반이 되는 수신 지점의 전파 예측방법으로, 기지국 위치 및 안테나의 높이, 사용 주파수, 수신 지점 및 그 안테나 높이 등을 입력 파라미터로 하여 수신지점에서의 전계강도를 계산함으로써, 수신 지점의 전파예측을 할 수 있는 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention is a propagation prediction method of a reception point that is the basis of a mobile communication base station and cell design, and the reception point using the base station location and the height of the antenna, the frequency used, the reception point and the antenna height thereof as input parameters. The present invention relates to a method for predicting the propagation of a reception point by calculating the electric field strength at.

본 발명의 전파 전파 예측방법은, 지형특성을 밀집대도시, 대도시, 중소도시, 개활지, 산악지대의 5개 지역으로 구분하는 단계; 상기한 개활지에서의 추출한 거리 및 주파수에 따른 전계강도 곡선을 기본 전계강도 곡선으로 정의하는 단계; 및, 상기한 5개 지역 중에서 개활지가 아닌 타 지역에 대한 결과를 얻기 위해 각각의 해당되는 보정항을 정의하고 상기한 기본 전계강도 곡선에서 가감되도록 설정하여 수신점에서의 전계강도를 예측하는 단계를 포함한다.The radio wave propagation prediction method of the present invention comprises the steps of classifying the topographical characteristics into five regions of dense metropolitan, large cities, small and medium cities, open areas, mountainous areas; Defining a field strength curve according to the distance and frequency extracted from the open area as a basic field strength curve; And estimating the electric field strength at the receiving point by defining respective corresponding correction terms and setting them to be added or subtracted from the basic electric field strength curve in order to obtain results for other regions other than open areas among the five regions. Include.

Description

전파 전파 예측방법Radio wave propagation prediction method

제1도는 지역별에 따른 이동국 안테나 높이에 의한 보정항의 근사식 및 추세곡선에 대한 도면.1 is a diagram of an approximation equation and a trend curve of a correction term based on a mobile station antenna height according to regions.

제2도는 산악에 의한 회절손실 보정항 계산시 사용되는 연속된 곡면 모서리 형태의 장애물 모델.2 is an obstacle model in the form of a continuous curved edge used in calculating a diffraction loss correction term by a mountain.

제3도는 본 발명의 전파 예측방법에 대한 절차도.3 is a procedure for propagation prediction method of the present invention.

제4도는 본 발명의 전계강도 예측시 사용되는 시스템의 개략도.4 is a schematic diagram of a system used in predicting electric field strength of the present invention.

본 발명은 전파 전파(radio propagation) 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting radio propagation.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 이동통신 기지국 및 셀 설계의 기반이 되는 수신 지점의 전파 예측방법으로, 기지국 위치 및 안테나의 높이, 사용 주파수, 수신 지점 및 그 안테나 높이 등을 입력 파라미터로 하여 수신지점에서의 전계강도를 계산함으로써, 수신 지점의 전파예측을 할 수 있는 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention is a propagation prediction method of a reception point that is the basis of a mobile communication base station and cell design, and the reception point using the base station location and the height of the antenna, the frequency used, the reception point and the antenna height thereof as input parameters. The present invention relates to a method for predicting the propagation of a reception point by calculating the electric field strength at.

국내에서는 부분적으로 국내 지형의 특성을 고려하여 전계강도를 계산하기 위한 기본 모델에 보정인자를 포함시키는 연구가 시도된 바 있으나, 한국 지형의 특성을 체계적으로 분류하여 측정한 데이타는 아직 미흡하고, 대부분이 외국의 기존모델에 국내환경의 차이를 보정하여 전파 손실예측을 수행하고 있는 실정이다.In Korea, studies have been attempted to include correction factors in the basic model for calculating the electric field strength in part considering the characteristics of the Korean terrain, but the data measured by systematically classifying the characteristics of the Korean terrain are still insufficient. The existing model of this foreign country corrects the differences in the domestic environment to estimate the radio wave loss.

또한, 전파예측시 이용되는 종래의 전파 손실예측 모델은 보정항의 처리가 복잡하고, 계산량이 다량 내포되어 있기 때문에, 전파예측을 목적으로 사용되는 경우에는 오류를 야기시킬 수 있다.In addition, the conventional propagation loss prediction model used in propagation prediction is complicated in processing the correction term and includes a large amount of calculations, which may cause an error when used for propagation prediction purposes.

