빌딩 내 공조 닥트의 무선망 활용을 위한 전파 특성 측정 논문자료

빌딩 내 공조 닥트의 무선망 활용을 위한 전파 특성 측정
Measurement of Propagation Characteristic of 
HVAC Ducts within Buildings for Wireless Networks

본 논문에서는 빌딩 내부의 공조 닥트를 이용한 무선 통신망의 전파 특성을 측정하고 분석한다. 공조 피더 구조를 분석하고 전송 모드를 여기할 수 있는 피더 장치를 제작하여 시뮬레이션을 통하여 여기 특성을 분석한다. 2.45 GHz 와이파이 대역에서 실제 건물 내부의 공조 닥트를 통해 송수신되는 전파의 세기를 측정하고, LOS 환경 및 격벽이 있는 사무실 그리고 복도 등 여러 실내 환경 조건에서 전파를 측정하여 닥트 피더 방식과 비교한다. 측정 및 분석 결과를 활용하여 닥트를 이용한 무선망 설계 방법을 제안한다.

---

연구 주제

 

1. 문제 정의

본 논문에서는 기술적 적용 가능성을 분석하기 위하여 실제 건물 내 구성된 다양한 형태의 공조 닥트에서 전파 특성을 측정하고, 실내 자유 공간, 격벽이 있는 사무실 공간 및 복도에서 전파를 측정하여 공조 닥트에 보내는 방식과 비교하였다.

2. 가설 설정

이와 같이 닥트를 이용하여 실내 무선망을 구축할 수 있을 것이라는 가정 하에 Pavel V. Nikitin과 Daniel D. Stancil이 300 mm 크기의 원통형 닥트에서 각 모드별 전파 특성을 해석하였다.

 

연구 방법

 

1. 제안 방법

Ozan K. Tonguz, Daniel D. Stancil 등이 직경 300 mm 크기의 HVAC(Heating, Ventilation & Air Conditioning)덕트 내부에서 전파의 송수신 특성을 시험하였다.

우선 닥트 망을 구성하고 있는 모든 요소에 대하여 각 모드별로 손실을 해석한 다음, 피더로 부터 diffuser에 이르기까지 과정의 링크 손실을 계산하여 최적의 위치에서 최적의 모드들을 선정하여 여기시킨다.

통신망을 구축할 수 있다는 개념을 기본 으로 하여 공조 닥트망의 구조를 분석하고, 전송 모 드를 여기할 수 있는 피더 장치를 제작하고 시뮬레 이션을 통하여 여기 특성을 분석하였다.

실제 건물에 설치된 공조 닥트를 실물 그대로 제작하여 닥트 내부 및 외부에서 전파의 특성을 측정하였으며, 다 양한 실제 건물 공조 닥트에서 전파 특성을 측정하였다. 또한, LOS 환경 및 격벽이 있는 사무실 그리고 복도 등 여러 실내 환경 조건에서 전파를 측정하여 닥트 피더 방식과 비교하였다.

또한, LOS 환경 및 격벽이 있는 사무실 그리고 복도 등 여러 실내 환경 조건에서 전파를 측정하여 닥트 피더 방식과 비교하였다.

2. 대상 데이터

건물의 크기는 60 m ×30 m 정도로 테스트 베드용 닥트가 놓인 삼화통신 사무실의 약 두 배에 해당되는 면적이다.

사무실은 두께 3 cm의 석고 보드 로 구획되어 있으며, 송신 안테나는 옥상에서와 동일한 위치에 두고 측정하였다.

3. 이론/모형

송신측 안테나는 선형 다이폴 및 COCO(Collinear Coaxial) 타입의 안테나를 사용하였고 수신 레벨의 측정은 단말의 2.45 GHz에서 WiFi 수신 레벨을 기록해 주는 Net-Stumbler를 사용하였다.

 

연구 결과

 

1. 성능/효과

이 공조 닥트는 43 m×43 m의 면적에 포설되어 있어서 테스트 베드용 닥트에 비해 2배 규모의 크기인데, 천정 공사로 인하여 일부의 닥트 구간이 훼손된 부분(ⓐ)을 제외하면 비교적 양호한 수신 레벨인 -60～-70 dB 이상이 수신되는 것을 볼 수 있다.

닥트 피더 방식은 기존의 외부에 안테나를 거치하는 방식에 비하여 보다 균일하게 전파를 보내며, 실내의 구획에 영향을 받지 않음을 알 수 있었다.

그러므로 이러한 구조의 건물에서 한 층을 모두 커버하려면 복도에서만 최소한 4개의 안테나가 필요하며, 사무실 내부까지 커버하려면 두 사무실 당 한 개씩 9개, 총 13개 이상의 안테나가 필요함을 알 수 있다.

안테나를 거치하는 방식에 비하여 보다 균일하게 전파를 보내며, 실내의 구획에 영향을 받지 않음을 알 수 있었다.

닥트의 단면 크기가 작을수록 모드의 전파 특성에 의한 분기 닥트 전력 분배 특성이 확연하게 나타나는 반면, 닥트의 크기가 커지면, 보다 많은 다이폴이나 COCO 안테나를 조합하여 피더를 구현해야 원하는 특정 모드를 여기 할 수 있음을 알 수 있었다.

결과적으로 닥트는 도파로의 역할을 충분히 하므로 이것을 이용하여 무선망을 구축하면 기존의 외부 안테나 거치 방식에 비하여, 실내 공간 구획에 영향을 받지 않고, 보다 넓고 균일한 수신 레벨을 갖는 커버리지를 구축할 수 있게 됨으로써 실내 통신망의 품질을 향상과 비용 절감이 가능함을 볼 수 있었다.

2. 후속 연구

향후 닥트 망 내 구성품 및 다양한 크기의 분기 tree에서 보다 정확한 전파 특성을 파악하기 위하여, 구성 요소들을 무반 사실에 넣고 피더를 조합하여 보다 정밀한 전송특성 을 측정하고, 이 자료를 기반으로 닥트 망을 이용하여 무선망을 설계하는데 활용해야 할 것이다.

---

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201233355897925

[논문]빌딩 내 공조 닥트의 무선망 활용을 위한 전파 특성 측정