이동통신채널의 물리적 특성에 대해 간단한 정리

열잡음(Thermal Noise)

• 수신장치의 안테나를 포함한 초고주파부의 열잡음이 신호품질 저하를 발생.
• 이 열잡음의 원인은 송수신 장치에서 전자의 운동이 열을 발생하면서 나오는 것으로, 장치의 특성 상 피할 수 없음.
• 열잡음은 모든 주파수 성분에서 균일한 분포를 보이며, 이로 인해 백색 잡음(White Noise)라고도 칭함.
• 이 열잡음만 존재하는 이상적인 채널을 AWGN(Additive White Gaussian Noise)라고 지칭함

경로 손실(Path Loss)

• 송수신기 간 거리차에 의해 송신전력이 감쇠하는 물리적인 현상.
• 송신신호 감쇠는 송신전력과 수신전력의 상대적인 비로 나타낼 수 있음.
• 자유공간에서의 손실은 반송파 파장의 제곱에 비례, 송수신기 간 거리의 제곱에 반비례.
• 무선 신호 전력의 감소가 지수함수적으로 감쇠하기 때문에, 거리에 따라 송신전력을 조정하는데, 이런 시스템의 제어 방식이 기지국에서 휴대전화가 멀 때 배터리 소모가 많아지는 이유가 됨.

다중경로 페이딩(Multipath Fading)

• 무선전파 신호는 건물이나 산 같은 장애물에 반사되면서 여러 경로로 수신기에 도달하는데, 이로 인해 발생하는 신호전력 감쇠, 왜곡을 지칭.
• 세기만 다른 것이 아니라 도착 시간이 다른 것까지 고려해야 함.
• 직진파의 도착시각과 반사파의 도착시각의 차를 지연확산이라 하는데, 신호의 심볼구간보다 이것이 커지면 품질에 엄청난 영향을 미침.
• TDMA에서는 등화기(Equalizer), CDMA에서는 레이크 수신기(Rake Receiver), OFDM은 최대 지연확산보다 큰 시간 보호 구간을 삽입해 ISI 방지.

음영 손실(Shadowing Loss, Shadowing Fading)

• 높은 장애물이나 건물 지하 같은 기지국 또는 휴대장치에 송신하는 전파에 음영이 드리워져 전력이 감쇠하는 현상.
• 주파수가 높을수록(파장이 짧을수록) 전력 감쇠가 심해짐.
• 이를 해소하기 위해 무선 중계기를 사용해서 신호 증폭 및 재전송을 실시.

도플러 확산(Doppler Sperad)

• 이동통신기기는 말 그대로 이동이 가능하기 때문에, 통신 중 이동하는 경우 송신 시점의 신호와 수신 시점의 신호의 주파수가 달라질 수 있음. - 도플러 효과에 대해 이해 필요
• 주파수 변화는 정확한 정보 수신에 악영향을 주며, 이를 해결하기 위해서 주파수를 지속적으로 추적해 보상 작업 실시.

레일레이 페이딩(Rayleigh Fading), 라이시안 페이딩(Rician Fading)

• 페이딩을 크게 대규모 페이딩(경로 손실, 음영 손실 등)과 소규모 페이딩(지연확산, 도플러확산 등)으로 나눌 수 있음.
• 다중경로 페이딩 채널을 통해 신호 전송 시에는 각각의 포락선이 열화되는 현상이 나타나며 이 때 레일레이/라이시안 분포를 따름.
• 라이시안 페이딩은 주로 수신신호가 직진파(LOS) 성분만으로 구성되는 분포를 보임.
• 다중경로 페이딩 채널에서 LOS 성분이 없고, 수신신호가 단순한 여러 반사파로만 구성된 경우 라이시안 분포는 레일레이 분포가 됨.
• 라이시안 분포의 확률밀도 함수에서 s=0이면 레일레이 분포가 되고, s가 매우 커지면 가우시안 분포와 근사해짐.