KR20000056404A - 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰러 무선통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 도심지에서 발생될 수 있는 전파의 음영지역을 해소하기 위하여 중계기를 설치하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법에 관한 것이다. 본 발명은, 기지국 방향의 제 1 안테나와 이동 단말기 방향의 제 2 안테나, 기지국으로부터 이동 단말기의 방향(순방향)의 신호를 증폭하는 순방향 증폭기 및 이동 단말기로부터 기지국의 방향(역방향)의 신호를 증폭하는 역방향 증폭기를 포함하는 중계기를 설치하는 단계와; 상기 중계기의 안테나를 조절하는 단계; 상기 중계기 증폭기의 이득을 조절하는 단계; 및 상기 중계기의 동작을 최적화하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 중계기와 주변 기지국의 최적화를 동시에 실시하지 않고도 음영지역을 효과적으로 해소할 수 있으며, 중계기의 설치위치를 유동적으로 할 수 있다는 효과가 있다.

Description

전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법{METHOD FOR SETTING UP REPEATER TO ELIMINATE THE HOLE OF PROPAGATION OF RADIO WAVE}

본 발명은 셀룰러 무선통신 시스템(Cellular Radio Telecommunication System)에 관한 것으로서, 특히 도심지(Dense Urban)에서 발생될 수 있는 전파의 음영지역(Shadow Area, Hole)을 해소하기 위하여 중계기(Repeater)를 설치하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법에 관한 것이다.

셀룰러 이동통신 시스템은 전체 서비스지역을 다수의 기지국(Base Station: BS) 영역으로 분할하여 소규모의 서비스영역인 셀(cell)들로 구성하고, 이러한 기지국들을 이동 교환국(Mobile Switching Center: MSC)으로 집중 제어하여 가입자가 셀간을 이동하면서도 통화를 계속할 수 있도록 한다.

고층 건물과 복잡한 도로구조를 가지는 도심지에서, 실제 설계단계에서는 예상치 못했던 작은 음영지역(Hole)이 발생될 수 있으며, 통화량(traffic)에 따라서 서비스영역이 변환되어 도 1 에 나타낸 바와 같이 음영지역(1)이 발생될 수도 있다. 이러한 음영지역(1)은 지형지물에 의해 발생된 것이므로, 기지국의 송신전력을 증가시킨다 해도 해소되지 않는다. 그러나 음영지역마다 기지국을 설치하게 되면 불필요한 비용이 너무 많이 발생하게 된다.

셀룰러 시스템에서는 전파의 감도가 약하거나 전혀 도달하지 못하는 음영지역(Shadow Area)에서 이동통신 서비스를 지원하기 위해, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 중계기(Repeater)(2)를 사용하는데, 중계기는 기지국과 연계되어 사용되며, 주로 설치되는 지역은 도심환경 내에서 고층 빌딩의 뒤이나 건물의 지하, 지하철 내부, 터널 및 일부 외곽지역 등이다.

셀룰러 시스템의 운영자는 음영지역에 설치된 중계기 안테나(Antenna)의 방향(direction)과 기울기(tilt)를 적절하게 조절함으로써, 중계기가 음영지역을 효과적으로 해소할 수 있도록 해야 한다. 그러나 안테나의 방향이나 기울기를 임의로 조절하는 경우, 이로 인하여 부근의 전파환경이 변화되어, 전체 서비스영역의 최적화를 다시 수행해야 한다는 문제점이 발생된다.

상기된 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 중계기 설치방법 및 최적화방법에 있어서는, 음영지역에 설치된 중계기 안테나의 방향과 기울기를 적절하게 조절하지 못하게 되면 부근지역의 최적화를 다시 진행해야 하며, 부근 셀영역이 축소되어 새로운 음영지역이 다시 발생하게 될 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 도심지의 음영지역을 제거하기 위하여 설치된 중계기의 안테나 방향과 기울기 및 증폭기(Amplifier)의 이득을 적절하게 조절하며, 중계기 설치후 그 동작을 최적화하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 통상적인 음영지역의 도면.

