KR20230141146A - 통신 시스템에서 수직적 주파수 공유 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 수직적 주파수 공유 방법 및 장치 Download PDF

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박승근
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한국전자통신연구원
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Abstract

통신 시스템에서 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법 및 장치가 개시된다. 통신 노드의 동작 방법으로서, 적어도 하나 이상의 기존 무선국과 적어도 하나 이상의 5G 특화망의 간섭량을 생성하는 단계; 상기 생성된 간섭량을 기반으로 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 주파수 공유 가능성을 분석하는 단계; 및 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 구축 정보를 통합하여 제공하는 단계를 포함하고, 고도 데이터가 포함된 전국 GIS 정보에 기초하여 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 지속적인 관리를 특징으로 통신 노드의 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법이 제공될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 수직적 주파수 공유 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR VERTICAL FREQUENCY SHARING IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에서 주파수 공유 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 무선국(Wireless Station)과 5G 특화망(5G Private Network)이 수직적으로 주파수를 공유하기 위한 기술에 관한 것이다.
전국망 구축이 주 목적인 이동통신 주파수는 일반 국민에게 미치는 영향이 매우 큰 사회적 가치를 가지기 때문에 통신 사업자들은 천문학적 가격을 지불하고 해당 주파수 대역의 이용권을 보장받는다. 이와 달리 5G 특화망은 수십미터에서 수백미터 반경의 범위내에서 독자적이고 지역적인 사용을 보장받기 위한 주파수가 필요하다. 이러한 지역적 사용 특징으로 인해 기존 무선국이 사용중인 주파수 대역이라도 미리 설정된 기준을 만족하는 영역내에서는 어느 정도 자유로운 사용을 보장할 수 있다.
5G 특화망이 사용할 수 있는 영역은 크게 2가지로 구분할 수 있다. 첫번째는 5G 특화망의 송신신호가 기존 무선국의 수신 성능에 영향을 미치지 않는 영역으로 5G 특화망이 간섭원(interferer), 기존 무선국이 희생원(victim)인 시나리오이다. 두번째는 기존 무선국의 송신신호가 5G 특화망의 수신 성능에 영향을 미치지 않는 영역을 산출하는 것으로 기존 무선국이 간섭원, 5G 특화망이 희생원인 시나리오이다. 이 두가지 시나리오에서 산출된 영역 중 어느 영역에도 포함되지 않는 영역에서 5G 특화망을 사용하는 것이 가능하다. 이를 위해서는 분석하고자 하는 해상도를 기준으로 전국단위의 지형정보를 이용해 해당 픽셀에서의 간섭량을 산출하는 과정이 필요하며 본 발명은 이에 대한 방법을 다룬다.
한편, 발명의 배경이 되는 기술은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 내용을 포함할 수 있다.
본 발명은 기존 무선국과 5G 특화망이 공존하는 환경에서 기존 무선국과 5G 특화망 간 수직적 주파수 공유 방법과 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 시스템에서 통신 노드의 수직적 주파수 가능성 분석 방법은, 적어도 하나 이상의 기존 무선국과 적어도 하나 이상의 5G 특화망의 간섭량을 생성하는 단계, 상기 생성된 간섭량을 기반으로 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 주파수 공유 가능성을 분석하는 단계, 및 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 구축 정보를 통합하여 제공하는 단계를 포함하고, 고도 데이터가 포함된 전국 GIS 정보에 기초하여 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 지속적인 관리를 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기존 무선국과 5G 특화망이 공존하는 환경에서 5G 특화망은 기존 무선국이 사용중인 주파수 대역을 공유할 수 있고 기존 무선국과 통합적으로 관리될 수 있다. 따라서 국가적 자원인 주파수의 이용 효율은 향상될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 수직적 주파수 공유분석 장치(300)의 제1 실시예를 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 공유 가능성 분석 모듈의 제1 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 5는 공공 주파수 무선국의 보호영역을 도시한 개념도이다.
도 6은 기존 무선국의 간섭으로부터 5G 특화망 보호영역의 산출을 도시한 개념도이다.
도 7은 보호영역의 산출을 위한 분석 과정을 도시한 개념도이다.
도 8은 분석결과의 엑셀 CSV 파일 포맷의 도시한 개념도이다.
도 9는 동일 주파수에서 단위 대역폭을 적용하는 방식의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 간섭량 계산에서 중첩된 대역의 범위만을 고려하는 co-frequency overlap 방식의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11은 5G 특화망의 보호영역 산출을 위한 안테나 패턴 적용 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 12는 5G 특화망 보호를 위한 정밀분석 시나리오를 도시한 개념도이다.
도 13은 5G 특화망으로부터 기존 무선국의 수신기 보호를 위한 정밀분석을 도시한 개념도이다.
도 14는 간섭량 총합에 따른 영향 분석을 도시한 개념도이다.
도 15a는 분석영역의 통합 관리 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 15b는 분석영역의 통합 관리 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 16은 파라메터 변경에 따른 분석 결과 수정 방법을 도시한 개념도이다.
도 17은 5G 특화망에서 사용영역의 관리를 도시한 개념도이다.
도 18은 등고선 데이터를 이용한 지형고도 데이터의 제작 방법을 도시한 개념도이다.
도 19는 송신국과 수신국 사이의 패스 프로파일의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은 복수의 통신 노드를(110, 120, 131, 132)를 포함할 수 있다. 또한 통신 시스템은 통신 시스템은 코어 네트워크를 더 포함할 수 있다. 통신 시스템이 5G 통신 기술을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 UPF(user plane function), SMF(session management function), AMF(access and mobility management function) 등을 포함할 수 있다. 또는, 통신 시스템에서 NSA(Non-StandAlone)가 지원되는 경우, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(Packet Data Network)-gateway), MME(Mobility Management Entity) 등으로 구성되는 코어 네트워크는 4G 통신 기술뿐만 아니라 4G 통신 기술도 지원할 수 있다. 통신 시스템이 네트워크 슬라이싱(slicing) 기술을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 복수의 논리적 네트워크 슬라이스들로 나누어질 수 있다.
통신 시스템을 구성하는 통신 노드 (예를 들어, 기지국, 릴레이, UE, AMF, UPF, SMF 등)는 CDMA(code division multiple access) 기술, WCDMA(wideband CDMA) 기술, TDMA(time division multiple access) 기술, FDMA(frequency division multiple access) 기술, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기술, Filtered OFDM 기술, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기술, SC(single carrier)-FDMA 기술, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 기술, GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기술, FBMC(filter bank multi-carrier) 기술, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기술, 및 SDMA(Space Division Multiple Access) 기술 중에서 적어도 하나의 통신 기술을 사용하여 통신을 수행할 수 있다.
