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방송기술연구Broadcast Technical Research

DTV 전송기술 동향

Part 1. ATSC 전송표준

I. ATSC 표준

II. ATSC DTV 전송시스템의이해

III. ATSC 수신기의성능개선

Part II. ATSC 분산송신기술

I. ATSC SFN

II. 분산송신기술

III. 분산중계기

IV. DOCR

5

7

12

27

31

33

47

56

62

Contents

Part III. ATSC M/H

I. ATSC 전송성능의개선

II. 제안기술1 : A-VSB

III. 제안기술2 : mph

부록- 약어및용어정리

73

75

79

93

Part 1. MXF 쉽게들여다보기

I. MXF

1. MXF란무엇인가요?

2. MXF는왜사용해야하나요?

3. MXF 지원장비는뭐가있나요?

4. MXF는어떻게개발되었나요?

5. MXF 파일을재생하고싶어요.


I. ATSC 표준

II. ATSC DTV 전송시스템의 이해

III. ATSC 수신기의 성능 개선

KBS 방송기술연구2007 - ④ I 7


1. ATSC의구성

ATSC(Advanced Television Systems Committee)는 미국에 기반을 둔 국제 방송 표준

제정기관으로1982년에처음설립되었다. ATSC 방송규격은1996년미국을시작으로2007

년현재한국, 캐나다, 아르헨티나등에서DTV 방송표준으로채택되었다.

ATSC는 기술개발과 표준화를 담당하는 기술 표준화 그룹(TSG, Technology and

Standards Group)과기획과관련업무지원을담당하는기획위원회(Planning Committee)

로구성된다. TSG는각분야별로부위원회(subcommittee)로나뉘어활동하고있다. ATSC

기구의구성과부위원회는다음과같다.

I. ATSC 표준

< ATSC 조직도(2007년) >

ATSC Members

Board of Directors

TSG Planning Committee

TSG Specialist GroupS1 PMCPS2 ACAPS3 Digital ENGS4 ATSC-M/HS6 Audio/Video CodingS8 TransportS9 TransmissionS10 ReceiversS13 Data Broadcast

PC Working GroupsATSC 2.0ACAP Field TrialEducation and TrainingInternational Participation

8 I Broadcast Technical Research

ATSC 방송표준은방송제작에관련된표준과전송에관련된표준으로크게구분할수있으

며, ATSC 홈페이지를통해서모두20여개의표준과관련정보문서들이제공된다.

ATSC의주요업무분야는다음과같다.

- Digital Audio Compression

- DTV Program and System Information Protocol (PSIP)

- Data Broadcasting services

- DTV Application for enhanced and interactive services

- Conditional Access for terrestrial broadcast

- Modulation and coding for DTV applications over satellite

2. ATSC DTV방송표준(A/53)

ATSC 방송표준인A/53(ATSC Digital Television Standard)은데이터압축, 채널부호

화및RF신호전송등을정의하고있다.

A/53의전체적인구성은다음표와같다.

< A/53 구성 >

1. 총칙

2. 지상파 DTV 방송서비스 요구사항

- 수신품질 / 상신호표현형태 / 채널전환시간

- 음향채널수 / 기존방송과의 양립성 등

3. 지상파 DTV 방송시스템 요구사항

- 소스부호 및 복호화 / 다중화

- 채널전송부 : 채널부호화, 변조, RF링크

4. 송수신기 정합규격

- 상, 음향, 자막, 데이터, 다중화 및 서비스,

- 채널부호화 및 변조



‘제1장총칙’에서는이표준이‘지상파디지털TV 방송을위한서비스요구사항, 시스템요

구사항 및 송수신기 정합 규격을 규정하는 것’이 목적임을 밝히고 있다. 채널 대역폭

(VHF/UHF 6MHz), 패킷, MPEG 등표준에서사용되는주요용어에대해서도정의하 다.

‘제2장지상파DTV 방송서비스요구사항’에서는수신품질등DTV 서비스에필요한각

종요구사항을제시하 다.

제1조 수신품질

화질 : 아날로그보다 현저히 우수함(ITU-R 710 5단계 평가 - 4.5이상)

음질 : ITU-R 562 5단계 평가 - 2.5 이상

제2조 상신호 표현형태

16:9, 4:3화면비율의 SDTV와 HDTV 포함

제3조 서비스 최대 지연시간

스튜디오 송출에서 일반 가정의 수신기간의 서비스 지연 시간 최소화

제4조 채널 호핑(hopping) 시간

채널 호핑 시간(TV채널 바꾸는 시간) 최소화

제5조 상/음향간의 최대지연

상-음성 지연시간, -20msec~+40msec이내

제6조 호환성

타매체(DVD등), 타전송매체(위성,케이블등), 기존송신규격과 호환성

제7조 제한수신

유료방송, 보안유지를 위한 제한수신기능

제8조 음향채널수

최대 5.1채널

제9조 부가서비스

시청각장애인 위한 서비스 등

제10조 비트열 편집가능성

편집을 통한 정보의 추가삭제가능

제11조 기존 지상파 방송과의 양립성

NTSC와 혼신보호비 준수

< 지상파 DTV 방송 서비스 요구사항 개요 >


‘제3장은지상파DTV 방송시스템의요구사항’으로다음과같이제시하고있다.

‘제4장은 지상파 DTV 송수신기 정합 규격’으로 상, 음성, 자막데이터, 데이터 서비스,

제한수신, 다중화및서비스규약그리고채널부호화및변조등에대해다루고있다.

ATSC의 상은 기본적으로 ISO/IEC 13818-2(MPEG-2 상 표준)의 Main

Profile@Main Level 또는Main Profile@High Level로구성되며 상신호형식은모두18

개로 다음과 같다. 일반적으로 60Hz, 30Hz, 24Hz가 기준이나 60×1000/1001Hz, 30×

1000/1001Hz, 24×1000/1001Hz 도허용된다.

< 지상파 DTV 방송 시스템 요구사항 개요 >

제1조 일반요구사항

수신점 비트에러율(3×10-6이하), 서비스 복구시간(1초 이내)

제2조 소스 부호화 및 복호화기

상부호화 : 최대 비트율 19.39Mbps,

18개 화면포맷

비트율가변성, 트릭(trick)모드 지원

음성부호화 : 3~20kHz, 1채널~5.1채널구성

음성다중, 시간 및 청각장애인용 부가서비스 구현

48kHz 표본율, 표본당 비트수 : 16~24비트

목표 비트율 최대 512kbps

제3조 다중화

기본스트림 다중화, 스트림간 동기,

채널다중화(다수 프로그램), 기본스트림 암호화 및 제한수신

제4조 채널전송부

6MHz에서의 상호간섭비, TOV SNR

송신전력 변동 및 대역외방사(별도규정)

주파수안정도 및 위상잡음 등



음향에대해서는A/52표준을준수하며48kHz의샘플율, 하나의주(부) 서비스는384kbps

이하등이규정되어있다.

채널전송부에서는실제RF데이터변조를위한채널코딩, VSB필터, RF변조등기본사양

을제시하고있다.

1080 1920 16:9 60I, 30P, 24P

720 1280 16:9 60I, 30P, 24P

480 704 16:9 / 4:3 60I, 60P, 30P, 24P

480 640 4:3 60I, 60P, 30P, 24P

주사선수 화소수 화면 종횡비화 면재생율(Hz)

* 주사선수 : 화면내의 유효 주사선 수* 화소수 : 하나의 유효 주사선에 포함된 유효 화소수* 화면종횡비 : 화면의 가로 대 세로의 비율* 화면재생율 : 초당 보여지는 화면 수(P는 순차주사, I는 비월주사 의미)

< ATSC 상신호형식 >


ITU-R에서제시하는디지털방송전송시스템의개요도는다음그림과같다. 스튜디오에

서제작된비디오와오디오는각각압축되어서비스다중화기에서하나의스트림으로다중화

된다. 다중화된MPEG 압축데이터는전송스트림형태로송신소로보내지고이데이터는채

널부호화및변조를통해전파로일반가정까지송신된다.

ATSC 송신기의앞부분은데이터처리부로서데이터난수화기, RF 부호화기, 데이터인터

리버, 트렐리스부호화기로구성되며채널부호화에대한모든처리를수행한다. 뒷부분은신

호처리및변조부로서수신신호의용이한검출을위한파일럿삽입, VSB변조, RF 변조등을

수행한다.

II. ATSC DTV 전송시스템의이해

< ITU-R 전송시스템 개요도 >



ATSC 전송시스템의기본사양은채널대역폭6MHz를기준으로정의하고있으며심볼율,

FEC 사양, C/N 임계값등을정의하고있다.

ATSC 데이터 프레임의 구조는 MPEG 패킷이 심볼로 변환된 세그먼트가 기본단위이다.

313개의세그먼트는하나의필드를이루고각필드에는한세그먼트길이의필드동기신호가

있다. 일반데이터는8개의레벨로표현되지만필드동기신호나세그먼트동기신호는수신기

에서의안정적인검출을위해2레벨로규정된다. 특히, 필드동기신호는특정데이터패턴인

< ATSC 채널부호화 및 변조 개념도 >

데이터난수화기

RS부호화기

데이터인터리버

Trellis부호화기

MUX

파일럿삽입

VSB변조

RFUP-

Conversion

데이터 처리 신호 처리

Segment Sync

Frame Sync

MPEG-2데이터

RF

< ATSC 전송시스템의 기본 사양 >

Channel Bandwidth : 6 MHz

Excess Bandwidth : 11.5%

Symbol Rate : 10.76 MSymbols/sec

Bits per Symbol : 3

Trellis FEC : 2/3 Rate

Reed-Solomon FEC : T=10 (207,187)

Segment Length : 832 Symbols

Segment Sync : 4 Symbols per Segment

Frame Sync : 1 per 313 Segments

Payload Data Rate : 19.39 Mbps

NTSC Co-ch Rej. : NTSC Rejection Filter in receiver

Pilot Power : 0.3 dB

C/N Threshold : 14.9 dB


512개와63개의의사랜덤신호(pseudo random number)로구성된다. 이는수신기에서알

고있는데이터패턴이므로이들신호로부터등화기를동작시켜안정된채널추정이가능하도

록한다(‘훈련열’이라고도불린다).

ATSC는VSB필터를이용하여억압반송파변조를한다. 이를통해DSB에비해대역폭을

반으로축소하 다. VSB필터의가장자리는620kHz의제곱근여현나이퀴스트응답(square

root raised cosine filter response)을갖는다.

