방송 시스템에서 부가 정보 삽입 장치 및 방법 document_id A220623061146

현재 방송 상용화되어 제공되는 방송 서비스는 다양한 형태를 가지고 있다. 이러한 방송 서비스의 형태들은 기존의 아날로그 방식에서 벗어나 디지털 방송 서비스를 제공하면서 고화질의 방송 서비스와 다양한 시청각 정보를 함께 제공하는 형태로 발전하고 있다. 기존의 아날로그 방식과 디지털 방식을 대비하여 살펴보면 아래와 같다. 기존의 아날로그 방식에서는 방송국 또는 보조국의 음영지역에서는 동일주파수 혼선 등을 막기 위하여 중심 주파수와 다른 주파수를 이용하여 채널을 변경하여 방송서비스를 하는 복수 주파수 네트워크(Multi Frequency Network : 이하 "MFN"이라 칭함)를 사용하였다. MFN은 만약 주파수 자원이 한정되어 있지 않다면 각기 다른 주파수를 부여하여 방송함으로써 서로 채널간 간섭이 없는 이상적인 운용방식이다. 그런데, 가용할 수 있는 주파수 자원은 한정되어 있으므로 MFN 방식의 사용은 곤란하다. 이런 문제를 해결하기 위해 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해 단일 주파수 네트워크 SFN(Single Frequency Network : 이하 "SFN"이라 칭함) 방식이 주목을 받고 있다. SFN은 동일한 주파수의 사용으로 인한 간섭으로 아날로그 방식에서는 사용할 수 없는 문제접이 있다. 그러나 디지털 기술의 발달로 디지털 방송 시스템에서는 사용이 가능하다. 한편, 일반적인 방송 시스템 중 디지털 방송 시스템의 경우 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하 "OFDM"이라 칭함) 방식 또는 미국 차세대 방송 시스템 위원회(Advanced Television Systems Committee : 이하 "ATSC"라 칭함)에서 제안한 잔류측파대(Vestigial Side Band : 이하 "VSB"라 칭함) 방식이 대표적이다. 디지털 방송 시스템에서 SFN을 지원하기 위한 방식 중 OFDM 방식이 있다. OFDM은 하나의 반송파로 전달하는 데이터 열을 직교성을 가지는 다수의 부반송파를 이용하여 여러 개의 데이터 열로 나누어 동시에 전송하는 방식이다. 이 방식에서는 전송 중 지연된 지연파에 의한 심볼간 간섭으로 인해 직교 성분이 흐려지는 것을 방지하기 위해 가드인터벌을 삽입하여 간섭을 해소한다. 또한, OFDM은 다수의 송신신호를 다중경로 신호로 인식할 수 있도록 하여 수신능력이 개선되어 SFN 환경을 제공한다. 미국식 전송방식은 단일반송파 진폭변조 잔류측파대 방식으로서, 단일 6MHz 대역폭으로 고품질의 비디오, 오디오 및 보조 데이터를 전송하며 두 가지 방송모드 즉, 지상파 방송모드와 고속데이터 방송모드를 지원하게 되어 있다. 이 방식의 가장 큰 특징은 변조방식에 있는데 기존의 아날로그 VSB 방식과 마찬가지로 디지털 신호를 심볼화하여 VSB 변조를 하며 지상파 방송의 경우 8-VSB 방식을 사용한다. SFN 환경에서는 인근 송신기의 신호들로 인한 간섭으로 인하여 성능저하가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 각각의 송신기 및 중계기에 고유의 ID 형태로 삽입되어 특정 수신위치에서 입력되는 신호에 대해 각각의 송신기 및 중계기로부터 오는 신호를 식별하기 위한 용도로 송신기 식별(Transmitter Identification : 이하 ''TxID''라고 칭함) 기술이 대두되고 있다. 송신기 식별신호는 Eureka 147의 DAB 또는 한국의 T-DMB에서 사용하는 송신기 식별정보(Transmitter Identification Information : TII)와 같이 파라미터 형태로 삽입되는 방법과 ATSC의 TxID 규격에서와 같이 확산 주파수 스펙트럼 형태의 워터마크 형식으로 데이터 심볼에 삽입되는 방식이 있다. 