이동통신 시스템 설계

* 이동통신 시스템 설계 문제

문제

1. 기지국 및 셀 설계

도심중심지는 인구밀도와 통화량이 높으므로 마이크로셀을 적용한다. 소형 셀을 구성하면 주파수 재사용률을 높일 수 있다.

→ 20개의 기지국 필요

 

도심 외각은 비교적 밀도가 낮으므로 매크로셀을 적용한다.

→ 13개의 기지국 필요

 

따라서 약 33개의 기지국이 필요하다.

 

2. 음영지역 해소

C 지역은 고층건물로 인해 신호가 약해질 수 있다. 따라서 피코셀 또는 분산 안테나 시스템(DAS)을 활용하여 음영을 해소할 수 있다.

D 지역은 고지대에 중계기를 설치하여 전파가 반사되거나 우회될 수 있도록 음영을 해소한다.

 

3. 고속도로 B 지역 설계 방안

고소도로는 빠르게 이동하는 차량에 의해 핸드오프가 발생할 수 있다. 따라서 섹터링 기술을 적용하여 하나의 기지국을 3~6개 섹터로 나눈다.

이를 통해 셀 간 간섭을 줄이고, 핸드오프 최적화를 통해 통화 단절을 방지하고 품질을 유지한다.

 

4. 트래픽 대응 설계

중심지는 주말 저녁 시간대 트래픽이 폭증하므로 셀 분할을 적용하여 더 작은 셀로 나누고, 동적 채널 할당(DCA)을 적용하여 트래픽 상황에 따라 자동으로 채널을 분배한다. 또한 섹터링을 적용하여 통화 품질을 유지하고 인접기지국으로 부하분산이 가능하도록 설계한다.

 

5. 특수 상황 예시: 일시적 트래픽 증가(공연 등)

이동형 기지국 차량을 배치하여 임시 기지국 역할을 하도록 한다.

 

* 설계 문제 풀이 단계

1단계: 환경 및 조건 파악

1) 지역 구분: 도심중심지 / 도심외곽 / 산지 / 고속도로 / 주거지역 등

2) 반경/면적 확인

3) 장애물 존재 여부(음영지역 발생): 고층 건물, 산, 터널 등

4) 기지국 커버리지 조건: 5W 출력이면 반경 500m 도달 가능? (문제에서 주어진 조건)

 

2단계: 셀 선정

구분	서비스 반경(km)	안테나 높이	지역	전파 특성
메가 셀	반경 100-500	지상 10m	넓은 지역(위성통신)	직접파
매크로 셀	반경 1-35	지상 20-60m	교외지역(도심 외각), 저밀도	산란, 회절
마이크로 셀	반경-1	건물 옥상위 6m	도심지역, 고밀도	페이딩
피코셀	반경-0.05	지상/지하 3m	건물밀집 및 지하건물	멀티패스 많음
펨토셀			가정용, 사무실, 집

 

3단계: 셀 배치 및 개수 계산

1) 지역 면적 계산: 중심지 반경 2km → 면적 약 12.57km²

2) 한 셀 면적 계산: 마이크로셀 반경 0.5km → 면적 약 0.65km²

3) 셀 개수 = 지역 면적 ÷ 셀 면적 : 12.57 ÷ 0.65 ≈ 19.3 → 약 20개

 

4단계: 음영지역 보완

1) 고층 건물 많은 곳 → 피코셀, DAS 설치

2) 산지 → 중계기 설치

3) 고속도로/터널 → 리피터 설치

 

5단계: 트래픽 분산 (통화량 몰리는 경우)

1) 셀 분할: 셀을 더 작게 쪼갬

2) 셀 섹터링: 하나의 셀을 3~6방향 안테나로 나눔

3) Dynamic 채널 할당: 필요한 시간에만 채널 부여

4) 로드 밸런싱: 트래픽을 인접 셀로 분산

 

6단계: 핸드오프 고려 (이동할 때 끊김 없이 기지국이 전환되도록)

1) 빠르게 이동하는 구간(고속도로)은 핸드오프 최적화 필요

2) 셀 크기 작을수록 핸드오프 더 자주 일어남 → 제어 필수

 

7단계: 주파수 재사용 (간섭 방지)

1) 인접한 셀끼리 같은 주파수 쓰면 간섭 발생

2) 도심은 간섭 적은 방식(소형 셀, 섹터링)을 써서 주파수 효율 극대화