UniqueSec AB Fahimeh Rafieinia     유니크섹 파히메 라페이니아 CTO

차량용 레이다 기술 자체의 진보 요구뿐만 아니라, 스펙트럼의 혼잡에 따른 간섭 문제의 극복, 다양한 요소를 고려한 가상과 실제에서 이미징 레이다와 같은 최첨단 레이다의 성능 평가법 개발 표준화까지, 첨단 운전자 지원 시스템의 대중화와 자율주행의 전개는 필수 센서인 레이다와 관련해 다양한 과제를 생성하고 있다. IEEE SA P3116의 의장인 유니크섹의 파히메 라페이니아 CTO와 1년 만에 다시 이야기를 나눴다.      

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

     IN ENGLISH     
자율주행 위한 레이더 표준화 필요 (autoelectronics.co.kr)

파히메는 유니크섹의 CTO이면서 IEEE SA P3116 의장이다. 대학에서 수석으로 통신공학을 전공하고 석사 과정을 마쳤다. 레이더 신호처리 분야 스웨덴 스타트업 유니크섹(UniqueSec AB)에 스카웃된 후 스펙트럼 도메인에서 가상 타깃을 생성하는 획기적인 시스템(ASGARD)을 발명하고 특허출원했다.








Q. 현재 자율주행 센서와 관련해 유럽, 북미 등 주요 국가에서 논의되고 있는 내용은 무엇이고, 정부, 표준기관(ISO, IEC, IEEE 등) 등은 이를 어떻게 보고 있습니까?

A. 센서의 충실도는 전 세계적으로 센서(카메라, 라이다, 레이다)와 관련된 중요 측면 중 하나입니다. 또한 센서의 인식 대 현실을 평가하기 위해 서로 다른 표준화 기관에서 논의할 문제입니다. IEEE P3116은 차량용 레이다의 성능을 평가하는 기관의 한 예입니다. IEEE P2020 및 P2936은 각각 비전 센서와 라이다를 다룹니다.

특히 더 높은 자동화 수준을 위한 차량 레이다 수의 증가에 따른 스펙트럼의 혼잡과 더 큰 대역폭을 이용하는 레이다와 함께 또 다른 중요 이슈는 이런 센서가 가까운 곳에서 작동할 때 우리가 얼마나 신뢰할 수 있는가입니다. IEEE P3116에서 우리는 간섭의 다양한 소스와 유형에 대해 논의하며, 우리의 목표는 이런 간섭하에서 차량용 레이다의 성능을 평가하는 방법을 제공하는 것입니다.
ISO에는 레이다와 관련된 두 개의 임시 그룹도 있습니다. 그들은 주로 협력 간섭 완화 기술과 레이다 성능에 중점을 둡니다. 또 ISO 내에는 안전 기능과 관련된 활동이 있습니다.

자율주행 맥락에서 인공지능(AI) 및 AI 기반 방법은 신뢰성과 설명 가능성에 대한 질문에 직면해 있습니다. IEEE SA에는 인간의 삶이 AI가 내린 결정에 의존할 경우 매우 중요한 윤리적 AI를 포함한 AI의 다양한 측면에 대한 여러 작업 그룹이 있습니다.

국가 차원에서 스웨덴과 독일과 같은 여러 국가에서 AI 개발 및 우선 계획을 수립했습니다. 이런 플랜은 자율주행차 영역으로도 확장됩니다. 하지만 업계는 AI 전개에 있어서 표준화 기관과 정부보다 훨씬 앞서 있습니다. 현재 AI는 자율주행, 감지, 처리에 활용되고 있지만, 아직 이런 사용 사례를 고려한 표준은 없습니다.

표준화는 그 자체만으로는 충분하지 않습니다. 규제를 통한 표준 채택은 표준이 실생활에 실제로 구현되기 위해 필요한 단계입니다.
자동화 수준 간의 전환도 자율주행 맥락에서 논쟁의 여지가 있는 주제입니다. 스티어링 휠에서 손을 떼고 도로에서도 눈을 떼거나 그렇지 않은 것으로 특징지어진 자동화 수준에서 도전은, 시스템이 자체적으로 판단하고 결정해야 하는데 더 이상 정의된 ODD(operation design domain)가 없을 때의 레벨 3 또는 레벨 4에 대한 ODD를 어떻게 정의하냐는 것입니다. 레벨 5에서 ODD는 수많은 운전 상황을 포함해야 하므로 시스템 설계에 엄청난 고려사항이 요구됩니다.

