KR100844714B1 - 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단거리 무선 통신 시스템의 셀 플랜에 있어서, 특히 노변 기지국간 동일 채널 간섭 영향이 무시될 수 있도록 무 지향성 안테나를 사용한 노변 기지국에 적용하고 노변 기지국 사이를 적정 거리로 이격시켜 줄 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 노변 기지국에 무 지향성 안테나를 설치하고, 노변 기지국 간의 이격 거리를 해당 노변 기지국의 통신 반경의 3.46 배 이상으로 설정하여, 동일 채널 간섭의 최소화시켜 주도록 함에 있다.

그리고, 본 발명은 셀이 중첩될 때, 이웃 노변 기지국에 서로 다른 새로운 주파수를 할당하여, 차량 단말기에서 선택하여 통신할 수 있도록 함에 있다.

DSRC, OBE, RSE, CELL, PLAN

Description

단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법{Cell planning method for DSRC}

도 1은 종래 DSRC 시스템 구성도.

도 2는 본 발명 실시 예에 따른 단거리 무선 통신 셀의 플래닝 방법을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200...차량 단말기 211~214...노변 기지국

본 발명은 단거리 무선 통신(DSRC)의 셀 플래닝 방법에 관한 것으로, 특히 셀 플랜시 노변 기지국에 지향성 안테나를 적용하거나 노변 기지국 및 차량 단말기의 송신 출력을 낮추어 셀 기지국 수를 축소할 수 있도록 한 DSRC 시스템의 셀 플래닝 방법에 관한 것이다.

최근 DSRC(Dedicated Short Range Communition) 인프라를 이용한 지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent Transport System) 서비스는 이용자의 욕구에 따라 다양한 서비스가 개발 중에 있다. 즉, 첨단 교통 관리 시스템(ATMS: Advanced Traffic Mansgement System), 첨단 교통 정보 시스템(ATIS; Advanced Traveler Information System), 첨단 대중 교통 시스템(APTS: Advanced Public Transportation Systems), 첨단 화물 운송 시스템(CVO; Commercial Vehicle Operations), 그리고 첨단 도로 및 차량 시스템(AVHS; Advanced Vehicle and Highway System)등으로 분류할 수 있다.

이러한 ITS 서비스를 제공할 수 있는 DSRC 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 ITS 서비스를 제공하기 위한 기반 시설로 노변 기지국(RSE)(100), 차량 단말기 (OBE,110)및 서버(130), 그리고 데이터베이스(140)로 구성된 시스템이다.

이러한 DSRC 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량 단말기(100)는 차량에 탑재되어, 노변 기지국(110)과 무선 통신을 수행할 수 있도록 노변 기지국(110)에서 사용하는 동일한 프로토콜인 TDMA/TDD(Time Division Multiple Access/Time Division Duplex) 방식의 다중 접속 방식의 프로토콜을 사용한다.

노변 기지국(110)은 RSU(Road Side Unit)이라고 하며 노변에 적정 간격을 두고 설치되며, 차량에 탑재된 차량 단말기(OBE: On-Board Equipment)와 TDMA/TDD 방식의 다중 접속방식의 프로토콜을 이용하여 채널 설정 및 정보 교환을 수행한다.

그리고, 서버(130)는 전용망(120)을 통해서 상기 노변 기지국(110)에서 보내온 차량 단말기(100)에 관한 정보를 관리하기 위하여 사용되며, 차량 단말기(100)에서 필요로 하는 정보를 가공하여 제공하는 역할을 수행한다. 그리고, 노변 기지국(110)과 서버(130)간의 통신은 유선의 전용 통신망을 이용하거나 무선 방식을 이용하여 통신할 수도 있으며, 망 접속 형태는 환경에 따라 가변적일 수 있다.

그리고, 서버는 노변 기지국에서 보내온 정보를 데이터베이스에 저장하고, 실시간 교통 제어, 돌발상황관리, 자동 교통 단속, 자동 요금 징수 등의 서비스를 제공한다.

이러한 DSRC 시스템에서의 노변 기지국 설치 방법은 DSRC 표준 규격에 개념적으로만 명시되어 있는데, 노변 기지국과 차량 단말기 모두 지향성 안테나 사용을 권고하고 있으며, 통신 셀(Cell)은 기본적으로 10M와 100M을 고려한다. 10M 통신 셀은 자동 요금 징수 서비스와 같이 차선별로 통신 셀을 구성하고 차량 단말기와 노변 기지국이 통신하는 경우이다. 100M 통신 셀은 교통정보 서비스와 같은 여러 개의 차량 단말기와 노변 기지국이 양방향 통신하는 경우에 속하며, 노변 기지국과 차량 단말기는 비교적 넓은 각도의 지향성 안테나를 사용한다.

