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[UHDTV]  UHDTV 전송기술 및 차세대 전파방송 (전파특성 중심) 기술 동향 @ 국립전파연구원
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[UHDTV] UHDTV 전송기술 및 차세대 전파방송 (전파특성 중심) 기술 동향 @ 국립전파연구원

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2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @ 국립전파연구원 ...

2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @ 국립전파연구원

"UHDTV 전송기술 및 차세대 전파방송 (전파특성 중심) 기술 동향" 세미나 발표

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[UHDTV] UHDTV 전송기술 및 차세대 전파방송 (전파특성 중심) 기술 동향 @ 국립전파연구원 Presentation Transcript

  • 1. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 2012. 12. 14. 14:00 국립전파연구원 중회의실 KBS기술연구소 모바일/DTV방송연구팀 전성호 주임연구원기술연구소
  • 2. 발표순서오늘 세미나에서 논의해 볼 내용1. UHDTV 기술 동향: 과연 얼마만큼의 전송용량이 필요한가?2. KBS관악산UHDTV실험국 지상파 4K-UHDTV 실험방송 전송시스템3. 지상파 UHDTV 전송을 위한 1. 물리계층(Physical Layer) 요소 기술 개발 동향 2. Single Frequency Network 기술 개발 동향 3. Digital On-Channel Repeater 기술 개발 동향
  • 3. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @국립전파연구원기술연구소
  • 4. 방송 기술의 발전, 영화 기술의 발전스포츠 이벤트와 방송서비스 발전 [출처] 박상호, 세계 두 번째 실험방송 주파수 확보 및 정책지원 시급: UHDTV의 현황과 전망, 신문과 방송, 2012년 9월호.
  • 5. 방송 기술의 발전, 영화 기술의 발전콘텐츠 소비 경험을 공유하는 관계? 8K-UHDTV Super Hi-Vision 4K-UHDTV 방송 8K, 120fps, 12bits 2013? HDTV 2000 4K, 60fps, 10bits 2K, 30fps, 8bits 8K Digital 컬러TV Cinema 1980 4K Digital Cinema흑백TV 1956 2K Digital Cinema IMAX 컬러영화 1970흑백영화 영화
  • 6. IMAX 영화는 70mm 필름 기반 아날로그이미 시청자들은 큰 화면이 실감난다는 걸 경험하고 있다. 1012 inch
  • 7. 4K-UHDTV, Super Hi-Vision높아지는 해상도, 늘어나는 용량 2011313094 Sungho Jeon
  • 8. 일본 NHK의 Super Hi-Vision 전송 실험 역사유선 IP망에서부터 위성까지 성공, 지상파는 현재 진행형
  • 9. Super Hi-Vision Demonstration at IBC 2008이탈리아 Torino에서부터 네덜란드 Amsterdam까지 140Mbps/program
  • 10. Super Hi-Vision Satellite Transmissionat the 2009 STRL Open House 100Mbps/program
  • 11. Transmission Technologies for21-GHZ-band Satellite Broadcasting (NHK)• 300-MHz-band class in 21-GHz-band (21.4-22.0 GHz)• Output power = 130 W• Surface distortion of the shaped reflector antenna for transmitting and receiving [출처], NHK Open House 2012, Online http://www.nhk.or.jp/strl/open2012/html/tenji/019_e.html
  • 12. Initiatives for public viewingsof the 2012 London Olympics 350Mbps/program [출처] Super Hi-Vision eyes-on: London 2012 Olympics in 8k, http://www.pocket-lint.com/news/46720/super-hi-vision-olympic-broadcast
  • 13. Ka대역 위성 UHDTV 전송시험천리안 위성 개요
  • 14. Ka대역 위성 UHDTV 전송시험UHDTV 전송 실험을 위한 천리안 위성 DVB-S2 파라미터
  • 15. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @국립전파연구원기술연구소
  • 16. 실험방송 시스템 구조KBS본사 - 관악산송신소 – KBS연구동 옥상 – 기술연구소 4K 시연실 Microwave Link KBS MSPP(Multi Service Providing Platform) DS3 IBC KBS UHDTV 송신시스템 KBS CH66 100W 4K-UHDTV 송신기 UHDTV (관악산송신소) 인코더 TS 발생기 4K-UHDTV 콘텐츠 제작시스템 (KBS) 디모듈레이터 (RF복조기) 실시간 UHDTV 4K UHDTV 모니터 디코더부호화 방식 : HEVC해상도 : 3840 X 2160 (4K) 4K-UHDTV 수신시스템 (KBS 기술연구소) RF 신호분석기Frame Rate : 30fps [출처] 임중곤, “UHDTV 기술 세미나”, 방송협회, 2012년 10월 15일
