1. 이동통신 시스템 및 사용 주파수
이러한 이동통신을 기술적인 측면에서 살펴보면 1세대 아날로그 방식의 이동통신 시스템에서 2세대 CDMA 방식의 이동통신으로 진화하였고, 주파수를 1.7GHz 대역으로 올린 2.5세대 PCS (Personal Communication Services) 시스템을 거쳐 현재 2GHz 대역의 3세대 WCDMA 시스템으로 발전하고 있다. 최근의 이동통신은 음성 통화뿐만 아니라 화상전화 및 인터넷 등의 데이터 통신 단말기로도 사용되며 데이터 통신 전용으로는 무선 LAN (WLAN : Wireless Local Area Network) 및 WiBro 등의 무선 인터넷 망 등 새로운 망 또한 서비스되고 있다. 무선 LAN의 경우 2.4GHz와 5GHz 대역에서 서비스되고 있으며, WiBro는 2.3GHz대역에서 휴대인터넷 서비스로 사용되고 있다. 최근에는 유비쿼터스 기술의 발전으로 주변 10m 이내에 있는 다양한 장치들을 접속하는 WPAN (Wireless Personal Area Network) 기술이 발전하여 블루투스 (Bluetooth). UWB (Ultra-Wide Band), ZigBee 등의 저출력 무선기기가 기업 내, 가정 내, 병원 내 다양한 환경에서 사용되고 있다. 다음 [그림 1]은 우리나라를 포함한 전세계 이동통신 주파수 대역을 나타내고 있으며, [표 1]은 국내 주파수 대역을 정리하여 나타내었다.
|
 |
|
2. 이동통신 기지국의 기술적 특성
이동통신 단말기 (Mobile Station)와 이동통신 기지국 사이의 통신 개념은 다음 [그림 2]에 나타나 있다. 이동통신 단말기에서 기지국으로 가는 무선 채널은 uplink라고 불리며 보통 단말기 사용자의 음성 신호가 변조되어 송신된다. 반면에 기지국에서 단말기로 가는 무선 채널은 downlink라고 불리며 보통 여러 사용자의 음성신호가 묶여서 전송된다. |
|
기지국은 셀 내 다양한 사용자와 통신을 하기 위하여 여러 개의 무선 송신기를 포함하며, 각각의 송신기의 최대 출력 전력을  라고 하면, 기지국 안테나에 급전되는 전체전력  은 다음 식 [1]과 같이 주어진다. |
|
여기서  은 송신기의 수이며,  은 신호결합기 (combiner)와 급전 케이블에서 발생하는 손실에 해당된다. 이제 기지국 안테나로부터 방사되는 전자파는 거리의 제곱에 따라 감쇄하므로, 안테나로부터 거리  만 큼 떨어진 지점에서의 전력 밀도  는 다음 식 [2]으로 주어진다. |
|
여기서  는 dB로 표현된 안테나 이득에 해당하며 안테나가 주빔 (main beam) 방향으로 방사전력을 집중할 수 있는 정도를 나타낸다. 안테나의 특성은 각 셀의 구성 및 섹터 형태에 따라 다양하게 나타난다. 먼저 매크로셀의 경우 안테나의 빔 특성은 다음 [그림 3]과 같다. 먼저 수직방향으로 안테나의 빔 폭은 5~10o로 좁으며, 수평방향에서 10o 정도 아래로 기울어져 있다. 이는 안테나가 설치된 위치를 고려할 때 안테나 설치 지점으로부터 50~300m 정도의 범위에서 안테나 주빔 방향이 지상을 향하도록 한 것이다. 반면에 마이크로셀 기지국에 설치된 안테나의 경우는 짧은 거리에서 통신이 수행되므로 수직방향으로 넓은 빔폭을 가지게 된다. |
|
[그림 3]를 살펴보면 기지국으로부터 100m 이내의 거리에서는 전자파의 세기가 주빔 방향에 비해 상대적으로 매우 작음을 알 수 있다. 이러한 안테나의 방향에 따른 전파세기의 특성은 안테나 이득이라는 개념으로 설명된다. 안테나 이득이란 모든 방향으로 전파를 방사하는 무지향성 안테나에 대한 상대적인 이득으로 단위는 dBi를 사용한다. 일반적으로 이동통신 기지국에서는 15~18dBi의 안테나 이득을 갖는 지향성 안테나를 사용하며, 무지향성 안테나의 경우에도 수직방향으로 이득을 가지므로 8~10dB의 이득을 가지게 된다. 반면에 마이크로셀 기지국이나 중계기 안테나의 경우 셀 반경이 작으므로 안테나의 빔폭이 커지고, 이득은 더 작아진다. [그림 4]는 매크로셀 기지국 안테나의 수평방향 빔 특성을 무지향성 안테나와 지향성 섹터 안테나에 대해 각각 나타낸다. |
|
