KR100205957B1 - 전기 영상 트리를 이용한 전파 경로 추적 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 전파 경로 추적 시스템에서의 전파 경로 추적 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 전파 경로 추적 시스템에서 이동통신시스템의 마이크로셀과 피코 셀의 전파환경을 기술하여 전파 경로 손실을 에측하기 위한 전파 경로 추적 방법을 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 주어진 송신기에 대하여 해석하고자 하는 영역내의 각 건물면에 의하여 생기는 전기 영상(image) 을 지정한 반사 횟수 및 회절 횟수 만큼 반복적으로 생성하고 이를 트리(tree) 구조의 데이터로 저장한 후에 주어진 수신기의 위치를 기준으로 이러한 트리를 검색함으로써 송신기로부터 수신기로 도달하는 전파 경로를 수신기로부터 역으로 추적하여 찾으므로, 실제로 수신기에 도달하는 전파 경로만을 검색하고 그 이외의 전파 경로는 검색하지 않기 때문에 시뮬레이션 수행시간을 현저히 감소시킬 수 있다.

4. 발명의 중요한 용도

마이크로셀과 피코셀의 전파 환경 예측에 이용됨

Description

전기 영상 트리를 이용한 전파 경로 추적 방법

본 발명은 전파 경로 추적 시스템에서 이동통신시스템의 마이크로 셀과 피코 셀의 전파전파 환경을 기술하여 전파 경로 손실을 예측하기 위한 전파 경로 추적 방법에 관한 것으로, 측히, 송신기와 수신기의 주변 건물 데이터를 이용하여 실제로 수신기에 도달하는 전파 경로만을 검색하고 그 이외의 전파 경로는 검색하지 않는 전파 경로 추적 방법에 관한 것이다.

최근에 이동통신에 대한 수요의 급증으로 인하여 한정된 주파수 자원으로 보다 많은 가입자를 수용하기 위한 마이크로 셀과 피코 셀에 대한 연구가 활발해지고 있다.

이것은 무선통신 수요의 증가에 따라 용량증가와 통화품질의 개선이라는 관점에서 점차 축소화된 셀 기술로 발전해가는 것을 보여준다.

여기서, 마이크로 셀이라 함은 반경 1㎞이내의 셀로서, 기존의 매크로 셀과 여러 가지 상이한 점이 많으며, 특히 전파전파 환경에서 두드러진 차이를 보인다. 매크로 셀에서는 전파전파 환경이 지형 및 건물의 분포에 의하여 특징지워졌으나, 마이크로 셀에서는 지형과 건물 분포외에도 건물 개개의 모양 및 배치에 의하여 전파전파 환경이 특징지워진다. 이것은 마이크로 셀 기술이 대부분 저속보행자를 위한 시스템에 응용하기 위한 것으로서, 마이크로 셀은 1㎞이내에서 셀 크기에 따라 낮은 송신전력(보통100m와트 이하)을 요구하고 안테나의 높이도 낮은 환경에 있기 때문이다.

따라서, 매크로 셀의 전파전파 환경을 기술하기 위한 실험적 전파전파 모델을 마이크로 셀에 그대로 적용하기에는 부적당하며, 마이크로 셀의 전파전파 환경을 기술하기 위한 새로운 전파전파 모델이 필요하게 되었다.

현재, 마이크로 셀의 전파전파 환경을 기술하기 위한 모델로는 전자파 광선 근사법(UTD : Uniform geometrical Theory of Diffraction)에 바탕을 둔 레이 트레이싱(ray tracing) 모델이 가장 우수한 것으로 인정받고 있다. 여기서, 전자파 광선근사법(UTD) 은 준 마이크로파 대역 이상의 전자파 신호의 전파 경로 예측에 사용될 수 있는 데, 반사나 회절 특성을 이용하여 계산하는 방식이다. 그런데, 이러한 종래의 레이 트레이싱(ray tracing)방식은 시뮬레이션 수행 시간이 상당히 오래 걸리는 문제점이 있었다.

따라서, 많은 사람들이 지형 데이터와 마이크로 셀 환경에서의 전파손실 등을 고려하여 기지국 치국 등의 문제에 적용하기 위하여 유연성있고, 효율적인 계산 과정을 갖는 전파환경 예측기법을 연구해 왔다.

