KR100434277B1 - 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법 - Google Patents

동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법에 관한 것으로 특히 동시방송 전송 시스템에서의 기지국 및 중계기간 거리를 최적화하여 페이딩 현상의 감소 및 수신 감도를 향상할 수 있는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법에 관한 것이다. 이와 같은 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법은 복수 개의 분산 안테나들을 사용하여 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기와 광속도의 곱을 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들간의 경로차로 나누어 상기 복수 개의 분산 안테나간 설치 거리를 구한다.

Description

동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법{Method for forming distribute antenna in simulcast transmission system}
본 발명은 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법에 관한 것으로 특히 동시방송 전송 시스템에서의 기지국 및 중계기간 거리를 최적화하여 페이딩 현상의 감소 및 수신 감도를 향상할 수 있는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 이동 단말기(휴대폰), 기지국(BTS : Base Transceiver Station), 기지국 제어기(BSC : Base Station Controller) 및 교환국(MSC : MobileSwitching Center)으로 구성되며, 기지국은 이동 단말기와 기지국 제어기사이에서의 신호 포맷을 분산 안테나 형성 링크와 유선 링크에 적합하도록 바꾸며, 기지국 제어기는 기지국의 각 요소별 기능과 셀 운용자 사이의 접속 수단이 되며, 기지국 운용 관리, 기지국내의 하드웨어와 소프트웨어의 서비스 상태 관리, 호 트래픽에 대한 자원의 할당과 구성, 기지국 운용에 관한 정보수집, 기지국 운용, 감시 및 고정에 관련된 하부장치 등의 감시 기능을 수행한다. 그리고, 교환국은 기지국 제어기 관리 및 이동 통신 네트워크와 일반전화망 혹은 동일 이동 통신 시스템의 이동 교환국간 사용자 트래픽을 위한 접속점을 구성한다.
그리고 이동 통신 시스템에는 다수개의 기지국을 갖는 동시방송 시스템이 있는데, 동시방송 전송 시스템은 다수개의 기지국을 갖고 기지국과 기지국간의 신호의 중첩지역에서 기지국에서 데이터를 전송하는 시간의 불일치로 발생되는 신호의 위상차로 인한 수신율의 저하를 방지하기 위하여 이용된다.
이와 같은 동시방송 전송 시스템에서 이용되는 기지국내의 송신기들의 메시지 전송을 자동적으로 동기화하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되어 있고 또한 현재 사용되고 있다.
대표적으로는 대한민국 특허출원 1994-704297호(동시방송전송 시스템을 동기화하기 위한 방법 및 장치)등이 있는데 이와 같은 동시방송전송 시스템은 주로 시간 지연을 보상하는 장치 및 방법에 대한 내용이 주류로써 분산형 안테나의 설치 방법에 대하여는 특별히 언급되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 동시방송 전송 시스템에서의 동시전송시 분산 안테나의 설치를 최적화 할 수 있으므로 이동 단말기의 송수신 특성을 최적화할 수 있는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법은, 복수 개의 분산 안테나들을 사용하여 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에서, 상기 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기와 광속도의 곱을 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들간의 경로차로 나누어 상기 복수 개의 분산 안테나간 설치 거리를 구하는 것이 제1 특징이다.
바람직하게 상기 분산 안테나간 설치거리는 두 개의 분산 안테나간 설치 거리이며, 상기 복수개의 분산 안테나간의 경로차는 상기 두 개의 분산 안테나의 동시전송 영역에서의 경로차이다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 기지국/제어기가 복수 개의 분산 안테나들로부터 수신된 이동 단말기 신호들에서 구해지는 상기 이동 단말기와 복수 개의 분산 안테나들 간의 경로 차이를 광속도로 나누어 경로 지연 시간을 계산하고, 상기 분산 안테나들 간의 거리를 상기 광속도로 나누어 전송로 지연 시간을 계산하는 단계와, 상기 계산된 지연 시간들을 더하여 상기 분산 안테나들 간의 신호 지연 시간을 계산하는 단계와, 상기 신호 지연 시간으로부터 상기 분산 안테나들 간의 최소 설치거리를 구하는 단계를 포함한다는 것이다.
바람직하게 상기 분산 안테나간 최소 설치 거리는 두 개의 분산 안테나간 최소 설치 거리이다.
그리고 상기 신호 지연 시간이 상기 분산 안테나들을 통해 상기 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기 보다 큰 값인 조건을 만족할 때를 상기 최소 설치거리로 계산한다.
