KR101100698B1 - 구글어스를 이용한 무선망 설계방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다음 단계를 포함하는 무선망 설계 방법을 제공한다.
a) 가입자국 위치, 가입자국 개수, 가입자국별 예측 데이터량을 데이터베이스에 입력하는 단계; b) 상기 가입자국 위치를 무선망 설계지역의 구글어스 지도에 표시하는 단계; c) 무선망 설계지역을 복수의 셀로 분할하는 클러스터링 단계; d) 상기 각 셀에 배치되는 기지국 위치를 배치하는 단계; 및 e) 상기 각 셀을 복수의 섹터로 분할하는 섹터링 단계;
무선망, 설계, 클러스터, 섹터, 가입자국

Description

구글어스를 이용한 무선망 설계방법{Method for designing wireless networks using the Google-Earth}
본 발명은 무선망 설계 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 구글어스를 이용한 고정기반의 무선망 설계 방법에 관한 것이다.
무선망 설계 시스템이란 무선 기지국을 효율적으로 설치할 수 있도록 도와주는 시스템이다.
종래 무선망 설계방법은 이동통신망에 기반을 두고 있어 무선망 설계 툴(tool) 및 방법이 복잡하다는 문제가 있었다.
즉, 종래의 무선망 설계방법은 이동통신용 기지국을 선정하고 음영지역을 최소화하는 방식으로서, 지역별 가입자 분포를 고려하여 불특정다수의 가입자가 통화할 경우에 발생하는 트래픽을 확률적으로 설계하는 방식을 취하고 있었다.
또한, 종래의 무선망 설계에는 별도의 GIS(geographical information system)가 필요하였다. 따라서 GIS가 마련되지 않은 지역에 무선망을 설계하고자 할 때 각 기지국이 설치될 지역의 현장조사단계, 가상설계단계, 현장재조사 및 수정단계, 본 설계단계를 거쳐야 했다. 특히, 아프리카와 같이 도로망 등의 기본적인 인프라가 구축되지 않은 지역에서 무선망을 설계하고자 하면 현장조사와 현장재조사단계를 거쳐야하므로 조사시간 및 비용이 증가하는 심각한 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이동통신용 기지국에 기반한 무선망 설계방법과는 다른 전혀 새로운 방식의 고정기반의 무선망 설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고정기반의 무선망을 설계함으로써 이동통신망 기반의 무선망 설계에서 필요한 이동통신망 가입자 사이의 트래픽 확률계산이 필요치 않은 단순화된 무선망 설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 별도의 GIS를 제작하지 않고 공지의 구글어스 지도를 이용하여 무선망 설계과정 중 현장재조사 단계를 생략함으로써 무선망 설계비용 및 시간을 상당히 줄일 수 있는 무선망 설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다음 단계를 포함하는 무선망 설계 방법을 제공한다.
a) 가입자국 위치, 가입자국 개수, 가입자국별 예측 데이터량을 데이터베이스에 입력하는 단계; b) 상기 가입자국 위치를 무선망 설계지역의 구글어스 지도에 표시하는 단계; c) 무선망 설계지역을 복수의 셀로 분할하는 클러스터링 단계; d) 상기 각 셀에 배치되는 기지국 위치를 배치하는 단계; 및 e) 상기 각 셀을 복수의 섹터로 분할하는 섹터링 단계;
상기 클러스터링 단계 후에, 셀이 가입자국을 포함하지 않으면 다음 단계를 진행하지 않고 종료하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 클러스터링 단계는 셀 반경을 정하는 단계; 및 최초 셀의 중심을 정하고 상기 중심을 포함하는 최초 셀을 선정하는 단계; 최초 셀을 기준으로 셀을 확장하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 최초 셀의 중심좌표 Xb , Yb 는 다음의 수식에 의해 정해질 수 있다.
Figure 112009042948718-pat00001
,
Figure 112009042948718-pat00002
,
Figure 112009042948718-pat00003
(Xi : 개별 가입자국의 가로좌표, Yi : 개별 가입자국의 세로좌표, n : 개별 셀 내의 총 가입자국 개수, di : 개별 가입자국의 예측데이터량)
상기 섹터링 단계는 기지국 위치를 중심으로 셀을 복수의 가상섹터로 나누는 단계; 하나의 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량을 초과하는 경우 상기 하나의 섹터를 둘로 분할하는 단계; 및 인접한 두 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량보다 미만인 경우 상기 두 섹터를 하나의 섹터로 병합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 가상섹터로 나누는 단계에 있어서, 셀을 동일한 분할각으로 나누되, 상기 분할각은 15, 30, 60, 90, 180 또는 360 °(deg) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 이동통신망 가입자 사이의 트래픽 확률계산이 필요치 않은 LOS(line of sight)를 지향하는 고정기반의 무선망을 설계함으로써 고정된 가입자국의 필요한 데이터용량을 확정할 수 있기 때문에 기지국의 출력, 커버리지 등의 변수를 설계하는 것이 용이하다.
또한, 가입자국이 이동하지 않고 고정되어있으므로 이동통신망 기반의 무선망 설계에서 발생하는 인접 가입자 사이의 통신채널 간섭이 발생하지 않는다는 이점이 있다.