종래의 레이 트레이싱(ray-tracing) 방법에 의한 시뮬레이션 수행 시간은 송신기에서 복사된 전자파가 수신기에 도달하는 전파 경로를 찾는 방법에 의하여 결정된다. 종래의 레이 트레이싱 방법은 크게 레이 슈팅(ray shooting) 방법과 레이튜브(ray tube) 방법의 두가지로 구분할 수 있다.

여기서, 레이 슈팅(ray shooting) 방법은 송신점으로부터 등간격으로 다수의 레이(ray)를 발사한 후에 각각의 레이(ray)를 추적하여 수신점에 도달하는 레이(ray)를 찾는 방법이다.

반면, 레이튜브(ray tube)방법은 제1도과 같이 송신점으로부터 등간격으로 다수의 레이 튜브(ray tube)를 발사한 후에 각각의 레이 튜브(ray tube)를 추적하여 수신점에 도달하는 레이튜브를 찾는 방법이다. 제1도는 종래의 레이튜브 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도이다. 여기서, 레이튜브란 다수의 레이의 묶음으로 같은 레이튜브내의 모든 레이는 같은 값을 가진다고 가정한다.

이러한 종래의 레이슈팅(ray shooting) 방법과 레이튜브(ray tube) 방법을 이용하면 실제로 수신기에 도달하는 전파 경로 뿐만아니라 수신기에 도달하지 않는 전파 경로까지 모두 검색함으로써 많은 시뮬게이션 수행시간을 소요되는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 주어진 송신기에 대하여 해석하고자 하는 영역내의 각 건물면에 의하여 생기는 전기 영상(image)을 지정한 반사 횟수 및 회절 회수만큼 반복적으로 생성하고 이를 트리(tree) 구조의 데이터로 저장한 후에 주어진 수신기의 위치를 기준으로 이러한 트리를 검색함으로써 송신기로 부터 수신기로 도달하는 전파 경로를 수신기로부터 역으로 축적하여 찾으므로 실제로 수신기에 도달하는 전파경로만을 검색하고 그 이외의 전파 경로는 검색하지 않기 때문에 시뮬레이션 수행시간을 현저히 감소시킬 수 있는 전파 경로 추적 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 종래의 레이튜브(Ray tube) 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도.

제2도는 반사점 산정을 위한 전파 경로 추적 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도.

제3도는 본 발명에 따른 반사점 산정을 위한 전파 경로 추적 방법의 흐름도.

제4도는 회절점 산정을 포함한 전파 경로 추적 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도.

제5도는 본 발명에 따른 회절점 산정을 포함한 전파 경로 추적 방법의 흐름도.

제6도는 송신기에 대한 전기 영상 트리의 형성 및 트리 역추적 과정의 구조도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예는, 전파 경로 추적 시스템에 적용되는 전파 경로 추적 방법에 있어서, 송신기측에서 찾은 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾아 반사된 전파로 인한 레이 튜브(ray tube)를 생성하여 전기 영상트리 구조로 저장하는 제1단계; 생성된 레이 튜브측에서 찾은 건물면들로부터 전기 영상 위치를 찾아 레이 튜브(ray tube)를 생성하여 전기 영상 트리 구조로 저장하는 과정을 소정의 반사 횟수까지 반복 수행하는 제2 단계; 및 주어진 수신기 위치를 기준으로 레이 튜브(ray tube) 데이터들을 전기 영상 트리 구조에서 검색하여 상기 송신기로부터 상기 수신기로 도달하는 전파 경로를 상기 수신기로부터 상기 송신기까지 역으로 추적하는 제3단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 전파 경로 추적 시스템에 적용되는 전파 경로 추적 방법에 있어서, 건물면의 각 모서리에 가상의 수신기를 두고 반사점 산정 방법을 이용하여 송신기로부터 상기 가상의 수신기에 도착하는 전파 경로를 찾은 후에 상기 건물면의 각 모서리에 가상의 송신기를 두고 반사점 산정 방법을 적용하여 상기 가상의 송신기에 대한 전기 영상 트리를 생성하는 과정을 소정의 회절 횟수까지 반복 수행하는 제1단계; 상기 가상의 송신기(회절점)에서 직접 경로 또는 여러번의 건물면 반사를 통하여 실제수신기에 도달하는 전파 경로를 찾는 제2단계; 및 상기 가상의 수신기까지의 전파 경로와 상기 실제수신기까지의 전파 경로를 조합하여 여러번의 반사와 회절의 조합으로 이루어지는 전파 경로를 찾아 수신점에서의 전파 손실을 측정하는 제3단계를 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 사용되는 용어를 정의하면 다음과 같다.