결국, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전계강도의 예측계산을 단순화하여 용이하게 적용할 수 있으며, 간편하면서도 정확하게 전파예측 결과를 얻을 수 있는 전파 전파 예측방법을 제공함에 있다.After all, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to simplify the prediction calculation of the electric field strength can be easily applied, and provides a radio wave propagation prediction method that can obtain a simple and accurate propagation prediction result Is in.

본 발명은 컴퓨터내 지형 데이터베이스에 구현된 이동통신 기지국 및 단말기, 그리고 이들이 속한 지역의 지형적 환경을 고려하여 단말기가 위치한 수신지점에서의 전계강도를 예측할 수 있는 방법으로, 이동통신 기지국 및 셀 설계시에 설치하고자 하는 기지국이 위치한 환경에서의 수신점의 대략적인 전계강도를 출력해 줌으로써, 다양한 환경변화에 따른 결과를 용이하게 시뮬레이션할 수 있다.The present invention is a method for estimating the electric field strength at the receiving point where the terminal is located in consideration of the mobile communication base station and the terminal implemented in the terrain database in the computer, and the geographic environment of the region to which they belong. By outputting the approximate electric field strength of the receiving point in the environment where the base station to be installed is located, the result of various environmental changes can be easily simulated.

이하, 본 발명에 따른 전파 전파 예측방법을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a radio wave propagation prediction method according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 전파 전파 예측방법에서는, 지형의 특성을 고려하여 제4도에 도시된 바와 같은 워크스테이션 컴퓨터의 지형 데이터베이스에 지형을 밀집대도시, 대도시, 중소도시, 개활지, 산악지대의 5개 지역으로 구분해놓고서, 각각의 지형특성에 따른 단말기 수신지점에서의 전계 강도를 나타낸다.In the propagation prediction method of the present invention, considering the characteristics of the terrain, the terrain is divided into five regions of dense metropolitan area, large city, small and medium city, open area, and mountainous area in the terrain database of the workstation computer as shown in FIG. The strength of the electric field at the terminal receiving point according to each terrain feature is shown.

상기 각 지역의 정의는 다음과 같다:The definition of each region is as follows:

- 밀집대도시 : 주변빌딩 10층 이상의 건물 밀집지대-Dense metropolitan city: Dense area of buildings with more than 10 stories

- 대도시 : 주변빌딩 5층 이상, 10층 미만의 빌딩지대-Metropolis: Building area with more than 5 stories and less than 10 stories

- 중소도시 : 주변빌딩 5층 미만의 저밀도 지역 및 중소도시-Small and medium-sized cities: Low-density areas and small and medium cities with less than 5 stories of surrounding buildings

- 개활지 : 건물의 높이가 3m 미만의 부락 및 평야지역-Opening area: village and plain area where the height of building is less than 3m

- 산악지대 : 송수신 지점이 가시거리(line-of-sight)가 아닌 지역Mountainous regions: areas where the transmit and receive points are not line-of-sight

본 발명에서는, 컴퓨터내 지형 데이터베이스에 의해서 추출한 기지국으로 부터 단말기까지의 수신거리 및 사용 주파수에 따른 전계강도 곡선을 기본 전계강도 곡선으로 정의하고, 개활지가 아닌 타 지역에 대한 결과를 얻기 위해, 적절한 보정항을 정의하여 기본 전계강도 곡선에서 가감되도록 설정한다.In the present invention, the field strength curve according to the receiving distance and the frequency of use from the base station to the terminal extracted by the in-computer terrain database is defined as the basic field strength curve, and appropriate correction is performed to obtain results for other regions other than open areas. Define terms to set up and subtract from the basic field strength curve.

본 발명에서 제시하는 기본 전계강도 곡선은 다음과 같다:The basic field strength curves presented in the present invention are as follows:

(1) 기본 전제조건:(1) Basic Prerequisites:

본 발명에서 이용되는 전파 손실예측 모델의 기본 전제조건은 점대지역(point-to-area) 예측방법과 점대점(point-to-point) 예측방법을 혼용한 방법으로, 수신안테나는 반파장 다이폴 기준이며, 기준 e.r.p.는 1KW이다.The basic prerequisite of the propagation loss prediction model used in the present invention is a method using a point-to-area prediction method and a point-to-point prediction method. The reference erp is 1 kW.

