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180717 & 180723 ATSC 3.0 표준 기반 SFN 방송망 구축/운용/관리

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2018. 7. 17.(화) 14:00~18:00
2018년도 한국방송기술인연합회/방송기술교육원 ‘UHD 송신시스템'과정 @ 목동 한국방송회관 10층 강의실

2018. 7. 23.(월) 09:30~12:30
2018년도 과학기술정보통신부 방송통신발전기금 ‘UHD 송출 전송’ 과정 @ RAPA 전파방송통신교육원 강의실

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180717 & 180723 ATSC 3.0 표준 기반 SFN 방송망 구축/운용/관리

  1. 1. ATSC 3.0 표준 기반 SFN 방송망 구축/운용/관리 2018. 7. 23.(월) 09:30~12:30 미래기술연구소 연구기획부 전 성 호 2018년도 과학기술정보통신부 방송통신발전기금 ‘UHD 송출 전송’ 과정 @ RAPA 전파방송통신교육원 강의실 KoreanBroadcastingSystem| TechnicalResearchInstitute
  2. 2. 오늘 수업의 세부 내용 • 광역권 본방송 이후, ATSC 3.0 표준 기반 SFN 방송망 구축 현황 - 송신계통을 구성하는 장비들과 A/32x 표준 이해 - 본방송 이후, 시스템 운용상 이슈들과 해결책 - 2020년 이후, 시군단위 SFN 구축 계획 논의 • 지금 현재 전국에서 사용하고 있는 전송파라미터 상세 분석 • ATSC 3.0 SFN 방송망 운용/관리 기법 - 모바일 수신을 고려한 전송 파라미터 최적화 - 송신기식별부호 TxID 기술을 활용한 필드테스트 - 필드테스트 결과를 바탕으로 SFN 최적화 2
  3. 3. 세계 각국의 지상파 방송 표준 2016.12.현재 [source] www.dvb.org/news/worldwide ATSC ISDB-T DVB-T/T2 DTMB Cuba (DTMB) Colombia (DVB-T2)
  4. 4. 미래부/방통위 “지상파 UHD 방송 도입을 위한 정책방안” Ⅰ. 지상파 UHD 방송 개념 및 동향 2015. 12. 29.
  5. 5. 2018년 1월 9일, ATSC 3.0 표준 완료 공식 선언
  6. 6. ATSC 3.0 기반 지상파 UHD 전송 기술 표준 문서번호 문서 이름과 의미 A/321 System Discovery and Signaling ATSC3.0 전송 프레임 시작점 정의 A/322 Physical Layer Protocol 입력된 BBP 스트림을 OFDM 방식으로 송신하는 Exciter 동작 규격 정의 A/324 Scheduler / Studio to Transmitter Link 입력된 ALP 스트림을 BBP로 가공하고, 다수 개의 SFN 송신기를 제어하기 위한 Broadcast Gateway 동작 규격 정의 A/325 Recommended Practice: Lab Performance Test Plan 수신 성능을 실험실 수준에서 평가하기 위한 측정 항목, 실험 절차 정의 A/326 Recommended Practice: Field Test Plan 수신 성능을 필드테스트를 통해 평가하기 위한 측정 항목, 실험 절차 정의 A/327 Recommended Practice: Guidelines for the Physical Layer Protocol ATSC 3.0 물리계층 표준의 상세 설명과 수신기 기준 성능값 정의
  7. 7. 7 2018년 3월 5일~9일 미국 3차 송신계통 송수신정합테스트 @ Washington D.C. 로데슈바르츠 실험실
  8. 8. 수신 신호 품질에 따른 전송효율 [bits/s/Hz] ATSC 1.0 1.3 ~ 52.2 Mbps 우리나라 기술기준 27Mbps@17dB AWGN
  9. 9. (참고) 통신표준과 비교 [bits/s/Hz]
  10. 10. Q) UHDTV 기술 기준이 되는 전송률? 27Mbps ㈜ 1. 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국의 방송구역 전계강도 기준 송신조건은 변조방식 256QAM, FEC 부호율 10/15 (64K LDPC), FFT 크기 32K, 심벌간 보호구간 1/16(GI7_2048), 파일럿 패턴 SP12_2(Dx, Dy = 12, 2), 최소 신호대잡음비 20㏈(라이시안 채 널), 유효 데이터전송률 27 Mbps 등 표준방식에 따른다. 2. 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국의 방송구역 전계강도 기 준은 6 ㎒ 주파수 대역폭에서 유효 데이터전송률 27 Mbps 이하인 경 우에 적용한다. 3. 다만, 위의 경우에서 유효 데이터전송률이 27 Mbps를 초과할 경우에 는 위 표의 전계강도에 제1호의 기준 송신조건 중 최소 신호대잡음 비 20 ㏈(라이시안 채널)와의 차이만큼 증가한 기준 값을 방송구역 전계강도로 적용한다. [과기정통부 고시] 방송구역 전계강도의 기준. 작성요령 및 표시방법 양시청 전계강도 정의
  11. 11. [과기정통부 고시] 방송구역 전계강도의 기준.작성요령 및 표시방법 양시청 전계강도 정의 11 방송국 방송구역전계강도(㏈㎶/m) 비 고 고잡음지역 중잡음지역 저잡음지역 표준방송을 하는 방송국 77 74 71 초단파 방송을 하는 방 송국의 전계강도 측 정은 지상 4m 높이를 기준으로 한다. 초단파방송을 하는 방송국 70 60 48 지상파 디지털 텔 레비전방송을 하 는 방송국 LOW VHF 28 안테나 높이는 지상 9m 높이를 기준으로 한다. HIGH VHF 36 UHF 41 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국 ㈜ (신설) LOW VHF 38 HIGH VHF 40 UHF 45 지상파 이동멀티미디어방송을 하는 방송국 45 안테나 높이는 지상 2m 높이를 기준으로 한다. 1. 방송구역 전계강도의 기준 가. 잡음등급별 방송구역 전계강도의 기준 ㈜ 1. 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국 의 방송구역 전계강도 기준 송신조건은 변조방식 256QAM, FEC 부호율 10/15 (64K LDPC), FFT 크기 32K, 심벌간 보 호구간 1/16(GI7_2048), 파일럿패턴 SP12_2(Dx, Dy = 12, 2), 최소 신호대잡 음비 20㏈(라이시안 채널), 유효 데이터전 송률 27 Mbps 등 표준방식에 따른다. 2. 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국의 방송구역 전계강도 기준은 6 ㎒ 주파수 대 역폭에서 유효 데이터전송률 27 Mbps 이 하인 경우에 적용한다. 3. 다만, 위의 경우에서 유효 데이터전송률이 27 Mbps를 초과할 경우에는 위 표의 전계 강도에 제1호의 기준 송신조건 중 최소 신호대잡음비 20 ㏈(라이시안 채널)와의 차이만큼 증가한 기준 값을 방송구역 전 계강도로 적용한다.
  12. 12. [과기정통부 고시] 방송구역 전계강도의 기준.작성요 령 및 표시방법 양시청 전계강도 정의 12 [참조 문서] ITU-R Rec. BT.2033 ITU-R Rep. BS.1203 RRC-006 안테나높이 10m(고정수신)
  13. 13. dBm, dBμV, dBμV/m E(dBµV) = P(dBm) + 106.9897 (50Ω) + 108.7506 (75Ω) P = V2/ R (옴(Ohm)의 법칙) V에 대해서 정리하고 양변에 10log10을 취하면, 10log10(P) = 10log10(V2) - 10log10(R) 따라서, 10log10((V/106)2) = 10log10(P/103) + 10log10(R) [dBW] [dBV] [dBmW][dBμV] E(dBµV) – 120dB = P(dBm) -30 + 10log10(50) 10log10(75) 10log10(50) = 16.9897, 10log10(75)=18.7506 이므로 E(dBµV) = P(dBm) + 90 + 16.9879 + 90 + 18.7506
  14. 14. dBm, dBμV, dBμV/m E(dBµV/m) = E(dBµV) + 20log10 f(MHz) – G(dB) - 29.7707 (50Ω) - 31.5316 (75Ω) E(dBµV/m) = E(dBµV) + AF(dB) Antenna Factor(AF)란? 1m 안테나에 1V 전압을 만들어 내기 위해 요구되는 전계강도 E(dBµV)에 제곱 성분이 있기 때문에, 20log10을 포함하고 있음. 따라서, AF 양변에 20log10을 취하면, Intrinsic Impedance c(m/s) = 299.792458 x 106 빛의 속 도 G(dB) = 수신 순이득 f (MHz) = 중심 주파수 Z=50Ω 29.7707 Z=75Ω 31.5316 [참고] http://www.softwright.com/knowledgebase/faq/what-is-the-difference-between-dbu-dbm-dbuv-and-other-field-intensity-units/
  15. 15. dBm, dBμV, dBμV/m E(dBµV/m) = P(dBm) + Lc(dB) – Gr(dBi) + 106.9897 + 20log10 f(MHz) - 29.7707 (50Ω) = P(dBm) + Lc(dB) – Gr(dBi) + 108.7506 + 20log10 f(MHz) - 31.5316 (75Ω) 송신소 E(dBµV/m) 전계강도 Lc(dB) 케이블 손실 P(dBm) 수신레벨 Gr(dBi) 수신안테나 이득 안테나 입력에서의 유효 수신레벨 P(dBm)+Lc(dB)-Gr(dBi) 유효 수신레벨을 전계강도(dBµV)로 변환 안테나 팩터를 적용하여 전계강도(dBµV/m)로 변환 https://transition.fcc.gov/oet/info/documents/reports/SHVERA/SHVERA-FCC-05-199.pdf
  16. 16. ATSC 1.0 (현 DTV 방송) ATSC 3.0 (UHD 방송) 변조방식 8-VSB OFDM 제공 서비스 고정HD 고정UHD 및 이동HD 방통융합서비스 재난재해 긴급경보서비스 영상압축 MPEG-2 HEVC, SHVC 음성압축 AC-3 AC-4, MPEG-H 전송다중화 - TDM, FDM, LDM 오류정정부호 TCM + RS LDPC + BCH 전송용량 19.39 Mbps 1.3~52.2 Mbps (GI7_2048 기준) 프로토콜 TS IP ATSC1.0 표준과 ATSC3.0 표준 비교 (1/3) 기술 구성 요소
  17. 17. 전송다중화(Physical Layer Multiplexing) 종류 Frequency Time Layer/Power Mobile Segment Main Segment Main Segment Frequency Time Layer/Power Main Frame Mobile Frame Mobile Frame Mobile Frame Main Frame Frequency Time Layer/Power Main Layer Mobile Layer TDM FDM LDM Time Division Multiplexing 시간 분할 다중화 Layer Division Multiplexing 계층분할 다중화 Frequency Division Multiplexing 주파수 분할 다중화
  18. 18. ATSC 1.0 (현 DTV 방송) ATSC 3.0 (UHD 방송) ATSC1.0 표준과 ATSC3.0 표준 비교 (2/3) 전송 프로토콜
  19. 19. IP 표준에 기반을 둔 ATSC 3.0 Exciter 제어 화면 예 (a) KBS 수도권 NEC(ProTV) 엑사이터 (b) 광역권 R&S 엑사이터
  20. 20. DVB-T2 ATSC 3.0 영상압축 HEVC HEVC, SHVC 음성압축 HE AAC (TTA 잠정표준: AC-3, AAC, 5.1채널) AC-4, MPEG-H (TTA 표준: MPEG-H, 10.2채널) 입력포맷 MPEG2-TS, GSE (IP기반) (TTA 잠정표준: MPEG2-TS) IP 모듈레이션 (스펙트럼효율) Uniform QPSK~256QAM (0.87~6.65 bits/s/㎐) Uniform QPSK, Non-uniform 16QAM~4096QAM (0.27~10.37 bits/s/㎐) 재난방송 없음 EAS (Emergency Alert System) 고정 및 이동 수신 4K UHD(고정) 및 HD(이동) 동시 서비스 가능 4K UHD(고정) 및 HD(이동) 동시 서비스 가능 전송 다중화 TDM, FDM TDM, FDM, LDM DVB-T2 표준과 ATSC3.0 표준 비교: 기술 구성 요소
  21. 21. [참고] Modulation, Constellation, Symbol -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 In-phase (Real) 8-VSB (ATSC) 심볼당 3bits T-DMB/DAB
  22. 22. [참고] 2세대 방송표준에서 정의하고 있는 Constellation 형태 23 DVB-T2 ATSC 3.0Rotated 256-QAM Non-Uniform 256-QAM 13/15 SFN 상에서 발생하는 Erasure Effect 극복  SFN 이득 극대화 Shannon Capacity에서 가정하고 있는 획득 가능한 전송 용량을 극대화하기 위한 형태
  23. 23. [참고] Non-Uniform Constellation 특징 Low FEC Code Rate High FEC Code Rate -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 I Q -2 -1 0 1 2 -2 -1 0 1 2 I Q 2-D NUC / 16, 64, 256-QAM 2-D NUC / 1024(1k), 4096(4k) -QAM
  24. 24. [참고] 오류부호율에 따른 256-QAM Constellation 변화 25 2/15 3/15 4/15 5/15 6/15 7/15 8/15 9/15 10/15 11/15 12/15 13/15
  25. 25. [참고] 부호율 Code rate에 따른 4k(4,096)-QAM Constellation 변화 26 2/15 3/15 4/15 5/15 6/15 7/15 8/15 9/15 10/15 11/15 12/15 13/15
  26. 26. Constellation 변조성상점 확인 MER 변조오류율 계측값 확인 [참고] DekTec사, ATSC 3.0 계측용 수신기 화면
  27. 27. [참고] MER 해석 방법: 문제점 파악 Quadrature Error (Phase Error) Gain Compression 주로 고출력증폭기HPA 특성이 나빠져서 발생 Phase Jitter (Phase Noise) AM-PM AM-AM Amplitude Imbalance (Gain Error) Coherence Interference [출처] Tektronix 기술문서, Delivering digital video to the home System Noise (Non-coherent Interference) 전형적으로 무선 채널을 겪고 들어온 심볼
  28. 28. ATSC1.0 표준과 ATSC3.0 표준 비교 (3/3) 방송망 구성 ATSC 1.0 (DTV) ATSC 3.0 (UHDTV) Multiple Frequency Network 다중주파수방송망 Single Frequency Network 단일주파수방송망 계룡산 581MHz (32) 식장산 485MHz (16) 우암산 593MHz (34) 768MHz (56) 계룡산 우암산 식장산 8-VSB OFDM
  29. 29. Single Frequency Network (SFN) 단일 주파수 방송망 GwanakNamsan Frequency 701MHz Field Strength Improvement Coverage of TX#1 MFN Coverage of TX#2 MFN Coverage owing to SFNG Frequency 701MHz Signal Overlapping Area ATSC3.0 (a) (b) Obstacle 신호 중첩 지역에서의 전계 강도 상승 효과 여러 방향으로부터 신호가 수신됨으로, RF 신호 수신 안정성 향상
  30. 30. Single Frequency Network (SFN) 단일 주파수 방송망 출처 : SBS 측정자료 ON OFF 인천 계양산 신호 On/Off 시 신호 품질 비교
  31. 31. 32 UHDTV 서비스를 위한 주파수 배치 현황 Asia Pacific Telecom (APT) 700 MHz FDD plan (Band 28) KBS1 52 EBS KBS2 5MHz 698 704 710 718 728 753 759 765 771 773 783 803 [MHz] 806 PS (Public Safety )-LTE PS (Public Safety )-LTE Guard band Guardband Guardband Guardband Mobile Broadband Uplink ↑ Mobile Broadband Downlink ↓ 748 2MHz 3MHz8MHz CH51 ATSC DTV 0 C V KBS1 MBC KBS2SBS EBS
  32. 32. (질문) 필드테스트 측정을 해보면, 700MHz 하위대역 52번, 53번이 상위대역 55번, 56번보다 항상 전계강도가 센 것처럼 측정됩니다. 이유가 뭔가요? 33 측정대상 대기 중의 전계강도 (dBμV/m) 송신소 측정기 dBμV 단위로 계측 안테나 이득 G (지향 패턴에 따른 + 주파수 특성에 따른) (예) 안테나 지향 패턴 (예) 안테나 주파수 특성 시스템 로스 L (커넥터 결합손실 + 케이블 길이 손실) E(dBµV/m) = E(dBµV) + L + 20log10 f(MHz) – G(dB) - 29.7707 (50Ω) - 31.5316 (75Ω) 안테나 주파수 응답특성 편차 때문입니다.
  33. 33. (1) 700MHz 전용 LPDA 안테나
  34. 34. (1) 700MHz 전용 LPDA 안테나 움푹 파인 부분이 깊을수록 (=낮은 값일수록) 수신신호를 잘 받아들인다는 의미 낮은 값일 수록 유리 700MHz 대역 안테나 수신특성 양호
  35. 35. (3) 스펙트럼 옴니안테나
  36. 36. (3) 스펙트럼 옴니안테나 700MHz 대역 안테나 수신특성 불량
  37. 37. (4) 스펙트럼 LP안테나
  38. 38. (4) 스펙트럼 LP안테나 700MHz 대역 안테나 수신특성 불량
  39. 39. 연차별 지상파UHD 방송망 확장 계획 (1/2) 40 2017 May 31 Dec. 28 Seoul Daegu Gangneung Ulsan Busan (a) Phase 1 / May 2017 (b) Phase 2 / December 2017 Wonju Daejeon Gwangju Seoul Roll-out Plan
  40. 40. 41 서울 경기도 900 W 900 W 2 kW 5kW 2 kW 2 kW 인천 5 kW [Source] ITU-R Report BT.2343, Collection of field trials of UHDTV over DTT networks [Note] 2018년 7월 현재, 서울/수도권 송신시설 구축 현황 900 W
  41. 41. 42 [Note] 2018년 7월 현재, 광역권 송신시설 구축 현황 [Source] ITU-R Report BT.2343, Collection of field trials of UHDTV over DTT networks 구분 일 정 UHD방송지역 주요 송신소 지역채널 (K1,M,민방) 수도 권 1 단 계 수도권 관악산, 남산, 광교산, 용문산 KBS1(52), MBC(55), 민영방송(53) 광역 시권 2 단 계 대전광역권 식장산, 계룡산 KBS1(52) , MBC(55), 민영방송(53) 광주광역권 무등산 KBS1(52) , MBC(55), 민영방송(53) 대구광역권 팔공산 KBS1(52) , MBC(55), 민영방송(53) 부산광역권 황령산 KBS1(52) , MBC(55), 민영방송(53) 강 원 강릉권(영동) 괘방산 KBS1(52) , MBC(53), 민영방송(55) 원주권(평창) 태기산 KBS1(19) , MBC(22), 민영방송(34) 울산광역권 무룡산 KBS1(49) , MBC(29), 민영방송(39)
  42. 42. 식장산 5kW 계룡산 2kW 식장산 커버리지 계룡산 커버리지 신탄진IC 북대전IC 서비스 커버리지는 과기정통부 양시청 고시 45dBuV/m 기준으로 삼음. 서대전TG 서대전역 대전시청 대전역
  43. 43. 연차별 지상파UHD 방송망 확장 계획 (2/2) (c) Phase 3 / 2020~2021 ATSC 1.0 DTV Switch-Off 중계소 구축 지속 서비스 커버리지 95% 수준 달성 중계소 주파수 재배치 ATSC 1.0과 ATSC 3.0 시스템 간 동일채널, 인접채널 혼신보호비 도출 2018 20202019 2021 20272024 700 MHz frequency band 470 – 698 MHz DTV band
  44. 44. ATSC 3.0 6MHz 신호 가우시안 백색잡음 AWGN (Additive White Gaussian Noise) ATSC 3.0 6MHz 신호 ATSC 3.0 6MHz 간섭신호 ToV C/N 동일채널 Co-channel 혼신보호비 ATSC 3.0 6MHz 신호 ATSC 3.0 6MHz 간섭신호 인접채널 Adjacent Channel 혼신보호비 (질문) ToV C/N과 혼신보호비(Protection Ratio)는 같은 개념인가요? 다른 개념인가요? 양시청을 보장하기 위한 최소 요구값이라는 점에서는 유사하나 간섭원이 전혀 다르기 때문에 다른 개념 ToV = Threshold of Visibility
  45. 45. 2018년 7월 17일 현재, 지상파UHD를 즐길 수 있는 방법 (방법 1) 고정 수신시, 4K-UHD 시청 가능 지향성 안테나 무지향성 안테나 (방법 2) 이동 단말 수신시에는, UHD-Mobile 시청 가능
  46. 46. ATSC 3.0 UHD 안테나는 여기에 연결 케이블방송, 벽면의 공청 안테나 포트는 여기에 연결 (방법 1) 대형 화면 사이즈, 큰 UHDTV로 고정 4K-UHD 시청하기 ① 가전제품 매장에 간다. ② 마음에 드는 UHDTV를 하나 구입한다. 단, UHF 대역 수신안테나 반드시 구입 ③ UHDTV라고 적힌 부분에 안테나와 TV를 정확히 연결 액자형 안테나
  47. 47. (방법 2) 이동 단말 수신시에는, UHD-Mobile 시청 가능 현재 향후 T-DMB와 같이 스마트단말이나 차량용 네비게이션 등에 ATSC 3.0 칩이 내장될 것으로 예상 현재는 실험용이나 시연용으로만 UHD-Mobile 단말기 구입 가능. 단말기 가격도 비쌈.
  48. 48. 진화된 부가 서비스 오직 직접수신 시청자들을 위한 UHD 양방향 서비스 플랫폼, TIVIVA https://tiviva20.pooq.co.kr/ (a) TIVIVA 시청 시간대와 선호하는 장르, 인물, 주제 등의 빅데이터를 수집하여, 라이프스타일의 매 순간을 고려한 카테고리를 추천합니다. (b) 즐겨보는 예능 모음, 관심 있는 셀러브리티 콘텐츠 등 관심 테마 콘텐츠를 인공지능으로 자동 큐레이션합니다. #라이프스타일 #큐레이션 시청이력이 누적될수록 더 똑똑한 추천이 제공됩니다!
  49. 49. [참고] ESG 서비스, TIVIVA 서비스 구조도 HEVC Encoder IP Multiplexer Scrambler for Contents Protection HEVC Encoder PTP ATSC3.0 Broadcast Gateway Coordinated Universal Time (UTC)PTP 4K-UHD Content TIVIVA (UHD Hbb) 2K-HD Content PTP Scrambler for Contents Protection 9-1 9-2 ESG Application Signaling Table지상파연합플랫폼 위탁운영 TIVIVA 서버 접속 주소 전달 방송3사 공통 KBS MBC SBS 각 방송사에서 편성표, 비디오 클립 등 ESG 서버로 입력 방송3사 공통
  50. 50. 오직 직접수신 시청자들을 위한 UHD 양방향 서비스 플랫폼, TIVIVA UHD 채널 (9-1, 7-1, 11-1, 6-1)에 접근하면, 수 초 후에 우측 하단에 TIVIVA 포털에 접속할 수 있는 아이콘이 등장 이를 클릭하면 TIVIVA 포털에 진입 진화된 부가 서비스
  51. 51. 오직 직접수신 시청자들을 위한 UHD 양방향 서비스 플랫폼, TIVIVA https://tiviva20.pooq.co.kr/ (a) TIVIVA 시청 시간대와 선호하는 장르, 인물, 주제 등의 빅데이터를 수집하여, 라이프스타일의 매 순간을 고려한 카테고리를 추천합니다. (b) 즐겨보는 예능 모음, 관심 있는 셀러브리티 콘텐츠 등 관심 테마 콘텐츠를 인공지능으로 자동 큐레이션합니다. #라이프스타일 #큐레이션 시청이력이 누적될수록 더 똑똑한 추천이 제공됩니다! 진화된 부가 서비스
  52. 52. Improved Service with the Internet TIVIVA 2.0 평창동계올림픽 특별관 운영 평창동계올림픽 특별관 메인 화면
  53. 53. Improved Service with the Internet TIVIVA 2.0 평창동계올림픽 특별관 운영 전경기 스트리밍 일정 지나간 경기 다시보기 전경기 실시간 스트리밍
  54. 54. Broadcast Gateway와 SFN 송신기들이 연결된 ATSC 3.0 전체 시스템 구성도 [출처] A/324: ATSC S32-266r29 Scheduler / Studio to Transmitter Link, 5 December 2017 Single or Multiple Transmitters Studio Infrastructure Broadcast Gateway System Manager Studio Entities Quasi-static Configuration Delivery Metadata Content and Signaling Studio Interface STL Interface Configuration Interface 본사/총국에 설치하는 장비 각 송신소에 설치하는 장비 RTP/UDP/IP BaseBand Packet RTP/UDP/IP ALP RTP/UDP/IP BBPRTP/UDP/IP MMT/ROUTE A/324 A/321, A/322A/330, A/331 A/330
  55. 55. A/324 Figure B.1.1 Simple ALP encapsulation. ATSC 3.0 Link-Layer Protocol Transport Protocol (ALPTP) Studio to Transmitter Link Transport Protocol (STLTP) Broadcast Gateway A/V Encoder 1) A/V ROUTE or MMTP RTP/UDP/IP Multicast 2) Signaling ROUTE or MMTP RTP/UDP/IP Multicast 3) Non-Real Time Data ROUTE RTP/UDP/IP Multicast 4) ALP RTP/UDP/IP Multicast comprised of 1, 2, and 3 Signaling Generator NRT Management IP HUB Multiplexer IP HUB 1 2 3 4 4 1 2 3 Data Source Transport Protocol (DSTP) 우리나라의 경우 MMT/ROUTE Studio Entity Broadcast Gateway
  56. 56. ATSC 3.0 End-to-End Chain 구축 UHDTV 주조정실 송신소 ATSC 3.0 탑재 UHDTV UDP/IP RF
  57. 57. ENENSYS Broadcast Gateway Configuration Manager 예시 Rohde & Schwarz Exciter Configuration Manager 예시 Configuration Manager /Scheduler
  58. 58. Broadcast Gateway Configuration Manager 역할 Configuration Manager /Scheduler
  59. 59. UHDTV ATSC3.0 Transmitter HEVC Encoder ATSC3.0 Transmitter IP Multiplexer Scrambler for Contents Protection HEVC Encoder GPSPTP ATSC3.0 Broadcast Gateway SFN Coordinated Universal Time (UTC)PTP 4K-UHD Content 1.3 ~ 52.2 Mbps Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) SLS/LLS Generator 2K-HD Content PTP Scrambler for Contents Protection HEVC Encoder PTP 2K-HD Content Scrambler for Contents Protection CDN Single Frequency Network Mobile Reception Indoor Reception 9-1 9-2 9-3 국제원자시(TAI) 기반으로 동작하는 SFN 송신 장치 Block Diagram of ATSC 3.0 End-to-End Chain AEAS
  60. 60. Q) 브로드캐스트 게이트웨이에서 송신기로 PTP 기준 시각 정보를 전달해 줘야하는 것 아닌가요? PTP는 양방향으로 정밀한 시각을 맞추는 프로토콜 GPS는 단방향으로 정밀한 시각을 맞추는 프로토콜  GPS 위성안에는, TAI와 동기가 맞춰진 정밀시계가 탑재되어 있음.  내부 클럭을 기준으로 기준 시각을 매초 발사함. (예) 세슘 원자시계 3000만년에 1초의 오차 24개 상시 운용 위성 + 예비위성으로 구성  PTP Grandmaster는 상시 TAI와 동기가 맞춰진 상태
  61. 61. Q) 브로드캐스트 게이트웨이에서 송신기로 PTP 기준 시각 정보를 전달해 줘야하는 것 아닌가요? PTP는 양방향으로 정밀한 시각을 맞추는 프로토콜 GPS는 단방향으로 정밀한 시각을 맞추는 프로토콜 (단점) 정밀도를 보장하는 거리가 제한적 (단점) 정밀도를 보장하기 위해서는 오랜 시간 동기화가 필요 [출처] Michael A. Lombardi(National Institute of Standards and Technology), Chapter 17. Fundamentals of Time and Frequency
  62. 62. [참고] 윤초 Leap Seconds, 2018년 7월 현재 63 TAI – GPS = 19 sec TAI – UTC = 37 sec GPS - UTC = 18 sec GPS는 1980년 1월 6일 00:00 기준으로 시각 정의 GPS -> 국제지구자전국(IERS, International Earth Rotation and Reference Systems Service) 에서 윤초 발표
  63. 63. 64 [참고] 국제원자시계, 우리나라 원자시계 1997년 : 현대의 시간으로서의 1초는 절대 영도 상태의 세슘 원자의 바닥 상태의 두 전자 준위 사이의 전이에 해당하는 복사선이 가지는 주기의 9,192,631,770회 지속시간 2004년 : 시간의 단위인 초의 정의로서 세슘 원자 외에 루비듐 원자를 이용할 수 있다는 권고안이 채택 2012년 노벨물리학상
  64. 64. Absolute Time Synchronization = Relative Time + UTC(시분초) [질문] Absolute / Relative 시각 동기화 방식이란? Relative Time Synchronization = GPS 1PPS 신호와 장치내부 1PPS를 일치시키는 방식 GPGGA GPS위성 Exciter 시각,위도,경도 등 정보를 보냄 114455.532,3735.009,N,12701.6446,E ... GPS위성 ExciterPulse Per Second 11시 44분 55초 532 11시 44분 55초 532 GPS 위성이 매초 발사하는 Pulse 신호 Exciter 내부에서 기준으로 삼는 Pulse 신호 Pulse Per Second (특징) Pulse 신호를 잘게 쪼개어 1초 이하의 ms.μs.ns 정밀도 시각 동기를 맞추는 데 사용 (장점) GPS 위성 데이터를 Decoding 할 필요 없음 (단점) 1초 이상의 시각 오차 발생 여부를 파악할 수 없음 (특징) Relative 동기 방식에 더해, GPS 위성이 주기적으로 보내주는 시각과 Exciter 시각을 함께 보정함. (장점) 시분초 단위의 전체시각을 정확하게 맞출 수 있음. => SFN 방식을 사용한 방송망 구성에 필수 오 차 GPS PPS Exciter PPS
  65. 65. [질문] Absolute / Relative 시각 동기화 방식이란? (a) 수도권 NEC(ProTV) 송신기 화면 (b) 광역권 R&S 송신기 화면 각 송신기 Absolute SFN 상태인 경우, 설정 예
  66. 66. 주 Exciter GPS 주 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) PTP 송신 계통 구성도 [ UHD주조 ] [ UHD송신소 ] SYSTEM -> NETWORK / IP2 DATA INTERFACE 예비 Broadcast Gateway IP-MUX IP-Guardv2 IP 100.111.9.xx 동일하게 설정 IP-Guardv2 IP1 예비 ExciterIP2
  67. 67. 송신계통 간략 구성도 ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter GPS ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) PTP 단일 주파수 방송망 Single Frequency Network (SFN) STLTP Monitoring Professional Receiver (RF Monitoring) STLTP Monitoring [ UHD주조 ] [ UHD송신소 ] Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . . Single Frame PLP#1 Single Frame PLP#2 Mobile HD 1채널 UHD 1채널
  68. 68. ATSC3.0 Transmitter HEVC Encoder ATSC3.0 Transmitter IP Multiplexer Scrambler for Contents Protection HEVC Encoder GPSPTP ATSC3.0 Broadcast Gateway Coordinated Universal Time (UTC)PTP 4K-UHD Content Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) SLS/LLS Generator 2K-HD Content PTP Scrambler for Contents Protection 9-1 9-2 송신소/중계소 고유번호 = TxID Transmitter Identifier 연주소 고유번호 = BSID Broadcast Stream Identifier * BSID는 연주소의 고유번호이며, 장치적으로 보면, 다중화기(Multiplexer) 고유번호입니다. * ATSC 1.0 표준에서 TSID에 대응됩니다. * TxID는 송신기 고유번호입니다. SFN 환경에서는 모든 송신소가 동일한 주파수를 사용하기 때문에 송신기 각각을 구분할 수 없습니다. 따라서, SFN 환경에서 개별 송신소를 구별하는 데 사용됩니다. Q) BSID와 TxID의 차이점은 무엇인가요?
  69. 69. TSID(ATSC1.0) BSID(ATSC3.0) Transport Stream Identifier Broadcast Stream Identifier IP-MUX Q) BSID와 TxID의 차이점은 무엇인가요?
  70. 70. Q) BSID는 어디서 어떻게 확인하나요? (a) LLS 시그널링 서버에 삽입 (c) RF 신호 ‘프리앰블 L1D_Signalling()’ 내에서 확인 단, L1D_Version = 1 인 경우 (b) Broadcast Gateay 장비에서 삽입 (d) 장비에 설정된 값을 눈으로 확인
  71. 71. 송신기 3대와 Broadcast Gateway 1대 IBC KBS KBS 광교 남산 관악산 GPS ATSC3.0 Exciter GPS ATSC3.0 Exciter GPS Broadcast Gateway PTP  SFN은 모든 장비들이 “똑같은 시계를 사용(동기화)” 해야 한다. = GPS 신호 또는 PTP 시간을 기준으로 삼음 결론적으로, 국제원자시 TAI 시각에 시각 동기화  모든 송신기들은 입력 신호 중 Timing Data Packet과 Preamble Data Packet을 Parsing하여 그 값과 동일하게 송신기를 설정해야 한다. = 반드시 STL Interface 사용으로 송신기 설정 개별 송신기에서 송신파라미터 설정 안 됨 ∴ 모든 송신파라미터 설정은 Broadcast Gateway에서만! GPS ATSC3.0 Exciter SFN 조건 #2 똑같은 시간 SFN 조건 #1 똑같은 데이터 SFN 조건 #3 똑같은 주파수 * PTP = IEEE1588v2 PTP(Precision Time Protocol)
  72. 72. [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 Input Formatting 중앙 집중화 TDM FDM TFDM=TDM+FDM BBP 생성 전송 다중화 시그널링
  73. 73. [참고] PLP와 Subframe [출처] A/322: (Doc. S32-230r55) ATSC Proposed Standard: Physical Layer Protocol Bit Interleaved and Coded Modulation (BICM) Framing & Interleaving OverTheAir(OTA)Interface Waveform Generation Input Formatting S-PLP 시스템 기본 구조 Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. .. Single Frame PLP#1 • UHD 1채널 전송용 M-PLP/Subframe 시스템 구조 Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . . Single Frame PLP#1 • UHD 2채널 전송용 • M-PLP 물리계층 다중화 적용 (TDM, FDM, LDM) PLP#2 PLP #1 PLP #1 PLP #2 Multiple S-PLP/Subframe 시스템 기본 구조 PLP #1 PLP #2 Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. .. Single Frame PLP#1 Single Frame PLP#2 Mobile HD 1채널 UHD 1채널 • 전체 전송 프레임 비율을 조정하여 전송률[Mbps] 결정 • 하나의 Frame 내에서는 FFT 사이즈 고정. 즉, 모바일HD와 고정UHD 서비스를 위한 이동속도 차이를 위해서는 FFT 사이즈를 서로 달리 설정해야 하는데, 이 경우 반드시 Subframe을 쪼개야만 함. 32K 16K 32K
  74. 74. ATSC 1.0 15.5 dB @ ToV PLP0/Subframe0 PLP1/Subframe1 UHDTV 2.4 Mbps 17.0 Mbps High Quality UHD-MOBILE Available UHD Available Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . . Subframe 0 PLP#0 Subframe 1 PLP#1 Robust Reception 5.5 dB @ ToV 현재, 고정수신용 4K-UHD와 이동수신용 2K-HD를 6MHz 대역 내에 함께 보내는 2-Subframe 구조로 본방송 중
  75. 75. System Manager Broadcast Gateway Studio Interface Quasi-static Configuration figuration Interface SFN Interface Scheduler STL TP MUX Bootstrap Generator Preamble Generator Baseband Formatting Per PLP Buffer SFN TP Sender Delivery Metadata Schedule Timing Information Preamble Information ALP PLPs BBP (STL TP) RTP/UDP/IP Exciter for SFN STL TP DEMUX SFN TP Receiver STL Pre-Processor RTP/UDP/IP Functional Block of Input Formatting ALP Encapsulation (and Compression) E Functional Block of Input Formatting Functional Block of Input Formatting ALPs 전송파라미터 설정 OK! 전송파라미터 설정 NO! ATSC3.0 송신계통 장비 상세 구성도: Broadcast Gateway
  76. 76. Bit Int’lFEC Mapper LDM MIMO TimeInt’l OFDM Framer/ Preamble Inserter Freq Int’l Pilot/ Tone Reserve MISO IFFT PAPR GI Bootstrap/ Spectrum Shaping D/A ≤1sec Network Comp. Buffers Preamble Parser PLPs PLPs PLPs PLPs Timing Manager B U F F E R B U F F E R PLPs PLPs PLPs GNSS Time PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr TAD PLP DemuxSMPTE ST 2022-1 ECC Decoder SMPTE ST 2022-1 ECC Encoder PLP Mux STL RcvrSTL Xmtr IP UDP RTP IP UDP RTP IP UDP RTP IP UDP RTP IP Packetizers Baseband Packetizers PLPsPLPs Scheduler Timing and Mgt Generator Preamble Generator ALP Demux ALP Mux IP UDP RTP ALPs ALP Encapsulation ALPs DataSource DataSource DataSource DataSource Scrambler PLPs ALP Payload (ALPTP) STL Payload (STLTP) IP (ROUTE/MMT), TS, Generic Data In DSTP Payloads From/To System Manager (BXF) To/From Data Sources (MDCoIP) STL Link IP/UDP/RTP Microwave/Satellite/Fiber ALP Packets Baseband Packets Preamble Data Packets Timing Data Packets Timing Data Preamble Data Timing Instructions Configuration Instructions Emission-Formatted PreambleData Legend 1 Phy Frame Delay (≤5secs) ALP Buffers ALPs LLS Ind. Configuration Mgr STL Payload (STLTP) EAS Trig. Broadcast Gateway w/External ALP Gen Broadcast Gateway w/Internal ALP Gen IP UDP RTP Figure 4.2 System architecture. Data Source Transport Protocol (DSTP) ATSC 3.0 Link-Layer Protocol Transport Protocol (ALPTP) Studio to Transmitter Link Transport Protocol (STLTP) MMT ROUTE
  77. 77.  우리나라에서는 바깥쪽 점선까지를 Broadcast Gateway 기능으로 사용 중.  즉, ALP 패킷 생성(ALP Encapsulation)은 Broadcast Gateway 내부에서만 작동하므로, Broadcast Gateway 입출력에서 관찰되지 않음. Bit Int’lFEC Mapper LDM MIMO TimeInt’l OFDM Framer/ Preamble Inserter Freq Int’l Pilot/ Tone Reserve MISO IFFT PAPR GI Bootstrap/ Spectrum Shaping D/A ≤1sec Network Comp. Buffers Preamble Parser PLPs PLPs PLPs PLPs Manager B U F F E R PLPs PLPs PLPs PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PHY Fr PLP DemuxSMPTE ST 2022-1 ECC Decoder SMPTE ST 2022-1 ECC Encoder PLP Mux STL RcvrSTL Xmtr IP UDP RTP IP UDP RTP IP UDP RTP IP UDP RTP IP Packetizers Baseband Packetizers PLPsPLPs Scheduler Timing and Mgt Generator Preamble Generator ALP Demux ALP Mux IP UDP RTP ALPs ALP Encapsulation ALPs DataSource DataSource DataSource DataSource Scrambler PLPs ALP Payload (ALPTP) STL Payload (STLTP) IP (ROUTE/MMT), TS, Generic Data In DSTP Payloads From/To System Manager (BXF) To/From Data Sources (MDCoIP) STL Link IP/UDP/RTP Microwave/Satellite/Fiber Timing Instructions Configuration Instructions Emission-Formatted PreambleData 1 Phy Frame Delay (≤5secs) ALP Buffers ALPs LLS Ind. Configuration Mgr STL Payload (STLTP) EAS Trig. Broadcast Gateway w/External ALP Gen Broadcast Gateway w/Internal ALP Gen IP UDP RTP Data Source Transport Protocol (DSTP) ATSC 3.0 Link-Layer Protocol Transport Protocol (ALPTP) Studio to Transmitter Link Transport Protocol (STLTP) MMT ROUTE Q) ALP 패킷은 왜 안보이는 건가요?
  78. 78. Figure 8.1 ALP buffer latency The second buffer accommodates a delay of up to one second to enable synchronization of frame emission timing in the Physical Layer when the delivery delay to each of the Transmitters in a Network is different. Q) 송신계통에서의 딜레이 요소 2군데: Buffer The first buffer inserts at least one Physical Layer frame of delay in the STL Pre-Processor to enable sending Preamble information for a given Physical Layer frame to Transmitters prior to arrival of the data to fill that Physical Layer frame.
  79. 79. A330: ALP (ATSC Link layer Protocol) 기능 및 구조 ALP Encapsulation IP Header Compression IP ATSC 3.0 PHY Link Layer Signaling MPEG-2 TS Future Extension TS Overhead Reduction ATSC3.0 Exciter Multiplexer & LLS Generator Broadcast Gateway [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 [출처] A/330: (Doc. S32-169r6) Link-Layer Protocol, 19 August 2016
  80. 80. A330: 5. ALP PACKET FORMAT [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 header_mode segmentation_concatenation
  81. 81. 5.2.1 Mapping ALP Packets to Baseband Packets [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 [출처] A/330: (Doc. S32-169r6) Link-Layer Protocol, 19 August 2016 6MHz Bandwidth
  82. 82. A/322 Figure 4.1 Block diagram of the system architecture for one RF channel. BICM Framing and Interleaving Framing and Interleaving OverTheAir(OTA)Interface MIMOMAP MIMOPrecoding FEC BIL BICM FEC BIL MAP TIMEINT. FRAME/ PREAMBLE FREQ.INT. TIMEINT. FRAME/ PREAMBLE FREQ.INT. Waveform Generation MISO IFFT GUARDINT. PILOTS PAPR Waveform Generation MISO IFFT GUARDINT. PILOTS PAPR Input Formatting ENCAP. BBFRAMING SCHEDULING Input Formatting ENCAP. BBFRAMING SCHEDULING BOOTSTRAPBOOTSTRAP LDMCombinig STLTP (BBP)
  83. 83. A/322 Figure 5.1 Block diagram of input formatting. Figure 5.2 Block diagram of baseband formatting. Input Formatting Data Control Information Encapsulation and Compression Scheduler Encapsulation and Compression Encapsulation and Compression ... ... Data Data Baseband Packets for PLP0 Baseband Packets for PLP1 Baseband Formatting Baseband Packets for PLPn ... ... Baseband Formatting Baseband Formatting ALP Packets for PLP0 ALP Packets for PLP1 ALP Packets for PLPn Baseband Formatting Baseband Packet Construction Baseband Packet Header Addition Baseband Packet Scrambling ALP Packets for PLPn Baseband Packets for PLPn
  84. 84. A/322 Figure 5.3 Baseband Packet structure showing Header, Payload and mapping example of ALP packets to a Baseband Packet. Figure 5.4 Baseband Packet Header structure details. Base Field Optional Field Extension Field ALP Packet ALP Packet ALP Packet ALP Packet ALP Packet Baseband Packet PayloadHeader ... ... 1 or 2 byte(s) 1 or 2 byte(s) Base Field Optional Field Extension Field Payload
  85. 85. Base Field Optional Field Extension Field PayloadHeader Extension (0-31 bytes) No Extension Mode 1 or 2 byte(s) 1 or 2 byte(s) 1 byte (8bits) Base Field Optional Field Extension Field Payload 1 byte (8bits) 1 byte (8bits) 1 byte (8bits) MODE (1b) 0 1 Pointer (LSB) (7b) Pointer (LSB) (7b) Pointer (MSB) (6b) OFI (2b) 00 01 10 11 Short Extension Mode Long Extension Mode No Optional Field, no extension field EXT_TYPE (3b) EXT_LEN (5b) EXT_TYPE (3b) EXT_LEN (LSB) (5b) EXT_LEN (MSB) (8b) Extension (0-full BBP) Mixed Extension Mode NUM_EXT (3b) EXT_LEN (LSB) (5b) EXT_LEN (MSB) (8b) Extension (0-full BBP) A/322 Figure 5.3 Baseband Packet structure showing Header, Payload and mapping example of ALP packets to a Baseband Packet. Figure 5.4 Baseband Packet Header structure details.
  86. 86. A/322 Figure 6.1 Block diagram of BICM. Figure 6.2 Structure of FEC Frame when BCH or CRC is used as Outer Code. BICM FEC Inner Encoder (LDPC) Outer Encoder (BCH, CRC, none) Bit Interleaver (BIL) Mapper Baseband Packets for PLPn Cells for PLPn FEC Frames for PLPn FEC Frame Mouter MinnerKpayload Ninner Nouter Baseband Packet (FEC Frame payload) Inner Code Parity Outer Code Parity
  87. 87. IP UDP RTP IP UDP RTP Section 8.3.4 Section 8.2.1 Tunneled Packet Header BBP Fragment Base Band Packet (BBP) Preamble PreambleIP UDP RTP * Tunnel Packet Payload Fixed-size Tunnel Packet Tunneled Packet Stream Tunnel Packet Header Figure 8.3 Detail T&M IP UDP RTP Section 8.3.1 T&M • • •• • • Broadcast Gateway 내부 Broadcast Gateway 외부출력 패킷 송신기도 알고, 수신기도 알아야 하는 정보 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 실제 오디오/비디오 데이터 Outer Stream and Inner Stream at Broadcast Gateway [출처] A/324 표준, Figure 8.4 Tunneled Packet packing details **Maximum Transmission Unit (MTU) BaseBand Packet Preamble Packet Timing & Management Packet [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 239.0.51.48:30000+plp_id 239.0.51.48:30064 239.0.51.48:30065
  88. 88. [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 Outer Stream and Inner Stream at Broadcast Gateway BaseBand Packet
  89. 89. Broadcast Gateway SFN Interface X SFN TP Sender BBP (STL TP) RTP/UDP/IP Exciter for SFN STL TP DEMUX SFN TP Receiver PLPs Timing Manager Per PLP Buffer Preamble Parser Bootstrap BICM Framing & Interleaving Waveform Generation PLPs PLPs Over-The-Air (OTA) Interface 전송파라미터 설정 OK! 전송파라미터 설정 NO! ATSC3.0 송신계통 장비 상세 구성도: Exciter 30065 30064 30000 +PLP_ID 30065
  90. 90. ATSC3.0 Broadcast Gateway ATSC3.0 Exciter Baseband Packet Preamble Timing & Management Baseband Packet 모바일HD = PLP0 UHD = PLP1 UDP Port = 30000 UDP Port = 30001 UDP Port = 30064 UDP Port = 30065 Q) 3가지 종류의 패킷은 어떻게 구분하는 걸까요? 그 해답은 UDP 패킷의 Port 번호에 있습니다. Exciter에서는 UDP 포트 번호에 따라서 패킷 종류를 분류한 뒤, 신호 처리를 하게 됩니다. Baseband Packet, Preamble Packet Timing & Management Packet Source IP Destin. IP Port Num. 단, Exciter 내부에서 일어나는 과정이기 때문에 별도의 설정은 필요 없고, 특별히 관찰되는 것도 없습니다.
  91. 91. Baseband Packet Preamble Timing & Management Baseband Packet 모바일HD = PLP0 UHD = PLP1 UDP Port = 30000 UDP Port = 30001 UDP Port = 30064 UDP Port = 30065 Q) 3가지 종류의 패킷은 어떻게 구분하는 걸까요? Baseband Packet은 실제 오디오와 비디오 데이터를 전송하는 부분인데, PLP(Physical Layer Pipe)라는 단위로 전송됩니다. 즉, 현재의 설정에서는 PLP0에 모바일HD 채널(9-2)가, PLP1에는 UHD채널(9-1)이 전송됩니다. 이 떄, UDP Port 번호는 ‘30000+PLP번호’로 결정됩니다. 따라서, PLP0의 Port 번호는 30000, PLP1은 30001이 됩니다. Preamble 패킷은 포트번호가 30064로 고정입니다. Timing & Management 패킷은 30065번입니다. 즉, Gateway에서는 패킷 종류에 따라서 고유한 UDP Port 번호를 부여하여 전송하면, Exciter에서는 UDP Port 번호에 따라서 패킷을 분류한 뒤 그에 맞는 신호 처리를 하게 됩니다.
  92. 92. [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. 전송 과정에서의 발생된 오류로부터 데이터를 보호 = STL-FEC 기능 Broadcast Gateway Exciter
  93. 93. [참고] SMPTE 2022-1 FEC 적용에 따른 Latency와 Overhead 예시 D (Row) L(Column) (L,D)=(4,4) Data Stream Packet을 모으는 양이 많을수록, - 지연시간(Latency)는 증가함 - 오버헤드(Overhead)가 줄어들어 전송용량 증가량은 낮음
  94. 94. STL-FEC 설정 확인 (a) 수도권 NEC(ProTV) 송신기 화면 (b) 광역권 R&S 송신기 화면 Datarate 부분의 전송률이 IP 회선의 최대 전송률을 초과하지 않도록 (D,L)값을 설정하는 것이 중요
  95. 95. STL-FEC 설정 예 (L,D)=(8,5) (L,D)=(10,4) 전송률 증가율 = = 32.5% 8+5 40 전송률 증가율 = = 35.0% 10+4 40
  96. 96. Q) STL-FEC Packet를 활성화시키면, Wireshark 상에서 패킷을 분석해보면, 설정하지 않은 UDP Port 번호가 관찰됩니다. (a) FEC 적용 전 (b) FEC 적용 후
  97. 97.  (D,L)값은 각각 255 이내에서 어떤 조합이라도 가능  다만, L값이 4 이상(크거나 같을 경우), 반드시 2D-FEC만으로 동작해야 함. 데이터 스트림 UDP Destination Port Number = N 첫번째 FEC 스트림 UDP Destination Port Number = N+2 두번째 FEC 스트림 UDP Destination Port Number = N+4 UDP Source Port Number 는 모두 동일 Q) STL-FEC Packet를 활성화시키면, Wireshark 상에서 패킷을 분석해보면, 설정하지 않은 UDP Port 번호가 관찰됩니다.
  98. 98. FEC 패킷임을 나타내기 위해, “FEC Header”가 RTP Extension Header 부분에 들어감. 결과적으로, 16bytes 패킷 길이가 늘어남 Q) STL-FEC Packet를 활성화시키면, Wireshark 상에서 패킷을 분석해보면, 설정하지 않은 UDP Port 번호가 관찰됩니다.
  99. 99. PT = 97 패킷보다 길이가 16Byptes 많음 --> FEC Packet RTP Header: RFC 3550 vs STLTP (Tunnel Packet) Payload Type = 96
  100. 100. IGMPv3 SSM(Source Specific Multicast) SSM에서는 Multicast Channel이 Group Address G 뿐만 아니라, Source의 IP Address S의 조합으로 식별됨. (S,G) = (100.111.9.100, 239.255.9.30) 채널과 (S,G) = (100.111.9.150, 239.255.9.30) 채널은 서로 다른 Multicast Group으로 인식 SSM은 232/8(232.0.0.0 – 232.255.255.255) Class D Address Range를 사용하도록 규정 라우터에서의 SSM Forwarding Table은 (S,G)마다 다르게 유지 및 관리 인터넷할당번호관리기관 [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 동일한 소스의 데이터를 여러 송신기가 동시에 받을 수 있게 함 Exciter 입력 부분에 쓸데없는 패킷 유입을 막아 Overflow 발생 차단
  101. 101. Unicast로 보낸다면, Gateway가 SFN 내에 속한 송신기를 모두 개별 관리해야 함. IBC KBS KBS 광교 남산 관악산 ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter Broadcast Gateway ATSC3.0 Exciter S D STL Inner Stream Gateway에서 설정 Unicast의 경우, 송신기 개별 IP IP1 ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter IP3 IP4 IP5 IP6 IP7 IP8 STL Outer Stream
  102. 102. Multicast로 보낸다면, Gateway가 SFN에 속한 송신기를 하나의 Group으로 묶어 관리 IBC KBS KBS 광교 남산 관악산 ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter Broadcast Gateway ATSC3.0 Exciter S G STL Inner Stream Gateway에서 설정 Multicast 의 경우, Group IP 설정. SFN 내 모든 장치들이 공유하는 IP Broadcast Gateway (IP1, G) (IP2, G) ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter IP3 IP4 IP5 IP6 IP7 IP8 IP 2 G STL Inner Stream IP 1 G STL Inner Stream 송신기에서는 (S,G) 정보를 바탕으로 IP Filtering 실시
  103. 103. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 Packet Release Time + MND = Bootstrap Emission Time = Preamble Time ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) ATSC3.0 Transmitter IBC KBS KBS Processing Delay Dynamic Delay SFN Static Delay STL Inner: Timing & Management Bootstrap_Timing_Data () STL Outer RTP Header Timestamp STL Inner: Preamble L1B_time_info_flag & L1D_time_sec/msec/usec/nsecSTL Inner: Timing & Management Packet_Release_Time ()
  104. 104. (참고) SFN Delay 확인 결과: R&S Exciter v3.0.0-RC4 Packet Release Time + MND = Bootstrap Emission Time = Preamble Time ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) ATSC3.0 Transmitter IBC KBS KBS Processing Delay Network Delay STL Inner: Timing & Management Packet_Release_Time () STL Inner: Timing & Management Bootstrap_Timing_Data () STL Outer RTP Header Timestamp STL Inner: Preamble L1B_time_info_flag & L1D_time_sec/msec/usec/nsec Dynamic Delay
  105. 105. 106 (참고) R&S Exciter v3.0.0 / NTP 설정 전원부 1000 BASE-T 포트 Remote IP Settings에 들어가서 NTP와 같은 도메인 IP를 수동으로 할당
  106. 106. 107 (참고) R&S Exciter v3.0.0 / NTP 설정 Data/Time메뉴 NTP 설정을 제대로 한 경우, Status에 OK표시와 초록불이 들어옴.
  107. 107. 108 (참고) R&S Exciter v3.0.0 / NTP 설정 (a) NTP 시각정보부분 [In Time] 정상 동작 (b) NTP 케이블 뽑은 후, 시각정보부분 [PoorNTP reference] 비정상 동작. 화면에 깜빡 거림 관찰됨.
  108. 108. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 STL Inner: Preamble 송신기도 알고, 수신기도 알아야 하는 정보 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 L1B_time_info_flag – This field shall indicate the presence or absence of timing information in the current frame, and the precision to which it is signaled according to Table 9.4.
  109. 109. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 STL Inner: Preamble 송신기도 알고, 수신기도 알아야 하는 정보 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 L1D_time_sec – This field shall indicate the seconds component of the time information. The time information shall indicate the precise time at which the first sample of the first symbol of the most recently received bootstrap was transmitted, shown as the time information position in Figure 9.1. L1D_time_sec shall contain the 32 least significant bits of PTP seconds of the time information.
  110. 110. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 L1B_time_info_flag L1D_time_sec L1D_time_msec L1D_time_usec L1D_time_nsec
  111. 111. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 STL Inner: Timing & Management 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 num_emission_tim shall indicate the number of sequential Bootstrap emission reference times that are contained within the Bootstrap_Timing_Data() ‘for’ loop. Up to 64 values may be indicated. The values shall range from 0 thru 63, and shall be expressed as the number of values carried in the packet minus 1. At least the next Bootstrap reference emission time shall be carried and shall be carried in index 0 of the ‘for’ loop. seconds shall carry a value equal to the 32 least significant bits (LSBs) of the seconds portion of the UTC time value of the associated Bootstrap reference emission time, as expressed using the Precision Time Protocol (PTP) defined in [13] and [14]. nanoseconds shall carry a value equal to the nanoseconds portion of the UTC time value of the associated Bootstrap reference emission time. It shall be expressed as a 32-bit binary value having a range from 0 through 999,999,999 decimal.
  112. 112. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 STL Inner: Timing & Management 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 num_emission_tim = 10 인 경우, Gen. time = Packet_Release_Time() L1D_time = Bootstrap_Timing_Data()
  113. 113. Q) 왜 시각정밀도는 ns까지 필요한 건가요? Elementary period = 시간축에서 Sampling rate 시간축에서 한 점을 표현하는 데 필요한 절대 시간 0 50 100 150 200 250 300 -3 -2 -1 0 1 2 3 Time samples Real(orimaginary)value 개별적인 디지털 값들을 elementary period 속도로 아날로그 파형으로 찍어내면 Elementary period에 해당되는 대역폭이 결정됨. 여기 점들을 T=7/48us 속도로 Digital-to-Analog Conversion (DAC)를 하면 6MHz 신호가 되는 것이고, .T=7/64us 속도로 DAC 하면 8MHz 신호가 되는 것임. Elementary period
  114. 114. Q) 왜 시각정밀도는 ns까지 필요한 건가요? 6MHz 표준에 따르면, 한 샘플의 Elementary period T = 144.7ns 임. 1μs 오차로, 약 9샘플의 오차 발생 즉, Bootstrap이 발사되는 시각은 ns 단위로 정의될 수 밖에 없음. Bootstrap_Timing_Data() Frame 0 발사시각 2018-01-01 07:41:08 674 074 074 Frame 0Frame 1 ms μs ns Bootstrap_Timing_Data() Frame 1 발사시각 2018-01-01 07:41:08 927 777 777 ms μs ns
  115. 115. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) T 주조 T 관악 T 계룡 T 황령 ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter Tbootstrap Maximum Network Delay (MND) Modulation delay (processing time) + SFN delay offset Δ 1 Δ 2 Δ NSTL network delay between studio and exciter IBC KBS KBS 관악 계룡 황령
  116. 116. MND 설정 전체 송신기들의 값을 수집한 후에, 가장 큰 값을 기준으로 적정한 값을 선정하여 주조 내 Broadcast Gateway 에서 MND 값 설정 예정
  117. 117. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. seconds shall carry a value equal to the 22 least significant bits (LSBs) of the seconds portion of the Bootstrap_Timing_Data described in Table 8.3. a-milliseconds_pre shall carry a 10-bit value identical to the value contained in the 3rd through 12th MSBs of the nanoseconds field of the Bootstrap_Timing_Data(), described in Table 8.3. Note that the a- millisecond_pre value is used in the RTP Header Timestamp only as an identifier of the Reference Emission Time of the Frame in which its contents belong; consequently, the somewhat longer Period of an a-millisecond_pre relative to precisely one millisecond is immaterial for this use. STL Outer
  118. 118. A/324 표준에 따르면, (8.5.1. Frequency Accuracy) Carrier Frequency accuracy shall be +/–0.5Hz per transmitter with a cumulative differential error of zero. Use of GPS as a time base will allow this to be true. [SFN 조건 #3] 똑같은 주파수 시간 정밀도는 장치내부 Clock 품질이 결정 (Note 1) 10MHz 클럭 기준 [출처] https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm
  119. 119. [미래창조과학부고시 제2016-105호, 2016.9.30.] 방송표준방식 및 방송업무용 무선설비의 기술기준 제13조(지상파 초고화질 텔레비전방송) ② 지상파 초고화질 텔레비전방송용 무선설비 등의 기술적 조건은 다음 각 호와 같다. 1. 주파수허용편차는 470㎒ 미만 주파수대에서 백만분의 1 이내이고 470㎒ 이상 주파수대에서 백만분의 0.3 이내일 것. 다만 단일주파수망(SFN)으로 구성하는 경우 이규정 값에 불구하고 ±2.1Hz 이내로 할 것  DMB 부반송파 간격(1kHz)의 1%가 10Hz 임  ATSC3.0 부반송파 간격(32K FFT에서 210.9375Hz)의 1%가 2.1Hz 임 2. 전파의 형식은 D7W를 사용하고 점유주파수대폭의 허용치는 6㎒ 이내일 것 3. 안테나공급전력 허용편차는 ±5퍼센트 이내일 것 4. 대역외 발사강도는 ~ 5. 스퓨리어스영역에서 불요발사는 ~ 6. 첨두전력대 평균전력비는 송신기의 첨두전력억압을 실행하지 않은 상태에서 [SFN 조건 #3] 똑같은 주파수
  120. 120. ATSC3.0 Broadcast Gateway ATSC3.0 Exciter Broadcast Gateway에서 Source IP에 100.111.8.50 번을 적습니다. Destination IP에는 Multicast IP를 적는데, 239.255.8.50을 적습니다. Port 번호는 5000을 적습니다. Broadcast Gateway에서 Exciter로 전달되는 패킷 페이로드(Payload)에는 Baseband packet, Preamble packet, Timing & Management Packet이 섞인 상태로 담겨 전달됩니다. 때문에, Exciter에서 Broadcast Gateway 패킷을 정상적으로 수신하기 위해서는 (좌측 화면과 같이) Source IP와 Multicast IP 설정해야만 합니다. Baseband Packet, Preamble Packet Timing & Management Packet Source IP Destin. IP Port Num. STLTP 총정리
  121. 121. 송신시설 구축 완료 후에는, 필드테스트를 통해 광역권 커버리지를 고려한 전송 파라미터 최적화 필요! 항목 KBS MBC SBS 제어 정보 FFT Size 8K 8K 16K PreamblePilot 4_1 L1-Basec/DetailFEC Mode 1 모 바 일 HD FFT 8K 8K 16K Guard Interval GI6_1536 Pilot Pattern 4_2 Pilot Boost 1 Modulation 16-QAM Code rate 7/15 8/15 7/15 FEC Type BCH + 16K-LDPC TimeInterleaving CTI CTI Depth 1024 887 1024 전송용량[Mbps] 2.38 2.54 2.38 고 정 UHD FFT 32K Guard Interval GI6_1536 GI7_204 8 GI6_153 6 Pilot Pattern 16_2 12_2 8_2 Pilot Boost 0 Modulation 256-QAM Code rate 9/15 FEC Type BCH + 64K-LDPC TimeInterleaving CTI 항목 KBS MBC SBS
  122. 122. [참고] ATSC3.0 전송 프레임 구성에 따른 전송률 & 수신율 UHD 단독 전송 32k-FFT GI7_2048 SP6_2 64,800 LDPC 250ms 수신율 ToV C/N [dB] @ AWGN MODCOD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4 -6.229 -4.321 -2.892 -1.702 -0.544 0.298 1.159 1.968 3.605 16 1.460 2.816 5.210 6.303 7.318 9.502 64 2.273 4.146 5.963 7.662 8.924 10.306 11.554 12.879 14.278 256 6.572 8.530 12.101 13.914 15.549 17.131 18.759 20.439 22.224 1024 11.074 15.301 17.458 19.446 21.355 23.426 25.520 27.623 4096 18.215 23.054 28.112 30.337 32.832 전송률 Data rate [Mbps] MODCOD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4 1.314 1.985 2.657 3.329 4.000 4.672 5.344 6.015 7.359 16 5.314 6.657 9.344 10.687 12.031 14.718 64 5.956 7.971 9.986 12.001 14.016 16.031 18.046 20.061 22.076 256 10.628 13.315 18.688 21.375 24.062 26.748 29.435 32.122 34.809 1024 16.643 23.360 26.719 30.077 36.794 36.794 40.153 43.511 4096 28.032 36.092 44.153 48.183 52.213 이론적으로 76.5km/h까지
  123. 123. 실제 본방송 파라미터 사례 분석 (1) 124
  124. 124. 125 실제 본방송 파라미터 사례 분석 (1)
  125. 125. 126 실제 본방송 파라미터 사례 분석 (2)
  126. 126. 127 실제 본방송 파라미터 사례 분석 (2)
  127. 127. 전송률 높아짐 6MHz
  128. 128. Bandwidth Occupation / Extended Bandwidth Extended ATSC3.0에서는 5단계로 구분하여 확장 가능함 Cred_coeff = 0,1,2,3,4 5.508 5.589 5.670 5.751 5.832 (ATSC 3.0)
  129. 129. [참고] OFDM 스펙트럼 예: Subcarrier 전체 합으로 관찰 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 점유대역폭 dB (데시벨) 단위로 관측할 경우 주파수 Linear (선형) 단위로 관측할 경우 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 -0.5 0 0.5 1 1.5 점유대역폭 주파수
  130. 130. -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 [참고] OFDM 스펙트럼 예: Subcarrier 각각 관찰 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 -0.5 0 0.5 1 1.5 Subcarrier dB (데시벨) 단위로 관측할 경우 Linear (선형) 단위로 관측할 경우 32K extension mode = 총 27,841 Subcarrier 사용 Subcarrier Spacing = 209.263Hz f 주파수주파수
  131. 131. 2ms 고정 Symbol 길이 X Preamble 심볼수 Symbol 길이 X Payload 심볼수 Frame length mode Frame Duration Symbol 길이 = (GI Sample 수 + OFDM Sample 수) GI Sample 수는 아래 Table 8.8 참고 FFT 사이즈에 따라 결정됨 OFDM Sample 수는 아래 Table 8.8 참고 FFT 사이즈에 따라 결정됨
  132. 132. Scattered Pilot Patterns Dx -> 주파수축 방향 Dy->시간축방향 Scattered-Pilot Pattern
  133. 133. Scattered PilotsScattered-Pilot Pattern Subframe boundary symbol (SBS)
  134. 134. 전송률 높아짐 고밀도 고밀도 저밀도 저밀도 Scattered-Pilot Pattern
  135. 135. Scattered Pilot Patterns Dx -> 주파수축 방향 Dy->시간축방향
  136. 136. PLP 단위로 Time Interleaving을 적용함.  PLP 데이터를 시간축으로 흩어지게 함으로써, 무선채널에서 발생하는 Burst Error에 강인하게 됨.  단, Time Interleaver Depth 만큼 추가적인 지연(Latency) 발생 Convolutional Time Interleaver (CTI) for a single PLP Hybrid Time Interleaver (HTI) for multiple PLPs, and no time interleaving Time Interleaver
  137. 137. Hybrid Time Interleaver
  138. 138. Frequency Interleaving Frequency interleaving shall operate on the data cells of one OFDM symbol. Use of the Frequency Interleaver (FI) for the data and subframe boundary symbols of a particular subframe is optional and is signaled with L1D_frequency_interleaver. However, the frequency interleaver shall always be used for Preamble symbols.
  139. 139. 8K 32K SFN 구축, 필드테스트, 그리고 송신기 SFN Delay Offset 조정 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정 Subcarrier 대역폭 시간축 OFDM 심볼
  140. 140. STEP1) Guard Interval 의 절대적인 시간 계산 STEP2) 빛의 속도 c 를 절대적인 시간에 곱해서 송신기 간격으로 환산 Duration of the guard intervals [μs] FFT size GI1_192 GI2_384 GI3_512 GI4_768 GI5_1024 GI6_1536 GI7_2048 GI8_2432 GI9_3072 GI10_3648 GI11_4096 GI12_4864 32K 27.7824 55.5648 74.0864 111.1296 148.1728 222.2592 296.3456 351.9104 444.5184 527.8656 592.6912 703.8208 16K 27.7824 55.5648 74.0864 111.1296 148.1728 222.2592 296.3456 351.9104 444.5184 527.8656 592.6912 - 8K 27.7824 55.5648 74.0864 111.1296 148.1728 222.2592 296.3456 - - - - - Elementary Period @ 6MHz T=0.1447 us SFN Transmitter Separation Distances [km] FFT size GI1_192 GI2_384 GI3_512 GI4_768 GI5_1024 GI6_1536 GI7_2048 GI8_2432 GI9_3072 GI10_3648 GI11_4096 GI12_4864 32K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 211.00017 16K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 - 8K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 - - - - - 전송률 높아짐 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정
  141. 141. [참고] 우리나라 SFN 구축 사례 T-DMB 송신기 간격 = 73.74894 km
  142. 142. SFN Transmitter Separation Distances [km] FFT size GI1_192 GI2_384 GI3_512 GI4_768 GI5_1024 GI6_1536 GI7_2048 GI8_2432 GI9_3072 GI10_3648 GI11_4096 GI12_4864 32K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 211.00017 16K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 - 8K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 - - - - - 남산-관악산-광교 송신소만으로 SFN을 구성한다면, 최대 송신기 간격이 남산-광교 22.863km 정도이므로 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정 실전 예제 #1
  143. 143. 괘방 남산 태기 관악 광교 무등 황령 무룡 팔공 식장 계룡 2016년 구축 2017년 구축 SFN Transmitter Separation Distances [km] FFT size GI1_192 GI2_384 GI3_512 GI4_768 GI5_1024 GI6_1536 GI7_2048 GI8_2432 GI9_3072 GI10_3648 GI11_4096 GI12_4864 32K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 211.00017 16K 8.328953985 16.657908 22.210544 33.315816 44.421088 66.631632 88.842176 105.50008 133.26326 158.25013 177.68435 - 1 3 2 4 6 5 7 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정 실전 예제 #2
  144. 144. [2] ATSC 3.0 송신계통 구축 후에는, 필드테스트를 통한 CIR 계측값 수집 필요 (a) 필드테스트 수신 측정점 위치 Seoul Metropolitan area (b) 수도권 1단계 송신소 구축 결과에 따른 수신 레벨 분포 UHD : 40.8 Mbps HD/UHD : 3/30.1 Mbps UHD : 32.6 Mbps HD/UHD : 3/24.0 Mbps UHD : 24.4 Mbps HD/UHD : 3/18.0 Mbps UHD : 18.3 Mbps HD/UHD : 3/13.5 Mbps 2017년 4월 기준, 방송사-가전사 공동 필드테스트 결과
  145. 145. (참고) 측정의 실제: 수신기 최소 입력 전계강도 측정 양시청 수신화면 확인 Attenuator 감쇄를 높여가면서 측정 수신전계강도 수신기 최소 입력 전계강도
  146. 146. (참고) 측정의 실제: 양시청 신호 대 잡음비 ToV C/N 측정 양시청 수신화면 확인 노이즈를 삽입해가면서 측 정 수신전계강도 양시청 신호 대 잡음비 추가 삽입 노이즈 -53dBm 설정 수신신호 제거 후 노이즈 레벨 측정
  147. 147. (참고) 필드테스트를 통해서 알게 된 사실 번 호 측정모드 측정 갯수 실측 ToV 이론값 차이 1 16-QAM R=7/15 1 5.8 7.21 -1.41 2 16-QAM R=8/15 20 10.05 8.63 1.42 3 16-QAM R=9/15 5 11.76 9.94 1.82 4 64-QAM R=5/15 7 8.84 7.74 1.1 5 64-QAM R=7/15 3 12.63 11.1 1.53 6 64-QAM R=8/15 6 13.2 12.75 0.45 7 64-QAM R=10/15 3 16.66 15.81 0.85 8 64-QAM R=11/15 9 18.01 17.44 0.57 9 256-QAM R=6/15 1 13.5 12.91 0.59 10 256-QAM R=8/15 6 17.05 16.54 0.51 11 256-QAM R=9/15 13 19.16 18.23 0.93 12 256-QAM R=10/15 2 20 20.06 -0.06 [표 3] MODCOD별 ToV C/N (단위 : dB)  이론값은 ATSC 3.0 표준에서 제시된 이론적인 성능 중 Rayleigh 채널에서의 ToV C/N 값과 ±1dB 수준에서 이론값과 실측값이 유사 번호 측정모드 측정 갯수 수신 레벨 이론값 차이 1 16-QAM R=7/15 1 -91 -91.79 0.79 2 16-QAM R=8/15 20 -89.97 -90.37 0.4 3 16-QAM R=9/15 5 -88.34 -89.06 0.72 4 64-QAM R=5/15 7 -89.65 -91.26 1.61 5 64-QAM R=7/15 3 -88.47 -87.9 -0.57 6 64-QAM R=8/15 6 -85.9 -86.25 0.35 7 64-QAM R=10/15 3 -84.66 -83.19 -1.47 8 64-QAM R=11/15 9 -82.93 -81.56 -1.37 9 256-QAM R=6/15 1 -86.3 -86.09 -0.21 10 256-QAM R=8/15 6 -81.8 -82.46 0.66 11 256-QAM R=9/15 13 -81.18 -80.77 -0.41 12 256-QAM R=10/15 2 -79.3 -78.94 -0.36 [표 4] MODCOD별 수신기 최소수신전력 (단위 : dBm)  이론값 = -106dBm + 이론적 ToV C/N[dB] + 수신기 Noise Figure 단, -106dBm은 6MHz 대역폭에 대한 상온에서의 열잡음 (Thermal Noise). 수신기 Noise Figure를 7dB로 가정
  148. 148. 149 Q) ATSC 3.0 기준 성능이 표준문서에서 제시되어 있나요? 필드테스트나 커버리지 예측 소프트웨어를 돌리는 데 있어 기준값이 필요합니다. A/327
  149. 149. ATSC 3.0 기준 수신 성능에 대한 시뮬레이터 150 https://atsc.anyft.com/
  150. 150. [참고] CIR = Channel Impulse Response Path 1 Path 2 Path 3 Delay [us] Amplitude[dB] Path1 Path3 0 Power imbalance Relative delay 2  1 2  = Channel impulse response (CIR) 3 Path2 무선채널에서 Multipath가 얼마나 존재하는지 확인!
  151. 151. [2] 필드테스트를 통한 CIR 계측값 수집 (a) 측정점#5 상세 위치와 송신소 방향 (b) 필드테스트 차량 외부 모습 (c) CIR 상에 확인된 3군데 송신소 신호 중첩 지역 관악5kW 용문2kW 광교2kW 3군데 송신소 신호가 중첩되는 지역 무지향성 안테나
  152. 152. Field Measurement Campaign for SFN Delay Offset Adjustment & Optimization Before SFN delay offset adjustment After SFN delay offset adjustment Guard interval을 넘어가는 Self-Interference 난시청 지역 [source] ITU-R SG6 Document 6A/394 Rapporteur Group on Single Frequency Networks (SFN) design and implementation Guard Interval Case study: Rai (public broadcaster in Italy) Guard Interval (a) Reducing SFN delay offset of the transmitter (b) Increasing SFN delay offset of the transmitter 해소 [3] SFN 네트워크 구축과 Delay 조정
  153. 153. ATSC 3.0 필드테스트 측정 결과 분석 (3) 대전 목원대학교 인근 2018년 4월 16일 측정 두 송신기 차이 0.4km = 1.3343μs 식장산 계룡산
  154. 154. ATSC 3.0 필드테스트 측정 결과 분석 (3) 대전 목원대학교 인근 KBS2 (CH56, 768MHz) -59.0dBm 32.7dB 1.3μs -55.5dBm 32.6dB 1.3μs KBS1 (CH52, 701MHz) 실외측정
  155. 155. ATSC 3.0 필드테스트 측정 결과 분석 (3) 대전 목원대학교 인근 TJB대전방송 (CH53, 707MHz) -68.1dBm 31.2dB -67.3dBm 30.7dB 1.3μs KBS1 (CH52, 701MHz) 실내측정
  156. 156. Broadcast Gateway에서 SFN Delay Offset 적용 STL Inner: Timing & Management 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. num_xmtrs_in_group shall indicate the number of transmitters to which data is addressed in the Per_Transmitter_Data () ‘for’ loop. The value can be less than the total number of transmitters in the network, in which case data addressed to groups of transmitters shall be sequenced in order across multiple Timing & Management Data packets. tx_time_offset shall indicate the emission time offset of the transmitter to which it is addressed relative to the Bootstrap reference emission times of all frames. The transmitter time offset shall be expressed in units of positive or negative integer steps of 100 ns and shall be a two’s complement signed integer binary number having a range from –32,768 through +32,767 decimal, representing time offsets from –3,276.8 through +3,276.7 microseconds. [3] SFN 네트워크 구축과 Delay 조정
  157. 157. Broadcast Gateway에서 SFN Delay Offset 적용 (예제) ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter IBC KBS KBS 1011 2765 3324 num_xmtrs_in_group = 3 (하나의 게이트웨이에서 관리하는 송신기 3개) Per_Transmitter_Data () 송신기 개별 설정값 전체를 포함하는 표 xmtr_id tx_time_offset 1011 10 2765 0 3324 100 모든 송신기는 SFN 내의 송신기 설정값을 수신합니다. 그 값들 중에서, 내 아이디와 일치하는 값만 선택하여, Exciter에 설정합니다. 즉, TxID = 1011 번 송신기는 SFN Delay Offset를 10(=1us)으로 설정합니다.
  158. 158. 동일한 데이터를 보내야만 하는 SFN 조건을 만족하면서, 송신기별로 서로 다른 데이터를 보내기? Guard interval (CP length) *ITU-R SG6 Document 6A/394 Rapporteur Group on Single Frequency Networks (SFN) design and implementation * Advanced Television Systems Committee Document A111:2009
  159. 159. TxID Signal Generation 필요할 때만 TxID 삽입 ON 필요 없을 때는 TxID OFF 송신기 식별 부호 송신기별로 서로다른 고유한 식별부호(Sequence) 할당
  160. 160. 161 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 TxID Sequence 0 1 0 1 0 1 …. TxID Sequence 0 1 0 1 0 1 …. -1 1 -1 1 -1 1 …. -0.031 0.031 -0.031 0.031 -0.031 0.031 …. BPSK Modulation TxID Injection Level 1 → 1 0 → -1 Injection Level 9, 12, 15, …, 42, 45 30dB Injection Level 적용시 송신기 식별 부호 생성
  161. 161. 두 신호가 얼마만큼 닮았는지 확인해보는 방법Cross-Correlation 송신기 식별 부호 검출 [출처] Sung-Ik Park, et. al, ATSC 3.0 Transmitter Identification Signals and Applications, IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING, VOL. 63, NO. 1, MARCH 2017.
  162. 162. TxID Sequence 예제 관악 x1 남산 x2수신신호
  163. 163. CrossCorrelation( 관악 x1, 남산 x2 ) CrossCorrelation( 남산 x2, 관악 x1 ) TxID signal Cross CorrelationTxID Sequence 예제 CrossCorrelation( 수신신호, 관악 x1 ) CrossCorrelation( 수신신호, 남산 x2 )
  164. 164. 관악 Sequence 광교 Sequence 용문 Sequence 1.0 10km 0.9 15km 0.8 25km 0.6 30km 측정점 남산 Sequence 필드테스트에서 TxID 측정하기 거리 차이 => 빛의 속도 나눠서 시간으로 변환 => Elementary period로 나눠서 tap 수로 환산 4개의 Sequence 합
  165. 165. 수신점에서의 채널 분석 결과 남산- 수신점 관악산- 수신점 광교- 수신점 용문- 수신점
  166. 166. Broadcast Gateway에서 TxID 적용 STL Inner: Timing & Management 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. txid_address shall indicate the address of the transmitter to which the following values are being sent and shall correspond to the seed value used by the TxID code sequence generator of that transmitter. The value of the address shall be an unsigned integer binary number having a range of possible values from 0 through 8191 decimal. txid_injection_lvl shall indicate the Injection Level of the TxID signal below the average power of the Preamble symbols emitted by the transmitter to which its value is addressed. The Injection Level shall indicate the value in dB listed in A/322 Table N.3.1 for the TxID Injection Level Code included in the txid_injection_lvl field (or Off for code value 0000).
  167. 167. Broadcast Gateway에서 TxID 적용 ENENSYS사 Broadcast Gateway V1.4.1 설정 화면 (예)
  168. 168. TTA WG8027(RF 정합 테스트 실무반) 가이드라인 작성 중 2018.07.17 현재 169 (예) KBS2 계룡산 송신소 1 6 00 매체, 충남, 송신소일련번호
  169. 169. TxID 설정 필드테스트 시, 필요한 경우에만 삽입하고, 나머지 시간에는 꺼두는 것이 기본 운용 지침 (a) Override Injection Level 체크 시, 개별 송신소에서 직접 삽입 레벨을 입력할 수 있음 (b) Enable TxID 체크 시, Transmitter ID와 일치하는 Broadcast Gateway에서 설정한 값을 그대로 셋팅함.
  170. 170. TxID 설정 필드테스트 시, 필요한 경우에만 삽입하고, 나머지 시간에는 꺼두는 것이 기본 운용 지침 (a) Manual 모드인 경우, 개별 송신소에서 직접 삽입 레벨을 입력해야 함. (b) STL 모드인 경우, Broadcast Gateway에서 설정한 값을 그대로 셋팅함.
  171. 171. TxID 검출 TxID 검출을 위해서는, ‘DekTec 수신기’나 ‘클레버로직 수신기’를 사용 ① TxID 번호 입력 빨간색 = CIR 파란색 = TxID 검출 결과 CIR 상 3개의 Peak가 뜨는데, 관찰하고자 하는 송신기 TxID임을 확인할 수 있음.
  172. 172. (a) (c) Omni-directional Antenna 3 m Above Ground ATSC 3.0 IMAS (b) 9 m Above Ground (d) ATSC 3.0 Professional Receiver
  173. 173. TxID 검출 필드테스트에서는 여러 TxID가 검출되는 ‘클레버로직 수신기’ 사용 => 측정차에 기 탑재됨 광명 이케아 앞
  174. 174. TxID 검출 필드테스트에서는 여러 TxID가 검출되는 ‘클레버로직 수신기’ 사용 => 측정차에 기 탑재됨 상암동 하늘공원
  175. 175. TxID 검출 필드테스트에서는 여러 TxID가 검출되는 ‘클레버로직 수신기’ 사용 => 측정차에 기 탑재됨 부천시청
  176. 176. Typhoon, Earthquake, … etc ATSC 3.0 UHDTV ATSC 3.0 Set-Top Box ATSC 3.0 UHD Signal Typhoon, Earthquake, … etc ATSC 3.0 Smart-phone Wake-up 2 bits at Bootstrap 발전된 재난재해경보방송진화된 부가 서비스 An example of an advanced emergency alert that would display during a television program on the new ATSC 3.0 Next Generation television technology. Alerts can be dismissed or the viewer can opt to get more detailed information.
  177. 177. ATSC 3.0 방송망을 활용한 재난 재해 방송 178 ATSC3.0 Transmitter HEVC Encoder ATSC3.0 Transmitter IP Multiplexer Scrambler for Contents Protection HEVC Encoder GPSPTP ATSC3.0 Broadcast Gateway SFN Coordinated Universal Time (UTC)PTP 1.3 ~ 52.2 Mbps Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) SLS/LLS Generator PTP Scrambler for Contents Protection DSTP Data Source Transport Protocol STLTP AEAS 첫번째 비트 수신기를 깨울 것인가? 두번째 비트 전달해야 하는 새롭거나, 업데이트된 재난정보메시지가 있는가?
  178. 178. 179 Exciter 기능 개념도: Bootstrap Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . . [출처] A/321: ATSC Standard: System Discovery and Signaling 4.5MHz (2048+550) C-A-B B-C-A B-C-A B-C-A 0.5ms 2.0ms 2K-FFT 00 = 6 MHz 2 (6MHz) FFT size, guard interval, pilot pattern, L1-Basic mode (for preamble) bootstrap_major_version = 0
  179. 179. 강릉올림픽파크 강릉 선수촌 강릉 미디어촌 2018 평창 동계 올림픽 기간, UHD-Mobile 체험버스 운영 Bad Reception (a) 체험버스 경로 (b) 체험버스 외관Good Reception
  180. 180. 평창 강릉 강릉 및 평창올림픽지역 수신환경 개선을 위한 송신기 운용 괘방산 5kW Transmitter 대관령중계소 900W Transmitter
  181. 181. (a) UHD모바일 체험버스 시작 기념식 (c) 미국 방송사 WRAL에서 한국의 UHD모바일 사례를 뉴스 리포트로 냄. (b) UHD모바일 체험버스 내부 (d) UHD모바일 체험버스 내부 단말기 모습 HD-DMB와의 화질 비교도 동시에 실시
  182. 182. 통합분석시스템 IMAS Spectrum Analyzer ATSC3.0 Professional ReceiverJTP 이동측정차량 Omni-Directional 안테나 이동수신을 위한 측정차량 구성
  183. 183. 제주도 필드테스트 결과: 수신 신호 세기 분포 단위 : dBm 제주국제공항 민오름 한라 수목원 별도봉 사라봉 DTV 중계기
  184. 184. 양시청 방송구역 성능평가 기준 Level [dBm] – MER [dB]  수신레벨[dBm]과 MER[dB]는 선형(Linear) 관계가 있음.  다만, 이동수신에서는 여러가지 채널 환경을 겪기 때문에, 특정 수신레벨에서도 다양한 MER값을 가질 수 있음. 즉, 채널환경이 나쁘면 수신레벨이 높더라도 낮은 MER 값을 가질 수도 있음.
  185. 185. 16-QAM 256-QAM 양시청 방송구역 성능평가 기준 Level [dBm] – FER [%] 모바일HD 고정UHD  모바일HD 파라미터는, 다양한 이동 수신 조건에서 수신이 가능함.  고정UHD 파라미터는, 다양한 이동 수신 조건에서 안정적인 수신이 어려움.
  186. 186. 16-QAM 256-QAM 양시청 방송구역 성능평가 기준 MER [dB] – FER [%] 모바일HD 고정UHD  모바일HD 파라미터는, 다양한 이동 수신 조건에서 수신이 가능함.  고정UHD 파라미터는, 다양한 이동 수신 조건에서 안정적인 수신이 어려움.
  187. 187. 결론: 모바일 서비스 커버리지 평가의 기준, ESR5 ESR = Erroneous Seconds Ratio (ITU-R BT.1368) ESR5 = 5% ESR, which corresponds to 1 sec with errors over a 20 sec observation period  기술적인 관점에서 수도권 모바일HD 본방송이 가능함을 검증  커버리지 산출에 필수적인 물리계층 성능 지표인 ESR5에 대한 기준값, 즉 MER 기준으로 11.3dB, Level 기준으로 –85.0dBm 정도임을 도출 MER 기준 Level 기준
  188. 188. [참고] 변조오류율 MER (Modulation Error Rate) 점이 또렷하게 보인다 = 수신 신호 품질이 좋다 = 변조오류율(MER)이 높다 점이 구분되지 않고 흐릿하다 = 수신 신호 품질이 나쁘다 = 변조오류율(MER)이 낮다
  189. 189. 끊김없고 빈틈없는 서비스 커버리지 확보를 위한 노력 (1) 700MHz 대역형 공시청 신호처리기 개발 및 보급 강릉선수촌 신호처리기 설치 Outlet for receiving terrestrial TV Headend System for MATV
  190. 190. 끊김없고 빈틈없는 서비스 커버리지 확보를 위한 노력 (2) 지하철 역사 / 객차 선로 구간 테스트 191 LCX cable above the train RF Combiner FM Repeater DMB Repeater UHD antenna FM/DMB antenna UHD Repeater Indoor antenna RFDivider RF Combiner
  191. 191. [Note] 여의나루역 실험 모습 남산송신소 (5 kW) FM 재방송용 수신안테나 경찰 TRS
  192. 192. 193 ATSC 3.0 UHD-MOBILE Reception Test (a) at the subway platform (b) inside the subway train ATSC 3.0 mobile receiver ATSC 3.0 mobile receiver [Note] 지하철 역사 및 객차 내 직접수신 테스트
  193. 193. 끊김없고 빈틈없는 서비스 커버리지 확보를 위한 노력 (3) 목동 한국방송회관 지하주차장 UHD antenna 75ΩRFCable
  194. 194. 결론 전성호, 경일수, ‘방송망 구축을 위한 ATSC 3.0 전송 기술,’ TTA저널 167호, 2016년 9월. http://www.tta.or.kr/data/reporthosulist_view.jsp?kind_num=1&hosu=167 전성호, ‘ATSC3.0 기반 UHD 표준과 SFN 구축 방안’ 제27회 국제 방송·음향·조명기기 전시회 (KOBA 2017) Daily News, 2017.05.16 http://sunghojeon.github.io/KOBA2017-DailyNews.md/ [1] UHD 주조 내 장비들, 특히 Broadcast Gateway는 PTP 동기장치에 송신소 Exciter는 GPS 신호에 정확히 연결시키고, 정상동작 여부를 주기적으로 확인할 것. [2] 지속적인 필드테스트를 통해서 CIR 값을 수집하고, 이를 바탕으로 인위적 난시청이 없도록 송신계통 전체의 Delay를 관리, 최적화 상태를 유지할 것 == 함께 읽으면 좋은 글 == 전성호, 임보미, 박성익, 이재권, 장진영, 이권익, “ATSC 3.0 기반 모바일HD 물리계층 필드테스트 결과: 제주테크노파크 100W 실험국과 제주시내 이동측정을 위주로”, 한국방송미디어공학회 2017 추계학술대회, 서울과학기술대학교 100주년기념관, 2017년 11월. 전성호, 이재권, 신유상, 최우식, 이헌주, 장진영, 오주봉, 이재호, 강대갑, “ATSC 3.0 기반 지상파 UHD 본방송을 위한 물리계층 필드테스트 결과”, 한국방송미디어공학회 2017 하계학술대회, 제주한라대학교 금호세계교육관, 2017년 6월.

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