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공학 다운로드 초고속통신망 - 거리와 수신파워, 위치 측정방법에 대해

[공학]초고속통신망 - 거리와 수신파워, 위치 측정방법에 대해

1.송신부와 수신부의 신호강도에 영향을 미치는 요소

1)자유공간 전송손실

자유공간 전송손실이란

전자파가 자유공간을 퍼져나가면서 전자파의 에너지를 흡수 또는

산란등에 의해서 신호의 세기가 점점 약해지는 전자파 복사손실

안테나에서 복사(Radiation)되는 전자파가 전파되는 수신전력( Pr)

실효개구면적은 이기 때문에 수신안테나에서 수신전력

즉, 송수신점간의 거리 d에 따른 전파의 세기

1/d2에 비례

거리가 2배 멀어지면 전자파의 세기는 1/4로 줄어든다.

거리가 절반으로 줄어들면 전자파의 세기는 4배로 커진다.

2)페이딩

송수신 지점 간 여러 경로의 신호가 합쳐져 신호세기가 수시로 변하는 특성

(1)빠른페이딩(Fast fading) : 다중경로 전파에 의해발생(time dispersion 발생)

(2)느린페이딩(Slow fading) : 거리에 따라 신호감쇠로 발생(5 ~ 40 λ를 평균)

(3)혼합페이딩: 빠른페이딩과 느린페이딩이 결합되어 존재

3)도플러 현상

도플러 주파수는 이동국이 자유공간 내에서 움직이고 있을때 수신되는 반송파의 주파수 변화를 의미한다.

2.BTS에서 위치 측정 방법

1) 전파 강도를 이용한 방법

전파환경에 의해 기지국 또는 이동 단말기에서 송신된 신호의 세기는 감쇄되어서 수신되며 이러한 수신 신호의 세기를 측정한 후, 채널의 특징을 고려하여 거리에 따른 신호의 감쇄 정도와 비교하여 전파의 이동 거리를 예측할 수 있다. 즉, 수신 신호의 세기로부터 기지국과 이동 단말기와의 거리를 예측하여 위치를 결정한다. 이때, 송신 전력 대 수신 전력의 비는 다음과 같이 나타낸다.

Pr은 수신 전력의 세기이며 Pt는 송신 전력의 세기를 나타낸다. d는 송신기와 수신기 사이의 거리이다 여기서 n은 전과상수(propagation constant) 이며 실험을 통하여 전파의 손실 기울기에 해당하는 값을 얻을 수 있다. K는 수신 전력 세기에 영향을 미치는 다른 모든 요소들의 합이다. 식 (2-1)을 log 형태로 변환하면 다음과 같다.

주변의 세 기지국에서 전파가 이동한 거리에 따른 전력 손실 모형을 이용하여 이동 단말기와의 거리를 구하면 그림 2-1과 같이 공통현들의 교점을 이용하는 방식에 의해 단말기의 위치를 계산할 수 있다.

이러한 방식의 정확도는 단말기와 기지국들 사이의 거리를 수신 전력의 세기로부터 얼마나 정확하게 계산할 수 있는가에 달려있다. 그러나 지형이나 주변 환경에 의해 페이딩의 정도와 전력 손실의 크기가 크게 변화하기 때문에 정확한 거리를 계산하기 힘들다는 단점이 있다.

2)Angle of arrival 이용한 방법

AOA 무선 측위 알고리즘은 신호의 입사각을 이용하여 이동 단말기의 위치를 추정 하는 무선 측위 알고리즘이다. LOS 성분이 있다고 가정했을 때, 3개 이상의 기지국 에서 이동 단말기로부터 수신된 신호의 입사각들의 교점이 추정된 단말기의 위치이 다. 그림 2-2는 AOA알고리즘을 나타낸 것이다. AOA 알고리즘을 사용하기 위하여 신호의 입사각을 추정하여야하므로 배열 안테나가 필요하다. 단말기의 신호가i번째 기지국으로 Θ i의 입사각으로 전파

될 때, 추정된 AOA, 기지국의 위치, 단말기의 위치 사이의 관계는 다음과 같이 나타 낼 수있다.

여기서 (x,y )는 단말기의 위치 좌표이며, (x i ,y i )는 i 번째 기지국의 위치 좌표, Θ i는 단말기와 i 번째 기지국이 이루는 각, 즉 AOA를 나다낸다. AOA를 이용한 무 선 측위 방법은 다중 경로에 의해 오차가 발생하며, 특히 LOS 성분이 없을 때에는 심각한 성능 저하가 야기된다.

3)Time of Arrival 이용한 방법

TOA 무선 측위 알고리즘은 신

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