CTIA OTAP 인증시험개요및동향 최두정 TTA 시험인증연구소이동통신시험인증단이동통신시험인증 3 팀선임연구원 강성훈 TTA 시험인증연구소이동통신시험인증단이동통신시험인증 3 팀선임연구원 김영화 TTA 시험인증연구소이동통신시험인증단이동통신시험인증 3 팀팀장 1. 머리말 TTA 는 2011 년 9월 30일휴대폰방사성능시험 (Over The Air Performance Testing) 에대해북미 CTIA Cellular Telecommunication and Internet Association) 로부터국제공인시험소자격을획득하였다. CTIA 는북미무선통신및인터넷산업체를대표하는비영리단체로서회원사이익대변, 무선서비스보급확산, CTIA 인증프로그램운영등다양한활동을펼치고있다. CTIA 인증프로그램의한분야인 OTAP 는휴대폰의방사성송수신특성을시험하는것으로, 휴대폰이북미시장에진입하기위해서는반드시통과해야하는중요한시험이다. 본시험은 CTIA OTAP Test Plan v3.1 규격에기반하며, v3.1 은과거공식버전이었던 v2.2.2 공표이래 2년만에개정되어마침내 2011 년 1월에공표되었다. v3.1 규격에는 Assisted GPS 수신감도시험, Hand Phantom 시험조건, Notebook Form Factor 측정방법, 북미 AWS(Advanced Wireless Services) 밴드 (FDD IV 1.7GHz) 추가, 이렇게네분야가신규로포함되었다. 이에따라기존 v2.2.2 기반 CTIA 국제공인시험소들은보유하고있는시험설비를 신규 v3.1 규격에따라업그레이드하여 CTIA 로부터재인정심사를받아야한다. TTA 는 v3.1 시험설비를신속히구축하여세계최초로 CTIA 로부터인정심사를받았으며, 마침내지난 9월에 v3.1 국제공인시험소자격을획득하였다. CTIA 는 OTAP v2.2.2 규격이 v3.1 규격으로원만하게전환될수있도록 2011 년 12 월 15 일까지 v2.2.2 규격과 v3.1 규격을혼용할수있게하였다. 단, 12 월 16 일부터는반드시 v3.1 규격으로 OTAP 시험을수행해야한다. 이에 TTA 는국내산업체에게최신규격정보를제공하고자본고를통해 CTIA OTAP Test Plan v3.1 인증시험개요를소개하고자한다. 2. 시험환경 OTAP 시험환경은 [ 그림 1] 과같이전자파무반사실 (Anechoic Chamber) 과측정장비로구분된다. 전자파무반사실벽면에는 [ 그림 2] 와같이전자파흡수를돕는특수재질의흡수체 (Absorber) 가부착되어챔버내의반사파영향을최소화하여 DUT(Device Under Test) 고유의송수신특성을측정할수있도록 TTA Journal Vol.138 095
Signal Generator Network Analyzer Spectrum Analyzer Multi-Axis Positioning System(MAPS) Communication Antenna on ceiling Universal Radio Communication Tester 3164- Diagonal Dual Polarized Horn Antenna Under Test(AUT) Relay Switch Unit Windows 200/XP based PC running EMQuest software RF cables Walkway Communication Antenna on MAPS GPIB Bus Fiber Optics for MAPS system MAPS Controller [ 그림 1] OTAP 시험환경 Penetration panel Absorber +Z -X -Y +Y +X Anechoic Chamber -Z [ 그림 2] 전자파무반사실내부및흡수체 (Absorber) [ 그림 3] DUT 전방향에대한 3 차원구좌표 z Dual Polarized Measurement Antenna -pol -pol =R Shielded Anechoic Chamber z -axis Pos. Direction of Rotation Low Reflectivity DUT Positioner -axis Pos. Direction of Rotation x x =R -axis Pos. Direction of Rotation -pol -pol Dual Polarized