컴퓨터 네트워크 #26
목차 - 셀룰러 네트워크
- 셀룰러 네트워크
- 주파수 재사용
셀룰러 네트워크
셀이란 하나의 기지국이 통신 서비스를 담당하는 영역을 말한다.
기지국은 무선 신호를 송수신하며, 안테나의 출력에 따라 셀의 크기가 다르다. 기지국이 출력은 보통 40~100W 이고, 셀 크기는 약 수백m ~ 수km정도 이다.
단말의 경우 기지국으로부터 통신 서비스를 제공받으며 기지국과 무선신호를 송수신한다.
단말의 출력은 보통 0.2W 정도이다.
기지국에서 단말로 통신하는 것을 하향 링크(DL : Down Link)단말에서 기지국으로 통신하는 것을 상향 링크(UL : Up Link)라고 한다.
다수의 셀 끼리의 네트워크를 셀룰러 네트워크라고 한다.
기지국과 단말의 출력차이
기지국은 100W의 출력이고, 단말은 0.2W의 출력인데 어떻게 같은 통신범위를 가질까?
이는
SNR(Signal to noise ratio : 신호 대비 잡읍)으로 설명 가능한데, 통신 범위가 같은 대신data rate가 다르다.SNR은
신호 크기/잡음 크기로 잡음은 일정한 크기를 가진다.따라서 신호 크기는 출력에 비례하게 되서 DL 에서 더 크다.
SNR 이 높을 수록 한 번에 더 많은 비트를 전송할 수 있다.
즉 기지국에서 단말로 더 많은 양의 데이터를 적은 오류로 보낼 수 있다.
우리가 말하는 에러는 이 잡음으로 인해 신호가 plane 을 바꿀 정도로 클 때 발생한다.
우리가 전송한 신호가 위상이 틀어지더라도 같은 Plane 안에 존재하면 오류가 발생하지 않는다.
하지만 위 그림처럼 잡음에 의해 Plane 1 로 송신한 신호가 Plane 2로 수신되면 오류가 발생한다.
- SNR이 크다 = 신호가 잡음 대비 매우 크다 = 신호의 크기가 크다 = 위상이 틀어질 확률이 낮다 = 에러가 적다 = 더 많은 비트를 전송 가능하다 = 효율이 높다.
핸드 오버
두 셀의 경계에 단말이 존재할 때, 수신 신호가 더 큰 기지국으로 연결을 설정하는 것을 말한다.
이 때 원래 기지국과의 연결은 해제된다. 단말이 현재 연결 설정을 한 기지국의 셀을
Serving cell이라고 부른다.
셀 모양
만약 셀 모양이 정사각형이라면, 기지국 간의 거리가 다르게 되고, 이는 핸드오버의 빈도의 불균형을 초래한다.
따라서 부하를 균등하게 분산시키에 좋지 않다.
따라서 실제 셀 모양은 기지국 간 거리가 동일한 육각형 모양 셀을 사용한다.
주파수 재사용
동일한 주파수 대역을 사용하는 두 기지국간의 DL 신호는 셀의 단말에서 서로 간섭을 일으킨다. 이를 셀 간 간섭이라고 한다.
UL 신호는 출력 자체가 작아서 기지국에게 간섭으로 작용하지 않는다.
위와 같은 간섭은 서로 다른 주파수 대역을 할당함으로써 해결할 수 있다.
하지만 현실에서는 주파수는 한정된 자원이다.
간섭을 피하고자 무한정 분할해서 사용할 수 없다.
우리나라에서는 현재 통신 3사별로 구분된 주파수 대역을 사용하며, 대역폭은 약
100MHz이다.또한 주파수를 여러 대역으로 분할할 수록 분할된 대역의 대역폭이 줄어들어서 처리량이 낮아진다.
육각형 셀에서 인접한 셀과 다른 주파수를 사용하려면 총 7개의 주파수 분할을 해야되고 이는 매우 비효율적이다.
따라서 주파수를 효율적으로 분할하기 위해
주파수 재사용(frequency resuse)기술을 사용한다.주파수 재사용 예시는 다음과 같다.
부분 주파수 재사용
주파수 재사용은 문제점이 존재하는데, 실제로 셀간 간섭이 문제가 되는것은 대부분 셀의 경계에서만 일어나기 때문이다.(신호의 크기가 비슷하므로)
셀의 중심에서는
serving cell의 신호가 매우 크기 때문에 간섭의 영향을 거의 받지 않는다.따라서 모든 위치에서 주파수 재사용을 사용하면 셀의 중심처럼 필요없는 위치에서도 주파수 재사용을 사용하게 되고, 이는 처리량 측면에서 비효율적이다.
이를 위해 셀의 경계에서만 주파수 재사용을 적용하는 기술이
부분 주파수 재사용이다.부분 주파수 사용의 예시
셀 섹터링
셀을 3개의 섹터로 나누는 것으로 각 섹터는 별도의 기지국을 사용한다.
각 섹터 안테나는 기존의 등방성 안테나가 아닌 방향성 안테나로 0~120도 범위를 커버한다.
같은 셀 면적에 기지국이 늘어났으므로, 더 많은 단말 서비스가 가능하다.