무선 통신의 혁신과 테스트 솔루션의 과제

개발 기간 단축과 비용 절감에 대한 요구는 아날로그 컴포넌트에 대한 의존도를 줄일 수 있는 디지털 RF로의 마이그레이션을 가속화하고 있다. 이러한 변화는 기존의 RF 세계에 엄청난 영향을 가져와 아날로그 무선 기능을 수행하는 고성능, 저전력 회로의 가용성을 확대시킨다.< 편집자 주>
상업 시장의 치열한 경쟁으로 개발 비용과 시장 출시 시간을 단축해야 할 필요성이 증대되고 있다. 다시 말하자면, 시장 출시가 늦어질수록 더 많은 비용이 초래되는 것이다. 개발 기간 단축과 비용 절감에 대한 요구는 아날로그 컴포넌트에 대한 의존도를 줄일 수 있는 디지털 RF로의 마이그레이션을 가속화하고 있다. 이러한 변화는 기존의 RF 세계에 엄청난 영향을 가져와 아날로그 무선 기능을 수행하는 고성능, 저전력 회로의 가용성을 확대시킴으로써 혁신의 속도를 가속화하고 있다. 이러한 첨단 디지털 RF 기술의 대두는 무선 통신을 확대할 수 있는 방법이 이전보다 훨씬 더 많아졌다는 것을 의미한다.
상업 부문에서든 군사 부문에서든 고객들은 더 많은 정보를 더 빨리, 언제 어디서나 이용하기를 원한다. 디지털 RF 기술은 무선 액세스를 더 많은 장소에서 더 많은 사람들에게 더 저렴한 가격으로 제공할 수 있다. 현대의 레이더 시스템은 디지털 베이스밴드 신호, FPGA 및 위상배열(phased array)이라고 알려진 디지털 빔-포밍(beam-forming) 안테나 시스템을 점점 더 많이 사용하고 있다. 디지털 RF의 발전으로 고급 기술 기능을 사용할 수 있게 된 시점에서 더 많은 기능 및 더 큰 이동성에 대한 요구가 증대되면서 무선 통신 혁신이 급격하게 증가되었다.
이러한 요구는 점차적으로 소프트웨어로 정의되어 펌웨어의 단순한 업데이트와 RFIC(plug-in analog front end)를 통해 변경이 되는 기기에 의해서 충족되고 있다. JTRS(Joint Tactical Radio) 및 프로젝트 25(P25)와 같은 통신 시스템은 소프트웨어로 정의된 무선 통신 시스템이다.
디지털 RF를 사용하면 인터페이스는 아날로그에서 디지털로의 이행 상태에 있게 된다. 이러한 점 때문에 디지털 베이스밴드 영역 내에서 개발 및 테스트가 더 많이 수행되어야 한다. 생성되는 신호가 매우 복잡하고 다이내믹해서 주파수, 진폭, 위상(phase)을 재빨리 변경하는 복잡한 변조 및 다중화 기법을 이용하는 신호를 생성해야 할 필요성이 더욱 커지게 되었다.
디지털 및 아날로그 인터페이스로의 이동
ASIC 설계는 종종 설계를 ‘실제 속도’로 구동하면서 신속하게 검증하는FPGA 프로토타입을 이용해서 테스트 된다. 이러한 방식에는 프로토타입 단계에서 텍트로닉스의 AWG5000과 같은 실질적인 신호원이 필요하다. 그리고 나서, 설계자들은 ASIC에서 실행될 수 있도록 해당 디지털 및 아날로그 기능을 어떻게 파티션 할지 결정해야 한다. 아날로그와 디지털 기능을 적절히 파티셔닝하면 시장 출시 시간을 단축할 수 있으며, 결과적으로 시장잔류기간(time-in-market)을 늘리게 된다. 또 다른 고려 사항은 비용에 관한 것이다. 현재 각 ASIC의 핀 수를 최소화하여 패키지 비용을 줄이고자 하는 노력이 계속되고 있다. 어떤 경우 칩 인터페이스는 디지털로, 다른 것은 아날로그로 파티션을 설계하거나 둘 다 사용하여 파티션하는 경우도 있다. 어떤 설계방식을 취할 것인가 결정하기 위해서는 디지털 IQ, 아날로그 IQ, IF 신호를 이용한 혼합 신호 테스트가 필요하다.