< ATSC 프레임 구조 >

Data + FEC

Data + FEC

242ms

242ms

1Segment=77.3.us

313Segments

313Segments

828SymbolsField Sync#1

DATA SEGMENT

FIELD SYNC SEGMENT

ONE DATA FIELD(313 SEGMENTS)

ONE DATA SEGMENT(832 SYMBOLS-208 BYTES

188 BYTE (752 SYMBOL) MPEG-II DATA PACKET 20 BYTE (80 SYMBOL)

REED SOLOMON

NEXTSEGMENT

Field Sync#2

Segment

Sync

훈련열

< VSB 채널 스펙트럼 >

5.38MHz

6.0MHz

.31.31

1..7

0SuppressedCarrier

Pilot



1. 데이터난수화기

일반적으로난수화를거치지않은데이터는특정데이터형태의반복적인출현으로주파수

스펙트럼상에서특정주파수대역에에너지가집중되는현상을보인다. 이상태에서RF를통

해전송을할경우자연적인주파수페이딩(fading)과겹쳐서더욱더수신상태를열화시킬

수있다.

난수화기는입력된MPEG TS데이터를바이트단위로난수화(randomize)한다. 구현방법

은입력된데이터를순차적으로16비트최장계열의사난수이진열(maximum length PRBS

- pseudo random binary sequence)에서생성되는바이트와차례차례XOR 연산시켜데이

터를출력하는것으로수신단에서도동일한과정을거쳐복구한다. 이를통해주기적인데이

터의반복을방지하여주파수스펙트럼이평탄하도록만들어준다. 즉, 주파수의특정부분에

에너지가집중되거나소실되는것을방지하여수신기의수신성능을향상시킨다.

(2) RS 부호화기

종래아날로그방송에서는멀티패스등에의한간섭이발생하면화면에고스트가생기거나

< 난수화기의 데이터 발생부 >


노이즈가발생하 다. 그러나, 디지털전송시스템에서는아날로그방송과달리패킷에오류

가발생하면화면의블록에러또는오디오가깨지는증상이발생한다. 따라서에러없는전송

을보장해줄필요가있다. 이를위해부호화기술을사용한다.

부호화 중가장대표적인 기술이블록부호화와 콘볼루션(convolution)부호화1)이다. 블록

부호화는현재수신되는프레임또는패킷을이용하여일정길이의부가정보를추가하는방

식이다. 표현하는방식은(n, k)로서n은실제출력데이터(정보데이터+부가데이터), k는정보

데이터이다. 여기에 t라고 하는 에러정정 가능한 정보량을 추가로 표현한다. 대표적인 블록

부호화방법으로는ATSC 전송표준에서채택하고있는RS(Reed Solomon) 부호화가있다.

부호화를사용하면특정비트에러율(BER, Bit Error Ratio)을이루기위한임계SNR을낮

출수있다. 즉, 낮은SNR에서도원하는BER을이룰수있는것이다.

1) ‘3.트렐리스부호변조’참고

< 블록 부호화 >

(n,k)부호화

정 보 부가정보

k n-k

n

< 채널 부호화 사용시의 부호화 이득 >

BER

채널부호화미사용

채널부호화사용

Eb/No부호화이득



ATSC 전송 표준의 RS부호화기는 188바이트의 입력 패킷에 대하여 패킷당 20바이트의

FEC(Forward Error Correction)정보를삽입하여(207, 187, t=10) 총 10바이트의에러를정

정할수있다. 빠른데이터의복구를위하여프레임및필드동기신호는RS 부호화를수행하

지않는다.

2. 데이터인터리버(interleaver)

앞서난수화기가주파수 역에서데이터를섞어준다면데이터인터리버는시간 역에서

데이터를섞는다.

인터리버는여러세그먼트에걸쳐데이터의순서를섞도록한것으로시간적으로집중되는

노이즈를분산시킨다.

데이터인터리버의동작원리는다음과같다. 입력되는데이터패킷은서로길이가다른메

모리블록에순차적으로담긴다. 반대편에서는그메모리블록에담긴순서대로하나씩추출

< 데이터 인터리버의 동작 원리 >


하여송출하는것으로이를통해전체필드의 1/6 만큼의데이터씩순서가섞여서송출되는

것을알수있다. 이와같은인터리버를통하여순간적으로발생한에러에의해데이터일부

가손실되었을경우인터리버의역과정을거쳐복원하면여러세그먼트에걸려에러가분산

된다.

즉, 인터리버를사용하지않는다면하나의세그먼트가손실되어화면이깨지겠지만인터리

버를통해서여러세그먼트로에러를나누었기때문에RS부호화기의도움으로에러를모두

복구할수있어화면이깨지지않게된다.

3. 트렐리스부호변조

디지털전송에서에러를정정하기위한부호화기술로앞서설명한블록부호화와는달리

메모리를이용해서새로운비트패턴을만드는콘볼루션(convolution) 부호화가있다.

< 데이터 인터리버의 동작 >

송신기 RS후의 data frame channel에서의 burst error 수신기 RS전의 data frame

Inter-leaving

De-inter-leaving



블록 부호화가 바이트 단위로 데이터를 처리하는데 반해 콘볼루션 부호화는 비트 단위로

부호화를수행한다. 동작원리는입력비트가메모리에저장되어이전에저장된비트들과의

연산을통하여새로운비트를생성한다. 하나의비트에대해보통1개이상의비트가생성되

므로, 추가되는부가데이터의비율이매우높아실데이터율을많이떨어뜨린다. 그러나, 복

호기에서수신심볼의복조시이전수신심볼로부터현재심볼을추정할수있으며부호화를

안했을때보다심볼간의물리적거리가확대되어에러율을크게개선할수있다. 따라서이

러한부호화방식은낮은전력으로통신하는이동통신등에서널리활용되고있다.

< 1/3 콘볼루션 부호화기 >

m1 m0 m-1

n1

n2

(0, 1, 1)

(1, 0, 1)

n3

< 복호기의 트렐리스 다이어그램 >

(1, 1, 1)


ATSC 표준에서는콘볼루션코드와심볼매핑(mapping)을통해입력비트열을심볼로변

환하는트렐리스(trellis) 부호변조를채택하 다. ATSC 표준의트렐리스변조는2개의입력

비트로부터1개의추가비트추출및입력비트의메모리스테이트(state) 할당을수행하여3

비트의심볼을생성한다. 이를통해수신기의수신성능을크게향상시킬수있다.

트렐리스부호변주기는2비트씩모듈로나누어져있으며모두12개가순차적으로진행되

어시간적으로또한번섞인다. 즉, 인터리빙과정을거쳐서집중적으로발생된에러를분산

시킨다.

< 트렐리스 부호 변조기의 구조 >



4. 필드동기신호

채널부호화작업이완료된3비트의각심볼들은832개의심볼이하나의세그먼트(한패킷

이RS부호화를거치며208바이트가되었고하나의바이트에서2비트씩4개의심볼이생성

됨)를구성하며원래패킷동기바이트자리에는4개의심볼(+5, -5, -5, +5)로구성된세그

먼트동기신호가들어가게된다.

ATSC 심볼의 전송율은 10.76MHz이므로 832심볼마다 발생하는 세그먼트 동기신호는

77.3(1/10.76×832)usec의주기를갖는다.

< TCM 변조 및 인터리버 >


이들세그먼트가312개가모여하나의필드를이루게된다. 각필드사이에는하나의세그먼

트길이의필드동기가삽입된다. 세그먼트동기와필드동기신호는채널부호화가되지않았

으며수신기에서검출이쉽도록8개의레벨이아닌2개의레벨(+5, -5)로신호가구성된다.

필드동기신호는 4개의 PN(Pseudo Noise) sequence가 들어가는데 각각 PN512, PN63,

< 데이터 세그먼트 구조 >

< 필드 동기 구조 >

A : 4 symbols segments sync.B : 511 symbols PN511 훈련열C : 63 symbols PN63 훈련열D : 63 symbols PN63 훈련열(반전됨)E : 63 symbols PN63 훈련열F : 24 symbols VSB 모드G : 92 unused symbolsH : 12 symbols trellis coding

A B C D E

FIELD SYNC SEGMENT



PN63, PN63으로구성된다. PN63의가운데sequence는필드마다반전되어기필드와우필

드를구분하는신호가된다. 2개의필드는프레임(frame)을구성한다. PN sequence 뒷부분

은VSB변조의모드(24심볼), 향후서비스를위해비워져있는심볼(92 심볼)이며마지막 12

개의심볼은트렐리스부호화기의연속적인동작을위해이전세그먼트의마지막심볼이복

사되어있다.

하나의세그먼트의주기가77.3usec이므로313세그먼트씩구성되는필드동기신호의주기

는24.2(0.0773×313)msec이다.

NTSC의화면구성에서한줄을주사하는수평주사선의주기가63.6usec 이며한화면을

표시하는주기는16msec(1/60Hz)이므로대략적인비교가가능하다.

< ATSC 데이터 프레임 구조 >

Data + FEC

Data + FEC

24.2ms

24.2ms

1Segment=77.3.us

313Segments

313Segments

828Symbols

Field Sync#1

Field Sync#2

Segment

Sync


5. 파일롯삽입

필드및세그먼트동기가삽입되어전송을위한3비트8레벨의데이터(심볼)가모두완성이

되면신호처리가시작된다.

우선 데이터 열에 데이터 최대 신호 대비 약 17%정도 크기의 고정 직류전압(DC, Direct

Current)이 삽입된다. 즉 +7~-7크기의 데이터 심볼에 1.25크기의 DC를 삽입함으로써 -

5.25~+8.25크기의신호를만든다. 이때삽입된DC신호는향후RF신호에서입력신호에

향을받지않는고정pilot 신호가되며전체평균전송전력을약0.3dB 증가시킨다.

6. VSB(Vestigial Side Band) 변조

디지털신호는임펄스성분으로주파수응답을보면무한대의대역을갖는다. 따라서주어

진주파수에맞게대역을제한해야실제전송이가능하다. 예를들어6MHz 대역에서전송하

려면이를6MHz를가파르게제한하는필터(brick wall filter)를통과시키면되는데이경우

필터의시간축의응답역시거의무한대이어서다른심볼에간섭을주는 ISI (Inter Symbol

Interference)를발생시키므로역시실용화가곤란하다.

< pilot의 삽입 >



이를위해, Raised Cosine 필터를대역제한필터로사용한다. 이필터를사용하면주파수

대역은6MHz에거의맞게제한하면서도시간축의응답이어느정도제한되어다른심볼에

향을많이주지않는다. 따라서이필터를펄스정형(pulse shaping) 필터라고부른다.

