KR100917846B1 - 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model) 등에서 다중 안테나로 송신하고 단일 안테나로 수신하는 시스템의 전파 특성을, 각각의 영상 안테나(Image Antenna)에 해당되는 다중 반사파의 모든 전파 경로를 찾아 예측하기 위한, 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 다중 송신 안테나의 송신 위치를 계산하기 위한 송신 위치 계산 수단; 상기 다중 송신 안테나를 이루는 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나(Image Antenna)에 대한 전파 경로를 탐색하기 위한 전파 경로 검색 수단; 상기 탐색된 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산하기 위한 반사 전장 계산 수단; 및 상기 계산된 부분 반사 전장으로부터 수신 전력을 계산하기 위한 수신 전력 계산 수단을 포함한다.
도심지 협곡 모델, 다중 안테나 시스템, 전파 특성 예측, 영상 안테나(Image Antenna), 전파 경로 검색, 반사 전장, 안테나 수신 전력

Description

다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법{Apparatus and method for predicting wave propagation of the multiple antennas system}
본 발명은 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model) 등에서 다중 안테나로 송신하고 단일 안테나로 수신하는 시스템의 전파 특성을, 각각의 영상 안테나(Image Antenna)에 해당되는 다중 반사파의 모든 전파 경로를 찾아 예측하기 위한, 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-046-03, 과제명: 전파자원 이용 기반 기술 개발].
현재, PCS(Personal Communication System), WiBro, WLAN(Wireless Local Area Network) 등과 같은 다양한 이동 통신 시스템이 구축되어 서비스가 제공되고 있다. 이와 같은 무선 통신 기기의 사용은 주로 도심지에 밀집되어 있으므로, 사용 주파수가 증가하는 추세이며 용량 증대를 위하여 다중 안테나 시스템(MIMO : Multiple Input Multiple Output)을 도입하고 있는 추세이다.
향후 대부분의 기지국에는 용량 증대를 위하여 다중 안테나를 도입할 것이며, 단말기의 경우는 구현상의 문제점으로 인하여 단일 안테나를 가지는 형태가 될 것으로 예상된다. 따라서 이와 같은 다중 안테나 시스템에서의 정확한 수신 전력 예측은 적절한 기지국 안테나의 위치선정과 마이크로 셀의 서비스 영역의 결정을 위해 반드시 필요하다.
그리고 마이크로 셀 전파 특성을 규명하기 위해서는 적합한 도심지 모델링이 필요하다. 이를 위해 기존에는 세 개의 손실 유전체(dielectric)로 구성되는 협곡 모델을 도입하여 수신 전력을 예측하였다. 이러한 협곡 모델 내부에는 송신 안테나와 수신 안테나가 지면에 대해 수직으로 세워져 있으며, 무수히 많은 반사파들이 존재한다. 이때, 송신 안테나를 출발한 전파가 수신 안테나에 도달될 때까지의 전파 경로를 안다면 각 반사점(Reflection Point)에서의 반사 계수(Reflectivity, Reflective Coefficient)를 구할 수 있고, 각 반사파들의 전파 경로 중에 몇 번의 반사가 일어나는지도 알 수가 있다. 이를 위해 영상(Image) 기법이 도입되었다.
도 1 은 종래 기술의 도심지의 협곡 모델의 좌표를 나타내는 일실시예 설명도이고, 도 2a 는 종래 기술의 영상 안테나(Image Antenna)의 생성 과정을 나타내는 일실시예 설명도이며, 도 2b 는 종래 기술의 영상 안테나의 번호 매김을 나타내는 일실시예 설명도이다.
종래 기술에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 도심지의 직선 도로를 좌측의 건 물#1(1), 우측의 건물#2(2) 및 도로(지면(Ground))(3)로 구성되는 유전체 협곡으로 모델링한다.
