KR100873789B1 - 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은, 높은 지물 등의 지역에서의 전파의 회절 특성을 고려하여 보다 정확한 전파 분석을 할 수 있도록 틸트 맵을 생성하기 위한[전파 회절점을 갖는 전파 분석 대상 영역의 최소 틸트가 상기 전파 회절점 다음의 전파 분석 대상 영역의 틸트가 되도록 틸트 맵을 생성하기 위한], 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법을 제공하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 있어서, 틸트 맵의 기지국 안테나로부터 방사선 방향 상에 각 이동국 안테나를 수용하기 위한 각 전파 회절점을 갖는 각각의 전파 분석 대상 영역이 지정되며, 상기 기지국 안테나와 이동국 안테나의 최소 틸트를 설정하는 단계; 상기 방사선 방향의 순서대로 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하여 신규 틸트로 설정하는 신규틸트 설정단계; 상기 설정한 신규 틸트와 상기 최소 틸트를 비교하는 단계; 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 크면 상기 최소 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제1 틸트]로 저장한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계; 및 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 작으면 상기 신규 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제2 틸트]로 저장하고서 상기 저장한 제2 틸트를 최소 틸트로 설정한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 과정은, 상기 기지국 안테나와 이동국 안테나 사이의 거리, 상기 기지국 안테나의 높이, 상기 기지국 안테나의 위치에서의 지형고도, 상기 이동국 안테나의 높이, 상기 이동국의 위치에서의 지형고도를 이용해 상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 것을 특징으로 함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 무선망 설계 등에 이용됨.

무선망 설계, 틸트 맵, 회절, 안테나, 이득, 전파

Description

무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법{Method of creating tilt map for wireless network planning system}

도 1 은 종래의 안테나 틸트 맵 계산 방법을 나타낸 예시도.

도 2 는 본 발명이 적용되는 틸트 맵 생성 서비스를 위한 하드웨어 시스템의 구성예시도.

도 3 은 본 발명에 따른 틸트 맵 생성 방법에서 회절 고려 시 틸트 맵 생성 순서에 대해 나타낸 예시도.

도 4 는 본 발명에 따른 틸트 맵 생성 방법에서 한 개의 방사선에 대한 틸트 계산 순서를 나타낸 예시도.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 틸트 맵 생성 방법 중 회절이 고려된 경우 틸트 계산 예제를 나타낸 예시도.

도 6 은 본 발명에 따른 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도.

도 7 은 본 발명에 이용되는 안테나 이득과 틸트를 나타낸 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 입력부 22 : 출력부

23 : 중앙처리부 24 : 저장부

본 발명은 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 전파의 회절 특성을 고려하여 보다 정확한 전파 분석을 하기 위한 틸트 맵 생성 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.

무선망 설계 시스템이란 무선 기지국을 효율적으로 설치할 수 있도록 도와주는 시스템이다. 무선망 설계 시스템에서 가장 중요한 부분을 차지하는 것은 지형 데이터를 기반으로 하여 보다 정확하게 기지국의 커버리지를 분석하는 것이다. 보통 무선망 설계를 할 때 몇 백 몇 천 개의 기지국에 대하여 동시에 커버리지 분석을 하게 되는데 이러한 작업은 많은 시간을 요한다. 따라서, 커버리지 분석을 보다 효율적으로 짧은 시간 내에 수행하기 위해서 보다 효율적인 전파 분석 알고리즘이 필요하다.

여기서, 무선망 설계(Cell Planning)란 각각의 기지국에 대한 셀 커버리지의 분석을 바탕으로 무선통신서비스(개인통신서비스, 이동통신서비스, 시티-2 서비스 등)를 제공하려는 지역 전체에 몇 개의 기지국을 적절히 배치하여 서비스 영역내의 어떤 지점도 1개 이상의 기지국으로부터 서비스를 제공받을 수 있게 하는 것이다. 이때, 서비스 영역을 커버하기 위해 필요한 기지국의 개수를 최대한 줄일수록 투자비가 절감되기 때문에 최대한 기지국간 거리를 멀리해야 한다. 반면, 기지국 사이의 거리를 너무 멀리하면 전파의 음영 지역이 발생하여 통화가 불가능하게 된다. 따라서, 한 기지국이 담당하는 셀 커버리지의 정확한 분석을 통하여 최적의 기지국의 위치를 결정해야만 한다. 일반적으로, 한 기지국의 셀 커버리지 분석은 무선망 설계 시스템을 사용하게 된다. 무선망 설계 시스템은 GIS(Geographical Information System) 데이터를 이용하여 기지국의 각 지점의 수신 전계 강도를 예측하게 된다.

