[기고] 측정 소프트웨어는 Wi-Fi 7 테스트에서 왜 중요한가
  • 2023-11-07
  • 앤드류 헤레라(Andrew Herrera), 키사이트테크놀로지스, RF 테스트 소프트웨어 제품 마케팅 관리자


무선 솔루션의 성능이 개선되고 있는 것은 맞지만, 제대로 된 준비가 없다면, 규제적 표준을 충족하는 것은 더 어려워질 것이다. 높은 용량으로 작동하기 위해서는 사용자가 새로운 표준과 규제를 충족할 수 있는 고성능 제품을 활용해 테스트를 진행해야 한다. Wi-Fi 7도 마찬가지다. 해당 표준에서 새롭게 선보이는 내용과 새로운 규칙이 제시하는 무선 신호 관련 과제, 그리고 이러한 과제를 해결하는 데 도움이 되는 테스트 소프트웨어의 유형부터 살펴본다.
 

 












우리는 무선 연결 없이 단 하루라도 살 수 있을까요?

오늘날 우리들의 일상생활 곳곳에 무선 솔루션이 녹아들어 있기 때문에 아마 불가능할 겁니다. 직장에서 학교, 일상적인 소통의 현장까지, 무선 연결은 모든 곳에서 활용되고 있습니다. 무선 연결 기술의 발전은 다른 기술과 연구, 혁신적 아이디어의 발전에 도움이 되고, 끊임없이 진화하는 세상에서 기술의 발전을 뒷받침합니다.

현재 5G와 Wi-Fi 5 같은 고성능 무선 솔루션이 존재하며, 일부 업계에서는 Wi-Fi 6라고도 알려진 802.11ax를 사용합니다. 6G, IEEE 802.11be, Wi-Fi 7과 같은 무선 솔루션으로 계속해서, 빠르게 발전하고 있습니다. 누군가는 이전 세대의 무선 표준들로 미루어 볼 때, 성능이 개선되고 있으니 규제적 표준을 충족하는 것 또한 더 쉬워질 것이라고 생각할 수 있습니다. 하지만 그렇지 않습니다.

무선 솔루션의 성능이 개선되고 있는 것은 맞지만, 제대로 된 준비가 없다면, 규제적 표준을 충족하는 것은 더 어려워질 것입니다. 높은 용량으로 작동하기 위해서는 사용자가 새로운 표준과 규제를 충족할 수 있는 고성능 제품을 활용해 테스트를 진행해야 합니다. Wi-Fi 7도 마찬가지입니다. 해당 표준에서 새롭게 선보이는 내용과 새로운 규칙이 제시하는 무선 신호 관련 과제, 그리고 이러한 과제를 해결하는 데 도움이 되는 테스트 소프트웨어의 유형부터 살펴보도록 하겠습니다.

802.11의 역사

근거리 무선 통신망(WLAN) 제품과 시스템은 802.11b, 802.11g, 802.11a 표준을 통해 시작되었으며 1997년에 도입된 802.11 표준의 스루풋을 향상시켜 주었습니다. 무선 기술은 더 높은 데이터 전송 속도에 대한 요구와 새로운 애플리케이션의 요구 사항을 충족하기 위한 최신 기술들의 통합을 통해 지속적으로 발전하고 있습니다. 목표는 스펙트럼 활용도, 스루풋, 사용자 경험을 개선하는 것입니다.

오늘날의 WLAN 표준인 802.11ax에서는 802.11ac를 혁신적으로 개선하였습니다. 훨씬 더 높은 효율성, 용량, 커버리지를 추가하여 특히 경기장, 공항, 쇼핑몰 같이 실내외 환경의 밀도가 높은 배포 시나리오에서 더 나은 사용자 경험을 제공합니다. 802.11ac와는 다르게 802.11ax는 2.4, 5, 6 GHz 대역에서 작동합니다. 또한 여러 가지 기술 빌딩 블록을 이용하는데, 높은 효율성을 위한 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA), 높은 용량을 위한 8x8 다중 사용자, 다중 입력 및 다중 출력(MU-MIMO), 용량, 효율성, 사용자 경험 개선을 위한 업링크 스케줄링을 예로 들 수 있습니다. 1024 QAM 변조 같은 다른 기술들은 스루풋을 개선합니다.