여기서,
Figure 112007074603001-pat00001
은 좌측의 건물#1(1)의 매질을 결정하는 유전율(Permittivity)을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00002
는 우측의 건물#2(2)의 매질을 결정하는 유전율을 나타내며,
Figure 112007074603001-pat00003
는 지면(3)의 매질을 결정하는 유전율을 나타낸다.
또한, 은 좌측의 건물#1(1)의 매질을 결정하는 투자율(Permeability)을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00005
는 우측의 건물#2(2)의 매질을 결정하는 투자율을 나타내며,
Figure 112007074603001-pat00006
는 지면(3)의 매질을 결정하는 투자율을 나타낸다.
그리고 송신 안테나(4) 및 수신 안테나(50)는 도심지 협곡 내에 존재한다.
여기서, 송신 안테나(4)는 4개의 다중 안테나로 구성이 되어 있으며, 송신 안테나(4)의 좌표는 대표값 즉,(
Figure 112007074603001-pat00007
,
Figure 112007074603001-pat00008
,
Figure 112007074603001-pat00009
)를 나타낸다. 또한, 수신 안테나(5)의 좌표는 (
Figure 112007074603001-pat00010
,
Figure 112007074603001-pat00011
,
Figure 112007074603001-pat00012
)이다.
이때, 송신 안테나(4)로부터 송신된 전파는 모든 방향으로 나아간다. 상기 전파 중에는 수신 안테나(5)에 직접 도달되는 직접파(Direct Wave)도 있지만, 도심지 협곡 내의 세면 즉, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))과 지면(3)에 의해 한 번 이상의 반사를 겪고 수신 안테나(5)에 도달되는 다중 반사파도 있다.
이러한 다중 반사파들이 각 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))이나 지면(3)의 어느 위치에서 반사를 일으키는지에 대한 정확한 위치를 찾기 위해 도입된 것이 영상(Image) 기법이다.
먼저, 사용되는 전파의 파장에 비해 각 반사면의 크기가 매우 크도록, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))이 y축과 z축 방향으로 무한히 뻗어 있고, 지면(3) 역시 y축 방향으로 무한히 뻗어있다고 가정한다.
이로 인하여, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))에 영상 안테나가 무한히 생성되고, 상기 생성된 영상 안테나와 지면 상의 송신 안테나(4)에 의해 다시 지면 아래에 영상 안테나들이 무한히 생성된다.
이러한 경우, 수신 안테나(5)에 수신된 직접파 및 다중 반사파에 의한 수신 전력은 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00013
여기서,
Figure 112007074603001-pat00014
은 수신 안테나에 수신된 직접파 및 다중 반사파에 의한 수신 전력을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00015
는 송신 출력을 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00016
는 전파의 파장(Wavelength)을 나타내고, k는 파수(Wavenumber)를 나타낸다. 또한, n은 전파 경로 번호를 나타내는데, n이 0인 경우는 직접파를 의미하고, 그 외의 값들은 전부 반사파(Reflection Wave)를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00017
은 n번째 전파 경로 상에 놓인 송수신 안테나 이득곱(Gain Product)의 평방근이며, 이는 안테나의 지향성이 고려될 때 송수신 안테나(4, 5) 간의 상대적인 위치에 따라 달라진다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00018
은 각 전파 경로 상에서 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2)) 또는 지면(3)에 의해 반사된 반사파 각각의 반사 계수를 반사 회수만큼 곱한 경로 반사 계수를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00019
은 n번째 수신 영상 안테나 간의 전파 경로 거리를 나타낸다.
이하, 영상(Image) 기법을 이용하여 도심지 협곡 모델 내에 존재하는 직접파와 다중 반사파들의 전파 경로를 찾기 위한 종래의 알고리즘을 살펴보기로 한다.
