KR20070034205A - 3차원 광선 추적법을 이용한 전파 모델 생성 장치, 방법 및이를 구현한 컴퓨터로 실행 가능한 기록매체 - Google Patents

3차원 광선 추적법을 이용한 전파 모델 생성 장치, 방법 및이를 구현한 컴퓨터로 실행 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전파 경로를 추적하여 전파 모델을 생성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정한다. 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 상기 반사 및 회절에 의해 생성된 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 반사 및 회절에 의한 3차원 레이 튜브의 생성단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결한다.
따라서, 실제 전파가 수신되는 위치에서 정확한 전파 모델을 생성할 수 있다.
레이 튜브, 영상 점, 회절

Description

3차원 광선 추적법을 이용한 전파 모델 생성 장치, 방법 및 이를 구현한 컴퓨터로 실행 가능한 기록매체{DEVICE FOR GENERATING ELECTROMAGNETIC WAVE PROPAGATION MODEL USING 3-D RAY TRACING, METHOD FOR GENERATING ELECTROMAGNETIC WAVE PROPAGATION MODEL USING 3-D RAY TRACING, STORAGE MEDIA RECORDING PROGRAM FOR METHOD EXECUTION IN COMPUTER FOR GENERATING ELECTROMAGNETIC WAVE PROPAGATION MODEL USING 3-D RAY TRACING}
도 1은 종래 레이 튜브(ray tube) 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물면에 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물의 모서리에서 회절하는 전파에 의해 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의해 형성된 레이 튜브가 다시 다른 건물면에 의해 반사되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의한 전파 경로로 형성되는 3차원 레이 튜브에서 다른 건물면의 모서리에서 회절되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델 생성 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델을 구성하는 전파 경로를 찾는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신점에서 전파 모델 생성 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 방법에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브의 도면이다.
본 발명은 전파 모델을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 3 차원 광선 추적법을 이용하여 전파 경로를 해석하고 그에 따른 전파 모델을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근에 개인통신 서비스의 수요 증가로 인해 도심지의 전파환경에 대한 관심이 증가하고 있다. 도심지의 전파환경은 서비스 반경이 1km이내인 소규모 셀이다. 소규모 셀에는 마이크로 셀과 피코 셀이 있는데, 이런 셀들은 서비스 반경이 상대적으로 큰 매크로 셀과는 달리 수신 전력이 기지국과 이동국간의 전파환경에 크게 의존한다. 따라서, 정확한 수신 전력의 예측을 위해서는 정밀한 분석이 요구되며, 그에 따른 전파 경로를 기초로 형성된 전파 모델의 필요가 더욱 절실하다.
종래 전파 모델을 얻기 위한 방법으로는 실험을 통한 결과를 바탕으로 통계를 구해 전파 모델을 얻는 통계적 방법과 이론을 바탕으로 컴퓨터를 통한 전파 경로를 예측하여 전파 모델을 얻는 컴퓨터 예측 방법이 있다. 통계적 방법에 의한 전파 모델을 얻는 방법은 예측 값을 얻기 쉬운 장점이 있으나, 실제 지형과 건물의 분포가 고려되지 않기 때문에 정확한 전파 모델을 얻는데는 한계가 있다. 반면에 컴퓨터 예측 방법은 실제 건물 데이터를 이용하여, 가능한 전파 경로를 모두 계산하여 결과를 얻기 때문에 매우 정확한 전파 모델을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 가능한 모든 전파 경로를 예측하는데는 한계가 있고, 가능한 많은 수의 전파 경로를 예측하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
