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RF 기록과 재생으로 GNSS 테스트에 현실주의를 불러오는 방법

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RF 기록 및 재생 시스템은 GNSS 테스트 연구소에 현실 세계를 가져다줍니다. 이런 현실성은 어떻게 달성할 수 있을까요? 이를 가능하게 하는 몇 가지 기술을 살펴 보겠습니다.

기록& 재생 시스템(RPS)은 전문적인 GNSS 테스터 툴박스의 주요 요소입니다. 이 휴대용 장치는 엔지니어들이 현실세계의 RF 환경을 디지털로 기록하고 리플레이해 실제 조건 하에서 GNSS 리시버의 성능을 테스트할 수 있도록 합니다. 현실 세계와는 다르게, 이 리플레이 시설은 반복적 테스트를 위해 조건을 반복할 수 있도록 합니다.

하지만 현실의 RF 환경은 광대하고, 역동적이며 소음이 많고, 완전한 도달 범위 내에서 기록하기가 불가능하죠. 따라서 RPS가 제공하는 현실적인 수준은 단지 일상적인 사용 중 리시버가 받게 될 환경을 추정할 수 있을 뿐입니다. 그러나, 일부 RPS 유닛은 다른 유닛보다 더 큰 현실성을 제공합니다. 이는 상당 부분 유닛에 사용된 기술에 달려 있죠.

이 블로그에서는 E북인 How to Create a Realistic GNSS Test Environment in the LaB에서 다루었던 주제들을 활용하여, RF 기록 &재생의 현실성에 영향을 미치는 다섯 개의 기술적 요소들을 살펴보고자 합니다. 현재 RPS 유닛을 평가중이시거나, RPS로 수행한 테스트 결과과 꾀나 변칙적으로 보일 경우, 이러한 중요 요소를 생각해 보셔야 합니다.

1. 기록의 비트 심도

기록& 재생 장치가 환경 기록을 디지털화하는 해상도는 매우 중요합니다. GNSS 신호는 주변 소음에 비교했을 때 매우 약하기 때문에, 1-2 비트의 기록만을 저장할 수 있습니다. 예를 들어, 소음이 많은 환경에서는 신호를 완전히 잃어버릴 위험도 있습니다. 더 높은 수의 비트를 기록하게 되면 입력 신호를 더 정확히 재생할 수 있습니다.

따라서 기록의 비트 심도는 리시버의 비트 심도보다 높아야만 하며, 그렇지 않으면 리시버 측 환경의 현실적인 표현을 제공할 수 없고, 리시버가 소음 중 신호를 구별하는 기능도 테스트할 수 없게 됩니다. Spirent GSS6450과 같이 더 높은 비트 심도를 가진 RPS 유닛은 더 섬세한 아날로그-디지털(ADC)과 디지털-아날로그(DAC) 신호 컨버터를 배치할 수 있으며, 여기에는 고급 RF 설계 및 더 높은 수준의 해상도로 신호를 처리할 수 있는 기능이 있습니다.

즉, 아래에서 볼 수 있듯 다양한 강도의 다양한 신호를 기록 및 재생할 수 있도록 해, 엔지니어들이 리시버의 GNSS 신호 획득 및 재획득 기능을 더 잘 평가할 수 있도록 한다는 뜻입니다. 다른 의미로는 이 유닛이 더 큰 디지털 파일을 생성하여 추 외부 스토리지의 필요성이 생겨나거나 기록 시간이 한정될 가능성도 있다는 말이 됩니다.

2. 동적 범위

기록& 재생 유닛의 동적 범위는 비트 심도와 밀접한 연관을 갖습니다. 이 척도는 유닛이 기록할 수 있는 신호 강도의 범위를 나타냅니다. 예를 들어, 어떤 유닛이 40dB의 동적 범위를 갖는다고 가정하면, 이 유닛은 가장 큰 신호인 40dB 내 모든 것을 기록한다는 것입니다. GNSS 신호가 60dB라서 환경 내 가장 큰 신호보다 크다면, 기록& 재생 유닛은 40dB의 동적 범위 내에서 이를 판별하지 못합니다.

환경 내 밴드 RF 노이즈를 제거하기 위해 필터링 기능을 사용하는 RPS 유닛의 한 가지 주의 사항은 GNSS 신호를 들리지 않게 할 수도 있다는 것입니다. 리시버의 실제 GNSS 신호 취급 테스트 시에는 괜찮지만, 노이즈 필터링은 기록된 환경의 전반적인 현실성을 감소시키므로 이를 고려하지 않으면 잘못된 결과를 낳을 수도 있습니다.