무선통신 사업자들을 위해 현재 상용화되어 있는 대부분의 무선망 설계 시스템은 전파 해석을 위한 기본적인 기능을 제공하고 있지만, 대부분 전파 해석시 많은 계산량을 소화해야하는 기본적인 문제점을 가지고 있다. 즉, 무선망 설계 시스템을 사용하여 각 기지국에 대하여 정확한 셀 커버리지를 분석하는 방법은 통상적으로 매우 많은 시간을 필요로 한다. 따라서, 개략적인 셀 사이트의 위치를 결정할 필요가 있을 경우에는 불필요한 시간과 기능들이 낭비되게 된다. 이에 따라 보다 빠른 개략적인 셀 커버리지 추정 방법이 필요하게 되었다.

전파전파 분석에 있어서 틸트는 안테나의 이득을 적용하기 위한 중요한 파라미터이다. 즉, 틸트에 따라서 안테나 이득을 다르게 적용한다. 지형에 의한 회절을 고려하지 않고 틸트를 계산하는 방법은 도 1과 같다. 여기서, 각 이동국의 위치에 서의 틸트(Tilt)값 θ는 다음의 [수학식1]과 같다.

상기 [수학식 1]에서, ''이고, 'd'는 기지국 안테나와 이동국 안테나 사이의 거리이고, 'h_bant'는 기지국 안테나 높이이고, 'h_bdtm'은 기지국 안테나의 위치에서의 지형고도이고, 'h_mant'는 이동국 안테나 높이이고, 'h_mdtm'은 이동국의 위치에서의 지형고도를 나타낸다.

이와 같이, 무선망 설계 시스템에서 틸트 맵 생성 방법으로서 기존에는 전파의 회절 현상을 고려하지 않았었다. 그러나, 보다 정확하고 현실적인 전파 분석을 하기 위해서는 전파 회절 특성을 고려하여 틸트 맵을 생성해야 한다.

즉, 무선망 설계 시스템에서 전파 분석을 할 때 안테나 이득을 적용하기 위하여, 틸트를 고려하게 되는데 틸트를 "dtm" 맵의 형태로 저장하여 전파 분석에 사용할 수 있도록 해야 한다. 전파전파의 특성상 전파는 회절의 특성을 지니고 있으므로 회절을 고려하지 않고 틸트를 계산하여 전파 분석에 적용하면 전파 분석 결과가 실제의 상황과 많은 차이를 보일 수 있다.

따라서, 회절을 고려할 경우, 전파가 회절되는 지점에서의 안테나 이득이 그 이후의 지점에 영향을 주게되는데 이를 고려하여 틸트를 계산하도록 하는 방안이 필요하다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 전파의 회절 특성을 고려하여 보다 정확한 전파 분석을 할 수 있도록 틸트 맵을 생성하기 위한 틸트 맵 생성 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 있어서, 틸트 맵의 기지국 안테나로부터 방사선 방향 상에 각 이동국 안테나를 수용하기 위한 각 전파 회절점을 갖는 각각의 전파 분석 대상 영역이 지정되며, 상기 기지국 안테나와 이동국 안테나의 최소 틸트를 설정하는 단계; 상기 방사선 방향의 순서대로 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하여 신규 틸트로 설정하는 신규틸트 설정단계; 상기 설정한 신규 틸트와 상기 최소 틸트를 비교하는 단계; 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 크면 상기 최소 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제1 틸트]로 저장한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계; 및 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 작으면 상기 신규 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제2 틸트]로 저장하고서 상기 저장한 제2 틸트를 최소 틸트로 설정한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 과정은, 상기 기지국 안테나와 이동국 안테나 사이의 거리, 상기 기지국 안테나의 높이, 상기 기지국 안테나의 위치에서의 지형고도, 상기 이동국 안테나의 높이, 상기 이동국의 위치에서의 지형고도를 이용해 상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 것을 특징으로 한다.