이러한 두 가지 방식의 통신 셀을 실제로 설치할 때는 동일한 채널 간섭 주파수를 반복적으로 사용하기 때문에 셀간 간섭을 고려하여 일정한 거리를 유지하도록 해야 한다.

그러나, 이러한 DSRC 표준 규격에 따라 현재 노변에 설치되는 노변 기지국을 설치할 경우에는 DSRC 시스템의 성능 저하가 발생할 수 있다. 이는 셀 플래닝 원칙을 갖지 않고 설계할 경우 밀집하게 설치될 경우 노변 기지국 상호간의 채널 간섭에 의한 BER(Bit Error Error) 증가하고, 노변 기지국과 차량 단말기간의 출력 불균형에 의한 BER이 증가하며, TDMA 방식에 의한 상호 간섭 및 성능이 저하된다. 또 전파의 특성(Multi-path fading)에 의한 원치 않은 통신이 발생하는 문제가 있다.

이로 인해 차량 단말기와 노변 기지국과의 통신 성공률이 낮고 평균 속도 산 출 수치와 체감속도와의 차이가 발생하며, 또 신뢰성이 낮은 데이터를 제공하게 된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 노변 기지국에 무 지향성 안테나를 설치하고, 노변 기지국 간의 이격 거리를 특정 노변 기지국의 통신 반경의 3.46 배 이상으로 설정함으로써, 동일 채널 간섭의 최소화시켜 주고 보다 원칙적으로 셀 플랜을 설계할 수 있도록 한 단거리 무선 통신의 셀 플랜 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

다른 목적은 서로 다른 영역의 노변 기지국 및 단말기의 통신에 채널 간섭을 최소화하기 위해 노변 기지국과 차량 단말기의 출력을 조정할 수 있도록 한 단거리 무선 통신의 셀 플랜 방법을 제공함에 있다.

또 다른 목적은 기지국에 무 지향성 안테나를 사용하고, 차량 단말기에 지향성 안테나를 사용할 때, 노변 기지국 간의 이격 거리를 해당 기지국의 통신 반경의 4배 이상으로 설정할 수 있도록 한 단거리 무선 통신의 셀 플랜 방법을 제공함에 있다.

또 다른 목적은 셀 플랜시 셀이 중첩될 때, 이웃 노변 기지국에 서로 다른 새로운 주파수를 할당하여, 차량 단말기에서 선택하여 통신할 수 있도록 한 단거리 무선 통신의 셀 플랜 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법은,

DSRC 시스템의 셀 플랜 방법에 있어서,
노변 기지국에 무 지향성 안테나를 설치하는 단계; 상기 무 지향성 안테나가 설치된 노변 기지국간에 이격 거리를 노변 기지국의 통신 반경의 3.40~4.0배 사이로 설정하는 단계;를 특징으로 한다.

삭제

바람직하게, 상기 노변 기지국 간의 이격 거리는 해당 기지국의 통신 반경의 3.46배인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 무 지향성 안테나를 사용한 노변 기지국과 통신하는 차량 단말기를 지향성 안테나로 사용할 경우, 노변 기지국 간의 이격 거리를 통신 반경의 4배 이상이 되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 다른 실시 예에 따른 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법은,

DSRC 시스템의 셀 플랜시 상기 셀이 중첩되게 노변 기지국의 위치가 설치되는 경우, 이웃 노변 기지국에 간섭 영향을 주지 않도록 상기 이웃 노변 기지국에 서로 다른 주파수를 할당하여, 차량 단말기에서 특정 주파수를 스캐닝하여 특정 노변 기지국과 통신할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 DSRC 셀 플래닝 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제 1 실시 예

DSRC 시스템의 노변 기지국에 무 지향성 안테나를 사용하고 이러한 노변 기지국에서의 셀 플래닝 방법은 다음과 같다.

DSRC 시스템에서 도 2와 같이 교차로(A,B,C,D) 중앙에 무지향 안테나를 적용한 노변 기지국(211,212,213,214)을 사용하고, 동일 채널 간섭 영향이 없게 하기 위한 노변 기지국 간의 이격 거리는 최소 신호대 간섭비(C/I)를 분석함으로써 후술한 바와 같이 구해진다.

