우주에서의 5G: NTN 테스트 및 계측에 대한 의미

NTN 기지국 테스트 및 측정

로데슈바르즈는 패러다임의 전환을 거치고 있으며, 이제 "기지국"이라는 용어는 더 이상 NTN(Non-terrestrial Network)에 완벽히 적용되지 않습니다. 대신, 네트워크 노드가 위성으로 통합되어 지구 표면과 상대적으로 이동하고 있습니다. 장기적으로, 6G, 즉 복수 궤도 네트워크가 실현되어 모든 LEO, MEO, GEO 고도에서 3차원 네트워크 노드가 구현될 것입니다.

현재 표준화 프로세스에는 다양한 구조적 접근 방식이 있습니다.

• 초기에는 Release 17에 정의된 것과 같이 Transparent(단순) 모드가 사용됩니다. 달리 말해, 위성이 리피터와 같은 기능을 수행하면서 지상 노드(gNB)에서 5G NR 무선 신호가 발생 및 수신됩니다. 지상 gNB와 위성 간 통신은 위성과 지상 게이트웨이 간 피더 링크를 통해 실행됩니다. 위성과 장치 간 직접 연결을 서빙 링크라고 합니다.
• 현재 Release 19에서 작업 항목으로 논의되고 있는 미래의 Regenerative(재생) 모드는 전체 또는 분리된 gNB 기능을 SAN(Satellite Access Node)으로 통합합니다. 목표는 스케줄링을 더욱 빠르게 결정하고 위성 노드에서 더 많은 처리 및 컴퓨팅 성능을 구현하는 것입니다. 하지만, 그렇게 할 경우 복잡성이 커지는 문제가 있습니다.

현재, 미래 SAN 테스트에서 중요하게 다루어야 할 표준화 요구사항을 제안하는 두 가지 문서가 있습니다.

• TS38.108에서는 NTN 수신기 및 송신기 관련 요구사항을 기술합니다.
• TS38.181에서는 실제 테스트 요구사항을 기술합니다.
• TS 38.101-5에서는 NTN UE(User Equipment) 테스트 관련 사양에 대해 설명합니다.

아래 그림 1은 NTN Transparent 페이로드 모드에서 운용하는 SAN의 셋업과 테스트 시나리오를 간단한 그림으로 나타낸 것입니다. DUT(Device under Test)는 세 가지 기능 블록, 즉 위성(NTN RF 페이로드로 표시), 게이트웨이, non-NTN 네트워크 기능(gNB)로 구성되어 있습니다.

RF 인터페이스 테스트는 간단히 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

• 송신기 테스트(TX)
• 수신기 감도(RX)
• 수신기 성능(RX 성능)

송신기 측의 테스트는 지상 사례와 유사한 방식으로 실시하며, 송신 출력(TX 출력, TX 출력 컨트롤), 변조 품질(EVM), 스펙트럼 송신 특성(ACLR, 스퓨리어스 방출, SEM) 등의 메트릭을 사용합니다. 여기에서는 신호 분석기가 최적의 테스트 기기입니다. 위성 노드 범주에 따라, 케이블 기반 접속 또는 OTA(Over-the-Air)를 통해 테스트 기기와의 연결을 구축할 수 있습니다. 이러한 유형의 테스트에서는 FAC(Full Anechoic Chamber)뿐만 아니라 포지셔닝 시스템이 필요합니다.

수신기 테스트는 두 가지 방식이 있습니다.

• 수신기 감도와 같은 메트릭의 경우 신호 발생기를 사용하여 레퍼런스 테스트 신호를 DUT로 전송합니다. 이 테스트의 결과는 수신기의 BLER(Block Error Rate)또는 데이터 처리량입니다. 3GPP 사양에서는 처리량이 최소 입력 레벨에서 정의된 레퍼런스 채널의 95% 임계값에 도달해야 감도 테스트를 통과하는 것으로 정의하고 있습니다. 구성요소 분리로 인해 RF 신호의 주입점은 위성 입력에 있지만 BLER은 gNB 프로토콜 스택에서만 결정할 수 있습니다.
• 두 번째 방식은 RX 성능을 기반으로 하며, 이 방식은 처리량의 95% 메트릭 측면에서 감도와 유사합니다. 하지만, 성능 테스트는 수신기에 대해 스트레스 상황을 시뮬레이션합니다. 예를 들어 테스트 신호에 페이딩 프로필을 적용하거나 간섭 신호를 추가합니다.

