5G 테스트: 신뢰성과 성능을 위한 새로운 패러다임

National Instruments의 비즈니스 & 기술 펠로우 Charles Schroeder는 5G가 기업 통신부터 자율주행차까지 모든 것을 혁신할 것이라고 설명합니다. 약속된 속도, 초저지연, 대규모 연결성을 제공하기 위해 5G 기기는 본질적으로 이전 세대보다 더 복잡하며, 근본적으로 다른 테스트 방법론을 요구합니다.

역사적으로 테스트 엔지니어는 RF 반도체, 기지국, 모바일 핸드셋을 대규모로 검증하기 위해 잘 확립된 측정 세트와 하드웨어 케이블 방식을 의존했습니다. 5G의 확장된 스펙트럼, 정교한 빔포밍, 밀집 안테나 어레이로 기존 기법은 더 이상 충분하지 않습니다. 오버-디-에어(OTA) 테스트가 이제 케이블 방식을 대체해 실제 운영 조건에서 5G 성능을 정확하게 평가해야 합니다.

사용자당 10Gbps라는 5G 목표를 달성하기 위해 표준은 멀티유저 MIMO(MU-MIMO)를 도입하고 센티미터 및 밀리미터파(mmWave) 대역으로 확장합니다. MU-MIMO는 빔포밍을 통해 여러 사용자가 단일 주파수 대역을 공유하게 하며, mmWave 주파수는 고속 데이터에 필요한 대역폭을 제공합니다. 그러나 mmWave 신호는 더 빨리 감쇠하므로 안테나 어레이와 고급 빔포밍이 범위와 전력 확장에 필수적입니다.

이 기술 구현에는 이전 세대보다 훨씬 많은 안테나 요소가 필요합니다. mmWave 주파수에서 안테나 자체가 작아 '안테나-인-패키지'(AiP) 솔루션으로 모바일 기기에 통합될 수 있습니다. AiP는 공간 절약을 제공하지만 직접 테스트 포인트를 제거해 OTA 테스트를 유일한 실행 가능한 옵션으로 만듭니다.

OTA가 신규 과제를 해결하는 방식

테스트 엔지니어에게 주파수 상승, 새로운 패키징, 안테나 밀도는 여러 장애물을 제시합니다. OTA 테스트는 안테나 캘리브레이션, 고정구 공차, 신호 반사에서 추가 측정 불확실성을 도입합니다. 엔지니어는 이제 무향실 절차, 빔 특성화, 최적 코드북 계산, 안테나 파라미터 프로파일링을 테스트 계획에 포함해야 합니다.

또한 계속 확대되는 RF 대역폭은 캘리브레이션과 측정을 위한 계산 부하를 증가시켜 테스트 시간을 연장합니다. 테스트 관리자는 이러한 기술적 요구를 자본 비용, 운영 비용, 시장 출시 시간, OTA 챔버에 필요한 물리적 공간과 균형 맞춰야 합니다.

이러한 과제에도 불구하고 OTA 테스트는 독특한 이점을 제공합니다. 케이블로 접근할 수 없는 AiP 기반 안테나 어레이를 탐색할 수 있는 유일한 방법입니다. OTA는 전체 어레이의 시스템 레벨 평가를 가능케 해 직렬 또는 병렬 개별 요소 테스트 대비 더 높은 처리량과 효율을 잠재적으로 개방합니다.

업계 전문가들은 견고한 테스트 프레임워크가 비용과 일정을 통제하면서 진화하는 기술에 보조를 맞출 수 있음을 반복적으로 입증했습니다. 테스트 기기와 방법론의 지속적 혁신—특히 OTA 솔루션—으로 전 세계 엔지니어들은 5G의 상업적 성공을 보장할 좋은 위치에 있습니다.

저자는 Charles Schroeder, 비즈니스 & 기술 펠로우, National Instruments