차량 내 다양한 무선 신호를 테스트하는 방법

여러 가지 RF 상호간섭 현상 극복을 위한 솔루션

과거 1960년대에 자동차 제조업체들은 차량 엔진의 연료 점화 장치와 내장형 오디오 방송 수신기 사이의 RF(Radio Frequency) 상호간섭 현상을 해결해야 했다. 그로부터 60년이 지난 지금은 어떨까? 오늘날의 자동차는 이동통신 기지국, TV 안테나, 디지털 라디오 방송국, 초저전력 GNSS(Global Navigation Satellite System), 도시 지역의 Wi-Fi 핫스팟, 긴급구조통신 시스템 등에서 발산되는 RF 신호가 만연한 환경 속에서 운행되고 있기 때문에 이런 문제는 오히려 더 심화되고 있을 뿐이다.

게다가 요즘에는 OEM 전용 표준 요구사항들과 승인 요구사항들도 고려해야 한다. 또한 데이터 연결에 연관된 전자 모듈들은 RED(Radio Equipment Directive) 2014/53/EU를 충족해야 한다. 아울러 OEM은 시스템 통합 업체로서 전체 차량의 기능을 책임지고 있다. CE 적합 기기가 RED에 따른 해당 표준(Harmonized Standard)의 테스트 요구사항을 충족하는 경우에도 차량 내에서 원래 용도에 맞게 작동하는지는 또 다른 문제가 될 수 있다.

대부분의 표준은 간단한 블로킹(Blocking) 테스트 또는 셀렉티비티(Selectivity) 테스트와 같은 한정적인 공존(Co-existence) 테스트만 적용하기 때문에 차량이 일반적인 RF 환경에 적합한지에 관한 여부는 이를 검증하기 위한 추가 테스트가 필요하다.

차량 내 RF 상황은 더욱 복잡하다. 우선 차량 이동에 따라 스마트폰들의 통화 가능 확인 요청(Polling)을 받거나, 기지국 간에 망 이동(Handover)을 수행한다. 또 인포테인먼트 시스템이나 기기와 스마트폰 사이에 여러 개의 블루투스 연결이 있을 수 있으며, 모바일 셀룰러 네트워크를 통해 인터넷에 제공하는 모바일 Wi-Fi 핫스팟 기능을 제공하는 자동차도 있다. 여기에 무선 충전 시스템과 페어링하는 NFC 링크, 원격 키리스 엔트리, 원격 시동 장치의 존재 등, 이런 모든 RF 장비가 문제없이 공존할 수 있도록 관리하는 것은 대단히 복잡한 일이다.

아울러 Wi-Fi 네트워크, 보행자의 이동통신 기기, 그리고, V2X(Vehicle to Everything) 네트워크 등 차량 밖에서 전송되는 RF 에너지로 인한 영향을 평가하고 간섭 가능성을 확인할 필요도 있다. 특히나 전기차가 보편화되면서 충전소에서 대기하는 차량도 증가하고 있으며, 이런 사용 사례에서도 공존과 관련 문제를 평가해야 한다.

문제 해결을 위한 핵심 과제 중 하나는 일부 무선 기술이 사용하는 주파수 대역의 근접 또는 오버랩(Overlap)이다. 설계자는 블루투스와 WLAN, 3G 또는 LTE 신호와 블루투스, WLAN, 3G 또는 LTE 신호와 디지털 TV 신호 간 오버랩을 관리해야 한다.

현재 3G-WCDMA와 LTE 셀룰러 표준에 사용되는 대역은 많이 겹치지 않지만, 각 서비스의 대역 할당은 이동통신 사업자의 선택, 지역별 차이, 정부규제에 따라 다르다. 이 때문에 인포테인먼트 시스템 설계자는 단일 시스템을 더 많은 위치에서 서비스할 수 있도록 지원하는 대역 범위를 늘리는 노력을 하곤 한다.

설계자들이 고려해야 하는 또 다른 핵심 RF 문제는 단일 무선 기술의 인접 채널 간 간섭 가능성이다. 어떤 채널에서 전력 제어가 확실하지 않거나 송신 또는 수신 필터링이 부적절할 경우, 인접 채널에서 사용 중인 신호의 품질이 쉽게 저하될 수 있다.

게다가 이동통신 단말기의 네트워크 검색이나 다른 네트워크 사업자 기지국으로부터의 통신 등으로 인한 혼·변조(Intermodulation) 문제가 발생할 수 있다(차량의 eCall 모듈이 사용하는 네트워크도 다를 수 있음). 그럼에도 불구하고 실제 동작에서는 지원되는 모든 모드에서 가능한 모든 무선 기술이 제대로 동작해야 한다는 것은 냉엄한 현실이다. 이상적으로는 이들 모드와 기술의 모든 조합에서도 제대로 동작해야 한다.

RF의 평화로운 공존을 보장할 수 있는 설계는 대부분 차량 내 인포테인먼트 시스템 내 헤드엔드(Headend)에서 이뤄진다. 바로 각각의 기술을 지원하는 하나, 또는 여러 개의 복잡한 SoC IC로 구성된 하드웨어를 탑재하는 방식이다. 이런 구현 방식에서 성공적인 작동을 보장하려면 시스템이 동작하는 RF 환경을 시뮬레이션할 수 있는 시스템으로 광범위한 테스트를 실시해야 한다.

