기지국

기지국(Base Station)은 무선통신의 서비스를 위해 네트워크와 단말기를 연결하는 무선 통신설비이다.

개요

기지국은 육상 이동통신(무전기, 휴대전화 등)의 육상 고정국을 의미한다.이동국이나 다른 기지국과 전파를 주고 받거나 케이블망으로 이어준다. 간혹 오지나 해상에 무전기나 휴대전화 등을 가설하기 위한 이동식 장비를 이동식 기지국이라고 하기도 하는데 엄밀하게는 틀린 표현이다. 직접 들고 다니는 이동식 장비라면 이동국, 차량에 탑재하는 장비라면 차량국, 선박에 설치하는 장비라면 선박국이 올바른 표현이다.전파를 수발신을 하기 때문에 당연히 엄청난 양의 전자파를 발생시키며, 이것이 설치된 건물의 입주자들이 건강상 문제가 발생한다고 우려해 철거를 요구하는 민원이 많다. 하지만 전자파와 건강 간의 관계는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.보통의 HAM용 기지국은 트랜스미터, 리시버 등의 각종 통신 장비가 설치된 샤크 룸, 트랜스미터의 출력을 증폭하는 파워앰프, 안테나가 설치된 송신탑으로 이루어져 있다.

이동통신 서비스

이동통신 기지국의 서비스를 위한 주요 개념은 단말기와 송수신할 수 있는 커버리지, 주위의 기지국과 연계된 서비스 할당 지역인 셀, 이동통신 억세스 네트워크와의 연결 등이다.

• 커버리지

하나의 기지국이 단말기와 정보를 송수신할 수 있는 범위를 커버리지라 한다. 송신측 커버리지는 기지국의 무선 송신 강도에 의해 결정된다. 수신측 커버리지는 기지국이 단말기 신호를 수신하는 수신 감도에 의해 결정된다. 대개의 경우 기지국은 송신 커버리지와 수신 커버리지가 동일하도록 조정된다.

• 셀

CDMA, GSM, WCDMA와 같은 이동통신 서비스를 제공하는 사업자는 서비스 제공지역을 포괄하는 기지국들을 설치한다. 하나의 기지국이 서비스를 제공하도록 할당된 범위를 셀이라 한다. 이 때문에 휴대전화를 셀룰러 폰이라 하기도 한다. 기지국들은 서로 인접하여 있어서 서비스 제공 지역 전체를 벌집처럼 덮어 사용자가 하나의 셀에서 다른 셀로 이동하더라도 지속적으로 서비스를 제공할 수 있다. 이렇게 지속적으로 서비스를 제공하는 기술을 핸드오프 기술이라고 한다.

주요 기술

이동통신 기지국의 주요 기술에는 신호 산란에 의한 간섭을 제어하는 다중 경로 제어, 특정 지역에 대해 보다 많은 정보를 송수신할 수 있도록 하는 셀 분할, 하나의 셀을 둘 또는 셋으로 나누어 관리하는 섹터 등이 있다.

• 다중 경로 제어

기지국으로 수신되는 가입자의 신호는 가입자의 단말기에서 송신 된 후 수많은 장애물과 지형등에 반사되어 다수의 신호 경로를 형성하게 된다. 기지국은 두개의 수신 안테나를 이용하여 수신된 신호의 강도와 신호 지연을 검출하게 되고 이 중 가장 강한 신호를 취사선택하여 네트워크로 전송한다. 이것을 다중 경로 제어 또는 다이버시티(Diversity) 기술이라 한다.

• 셀 분할

셀은 이론적으로 기지국을 정 중앙에 둔 정육각형 형태로 설계된다. [1] 그러나, 실제 서비스에서는 서비스 사용자가 집중되어 있는 곳의 신호처리가 중요한 문제가 된다. 이를 위해 하나의 셀을 보다 작은 범위의 여러 개의 셀로 분할 할 수 있다. 셀의 분할에는 보다 적은 출력으로 커버리지 범위를 줄인 소출력 기지국을 여러 곳에 설치하거나 재야의 종 타종과 같은 행사로 인해 발생하는 일시적인 사용자 증가를 위해 이동 기지국을 사용하는 방법이 있다.