컴퓨터 예측 방법은 전파 경로를 추적하는 방법에 따라 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 송신 안테나의 위치에서 모든 방향으로 반 무한 직선을 생성하여 직선이 건물 면과 만나는 지점을 확인하는 방법이다. 실제 전파 현상과 엄밀하게 동일한 것은 아니지만, 직선을 이용하는 이유는 건물 면의 면적이 해당 전파의 파장에 비해 매우 큰 경우, 회절에 의한 영향을 받는 영역이 상대적으로 협소하여 무시할 수 있기 때문이다. 건물 면과 송신 안테나에서 방사된 전파가 만나면 건물 면과 직선의 각도에 따라 반사파에 해당하는 직선을 만들 수 있고, 이렇게 생성된 직선이 다시 건물 면과 만나는가를 검사하고, 전파 모델의 측정점에 해당하는 지점을 지나는가를 검사한다. 만약 전파의 경로에 측정점이 포함되면, 송신점으로부터 측정점까지의 거리에 의한 전파의 감쇄, 벽면 반사에 의한 감쇄 등을 계산하여 예측 결과를 구한다. 이런 방식으로 실제 전파 모델을 계산하는데는 무한 직선의 개수에 따라 정확도가 달라진다. 많은 무한 직선을 사용할수록 전파 모델의 정확도는 향상되지만 전파 모델을 계산하는데 더 많은 시간이 소요된다. 두 번째 방법은 이런 문제점을 개선한 것으로서, 송신 안테나에서 보이는 건물 면에 1개의 직선만을 방사하여 반사된 직선으로 생성되는 레이 튜브(ray tube)를 형성하는 방법이다. 레이 튜브(ray tube)란 다수의 레이(ray)의 묶음으로, 같은 레이 튜브(ray tube)내의 모든 레이는 같은 전파 경로 값을 가진다.
도 1은 종래 레이 튜브 방법을 이용하여 전파 경로를 찾는 적용예를 도시한 것이다. 송신점으로부터 등간격으로 다수의 전파를 발사한 후에 각각의 전파를 추적하여 다수의 전파가 형성하는 경로의 집합이 레이 튜브를 형성한다. 이렇게 형성된 레이 튜브 중 수신점에 도달하는 레이 튜브를 찾는다. 형성된 레이 튜브의 모든 경로는 동일한 전파 경로 값을 갖는다. 먼저, 전파 송신 안테나 위치가 송신점이 되고, 송신점에서 보이는 건물 면을 찾는다. 건물면(#1)에 대해 송신점이 대칭인 영상점(I1)을 찾고, 다음으로 영상점(I1)으로부터 건물면(#2)에 대해 대칭인 영상점(I2)를 찾는다. 같은 방식으로 영상점(I3)를 찾는다. 영상점(I1-I3)의 위치를 찾아 송신점으로부터 발사된 전파가 반사되는 경로를 찾는다. 이때, 전파 가능 경로 범위 각도(Φ1-Φ3)를 고려한다. 영상점(I1-I3)의 위치, 송신점으로부터 보이는 건물면(#1-#3) 및 전파 가능 경로 범위 각도(Φ1-Φ3)의 파라미터들을 이용하여 반사된 전파로 인한 레이 튜브를 형성한다. 이 방식은 송신 안테나 위치에서 보이는 어떤 건물 면을 선택하느냐에 따라 전파 경로를 계산하는 속도, 정확도, 복잡도가 달라진다. 그런데 이 방식에서 송신점에서 보이는 건물 면을 찾기 위해 건물의 면과 모서리에 관련된 정보 중에 수평면의 꼭지점에 해당하는 2차원 정보만을 이용한다. 따라서 지면에 수직 방향으로의 전파 진행은 고려되지 못하는 문제점이 있다. 실제 수신점(R)에 도달하는 전파 경로의 집합인 레이 튜브와 컴퓨터를 이용하여 예측한 전파의 경로에 따른 수신점(R)에서의 레이 튜브 사이에 오차가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실제 전파 경로를 예측하여 정확한 전파 모델을 구성하는 전파 경로 추적 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 본 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 3차원 광선을 추적하여 전파 모델을 생성하는 방법은,
a) 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정하는 단계; b) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; c) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; d) 상기 b), c) 단계에서 생성된 상기 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 b), c)단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 프로그램을 저장한 기록 매체는,