보다 섬세한 RPS 유닛은 다중 RF 입력을 통해 개별로 기록되도록 하는 환경의 여러 요소들을 활성화시켜 더 넓은 동적 범위를 제공합니다. 예를 들어, Spirent GSS6450의 입력은 GNSS 신호용, 셀룰러용, 광대역용으로 구성되어 있습니다. 이러한 신호는 이후 재조합되어 현실 세계 환경에 더 충실한 재생을 생성하고, 이는 특히 리시버의 견고함과 RF 간섭에 대한 회복력을 테스트할 때 중요하게 생각됩니다.

3. 오실레이터 품질

오실레이터는 RPS 유닛의 주요한 부품 중 하나로, 테스트 중인 장치에 기록된 신호가 리플레이되는 주파수를 제공합니다. 주파수는 반드시 유닛의 디지털-아날로그 컨버터가 생성하는 RF 신호와 정확하게 일치해야 합니다. 그렇지 않으면 페이즈 노이즈를 생성하여 방출된 신호의 캐리어-노이즈 비율(C/N0)을 감소시킵니다.

페이즈 노이즈는 사양 시트에 적혀있는 오실레이터의 온도가 유닛이 교정 가능한 범위를 초과할 경우 생성됩니다. 온도 보상 오실레이터(TCXO)는 일반적으로 오븐 제어 오실레이터(OCXO)보다 덜 안정적이지만 온도 변화를 더 잘 수용할 수 있으므로, 어떤 RPS 유닛을 보유하고 있는지 확인하십시오. 오실레이터 선택 시 제조사의 주요 균형은 비용, 사이즈와 전력 소모 측면이이므로 보유한 유닛이 배터리 수명은 길지만 더 저렴할 경우, OCXO보다는 TCXO를 사용하기 때문입니다.

신호가 비슷한 온도에서 기록되고 재생될 경우에는 큰 문제가 없습니다. 하지만 신호가 섭씨 -4도에서 기록되었지만 따뜻한 연구소에서 재생될 경우, 오실레이터 주파수가 기록된 신호와 상당히 달라질 수 있는 위험이 발생합니다. 그 결과로 발생한 페이즈 노이즈는 테스트 중인 리시버가 신호를 연결하기 더 어렵게 만듭니다. 사실상, 오실레이터에 도입되는 모든 노이즈는 실제로 기록된 신호와 재생된 신호를 다르게 만들어 현실성을 약화시킵니다.

4. 설계 및 구축

기록& 재생 유닛의 설계 및 구축 품질은 중요하지만, 연구소 내 현실성 확보 측면에서는 간과되기도 합니다. 낮은 품질의 유닛은 자체적 내부 부품에서 생성되는 노이즈로 인해 기록에 지터를 발생시킬 수 있습니다. 이 노이즈는 기록될 때에는 현실 세계 환경에 존재하지 않았던 것이죠.

품질이 좋은 기록&재생 유닛은 내부 전력 공급과 같은 부품이 지터를 최소화시킬 수 있습니다. 그러나, 시간이 지나며 부품이 노화되면 오래된 유닛은 주기적으로 재평가되어 내부 노이즈 수준이 기록이나 재생 단계 시 이상점을 만들어내지 않는지 확인해주어야 합니다.

5. 다양한 유닛에서의 재생

기록&재생 시스템은 기록된 기록한 장치와 다른 장치에서 재생할 수 있도록 기록한 환경을 디지털 I/Q 파일로 저장합니다.

하지만 이 때 고려해야 할 것은, 각 RPS 유닛은 그 설계 및 구축 시 부품이 다르게 사용되어 기록 경로와 재생 경로에 자체적으로 약간의 차이를 가지고 있다는 것입니다. 또한, 두 번째 유닛 내 오실레이터에서 발생하는 페이즈 노이즈는 테스트의 현실성에 영향을 미쳐, 테스트 결과의 진실성에도 영향을 주게 됩니다.

이를 피하기 위해서 Spirent GSS6450와 같은 일부 RPS 유닛은 제조시 교정되며, 재생 회로를 제작할 때 교정을 조정합니다. 이는 기록된 것을 다른 유닛에서 재생할 때의 성능을 향상시킵니다.

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Ajay Vemuru

PNT Simulation 디렉터, Spirent Communications

Ajay Vemuru는 Spirent Communications의 PNT Simulation 디렉터입니다. 로케이션 기술에서의 수십년간의 경험을 통해, Ajay는 Spirent가 신선한 통찰력을 가지고 더 좋은 의사 결정을 내리며, 다양한 신흥 시장에서 고객층을 개발해나가는 일의 속도를 높여주었습니다. Spirent와 함께 하기 전에, Ajay는 실리콘 밸리의 업계를 선도하는 반도체 기업 두 곳에서 소프트웨어 엔지니어와 리서치 엔지니어로 일한 경력이 있습니다. Ajay는 기술 세션의 의장을 맡고 있고, 다양한 업계 컨퍼런스와 세미나에서 패널 토론을 주최했습니다. Ajay는 오하이오 대학교의 전기 엔지니어링 석사 학위를 보유하고 있습니다.