또한, 상기 최소 설치거리는 상기 분산 안테나들을 통해 상기 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기와 광속도의 곱을 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들간의 경로차로 나누어 구한다.
도 1은 일반적인 동시전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법을 설명하기 위한 도면
도 2는 도 1에 나타낸 동시전송 시스템에서의 시간지연장치를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명에 따른 동시전송 시스템에서의 분산형 안테나간 최적의 이격거리를 설명하기 위한 도면
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 동시전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 동시전송 시스템에서의 시간지연장치를 설명하기 위한 도면이다.
동시전송 시스템에서의 분산형 안테나 설치 방법은, 매크로 셀내에서의 분산형 안테나 설치 방법을 나타낸 것으로, 도 1에서는 매크로 셀(Macro cell)(200)내에 복수개의 분산형 안테나(제 1 내지 제 5 분산형 안테나)(410,420,430,440,450))들이 설치되어 있는 것을 나타내고 있다.
이때 제 1 내지 제 5 분산형 안테나(410,420,430,440,450)는 기지국/중계기(100)에 연결된다.
이와 같은 일반적인 동시전송 시스템에서 분산형 안테나 설치 방법의 특징은 분산형 안테나들이 서로 직접 바라보지 않게 설치한다는 것이다. 이때 각각의 분산형 안테나(410,420,430,440,450)들이 서로 직접 바라보지 않게 설치하면 페이딩(fading) 현상이 감소하며, 수신신호의 크기는 약 2배정도 증가한다.
특히 도 1에 나타낸 일반적인 동시전송 시스템을 코드분할다중접속(CDMA) 방식의 이동 단말기에 통신 서비스를 제공하는 기지국 및 중계기(100) 설치시에는 레이크 수신기(Rake Receiver)의 효과를 증대하기 위해서 적절한 분산형 안테나(400)와 기지국/중계기 사이에 시간지연 장치(500)를 설치한다.
즉 코드분할다중접속 방식은 레이크 수신기를 사용하여 다중경로신호를 분리해 내는데 이를 위하여 각 신호들간의 최소 시간 지연이 필요하며 이러한 지연을 위해 분산형 안테나가 이격되어 있거나 시간지연 장치(500)가 있어야 하는 것이다.
이때 레이크 수신기란 코드분할다중접속 방식의 중요한 특징 중의 하나로써, 레이크 수신기는 서로 시간차(지연)가 있는 두 신호를 분리해 낼 수 있는 기능을 가진 수신기를 말하는 것으로, 코드분할다중접속의 대역확산 원리에 의해서 얻을 수 있는 특성이다.
전자파를 이용하여 통신을 할 때 전송품질에 영향을 주는 현상 중에 가장 큰 영향을 주는 요인이 다중경로에 의한 페이딩인데, 다중경로에 의한 페이딩은 서로 다른 경로로 수신기에 도착한 신호의 위상차이(시간 지연 차이)에 의해서 발생하는 것이다.
이러한 페이딩은 신호의 크기를 감소시키므로, 전송에러를 집중적으로 발생시킨다. 그리고 시간지연은 신호간 간섭 (ISI : Inter-symbol Interference)을 발생시킨다. 대개의 전파를 이용한 통신방식에서는 페이딩은 다이버시티 기법을 이용하여 어느 정도 극복을 하고 있으며, 시간지연은 각 시간지연을 보상하는 등화기(Equalizer)를 이용하여 신호간 간섭을 줄이고 있다.
즉 CDMA에서는 시간차를 가지고 수신되어도 서로 독립된 신호로 인식하므로, 마치 시간 다이버시티와 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다. 이와 같이 서로 다른 경로(또는 시간 차이)로 도착한 신호를 분리할 수 있는 이러한 수신기를 레이크 수신기라 한다.
그러나 두 신호의 시간지연 차이가 1 chip(여기서 chip은 확산코드 한 펄스의 간격으로 데이터의 비트와 구별하여 사용한다. QCDMA(Up-banded IS-95)인 경우 확산속도가 1.2288 Mbps이므로 한 chip의 시간은 0.814㎲이다)보다 짧으면 레이크 수신기에 의한 신호분리를 할 수 없으므로 이때는 신호에 나쁜 영향을 미치게 된다.
이동 통신 환경(매크로셀 : 셀 반경이 5 km ~ 20 km 정도 되는 셀인 경우)에서 나타나는 옥외의 지연특성은 약 2㎲에서 3㎲ 정도로 알려져 있으므로, 이러한 환경에서는 레이크 수신기로 큰 효과를 얻을 수 있다.