송신 안테나(4)로부터 송신된 전파가 도 1의 건물 벽면인 두 유전체 면(1, 2)에 의해 반사되면, 반사된 전파 즉, 벽면 반사파에 대응되는 무한 개의 영상 안테나가 만들어지고, 이에 따라 한 번의 지면 반사를 포함하는 반사파에 대응되는 지면 아래의 영상 안테나도 만들어진다. 이에 대해 두 개의 건물 벽면(1. 2)과 지면(3)에 의해 생성된 무한 개의 영상 안테나를
Figure 112007074603001-pat00020
로 나타내어 설명하기로 한다.
여기서, n은 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))에 대한 영상 안테나의 번호이며, v는 지면(3)에 대한 영상 안테나의 번호이다. 이때, 지면 상의 영상 안테나의 번호에는 0을 부여하기로 하고, 지면 아래의 영상 안테나의 번호에는 1을 부여하기로 한다. 따라서 지면 상의 영상 안테나는
Figure 112007074603001-pat00021
로 표시되고, 지면 아 래의 영상 안테나는
Figure 112007074603001-pat00022
으로 표시된다.
먼저, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))에 의한 영상 안테나를 먼저 처리한 후에 지면(3)에 의한 영상 안테나를 나중에 처리하고자 한다. 특히, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))에 의해 생성된 무한 개의 영상 안테나 번호는 다음과 같다.
실제의 수신 안테나(5)에 n = 0을 부여하여
Figure 112007074603001-pat00023
으로 표기한다. 또한, 두 개의 건물 벽면(좌측 건물#1(1), 우측 건물#2(2))의 반사에 의한 영상 안테나에 대한 번호 부여는 도 2a에 도시된 바와 같이 x 좌표가 0보다 작은 영역 즉, x < 0인 영역에 존재하는 영상 안테나에 대해서는 홀수 번호를 부여하고, x 좌표가 0보다 큰 영역 즉, x > 0인 영역에 대해서는 짝수 번호를 차례차례 부여한다. 이와 같은 번호 매김의 규칙은 도 2b에 도시된 바와 같이, 구형파(Rectangular Wave)로 나타난다.
먼저, 실제 안테나는 두 개의 영상 안테나인
Figure 112007074603001-pat00024
Figure 112007074603001-pat00025
을 생성한다. 그 다음
Figure 112007074603001-pat00026
으로부터 계속 생성되는 차후의 영상 안테나들은 구형파의 하한선 번호를 가지게 되고,
Figure 112007074603001-pat00027
으로부터 계속 생성된 영상 안테나들은 구형파의 상한선 번호를 가지게 된다.
이때, 상기 [수학식 1]을 사용하여 수신 전력을 계산하고자 할 경우, 각각의 영상 안테나로부터 나온 파가 수신 안테나(5)에 도달할 때 좌측 건물#1(1)과 우측 건물#2(2)에 의해 전부 몇 번의 반사가 이루어지는가를 알아야만 한다.
홀수인 영상 안테나들(
Figure 112007074603001-pat00028
,
Figure 112007074603001-pat00029
,
Figure 112007074603001-pat00030
,
Figure 112007074603001-pat00031
등)은 실제로 송신 안테나(4)로부터 출발해서 좌측 건물#1(1)에서 최초의 반사를 이루고, 나머지 각각의 경로를 거쳐 수신 안테나(5)에 도달하게 된다.
한편, 짝수인 영상 안테나들(
Figure 112007074603001-pat00032
,
Figure 112007074603001-pat00033
,
Figure 112007074603001-pat00034
,
Figure 112007074603001-pat00035
등)은 실제로 송신 안테나(4)로부터 출발해서 우측 건물#2(2)에서 최초의 반사를 이루고 나머지 각각의 경로를 거쳐 수신 안테나(5)에 도달하게 된다.
