KR20020053401A - 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 망 설계시 각 기지국으로부터의 수신신호세기를 예측하는데 활용되는 전자파 전파모델의 정확도를 최적화하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법은, 예측에 활용될 전자파 전파 모델을 선정한 후, 실측 시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수를 초기화하고 실측 자료를 준비하는 단계; 전자파 전파 모델의 예측 값에 대한 상수 값과, 예측 및 실측 수신신호세기 간의 오차에 대한 임계치를 미리 정의하는 단계; 기지국 정보를 선정된 전자파 전파 모델에 적용하여 각 실측 점에서의 수신신호세기에 대한 예측 값을 계산하는 단계; 각 실측지점에서의 예측과 실측 수신신호세기의 차를 구하고 평균오차를 산출하는 단계; 예측과 실측 수신신호세기 간 오차가 오차의 임계치 보다 작은 값이 도출될 때 까지 상기 상수의 값을 변화시키며 예측과 수신신호세기의 차에 대한 평균 오차를 구하는 단계; 상기 단계 후 최적의 보정 상수 값에 따라 예측과 실측 수신신호 세기간 오차가 임계치 보다 작은 값이 도출되면 예측 값과 실측값의 비교를 통한 전자파 전파 모델 최적화로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 같은 본 발명에 의하면, 전자자 전파 모델 예측 결과와 실측 결과를 비교하여 기존의 전자파 전파 모델의 속성값을 보정하도록 함에 있다.

Description

무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법{Method of Electromagnetic Wave Electric Wave Model Optimum in Wireless Network}

본 발명은 무선망 설계 시 각 기지국으로부터의 수신신호세기를 예측하는 데 활용되는 전자파 전파 모델의 정확도를 최적화하기 위한 것으로, 전자파 전파 모델의 예측결과와 실측결과를 비교하여 기존의 전자파 전파 모델의 속성값을 보정하도록 하는 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법에 관한 것이다.

무선망 설계 시뮬레이터의 가장 기본적인 기능은 시뮬레이터 상에 구축된 기지국의 수신신호세기(Received Field Strength)를 예측하는 것이다. 이러한 수신신호세기의 예측은 기지국(BST: Base Station transmitter)의 주변 환경에 가장 적합한 전자파 전파 모델을 사용함으로써 가장 정확한 결과를 도출할 수 있다.

그러나, 전자파 전파 모델이 준 평활 지역, 불규칙 지역등 모든 전파 환경에 대하여 정확한 결과를 도출하지 못하므로 무선망 설계 시뮬레이터는 전자파 전파 모델 최적화 기능을 위해 제공하고 있다.

종래의 전자파 전파 모델 최적화 기능은 실측 데이터를 최소 자승법을 적용한 분석을 수행하여 최소의 오차 편차를 보이는 거리에 따른 수신신호세기 감쇄 정도를 기존의 전자파 전파 모델에 적용하는 구성을 보인다.

그리고, 육상 이동 통신환경에서의 전자파 전파 특성을 보면, 지면상에서의 수신신호세기는 송신점으로부터의 거리가 10배 증가함에 따라 일정 값이 감소하는 현상을 보인다. 이러한 육상 이동 통신환경에서의 전자파 전파의 특성 때문에 실측 데이터의 수신신호세기 감쇄 정도를 산출하여 기존의 전자파 전파 모델에 적용하는 최적화 방식이 타당성을 확보할 수 있었다.

이를 위해, 실측 데이터의 거리에 따른 수신신호세기 감쇄 정도를 산출하기 위하여 일반적으로 최소 자승법(LSC:Least Square Center method)이 활용된다.