이런 모든 이슈가 자율주행 시스템의 보급에 제한을 두며 따라서 현재의 구현은 로보택시로 좁혀지고 있습니다.




Q. 차량용 레이다의 무선 간섭으로 발생할 수 있는 문제는 무엇입니까?

A. 무선 간섭으로 인해 레이다가 실제 타깃보다 강한 잘못된 타깃을 볼 수 있으므로 잘못된 경보 비율이 높아집니다. 또한 레이다 수신기의 잡음 수준을 증가시켜 목표물을 감지할 수 없도록 할 수 있습니다. 즉, 오탐지율이 높아집니다. 특히 FoV의 에지에서 간섭으로 인해 레이다 해상도가 저하될 수도 있습니다.

IEEE P3116에서 제기된 한 가지 문제는 에어 인터페이스를 사용하는 많은 레이다에서 방사 파워가 더 높은 레이다를 사용하는 것이 자연스럽게 간섭에 대해 더 잘 수행되기 때문에 권장될 수 있다는 것입니다. 또 다른 요점은 테스트 중인 다양한 레이다에 대한 다양한 소스 및 방향의 간섭 영향을 특성화하기 위한 표준 접근 방식이 필요하다는 것입니다.





파히메는 차량용 레이다 및 자율주행 분야의 한국 이해관계자들을 IEEE P3116 워킹그룹에 초대해 레이다의 안전과 성능에 대한 한국의 관점을 소개하고 싶다며 실무 그룹의 멤버십 자격 조정을 위해 직접 연락해도 된다고 말했다.




Q. 차량용 옥외 레이다의 경우 FMCW 방식이 77 ~ 79 GHz 대역에서 가장 많이 사용되는데, 무선 간섭에 대한 안정성은 어느 정도인가요?

A. 대부분의 차량용 레이다가 작동하는 E-대역은 파장이 짧고 손실이 높기 때문에 본질적으로 간섭을 잘 처리합니다. 그러나 많은 레거시 레이다에서 사용되는 76 ~ 77 GHz 사이의 주파수에서는 스펙트럼이 복잡해지고 있습니다. 현재 대부분의 레이다는 간섭 방지 메커니즘 없이 500 MHz 미만의 대역폭을 사용합니다. 그러나 레이더는 단계적 FMCW와 같은 보다 복잡한 FMCW 변조로 이동하거나 주파수 호핑과 같은 메커니즘을 사용해 간섭 효과를 피하거나 줄이는 방향으로 가고 있습니다.




Q. 혹시 무선 간섭을 피하거나 줄이기 위해 새로운 기술을 개발해야 합니까? 유망한 기술은 무엇입니까? 레이다의 잠재력은 무엇입니까? 자율주행 레벨 4 이상에서는 레이다가 가장 신뢰할 수 있는 센서라고 하셨는데요, 그 이유는 무엇인가요?

A. 네 그럼요. ▶RadCom(레이다 및 통신)을 이용해 인접 레이다와의 간섭 회피 ▶콤파스를 이용해 반대 방향의 레이다가 서로 다른 주파수 대역을 사용하도록 하는 방법 ▶‘listen-before-transmit’과 같은 메커니즘을 사용해 레이다 신호 간섭 위험을 최소화하는 방법 ▶신호 처리에서 spatial nulling을 이용해 특정 방향에서 오는 간섭의 유해한 영향을 방지하는 등 여러 간섭 방지 기술이 있습니다.

이들은 연구에 의해 제안된 접근법의 예들입니다. 레이다 통신은 아마도 이것들 중에서 가장 발전된 것이지만, 보급되기 전에 이를 둘러싼 더 많은 작업과 표준화가 필요할 것입니다. 저는 간섭이 자동차의 안전에 큰 위협이 되기 전에 성공적인 계획(scheme)이 마련될 것이라고 믿습니다.

