Chapter 10. Celluar Wireless Network

Chapter 10. Celluar Wireless Network

Cellular Network

Q. Cellular Network 을 설명하시오.

셀룰러 네트워크는 모바일 휴대폰, 개인 통신 시스템, 무선 네트워크에 사용되는 기술이다.

기존의 고출력 송신 및 수신을 대체하기 위해 모바일 휴대폰 전용으로 개발됐다.

셀룰러 네트워크는 데이터 전송 시 저출력이고 적은 범위에 더 많은 전송자를 수용할 수 있다.

셀룰러 네트워크는 제한된 출력으로 각각 셀이라고 불리는 한정된 구역을 담당하는 큰 수의 기지국들을 사용하여 서비스들을 제공하는 모바일 네트워크다.

구역들은 셀들로 나뉘어진다.

각 셀은 고유의 주파수대를 할당한다. 그 셀 안에서는 기지국이 기능을 제공한다.

인접한 셀들은 간섭이나 혼선을 막기 위해 다른 주파수대를 사용한다.

MSC (Mobile Switching Center) : 각 기지국은 모바일 스위칭 센터라 불리는, 스위칭 오피스에 의해 제어된다.

PSTN (Public Switched Telephone Network) : 세계 공용 회선 교환 전화 네트워크다.

Cellular Geometries

Q. Cellular Geometries 을 설명하시오.

사각형 셀이 가장 간단하지만, 이상적이진 않다. 인접한 셀 중, 대각선에 위치한 셀과의 거리는 루트2 d 가 될 것이다.

6각형 패턴이 같은 거리를 제공한다.

Frequency Reuse

Q. Frequency Reuse 를 설명하시오.

무선 전화는 셀 안에서 무선 주파수를 재사용한다.

사용자간 상호간섭을 막기 위해 서로 다른 주파수를 사용한다.

서로 멀리 떨어진 셀 안에서도 주파수는 다시 사용될 수 있다.

Increasing Capacity

Q. 더 많은 수용력을 필요로 하는 이유를 설명하시오.

• 동시간대에 더 많은 사용자들을 받아야 한다.
• 네트워크를 통해 더 많은 정보를 공유해야 한다.
• 새 기술들은 복잡한 해법들을 필요로 한다. 이 해법들은 최대 수용 능력과 함께 이룰 수 있다.

다음의 것들로 수용력이 증가할 수 있다.

• 새 채널들이 추가한다.
• 보통 시스템이 설치되면, 모든 채널들을 사용하지 못한다. 기존 방식에서 새로운 채널을 추가하는 것으로 성장과 확장을 관리할 수 있다.
• 주파수를 빌린다.
• 현재 주파수가 혼잡할 때 주파수를 인접한 셀들로부터 가져온다. 그 주파수 또한 동적으로 셀에 할당될 수 있다.
• 셀을 나눈다.
• 셀을 구역별로 나눈다.
• 셀을 구역화시키고 각 구역마다 일정 채널들을 가진다. 셀마다 보통 3개에서 6개까지의 구역이 있다.
• 마이크로셀
• 셀들이 점점 작아지고 있다.
• 더 적은 지역을 감당하기 때문에, 출력이 적다.
• 마이크로셀은 도시 길가의 혼잡한 구역에서 유용하다. ( 고속도로, 큰 빌딩 사이 )

Cell Splitting

Q. Cell Splitting 을 설명하시오.

Cell Splitting 이란, 혼잡한 셀을 다시 나누는 방법이다. 다시 나눠진 셀 마다 기지국을 가진다.

안테나 높이와 전송 출력은 적어진다.

단위 구역마다 더 많은 채널이 생기기 때문에, 셀룰러 네트워크의 수용력이 높아진다.

트래픽 패턴에 따라 더 작은 단위의 셀들은 셀 자원을 효율적으로 쓰기 위해서 활성화 및 비활성화될 수 있다. 더 적은 셀 크기는, 전송 출력을 적게 만들고, 동일채널 간섭을 줄인다.

Cell Sectoring

Q. Cell Sectoring 을 설명하시오.

기본적으로 안테나는 전반향이다. 기지국에 있는 하나의 전방향 안테나 대신, 특정 구역으로 전파하는 여러 방향의 안테나로 대체시킨다. 이는 근본적으로 시스템을 재설계하면서 Capacity 를 개선시킨다.

동일 채널 간섭을 줄인다. 주파수 재사용 요인을 증가시키고, 수용력도 커진다.

각 섹터는 분리된 셀의 채널들의 집합으로 할당된다.

Microcells

Q. Microcell 을 설명하시오.

셀을 분할하는 생각에서 발전하여, 더 적은 크기의 셀을 사용하는 것이 효과적임을 알게되고 탄생하였다.

마이크로셀의 목적은, 인구가 많은 지역의 셀룰러 네트워크 수용력을 높여주는 것이다.

Cellular System Channels

Q. 기지국과 모바일 기기 사이의 채널들을 설명하시오.

다음 두 가지의 종류가 있다.

1. 제어 채널 (Control channels) : 정보를 교환하기 위해 사용된다. 정보는 전화를 셋팅하거나 유지를 해주는 것과 관련있다. 또한 모바일 기기와 근처의 기지국과 연결을 수립하는 것도 관려있다.
2. 트래픽 채널 (Traffic channels) : 사용자들 간의 음성이나 데이터 연결 전송한다.

