한국형 경전철의 무선통신기반 열차제어시스템은 지상과 차상 무선기 사이의 전파지연을 이용하여 열차의 위치를 검지하고 있다. 본 논문에서는 허가없이 사용할 수 있는 무선기기에 대한 정보통신부 고시기준에 적합하도록 경전철시험선 무선시스템의 송신전력을 줄여 사용할 수 있는지를 전파모의실험을 통해 검토하였다. 우선, 시험선에서 스펙트럼분석기로 측정한 데이터를 분석하여 무선전파(傳播) 모델을 결정하고, 경전철시험선의 지형데이터와 감소된 송신전력을 전파전파(電波傳播)예측 프로그램에 적용하여 전파도달거리를 예측하고, 예측데이터를 바탕으로 송신전력을 줄였을 경우의 실효성을 제시한다.
한국형 경전철의 무선통신기반 열차제어시스템은 지상과 차상 무선기 사이의 전파지연을 이용하여 열차의 위치를 검지하고 있다. 본 논문에서는 허가없이 사용할 수 있는 무선기기에 대한 정보통신부 고시기준에 적합하도록 경전철시험선 무선시스템의 송신전력을 줄여 사용할 수 있는지를 전파모의실험을 통해 검토하였다. 우선, 시험선에서 스펙트럼분석기로 측정한 데이터를 분석하여 무선전파(傳播) 모델을 결정하고, 경전철시험선의 지형데이터와 감소된 송신전력을 전파전파(電波傳播)예측 프로그램에 적용하여 전파도달거리를 예측하고, 예측데이터를 바탕으로 송신전력을 줄였을 경우의 실효성을 제시한다.
Korea Railroad Research Institute has developed the driverless rubber-tired K-AGT (Korean-Automated Guideway Transit) system from 1999 to 2005 and has done its performance and reliability tests on the test line at Gyeongsan-city. Radio Frequency Communication-Based Train Control system of K-AGT, whi...
Korea Railroad Research Institute has developed the driverless rubber-tired K-AGT (Korean-Automated Guideway Transit) system from 1999 to 2005 and has done its performance and reliability tests on the test line at Gyeongsan-city. Radio Frequency Communication-Based Train Control system of K-AGT, which employed Advanced Automated Train Control scheme, detects train position using the radio propagation delay between wayside and vehicle radio equipment. In this paper, we investigate whether the transmission power of radio system can be reduced to the permitted level announced by the Ministry of Information and Communication for license-free ISM(Industrial Scientific Medical) frequency bands. We first determine radio propagation model, using the measured data at test line, and perform simulation for radio coverage prediction. From the simulation results, we identify that the radio system operated with reduced power can provide good link quality in total test line.
Korea Railroad Research Institute has developed the driverless rubber-tired K-AGT (Korean-Automated Guideway Transit) system from 1999 to 2005 and has done its performance and reliability tests on the test line at Gyeongsan-city. Radio Frequency Communication-Based Train Control system of K-AGT, which employed Advanced Automated Train Control scheme, detects train position using the radio propagation delay between wayside and vehicle radio equipment. In this paper, we investigate whether the transmission power of radio system can be reduced to the permitted level announced by the Ministry of Information and Communication for license-free ISM(Industrial Scientific Medical) frequency bands. We first determine radio propagation model, using the measured data at test line, and perform simulation for radio coverage prediction. From the simulation results, we identify that the radio system operated with reduced power can provide good link quality in total test line.
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문제 정의
본 논문에서는 경전철시험선의 지형데이터와 감소된 송신전력을 전파전파(電波傳播)예측 프로그램에 적용하여 전파 도달거리를 예측하고 예측데이터를 바탕으로 송신전력을 줄였을 경우의 실효성을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 허가없이 사용할 수 있는 무선기기에 대한 정보통신부 고시기준에 적합하도록 경전철시험 선 무선시스템의 송신전력을 줄여 사용할 수 있는지를 전파 모의실험을 통해 검토하였다.
제안 방법
따라서 시험 선에서 수신전력을 스펙트럼분석기를 사용하여 측정하고 수집한 수신전력 데이터와 상관성이 가장 높은 전파모델을 선정한다. 결정된 전파모델과 시험선의 지형데이터와 무선기의 사양을 전파예측 프로그램에 입력하여 전파 도달 범위를 예측한다.
수신다이버시티의 효과를 고려하여 WRS887에 설치된 안테나 중 WRS887-1의 위치를 기준으로 수신전력을 예측하였다. 무선기가 다른 무선기로부터 전송되는 신호를 오류 없이 검출하기 위해서는 수신감도에 페이딩 마진, 간섭량, 케이블 손실 등을 고려하여야 한다.
차상 장치는 수신한 정보를 토대로 이동권한지점까지 정지할 수 있는 안전제동패턴(saf3 brake pattern)을 작성한다. 안전제동패턴과 속도 센서의 속도정보를 비교하여, 안전속도를 초과하면 제동명령을 출력한다.
