KR20100127394A - 이동 통신망 재설계 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이동 통신망 재설계 방법 및 장치가 개시된다. 이동 통신망 재설계 방법은 통신망의 통화량을 산출하는 단계; 상기 통화량을 대상 지역에 분배하는 단계; 기지국이 위치할 수 있는 후보지역을 선정하는 단계; 후보 지역의 전파 손실을 예측하는 단계; 상기 예측된 전파 손실에 따라 상기 후보지역 중 기지국이 위치할 지역을 선정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 이동 통신망 재설계 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다.

이동 통신망, 재설계.

Description

이동 통신망 재설계 방법 및 장치{ Method and apparatus for mobile network re-design }

본 발명은 이동 통신망 재설계 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 지리 데이터를 이용하여 통신망 재설계 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 휴대 단말기의 보급이 확산되면서, 이동 통신망이 확대 설치가 되고 있다. 하지만 확대된 통신망은 그 구조가 효율적으로 구성되지 못하는 문제점이 있다. 따라서 이동 통신망의 재설계가 필요한 실정이다. 하지만 이동 통신망의 재설계에 따른 비용이 크기 때문에, 이동 통신망의 효율뿐만 아니라 재설계 비용까지 고려하여 이동 통신망을 재설계할 필요성이 있다. 따라서 이동 통신망을 재설계하고, 재설계에 따른 원가, 설비물량 및 설비별 투자비를 포함하는 통신망 적정 투자비를 산정할 수 있는 시스템이 필요하다.

본 발명은 이동 통신망 재설계 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 통신망의 통화량을 산출하는 단계; 상기 통화량을 대상 지역에 분배하는 단계; 기지국이 위치할 수 있는 후보지역을 선정하는 단계; 후보 지역의 전파 손실을 예측하는 단계; 상기 예측된 전파 손실에 따라 상기 후보지역 중 기지국이 위치할 지역을 선정하는 단계를 포함하는 이동 통신망 재설계 방법이 제공된다.

본 발명은 이동 통신망 재설계 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신망의 재설계 과정을 도시한 도 면이다.

도 1을 참조하면, 단계 110에서 이동 통신망 재설계 장치는 반영 통화량을 산정한다. 이동통신 환경에서 트래픽 데이터는 매우 다양한 양상을 보이며 변화한다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 이동망의 수요가 한 장소에서 고정적으로 발생하는 것이 아니라 이용자에 따라 이동성(mobility)을 가지고 변화하기 때문이며 예측이 어려운 것이 사실이다. 망설계에 반영 가능한 트래픽 정보를 수집하기 위해서는 대상 서비스 지역을 가능한 세분화하여 트래픽 데이터의 추이를 분석하고 관리하는 것이 좋다. 그러나 예측통화량은 전국을 대상으로 결과를 도출해내어 지역별 통화 밀도의 변화를 반영하는데 무리가 있고 최번시의 개념이 없어 설계에 사용하기에는 무리가 있다. 이에 본 발명은 이동통신망 설계에 적합한 통화량을 산정하기 위해 사업자의 실제 트래픽 자료를 기준으로 예측통화량을 변환하여 10m*10m 그리드에 배부하여 통화밀도를 보다 정확하게 재설계에 반영한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 지역별 통화량을 산정하고, 옵션별 통화량을 산정한다. 추후 도 2를 참조하여 통화량 산출 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

단계 120에서 이동 통신망 재설계 장치는 각 지역의 통화량을 분배한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 단계 110에서 산정된 통화량을 각 지역에 분배하여 재설계시에 각 지역의 통화량을 기준으로 재설계가 이루어지도록 한다. 즉, 이동 통신망 재설계 장치는 각 지역의 높이 데이터를 이용하여 서울지역의 지도를 생성하고 각 지역에 대하여 통화량 산정 방식에 의한 결과를 적용하여 분배한다. 추후 도 3을 참조하여 통화량을 분배하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.

단계 130에서 이동 통신망 재설계 장치는 대상 기지국을 선정한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 샘플 포인트가 생성이 되면 전체 지역을 300m 단위로 그리드(grid)화 한다. 이 그리드의 가운데에서 가장 적절한 건물을 토대로 기지국이 위치할 수 있는 하나의 후보지역을 선정한다.

단계 140에서 이동 통신망 재설계 장치는 전파를 분석한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 3D propagation model, NLOS, Dual slope model & Knife edge model, LOS를 이용하여 전파의 손실을 예측한다.