이러한 전자파 전파 모델 최적화를 위해 종래에는 최소 자승법을 사용하였다. 도 1은 종래 최소 자승법을 이용한 전자파 전파 모델 최적화 방법을 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 최적화를 수행할 전자파 전파 모델을 선정하는 단계; 상기 선정된 전자파 전파 모델이 실측시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수를 초기화하고 실측자료를 준비하는 단계; 무선 공간으로 송출된 전파의 기지국과 수신지점 간의 거리에 로그함수를 적용하여 수신신호 세기를 검출하는 단계; 최소 자승법을 활용하여 로그 함수값과 수신신호세기에 대한 비례관계를 표현하는 직선의 수식 및 직선의 수식으로부터 거리에 따른 수신신호세기의 감쇄정도를 산출하는 단계; 최적화 대상으로 선정된 전자파 전파 모델의 거리에 따른 감쇄정도로 대체하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 종래 최소 자승법을 적용한 전자파 전파 모델 최적화 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 먼저 최적화를 수행할 전자파 전파 모델이 선택되면, 실측(實測) 시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수를 초기화하고 실측자료를 준비한다(S100)(S101).

여기서, 상기 기지국 관련 변수는 기지국의 위치정보, 기지국의 유효송신전력, 기지국 안테나의 높이와 이득 값, 그리고 주파수 등이다. 상기 실측 자료에는 각 실측지점의 위치 및 수신신호 세기(MVal) 값 등의 정보를 포함된다.

그리고, 실측점 개수(NummData)를 선정하고(S102), 실측점이 실측점 개수보다 작다는 조건을 만족한다면(S103), 임의의 I번째(i=o)의 실측 수신점과 기지국간의 거리(Dist(i))를 산출하고, 그 산출된 거리에 로그함수를 적용한 값을 산출한다. 이는 무선공간으로 송출된 전파의 수신신호의 세기는 기지국과 수신점간의 거리가 10배 증가할 때 일정 값만큼 감소하는 현상을 보이기 때문에 로그함수를 적용한다(S104). 즉, i번째 실측 점과 기지국과 거리를 Dist(i)라 정의하면 이 값에 대하여 log10함수를 적용한 값을 LogDist(i)라 정의할 수 있다.

그리고, 다음 실측을 위해 실측점 위치를 증가(i=i+1)시켜 준 다음(S105), 상기 로그함수로 구해진 거리 값(LogDist)과 수신신호세기에 대한 비례관계를 입력 파라메터로 하는 최소 자승법을 적용하여 직선의 수식을 도출하고(S106), 도출된 직선의 수식으로부터 실측 결과의 거리에 따른 수신신호세기의 신호 감쇄정도(MSlope)를 산출한다(S107).

그리고, 최적화 대상으로 선정된 전자파 전파 모델의 거리에 따른 감쇄정도 인자를 MSlope로 대체하여 적용함으로써(S108), 전자파 전파 모델 최적화 과정이 완료된다.

그러나, 기존의 무선망 설계 시뮬레이터가 제공하는 최소 자승법을 활용한 전자파 전파 모델 최적화 기법은 거리에 따른 수신신호세기 감쇄 정도를 간단한 상수인자로 갖는 경험적 전자파 전파 모델에 대해서만 적용 가능하다는 제한이 있다.

또한, 경험적 전자파 전파 모델의 대표적인 예로 오쿠무라-하타(Okumura-Hata) 모델과 리(Lee) 모델을 거론할 수 있다. 여기서, 오쿠무라 하타 곡선은 송신 안테나의 높이, 사용 주파수를 파라메터로 하고 수신 안테나의 높이에 의한 보정을 별도로 행하는 방식을 취하고 있는데, 이동체 안테나 높이가 증가함에 따라 전파손실이 감소하지만 대도시 경우는 저체 전파손실에 비해 크지 않으나, 중소 도시의 경우 상당히 크게 나타난다.

이러한 경험적 모델 외의 이론적 모델들은 기지국과 이동국이 위치한 지역의 지형과 인공구조물이 전자파 전파 현상에 미치는 영향을 이론적 수식으로 계산하여 수신신호세기를 산출한다. 그러나 무선망 설계 시뮬레이터에 활용되는 이론적 전자파 전파 모델들의 예측오차는 모델 자체의 한정된 고려 대상범위와 모델에서 요구하는 지형과 인공구조물 데이터 베이스의 정확도에 따라 광범위하게 변동한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이론적 전자파 전파 모델의 정확도를 향상시키기 위하여 예측결과와 실측결과를 비교한 오차 정도를 최소화하는 상수 값을 전자파 전파 모델에 적용하고, 또한 최소 자승법을 적용한 경험적 전자파 전파 모델에 대해서도 실측결과와의 비교를 통한 최적화를 수행함으로써 모델의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 최소 자승법을 이용한 전자파 전파 모델 최적화 기법을 설명한 플로우 챠트.

