[논문]TETRA TRS에서 DMO 단말기의 전파도달범위 예측

이순화; 김장복

doi:10.7236/jiibc.2014.14.3.51

초록
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TETRA(TErrestrial Trunked RAdio)는 디지털 TRS(Trunked Radio System)의 유럽 표준으로 재난통신에 특화된 서비스를 제공한다. 특히 TETRA에서 제공하는 DMO(Direct Mode Operation) 기능은 기지국 중계 없이 단말기간 직접통신이 가능하여 기지국 전파가 도달되지 않는 음영지역에 효과적으로 활용된다. 하지만 사용자들이 DMO기능을 보다 효과적으로 활용하기 위해서는 전파도달범위 예측 정보가 제공되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 국내에 보급되어 운용 중인 TETRA DMO 단말기의 링크버짓을 계산하고 이를 경로손실 모델에 적용시켜 지역 환경별 전파도달 거리를 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

TETRA(TErrestrial Trunked RAdio) provide specialized disaster radio communication services as a standard European for digital TRS(Trunked Radio System). Especially, DMO(Direct Mode Operation) feature is used effectively in the radio shadow areas which base station does not propagate radio signal bec...

TETRA(TErrestrial Trunked RAdio) provide specialized disaster radio communication services as a standard European for digital TRS(Trunked Radio System). Especially, DMO(Direct Mode Operation) feature is used effectively in the radio shadow areas which base station does not propagate radio signal because it can communicate directly with terminal to terminal without base station's relay function. However, to effectively used DMO feature, radio coverage prediction information should be provided to users. Therefore in this paper, we were calculated link budget of TETRA DMO terminals which were distributing and operating in the country and then predicted reaching distance about radio propagation to be applied with path loss model.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉 재난현장에 있는 지휘관이 유효한 작전반경을 설정하기 위해서는 무선통신 가능 범위에 대한 사전 정보가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 TETRA DMO 단말기의 전송 주파수, 출력, 감도, 이득 등을 예측하여 허용 가능한 최대 경로 손실치를 경로손실모델에 적용함으로써 DMO 통신 가능한 유효 반경 및 면적을 도출하고자 한다.

가설 설정

즉 단말기의 출력은 1W(휴대용) 및 3W(차량 및 고정용)로 하고 반송파 주파수는 400MHz 및 800MHz를 적용한다. 셋째, DMO는 1:N 브로드캐스팅(broadcasting) 전송 기반 무전기 모드이므로 기본적으로 수신 채널의 가입자 용량은 무한대인 것으로 가정한다.
전파도달범위를 예측함에 있어 몇 가지 주관적인 가정이 필요한데 그 내용은 다음과 같다. 첫째 송수신 DMO 단말기의 해발고도는 동일 높이로 설정한다. 물론 통신 환경에 따라 DMO 단말기를 운용하는 사용자 위치의 해발 고도는 상이할 수 있다.

제안 방법

본 논문에서 적용한 방법론과 절차는 그림 3과 같이 TETRA DMO 단말기의 링크버짓 분석을 통해 링크에 대한 최대 허용손실인 MAPL(MAximum Allowable Pathloss)를 구한 후 Okumura-Hata 경로손실모델을 이용하여 전파도달이 가능한 유효 반경을 도출하는 과정을 거친다.
식 (11)의 마진을 적용하여 산출한 이론치의 타당성을 검증하기 위해서는 실측치와 큰 차이가 없음을 확인하여야 한다. 이를 위해 그림 4와 같이 실측치와 가장 큰 차이를 보일 것으로 예상되는 밀집도시 환경(서울 서초동 남부터미널 인근)에서 800㎒ 휴대용 1W 단말기(모토로라 MTP850)를 활용하여 총 10개 지점을 선정한 후 수신자의 주관적 품질 평가 방법으로 확인하였다. 그 결과 송신 반경 약 250m 지점까지는 매우 양호함을 확인하였고 송신 반경 약 260m에서 고층 건물이 장애물로 있는 ⑤번 지점(국제전자센터 바로 뒤편)에서도 다소 잡음과 왜곡이 발생하나 수신자가 송신자의 음성을 이해할 수 있는 수준인 것으로 확인 하였다.

