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180821 UHD 방송 이해 및 ATSC 3.0 @ KBS 수원인재개발원

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2018 테크놀로지스쿨 송신전문과정 (UHD방송 송신시스템 운용)
/ KBS 수원인재개발원 101호 강의실
2018. 8. 21(화) 10:00~12:00

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180821 UHD 방송 이해 및 ATSC 3.0 @ KBS 수원인재개발원

  1. 1. KoreanBroadcastingSystem| TechnicalResearchInstitute UHD 방송 이해 및 ATSC 3.0 2018. 8. 21(화) 10:00~12:00 KBS미래기술연구소 전성호 2018 테크놀로지스쿨 송신전문과정 (UHD방송 송신시스템 운용) / KBS 수원인재개발원 101호 강의실
  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 • ATSC 3.0 SFN 방송망 운용/관리 기법 - 모바일 수신을 고려한 전송 파라미터 최적화 - 송신기식별부호 TxID 기술을 활용한 필드테스트 - 필드테스트 결과를 바탕으로 SFN 최적화 • 지금 현재 전국에서 사용하고 있는 전송파라미터 상세 분석 - 모바일 방송 실험방송 내용 - 재난경보방송 표준 기술 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 보충 설명과 수신기 기준 성능값 정의
  7. 7. 7 2018년 3월 5일~9일 미국 3차 송신계통 송수신정합테스트 @ Washington D.C. 로데슈바르츠 실험실
  8. 8. 8 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
  9. 9. UHD 52 UHD 53 UHD 54 UHD 55 UHD 56 698 704 710 718 728 753 759 765 771 773 783 803 [MHz] 806 PS (Public Safet y)-LTE PS (Public Safet y)-LTE Guard band Guardband Guardband Guardband Mobile Broadband Uplink ↑ Mobile Broadband Downlink ↓ 748 2MHz 3MHz8MHz CH51 ATSC DTV CH50 ATSC DTV 5MHz 4. 대역외 발사강도는 다음 조건을 만족할 것 가. 안테나공급전력이 25 W를 초과하는 경우 [별표 20] 대역외 발사강도의 허용범위 (제13조제2항4호가목(4) 관련) -31.6 @ 2.93 -83.0 @ 3.20 -95.0 @ 4.50 -126.0 @ 10.08-120.0 @ 9.0 구간 기울기 동일 Mobile Broadband 영향을 고려하여 6dB 추가 마진 적용 [dB] [MHz] 51.4 12.0 25.0 (1) 채널번호가 51번 이하인 경우 (2) 채널번호가 52번, 53번, 55번 및 56번인 경우 DVB-T ITU-R 권고 BT.1206 참조[과기정통부 고시] 방송표준방식 및 방송업무용 무선설비의 기술기준
  10. 10. 10 UHD 52 UHD 53 UHD 54 UHD 55 UHD 56 698 704 710 718 728 753 759 765 771 773 783 803 [MHz] 806 PS (Public Safet y)-LTE PS (Public Safet y)-LTE Guard band Guardband Guardband Guardband Mobile Broadband Uplink ↑ Mobile Broadband Downlink ↓ 748 2MHz 3MHz8MHz CH51 ATSC DTV CH50 ATSC DTV 5MHz [별표 20] 대역외 발사강도의 허용범위 (제13조제2항4호가목(4) 관련) -31.6 @ 2.93 -83.0 @ 3.20 -95.0 @ 4.50 -126.0 @ 10.08 더 급한 구간 기울기 Mobile Broadband 영향을 고려하여 좌우 스펙트럼 비대칭 [dB] [MHz] 51.4 12.0 31.0 -95.0 @ 4.50 -126.0 @ 8.0 -126.0 @ 10.08 -95.0 @ 4.50 Guard Band (2) 채널번호가 52번, 53번, 55번 및 56번인 경우 (3) 채널번호가 54번인 경우 4. 대역외 발사강도는 다음 조건을 만족할 것 가. 안테나공급전력이 25 W를 초과하는 경우 DVB-T ITU-R 권고 BT.1206 참조[과기정통부 고시] 방송표준방식 및 방송업무용 무선설비의 기술기준
  11. 11. 11 국내 ATSC1.0과 ATSC3.0 Mask 기준 비교 ※ 주1) 국내DTV(ATSC1.0기반, 8-VSB)의 측정대역폭은 500kHz로 규정하고 있어 UHD와 동일하게 4kHz 변환 주2) 국내UHD은 ATSC3.0기반의 방식을 말함 -31.6 dB @ ±3MHz -68 @ ±3~3.5 -131 dB @ ±9 -31.6 dB @ ±3MHz -83 @ ±3.2 -95 @ ±4.5 -120 @ ±9
  12. 12. 2018년 8월 21일 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
  13. 13. 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
  14. 14. (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.