< 시간 역과 주파수 역의 비교 >

Brick Wall Filter

Raised Cosine Filter

주파수 역시간 역

Impulse

< 시간 역과 주파수 역의 비교 >

+7+5+3+1-1-3-5-7

SAMPLING TIMES펄스 정형의 예

심볼 데이터 VSB필터

SAMPLING TIMES

+5

+7-3

+ 5 - 3 + 7

t

1.0 h(r)

0.5 r=0r=0.5

f


ATSC에서사용하는Raised Cosine 필터의사양은다음과같다. 실제전송에사용되는필

터는이응답에제곱근을취한것으로송신단의필터와수신기의필터가짝을이루어전체적

으로Raised Cosine 응답을갖게된다.

VSB필터는대부분디지털로구현되며VSB필터를통과한신호는DA(Digital to Analog)

변환과정을거쳐IF, RF로변조된후HPA를통해증폭되어안테나를통해전송된다.

< ATSC Raised Cosine 필터 응답 >

1.0

.5

0

d

R =.1152

d =.31 MHz

5.38 MHz

6 MHz

d d d

* 왜 19.39Mbps의 전송율을 갖는가?

ATSC는 6MHz의 대역폭을 갖는 방송 주파수 대역을 대상으로 하므로 NTSC에 대한 간섭 및 인접

채널에 대한 보호 역을 고려하여 점유 대역폭을 5.38MHz로 선택을 하 다. 따라서 나이퀴스트 이

론에 의해 최대 심볼율은 10.76MHz이다. 한 심볼당 3비트이며, 2/3 트렐리스 부호화, 필드 동기신

호, 리드솔로몬 에러정정코드 등을 모두 고려하여 오버헤드(over head)를 제외한 전송 데이터율을

구하면 다음과 같다.

10.76 × 3 × 2/3 × 312/313 × 188/208 = 19.39(Mbps)

따라서 19.39Mbps가 ATSC전송시스템의 최대 데이터율이다.

여기에 MPEG TS 188바이트 중 sync 1바이트를 제거하면 19.39 × 187/188 = 19.28 Mbps가 실

데이터율이다.



1. ATSC 수신기의구조

기본적인ATSC 수신기는RF신호를IF나기저대역으로변환하는튜너와주파수및타이밍

동기, NTSC 제한필터, 등화기(equalizer), 위상추출기의채널부와트렐리스복호기등VSB

복조기로구성된다.

NTSC 제한필터는동일채널NTSC 간섭이있을경우이를제거하기위한필터로NTSC와

동시방송시혼신문제를해결한다. 등화기는전송단의필드동기신호를기준신호로삼아고스

트성분을추정하며, 일반적으로선행고스트(pre ghost) 역에는FF(Feed Forward) 등화기,

후행고스트(post ghost) 역에는DF(Decision Feedback) 등화기로구성된다.

III. ATSC 수신기의성능개선

< DTV 수신기의 구조 >

< NTSC제거필터 >

Tuner

IF Filter&

Syn-chronousDetector

NTSCRejectionFilter

Equalizer PhaseTracker

TrellisDecoder

DataDe-

Interleaver

Reed-SolomonDecoder

DataDe-

Randernizer

MPEG 복호VIDEOAUDIO

Sync&

Timing

VSB복조채널부

MHz

1.25 227½f H = 3.579545286f H = 4.5

6.

228f H 285f H

342f H

57f H

56½f H

C A

LowerBaseband Edge (f=0)


2. 등화기의성능개선

초창기등화기는-3usec에서+22usec 정도의고스트제거 역을가졌다. 이는미국에서

처음방식제안시2층높이주택의지붕에안테나를설치하고수신하는고정수신상황을가

정한것으로필드동기신호의주기역시24msec 정도로다이나믹고스트에대한대비는거

의 되어있지 않았다. 그러나 실제 서비스 결과 도심지의 경우 등화기의 처리 능력을 벗어나

난시청이많이발생함을확인할수있었다.

선행고스트를3usec 처리하는 1~2세대초창기수신기와6usec를처리하는3세대수신기

를 비교해보면 그림과 같이 선행고스트가 분포하는 지역의 경우 2세대 수신기는 수신 불가

(SNR 15dB 미만)임을알수있다.

< 등화기의 일반적인 구조 >



추후도심지에대한집중적인필드테스트및시청자사용형태조사결과수신목표를도심

지실내수신까지로하게되었고, 매년각제작사에서는지속적으로수신기의성능개선을이

루었다. 도심지수신의특징은주송신기의신호보다반사신호가더크게들어오는채널이

일반적이어서선행(pre) 고스트에대한처리능력과도심지의차량에의해발생하는다이나믹

고스트에대한처리능력의개선을필요로하게되었다.

거의매년고스트처리능력에대한성능개선이이루어져왔으며2004년이후일반적으로

보급된수신기의경우선행및후행(pre and post) 고스트를각각50usec까지처리가능하며

다이나믹고스트에대한처리능력도매우향상되었다.

< 2세대 수신기와 3세대 수신기의 선행고스트 처리 비교 >

16.0

12.0

8.0

4.0

-4.0

-8.0

-12.0

-16.0

16.0

12.0

8.0

4.0

-4.0

-8.0

-12.0

-16.0

340 degree

-6 -3 0 5 10 15 -6 -3 0 5 10 15

FFE(a)

6

(b)

(c) (d)

10

FFE 345 degree

340 degree 345 degree

3rd Gen

2nd Gen10:29:088T VSBIFagc 2587EqMode FsyncErrorsS/Nout 15.3TapNRG - 10.4Frame N 24.8

10:28:318T VSBIFagc 2588EqMode FsyncErrors 4309S/Nout 13.1TapNRG - 11.6Frame N 25.5


2006년이후수신기는주신호와거의같은크기로들어오는고스트에대한처리성능이

획기적으로개선되어동일채널중계기와같은부분적인SFN 중계기술의적용가능성을높여

주었다.

< 수신기 등화기 성능 비교(2006년 기준) >

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Samsung (8/05)

Zenith (9/03)

1st Generation Receiver

ATSC A/74 Recommended

Echo Pow

er (d

B)

Echo Delay (uS)

Part 1. MXF 쉽게들여다보기

I. MXF






Part 2. ATSC 분산송신기술

I. ATSC SFN



IV. DOCR


PART 2. ATSC 분산송신기술

수신기의성능이매년향상되면서ATSC에서는동일주파수로중계또는송신할수있는

SFN에 대한 가능성의 제시와 함께 표준화가 진행되었다. 2002년 미국의 Merrill Weiss

Group에서제안한DTV SFN 규격은2007년현재ATSC의하나의표준으로채택되었으며

뉴욕등일부지역에서실험방송을실시하고있다.

ATSC의 SFN송신표준(A/110 Synchronization Standard for Distributed

Transmission)은 DTV 분산송신(distributed transmission)기술이라고 정의된 송신기간의

동기화 방법에 대한 내용을 다루고 있으며 분산중계 및 DOCR(Digital On-Channel

Repeater) 기술및응용에대해서도 소개하고 있다. 본장에서는 ATSC의 SFN기술에대한

기본적인내용및적용방법에대해설명한다.

1. DTV SFN의요건

(1) DTV 방송망의설계

지상파 방송망의 설계 방법은 각 송신기 및 중계기의 주파수 배치에 따라 MFN(Multiple

Frequency Network), SFN(Single Frequency Network), RSFN( Regional SFN)등으로

구분할수있다.

MFN은인접한셀(cell)에서의송신기및중계기의주파수를모두달리하는것으로고스트

에대해취약했던기존아날로그TV방송망이대표적이다.

I. ATSC SFN


SFN은 송신기 및 중계기가 모두 같은 주파수로 송신하는 것으로 유럽의 DTV 방식인

DVB-T나국내의T-DMB 등에서적용하고있다. SFN 방송망의구축이가능하려면우선수

신기는두개이상의송신기에서들어오는신호에대해서(강한고스트환경) 안정된수신이가

능해야하고각송신기및중계기는동기를맞출수있는방법이있어야한다. DVB-T 송신방

식의경우SFN 방송을위해고스트를처리할수있는가드인터벌(guard interval)을선택할

수있는모드가있어원하는크기의SFN 방송망을설계할수있다. T-DMB 역시DVB-T와

유사한OFDM 전송방식을사용하고있어수십km이내의SFN의구축이가능하다.

RSFN은지역적인SFN으로주로주송신기의주파수는달리하고중계기의주파수는해당

셀의송신기의주파수와일치시키는기술로소출력의작은 역의SFN을구현할수있다.

ATSC의경우수신기의성능이개선되고있으나거의같은크기로들어오는고스트를처리

할수있는구간이2007년현재30 usec내외여서9km 이내의지역에서의SFN이이론적으

로가능하다. 따라서RSFN이ATSC의SFN 규격에서우선적용가능한모델이될수있으며

향후수신기술의발전에따라점차로적용범위가넓어질것으로기대된다.

(2) SFN의구성요건

2개이상의송신기를SFN으로운용하기위해서는송신측면에서다음의세가지조건이반

드시충족되어야한다.

<방송망의 유형>



- Same Frequency

- Same Time

- Same Data

가. SFN rule 1 - Same Frequency

SFN 망을구성하는송신기들의주파수는반드시일치해야한다. 만약주파수가일치하지

않을경우수신기는이를도플러주파수로인식하여마치다이나믹고스트를수신한것과같

이동작한다. ATSC의경우단일반송파변조를하는과정에서주파수동기를얻는데가장취

약한조건이이동수신과같은도플러페이딩(fading) 채널이므로주파수일치조건을만족시

키지못한다면이동수신을하는것과같이매우치명적이다.

일반적으로주파수동기를맞추는방법은GPS를이용하여GPS의기준주파수10MHz에

일치시킨다. 주송신기의신호를수신하여재전송하는중계기의경우수신된주송신기의주파

수를기준신호로사용할수도있다.

<주파수 편이>


나. SFN rule 2 - Same Time

SFN 망을구성하는송신기들의송출시간(타이밍)은일치해야한다. 만약송출시간에차이

가있다면그차이만큼지연시간이발생하여수신기의고스트처리 역을벗어날가능성이

있다.

송출시간의차이의원인으로는전송링크상발생하는거리(전송망지연) 및기타신호처리

에따른지연시간, 송신기내부지연, 송수신지연(송신망지연) 등이있다.

물론 2개의송신기에서동시에송출할필요는없다. 서비스를하고자하는지역에서볼때

두개의송신소로부터도달하는시간이일치하도록하는것이므로상대적인거리에따라송

출시간에시차를고의로두기도한다.