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상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명이 적용되는 틸트 맵 생성 서비스를 위한 하드웨어 시스템의 구성예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 틸트 맵 생성 서비스를 위한 본 발명이 적용되는 하드웨어 시스템은, 입력부(21), 출력부(22), 중앙처리부(23) 및 저장부(24)를 구비한다.

입력부(21)는 무선망 설계를 위해 사용자로부터 데이터를 입력받으며, 출력부(22)는 사용자의 입력 결과, 중앙 처리부(13)에서의 처리 결과 등을 사용자에게 제시한다. 저장부(24)는 건물 데이터, 지형 데이터, 도심 좌표 등의 지리정보시스템(GIS: Geographic Information System) 데이터를 무선망 설계를 위해 데이터베이스(DB) 형태로 저장하고 있다. 중앙 처리부(23)에서는 사용자의 요구에 의해 무선망 설계에 대한 여러가지 작업을 데이터베이스(24)에 저장된 데이터를 이용하여 처리한다.

기지국의 커버리지를 분석하기 위해서는 우선 전파가 전파되면서 생기게 되는 경로 손실을 계산하여 이를 바탕으로 수신전력 및 Eb/No, Ec/It 등을 계산한다. 이 수치들은 기지국이 서비스를 제공할 수 있는 영역을 예측하는데 중요한 기준자료가 되며, 이러한 과정을 거쳐서 기지국의 커버리지를 예측하는 것은 기지국을 최적의 위치에 배치하여 높은 품질의서비스를 제공할 수 있도록 하는데 매우 큰 도움을 준다.

전파가 전파되면서 생기는 경로 손실은 기지국을 중심으로 하여 밖으로 뻗어나가며 지형정보와 거리 정보 그리고 주파수등의 시스템 파라미터를 전파 모델에 적용하여 계산된다. 따라서, 전파전파 경로 손실을 계산하기 위해서는 계산하려는 지점에서의 지리정보시스템(GIS) 데이터베이스로부터 지형정보를 읽어들여야 하며 그밖의 시스템 파라미터 등을 데이터베이스로부터 읽어 들여야한다.

한편, 상기와 같은 틸트 맵 생성 서비스를 위한 하드웨어 시스템의 저장부(24)에는 전파의 회절 특성을 고려하여 보다 정확한 전파 분석을 할 수 있도록 틸트 맵을 생성하기 위한 프로그램이 저장되어 있으며, 상기 중앙처리부(23)의 제어에 따라 수행된다.

이와 같이, 무선망 설계 시스템에서 전파 분석을 할 때 안테나 이득을 적용하기 위하여 틸트를 고려하게 되는데 틸트를 "dtm" 맵의 형태로 저장을 하여 전파 분석에 사용할 수 있도록 하며, 여기에 저장될 틸트 계산시 보다 정확한 결과를 생성하기 위하여 전파의 회절(diffraction) 특성을 고려하여 틸트 맵을 생성한다.

즉, 틸트는 안테나의 "mechanical tilt = 0" 일 때, 기지국, 이동국 안테나 높이와 각각의 지형의 높이에 의해 형성되는 기지국 안테나에서 이동국 안테나의 수직각을 의미하며, 도 7에 도시 한 것과 같이 안테나 틸트의 방향에 따라서 적용되는 안테나 이득 값이 달라진다.

전파의 회절 특성을 고려할 때, 도 5a 및 도 5b에서 보여주는 것과 같이 높은 지물을 만나게 되면 전파가 회절하게 되는데, 그 지점 이후의 지점에서는 기지국과 단말기가 LOS(Line of Sight)를 유지하지 못하므로 기지국으로부터의 직접파를 수신하지 못하고 회절된 전파를 수신하여 기지국과 단말기가 통신을 할 수 있을 것이다. 따라서, 높은 지물 이후의 지점에서 안테나 이득을 적용하기 위해서는 높은 지물이 있는 지점에서의 틸트를 전파 분석시 적용하면 된다.

이와 같이, 회절 특성을 고려하여 틸트 맵을 생성하기 위해서는, 먼저 전파 분석을 할 영역(도 3 원의 안쪽 부분)을 설정하여야 하며, 설정된 영역 안에서 각각의 방사선 방향(원의 중심에서 원주 방향으로 그어진 선)으로의 틸트를 계산한다. 한 개의 방사선에 대한 틸트를 계산하는 방법은 하기의 도 6과 같다.