a) 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정하 는 단계; b) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; c) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; d) 상기 b), c) 단계에서 생성된 상기 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 b), c)단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결하는 단계가 컴퓨터에서 실행되도록 한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 3차원 전파 모델 생성 장치는,
특정 지역에 관한 지형 정보 및 송수신에 사용되는 전파에 관한 정보를 입력받는 정보 입력부;
상기 지역에 관한 지형 정보를 입력받아 가상의 지형을 생성하는 지형 생성부;
송신 위치로부터 발사된 전파를 3차원 추적하여 3차원 레이 튜브를 생성하는 전파 추적부;
상기 전파 추적부로부터 상기 3차원 레이 튜브를 입력받아 상기 3차원 레이 튜브의 경로 길이를 계산하고, 임계거리와 상기 경로 길이를 비교하고, 상기 3차원 레이 튜브중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 제어부; 그리고
상기 3차원 레이 튜브 중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 선택하여 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 계산하는 전파 모델 생성부를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전파 경로를 추적하여 전파 모델을 생성 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물면에 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다. 이때, 건물의 모양은 직육면체라고 가정한다. 이하 실시예에서 동일하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 레이 튜브는 각뿔의 형태를 갖는다. 각뿔의 꼭지점은 송신점의 위치에 의해 결정된다. 송신점의 위치(A1)에서 보이는 건물면(100)에 대해서 송신점의 위치(A1)가 면 대칭에 의해 형성되는 위치가 각뿔의 꼭지점(B)이 된다. 이는 전파 이론에서 영상 점(image point)이라고 한다. 꼭지점(B) 및 건물면(100)의 꼭지점(C1, C2, C3, C4)을 연결하는 반직선은 각뿔의 모서리가 된다. 이렇게 형성된 각뿔 모양의 레이 튜브는 송신점(A1)으로부터 발사된 전파가 건물면(100)에 의해 반사되는 경로의 전체 집합과 동일할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 건물의 모서리에서 회절하는 전파에 의해 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 건물의 모서리에서는 전파의 회절이 발생할 수 있다. 전파의 회절현상은 전파 경로를 예측하는데 있어, 전파의 반사와 함께 고려되어야 할 중요한 사항이다.
송신점(A2)에서 발사한 전파는 건물의 모서리(a-a')를 만나면, 전파가 모서리(a-a')와 만나는 회절점(D)에서 회절을 일으킨다. 송신점의 위치(A2) 및 회절점(D)이 이루는 각도(θ1)를 유지하며, 회절점(D)에서 전파는 개방되어 있는 모든 방향으로 방사된다. 회절점(D)에서 회절을 일으키는 전파는 모서리(a-a')에 인접하는 건물면을 통과하여 건물내부로 투과하지 않는다고 가정하면, 건물면(200, 250)을 경계로 하여 회절점(D)에서 건물면(200, 250)까지 전파가 회절되는 것을 알 수 있다. 따라서, 모서리(a-a')에 인접하는 두 건물면(200, 250) 및 각도(θ1)를 갖고 방사되는 회절한 전파로 구성된 3차원 레이 튜브가 형성된다. 이런 3차원 레이 튜부는 전파가 모서리(a-a')에서 어떤 회절점에서 회절을 일으키는지에 따라 그 모양이 달라질 수 있다. 도 3의 우측에 도시한 도면은 형성된 3차원 레이 튜브를 위에서 바라본 평면도이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 광선 추적법에서 도 2 및 도 3에 각각 도시한 반사에 의해 형성된 레이 튜브의 꼭지점(B) 및 회절에 의해 형성된 레이 튜브의 꼭지점(D)은 다음 레이 튜브를 형성하는 시작점이 될 수 있다. 