송출시간을 조정하는 방법은 전송망 지연의 경우 GPS를 이용하여 TS 신호에 Time

Stamp를삽입하여조정한다. 송신망지연의경우송신기내부의부호화, 필터등에의해발

생하는지연과수신지역까지의전송지연등을고려하여Offset 조정을수행한다. 또한, 수신

신호의고스트분석장비를이용하여각송신소로부터오는시간의차이를계산하여그만큼

보상해주는것이일반적이다. 특히, TxID 기술이발달하여그정보를추출하여각송신기로

부터들어오는시간을정확히계산할수있다.

다. SFN rule 3 - Same Data

SFN 망을구성하는송신기들의송출데이터는일치해야한다. 일반적으로SFN 방송망을

지원하는방송규격의경우송출데이터의일치를위한기준신호들이제공된다. 반면, ATSC

는원래SFN을고려하지않았으므로이러한기준신호가없다. 따라서동일TS 입력을두대

이상의송신기에삽입하더라도양쪽신호의출력은상이하다. 그이유는데이터패킷의구성

시프레임시작위치의차이, 부호화과정에서발생하는메모리초기화문제등이다.

이에대한대책으로, 일반적으로는네트워크어댑터(network adaptor)를이용하여프레임

동기신호및메모리초기화정보등을제공한다.



(3) 분산송신망의유형

분산송신의구현방법은분산송신, 분산중계그리고DOCR이있다.

가. 분산송신

네트워크어댑터를이용하여MUX 뒷단의출력신호에송신기동기를위한기준신호를삽

입한다. 각송신기는전송망지연및송신기내부의지연을분석하여적절한지연을이용하여

재송출타이밍을조정한다.

<분산송신의 개념도>

TransportNetwork

NetworkAdaptor

EnsembleMux

NetworkAdaptor

NetworkAdaptor

Transmitter

Transmitter

전송망지연 송신기지연 송수신지연

Receiver


나. 분산중계

분산중계는주송신기의신호를링크로삼아각중계소별로같은주파수로구성하는방법

이다. 이경우송신기에삽입된송신기동기신호를RF신호의일부에도추가하여이를각중

계기가검출하여중계기의동기를맞추는방법이일반적이다.

또다른방법은수신신호로부터주파수성분을검출하여이정보를이용하여다시재전송

하는것이다. 이렇게수신주파수에동기를맞출경우GPS를사용하지않고도주파수편차없

는중계가가능하여도플러페이딩을유발하지않고수신안정도도높일수있다.

다. DOCR(Digital On Channel Repeater)

DOCR은주송신기의신호를그대로전송하는기술로원칙적으로는GPS나기타동기신호

의도움을받지않는다. 주로주송신기의커버리지내에서주송신기의신호가미치지않는지

<분산중계의 개념도>

NetworkAdaptor

NetworkAdaptor

NetworkAdaptor

Transmitter

Transmitter

Transmitter

전송망지연 송신기지연 송수신지연

Receiver



역에대해설치할수있으며주로소출력으로운용된다. 다만, 송출한신호가다시수신단으

로입력되는문제가있어실제서비스에는방향과출력등에한계가있다.

SFN을구성하는송신기간의지연시간을분석하면다음과같다. 즉, 주송신기(Main Tx)로

부터60km 정도떨어진지점에보조송신기를설치하고보조송신기를중심으로거리별서

비스 역을 원으로 그렸을 때 주 송신기와 보조송신기의 출력 크기가 같아지는 점은 약

30km정도이다. 이를중심으로양쪽송신기의-50usec의지연시간을표시하면쌍곡선형으

로그려진다. 이러한그래프를참고해서주수신지역에서지연시간차이가일정범위안에들

어오도록송출타이밍을조정한다.

<DOCR 개념도>

EnsembleMux

OCR

OCR

Transmitter

송신기지연 송수신지연

Receiver

전송망지연


(4) ATSC에서의SFN구현가능성

SFN을 구현하는 세가지 조건에 대하여 ATSC의 분산송신기는 다음과 같이 조정 가능하

다. ATSC의분산송신표준화규격은주로데이터를일치시키기위한DTxP(분산송신패킷)와

DTxA(분산송신어댑터) 등에대한내용이정의되어있다.

가. 송신측면

- same frequency : GPS 및주파수동기를이용하여조정가능

- same time : GPS에출력되는1ppm 신호등을이용하여조정가능

- same data : 동일TS에대해서는동기신호, 트렐리스코딩메모리값이상이함.

<주송신기와 보조송신기간의 간섭 분석>



나. 수신측면

- static ghost : 최신수신기의경우제한된지연시간범위에서0dB 고스트처리가능

- 고속의dynamic 고스트처리: ATSC의현재기술로수십Hz 이상의송출타이밍은조

정이거의불가능하다.

- 송신네트워크에따른최장지연고스트

ATSC의최신수신기는30usec이내에서의고스트처리능력은양호함이알려져있다. 그러

나더넓은커버리지를대상으로할경우외곽지역에서수신율이저하될수있다.

(5) 다중경로분석

SFN 환경이란수신기입장에서간단히모델링을해보면두개이상의같은신호성분이

시차를두고수신되는것이다.

이를분석하기위하여일반적인다중경로수신환경을살펴보자.

<600m 거리의 건물에 반사된 신호가 직접파와 함께 수신된 경우>

<반사된 신호를 주신호로 수신한 경우>


그림에서는건물에의해반사된신호가수신될때직접파를주신호로수신한경우와반사

파를주신호로수신한경우의예를보여준다. 일반적인DTV 수신환경은직접파를주신호로

수신하는것을가정하므로첫번째의경우는수신하는데크게지장이없다. 그러나반사파를

주신호로수신하면직접파가선행고스트가되는데이경우수신기에따라서는성능열화를보

이는경우가많다. 따라서다중경로신호의분포는ATSC 수신기에서수신성능을예측하는

데있어서매우중요한역할을한다.

분산송신을하는경우Tx1과Tx2에서동시에송신을할경우수신기(Rx)의위치에따라지

연시간의분포는상당한차이가있다. 일반적으로수신기가두개의송신기의사이에분포할

경우(유형2, 3)에는수신시간의차이는두송신소간의거리이내의분포를갖는다. 그러나두

송신기의연장선상에있는바깥쪽에위치할경우두송신기의거리만큼의지연을갖는다. 따

<분산송신의 유형별 지연시간 분석>

유형 1

유형 2

유형 3



라서두송신기의거리는분산송신에서가장긴고스트를의미한다. 즉, DTV 수신기의고스

트처리가능구간에의해두송신기간의최대거리가결정된다.

DTV수신기가50usec의고스트를처리할수있다면송신기의최대거리2)는15 km(50usec

×0.3km/usec)이다. 물론이경우는0dB 고스트처리능력을의미하고가장최악의경우를

가정한것이다. 일반적인DVB-T 수신기의경우송신모드에따라200usec이상의고스트의

처리가 가능하므로 최대 60km 간격의 SFN의 구축이 가능하다. 그러나 ATSC 수신기는

2007년에출시된수신기가선행고스트에대해서는 0dB 고스트의처리는힘들고대신후행

고스트에대해서는50usec까지0dB에가까운고스트를처리할수있으므로대략10km 내외

에서SFN의제한적인운용이가능하다. 즉, 현재기술로본격적인SFN의구축은힘들고결

국지역적인SFN으로만운용이가능하다.

2) 전파의 속도는 300,000km/sec이므로 1usec동안 약 300m진행한다.

<DOCR의 유형별 지연시간 분석>

유형 1 : 지연시간 = 중계기 내부 처리시간

유형 2 : 지연시간 =중계기 내부 처리시간 +중계기/수신기 구간

유형 3 : 지연시간 =중계기 내부 처리시간 +중계기/수신기 구간+중계기/수신기 구간


DOCR의경우는송신기로부터의시간과중계기에의해중계되는시간의차이가분산송신

과는반대이다. 즉, 송신기로부터받아서중계하는방식이므로수신기가송신기와중계기의

연장선상밖에있을때가장지연시간일짧고송신기와중계기사이에있을때가장지연시간

이길다. 또한, 실제적용할때도송신기를등지고중계하는경우는크게문제가없으나송신

기방향으로중계하는경우에는중계기가송출하는신호가중계기의수신신호로다시인입되

는피드백발진문제가심각하므로적용이매우어렵다.

(6) TxID의삽입및검출

두대이상의송신기가동작을할경우서비스지역에정확히원하는형태의고스트가존재

하도록조정해줄필요가있다.

즉, 서비스지역에서선행고스트가심하다면예전수신기들의경우성능열화가심하므로

해당송신기의송출시간을지연시켜후행고스트로만들어주는것이필요하다.

이러한 역할을 수행하기 위해서는 각각의 고스트가 어느 송신기로부터 온 신호인지 아는

것이필수적이다. 이를위해각송신기마다TxID (Transmitter Identification)를삽입할필

요가있다.

<송신기의 지연시간 조정>



TxID는심볼에삽입이되며형태는노이즈형태의Pseudo Random 시퀀스이다. A/110에

제시되어있는코드는Kasami 코드이다. 삽입하는코드는 추후검출이용이하기위해서비

스채널환경을고려하여기존신호대비삽입크기를조정한다.

이론적으로는DTV의수신임계SNR이 15dB이므로코드역시 15dB의 SNR이되도록삽

입할수있으나너무여유가없으므로보통의경우10dB이상의마진을보장한다. TxID가삽

입되는크기비율을Bury Ratio라고하고일반적으로그림에서와같이21~39dB정도를유

지한다.

삽입된TxID는각송신기마다서로다른값을가지며, 동일한코드의신호를correlation

하여검출할수있다. TxID 분석기는현재운용중인송신기의TxID 들을이용하여각각의성

분을검출해서각송신소로부터입수되는성분의시차및크기를분석하는장비이다. 그림에

서는3개의송신기를운용했을때수신한결과이다. 이들결과를통해서각송신기간의간섭

을분석하고원하는형태로고스트분포를만들기위해개별송신기의출력및지연시간을조

정한다.

<분산중계기에서의 TxID의 삽입>

image

real real

FrequencyDown Converter Demodulator

TxID Generator

Modulator FreuencyUp Converter


<TxID를 삽입한 경우의 전송 스펙트럼>

<TxID 분석기로 A, B, C 송신기의 성분을 분석한 결과>



1. 개요

분산송신기술은 정확히 말하면 ATSC 송신기간의 동기화방법에 대한 기술이며 ATSC의

성능개선안으로2002년도에처음제안되었다. 초기에는수신기의성능문제로인해많은관

심을끌지못하 지만, 2003년부터출시된LG/Zenith의5세대수신기의성능에의해10km

이내의SFN이어느정도가능해지면서표준화가탄력을받아현재A/110으로표준으로선정

되었다.

