15. 어디까지 터지냐를 설계해보자 - Link Budget

통신이 잘 이루어지려면, 내가 쏘는 신호가 상대에게 적절한 세기로 전달되어야 한다. 이전에 이동체의 통신때, 노이즈가 많이 끼는 경우 비트나 심볼이 다른 것으로 착각당하는 얘기를 했었다. 

그러면, 내가 세게 쏘기만 하는 되는 거 아냐?라고 생각하겠지만, 내가 세게 쏘는 것은 옆의 단말에는 잡음으로 작동하기 때문에, 가능한한 작게 쏘도록 하는 것이 중요하다.

신입사원 무렵에 들었던 얘기지만, CDMA/WCDMA라 하는 것은 서로 다른 나라 말로 커다란 방에서 여러사람이 대화를 나누는 것이라는 예를 들었었다.

• 내가 알아듣는 말로만 통신이 된다. (Code 단위의 분리)
• 내가 소리를 지르기 시작하면 다들 소리를 지르기 시작해서, 방안은 개판오분전이 되어 거의 누구도 대화를 나눌 수 없게 된다. 그러니, 대화가 가능한 최소한의 목소리로 대화를 하도록 노력해야 한다. (Power Control의 중요성)

기본적으로 현대의 이동통신은 내 신호 이외의 모든 것을 잡음으로 고려하여, 어느 정도로 전파의 세기의 기준을 잡을까하는 Link Budget(링크 전파세기 예산안?)을 기본으로 잡고 간다. (WiFi의 경우는 남이 쓰고 있으면 내가 못쓰는 식으로 처리가 돼서, 한 AP 내에서 동시에 여러대가 쓰려면, 하나하나를 빨리 처리해서 보내는 고급기술이 적용된 공유기를 쓰는 게 더 좋다.)

기지국에서 폰까지 (출처: https://5g-tools.com/4g-lte-link-budget-calculator/ )

 

그걸 식으로 표현해 보면... (출처: https://5g-tools.com/4g-lte-link-budget-calculator/ )

위의 그림이나 식을 보면 "우선 기지국(이나 단말)의 쏘는 세기"로부터

• 기지국 안테나 케이블의 감쇠분 
• 기지국 안테나의 이득분 (이는 안테나 자체의 성능 얘기기도 하지만, 안테나의 방향과 그에 따른 전파세기의 차이 얘기기도 하다.)
• 기지국 반경에 따른 공간 통과 감쇠분
• 건물/식물통과시 감쇠분
• 이동하거나 건물 사이에서 난반사를 고려한 감쇠분
• 주위 기지국/단말기의 신호에 따른 간섭을 고려한 잡음치
• 눈/비가 올 경우를 고려한 감쇠분
• 들고 있는 사용자의 몸을 투과할 때의 감쇠분
• 단말기 안테나의 이득분

을 더하고 빼서, 단말기(나 기지국) 수신부의 민감도(신호를 구분해내는 능력) 내에 들어와서 신호를 구별해 낼 수 있으려면 최초에 얼마나 세게 쏴야하나, 또는 이정도 세기면 어느 정도 기지국 반경에서 통신이 가능할까를 미리 설계를 하는데, 이것이 Link Budget이다. 다만 이 값의 한계치는 있고, 특히 단말기의 경우 사용자가 음성통화라도 하는 경우 머리 바로 옆에 대고 사용하기 때문에 최대 출력이 제한될 수 밖에 없어서, 단말기의 한계값이 보통 그 한계값이 된다.

그 한계 값이 있고, 그 범위 내에서 설정한 값으로 기지국에 송출하게 되는데, 위의 여러요소들의 값이 고려한 거 보다 부정적 영향이 커지는 경우 통신이 어려워지는 것이다. 시체말로 안 터지는 일이 발생하는 것이다.

