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[공학]이동통신의 다이버시티 기법 평가A좋아요

이동통신의 다이버시티 기법셀룰라 및 개인휴대통신(Personal Communication System)등을 포함하는 이동통신의 총 가입자수가 지난 해 12월말 기준으로 1천만을 넘어섰다. 금년도 말이면 총 가입자수가 2천만을 육박할 것으로 보이며, 이는 우리나라 인구 2명 가운데 한 명, 1가구 당 1대 이상으로 이동전화가 보급된 셈이다. 굳이 가입자 수가 새삼스러울 것도 없다. 주위를 둘러보면 '이동전화 천국' 이라는 말이 실감날 정도로 언제 어디서나 이동전화로 통화하는 장면을 발견할 수 있다.이와 같이 국내 이동전화 가입자가 천장부지로 늘고있는 이유는 간단하다. 유선이 아닌 무선이기 때문이다. 그렇지만 이 편안한 이동전화로 통화를 가능하게 하기 위해서는 개개의 이용자에게 전선이나 광케이블로 연결하는 유선전화처럼 이동통신시스템도 여기저기 흩어져있는 가입자들이 서로 통화를 할 수 있도록 서로를 연결시켜주는 무선망(network)이 필요로 된다. 이동통신시스템에서 가장 중요한 기술은 바로 무선망 기술이다. 이 무선망을 얼마나 효과적으로 구성하느냐에 따라서 이동전화 서비스의 품질이 달라지기 때문이다.무선망 설계시 중요한 요소 중의 하나가 기지국이다. 기본적으로 통화영역을 넓히기 위해서는 수많은 기지국을 세워야하고 최적화된 위치선정이 중요하며, 또한 현재와 같이 가입자수가 폭발적으로 증가하는 시점에서 이동통신시스템의 용량(capacity)을 충족시키기 위해서도 많은 수의 기지국이 필요로 된다.Fading 현상이동통신은 유선통신과 달리 대기중을 통해 전파해 간다. 개인의 단말기 안테나를 통해 방사된 신호는 대기중을 통해 전파해 가면서 빌딩, 주택 등의 건물과 산, 강 등의 지형적인 장애물 등에 의해 감쇠가 발생한다. 그리고 이와 같은 장애물 등에 의해 반사 및 회절 되어진 신호는 하나의 경로를 통해 전파해 가는 것이 아니라 여러 경로를 통해 전파해 간다. 그러므로 기지국에서는 다중경로신호를 통해 수신하게 된다.사용자로부터 방사된 신호 중 직접파 성분인 1번 신호가 첫 의해 반사되어진 2번 신호와 3번 신호가 도달하게 된다. 기지국에 도달하는 1번 신호와 2,3번 신호를 보면 진행하는 경로의 길이가 서로 다르게 되므로 기지국에 도달하는 시간의 차가 발생하게되며, 도달되는 신호별로 서로 다른 감쇠와 위상차가 발생하게 된다. 기지국에서는 사용자간의 통화를 위해 이러한 다중경로신호 모두를 수신해야 한다. 하지만 서로 다른 감쇠와 위상차를 갖는 다중신호들을 기지국에서 수신하게 되면 수신신호의 진폭이 커졌다 작아졌다 하는 현상이 발생하게 되는데 이러한 현상을 다중경로 페이딩(multipath fading)-short term fading이라 한다.이동통신시스템에서 다중경로 페이딩은 가입자간에 서로 통화를 가능하게 하는데 있어서 매우 위험한 요소이다. 다중경로 페이딩이 심하게 발생하게 되면 무선망의 안정성이 떨어지게 되며 통화가 끊기는 현상이 발생하게 된다. 그러므로 이동통신시스템에서는 다중경로 페이딩을 경감시키는 기술이 필수적이 된다.서울 도심지 환경에서 3미터 간격으로 이격 되어있는 두 개의 다이폴 안테나에 수신된 신호를 살펴보기로한다. 수신 신호를 보면 수신 신호의 레벨이 심하게 변하는 페이딩 현상을 볼 수 있으며, 어느 한 부분에서는 페이딩의 깊이가 매우 깊게 발생하는 것을 알 수 있다. 