이때, 노변 기지국간의 이격 거리를 선정시 다음의 두 가지의 경우를 고려한다. 첫 번째로는, 차량 단말기(200)에 의해 수신되는 신호와 공동 채널 간섭이며, 둘째로는 노변 기지국 위치에 의해 수신되는 신호와 동일 채널 간섭이다.

여기서, 차량 단말기와 노변 기지국 위치에서의 각각의 지역잡음(Nm, Nb)은 차량 단말기 및 노변 기지국에서의 지역 잡음은 작고, 간섭 수준에 비해 무시할 정도로 나타난다.

그리고, 균형적인 시스템 즉, 차량 단말기와 노변 기지국 위치에서의 수신된 차량 단말기의 최소 신호대 간섭비(C/I)가 같은 시스템일 경우, 시스템 요구 사항을 분석하기 위해서는 앞의 두 가지 방법 중 어느 하나를 선택할 수 있으며, 한 경우로부터의 결과는 다른 것과 같다.

다음의 경우는 도로형태가 도 2와 같이 바둑판 형태로 만들어진 도시에서 교차로마다 중앙에 무 지향성 안테나를 사용한 노변 기지국을 설치하고, 차량 단말기는 도로상에서만 통신이 가능한 용도로 사용될 경우를 모델링하게 된다.

이때 최소 신호대 간섭비(C/I), 동일채널간섭경감인수(q) 및 기지국간 간섭 영향이 무시되기 위한 기지국간의 이격거리(D)를 산출하면 다음과 같다.

도 2에서 모든 이격거리 Dk는 단순하며, 이때의 이격거리 D=Dk, 동일채널간섭경감인수 q=qk에 해당한다. 여기서 k는 계수이다.

경로손실기울기를 4로 가정할 때, q=R/D로 구해지는데,

-------수학식 1

--------------수학식 2

-------------수학식 3

으로 구해진다.

여기서, D는 기지국간 이격거리이고, R은 통신 반경이며, r은 경로손실 기울기이다.

그리고, C/I 의 값은 시스템의 성능을 충분히 유지시키는 데 필요한 값이고, 경로 손실 기울기(r)의 구체적인 값은 지역환경에 근거를 둔다. 이러한 경로손실기울기(r)와 최소 신호대간섭비(C/I)가 주어지면 동일 채널 간섭 경감 인수(q)를 구할 수 있다. 그리고, 정상적으로 사용할 수 있는 셀룰라 시스템의 C/I 기준치는 18 dB 이상으로 규정되어 있다.

그리고, 18dB의 최소 신호대간섭비(C/I)는 현재 셀룰러 이동 수신기로부터 음성품질의 수락에 의해 측정되므로, 이 수락은 이동무선 다중경로 페이딩과 공동채널 간섭이 그 레벨에서 무효하게 되도록 한다. 경로 손실 기울기(r)는 이동무선 환경에서 약 4이다.

즉, 경로손실 기울기를 4로 가정할 때,

---------수학식 4

D = Rq = 3.46R----------------------------수학식 5

즉, 노변 기지국 간의 이격거리(D)는 한 기지국 통신 반경(R)의 3.46배 이상이 되어야 한다. 여기서, 3.46 배 이상은 적어도 3.4배에서 4.0 배 사이일 수도 있다.

따라서, 수학식 5에서 알 수 있는 바와 같이, DSRC 시스템에서 교차로 중앙에 무 지향성 안테나를 사용한 기지국이 설치될 경우, 기지국간 동일 채널 간섭 영향이 무시될 수 있기 위한 이격 거리(D)는 한 기지국의 통신 반경(R)의 3.46배 이상이 되어야 한다.

또한 실시 예로서, 단거리 무선 통신 프로토콜(TDMA/TDD) 방식을 고려한 단말기 출력을 조정하여 전파에 의해 간섭 영향을 주지 않도록 한다.

즉, TDMA 다중 통신 방식을 사용하는 DSRC 시스템의 경우, 타임 슬롯(Time slot)을 차량 단말기에 할당하여 정해진 타임 슬롯으로 통신을 하기 때문에 타임 슬롯 할당시 다른 차량 단말기 또는 노변 기지국으로부터 발사되는 전파에 의해 간섭영향을 받을 가능성이 높다. 따라서 DSRC 시스템에서는 노변 기지국과 차량 단말기가 다른 영역에 있는 기지국 또는 단말기의 통신에 간섭을 주지 않기 위해 노변 기지국 및 차량 단말기의 출력을 적절히 조정해야 한다.

