28 GHz 교외 고정 무선 접속을 위한 90 % 커버리지 채널 모델

본 논문은 28 GHz 대역에서 교외 주거지역을 대상으로 고정 무선 접속(Fixed Wireless Access, FWA) 시스템의 전파 특성을 정밀히 조사하였다. 연구팀은 미국 뉴저지와 칠레 비냐델마르 두 지역에서 각각 13개와 7개의 거리 구간을 선정해, 총 2 000여 개의 링크를 측정하였다. 측정 장비는 55° 반파빔을 가진 송신 안테나와 10° 반파빔을 가진 회전 수신 안테나를 사용했으며, 송신 전력은 22 dBm, 전체 EIRP는 51 dBm으로 설정하였다. 수신기에는 저노이즈 증폭기와 믹서가 포함된 파워미터가 탑재되어, –126 dBm의 노이즈 플로어와 5 dB의 NF를 달성하였다. 회전 수신 안테나는 1° 해상도로 360° 전방위 스캔을 수행했으며, 각 위치에서 10 초 동안 최소 37회의 스캔 데이터를 수집하였다. 측정은 두 가지 시나리오로 구분된다. ‘Same‑street’ 시나리오는 베이스 스테이션과 단말이 동일 거리(같은 거리) 내에 위치하지만, 나무와 관목에 의해 LOS가 차단된 경우가 많아 실제는 ‘vegetation‑blocked LOS’ 형태이다. ‘Other‑street’ 시나리오는 인접한 평행 거리의 베이스 스테이션과 단말 사이의 완전 NLOS 상황을 의미한다. 두 시나리오 모두 거리 20 m에서 200 m까지 측정했으며, 거리 70 m 이상에서는 3 m 간격으로 데이터를 수집하였다. 전파 손실은 로그‑거리 파워‑로우 모델 P(d)=A+10 n log10(d)+Xσ 로 피팅되었다. Same‑street 링크에 대해 A=–45.1 dB, n=–4.06, σ=6.4 dB 로 추정되었으며, 이는 100 m 거리에서 자유공간 대비 약 25 dB의 추가 손실을 의미한다. 이 결과는 3GPP 38.901 Urban Micro NLOS 모델과 RMS 오차 6.6 dB 수준으로 일치한다. Other‑street NLOS 링크에서도 유사한 경사값(≈4.0)과 변동성을 보였으며, 전파 손실이 거리와 함께 급격히 증가함을 확인하였다. 안테나 방사 패턴 분석에서는 회전 수신 안테나가 측정한 전력 분포 P(φ)를 이용해 평균 전력 와 최대 전력 max P(φ)를 계산하였다. 효과적인 방위 이득 G_eff = max P(φ) – 로 정의한 결과, 10 %의 링크에서 방위 이득이 4.3 dB 이상 감소하였다. 이는 산림 및 건물에 의한 다중 경로와 산란이 고정 안테나의 빔포밍 효율을 저하시킬 수 있음을 보여준다. 시스템 차원의 용량 예측을 위해, 51 dBm EIRP와 11 dBi 단말 안테나를 가정하고, 1 Gbps 목표 전송률을 달성하기 위한 최소 SNR을 10 dB로 설정하였다. 모델링된 경로 손실과 안테나 이득 감소를 고려했을 때, 동일 거리(같은 거리) 시 100 m 이내에서 90 % 확률로 목표 전송률을 만족한다는 결론을 얻었다. 이는 라이트폴 높이 3 m에 설치된 베이스 스테이션 하나만으로도 교외 환경에서 고속 데이터 서비스를 제공할 수 있음을 의미한다. 본 연구는 교외 주거지역의 특수한 환경(나무·관목에 의한 차단, 저층 주택 밀집도 등)을 반영한 대규모 측정 데이터를 제공한다. 기존 도시 중심가 기반 모델과 비교했을 때, 경사값과 그림자 페이딩이 유사하지만, vegetation‑blocked LOS 상황에서 추가 손실이 뚜렷하게 나타난다. 또한, 안테나 방위 이득 감소 현상을 정량화함으로써, 실제 배치 시 빔포밍 전략 및 안테나 설계에 중요한 인사이트를 제공한다. 이러한 결과는 향후 5G·6G mmWave FWA 네트워크 플래닝, 표준화 작업, 그리고 실무 엔지니어링 설계에 직접 활용될 수 있다.