도 2b의 구형파에서 수직 위치에 동일하게 놓여 있는 안테나의 번호 쌍들 즉, {0}, {1,2}, {3,4}, {5.6} 등은 앞에서부터 차례대로 반사 회수
Figure 112007074603001-pat00036
= 0, 1, 2, 3 등을 갖는다. 영상 안테나 번호 n에 대한 각 영상 안테나의 총 반사 회수
Figure 112007074603001-pat00037
은 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112007074603001-pat00038
여기서,
Figure 112007074603001-pat00039
은 영상 안테나 번호 n에 대한 각 영상 안테나의 총 반사 회수를 나타내고, n = 0, 1, 2, 3 등이다.
이때, 지면 아래의 영상 안테나에 대한 반사 과정은 지면 상의 영상 안테나의 경우와 동일하며, 단지 지면 반사를 한 번 더 포함한다.
한편, 상기 [수학식 1]과 [수학식 2]로부터 임의의 (n, v)번째 영상 안테나의 좌표(
Figure 112007074603001-pat00040
,
Figure 112007074603001-pat00041
,
Figure 112007074603001-pat00042
)는 하기의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00043
여기서,
Figure 112007074603001-pat00044
은 영상 안테나 번호 n에 대한 각 영상 안테나의 총 반사 회수를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00045
는 도로폭이다.
상기한 바와 같이, 사각 펄스 형태의 번호 매김법을 이용하여 영상 안테나에 번호를 부여하고, 위치 좌표를 찾아서 영상 안테나가 생성되는 순서와 위치의 규칙을 찾는다.
또한, 각각의 영상 안테나 번호에 대해 두 개의 건물 벽면에서 몇 번의 반사를 갖는지의 규칙도 찾는다. 그리고 무수한 다중 반사파 각각에 대응되는 영상 안테나를 띄움으로써 전 공간이 자유공간으로 대치되고, 이에 따라 자유 공간(free space)에서 사용하는 수신 전력식을 도입할 수 있다.
특히, 이러한 번호 매김법은 무수한 다중 전파 경로를 찾을 수 있다는 장점이 있다. 이때, 송수신 안테나 간의 거리가 멀기 때문에 전장이 지면에 대해 수직 성분만 존재한다고 가정한다. 따라서 도심지의 협곡 모델 내의 반사에 대해 지면에 대해서는 수평 편파, 두 개의 건물 벽면에 대해서는 수직 편파가 일어나게 되고, 송수신 안테나의 이득(Gain)은 다이폴 안테나(Dipole Antenna)를 사용할 경우 1.64로 고정된다.
이에 관련한 종래 기술로는 "Radio Wave Propagation Prediction Method Using Urban Canyon Model, 미국 특허 제6,341,223호, 2002. 01. 22 공보)" 및 "도심지 협곡 모델에서 편파 효과를 고려한 전파의 전파 특성 예측 방법(한국공개특허 1999-0080905호, 1999. 11. 15 공개)" 등이 있다.
상기의 종래 기술에서는 실제 도심 환경에서 송수신 안테나의 편파 방향에 따른 수신 전력의 영향을 볼 수 있다.