  15. 15. 연차별 지상파UHD 방송망 확장 계획 (1/2) 15 2017 May 31 Dec. 28 서울 대구 강릉 울산 부산 (a) Phase 1 / May 2017 (b) Phase 2 / December 2017 원주 대전 광주 서울 수도권
  16. 16. 16 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 8월 현재, 서울/수도권 송신시설 구축 현황 900 W
  17. 17. 17 [Note] 2018년 8월 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 단계 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)
  18. 18. 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 ATSC 1.0과 ATSC 3.0 시스템 간 동일채널, 인접채널 혼신보호비 도출 -> ATSC 1.0 DTV 중계소 주파수 재배치 2018 20202019 2021 20272024 700 MHz frequency band 470 – 698 MHz DTV band
  19. 19. 식장산 5kW 계룡산 2kW 우암산 가엽산 흑성산 원효봉 두태산 금수산 대전총국 대전문화방송 TJB대전방송 KBS청주총국 MBC충북 CJB청주방송 충주국 충청남도 충청북도 충북 혁신 도시 34, 37, 40 22, 27, 30 36, 37, 38 21, 33, 36 [예] 2020년~2021년, 시군권 방송망 구축 계획(안)
  20. 20. 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
  21. 21. [참고] ATSC 3.0 동일채널/인접채널 혼신보호비 [출처] 국립전파연구원, UHD 방송서비스 이용활성화 방안연구, 2017.12. DTV 수신 한계레벨 UHDTV 수신 한계레벨
  22. 22. [참고] ATSC 3.0 동일채널/인접채널 혼신보호비 [출처] 국립전파연구원, UHD 방송서비스 이용활성화 방안연구, 2017.12. UHDTV↔UHDTV 혼신보호비 희망 신호N-1 간섭 신호 희망 신호 N+1 간섭 신호
  23. 23. [참고] ATSC 3.0 동일채널/인접채널 혼신보호비 [출처] 국립전파연구원, UHD 방송서비스 이용활성화 방안연구, 2017.12. DTV → UHD 혼신보호비 UHD → DTV 혼신보호비 UHD DTVDTV DTV UHD DTV
  24. 24. 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
  25. 25. [과기정통부 고시] 방송구역 전계강도의 기준.작성요령 및 표시방법 양시청 전계강도 정의 25 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 방송국의 방송구역 전계강 도 기준 송신조건은 변조방식 256QAM, FEC 부호율 10/15 (64K LDPC), FFT 크기 32K, 심벌간 보호구간 1/16(GI7_2048), 파일 럿패턴 SP12_2(Dx, Dy = 12, 2), 최소 신호대잡음비 20㏈(라이 시안 채널), 유효 데이터전송률 27 Mbps 등 표준방식에 따른다. 2. 지상파 초고화질 텔레비전방송을 하는 방송국의 방송구역 전계강도 기준은 6 ㎒ 주파수 대역폭에서 유효 데이터전송률 27 Mbps 이하 인 경우에 적용한다. 3. 다만, 위의 경우에서 유효 데이터전송률이 27 Mbps를 초과할 경우 에는 위 표의 전계강도에 제1호의 기준 송신조건 중 최소 신호 대잡음비 20 ㏈(라이시안 채널)와의 차이만큼 증가한 기준 값을 방송구역 전계강도로 적용한다.