회절이라 함은 산란체의 불연속점에 입사하는 전자파에 의하여 형성되는 산란 현상을 가르킨다.

트리의 각 전기 영상은 소속되는 각 면과 함께 일종의 레이 튜브(ray tube) 를 형성한다.

본 발명에서 레이튜브(ray tube)라 함은 종래 방법에서의 정의와는 달리 어떤 건물면에 의한 반사파가 도달할 수 있는 범위를 나타내는 튜브(tube)로 정의한다.

본 발명의 방법을 적용하기 위해서는 지형 및 건물 데이터를 다음 3가지의 기본 가정에 따라 근사화할 필요가 있다.

첫째, 모든 건물을 일정한 높이를 가지는 다각형 유전체로 근사화한다.

둘째, 모든 건물의 벽을 지면에 항상 수직인 직사각형으로 근사화한다.

셋째, 지면은 평평하다.

제2도는 반사점 산정을 위한 전파 경로 추적 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도이고, 제3도는 본 발명에 따른 반사점 산정을 위한 전파 경로 추적 방법의 흐름도이다.

레이(ray)의 전파는 주변건물에 의한 반사와 회절로 나타나며, 제2도의 예시와 같이 건물면의 반사경로를 거쳐 송신기에서 수신기에 도달한다.

그 구체적인 동작을 살펴보면, 송신기의 위치(송신점)를 정하고(31) 주어진 건물에 대하여 송신기가 바라볼 수 있는 건물면들을 찾는다(32) 이때 각각의 건물면의 일부분 또는 전체를 찾는다.

위에서 구한 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾아 (33) 전기 영상의 위치, 소속된 건물면의 번호, 및 그 영상에 의한 전파 가능 경로 범위 각도(예; 제2도의 α₁)의 3 파라미터를 이용하여 반사된 전파로 인한 레이튜브(ray tube)를 형성한다(34). 이때, 각각의 전기 영상에 의한 레이 튜브는 송신점을 부모로 하는 트리 구조로 저장된다.

위에서 생성된 각각의 전기 영상에 의한 레이 튜브(ray tube)가 바라볼 수 있는 건물면들을 다시 찾고(35) 찾은 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾아(36) 그건물면에 의한 전기 영상의 위치, 소속된 건물면의 변호, 및 그 영상에 의한 전파 가능 경로 범위 각도(예; 제2도의 α₂) 를 이용하여 레이튜브(ray tube)를 생성한다. 이때, 생성된 각각의 전기 영상에 의한 레이 튜브는 그 이전의 전기 영상들을 부모로 하는 트리구조로 저장된다.

상기와 같이 2번의 반사에 의한 전기 영상 트리를 형성하면, 반사 횟수를 원하는 임계치와 비교하여 반사 횟수가 아직 임계치보다 작으면 상기 두번째 전기 영상 트리 형성과정(35 내지 37)부터 반복 수행하고, 반사 횟수가 임계치가 되면 다음과정을 수행한다(38); 이대, 형성된 전기 영상 트리는 제6도의 예시도와 같은 구조를 같는다.

이후, 반사 횟수가 임계치가 되면 주어진 수신기에 대하여 수신기가 바라볼 수 있는 건물면들을 찾는다(39). 이때, 각각의 건물면의 일부분 또는 전체를 찾는다. 이후, 형성한 전기 영상 트리로부터 수신기측에서 찾은 건물면에 소속된 전기 영상들을 찾는다(40).

위의 과정에서 찾은 전기 영상들이 나타내는 레이 튜브(ray tube) 들 가운데 수신기를 포함하는 레이 튜브(ray tube)를 찾는다.(41). 이렇게 찾은 레이 튜브(ray tube)의 갯수가 전체 전파 경로의 수가 된다(42).

이후, 찾은 레이튜브(ray tube)들을 기술하는 전기 영상 트리 구조를 이용하여 수신기에서 송신기까지 전파 경로를 추적한다(43). 이때, 제2도에서와 같이 각각의 전기 영상들을 연결하는 선과 소속된 건물들과의 교점이 건물면에서의 반사점이 되며, 송신기와 수신기 및 반사점들을 연결하는 선이 전파 경로가 된다.