분산송신기술의주요기술은송신기데이터동기에대한고려가전혀없는ATSC 송신망에

서각송신기가동기에맞추어동작할수있도록연주소에서패킷시작기준신호및트렐리스

메모리동기신호를전송패킷에삽입하고송신기에서검출하는것이다.

핵심이되는신호는TS 패킷에대한프레임위상을생성하는Cadence신호와트렐리스메

모리의스테이트(state)와제어를위한신호를발생하는분산송신패킷(DTxP)이다.

분산송신시스템은다음그림과같다. 기존송신네트워크의서비스다중화기다음단에분산

송신어댑터(distributed transmitter adaptor)를삽입하여송신기동기화신호를패킷에삽

입한다. 이렇게삽입된정보는디지털전송부를통해서각송신소로전달이되고송신기의앞

단에는동기화된데이터처리부가있어이들기준신호를검출하고반 하여송신기간의데이

터동기를맞춘다.



좀 더 구체적으로 송수신 시스템을 묘사하면 다음 그림과 같다. 일반적인 TS인 SMPTE

310 입력에 대하여 분산송신어댑터는 송신 기준 신호를 삽입한다. 각 송신기는 슬레이브

(slave) 변조기들로서분산송신어댑터의변형된Smpte 310 TS 신호로부터기준신호를검

출하여위상정보가일치되는(coherent) RF 심볼스트림을생성한다. 이때, 분산송신어댑터

와각슬레이브변조기들은GPS에의해서주파수동기(10MHz), 타이밍동기(1 pps)를함께

맞추어SFN 송신의조건을갖춘다.

이로서SFN의세가지조건인주파수, 타이밍, 데이터동기를모두충족시킬수있다.

<분산송신시스템 개요>

Video Subsystem

VideoVideo

Souce Codingand Compression

ServiceMultiplexer

Audio Subsystem

AudioVideo

Source Codingand Compression

DataProcessing

Model

TransmltterSynchronization

Inserter Signal Processingand Power

Amplification

Signal Processingand Power

Amplification

Signal Processingand Power

Amplification

SynchronizedData

Processing

DigitalTransport

Ancillary Data

Control Data

DistributedTran smission Adapter

Freq

Freq Freq

ConsumerRecelver

GPS

GPS GPS

Time

Time Time

RF Transmission system RF Transmission system

Service Multiplex and Trransport



2. 분산송신어댑터(DTxA)

연주소의 분산송신어댑터(DTxA)는 SMPTE 310 TS 스트림을 입력으로 받으며 출력하는

신호역시SMPTE 310 TS이다.

DTxA는다음의기능을수행한다.

- DTxP 삽입

- 채널코더

- Cadence 동기삽입

- Field rate 채널삽입

DTxA는입력된TS의지정된 역에송신기동기정보를포함하는분산송신패킷(DTxP)을

<분산송신 서비스 모델>


삽입한다. 이를위해연주소의서비스다중화기는정확한PID(Packet Identification)를포함

하고있는자리확보패킷(placeholder packet)을심어놓는다. DTxA에서는이패킷을만나면

올바른DTxP로덮어쓴다.

DTxP는모든 송신기들이 트렐리스 부호기와 프레임 동기 삽입 포인트를 동기화 시킬 수

있는정보를포함하고있다. 이를통해해당송신기들이같은심볼을송출할수있다. DTxP

는또한타이밍정보를포함한다. 이정보를기준으로각송신기들은지정된offset time 등을

고려하여일정한시간에송출을할수있다.

DTxA의또다른기능은SMPTE 310 클럭에서발생할수있는주파수클럭의변동을평탄

화하는 것이다. DTxA내의 FIFO와 저속 PLL(Phase Locked Loop)이 이 기능을 수행한다.

DTxA 역시GPS의 10MHz 기준주파수와1pps의기준펄스를이용하여상기의동기신호를

생성한다.

위의과정을거쳐서DTxA는입력SMPTE 310신호에대해변형된형태의SMPTE 310 신

호를생성하고이를STL(Studio to Transmitter Link)을통해각송신기에전달한다.

<DTxA(분산송신 어댑터)의 구조>



3. 분산송신기

분산 송신기는 변형된 SMPTE 310 신호를 DTxA로부터 입력 받아 우선 DTxP를 추출한

다. 이를이용하여트렐리스부호기의동기를맞추고타이밍을조정한다. 또한cadence 동기

신호를검출하며side 채널을검출한다.

타이밍의 동기는 FIFO 메모리를 이용하며 TxID를 표시하기 위해 워터마크(watermark)

를심볼에삽입한다.

4. Cadence 신호ATSC 송신기는일반적으로TS 패킷들로부터프레임을구분할때임의로312개씩할당하

여필드동기를구성한다. 즉, 같은TS 패킷에대해서도송신기들은다른형태의프레임구조

를만들어내며필드동기를삽입한다. 필드동기는등화기를위한훈련열, VSB 모드비트및

여분의 예비 비트를 포함하고 있다. 프레임 동기는 2개의 필드 동기 즉 624개의 MPEG

packet 마다할당된다.

<DTxP(분산송신 패킷)의 구조>


cadence 동기신호는이들MPEG 패킷에대해서프레임의시작을알리는표시를하기위

해서해당패킷의MPEG sync byte를반전시킨다. 즉, 원래47h 인 sync byte 가B8h로변

환된다. 이를검출하여분산송신기는프레임시작점을지정함으로써모든송신기들이프레임

동기를맞출수있다.

cadence 신호와 DTxP의 관계는 다음과 같다. cadence신호는 매 624 패킷마다 나오며

DTxP는일반패킷사이에삽입되어따로검출된다.

<cadence 신호의 삽입>



5. watermark(TxID)의삽입

분산송신의중요한이슈는각송신기간의송신타이밍의조정이다. 예를들어서비스를하

고자 하는 곳에서 특정 송신기의 출려시간을 늦추고자 한다면 앞서와 같이 해당 송신기의

FIFO 메모리를통해서조정이가능하다. 따라서고스트의분포로부터각송신기의수신타이

밍과 분포가 어떻게 되는 지 분석하는 것이 필요하다. 이를 위해 분산 송신기는 송출신호에

TxID를 삽입한다. 이 과정은 심볼에 노이즈와 같은 신호를 삽입하므로 워터마크

(watermark)라고도한다. TxID를검출하는방법은앞절에서설명한바와같이해당송신기

의코드를검출하는TxID 분석기를이용한다.

<Cadence 신호와 DTxP>

Ts rate=19,392,558bps

1 of 20

2 of 20

20 of 20

624 TS Packets=

One 8VSB Frame

Cadence Signal(CS) : 0×B8

Normal Sync Byte : 0×47

DXP

1 Se

cond

= 2

0.6

Fram

es

(12,89

4 TS

pac

kets)


송신기에서워터마크는심볼에아주약한노이즈형태로삽입한다. 그러나송신기의왜곡

보상을위해서는워터마크신호가방해가되므로송출신호의보정을위한적응등화기의동

작부에는워터마크신호를제거하는것이일반적이다.

<3대의 송신기가 동작할 경우 CIR(Channel Impulse Response)>

<워터마크(TxID) 삽입 및 처리 방법>

ATSCsymbols

Watermark

Modulator

Equalizer Values

A/DPowerAmplifier

Filtering andInterpolation EVM/SNR

Calculation &GraphicalDisplays

NumericalDemodulator

Software Componentswithin Dotted Lines

IdealReference

SignalGenerator

AdaptiveEqualization



6. 송출타이밍의조정

분산송신기들의송출타이밍의조정을위해서는GPS를사용한다. GPS 수신기에서는2개

의기준신호(10MHz, 1pps)를제공하는데타이밍을위해서는1pps의기준펄스를이용한다.

송신기내에는24비트의카운터가10MHz로동작을하며매1초마다리셋된다. 따라서이카

운터는100ns의클럭을가지면서증가하다가매1초가되면다시0으로리셋된다. 이기준클

럭을이용하여각송신기의송출시간을조정할수있다.

<분산송신기의 타이밍 조정을 위한 기준 클럭>


분산중계시스템은주송신기의신호를받아서중계하는중계기들을 SFN으로구축하는방

법이다. ATSC 수신기의수신성능이비교적짧은길이의고스트에대해서안정적으로동작

하므로소출력송신기에의한SFN이합리적이다. 따라서분산중계는주송신기내의커버리

지를보완하는중계기네트워크로서현재ATSC 수신기에대해유용한중계방법중의하나

이다.

분산중계망을간이국에적용하면주송신기의커버리지를보완하거나일부확장하는형태

이다. 분산중계망이기간국에적용되면중출력중계기로서커버리지를확장하며중계기간의

간섭이발생할수도있다.


<채널8번을 수신하여 41번으로 중계하는 분산중계망>

Channel 41

Channel 8

DTxRChannel 41

MainTransmitterChannel 8

DTxRChannel 41

DTxRChannel 41

DTxRChannel 41



1. DTxR(Distributed Transmission Repeater)

분산중계시스템의구현방법의하나로DTxT를중계기로확장한형태의DTxR이있다. 기

존DTxT 시스템에서는DTxA에서삽입된정보들이slave 송신기에서모두제거되므로중계

기에서는이정보를이용할수가없다.

<분산중계의 간이국 및 기간국 적용의 예>

<SMPTE 310 신호로의 데이터 삽입과 제거>

SMPTE310

DTx PACKETINSERTION

MPEGSYNC

INVERSION(CADENCE

SYNC)

TRANSPORTERROR BITRESTORATION

MPEG SYNCBYTE

RESTORATIONDTx TRELLISCODEREMOVAL

TRANSPORTERROR BITINSERTION

(SIDECHANNEL)

DTx PACKETSWITHTRELLISCODESCADENCE SYNCSIDE CHANNEL

DTx PACKETSWITHTRELLISCODESREMOVED

NO CADENCESYNC

NO SIDECHANNEL

MUX

DTxA Slave Transmitter

MUX


따라서이를방지하기위하여DTxA와비슷한방식으로DTxP 정보를삽입함으로써중계

기에서도이정보를이용할수있다.

일반적인중계기에서는VSB 복조후생성되는MPEG TS를그대로다시전송한다.

분산중계기에서는VSB 복조후생성되는MPEG TS내에들어있는DTxP 정보를이용하여

프레임및트렐리스메모리동기를생성하여각중계기간의데이터동기를맞춘다.