  26. 26. 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
  27. 27. 수신 신호 품질에 따른 전송효율 [bits/s/Hz] ATSC 1.0 1.3 ~ 52.2 Mbps 우리나라 기술기준 27Mbps@17dB AWGN
  28. 28. (참고) 통신표준과 비교 [bits/s/Hz]
  29. 29. 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
  30. 30. 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
  31. 31. ATSC 1.0 (현 DTV 방송) ATSC 3.0 (UHD 방송) ATSC1.0 표준과 ATSC3.0 표준 비교 (2/3) 전송 프로토콜
  32. 32. IP 표준에 기반을 둔 ATSC 3.0 Exciter 제어 화면 예 (a) KBS 수도권 NEC(ProTV) 엑사이터 (b) 광역권 R&S 엑사이터
  33. 33. 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
  34. 34. 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
  35. 35. 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
  36. 36. Single Frequency Network (SFN) 단일 주파수 방송망 [출처] SBS 측정자료 ON OFF 인천 계양산 신호 On/Off 시 신호 품질 비교
  37. 37. (질문) 필드테스트 측정을 해보면, 700MHz 하위대역 52번, 53번이 상위대역 55번, 56번보다 항상 전계강도가 센 것처럼 측정됩니다. 이유가 뭔가요? 37 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.
  38. 38. (예) 시설부 차량에 설치된 원통 안테나
  39. 39. 결과적으로, 계측기에서 읽은 값에 주파수별 응답 편차를 보상해줘야만 정확한 전계강도를 얻을 수 있다.
  40. 40. 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!
  41. 41. [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
  42. 42. 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
  43. 43. 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
  44. 44. Improved Service with the Internet TIVIVA 2.0 평창동계올림픽 특별관 운영 평창동계올림픽 특별관 메인 화면
  45. 45. Improved Service with the Internet TIVIVA 2.0 평창동계올림픽 특별관 운영 전경기 스트리밍 일정 지나간 경기 다시보기 전경기 실시간 스트리밍
  46. 46. 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
  47. 47. 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
  48. 48. ATSC 3.0 처음부터 끝까지의 전체 시스템 구축 UHDTV 주조정실 송신소 ATSC 3.0 탑재 UHDTV UDP/IP RF
  49. 49. 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
  50. 50. 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
  51. 51. 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
  52. 52. [참고] 윤초 Leap Seconds, 2018년 8월 현재 52 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
  53. 53. 53 [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
  54. 54. [질문] Absolute / Relative 시각 동기화 방식이란? Absolute Time Synchronization = Relative Time + UTC(시분초) 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
  55. 55. [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
  56. 56. 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 100.111.9.50 동일하게 설정 IP-Guardv2 IP1 예비 ExciterIP2
  57. 57. 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?
  58. 58. TSID(ATSC1.0) BSID(ATSC3.0) Transport Stream Identifier Broadcast Stream Identifier IP-MUX Q) BSID와 TxID의 차이점은 무엇인가요?
  59. 59. 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 Gateway 장비에서 삽입 (d) 장비에 설정된 값을 눈으로 확인
  60. 60. 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)
  61. 61. [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
  62. 62. [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
  63. 63. 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
  64. 64. [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 ()