이때 미설명 부호 310부터 350은 제 1 내지 제 5 분산형 안테나(410,420,430,440,450)의 송수신 영역을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 동시전송 시스템에서의 분산형 안테나의 최적의 이격거리를 설명하기 위한 도면이다.
여기서 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 거리가 L 이고, 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)의 중심점(midpoint)과 기지국/중계기(Center Base Station :CBS)(100)까지의 거리를 D라 하며, 이동 단말기(500)에서의 출력을 두 개의 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)에서 수신하였다고 하면, 제 2 분산 안테나(420)로부터 기지국/중계기(CBS)(100)에 들어오는 신호는 제 1 분산 안테나(410)에 비해 T의 지연시간을 갖는다.
이때 시간 T는 다음 식1에 의해 구할 수 있다.
T= 2u/c + L/(c/2) = (2u+2L)/c
여기서 2u는 이동 단말기(500)와 두 개의 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 경로차이고, L은 앞에서도 설명한 바와 같이 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 거리이며, c는 자유공간에서의 광속도(3 ×108m)이다.
그리고 2u/c는 이동 단말기(500)와 두 개의 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 경로차에 의한 지연이고, L/(c/2)은 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)와 기지국/중계기(CSB)(100)사이의 동축 전송로에 의한 시간 지연을 나타낸다.
이때 이동 단말기(500)와 두 개의 제 1, 제 2 안테나(410,420)간의 경로차(2u)의 범위는 단순히 생각하면 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 거리(L)에 의해 0∼L이 아닌 두 분산 안테나(410,420)에 의해 만들어지는 동시전송 영역(simulcasting region)에서의 경로차를 적용하여야 한다.
이와 같은 동시전송 영역 폭(simulcasting region width)은 두 분산안테나(410,420)간의 거리(L)를 알면 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 동시전송 영역(simulcasting region)을 알 수 있고, 이때 동시전송 영역 폭을 W_4라 했을 때 이동 단말기(500)와 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 경로차인 2u가 된다. 이때, 동시전송 영역폭은 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 중심점(midpoint)에서 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)쪽으로의 폭인데, 이 지역을 벗어나면 신호의 크기가 상대적으로 아주 작기 때문에 하나의 분산 안테나와 이동 단말간(500)의 통신으로 보아도 무리가 없다. 이와 같은 두 개의 분산 안테나간의 동시전송 영역 폭 W_4는 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간 거리에 0.14를 곱하여 구한다. 즉 W_4는 0.14L(m)로 알려져 있다.
그러므로 동시전송 영역폭인 W_4가 이동 단말기(500)와 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 경로차인 2u가 된다.
이때 이동 단말기(500)와 기지국/중계기(CSB)(100)간의 신호 전송이 왜곡없이 바르게 되기 위해서는 기저대역에서 펄스의 길이(d)가 시간 지연의 두 배 이상이 되어야 한다. 즉 2T〈 d가 되야 한다.
그리고 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)의 높이를 각각 ha, hb라 했을 때, ha = hb = 5m(Meter)이고, 이동 단말기(500)의 안테나 높이를 hm이라 했을 때, hm = 1.5m 이며, 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 거리 L=300m, 이동 단말기(500)와 제 1, 제 2 분산 안테나(410,420)간의 경로차 2u=42m일 때, 최대 허용 가능한 지연시간은 T = 2.28㎲이 된다.
이때, 전송률이 72Kbps인 CT-2(일명 시티폰)의 경우는 허용 가능 시간 지연이 6.95㎲이하이므로 지연(DELAY)을 허락해도 되지만, 271Kbps의 전송률을 갖는 GSM(Global System for Mobile communication)의 경우는 허용가능 시간 지연이 1.845㎲이하이므로 최대 허용 가능한 지연을 고려해야 한다.
일반적으로 분산안테나간의 거리는 도심지역에서는 500m, 농촌지역에서는 약 1,700m 정도의 거리를 두며, 이는 가입자의 밀도, 지형 등을 고려하여야 하는데, 동시전송을 하는 분산안테나와 분산안테나간의 거리는 분산안테나를 통해 전송되는 칩(CHIP)의 폭(SEC)에 따라서 최소 거리가 결정된다.