즉, 꼭지 점(B, D)을 포함하는 각뿔 모양의 레이 튜브의 영역안에 포함되는 건물면에 대하여 꼭지점(B, D)의 대칭점으로부터 다시 반사되거나 회절하는 3차원 레이 튜브를 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의해 형성된 레이 튜브가 다시 다른 건물면에 의해 반사되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 송신점(A3)에서 보이는 건물면(300)에 대한 송신점의 대칭점은 3차원 레이 튜브의 꼭지점(E1)이 된다. 송신점(A3)으로부터 전파가 발사되어 건물면(300)에 의해 반사된 전파가 제1차 3차원 레이 튜브를 형성한다. 제1차 3차원 레이 튜브 영역안에 포함되는 건물면(350)에서 전파는 다시 반사된다. 본 발명의 실시예에서 건물면(350)은 제1차 3차원 레이 튜브 영역안에 전면적이 포함되는 것으로 가정한다. 꼭지점(E1)이 건물면(300)에 대해 대칭인 점(E2)은 다시 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 된다. 이 때, 꼭지점(E1)은 송신점의 역할을 하게 된다. 즉 전파를 발사하는 원천이 되고 대칭점(E2)은 반사된 전파가 다시 반사되어 형성하는 새로운 3차원 레이 튜브의 꼭지점(E2)이 되고, 제2차 3차원 레이 튜브가 형성된다. 이러한 과정을 반복하여 3차원 레이 튜브를 생성하여 가능한 전파 경로를 모두 구하면, 실제 전파를 발사하여 전파 경로를 측정한 결과와 동일할 수 있다. 또한, 전파가 각 3차원 레이 튜브를 진행하면 에너지가 감쇄하므로 일정한 에너지 세기를 정해 이 에너지 이하의 세기를 갖는 전파의 경로 길이를 구하여 이를 임계치로 정할 수 있다. 경로 길이가 임계치를 초과하면 3차원 레이 튜브 진행을 중지한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사에 의한 전파 경로로 형성되는 3차원 레이 튜브에서 다른 건물면의 모서리에서 회절되어 형성되는 3차원 레이 튜브를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 송신점에서 전파가 발사되고 건물면(400)에대해 송신점의 대칭점(F1)이 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 된다. 3차원 레이 튜브를 구성하는 반사된 전파중 하나가 건물면(450)의 모서리(b-b')를 지나면 전파와 모서리가 만나는 점(p)에서 각도(ω)를 갖는 회절파가 형성된다. 회절파는 도 3에서 설명한 것과 같이, 모서리에 인접하는 두 건물면에 의해 3차원 레이 튜브가 형성된다. 회절파에 의해 생성된 3차원 레이 튜브는 다른 건물면에 의해 다시 회절되거나 반사되어 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 다시 반사되는 경우 회절점은 반사되는 다른 건물면에 대해서 대칭되는 점이 반사에 의해 생성되는 레이 튜브의 꼭지점이 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델 생성법은 수직 성분을 고려하여 보다 정확한 전파 모델을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치의 구성을 간략히 나타낸 블록도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 장치는 정보 입력부(100), 지형 생성부(200), 전파 추적부(300), 전파 모델 생성부(400), 제어부(500)를 포함한다.
정보 입력부(100)는 전파 모델을 생성하려는 지역에 분포해 있는 건물의 수 , 모양 및 위치 등 지형 정보를 입력받는다. 전파를 송신하는 위치에 따라 마이크로 셀 또는 피코 셀 단위의 전파 환경에서 지형 정보가 변경되므로, 송신 위치에 따라 새로운 지형 정보가 입력된다. 또한, 정보 입력부(100)는 전파 모델 대상 지역에 전파되는 전파의 주파수 대역 및 안테나 특성등 그 밖에 전파 모델에 필요한 정보를 입력받을 수 있다.
지형 생성부(200)는 정보 입력부(100)에 입력된 지형 정보를 바탕으로 가상의 지형을 3차원으로 생성한다. 건물간의 위치, 각 건물의 높이, 모양, 도로, 전파 모델 지역의 고도등에 관한 정보를 사용하여 3차원 지형을 생성한다.
전파 추적부(300)는 송신 위치가 설정되면, 송신 위치로부터 발사된 전파를 3차원으로 추적하여, 전파가 건물면등에 반사되거나 모서리에 의해 회절되어 형성하는 3차원 레이 튜브를 생성한다. 전파 추적부(300)는 생성된 3차원 레이 튜브를 저장할 수 있는 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 전파 추적부(300)는 데이터 베이스에 저장된 3차원 레이 튜브를 제어부(400) 또는 전파 모델 생성부(500)로 전송할 수 있다.