통신 노드 중에서 기지국은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), 5g 노드B (gNodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드, 송수신 포인트(Tx/Rx Point) 등으로 지칭될 수 있다. 통신 노드 중에서 단말(terminal)은 UE(user equipment), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 모바일 스테이션 (mobile station), 노드(node), 디바이스(device) 등으로 지칭될 수 있다. 통신 노드는 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
도 3은 수직적 주파수 공유분석 장치(300)의 제1 실시예를 도시한 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 수직적 주파수 공유분석 장치(300)는 무선국 정보 관리 모듈(310), 공유 가능성 분석 모듈(320), 무선국 공유 관리 모듈(330)를 포함할 수 있다. 무선국 정보 관리 모듈(310)은 기존 무선국의 송수신 정보 관리, 공공 주파수 무선국 정보의 관리, 5G 특화망의 분석 파라메터(parameter) 정의, 5G 특화망 무선국 정보의 관리 등의 기능을 수행할 수 있다. 고유 가능성 분석 모듈(320)은 지형 정보를 기반으로 전파 신호 분석 방법을 적용하여 기존 무선국의 간섭과 잡음 레벨을 계산할 수 있다. 여기서, 기존 무선국의 송수신 파라메터와 링크(link) 정보가 이용될 수 있다. 5G 특화망의 송수신 파라메터는 추가적으로 요구될 수 있다. 기존 무선국에서 보호해야 하는 수신국의 위치는 고정될 수 있고, 5G 특화망의 위치는 전국적으로 분포하는 이동 무선국의 형태로 설정될 수 있다. 5G 특화망을 위한 수직적 공유 가능성의 분석은 다음과 같이 구성할 수 있다.
도 4는 공유 가능성 분석 모듈의 제1 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 공유 가능성 분석 모듈(320)은 공공 주파수 보호영역 산 출 단계(S410), 5G 특화망 보호영역 산출 단계(S420), 기존 무선국 공유 분석 단계(S430)을 포함할 수 있다.
공공 주파수 보호영역 산출 단계(S410)는 기존 공공 주파수 무선국의 수신이 5G 특화망 기지국의 송신으로부터 영향을 받지 않는 보호영역을 산출할 수 있다. 5G 특화망 보호영역 산출 단계(S420)는 기존 M/W 중계기 또는 기존 무선국의 송신으로부터 5G 특화망 기지국의 수신이 영향을 받지 않는 보호영역을 산출할 수 있다. 공유 가능성 분석 모듈(320)은 공공 주파수 보호영역 산출 단계(S410)와 5G 특화망 보호영역 산출 단계(S420)에서 보호영역을 산출할 수 있다. 기존 무선국 공유 분석 단계(S430)는 5G 특화망 기지국의 고정된 송신 위치로부터 기존 M/W 중계기 또는 무선국의 수신이 영향을 받는 간섭량을 정밀하게 분석할 수 있다. 공유 가능성 분석 모듈(320)은 5G 특화망 보호영역 산출 단계(S420)와 기존 무선국 공유 분석 단계(S430)에서 간섭원 또는 희생원이 특정 위치에서 상호 영향을 주는 각각의 간섭량을 도출할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 수직적 주파수 공유분석 장치(300)의 무선국 공유 관리 모듈(330)는 전국 통합 보호영역의 관리 기능, 기술 기준에 따른 보호영역의 재설정 기능, 5G 통합망 현황의 관리 기능 등을 포함할 수 있다. 이러한 기능들을 통해서, 무선국 공유 관리 모듈(330)은 기존 무선국과 5G 특화망의 보호 기준을 적절히 조절할 수 있고, 계속적으로 늘어나는 5G 특화망 신청에 따른 정보들의 연속적인 관리가 지원될 수 있다.
무선국 상호간 공유 가능성의 분석 방법은 권고안 ITU-R P.452 기반의 전파모델을 적용할 수 있다. 상기 전파모델은 패스 프로파일로부터 클러터 손실을 제공할 수 있다. 따라서, 정확성이 높은 디지털 지도 데이터는 지형 고도 데이터로부터 패스 프로파일의 생성과 클러터 손실의 적용을 필요할 수 있다.
디지털 지도 데이터는 지형의 변화에 의해 지형 고도 데이터가 변화될 수 있고, 인위적인 개발 등에 의해 시골이 도시가 되거나 산림이 도로가 되는 등과 같은 환경분류의 변화가 발생할 수 있다. 이와 같은 디지털 지도 데이변화는 적용되는 전파모델에도 영향을 미칠 수 있으므로 가능한 짧은 주기의 업데이트가 필요할 수 있다.
기존 무선국은 송신과 수신이 모두 고정된 위치에 존재하는 M/W 고정 무선국 유형, 송신이 고정이고 수신이 이동하는 이동방송 무선국 유형, 수신이 고정이고 송신이 이동하는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 관제소 무선국 유형으로 구분할 수 있다. 기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목들은 아래 표 1과 같이 분류될 수 있다. 고정 송신과 고정 수신 분석에 필요한 모든 항목을 기준으로 고정 송신과 이동 수신은 수신에 대한 항목이 요구되지 않을 수 있다. 또한, 이동 송신과 고정 수신은 이동 송신에 대한 항목이 요구되지 않을 수 있다.
필요 항목 분류 내용
링크 관련 항목 서로 통신하는 송신국과 수신국에 관련된 데이터를 포함
주파수 관련 항목 송신기 또는 수신기의 중심 주파수, 무선국 등록 시 허가 받은 대역폭, 점유 대역폭 포함
송신국 관련 항목 송신국 안테나의 위치, 송신 전력, 송신 안테나 패턴 등의 데이터를 포함
수신국 관련 항목 송신국 안테나의 위치, 송신 전력, 송신 안테나 패턴 등의 데이터를 포함
지수 관련 항목 시스템 온도, 잡음 지수, I/N 기준 값 등의 데이터를 포함
기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목에서 링크 관련 항목은 아래 표 2와 같을 수 있다. 여기서, 링크는 서로 통신하는 송신국과 수신국의 쌍으로 정의할 수 있다.
링크 관련 항목
필요 항목 내용
링크분류번호 서로 통신하는 송신국과 수신국의 쌍으로 동일한 위치를 가지는 무선국명을 기준으로 함
링크분류명 송신 무선국명과 수신 무선국명으로 구성되는 명칭으로 "송신 무선국명-수신 무선국명"형식으로 작성함.
예시) 추자중계소-세오름 중계소
링크번호 분석하고자 하는 기본 단위를 구성하는 서로 통신하는 송신국과 수신국의 쌍을 의미함
링크명 송신 무선국명과 수신 무선국명으로 구성되는 것을 기본으로 추가적인 세부정보로 구성되는 명칭으로 "링크분류명-중심주파수-대역폭-편파" 형식으로 작성함.예시) 추자중계소-세오름 중계소-4730-40-V
시설자명 무선국 시설자명
표 2의 링크 관련 항목은 고정 송신과 고정 수신의 분석, 고정 송신과 이동 수신의 분석 그리고 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용될 수 있다.기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목에서 주파수 및 대역폭에 관련된 필요항목들은 아래 표 3과 같을 수 있다.
