03. 이동 무선 전파_(1)

 소개 

 

무선 및 이동 시스템 설계에 있어서 이동 무선 전파 전파에 관한 주요 특성을 이해하는 일은 매우 중요합니다.

 

무선 이동 통신 채널은 기지국 같은 고정안테나와 이동국이나 이동 중인 단말이 시간적으로 변화하는 통신 경로로 모형화가 되는데 전파 전파는 다양한 실제 상황에 의해 크게 좌우됩니다.

 

따라서 3장에서는 적절한 통계적 기법을 이용하여 이동 무선 전파 전파 환경을 설명하고자 합니다.

 

 무선 파동의 유형 

 

무선 파동에는 아래 그림처럼 여러 가지가 있습니다. 각각 파동의 성질에 따라 주파수 대역을 구분하는데요,

그 중 셀룰러 시스템을 설명하기 위해 주로 지상파와 공중파에서 이루어지기 때문에 이 영역에서 전파 전파 특성 등과 같은 주요 특성들에 관하여 설명하려 합니다!

 

 

전파 전파의 원리

 

전파 전파는 자유공간에서 가장 이상적인 상황입니다. 하지만 현실은 그렇지 않죠?!

때문에 무선 전파가 장애물에 매우 가까이 도달하면 다음과 같은 전파 전파 현상이 일어납니다!

 

1. 반사

2. 회절

3. 산란

 

반사는 큰 빌딩이나 벽면같이 전파되는 파동이 그 파동의 파장보다 큰 장애물에 부딪히는 경우에 발생합니다.

 

회절은 송신국에서 수신기 간의 무선 경로 중에서 날카롭고 불규칙적인 모서리를 만났을 때 회절 현상이 발생합니다.

산란은 표지판, 가로등 등 파동의 파장보다 작은 장애물을 만났을 때 파동이 여러 갈래로 나뉘어 미약한 반사 신호로 산란됩니다.

 

추가적으로 회절과 산란은 소규모의 페이딩 효과를 유발하고, 반사는 대규모의 페이딩을 유발합니다.

아래 그림은 자유공간이 아닌 실제 공간에서 무선 신호의 반사와 회절 및 산란을 표현한 그림입니다!

 

 

 

 자유공간에서의 전파 전파 

 

앞서 말씀드렸지만 자유공간에서는 가장 이상적인 전파 전파 매체입니다! 우선 실제 공간을 살펴 보기 전에 자유공간에서의 다양한 전파 전파 특성 및 환경에 대해 살펴 보겠습니다.

 

가정으로 P[W]의 전력으로 신호를 전송하는 등방향성 점원을 생각해보겠습니다.

 

자유공간이기 때문에 임의의 거리 d만틈 떨어진 지점에서는 구의 표면에 균등 분포하게 됩니다.

 

d의 위치에서 수신 신호의 전력은 다음과 같습니다.

 

수신 안테나의 유효 개구면과 이득 사이의 관계는 다음과 같이 얻어집니다.

 

위의 두 식을 대입하게 되면,

 

앞선 식을 보인 이유는 지금부터 나올 자유공간 손실에 대한 식을 이끌어내기 위함인데요 다음과 같습니다.

 

 

'수신 신호의 세기가 어떠한 기준보다 커야하기 때문에 자유공간 손실이 커진다'는 의미는 이 전력 손실을 상쇄할 만큼 송신기에서의 전송 전력이 높아져야 한다는 것을 의미합니다.

 

 

자유공간 손실을 데시벨로 표현하면,

입니다!

 

 

 지상 전파 전파 

 

앞서 자유공간에서의 수신 전력 및 경로 손실에 대한 식에 살펴 봤습니다. 이제부터는 실제 공간에서, 지상에서 장애물들로 인한 페이딩 현상과 경로 손실에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

먼저 자유공간 파트와는 다르게 식을 한 번에 나열하도록 하겠습니다.

 

 

채널에서 전파 전파 손실 같은 경우 경로 손실, 느린 페이딩, 빠른 페이딩 (등)으로 특징지어지기 때문에 위 식으로 표현할 수 있습니다.

아래는 경로 손실, 느린 페이딩, 빠른 페이딩에 대한 간략한 설명입니다. 이 세 가지 요소는 뒤의 chapter에서 다루니 간략히 설명만 하고 넘어가겠습니다!!

 

1. 경로 손실 : 넓은 영역에서 발생하는 평균적인 전파 손실, 다양한 요소를 통해 발생

 

2. 느린 페이딩 : Long-Term Fading, 빌딩이나 도로같은 비교적 작은 영역의 장애물에서 발생                 

                       (이동 단말이 몇 개의 빌딩 블록을 이동할 경우 평균적으로 겪은 페이딩을 표현)

 

3. 빠른 페이딩 : Short-Term Fading, 단말의 미세한 움직임이 원인이 되며, 수많은 회적 또는 반사된 파동들의 합이 급격히 변화하여 생기는 현상

 

 

 경로 손실 

 

지상 전파 전파에서의 경로 손실에 대한 가장 간단한 표현은 다음과 같습니다.

 

경로 손실에 대한 많은 자료들이 나왔다고 하는데 그 중 오쿠무라 곡선이 가장 실용성 높다는 측면입니다. 오쿠무라 곡선을 기초로 하여 다양한 지상 공간에서의 경로 손실에 대한 데시벨로 표현한 값들입니다.

 

참고로 저는 도시 환경에 대한 값만 외웠습니다 ㅎㅎ

 

1. 도시 환경

 

1.1. 큰 도시

 

 

1.2. 중소 도시

 

 

 

2. 도시 근교

 

 

3. 환히 트인 지역

 

 

 

 

다음 내용은 세 가지 요소인 느린 페이딩과 빠른 페이딩에 대해 알아보고 지연 확산과 도플러 효과에 대한 내용으로 포스팅 하도록 하겠습니다!

 

감사합니다!!