특히 깊은 페이딩(deep fading)-long term fading은 통화단절의 결정적인 역할을 하게 되므로 이를 피하여야만 한다.현재 이동통신시스템에서 다중경로 페이딩 현상을 경감시키기 위해서 기지국 단에서 다이버시티 기법을 사용하고 있다. 이동통신에서 페이딩 현상은 피할 수 없는 현상이다. 문제가 되는 것은 일정 레벨이하로 떨어지는 깊은 페이딩 현상이다. 다이버시티 기법(Diversity)은 기지국 단에서 발생되는 깊은 페이딩 문제를 해결하는 간단하면서도 효과적인 방법이다. 신호를 수신할 때 페이딩이 적은 신호를 수신한다면 신호 재생시 좀더 질이 좋은 통화감도를 제공할 수 있을 것이다. 다음은 이동통신시스템에서 사용되어지는 다이버시티 법의 개념다이버시티 기법의 개념은 그림3에 나타냈다. 다이버시티 기법의 기본 개념은 수신 단에서 2개의 수신안테나를 이용하는 것이다. 예를 들어 송신기와 수신기를 출발지와 목적지에, 그리고 전송경로를 도로에 비유하면 이해하기 쉽다. 즉 재해로 도로가 불통이 될 수가 있지만 양 지점의 사이에 복수의 도로가 있다면, 한 개의 도로가 불통이 되도 다른 길을 통해서 무사히 목적지에 도착할 수가 있다. 이 경우 재해의 영향을 동시에 받지 않기 위해서는 좀 떨어진 도로를 이용할 필요가 있다. 다이버시티 수신에 있어서 복수의 페이딩파를 얻는 것은 송신기와 수신기와의 사이에 독립적인 전송경로를 만드는 것 외에 없다. 즉 두 개의 수신안테나에 수신되는 신호가 완전히 서로 다른 신호를 수신하면 되는 것이다. 이렇게 되면 한쪽 안테나에 수신되는 신호에 깊은 페이딩 현상이 발생하더라도 다른 한쪽 안테나에 수신되는 신호는 작은 페이딩 현상이 발생하게 됨으로 적은 페이딩 신호를 선택하여 신호를 재생하면 좋은 질의 통화를 제공하게 된다. 그림2를 보면 일정거리이상 이격 되어있는 두 개의 안테나 수신된 신호의 페이딩 현상이 서로 다른 것을 볼 수 있다. 깊은 페이딩이 발생되는 시점 또한 서로 다르므로 이때 다이버시티 기법을 사용하게되면 보다 나은 서비스를 제공할 수 있다.다이버시티 기법의 종류l사이트 다이버시티 기법 (Site Diversity)위성 통신에서는 사이트 다이버시티를 이용한다. 사이트 다이버시티란 거리 상으로 멀리 떨어져 있는 2개 이상의 기지국을 동시에 운용하는 방식으로, 한 기지국이 있는 지역에 비나 눈 때문에 통신이 불가능 할 경우 통신이 가능한 다른 기지국을 대신 이용하게 된다. 각 기지국들이 있는 지역의 기후가 서로 독립적일 정도로 거리가 충분히 멀도록 기지국을 배치하기 때문에 가능한 것이다.2공간 다이버시티 기법 (Space Diversity)이동통신시스템에서 사용되는 공간, 편파, 시간 그리고 주파수 다이버시티도 사이트 다이버시티와 같은 견지에서 이해할 수 있다.시키는 방법으로 이격 거리는 보통 10∼20λ정도이다. 서로 이격된 안테나로부터 수신되는 신호들은 서로 다른 위상 변화를 겪기 때문에 각각 서로에 대해 낮은 상관 특성을 가지게 된다. 여기에서 낮은 상관 특성을 가진다는 것은 한쪽 신호와 다른 쪽 신호의 다중경로 페이딩 특성이 서로 독립적임을 의미한다. 그러므로 한 신호가 깊은 페이딩에 빠질 때 다른 신호는 깊은 페이딩에 빠질 확률이 적게되며 이러한 두 신호를 합성하면 다중경로 페이딩이 적은 신호로 만들 수 있게된다.3편파 다이버시티 기법 (Polarization Diversity)편파 다이버시티 또한 서로 독립적인 페이딩 특성을 가지는 2개의 신호를 사용하는데, 공간 다이버 시티와 다른 점은 2개의 수신안테나를 공간상으로 이격시키는 것이 아니라 2개의 안테나의 편파를 달리한다는 점이다. 