<DTxP 처리과정의 변형>

MPEGDATE

ServiceMultiplexer

Inserts placeholderpackets

Distributed Transmission Adaptor Distributed Transmitter

SAME STATES

SAME DATA

PID1FFA

PID1FFA

PID1FFA

PID1FFA

PID1FFA

OMP000

OMP000

CMP000

OMP000

OMP000

insert date

OTHERDATA

CodingModdel

TRELLISCODES

OTHERDATA

OTHERDATA

OTHERDATACoding

STL

trellis codes removedTRELLIS CODES

other data remainsinsert trellIs

codes

<일반 중계기의 구조도>



개별적인동작은분산송신기의경우와유사하다.

2. SR(Symbol Regenerative) DTxR

심볼 재생형 분산중계기(SR DTxR; Symbol Regenerative DTxR)는 수신한 데이터에서

심볼까지만복조하고다시재변조하는시스템으로Digital Correction DOCR과유사한구

조를갖는다.

입력된신호는복조부를거쳐기저대역신호로변환되고지능형등화기를통해심볼이추

출된다. 이때생성된심볼을다시VSB 변조하여원하는채널로재변조하여전송한다. 이과

정에서 수신신호로부터 추정된 클럭신호는 기준 클럭(reference clock)이 되어 송출신호와

동기된다.

<분산중계기의 구조도>


(1) 주파수의일치

기존의분산중계기나분산송신기는서로다른송신기의송출주파수를일치시키기위하여

GPS 신호를 이용하 다. SR DTxR은 수신신호의 주파수로부터 송신하는 주파수의 동기를

얻어내므로2개이상의중계기가같은신호로부터중계를하더라도송출신호의주파수를일

치시킬수있다. 따라서GPS 없이도주파수의동기를유지할수있다.

<심볼 재생 분산중계기 시스템 구성>

<주파수 동기 방법 비교>

(a) GPS를 이용하는 분산중계기 (b) 수신신호와 동기되는 SR DTxR

GPSReference

Baseband Baseband

채널 A

RF RF RF

Ref.

동기신호

Ref.상향변환기 상향변환기하향변환기하향변환기

수신부 수신부 송신부송신부

RF

1F 1F 1F 1F

채널 B 채널 B채널 A



(2) 송출타이밍의일치

기존의분산중계기와마찬가지의FIFO 메모리구조를이용한송출시간의조정을할수있

다. 심볼을재변조하는과정에서TxID가삽입되어이를검출하여각중계기간의송출타이밍

을조정한다.

(3) 데이터의일치

기존의분산중계기는데이터동기를맞추기위하여cadence 신호에의한프레임동기와트

렐리스메모리초기화를수행해야만했다. SR DTxR에서는수신데이터심볼을그대로재전

송하므로데이터의동기과정이따로필요없다.

(4) 기타

기존분산중계기에대한SR DTxR의단점은FEC를활용하지않으므로임계점SNR에서

약3dB가량성능이열화된다는점이다. 그러나일반적으로중계소의SNR은아주나쁜편이

아니므로실제적용상크게문제가되지는않을것으로보인다.

<SR DTxR의 데이터 동기>

FFFilter

FBFilter

lntelligentSlicer

EqualizerOutput

EqualizerInput

Tr. Seq.

SFN 네트워크에서일반적인음 지역보완기술은DOCR(Digital On Channel Repeater)

이다. DOCR 기술은수신된신호를그대로증폭해서재전송하는기술로OFDM 시스템에서

는일반적으로쓰이는기술이다. DTV 방송망에서DOCR은다음그림과같이음 지역보완

또는 커버리지 확장의 역할을 수행한다. 분산중계망과 DOCR의 차이점은 동일한 주파수로

전송을하는가안하는가이다.

동일한주파수로중계를할경우에는주신호와중계신호가합쳐지므로음 지역의스펙트

럼을보완하는역할을한다. 산악지역이나도심지역처럼전파가가려서일부페이딩이나타

나는경우DOCR을이용해서전송을하면마치다이버시티수신을구현한것과같이스펙트

럼이보완되어수신가능성이훨씬더높아진다.

다른주파수로중계를할경우에는주신호에대해서수신여부를판단하고또중계신호에

대해서도따로수신여부를판단해야하므로산악지형이나건물 집지역의경우에는중계신

호의 수신율도 보장을 할 수 없다. 따라서 가능만 하다면 동일채널로 중계하는 것이 서비스

가능성을높이는데있어매우유리하다.

<DOCR의 서비스 모델>


IV. DOCR



1. OCR의종류

동일채널중계기의종류는다음과같이구분할수있다.

가. RF processing OCR

입력신호에대해서LNA를거친후RF 대역제한필터를통과한RF 신호를그대로증폭하

여전송한다. 입력SNR 보다더저하된SNR로전송된다.

나. IF processing OCR

입력신호에대해서LNA를거친후IF 대역으로변환하여IF 대역제한필터를통과한다시

RF 로변조하고증폭하여전송한다. 입력SNR 보다더저하된SNR로전송된다.

다. Regenerative OCR

입력신호를기저대역의TS까지복원한후재변조하여전송한다. 이방식의경우입력신호

와출력신호가상이한신호이므로동일채널간섭이발생하여 15dB의D/U를확보해야하므

로실용성이거의없다.

<동일 채널 중계인 경우의 잇점>


라. Digital Correction OCR

입력신호를 기저대역의 심볼까지 복원하여 재전송하는 방법으로 입력신호와 출력신호의

동일성을유지할수있으며SNR 역시개선할수있어가장합리적인방법이다.

2. DOCR 시스템

가. 시스템개요

KBS와ETRI는디지털방식의OCR을세계최초로상용화하 다. 개발된DOCR의전체

시스템구성도는아래그림과같다.

<OCR의 유형>

Pre-selector &Low-Level Amp

Pre-selector &Low-Level Amp Pre-selector &

Low-Level Amp


Power AmplifierDown-converter

Down-converte

Base-bandTS Data

Down-converter

IF BandpassFilter & Amplifier

Up-converter &Power Amplifier


Data Processor &Modulalor

Base-band(I.Q)Conversion &

Correction



RF BandpassFilter

RF

RF RFRF RF

IFIF

IFIF

a. RF Processing OCR b. 1F Processing OCR

a. Regenerative OCR b. Digital Correction OCR

IF IF

RFRF

LO

LOLO

RF



전체시스템은RF 처리부, 디지털신호처리부, 아날로그부로구성된다.

- RF 처리부에서는RF 데이터를IF 로변환해주는DOWN CONVERTER 부와IF 필터로

구성된다.

- 디지털변환부에서는아날로그데이터를디지털데이터로변환해주는A/D와FPGA 그

리고데이터버퍼로구성되고고속데이터전달을위한PCI Controller Chip 이사용된다.

- 아날로그부에서는처리된44MHz IF신호를RF신호로주파수변환한후증폭시켜서인

접채널신호를제거한후출력한다.

등화및파형재변조모드의경우입력신호에대해트렐리스복호에의한지능형판정장치

(intelligent slicer)를이용하여등화(equalization)를수행하므로상당히우수한심볼복구성

능을보장하며, 이렇게복원한심볼을다시재변조하는과정을거쳐대역제한이우수하며신

호품질이높은출력을제공할수있다. 캐나다에서실시된실험실테스트결과에의하면, 등화

형 DOCR(Equalization DOCR)은 -50dBm의 입력신호레벨에서 4.5~5.5dB 레벨

(D/U:Desired to Undesired)의궤환신호를제거하 다. 이는, 송출신호가다시수신안테나

로타고들어오는루프백(loop back) 왜곡을기준신호대비-5dB의비율까지는등화함으로

<KBS-ETRI DOCR의 기본 구조>


써, 송수신안테나사이의분리도(isolation)에대해DOCR 송출출력을높임으로써설치조건

을완화시킬수있는것을의미한다. 또한오타와에서실시한필드테스트에서도DOCR 커버

리지의1.5m 높이의휴대수신실험에서우수한성능을보 다.

나. 격리도및송출출력

송수신안테나격리도(isolation)에따라송출출력이결정된다.

DOCR은5dB이상의D/U가확보될경우안정된송신이가능하다.

예1) 입력수신전력: -30dBm / 격리도: 80dB일경우

DOCR의송신전력은45dBm이하즉최대30W 출력가능

예2) 입력수신전력: -30dBm / 격리도: 70dB일경우

DOCR의송신전력은40dBm이하즉최대20W 출력가능

※송수신안테나의방향에따라확보될수있는isolation이차이가많음

※입력수신전계가약하면그만큼송출출력도약해짐

다. DOCR의커버리지와수신기성능

5세대수신기의수신성능표를참조해서커버리지와수신기성능예측을하면다음과같다.

<5세대 수신기와 커버리지 비교>



안정된수신을위한고스트와주신호의비율을최대6dB 이상의D/U라고감안할때<5세

대수신기의커버리지비교>의수신기등화기성능표를해석하면약20usec의지연시간까지

처리가가능하다. 이는6km의지연을의미한다. 따라서5세대수신기기준으로6km 범위의

DOCR 커버리지의 설계가 가능하다(안정된 수신의 기준을 6dB보다 크거나 작게 잡으면 이

범위가달라진다)

거의동일크기의간섭이들어올경우안테나방향조정으로수신레벨의차이가만들어진다.

동일크기의간섭신호가들어오는지점중수신점에서송중계소가같은방향이어서안테나

방향을조정할수없는경우수신상태악화될수있다. 따라서반드시서비스지역에대하여

출력에따른커버리지의분석이필요하다.

3. DOCR 필드테스트

가. 개요

캐나다의오타와(Ottawa)에위치한CRC(Communication Research Centre, Canada)에

서국내에서개발된DOCR에대해서오타와일원을대상으로필드테스트를수행하 다. 이

지역은오타와강아래쪽으로점차로기울어지는지형을가지고있으며높고낮은건물이많

아주송신소의수신전계가약한곳이다.

측정점은주송신소수신율이안좋은지역위주로일정간격으로선정되었다.


<송신안테나와 서비스지역>

<수신안테나와 측정차량>



나. 측정결과

측정은서로다른제조사의2001년수신기 1종류, 2004년수신기2종류에대해서실시되

었다. 수신 안테나는 지향성 LPD(log periodic dipole)안테나와 무지향성 안테나를 지상

1.5m높이에설치하고측정하 다. DOCR이켜졌을때그림과같이수신전계가증가하는곳

이많았으며세종류의수신기모두수신율이개선되었다.

<동일지역에서의 DOCR의 On/Off시 스펙트럼의 비교>

(a) DOCR OFF (b) DOCR ON

Spectrum Plot-10-20-30-40-50-60-70-80-90

-10-20-30-40-50-60-70-80-90

786 787 788 789 790 791 792 793 794 795 796 786 787 788 789 790 791 792 793 794 795 796

Spectrum Plot

<DOCR On/Off에 따른 수신율의 변화(지향성 안테나)>


DOCR의적용에서특히주목할점은도심지에서의수신율이상당히향상된다는점과수신

용이성(Ease of Reception)의개선이다. 수신용이성은각측정사이트에서DOCR을켜고끌

때 수신 가능한 안테나 방향각을 측정한 것으로 DOCR을 켤 경우 대부분의 지역에서 거의

360도즉어느곳을향해도수신이되는것으로나타났다.

