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네트워크 기반 무인기 제어 통신시스템을 위한 지상국 안테나 패턴 설계
Ground Station Antenna Pattern Design for Network-Based UAV Command and Control Communication Systems 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.25 no.5, 2021년, pp.384 - 389  

김경호 (한국항공우주산업(KAI) 위성개발실) ,  김희욱 (한국전자통신연구원 무인이동체시스템연구그룹) ,  정영호 (한국항공대학교 항공전자정보공학부)

초록
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네트워크 기반 무인기 제어통신 시스템을 위한 복잡도와 성능을 고려한 지상국 최적 안테나 패턴 설계 방식을 제시하였다. 다수개의 측면 섹터와 한 개의 상향 섹터로 구성되는 지상국 안테나의 섹터 수, 수평/수직 빔폭, 틸팅각도 등 안테나 설계 파라미터의 변화에 따른 수직/수평 각도 별 안테나 이득을 모델링하고, 가상의 3차원 공간 내에서 각 파라미터의 변화가 신호 대 잡음 비 (SNR : signal to noise ratio) 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 파라미터 중 측면 섹터의 틸팅 각도가 성능에 가장 큰 영향을 미치는데, 지상국 간 거리가 길수록, 최고 고도가 높을수록, 측면 섹터 수가 작을수록 틸팅 각도를 낮춰야 함을 확인할 수 있었다. 또한 최저 SNR 최대화 측면에서는 측면 섹터 수직 빔폭을 늘리는 것이 유리하지만 평균 SNR 측면에서는 수직 빔폭을 줄이는 것이 유리함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

An optimal ground station (GS) antenna pattern design method for network-based UAV command and control communication systems considering complexity and performance is presented. The GS antenna consists of multiple side sectors and one upward sector. The antenna gain for each vertical/horizontal angl...

주제어

#Antenna design   #CNPC   #Network-based UAV communication   #UAS   #UAV communication  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 그림 2의 3차원 공간을 동일 간격의 격자점으로 나누어 무인기의 위치를 미리 정하고, 해당 위치에서 각각의 GS 방향으로의 안테나 이득 값을 정확하게 반영하여 SNR을 분석할 수 있는 그림 5와 같은 GUI 기반 SNR 분석 시뮬레이터를 개발하였다. 안테나 패턴 설계 관련 파라미터와 경로감쇠 모형, 송신 전력, 분석 격자점 수 등의 정보를 입력하여 모의실험을 수행하고, SNR 분석 통계결과와 음영지역 위치, 수직 빔에서 서비스하는 영역 등의 결과를 도출한다.
  • 셀 반경, 최대고도 등이 다르게 주어지는 상황에서 네트워크 기반 무인기 C2 지상국 안테나 패턴의 최적 설계를 위하여 수평방향 섹터 수, 수직/수평 빔폭, 틸팅각도 등 다양한 설계 파라미터의 변화가 커버리지에 미치는 영향을 관찰하고, 각 상황별 최적 파라미터 값을 도출하였다. 본 논문에서는 간단한 식 기반의 안테나 패턴을 이용하여 실제 안테나 설계 시에는 오차가 있을 수 있으나, 설계과정에서 다양한 파라미터를 변화시켜 복잡도와 성능의 절충점을 찾는데 있어서 참고자료로 활용 가능하다.
  • 그림 2의 3차원 공간을 동일 간격의 격자점으로 나누어 무인기의 위치를 미리 정하고, 해당 위치에서 각각의 GS 방향으로의 안테나 이득 값을 정확하게 반영하여 SNR을 분석할 수 있는 그림 5와 같은 GUI 기반 SNR 분석 시뮬레이터를 개발하였다. 안테나 패턴 설계 관련 파라미터와 경로감쇠 모형, 송신 전력, 분석 격자점 수 등의 정보를 입력하여 모의실험을 수행하고, SNR 분석 통계결과와 음영지역 위치, 수직 빔에서 서비스하는 영역 등의 결과를 도출한다.
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참고문헌 (9)

  1. H. W. Kim, K. S. Kang, and B. S. Lee, "R&D and standardization trends on control and non-payload communication for unmanned aircraft systems," Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 33, No. 3, pp. 70-77, Jun. 2018. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. RTCA: Command and control (C2) data link minimum operational performance standards (MOPS) (terrestrial), RTCA Report DO-362, Sep. 2016. 

  3. RTCA: Minimum aviation system performance standards for C2 link systems supporting operations of unmanned Aircraft systems in U.S. airspace, RTCA Report DO-377, Mar. 2019. 

  4. RTCA: Command and control (C2) data link minimum operational performance standards (MOPS) (terrestrial), RTCA Report DO-362 Revision A, Dec. 2020. 

  5. COBHAM. Unmanned systems and control centre antennas [Internet]. Available: http://www.cobham.com. 

  6. H. W. Kim, D. Kim, K. Kang, K. Lim, B. Lee and J. Y. Ahn, "Optimum antenna beam pattern design for point-to-multipoint GRS of UAS CNPC," in Proceedings of 2017 IEEE Asia Pacific Microwave Conference, Kuala Lumpur: Malaysia, pp. 483-486, 2017. 

  7. A. Hamza, S. Khalifa, H. Hamza and K. Elsayed, "A survey on inter-cell interference coordination techniques in OFDMA-based cellular networks," IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 15, No. 4, pp. 1642-1670, Mar. 2013. 

    상세보기 crossref

  8. G. Fredrik, J. Martin, F. Anders, L. Magus, S. Arne, T. Claes and B. Mats, "Downtilted base station - a simulation model proposal and impact on HSPA and LTE performance," in Proceedings of the 68th IEEE Vehicular Technology Conference, Calgary: Canada, pp.1-5, 2008. 

  9. B. Constantine, Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. New York, NY: WILEY, 2016. 

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