• 섹터

하나의 기지국이 관리하는 셀 안의 서비스 품질을 강화하기 위해 셀을 둘 또는 셋으로 분할하여 각각의 섹터에 대해 별도로 송수신 신호를 처리하는 기술을 섹터라 한다. 하나의 셀을 120° 씩 분할하여 세 개의 섹터를 운영하는 것이 일반적이다. 기지국은 각 섹터에 대해 하나의 송신 안테나와 두개의 수신 안테나를 할당한다.

• 핸드 오버

이동통신 사용자가 이동하면서 신호를 주고 받는 경우, 지속적인 서비스를 위하여 신호의 송수신을 관할하는 섹터 또는 기지국을 변경해야 할 필요가 있다. 이러한 섹터 또는 기지국의 변경을 핸드 오버라 한다.

구성 장비

기지국의 주요 구성 장비는

• 기지국 제어기

기지국의 신호 처리를 제어한다.

• 출력 증폭기

기지국의 송신 신호를 증폭한다.PA로 불린다.

• 컴바이너

출력 증폭기들에서 증폭된 여러 신호를 송신 안테나로 전송하기 위해 결합시키는 기능을 가진 장비이다.

• 필터

서비스에 사용하는 주파수 이외의 불필요한 주파수를 차단하는 장비이다. 일반적으로 하나의 안테나를 이용하여 송수신을 할 수 있도록 설계된 듀플렉서를 사용한다,

• 안테나

송신 신호를 공중에 방사하는 송신 안테나와 수신 신호를 감지하는 수신 안테나로 구성되어 있다.

• 원격감시장비

기지국은 서비스 사업자에 의해 원격으로 통제되는 무인 시설이기 때문에 기지국의 각종 상태를 실시간으로 전달하는 원격감시장비를 갖추고 있다.

• 부대시설

온도 제어를 위한 에어컨, 전력공급을 위한 분전반 등이 설치된다.

휴대 전화 기지국

일반 기지국

통신 안테나와 중계기 등을 본래 모습 그대로 설치하는 기지국으로 어디에 설치하느냐에 따라 실내 기지국과 실외 기지국으로 구분된다.실내 기지국은 건물주와 협의해서 건물 내 일정한 공간에 설치한다. 이때 모든 창문은 통신사 보안상 안을 볼 수 없게 막아버린다. 이는 외부 방해요소(더위, 추위, 비 등)를 건물이 다 막아 주기 때문에 유지관리 면에서 어느정도 용이하다. 시골에 가도 간간이 실내 기지국이 보이는데, 규모가 좀 되면 넓은 터에 건물을 지어서 사용하지만 작으면 기지국 터에 컨테이너 박스로 지어 놓은 것도 있다.실내기지국에 설치되는 장비로는 해당 통신사 통신장비와 장비보호차원에서 365일 24시간 가동되는 냉방기, 전기장치가 많아 스프링쿨러를 사용할 수 없어 자동소화장치로 소화약재를 사용한다.통신사의 보안을 위해 출입인원 통제장치도 필요하며 출입문도 기지국 안에서만 열리게한다.감시 장치 역시 설치되며 기지국에 설치된 장비의 상태를 망관리실로 보내준다 마지막으로 기지국의 정전상태에 대비하기위해 축전기를 설치한다. 실외 기지국은 도시 지역에서는 주로 건물 옥상에 실외형 기지국 장비[5] 몇개 갖다놓은 것이고, 시골 지역에서는 나대지에 철망을 치고 그 안에 장비 몇개 갖다 놓은 것이다. 이는 부수적인 소화장비, 냉방기를 설치 할 필요가 없지만 외부 방해요소에 그대로 노출된다.모든 기지국은 출입문이나 그 옆에 통신사, 기지국명이 적힌 명판을 달아놓는다.요새 설치하는 기지국과 노후된 기지국을 대신해 설치하는 기지국은 RRH(Remote Radio Head)라고 하는 무선 출력만 담당하는 장비만 가지고 있고 데이터 처리 장치 BBU(Base Band Unit)를 분리하여 데이터 처리 장비를 국사 한 곳으로 몰아서 설치하는 식으로 기지국 크기와 소비전력을 줄였다. BBU는 디지털 무선 신호(디지털 IQ 스트림)를 RRH로 전송하고 RRH에서는 이 신호를 DAC로 아날로그로 변환해 송신하는 구조이다. RRH에서 수신된 신호도 ADC로 디지털로 변환해 BBU로 전송한다. 이 둘의 연결은 CPRI라는 규격을 주로 사용한다.