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제목 | [통권 178호] DVB-T방송 방식에서의 계층 변조 기술 | ||||||
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분류 | 기타 | 등록일 | 03.07.15 | ||||
출처 | 한국콘텐츠진흥원 | 조회수 | 0
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본격적인 디지털방송이 시작됨에 따라서 각 매체별로 다양한 방송서비스들이 출현하고 있다. 그 중에서도 이동 TV 수신 기술의 구현은 시청자들에게 언제 어디서나 방송을 시청할 수 있게 해줄 것이다. 지금까지는 방송사가 한 채널에 하나의 방송 서비스를 제공할 수 있었지만, 멀티캐리어 방식을 사용하는 디지털방송 방식의 계층(階層) 변조 방식을 사용할 경우 1개의 채널로 2개의 서로 다른 방송 서비스를 동시에 제공할 수 있다. ![]() 계층 변조의 원리 계층 변조의 원리를 살펴보면 <그림 1>과 같이 각각의 디지털 데이터 정보는 복소수(complex) 평면상의 크기 및 위상의 성상점으로 표시된다. 64-QAM은 64개(8×8)의 서로 다른 상태로 표시된 6비트의 값으로 전송된다. 계층 변조에 있어서는 非계층 변조와는 다르게 해석될 수 있는데, 4분면 안에 있는 점의 위치는 계층 변조의 특별한 정보로 간주된다. 즉, 4분면의 1, 2, 3 또는 4로 점의 위치 상태가 정해진다.
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![]() (a) 비계층 변조인 경우 (b) 성상비 α = 4의 계층 변조인 경우 계층 변조의 기술적 특성 DVB-T는 멀티캐리어(Multi-carrier) 시스템인데, 앞에서 언급한 것처럼 2k 시스템은 캐리어가 1,705개이며, 보다 넓은 서비스 영역을 위한 8k 시스템은 6,817개의 캐리어를 사용한다. DVB-T 방송 방식에서 이동 수신에 8k 모드(SFN)를 사용할 경우 MFN(Multi-Frequency Network)보다 여러 가지 장점을 가지게 된다. 즉, - 네트워크 구축이 훨씬 쉽다. - SFN의 네트워크 이득 때문에 서비스 영역이 훨씬 넓다. - 네트워크 코스트(cost)가 낮다. - 스펙트럼 요구조건이 낮다(적은 채널로 네트워크 구축 가능). - 서비스 영역을 넘어갈 때 채널을 변경하는 핸드오버(Handover)가 필요 없다. 그러나 이와 같이 SFN 서비스를 시행하려면 보호구간(224μs)을 1/4로 사용해야 한다. 변조 방식은 각각 4-PSK, 16-QAM 또는 64-QAM을 사용하고 있는데, 디지털 변조의 경우, 기존의 아날로그 변조와 비교해서 16-QAM의 경우는 4배, 64-QAM의 경우는 6배의 정보량을 보낼 수 있다(실제로는 여러 가지 주변환경과 반경 등을 고려하면 정보량이 많이 줄어든다). 64-QAM을 이용한 계층 변조일 경우 2개의 MSB(Most Significant Bit)는 이동 서비스를 위해 사용하고, 나머지 4개 비트가 고정 수신을 위한 정보량으로 사용된다. <표 2>는 8MHz 주파수 대역의 디지털방송을 계층 수신과 非계층 수신에서 검토한 표이다. 이 표에서 볼 수 있듯이, 휴대 실내 수신의 서비스 영역을 보면 HP의 경우 51∼67% 사이로, LP의 경우는 22∼37% 사이로 서비스 영역이 수신된다. 그러므로 LP 실내 휴대 수신처럼 데이터 전송 속도가 높은데 이동 및 휴대하면서 방송을 시청할 경우 서비스 영역(반경)이 급격히 작아진다. 성상비가 α=2일 경우가 α=1일 때보다 HP 실내 휴대 수신 서비스 영역이 약 10% 증가하며, 코드율이 높을수록 서비스 영역이 넓어진다. ![]() ※ 출처: Hierarchical Modulation, -the transmission of two independent DVB-T multiplexes on a single frequency-, Alexander Schertz and Chris Weck, IRT, EBU Technical Review, April 2003 ※ 주 1) 서비스 측정장소는 베를린, 평방 120km, 채널 27을 사용(주파수대역: 8MHz), ※ 주 2) 보호구간은 Δ=1/4을 사용, 에러율: 2×1/10⁴, Block and con- volution encoding, Viterbi decoder receiver 계층 변조 서비스 시스템 계층 변조 서비스(Hierarchical Modulation Service, HMS)란 1개의 TV 채널에 2개의 서로 다른 전송 서비스가 가능한 것으로 서로 다른 전송 품질을 갖는다. 그 중에서 특히 HP는 실내 휴대 수신이나 이동용의 차량 수신에 사용된다. ![]() <그림 3> Non Hierarchical 변조를 사용하여 2개의 TV 채널에 4-PSK와 16-QAM을 각각의 채널로 방송할 경우 <그림 4>는 계층 변조 방식을 사용하는 경우를 보여준다. 64-QAM으로 디지털 변조된 데이터 스트림이 4-PSK의 2bit의 MPEG 전송 스트림으로 COFDM 변조된 방송 프로그램과 16-QAM의 4bit의 MPEG 전송 스트림으로 COFDM 변조된 방송 프로그램이 1개의 채널로 혼합되어 안테나를 통해 방송된다. 다시 말하면, 64-QAM으로 디지털 변조하여 4-PSK와 16-QAM으로 MPEG 전송 스트림을 구성한 후, 데이터 스트림이 1개의 채널에서 2개의 가상 채널(Virtual Channel)로 나누어 전송되는 개념이다. 