  • 17. 4K-UHDTV 송신시스템KBS관악산UHDTV실험국 = KBS관악산송신소 지난 2012년 10월 8일에는 „서울전파관리소‟로부터 아래와 같은 무선국 검사항목을 통과하여, 준공검사 합격허가를 받았다. - 공중선 전력 : 상한 5%, 하한 5% 이내 - 점유주파수 대역폭 : 변조된 신호의 채널당 대역폭이 6MHz 이하 - 주파수허용편차 : ±1 ppm 이내 - 스퓨리어스 발사 강도 : 60dBc 이하 또는 12mW 이하
  • 18. 4K-UHDTV 송신시스템100W 출력 / 4 Dipole, 수평편파, 60/150/330° 3면 6.03dBi 송신시스템 송신안테나 (1단 3면)
  • 19. 4K-UHDTV 송신시스템KBS사내망을 통한 원격제어 = 연구소에서 실험 파라미터 설정 가능 - FFT size : 32K mode - Guard interval : 1/128 - Pilot pattern : PP7 - Modulation : 256-QAM - Rotation : On - FEC : LDPC 64,800 Block - Time-interleaver Type : Single - Time-interleaver Length : 3
  • 20. 4K-UHDTV 송신 파라미터Subcarrier는 최대한 많이 [출처] EN 302 755 V1.3.1 (04/12), Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 21. 4K-UHDTV 송신 파라미터Guard Interval은 최소로 [출처] ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08), Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 22. 4K-UHDTV 송신 파라미터Pilot은 최대한 적게 [출처] EN 302 755 V1.3.1 (04/12), Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 23. 4K-UHDTV 송신 파라미터Modulation order는 최대한 높게 37.5@6MHz 30.0@6MHz [출처] ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08), Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 24. 4K-UHDTV 송신 파라미터요구조건을 충족하는 Parameter Set 정의 Parameter Code rate 유효 Data rate* [Mbps] Set 6 1/2 21.854090 5 3/5 26.261912 4 2/3 29.222227 3 3/4 32.873645 2 4/5 35.077556 1 5/6 36.568597 *Implementation Guideline 표준에 정의된 계산방식 사용
  • 25. 수신점 선정 및 분석 기술연구소 개발 MIDAS 수직 지형단면도 분석 10.61km 10.59km Line-of-Sight (LoS) 확보•MIDAS = KBS기술연구소 개발 전파측정 DB 통합관리시스템•자세한 내용은 2012년 제2권 2호 참고
  • 26. 수신점 선정 및 분석수평단면 분석 및 Channel Impulse Response (CIR) 분석 여의도 KT 메리어트 호텔 여의도 사옥
  • 27. 수신점 선정 및 분석KBS연구동 Delay Profile Model 0 -5 -10Power [dB] -15 -20 -25 X: 1.81 Y: -29.87 -30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Delay [ s] [출처] Hideichi Sasaoka, Mobile Communications, Wiley,1997.
  • 28. 수신점 선정 및 분석예상되는 Threshold of Visibility (ToV) 요구 SNR [출처] ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08), Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 29. 수신점 공사 전 상태 파악, 실험 불가능송신소 MER = 40.6 dB / 수신점 MER = 24.0 dB
  • 30. 수신점 공사 후 상태 파악, 실험하기 충분송신소 MER = 40.6 dB / 수신점 MER = 39.6 dB KBS관악산송신소 KBS연구동 수신점
  • 31. 4K-UHDTV ToV 측정 @ 6MHz방법 : Attenuator로 수신 Level을 줄여가면서 측정 84인치 모니터 수신안테나 RF TS RF TS 1dB 단위 Reference Receiver Step Attenuator TS Analyzer* 현재, Teamcast 등 DVB-T2 상용 수신기 여러 종을 구입하여 광범위한 비교 실험을 통해 보다 객관적인 데이터 수집 예정
  • 32. 4K-UHDTV ToV 측정 @ 6MHz35Mbps@6MHz를 달성하기 위해서는 25dB 정도 MER이 요구됨 12 Parameter Level [dBm] ToV MER [dB] 10 Set 4 -76.4 23.7 8 3 -74.4 24.3 2 -73.4 24.7 6 1 -72.4 25.1 DVB-T2 (15.1dB@KBS Channel) 36.56Mbps 4 ATSC-8VSB (14.9dB@AWGN) 2 19.39Mbps 0 -2 0 5 10 15 20 25 30 35
  • 33. 4K-UHDTV ToV 측정 @ 6MHz35Mbps@6MHz를 달성하기 위해서는 25dB 정도 MER이 요구됨[출처] Final Report on ATSC 3.0, Annex C: Spectral efficiency of existing and proposed DTV transmission schemes, ATSC PT2-046r11, 21 September 2011.