도 6 은 본 발명에 따른 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 틸트 맵 생성 과정은, 틸트를 계산할 셀의 크기(Resolution)를 결정하고 그 방사선 안에서 계산되어야 할 최대 셀의 개수인 "MAX_POINT"를 설정하며, 최소 틸트를 "MIN_TILT"에 저장을 하게 되는데 "MIN_TILT" 값을 양의 무한대 값으로 초기화한다(601).

그리고, 첫 번째 셀부터 틸트를 상기의 [수학식 1]을 이용하여 계산하고(602) 이 값을 "MIN_TILT"와 비교하여(603) "MIN_TILT" 보다 작으면 "MIN_TILT"에 새로 계산된 틸트 값을 넣고(604) 그렇지 않으면 "MIN_TILT" 값을 현재 위치에서의 틸트 값으로 설정한다(605). 이러한 작업을 마지막 셀까지 반복한다(606).

이러한 방법으로 계산을 하게 되면 상기 도 5a에서는 A지점에서 틸트가 최소가 되게 되며 그 다음 구간에서의 틸트는 모두 TILT_A가 된다.

또한, 상기 도 5b에서는 A인 지점에서의 TILT_A가 최소 틸트가 되며 A와 B 사이의 구간에서의 틸트는 모두 TILT_A로 설정되며, 다시 B 지점에서 틸트가 최소가 되어 B와 C 사이의 구간에서의 틸트는 모두 TILT_B로 설정되며, C 지점에서의 틸트가 다시 최소 틸트가 되어 C 지점 이후의 틸트는 모두 TILT_C로 설정된다.

이렇게, 한 개의 방사선에 대한 틸트가 계산되면 계산된 틸트값을 상기 도 3에 도시한 것과 같은 틸트 "dtm" 맵의 해당 셀에 저장하여 틸트 맵을 완성한다.

이와 같이, 본 발명에서는 전파 회절 특성을 고려한 틸트 맵 생성 방법을 제시함으로써, 보다 정확하고 현실적인 전파 분석을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 전파 회절 특성을 고려한 틸트 맵 생성 방법을 제시함으로써, 보다 정확하고 현실적인 전파 분석을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법에 있어서,

   틸트 맵의 기지국 안테나로부터 방사선 방향 상에 각 이동국 안테나를 수용하기 위한 각 전파 회절점을 갖는 각각의 전파 분석 대상 영역이 지정되며,

   상기 기지국 안테나와 이동국 안테나의 최소 틸트를 설정하는 단계; 상기 방사선 방향의 순서대로 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하여 신규 틸트로 설정하는 신규틸트 설정단계; 상기 설정한 신규 틸트와 상기 최소 틸트를 비교하는 단계; 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 크면 상기 최소 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제1 틸트]로 저장한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계; 및 상기 비교 결과로, 신규 틸트가 최소 틸트보다 작으면 상기 신규 틸트를 해당 전파 분석 대상 영역의 틸트[제2 틸트]로 저장하고서 상기 저장한 제2 틸트를 최소 틸트로 설정한 후에 상기 신규틸트 설정단계로 진행해 다음의 이동국 안테나에 관한 틸트 저장 과정을 수행하는 단계를 포함하되,

   상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 과정은, 상기 기지국 안테나와 이동국 안테나 사이의 거리, 상기 기지국 안테나의 높이, 상기 기지국 안테나의 위치에서의 지형고도, 상기 이동국 안테나의 높이, 상기 이동국의 위치에서의 지형고도를 이용해 상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 것을 특징으로 하는 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이동국 안테나와 상기 기지국 안테나간의 틸트를 계산하는 과정은,

   다음의 [수학식]을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선망 설계 시스템에서의 틸트 맵 생성 방법.

   [수학식]

   

   여기서, '

   

   '이고, 'd'는 기지국 안테나와 이동국 안테나 사이의 거리이고, 'h_bant'는 기지국 안테나 높이이고, 'h_bdtm'은 기지국 안테나의 위치에서의 지형고도이고, 'h_mant'는 이동국 안테나 높이이고, 'h_mdtm'은 이동국의 위치에서의 지형고도를 나타냄.
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