하지만 상기와 같은 종래 기술은, 송수신 안테나가 각각 다이폴 안테나인 경우에만 한정되어 있어, 실제 도심지에서 다중 송신기 안테나를 사용하였을 때의 전파 특성의 영향을 볼 수 없다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model) 등에서 다중 안테나로 송신하고 단일 안테나로 수신하는 시스템의 전파 특성을, 각각의 영상 안테나(Image Antenna)에 해당되는 다중 반사파의 모든 전파 경로를 찾아 예측하기 위한, 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 다중 송신 안테나의 송신 위치를 계산하기 위한 송신 위치 계산 수단; 상기 다중 송신 안테나를 이루는 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나(Image Antenna)에 대한 전파 경로를 탐색하기 위한 전파 경로 검색 수단; 상기 탐색된 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산하기 위한 반사 전장 계산 수단; 및 상기 계산된 부분 반사 전장으로부터 수신 전력을 계산하기 위한 수신 전력 계산 수단을 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다중 송신 안테나의 송신 위치를 계산하는 송신 위치 계산 단계; 상기 다중 송신 안테나를 이루는 각 송 신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나(Image Antenna)에 대한 전파 경로를 탐색하는 전파 경로 검색 단계; 상기 탐색된 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산하는 반사 전장 계산 단계; 및 상기 계산된 부분 반사 전장으로부터 수신 전력을 계산하는 수신 전력 계산 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model) 등에서 다중 안테나로 송신하고 단일 안테나로 수신하는 시스템의 전파 특성을, 각각의 영상 안테나(Image Antenna)에 해당되는 다중 반사파의 모든 전파 경로를 찾아 3차원적으로 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model) 등에서 다중 송신 안테나로 송신하는 경우 일반화된 영상 기법으로 경로 수를 확장하여, 송수신 안테나의 위치에 따른 수신 전력을 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 디지털 통신의 중요한 파라미터인 RMS(Root Mean Square) 지연 확산 산출에 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 다중 송신 안테나를 사용하는 기지국의 셀 반경 결정에 중요한 파라미터로 사용될 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있 는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 상기 도 1에 제시된 도심지 협곡 모델의 좌표를 이용하여 본 발명을 설명하기로 하나, 본 발명이 이러한 도심지 협곡 모델에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.
도 3 은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치(30)는, 송신 안테나 위치 계산부(31), 영상 안테나 전파 경로 검색부(32), 반사 전장 계산부(33) 및 수신 전력 계산부(34)를 포함한다.
여기서, 송신 안테나 위치 계산부(31)는 영상 안테나에 대한 위치 정보를 획득하는데 이용하기 위하여, 도심지 협곡 모델 내에 존재하는 다중 송신 안테나의 정확한 송신 위치를 계산한다.
이러한 다중 송신 안테나의 송신 위치 계산 과정은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
그리고 영상 안테나 전파 경로 검색부(32)는 다중 송신 안테나의 각 송신 안 테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나에 번호를 부여하고, 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로를 찾는다. 즉, 상기 번호가 부여된 각 영상 안테나에 대한 위치 정보를 획득한다.
이때, 영상 안테나 전파 경로 검색부(32)는 종래 기술을 이용하여 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나에 번호를 부여하고, 상기 번호가 부여된 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로를 찾을 수 있다.
그리고 반사 전장 계산부(33)는 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산한다.
그리고 수신 전력 계산부(34)는 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로에서의 실제 총 반사 전장으로부터 총 수신 전력을 계산한다.
여기서, 반사 전장 계산부(33)의 부분 반사 전장 계산 및 수신 전력 계산부(34)의 총 수신 전력 계산은 상호 연관이 되므로, 본 발명에서는 수신 전력 계산 과정에 대해 하기의 [수학식 5] 내지 [수학식 10]을 참조하여 후술하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 전파 특성 예측 장치(30)는 영상 안테나에 대한 위치 정보를 획득하는데 이용하기 위하여, 도심지 협곡 모델 내에 존재하는 다중 송신 안테나의 정확한 송신 위치를 계산한다(401).
이후, 전파 특성 예측 장치(30)는 다중 송신 안테나의 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나에 번호를 부여한다(402).
이어서, 전파 특성 예측 장치(30)는 상기 "402" 과정에서 번호가 부여된 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로를 찾는다(403). 즉, 상기 "402" 과정에서 번호가 부여된 각 영상 안테나에 대한 위치 정보를 획득한다.
그리고 전파 특성 예측 장치(30)는 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산한다(404).
다음으로, 전파 특성 예측 장치(30)는 영상 안테나의 개수를 실제 송신 안테나 개수와 비교하여(405), 영상 안테나의 개수가 실제 송신 안테나의 개수보다 작으면 "401" 과정으로 진행하고, 영상 안테나의 개수가 실제 송신 안테나의 개수 이상이면 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로에서의 실제 총 반사 전장으로부터 총 수신 전력을 계산한다(406).