 
표 1. 802.11n, 802.11ac, 802.11ax, 802.11be의 물리 계층(PHY) 비교
 

802.11be에서 선보이는 새로운 내용

비록 개발 초기 단계이긴 하지만, 802.11be는 아주 큰 가능성을 갖고 있습니다. 여러 가지 새로운 기능들이 스루풋을 대폭 늘려 주고, 실시간 애플리케이션을 위한 지원을 제공할 것입니다. 이러한 기능들에는 320 MHz의 전송 대역폭, 4096 QAM 변조 사용, 더 많은 공간 스트림을 통한 MIMO의 향상이 포함됩니다. 802.11ax처럼 802.11be도 2.4, 5, 6 GHz 주파수 대역에서 작동하게 될 것입니다. 이 새로운 기능들은 이전 세대와 비교했을 때 대폭 개선된 역량을 제공합니다.

새로운 근거리 무선 통신망(WLAN) 디바이스는 역호환이 가능하며 동일한 대역에서 작동하는 레거시 IEEE 802.11 디바이스와 공존할 수 있습니다. 표 1에서는 802.11n, 802.11ac, 802.11ax 및 802.11be의 주요 물리 계층(PHY) 기술을 비교합니다.

802.11be의 규제 관련 과제

반면, 역호환성, 공존, 4096 QAM 변조 같은 새로운 기능들이 등장하면서, 규제적 표준을 충족할 때 신호 과제에 직면하게 됩니다.
4096 QAM 변조를 예로 들어 보겠습니다. 이전 세대 802.11ax와 비교했을 때 QAM 변조는 오류 벡터 크기(EVM) 요구 사항보다 3 dB 더 까다로운데, 802.11be에서는 -38 dB이지만, 802.11ax에서는 -35 dB입니다. EVM 요구 사항이 까다로워지면서, 오류를 초래하는 노이즈, 전력 앰프의 비선형 49성, 위상 노이즈 등이 큰 영향을 미치게 될 것입니다. 이러한 변화는 더 낮은 EVM 플로어 분석 요건을 충족하기 위해 고성능 신호 분석 테스트 소프트웨어와 장비를 필요로 합니다.

EVM 분석과 측정은 신호 품질을 평가하는 데 사용되는 핵심 지표입니다. 올바른 EVM을 가진 하나의 신호를 측정하는 것은 어려울 수 있습니다. 하지만 오류의 발생에 기여하는 요인들을 줄이며 EVM의 복조 및 평가를 위해 여러 신호를 동시에 측정하는 것은 굉장히 어려운 일이며, 오류의 위치를 정확히 파악해야 할 때 더욱 어려워집니다.

소프트웨어는 Wi-Fi 7 같은 새로운 표준을 테스트할 때 굉장히 중요한 역할을 합니다. 표준이 진화하면 측정과 테스트에 사용하는 도구도 진화합니다. 소프트웨어는 무선 연결의 개선을 돕기 위해 계속해서 발전하고 있습니다.
 


신호 분석 테스트 소프트웨어

신호 분석, 신호 생성, 자동화를 위한 측정 소프트웨어는 특정한 결과를 도출하는 고유한 솔루션을 제공합니다. 미래를 대비하는 솔루션을 확보할 수 있는 소프트웨어를 선택하는 것이 중요합니다.

이제 설계자들은 802.11n/ac/ax 및 802.11be 변조 분석을 위한 소프트웨어를 통해 최신 무선 신호에 대한 이점을 얻을 수 있습니다. 다양한 소프트웨어 옵션들은 레거시 및 신규 무선 신호 분석 과제를 해결하도록 설계된 고급 문제 해결 및 평가 툴셋을 제공하며, 최신 표준에서 사용되는 MU-MIMO 및 OFDMA와 같은 기술을 지원합니다. 단 하나의 소프트웨어로 802.11 표준을 비롯해 75가지가 넘는 신호 및 변조 유형을 지원할 수 있습니다.

사용자는 적절한 테스트 소프트웨어를 통해 신호의 거의 모든 측면을 살펴보고 가장 발전한 설계까지 최적화할 수 있습니다. 엔지니어들은 이 소프트웨어를 통해 설계의 트레이드오프를 평가하여 복잡성을 줄일 수 있습니다.

무선 표준의 역사를 보면 알 수 있듯이, 기술과 성능은 계속해서 개선됩니다. 따라서 규제적 표준을 검토하고 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 소프트웨어를 선택하는 것이 굉장히 중요합니다. 이제 Wi-Fi 7의 새로운 4096 QAM 변조 요구 사항을 살펴보겠습니다.
 