Measurement Antenna(s) Low Reflectivity Support Structure for -axis Mechanical Scanner and/or Multiple Measurement Antennas Shielded Anechoic Chamber [ 그림 4] Combined Axis System( 왼쪽 ) 및 Distributed Axis System( 오른쪽 ) 구성 돕는다. DUT 와측정안테나사이의거리는 Far Field 를보장할수있도록충분히떨어져있어야하며, 이 Far Field 를보장하기위한 DUT 와측정안테나사이의거리에따라무반사실챔버크기가결정된다. Far Field 를보장하는휴대폰과측정안테나사이의최소거리를 Minimum Measurement Distance(R) 라하며, R은측 정하고자하는주파수와 DUT 의최대 Dimension(D) 에따라결정된다. TTA 에서측정가능한주파수범위는 700MHz~6GHz 이며, DUT 최대 Dimension(Quiet Zone Diameter) 은 60cm 이다. DUT 전방향에대한송수신특성 [ 그림 3] 을측정하기위해서는 Combined Axis 방식과 Distributed 096 11/12 2011
< 표 1> 측정장비구성및기능 신감도시험도추가로시험해야한다. TRP, TIS, A-GPS 구성 Base Station Emulator Signal Analyzer Network Analyzer Signal Generator Relay Switch Unit MAPS Controller 기능 기지국 Emulation. Residual BER(GSM)/Block Error Rate(GPRS, EGPRS)/BER(UMTS) 측정 DUT 송신파워 (EIRP) 측정 Range Reference(DUT 와측정장비포트사이의 Path Loss) 측정 GPS 신호송신 측정경로설정 DUT 거치대를 3 차원전방위각으로회전 시험은 Pass/Fail 판정기준이없으며, 측정된값은정보로써만제공된다. ICS 시험은 Pass/Fail 판정기준이있다. 3.1. TRP DUT 안테나를통해방사되는총전력량을 TRP라한다. TRP를측정하기위해서는 DUT 를둘러싼 3차원구좌표에서방사되는각각의 EIRP(Effective Isotropic Axis 방식이있다 [ 그림 4]. Combined Axis 방식은 DUT와측정안테나사이의거리 R이챔버길이 (Length) 에서만보장되면되지만, Distributed Axis 방식은거리 R이챔버길이와높이 (Height) 모두에서보장되어야한다. 따라서, 대부분 Combined Axis 방식을적용하여 OTAP 시스템을구축한다. 측정장비구성과그기능은 < 표 1> 과같다. Radiated Power) 값을 Theta 15, Phi 15 간격으로측정하고, 이값들에 Sin-Theta Weighted Average 방식을적용하여 TRP 값을수식으로계산한다. Dual Polarized 측정안테나를통해각각의방위각에대해측정된 EIRP Theta 값과 EIRP Phi 값을이용해 TRP를계산하는방법은다음과같다. TRP에서는 N=12, M=24 이다. 3. 시험항목 θ Ø CTIA OTAP Test Plan v3.1 은 CDMA/GSM/GPRS/ EGPRS/UMTS 기술에대해 TRP(Total Radiated Power), TIS(Total Isotropic Sensitivity), ICS(Intermediate Channel Sensitivity) 시험을요구한다. 만약, DUT 에 Assisted GPS 기능이탑재되면 DUT 의 GPS 수 TRP 시험은 DUT 가지원하는모든무선기술에대해시험하여야한다. DUT 가 GSM, GPRS, EGPRS, UMTS 기술을지원한다고가정했을때각기술에대한 TRP 시험조건은 < 표 2> 와같다. < 표 2> GSM, GPRS, EGPRS, UMTS TRP 시험조건 측정조건 GSM, GPRS, EGPRS UMTS 채널 DUT 파워 GSM 850 Band : 128, 190, 251 GSM 1900 Band : 512, 661, 810 Maximum at Device Power Class Band V(UMTS 850) : 4132TX/4357RX, 