또한 3G/LTE, e-Call, GNSS 시스템(예: GPS)용 안테나는 차량 외부에 배치되고, 블루투스, Wi-Fi용 안테나는 차량 내부에 설치되므로 실제 환경 조건과 동등한 테스트의 수행을 위해서는 무선 환경에서 시험이 진행돼야만 한다.

로데슈바르즈는 복잡한 테스트 요구사항을 반영해 독자적인 OEM 표준을 개발하는 차량 OEM 업체들에 컨설팅 서비스를 제공한다. 이들이 국제 규정과 자체 품질 전략을 모두 만족할 수 있도록 하는 것이 목표다. 이와 함께 로데슈바르즈는 T&M(테스트&계측) 장비 제조사로서, 와이드밴드(Wideband) 무선 통신 테스터, 방송 신호 테스터, 벡터 신호 발생기, 스펙트럼 분석기, 전력 증폭기로 구성된 포괄적인 테스트 시스템과 커스텀 테스트 시스템을 제공하고 있다.

포트폴리오에 포함된 스위치 매트릭스는 자동차 산업 분야의 고객이 원하는 복잡한 테스트 시나리오의 작성을 가능케 한다. 아울러 방송, 미디어, 사이버 보안 분야 등에서 축적된 로데슈바르즈의 전문적인 고객 지원은 고객이 동일한 테스트 셋업 내에서 사용자 경험, EMC 적합성, 공존 테스트 등을 동시에 수행할 수 있도록 한다. 이를 통해 고객은 테스트 자원을 최적화하고 테스트 시간을 단축하며 테스트 비용을 줄일 수 있다.

위에서 설명한 테스트 요구사항의 기본적인 문제는 다양한 시나리오에서 필요한 신호와 간섭 신호의 복수 조합의 복잡성을 어떻게 관리하는가에 있다. 참고로 이런 주제와 테스트 최적화 단계에 대해 자세히 알아보려면 로데슈바르즈의 애플리케이션 노트 1MA275를 참조하면 좋다. 이 노트는 차량 내 인포테인먼트 시스템의 RF 특성화 측정 기법과 연관 측정 장비, 여러 RF 측정 과제 등 최근 자동차 산업에서 많은 관심을 받는 사용자경험 기반 측정에 대해 설명하는 문서다.

이제 이동통신에 연관된 시험 분야를 살펴보자. R&S CMW500 와이드밴드 테스터를 기지국 시뮬레이터로 설정하면 3G, 4G, WLAN, 블루투스 무선 기술에서 필요한 페이딩 효과를 포함하는 엔드-투-엔드 링크를 시뮬레이션할 수 있다. 또한 유럽의 eCall과 러시아 ERA-GLONASS 긴급구조시스템도 함께 지원한다.

R&S BTC 브로드캐스트 테스트 센터는 AM, FM, DAB/DAB+, DVB-T/DVB-T2, ATSC 3.0, DRM, SiriusXM 무선신호처럼 실제 환경의 오디오와 비디오 신호를 발생시키는 레퍼런스 신호 발생기다. 오디오/비디오 분석 기능과 페이딩 시뮬레이션 기능을 포함한다. BTC 브로드캐스트 테스트 센터는 이들 신호를 발생시키고 기기의 HDMI 출력을 테스트 기기로 루프백 입력해 단말기가 오디오/비디오를 어떻게 수신하는지 분석한다. 또한 최대 6GHz까지 신호 발생이 가능한 2개의 RF 신호 발생기, 일체형 오디오 플레이어와 멀티미디어 발생기가 탑재돼 있다.

R&S SMBV100A 벡터 시그널 발생기는 SDARS 위성 표준, GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo 등의 GNSS 신호, 일본의 위성항법 정확도 향상을 위한 QZSS/SBAS 시스템을 시뮬레이션할 수 있다. 벡터 신호 발생기용 옵션은 실시간 코더와 임의 파형 발생기가 포함된 베이스밴드 신호 발생기와 속도 적응형 베이스밴드 신호 발생기가 있다.

1단계에서는 측정 기기를 직접 연결해 인포테인먼트 시스템의 각 측면의 정상 작동 여부를 테스트한다. 다음 단계는 직접 연결된 상태에서 기능들이 동시 작동할 동안 인포테인먼트 시스템 내의 여러 부 시스템(Sub-System)이 어떻게 공존하는가를 확인하는 것이다.

이어 최종 단계에서 외부 안테나와 증폭기를 설치한 후 측정 장비와 인포테인먼즈 시스템 간의 상호 동작을 수행한다. 여기에서는 무선 작동 시 각 기능이 어떻게 독립적으로 작동하는가를 점검하고, 결과적으로 그런 조건에서 여러 가지 무선 기술이 어떻게 공존하는가를 확인한다. 로데슈바르즈는 장기간 축적된 경험과 노하우, 강력한 제품 포트폴리오를 통해 이런 복잡한 시험들을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 지원한다.

| 자료 제공: 로데슈바르즈

이 글은 테크월드가 발행하는 월간<EMBEDDED> 1월 호에 게재된 기사입니다.

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