KR20010057056A - 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법 - Google Patents

광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 무선망 설계시스템에서 무선망 설계툴상에 점대점 전파해석 기능을 구현함으로써, 도심의 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경에서의 실제 벡터 데이터를 이용한 전파해석을 통하여 점대점 전파 특성환경을 고려한 보다 정확한 전파해석을 수행하기 위한 점대점 전파해석 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선망 설계시스템에서의 전파해석 방법에 있어서, 점대점(Point-to-Point) 전파해석을 수행하기 위하여, 무선망설계 툴상에 광선발사(Ray-launching) 기법을 적용하고 송신안테나(Tx)로부터 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면이나 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로 정보에 대한 직접/반사파(Ray) 및 회절파(Subray)에 대한 구조체를 정의하여 메모리에 할당하는 제 1 단계; 및 상기 송신안테나(Tx)로부터 발사된 직접/반사파 및 회절점에서 발사된 회절파가 수신안테나(Rx)에 직접/반사 및 회절되어 수신되는 경우에, 모든 광선에 대한 전파경로간 정보를 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체에 저장하고, 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체를 바탕으로 점대점 전파해석을 수행하는 제 2 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선망설계 툴 등에 이용됨.

Description

광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법{Method of point-to-point prediction using ray struct}
본 발명은 무선망 설계시스템에서 건물의 벡터 데이터를 이용한 도심 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경을 고려한 무선망 설계툴 개발시에 광선발사(Ray-launching) 모델기법을 적용한 점대점 전파해석 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
도 1 은 일반적인 무선망 설계시스템의 구성 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 무선망 설계시스템은 입력부(11), 출력부(12), 중앙처리부(13) 및 저장부(14)를 구비한다.
여기서, 입력부(11)는 무선망 설계를 위해 사용자로부터 데이터를 입력받으며, 출력부(12)는 사용자의 입력 결과, 중앙 처리부(13)에서의 처리 결과 등을 사용자에게 제시한다.
그리고, 저장부(14)는 건물데이터, 지형데이터, 도심 좌표 등의 지리정보시스템(GIS : Geographic Information System) 데이터를 무선망 설계를 위해 데이터베이스(DB : DataBase) 형태로 저장하고 있다. 또한, 중앙 처리부(13)에서는 사용자의 요구에 의해 무선망 설계에 대한 여러가지 작업을 저장부(14)에 저장된 데이터를 이용하여 처리한다.
일반적으로, 도심의 전파환경은 건물의 배열, 도로폭, 건물 높이, 건물 재질, 건물의 방향 등 고유한 값을 가지기 때문에 이러한 다양한 특성을 고려하기 위한 전파해석방법으로서, 광선발사(Ray-launching) 기법이 많이 사용되고 있다. 이러한 광선발사 기법은 송신안테나로부터 일정한 이격 각도로 광선(Ray)을 발사하여 수신점에 도달하기까지 전파가 경험하는 반사, 회절 등의 영향을 고려한 수신전파의 세기를 계산하게 된다.
따라서, 현재 한 개의 광선(Ray)에 의해서 발생하는 전파해석 반경내 모든 반사점, 회절점 탐색과 광선(Ray)과 수신점이 교차되는 지의 여부를 구하는 방법에 대한 기술 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
상기한 바와 같은 광선발사(Ray-launching) 기법에서의 각 전파 메카니즘을 도 2를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 2 는 송신안테나(Tx)로부터 발사된 광선(Ray)이 직접파, 회절파, 반사파 등의 전파 메카니즘으로 수신안테나(Rx)에 수신되는 과정을 각각 광선(2a,2b,2c)으로 예를 들어 보인 것이다.