도 2 는 통상적인 중계기의 도면.

도 3 은 본 발명에 의한 중계기 설치방법의 일실시예를 나타낸 흐름도.

도 4 는 본 발명에 적용되는 중계기 구성의 일실시예를 나타낸 구성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 음영지역 2 : 중계기

10,50 : 안테나 20,40 : 순환기

30,60 : 증폭기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명에 따른 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법의 실시예는,

기지국 방향의 제 1 안테나와 이동 단말기 방향의 제 2 안테나, 기지국으로부터 이동 단말기의 방향(순방향)의 신호를 증폭하는 순방향 증폭기 및 이동 단말기로부터 기지국의 방향(역방향)의 신호를 증폭하는 역방향 증폭기를 포함하는 중계기를 설치하는 단계와;

상기 중계기의 안테나를 조절하는 단계;

상기 중계기 증폭기의 이득을 조절하는 단계; 및

상기 중계기의 동작을 최적화하는 단계를 포함한다.

중계기는, 기지국으로부터의 순방향신호(Forward Signal)를 증폭하여 수신전파의 레벨이 낮아 정상적인 서비스가 이루어질 수 없는 음영지역으로 송신하거나, 반대로 음영지역 내의 이동 단말기로부터 수신한 역방향신호(Reverse Signal)를 증폭하여 기지국으로 송신함으로써, 기지국과 단말기간의 무선링크를 증폭하는 역할을 수행한다.

그러므로 본 발명은 중계기가 정확한 신호를 수신하고 송신할 수 있도록 중계기의 위치를 적절하게 선택하며, 중계기 안테나와 증폭기의 동작을 적절하게 조절하여, 중계기가 음영지역을 효과적으로 해소할 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 의한 중계기 설치방법의 일실시예를 나타낸 흐름도로서, 도시한 바와 같이, 중계기를 설치하는 단계(s110)와; 상기 중계기의 안테나를 조절하는 단계(s120); 상기 중계기 증폭기의 이득을 조절하는 단계(s130); 및 상기 중계기의 동작을 최적화하는 단계(s140);로 구성된 것으로, 이의 작용 및 효과에 대하여 도 4 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 양방향 중계기는 도 4 에 도시된 바와 같이, 기지국 방향의 제 1 안테나(10)와, 제 1 안테나(10)와 연결되어 있으며 순방향 경로와 역방향 경로를 연결하는 제 1 순환기(Circulator)(20), 상기 제 1 순환기(20)와 연결된 순방향 증폭기(Forward Amplifier)(30), 상기 제 1 순환기(20)와 연결된 역방향 증폭 경로(60), 상기 순방향 증폭 경로(30)와 역방향 증폭 경로(60)와 연결되는 제 2 순환기(40) 및 상기 제 2 순환기(40)와 연결된 이동 단말기 방향의 안테나(50)를 포함한다.

단계(s110)에서, 시스템 운영자는 중계기가 설치되는 위치를 적절하게 선택한다. 즉, 운영자는 서비스하고자 하는 음영지역의 주변 기지국 신호를 양호하게 수신할 수 있는 지역에 중계기를 설치한다.

음영지역은 대체적으로 복잡한 건물과 도로구조를 가지는 도심지에 발생되므로, 중계기도 도심지의 음영지역에 설치된다. 도심지에서 각 기지국이 서비스하는 셀의 반경은 대체적으로 1Km정도인데, 도심지에서는 셀이 작고 셀내의 건물의 높이가 높은 데다가 밀집된 정도도 심하므로, 중계기는 다중경로를 통해서 다수의 기지국 신호를 수신하게 된다. 상기된 바와 같이, 도심지에서는 다수의 전파경로에 의하여 서비스영역의 변화가 심하다. 그러므로 중계기는 서비스영역의 변동에 대응할 수 있는 지역에 설치되어야 한다.