주파수 관련 항목
필요 항목 내용 단위
중심 주파수 해당 송신기 또는 수신기의 중심 주파수 GHz
허가 대역폭 무선국 등록 시 허가 받은 대역폭 MHz
점유 대역폭 해당 무선국의 동작에 필요한 점유된 대역폭 MHz
표 3의 주파수 관련 항목은 고정 송신과 고정 수신의 분석, 고정 송신과 이동 수신의 분석 그리고 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용될 수 있다.기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목에서 무선국이 송신으로 동작할 때 송신국과 관련된 항목은 아래 표 4와 같을 수 있다.
송신국 관련 항목
필요 항목 내용 단위
송신국명 무선국이 송신으로 동작할 경우 무선국의 명칭
송신 안테나
경도		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 경도 위치 도
송신 안테나
위도		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 위도 위치 도
송신 안테나
지상 높이		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 지상 높이 m
송신 전력 송신 무선국이 출력하는 송신기의 출력 전력 dBW
송신 안테나
최대 이득		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 최대 이득 dBi
송신 안테나
패턴		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 핌 패턴으로 미리 정의된 패턴에 일치하는 패턴 명칭.예시) ITU-R F.699-7
송신 안테나
빔폭		 송신 무선국이 사용하는 송신 안테나의 3dB 빔폭 도
송신 피터
손실		 송신 무선국이 사용하는 송신기와 송신 안테나 사이의 연결에서 발생하는 피더 손실의 값 dB
표 4의 송신국 관련 필요항목은 고정 송신과 고정 수신의 분석, 고정 송신과 이동 수신의 분석에 적용될 수 있고 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용되지 않을 수 있다.기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목에서 무선국이 수신으로 동작할 때 수신국과 관련된 항목은 아래 표 5와 같을 수 있다.
수신국 관련 항목
필요 항목 내용 단위
수신국명 무선국이 수신으로 동작할 경우 무선국의 명칭
수신 안테나
경도		 수신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 경도 위치 도
수신 안테나
위도		 송신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 위도 위치 도
수신 안테나
지상 높이		 수신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 지상 높이 m
수신 안테나
최대 이득		 수신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 최대 이득 dBi
수신 안테나
패턴		 수신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 빔 패턴으로 미리 정의된 패턴에 일치하는 패턴 명칭.예시) ITU-R F.699-7
수신 안테나
빔폭		 수신 무선국이 사용하는 수신 안테나의 3dB 빔폭 도
수신 피터
손실		 수신 무선국이 사용하는 수신기와 수신 안테나 사이의 연결에서 발생하는 피더 손실의 값 dB
표 5의 수신국 관련 항목은 고정 송신과 고정 수신의 분석, 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용될 수 있고 고정 송신과 이동 수신의 분석에 적용되지 않을 수 있다.
기존 무선국의 보호영역을 산출하는데 필요한 항목에서 편파 종류, 시스템 온도, 잡음 지수 등의 지수와 관련된 항목은 아래 표 6과 같을 수 있다.
지수 관련 항목
필요 항목 내용 단위
편파 종류 송신 무선국 또는 수신 무선국이 사용하는 편파의 종류로 V 또는 H 중에서 선택
시스템 온도 수신 무선국이 사용하는 수신기의 시스템 온도 K
잡음 지수 수신 무선국이 사용하는 수신기의 잡음 지수 dB
I/N 기준값 수신 무선국이 사용하는 수신기를 보호하기 의해 기준이 되는 간섭 레벨 대 잡음 레벨 비 dB
표 6의 지수 관련 항목 중 편파 종류와 I/N 기준 값은 고정 송신과 고정 수신의 분석, 고정 송신과 이동 수신의 분석 그리고 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용될 수 있다. 지수 관련 항목 중 시스템 온도와 잡음 지수는 고정 송신과 고정 수신의 분석, 이동 송신과 고정 수신의 분석에 적용될 수 있고 고정 송신과 이동 수신의 분석에 적용되지 않을 수 있다.5G 특화망은 기지국과 기지국 범위 내에 기지국과 연결된 적어도 하나 이상의 단말로 구성될 수 있다. 5G 특화망의 가용 주파수와 대역폭을 산출하기 위해서는 상기 기지국과 상기 단말의 송신 및 수신과 관련된 파라메터들이 적용될 수 있다. 또한, 상기 파라메터들은 전체 분석에 동일하게 적용될 수 있다. 그리고 상기 기지국의 경우, 실외 상용과 실내 사용 간에 적용되는 파라메터들이 다를 수 있으므로 분리하여 관리될 수 있다.
5G 특화망과 관련된 파라메터들은 아래 표 7과 같을 수 있다. 여기서, 각 항목에 대한 내용은 기존 무선국에 대해서 기술한 표 3, 표 4, 표 5 및 표 6의 내용과 유사하게 적용될 수 있다.
5G 특화망 관련 파라메터
필요 항목 내용 단위
무선국
위/경도		 무선국이 위치를 표시하는 위도 및 경도 도
중심
주파수		 무선국의 송신기 또는 수신기의 중심 주파수 GHz
점유대역폭 무선국의 동작에 필요한 점유된 대역폭 MHz
안테나지상 높이 무선국이 사용하는 안테나의 지상 높이 m
안테나 최대 이득 무선국이 사용하는 안테나의 최대 이득 dBi
안테나 패턴 무선국이 사용하는 안테나의 빔 패턴의 명칭
안테나 빔폭 무선국이 사용하는 안테나의 3dB 빔폭 도
피터 손실 무선국이 사용하는 수신기와 수신 안테나 사이의 연결에서 발생하는 피더 손실의 값 dB
편파 종류 무선국이 사용하는 편파의 종류로 V 또는 H 중에서 선택
잡음 지수 무선국이 사용하는 수신기의 잡음지수 dB
인접 채널 누설비 dB
인접 채널 선택비 dB
I/N 기준값 무선국이 사용하는 수신기를 보호하기 위해 기준이 되는 간섭레벨 대 잡음레벨비 dB
수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법은 5G 특화망에서 사용 가능한 주파수 대역과 지역을 산출하기 위해서 기본적으로 기존 무선국 상호 간에 간섭의 영향을 받지 않는 영역 또는 미리 정의된 I/N 기준 값을 넘지 않는 영역을 우선적으로 산출할 수 있다. 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법은 다음과 같은 시나리오를 포함할 수 있다.첫째는 공공 주파수 무선국 보호영역 지정, 두번째는 M/W 링크에 의한 5G 특화망 수신 보호영역 산출, 세번째는 M/W 링크에 의한 5G 특화망 보호를 위한 정밀분석을 적용할 수 있다. 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법은 다음과 같이 공공 주파수 무선국 보호영역 지정의 수행할 수 있다. 여기서, 공공 주파수 무선국은 UAV와 UAV 관제소 등을 포함할 수 있다.
도 5는 공공 주파수 무선국의 보호영역을 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, UAV(510)는 UAV 관제소(520)를 중심으로 360도 모든 방향으로 운영될 수 있다. 그리고, UAV 중계소(530)는 LOS 유지를 위해서 산 정상과 같은 높은 지대에 추가적으로 운영될 수 있다.