광선(2a)은 송신안테나(Tx)로부터 발사되어 수신안테나(Rx)로 직접 수신되는 직접파이고, 광선(2b)는 송신안테나(Tx)에서 발사되어 건물의 모서리점에 부딪혔을 때 이 모서리점(새로운 전파원)으로부터 일정한 이격 각도로 광선(Ray)이 산란하여 수신안테나(Rx)로 수신되는 회절파이고, 광선(2c)은 건물의 벽면에 반사되어 수신안테나(Rx)에 수신되는 반사파의 예이다.
이러한 광선발사(Ray-launching) 기법은 측정 및 경험식에 의한 전파모델에비해 보다 정확한 도심의 전파환경 특성에 대한 결과를 제공함으로써, 무선망 설계시스템의 기능을 한층 발전시키는 방법을 제공해 주고 있다. 이에 반하여, 도심 전파환경내 건물수와 수신점이 증가할수록 또한 발사각도가 조밀할수록 발사 광선(Ray) 수가 많아지게 되므로 계산량이 기하급수적으로 증가하여 송신안테나(Tx)로부터 수신점간의 전파해석에 많은 시간이 소요된다.
따라서, 건물의 벡터 데이터를 이용한 도심 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경을 고려한 무선망 설계툴 개발시에, 광선발사(Ray-launching) 모델 기법을 적용하여 점대점 전파 특성을 고려한 보다 정확한 전파해석 방안이 필수적으로 요구된다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 무선망 설계시스템에서 무선망 설계툴상에 점대점 전파해석 기능을 구현함으로써, 도심의 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경에서의 실제 벡터 데이터를 이용한 전파해석을 통하여 점대점 전파 특성환경을 고려한 보다 정확한 전파해석을 수행하기 위한 점대점 전파해석 방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 일반적인 무선망 설계시스템의 구성 예시도.
도 2 는 일반적인 광선발사(Ray-launching)에서의 광선 경로에 따른 전파 메카니즘을 설명하기 위한 일예시도.
도 3 은 본 발명에 이용되는 각 전파 메카니즘에 따른 광선 구조체를 설명하기 위한 일예시도.
도 4 는 본 발명에 이용되는 반사 및 회절 계수 계산에 사용되는 각도를 설명하기 위한 일예시도.
도 5 는 본 발명에 이용되는 광선 구조체 구성 및 메모리 할당을 설명하기 위한 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법에 대한 일실시예 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 입력부 12 : 출력부
13 : 중앙 처리부 14 : 저장부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무선망 설계시스템에서의 전파해석방법에 있어서, 점대점(Point-to-Point) 전파해석을 수행하기 위하여, 무선망설계 툴상에 광선발사(Ray-launching) 기법을 적용하고 송신안테나(Tx)로부터 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면이나 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로 정보에 대한 직접/반사파(Ray) 및 회절파(Subray)에 대한 구조체를 정의하여 메모리에 할당하는 제 1 단계; 및 상기 송신안테나(Tx)로부터 발사된 직접/반사파 및 회절점에서 발사된 회절파가 수신안테나(Rx)에 직접/반사 및 회절되어 수신되는 경우에, 이들 전파경로간 정보를 저장한 후 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체를 바탕으로 점대점 전파해석을 수행하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 프로세서를 구비한 무선망 설계시스템에, 점대점(Point-to-Point) 전파해석을 수행하기 위하여, 무선망설계 툴상에 광선발사(Ray-launching) 기법을 적용하고 송신안테나(Tx)로부터 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면이나 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로 정보에 대한 직접/반사파(Ray) 및 회절파(Subray)에 대한 구조체를 정의하여 메모리에 할당하는 기능; 및 상기 송신안테나(Tx)로부터 발사된 직접/반사파 및 회절점에서 발사된 회절파가 수신안테나(Rx)에 직접/반사 및 회절되어 수신되는 경우에, 모든 광선에 대한 전파경로간 정보를 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체에 저장하고, 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체를 바탕으로 점대점 전파해석을 수행하는기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은 건물의 벡터 데이터를 이용한 도심 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경을 고려한 무선망설계툴 개발에서 광선발사(Ray-launching) 모델 기법을 적용한 점대점 전파해석 기능 구현 방법에 관한 것으로, 송신안테나로부터 일정한 각도로 발사된 광선(Ray)이 전파경로상의 건물에 의한 반사 및 회절점의 좌표값, 입사각도, 회절 전후의 반사횟수, 수신여부 등에 대한 각종 정보를 저장할 수 있는 효율적인 Ray 구조체를 정의하고, 이들 각 수신된 Ray에 대한 전파세기 및 시간지연(Time Delay) 등을 계산함으로써 무선망설계 툴에 Ray-launching 모델 기법을 적용한 점대점 전파해석 기능을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 무선망설계 툴에서의 점대점(Point-to-Point) 전파해석을 효율적으로 수행하기 위하여, Ray-launching 기법을 사용, 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면 또는 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로에 대한 정보를 광선(Ray) 구조체를 이용하여 정의하고 이를 이용해 점대점 전파해석을 통하여 결과 데이터를 저장한다. 이로써, 본 발명은 건물의 벡터 데이터를 이용하여 전파해석을 수행하기위한 무선망 설계툴 등에 이용될 수 있다.