또한, 별도의 GIS를 제작하지 않으므로 GIS 제작비용 절감의 효과가 있고, 공지의 구글어스 지도를 이용하여 무선망 설계과정 중 현장재조사 단계를 생략함으로써 무선망 설계비용 및 시간을 상당히 줄일 수 있는 이점이 있다. 특히 아프리카와 같이 도로망이 열악한 지역에서 무선망 설계를 하고자할 때 현장 조사시간 및 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선망 설계 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
먼저 a) 단계로서, 무선망 설계 지역의 가입자국(subscribe station) 위치, 가입자국 개수, 및 가입자국별 예측 데이터량을 데이터베이스에 입력한다.
상기 가입자국 위치는 실제 가입자국에서 GPS 등을 이용하여 획득한 위도 및 경도 데이터이다.
본 발명은 고정기반의 무선망 설계 방법으로서, 상기 가입자국은 무선망 네트워크 서비스 대상인 학교, 관공서, 또는 기타 건물이 될 수 있다.
다음 b) 단계로서 상기 데이터베이스에 저장된 가입자국의 위치를 구글어스(Google Earth) 지도(map)에 표시한다.
구글어스는 위도 및 경도 데이터를 이용하여 원하는 지점의 위치를 찾을 수 있으므로, 상기 데이터베이스에 입력된 가입자국의 위도 및 경도 위치를 이용하여 구글어스 지도 상에 가입자국의 위치를 표시할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 출원인이 제작한 'Jcast Link Budget Tool' 프로그램을 이용하여 가입자국(10)의 위치를 구글어스 지도에 표시할 수 있다.
다음 c) 단계는 클러스터링 단계로서 무선망 설계지역을 복수의 셀로 분할한 다.
도 2는 클러스터링 단계를 나타낸 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 무선망 설계지역을 복수의 셀로 클러스터링한 것을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 클러스터링 단계를 좀 더 자세히 살펴보면,
먼저 셀 반경을 정하게 되는데, 셀 반경은 기지국에 설치되는 안테나의 출력을 고려하여 정하게 된다.
다음으로 최초 셀 중심을 정하고 상기 중심을 포함하는 최초 셀을 선정하게 된다.
최초 셀 중심은 다음의 식에 의해 결정된다.
Figure 112009042948718-pat00004
,
Figure 112009042948718-pat00005
,
Figure 112009042948718-pat00006
- (1)
여기서 Xb와 Yb는 최초 셀 중심의 가로좌표와 세로좌표이고, wi는 가중치로서 개별 가입자국의 예측 데이터량(di)을 전체 가입자국의 예측데이터량 합으로 나눈 값이다.
여기서 Xi는 개별 가입자국의 가로좌표, Yi는 개별 가입자국의 세로좌표, n 은 무선망 설계지역의 전체 가입자국 개수, di는 개별 가입자국의 예측데이터량이다.
무선망 설계 지역의 어느 지점을 좌표의 원점으로 정하든지 상기 (1) 식에 의해 결정되는 최초 셀 중심은 동일하다.
개별 가입자국의 예측 데이터량을 알 수 없는 경우에는 가중치(wi)는 '1'로 설정한다.
상기 (1) 식의 Xb, Yb 는 다음 최적화 식의 해임을 알 수 있다.
Figure 112009042948718-pat00007
즉, 상기 Xb, Yb 는
Figure 112009042948718-pat00008
이 최소값이 되게 하는 값이다.
최초 셀 중심이 정해지면, 상기 중심을 기준으로 셀 반경에 따라 최초 셀을 선정하게 된다. 다음으로 최초 셀을 기준으로 시계방향 또는 시계 반대방향으로 셀을 확장하여 무선망 설계지역 전체를 동일한 셀로 분할하게 된다.
도 5를 참조하면, 최초 셀 'C0.0'를 정하고 'C1.1' -> 'C1.2' -> 'C1.3' 순으로 시계 반대방향으로 셀을 확장하여 나갈 수 있다.
다음 d) 단계는 기지국 위치선정 단계로서 각 셀에 배치되는 기지국의 위치를 정하는 단계이다.
기지국 위치 선정단계는 구체적으로 다음과 같다.
먼저 셀 내에 고층빌딩 또는 산이 있는지 판단한다. 만약 상기 셀 내에 고층빌딩 또는 산이 없다면 셀의 중심에 기지국이 배치된다. 그러나 상기 셀 내에 고층빌딩 또는 산이 있다면 상기 빌딩 또는 산의 정상 지점에 기지국을 배치한다.
다음 e) 단계는 섹터링 단계로서 상기 클러스터링 단계에서 분할된 각 셀을 기지국을 중심으로 복수의 섹터로 분할하는 단계이다.
섹터링 단계에서는 상기 기지국의 안테나 수를 정하게 된다.
도 3을 참조하여 섹터링 단계를 자세히 살펴보면,
먼저 임의의 분할각을 기준으로 셀을 복수의 가상섹터로 분할하게 된다. 상기 분할각은 설계자가 임의로 정하게 되는데, 일반적으로 분할각은 15, 30, 60, 90, 180 또는 360 °중 어느 하나일 수 있다.
