5G로 속도를 개선하는 방법

• 최신 요구 사항을 충족시키기 위한 툴로 5G를 사용하는 방법

시장에 장비를 출시하려면 누구든지 그 장비를 평가하고, 승인을 받아야 합니다. 엘레멘트는 전 세계적으로 풍부한 전문 지식을 갖춘 커넥티드 테크놀로지(Connected Technology, CT) 팀과 함께 장비의 평가 및 승인에 도움을 줄 수 있습니다. 5G 장비 제조업체가 직면하고 있는 몇 가지 일반적인 도전 과제에 대해 이야기해 보겠습니다.

무선 성능

무선 성능 시험은 모든 무선 서비스에 공통으로 요구되며, 5G도 예외는 아닙니다. 또한 무선 성능 시험의 개념이나 접근 방식에 있어 시험 장비에 비용을 지불하는 것이 아니라면 다른 무선 서비스와 크게 다르지 않습니다.

북미와 미국연방통신위원회(FCC)

미국과 캐나다의 무선 시험은 일반적으로 송신기의 성능을 기준으로 합니다. 송신기 출력 전력, 신호 대역폭 및 스퓨리어스 방사(Spurious emissions)는 가장 일반적인 시험이며 미국은 연방통신위원회(Federal Communications Commission, FCC)의 규정이 매우 명확하고, 주파수 대역이 할당되어 있습니다. 연방통신위원회는 모바일 통신을 위해 새로운 무선 스펙트럼을 할당할 수 있으며, 실제로 그렇게 하는 경우가 많습니다. 모든 인증은 통신 인증 기관(Telecommunication Certification Body, TCB)에 의해 수행되며, 인증은 게시된 시험 절차에 따라 공인 시험소에서 올바르게 진행하면 됩니다.

연방통신위원회 및 캐나다 산업과학부(Innovation, Science and Economic Development Canada, ISED) 시험은 일반적으로 무선 서비스에서 초과해서는 안되는 그 이상의 수준으로 이루어집니다. 이전의 다른 모든 세대와 마찬가지로 5G 무선은 출력 전력 및 스퓨리어스 방사를 연방통신위원회 및 캐나다 산업과학부가 규정한 한도 이내로 유지하고, 할당된 주파수 대역 내에 있어야 합니다.

연방통신위원회 및 캐나다 산업과학부 시험 결과는 장비 인증의 일부로 간주되기 때문에 제조업체가 규정을 준수하고, 올바르며, 정확하게 시험을 진행하는 것은 매우 중요합니다. 미국과 캐나다 시장에 진출하기 위해서는 이러한 규정에 대한 적절한 경험과 지식을 갖춘 시험 파트너를 선택하는 것이 좋습니다.

유럽연합(EU)과 무선기기지침(RED)

각 유럽연합(EU) 회원국은 각 나라마다 고유한 주파수 할당을 관리하고 있어, 유럽연합 내에 새로운 대역을 추가하는 것은 각 유럽연합 국가마다 서로 다른 시기에 일어날 수 있습니다.

유럽연합의 무선 시험은 송신기의 출력 성능과 수신기의 효과적인 성능을 기반으로 하여 무선 스펙트럼의 원활한 사용을 지원합니다.

송신기 출력 전력, 신호 대역폭, 스펙트럼 마스크(spectrum mask) 및 스퓨리어스 방사는 일반적인 송신기 시험입니다. 수신기 성능은 보통 주변에서 다른 무선 서비스가 작동하는 동안 낮은 전력 수준에서 신호를 수신하고 정확하게 처리하는 무선 성능의 역량에 따라 결정됩니다.

이상적인 무선기기지침의 평가 접근 방식은 유럽전기통신표준화기구(European Telecommunication Standards Institute, ETSI)에서 발표한 시험 표준에 따라 시험을 진행하는 것입니다. 연방통신위원회와 달리 유럽연합용 5G 무선은 사전에 규정된 한도로 맞추는 것뿐만 아니라 의도한 대로 작동해야 하며, 출력 전력은 일반적으로 적절한 3GPP 릴리즈 내에서 명시된 대로 사전에 규정된 정격 전력의 허용 오차로 측정됩니다. 수신기 성능 수준도 3GPP 릴리즈 내에서 설정되며, 무선 업계에서 기대하는 수준으로 성능을 갖추고 있음을 입증해야 합니다.

제조업체는 장비에 가장 적합한 유럽전기통신표준화기구의 최신 표준을 적용해야 합니다. 이러한 표준은 발표 및 승인이 된 경우, 유럽연합관보(Official Journal of the European Union, OJEU)에 게재됩니다. 그러나 때때로 5G와 같이 새로운 기술을 이른 시기에 도입하는 제조업체는 유럽전기통신표준화기구의 표준이 등록되기 전이나, 공식적으로 발표되기 전에 그들의 제품을 시험해야 할 수 있습니다. 이는 유럽연합 시장에 진출하는 제조업체에게 큰 걸림돌은 아니나, 규정 준수 전략의 위험을 높이고, 승인 절차가 변경될 수 있습니다.