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 3 은 본 발명에 이용되는 각 전파 메카니즘에 따른 광선 구조체를 설명하기 위한 일예시도로서, 송신안테나(Tx)로부터 발사된 광선(Ray)이 건물의 모서리에서 회절되어 수신안테나(Rx)에 수신되는 두 종류의 회절된 광선(Ray) 예를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광선(Ray)이 건물의 모서리를 만나게 되면, 그 모서리는 회절점이 되어 새로운 전파원으로서 건물의 외부각에 대해 일정한 이격 각도로 광선(Subray)을 발사하게 된다.
이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
회절점까지 도달하는 두 개의 광선(3a,3b)을 살펴보면, 광선(3a)은 송신안테나(Tx)로부터 직접 건물의 회절점에 입사되고, 광선(3b)은 건물의 벽면에 두 번 반사된 후 회절점에 입사되고 있다.
그리고, 광선(3c,3d)은 건물의 모서리에 입사된 광선(3a,3b)에 의해 똑같이 산란된 광선이 수신안테나(Rx)에 각각 반사 또는 직접 수신되는 경우를 보여 준다.
이 경우와 마찬가지로 광선이 건물의 회절점에 입사하는 경로와 각도만 다를 뿐, 회절점으로부터 수신점까지의 경로는 항상 같게 되므로, 동일한 회절점에 의한 회절파가 수신기에 수신되는지에 대한 계산은 1회만 하면 된다.
도 4 는 본 발명에 이용되는 반사 및 회절 계수 계산에 사용되는 각도를 설명하기 위한 일예시도로서, 반사파 및 회절파의 Ray 및 Subray 구조체에서 반사계수 계산에 이용되는 입사각도(θi)와 회절계수 계산에 이용되는 입사 및 회절각도에 대해 보여 준다.
반사계수 계산시에는 입사파와 반사면에 수직인 면이 이루는 입사면에 입사되는 광선(Ray)이 반사면의 수직벡터와 이루는 각도가 입사각도가 된다.
회절계수 계산시에는 회절점이 형성되는 건물의 모서리면(wedge)중 "0-face면"을 기준으로 입사되는 점과 회절되는 점에 대해 각각 시계방향의 각도가 회절계수를 계산하기 위한 입사파 각도(ψInc)와 회절파 각도(ψDfc)가 된다.
도 5 는 본 발명에 이용되는 광선 구조체 구성 및 메모리 할당을 설명하기 위한 일예시도로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 도심 건물벡터 데이터를 이용한 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경에서 동일하게 적용될 수 있는 효율적인 점대점 전파해석을 위한 광선(Ray) 구조체의 메모리 할당 구조와 C++코드를 보여준다.
