KR20000019063A - 안테나 형태에 따른 섹터 기지국의 유효 서비스 면적 계산 방법 - Google Patents

안테나 형태에 따른 섹터 기지국의 유효 서비스 면적 계산 방법 Download PDF

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Abstract

안테나 형태에 따른 섹터 기지국의 유효 서비스 면적 계산 방법에 대하여 개시한다. 상기 방법을 위한 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법은, 옴니 기지국에 대한 섹터 기지국의 서비스 면적비를 구하는 단계, 핸드오버 영역을 고려한 옴니 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계 및 상기 서비스 면적비를 구하는 단계에서의 서비스 면적비와 상기 면적을 구하는 단계에서의 서비스 면적을 곱하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

안테나 형태에 따른 섹터 기지국의 유효 서비스 면적 계산 방법
본 발명은 안테나 형태에 따른 섹터 기지국의 유효 서비스 면적 계산 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 옴니 시스템과 비교하여 섹터 시스템에서의 안테나 수평 빔 형태에 따른 기지국당 서비스 면적 효율을 계산하고, 이를 무선망 설계시 적용하는 방법에 관한 것이다.
무선망 설계시 기지국 물량을 계산하기 위해서는 용량과 유효면적을 동시에 만족시켜야 한다. 따라서 트래픽(traffic) 기준으로 계산한 기지국 수와 면적(area) 기준으로 계산한 기지국 수를 다음 수학식 1과 같이 동시에 고려하여 트래픽 기준을 만족시키는 최소 기지국 수와 면적 기준을 만족시키는 최소 기지국 수 양쪽을 모두 만족시키는 기지국 수를 구하게 된다.
# of BTS = MAX [ min(area based), min(traffic based) ]
면적 기준으로 기지국 수를 계산하는 방법은 서비스 해야할 전체 영역을 하나의 기지국이 서비스 할 수 있는 면적으로 나누어서 구하게 되며, 하나의 기지국이 서비스 할 수 있는 면적을 계산하기 위해서는 먼저 다양한 파라미터 값들을 이용하여 링크 버젯(Link Budget)을 분석하고, 적절한 전파 모델(propagation model)을 적용하여 최대 허용 경로 손실값(maximum allowable path loss)에 대한 셀 반경(cell radius)을 구한다. 이때 안테나 이득이 같은 경우는 방향성 안테나를 사용하는 섹터 시스템이 전 방향성 안테나를 사용하는 옴니 시스템보다 안테나 형태에 따른 한 기지국의 유효면적은 상대적으로 작게 된다.
통상적으로, 옴니 시스템의 단일 셀(single cell)에서는 셀 반경에 의한 원의 면적(S=πR2)이 기지국의 서비스 면적이 되지만, 다중 셀(multi cell)에서는 핸드오버 영역을 고려해야 한다.
옴니 시스템과는 달리 섹터 시스템에서는 기지국당 정확한 서비스 면적을 구하기가 어려워 무선망 설계시 도 1과 같이 핸드오버 영역을 고려한 육각형 셀 모형을 기준으로 기지국당 서비스 면적을 구해 왔다. 그러나 옴니 시스템의 경우에는 전 방향성 안테나를 사용하므로 도 1에 나타낸 것과 같은 수식을 사용하여 기지국당 서비스 면적을 구하는 것이 적합한 반면, 섹터 시스템에서는 방향성 안테나를 사용하므로 안테나 형태에 따라 기지국당 서비스 면적이 달라지게 되고 안테나 이득이 같은 경우 섹터 기지국이 옴니 기지국보다 안테나 형태에 따른 하나의 기지국이 서비스 할 수 있는 면적은 상대적으로 작게 된다. 그러므로 실질적인 섹터 시스템에서의 서비스 면적을 구하기 위해서는 도 1과 같은 육각형 모델식뿐만 아니라 안테나 형태를 고려하여 유효면적을 계산해야 한다.
도 2는 섹터 시스템에서의 안테나 형태에 따른 기지국당 서비스 면적의 감소변화를 나타내었다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 섹터 시스템에서의 안테나 수평 빔 형태에 따른 서비스 면적의 감소 비율을 계산하고, 이를 무선망 설계시 서비스 면적을 수용할 수 있는 기지국 수를 계산할 때 적용할 수 있도록 실제 환경에 적합한 기지국 수를 구하기 위한 유효 서비스 면적 계산 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 섹터 시스템에서의 안테나 수평빔 형태(horizontal beam pattern)에 따른 기지국 유효면적(coverage area)을 구하여 옴니 시스템(Omni system) 일 때의 유효면적과 비교하고, 동일한 안테나 이득을 가질 때 옴니 시스템에 비해 서비스 면적 효율이 어느 정도 되는지를 계산하여 무선망 설계시 핸드오버 영역을 고려한 유효면적 계산 방법을 제공한다.
도 1 은 종래 섹터 시스템에서의 기지국당 서비스 면적 계산 방법.
도 2 는 안테나 형태에 따른 섹터 시스템의 기지국당 서비스 면적 감소 변화도.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법은,
옴니 기지국에 대한 섹터 기지국의 서비스 면적비를 구하는 단계;
핸드오버 영역을 고려한 옴니 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계; 및
상기 서비스 면적비를 구하는 단계에서의 서비스 면적비와 상기 면적을 구하는 단계에서의 서비스 면적을 곱하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 각 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계는,