4183/4408, 4233/4458 Band II(UMTS 1900) : 9262/9662, 9400/9800, 9538/9938 Band IV(UMTS 2100/1700) : 1312/1537, 1413/1638, 1513/1738 1) FS/BHR/BHL/BHHR/HR ( 단, GPRS/EGPRS는 VoIP 지원시에만 Head Phantom 조건시험 ) Phantom 안테나 Extended/Retracted(if available) Theta, Phi 회전각간격 Theta 15 (15 ~165 ), Phi 15 (0 ~345 ) 측정 Point 수 측정 EIRP 값수 264 개 (11 개 (Theta) X 24 개 (Phi)) 528 개 (264 개 (Theta Polarization) + 264 개 (Phi Polarization)) 1) Phantom 조건에대한자세한설명은 4 절참조 TTA Journal Vol.138 097
< 표 3> GSM, GPRS, EGPRS, UMTS TIS 시험조건 측정조건 GSM GPRS EGPRS UMTS 2) DUT Target Error Rate Class II Residual BER 2.44% Block Error Rate 10% Bit Error Rate 1.2% 채널 DUT 파워 Phantom Theta, Phi 회전각간격측정 Point 수측정 EIS값수 TRP 시험과동일 TRP 시험과동일 TRP 시험과동일 Theta 30 (30 ~150 ), Phi 30 (0 ~330 ) 60개 (5개(Theta) X 12개 (Phi)) 120개 (60개(Theta Polarization) + 60개 (Phi Polarization)) CTIA는 DUT 방사송신특성으로 TRP 값과더불어특정 Theta 각범위내의총전력량을의미하는 NHPRP(Near-Horizon Partial Radiated Power) 값을성적서에기입할것을요구하고있다. CTIA가요구하는특정 Theta 각범위는 +/-45 (NHPRP+/-45) 와 +/-30 (NHPRP+/-30) 이다. 다. TIS 값은이러한간격으로측정된 EIS 값들에 Sin- Theta Weighted Average 방식을적용하여수식으로계산한다. Dual Polarized 측정안테나를통해각각의방위각에대해측정된 EIS Theta 값과 EIS Phi 값을이용해 TIS 를계산하는방법은다음과같다. TIS 에서는 N=6, M=12 이다. 3.2. TIS TIS 는 DUT 의수신성능을지표화한값으로, DUT 가특정 BER(Bit Error Rate) 을만족하는 DUT 의최소수신신호레벨을의미한다. DUT 의수신신호레벨을측정하기위해기지국은충분히높은파워로데이터를전송하고 DUT 로부터피드백되는 Loop Back Data 를이용해 DUT 에도달하는 BER 을계산하게된다. 만약, DUT 에도달하는 BER 이 Target BER 보다우수할경우, 기지국은송신신호세기를낮춰가며이러한 Loop Back Data BER 계산을반복한다. 이러한절차를반복하여마침내 Target BER 에도달하게되면이때의 DUT 수신신호레벨을해당방위각에서의 EIS(Effective Isotropic Sensitivity) 값으로기록하게된다. TRP에서와같이 TIS 값을계산하기위해서는 DUT 를둘러싼 3차원구좌표방위각에서 EIS 값을모두측정해야한다. 단, EIS 는 Theta 30, Phi 30 간격으로측정한 θ Ø TIS 시험은 DUT 가지원하는모든무선기술에대해시험하여야한다. DUT 가 GSM, GPRS, EGPRS, UMTS 기술을지원한다고가정했을때각기술에대한 TIS 시험조건은 < 표 3> 과같다. CTIA 는 DUT 방사성수신성능으로 TIS 값과더불어특정 Theta 각범위내의수신감도인 NHPIS(Near- Horizon Partial Isotropic Sensitivity) 값을성적서에기입할것을요구하고있다. CTIA가요구하는특정 Theta 각범위는 +/-45 (NHPIS+/-45) 와 +/-30 (NHPIS+/-30) 이다. + 2) UMTS DUT 가 Two-Branch Receive Diversity 를지원할경우, Primary Receiver 와 Secondary Receiver 각각에대해 TIS, ICS 시험을진행한다. 이때, 시험대상인 Receiver 를제외한다른 Receiver 는 Disable 되어야한다. 098 11/12 2011