송신단에서 송신된 신호의 편파는 건물과 같은 장애물에 의해 반사 또는 회절 되면서 그 편파 특성이 변하게 되며, 다중경로신호마다 서로 다른 편파를 가지게 된다. 이 때 수신단에서 서로 다른 편파를 가지는 2개의 안테나를 설치하면 페이딩 특성이 독립적인 2개의 신호를 얻게 되는 것이다. 보통 수신안테나는 수직 방향으로부터 각각 좌우로 45°의 편파 특성을 가지는 안테나를 이용하는데, 이것은 수직 편파 신호를 송신할 경우 확률적으로 수직 방향으로부터 좌우로 45°기운 편파 신호가 가장 크며 또한 서로 상관도가 가장 낮기 때문이다.4시간 다이버시티 기법 (Time Diversity)이동통신시스템에서 사용되는 또 다른 중요한 다이버시티 기법에는 시간 다이버시티가 있다. 시간 다이버시티는 레이크 수신기를 이용하는 방법으로 앞에서 설명했듯이 다중 경로마다 페이딩 특성이 서로 다르기 때문에 각 다중경로신호의 시간지연을 보상한 후 합성하여 페이딩이 적은 신호로 만들 수 있다. 특히 각 다중경로신호의 시간 지연차가 클 경우에 시간 다이버시티를 이용하지 않을 경우 ISI(inter symbol interference)가 발생하므로 이러한 시간 티의 효능 이상의 이동통신 시스템의 성능 향상 효과가 있다.5주파수 다이버시티 기법 (Frequency Diversity)주파수 다이버시티 기법은 주파수마다 서로 다른 전파 특성을 가지므로 서로 페이딩 특성이 독립적인 2개 이상의 주파수를 동시에 사용하는 다이버시티 기법이다. 독립적인 페이딩 특성을 가질 수 있는 주파수 간격은 주파수 밴드별로 다른데 보통 10MHz 정도이다. 보다 넓은 의미에서의 주파수 다이버시티 기법은 다중반송파(multi-carrier) 시스템뿐만 아니라 frequency-hopping 시스템도 포함한다.현재 이동통신시스템의 기지국에서 많이 사용되어지는 다이버시티 기법은 공간 다이버시티 기법이다. 그림4(a)는 공간 다이버시티 기법을 이용한 기지국의 구조를 나타내고 있다. 공간 다이버시티 기법의 경우 다이버시티 이득을 얻기 위해서는 두 개의 수신안테나를 셀룰라의 경우 4∼5미터, PCS의 경우 3∼4미터 정도 이격시키는 것이 필요로 된다. 이 경우 기지국을 세우기 위해서는 상당한 공간이 필요로 된다. 그러므로 현재와 같이 많은 기지국을 설치해야만 하는 상황에서는 설치시 어려움과 공간확보 등의 문제가 발생하게 된다. 또한 도시환경 미관상으로도 안 좋은 환경문제를 야기시킬 소지도 가지고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 현재 연구되어지는 다이버시티 기법으로 편파 다이버시티 기법이 있다. 편파 다이버시티 기법의 경우 다이버시티 이득이 다중경로를 통해 신호가 전파해 가면서 편파의 변화(rotation)로부터 오게되므로 두 개의 수신안테나를 같은 공간상에 위치시키는 것이 가능하게 된다. 편파 다이버시티 기법을 이용한 기지국의 구조를 살펴보자 . 공간 다이버시티 기법과 비교해서 두 개의 수신안테나를 한 개의 안테나로 만들 수 있으므로 크기를 50%정도 줄일 수 있게된다. 그러므로 기지국 단에서 편파 다이버시티 기법을 사용할 경우 공간상의 크기 문제를 해결할 수 있어서 공간 다이버시티 기법의 문제점을 해결할 수 있으며, 작은 크기의 안테나 실현이다.

공학/기술| 2000.09.18| 6페이지| 1,000원| 조회(2,052)

이동통신, 다이버시티, fading

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