새로운 기술 유형을 시험하는 것은 표준이 초안일 경우 복잡한 절차가 될 수 있으며, 제조업체는 위험 평가에서의 모든 결과를 문서화해야 합니다. 이에 무선기기지침 규정 준수에 대한 경험이 있는 시험 파트너를 선택하는 것이 중요합니다.

오버 디 에어 (OTA)

OTA (Over The Air) 시험은 요즘 많은 사람들이 이야기하는 흥미로운 신조어이며, 엘레멘트는 이러한 혁신적인 측정 방식을 수행한 것에 대해 매우 자부심을 갖고 있습니다. 그러나 이상한 점은 1895년 마르코니가 영국에서 무전기를 발명한 이래로 모든 무선 기기가 공중파로 작동해 왔다는 것입니다.

실제로 대부분의 무선 유형에서 안테나 포트를 통해 ‘수행된’ 측정 방식이 가장 쉽고 반복이 가능합니다. 안테나는 일반적으로 매우 단순한 장치로 여겨져 왔기 때문에 케이블을 통해 무선을 측정한 후, 나중에 안테나를 추가할 때 어떤 일이 발생할지 몇 가지 상황을 가정해 보는 과정을 거쳤습니다.

많은 제조업체는 새로운 안테나 유형을 사용하기로 결정할 때 다시 무선을 시험해야 한다는 사실에 매우 놀랐으며, 새로운 안테나를 사용할 때 결과가 다르다는 사실에 또 한 번 놀라워했습니다. 

사실, 아주 단순한 안테나라도 무선의 성능을 변화시킬 수 있으며, 일부 휴대폰은 수신기가 모두 동일하게 높은 표준에 따라 설계되고 시험되었음에도 불구하고 신호가 약한 지역에서 더욱 원활하게 작동하는 것처럼 보일 수 있습니다. 안테나는 다중 빔(multiple beam) 기능과 능동 부품(active components)으로 더욱 복잡해지고 있습니다. 고주파 FR2 기기를 살펴보면, 고주파에서 전도도 측정 시 수반되는 손실까지 고려할 때 더욱 중요한 문제가 됩니다. 이러한 모든 이유로 인해 표준들은 본질적으로 장비의 실제 성능을 평가하기 위해 방사 시험(radiated test)을 허용하기 시작했으며, 경우에 따라 의무적으로 방사 시험을 포함하기도 합니다.

OTA 시험은 그간 무선 장비 적합성 시험의 일환으로 사용되어 왔으며, 이제서야 규제 시험에 통합되고 있습니다. 이는 일반적인 방식으로 무선을 시험하는 데 사용될 뿐만 아니라 ‘실제 환경’에서 측정할 때도 사용됩니다.

OTA의 핵심은 어떤 방향에서도 장비의 총 복사 전력(Total Radiated Power, TRP)과 수신 성능을 알아야 한다는 점입니다. 이는 야외 시험장(Open Area Test Site, OATS)에서 단순히 턴테이블을 돌려 가장 높은 신호 수준을 포착하려고 했던 예전과는 완전히 달라진 방식입니다.

적합성

대부분의 무선 서비스에는 적합성 테스트가 필요하며, 5G도 마찬가지입니다. 이러한 적합성 테스트는 3GPP 릴리즈 요구 사항과 겹치면서 상당 기간 OTA 측정을 통합해 왔습니다. 적합성 시험은 장비가 예상대로 작동하는지 확인하기 위한 것으로, 시험은 네트워크별로 기대하는 성능에 따라 달라집니다. 하나의 네트워크는 다른 네트워크와 비교했을 때 장비가 지원하는 특징을 다르게 선택할 수 있으며, 이는 적합성 시험 및 승인 과정의 일환이기도 합니다.

그렇기에 네트워크 통신사와의 경험과 관계를 구축한 시험 파트너를 선택하는 것이 중요합니다.

전자파흡수율(SAR)

전자파흡수율 및 기타 RF 노출로부터의 안전은 새삼스러운 주제는 아니지만, 5G와 관련되어 중요도가 높습니다. 휴대폰과 태블릿에 대한 RF 노출 평가는 오랜 시간 동안 이루어져왔으며, 다른 모든 유형의 송신기에도 적용됩니다.

5G로 인해 발생한 몇 가지 새로운 도전 과제에 대해 주목할 필요가 있습니다. 

