무선 채널 모델링

1.Friss의 자유공간 손실 공식

 

Pr : 수신전력[w]	K : 이용 파장(c/f)[m]	R : 송.수신점간의 거리[m]
Gt : 송신안테나의 전력이득[dB]	Gr : 수신안테나의 전력이득[dB]	Pt : 송신전력[w]

• 송신기와 수신기 사이에 장애물이 존재하지 않고 가시선(LOS : Line Of Sight)을 따라서 전파가 전파될 때 자유공간 전파라 함.

• Friss의 자유공간 손실 공식은 무선 통신시스템의 설계와 해석에 적용됨.

• 자유공간에서 전파가 전송될 때 전파의 전력을 기준으로 모델링되는데, 송.수신 전력과 안테나사이의 거리, 사용파장, 송.수신안테나 이득과의 관계를 나타내는 식임.
  
  

2. Egli Model

f : 사용 주파수[MHz]	ht : 송신안테나 높이[m]	hr : 수신안테나 높이[m]
d : 송수신 안테나 사이의 거리[Km]	g1 : 수신안테나 이득[dB]	g2 : 송신안테나 이득[dB]
L : 경로손실[dB]

• Egli 모델은 평면 지구 모델식을 바탕으로 FCC에서 50-250MHz의 주파수 대역과 288-910MHz의 UHF 대역에서 도심 지역에서 측정한 방대한 자료를 가지고 통계적으로 세운 모델.

• Egli 모델은 위 식을 기본식으로 하여 주파수, 수신기와 송신기의 안테나 높이, 거리, 분극 등이 바뀔 때 이들 변수들이 경로 손실에 미치는 영향을 지형요소로써 nomograph와 correction curve로 제공.
• 또한 기지국과 수신기의 서비스 범위에 따른 전계 강도와 수신 전력, 작은 지역에서의 변화, 움직이는 차량에서 발생하는 요동과 echo의 영향, 차량과 차량 사이의 수신 전력의 지형 요소, 지역의 고유 잡음 등의 차이도 nomograph와 correction curve로 제공.

 

3. Okumura Model

L50 :전파 경로손실의 중간값[dB]	Amu : 자유공간에 대한 상대적인 감쇠량[dB]
GAREA : 주위환경 유형에 따른 이득[dB]	G(hre) : 이동국 안테나 높이의 이득[dB]
LF : 자유공간 경로손실[dB]	G(hte) : 기지국 안테나 높이의 이득[dB]
f : 사용 주파수[MHz]	d : 이동국과 기지국 사이의 거리[Km]

• Okumura 모델은 도심지에서의 신호를 예측할 때 가장 광범위하게 사용되는 모델.

• 150MHz에서 1920MHz범위의 주피수에서, 1Km에서 100Km범위의 거리에 대해 적용할수 있고 30m에서 1000m범위의 기지국 안테나 높이에 대해서 사용될 수 있음.

• Okumura 모델을 이용하여 경로손실을 결정하려면 먼저 두 지점 사이에서의 자유공간 경로 손실을 계산한다. 그런다음 보정상수로 Amu(f,d)값을 곡선으로부터 읽어서 추가함.

• 이 모델은 지형의 빠른 변동에 대해서 느리게 반응하기 때문에 도심지나 교외지에서의 그 예측이 정확한 반면 시골지방에서는 정확도가 떨어지는 단점이 있음

 

4. Lee Model 공식

Pr : 수신신호전력[W]	h1,h2 : 각각 기지국과 이동국의 안테나 높이[m]
Pt : 송신신호전력[W]	a0 : 보정인자로 Pt,h1,h2,g1,g2의 함수
f : 사용주파수[MHz]	g1,g2 : 각각 기지국과 이동국의 안테나 이득[dB]
n : 환경(지형, 주파수)의 함수

• 전파가 자유공간을 통해 직접 전파되지 않고 빌딩, 나무, 언덕 등으로 인해 회절과 반사를 반복하여 수신점에 도달하는 경우 경로 손실을 구할 때 이용함.

• 육상의 Macro cell에 적용.

• Lee Model은 두 가지 성분을 갖는데 첫번째는 지역대 지역 경로손실 예측 모델이고, 두 번째는 지역대 지역 경로손실을 기초로 하여 점대점 예측을 함.