도 2는 종래 최소 자승법을 적용한 전자파 전파 모델을 최적화한 예를 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법을 나타낸 플로우 챠트.

도 4는 본 발명 도 3에 의한 전자파 전파 모델을 최적화 기법으로 구현한 예를 보인 도면.

상기한 목적 달성을 위한, 본 발명에 따른 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법은,

예측에 활용될 전자파 전파 모델을 선정한 후, 실측시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수를 초기화하고 실측 자료를 준비하는 단계;

전자파 전파 모델의 예측값에 대한 상수 값과, 예측 및 실측 수신신호세기 간의 오차에 대한 임계치를 정의하는 단계;

기지국 정보를 선정된 전자파 전파 모델에 적용하여 각 실측 점에서의 수신신호세기에 대한 예측 값을 계산하는 단계;

각 실측지점에서의 예측과 실측 수신신호세기의 차를 구하고 평균오차를 산출하는 단계;

예측과 실측 수신신호세기 간 오차가 오차의 임계치 보다 작은 값이 도출될 때 까지 상기 상수의 값을 변화시키며 예측과 수신신호세기의 차에 대한 평균 오차를 구하는 단계;

상기 단계 후 최적의 보정 상수가 도출되면 예측값과 실측값의 비교를 통한 전자파 전파 모델 최적화로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 예측과 실측결과의 비교를 통한 전자파 전파 모델 최적화 기법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 예측에 활용하기 위해 최적화를 수행할 전자파 전파 모델을 선정하고, 그 전자파 전파 모델이 선정되면 전자파 전파 모델의 최적화를 위하여 기지국 관련정보와 실측 장비로부터 수집된 실측자료가 요구된다(S300,S301).

여기서, 기지국 관련정보로서 기지국 위치, 기지국 출력, 기지국 안테나 이득, 기지국 안테나 높이, 주파수 등이 제공되고, 실측 자료로는 각 수신점의 위치와 수신신호세기(MVal)의 정보가 포함되어야 한다.

그리고, 실측시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수(constant, NumData, Diff) 를 초기화시킨 다음, 전자파 전파 모델의 예측 값에 적용될 상수(constant)을 초기값(constant = 0.0)으로 설정하고, 또한 예측과 실측 수신신호세기 간의 오차(Diff)에 대한 임계치(DiffThr)를 설정한다(S302).

그리고, 상기 준비된 수신신호 세기의 실측 자료에서 i번째(i=0) 실측점이 실측점 개수보다 작다는 조건(i=0, while<NumMData)에서(S303), 해당 번째(i=0)의 실측점에서의 실측수신신호세기(Mval(i))를 정의하고, 상기 기지국 관련 정보를 선정된 전자파 전파 모델에 적용하여 각 실측 점에서의 수신신호 세기에 대한 예측을 수행한다(S304). 이때 i번째 실측 점에서의 예측수신신호세기(Pval(i))를 계산한다.

그런 다음, 다음 번째(i=i+1) 실측점이 실측점 개수 보다 작다는 조건을 만족한다면(S306), 각 실측점에서의 예측 값[Pval(i)]과 실측 수신신호 세기[Mval(i)]의 차를 구하고, 그 차로부터 평균오차를 구한다(S307). 즉, 차의 값은 각 실측점에서의 수신신호 세기의 예측값 [PVal(i)에서 수신신호 세기의 실측값을 뺀 값에 상수를 더하고, 그 더한 값에 초기 오차 평균 값을 더해주어 구한다.