이 구조체를 사용하면 송신안테나(Tx)로부터 발사된 광선(Ray)에 대한 경로 정보를 쉽게 저장할 수 있다. 따라서, 상기 도 3의 예처럼 송신안테나(Tx)로부터 발사된 광선(Ray)이 수신안테나(Rx)에 수신되는지의 여부에 대한 정보 등을 이용하면 무선망설계 툴에서 점대점 전파해석 기능을 효율적으로 구현할 수가 있게 된다.
도 5에서 "5a"는 송신안테나(Tx)로부터 발사되는 모든 광선(Ray)의 시작점(Tx), 반사점, 종점의 좌표값과 입사각도, 반사횟수, 수신여부, 그리고 회절점에 부딪혔을 때 새로운 전파원에 대한 멤버변수를 정의하는 구조체이고, "5b"는 회절점인 새로운 전파원으로부터 발사되는 광선(Ray)에 대한 시작점(회절점), 반사점, 종점의 좌표값과 입사각도, 반사횟수, 수신여부에 대한 멤버변수를 정의하는 구조체이다. 그리고, "5c"와 "5d"는 각각 "5a", "5b"에 대한 구조체의 메모리를 할당하기 위한 부분이다.
따라서, 이러한 구조체를 이용하면, 점대점 전파해석시에는 수신여부(bHit) 값이 "true"일 경우에 대한 광선(Ray)의 정보만 이용하여 수신전파세기 및 시간지연(Time Delay) 등의 계산을 효율적으로 수행할 수가 있게 된다.
도 6 은 본 발명에 따른 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 무선망설계 툴상에 점대점 전파해석을 하기 위한 효율적인 광선발사(Ray-launching) 기법의 예를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법은, 먼저 도 5a와 같은 직접, 반사파에 대한 Ray 구조체가 메모리에 할당되고 각 Ray 구조체에 대응하는 광선이 송신안테나(Tx)로부터 일정한 이격 각도(α각도)를 가지고 (360/α=N) 횟수만큼 발사된다(601).
이후, 이 각각의 광선(Ray)에 대해 광선(Ray)이 진행하는 방향상의 장애물 유무를 판단한다(602).
판단결과, 광선(Ray)이 건물을 만나는 경우에, 건물의 회절점에 부딪치는지를 검사하여(603), 건물의 회절점에 수신되면 허용회절 횟수이하에서는 회절루틴을 따르고(604,605), 회절점이 아닌 경우에는 반사횟수가 허용반사횟수 이하인지를 판별하여(606) 허용반사횟수 이하이면 다중반사 루틴을 따르게 된다(607). 이때, 반사루틴에서는 반사점 좌표값(Point2D[n][0], Point2D[n][1])과 입사각도(IncidentAngle[n]) 계산 및 반사횟수(n_ReflBefore)가 증가되고 루틴상의 전파경로내에서 수신안테나(Rx)에 수신(bHit==TRUE)되는지를 판단한다(608).
이러한 과정은 최대 허용반사횟수까지 다중 반사 루틴이 진행되며, 각 반사경로구간마다 수신안테나(Rx)에 수신(bHit==TRUE)되는지 판별한 후 최종 bHit값만을 이용하여 광선(Ray)이 수신안테나(Rx)에 수신되는지 판별하게 된다. 이때, "bHit==FALSE"값을 가지는 광선(Ray)은 무시된다.
그리고, 회절루틴에서는 상기 도 5의 "5b"와 같은 회절파에 대한 Subray 구조체가 메모리에 할당되고 각 Subray 구조체에 대응하는 Subray가 회절점으로부터 일정한 이격각도(α각도)를 가지고 360도에서 건물 내부각(Interior angle)을 뺀 외부각(Exterior angle)을 나눈횟수만큼 발사된다.
그리고, 회절의 경우에는 회절 이전 반사점(또는 Tx로부터 직접 회절점으로 입사되는 경우 Tx)의 좌표값으로부터 0-face에 대한 입사각도와 회절이후 반사점(또는 Rx로 직접 수신되는 경우 Rx)의 좌표값으로부터 0-face에 대한 회절각도 계산 및 반사횟수(n_ReflAfter)가 증가되고 루틴상의 전파경로내에서 수신안테나(Rx)에 수신되는지를 판별하게 된다.