Increasing Forward Power Low Channel in Band Lower 25% of Intermediate Channels (Low 권역 ) 5dB Failing Channels Middle 50% of Intermediate Channels (Mid 권역 ) Mid Freq + High Freq 2 Low Freq + Mid Freq 2 Intermediate Channel Forward Power, 5 db Above Nearest Fully Measured Channel Middle Channel in Band 5dB Increasing Frequency [ 그림 5] ICS 시험개념도 Upper 25% of Intermediate Channels (High 권역 ) Sensitivity vs. Frequency Curve 5dB High Channel in Band (Step 4) 이렇게측정된 Low 권역주파수에대한 EIS 값들과 Low 밴드에서측정한 EIS 값을비교한다. (Step 5) Low 밴드에서측정한 EIS 값대비 5dB 이상수신감도가열화된 EIS 값이있을경우해당주파수에성능열화가있는것으로판단하고 Low 권역을 FAIL 로판정한다. 5dB 이상성능열화된주파수대역이한군데도없어야해당 Low 권역을 PASS 로판정할수있다. (Step 6) Mid 권역, High 권역에대해 Step 2~Step 5를반복한다. ICS 측정채널및 Phantom 시험조건은 < 표 4> 와같다. 3.3. ICS ICS 시험은 DUT가지원하는모든주파수에서수신감도의추이를살펴보고수신감도가열화되는주파수범위를알아보기위해실시하는시험이다. 앞서설명한 TIS 시험은 DUT 가지원하는주파수범위중, Low, Mid, High 주파수세곳을특정하여시험한반면, ICS 시험은모든주파수범위에서수신감도를측정하는것이특징이다. ICS 시험은아래단계에따라실시한다. (Step 1) [ 그림 5] 와같이주파수를 Low 권역 (Lower 25% 주파수대역 ), Mid 권역 (Middle 50% 주파수대역 ), High 권역 (Upper 25% 주파수대역 ) 으로분류한다. < 표 4> GSM, GPRS, EGPRS, UMTS ICS 시험조건측정조건 GSM GPRS EGPRS UMTS Downlink Mid를중심 Mid를중심으로 200KHz 간으로 2.4MHz 간격으로채널격으로 Low에서 High에이르 Low에서 High에이르기까지모두측정기까지모두측정 Phantom TIS 시험과동일 3.4. A-GPS 수신감도시험 A-GPS 수신감도시험은다음과같이네가지로구성된다. GPS 3차원 C/Nо(Carrier to Noise Ratio) 측정 RSS(Received Signal Strength) Linearization 측정 GPS 수신감도 (TIS, UHIS, PIGS) 측정 GPS ICD(Intermediate Channel Degradation) 측정 (Step 2) TIS 시험에서얻어진모든방위각에대한 Low 밴드 EIS Theta, EIS Phi 값들중, EIS 값이가장좋은방위각 (ThetaL, PhiL) 과 Polarization 을정한다. (Step 3) 해당방위각 (ThetaL, PhiL) 에 DUT 를위치시키고, Low 권역주파수에대해 EIS 값을측정한다. 측정안테나는 Step 2에서정한 Polarization 방향의안테나만 Enable 하고 EIS 값을측정한다. 3.4.1. GPS 3차원 C/Nо 측정 DUT의 GPS 수신기에도달하는 GPS 신호 C/Nо (Carrier to Noise Ratio) 를측정하는시험이다. DUT 를중심으로 3차원구좌표에대해 Theta 30, Phi 30 간격으로측정한다. C/Nо 값은 DUT 가계산한값을 GSM/UMTS 통신채널을통해 BSE(Base Station Emulator) 가전달받아기록한다. GPS 송신기신호 TTA Journal Vol.138 099