도 5 는 본 발명에 따른 다중 송신 안테나의 위치 산출 방법을 나타내는 일실시예 설명도이다.
여기서, 송신 안테나의 좌표가 (
Figure 112007074603001-pat00046
,
Figure 112007074603001-pat00047
,
Figure 112007074603001-pat00048
)로 주어진 경우, 다중 송신 안테나 각각의 좌표는 하기의 [수학식 4]와 같다.
Figure 112007074603001-pat00049
여기서,
Figure 112007074603001-pat00050
는 다중 송신 안테나의 x 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00051
는 다중 송신 안테나의 y 축 좌표를 나타내며,
Figure 112007074603001-pat00052
는 다중 송신 안테나의 z 축 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00053
는 송신 안테나의 x 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00054
는 송신 안테나의 y 축 좌표를 나타내며,
Figure 112007074603001-pat00055
는 송신 안테나의 z 축 좌표를 나타낸다. 또한, m은 다중 안테나 소자의 개수를 나타내고, i는 다중 안테나 각 소자의 번호를 나타낸다. 또한, SD는 안테나 간의 이격 간격을 나타낸다. 이때, 안테나 간 이격 간격은 안테나 소자 간의 상관 관계(Correlation)가 없을 만큼 충분히 이격된 간격을 의미한다.
상기와 같은 송수신 안테나의 위치에 따라, 종래 기술로부터 영상 안테나에 대한 위치 정보를 계산할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 수신 안테나의 수신 전력은 하기의 [수학식 5]와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00056
여기서,
Figure 112007074603001-pat00057
은 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로에서의 실제 총 반사 전장으로부터의 총 수신 전력을 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00058
는 송신 출력이며,
Figure 112007074603001-pat00059
는 전파의 파장(Wavelength)이다. 또한, m은 다중 송신 안테나 소자의 개수를 나타내고, i는 다중 안테나 각 소자의 번호를 나타내며, k는 파수(Wavenumber)를 나타낸다. 또한, 전파 경로 번호인 n이 0인 경우는 직접파를 의미하며, 그 외의 값들은 전부 반사파(Reflection Wave)를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00060
은 i 송신 안테나에 의한 n번째 전파 경로 상에 놓인 송수신 안테나 이득곱(Gain Product)의 평방근이며, 안테나의 지향성이 고려될 때 이는 송수신 안테나 간의 상대적인 위치에 따라서 달라진다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00061
은 각 송신 안테나 소자에 해당되는 전파 경로 상에서 좌측 건물#1(1) 및 우측 건물#2(2) 또는 지면(3)에 의해 반사된 반사파 각각의 반사 계수를 반사 회수만큼 곱한 경로 반사 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00062
은 각 송신 안테나 소자와 n번째 수신 영상 안테나 간의 전파 경로 거리를 나타낸다.
여기서, i번째 송신 안테나 소자의 n번째 전파 경로 상에서의 반사 계수
Figure 112007074603001-pat00063
은 하기의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112007074603001-pat00064
여기서,
Figure 112007074603001-pat00065
(즉,
Figure 112007074603001-pat00066
Figure 112007074603001-pat00067
)는 n번째 전파 경로에 대한 건물#1 벽면(1) 및 건물#2 벽면(2)에 해당되는 반사 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00068
는 지면에 의한 반사 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00069
은 결정된 건물 벽면에 대한 반사 회수를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00070
은 건물#2 벽면(2)에 대한 반사 회수를 나타낸다.
여기서, n번째 전파 경로에 대한 건물 벽면에 해당되는 반사 계수
Figure 112007074603001-pat00071
는 하기의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00072
여기서,
Figure 112007074603001-pat00073
는 건물 벽면에 대한 입사각을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00074
는 건물 j의 상대 유전율을 나타낸다.