(2) 모델의 기본설정:(2) Basic setting of the model:

모델은 개활지의 전계강도를 기준으로, 각 지역에 따른 이동국 수신안테나 높이 및 산악지형에 대한 손실보정치의 산술합산을 기본으로 하며, 이러한 전계강도 예측 계산식은 다음과 같다:The model is based on the arithmetic sum of the loss compensation values for the mobile station receiving antenna height and mountain topography, based on the field strength of the open area, and the field strength prediction formula is as follows:

상기 식에서,Where

FS는 개활지에서의 기본 전계강도를 나타내고,FS represents the basic field strength at open areas,

DL은 산악에 의한 회절손실 보정항을 나타내며,DL represents the diffraction loss correction term caused by the mountain,

RAL은 이동국 수신안테나 높이에 의한 보정항을 나타내고,RAL represents a correction term based on the mobile station reception antenna height,

BAL은 기지국 안테나 높이에 의한 보정항을 나타낸다.BAL represents a correction term based on the base station antenna height.

(i) 개활지에서의 기본 전계강도(FS):(i) Basic field strength at open area (FS):

개활지에서의 기본 전계강도 FS는 다음과 같다:The basic field strength FS at open area is:

상기 식에서,Where

d는 기지국으로부터 이동국까지의 수신거리(Km)를 나타내며,d represents the reception distance (Km) from the base station to the mobile station,

f는 사용주파수(MHz)를 나타낸다.f represents the frequency used (MHz).

(ii) 이동국 수신안테나 높이에 의한 보정항(RAL):(ii) Correction term (RAL) by mobile station receiving antenna height:

수신 전계강도는 이동국의 안테나 높이에 의해 상당한 영향을 받으므로, 이러한 변동에 대한 보정항 RAL을 각 지역별로 제1도에 나타내었으며, 다음식으로 표현된다:Since the received field strength is significantly influenced by the antenna height of the mobile station, the correction term RAL for this variation is shown in Figure 1 for each region and is expressed as:

상기 식에서,Where

f는 사용주파수(MHz)를 나타내며,f represents the operating frequency (MHz),

hm은 이동국 수신 안테나의 높이(m)를 나타낸다.h m represents the height m of the mobile station receiving antenna.

(iii) 산악에 의한 회절손실 보정항(DL):(iii) the diffraction loss correction term due to the mountain (DL):

산악에 의한 회절손실 보정항(DL)은 단일 산악일 경우에는 다음 식으로 표현된다:In the case of a single mountain, the diffraction loss correction term (DL) due to the mountain is represented by the following equation:

이때, 2개 이상의 산악에 의한 장애물 보정에 대하여는 각 장애물에 따른 단일 산악 보정식에 의한 감쇄를 계산하고, 제2도에 도시된 연속된 곡면 모서리 형태의 장애물 모델에 따라 합산하는 방식으로 계산할 수 있다.At this time, for the obstacle correction by two or more mountains can be calculated by calculating the attenuation by a single mountain correction formula according to each obstacle, and summing according to the obstacle model of the continuous curved edge shape shown in FIG. .

제2도를 참조하면, 자유공간 손실에 대한 전체 전송손실은 다음식으로 표현된다:Referring to FIG. 2, the total transmission loss for free space loss is expressed by the following equation:

상기 식에서,Where

L'i는 i번째 곡면 모서리상에 회전손실(dB)을 나타내고,L ' i represents the rotation loss (dB) on the i th curved edge,

L(yz)는 각 장애물 상의 프레넬 반경에 따른 회절 손실을 나타내며,L (yz) represents the diffraction loss according to the Fresnel radius on each obstacle,

N은 보정계수를 나타낸다.N represents a correction factor.

이때, CN은 다음 식으로 표현된다:Where C N is represented by:

상기 식에서,Where

이다.to be.

(iv) 기지국 안테나 높이 보정항(BAL):(iv) Base station antenna height correction term (BAL):

기지국 안테나 높이 보정항은 다음과 같다:The base station antenna height correction term is as follows:

다음으로, 제3도는 지형 데이터베이스에서 이루어지는 본 발명의 전파 전파 예측 방법의 처리 흐름도이고, 제4도는 본 발명을 구현하기 위해 기지국에 연결되는 이더넷(Ethernet)을 통해 워크스테이션(Workstation), 백업장치, 하드 디스크 드라이브(HDD), 칼라 프린터, 레이저 프린터, 칼라 플로터 등으로 구성된 전계 강도 예측 시스템의 개략적 구성도이다.Next, FIG. 3 is a flowchart of a radio wave propagation prediction method of the present invention, which is performed in a terrain database. FIG. 4 is a workstation, a backup device, and an Ethernet device connected to a base station to implement the present invention. A schematic diagram of an electric field intensity prediction system including a hard disk drive (HDD), a color printer, a laser printer, and a color plotter.

