KR100194637B1 - 마이크로셀을 위한 송신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로셀 환경에서 도로를 따라 가로의 수신신호의 세기와 세로의 수신신호의 세기를 다르게 조절할 수 있는 송신방법에 관한 것으로서, 그 특징은 도시의 건물들로 인한 도파관 효과를 이용한 마이크로셀을 위한 송신방법에 있어서, 마이크로셀 환경에서 제1도로와 제2도로가 교차하는 교차로에서 상기 제1도로를 따라 소정개수의 송신 안테나를 소정의 간격으로 나란히 배열하는 제1과정 및 상기 나란히 배열된 소정개수의 송신 안테나에 소정의 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 제2과정으로 이루어지는 데에 있으므로, 상술한 바와 같은 본 발명은 각 다중 경로파의 크기가 반으로 줄어들고 다중 경로파의 수가 두 배로 늘어나므로 페이딩(fading)의 크기가 작아지기 때문에 페이딩 감소효과도 얻는다.

Description

마이크로셀을 위한 송신방법

제1도는 한 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나의 구조와 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나의 구조를 비교한 구조 비교도.

제2도 (a)와 (b)는 마이크로셀에서 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나를 이용한 전파환경 구조도.

제3도는 두 개의 요소 안테나 사이의 간격의 변화에 따른 수신신호 세기의 차를 나타낸 그래프.

제4도는 두 개의 요소 안테나 간격과 200m 지점에서의 평균 신호 세기를 도시한 그래프.

제5도는 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역과 하나의 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역의 차이를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 한 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나

11 : 송신 전력(P_t) 20,30 : 두 개의 요소 안테나

40 : 분배기 50,60 : 반사체면

70 : Rx 80 : Tx 안테나

본 발명은 마이크로셀을 위한 송신방법에 관한 것으로서, 특히 마이크로셀 환경에서 도로를 따라 가로의 수신신호의 세기와 세로의 수신신호의 세기를 다르게 조절할 수 있는 송신방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로셀 환경에서의 전파특성은 기지국 높이가 주위 건물보다 낮으므로 도파관 효과로 인한 수신신호의 증바로 인하여 매크로셀 환경에서의 수신 전계강도보다 더 큰 값을 얻을 수 있다.

이와 같은 도파관 효과는 서비스 반경이 약 500m 이내로서 상대적으로 매우 작은 마이크로셀에서는 장점뿐만 아니라 단점이 될 수도 있는 것이다.

즉, 종래의 하나의 송신 안테나를 이용하여 마이크로셀 환경을 구축한 경우에는 작은 송신전력으로도 서비스 영역에 적절한 전력을 제공할 수 있었으며 가입자 수를 증가시킬 수는 있지만, 동일 채널을 사용하는 인접한 셀에까지 전파되어 간섭을 일으켜 통신용량을 줄이는 요인이 되기도 하였으며 셀 계획(cell planning)도 어려웠다는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 거리에 따른 전파의 감쇠상수를 조절함으로써 높은 통화품질을 유지하면서 인접셀에 대한 간섭을 방지하는 마이크로셀을 위한 송신방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 도시의 건물들로 인한 도파관 효과를 이용한 마이크로셀을 위한 송신방법에 있어서, 마이크로셀 환경에서 제1도로와 제2도로가 교차하는 교차로에서 상기 제1도로를 따라 소정개수의 송신 안테나를 소정의 간격으로 나란히 배열하는 제1과정 및 상기 나란히 배열된 소정개수의 송신 안테나에 소정의 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 제2과정으로 이루어지는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 도시의 건물들로 인한 도파관 효과를 이용한 마이크로셀을 위한 송신방법에 있어서, 마이크로셀 환경에서 제1도로와 제2도로가 교차하는 교차로에서 상기 제1도로를 따라 2개의 송신 안테나를 소정의 간격으로 나란히 배열하는 제1과정 및 상기 나란히 배열된 2개의 송신 안테나에 동일한 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 제2과정으로 이루어지는 데에 있다.

인접셀에 대한 간섭을 줄이는 방법으로는, 송신전력을 줄이는 방법과 거리에 따른 전파의 감쇠상수를 조절하는 방법이 있다.

송신전력을 줄이는 방법은, 인접셀에 대한 간섭은 줄일 수 있으나 서비스 영역에서의 수신신호의 약화로 통화품질이 저하되는 수도 있다는 단점을 가지고 있다.

그래서 거리에 따른 전파의 감쇠상수를 조절하여 일정한 거리 이내에서는 전파의 강도가 적게 감쇠하고 일정한 거리를 벗어나면 전파의 강도가 급격히 감쇠하여 다른 셀에 간섭을 일으키지 못하도록 하는 것이 보다 효과적이라 할 수 있다.

이는 두 개의 안테나를 배열하여 송신함으로써 구현할 수 있는데, 인접셀에서의 간섭현상을 무시할 수 있거나 특정한 방향으로 보다 멀리 전파시켜야 하는 경우에는 두 개의 배열 안테나의 위치를 전파하고자 하는 방향과 직교하게 배열하면 다중 경로파들의 특성을 이용하여 보다 멀리 전파하게 할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들 중의 하나를 상세히 설명한다.