는위성신호를사용할수없으므로, GPS 송신신호를에뮬레이션할수있는 Signal Generator 를이용하여 GPS 송신신호를발생한다. 본시험은 GSM 과 UMTS Mid 채널에대해각각실시하며, GSM/UMTS DUT 파워세기는배터리소모를최소화하기위해최대파워보다 10dB 이상낮은값으로설정한다. Free Space 에서는시험하지않으며, Phantom 은 BHHR, HR에대해서만실시한다. 3.4.2. RSS Linearization 측정 GPS 송신신호레벨에따른 DUT GPS 수신기에도달하는 GPS 신호 C/Nо 를측정하는작업이다. 이렇게측정된자료는 3차원구좌표전방위각에대한 GPS EIS 값을계산하는데활용된다. RSS Linearization 측정방법은다음과같다. (Step 1) Upper Hemisphere 범위내에서 C/Nо Theta, C/NоPhi 값들중, C/Nо 값이가장좋은한개의방위각 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 과 Polarization 을정한다. (Step 2) 해당방위각 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 에 DUT 를위치시킨다. (Step 3) Step 1에서정한 Polarization 안테나를통해 GPS 송신신호를 -130dBm 으로송출한다. (Step 4) DUT GPS 수신기에도달하는 GPS 신호 C/Nо 값을기록한다. (Step 5) Step 3의 GPS 송신신호레벨을 1dB 씩낮춰가며, Step 4를반복한다. 만약 GPS 신호 C/Nо 값이 0이면 Step 5를종료한다. 3.4.3. GPS 수신감도 (TIS, UHIS, PIGS) 측정 DUT GPS 수신기에도달하는 GPS 수신감도를측정하는시험이다. 수신감도로 TIS, UHIS(Upper Hemisphere Isotropic Sensitivity), PIGS(Partial Isotropic GPS Sensitivity) 이렇게세가지값을도출 한다. UHIS 는 DUT의 Upper Hemisphere 에해당하는 Theta 0 ~90 범위의수신감도를의미하며, PIGS 는 Theta 0 ~120 범위의수신감도를의미한다. 3.2 절에소개한 GSM/UMTS TIS 시험은 Theta 30, Phi 30 간격으로 3차원구좌표전방위각에대해 EIS 값을직접측정한다. 반면, GPS TIS 시험은 Upper Hemisphere 범위내에서 C/Nо 값이가장좋은한개의방위각 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 과 Polarization 에대해 EIS 값을직접측정하고, 나머지방위각들에대한 EIS 값은수식을통해계산하는것이특징이다. RSS Linearization 측정 (3.4.2 절 ) 과 GPS 3차원 C/Nо 측정 (3.4.1 절 ) 에서얻어진데이터값, 그리고 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 방위각에서직접측정한 EIS 값이 3차원전방위각에대한 EIS 값을계산하는데활용된다. 본시험은 GSM 과 UMTS Mid 채널에대해각각실시하며, GSM/UMTS DUT 파워세기는 Device Power Class 의최대값으로설정한다. Free Space 에서는시험하지않으며, Phantom 은 BHHR, HR에대해서만실시한다. 3.4.4. GPS ICD 측정 DUT 의 GSM/UMTS 신호가 DUT GPS 수신기성능에미치는영향을판단하기위해실시하는시험이다. Free Space 에서는시험하지않으며, Phantom 은 BHHR, HR에대해서만실시한다. 시험방법과시험조건은다음과같다. (Step 1) Upper Hemisphere 범위내에서 C/Nо Theta, C/NоPhi 값들중, C/Nо 값이가장좋은한개의방위각 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 과 Polarization 을정한다. (Step 2) 해당방위각 (ThetaMax over UH, PhiMax over UH) 에 DUT 를위치시킨다. (Step 3) GSM/UMTS 채널을 Mid 로설정하고신호세기를 Device Power Class 의최대값으로설정한다. (Step 4) DUT GPS 수신기에도달하는 GPS 신호 C/ 100 11/12 2011