본 발명의 전파 전파 예측방법을 제3도 및 제4도를 참조하여 설명한다.The radio wave propagation prediction method of the present invention will be described with reference to FIG. 3 and FIG.

본 발명은 상기 구분된 5개 지역에서 이동하고 있는 이동국의 수신점에서의 전계강도를, 기지국에 연결된 이더넷을 통해 워크스테이션(제4도)에 구현된 지형 데이터베이스에 의해 계산하여 전파를 예측한다. 이때, 워크스테이션에 구현된 지형 데이터베이스에는 밀집 대도시, 대도시, 중소도시, 개활지, 산악 지대로 지역으로 구분되어 구현되어 있다. 상기와 같이 기본 전계강도(FS)를 개활지를 기준으로 하여 지형 데이터베이스에서 미리 구한다. 한편, 이동국이 이동하고 있을 때에 기지국의 , 기지국 안테나 높이, 사용주파수, 수신지점, 이동국의 수신안테나 높이 등과 같은 파라메터를 지형 데이터베이스에서 입력받아 상기 구분된 지역을 선택하여 그 지역에 다른 해당 보정치들(DL, RAL, BAL)을 상기 구한 기본전계강도(FS)에 가감산함으로써 현재 단말기가 위치한 수신지점에서의 전계강도를 예측할 수 있는 것이다.The present invention calculates the electric field strength at the receiving point of the mobile station moving in the five divided regions by using the terrain database implemented in the workstation (FIG. 4) via Ethernet connected to the base station to predict the propagation. At this time, the terrain database implemented in the workstation is divided into a large city, a large city, a small city, a open area, a mountainous area. As described above, the basic electric field strength (FS) is previously obtained from the terrain database on the basis of the open land. On the other hand, when the mobile station is moving, it receives parameters such as base station antenna height, base station antenna frequency, receiving point, and receiving antenna height of the mobile station from the terrain database, selects the divided region, and selects other corresponding correction values in the region. By adding or subtracting DL, RAL, and BAL) to the base field strength FS obtained above, the electric field strength at the reception point where the current terminal is located can be predicted.

이와 같은 본 발명은 지형을 컴퓨터 지형 데이터베이스에 더 세부적으로 분류하여 적용할 경우에는, 더욱 더 정확한 예측결과를 얻을 수 있다.In the present invention, when the terrain is further classified and applied to the computer terrain database, more accurate prediction results can be obtained.

상기한 본 발명의 전파 예측방법은 전파 손실예측에 대한 계산을 단순화하여, 전파 예측에 용이하게 적용가능하며, 상호 수식표현이 유사하므로, 종래의 방법에 비하여 간편하게 정확한 예측결과를 얻을 수 있다.The above-described propagation prediction method of the present invention simplifies the calculation of propagation loss prediction, can be easily applied to propagation prediction, and since the mutual expressions are similar, it is possible to obtain accurate prediction results more easily than the conventional method.

Claims (1)

지형의 특성을 고려하여 컴퓨터내 지형 데이터베이스에 밀집 대도시, 대도시, 중소도시, 개활지, 산악지대의 5개 지역으로 구분해놓는 단계와; 상기 지형 데이터베이스에 의해서 상기 개활지를 기준으로 하여 추출한 기지국으로부터 이동국까지의 수신거리 및 사용 주파수에 따른 기본 전계강도(FS)를 계산하는 단계와; 및 상기 개활지 이외의 나머지 각 수신 지역에 대해 산악에 의한 회절손실 보정치(DL), 이동국 수신 안테나의 높이에 의한 보정치(RAL), 기지국 안테나 높이에 의한 보정치(BAL)를 상기 계산된 기본 전계강도(FS)에 가감하여 현재 이동국이 위치한 수신점에서의 전계강도(E)를 예측하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전파 전파 예측방법.Considering the characteristics of the terrain and classifying it into five regions of dense large cities, large cities, small and medium cities, open areas, and mountainous regions in the terrain database in the computer; Calculating a basic field strength (FS) according to a reception distance and a use frequency from a base station to a mobile station extracted based on the open area by the terrain database; And for the remaining reception areas other than the open area, the calculated diffraction loss correction value DL by the mountain, the correction value RAL by the height of the mobile station receiving antenna, and the correction value BAL by the base station antenna height are calculated. Estimating the electric field strength (E) at the reception point in which the current mobile station is located by adding or subtracting FS).
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