3D propagation model은 주파수 대역, 건물이나 장애물의 높이, 전파 거리상의 장애물의 수, 기지국 안테나 높이, mobile 높이 등 전파 손실에 영향을 주는 부분이 다양하게 존재하므로 이를 모두 고려하여 전파 손실을 예측하기 위해서는 각 상황에 맞는 모델과 지형정보를 이용하였을 때 비로소 실측치에 가까운 값을 얻을 수 있다. 본 발명은 앞에서 언급한 전파 손실에 영향을 미치는 요소들을 모두 고려하기 위해서 크게 세가지 모델을 조합하여 이용하고, 정확한 지형 정보를 활용함으로써 비교적 정교한 전파 손실 예측을 이끌어 내었다. 3D propagation model에서는 knife edge model, Walfisch model, dual slope model을 조합한 LVPM (vertical plane model)을 통하여 NLOS (none line of sight: 전파 도달 거리에 장애물이 있는 경우) 상황에서 전파의 자유 공간 손실과 회절, 분산 손실을 각 요인에 맞게 예측하게 된다. 또 LOS (line of sight: 전파 도달 거리에 장애물이 없는 경우)의 경우, COST231-Walfisch-Ikegami model을 사용함으로써 전파 손실을 예측한다.

3D propagation model NLOS부분에서 사용된 knife edge model은 하나의 장애 물이 주위의 다른 장애물에 비해 전반적으로 전파 손실에 큰 영향을 미치는 경우, 이 장애물에 의한 diffraction loss를 구하는 모델이다. 반면에, Walfisch model은 빌딩숲을 형성하는 도심 환경에 적합한 모델로서 빌딩들에 의한 diffraction loss와 scattering loss를 고려하여 전파 손실을 예측하게 된다. 이 외에 dual slope model의 경우, 기지국 안테나 높이, 이동국안테나높이와파장을고려하여구한기준거리이상으로전파가멀리전파되며주위에장애물의영향을받지않는경우, 전파가 지면에서 반사함으로써 손실되는 전파 손실분을 고려한다.

본 발명이 사용할 3D propagation model NLOS부분은 다음과 같이 정의된다.

상술한 세가지 모델을 조합하는 팩터로 작용하는 g는 크게 나누어 knife edge model과 Walfisch model 중 어느 모델에 더 잘 맞는 환경인지에 관한 결정 요소로 작용하게 된다. 이 g값은 장애물의 높이가 얼마나 균일한지와 빌딩 사이의 길이 얼마나 넓게 형성되어 있는지에 따라 결정되어지는 함수로서 다음과 같이 정의된다.

g = gh*gw

1> CH=Hr/sh (#of buildings>1) , CH=0 (else)

2> gh=1 (CH >3) , gh=0(CH <1), gh=(CH-1)/2 (1< CH <3)

3> gw= 1 (w < 50m) , gw=0 (w >100m) , gw = (100-w)/50 (50m < w < 100m)

각 모델들을 살펴보기 이전에 3D propagation model에서 사용될 notation을 살펴보면 아래의 표와 같이 정리된다. 특히, 정확한 전파 손실분을 유도하기 위하여 모든 높이를 고려할 때, 지형 고도까지 고려하여 가장 낮은 지형을 기점으로 상대적인 높이를 나타내는 값을 이용한다.

이 때, ht [m]는 (지형 + 건물높이) +12m(나대지에 설치된 기지국 안테나 높이) 또는 6 m(건물에 설치된 기지국 안테나 높이)이고, hr [m]는 지형 + 1.5m (mobile안테나 높이)이고, l는 300/f[MHz] (ex> 800MHz: 3/8)이고, Hr [m]는 빌딩 높이(지형 고려한 높이)이고, w [m]는 길의 넓이이고, b [m]는 building separation (자료가 없으면 2w)이고, d (R ) [km]는 기지국으로부터 mobile까지의 거리이다.

Dual slope model 및 Knife edge model은 위에서 구한 g값이 작을수록, 즉 빌딩들의 높이가 균등하지 않고, 빌딩들이 많이 존재하지 않을 경우, Knife edge model과 Dual slope model에 의한 path loss 부분이 커지게 된다. 여기서 이 두 모델의 조합은 다음과 같이 정의된다.

dual slope model은 자유 공간 손실이 일어나는 경우의 path loss값 LFS와 지면에서의 반사가 일어나는 경우의 path loss부분인 LDS의 전파 손실분을 비교하여 큰 값에 따른다.