UAV(510)와 UAV 관제소(520), UAV 중계소(530) 등을 포함한 공공 주파수 무선국의 송신은 5G 특화망의 제1 기지국(540)과 제2 기지국(541)의 수신 성능에 크게 영향을 미치지 않을 수 있다. 반면, 5G 특화망의 제1 기지국(540)의 송신신호(550)는 공공 주파수 UAV 관제소(520)의 송신신호에 영향을 주는 간섭(interference)로 동작할 수 있다. 5G 특화망의 제2 기지국(541)의 송신신호(551)는 공공 주파수 UAV 중계소(530)의 송신신호에 영향을 주는 간섭(interference)로 동작할 수 있다. 따라서, 수직적 주파수 공유분석 장치(300)는 UAV(510), UAV 관제소(520), UAV 중계소(530) 등을 포함한 공공 주파수 무선국에 대해 5G 특화망의 송신에 영향을 받지 않는 보호영역을 산출하는 기능을 포함할 수 있다.
UAV 관제소(520)와 UAV 중계소(530)의 위치는 모두 보안 사항이므로 일반적인 시뮬레이션을 통한 보호영역의 산출이 불가능할 수도 있다. 따라서, 보호영역(560)은 사전에 정의된 특정 영역으로 적어도 하나 이상의 지점(570)을 포함할 수 있다. 보호영역의 설정을 위하여 하나 이상의 지점에 대한 설정 파라메터들은 표 8과 같을 수 있다.
보호영역명 보호주파수범위
(MHz)		 보호영역 지점 위치(위/경도)
1 2 … N
A 지역 영상용
UAV 1		 4720~4820 37.8
127.5		 37.9
127.7		 … 37.6
127.5
표 8을 참조하면, 하나 이상의 지점에 대한 설정 파라메터들은 보호영역명, 보호주파수 범위, 보호영역 지점의 위치(위도, 경도)를 포함한다.기존 무선국의 송신 파라메터들(위치, 최대 출력, 주파수, 대역폭 등)은 무선국 신청 시 결정될 수 있고 장기간 유지될 수 있다. 반면, 5G 특화망의 정보는 변경이 빈번하게 발생할 수 있다. 보호영역 산출에서 5G 특화망의 수신 파라메터들은 대표 값을 사용하는 경우가 많은 점을 고려하여, 1MHz의 단위 대역폭을 이용한 보호영역의 산출방법은 가장 보수적인 방법으로 적절할 수 있다. 기존 무선국의 간섭으로부터 5G 특화망의 보호영역은 다음과 같이 산출될 수 있다.
도 6은 기존 무선국의 간섭으로부터 5G 특화망 보호영역의 산출을 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 보호영역(610)에 위치한 제1 기존 무선국(620)은 제2 기존 무선국(630)으로 송신할 수 있다. 여기서, 제2 기존 무선국(630)은 보호영역(610) 밖에 위치할 수 있다. 제1 기존 무선국(620)의 송신신호는 이웃한 제 1 5G 특화망(640)과 제2 5G 특화망(650)에 간섭으로 작용할 수 있다. 제1 기존 무선국(620)의 보호영역(610) 밖에 위치한 제1 5G 특화망(640)은 제1 기존 무선국(620)의 송신신호의 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 제1 5G 특화망(640)의 보호영역은 제1 5G 특화망(640)의 커버리지(coverage)로 산출할 수 있다. 반면, 제2 5G 특화망(650)은 제1 기존 무선국(620)의 보호영역(610)과 제2 5G 특화망(650)의 커버리지가 겹칠 수 있다. 제2 5G 특화망의 기지국(651)은 제1 기존 무선국(620)의 송신신호의 간섭으로 인해 제2 5G 특화망(650)에 연결된 단말(652)의 송신신호를 복호(decoding)하지 못할 수 있다. 보호영역은 다음과 같은 분석과정을 통해 산출할 수 있다.
도 7은 보호영역의 산출을 위한 분석 과정을 도시한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 다수의 분석영역은 분석범위(710)와 최대 해상도(720)를 기반으로 2차원 배열형태로 표시될 수 있고 분석영역의 시작점(730)과 분석영역의 종료점(740)을 정의할 수 있다. 여기서, 분석범위(710)는 기존 무선국(750)을 중심으로 설정될 수 있다. 보호영역을 산출하기 위한 분석과정은 2차원 배열 형태로 표시된 분석영역에 대해서 행 우선 순서(row major order)로 분석영역의 시작점(730)에서 분석영역의 종료점(740)까지 분석의 진행방향(740)으로 수행될 수 있다.
보호영역의 산출을 위한 분석범위는 기존 무선국을 중심으로 설정할 수 있다. 시뮬레이션을 통한 보호영역의 산출에 있어서, 초기의 분석범위는 넓을수록 좋을 수 있다. 그러나, 분석에 걸리는 시간과 분석결과의 저장용량은 급격히 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 분석범위는 기존 무선국을 중심으로 위쪽으로 10km, 아래쪽으로 10km, 왼쪽으로 10km, 오른쪽으로 40km로 설정하고 분석 픽셀의 최대 해상도는 100m로 설정되었다면 전체 분석영역(또는 분석지점)은 (100 + 100) ⅹ (100 + 400) = 100,000 포인트를 포함할 수 있다. 상기 문제점을 해결하기 위해 분석범위는 미리 해상도를 낮춘 상태에서 전체 보호영역을 예상하고 설정할 수 있다. 분석결과는 텍스트 파일 또는 엑셀 파일의 형태로 저장할 수 있다. 엑셀 파일은 다음과 같이 구성할 수 있다.
도 8은 분석결과의 엑셀 CSV 파일 포맷의 도시한 개념도이다.
도 8을 참조하면, 분석결과는 분석영역의 시작점 좌표(810), 분석영역의 종료점 위도 좌표(820), 분석영역의 종료점 경도 좌표(830), 다수의 분석결과 값(840) 등을 포함할 수 있다. 분석결과의 첫번째 가로열은 분석영역의 시작점 좌표(810)의 경도를 기준으로 최대 해상도 간격에 따른 경도 좌표, 분석결과의 첫번째 세로열은 분석영역의 시작점 좌표(810)의 위도를 기준으로 최대 해상도 간격에 따른 위도 좌표가 분석영역 분석 종료점까지 나열되어 있는 형태일 수 있다. 분석결과의 값은 간섭량(I)만을 나타낼 수도 있고 잡음을 고려하여 간섭 대 잡음비(interference-to-noise ratio; I/N)를 나타낼 수도 있다. 보호기준은 간섭 대 잡음비(I/N) 값으로 활용하므로 간섭량(I)로 계산된 값은 최대 허용 간섭량이 얼마인지를 미리 계산해야 할 수 있다.