이런 TxID는 대부분의 일반 수신기에서는 식별되지 아니하며 이들 신호를 구분할 수 있는 특수한 수신기에 의해서 구분되어 망 설계 및 채널 추정 등 특정 용도로 사용된다. TxID는 일반적인 디지털 데이터의 대표적인 예이며, 이하에서는 디지털 데이터를 기준으로 상세히 설명한다. 그러면, 이하에서는 상기한 디지털 데이터를 삽입하는 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다. 도 1은 DVB-T 송신기 기반의 일반적인 OFDM 변조 시스템을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 OFDM 송신기는 다중화부(MUX Adapter)(101), 외부 및 내부 코더부(Coder)(102) 및 인터리버(Interleaver)(103), 데이터 맵퍼(Mapper)(104), 프레임 구성부(Frame Adapter)(105), OFDM 변조부(OFDM)(106), 가드 인터벌 삽입부(Guard Interval Inserter)(107), 디지털-아날로그 변환기(DAC)(108), RF 대역으로의 주파수 상향 변환기(RF Up-conversion)(109), 고출력 증폭기(HPA)(110), 파일롯 및 송신기 파라미터 신호 반송파 삽입부(Pilot 0026# TPS Carrier Inserter)(111)를 포함한다. 도 1을 기준으로 DVB-T 송신기 기반의 일반적인 OFDM 변조 시스템의 동작과정을 살펴보기로 한다. DVB-T 송신기 기반의 일반적인 OFDM 변조 시스템에서는 연주소에서 생성하는 전송 스트림(Transport Stream : 이하 "TS"라 칭합) 패킷을 링크(link)를 통해 수신하여 다중화부(101)를 통하여 다중화한다. 다중화된 TS 패킷은 에러 정정을 위해 코딩부(102)에서 코딩을 거친 후 연속되는 에러 즉, 연집 에러를 방지하기 위하여 인터리버(103)에서 데이터를 규칙적으로 재배열한다. 데이터 맵퍼(104)는 데이터를 매핑한다. 프레임 구성부(105)는 매핑된 데이터를 제공받아 전송하고자 하는 망에서 요구하는 적절한 프레임을 구성하고, 파일럿 및 송신기 파라미터 신호 반송파 삽입부(111)는 파일럿 심볼 및 송신기 파라미터 신호 반송파를 프레임에 삽입한다. 또한, OFDM 변조부(106)에서는 프레임 구성부(105)에서 구성된 프레임을 OFDM 변조를 통하여 변조시키고, 가드 인터벌 삽입부(107)에서는 부 반송파들의 지연으로 인한 직교성이 흐트러지는 것을 방지하기 위하여 가드 인터벌을 삽입한다. 디지털-아날로그 변환기(108)는 OFDM 변조를 거친 패킷을 무선 매체를 이용하여 전송하기 위해 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고 주파수 상향 변환기(109)로 전달한다. 주파수 상향변환기(109)는 시스템이 사용하고 있는 주파수 대역으로 주파수를 변환한다. 마지막으로, 고출력 증폭기(110)는 전송시스템에 알맞게 신호의 출력을 높여 안테나로 전송하고, 안테나에서 송신이 일어난다. 도 2는 일반적인 ATSC의 VSB 송출 시스템의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연주소에서 링크(link)를 통해 수신된 TS 패킷을 입력으로 하는 일반적인 VSB 송신기는 데이터 난수화기(Data Randomizer)(201), 리드솔로몬 부호화기(RS Coder)(202), 인터리버(Interleaver)(203), 트릴리스 부호화기(Trellis Inserter)(204), TxID 삽입부(TxID Inserter)(205), 다중화부(MUX)(206), 파일럿 신호 삽입기(Pilot Inserter)(207), VSB 변조기(VSB Modulator)(208), RF 주파수 상향 변환기(RF Up converter)(209) 및 고출력 증폭기(HPA)(210)를 포함한다. 