• 지역대 지역 전파손실 예측 모델은 특정 지형에 관계없이 일반적인 평탄한 지형에서의 전파 경로에 대한 손실임.

 

5. Hata Model 공식

Lp : 경로손실[dB]	f : 반송파 주파수[MHz]	hb : 기지국 안테나 높이[m]
hm : 이동국 안테나 높이[m]	d : 기지국과 이동국간의 거리[Km]

• 적용조건 : hb가 30m ~ 200m 일것, hm이 1m ~ 10m 일것, d는 1Km ~ 20Km 일것
  a(hm) = [1.1 log f - 0.7]hm - [1.56 log f - 0.8]: 도시에 적용
  a(hm) = 3.2[log(11.75hm)]²- 4.97: 도심에 적용
  K0 = 0: 도시
  K0 = 3dB: 도심
  K1 = 69.55,
  K2=26.16: 이용하는 주파수가 150MHz ~ 1000MHz 일때
  K1 = 46.3, K2=33.9: 이용하는 주파수가 1500MHz ~ 2000MHz 일때

• 전파가 자유공간을 통해 직접 전파되지 않고 빌딩, 나무, 언덕 등으로 인해 회절과 반사를 반복하여 수신점에 도달하는 경우 경로 손실을 구할 때 이용함.
• 육상의 Macro cell에 적용.
• 도시환경의 Macro cell에 적용
• Hata모델은 Okumura에 의해 제공된 그래픽 경로손식 데이타의 경험적 공식화 과정에서 나온 결과
• Hata는 도심지역 전파 경로 손실 표준화 공식을 제공했고 다른 환경으로의 응용이 가능하도록 수정 공식을 도입했음.
   

6. Allsebrook Model

r : fc>200MHz에서의 보정상수

Lf : plain-earth 경로손실[dB]

Lb : 건물에 대한 회절손실[dB]

• Allswbrook Model은 영국의 도시들에서 75 ~ 450MHz의 측정 데이터로부터 손실 모델을 도출하였는데 지형의 변화 정도에 따라 flat city와 hilly city로 구분하여 각각의 모델을 도출하였음.

• Terrain의 변화를 무시할 수 있는 도시의 대해서는 위의 flat city model이 적용됨.
• 지형의 변화가 심할 경우에는 위의 hally city model이 적용됨.
  
  

7. Ibrahim & Parsons Model

H : 송수신 지점의 지형차이	f : 사용주파수[MHz]	ht : 송신안테나 높이[m]
hr : 수신안테나 높이[m]	K : 대도시 지역인 경우 0.087U-5.5이고 그 외의 지역에서는 0

• Ibrahim & Parsons Model은 London에서 전파경로 손실을 위해 개발된 모델.

• Ibrahim & Parsons Model은 측정에 의한 실측 데이타의 기초 및 경험적 모델과 평탄지형 전파 경로 손실 방정식의 기초한 준 경험적 모델로 구성되어 있음.
  
  

8. Carey Model

L : 전송손실[dB]

hb : 기지국 안테나 해발고[m]

d : 구간거리[Km]

• 450 ~ 1000MHz 대역의 전송 손실을 언급한 CCIR Rcc.(Geneva, 1963)을 기본으로 작성된 Carey Model은 FCC part 22에서도 규정한 모델임.
• 이동체의 안테나 높이를 1.8m로 하고 지형의 평균 높이를 기준으로 한 기지국 안테나 높이(30 ~ 150m 범위)와 구간거리(130 ~ 240Km)등의 조건에 따라 지형의 평균 높이에 대한 전송 손실이 결정되어짐.
• 기지국 위치의 선정을 위한 서비스 영역 예측시 사용되는데 준 시가지를 대상으로 800MHz 셀룰라 이동통신에서 평균 지형 높이를 기준으로 함.
• 북쪽을 중심으로 45도 간격으로 각 8개 방향에 대한 16Km까지의 지형을 평균하는데 정확한 해석이라기 보다는 단순한 기지국 선정을 위한 예측 방법이라 할 수 있음.

• 900Mhz를 대상으로 하여 구간 거리에 따른 평균 전송 손실을 수식으로 나타내면 위의 식과 같음.

 

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