제어부(400)는 정보 입력부(100) 및 지형 생성부(200)로부터 입력된 정보 및 전파 모델 대상 지역의 지형을 입력받는다. 또한, 전파 추적부(300)로부터 3차원 레이 튜브를 입력받아 전파 추적부(300)에서 생성된 3차원 레이 튜브의 경로를 계산하여 임계치와 비교한다. 임계치는 3차원 전파 모델을 생성하는데 있어서, 전파 에너지가 특정 값이하의 값을 갖게 되는 전파 경로 길이를 의미한다. 3차원 전파 모델을 생성하는데 있어서, 특정 값 이하의 에너지를 갖는 전파는 수신측에서 감지되기 어렵고, 이런 전파까지 포함하여 3차원 전파 모델을 생성하는데 계산한다면, 더 많은 시간이 소요된다. 따라서 제어부(400)는 전파 경로 길이가 임계치 이상이 되면, 전파 추적부(300)로 송신 위치에서 보이는 복수의 건물면 중 현재 3차원 레이 튜브 생성 동작을 수행하고 있는 건물면 이외의 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 지시할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 전파의 송신 위치 및 수신 위치를 설정할 수 있다. 제어부(400)는 전파 경로 길이가 임계치 미만이면 전파 추적부(300)가 3차원 레이 튜브 생성 동작을 지속시킬 수 있다.
전파 모델 생성부(500)는 전파 추적부(300)에서 생성된 3차원 레이 튜브 및 기 설정된 수신 위치 정보를 입력받아 3차원 전파 모델을 생성할 수 있다. 선택된 3차원 레이 튜브의 경로 길이를 계산하고, 그 경로에 따른 전파 감쇄를 구하여 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 계산한다. 이와 같은 동작을 수신 위치를 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해서 실행하고, 그 결과를 총합하면, 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 구할 수 있고, 수신 위치를 변경하여 대상 지역에서 반복 수행하면, 전체적인 3차원 전파 모델을 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 전파 모델을 구성하는 전파 경로를 찾는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 먼저 전파 모델을 구성할 지역의 3차원 건물 정보를 읽어 들인다(S100). 건물은 예측의 편의를 위해 직육면체로 단순화하여 정보를 구성할 수 있다. 본 발명의 제4 실시예에서는 직육면체로 가정한다. 전파 모델을 계산하기 위하여 송신점을 설정하고 송신점의 위치와 송신점에서 전파를 발사하는 안테나 특성등의 수치값을 입력받는다(S200). 송신점에서 보이는 건물면을 탐색하고 탐색된 건물면들 중에서 우선 전파를 발사할 건물면을 선택한다(S300). 선택된 건물면에 대해 송신점의 대칭점을 찾아 설정한다(S400). 대칭점으로부터 건물면의 각 꼭지점을 반 직선으로 연결한다(S410). 그러면 반사되는 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브가 형성되고, 대칭점은 3차원 레이 튜브의 꼭지점이 되며, 대칭점과 건물면의 각 모서리에의해 형성되는 삼각형이 옆면이 되는 각뿔 모양일 수 있다. 이렇게 형성된 3차원 레이 튜브를 저장한다(S420). 다시 이 전파는 레이 튜브를 진행하면서 에너지가 감쇄하므로 일정한 전파 경로 길이를 임계치로 정하여 임계치 이상의 전파로 형성되는 레이 튜브는 생성되지 않는 것으로 설정할 수 있다. 따라서 위의 동작을 반복할 때마다 저장된 3차원 레이 튜브가 서로 연결되어 형성하는 전파 경로의 길이를 임계치와 비교한다(S430). 그리고 임계치 미만이면 대칭점은 다른 3차원 레이 튜브를 형성하는 원천이 될 수 있다. 즉 송신점과 같이 전파를 발사하는 역할을 수행한다. 따라서 3차원 레이 튜브의 영역안에 포함되거나 3차원 레이 튜브의 영역과 만나고 대칭점에서 보이는 다른 건물면에 대해 반사 또는 회절에 의한 3차원 레이 튜브를 형성하는 동작을 반복한다. 임계치 이상이면, 해당 송신점에서 탐색된 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 시작한다. 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성 방법은 지금까지 설명한 방법과 동일할 수 있다.