이때, 건물 벽면에 대한 입사각
Figure 112007074603001-pat00075
는 하기의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00076
여기서,
Figure 112007074603001-pat00077
은 수신 안테나의 y 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00078
는 송신 안테나의 y 축 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00079
은 수신 안테나의 z 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00080
는 송신 안테나의 z 축 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00081
은 n번째 수신 영상 안테나 간의 전파 경로 거리를 나타낸다.
그리고 지면 반사 계수
Figure 112007074603001-pat00082
는 하기의 [수학식 9]와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00083
여기서,
Figure 112007074603001-pat00084
는 지면의 상대 유전율을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00085
는 지면에 대한 입사각을 나타낸다.
이때, 지면에 대한 입사각,
Figure 112007074603001-pat00086
는 하기의 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007074603001-pat00087
여기서,
Figure 112007074603001-pat00088
은 수신 안테나의 x 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00089
은 영상 안테나의 x 축 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00090
은 수신 안테나의 y 축 좌표를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00091
는 송신 안테나의 y 축 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00092
은 n번째 수신 영상 안테나 간의 전파 경로 거리를 나타낸다.
상기와 같은 건물 벽면 및 지면에 대한 입사각 및 전파 경로는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 정의된다.
도 6a 는 본 발명에 따른 건물 벽면에 의한 영상 안테나를 나타내는 일실시예 설명도이다.
여기서,
Figure 112007074603001-pat00093
는 건물 벽면에 대한 입사각을 나타낸다. 또한, Tn은 n번째 영상 송신 안테나를 나타내고, Tn(
Figure 112007074603001-pat00094
)는 Tn의 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00095
는 Tn과 수신 안테나 RX 간의 거리를 나타낸다.
도 6b 는 본 발명에 따른 지면에 의한 영상 안테나를 나타내는 일실시예 설명도이다.
여기서,
Figure 112007074603001-pat00096
는 지면에 대한 입사각을 나타내고, Tn은 n번째 영상 송신 안테나를 나타낸다. 또한, Tng는 Tn의 지면에 의한 영상 안테나를 나타내고, Tng(
Figure 112007074603001-pat00097
)는 Tng의 좌표를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00098
는 영상 안테나 Tng와 수신 안테나 RX 간의 거리를 나타낸다.
도 6c 는 본 발명에 따른 건물 벽면과 지면에 의한 영상 안테나와 전파 경로를 나타내는 일실시예 설명도이다.
여기서,
Figure 112007074603001-pat00099
은 1번째 영상 송신 안테나를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00100
Figure 112007074603001-pat00101
의 지면에 대한 새로운 영상 안테나를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00102
는 송신 안테나 TX(
Figure 112007074603001-pat00103
)의 지면에 대한 새로운 영상 안테나를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00104
는 4번째 영상 송신 안테나를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00105
Figure 112007074603001-pat00106
가 지면에 대해 만들어낸 영상 안테나를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00107
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00108
의 건물#1 벽면(1)에 의한 반사 계수를 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00109
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00110
의 지면에 의한 반사 계수를 나타내며,
Figure 112007074603001-pat00111
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00112
의 건물#2 벽면(2)에 의한 반사 계수를 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00113
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00114
의 지면에 대한 입사각을 나타내고,
Figure 112007074603001-pat00115
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00116
의 건물 벽면에 대한 입사각을 나타낸다. 또한,
Figure 112007074603001-pat00117
는 영상 안테나
Figure 112007074603001-pat00118
와 RX 간의 거리를 나타낸다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 도심지 협곡 모델(Urban Canyon Model)의 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 등에 이용될 수 있다.