먼저, 일반적으로 머리나 신체 가까이에서 사용하는 기기로부터의 RF 노출은 전자파흡수율이란 시험을 통해 평가됩니다. 전파흡수율은 무선 장비에 의해 머리나 신체에 흡수되는 RF 에너지 양을 나타냅니다. 전자파흡수율 시험 시스템은 다양한 방식으로 작동하지만 일반적으로 측정 프로브(probe) 또는 머리나 신체의 특성을 시뮬레이션하기 위한 안테나와 유체가 있습니다. 이 시스템은 2G, 3G 및 4G 장비에서 사용되는 주파수를 포함하여 우리가 익숙하게 다루는 주파수에서 원활하게 작동합니다. 그러나 RF2 밀리미터파(mmWave)와 같이 주파수가 높아질수록 RF 흡수는 피부 아래까지만 진행되며, 이러한 경우 전자파흡수율을 대신하는 적절한 측정 방법은 전력 밀도(Power Density, PD) 가 됩니다.

또 다른 문제는 5G용으로 확인된 일부 주파수 대역이 상당히 넓은데, 5G 시스템이 광범위한 채널로 이 대역을 최대한 활용한다는 것입니다. 일반적으로 협대역(narrow band) 장비를 사용하여 RF 노출과 관련한 광범위한 채널을 정확하게 측정하는 것은 시험 장비 제조업체와 전자파흡수율 시험소의 도전 과제입니다.

전자파흡수율, 전력 밀도 및 RF 노출 시험은 제품 규정 준수에 있어 매우 중요한 부분이므로, RF 안전에 대한 세간의 우려로 인해 규제 당국에서 면밀히 조사하고 있습니다. 시장 진입과 소비자 신뢰 확보에 주력하는 제조업체와 사업자가 위험을 감수할 필요는 없습니다.

연방통신위원회(FCC) 인증

무선 송신기에는 미국연방통신위원회 인증이 필요하며, 통신 인증 기관(Telecommunication Certification Body, TCB)에서 수행해야 합니다. 이는 대부분의 무선 유형에 적용되며 5G도 다르지 않습니다. 그러나 새로운 기술 유형 마다 새로운 도전 과제를 제기되며, 올바른 통신 인증 기관을 선택하는 것이 중요합니다.

오늘날 모든 인증은 통신 인증 기관에 의해 수행되며 연방통신위원회는 자체적으로 인증을 수행하지 않습니다. 그러나 고주파 FR2 5G 장비에 대한 RF 노출과 같은 새로운 기술 유형이나 새로운 시험 절차는 사전 승인 지침(Pre-Approval Guidance, PAG)라는 절차에 따라 연방통신위원회와 통신 인증기관이 협력해 평가해야 합니다.

인증 및 시험 절차의 복잡성과 오류를 극복하려면 해당 절차에 익숙하고 편안한 통신 인증 기관을 선택하는 것이 중요합니다.

유럽연합(EU) 무선기기지침(RED) 준수

유럽연합의 무선기기지침을 준수하는 것은 반드시 무선 장비 제조업체의 적합성 선언(Declaration of Conformity, DoC)을 기반으로 합니다. 무선 성능 표준이 유럽연합관보(OJEU)에 등재되어 있지 않은 경우, 인증기관(Notified Body, NB)은 모든 시험 결과를 포함한 기술 파일을 검사하고 제조업체에 유형 검사 인증서(Type Examination Certificate)를 발급해야 합니다. 이를 통해, 제조업체는 무선을 유럽연합 시장에 출시하기 전에 적합성 선언을 진행할 수 있습니다.

앞서 설명한 바와 같이, 기술은 항상 표준보다 앞서 발전합니다. 3GPP는 새로운 릴리즈를 발표하고 ETSI는 지속적으로 표준을 업데이트하기 위해 노력하고 있습니다. 무선 장비는 일반적으로 3GPP 릴리스에 맞추어 출시되지만, 최신 ETSI 표준보다 먼저 출시되곤 합니다. 특히 시험 표준이 초안일 경우, 새로운 기술에 대한 무선기기지침 규정을 적용할 때 이해도와 경험을 갖춘 시험 파트너 및 인증기관을 선택하는 것이 중요합니다.

엘레멘트는 무선기기지침 공식 인증 기관이자 무선기기지침 규정 준수에 대한 전문 지식을 갖추고 있으며, 영국인증표준(UKCA)에 대한 영국 공식 승인 기관이기도 합니다.

향후 전망

귀사의 장비가 엘레멘트에서 5G 테스트를 완료하고 시장에 출시되는 동안에도 당사는 3GPP 표준 및 차세대 무선 기술의 동향을 계속 주시할 것입니다. 차세대 셀룰러 통신 시대를 맞이하여 다시 한 번 귀사와 협력할 수 있기를 기대합니다.