이후, 레이 튜브의 수를 전파 경로수와 비교하여(44) 레이튜브의 수가 아직 전파 경로수보다 작으면 수신기를 포함하는 레이튜브를 찾는 과정(41)부터 반복 수행하고, 레이 튜브의 수가 전파 경로수가 되면 찾은 전파 경로수만큼 전파 경로별 신호들을 합하여 수신점에서의 전체 전파 손실을 계산한다(45).

제4도는 회절점 산정을 포함한 전파 경로 추적 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 회절점 산정을 포함한 전파 경로 추적방법의 흐름도이다.

전파전파 손실예측에서 가장 중요한 고려사항중의 하나는 회절 현상이다. 전파 경로상의 반사외에 회절로 인한 영향을 적용하기 위한 예를 제4도에 나타내었다. 전기 영상 1은 송신기(Tx) 에 의한 전기 영상을 나타내고, 전기 영상 a,b는 회절점에 의한 전기 영상을 나타낸다. 송신기에서 회절점까지의 레이경로(ray path)는 2개이고, 회절점에서 수신기(Rx)까지의 레이 경로는 3개이다. 이에따라 송신기에서 수신기까지의 레이 경로는 6개(2x3개)가 된다.

그 구체적인 동작을 살펴보면, 주어진 건물의 각 모서리에 가상의 수신기를 둔다(51). 첫 번째 반복 횟수인지를 판단하여(52) 첫 번째 반복 횟수이면 건물면의 반사점 산정 방법으로부터 여러번의 반사를 통하여 실제송신기들로부터 각각의 가상의 수신기에 도착하는 전파 경로를 찾고(53), 두 번째 반복 횟수 부터는 건물면의 반사점 산정 방법으로부터 여러번의 반사를 통하여 가상의 송신기들로부터 각각의 가상의 수신기에 도착하는 전파 경로를 찾는다(54).

전파 경로를 찾은 후에, 주어진 건물들의 각 모서리에 가상의 송신기들을 두고, 반사점 산정 방법을 적용하여 각각의 가상의 송신기에 대한 전기 영상 트리들을 형성한다(55).

이후, 반복 횟수를 회절 횟수와 비교하여(56) 반복 횟수가 회절 횟수보다 작으면 처음 과정(51)부터 반복 수행하고, 반복 횟수가 원하는 회절 횟수가 되면 가상의 송신기(회절점)들에서 직접 경로 또는 여러번의 건물면 반사를 통하여 실제수신기에 도달하는 전파 경로를 찾는다(57).

위에서 구한 가상의 수신기까지의 전파 경로와 실제수신기까지의 전파 경로의 조합으로 여러번의 반사와 회절의 조합으로 이루어지는 전파 경로를 찾아(58) 여러 전파 경로의 신호를 조합하여 수신점에서의 전파 손실을 측정한다(59).