각 시청자는 셋톱박스를 통해 1개의 채널에서 서로 다른 방송 프로그램을 시청하거나 또는 같은 프로그램을 시청할 수 있다. 4-PSK의 채널인 경우는 주로 휴대 중이거나 차량 이동 중에도 시청이 가능하도록 설계된다. ![]() <그림 4> 계층 변조를 사용하여 한 개의 TV 채널에 4-PSK in 64-QAM로 방송할 경우 HP 서비스 영역을 좀더 넓히기 위해서는 성상비 α의 값을 선택하면 된다. 서비스 영역은 방송 출력에 의해서 반경이 결정되기 때문에 계층 변조가 없다 할지라도 서비스 영역의 반경이 서로 다른 것은 피할 수 없는 것이 현실이다. 방송 서비스 영역은 변조 방법과 코드율에 또한 의존하기 때문에 현존하는 시스템 아래에서 계층 변조가 좋은 대체 수단인지는 각각의 특성을 고려하여 결정해야 한다. 맺음말 방송의 디지털화는 기존의 방송 개념뿐만 아니라 시스템에도 변화를 가져오고 있다. 지금까지는 1개의 수신기를 대상으로 고정 수신 방송을 해왔지만, 디지털 기술의 계층 변조 기술을 이용할 경우는 1개의 채널에서 상이한 데이터 스트림을 발생시키고 이를 서로 다른 수신기에서 시청할 수 있다. 즉, 서로 다른 데이터 전송 속도와 서로 다른 서비스 반경을 갖는 2개의 멀티플렉스를 1개의 TV 주파수 채널에서 방송할 수 있다는 것이 지금까지와는 다른 독특한 특성이다. 계층 수신을 위한 계층 변조에 대한 기술적인 특성을 분석하였다. 계층 변조의 HP 변조는 낮은 데이터 전송률을 갖고 있지만 넓은 서비스 반경으로 휴대 및 차량 이동 서비스에 적합한 반면에, LP 변조는 LP의 높은 데이터 전송률 때문에 고정 수신에 적합하다. 따라서 계층 변조는 非계층 변조보다 좀더 선택적일 수가 있다. <표 2>에서 보듯이 非계층 변조의 표준 16-QAM을 사용할 때보다는 4-PSK in 64-QAM을 사용한 총 데이터 전송률(HP+LP)이 훨씬 높게 나타났다. 그러나 非계층 변조로 표준 64-QAM만을 전용으로 사용하고, 64-QAM을 계층 변조하여 4-PSK와 16-QAM으로 분리하여 전송할 경우, 총 데이터 전송률은 같게 된다. 계층 변조는 한 채널에 2개의 서로 다른 방송을 전송할 수 있기 때문에, 고정 수신과 이동 수신을 동시에 제공할 수 있다는 점을 장점으로 들 수 있다. 반면에 단점으로 지적되는 것으로는 서비스 영역(반경)이 非계층 변조일 때보다 현저하게 떨어지게 된다는 점이다. 따라서 방송망 구축에 비용이 많이 든다. 계층 변조는 이동 수신을 고려해야 하기 때문에 고정 수신의 변조 방식을 사용할 때보다는 데이터 전송량이 현저히 줄어든다. 또한 1개의 프로그램을 고정 수신(LP 서비스)과 이동 수신(HP 서비스)을 위해 같은 채널을 사용할 경우, 서비스 영역이 서로 다르기 때문에 동일한 프로그램을 방송할 경우 서비스 지역이 작은 쪽으로 방송망을 구축해야 한다. 그 외에도 문제가 될 수 있는 것은 지금까지는 1개의 채널에서 하나의 방송 서비스만이 가능했지만, 가상 채널(Virtual Channel)의 개념이 도입된 계층 변조 기술을 이용하면, 방송사는 1개의 채널로 고정 수신 서비스와 이동 수신 서비스와 같이 성격이 전혀 다른 2개의 부가 방송 서비스를 제공할 수 있게 된다. 이런 경우, 나머지 1개의 가상 채널을 휴대 및 이동 수신을 목적으로 방송할 경우에도 고정 수신 프로그램과 이동 수신 프로그램이 같을 때는 전혀 문제가 되지 않겠지만, 만약 두 가상 채널의 프로그램이 서로 전혀 다른 경우는 방송사가 두 채널을 방송하는 것이 된다. 따라서 방송사업에 대한 허가 문제가 논쟁의 대상이 될 수도 있다. ○ 참조 : Mobile Broadcasting of DVB-T signals, IEEE Transactions on Broadcasting, Vol 44, N03, September 1998 White Paper DVB-T Transmission Primer, -DVB-T Transmission V1.0 doc, Data & Commerce Ltd, Australia DVB-T SFN Operations & Hierarchical Modulation : The Marvels of the COFDM, Gerard FARIA- Scientific Director, 2000, ITIS, France A Brief Introduction Hierarchical Modulation, Jeff Gledhill (Tandberg TV), Peter MacAvock(DVB), Roger Miles(EBU), DVB-T, March 2000 High Speed Mobile DVB-T Reception in SFNs Using the 8K mode, Teracom, 16 October 2000 rev.1 RAI DTT pilot trials : test results on mobile and portable reception, Maro Cominetti and Andrea Bertella, DigiTAG seminar on Mobile and portable DTT, Berlin, 2-3 November, 2000 Hierarchical Modulation, -the transmission of two independent DVB-T multiplexes on a single frequency-, Alexander Schertz and Chris Weck, IRT (Institut f r Rundfunktechnik), EBU Technical Review, April 2003 2003년도 방송기술워크샵, 2003년 6월 9일, 한국방송공학회 ○ 작성 : 박경세(영상산업연구센터 책임연구원, kspark@kbi.re.kr) ---------------------------------------------------------------------
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