  • 34. 이수역관악산 주변 필드테스트 중이수역 -> 총신대 학생회관 앞 -> … 관악산송신소
  • 35. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @국립전파연구원기술연구소
  • 36. Shannon-Hartley Theorem전파방송 시스템 발전의 목표 기준선 Band-limited system P C W log 2 1 [bits/sec] N W [H z ] : Bandwidth P [ W att ] : Average received signal power N [W att] : Average noise power
  • 37. Modulation orderC/N 증가에 따라 전송효율을 증가시키기 위한 필수 요소 M=6 M = 102MM : modulation order 64-QAM 1024-QAM M=8 M = 12 256-QAM 4096-QAM [출처] Bernard Sklar, Digital Communications, 2nd Edition
  • 38. Modulation order + Code Rate오류정정부호를 통해 Shannon Bound에 가까이 다가감 Modulation Order가 높아질수록 Shannon Bound와 격차가 커짐 = Forward Error Code를 통해서 차이를 줄임 C/N이 증가함에 따라 Modulation Order를 알맞게 바꿔주지 않는다면, 일정 수준 이상 Capacity가 증가하지 않음. = Channel Capacity를 크게 낭비하게 됨. [출처[21] Y. Wu, B. Rong, K. Salehian, and G. Gagnon, “Cloud transmission: a new spectrum-reuse friendly digital terrestrial broadcasting transmission system,” IEEE Trans. Broadcasting, vol. 58, no. 3, pp. 329–337, Sep. 2012.
  • 39. C/N에 따른 Spectral Efficiency 비교현재까지 개발된 무선 시스템의 전송 효율 비교 P C W log 2 1 N 고정 방송시스템이 이동 방송시스템보다 효율이 더 높음 Convolutional Code를 사용하는 1세대 방송시스템 ATSC, DVB-T, ISDB-T 보다 LDPC를 사용하는 2세대 방송시스템 DVB-T2의 효율이 더 높음. [출처] Final Report on ATSC 3.0, Annex C: Spectral efficiency of existing and proposed DTV transmission schemes, ATSC PT2-046r11, 21 September 2011.
  • 40. 차세대 전송시스템 발전방향①동일 C/N에서 더 많이 ② 동일 데이터를 더 낮은 C/N에서 ① ②
  • 41. 고성능 오류정정부호 사용1세대 방송시스템은 Convolutional Code ATSC TCM Convolutional RS code 8-VSB Code (204,187) T-DMB, DVB-T, ISDB-T Convolutional RS code OFDM Code (204,188) DVB-H MPE-FEC Convolutional RS code RS code OFDM Code (204,188) (255,191)
  • 42. 고성능 오류정정부호 사용2세대 방송시스템은 Turbo Code / LDPC Code 사용 MediaFLO CP-OFDM Turbo Code RS code DVB-T2 CP-OFDM LDPC Code BCH code T-MMB = Terrestrial Mobile Multimedia Broadcasting CP = Cyclic Prefix / TDS = Time Domain Synchronous CMMB = China Mobile Multimedia Broadcasting CMMB TDS-OFDM LDPC Code RS code
  • 43. ToV 값 근처에서 성능 변화가 급격함LDPC code가 Convolutional Code보다 BER변화율이 가파름 Turbo C/ N T-DMB Convolutional Code = 1/2 (Code Rate: 0.5) 1. E+00 1. E- 01 1. E- 02 BER 1. E- 03 1. E- 04 1. E- 05 [출처] ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08), Digital Video Broadcasting 1. E- 06 (DVB); Implementation guidelines for a second generation digital 5. 0 5. 4 5. 8 6. 2 6. 6 6. 9 7. 2 7. 5 7. 8 terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) dB dB dB dB dB dB dB dB dB 무선설비규칙 [별표 18] 신호대 잡음비 (제29조제1항제8호바목 관련)
  • 44. Polar CodesA New Paradigm for Coding [출처] Erdal Arıkan, Channel polarization: A method for constructing capacity-achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels
  • 45. Extended Carrier Mode in DVB-T28K, 16K, 32K FFT 에서는 Subcarrier를 추가로 사용 96 288 576 [출처] EN 302 755 V1.3.1 (04/12), Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)
  • 46. Extended Carrier Mode in DVB-T28K, 16K, 32K FFT 에서는 Subcarrier를 추가로 사용
  • 47. Extended Carrier Mode in DVB-T2FFT size가 커지면 Subcarrier가 더 Sharp 해짐 1 Mask Filter 여분만큼 Subcarrier를 h (t ) sinc( t / T ) 더 할당할 수 있는 공간 생김 = 대역폭 증대 효과 2T T 0 T 2T t 1 2T T 0 T 2 T t
  • 48. Capacity of Multi-antenna Gaussian ChannelsI. Emre Telatar 안테나 개수가 증가할수록 기존 Shannon Capacity보다 더 많은 Capacity 획득 가능 [참고] Technical Memorandum, Bell Laboratories, Lucent Technologies, October 1995. Published in European Transactions on Telecommunications, Vol. 10, No. 6, pp. 585-595, Nov/Dec 1999.
  • 49. MIMO Techniquehierarchical spectrum re-use  SIMO: Single Input Multiple Output Maximum Ratio Combining  MISO: Multiple Input Single Output  Transmission diversity . Alamouti Code  Cyclic Delay Diversity (CDD)  MIMO: Multiple Input Multiple Output  Higher spatial diversity  Capacity increase
  • 50. Fundamental Tradeoff between Diversity and Spatial Multiplexing • Spatial Multiplexing Pre-Processing High Rate ST code Rx Quantizer High Rate Spatial Diversity = Robustness increase Spatial Multiplexing = Throughput increase • Spatial Diversity Pre-Processing ST code Low Rate Rx High Quantizer Diversity
  • 51. Receive Maximal Ratio Combining TechniqueSingle-Input Multiple-Output (SIMO) h1  y1 hN R  RX sTX yNR NT 1 NR NR Transmit Different paths Receive Antennas Antennas 안테나 개수가 증가할수록 Diversity order가 증가 => 곡선 기울기 증가
  • 52. Alamouti Code / Space-Time Block CodeMultiple-Input Single-Output (MISO) Siavash Alamouti h1 x1 [ n ] y [n ] TX h2 RX x2 [n] 2x1 Alamouti Code와 1x2 MRC는 Diversity order는 같고 성능은 3dB 차이 antennas * x1 s1 s2 * x2 s2 s1 2n 2n 1 time
  • 53. CDD (Cyclic Delay Diversity)Multiple-Input Single-Output (MISO) Add CP (N+G samples) Ant 0OFDM Symbol Cyclic Delay Add CP Ant 1 (N samples) (d1) (N+G samples) Cyclic Delay Add CP Ant p (dp) (N+G samples) 수신안테나 수가 적을수록 이득이 커짐 MRC 이득 CDD 이득
  • 54. CDD (Cyclic Delay Diversity)필드테스트 결과
  • 55. DVB-NGH (Next Generation Handheld)유럽식 2세대 모바일 방송 표준• 2009년부터 표준화 시작, 2012년 표준화 완료 예정 • Re-use DVB-T2 technologies • Advanced PHY technologies (MIMO, time interleaving) • Hybrid (satellite + terrestrial) concepts FEF = Future Extension Frame
  • 56. MIMO Channel Modeling for DVB-NGH방송주파수에서 MIMO 기술은 적용된 적 없으므로• UHF 대역 MIMO 채널 모델 – BBC 채널 (Fixed, Mobile) 모델이 유일 – 연구소 인근에서 측정, 다양한 파라미터 지원 미흡• DVB-NGH TM에서 채널 실측, 모델링 – 10개의 회원사에서 비용 부담 – P. Moss (BBC), “DVB-NGH channel models”, TM-NGH063r5, 2010 우리나라에는 방송 주파수에서 연구개발용 MIMO 채널 모델링 가능한가?
  • 57. Spatial Correlation in MIMO 안테나 간에 간섭(신호섞임)이 발생, 성능이 심각하게 저하 Tx Uncorrelated Correlated MIMO Channel MIMO Channel K-factor ClusterCluster Rx Azimuth Rx Spread Cluster Rx Spread Cluster Spread [13] Y. Hatakawa, et al, “Experimental evaluation of open-loop precoding MIMO Using the test bed targeted at IMT Rx advanced system,” IEEE 19th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Sept.2008. [14] N. Miyazaki, et al, “Implementation and experimental results of rotational OFDM transmission: rotation OFDM performance with turbo decoder,” iEEE 68th Vehicular Technology Conference (VTC 2008-Fall), Sept.2008. [15] Y. Hatakawa, et al, “Field experiments on open-loop precoding MIMO using test bed targeted at IMT-advanced system,” IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), April 2009.
  • 58. MIMO와 연립방정식 연립방정식의 계수를 추정하는 것 = 채널을 추정하는 것 y1 = h1x1+ h2x2 + w1 y1 h1 h 2 x1 w1 y2 = h3x1+ h4x2 + w2 y2 h3 h4 x 2 w2 y1 h1 h 2 x1 w1 y = Hx + w y2 h1 h2 x 2 w2 x1 y1 x1 y1 x2 y2 x2 y2 h4=h4 h4 transmit receivetransmit receive
  • 59. eSM-PH for DVB-NGHEnhanced Spatial multiplexing with Phase hoppingInformation symbols Tx1 Rx1 Decoded symbols h11 r0 Precoder Phase h21 ˆ x0 s0 hopping s ML ˆ x s1 y s x y Tx2 h12 Rx2 Decoder ˆ x1 r1 h2259 [출처] Sangchul Moon, Woo-Suk Ko, D. Vargas, D. Gozalvez Serrano, M.D. Nisar, and V. Pauli, Enhanced spatial multiplexing for rate-2 MIMO of DVB-NGH system, 2012 19th International Conference on Telecommunications (ICT).
  • 60. Dual Polarization for MIMO전파의 고유 특성인 Polarization을 전송에 활용 장점 : 편파 간에는 본래 직교성(Orthogonality)가 유지됨 단점 : 전파 과정 중에 반사(Reflection) 등으로 쉽게 직교성이 상실됨
  • 61. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 송신 시스템Dual-Band Dual Polarization MIMO = 183.6Mbps 183.6Mbps/2ch *현재 일본 HDTV = 16.9Mbps/1ch Transmitting frequency 599.142857 MHz Four-element Vertical Horizontal Transmitting antenna twin loop antenna Horizontal: Vertical: Transmitting antenna gain 7.5 dBd 6.3 dBd 74 m above Height of transmitting antenna ground level Horizontal: Vertical: Transmission power 1W 1W Dual-polarized Receiving antenna YAGI antenna Horizontal: Vertical: Receiving antenna gain NHK기술연구소 9.2 dBd 10.3 dBd Height of receiving antenna 10 m above ground level
  • 62. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 수신 시스템Dual-Band Dual Polarization MIMO = 183.6Mbps 8K, 4096QAM Dual-polarized YAGI antenna
  • 63. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 수신 시스템수신 전계 강도를 포함하는 전파 특성 조사 14 15 R ecepti poi on nt 18 13 19 23 12 22 16 11 6 10 21 24 17 9 5 8 25 7 4 20 26 3 27 2 50 dB V /m NHK 1 STR L 60 dB V /m • 27 sites in urban areas • The transmission distance ranged from 0.9 km to 5.5 km
  • 64. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 수신 시스템 Transmission distance vs. average field strength Summary of reception points Carrier90 Field Strength (Calculated)where QEF was obtained modulation LOS NLOS LOS (QEF after RS decode in 4096QAM) scheme NLOS (QEF after RS decode in 2048QAM) NLOS (QEF after RS decode in 512QAM and 1024QAM) 256QAM 15 680 NLOS (QEF after RS decode in 256QAM) NLOS (Not QEF after RS decode in 256QAM) 512QAM 15 2 1024QAM 15 270 2048QAM 15 1 4096QAM 15 060 Required field strength for 2×10-4 after Viterbi decording Carrier Average required50 modulation field strength scheme 256QAM 48.6 dB V/m40 512QAM 51.6 dB V/m 0 1 2 3 4 5 6 Transmission distance [km] 1024QAM 54.4 dB V/m 2048QAM 57.6 dB V/m 4096QAM 60.3 dB V/m [참고] 41.0 dB V/m @ ATSC 8-VSB
  • 65. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 수신 시스템LOS인 경우, 편파 특성과 NLOS인 경우, 편파 특성 비교 21 25 1
  • 66. 지상파 SHV 전송을 위한 NHK 수신 시스템LOS인 경우, 편파 특성과 NLOS인 경우, 편파 특성 비교 검은선이 성능 향상 기술이 적용되지 않았을 때
  • 67. Channel Boding or Channel Aggregationfor High capacity Transmission Channel Boding Channel Aggregation . 연속한contiguous TV Band를 . 불연속한non-contiguous TV Band를 하나로 묶어서 사용하는 것. 하나처럼 묶어서 사용하는 것 . 인접채널 간 Guard Band까지 . 인접채널 간 Guard Band은 전송에 활용할 수 있음. 전송에 활용할 수 없음. 우리나라에는 방송 주파수를 2개 이상 묶는 것이 현재 가능한가?
  • 68. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @국립전파연구원기술연구소
  • 69. Single Frequency Network디지털 방송에서 주어진 대역폭을 최대한 활용하는 방법중첩지역이란, 두 송신기의 신호가 중첩되는 지역.다른 관점에서는 각 송신기가 관할하는서비스 커버리지 중에서 전계 강도가 가장 약한 부분임. D d d1 d2 P1 중첩지역 P 2 중계지역
  • 70. Single Frequency NetworkSFNG = SFN Gain 을 필드테스트를 통해서 정량화 Ediff < 3dB 3dB < Ediff < 6dB 6dB < Ediff < 9dB 9dB < Ediff
  • 71. Single Frequency NetworkSFNG = SFN Gain 을 필드테스트를 통해서 정량화 the median MER in a segment the maximum of the media MER values when all three transmitters are active of Sceni, with i=1,2,3 (only one transmitter active) (DVB-H)
  • 72. DVB-T2 MISO Processing in SFNDistributed Alamouti Code 개념을 적용, SFNG 높이는 기술[출처] EN 302 755 V1.3.1 (04/12), Frame structure channel coding andmodulation for a second generation digital terrestrial television broadcastingsystem (DVB-T2) SFN Group 1 Group 1 Group2 Time p SFN Group 2 Time p+1
  • 73. DVB-T2 MISO Processing in SFN동일 주파수에 속한 송신기가 서로 다른 신호를 전송 TX#1 1 T 1 TX#T+1 2 T 2 TX#2 TX#T+2 T M RX in SFN with MISO Processing TX#T TX#M
  • 74. SFNG를 얻으면 동일한 송출 전력으로더 안정적인 서비스 커버리지 확보 가능 SFN Gain at Uncoded BER = 10-2 20 SISO SFN RSSI from Tx1 MISO SFN RSSI from Tx2 0 Tx1 RSSI due to SFN Tx2 RSSI due to MISO Processing -20 Field Strength [dB] -40 -60 -80 -100 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Distance [km]
  • 75. SFNG를 얻으면 동일한 송출 전력으로 더 안정적인 서비스 커버리지 확보 가능 • Hannover/Braunschweig SFN – Car Reception Alamouti code #1 Alamouti code #2 P [dBm] P [dBm] More than 25% increase in coverage[출처] Jörg Robert, “Präsentation DVB-T2 Sendernetzplanung,“ Institut für Nachrichtentechnik TU-Braunschweig, March 2009
  • 76. RF Watermark (ATSC)DTV용 VSB 스펙트럼과 Watermark 신호를 중첩 Watermark 신호는 확산 스펙트럼 성질을 가짐 [출처] 이재권, DTV 부가데이터 송수신 기술 소개, KBS기술연구소 수요세미나, 2011년 5월 4일.
  • 77. ATSC RF Watermark기존 DTV 신호에 영향을 주지 않는 범위 내에서 데이터 삽입 [21] Sung Ik Park, Jeongchang Kim, Daewon Choi, Heung Mook Kim, and Wangrok Oh, RF Watermark Backward Compatibility Tests for the ATSC Terrestrial DTV Receivers, IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, VOL. 57, NO. 2, JUNE 2011.
  • 78. RF Watermark (ATSC)기존 DTV 신호에 영향을 주지 않는 범위 내에서 데이터 삽입 (a) TxID Mode (Data Rate < 40bps ) Kasami Mode (Data Rate < 160 bps)ATSC Frame Structure [21] Sung Ik Park, Jeongchang Kim, Daewon Choi, Heung Mook Kim, and Wangrok Oh, RF Watermark Backward Compatibility Tests for the ATSC Terrestrial DTV Receivers, IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, VOL. 57, NO. 2, JUNE 2011.
  • 79. RF Watermark (ATSC)여수 필드테스트 결과, -30dB 이하로 신호를 삽입해야 UHF CH 44 UHF CH 44->32 UHF CH 44->32 UHF CH 44->32 [21] Sung Ik Park, Jeongchang Kim, Daewon Choi, Heung Mook Kim, and Wangrok Oh, RF Watermark Backward Compatibility Tests for the ATSC Terrestrial DTV Receivers, IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, VOL. 57, NO. 2, JUNE 2011.
  • 80. Augmented Data Transmission (ADT)송신기 구조 = RF Watermark보다 전송율을 높인 시스템
  • 81. Augmented Data Transmission수신기 구조 = DTV 신호를 제거하는 기능 추가
  • 82. Cloud Transmission: a new spectrum-reuse friendlydigital terrestrial broadcasting transmission system Conventional DTV Conventional DTV Cloud co-channel assignment multi-frequency networks - f Transmission system co-c and TV white-space our RF channels used hannel coverage contour. [21] Y. Wu, B. Rong, K. Salehian, and G. Gagnon, “Cloud transmission: a new spectrum-reuse friendly digital terrestrial broadcasting transmission system,” IEEE Trans. Broadcasting, vol. 58, no. 3, pp. 329–337, Sep. 2012.
  • 83. Cloud Transmission 송신기 구조Hierarchical Spectrum Re-use Ra=1/4 Rb=1/3 Rc=1/2 [21] Y. Wu, B. Rong, K. Salehian, and G. Gagnon, “Cloud transmission: a new spectrum-reuse friendly digital terrestrial broadcasting transmission system,” IEEE Trans. Broadcasting, vol. 58, no. 3, pp. 329–337, Sep. 2012.
  • 84. Cloud Transmission 수신기 구조오류에 강인한 순서대로 Successive Interference Cancellation Ra=1/4 Rb=1/3 Rc=1/2 [21] Y. Wu, B. Rong, K. Salehian, and G. Gagnon, “Cloud transmission: a new spectrum-reuse friendly digital terrestrial broadcasting transmission system,” IEEE Trans. Broadcasting, vol. 58, no. 3, pp. 329–337, Sep. 2012.
  • 85. DMB 현장 방송Local Contents Delivery in Single Frequency NetworkKBS DMB, 보령 머드축제(7월 14일 ~ 24일)실험방송 주파수(Ch-10B) MBC DMB, F1 한국 그랑프리 [참고] KBS보령머드축제http://blog.daum.net/icksoon33cho/8950769 MBC F1 한국그랑프리 http://www.youtube.com/watch?v=i3cYIzK-SZ0
  • 86. 우리나라 T-DMB 주파수 분포도권역별 SFN 13 13 봉의산 13 13 괘방산 8 태기산 13 12 8 용문산 봉황산 관악산 13 백운산 함백산 8 9 가엽산 9 흑성 일월산 원효봉 산 9 우암산 학가산 11 11 11 계룡산 7 식장산 7 7 팔공산 조항산 12 12 모악산 9 감악산 9 무룡산 12 노고단 12 12 8 9 망진산 불모산 무등산 황령산 8DMB Station Ch. 8 망운산 13 7 대둔산 13Used : 7~13 남산 견월악7 8 9 10 711 12 13 삼매봉 8
  • 87. Wide/Local Area Contents Deliverywithin Single Frequency Broadcast Network L1 Local area service Tx#2 W1 Tx#1 Wide area service 최근에는 계층변조를 활용하는 방법 제안기존에는 혼신을 방지하기 위해서TDM(시분할) 또는 FDM(주파수분할) 방식 사용
  • 88. Wide 방송과 Local 방송 제공시서비스 커버리지 불균형 발생 중첩지역에서는 SFN 이득을 얻지 못함. 38 Km (Local) Wide 방송과 동일 출력으로는 Local 방송 커버리지가 줄어듦. SFN 내에서 Local 방송을 제공할 때 적합한 송출 파워 할당 방안 필요 55 Km (Local)
  • 89. 2012년도 제5회 미래전파 업무역량 향상 세미나 및 토론회 @국립전파연구원기술연구소
  • 90. Coverage Hole and Digital On-Channel Repeater모국과 동일한 주파수로 수신받아 동일한 주파수로 재중계하는 기술
  • 91. DOCR: Digital On-Channel Repeater BBC기술연구소  Feedback Channel fb ( t ) hFrom Main TX h (t ) s (t ) x (t ) + e (t ) De-correlating Delay - Feedback channel estimation Complex FIR filter Feedback Interference Canceller
  • 92. Equalized DOCR 한국전자통신연구원 ETRI  Feedback Channel fb ( t ) h h (t ) s (t ) Equalizer x (t ) + e (t ) Complex FIR filter - Inverse channel40 estimator3020 110 h 0 Feedback channel-10 estimation-20 h-30-40 Complex FIR filter 0 500 1000 1500 Feedback Interference Canceller ZF에 기반을 둔 채널 추정 기법은 Inverse Operation에 의해 시스템 불안정성 문제 (Deep Fading과 같이 추정된 채널 계수가 작은 값일 경우 Inverse 값은 매우 크게 증폭) Minimum Phase Filter와 All-Pass Filter를 이용한 Group Delay 보상 알고리듬이 추가
  • 93. 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCR KBS기술연구소  Feedback Channel h fb ,1 ( t ) Unwanted Feedback Signal Complex FIR Filter Feedback Channel Estimation h1 ( t ) MRC Estimator y (t )From Main TX - s (t ) + Complex FIR Filter Signal h2 ( t ) + combining Complex FIR Filter - MRC Estimator Feedback Channel Estimation Complex FIR Filter Feedback Interference Canceller  Feedback Channel h fb , 2 ( t )
  • 94. 94 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCR MRC = Maximal Ratio Combining 의 원리 10 5 0 -5-10 *-15 h1-20-25-30 h1 || H || 10 || H || MRC Estimator-35 5-40 0 500 1000 1500 0 -5 Complex FIR Filter -10 Signal -15 combining Complex FIR Filter -20 -2510 -30 5 MRC Estimator -35 0 -5 -40 0 500 1000 1500 *-10-15 h 2-20-25 h2 || H ||-30-35-40 0 500 1000 1500
  • 95. 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCRMRC = Maximal Ratio Combining 의 원리 서로 다른 경로 서로 다른 경로 동일한 정보 신뢰도에 따라 가중치를 준 후 최종 의사 결정 신뢰도가 신뢰도가 높음 낮음
  • 96. 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCRMRC = Maximal Ratio Combining 의 원리 서로 다른 경로 서로 다른 경로 동일한 정보 신호 품질을 가중 평균하여 신호를 결합한 후에 최종 결정 신호품질이 신호품질이 높음 낮음
  • 97. 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCR실험실 테스트로 측정한 실측치 검증 입력 Brazil-A 채널 MER 19.0dB Single 안테나 Dual 안테나 MER 16.8dB 2.2dB 이득 MER 19.0dB
  • 98. 다중안테나를 사용하는 MRC-DOCR부산정관DMBR에서 측정한 실측치 검증 무룡산 수신 환경 MER 19.0dB Single 안테나 Dual 안테나 MER 17.9dB 0.6dB 이득 MER 18.5dB
  • 99. 수신용 야기안테나송신용 안테나
  • 100. 부산MBC DMBRKBS MRC DOCR
  • 101. KBS DMBR OFF 6-92dBm 5 -92dBm-89dBm 7 -87dBm 4 8 -82dBm -82dBm -81dBm 10 12 -83dBm 9 11 -85dBm 13 -88dBm 3 14 -75dBm 15 -86dBm 2 -85dBm 1 -74dBm -75dBm 정관중계소 101
  • 102. KBS DMBR ON 6-75dBm 5 -50dBm-70dBm 7 -65dBm 4 8 -48dBm -50dBm -50dBm 10 12 -80dBm 9 11 -55dBm 13 -59dBm 3 14 -75dBm 15 -59dBm 2 -55dBm 1 -58dBm -68dBm 45W 45W 정관중계소 102
  • 103. 기술연구소
  • 104. 국내 차세대 방송 기술/서비스 연구 동향 방통융합형 차세대 모바일방송 핵심기술 개발 국책과제  2009년 3월부터 2011년 2월까지 (2년간)  전송기술 : KBS, ETRI => DVB-NGH 표준화 기고  서비스기술 : KBS, ETRI, 넷앤티비, 넥스비  지식경제부/방송통신위원회/한국산업기술평가관리원 차세대방송표준포럼 MCM 분과위원회 MCM = Mobile Convergence Media  방송통신융합기술 기업클러스터 지원사업 수행  교육과학기술부/중소기업청/한국연구재단/한국산업기술진흥협회  2009년 3월부터 현재까지, 융합형 방송 서비스 시나리오 도출  KBS, MBC, SBS, EBS, ETRI, 넷앤티비 PG801 산하 WG80115 하이브리드 DMB 실무반 (2013년 1월~)  하이브리드 DMB API 요구사항 개발  하이브리드DMB 서비스 시나리오 개발  차세대 모바일 방송 서비스 요구사항 개발
  • 105. Technology Standard Group 3 (TG3) in ATSCPlanning Team 2 (PT-2) 이후에 본격적인 활동을 위한 조직 [참고] http://www.atsc.org/cms/index.php/subcommittees/42-subcommittees/283-technology-and-standards-group-tg3
  • 106. DVB TM-MIMONGH 표준화 이후, 방송용 MIMO 기술 발굴을 위한 조직 [참고] http://www.dvb.org/groups_modules/technical_module/tmmimo/index.xml?groupID=91
  • 107. FOBTV = ATSC + DVB전세계 단일 방송 규격을 만들고자 모인 단체
  • 108. 기술연구소
  • 109. 42GHz/55GHz 밀리미터파 모바일 카메라 개발NHK 기술연구소 밀리미터파 모바일 카메라를 실제 프로그램에 사용하기 위해 42GHz 대역과 55GHz 대역의 휴대 방송국 면허 취득 제 59회 NHK 紅白歌合戦"에서 최대비 합성(Maximum Ratio Combining) 방식 의 42GHz 대역 밀리미터파 모바일 카메라를 처음으로 프로그램에 사용 무대와 객석의 광범위한 지역에서 총 10개의 이동 촬영 장면을 안정적으로 무 선 전송하는 데 성공
  • 110. 42GHz/55GHz 밀리미터파 모바일 카메라 개발MRC MiMoCam
  • 111. 42GHz/55GHz 밀리미터파 모바일 카메라 개발제60회 NHK 紅白歌合戦
  • 112. 120-GHz-Band Wireless Transmitting System10-Gbps-class ultra-broadband wireless transmitters for sports broadcasting
  • 113. 120-GHz-Band Wireless Transmitting System74th Japan Open Golf Championship
  • 114. 고도화된 모바일 중계차(FPU) 시스템NHK 기술연구소, 800MHzMIMO-OFDM 기술을 이용 기존보다 전송 용량이 2배 증가800MHz 대역의 FPU(Field Pick-up Unit)를 통해 보다 신뢰성 있는 중계시스템을 개발마라톤 생방송 중계방송에 활용하였음. MIMO-OFDM [참고] MITSUYAMA Kazuhiko , KAMBARA Kohei , NAKAGAWA Takayuki , IKEDA Tetsuomi , OHTSUKI Tomoaki, A Study of Iterative Detection and Decoding in LDPC-Coded MIMO for an 800MHz-band FPU System [in Japanese], Technical report of IEICE. RCS 108(188), 163-168, 2008-08-20
  • 115. 분산 안테나 MRC 기반 중계 시스템NHK 기술연구소, 7GHz 200mW OFDM
  • 116. 분산 안테나 MRC 기반 중계 시스템NHK 기술연구소, 7GHz 200mW OFDM
  • 117. 분산 안테나 MRC 기반 중계 시스템분산안테나로부터 수신된 신호는 MRC 합성
  • 118. KBS제작사례: 언제 어디서나! 생중계 기술의 진화천안함 함미 촬영 특종 KBS 미디어 비평 2010.04.23일 방송OFDM 중계시스템을 간단하게 소개하자면 OrthogonalFrequency Division Multiplexing(직교 주파수 분할 다중화)이라고하는 디지털 신호 전송방식이며, 여러 개의 주파수에 데이터를 동시에 전송하기 때문에 혼신이나 기타 장애요소에도 통신이 잘되어 이동중계방송에 유리한 전송방식입니다.지난 3월 27일과 4월11일에 성공적으로 마친 경주고교마라톤대회, 대구마라톤대회와 같은 중계방송에서도 중계엔지니어의 기술력과 경험을 바탕으로 그 성능을 유감없이 발휘한 중요한 중계 전송 시스템 방식입니다.KOBIS, 송해동(중계제작팀) 2010-04-14
  • 119. KBS제작사례세계 최초 안나푸르나 정상등정 HD 생중계 제작 • 카이샷 송신기 2대를 정상에서 주/예비 카메라 송신기로 사용할 계획이었으나, 1W 송신기 1대만 사용하였음 – 카이샷 장비를 IBC옥상에서 수신하였을 때, 가양대교(약 7Km)까지 신호가 정상적으로 수신되었음 – 캠프1에서 필드테스트 결과 0.5W의 송신기는 신호가 SD라 화질열화가 있어서 방송에 사용하지 않기로 결정함[정상 카메라 배낭 셋트] [정상 카메라 운용 모습] [맨 뒤쪽에 옹추 셀파가 송신기 배낭을 메고 있다]
  • 120. 감사합니다.^^* 전성호 주임연구원 KBS기술연구소 jeonsh@kbs.co.kr blog.kbs.co.kr/infiniteflow