다음으로 분할된 각 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합과 하나의 안테나 용량을 비교한다.
만약 하나의 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량을 초과하면 상기 섹터를 두 섹터로 분할한다.
다음으로 인접한 두 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합과 하나의 안테나 용량을 비교한다.
만약 상기 두 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량 미만이면 상기 두 섹터를 하나의 섹터로 병합한다.
도 6을 참조하여 분할각이 60°인 경우에 섹터링 단계를 설명한다.
분할각이 60°이면 하나의 셀(100)은 기지국(20)을 중심으로 총 6개의 가상섹터(S1, S2, S3, S4, S5 및 S6)로 나누어진다.
섹터 S5 내의 가입자국(10)의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량을 초과하면 상기 섹터 S5는 S5-1과 S5-2로 분할된다.
또한 섹터 S1과 S2 내의 가입자국(10)의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량 미만이면, 상기 섹터 S1과 S2는 섹터 S12로 병합되고, 섹터 S3과 S4 내의 가입자국(10)의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량 미만이면, 상기 섹터 S3과 S4는 섹터 S34로 병합된다.
따라서, 최초 분할된 가상섹터에서 섹터의 분할 내지 병합이 없었다면 상기 셀(100)은 총 6개의 안테나가 필요하다. 그러나 상기와 같은 섹터의 분할 내지 병합을 거침으로써 상기 셀(100)에는 총 5개의 안테나가 배정된다.
본 발명의 일 실시예에 따를 경우 상기 클러스터링 단계 후에, 클러스터링 단계를 통해 분할된 각 셀이 가입자국을 포함하고 있는지를 판단하는 단계를 거치는 것이 바람직하다.
셀이 가입자국을 포함하고 있다면 다음 단계인 기지국 위치 선정 단계로 넘어가게 되고, 셀이 가입자국을 포함하고 있지 않다면 더 이상 단계를 진행하지 않고 종료하게 된다.
가입자국을 포함하지 않는 셀은 추후에 가입자국을 포함할 수 있으므로 셀은 그대로 유지한다.
도 5를 참조하면, 가입자국(10)을 포함하지 않는 셀 C1.0, C1.3, C2.2, C2.6, 및 C2.9은 기지국 위치선정 단계 및 섹터링 단계를 거치지 않는다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선망 설계 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선망 설계 방법의 클러스터링 단계의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선망 설계 방법의 섹터링 단계의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4는 무선망 설계 프로그램을 이용하여 가입자국의 위치를 구글어스 지도에 표시한 도면이다.
도 5는 무선망 설계 지역을 클러스터링한 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 분할각이 60°인 경우에 셀을 섹터링한 것을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 >
10 가입자국
20 기지국
100 셀

Claims (6)

  1. a) 가입자국 위치, 가입자국 개수, 가입자국별 예측 데이터량을 데이터베이스에 입력하는 단계;
    b) 상기 가입자국 위치를 무선망 설계지역의 구글어스 지도에 표시하는 단계;
    c) 무선망 설계지역을 복수의 셀로 분할하는 클러스터링 단계;
    d) 상기 각 셀에 배치되는 기지국 위치를 배치하는 단계; 및
    e) 상기 각 셀을 복수의 섹터로 분할하는 섹터링 단계;를 포함하는 무선망 설계방법.
  2. 제1항에 있어서,
    클러스터링 단계 후에,
    셀이 가입자국을 포함하지 않으면 셀 내에 고층빌딩 또는 산이 있는지 판단하는 다음 단계를 진행하지 않고 종료하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선망 설계방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클러스터링 단계는
    셀 반경을 정하는 단계; 및
    최초 셀의 중심을 정하고 상기 중심을 포함하는 최초 셀을 선정하는 단계;
    최초 셀을 기준으로 셀을 확장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선망 설계방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최초 셀의 중심좌표 Xb , Yb 는 다음의 수식에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 무선망 설계방법.
    Figure 112009042948718-pat00009
    ,
    Figure 112009042948718-pat00010
    ,
    Figure 112009042948718-pat00011
    (Xi : 개별 가입자국의 가로좌표, Yi : 개별 가입자국의 세로좌표, wi : 가중치, n : 무선망 설계지역의 전체 가입자국 개수, di : 개별 가입자국의 예측데이터량)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섹터링 단계는
    기지국 위치를 중심으로 셀을 복수의 가상섹터로 나누는 단계;
    하나의 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량을 초과하는 경우 상기 하나의 섹터를 둘로 분할하는 단계; 및
    인접한 두 섹터 내의 가입자국의 예측 데이터량 합이 하나의 안테나 용량 미만인 경우 상기 두 섹터를 하나의 섹터로 병합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으 로 하는 무선망 설계방법.
  6. 제5항에 있어서,
    가상섹터로 나누는 단계에서,
    셀을 동일한 분할각으로 나누되, 상기 분할각은 15, 30, 60, 90, 180 또는 360 °(deg) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선망 설계방법.
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