다수의 파라미터 값을 이용하여 링크 버젯을 분석하는 단계;
전파 모델을 적용하여 최대 허용 경로 손실값에 대한 셀 반경을 구하는 단계; 및
방향성 안테나 형태에 따른 유효 면적을 구하는 단계를 구비하여 이루어지고, 상기 유효 면적을 구하는 단계는
안테나 수평 빔 형태에 따라 각도별 반경을 구하는 단계;
상기 각도별 반경 각각에 대해 구해진 원의 면적을 각기 숫자 360으로 나누어 해당 각도에 대한 서비스 면적을 계산하는 단계; 및
상기 각 각도별로 계산된 면적을 모두 합하는 단계를 구비하여 이루어지며,
상기 옴니 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계는, (R은 셀 반경) 의 계산에 의해 얻어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 안테나 수평 빔 형태에 따른 옴니 기지국에 대한 섹터 기지국의 서비스 면적비(%)를 계산하는 부분과, 이를 무선망 설계시 적용하는 부분으로 구성된다.
먼저 기지국의 서비스 면적을 계산하기 위해서는 다양한 파라미터값 등을 이용하여 링크 버젯을 분석하고 적절한 전파 모델을 적용하여 최대 허용 경로 손실값에 대한 셀 반경을 구해야 한다. 본 발명에서는 형태(Morphology)에 따라 4가지 경우에 대한 링크 버젯을 분석하여 각각의 경우별로 셀 반경을 계산하였고, 다양한 방향성 안테나 형태에 따른 각각의 유효면적을 구하였다. 주된 계산 방법은 한 기지국에서의 알파(alpha)/베타(beta)/감마(gamma)위치가 0°/120 °/240°로 안테나의 방향이 120°간격으로 구성되어 있다고 가정하여 안테나 수평 빔 형태에 따라 각도별 반경을 구하고 각 반경에 의해 구해진 원의 면적을 360으로 나누어 해당 각도에 대한 서비스 면적을 계산하였다. 각 각도별 계산된 면적을 모두 더하면 한 기지국의 전체 유효 면적이 된다. 옴니 기지국에 대한 섹터 기지국의 서비스 면적비(%)는 같은 안테나 이득을 사용한다는 가정하에 계산되며, 서비스 면적은 셀 반경에 의한 원의 면적(S=πR2)으로 계산하였다. 이와 같이 계산된 3 섹터 기지국의 옴니 기지국에 대한 서비스 면적비는 표 1과 같다.
3 섹터 기지국의 옴니 기지국에 대한 서비스 면적 비
주 폭( °) 도 시 교 외 시 골
건물 내부 자동차 내부 자동차 내부 자동차 내부
40°(Algon) 46.6 % 46.9 % 45.3 % 44.8 %
50°(DB-567) 62.6 % 62.9 % 60.9 % 60.0 %
65°(Ace 안테나) 68.9 % 69.3 % 67.2 % 66.8 %
85°(Ace 안테나) 79.3 % 79.8 % 77.7 % 77.8 %
90°(Ace 안테나) 82.9 % 83.4 % 81.0 % 81.8 %
105°(Ace 안테나) 88.0 % 88.5 % 86.6 % 87.4 %
120°(Algon) 88.5 % 88.9 % 86.9 % 87.8 %
다음으로 상기와 같은 방법으로 계산된 값들을 실제 무선망 설계시 적용하려면 옴니 기지국과 섹터 기지국의 서비스 면적을 따로 계산하여 적용하여야 한다. 핸드오버 영역을 고려한 옴니 기지국의 서비스 면적(도 1의 육각형 셀 모형 기준)은 수학식 2와 같다.
핸드오버 영역을 고려한 섹터 기지국의 서비스 면적은 상기 수식 2에 의해 계산된 옴니 기지국의 서비스 면적과 상기 표 1의 섹터 기지국의 옴니 기지국에 대한 서비스 면적비(%)를 곱하여 다음 수학식 3과 같이 계산한다.
S(섹터)= S(옴니) ×α
상기 α 는 섹터 기지국의 옴니 기지국에 대한 서비스 면적비(%) 이다.
상기 본 발명에 의한 방법으로 무선망 설계시 면적 기준으로 기지국 수를 계산하면 실제 환경에 적합한 기지국 수를 구할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 옴니 기지국에 대한 섹터 기지국의 서비스 면적비를 구하는 단계;
    핸드오버 영역을 고려한 옴니 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계; 및
    상기 서비스 면적비를 구하는 단계에서의 서비스 면적비와 상기 면적을 구하는 단계에서의 서비스 면적을 곱하는 단계를 포함하는, 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계는,
    다수의 파라미터 값을 이용하여 링크 버젯을 분석하는 단계;
    전파 모델을 적용하여 최대 허용 경로 손실값에 대한 셀 반경을 구하는 단계; 및
    방향성 안테나 형태에 따른 유효 면적을 구하는 단계를 구비하여 이루어지는, 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유효 면적을 구하는 단계는
    안테나 수평 빔 형태에 따라 각도별 반경을 구하는 단계;
    상기 각도별 반경 각각에 대해 구해진 원의 면적을 각기 숫자 360으로 나누어 해당 각도에 대한 서비스 면적을 계산하는 단계; 및
    상기 각 각도별로 계산된 면적을 모두 합하는 단계를 구비하여 이루어지는, 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옴니 기지국의 서비스 면적을 구하는 단계는, (R은 셀 반경) 의 계산에 의해 얻어지는, 안테나 패턴에 따른 섹터 기지국의 서비스 면적 계산 방법.
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