최초 송신점에서 발사된 전파가 건물의 모서리에서 회절을 일으키는 경우, 전파를 발사한 위치와 회절이 발생하는 모서리를 구성하는 임의의 점을 연결하는 직선이 모서리에 수직선분과 이루는 각도를 계산한다(S500). 회절파는 모서리에서 모서리의 수직선분과 이 각도를 유지하며 회절을 일으킨다. 모서리에 인접하는 양 건물면을 경계로 갖고, 모서리에 수직선분과 일정한 각도를 이루는 회절파들의 집합으로 구성되는 3차원 레이 튜브를 형성한다. 이와 같은 방식으로 모서리를 구성하는 모든 점에 대해서 회절에 의한 전체 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다(S510). 생성된 전체 3차원 레이 튜브를 저장한다(S520). 회절에 의한 전체 3차원 레이 튜브의 경우에도, 전파는 레이 튜브를 진행하면서 에너지가 감쇄하므로 일정한 전파 경로 길이를 임계치로 정하여 저장한 3차원 레이 튜브를 서로 연결한 전파 경로 길이가 임계치 이상인 경우, 그후 형성되는 3차원 레이 튜브는 생성되지 않는 것으로 설정할 수 있다. 따라서 위의 동작을 반복할 때마다 임계치와 연결된 3차원 레이 튜브의 전파 경로 길이를 비교한다(S530). 회절이 일어나는 건물면의 모서리는 대칭점과 마찬가지로, 다른 3차원 레이 튜브를 생성하는 원천이 될 수 있다. 따라서 전파 경로 길이가 임계치 미만이면, 회절이 일어나는 모서리에서 생성되는 3차원 레이 튜브 영역이 포함하거나 3차원 레이 튜브 영역과 만나고 회절점에서 보이는 건물면에 대해서 반사에 의한 3차원 레이 튜브 또는 모서리에서 회절파에 의한 3차원 레이 튜브를 생성하는 동작을 반복한다. 반면에 임계치 이상이면 해당 송신점에서 탐색된 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성을 시작한다. 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브 생성 방법은 지금까지 설명한 방법과 동일할 수 있다.
이와 같이, 3차원 레이 튜브를 생성하여 이를 저장하고 서로 연결시키면 송신 안테나에서 발사된 전파의 경로를 예상하는데 있어서, 지면에 대한 수직성분이 고려되므로 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 반사된 전파가 형성하는 3차원 레이 튜브가 다른 건물면에서 회절에 의한 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 반대로 회절에 의해 형성된 3차원 레이 튜브가 다른 건물면에서 반사에 의한 3차원 레이 튜브를 생성할 수 있다. 이처럼 복수의 반사에 의한 3차원 레이 튜브 및 회절에 의한 3차원 레이 튜브의 조합으로 송신점에서 발사된 전파의 경로를 실제와 유사하게 예측할 수 있다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 전파 모델을 생성하는 방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신점에서 전파 모델 생성 방법을 도시한 순서도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전파 모델 생성 방법에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브의 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 전파 모델을 생성하려는 셀내에서 수신점을 설정한다(S600). 형성된 복수의 3차원 레이 튜브중에서 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 검출한다(S610). 이때, 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브는 도 8에 도시된 방법을 사용하여 찾아 낼 수 있다. 수신점의 위치 벡터(
Figure 112005053194269-PAT00001
), 대칭점의 위치 벡터(
Figure 112005053194269-PAT00002
), 건물면의 법선 벡터(
Figure 112005053194269-PAT00003
) 및 3차원 레이 튜브 경계를 이루는 옆면의 법선 벡터(
Figure 112005053194269-PAT00004
,i=1,2,3,4)를 이용하여 찾을 수 있다. [수학식 1] 및 [수학식 2]의 조건을 만족하는 대칭점의 위치 벡터, 건물면의 법석 벡터 및 3차원 레이 튜브 옆면의 법석 벡터로 특정되는 3차원 레이 튜브를 찾는다.