실시 예로서, 지향성 안테나와 무지향성 안테나를 사용하는 경우 기지국간의 이격거리는 다음과 같다.

DSRC 시스템에서는 원칙적으로 노변 기지국과 차량 단말기 모두 지향성 안테나에 의한 셀 플랜(cell plan)을 권고하고 있다.

이는 통신 영역을 적절히 조절하기 위한 수단으로 필요하기 때문이다. 통신 셀이 10M, 100M를 제한할 수 있는 이유는 노변 기지국, 차량 단말기에 지향성 안테나를 사용하기 때문에 가능한 것이다. 그러나 특수한 환경에서 부득이 노변 기지국에 무 지향성 안테나, 차량 단말기에 지향성 안테나를 사용할 경우에는 단말기의 통신 영역을 작게 할 필요가 있으며, 기지국간의 이격 거리는 보다 멀게(D>4R 권고)하면 된다.

더블어, 셀 플랜이 불가능한 경우에는 노변 기지국에 지향성 안테나를 적용하거나 노변 기지국 및 차량 단말기의 송신 출력을 낮춰 셀 크기를 축소할 수도 있다.

제 2실시 예;

이동통신 시스템의 경우 통화의 연속성을 보장하기 위하여 셀이 중첩되게 기지국의 위치를 선정하게 된다. 셀이 중첩된 상태에서 이웃 기지국에 간섭 영향을 주지 않으면서 연속 통화가 가능하게 하기 위한 방법으로 새로운 주파수를 이웃하는 기지국에 사용하게 함으로써 가능하게 된다.

그리고, DSRC 시스템의 경우 중첩되지 않은 상태에서 통신할 수 있도록 고안된 무선 통신 시스템이므로, 서비스의 다양화로 인한 통신량 폭주 또는 무선 인터넷 서비스와 같은 통신 연속성이 요구되는 경우에는 셀의 중첩이 필요할 수 있다.

이를 위해, 이웃하는 노변 기지국에 서로 다른 주파수를 새롭게 할당하고, 이와 통신하는 차량 단말기에서 이웃 노변 기지국을 경유하게 될 때, 노변 기지국의 여러 주파수를 스캐닝하면서, 필요시 특정 노변 기지국의 주파수에 고정하여 통신할 수 있게 된다.

즉, 셀의 중첩이 불가능한 경우에는 사용 가능한 또 다른 주파수를 기지국에 할당함으로써, 차량 단말기에서 여러 주파수를 감시(scanning)하고 필요시 노변 기지국의 특정 주파수에 고정하여 통신케 하여, 시스템적인 문제를 해결할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 DSRC 시스템에서 기지국 위치를 지정하기 위한 셀 플랜 방법은 무 지향성 안테나를 갖는 노변 기지국을 통신 반경의 일정 배수 만큼의 거리를 두고 설치하거나 기지국 및 차량 단말기의 송신 출력을 낮춰 셀 크기를 축소함으로써, 동일 채널 간섭을 최소화시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

또한 서비스의 연속성을 위해 중첩이 불가능한 경우에는 사용 가능한 또 다른 주파수를 기지국에 할당함으로써, 이웃 기지국에 간섭 영향을 주지 않으면서 연속 통화가 가능하게 하기 위한 것이다.

Claims (5)

1. DSRC 시스템의 셀 플랜 방법에 있어서,

   노변 기지국에 무 지향성 안테나를 설치하는 단계;

   상기 무 지향성 안테나가 설치된 노변 기지국간에 이격 거리를 노변 기지국의 통신 반경의 3.40~4.0배 사이로 설정하는 단계;를 특징으로 하는 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 노변 기지국간의 이격 거리는 노변 기지국의 통신 반경의 3.46배인 것을 특징으로 하는 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 노변 기지국 간의 이격 거리는

   q=(4CR)^I/r =(4×63.1)^1/4= D/R를 이용하여 구하고,

   여기서, q는 동일 채널 간섭 경감인수이며, r는 경로손실 기울기이며, C/I는 정상적으로 사용할 수 있는 셀룰라 시스템의 C/I 기준치이며, D는 노변 기지국간의 이격거리이며, R은 통신 반경,

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 노변 기지국를 무 지향성 안테나로 하고, 차량 단말기를 지향성 안테나로 사용할 경우, 노변 기지국 간의 이격 거리를 통신 반경의 4배 이상이 되도록 함을 특징으로 하는 단거리 무선 통신의 셀 플래닝 방법.
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