최종적으로, 송신안테나(Tx)로부터 발사된 광선(Ray)이 각각 직접파, 반사파, 회절파의 형태로 수신안테나(Rx)에 수신되는 경우에만 Ray 구조체 불(Bool)형 변수 bHit가 TRUE값을 가지게 되므로 이러한 광선(Ray)만 고려함으로써 점대점 전파해석에 필요한 무선망 설계 파라미터의 분석이 용이해 진다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 무선망설계 툴상에 점대점 전파해석 기능을 구현함으로써 도심의 마이크로셀/피코셀 및 실내 전파환경에서의 실제 벡터 데이터를 이용한 전파해석을 통하여 점대점 전파 특성환경을 고려한 보다 정확한 전파해석을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 무선망 설계시스템에서의 전파해석 방법에 있어서,
    점대점(Point-to-Point) 전파해석을 수행하기 위하여, 무선망설계 툴상에 광선발사(Ray-launching) 기법을 적용하고 송신안테나(Tx)로부터 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면이나 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로 정보에 대한 직접/반사파(Ray) 및 회절파(Subray)에 대한 구조체를 정의하여 메모리에 할당하는 제 1 단계; 및
    상기 송신안테나(Tx)로부터 발사된 직접/반사파 및 회절점에서 발사된 회절파가 수신안테나(Rx)에 직접/반사 및 회절되어 수신되는 경우에, 모든 광선에 대한 전파경로간 정보를 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체에 저장하고, 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체를 바탕으로 점대점 전파해석을 수행하는 제 2 단계
    를 포함하여 이루어진 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전파경로간 정보는,
    실질적으로, 반사 및 회절점의 좌표값, 입사각도, 반사 및 회절횟수, 수신여부 정보인 것을 특징으로 하는 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 점대점 전파해석시 고려의 대상은,
    실질적으로, 수신전파세기, 시간지연 정보인 것을 특징으로 하는 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직접/반사파 구조체는,
    실질적으로, 상기 송신안테나(Tx)로부터 발사되는 모든 광선(Ray)의 시작점, 반사점, 종점의 좌표값과 입사각도, 반사횟수, 수신여부, 그리고 회절점에 부딪혔을 때 새로운 전파원에 대한 멤버변수를 정의하는 구조체인 것을 특징으로 하는 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절점 구조체는,
    실질적으로, 회절점인 새로운 전파원으로부터 발사되는 광선(Ray)에 대한 시작점(회절점), 반사점, 종점의 좌표값과 입사각도, 반사횟수, 수신여부에 대한 멤버변수를 정의하는 구조체인 것을 특징으로 하는 광선 구조체를 이용한 점대점 전파해석 방법.
  6. 프로세서를 구비한 무선망 설계시스템에,
    점대점(Point-to-Point) 전파해석을 수행하기 위하여, 무선망설계 툴상에 광선발사(Ray-launching) 기법을 적용하고 송신안테나(Tx)로부터 일정한 각도로 순차적으로 발사되는 광선이 마이크로셀/피코셀내 도심 건물의 반사벽면이나 모서리점을 만나 직접파, 반사파, 회절파로 각각 수신점에 도달하기 까지의 경로 정보에 대한 직접/반사파(Ray) 및 회절파(Subray)에 대한 구조체를 정의하여 메모리에 할당하는 기능; 및
    상기 송신안테나(Tx)로부터 발사된 직접/반사파 및 회절점에서 발사된 회절파가 수신안테나(Rx)에 직접/반사 및 회절되어 수신되는 경우에, 모든 광선에 대한 전파경로간 정보를 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체에 저장하고, 상기 직접/반사파 구조체 및 상기 회절파 구조체를 바탕으로 점대점 전파해석을 수행하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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