상기 보호영역 산출에 적용된 다양한 파라메터들은 향후 보호영역의 분석과정에서 사용자의 의도에 따라 또는 기술기준의 변경 및 검토 단계에서 원하는 값으로 변경될 수 있다. 그리고 상기 파라메터들은 dB 스케일에서 선형적 계산식을 이용해 증가시키거나 감소시킬 수 있는 값들로 최초 분석결과를 기반으로 쉽게 변경할 수 있다. 그러나, GIS 데이터를 이용해 전체 분석범위에 대해서 분석결과를 도출하는 과정은 많은 시간이 소요될 수 있다. 분석결과를 도출하는 과정에서 소요되는 시간은 최초의 분석결과를 기반으로 송수신 파라메터들의 변경을 반영하여 재산출하는 방법으로 단축될 수 있다. 최초의 분석결과는 단위 대역폭(1MHz)을 갖는 간섭원과 희생원이 동일한 중심 주파수에 적용된다는 가정으로 다음과 같이 산출할 수 있다.
도 9는 동일 주파수에서 단위 대역폭을 적용하는 방식의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9을 참조하면, 기존 무선국(M/W 무선국)은 4GHz 중심 주파수, 40MHz 대역폭과 30dBm 출력 전력을 적용하여 송신할 수 있고, 5G 특화망은 4GHz 중심 주파수로부터 40MHz 대역폭으로 수신이 가능할 수 있다. 따라서, 5G 특화망은 I = 30dBm - A(dB,나머지 성분), N = -174dBm + 10log(40MHz)(dB) + B(dB, 나머지 성분), I/N = 30 - A + 174 - 73 - 10log(MHz) - B 인 간섭 신호를 수신할 수 있다. 단위 대역폭 방식은 5G 특화망의 간섭 신호(I = 30dBm - 10log(40) - A, N = -174dBm + 10log(1MHz) + B, I/N = 30 - 13 - A + 174 - 60 - B)를 산출할 수 있다. 따라서, 동일 주파수에서 단위 대역폭 방식은 5G 특화망의 간섭량을 보상할 수 있다.
간섭원보다 희생원의 대역폭이 큰 경우, 단위 대역폭 방식은 입력되는 I 값은 일정하고 N 값이 증가하는 영향으로 I/N 값은 감소할 수 있다. 반대로 간섭원이 희생원보다 대역폭이 크면 단위 대역폭 방식은 희생원으로 입력되는 I 값이 줄고 동일한 수준으로 N값이 줄어들어 동일한 I/N 값이 될 수 있다.
동일 주파수와 1MHz 단위 대역폭 방식으로 도출된 5G 특화망의 I/N는 가장 보수적인 값으로 가장 높은 값일 수 있다.
5G 특화망의 수신기와 기존 무선국의 송신기 간의 상이한 중심 주파수와 대역폭으로 인해 5G 특화망의 수신 대역폭과 기존 무선국의 송신 대역폭은 중첩될 수 있다. 따라서, 5G 특화망의 간섭량은 동일 주파수와 1MHz 단위 대역폭 방식과 다른 방식으로 다음과 같이 계산할 수 있다.
도 10은 간섭량 계산에서 중첩된 대역의 범위만을 고려하는 co-frequency overlap 방식의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 간섭원의 출력전력은 일부만이 희생원에서 수신되므로 중첩된 부분을 뺀 간섭량 Bandwidth Adjustment Factor(ABW)는 아래 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, Bv는 희생원의 대역폭이고, Bi는 간섭원의 대역폭이고, fv는 희생원의 중심 주파수이고, fi는 간섭원의 중심 주파수이다.
주파수에 따른 감쇄(Frequency Dependent Rejection; FDR)방식은 송신마스크와 수신마스크를 바탕으로 가장 정확한 주파수 중첩량을 계산하는 방식으로 ITU-R SM.337에 정의되어 있으며 OTR(on-tune rejection)과 OFR(off-frequency rejection)으로부터 FDR는 아래 수학식 2를 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, mtx(f)는 신 최대 전력밀도 대비 주파수 f에서 상대 전력밀도 마스크, mrx(f)는 수신 최대 전력밀도 대비 주파수 f에서 상대 전력밀도 마스크, Df 는 송신기와 수신기의 주파수 차이이다.
5G 특화망의 보호영역 산출을 위한 IFWS_agg/N5G 계산식은 수학식 3과 수학식 4를 이용하여 나타낼 수 있다. 단, 보호영역은 single entry interference를 기준으로 산출되기 때문에 aggregation interference가 아닌 단일 기존 무선국에 대해 각각 독립적으로 계산될 수 있다.
기존 무선국에 의한 간셉레벨(IFWS_agg)은 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, PFWS(i)은 i번째 기존 무선국의 송신 전력, 은 i번째 기존 고정 무선국 송신기 안테나 이득, G5G는 5G 특화망 수신안테나 이득, Lpath(i)는 i번째 기존 무선국과 5G 특화망의 경로 손실, Lfeeder는 5G 특화망 수신기의 피더손실, Loverlap(i)는 5G 특화망 송신신호와 i번째 기존 무선국의 수신신호 사이의 FDR 계산값, Lindoor 는 실내 투과 손실이다.
5G 특화망의 수신잡음레벨(N5G는)은 수학식 4을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, BW5G는 5G 특화망 점유대역폭, NF5G는 5G 특화망 무선국 수신기 잡음지수이다.
간섭원인 기존 무선국의 안테나는 실제 안테나 패턴을 사용하는 것을 원칙으로 하며 안테나 패턴이 주어지지 않는 경우는 ITU-R F.669에 최대 이득과 빔폭을 적용할 수 있다. 기존 무선국의 안테나 방향은 링크 정보를 바탕으로 안테나의 위치 및 높이에 따라 자동으로 송신과 수신 안테나를 지향할 수 있다. 이를 바탕으로 희생원인 5G 특화망은 미리 설정된 분석 범위내에서 픽셀 단위로 이동하기 때문에 특정 방향으로 안테나를 지향할 경우에 간섭이 가능한 경우에도 안테나 이득이 낮게 되어 간섭 영향을 잘못 판단할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 다음과 같은 안테나 패턴을 고려할 있다.
도 11은 5G 특화망의 보호영역 산출을 위한 안테나 패턴 적용 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 11을 참조하면, 5G 특화망는 전 방향 안테나의 사용으로 최대 이득을 지원할 수 있다.
동일 주파수와 1MHz 단위 대역폭 방식, co-frequency overlap 방식과 FDR 방식을 적용하여 산출된 결과는 보호영역 밖에서 5G 특화망이 간섭의 영향없이 사용할 수 있다. 그러나, 보호영역 내에서 5G 특화망의 사용이 가능한지를 판단하기 위해서는 더욱 더 정밀한 분석이 요구될 수 있고, 모든 기존 무선국에 대해서 링크들의 간섭량을 판단하는 것이 필요할 수 있다. 다음과 같은 방법이 적용될 수 있다.