측정 위치를 기록하기 위해 GPS 수신기를 차상 안테나의 옆에 설치하고 노트북에 연결하여 위치좌표를 저장한다. 측정 범위는 시험선 선로를 따라 WRS884의 좌우로 500m까지 20m 간격으로 측정하여 총 50개의 수신전력레벨을 측정하였다. 일례로 A역 방향 240m 지점에서의 스펙트럼 분석기 측정파형은 Fig.
특히, 신호제어시스템 기술은 종래의 궤도회로방식을 완전히 탈피한 AATC(Advanced Automatic Train Control)기술 기반의 무선통신기 반열차제어(RF-CBTC : Radio Frequency Communication-Based Train Control)시스템을 구축하였으며 시험선에서 다중편성열차에 의한 열차간격제어시험을 추진하고 있다[1, 2, 3]. 이러한 RF-CBTC기술은 철도신호 분야의 선진기업인 알카텔, 봄바르디에 등이 라스베가스 홍콩의 경전철 노선에 구축하여 성공적인 성과를 얻었으며 주파수 허가가 필요없는 ISM(Industrial Scientific Medical) 대역을 사용하고 있다囹.
대상 데이터
경전철시험선은 경상북도 경산시 남천면 삼성~남성현역 (철도폐선 부지내)의 연장 약 2.4km(본선 : 1.87km, 측선 : 387.5m, 대피선 : 120.92m)구간이며, Fig. 4와 같이 무선기가 설치되어 있다.
본 논문에서는 전파예측을 위해 31.63mW보다 작은 30mW를 사용하였다
전파 모의실험 도구인 ICS Telecom의 전파모델들 중에서 시험선의 무선전파환경을 잘 반영할 수 있는 모델을 선정하였다. 50개의 측정 데이터와 전파모델의 파라미터를 조절하여 얻은 모의실험결과를 상관을 취하여 상관도가 높은 전파모델을 선택하였다.
성능/효과
500mW에서 30mW로 송신전력을 줄여도 한 연선 무선 기전 송신 호를 이웃한 두 개의 연선 무선기에서 동시에 받아 신호를 복원하기에 충분함을 확인하였다. 따라서, 송신 전력 밀도 상한 기준 10mW/MHz를 충족시키므로 정통부의 주파수 허가와 추가 연선 무선기의 설치 없이 송신전력을 줄인 무선시스템을 적용할 수 있을 것으로 평가된다.
50개의 측정 데이터와 전파모델의 파라미터를 조절하여 얻은 모의실험결과를 상관을 취하여 상관도가 높은 전파모델을 선택하였다. Modified Okumura-Hata 모델에서 가장 좋은 상관도를 보였으며, Table 2는 ITU-R 525모델과 Modified Okumura-Hda모델을 적용하였을 때 결과 값을 나타낸다[9].
따라서 시험 선에서 수신전력을 스펙트럼분석기를 사용하여 측정하고 수집한 수신전력 데이터와 상관성이 가장 높은 전파모델을 선정한다. 결정된 전파모델과 시험선의 지형데이터와 무선기의 사양을 전파예측 프로그램에 입력하여 전파 도달 범위를 예측한다.
후속연구
복원하기에 충분함을 확인하였다. 따라서, 송신 전력 밀도 상한 기준 10mW/MHz를 충족시키므로 정통부의 주파수 허가와 추가 연선 무선기의 설치 없이 송신전력을 줄인 무선시스템을 적용할 수 있을 것으로 평가된다.
향후 경산시험선에서 본 논문에서 예측한 시뮬레이션 값을 근거로 무선시스템의 무선거리측정의 성능을 검증할 계획이다
참고문헌 (9)
한국철도기술연구원(2004), '경량전철 신호제어시스템 기술개발 연구개발보고서'
한국철도기술연구원(2005), '경량전철시스템 기술개발사업 운영 안정화 연구결과보고서-신호제어시스템기술개발분야'
Michael Fitzmaurice (2006), 'Use of 2.4GHz frequency band for communications based train control data communications systems', Proceedings of JRC2006, April 4-6, pp.263-267
Web site, 'http://www.tsd.org'
전파연구소고시 제2005-127호(2005), '방송 . 해상 . 항공 . 전기통신사업용 외의 기타업무용 무선설비의 기술기준'
G. L. Mayhew, Kivett, J. A. Kivett, J. G. Himes, J. A. Evans (1994), 'Application of radio navigation technology to advanced automatic train control', IEEE Position Location and Navigation Symposium, pp.217-224
조봉관(2002), '무선에 의한 열차위치검지 기술개발 동향', 한국철도기술연구원 해외철도기술동향, 7회, pp.21-26
ITU (1994), 'Calculation of free-space attenuation', Rec. ITU-R PN.525-2
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