레벨 4에서는 모든 날씨와 조명 조건에서 사용할 수 있는 센서가 필요합니다. 아시다시피 비전과 라이다는 악천후 조건에서 제한이 있으며 이로 인해 레벨 4 사용이 제한됩니다. 반면에 레이다는 기상 조건에 관계 없이 높은 성능과 가용성을 제공합니다.




Q. 향후 차량용 레이다의 무선 간섭에 대해 어떤 규정, 표준이 예상됩니까? 이에 대한 로드맵이 있나요? IEEE SA P3116 작업 그룹의 활동에 레이다 주파수 간섭 문제가 포함되는 것으로 아는데, 이 표준의 현재 진행 상황은 어떻습니까?

A. ITU, ETSI 및 FCC와 같은 주파수 규제기관은 도로에서 점점 더 많은 수의 레이다를 사용하는 것을 고려해 차량용 레이다에 의한 무선 인터페이스 사용 및 혼잡을 조사해야 한다고 생각합니다. 효과적인 간섭 완화 방법론은 상호 운용성을 위해 표준화돼야 합니다. 앞서 언급한 ISO ad-hoc 그룹은 협력적 간섭 완화 방법을 제안하는 작업을 합니다.

IEEE SA P3116은 주로 간섭하에서 레이다 성능의 분석 및 평가에 중점을 둡니다. 또한, 움직이는 객체들(entities), 즉, 다른 차량 레이다)에서 레이다로 특별히 간섭을 도입하고 실제 타깃을 감지하기 위해 레이다 기능을 평가하는 적절한 방법을 찾습니다. 따라서 간섭 및 테스트에 중점을 둔 두 개의 하위 그룹이 있습니다.

IEEE P3116에서 작업 중인 복잡성 중 하나는 이런 레이다의 실제 적용과 유사한 방식으로 MIMO 및 이미징 레이더를 평가하는 것입니다. 단순한 실험실 내 시나리오, 실험실 설정에 대한 표적탐지(advanced targets) 및 간섭 에뮬레이션의 추가, 복잡한 실제 시나리오를 다루는 시뮬레이션에 대해 논의하고 있습니다. 상상할 수 있듯이 쉬운 해결책은 없습니다. 저는 이 작업에서 레이다를 테스트하기 위한 요구사항이 자율주행의 안전 목표를 향한 레이다 테스트 방법 및 레이다 타깃 시뮬레이션 기술의 발전을 주도하고 구체화하기를 진심으로 바랍니다.




Q. 이 표준이 5년 내에 개발될 것이라고 했었는데, 너무 길지 않나요?

A. 표준의 일정은 5년이며 2021년 말에 시작됐습니다. 따라서 갈 길이 멉니다. 한편으로는 차량용 레이다에 대한 표준을 개발하는 것이 매우 광범위한 작업이고, 이런 표준이 성공하려면 업계 전문가의 기여와 수용이 필요하다고 말씀드리고 싶습니다. 
예를 들어, 이 표준이 국가 당국에 의해 요구된다면 우리의 작업이 가속화될 수 있다고 생각합니다. 그들의 작업은 레벨 3와 그 이상에서 센서의 테스트 및 형식 승인을 위한 인프라와 규정을 수립하는 것입니다.




Q. 자율주행에 필요한 성능, 시뮬레이션 및 가상화를 포함해 이 레이더를 어떻게 테스트할 수 있을까요?

A. 차량용 레이다, 특히 자율주행에 사용되는 레이다의 테스트는 어려운 주제입니다. 보다 현실적인 테스트 설정에는 레이다, 레이돔, 심지어 차량 범퍼까지 포함되며 표적 인식은 레이다 표적 시뮬레이터(RTS)를 사용해 오버 디 에어로 생성됩니다. 이런 RTS는 ▶정적 및 이동 오프젝트 ▶다양한 거리, 속도, 각도, 레이다 단면/크기 ▶임의 궤적의 멀티 타깃 ▶눈, 비, 안개와 같은 환경요소 ▶다른 방향에서 오는 정적 및 이동 소스로부터의 간섭 ▶단, 장거리의 오브젝트와 같은 것에 대한 인식을 제공할 수 있어야 합니다.