수직적 주파수 공유분석 장치(300)에서 관리하는 모든 기존 무선국들의 파라메터들이 적용되어 모든 링크를 구성할 수 있다. 이때, 각 링크에서 사용되는 서로 다른 채널이 존재할 경우, 각 채널을 분리하여 독립적인 링크가 형성될 수 있다. 수직적 주파수 공유분석 장치(300)에서 관리하는 5G 특화망의 파라메터들이 적용되어 모든 링크가 구성될 수 있고, 5G 특화망에 포함된 다수의 기지국들로부터 최대의 수신 I/N이 계산될 수 있다. 최대 값인 기지국 수신 I/N는 5G 특화망에 대한 공유 가능성의 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
도 12는 5G 특화망 보호를 위한 정밀분석 시나리오를 도시한 개념도이다.
도 12를 참조하면, 5G 특화망(1210)은 제1 기지국(1210-1)과 제2 기지국을 포함할 수 있다. 제 1 송신신호(1220)는 제1 기존 무선국(1220-1)에서 제 2 무선국(1220-2)로 전송될 수 있고 제1 기지국(1210-1)의 제1 간섭 신호(1221), 제2 기지국(1210-2)의 제2 간섭 신호(1222)로 수신될 수 있다. 또한, 제2 송신신호(1230)는 제 3 기존 무선국(1230-1)에서 제4 기존 무선국(1230-2)로 전송될 수 있고 제1 기지국(1210-1)의 제3 간섭 신호(1231), 제2 기지국(1210-2)의 제4 간섭 신호(1232)로 수신될 수 있다. 제1 간섭 신호(1221), 제2 간섭 신호(1222), 제3 간섭 신호(1231), 제3 간섭신호(1232)로부터 계산된 I/N에서 최대 I/N을 결정할 수 있다. 5G 특화망(1210)의 공유 가능성은 상기 최대 I/N를 적용하여 판단할 수 있다.
기존 무선국의 수신 파라메터들은 무선국 신청 시 결정되며 일반적으로 장기간 유지될 수 있다. 반면, 5G 특화망의 송신 정보(위치, 출력전력, 중심주파수, 대역폭 등)는 무선국 신청 시, 신청인이 결정하는 정보일 수 있다. 5G 특화망의 송신 정보(위치, 출력전력, 중심주파수, 대역폭 등)를 미리 예측하고 보호영역을 산축하는 것은 매우 어려운 작업일 수 있다. 5G 특화망 신청시에 입력되는 송신 정보를 바탕으로 특정 고정점에 대해 기존 무선국의 수신에 미치는 영향을 분석하는 것이 필요할 수 있다.
미리 구축되어 있는 다수의 기존 무선국의 수신기는 간섭원을 설정할 수 있고, 향후 5G 특화망 신청 시 제공되는 위치와 출력전력, 주파수, 대역폭 등의 정보를 기반으로 전국의 모든 기존 무선국 희생원으로의 간섭량은 계산될 수 있다. 기존 무선국의 수신기를 보호하기 위한 정밀 분석은 다음과 같이 수행될 수 있다.
도 13은 5G 특화망으로부터 기존 무선국의 수신기 보호를 위한 정밀분석을 도시한 개념도이다.
도 13을 참조하면, 5G 특화망(1310)은 사전에 구축된 다수의 기존 무선국(1320, 1330, 1340, 1350)의 간섭원이 될 수 있다. 그리고, 사전에 구축된 다수의 기존 무선국(1320, 1330, 1340, 1350)은 희생원이 될 수 있다.
사전에 구축된 다수의 기존 무선국 (1120, 1130, 1140, 1150)은 5G 특화망(1110)의 사전 정보(위치와 출력전력, 주파수, 대역폭 등)를 기반으로 간섭량을 계산할 수 있다.
반면, 5G 특화망의 송신 정보(위치, 출력전력, 중심주파수, 대역폭 등)는 무선국 신청 시 신청인이 결정할 수 있다. 따라서, 상기 5G 특화망의 송신 정보를 미리 예측하여 보호영역을 산출하는 것은 어려운 작업일 수 있다. 이를 해결하기 위해서 5G 특화망 신청 시, 제공되는 송신 정보를 바탕으로 특정 고정점에 대해 기존 무선국의 수신 영향 전체를 분석할 수 있다. 즉, 미리 구축되어 있는 다수의 기존 무선국의 수신기들에 대한 간섭원을 설정하고 향후 5G 특화망 신청 시 제공되는 위치와 출력전력, 주파수, 대역폭 등의 정보를 적용하면 전국의 모든 기존 무선국의 희생원으로의 간섭량이 계산될 수 있다.
도 14는 간섭량 총합에 따른 영향 분석을 도시한 개념도이다.
도 14를 참조하면, 5G 특화망(1410)은 제1 기지국(1411)과 제2 기지국(1412)을 포함할 수 있고, 제1 기존 무선국(1420)과 제2 기존 무선국(1430)의 간섭원이 될 수 있다. 제1 기존 무선국(1420)은 5G 특화망의 제1 기지국(1411)의 송신신호(1441)와 5G 특화망의 제2 기지국(1412)의 송신신호(1442)를 수신할 수 있다. 제1 기존 무선국(1420)의 간섭량 총합은 5G 특화망의 제1 기지국(1411)의 송신신호(1441)와 5G 특화망의 제2 기지국(1412)의 송신신호(1442)를 포함할 수 있다. 제2 기존 무선국(1430)은 5G 특화망의 제1 기지국(1411)의 송신신호(1451)와 5G 특화망의 제2 기지국(1412)의 송신신호(1452)를 수신할 수 있다. 제2 기존 무선국(1430)의 간섭량 총합은 5G 특화망의 제1 기지국(1411)의 송신신호(1451)와 5G 특화망의 제2 기지국(1412)의 송신신호(1452)를 포함할 수 있다.
주파수 사용을 신청한 5G 특화망은 모든 기존 무선국에 대해 주파수 사용을 신청한 5G 특화망의 수신 영향을 계산한 결과 I/N 값이 -10dB를 넘는 기존 무선국이 하나라도 있다면 5G 특화망의 승인은 거절될 수 있다. 5G 특화망의 출력전력을 하향 조정하여 주파수 사용을 신청한 경우, 주파수 사용을 신청한 5G 특화망은 간섭 기준에 따라 승인될 수 있다. 여기서, 주파수 사용을 신청한 5G 특화망이 다수의 기지국들을 포함하면 모든 기지국을 적용한 간섭량 총합(aggregation interference)을 기준으로 한 I/N 값을 적용할 수 있다
기존 무선국의 보호영역 산출을 위한 I5G_agg/NFWS 는 아래 수학식 5를 이용하여 계산할 수 있다.