셀룰러 시스템에서 각 기지국은 고유한 파일럿 신호(Pilot Signal)를 송출하여, 이동 단말기가 각 기지국을 구분할 수 있도록 한다. 만일 중계기가 두 개 이상의 파일럿 신호를 수신하여 증폭하게 되는 경우, 두 신호가 서로간에 간섭으로 작용하여 파일럿 신호의 향상효과가 감소될 수 있다.

중계기는 음영지역의 해소를 목적으로 하여 설치되는 것이므로, 셀의 경계가 아닌 셀의 내부에 설치된다. 또한 음영지역이 특정부분에 몰려서 발생되는 경우, 중계기의 이동 단말기 방향의 안테나(50)는 협소한 수평빔폭을 가지는 안테나를 사용하여, 중계기의 신호가 주변 기지국에 간섭을 주지 않도록 한다.

단계(s120)에서, 운영자는 중계기 안테나(10)(50)의 방향(Direction)과 기울기(Tilt)를 적절하게 조절한다. 도 4 에 나타낸 바와 같이, 중계기는 기지국 방향의 안테나(10)와 이동 단말기 방향의 안테나(50)를 가지는데, 기지국 방향의 제 1 안테나(10)는 기지국의 신호를 양호하게 수신할 수 있도록 설치되어야 한다. 그러므로 제 1 안테나(10)는 기지국과 마주 보도록 설치되며, 바람직하게는 기지국 안테나의 주엽(main lobe)과 제 1 안테나(10)의 주엽이 중첩되도록 설치되어야 한다.

이동 단말기 방향의 제 2 안테나(50)는 서비스하고자 하는 방향, 즉 음영지역이 있는 방향으로 설치되어야 하는데, 이를 위해서는 사전에 충분한 현장시험(field test)을 통해서 음영지역을 정확하게 파악하고 있어야 한다. 음영지역을 정확하게 파악하기 위해서는 좁은 도로의 데이터도 수집하여야 하며, 유휴 상태와 통화 상태의 데이터를 모두 수집하여, 중계기 동작 이전과 이후를 비교할 수 있도록 한다.

제 2 안테나를 설치할 때는 제 1 안테나와의 절연(Isolation)을 고려하여 설치하여야 한다. 바람직하게는 수직 절연을 통하여, 두 안테나를 절연시킨다. 절연시의 레벨은 중계기의 이득보다 15dB 이상 높은 레벨로 한다.

단계(s130)에서, 운영자는 중계기 증폭기(30)(60)의 이득(Gain)을 적절하게 조절한다. 중계기를 도심지의 셀 내부에 설치하게 되면, 중계기의 기지국 신호 입력단에 수신되는 신호의 세기가 중계기 규격을 초과하게 될 수 있다. 이러한 신호는 중계기의 증폭기에 과포화를 발생시켜, 증폭기에 고장을 일으키며 중계기의 정상적인 서비스를 방해한다.

이를 위하여 운영자는 중계기의 기지국 신호 입력단에 감쇄기(Attenuator)를 설치하여, 기지국 신호 입력단으로 수신되는 신호의 세기를 적절하게 감소시킨다. 그러므로 중계기의 증폭기 이득은, 상기 감쇄기의 동작을 고려할 때 최대 이득으로 설정될 수 있다. 운영자는 증폭기 이득의 조정단위에 따라 이득을 조절하여, 증폭기의 특성이 가장 양호한 이득을 설정한다.

중계기는 순방향 증폭기(30)와 역방향 증폭기(60)를 가지는데, 하나의 증폭기 이득을 조절하게 되면 다른 증폭기의 이득도 마찬가지로 조절되어야 한다. 역방향 증폭기(60)의 이득은 일반적으로 순방향 증폭기(30)의 이득과 같도록 설정된다. 예를 들어, 역방향 증폭기(60)의 이득은, "-20dB - 중계기 잡음지수 - 경로손실"로 설정될 수 있다.

단계(s140)에서, 운영자는 상기의 단계(s110) 내지 단계(s130)에 의하여 조절된 중계기를 동작시키고, 그 동작 결과에 따라 중계기를 최적화한다.

