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ATSC 3.0 기반 지상파 UHD 표준과 SFN 구축 방안

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KOBA 2017 국제 방송기술 컨퍼런스 / UHD 세션 @ COEX 307호 세미나실

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ATSC 3.0 기반 지상파 UHD 표준과 SFN 구축 방안

  1. 1. KoreanBroadcastingSystem| TechnicalResearchInstitute ATSC 3.0 기반 지상파 UHD 표준과 SFN 구축 방안 2017.05.16.(화) 10:00 KBS미래기술연구소 전성호 KOBA 2017 국제 방송기술 컨퍼런스 / UHD 세션 @ COEX 307호 세미나실
  2. 2. KBS UHDTV 간이주조정실 2017년 2월 28일 새벽 5시, 세계 최초 ATSC 3.0 기반 지상파UHD 신호 발사
  3. 3. Single Frequency Network (SFN) 단일 주파수 방송망 ATSC 1.0 (DTV) ATSC 3.0 (UHDTV) Multiple Frequency Network Single Frequency Network 남산 521 MHz 광교산 641 MHz 관악산 479 MHz 701 MHz 남산 관악 광교
  4. 4. 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
  5. 5. 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
  6. 6. 1단계 수도권 송신소 SFN 구축 결과 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 남산 5 kW목동 900 W 관악 5 kW 광교 2 kW 용문 2 kW 서울 경기도
  7. 7. 연차별 지상파UHD 송신소 구축 계획 괘방 남산 태기 관악 광교 무룡 팔공 식장 계룡 7 Phase 1: First half of 2017 Phase 2: Second half of 2017 Phase 3: End of 2020 무등 황령 KBS1, MBC, SBS: 권역별 SFN KBS2, EBS: 전국 SFN Phase 4: 2027 ATSC 1.0 based DTV Switch-Off
  8. 8. ATSC 3.0 End-to-End Chain 구축 UHDTV 주조정실 송신소 ATSC 3.0 탑재 UHDTV UDP/IP RF
  9. 9. 국제원자시(TAI) 기반으로 동작하는 SFN 송신 장치 Block Diagram of ATSC 3.0 End-to-End Chain 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
  10. 10. Broadcast Gateway와 SFN 송신기들 연결 [출처] A/324: (Doc. S32-266r18) S32-Scheduler / Studio to Transmitter Link, November 14, 2016. 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 MMT/ ROUTE RTP/UDP/IP BBP BaseBand Packet RTP/UDP/IP ALP
  11. 11. 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)
  12. 12. [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
  13. 13. [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
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. Broadcast Gateway 내부 Broadcast Gateway 외부출력 패킷 송신기도 알고, 수신기도 알아야 하는 정보 송신기는 알아야하는데, 수신기는 몰라도 되는 정보 실제 오디오/비디오 데이터 (Source) IP2 DATA INTERFACE (Destination) STL Encapsulation [SFN 조건 #1] 똑같은 데이터 Outer Stream and Inner Stream at Broadcast Gateway
  18. 18. 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
  19. 19. [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.
  20. 20. [참고] SMPTE 2022-1 FEC 적용에 따른 Latency와 Overhead 예시 [출처] ATBIS, ATSC 3.0 PHY and Signaling 교육자료 D (Row) L(Column) ** 2017.04.12. 현재 FEC RTP Header Compression 논의 진행 중
  21. 21. IGMPv3 SSM(Source Specific Multicast) SSM에서는 Multicast Channel이 Group Address G 뿐만 아니라, Source의 IP Address S의 조합으로 식별됨. (S,G) = (129.254.0.1, 232.7.8.9) 채널과 (S,G) = (129.254.0.2, 232.7.8.9) 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
  22. 22. 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 Broadcast Gateway IP1 IP2 ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter ATSC3.0 Exciter IP3 IP4 IP5 IP6 IP7 IP8 STL Outer Stream
  23. 23. 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
  24. 24. [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.
  25. 25. [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.
  26. 26. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 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. [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 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.
  27. 27. [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 7.3. milliseconds shall carry a 10-bit value identical to the value contained in the 3rd through 12th MSBs of the nanoseconds value described in Table 7.3 STL Outer
  28. 28. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 Time Network Delay SFN Transmitter Delay Maximum Network Delay (MND) Departure time Frame N (1st Packet) Gateway Arrival time Frame N (1st Packet) Exciter Bootstrap emission time Frame N Exciter Dynamic Delay Static Delay Bootstrap Emission Time = Preamble에 찍힌 시각 + MND ?? [출처] A/322: (Doc. S32-230r66) Physical Layer Protocol, March 21, 2017 Bootstrap_Timing_Data () L1B_time_info_flag & L1D_time_sec/msec/usec/nsec
  29. 29. [참고] Maximum Network Delay 논의 보강 ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) Tg Tm Tm Tm ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter Tbootstrap Maximum Network Delay (MND) STL Inner: Timing & Management Bootstrap_Timing_Data () STL Outer RTP Header Timestamp Modulation delay (processing time) + SFN delay offsetΔ 1 Δ 2 Δ N 1 2 N STL network delay between studio and exciter STL Inner: Preamble L1B_time_info_flag & L1D_time_sec/msec/usec/nsec IBC KBS KBS 1 2 N ** 2017.04.12. TG3-STL/SFN 회의에서 MND 값을 추가하기로 함.