<DOCR On/Off에 따른 수신율의 변화(무지향성 안테나)>

<수신용이성 비교 (5세대 수신기)>



4. DOCR 적용의한계

DOCR은앞서와같이설치만할수있다면적은커버리지를대상으로난시청을해소하는

데매우좋은중계방법이다. 다만, DOCR자체가커버리지내에서상당한고스트를유발하며

ATSC 수신기의고스트처리능력에따라커버리지의크기가결정되므로서비스대상지역에

보급된수신기의고스트성능에대한확인이필요하며, 중계기의출력신호가입력신호로재

유입되어하울링처럼증폭되는피드백발진현상을방지하기위해입출력안테나사이의격

리도(isolation)의확보가필수적이다.

최근 연구에서는 CDMA나 OFDM 중계기에서 많이 활용되는 ICS(Interference

Cancellation System) 기술을DTV에적용하기위한방법도많이제안되고있다.

I. MXF






Part 3. ATSC - M/H

I. ATSC 전송성능의 개선

II. 제안기술 1 : A-VSB

III. 제안기술 2 : mph


Part 3. ATSC - M/H

HDTV를위한고해상도고정수신에치중했던ATSC는1990년대출범초기에는낮은송출

출력, 스펙트럼의효율적사용및수신단말기구현의용이성들을장점으로해서관심을모았

으나90년대후반상용화된OFDM 시스템(DVB-T 및 ISDB-T 등)들의등장으로거센방식

재고논란에직면했다. OFDM 기반의시스템들은고스트에대한강인성을장점으로SFN 및

이동수신들을장점으로크게내세우고있다.

ATSC는전송성능의개선을위해2000년대초반VSB 개선규격에대한제안서요청을실

시한바있다. 이를통해서LG에서제안한E-VSB가새로운전송규격으로채택이되었으나

보급은 거의 되지 않았다. 2004년 삼성전자와 R&S가 제안한 A-VSB 규격에서는 기존의

VSB 전송스트림에 이동 및 휴대수신이 가능한 별도의 스트림을 삽입하는 기술을 선보여서

많은관심을보 으며2007년에는LG와Harris에서mph라는새로운이동및휴대수신규

격을발표하 다. 이를계기로ATSC에서는이동및휴대수신을목표로하는ATSC-M/H 규

격제정을시작하 다. 본장에서는ATSC-M/H에오기까지의과정을정리하고가장유력한

두개의제안방식에대하여간단히설명한다.

1. ATSC 전송성능개선과정

(1) 초기ATSC의문제점

90년대후반에처음으로적용되었던ATSC 방식은도심지필드테스트등다양한필드테스

트결과다음의문제점이지적되었다.

○등화기에대한훈련열

- 간격이너무길다(24msec)

I. ATSC 전송성능의개선


- 너무짧다(약60usec)

- 충분히좋지않다

○등화기가선행고스트에취약함

특히당시출시되었던초기1세대, 2세대수신기의등화기성능이테스트결과역시좋지않

았으며이를바탕으로전송방식개선에대한논의가심도있게이루어지기도하 다.

(2) ATSC 전송성능개선RFP

초기ATSC의문제를해결하기위해ATSC는2000년도부터RF전송성능을개선하기위한

특별그룹을 조직하고 2001년까지 새로운 보완규격에 대한 제안서를 접수하 다. 제안서 마

감결과10개업체에서제안을하 다.

제안서의주요내용은훈련열의문제를해결하여도심지수신성능을개선하고자하는내용

이5개업체, 더낮은신호에서수신이가능하도록하는2-VSB 데이터의강인데이터를도입

하는내용이2개업체에서제안되었다.

약 2년간에걸친논의끝에2004년에LG/Zenith에서제안한E-VSB가표준으로채택되

었다. 채택된표준은A/53E의부록에추가되었다.

표준선정결과CBS등의방송사에서는일반스트림의데이터율축소로인한HDTV의화질

열화를우려하 고등화기성능면에서는개선이크게되지않아도심지수신성능에있어서는

많은개선을기대하기힘들었다.

(3) 서비스패러다임의변화

새로개정된표준이도입이되지않고있던상황에서삼성에서는A-VSB라는새로운개념

의개선표준을2005년도에제안하 다. 이방식의특징은강인데이터에강력한coding을적

용하여낮은전계에서도휴대수신이가능하도록하 으며주기적인가상훈련열을삽입하여

다이나믹고스트성능즉이동수신이가능하도록하 다는점에서획기적이었다.

ATSC에서는수년간의검토를통해서기존의고정식HDTV 서비스에서모바일서비스로


Part 3. ATSC - M/H

의 가능성을 인정하고 모바일/휴대수신을 목표로 하는 새로운 서비스 M/H를 기획하 다.

2007년현재ATSC-M/H는제안서를접수중이며많은업체가M/H 기술을제안하고있다.

2. ATSC - M/H

(1) 목적

방송과통신이융합되면서지상파방송사도디지털방송을통한다양한멀티미디어컨텐츠

를 제공하는 방법에 대해 시도하고 있다. 특히, 실내에서만 수신하는 것이 아니라 실외에서

휴대단말기를이용해수신할수있는방식을통해방송전파의유용성을넓히려는시도가이

루어지고있다.

ATSC-M/H는전파를통해전달되는무료고화질방송이외에VOD(Video On Demand),

PPV(Pay Per View) 그리고EST(Electronic Sell Through)등의서비스를실내의고정단말

기뿐아니라모바일또는휴대단발기기반의TV에전송하는것을목적으로한다. 또한비실

시간컨텐츠다운로드및재실행, 데이터방송, 대화형TV 및자동차에서의실시간네비게이

션등을주요서비스대상으로한다.

(2) 주요요구사항

지상파방송망을사용하므로DTV 방송채널의사용과기존방송수신기에대한 향이없

어야하는것이대원칙이다. 기타부가서비스에대한요구사항은다음과같다.

- 기존HDTV 품질유지

- 더넓은서비스 역

- 모바일이나휴대단말기에서안정된서비스보장

- 120kmh이상속도에서의이동방송서비스

- 5kmh이상속도에서의휴대방송서비스


- 실시간방송및비실시간모드

- CIF(352×288) 급의비디오전송

- 5.1 채널오디오지원

(3) 적용분야및향후일정

ATSC-M/H는실내의고정수신을목적으로하는HDTV 이외에휴대이동단말을대상으

로하는다양한부가서비스(IP 데이터서비스포함)를목적으로한다. 따라서기존의셋탑박

스뿐아니라휴대기기및IT 제품에서휴대및이동하며수신할수있는서비스를제공할것

이다.

ATSC-M/H의 일정은 2007년 현재 제안서의 접수가 이루어지고 있고 2008년의 실험실

및필드테스트등을통하여표준화작업을거쳐2009년도에표결에부칠계획으로되어있다.

<ATSC-M/H의 적용분야>

■ CE Product : DTV, STB, BD/HD DVD, PVR■휴대기기: PDA, PMP, HHP, MP3P■IT Product : Note PC, Hand phone DTV/STB

Mobile/Handheld단말기

Fixed

Portable

Pedestrian

Mobile


Part 3. ATSC - M/H

A-VSB는삼성전자와독일의R&S가주축이되어2005년ATSC회의에VSB 전송규격의

개선안으로처음제출하 다. 기존의E-VSB가일반데이터스트림사이에2레벨의데이터

위주로 구성된 강인스트림(robust stream)을 삽입하는 방법에 그친데 반해 A-VSB에서는

이동통신에서사용되는강력한코딩기술(터보코딩)을접목하여강인스트림의수신성능을이

동수신이가능한수준까지개선하여크게관심을끌었다.

A-VSB 시스템은핵심기술로SFN을위한송신기동기가가능하게하는DF(Deterministic

Frame)와 DTR(Deterministic Trellis Reset)기술을 바탕으로 하며, 응용기술로는

SRS(Supplementary Reference Sequence), Turbo coding 등의기술이적용하 다.

II. 제안기술 1 : A-VSB

<A-VSB의 시스템 구조>

A-VSB System Architecture


A-VSB의주요특징을정리하면다음과같다.

○SFN 지원

- DTX와같은프레임고정기술적용(VFIP)

- 트렐리스메모리리셋(DTR)

○가상훈련열기술(SRS)

- 다중경로수신성능의개선

○터보스트림(Turbo Stream)

- Turbo code이용

- 강인데이터의삽입을통해휴대및이동수신용이

ATSC의 분산송신기술에서 SFN을 위해 제안했던 분산송신어댑터나 분산송신패킷 등과

같은 구조가 A-VSB에는 기본으로 제공된다. 즉, 프레임 위치를 고정하기 위해 VFIP(VSB

Frame Init Packet)이제공되어복수의송신기에서프레임동기를동일하게유지하며트렐리

스부호기메모리를동시에리셋하는DTR을통해서동일한데이터의출력을보장한다.

가상 훈련열 기술은 ATSC의 단점이었던 등화기 기준 신호인 필드 동기의 긴 주기

(24msec)를보완하기위해서필드내에수십개의가상의기준신호(훈련열)를주기적으로추

가하는기술을제안하여다이나믹고스트에대한수신성능을개선하 다.

또한낮은수신전계강도에서의에러정정을위해기존의콘볼루션코딩보다훨씬더강인한

2중콘볼루션코딩구조의터보코딩을적용하여수신율을획기적으로향상시켜이동및휴대

수신의안정성을도모하 다.

A-VSB의서비스모델은다음그림과같다.

연주소의인코딩및송출다중화기는터보스트림을위해Advanced Codec 및VFIP 패킷

정보가추가되었고송신소의A-VSB 익사이터에서는패킷및데이터동기를맞추며SRS를

삽입하는구조로동작한다. 이전에비해연주소시설과송신소시설에서수정및보완되는내

용이많으나기존수신기의일반스트림수신에는전혀 향을주지않는다. 오히려A-VSB

수신기는터보스트림및SRS 정보를활용하여일반HDTV 스트림도훨씬더안정적으로재

생할수있다.