Figure 112005053194269-PAT00005
Figure 112005053194269-PAT00006
Figure 112005053194269-PAT00007
[수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾으면, 이 3차원 레이 튜브에서 송신점에서 수신점까지 전파 경로를 계산한다(S620). 수신점의 3차원 좌표는 (xr, yr, zr) 대칭점의 3차원 좌표는 (xs, ys, zs)로 가정하면, [수학식 3]에 의해 전파 경로 길이(R)를 구할 수 있다.
Figure 112005053194269-PAT00008
전파 경로 길이(R) 및 건물면의 반사계수를 이용하여 전파 감쇄를 계산할 수 있다(S630). 수신점을 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해 동일한 방법으로 전파 감쇄를 계산할 수 있다. 검출된 모든 3차원 레이 튜브에 대해 전파 감쇄 계산을 완료했는지 판단한다(S640). 판단 결과 전파 감쇄를 계산할 3차원 레이 튜브가 있으면 다시 처음부터 반복한다. 그렇지 않으면 전파 감쇄 계산을 종료한다. 전파 감쇄 계산을 마치면 이를 기초로 수신점에 도달하는 모든 전파들의 합으로 수신 전파의 세기를 예측할 수 있다(S650). 전파 모델의 대상인 지역에서 수신점의 위치를 변경하여 이와 같은 동작을 반복하면, 전파 모델을 완성할 수 있다.
이와 같이, 수신점을 지나는 모든 3차원 레이 튜브에 대해서 전파 감쇄를 구 하면 실제 전파 경로를 측정하여 구한 결과와 매우 유사할 수 있다. 또한, 회절에 의한 3차원 레이 튜브에 대해서도 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾아서 전파 감쇄를 구할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가에게 자명하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전술한 구성에 의하여 실험을 통해 전파를 수신하는 위치에서 직접 전파 감쇄를 측정한 결과와 비교한 오차를 크게 줄일 수 있다. 따라서 전파가 수신되는 지점에서 보다 정확한 전파 모델을 얻을 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (16)

  1. 전파 경로를 추적하여 전파 모델을 생성하는 방법에 있어서,
    a) 상기 전파 모델의 대상 지역의 3차원 건물 정보를 읽고, 송신점을 설정하는 단계;
    b) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면에 대해 대칭점을 찾고, 반사되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계,
    c) 상기 송신점으로부터 탐색되는 건물면 모서리에 의해 회절되는 전파가 생성하는 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계, 및
    d) 상기 b), c) 단계에서 생성된 상기 3차원 레이 튜브의 영역에 포함되거나 교차하고 상기 대칭점 또는 건물면 모서리에서 탐색되는 건물면에 대해 상기 b), c)단계를 반복하고 생성되는 3차원 레이 튜브를 상기 3차원 레이 튜브와 연결하는 단계를 포함하는 전파 모델 생성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계를 소정 횟수 반복하고, 상기 소정 횟수는 상기 전파가 반사 또는 회절되어 생성하는 전체 경로 길이를 임계치와 비교하여 상기 임계치보다 상기 경로 길이가 미만인 동안 반복하는 횟수로 설정되는 전파 모델 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 전파가 반사 또는 회절을 반복할 수록 상기 전파의 에너지가 감소되는 것을 고려하여 소정의 에너지 이하를 갖는 경로 길이를 고려하여 설정되는 전파 모델 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    상기 대칭점으로부터 상기 건물면의 각 꼭지점을 반직선으로 연결하는 단계; 및
    상기 반직선을 모서리로 갖고, 상기 대칭점과 상기 건물면의 모서리로 이루어진 삼각형을 포함하는 복수의 옆면으로 구성되는 상기 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계를 포함하는 전파 모델 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    ⅰ) 상기 송신점과 상기 건물면의 모서리의 임의의 회절점을 연결한 직선과 상기 송신점을 지나고 지면에 평행한 직선이 이루는 각도를 계산하는 단계;