NTN 사용자 장비용 테스트 장비

원칙적으로, 5G 위성 통신용 단말 장비는 송신기 및 수신기에 대해 지상망과 동일한 요구사항을 적용합니다. 하지만 NTN UE 성능 및 Use Case에 따라 다양한 테스트 셋업과 방법론이 있기 때문에 간단하지 않습니다. 예를 들어, NTN-IoT기기 카테고리는 복잡도가 낮은 아키텍처를 사용합니다.

뿐만 아니라, 메시징이나 작은 데이터 세트와 같은 Use Case는 특정 QoS 프로필을 요청하지 않으며 지연 시에도 적합합니다. 미래의 NTN UE, 예를 들어 VSAT(Very-Small-Aperture Terminal)유형은 빔포밍, 더 높은 주파수, 더 넓은 대역폭 등의 더욱 정교한 방식을 사용합니다. 이 경우 확장된 테스트가 필요합니다. NTN에서는 가능한 배열이 많으므로 주파수 대역이 중요합니다. NTN 대역은 지상 대역과 중복할 수 있으며 서로 인접하거나 충분한 안전 마진을 확보할 수 있습니다. 그러므로 테스트 캠페인에서는 몇 가지 상호간섭 시나리오도 고려해야 합니다.

3GPP는 TS 38.101-5규격에 따라 위성 통신에서의 UE 요구사항을 확장하는 프로젝트를 진행하고 있습니다. 본 문서는 UE 요구사항의 규격 시리즈인 TS 38.101-x 를 확장하여 NTN 측면 및 다음과 같은 관련 메트릭에 대해서도 설명합니다.

• 송신 출력
• 스펙트럼 대역폭
• 변조 품질
• 수신기 감도
• 스펙트럼 방출(SEM, ACLR, 스퓨리어스 방출)

적절한 UE 테스트를 위해서는 전체 프로토콜 스택을 포함하는 연결을 처리할 수 있고 RF 테스트및 프로토콜 테스트가 가능한 시스템 시뮬레이터가 필요합니다. 아래의 그림 2에 이러한 셋업 유형이 간단히 나와 있습니다. UE는 케이블을 통해 또는 OTA 챔버에서 시스템 시뮬레이터에 연결된 DUT입니다. 이 시스템 시뮬레이터는 RF 및 프로토콜 테스트를 모두 수행하며, 이 경우 프로토콜 테스트는 연결 및 모빌리티 시나리오를 확인하는 데 특히 중요합니다.

NTN 단말의 한 가지 요구사항은 지상 위치를 확인하는 것입니다. 그러므로 GNSS 신호 기반 포지셔닝은 필수적인 NTN UE 기능입니다. 위성 기지는 시스템 정보를 통해 자체의 궤도 데이터를 전송하며 UE의 시간 오프셋 및 도플러 이동 보정을 지원합니다.

적합성 테스트를 위한 NTN 테스트 시스템에서는 신호 발생기가 GNSS 신호를 시뮬레이션하여 UE 위치 확인을 구현할 수 있습니다. 또한, 형식 승인 및 규제에 따른 테스트는 스퓨리어스 방출, RX 성능 테스트와 같은 확장된 스펙트럼 측정이 필요합니다. 5G 시스템 시뮬레이터는 신호 발생기, 분석기와 같은 추가적인 T&M 기기를 포함하여 추가 간섭 신호 시나리오또는 확장 스펙트럼 분석에 대한 요구사항을 지원할 수 있습니다.

R&S®CMX500 Mobile Radio Tester는 완전히 독립적인 LTE/FR1 및 FR2 RF 시그널링 및 측정옵션을 지원하며 기존 대역과 미래 3GPP 대역 조합을 IP 레벨에서 최대 20 Gbps 데이터 처리량까지 지원할 수 있습니다. 이 테스터는 로데슈바르즈의 원 플랫폼 전략에 따라 최대 10 GHz의 총 주파수 대역을 제공하며 사용자가 현재 및 미래의 테스트 과제에 대비할 수 있도록 도와줍니다. R&S®CMsquares의 직관적인 웹 기반 그래픽 사용자 인터페이스를 탑재한 이 원박스 테스터는 우주에서의 5G 테스트에 대한 새로운 기준을 수립합니다.