도 1 은 종래 기술의 도심지의 협곡 모델의 좌표를 나타내는 일실시예 설명도,
도 2a 는 종래 기술의 영상 안테나의 생성 과정을 나타내는 일실시예 설명도,
도 2b 는 종래 기술의 영상 안테나의 번호 매김을 나타내는 일실시예 설명도,
도 3 은 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5 는 본 발명에 따른 다중 송신 안테나의 위치 산출 방법을 나타내는 일실시예 설명도,
도 6a 는 본 발명에 따른 건물 벽면에 의한 영상 안테나를 나타내는 일실시예 설명도,
도 6b 는 본 발명에 따른 지면에 의한 영상 안테나를 나타내는 일실시예 설명도,
도 6c 는 본 발명에 따른 건물 벽면과 지면에 의한 영상 안테나와 전파 경로를 나타내는 일실시예 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 좌측 건물#1 2 : 우측 건물#2
3 : 도로(지면) 4 : 송신 안테나
5 : 수신 안테나 30 : 전파 특성 예측 장치
31 : 송신 안테나 위치 결정부 32 : 영상 안테나 전파 경로 검색부
33 : 반사 전장 계산부 34 : 수신 전력 계산부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 다중 송신 안테나의 송신 위치를 계산하기 위한 송신 위치 계산 수단, 상기 다중 송신 안테나를 이루는 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나(Image Antenna)에 대한 전파 경로를 탐색하기 위한 전파 경로 검색 수단, 상기 탐색된 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산하기 위한 반사 전장 계산 수단 및 상기 계산된 부분 반사 전장으로부터 수신 전력을 계산하기 위한 수신 전력 계산 수단을 포함하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치에 있어서,
    상기 수신 전력 계산 수단은, 수신 안테나에 수신된 직접파 및 다중 반사파에 의한 수신 전력에, 상기 다중 송신 안테나의 개수만큼 전력을 더 더하여 상기 수신 안테나에 수신되는 전력을 계산하고,
    상기 전파 경로 검색 수단은, 상기 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나에 번호를 부여하고, 상기 번호가 부여된 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로를 찾으며,
    상기 송신 위치 계산 수단은, 상기 다수의 영상 안테나 각각에 대한 위치 정보를 획득하는데 이용하기 위하여, 기 설정된 송신 안테나의 위치로부터 송신 안테나 개수 및 안테나 소자 간 간격의 함수를 이용하여 상기 다중 송신 안테나의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 다중 송신 안테나는,
    도심지 협곡 모델 내에 존재하는 다중 송신 안테나인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 다중 송신 안테나의 송신 위치를 계산하는 송신 위치 계산 단계, 상기 다중 송신 안테나를 이루는 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나(Image Antenna)에 대한 전파 경로를 탐색하는 전파 경로 검색 단계, 상기 탐색된 전파 경로에서의 부분 반사 전장을 계산하는 반사 전장 계산 단계 및 상기 계산된 부분 반사 전장으로부터 수신 전력을 계산하는 수신 전력 계산 단계를 포함하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 방법에 있어서,
    상기 수신 전력 계산 단계는, 상기 영상 안테나의 개수가 상기 다중 송신 안테나의 개수 이상임에 따라, 수신 안테나에 수신된 직접파 및 다중 반사파에 의한 수신 전력에 상기 다중 송신 안테나의 개수만큼 전력을 더 더하여 상기 수신 안테나에 수신되는 전력을 계산하고,
    상기 전파 경로 검색 단계는, 상기 각 송신 안테나에 대하여 발생된 다수의 영상 안테나에 번호를 부여하고, 상기 번호가 부여된 각 영상 안테나에 해당되는 전파 경로를 찾으며,
    상기 송신 위치 계산 단계는, 상기 다수의 영상 안테나 각각에 대한 위치 정보를 획득하는데 이용하기 위하여, 기 설정된 송신 안테나의 위치로부터 송신 안테나 개수 및 안테나 소자 간 간격의 함수를 이용하여 상기 다중 송신 안테나의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 송신 안테나는,
    도심지 협곡 모델 내에 존재하는 다중 송신 안테나인 것을 특징으로 하는 다중 안테나 시스템의 전파 특성 예측 방법.
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