혼합 신호 환경의 디자인 검증
디지털 RF가 급증하면서 매우 복잡한 기술 환경이 만들어지게 되었다. 많은 경우 기기는 제로-IF(직접 전환) 또는 낮은 중간 주파수(IF) 접근 방식을 이용하여 변조 RF 신호를 만들어 낸다. 제로-IF와 낮은 중간 주파수를 이용하게 되면 아날로그 필터를 더 이상 기존과 같이 쉽게 사용할 수 없으며 심지어 적절하지도 않다. 이제 베이스밴드 내에서 수정하는 것이 점차 강조되면서 IQ 직교 불균형(quadrature imbalances)은 물론 적극적인 진폭 이득(gain)의 무효화와 DC 오프셋 미스매치를 활용하고 있다. AWG5000는 테스트가 가능하도록 진폭 및 위상에서 모두 변경 가능한 디지털 베이스밴드 신호를 생성할 수 있다.
또 다른 최근 경향은 다수의 멀티빔 안테나 또는 적응 배열 안테나(adaptive-array antenna – 스마트 안테나) 가 필요한 MIMO(Multiple Input, Multiple Output) 테크닉의 사용이다. 이러한 경향의 예로 802.11n 표준을 들 수 있다. 현재 802.11n 표준을 사용하고 있는 대부분의 무선 시스템은 송수신 경로에서 안테나 2개가 사용되는 2×2 매트릭스를 채택하지만 작업은 4×4 매트릭스 장비에서도 진행되고 있다. AWG5000이 다수의 독립된 채널을 제공하고 전자 교환을 사용 하지 않고도 실제 세계 MIMO 환경에서 발견되는 진폭 및 위상 변형을 시뮬레이션하는 기능이 있기 때문에 2개 이상의 비싼 벡터 신호 발생기(VSG)를 이용하는 것보다 AWG5000을 사용하는 것이 훨씬 더 비용 효율적이다. 설계 엔지니어는 아날로그 대 디지털 접근방식에서 발견되는 문제에 다시 한번 직면하게 된다. 안테나의 신호를 결합하기 위해서 RFIC를 실행해야 할 것인가 아니면, 다운 컨버트된(down-converted) 안테나 신호를 위한 데이터 변환기와 함께 디지털 접근방식을 실행해야 하는 것인가? AWG5000을 이용하면 두 접근방식을 테스트하는데 실제 세계의 신호 시뮬레이션을 이용할 수 있다.
신호 발생에서 포착까지, 텍트로닉스는 완전한 디지털 RF 테스트 벤치를 제공한다. 임의파형발생기는 이상적이거나, 왜곡된 또는 ‘실제 세계’ 신호를 생성한다. 로직 애널라이저는 디지털 I/Q정보의 캡처와 분석을 가능하게 만들어 디지털 RF 디자인의 디지털 베이스밴드 세그먼트 내에 있는 파악하기 어려운 문제를 보다 신속히 디버그 할 수 있게 지원한다. 디지털 오실로스코프는 신호 무결성 분석을 포함한 엄격한 타이밍 릴레이션쉽 측정을 수행한다. 실시간 스펙트럼 분석기는 시간에 따라 변화하는 RF신호를 끊김 없이 캡처하고, 시간 연동된 멀티 도메인 관점에서 스펙트럼, 시간 및 변조 분석을 수행한다.