제1도는 한 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나의 구조와 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나의 구조를 비교한 구조 비교도이다.

제1도를 참조하여 한 개의 요소 안테나(10)로 구성된 송신 안테나의 구조와 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나(20,30)의 구조를 비교하면 다음과 같다.

한 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나(10)는 그 안테나로 송신전력 P_t(11)를 보낸다.

두 개의 요소 안테나(20,30)로 구성 된 송신 안테나(20,30)는 송신 전력 P_t(11)를 분배기(40)를 통하여 P_t/2 씩 각각의 요소 안테나(20,30)로 보내어 송신한다.

이때, 두 개의 요소 안테나(20,30)의 간격을 적절히 조절할 수 있다.

물론 간격이 변하면 분배기(40)로부터 안테나(20,30)까지의 길이가 변하므로 그에 따른 임피던스도 변한다.

그래서 임피던스의 변화도 고려하여 분배기(40)에서 전력이 반사되지 않고 전력이 다 전송될 수 있도록 설계한다.

제2도 (a)와 (b)는 마이크로셀에서 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나를 이용한 전파환경 구조도.

제2도 (a)와 (b)를 참조하여 마이크로셀에서 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나(20,30)를 이용한 전파환경 구조에 관하여 설명하면 다음과 같다.

전자장의 어레이 안테나 이론에 따라 안테나의 배열방향과 수직인 방향으로 가장 큰 전력이 전송되고 안테나의 배열방향과 같은 방향으로는 가장 적은 전력이 전송된다.

그래서, 전파의 감쇠상수를 크게 하고자 하는 경우에는 (a)와 같이 도로 방향과 나란하게 놓인 두 안테나의 간격을 적절히 조절함으로써 적절한 크기의 감쇠상수를 얻을 수 있다.

그리고 전파의 감쇠상수를 작게 하고자 하는 경우에는 (b)와 같이 도로 방향과 직교하게 두 안테나를 놓으면 작은 감쇠상수를 얻어 멀리까지 전파시킬 수 있다.

또한 두 안테나의 간격을 적절히 조절함으로써 젖절한 크기의 감쇠상수를 얻을수도 있다.

제3도는 두 개의 요소 안테나 사이의 간격의 변화에 따른 수신신호 세기의 차이를 나타낸 그래프이다.

제3도를 참조하여 두 개의 요소 안테나 사이의 간격의 변화에 따른 수신신호 세기의 차이에 관하여 설명하면 다음과 같다.

이는 각 경우에 대하여 전체 송신전력을 0dBm, 송신 안테나 높이를 l0m으로 하고 수신 안테나 높이를 1.5m으로 하며 폭이 40m이며 도로 양쪽에 건물이 있는 경우 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.

두 개의 요소 안테나의 간격을 λ/2로 하면 dl0×(h_b+h_m)인 경우에는 하나의 송신 안테나로 송신하는 종래의 송신방법에 비해 더 큰 수신전력으로 신호가 수신되고 dl0×(h_b+h_m)인 경우에는 감쇠상수가 거리에 대해 2승에서 4승으로 커져 더 작은 수신전력으로 신호가 수신되어 세기가 종래의 송신방법에 비해 더욱 급격히 감쇠하는 현상을 볼 수 있다.

여기서, λ는 한 파장의 길이이고 d는 송신 안테나로부터 이동국까지의 거리이며 h_b는 기지국 안테나의 높이이고 h_m은 이동국 안테나의 높이이다.

또한, 간격을 λ로 하면 감쇠상수가 거리에 대해 2승이 되며 전체적으로 약 3dB만큼 증가한다.

따라서 두 요소 안테나의 간격을 적절하게 변화시키면 2승에서 4승까지의 서로 다른 감쇠상수를 얻을 수 있어 서비스 영역의 크기를 조절할 수 있으며 이에 따른 인접셀에의 간섭을 줄일 수 있다.

제4도는 두 개의 요소 안테나 간격과 200m 지점에서의 평균 신호 세기를 도시한 그래프이다.

제4도를 참조하여 두 개의 요소 안테나 간격과 200m 지점에서의 평균 신호 세기에 관하여 설명하면 다음과 같다.

하나의 안테나를 사용하면 감쇠상수가 일정한 반면에 두 개의 안테나를 배열하여 송신하면 안테나 간격에 따라 감쇠상수가 변함을 알 수 있다.

두 요소 안테나를 λ/2 이상의 간격을 가지고 도로 방향과 직교하게 배치한 후에 일정한 거리에서의 수신신호의 세기를 구하면 수신신호의 세기가 거의 일정하게 약 3dB만큼 증가한다.

왜냐하면 두 개의 요소 안테나의 각각에서 발산된 전파의 위상차가 거의 없게 되며, 따라서 한 개의 안테나에 비해 두 배의 경로가 생기게 된다.

그러므로, 송신전력이 P_t/2로 송신되더라도 이들 전파에 대한 수신전력은 각 전파의 제곱에 비례하게 되어 두 배로 커지게 됨을 알 수 있다.