자유 공간 손실:

지면 반사+자유공간 손실:

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 knife edge model을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, knife edge model은 그림에서처럼 Hr의 높이를 가지는 하나의 장애물이 전파 손실에 영향을 크게 미치는 경우, 그 장애물의 높이와 기지국 안테나 높이, 이동국 안테나 높이, 장애물의 위치, 파장 등을 고려하여 diffraction loss를 구한다.

이 때, Hr은 전파 도달 거리 사이에 가장 높은 장애물의 높이이다.

Walfisch model은 800MHz에서 2000MHz주파수 대역에 적용가능하며, 빌딩이 많이 들어서 있는 도심지에 적합한 모델이다. 따라서 g값이 클수록, 즉 빌딩 높이가 균일하고 길의 넓이가 좁을수록 이 모델이 전체 path loss에서 차지하는 부분이 커지게 된다.

Walfisch model은 아래에 정의 된 것처럼 자유 공간 손실분에 빌딩들에 의한 diffraction, scattering loss와 multiscreen loss의 합으로 이루어진다.

여기에서 Lo는 자유 공간 손실을 나타내고 있고, Lrts(roof-top-to-street diffraction and scatter loss)는

으로 정의된다. 여기에서 Lori는 전파의 진행 방향과 길의 각도 차에 의한 손실분으로서 이 각에 의한 loss값이 그래프와 같이 분포한다.

이 각에 대한 데이터가 없을 경우 90도로 보고, Lori를 0으로 정한다. Lmsd (multiscreen diffraction loss)는 다음과 같이 정의 된다.

Lbsh는 기지국 안테나가 빌딩의 평균 높이 보다 높게 분포하는 경우, 얻게 되는 shadowing gain(negative loss)을 나타낸다.

그 외에 ka, kd 및 kf는 multiscreen loss에 거리, 기지국과 빌딩의 높이차, 주파수가 미치는 영향의 의존도를 결정하는 계수들이다.

전파의 도달거리 내에 장애물이 없는 경우 Walfisch-Ikegami LOS model을 사용하여 전파 손실을 예측한다. LOS를 이용한 전파 손실을 예측하는 수식은 다음과 같다.

다시 도 1을 참조하여, 단계 150에서 이동 통신망 재설계 장치는 최적 기지국을 선정한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 우선 기지국 후보 지역으로 생성된 그리드 격자점마다 기지국이 모두 세워졌다고 가정한다. 기지국 후보지역은 각 그리드의 모든 지점 중에서 가장 높은 지점에 세워진다고 가정하고 각 격자점에서 각 샘플포인트까지 보내진 신호 대 잡음비(SIR)를 계산한다. 이때 잡음비를 정하여 기지국마다 기준 이상으로 각 샘플 포인트를 지원한다면 '1', 지원하지 않는다면 '0'을 채워서 기지국 후보지역과 샘플포인트간에 매트릭스를 형성한다.

또한, 각 기지국 후보지역이 커버하는 샘플 포인트의 갯수를 다음과 같이 표현한다.

S( i ) =

M(i,j)

이 대, i와 j는 기지국 후보지역과 샘플 포인트의 인덱스이다.

또한, 각 기지국 후보지역이 커버하는 샘플 포인트의 개수를 다음과 같이 표현할 수 있다.

S( i ) =

M(i,j)

		Index of base station
		1(5)	2(3)	3(4)	4(4)	5(3)	6(4)	7(3)	8(2)	9(1)	10(3)
Index of sample point	1	1	0	0	1	1	0	0	0	1	0
	2	0	0	1	0	1	0	0	0	0	1
	3	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0
	4	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1
	5	1	1	1	0	0	0	1	0	0	1
	6	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0
	7	0	0	1	0	0	1	1	0	0	0
	8	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0
	9	1	1	0	0	1	1	1	0	0	0
	10	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0

위의 수식들을 이용한 계산 결과는 표 1과 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 이동 통신망 재설계 장치는 표 1에 나타난 샘플포인트를 지원할 수 있는 최소한의 기지국 개수를 산출한다. 기지국 개수를 산출하는 과정은 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 포인트를 지원할 수 있는 최소한의 기지국 개수를 선택하는 방법을 도시한 도면이다.

단계 410에서 이동 통신망 재설계 장치는 지원하는 샘플 포인트 개수가 가장 작은 기지국 후보지역을 선택한다.

단계 420에서 이동 통신망 재설계 장치는 선택된 기지국이 지원하는 샘플 포인트를 선택한다.

단계 430에서 이동 통신망 재설계 장치는 다른 기지국에서 단계 420에서 선택된 샘플 포인트가 다른 기지국에서 지원하는지 판단한다.