성능/효과

이를 위해 그림 4와 같이 실측치와 가장 큰 차이를 보일 것으로 예상되는 밀집도시 환경(서울 서초동 남부터미널 인근)에서 800㎒ 휴대용 1W 단말기(모토로라 MTP850)를 활용하여 총 10개 지점을 선정한 후 수신자의 주관적 품질 평가 방법으로 확인하였다. 그 결과 송신 반경 약 250m 지점까지는 매우 양호함을 확인하였고 송신 반경 약 260m에서 고층 건물이 장애물로 있는 ⑤번 지점(국제전자센터 바로 뒤편)에서도 다소 잡음과 왜곡이 발생하나 수신자가 송신자의 음성을 이해할 수 있는 수준인 것으로 확인 하였다. 다만 송신 반경 300m에서는 잡음과 왜곡으로 인해 부분적으로 송신자의 교신내용이 단절되어 수신자가 정확한 이해가 불가능한 경우가 발생하였다.
첫째, DMO는 단말간 직접통신 가능하기 때문에 교환기 및 기지국 장애 시에 임시 수단으로 유용하다. 둘째, 기지국이 최대 처리할 수 있는 부하의 임계치를 초과하는 등, TMO 통화량의 폭주시에 DMO를 활용하여 일부 트래픽을 분산시킬 수 있다. 셋째, DMO는 교환기와 기지국이 없이도 통신을 할 수 있으므로 막대한 구축 비용이 투자되어야 하는 지하, 터널, 산악, 해상 등 예상되는 지역에서 경제적인 망 구축이 가능하다.
본 논문을 통해 국내 TETRA DMO 단말기의 전파도달 가능범위는 400㎒의 경우 밀집도심 0.37∼1.53 ㎞, 도심 0.37∼1.55 ㎞, 교외 0.57∼2.40 ㎞, 시골(개활지) 1.44∼6.25 ㎞이고 800㎒의 경우 밀집도심 0.25∼1.00 ㎞, 도심 0.25∼1.03 ㎞, 교외 0.41∼1.74 ㎞, 시골(개활지) 1.08∼4.73 ㎞인 것으로 예측할 수 있다.
둘째, 기지국이 최대 처리할 수 있는 부하의 임계치를 초과하는 등, TMO 통화량의 폭주시에 DMO를 활용하여 일부 트래픽을 분산시킬 수 있다. 셋째, DMO는 교환기와 기지국이 없이도 통신을 할 수 있으므로 막대한 구축 비용이 투자되어야 하는 지하, 터널, 산악, 해상 등 예상되는 지역에서 경제적인 망 구축이 가능하다.
첫째, DMO는 단말간 직접통신 가능하기 때문에 교환기 및 기지국 장애 시에 임시 수단으로 유용하다. 둘째, 기지국이 최대 처리할 수 있는 부하의 임계치를 초과하는 등, TMO 통화량의 폭주시에 DMO를 활용하여 일부 트래픽을 분산시킬 수 있다.