Tek AWG5000, 완벽한 신호 발생 기능 제공
베이스밴드와 RF 간의 인터페이스가 아날로그인지 디지털인지에 따라서, 엔지니어들은 아날로그 I/Q(In-phase carrier amplitude/Quadrature phase carrier amplitude) 와 IF를 위한 고 수직축 분해능 및 SFDR(spurious free dynamic range)을 갖춘 신호 발생기가 필요하거나 아니면, 디지털 I/Q를 위한 패럴렐 디지털 아웃풋이 있는 신호 발생기가 필요하다. 디지털 베이스밴드를 위한 아날로그 및 패럴렐 디지털 아웃풋이 모두 있는 신호 발생기는 노이즈, 지터, 고장 및 기타 결함 등을 포함한 이상적이거나 왜곡된 또는 “실제 세계” 신호를 생성, 복제 및 발생시켜 베이스밴드/RF 인터페이스의 원형 디버그 및 검증을 지원하는데 이상적이다.
AWG5000 시리즈는 4개의 모델로 구성되어 있으며 가변 샘플 레이트가 최고600 MS/s 와 1.2 GS/s로 아날로그 채널이 2개인 모델과 4개인 모델을 각 버전당 두 가지씩 제공한다. 네 가지 모델 모두 80dB SFDR 및 14bit 수직 분해능을 제공하며, 아날로그 채널 당 2개의 디지털 마커를 제공한다. 2개 채널 버전은 디지털 IF 또는 디지털 I/Q 시스템 테스트를 실현하는 한 쌍의14 비트 패럴렐 디지털 아웃풋 옵션을 제공한다. 또한, 4개 채널 모델은 4×4 다중입출력 시스템 테스트에 이상적이다. 속도, 분해능, 디지털 아웃풋 기능의 결합이 뛰어난 AWG5000은 대부분의 혼합 신호 테스트 요구를 충족할 수 있는 기능을 갖춘 최초의 신호 발생기이다.
텍트로닉스 사용자 경험 디자이너들은 AWG5000 요건을 결정하기 위해 신호 발생기 고객 사용 패턴 및 요구를 조사하였다. 이 조사에 근거하여 AWG5000는 엔지니어들의 생산성을 도모하기 위해 10.4 인치 LCD 터치 스크린 컬러 디스플레이와 윈도우 XP를 이용하는 직관적인 유저 인터페이스를 장착하였다. 통합 디스플레이와 UI는 외부 장비 요구를 줄이며, 설정을 보다 신속하고 쉽게 만들어서 생산성 창출에 필요한 시간을 줄인다. 통합 디스플레이와 컨트롤을 갖고 있지 않은 제품과는 달리 AWG5000는 실험실에서 사용하기에 아주 편리하다. 또한, 기가비트 이더넷 LAN 및 GPIB로 AWG5000는 제조업에서 사용하는데 필요한 인터페이스 컨트롤을 제공한다.
AWG5000는 최신 제품을 디자인, 견본 제조, 디버그 및 컴플라이언스 테스트하기 위해 파형, 데이터 스트림, 혼합 신호의 생성 및 발생시키는데 보조적 수단으로 자주 사용되는 매트랩(MatLab), 매스캐드(MathCad), 마이크로소프트 엑셀 등의 제3자 소프트웨어와 쉽게 데이터 교환을 한다.
디지털 RF 세계에 이상적으로 적합할 뿐만 아니라, 혼합 신호 아날로그 및 디지털 신호 발생 기능 레인지가 업계 최고인 AWG5000은 D/A 및 A/D 변환기, 디스플레이 및 이미징 기기 그리고 소비자 및 컴퓨터 기기 등의 신호 전환 기기 디자이너들을 위한 최고의 혼합 신호 발생 툴로서 AWG400 와 AWG500 등의 이전 모델 제품의 뒤를 따르고 있다.
< 자료제공: 한국텍트로닉스>
아이씨엔 매거진 2007년 04월호