  30. 30. [참고] Maximum Network Delay 논의 보강 ATSC3.0 Broadcast Gateway Microwave (Wireless) IP Network (Wireline) Tg Tm Tm Tm ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter ATSC3.0 Transmitter Tbootstrap Maximum Network Delay (MND) STL Inner: Timing & Management Bootstrap_Timing_Data () Modulation delay (processing time) + SFN delay offset Δ 1 Δ 2 Δ N 1 2 N STL network delay Between studio and exciter STL Inner: Preamble L1B_time_info_flag & L1D_time_sec/msec/usec/nsec IBC KBS KBS
  31. 31. [SFN 조건 #2] 똑같은 시각 L1B_time_info_flag L1D_time_sec L1D_time_msec L1D_time_usec L1D_time_nsec
  32. 32. 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
  33. 33. [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
  34. 34. 8K 32K SFN 구축, 필드테스트, 그리고 송신기 SFN Delay Offset 조정 [1] 송신기 최대 간격을 고려하여 Guard Interval 설정 Subcarrier 대역폭 시간축 OFDM 심볼
  35. 35. 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
  36. 36. [참고] 우리나라 SFN 구축 사례 T-DMB 송신기 간격 = 73.74894 km
  37. 37. 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
  38. 38. 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
  39. 39. (a) 15 measurement points Seoul Metropolitan area (b) Field strength distribution derived from the measured data 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 [2] 필드테스트를 통한 CIR 계측값 수집
  40. 40. 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 [참고] CIR = Channel Impulse Response 무선채널에서 Multipath가 얼마나 존재하는지 확인
  41. 41. [2] 필드테스트를 통한 CIR 계측값 수집 (a) Measurement location on the map (b) Measurement vehicle with 9-meter mast (c) Channel impulse response measured by professional receiver Gwanak Yongmun Gwangyo Region overlapped by signals from three transmitters Omni-directional antenna
  42. 42. Field Measurement Campaign for SFN Delay Offset Adjustment & Optimization Before SFN delay offset adjustment After SFN delay offset adjustment Poor reception area due to interference [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 Revolved [3] SFN 네트워크 구축과 Delay 조정
  43. 43. [출처] http://parnygren.com/2014/03/08/how-do-you-reach-the-full-potential-of-your-sfns/ Indoor coverage no delays Self-interference zones optimized delays Field Measurement Campaign for SFN Delay Offset Adjustment & Optimization [3] SFN 네트워크 구축과 Delay 조정
  44. 44. [3] SFN 네트워크 구축과 Delay 조정 KBS연구동 수신점에서 측정한 화면 SFN을 구성하는 모든 송신기로부터 수신되는 신호가 보호구간(Guard Interval) 이내에 위치하도록 송신기 각각의 Delay 조정
  45. 45. 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
  46. 46. 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
  47. 47. TxID Signal Generation 필요할 때만 TxID 삽입 ON 필요 없을 때는 TxID OFF 송신기 식별 부호 송신기별로 서로다른 고유한 식별부호(Sequence) 할당
  48. 48. 48 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
  49. 49. 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.
  50. 50. TxID Sequence 예제 관악 x1 남산 x2수신신호
  51. 51. CrossCorrelation( 관악 x1, 남산 x2 ) CrossCorrelation( 남산 x2, 관악 x1 ) TxID signal Cross CorrelationTxID Sequence 예제 CrossCorrelation( 수신신호, 관악 x1 ) CrossCorrelation( 수신신호, 남산 x2 )
  52. 52. [예] TxID 신호를 이용한 수신전력 추정 [출처] 박성익, 김흥묵, 오왕록, "TxID 신호를 이용한 수신전력 추정", 방송공학회논문지 2009년 제14권 제3호 TxID는 수신 전력 차이 뿐만 아니라, 개별 송신기의 채널 프로파일(CIR)을 알 수 있다. TX#1 TX#2 Site#12 EIRP 600W EIRP 300W 실제 송신기 단독 수신 전력 TxID로추정한수신전력 앙상블 평균(ensemble average) = 20회
  53. 53. 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
  54. 54. 수신점에서의 채널 분석 결과 남산- 수신점 관악산- 수신점 광교- 수신점 용문- 수신점
  55. 55. 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).
  56. 56. Broadcast Gateway에서 TxID 적용 ENENSYS사 Broadcast Gateway 설정 화면 (예)
  57. 57. 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 김호겸, 서재현, 김흥묵, ‘지상파 UHDTV 전송 기술,’ 한국통신학회지 정보와 통신, 제33권 7호, 2016년 7월. https://www.kics.or.kr/home/kor/magazine/bulletin_view.aspx?BulletinUID=5d936654-a79a-4741-bf54- a61bda85368e&BillboardUID=73c1ee2d-bca5-439b-8e80-af3565cd81bc 이유석, 류관웅, 김영민, 서재현, 김흥묵, ‘지상파 디지털 방송 전송 기술 동향,’ 전자통신동향분석, 제31권 3호, 2016년 6월. https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/paper.do?paperno=0905002130 [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 ==

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