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What legislation and specifications regulate IoT device and products?

Law

각국의 전파법, 무선 통신 규격 등

세계 각국에는 각각 전파에 관한 법률이 있습니다. 전파가 나오는 제품(전자 부품, IoT 기기ㆍ제품)을 개발ㆍ제조하는 제조사는 이 법률을 준수해야 하며, 제품을 판매하기 위해 인가를 받아야(인증을 취득해야) 합니다. 또한 다양한 전파에 관한 규격이 있어 각각의 규격을 고려한 평가도 필요합니다. 또한 테스트 하우스, 인증 기관 등은 아래의 테스트를 전문으로 실시하고 있는 기관입니다.

Law and Standards

1) 법률

국가ㆍ지역에서 정해진 전파의 규칙(전파법)이 있습니다.
지역 관할 기관
Japan 총무성(전파법) 등
US Federal Communications Commission (FCC)
EU European Commission (EC)
중국 State Radio Regulation Center (SRRC)
한국 National Radio Research Agency (NRRA)
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2) 무선 통신 규격

무선 통신 방식은 각각 규격 단체가 있으며 지켜야 할 무선 통신의 품질이 정의되어 있습니다.

규격 규격 단체/규격 통신 규격
WLAN IEEE 802.11
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax etc.
Bluetooth Bluetooth Sig/Core Specification 5.1
Bluetooth Special Interest Group
Bluetooth v1.2、2.0、2.1、3.0+HS、4.0、4.1、4.2、5.0、5.1
NB-IoT/Cat-M 3GPP Release 15 등
3rd Generation Partnership Project
Cat-M1、NB-IoT (Cat-NB1、Cat-NB2)
5G 3GPP Release 15 등
3rd Generation Partnership Project
5G NR (New Radio) sub-6GHz/mmwave

예를 들어, WLAN에서는 무선 규격 이외에 CTIA/WFA CWG라는 시험 규격이 있으며, 북미에서 설립된 CTIA(Cellular Telecommunications Industry Association)와 WFA(Wi-Fi Alliance)에 의해 공동으로 책정하고 있습니다.
이 시험 규격은 OTA(Over The Air) 환경 아래에서의 안테나 성능 평가이며, Anechoic Chamber(전파 암실)에서 규정된다. 미국 사업자뿐만 아니라 아시아 여러 지역에서의 사업자도 참조하고 있으며, 최근에는 유럽 사업자(Orange, Vodafone 등)에도 확대되고 있습니다. 이 규격에서 Cellular와 Wi-Fi의 무선 통신이 동작하는 동안 각각에 미치는 영향을 평가하는 항목이 있습니다. 스마트폰, 태블릿 단말기 및 IoT 게이트웨이 등을 평가 대상으로 하고 있습니다.
이 시험에서는 Cellular와 WLAN을 OTA 시험 환경 및 Signalling에서 실시해야 합니다.

4.2 Wi-Fi Desense Measurements with Cellular Transmitter ON
4.3 Cellular Desense Measurements with Wi-Fi transmitter ON

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3) EMC/SAR 등

법률ㆍ무선 통신 규격과는 별도로 EMC, SAR 등의 전파에 관한 규제가 있습니다.
EMC의 국제 규격 단체에는 IEC(International Electrotechnical Commission: 국제 전기 표준 회의), ISO(International Organization for Standardization: 국제 표준화 기구) 등이 있습니다. SAR의 국제 규격 단체에는 IEC, ISO가 있습니다.

[EMC]

EMC Electromagnetic Compatibility EMC는 EMI 시험 및 EMS 시험이 있습니다.
1) EMI Electromagnetic Interference 전자 기기가 방출하는 전자 방해파가 다른 기기, 시스템에 대해서도 영향을 주지 않는다.
2) EMS Electromagnetic Susceptibility 다른 전자 기기, 시스템으로부터 전자 방해를 받아도 만족스럽게 동작한다.

[SAR]

SAR Specific Absorption Rate 전자 기기의 전파가 인체에 영향을 주지 않는다.
측두부(Head-SAR)와 인체 동체(Body-SAR)의 규격이 있다.
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4) 그 밖에 주의해야 할 내용

법률, 규격 이외에도 유저 익스피어런스 향상을 위해 자사 제품에 더욱 엄격한 시험을 (예 : 다음 테스트) 실시하고 있습니다.
체임버를 사용한 OTA(Over the Air) 시험에서 반향판 등을 사용해 멀티패스 환경(실제 환경에 가까운 환경)을 구축하여 자사 제품의 성능ㆍ기능을 평가하는 등.