  65. 65. (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
  66. 66. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 L1B_time_info_flag L1D_time_sec L1D_time_msec L1D_time_usec L1D_time_nsec
  67. 67. 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
  68. 68. 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
  69. 69. MND 설정 전체 송신기들의 값을 수집한 후에, 가장 큰 값을 기준으로 적정한 값을 선정하여 주조 내 Broadcast Gateway 에서 MND 값 설정 예정
  70. 70. [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
  71. 71. [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
  72. 72. 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
  73. 73. [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
  74. 74. 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 512 887 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
  75. 75. [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
  76. 76. [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
  77. 77. 77 Q) ATSC 3.0 기준 성능이 표준문서에서 제시되어 있나요? 필드테스트나 커버리지 예측 소프트웨어를 돌리는 데 있어 기준값이 필요합니다. A/327
  78. 78. ATSC 3.0 기준 수신 성능에 대한 시뮬레이터 78 https://atsc.anyft.com/
  79. 79. (예) UHD 1채널과 HD 1채널을 시간분할다중화(TDM) 방식으로 동시 방송 하는 경우는? UHD 32k HD 8k 256-QAM 8/15 = 21.375 Mbps @ 13.914 dB 16-QAM 6/15 = 5.819 Mbps @ 4.447 dB UHD 19.2Mbps 90% HD 10% UHD 17.1Mbps 80% HD 1.16Mbps 20% UHD 14.9Mbps 70% HD 1.75Mbps 30% UHD 12.8Mbps 60% HD 2.33Mbps 40% 0.58Mbps
  80. 80. 8K 32K SFN 구축, 필드테스트, 그리고 송신기 SFN Delay Offset 조정 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정 Subcarrier 대역폭 시간축 OFDM 심볼
  81. 81. 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
  82. 82. [참고] 우리나라 SFN 구축 사례 T-DMB 송신기 간격 = 73.74894 km
  83. 83. 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
  84. 84. 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
  85. 85. [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
  86. 86. (참고) 측정의 실제: 수신기 최소 입력 전계강도 측정 양시청 수신화면 확인 Attenuator 감쇄를 높여가면서 측정 수신전계강도 수신기 최소 입력 전계강도
  87. 87. (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
  88. 88. [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! 송신기가 Impulse 신호를 발사했다고 가정했을 때, 수신기에서 수신되는 신호를 나타내는 방법
  89. 89. [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
  90. 90. 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
  91. 91. 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
  92. 92. TxID Signal Generation 필요할 때만 TxID 삽입 ON 필요 없을 때는 TxID OFF 송신기 식별 부호 0000~8191 송신기별로 서로다른 고유한 식별부호(Sequence) 할당
  93. 93. 93 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
  94. 94. TxID Sequence 예제 관악 x1 남산 x2수신신호
  95. 95. CrossCorrelation( 관악 x1, 남산 x2 ) CrossCorrelation( 남산 x2, 관악 x1 ) TxID signal Cross CorrelationTxID Sequence 예제 CrossCorrelation( 수신신호, 관악 x1 ) CrossCorrelation( 수신신호, 남산 x2 )
  96. 96. Broadcast Gateway에서 TxID 적용 ENENSYS사 Broadcast Gateway V1.4.1 설정 화면 (예)
  97. 97. 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.
  98. 98. 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.
  99. 99. 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.