BHR(Beside Head Right) BHL(Beside Head Left) BHHR(Beside Head and Hand Right) HR(Hand Right) [ 그림 6] Phantom 조건 Start Here Device Width < 56mm Device Width 56-72mm Device Width > 72mm, two-handed, user study, landscape mode, etc. Talk Mode Data Mode non-standard grip Monoblock Closed Slide Fold/ Open Slide 3. Narrow Data Grip (same grip for all narrow EUTs) 4. PDA grip (same grip for both Talk & Data Mode) CTIA As determined by user study 1. Monoblock Grip 2. Fold Grip CTIA CTIA CTIA [ 그림 7] Hand Phantom Grip 선택지침 Nо값을기록한다. 이때, GPS 송신신호는 Step 1에서정한 Polarization Antenna 를통해서만송출한다. (Step 5) Step 3의 GSM/UMTS 채널을 Mid에서다른값으로변경해가며 Step 4를반복한다. GSM 채널은 Mid를중심으로 200KHz 간격으로 Low 에서 High 에이르기까지변경하고 UMTS 채널은 Mid 를중심으로 2.4MHz 간격으로 Low 에서 High 에이르기까지변경한다. (Step 6) Step 5를마치면 GSM/UMTS 전대역에대한 GPS 수신 C/Nо 값을알수있으며, GSM/ UMTS 어떤채널에서 GPS 수신 C/Nо 값이가장열화되는지알수있다. (Step 7) GPS 수신 C/Nо 값이가장열화되었을때의 C/Nо 값과 GSM/UMTS Mid 채널일때의 C/Nо 값의차이 (db) 를시험성적서에기록한다. 4. Phantom 조건 CTIA 는실제적인휴대폰사용환경을반영하기위하여 DUT stand alone 의 Free Space 시험조건은물론 SAM(Specific Anthropomorphic Mannequin, 인체특성을모사한마네킹 ) Head & Hand Phantom 조건에서 OTAP 를시험하도록요구하고있다. 규격에서요구하는 Head & Hand Phantom 조건은 [ 그림 6] 과같다. CTIA는 DUT 사이즈및사용 Mode(Talk Mode/ Data Mode) 에따라 Hand Phantom Grip을 Monoblock Grip, Fold Grip, Narrow Data Grip, PDA Grip 4가지로분류하였다. Hand Phantom 사용시, 반드시 [ 그림 7] 의지침에따라 Hand Phantom Grip 을선택해야한다. TTA Journal Vol.138 101
5. 맺음말 이상 CTIA OTAP Test Plan v3.1 규격에대해소개하였다. TTA 는현재 v3.1 규격에준하는 OTAP 시험설비를갖추고공식시험서비스제공을위해준비중에있으며, 오는 12 월 16 일부터본격적으로시험서비스를제공할예정이다. 아울러, CTIA OTAP 워킹그룹활동을통해 CTIA 최신규격동향을파악하여시험소운영에즉각활용하여국내제조사가원활히 OTAP 시험을받을수있도록지속적으로노력할계획이다. [ 참고문헌 ] [1] CTIA, Test Plan for Mobile Station Over The Air Performance v3.1,ʼ Jan. 2011 [2] 강성훈, WiMAX RPT,ʼ TTA 저널, 제 127 호, pp.100-105, 2010 년 1월 정보통신용어해설 시큐어코딩 Secure Coding [ 컴퓨터 ] 소프트웨어를개발할때보안부분에취약함이있을수있는부분을보완해개발한프로그램. 시큐어코딩은개발하는소프트웨어가복잡해짐으로인해보안상취약점이발생할수있는부분을보완하여프로그래밍하는것으로안전한소프트웨어를개발하기위해지켜야할코딩규칙과소스코드취약목록이포함된다. 실제미국은지난 2002 년연방정보보안관리법 (FISMA) 을제정해시큐어코딩을의무화했고, 마이크로소프트는윈도비스타를개발할때시큐어코딩을도입했다. 102 11/12 2011