코드분할 다중접속(CDMA) 방식의 경우 숏 PN 코드의 1 PN 코드의 칩(chip) 수는 215개(32768개)이다. 이 PN 코드의 주기는 26.67 ×10-3/32768=8.139 ×10-7(sec)이 되고, 수신 신호의 지연(다중 다중경로 지연(multipath delay 등))을 T라 할 때 T가 1개의 칩 폭(width)(Tc)보다 크면 상관(correlation)을 통하여 두 신호의 구분이 가능하게 된다. 즉, 두 신호의 상관도 γ= 0이 되므로 구분이 된다. 그러므로 T 〉Tc 이어야 지연에 상관없이 수신할 수 있다.
따라서 수학식 1에 나타내었던 지연시간 T는 다음 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
T = (2.14 ×L)/c 분산 안테나 간의 동시전송 영역 폭인 W_4는 0.14L로 알려져 있고, 0.14L은 두 분산 안테나 간의 경로차인 2u가 되므로, 2u를 0.14L로 치환하여 상기한 식 2가 된다.
이때 앞에서 설명한 바와 같이, T 〉Tc 이므로, 수학식 2는 다음 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
(2.14 ×L)/c 〉Tc
여기서, 수학식 3은 다음과 같이 수학식 4로 나타낼 수 있다.
L〉(Tc ×c)/2.14
즉 L〉(8.139×10-7×3×108)/2.14이다.
따라서, 두 개의 분산 안테나간 거리는 114.0981(m) 이상이어야 한다.
본 발명에 따른 동시방송 전송 시스템에서의 분산형 안테나 설치 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기지국 및 중계기간 거리를 최적화하여 페이딩 현상의 감소 및 수신 감도를 향상할 수 있다.
둘째, 각 통신 방식에서 사용되는 의사잡음(PN) 코드의 길이를 알면 안테나간 최적의 이격거리를 알 수 있어 이동 단말기의 송수신 특성 역시 최적화할 수 있다.

Claims (10)

  1. 복수 개의 분산 안테나들을 사용하여 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에서, 상기 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기와 광속도의 곱을 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들간의 경로차로 나누어 상기 복수 개의 분산 안테나간 설치 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분산 안테나 간 설치 거리는 두 개의 분산 안테나간 설치 거리인 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들 간의 경로차는 상기 두 개의 분산 안테나에 의해 만들어지는 동시전송 영역(simulticasting region)에서의 경로차인 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  4. 기지국/제어기가 복수 개의 분산 안테나들로부터 수신된 이동 단말기 신호들에서 구해지는 상기 이동 단말기와 복수 개의 분산 안테나들 간의 경로 차이를 광속도로 나누어 경로 지연 시간을 계산하고, 상기 분산 안테나들 간의 거리를 상기 광속도로 나누어 전송로 지연 시간을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 지연 시간들을 더하여 상기 분산 안테나들 간의 신호 지연 시간을 계산하는 단계와;
    상기 신호 지연 시간으로부터 상기 분산 안테나들 간의 최소 설치거리를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 분산 안테나들 간의 최소 설치거리는 적어도 두 개의 분산 안테나들 간의 최소 설치 거리임을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 신호 지연 시간이 상기 분산 안테나들을 통해 상기 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기 보다 큰 값인 조건을 만족할 때를 상기 최소 설치거리로 계산하는 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 최소 설치거리는 상기 분산 안테나들을 통해 상기 이동 단말기에게 서비스를 제공하는 통신 시스템에 사용되는 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기와 광속도의 곱을 상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들간의 경로차로 나누어 구하는 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 분산 안테나들 간의 거리가 L이고 상기 광속도가 c일 때, 서로 다른 두 개의 분산 안테나들 간의 상기 전송로 지연 시간은인 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  9. 임의의 이동 단말기에게 동시방송 전송 서비스를 제공하기 위한 적어도 두 개의 분산 안테나들 간의 설치거리를 계산함에 있어서,
    상기 이동 단말기와 상기 분산 안테나들 간의 경로 차(2u)와 상기 분산 안테나들 간의 거리(L)를 사용하여 상기 분산 안테나들 간의 신호 지연 시간을 계산하는 단계와;
    상기 신호 지연 시간이 상기 동시방송 서비스를 제공하는 통신 시스템의 의사잡음(PN : Pseudo Noise) 코드의 칩 주기 보다 큰 조건일 때의 거리 값을 상기 설치거리로 정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 신호 지연 시간은 자유공간에서의 광속도(c)를 사용하여,인 것을 특징으로 하는 동시방송 전송 시스템에서의 분산 안테나 형성 방법.
    의 분산 안테나 형성 방법.
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