셀룰러 시스템에서 용량 확장 테크닉

〈모바일통신시스템〉 수업 노트

셀룰러 시스템에서, 시스템을 구성하는 방법을 조정하여, 같은 범위의 시스템에서 더 많은 용량을 확보할 수 있는 테크닉이 있다.

셀 분할

이벤트 등으로 사람들이 개별 셀에 두드러지게 몰리면, 셀을 더 작게 분할하여 같은 범위에서 대응할 수 있는 사용자 수를 늘릴 수 있다. 셀의 개수가 늘어남에 따라 시스템 전체의 용량은 증가한다. 다만 동시에 핸드오버도 그만큼 증가함을 유의해야 한다.

또한 분할한 만큼 송신 전력을 줄이는 것도 고려하여야 한다. 분할 이전과 동일한 송신 전력을 유지하면 Co-channel 간섭이 증가하여, 셀 분할로 목표한 용량 증가 효과가 미비할 수 있다.

육각형 셀의 반지름 $R$ 이 감소하면, Co-channel 재사용 비율 $Q$ 는 유지된다. $R$ 이 감소하면 $D$ 도 감소하기 때문에 $Q = D/R$ 은 일정하다.

수신 전력은 $

\(P_r \propto P_{t1} R^{-n}\)
셀 분할 전의 수신 전력

\(P_r' \propto P_{t2} (R/2)^{-n}\)
셀 분할 후의 수신 전력

만약 $n$ 이 4일 때, 셀을 반지름이 $1/2$ 가 되도록 분할한 후에도 Rx 전력 $P_r$ 이 유지되도록 하기 위해서는, 송신 전력을 12dB 줄여야 한다.

\[P_{t2} = \frac{P_{t1}}{2^n} \Leftrightarrow P_{t2} \text{[dBm]} = P_{t1} \text{[dBm]} - 12 \text{dB}\]

섹터링 (Sectoring)

셀 안에서 무지향성 안테나를 사용하는 대신, 지향성 안테나를 사용해 셀을 부채꼴로 나눌 수도 있다. 이렇게 하면, 주변 셀에서 오는 간섭의 수를 줄일 수 있다. 예를 들어 3 섹터로 나누어 지향성 안테나를 설치하면, 각 셀은 6개의 Co-channel 셀에서 간섭을 받는 대신, 2개의 Co-channel 셀에서 간섭을 받게 된다.

\[\begin{aligned} S/I &\approx Q^n / N_I \\ S/I_{\text{omni}} &\approx Q^n / 6 \\ S/I_{\text{3-sector}} &\approx Q^n / 2 \\ \end{aligned}\]

이렇게 SIR을 개선함으로써 클러스터 크기 $N$ 을 줄일 수 있는데, 클러스터 크기를 줄임으로써 시스템 전체의 주파수 재사용 효율을 증가시킬 수 있다.