그리고 두 안테나를 도로 방향과 나란하게 놓은 상태에서는 두 안테나 사이의 간격이 반 파장인 경우에 수신전력이 가장 적고 두 안테나 사이의 간격이 한 파장 길이의 정수배인 경우에 수신전력이 가장 큰 것을 알 수 있다.

그래서 두 개의 안테나를 배열하여 사용하면 두 요소 안테나 사이의 간격을 조절함으로써 감쇠상수를 조절할 수 있는 것이다.

제5도는 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역과 하나의 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역의 차이를 도시한 도면이다.

제5도를 참조하여 두 개의 요소 안테나로 구성된 송신 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역과 하나의 안테나를 이용했을 때의 서비스 영역의 차이를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 안테나 구조를 이용하여 사거리의 한 지점에 λ/2의 간격을 가진 송신 안테나를 설치한 후 서비스 영역을 도시한 것이다.

여기서 임계치는 -85dBm이다.

하나의 안테나에 의한 서비스 영역에 비해 가로 방향으로는 약 200m 더 크고 세로 방향으로는 약 250m 더 적은 서비스 영역을 갖게되어 필요한 경우에 이와 같이 함으로써, 동일한 송신전력으로 매우 큰 효과를 얻을 수도 있다.

또한 본 발명은 하나의 송신 안테나에 이용되는 송신전력을 두 개의 안테나에 단순히 나누어 송신할 뿐이므로 수신 안테나에서의 다이버시티 기법에 비해 구조가 매우 간단하다.

여기서, 다이버시티 기법이란 여러 개의 수신 안테나를 여러 곳에 설치하여 각각의 수신 안테나를 통하여 수신된 신호를 받는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 각 다중 경로파의 크기가 반으로 줄어들고 다중 경로파의 수가 두 배로 늘어나므로 페이딩(fading)의 크기가 작아지기 때문에 페이딩 감소효과도 얻는다.

이 외에 두 개의 송신 안테나를 이용함으로써, 자연신호의 수도 역시 두배로 늘어나므로 CDMA 시스템과 같이 레이크(rake) 수신기를 이용하는 시스템에서는 통신용량의 증대효과를 얻는다.

여기서 레이크 수신기는 다수의 다중경로 도래신호를 독립적으로 추적할 수 있는 수신장치이다.

따라서 본 발명은, CDMA 시스템과 같이 여러개의 수신 안테나를 여러곳에 설치하여 각각의 수신 안테나를 통하여 수신된 신호를 받는 레이크(RAKE) 수신기를 이용하는 시스템에서는 통신용량의 증대효과를 얻는다.

또한, 시티 폰 서비스와 같이 옴니 안테나를 이용한 마이크로 셀 환경에서 효과적으로 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. 도시의 건물들로 인한 도파관 효과를 이용한 마이크로셀을 위한 송신방법에 있어서, 마이크로셀 환경에서 제1도로와 제2도로가 교차하는 교차로에서 상기 제1도로를 따라 소정개수의 송신 안테나를 소정의 간격으로 나란히 배열하는 제1과정; 및 상기 나란히 배열된 소정개수의 송신 안테나에 소정의 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 제2과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송신방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1과정에서 상기 송신 안테나 2개를 나란히 배열하는 것을 특징으로 하는 송신방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2과정에서 상기 송신 안테나에 동일한 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 송신방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2과정에서 상기 송신 안테나의 간격을 상기 마이크로셀의 모양에 따라 다르게 만드는 것을 특징으로 하는 송신방법.
5. 도시의 건물들로 인한 도파관 효과를 이용한 마이크로셀을 위한 송신방법에 있어서, 마이크로셀 환경에서 제1도로와 제2도로가 교차하는 교차로에서 상기 제1도로를 따라 2개의 송신 안테나를 소정의 간격으로 나란히 배열하는 제1과정; 및 상기 나란히 배열된 2개의 송신 안테나에 동일한 전력비율로 전력을 공급하여 신호를 송신하는 제2 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송신방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2과정에서 상기 송신 안테나의 간격을 상기 마이크로셀의 모양에 따라 다르게 만드는 것을 특징으로 하는 송신방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로셀의 모양이 상기 제1도로의 방향으로의 길이가 상기 제2도로의 방향으로의 길이에 비해 매우 짤을 때에는 상기 송신 안테나의 간격을 송신 신호의 반파장의 길이의 홀수배 또는 그와 비슷한 길이로 하고; 상기 마이크로셀의 모양이 상기 제1도로의 방향으로의 길이가 상기 제2도로의 방향으로의 길이에 비해 약간만 짧거나 같을 때에는 상기 송신 안테나의 간격을 상기 송신 신호의 파장의 길이의 정수배 또는 그와 비슷한 길이로 하며; 상기 마이크로셀의 모양이 위의 두 경우의 중간 정도인 경우에는 상기 송신 안테나의 간격을 상기 송신 신호의 반파장의 길이의 짝수배와 홀수배의 중간 정도의 길이로 하는 것을 특징으로 하는 송신방법.