  100. 100. TxID 검출 필드테스트에서는 여러 TxID가 검출되는 ‘클레버로직 수신기’ 사용 => 측정차에 기 탑재됨 광명 이케아 앞
  101. 101. 101 TTA WG8027(RF 정합 테스트 실무반)
  102. 102. TTA WG8027(RF 정합 테스트 실무반) 102 (예) KBS2 무룡산 송신소 1 1 01 매체, 부산/경남, 송신소일련번호
  103. 103. 강릉올림픽파크 강릉 선수촌 강릉 미디어촌 2018 평창 동계 올림픽 기간, UHD-Mobile 체험버스 운영 Bad Reception (a) 체험버스 경로 (b) 체험버스 외관Good Reception
  104. 104. 평창 강릉 강릉 및 평창올림픽지역 수신환경 개선을 위한 송신기 운용 괘방산 5kW Transmitter 대관령중계소 900W Transmitter
  105. 105. (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
  106. 106. ●측정일시 : 2018.07.02.(월) ~ 07.04.(수) ●측정지역 : 제주시 일대 제주시내 도심지, 제주시 외곽 부도심지 등 ●참가기관 : 제주테크노파크, ETRI, KBS, MBC, SBS ●측정항목 : UHD 한 채널만 전송하는 3가지 경우에 대해, 양시청 보장을 위한 최소 신호 품질 필드테스트 실측값 획득 UHD모바일 필드테스트 개요 각 9.5Mbps, 11.5Mbps, 12.7Mbps ESR5 기준 MER 값 7/2(월) 7/3(화) 7/4(수)
  107. 107. 전송 파라미터(안) = 측정 대상 파라미터 항목 現 UHD고정 現 모 바 일 변 경 안 (Single PLP) KBS 9-1 KBS 9-2 1안 F1 2안 F2 3안 F3 제어 정보 FFT Size - 8K 8K Preamble Pilot - 4_1 4_1 L1-Basec/Detail FEC - Mode 1 Mode 1 UHD 모바일 FFT 32K 8K 8K Guard Interval GI6_1536 GI6_1536 GI6_1536 Pilot Pattern 16_2 4_2 4_2 Pilot Boost 0 1 1 Modulation 256-QAM 16-QAM 64-QAM Code rate 9/15 7/15 6/15 7/15 8/15 FEC Type BCH + 64K-LDPC BCH + 16K-LDPC BCH + 64K-LDPC Time Interleaving CTI CTI CTI CTI Depth 512 1024 1024 전송용량[Mbps] 약 17.0 2.4 9.575 11.589 12.790 ToV SNR[dB]@Rayleigh 18.23 7.58 9.72 11.10 12.75 필드테스트 Level[dBm]@ESR5 × (측정불가) -84 -82 -80 -78 필드테스트 MER[dB]@ESR5 × (측정불가) 9.0 14 15 16
  108. 108. 측정일자 : 7월 2일~4일 / 3일간 소요시간 : 1바퀴 도는 데 4시간 가량 제주국제공항 DTV 중계기 제주테크노파크 실험국 400W 송신기 제주벤처마루 실험국 400W 송신기 필드테스트 경로 최대한 다양한 경로를 구석구석 돌아다니면서, 다양한 수신 환경에서 측정값을 수집할수록 보다 정확한 성능 기준값 도출 가능
  109. 109. ATSC 3.0 제주테크노파크 SFN 구성도 ATSC3.0 Transmitter HEVC Encoder ATSC3.0 Transmitter IP Multiplexer HEVC Encoder GPS ATSC3.0 Broadcast Gateway Coordinated Universal Time (UTC)GPS 4K-UHD Content KT 전용망 IP Network (Wireline) LLS Generator 2K-HD Content GPS Single Frequency Network 9-1 9-2 Scrambler for Contents Protection Scrambler for Contents Protection Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . .Single Frame PLP#0 Single Frame PLP#1 Mobile HD 1채널 UHD 1채널 Bootstrap Preamble Time Frequency Frame Subframe 0 Subframe n-1. . . Single Frame PLP#0 UHD 1채널 현재 본방송 구성 (K1 프로파일) 제안하는 구성 (F1,F2,F3 프로파일)
  110. 110. 제주테크노파크 실험국 제원 Latitude: 33°27′3.37″(N) Longitude: 126°34′18.96″(E) Above sea level : 357m Building height : 16m Antenna height : 5m  제주첨단단지 내, KAKAO스페이스닷원 길 건너 맞은편  송신주파수 = UHF CH50 (중심주파수 = 689MHz)  송신출력(송신 안테나 이득) = 400W (10dBi, 2:2:2:2) 송신안테나
  111. 111. 송신시스템 구성도 (1/2) MMT/ROUTE IP-MUX STLTP Monitor Spectrum Analyzer 900W ATSC 3.0 Transmitter
  112. 112. 112 송신시스템 구성도 (2/2) (좌) 기계실에는 ATSC 3.0은 물론, ATSC 1.0, T-DMB, DVB-T2 등 다양한 지상파 방송표준 송신장비가 구비되어 있음. 또한 (우) 송신 신호를 직접 수신하여 모니터링 할 수 있고, 실측 데이터를 정밀 분석할 수 있는 회의실이 마련되어 있음. 송신신호 온에어 직접수신실측 데이터 정밀분석화면 ATSC 3.0 Broadcast Gateway
  113. 113. 제주벤처마루 실험국 제원  제주시청 앞,  송신주파수 = UHF CH50 (중심주파수 = 689MHz)  송신출력(송신 안테나 이득) = 400W (5dBi, 1:1:1:1) 송신안테나 Latitude 33°30′06″(N) Longitude 126°31′45″(E) Above sea level 65m Building height 10 층 (approx. 25~30m) Antenna height 5m