NFWS = -174 + 10log10(BWFWS) + NFFWS
여기서, P5G(i)은 i번째 5G 특화망의 송신전력, G5G(i)는 i번째 5G 특화망의 송수신 안테나 이득, Lpath(i)은 Lpath(i)는 i번째 기존 무선국과 5G 특화망 사이의 경로 손실, 은 기존 고정 무선국 수신기 안테나 이득, Lfeeder는 기존 무선국 수신기 피더손실, Loverlap(i)는 i번째 5G 특화망 송신신호와 기존 무선국의 수신신호 사이의 FDR 계산값, Lindoer는 실내 투과 손실, BWFWS는 기존 무선국 점유대역폭, NFFWS는 무선국 수신기 잡음지수이다.
간섭원인 5G 특화망의 기지국 안테나의 경우, 빔포밍(beamforming)을 하지 않는 섹터 안테나의 경우 실제 안테나 패턴을 사용하는 것은 가능하지만 일반적으로 이동통신 안테나의 빔방향을 하나로 고정하는 것에는 무리가 있다. 또한 빔포밍을 할 경우 안테나의 빔은 다양한 방향으로 움직이게 되므로 더욱이 빔방향을 정의하는 것이 어렵다. 그러므로 기존 무선국의 정밀분석을 위해서도 5G 특화망에서 안테나의 최대이득을 가지는 전방향 안테나를 가정하여 보수적인 접근이 필요할 수 있다.
수직적 주파수 공유 분석장치(300)는 기존 무선국과 5G 특화망을 통합적으로 관리하는 기능을 제공할 수 있다. 다음과 같이 분석영역을 관리할 수 있다.
도 15a는 분석영역의 통합 관리 방법의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 15b는 분석영역의 통합 관리 방법의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 15a를 참조하면, 다수의 분석영역(1510, 1520)은 서로 겹치지 않게 정의될 수 있다. 통합된 분석영역(1530)은 다수의 분석영역(1510, 1520)을 포함하는 가장 작은 사각형일 수 있다.
도 15b를 참조하면, 다수의 분석영역(1540, 1550)은 서로 겹치게 정의할 수도 있다. 통합된 분석영역(1560)은 다수의 분석영역(1540, 1550)을 포함하는 가장 작은 사각형일 수 있다. 다수의 분석영역(1540, 1550)이 중첩된(overlap) 영역(1570)은 가장 높은 I/N 값을 선택하여 저장할 수 있다. 또한 중첩된(overlap) 영역(1570)은 다수의 분석영역(1540, 1550)의 간섭량을 각각 합산하여 총 I/N 값을 저장할 수도 있다.
도 15를 참조하면, 5G 특화망에 사용 가능한 주파수 대역과 지역을 산출하기 위해서는 송신과 수신의 링크쌍을 기본으로 분석이 이루어지지만 보호영역 계산 시간을 계산 시간을 효율적으로 줄이기 위해 동일 링크에서 보호영역이 가능한 지역을 분리하여 분석 결과를 도출하는 것이 가능하다. 그리고 분리된 분석영역은 서로 겹치지 않게 설정할 수도 있으며 서로 겹치게 설정될 수도 있다. 이와 같은 경우, 동일 링크에 복수개의 분석영역이 존재하게 되며 이를 효율적으로 관리하기 위해서는 하나의 보호영역으로 통합하는 작업이 필요하다. 이때 통합 영역은 해당 영역들을 모두 포함하는 가장 작은 사각형으로 형성된다. 그리고 영역이 중복된 경우 가장 높은 I/N 값을 선택하여 저장하도록 설정한다. 추가적으로 중복된 모든 셀에서의 간섭량을 고려하는 총 I/N 값을 계산하여 저장하는 것도 가능하다.
또한 통합 영역은 다수개의 링크를 묶어 하나의 영역으로 표현하는 것도 가능해야 하며 최종적으로는 전국을 하나의 영역으로 표현하는 것이 가능하다.
초기의 보호영역 산출 시 적용된 파라메터가 향후 변경이 발생할 경우 링크별 보호영역 산출을 다시 수행해야 하는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 문제점은 기존에 분석된 결과를 바탕으로 선형 계산이 가능한 파라메터들에 대해서는 변경을 통해 해결할 수 있다. 초기 특화망의 출력전력은 33dBm으로 설정될 수 있고, 향후 기술기준의 변경 등의 사유로 45dBm으로 변경될 수 있다. 5G 특화망의 출력전력의 변경은 미리 계산된 분석영역의 계산 값에서 간섭량을 12dB 더하여 새로운 분석 값을 도출할 수 있다.
도 16은 파라메터 변경에 따른 분석 결과 수정 방법을 도시한 개념도이다.
도 16을 참조하면, 분석영역(1610)은 초기의 설정된 파라메터를 적용한 결과를 기반으로 초기의 보호영역(1620)을 산출할 수 있다. 초기의 보호영역(1620)을 산출 시 적용된 파라메터(예, 출력 전력의 변경)가 변경된 경우, 분석영역(1610)은 수정된 보호영역(1630)을 포함할 수 있다.
5G 특화망은 사용을 위해 주파수의 사용이 승인되고 승인, 등록되면 5G승인된 특화망의 자기 토지 범위와 사용 영역을 표시하고 관리할 수 있다. 5G 특화망의 사용영역은 다음과 같이 관리할 수 있다.
도 17은 5G 특화망에서 사용영역의 관리를 도시한 개념도이다.
도 17을 참조하면, 5G 특화망의 사용영역은 기지국(1710), 업무영역(1720), 자기토지영역(1730), 커러리지영역(1740), 조정대상영역(1750) 등을 포함할 수 있다. 5G 특화망의 기지국(1710)은 자기 토지영역(1730)안에 위치할 수 있고 커버리지영역(1740)과 조정대상영역(1750)은 기지국(1710)을 중심으로 생성될 수 있다. 5G 특화망의 사용영역의 정보(예를 들어 기지국의 위치, 자기토지영역, 커버리지영역, 조정대상영역 등)는 인근 지역에서 5G 특화망의 사용을 위한 신청이 들어올 경우 조정을 위한 기준이 될 수 있다.
국내 지형고도 데이터의 제1 실시예는 국토지리정보원의 DEM(Digital Elevation Model) 자료를 이용하여 제작할 수 있다. 제작된 국내 지형고도 데이터의 제1 실시예는 기준 타원체로 GRS80(geodetic Reference System 1980: 측지 기준계 1980), 투영법으로 TM(Transverse Meractor), 배포 포맷으로 ASCII, IMG, PDF, 해상도 - 90m (3arc) 등을 지원할 수 있고 QGIS에서 실행할 수 있다.
상기 제작된 국내 지형고도 데이터의 제1 실시예는 위도/경도 좌표를 포함하고 있으므로 전파모델에 적용하기 위한 디지털 지도를 간단하게 제작할 수 있다. 그러나 해상도가 90m 급으로 1arc와 같이 더 세밀한 분석이 필요한 곳에서는 디지털 지도를 제적하는데 어려움이 있을 수 있다.