    ⅱ) 상기 회절점에서 상기 각도를 갖고 상기 모서리에 인접한 양 건물면 사이에 위치하는 복수의 반직선의 집합으로 특정되는 회절 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계; 및
    상기 모서리의 다른 회절점에 대해서 상기 ⅰ),ⅱ) 단계를 반복하여 상기 회 절점에서 형성되는 상기 회절 3차원 레이 튜브의 집합으로 특정되는 상기 3차원 레이 튜브를 생성하는 단계를 포함하는 전파 모델 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 d)단계에서 연결된 복수의 상기 3차원 레이 튜브를 저장하는 단계를 더 포함하는 전파 모델 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    전파 모델의 대상 지역에서 수신점을 설정하고, 상기 저장된 복수의 3차원 레이 튜브 중에서 상기 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾는 단계를 더 포함하는 전파 모델 생성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 이용하여 전파 감쇄를 계산하여, 상기 수신점에서 수신 전파의 세기를 예측하는 단계를 더 포함하는 전파 모델 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전파 모델 생성 지역에서 다른 수신점을 설정하여 상기 저장된 복수의 3차원 레이 튜브 중에서 상기 수신점을 지나는 3차원 레이 튜브를 찾고, 상기 3차 원 레이 튜브를 이용하여 전파 감쇄를 계산하여 상기 수신점에서 수신 전파의 세기를 예측하는 단계를 반복하는 전파 모델 생성 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항을 따르는 방법이 컴퓨터에서 실행되도록 하는 프로그램을 기록한 저장매체.
  11. 특정 지역에 관한 지형 정보 및 송수신에 사용되는 전파에 관한 정보를 입력받는 정보 입력부;
    상기 지역에 관한 지형 정보를 입력받아 가상의 지형을 생성하는 지형 생성부;
    송신 위치로부터 발사된 전파를 3차원 추적하여 3차원 레이 튜브를 생성하는 전파 추적부;
    상기 전파 추적부로부터 상기 3차원 레이 튜브를 입력받아 상기 3차원 레이 튜브의 경로 길이를 계산하고, 임계거리와 상기 경로 길이를 비교하고, 상기 3차원 레이 튜브중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 제어부; 및
    상기 3차원 레이 튜브 중 수신 위치를 통과하는 3차원 레이 튜브를 선택하여 수신 위치에서 감지되는 전파의 에너지 세기를 계산하는 전파 모델 생성부를 포함하는 전파 모델 생성장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전파 추적부는 상기 생성된 3차원 레이 튜브를 저장하는 데이터 베이스를 포함하는 전파 모델 생성장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부에서,
    상기 임계거리는 상기 전파의 에너지가 소정 값 이하의 값을 갖는 전파 경로 길이인 전파 모델 생성장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 3차원 레이 튜브의 경로 길이가 상기 임계거리에 이르면, 상기 3차원 레이 튜브 생성을 중지시키고, 상기 송신 위치에서 보이는 다른 건물면에 대한 3차원 레이 튜브를 생성시키는 전파 모델 생성장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전파 모델 생성부는,
    상기 수신 위치를 포함하는 3차원 레이 튜브의 에너지 감쇄를 구하고, 상기 3차원 레이 튜브의 에너지 총합으로 상기 3차원 전파 모델을 생성하는 전파 모델 생성장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전파 추적부는,
    상기 3차원 전파 모델 대상 지역안에 상기 송신 위치로부터 감지되는 건물면에 대한 전파의 반사 또는 회절에 의한 전파 경로를 추적하여, 상기 전파에 의해 형성되는 3차원 레이 튜브를 생성하는 전파 모델 생성장치.
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