  114. 114. 이동수신을 위한 측정차량 구성 (우) 측정차 내부 모습. ATSC 3.0 고성능 수신기와 이를 제어하는 IMAS로 실시간 계측 데이터 수집 (좌) 측정차 외부 모습. 주로 무지향 옴니 안테나로 측정. 마스트 접었을 때는 지상에서 3m에 위치, 필요시 9m 마스트 올려서 고정 측정 실시. 지향성 Yagi 안테나 무지향성 Omni 안테나고감도 GPS안테나
  115. 115. [1] 수신레벨(dBm) 분포 각 측정 회차별 ‘수신레벨’과 ‘측정속도’ 거의 동일함. 사전 필드테스트 측정 구간 특징 전송프로파일 = (평균레벨[dBm], 표준편차) K1 = (-68.69, 11.87), F1 = (-68.88, 13.01) F2 = (-69.47, 12.62), F3 = (-68.68, 12.52)
  116. 116. 각 측정 회차별 ‘수신레벨’과 ‘측정속도’ 거의 동일함. [2] 측정속도(km/h) 분포 사전 필드테스트 측정 구간 특징 전송프로파일 = (측정속도[km/h], 표준편차) K1 = (41.52, 18.39), F1 = (38.38, 18.16) F2 = (42.85, 19.91), F3 = (39.94, 17.48)
  117. 117. 단위 : dBm DTV 중계기 제주국제공항 수신 신호 세기 분포
  118. 118.  2.5Mbps 모바일에 최적화된 채널과 비교해서, 수신레벨 기준으로 각각 2~6dB 가량의 성능 열화 양시청 방송구역 성능평가 기준 Level [dBm] – FER [%] ESR = Erroneous Seconds Ratio ESR5 = 5% ESR, which corresponds to 1 sec with errors over a 20 sec observation period Level@ESR5 Level@ESR5 -84 -82 -80 -78
  119. 119. 양시청 방송구역 성능평가 기준 MER [dB] – FER [%] ESR = Erroneous Seconds Ratio ESR5 = 5% ESR, which corresponds to 1 sec with errors over a 20 sec observation period MER@ESR5 MER@ESR5 DMB AWGN  2.5Mbps 모바일에 최적화된 채널과 비교해서, 수신레벨 기준으로 각각 5~7dB 가량의 성능 열화 9 14 15 16 단, 4-QAM과 16-QAM 사이에 3dB 가량의 MER Offset 존재
  120. 120. [F1] 64-QAM 6/15 [F3] 64-QAM 8/15[F2] 64-QAM 7/15 PLP0 FER 기준 - 녹색 : 수신양호 - 검정 : 수신불량 측정 경로 지점에서의 양시청 유무 [K1] 16-QAM 7/15
  121. 121. [결론] 제안 파라미터에 대한 기준 성능 빈칸이 채워짐. 항목 現 UHD고정 現 모 바 일 변 경 안 (Single PLP) KBS 9-1 KBS 9-2 1안 F1 2안 F2 3안 F3 제어 정보 FFT Size - 8K 8K Preamble Pilot - 4_1 4_1 L1-Basec/Detail FE C - Mode 1 Mode 1 UHD 모바일 FFT 32K 8K 8K Guard Interval GI6_1536 GI6_1536 GI6_1536 Pilot Pattern 16_2 4_2 4_2 Pilot Boost 0 1 1 Modulation 256-QAM 16-QAM 64-QAM Code rate 9/15 7/15 6/15 7/15 8/15 FEC Type BCH + 64K-LDPC BCH + 16K-LDPC BCH + 64K-LDPC Time Interleaving CTI CTI CTI CTI Depth 512 1024 1024 전송용량[Mbps] 약 17.0 2.4 9.575 11.589 12.790 ToV SNR[dB]@Rayleigh 18.23 7.58 9.72 11.10 12.75 필드테스트 Level[dBm]@ESR5 × (측정불가) -84 -82 -80 -78 필드테스트 MER[dB]@ESR5 × (측정불가) 9.0 14 15 16
  122. 122. (보강1) 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
  123. 123. MER 기준값은 어떻게 활용하나요? 123 기존 수집된 MER 데이터에 기준값을 적용하여, 양시청 서비스 커버리지를 예측할 수 있음. [F2] 64-QAM 7/15[K1] 16-QAM 7/15 MER > 9dB 초록색 MER > 15dB 초록색
  124. 124. DMB 본방송 수신 성능 / 실험실테스트 결과 124 R&S SFU 기준신호발생기 (AWGN 기능 포함) R&S ETL 기준성능계측기 직결 HD-DMB 서비스 개시에 따라, 기존 3-A(1/2)에서 3-B(2/3)로 Convolutional Code 율이 변경됨. PER = 0% 인 지점에서, Required C/N = 8.0 dB MER = 5.0 dB 2018.07.10.
  125. 125. Typhoon, Earthquake, … etc ATSC 3.0 UHDTV ATSC 3.0 Set-Top Box ATSC 3.0 UHD Signal 태풍, 지진, … 등 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.
  126. 126. 발전된 재난재해경보방송진화된 부가 서비스
  127. 127. 127 ATSC 3.0 방송망을 활용한 재난 재해 방송 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
  128. 128. ATSC 3.0 방송망을 활용한 재난 재해 방송 128 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?
  129. 129. 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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