레이다 표적 시뮬레이션 시장에는 두 가지 주요 기술이 있습니다. 가장 일반적인 것은 오래된 DRFM 기술에서 비롯된 지연 기반입니다. 그리고 새로운 트렌드는 유니크섹(Uniquesec)이 발명한 주파수-도메인 RTS입니다.





ASGARD2는 어떠한 회전, 기계적 움직임 또는 거대한 어레이에서 수천 개의 안테나 요소가 필요하지 않은 여러 임의의 움직이는 대상에 대한 거리, 속도, RCS 외에도 각도 인식을 에뮬레이션한다. 이는 레이다의 근거리에서 작동하는 유일한 제품으로 초소형이며 레이다의 원거리(수 미터)가 상당히 큰 MIMO 및 이미징 레이더에 특히 적합하다.




Q. IWPC에서 이미징 레이더, MIMO 레이더 테스트를 위한 유니크섹 솔루션에 대해 설명하셨습니다. 이를 요약해주세요.

A. ASGARD2는 타깃의 각도 인식을 에뮬레이션하기 위한 유니크섹의 최첨단 솔루션입니다. 시간이 아닌 주파수 영역에서 레이다 표적 에뮬레이션을 위한 특허기술과 MIMO 방법을 사용합니다. 주파수 도메인 시그니처 생성은 유니크섹의 1세대 제품인 ASGARD1에도 포함돼 있습니다.

ASGARD2는 어떠한 회전, 기계적 움직임 또는 거대한 어레이에서 수천 개의 안테나 요소가 필요하지 않은 여러 임의의 움직이는 대상에 대한 거리, 속도, RCS 외에도 각도 인식을 에뮬레이션합니다. 이는 레이다의 근거리에서 작동하는 유일한 제품으로 초소형이며 레이다의 원거리(수 미터)가 상당히 큰 MIMO 및 이미징 레이더에 특히 적합합니다. 자동차 레이더를 위한 다른 모든 RTS 솔루션은 테스트 챔버의 크기에 대한 요구사항을 충족하기 어려운 원거리 영역 작동에 의존합니다.

Vehicle in-Loop 테스트 및 end-of-line 교정은 공간 제한으로 인해 컴팩트한 폼팩터가 있는 RTS 시스템에서만 가능합니다. 
시장의 다른 제품과 비교할 때 ASGARD의 가장 큰 장점은 바로 매우 짧은 최소 거리에서 목표물을 에뮬레이션할 수 있다는 점입니다. 따라서 자동 긴급제동 시스템(AEB) 및 사이드 어시스트와 같은 범퍼 투 범퍼 교통 및 안전 기능 테스트에 적합합니다.

그리고 스펙트럼이 제공하는 작업의 유연성 덕분에 ASGARD가 에뮬레이션할 수 있는 수많은 대상이 있습니다. ASGARD2를 사용해 다양한 각도에서 타깃 수를 추가하면 더 많은 RTS 안테나가 필요하지 않기 때문에 고해상도 MIMO 레이더에 대한 복잡한 테스트 시나리오를 에뮬레이션할 수 있습니다. 게다가 저희의 솔루션은 다른 모든 움직이는 대상과 동일한 시나리오에서 이동는 차량에 여러 간섭자를 생성할 수 있습니다.




Q. 마지막으로, 지난해 AEM과의 인터뷰 이후 한국과 인연이 좀 더 깊어 지셨습니까?

A. 표준과 관련해 한국의 관련 당국과 직접 접촉한 적은 없습니다. 하지만 한국에 있는 TAENG 엔지니어링이라는 회사가 한국에서 저희 제품을 마케팅하려고 합니다. 저는 그들이 이 제품에 대해 국립연구소와 접촉하고 있다고 믿습니다.
차량용 레이다 및 자율주행 분야의 한국 이해관계자들을 IEEE P3116 워킹그룹에 초대해 레이다의 안전과 성능에 대한 한국의 관점을 소개하고 싶습니다. 모든 OEM, 티어 1, 티어 2, 독립연구소, 연구기관, 정부기관 및 표준기관의 기여를 환영합니다. 실무 그룹의 멤버십 자격 조정을 위해 저에게 직접 연락하셔도 됩니다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine