스마트카, 자율주행차를 위한 5G 무선칩셋 설계 ②

최태우 기자 / 기사승인 : 2020-07-30 10:00:40
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▲ [source=keysight technologies]

지난 글에 이어 이번 글에서는 칩셋 설계 엔지니어가 실제 설계에 들어갈 때 마주하는 다양한 과제에 대해 알아본다.

자율주행차량용 칩셋을 설계하는 엔지니어들은 5G의 적용으로 인해 여러 새로운 과제들에 직면하게 된다. 이러한 과제들로는 유연한 Numerologies, 밀리미터파(mmWave) 설계 관련 고려사항, Massive MIMO, 빔포밍 과제 등이 있다.

이러한 기술과 OTA(Over-The-Air) 테스트 관련 5G 요구사항, mmWave 주파수의 과도한 경로 손실 문제, 자동차용 칩셋과 관련된 고유한 과제(예를 든다면 차량 장착형 안테나 사용)가 한데 모여 자율주행차량용 칩셋의 과제를 악화시킨다.

신호 품질에는 베이스 밴드 신호처리, 변조, 필터링, 상향 변환을 비롯해 많은 요인들이 영향을 미친다. 자율주행차가 직면하게 되는 신호 장애는 mmWave의 채널 대역폭이 넓어지고, 주파수가 높아지는 경우 심각성이 더 커진다.

OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 시스템에 내재되어 있는 직교성이 오버래핑 부반송파 간의 간섭을 방지한다. 그러나 I/Q 신호장애, 위상 노이즈, 선형(AM to AM) 및 비선형(AM to PM) 압축, 주파수 에러와 같은 문제는 변조된 신호에서 왜곡을 유발하기도 한다.

위상 노이즈는 mmWave OFDM 시스템에서 가장 해결하기 어려운 요소 중 하나다. 시스템에 너무 많은 위상 노이즈가 존재하면 EVM(error vector magnitude)이 너무 높아져 복조 성능에 장애가 발생할 수 있다. 또 너무 많은 위상 노이즈는 부반송파 간섭을 유발해 복조 성능을 한층 더 저하시키는 원인으로 꼽힌다.

mmWave 주파수에서 운영할 경우 대역폭이 증가하지만 경로 손실, 장애물 및 신호 전파와 같은 새로운 과제가 발생한다. mmWave 전송의 파장이 짧기 때문에 다른 차량을 비롯한 채널 내 물리적인 장애물이 신호를 차단한다. 차량 장착형 안테나를 사용하면 이러한 문제가 더 악화된다.

각 안테나 소자에 상대적 위상과 진폭 변조를 적용하여 전송된 빔의 방향을 잡고 이를 독립적으로 제어할 수 있도록 지원하는 방법인 빔포밍은 mmWave 전송에 악영향을 미치는 전파 문제를 극복하기 위해 사용되는 핵심기술이다.

결과적으로, mmWave 전송은 방향성이 높아 이득이 높은 액티브 안테나를 필요로 하며 전기적으로 방향을 조절할 수 있어야 한다.

차체가 안테나 바로 옆에 위치한 커다란 접지면 역할을 하는 자율주행 시스템에서 mmWave 전송은 다양한 안테나 테스트 과제를 추가로 만들어 내고 링크 버짓 관리 복잡성을 상승시킨다.

즉, 자율주행차량 칩 설계는 mmWave 신호와 관련된 물리적인 과제를 극복해야 한다. 따라서 테스트 솔루션은 새로운 문제를 발생시키지 않고 신호 품질을 정확하게 측정 및 특성화할 수 있어야 한다.
 

 

 

글 : 딜런 맥그래스(Dylan McGrath) / 인더스트리솔루션 매니저 / 키사이트

 

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