국내의 지형고도 데이터의 제2 실시예는 국가공간정보포털에서 제공하는 등고선지도를 사용하는 방법으로 연속수치지형도에 포함된 정보를 적용하여 제작할 수 있다. 국내의 지형고도 데이터의 제2 실시예는 좌표체계로 신GRS80 중부를 적용할 수 있고, SHP를 확장자로 할 수 있다. 국내의 지형고도 데이터의 제2 실시예는 지형의 동일한 높이의 좌표를 선으로 연결할 수 있고, 위도/경도의 그리드 형태에 따른 고도를 재계산하는 과정이 요구될 수 있다. 국내의 지형고도 데이터의 제2 실시예는 해상도를 30m 급 이하까지 지원하는 디지털 지도를 제작할 수 있다.
등고선 데이터는 높이가 동일한 지점을 연결하여 표현할 수 있다. 그러나, 전파모델을 적용하여 패스 프로파일을 획득하기 위해서는 위도와 경도에 따른 높이 정보가 필요할 수 있다. 다음과 같이 등고선 데이터를 이용하여 지형고도 데이터를 제작할 수 있다.
도 18은 등고선 데이터를 이용한 지형고도 데이터의 제작 방법을 도시한 개념도이다.
도 18을 참조하면, 위도와 경도는 등고선 데이터를 바탕으로 각각에 해당하는 해상도(위도 픽셀 해상도, 경도 픽셀 해상도)를 이용해 격자를 생성하고 원하는 좌표에서의 고도 데이터를 등고선에서 가장 가까운 곳의 값을 가져올 수 있다. 또한, 위도와 경도는 등고선들의 고도 값을 이용해 선형적인 방법 또는 보간법(interpolation)으로 생성할 수 있다. 전파모델을 적용하기 위한 패스 프로파일은 다음과 같은 구성될 수 있다.
도 19는 송신국과 수신국 사이의 패스 프로파일의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 19를 참조하면, 송신국은 좌측 끝에 위치할 수 있고 수신국은 오른쪽 끝에 위치할 수 있다. x 축은 송신국과 수신국 간의 거리를 표시할 수 있고, y 축은 송신국과 수신국의 높이 차이를 나타낼 수 있다.
국내의 클러터맵 데이터는 국토지리정원과 국가공간정보포털의 토지이용현황도(land use map), 토지피복도(land cover map), 토지특성도(land characteristics map)와 수치지형도(digital topographic map)를 활용하여 제작될 있다. 토지피복도는 인공위성이 촬영한 영상을 이용하여 물리적인 지표면의 상태를 보여주는 지도로 전파모델에 적용하기 위해 주로 사용될 수 있다. 토지이용현황도는 국토의 개발, 보존 등 인간의 경제적 활동을 중심으로 토지의 이용 상황을 나타낸 지도로 사용될 수 있다. 토지특성도는 공간을 나타내는 도형지도로서 필지(지적) 경계선을 표시하고 어떤 필지인지를 파악할 수 있는 속성정보 즉 지번, 행정구역 코드, 지목, 면적, 실제이용 상황 등을 입력하여 필지별로 토지의 이용상황을 파악하기 위한 지도로 주소를 이용해 해당 정보를 검색하거나 표시할 때 사용될 수 있다. 수치지형도는 특정 지역의 등고선, 수계(강, 호수 등), 교통망(도로, 철도 등), 시설물(주택, 건물 등), 산림, 경지(논, 밭 등), 행정구역 경계 등을 각종 축적에 따라 공간적 분포를 나타낸 지도로 고도데이터 작성 및 시설물 경계 표시에 사용될 수 있다.
클러터맵 제작에 있어서, 토지이용현황도와 토지피복도가 주로 이용될 수 있다. 그러나, 토지이용현황도와 토지피복도는 다른 분류체계를 갖을 수 있다. 토지이용현황도는 주거지 및 상업지를 일반 주택지, 고층 주택지, 상업/업무지, 나대지 및 인공 녹지로 아래 표 8과 같이 구분할 수 있다
대분류 중분류 소분류 코드
도시 및 주거지 주거지 및 상업지 일반주택지 3110
고층주택지 3120
상업,업무지 3130
나대지 및 인공녹지 3140
토지피복도는 주거지역과 상업지역에 대해서 아래 표 10과 같이 분류할 수 있다.
대분류 분류코드 중분류 분류코드 세분류 분류코드
시가화 건조지역 100 주거지역 110 단독주거시설 111
공동주거시설 112
공업지역 120 공업시설 121
상업지역 130 상업*업무시설 131
혼합지역 132
ITU-R P.452 기반 전파모델에서 고층 도시(high rise urban)는 토지피복도를 적용해 정의하기는 쉽지 않을 수 있다. 반면, 토지이용현황도를 적용하면 고층 도시는 토지이용도의 고층 주택지로 설정할 수 있다. 또한 토지이용현황도와 토지피복도의 특성을 이용한 기본 정보에 수치지형도에 존재하는 건물의 높이 정보를 추가적으로 조합하여 서로 다른 클러터맵 지정할 수 있다. 토지피복도와 수치지형도의 조합을 활용한 클러터맵의 분류는 아래 표 11과 같을 수 있다.
토지피복지도 수치지형도 클러터맵 분류
주거지역 단독주거시설 높이 10m 이하 Rural
높이 10m 이상 Sub-urban
공동주거시설 높이 20m 이하 Sub-urban
높이 20m~40m Urban
높이 40m 이상 Dense-urban
상업지역 상업/업무시설 높이 20m 이하 Sub-urban
높이 20m~40m Urban
높이 40m 이상 Dense-urban
혼합지역 - Urban
클러스터맵은 토지이용현황도, 토지피복도, 토지특성도와 수치지형도를 조합하여 체계적으로 분류하여 코드화될 수 있고, 채널모델과 매핑되어 클러터 계산에 적용할 수 있다. 따라서, 수직적 주파수 공유분석 장치(300)는 기존 무선국이 사용중인 주파수 대역을 5G 특화망이 공유하기 위한 전국단위의 간섭량 계산 방법, 토지이용현황도, 토지피복도, 토지특성도와 수치지형도를 조합한 클러터맵의 제작 방법 그리고 산출된 보호영역의 통합관리 방법을 제공할 수 있다.본 발명의 제1 실시예에서 수직적 주파수 공유분석 장치는 고도 데이터가 포함된 전국 GIS를 적용하여 기존 무선국과 5G 특화망 간의 간섭량을 생성 있고, 상기 간섭량에 기초하여 주파수 공유 가능성을 도출하는 것을 특징으로 한다.
본 출원에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

  1. 통신 시스템에서 통신 노드의 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법으로서,
    적어도 하나 이상의 기존 무선국과 적어도 하나 이상의 5G 특화망의 간섭량을 생성하는 단계;
    상기 생성된 간섭량을 기반으로 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 주파수 공유 가능성을 분석하는 단계; 및
    상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 구축 정보를 통합하여 제공하는 단계를 포함하고,
    고도 데이터가 포함된 전국 GIS 정보에 기초하여 상기 기존 무선국과 상기 5G 특화망의 지속적인 관리를 특징으로 하는
    통신 노드의 수직적 주파수 공유 가능성 분석 방법.
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