도 2를 기준으로 일반적인 ATSC의 VSB 송출 시스템의 동작과정을 살펴보기로 한다. 데이터 난수화기(201)는 연주소로부터 전송된 TS 패킷을 시스템에서 사용가능하도록 정렬하고, 리드솔로몬 부호화기(202)는 오류정정을 위해서 리드 솔로몬 코드를 삽입한다. 또한, 인터리버(203)는 리드 솔로몬 코드를 삽입한 패킷을 연집 에러를 방지하고 데이터를 보호하기 위하여 규칙적으로 재배열한다. 트릴리스 부호화기(204)는 VSB 변조를 위하여 8레벨(3bit)의 트릴리스 부호를 생성한다. TxID 삽입부(205)는 송신자 식별번호를 트릴리스 부호화된 데이터에 삽입한다. 여기서, TxID 삽입부는 다중화부 전단에 위치하도록 구성한 예를 설명하고 있으나, 실제로는 다중화부 후단에 위치할 수도 있고, 파일럿 삽입기 후에 위치할 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 다중화부 전단에 위치하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 다중화부(206)는 세그먼트 동기와 프레임 동기를 맞추어 다중화하며, 파일럿 신호 삽입기(207)는 각 프레임별 파일럿 신호를 삽입하여 VSB 변조기(208)로 전송한다. VSB 변조기(208)는 TxID가 삽입된 8레벨의 트릴리스 부호화된 신호와 파일럿 신호와 프레임 동기 및 세그먼트 동기된 신호를 전송받아 VSB 변조를 수행한다. 그리고 RF 주파수 상향 변환기(209)는 VSB 변조된 데이터를 RF 주파수로 변화하여 고출력 증폭기(210)로 전달하고, 고출력 증폭기(210)는 출력을 높여서 안테나를 이용하여 전송한다. 도 3은 ATSC의 TxID를 삽입하는 시스템 블록을 나타낸다. 도 2를 참조하면 설명하면, 일반적인 ATSC 송신 및 중계 장치의 TxID는 트릴리스 부호화기(303)와 VSB 변조기(304) 사이에서 삽입된다. 트릴리스 부호화기에 의해 8레벨로 부호화된 데이터 심볼 위에, 2레벨의 카사미 시퀀스(Kasami Sequence) 생성기(301)에 의해서 생성된 TxID가 8-VBS 심볼 크기 대비 적절한 크기로 조정하는 삽입 레벨 조정기(302)를 통과하여 더해진다. 삽입된 TxID 신호는 원래의 트릴리스 부호화된 심볼에 부가적으로 삽입되며, 원래의 신호에 영향을 작게 주기 위해여 적절한 신호로 조정된다. 그리고 VSB 변조기(304)는 TxID와 8-VSB 신호를 전달받아 VSB 변조를 수행한다. 도 4는 8-VSB 신호와 TxID 신호의 레벨차를 도시한 신호 레벨 그래프이다. 401은 8-VSB 신호의 신호 레벨을 표시한 것이고, 402는 방송 시스템에서 삽입되는 부가 정보의 신호 레벨을 표시한 것이다. 두 신호(401,402)의 레벨차이는 21-39dB 차이를 가지도록 구현한다. 두 신호의 레벨 차이를 크게 두는 이유는 TxID 신호(402)를 아주 작은 크기로 삽입함으로써 8-VSB 신호(401)에 잡음 형태로 부가되게 하여 8-VSB 신호(401)에 영향을 덜 미치게 하기 위해서이다. 이상에서 설명한 방송 시스템에서 TxID를 송신하는 경우 TxID 삽입부(205)는 도 2에서 트릴리스 부호화기(204)와 VSB 변조기(208) 사이에 위치할 수 있다. 그런데, 트릴리스 부호화기(204)와 VSB 변조기(208) 사이의 구성은 방송 시스템의 송신기 또는 중계기에서 하나의 칩 또는 보드로 구현되는 것이 일반적이다. 따라서 TxID를 송신하기 위해서는 칩 또는 보드를 교체해야 한다. 이는 많은 인력 소모와 비용적인 측면에서 낭비가 심하게 된다. 뿐만 아니라 방송 서비스의 특성상 장비를 교체하는 경우 모든 지역의 방송 송신기 및 중계기들을 한 번에 교체해야만 한다. 이는 거의 불가능하거나 매우 힘든 작업이다. 또한, 일부만 교체했을 경우 TxID를 입력한 신호를 인식할 수 있는 시스템과 인식할 수 없는 시스템간의 호환 문제도 발생할 수 있다.