Part 3. ATSC - M/H

1. 시스템구성및주요특징

A-VSB 시스템을블록으로정리하면다음그림과같다. 그림에서색상이밝은곳이추가된

부분이다. Emission Mux에서터보스트림과스탠다드스트림이다중화되어송신소로보내

진다. SRS 삽입부는데이터난수화기다음단에있어데이터가섞이지않으며인터리버를통

과할때주기성을보장하도록역인터리버되어삽입된다. 트렐리스부호화앞단에는바깥부

호화를 담당하는 터보 프로세서가 위치해서 기존의 트렐리스 부호기와 함께 터보 부호기를

이룬다.

<A-VSB의 시스템 블록>

Applications PSIP

PacketsFramesSymbols

Packets

GPS10MHz

GPS10MHz

Transport & SymbolClocks Locked

PacketsBits

AdvancedCodec

-VSB Exciter

HDTVSDTV

A/90NEW

NEW

NEW

NEWCORE

DTRDF

PAEmissionMux

연 주 소

-VSB System Block

송 신 소


2. SFN 기술

ATSC의 SFN을위해서는데이터프레임의동기와데이터심볼의동기가필요하다. 이를

위해 A-VSB에서는 연주소에서 트랜스포트 스트림 제작시 VFIP를 생성한다. VFIP는 624

TS 패킷마다생성된다. 송신단에서는VFIP를각프레임의시작으로함으로써프레임동기를

획득한다. VFIP로시작되는곳의필드동기신호는PN63 코드의반전이없다.

<A-VSB 송수신 시스템 블록>


Part 3. ATSC - M/H

<A-VSB의 VFIP를 이용한 프레임 동기>

<A-VSB SFN 블록도>


3. 가상훈련열기술

필드동기신호와 같은 기준 신호인 SRS는 각 세그먼트의 앞쪽에 주기적으로 삽입된다.

SRS 신호가길수록또자주나올수록필드동기에는유리하나그만큼데이터율에서손해를

보게된다.

4. 타방식과의성능비교

터보데이터와터보부호기의코드율에따른페이로드의변화를보면1/4코딩일경우터보

TS 스트림을0.5 Mbps 확보할경우일반TS 스트림은2.19Mbps(약 4.4배)가손실되며1/2

코딩일경우에는약2.2배가손실된다.

기타다른이동방송규격들과비교한것은다음그림과같다. 대부분의최신기술과마찬가

지로에러정정부호는RS + Turbo를채택하고있으며수신성능에서도뒤지지않는다. 특히,

새로운시설의추가없이기존방송망을활용할수있어기존방송사업자들에게는좋은장점

이다.

<A-VSB의 SRS 삽입방법>


Part 3. ATSC - M/H

5. A-VSB MCAST

A-VSB MCAST는기존A-VSB를새로주어진ATSC-M/H 요구사항에맞게확대한것

으로MCAST stream을개별적으로다중화하여전송할수있는시스템이다. 이프로젝트에는

<A-VSB의 스트림 모드에 따른 데이터율의 변화>

스트림모드 0 1 2 3 4 5 6

터보데이터0 8.5 128 85 128 383 383(bytes)/4seg

Normal TS Loss0 2.19 3.30 2.19 3.30 9.88 9.88(Mbps)

Turbo TS Rate0 0.5 0.75 0.99 1.49 2.24 4.47(Mbps)

Code Rate 0 1/4 1/4 1/2 1/2 1/4 1/2

<이동방송규격간의 비교>

주파수대역폭 6MHz 1.536MHz {5,6,7,8}MHz {5,6,7,8}MHz

변조방식 8VSB OFDM OFDM OFDM(1536) (2K, 4K, 8K) (4K)

코딩기술 Turbo+RS Conv+RS Conv+RS Turbo+RS(2levels)

구축비용 기존DTV방송망을 신규설치로막대한 신규설치로막대한 신규설치로막대한그대로활용 투자비소요 투자비소요 투자비소요

주파수활용효율 기존DTV 방송 별도주파수확보 별도주파수확보 별도주파수확보주파수이용

고화질구현 QVGA/VGA/SD/HD QVGA320×240 QVGA320×240 QVGA320×240(0.5-4.5Mbps) (554kbps) (384kbps) (384kbps)

기술항목 A-VSB T-DMB DVB-H Media FLO


핀란드의Nokia 등이합류하여타임슬라이스(time slice)에의한배터리절감등을새로적

용하 다.

그밖의주요특징은다음과같다.

- 개선된서비스를위한다중터보스트림(multiple turbo stream)

- 유연한데이터율및스트림보호수준(level)

- drop-out 이나burst noise에대한강인성

- 120kmh에서의모바일수신

- MCAST & BCAST(IP망전송)

<A-VSB MCAST 시스템 구조도>

ApplicationLayer

TransportLayer Link Layer

A-VSB Multiplexer A-VSB exciterPSI/PSIPfor NormalStream

A/V MPEGCodec

SignalingInfo

AdvancedA/V Codec

IPs

Objects

SignalingInfo

AdvancedA/V Codec

IPs

Objects

ServiceMux

A-VSBTrans-missionAdaptor

Rando-mizerand RSencoder

OuterEncoder

OuterEncoder

OuterEncoder

OuterInterleaver

randomizeTurbo DataStuffer

De-randomize

A-VSBExciter

OuterInterleaver

OuterInterleaver

Multi-streamData

De-Interleaver

PowerAmplifier

StationAntenna

TurboPre-

processor

TurboPre-

processor

SIC data

MCASTServiceMux

MCASTServiceMux

Normal TS

SIC

MCASTstream_1

MCASTstream_n

Physical Layer


Part 3. ATSC - M/H

삼성의 A-VSB 개발에 대해 LG에서도 mph라 불리는 휴대이동방식을 2007년에 제안하

다. 추구하고자하는주요기능은A-VSB와거의유사하다. 그러나고유의특허기술을접

목하여수신성능을더개선하 다. A-VSB와의차이점은SFN을따로고려하지않고있다

는점이다. 반복기준열의삽입과인터리버를고려한동기신호삽입, 터보부호기개념의도

입은거의유사하다.

mph의주요특징은다음과같다.

- LG/Zenith 및Harris 공동제안

- 실용적인소형안테나사용가능

- 다이버시티수신없이6“안테나로고속수신가능

- 1/4 코딩사용시4.4Mbps 채널에서1.1 Mbps(1/4배) 전송가능

1. 시스템구성및주요특징

mph는기본적으로E-VSB의기본구조를개량한것이다. 송신소의익사이터에서의부담

을줄이기위해강인스트림의기본부호화처리는최종패킷mux 전단에서이루어진다. 이렇

게사전처리된패킷은mph 익사이터에서다시원래대로복원된다. 중간에직열중복된콘볼

루션코드를구현하기위해non-systematic RS encoder가삽입되어데이터인터리버와트

렐리스인코더의정보를받아패러티를생성한다.

III. 제안기술2 : mph


2. 데이터프레임구성방법

mph의주요특징중의하나는데이터스트림을그룹화한후추가적인패러티와CRC 코드

를삽입하는데있다. 이때삽입되는패러티의양은가변적이며이숫자에따라각그룹의바

이트수대로정리가되고남는부분은보존해둔다. 이와같은2중의FEC 코드로인해수신

성능이매우향상되었다.

<mph 익사이터 구조>


Part 3. ATSC - M/H

3. 데이터인터리빙

데이터 인터리빙은 인터리빙 과정을 거치면 데이터가 섞인다는 점을 이용해서 일부로 역

인터리빙과정을통해삽입하면실제세그먼트에서연속된동기신호를확인할수있다.

<데이터의 그룹 및 RS코드의 삽입>


4. mph 서비스

mph 서비스는기존의HDTV의화질에주는 향을최소화하고강인데이터의활발한사

용을목적으로한다.

그림에서서비스는MPEG-2 압축기술의발달로HDTV를위한대역폭이 15Mbps정도로

줄어든다는 가정하에 H.264코딩기술을 접목한 강인데이터에 1/4 코딩을 적용하여 약

1.1Mbps의 서비스를 제공하는 예를 보여준다. 이 때 1.1Mbps의 데이터는 500kbps는 기존

방송의모바일버전, 500kbps의신규서비스, 100kbps의데이터서비스로분류될수있다.

<트레이닝 시퀀스의 삽입>


Part 3. ATSC - M/H

5. mph 시연결과

LG와Harris는 2007년 4월미국라스베가스의NAB 전시에서차량에mph 수신기를탑

재하여관람객들을대상으로시연하 다.

차량에서는HDTV 비디오주채널과AVC 코딩의부채널을다중화한RF 스트림을수신하

여수신스펙트럼과함께하나의화면으로보여주었다. 이를통해서고속의이동중에도안정

적으로수신할수있음을증명하 다.

<mph 서비스의 예>

I. MXF






부록- 약어및용어정리


부록 - 약어및용어정리

ACAP Advanced Common Application Platform

ATSC Advanced Television Systems Committee

차세대텔레비전시스템위원회(혹은기술표준)

ATSC-M/H ATSC - Mobile/Handheld

AVC Advanced Video Coding

A-VSB Advanced VSB

DASE DTV Application Software Environment

DOCR Digital On Channel Repeater

DF Deterministic Frame

DTR Deterministic Trellis Reset

DTxA Distribution Transmission Adaptor

DTxP Distribution Transmission Packet

DTxR Distribution Transmission Repeater

DTxT Distribution Transmission Transmitter

D/U Desired to Undesired Ratio

EIRP Effective Isotropically Radiated Power

송신기의송신안테나이득과신호송출전력을곱한값

ES elementary stream

EST Electronic Sell Through

FEC Forward Error Correction

GA Grans Alliance

HDTV시스템을설계하기위한모임(1993, 미국)

GPS Global Positioning System

IF Intermediate Frequency

interleaver 인터리버; 시간축에서데이터를섞는장치

MPEG Moving Picture Experts Group

mph Mobile, Pedestrian and Handheld


MUX Multiplexer ; 다중화기

NAB National Association of Broadcasters

NTSC Co-ch Rej. NTSC Rejection Filter in Receiver

OCR On Channel Repeater

PID Packet Identification

PLL Phase Locked Loop

PPV Pay Per View

PRBS pseudo random binary sequence

PSIP Program and System Information Protocol

RF Radio Frequency

RS code Reed Solomon code

sampling frequency 표본화주파수

semantics 의미표현

sequence header 시퀀스헤더

sequence 열, 시퀀스

SNR Signal to Noise Ratio

SR DTxR Symbol Regenerative DTxR

SRS Supplementary Reference Sequence

STL Studio to Transmitter Link

TOV Threshold of Visibility

trellis code 격자부호

TS Transport Stream

TSG Technology and Standards Group

TxID Transmitter Identification

VFIP VSB Frame Initialization Packet

VOD Video On Demand

VSB Vestigial Side Band

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