 
4096 QAM 변조 요구 사항

OFDM 시스템의 EVM 문제는 주로 위상 노이즈로 인해 발생합니다. 벡터 신호 분석 소프트웨어를 사용하면 위상 노이즈 스펙트럼 트레이스라 불리는 OFDM 채널을 이용해 802.11be 복조 측정 범위 내에서 위상 노이즈를 특성화 할 수 있습니다. 이 방법은 전송된 신호의 품질과 오류 벡터 측정값을 평가합니다. 또한 신호 분석 소프트웨어는 모든 무선 표준 형식을 대상으로 오류 벡터 스펙트럼, 오류 벡터 시간, 공통 파일럿 오류, 채널 주파수 응답 등을 기록합니다.

그림 1에서 엔지니어가 동시 트레이스를 무제한으로 확인할 수 있는 소프트웨어의 예시를 확인할 수 있는데, EVM 대 주파수 또는 시간, 이퀄라이저 채널 주파수 응답, 공통 파일럿 오류, 위상 노이즈 스펙트럼과 같은 결과를 표시합니다.
 
그림 1. 위상 노이즈 트레이싱과 다른 측정값을 포함하는 EVM 분석 소프트웨어 예시.

또한, IEEE 802.11 사양이 스펙트럼 방출 마스크(SEM)를 필요로 하기 때문에, 이 소프트웨어는 변조 품질 측정과 같은 새로운 MIMO 규정에도 도움이 됩51니다. SEM은 주로 무선 대역 내 간섭의 기준입니다. 소프트웨어는 SEM 측정값을 제공할 수 있으며, 802.11be 40 MHz(공유형), 160 MHz, 320 MHz 대역폭의 빠른 설정을 지원합니다.

소프트웨어 솔루션은 무선 연결 테스트, 그 중에서도 Wi-Fi 7에 있어 굉장히 중요한 진단 도구입니다. 소프트웨어를 통해 cross-correlated EVM(ccEVM)과 같은 더 수준 높은 테스트 기능을 활용하여 EVM 성능을 개선할 수 있습니다.

ccEVM은 수신기의 동적 범위를 확장 시켜 EVM의 성능을 극대화하기 위해 사용하는 기법으로, 두 개의 수신기를 사용하여 동일한 신호를 독립적으로 캡처 및 복조합니다. 또한 이 프로세스는 오류 벡터에 대한 상호 연결 작업을 수행하여 수신기에 의해 더해진 비상관 노이즈를 제거하기 때문에, 훨씬 더 낮은 EVM을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 주로 ccEVM 값에 테스트 대상 디바이스의 노이즈를 포함시키며, 앰프의 경우 신호 소스와 테스트 대상 디바이스의 노이즈를 포함시킵니다.
그림 2: 상호 연결 EVM 결과(프레임 A)와 개별 수신기의 EVM 결과(프레임 B 및 C) 비교.


그림 2에서 ccEVM 소프트웨어 사용 예시를 확인할 수 있습니다. 이 예시에서 엔지니어들은 신호 생성기와 두 개의 수신기를 ccEVM과 함께 사용해 802.11be WLAN 신호의 EVM을 6 dB 개선시켰습니다.

결론

계속해서 소프트웨어가 무선 연결 테스트 분야에 제공하는 모든 기능들을 살펴볼 수 있지만, 그 수가 엄청나게 많으며 결과는 모두 동일합니다. 소프트웨어는 엔지니어가 Wi-Fi 7과 같은 표준과 새롭게 발표된 무선 표준을 테스트할 수 있도록 돕는 데 핵심적인 역할을 합니다. 우리는 일상의 한 부분과 같은 무선 디바이스 없이는 살아갈 수 없습니다.

고성능 솔루션을 사용하면 보다 쉽게 테스트와 평가를 진행하여 무선 디바이스가 규정을 충족하도록 보장할 수 있습니다. 엔지니어들은 소프트웨어를 통해 무선 연결의 핵심 문제를 분석, 테스트 및 해결할 수 있습니다.

키사이트의 PathWave 89600 벡터 신호 분석(VSA) 소프트웨어를 통해 IEEE 802.11be 신호 테스트 소프트웨어에 대해 자세히 알아보십시오.


저자 소개

앤드류 헤레라(Andrew Herrera)는 경험 많은 무선 주파수 및 사물인터넷 솔루션 부문 제품 마케팅 담당자이다. 앤드류는 키사이트테크놀로지스의 RF 테스트 소프트웨어 제품 마케팅 관리자로, 키사이트의 PathWave 89600 벡터 신호 분석기, 신호 생성, X-시리즈 신호 분석기 측정 어플리케이션을 이끌고 있다. 또한 Andrew는 키사이트 PathWave 측정 및 PathWave Instrument Robotic Process Automation(RPA) 소프트웨어 같은 자동화 테스트 솔루션도 주도하고 있다.

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