이처럼 본 발명은 건물면 반사점 산정기법과 건물면 회절점 산정기법을 통하여 찾은 전파 경로에 지면 반사와 송,수신 안테나의 높이 차에 의한 반사점 및 회절점의 변화 등을 고려하여 해석하면 3차원 환경에 2차원 근사 특성을 적용할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 , 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 전파 손실을 예측하기 위한 레이튜브(ray tube) 기법에 적용되는 새로운 반사점 및 회절점 산정 알고리즘을 개발하여 상대적으로 적은 계산량을 갖으면서도 효율적으로 반사와 회절 등에 대한 손실 효과를 고려하여 보다 신뢰성 있는 전파 손실을 예측 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 전파 경로 추적 시스템에 적용되는 전파 경로 추적 방법에 있어서, 송신기측에서 찾은 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾아 반사된 전파로 인한 레이튜브(ray tube)를 생성하여 전기 영상 트리 구조로 저장하는 제1단계; 생성된 레이튜브측에서 찾은 건물면들로부터 전기 영상 위치를 찾아 레이튜브(ray tube)를 생성하여 전기 영상 트리 구조로 저장하는 과정을 소정의 반사 횟수까지 반복 수행하는 제2단계; 및 주어진 수신기 위치를 기준으로 레이튜브 데이터들을 전기 영상 트리 구조에서 검색하여 상기 송신기로부터 상기 수신기로 도달하는 전파 경로를 상기 수신기로부터 상기 송신기까지 역으로 추적하는 제3단계를 포함하여 이루어진 전파 경로 추적방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는 상기 송신기의 위치(송신점)를 정한 후에 주어진 건물에 대하여 상기 송신기가 바라보는 건물면들을 찾는 단계; 찾은 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾는 단계; 및 찾은 전기 영상의 위치, 소속된 건물면의 번호, 및 찾은 전기 영상에 의한 전파 가능 경로 범위의 각도를 이용하여 반사된 전파로 인한 레이튜브(ray tube)를 생성하여 송신점을 부모로 하는 전기 영상 트리 구조로 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파 경로 추적 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2단계는, 생성된 레이튜브가 바라보는 건물면들을 찾는 단계; 레이튜브가 찾은 건물면들로부터 전기 영상의 위치를 찾는 단계; 찾은 건물면에 의한 전기 영상의 위치, 소속된 건물면의 번호, 및 전기 영상에 의한 전파 가능 경로 범위의 각도를 이용하여 레이 튜브를 생성하여 바로 이전의 전기 영상들을 부모로 하는 전기 영상 트리 구조로 저장하는 단계; 및 반사 횟수를 원하는 임계치와 비교하여 반사 횟수가 소정의 임계치보다 작으면 생성된 레이튜브가 바라보는 건물면들을 찾는 단계부터 반복 수행하고, 반사 횟수가 상기 소정의 임계치가 되면 상기 제3 단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파 경로 추적 방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3단계는 상기 수신기가 바라보는 건물면들을 찾은 후에 생성한 전기 영상 트리로부터 수신기측에서 찾은 건물면에 소속된 전기 영상들을 찾는 단계; 찾은 전기 영상들이 나타내는 레이튜브들중 상기 수신기를 포함하는 레이튜브를 찾아 레이 투브의 수를 전파 경로수로 산정하는 단계; 찾은 레이 튜브(ray tube)들을 나타내는 전기 영상 트리 구조를 이용하여 상기 수신기에서 상기 송신기까지 역으로 전파 경로를 추적하는 단계; 및 레이 튜브의 수를 전파 경로수와 비교하여 레이튜브의 수가 전파 경로수보다 작으면 상기 수신기를 포함하는 레이 튜브를 찾는 과정부터 반복 수행하고, 레이 튜브의 수가 전파 경로수가 되면 전파 경로별 신호들을 합하여 수신점에서의 전파 손실을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파 경로 추적 방법.
5. 전파 경로 추적 시스템에 적용되는 전파 경로 추적 방법에 있어서 건물면의 각 모서리에 가상의 수신기를 두고 반사점 산정 방법을 이용하여 송신기로부터 상기 가상의 수신기에 도착하는 전파 경로를 찾은 후에 상기 건물면의 각 모서리에 가상의 송신기를 두고 반사점 산정방법을 적용하여 상기 가상의 송신기에 대한 전기 영상 트리를 생성하는 과정을 소정의 회절 횟수까지 반복 수행하는 제1단계; 상기 가상의 송신기(회절점)에서 직접 경로 또는 여러번의 건물면 반사를 통하여 실제수신기에 도달하는 전파 경로를 찾는 제2단계; 및 상기 가상의 수신기까지의 전파 경로와 상기 실제수신기까지의 전파 경로를 조합하여 여러번의 반사와 회절의 조합으로 이루어지는 전파 경로를 찾아 수신점에서의 전파 손실을 측정하는 제3단계를 포함하여 이루어진 전파 경로 추적 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1단계는, 주어진 건물의 각 모서리에 가상의 수신기를 설정한 후에 첫 번째 반복 횟수 인지를 판단하는 단계; 상기 단계의 판단 결과, 첫 번째 반복 횟수이면 건물면의 반사점 산정 방법을 이용하여 여러번의 반사를 통하여 실제송신기로 부터 각각의 가상의 수신기에 도달하는 전파 경로를 찾고 두 번째 반복 횟수부터는 건물면의 반사점 산정 방법을 이용하여 여러번의 반사를 통하여 상기 가상의 송신기로부터 각각의 가상의 수신기에 도달하는 전파 경로를 찾는 단계; 전파 경로를 찾은 후에 상기 주어진 건물의 각 모서리에 상기 가상의 송신기를 설정한 후에 반사점 산정 방법을 이용하여 상기 각각의 가상의 송신기에 대한 전기 영상 트리를 생성하는 단계; 및 반복 횟수를 회절 횟수와 비교하여 반복 횟수가 회절 횟수보다 작으면 처음부터 반복 수행하고, 반복 횟수가 원하는 회절 횟수가 되면 상기 제2단계를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파 경로 추적 방법.