Other Functions in Cellular System

Q. 셀룰러 시스템의 기능들을 설명하시오.

1. Call blocking

모바일 기기가 전화 상태에 돌입했을 때, 만약 근처 기지국의 모든 트래픽 채널들이 혼잡하다면, 모바일 기기는 미리 설정된 수 만큼 시도를 반복한다. 만약, 그 횟수 동안 실패한다면, 통화음이 되돌아온다.

2. Call termination

사용자가 전화를 끊을 때, 기지국 채널 연결이 해제된다.

3. Call drop

연결하는 동안, 어떤 지역에서 간섭이 일어나거나 신호가 약할 때, 기지국이 최소 필요 신호 세기를 어떤 시간동안 유지하지 못할 때, 사용자에게 연결된 트래픽 채널이 끊어진다.

4. Call to/from fixed and remote mobile subscriber

전화 통신 안에서 고정된 구독자와 지역 안에서 모바일 사용자 간 연결을 설정해준다.

Propagation Effects

Q. Propagation Effect 를 설명하시오.

신호 세기와 신호 전파 효과를 고려해야 한다.

1. Signal strength

기지국과 모바일 기기간 신호 세기는 신호 품질을 유지하기 위해 세져야 한다.

동일 채널 간섭을 만들 만큼 세기는 강하지 않아야 한다.

노이즈로 인한 변형을 해결할 수 있어야 한다.

2. Fading

페이딩은 다양한 변수로 신호가 감쇠된 변화다.

변수는 시간, 지형 위치, 주파수, 전송 경로의 변화 등이 있다.

페이딩의 종류는 다음과 같다.

1. Fast fading

파장의 약 1/2 거리에서 신호의 세기가 급격이 줄어드는 것

2. Slow fading

큰 빌딩이나 언덕 같은 큰 방해물이 있는 곳에서 일어난다. 

3. Flat fading

받은 신호의 모든 주파수 요소가 같은 비율로 동시에 변동한다.

4. Selective fading

신호 대여폭의 한 부분에서 감쇠가 일어난다.

Desigin Factors

Q. Design Factor 을 설명하시오.

셀룰러 레이아웃을 설계할 때, 통신 엔지니어는 다양한 전파 효과를 고려해야 한다.

• 기지국과 모바일기기에서의 원하는 최대 전송 출력
• 모바일 기기 안테나의 일반적인 높이
• 기지국 안테나의 수용 가능한 높이

위 요인들은 각 셀의 크기를 결정해준다. 그러나, 전파 효과들은 동적이고 예측하기 어렵다.

가장 좋은 방법은, 실제 데이터를 기반으로 모델을 만들어, 셀 사이즈에 대한 가이드라인을 발전시키는 것이다.

Error Compensation Mechanisms

Q. 오류 보상 메커니즘을 설명하시오.

다음 두 가지 범주가 있다.

1. Forward Error Correction
2. Adaptive Equalization

1. Forward Error Correction

송신자는 데이터 블록에 오류 수정 코드를 추가한다.

수신자는 들어온 데이터 비트로 오류 수정 코드를 계산한다.

만약에 코드가 다르다면, 어떤 비트들이 오류이고, 수정하는 작업을 시도한다.

2. Adaptive Equalization

Equalization은 부호간 간섭을 방지하기 위해 사용된다.

수신자 안에 Equalizer는 평균 범위의 예상되는 채널 진폭과 딜레이 특징을 보충해준다.

자동으로 시간에 따라 변하는 채널의 속성들을 자동으로 적응한다.

흔히 PSK (Phase Shift Keying) 과 같은 Modulation 을 사용한다.

Equalizer는 채널이 보통 알 수 없고 시간에 따라 변하기 때문에 맞춰야 한다.

Wireless Network Generations

Q. 무선 통신 세대를 설명하시오.

1. First Generation (1G)

1G는 무선 전화 통신 기술의 첫 번째 세대를 말한다. 아날로그 트래픽 채널을 사용하느 전화통신이다.

PSTN (public switched telephone networks) 의 확장으로 설계됐다.

2. Second Generation (2G)

더 좋은 신호와 디지털 서비스의 지원을 위한 통신 속도, 더 큰 수용력을 제공하기 위해 발전됐다.

1G와 다른점은 다음 세 가지다.

1. 디지털 트래픽 채널
2. 암호화
3. 오류 검출과 수정

3. Third Generation (3G)

음성에다 멀티미디어, 데이터, 영상을 지원하기 위해 고안된 고속 무선 통신이다.

다음의 특징이 있다.

1. PSTN에 대비하여 음성 품질
2. 패킷 스위치와 회로 스위치 둘 다 지원한다.
3. 다양한 모바일 장비를 지원한다.
4. 새 서비스와 기술을 지원하는 유연성

4. Fourth Generation (4G)

4G는 다양한 모바일 기기(노트북, 스마트폰, 태블릿PC)를 위한 Ultra-Broadband 인터넷 접근을 제공한다.

모바일 웹 접근과 높은 대역폭 어플리케이션 ( 화상 회의, 게임 서비스 ) 를 지원한다.

멀티미디어 애플리케이션의 높은 품질의 서비스를 제공한다.