요즘도 좀 그런 느낌인데, 초기 해외 사업자들은 집 안에서 유선 전화 있으니 유선 전화 쓰겠지,라는 마인드로 Link Budget을 잡아서 건물 내에서 잘 안터지는 경우가 많았다. 하지만, 우리나라에서는 집전화가 있더라도 이불 뒤집어쓰고 통화를 하셔서, 그에 맞도록 Link budget을 잡아서, 더 촘촘하게 기지국을 설치하는 경향이 있다. 그래서 해외에 나간 경우 속도가 느리네, 잘 안 터지네라고 느끼는 경우가 많다. (영국 출장 가서 밤에 한국에서 전화왔는데 방에서 통화가 안돼서 머리에 까치집을 짓고서 주차장에 나가서 통화했던 기억이 있다.)

하여간, 잘 안터지는 케이스는 위에서 고려한 감쇠분이 생각보다 강하거나 잡음이 강하거나 그런 케이스가 된다. 예를 들어보면...

   1) 거기 사람 별로 없을 거 같아서 기지국을 좀 느슨하게 박았어요. (지하주차장 구석, 건물 한가운데 계단, 사유지 내 계곡 등)

     1-1) 건물주가 중계기나 기지국 설치를 허락 안해줘요.

     1-2) SKT 본사에 KT 기지국 설치를 허락 안해줘요. (이전에 SKT랑 공동 시험한다고 KT 마킹한 차로 SKT 본사 들어갔더니, 주차장 알바가 KT 중계기 설치하러 왔냐고 반가워하던 일이...)

   2) 오늘 날씨가 습하고 비가 많이 오네요. (감쇠가 심한 날)

   3) 사람이 너무 많이 몰려서 잡음레벨이 올라가네요. (다른 사용자로 인한 잡음이 강해진)

     3-1) 사람이 너무 빽빽해서 사람을 전파가 통과하기 힘들어요.

   4) 높은 곳에 있으니 여러 기지국의 신호가 다 잡히면서 잡음레벨이 올라가네요. (다른 기지국으로 인한 잡음이 강해진) (고층건물이나 비행기)

     4-1) 건물이 없는 평야지대라서 주위 기지국의 신호들이 다 잡히네요. (제일 심했던 케이스가 전라도 평야지대에서 십몇킬로 바깥 기지국이 방해하는 케이스도 봤었다.)

   5) 생각보다 튼튼하게 건물 지으셔서 전파가 투과가 잘 안되네요.

   6) 기지국 다 설치한 다음에 새로 건물 지으셔서, 이전 설계값으로 통신이 안되네요. (일단 중계기 설치로 대응하다가 신규 기지국 설치와 주변 기지국 설계를 다 뒤집...)

이게 잡음에 관련된 Link budget적인 의미에서 통신이 잘 안되는 케이스 들이다. 

3)의 특수케이스 인데, 단순히 기지국이 서비스를 제공할 수 있는 댓수 이상으로 단말기가 몰려있으면 기지국 자원이 모자라서 통신이 안되는 케이스도 있다. 대충 xxx대를 기지국이 동시에 서비스가 가능하기 때문에 집회가 있다거나, 보신각 종을 타종하는 연말 같은 때에 보면, 이동식 차량 기지국을 더 설치해서 좀 분산해서 처리해보려고 하지만, 그래도 기지국 용량이 부족한 경우가 있고, 이러면, 속도가 느려지거나 아예 기지국이 내 얘기를 못 들어주는 상황이 발생하면 안 터지는 것이다.

또, 하도 몰리는 탓에 해당 기지국에 접속을 요구하다가 일정 횟수 이상 실패하면, 일시적으로 해당 기지국은 못 쓰는 것으로 단말기가 판단하고 당분간 그 기지국은 제끼고 접속을 시도하는 경우도 있다.

또 추가적으로 생각해 볼만한 것은 기지국의 이동에 관련된 파라미터를 너무 민감하게 설정하는 경우, 단말기가 여러 기지국의 중간 지점에서 이거잡았다 저거잡았다 하면서, 주변기지국의 잡음은 잡음대로 받으면서, 신호는 약하고, 기지국 사이에서 오락가락하면서 서비스 제대로 못 받는 경우도 있겠다.

美泥.