후속연구

본 연구 결과는 경찰, 소방 등 TETRA 시스템을 무선통신망으로 활용하고 있는 공공기관들이 자체 표준작전절차를 수립 시에 유효한 DMO 작전 반경 범위를 설정할 수 있는 기초근거로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 다만 본 논문에서 ‘htx'의 비유효 범위 오차를 보정하기 위해 Okumura-Hata 경로손실 모델 예측 정확도의 최대 표준편차만큼을 마진으로 적용하였으나 보다 정확한 예측을 위해서는 실측치 통계 데이터를 수집하여 수정된 Okumura-Hata 경로손실 모델이 새롭게 개발되어야 할 것이다. 따라서 이를 향후 연구과제로 삼는다.
본 연구 결과는 경찰, 소방 등 TETRA 시스템을 무선통신망으로 활용하고 있는 공공기관들이 자체 표준작전절차를 수립 시에 유효한 DMO 작전 반경 범위를 설정할 수 있는 기초근거로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 다만 본 논문에서 ‘htx'의 비유효 범위 오차를 보정하기 위해 Okumura-Hata 경로손실 모델 예측 정확도의 최대 표준편차만큼을 마진으로 적용하였으나 보다 정확한 예측을 위해서는 실측치 통계 데이터를 수집하여 수정된 Okumura-Hata 경로손실 모델이 새롭게 개발되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개방형 디지털 주파수공용통신가 제공하는 기능은 무엇인가?	TETRA(TErrestrial Trunked RAdio)는 유럽전기통신협회(ETSI)에 의해 국제 표준화된 개방형 디지털 주파수공용통신(TRS : Trunked Radio System) 기술로서 기존의 셀룰러 시스템과는 달리 하나의 채널을 여러 이용자가 공동으로 이용할 수 있는 등, 주파수 효율을 극대화할 수 있다. TETRA는 재난안전 업무에 중점을 두고 개발되어 일반 셀룰러 서비스에서 제공하지 못하는 ‘우선순위 접속, 비상 지령통화, 기지국 독립 운용’ 등의 특화된 기능을 제공한다.[1]
	TETRA란 무엇인가?	TETRA(TErrestrial Trunked RAdio)는 디지털 TRS(Trunked Radio System)의 유럽 표준으로 재난통신에 특화된 서비스를 제공한다. 특히 TETRA에서 제공하는 DMO(Direct Mode Operation) 기능은 기지국 중계 없이 단말기간 직접통신이 가능하여 기지국 전파가 도달되지 않는 음영지역에 효과적으로 활용된다.
	DMO의 활용은 어떠한가?	TETRA(TErrestrial Trunked RAdio)는 디지털 TRS(Trunked Radio System)의 유럽 표준으로 재난통신에 특화된 서비스를 제공한다. 특히 TETRA에서 제공하는 DMO(Direct Mode Operation) 기능은 기지국 중계 없이 단말기간 직접통신이 가능하여 기지국 전파가 도달되지 않는 음영지역에 효과적으로 활용된다. 하지만 사용자들이 DMO기능을 보다 효과적으로 활용하기 위해서는 전파도달범위 예측 정보가 제공되어야 한다.

참고문헌 (8)

S.H Lee and C.B Kim, "Algorithm of Channel Selection for DMO Communication in Tetra system", The Journal of Korea Navigation Institute, Vol 17, No 5, pp. 497-505, Oct 2013.

원문보기 상세보기
S.H Lee, C.B Kim, "Spectrum Requirement Estimation for Korean Wireless Communication Network of Public Protection and Disaster Relief Based on ITU-R M.2033 in TETRA-TRS", The Journal of Korea Information and Communication Society, Vol 37A, No 10, pp. 858-864, Oct. 2012.

원문보기 상세보기
S.H Lee, J.S Yoon, C.B Kim and S.G. Lim, "A Scheme of Relay Device Deployment for Rapid Formed the Ad hoc Backbone Network and Optimization of Communication Coverage in Disaster Scene", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol 11, No 6, pp. 31-39, Dec. 2011.
Terrestrial Trunked Radio (TETRA); Voice plus Data (V+D); Designers' guide; Part 3: Direct Mode Operation (DMO), ETSI TR 102 300-3 V.1.3.3, pp. 16-17, June. 2009.
Terrestrial Trunked Radio (TETRA); Technical requirements for Direct Mode Operation (DMO); Part 1: General network design, ETS 300 396-1 V.1.2.0, Aug. 2011.
Terrestrial Trunked Radio (TETRA); Voice plus Data (V+D); Designers' guide; Part 1 : Overview, technical description and radio aspects, ETR 300-1, May. 1997.
A.F. Molisch, Wireless Communication, 2nd Edition, John Wield & Sons, 2011.
Study of the Propagation Characteristics in Outdoor Environment for Wideband Mobile Channels above 3GHz, TTA Research Report, pp.13, Nov. 2005.

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