중계기의 기지국 방향 안테나(10)는, 중계기가 하나의 파일럿 신호만을 수신할 수 있도록 그 방향과 기울기가 조절되어야 한다. 중계기가 다수의 기지국 신호를 수신하여 증폭하게 되면, 다수의 신호가 오히려 서비스영역내의 간섭으로 작용할 수 있다.

안테나의 방향과 기울기를 조절하고 나면, 순방향 증폭기(30)의 이득을 설정한다. 이득을 설정할 때에는, 먼저 서비스영역을 무시하고 증폭기(30)의 특성만을 고려하여 설정한다. 증폭기(30)의 특성을 고려하여 최대 이득을 설정하고 나면, 일정 단위로 이득을 변화시켜 동작점을 찾고, 이를 바탕으로 최적의 이득을 설정한다. 역방향 증폭기(60)의 이득은 순방향 증폭기(30)의 이득과 같도록 설정된다.

순방향 증폭기(30)와 역방향 증폭기(60)의 이득을 설정하고 나면, 중계기가 동작하고 있는 동안에 프레임 에러율(Frame Error Rate: FER)을 수집하여 서비스영역내의 품질을 확인한다. 시험은 서비스지역내의 모든 지점에서 수행되며, 도심지내의 음영지역 해소여부를 검증할 수 있도록 진행된다.

시험 결과, 중계기의 이득이 너무 크게 설정되어 주변 기지국의 서비스영역을 축소시키는 경우, 운영자는 중계기의 기지국 방향 입력단에 설치된 감쇄기를 사용하여, 중계기의 이득을 감소시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 중계기와 주변 기지국의 최적화를 동시에 실시하지 않고도 음영지역을 효과적으로 해소할 수 있으며, 중계기의 설치위치를 유동적으로 할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 기지국 방향의 제 1 안테나와 이동 단말기 방향의 제 2 안테나, 기지국으로부터 이동 단말기의 방향(순방향)의 신호를 증폭하는 순방향 증폭기 및 이동 단말기로부터 기지국의 방향(역방향)의 신호를 증폭하는 역방향 증폭기를 포함하는 중계기를 설치하는 단계와;

   상기 중계기의 안테나를 조절하는 단계;

   상기 중계기 증폭기의 이득을 조절하는 단계; 및

   상기 중계기의 동작을 최적화하는 단계를 포함하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나를 조절하는 단계는,

   상기 제 1 안테나의 주엽이 주변 기지국 안테나의 주엽과 중첩되도록, 제 1 안테나의 방향(direction)과 기울기(tilt)를 조절하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 안테나의 조절시,

   제 2 안테나의 주엽이 서비스하고자 하는 음영지역의 방향을 향하도록, 제 1 안테나의 방향과 기울기를 조절하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 안테나의 조절시,

   상기 중계기가 주변 기지국들의 신호들 가운데 하나의 기지국 신호만을 수신하도록, 제 1 안테나의 방향과 기울기를 조절하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 안테나를 조절하는 단계는,

   상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나를 격리(isolation)시키는 단계를 포함하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 증폭기 이득을 조절하는 단계는,

   상기 순방향 증폭기의 특성을 고려하여, 순방향 증폭기의 이득을 최대 값으로 설정하는 단계와;

   증폭기의 단계적인 이득조정을 통해 최적의 증폭상태를 가지는 이득값으로 설정하는 단계;

   상기 역방향 증폭기의 이득을, 상기 순방향 증폭기의 이득과 같은 값으로 설정하는 단계를 포함하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 중계기 동작의 최적화시,

   상기 중계기의 신호가 주변 기지국에 간섭을 주는 경우에는 중계기의 전체 이득을 감소시키고, 음영지역이 특정부분에 몰려서 발생되는 경우에는 제 2 안테나의 수평빔폭을 협소하게 함으로써, 주변 기지국으로의 간섭을 최소화하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 중계기의 설치시,

   서비스하고자 하는 음영지역의 주변 기지국 신호를 양호하게 수신할 수 있는 위치에 중계기를 설치하는, 전파의 음영지역 해소를 위한 중계기 설치방법.