※체임버: 전파 암실이라고도 한다. 외부로부터의 전자파 영향을 받지 않고, 외부로 전자파가 새나가지 않으며 내부에서 전자파가 반사되지 않는 차폐된 방.
※멀티패스: 실제 전파는 똑바로 가지 않고, 건물 등 다양한 장애물에 반사되어 여러 경로를 통과하여 수신기에 도착한다. 이 반사된 여러 경로를 멀티패스라고 하며, 멀티패스로 인해 수신 측에서 장애가 발생할 수 있습니다.

Multi-Path
예) 멀티패스 시험
(체임버를 사용한 OTA 시험)
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5) 높아지는 실제 운용하에서의 평가 수요

최근 실제 환경에 가까운 환경 아래에서의 평가가 요구되어 OTA(Over the Air) 시험의 수요가 높아지고 있습니다. 그리고 OTA 시험의 수요가 높아지는 동시에 Signalling에 의한 평가도 요구되고 있습니다.
기존의 일반적인 시험은

  • 경우에 따라서는 테스트용 소프트웨어를 설치
  • 무선 통신 칩에 전용 제어 케이블을 연결하여 무선 통신 칩을 컨트롤(Direct 모드)
  • 무선 신호를 측정하기 위한 케이블을 연결하여(Non OTA 시험)

무선 신호를 평가했었습니다.
이 평가 방법으로는 IoT 기기 실제 환경 아래에서 사용되는 환경과 크게 다를 뿐만 아니라 실제 환경에서의 무선 성능을 담보할 수 없으므로 시장에 투입한 후에 사용자로부터 ‘연결되지 않는다, 무선이 가끔 끊긴다’ 등의 클레임을 받을 위험이 있으며, 실제로 클레임을 받아도 실제 환경을 재현할 수 없으므로 그 원인 조사가 어려운 상태였습니다.
이와 같은 배경으로부터

  • 테스트용 소프트웨어를 설치하지 않는다
  • 무선 통신 칩과 연결하지 않는다(Signalling 모드)
  • 무선 신호 측정용 케이블을 연결하지 않는다(OTA 시험)

에 의한 평가가 요구되게 되었습니다.

IoT 기기ㆍ제품의 평가 트렌드

IoT 시장의 확대와 함께 법률 및 기존의 Cellular 규격에 더해 WLAN, Bluetooth 등 다양한 무선 통신 규격, 나아가 EMCㆍSAR 등의 대응이 요구되고 있습니다. 또한 OTA 시험ㆍSignalling 시험도 요구되고 있습니다.
따라서 IoT 기기ㆍ제품 벤더, Test House에서는 이러한 시험을 실시하는 것이 요구되고 있다.

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6) 그 밖에 주의해야 할 내용

A) 통신 모듈의 실장 위치에 따라 제품 내부의 부품 등이 차폐물이 되어 전파를 정상적으로 송신ㆍ수신할 수 없는 경우가 있으므로 설계 시에 평가하는 것이 중요합니다.

Case1 to measure

B) IoT 제품 내의 노이즈(전원 노이즈 등)의 영향으로 인해 적정한 전파를 송신ㆍ수신할 수 없는 경우가 있다.
내부 전파 간섭 방해, 기기 자체의 전원 회로, CPU 보드, LCD 등이 방출하는 방해 잡음이 무선 통신에 악영향을 주는 노이즈원이 됩니다.

Case 2 to measure

C) 성능이 보증된 통신 모듈의 경우도 통신 모듈이나 IoT 제품ㆍ기기의 소프트웨어 버전 업 등으로 성능이 나오지 않는 경우가 있다.

Case 3 to measure
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7) 마무리

상기를 통해 IoT 기기ㆍ제품을 개발ㆍ제조하는 제조사는 법률, 무선 통신 규격, EMC/SAR, 품질 시험, 그 밖에 주의해야 할 내용을 충분히 고려할 필요가 있습니다. 또한 규격에 의한 OTA 시험 평가 및 실제 환경에 가까운 환경 아래에서의 평가 수요 증가(OTA 시험 수령의 증가)에 따라 Signalling에서의 평가를 해야 합니다.

IoT 기기ㆍ제품을 개발ㆍ제조하는 제조사는 상기 평가를 실시함으로써 고객님의 IoT 기기ㆍ제품의 품질이 보장되며, 무선의 통신 품질을 평가하지 않는 IoT 기기ㆍ제품 제조사와의 차별화가 가능하고, 그 결과 고객님의 상품 가치 향상 및 브랜드 신뢰성 유지로 이어진다고 말할 수 있습니다.
사용자로부터 ‘연결되지 않는다’, ‘무선이 도중에 끊긴다’ 등의 클레임이 발생할 위험이 줄어들 뿐만 아니라 클레임이 발생하더라도 자사 제품의 OTA 환경에서의 성능을 파악하고 있으므로 기존보다 요인 특정에서 해결까지를 앞당길 수 있습니다.

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