그리고, 실측점을 다음 실측 위치로 이동하고(S308), 상기 구해진 차의 값(Diff)을 실측점 개수(NumMData)로 나누어 그 평균 오차값을 구한다(S309). 즉, Diff = Diff/NumMData이다.

이렇게 구해진 평균 오차 값을 설정된 임계치(DiffThr)와 비교하고(S310), 비교결과 설정된 임계치 보다 클 경우에는 임계치보다 작을 때 까지 상수값을 변화시키며(S311), 상기 과정을 반복 수행하게 된다(S306~S310). 이는 사용자가 전자파 전파 모델에 임의의 상수값을 적용하여 예측을 재 실행하도록 해 준 것이다. 이때의 차의 평균 값을 다시 초기값(Diff=0.0)으로 설정해 준다.

그리고, 상기 최적의 보정 상수(apply constant)를 도출한 값이 수신신호의 예측(predicted), 실측(measured) 값간의 오차 평균 값(difference)이 임계치 보다 작을 경우에는 전자파 모델 최적화를 완료하게 된다.

이와 같이, 사용자가 전자파 전파 모델에 임의의 상수값을 적용하여 예측을 재실행하도록 하는 기능을 제공한다.

사용자는 예측결과와 실측결과 간의 오차 평균값이 최소에 이를 때까지 상수값 보정을 반복적으로 수행하여 무선망 설계를 수행하는 전파환경에 적합한 최적의 전자파 전파 모델을 도출할 수 있다.

이와 같이 기지국 관련정보와 실측자료를 이용하여 무선망 시뮬레이터에 데이터 베이스화 되어 있는 전자파 전파 모델을 활용하여 도출된 수신 신호 세기의 예측값(predicted)과 실측값(measured)을 함께 도 4와 같이 시뮬레이션하여 나타내 준다.

마지막으로 최적화된 전자파 전파 모델을 무선망 설계 시뮬레이터에 저장(Save)하는 기능을 제공한다.

또한, 상기에서 제시한 전자파 전파 모델 최적화 방식을 적용하여 소프트웨어적으로 구현하였으며, 전자파 전파 모델 최적화 프로그램은 기존의 최소 자승법을 활용한 전자파 전파 모델 최적화 기능과 함께 무선망 설계 시뮬레이터인 TelAIR에 탑재되어 있다. 도면 4은 본 발명에서 제안한 전자파 전파 모델 최적화 기능을 프로그램으로 구현한 예이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존의 실측값에 최소 자승법을 활용하는 방법과 함께 활용하면 무선망 설계대상 지역에 가정 적합한 전자파 전파 모델을 도출할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 정확한 전자파 전파 모델을 활용함으로써 예측결과에 정확도를 높여 무선망 설계 결과에 신뢰성을 증대시키는 효과를 보일 수 있다.

Claims (2)

1. 예측에 활용될 전자파 전파 모델을 선정한 후, 실측 시 송신기를 설치한 기지국 관련 변수를 초기화하고 실측 자료를 준비하는 단계;

   전자파 전파 모델의 예측 값에 대한 상수 값과, 예측 및 실측 수신신호세기 간의 오차에 대한 임계치를 미리 정의하는 단계;

   기지국 정보를 선정된 전자파 전파 모델에 적용하여 각 실측 점에서의 수신신호세기에 대한 예측 값을 계산하는 단계;

   각 실측지점에서의 예측과 실측 수신신호세기의 차를 구하고 평균오차를 산출하는 단계;

   예측과 실측 수신신호세기 간 오차가 오차의 임계치 보다 작은 값이 도출될 때 까지 상기 상수의 값을 변화시키며 예측과 수신신호세기의 차에 대한 평균 오차를 구하는 단계;

   상기 단계 후 최적의 보정 상수 값에 따라 예측과 실측 수신신호 세기간 오차가 임계치 보다 작은 값이 도출되면 예측 값과 실측값의 비교를 통한 전자파 전파 모델 최적화로 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 예측 값과 실측값의 비교를 통해 구해진 전자파 전파 모델이 검출되면 이를 저장할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 무선망에서의 전자파 전파 모델 최적화 기법.