판단 결과, 다른 기지국에서 지원한다면, 단계 440에서 이동 통신망 재설계 장치는 해당 샘플 포인트를 0으로 수정한다.

판단 결과, 다른 기지국에서 지원하지 않는다면, 단계 450에서 해당 기지국에 상응하는 내용을 표 1의 매트릭스에서 제거한다.

이동 통신망 재설계 장치는 도 4를 참조하여 상술한 과정을 통해 표 1의 샘플 포인트의 기지국을 제거하여 최종적으로 하기의 표 2와 같이 최소 4개의 기지국으로 샘플 포인트를 모두 지원할 수 있는 것을 도출할 수 있다.

		Index of base station
		1(5)		3(4)			6(4)		8(2)
Index of sample point	1	1		0			0		0
	2	0		1			0		0
	3	1		1			0		0
	4	0		0			1		0
	5	1		1			0		0
	6	1		0			1		0
	7	0		1			1		0
	8	0		0			0		1
	9	1		0			1		0
	10	0		0			0		1

다시 도 1을 참조하면, 이동 통신망 재설계 장치는 단계 160에서 재설계의 투자 비용을 산출한다.

단계 170에서 이동 통신망 재설계 장치는 총 산출 결과물을 저장환다.

이하 도 2를 참조하여, 이동 통신망 재설계 장치의 통화량 산출 방법을 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신망 재설계 장치의 통화량 산출 과정을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 이동 통신망 재설계 장치는 단계 210에서 전국 예측 통화량을 도출한다.

단계 220에서 이동 통신망 재설계 장치는 대상지역 실제통화량 점유 비율을 입력 받아 대상지역 예측 통화량을 도출한다.

단계 230에서 이동 통신망 재설계 장치는 전국 실제 총 통화량을 입력 받아 대상 지역 실제 통화량을 도출한다.

단계 240에서 이동 통신망 재설계 장치는 각 기지국의 일변 최번시 통화량을 입력 받아 각 기지국의 옵션별 통화량을 도출한다. 예를 들어, 이동 통신망 재설계 장치는 트래픽 산정을 위한 대상 서비스 지역은 기지국 커버리지를 기준으로 세분화할 수 있다. 치국을 위해서 이동 통신망 재설계 장치는 기지국 단위에서 관리되는 트래픽의 추이를 살펴 통화량을 예측하고 이를 설계에 반영할 수 있다. 이 중 설계에 반영하기 위한 기지국별 대표 트래픽은 각 월별 최번시 통화량의 평균, 각 월별 평균통화량 중 최대 통화량, 월별 10개 PEAK TIME 통화량의 평균 및 월별 10개 PEAK TIME 통화량의 평균값 중 최대값을 이용하여 산정될 수 있다.

단계 250에서 이동 통신망 재설계 장치는 기지국별 반영 통화량을 도출한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신망의 재설계 과정을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신망 재설계 장치의 통화량 산출 과정을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 knife edge model을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 포인트를 지원할 수 있는 최소한의 기지국 개수를 선택하는 방법을 도시한 도면.

Claims (5)

1. 통신망의 통화량을 산출하는 단계;

   상기 통화량을 대상 지역에 분배하는 단계;

   기지국이 위치할 수 있는 후보지역을 선정하는 단계;

   후보 지역의 전파 손실을 예측하는 단계;

   상기 예측된 전파 손실에 따라 상기 후보지역 중 기지국이 위치할 지역을 선정하는 단계를 포함하는 이동 통신망 재설계 방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 선정된 기지국의 위치에 따라 재설계 투자 비용을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망 재설계 방법.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 통화량을 산출하는 단계는

   대상 지역의 실제통화량 점유 비율을 입력 받아 대상 지역의 예측 통화량을 도출하는 단계;

   전국 실제 총 통화량을 입력 받아 대상 지역 실제 통화량을 도출하는 단계;

   각 기지국의 일변 최번시 통화량을 입력 받아 각 기지국의 옵션별 통화량을 도출하는 단계;

   상기 기지국별 반영 통화량을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망 재설계 방법
4. 제1 항에 있어서,

   기지국이 위치할 지역을 선정하는 단계는 각 기지국 후보지역이 관할하는 샘플 포인트를 모두 관할할 수 있는 기지국의 수가 최소가 되도록 기지국을 선정하는 것을 특징으로 하는 이동 통신망 재설계 방법.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 샘플 포인트는 상기 후보 지역에 위치할 기지국의 위치 정보인 것을 특징으로 하는 이동 통신망 재설계 방법.

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