■ 디지털 방송을 위한 일반적 사항

지난 1998년은 9월 세계 최초로 영국 BBC에서 디지털 지상파 TV 방송을 시작한 이후, 11월에는 미국의 4대 방송사가 주요 도시에서 디지털 지상파 TV 방송을 시작하였다. 미국은 오는 2002년에는 모든 상업 방송을 디지털화 하고 2006년에는 아날로그 방송을 종영할 계획으로 있다. 디지털 지상파 TV 방송의 도입은 영국과 미국뿐만이 아니라 일본, 독일, 프랑스 등 주요 선진국으로 이어지고 있다. 우리 나라는 1999년 10월에는 실험 방송을 시작하여 2000년 9월 시험 서비스를 하였으며 2001년부터는 본격적인 방송을 실시할 계획으로 있으나 방송방식의 선정에 문제가 있어 지연되고 있다. 이처럼 전세계가 디지털 방송으로 가는 이유는 디지털 지상파 TV 방송은 기본적으로 기존 아날로그 방송에 비해 화질이나 음질 등이 매우 뛰어나고 홈쇼핑이나 홈뱅킹, 인터넷 검색, 재택 근무, VOD 등의 멀티미디어 기능을 제공할 수 있는 등 매력적인 요소를 많이 가지고 있다. 또한, 국가 전반에 미치는 영향도 지대하다. 디지털 지상파 TV 방송은 전술한 멀티미디어 기능을 토대로 국가사회 전반의 정보화를 가속시키는 역할을 한다. 그리고 고부가 벤처기업을 육성할 수 있는 기반을 제공하며, 그에 따른 고용 창출에도 크게 기여할 수 있다. 그러나 무엇보다도 반도체 부품을 포함하여 엄청난 규모의 새로운 시장을 형성할 수 있다는 데에 주목하지 않을 수 없다. 오늘날 대부분의 가정에서는 적어도 1대 이상의 TV를 보유하고 있다. 기존의 아날로그 방송이 종영되는 시점이 오면 어찌 되었든 간에 기존 아날로그 방식의 TV는 새로운 디지털 TV로 대체되어야 한다. 적어도 기존 TV로 디지털 방송을 시청할 수 있는 컨버터, 즉 셋탑 박스가 필요하다. 이렇게 볼 때 그 시장 규모는 가히 천문학적인 규모가 된다. 이에 따라 세계 각국에서는 국가는 국가대로, 기업은 기업대로 디지털 TV 시장 선점을 위한 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 국가나 기업이나 21세기에서의 흥망이 달려있기 때문이다.

☯ 왜 디지털 방송이 필요한가?

(1) 다채널화 : 아날로그 방송에서는, 대역폭 6MHz의 방송채널로 한 개의 프로그램밖에 보낼 수 없는데, 디지털 방송에서는 변조방식을 손질함으로써 10～30Mbps의 영상, 음성, 데이터등의 디지털정보를 보낼 수 있다. 디지털에서는 6Mbps로 한 개의 프로그램을 보낼 수 있으므로, 이는 한 방송채널로 2개 에서 5개의 프로그램 방송이 가능하다는 것을 의미한다.

(2) 고품질화 : HDTV도 고능률 부호화기술로 20～30Mbps의 전송이 가능해지므로 지상방송에서도 HDTV와 디지털 사운드가 구현됨으로써 가정을 하나의 훌륭한 극장으로 변형시킬 수 있다. 현재 NTSC TV의 최대 해상도는 720x525(378,000픽셀)주사선이며 미국 ATSC의 HDTV의 경우 최대 1920 x 1080(2,073,600픽셀)주사선에 디지털 오디오와 데이터까지 실어 6MHz의 대역에서 전송 가능한 것은 압축기술의 발달 때문이다.

(3) 고신뢰성 : 디지털 변조는 변조신호가 디지털(0과 1의 모임)이기 때문에, 아날로그 변조에 비해 잡음에 강하고 화면의 고스트도 없으며, 복조시에도 에러정정등을 통해 잡음을 배제할 수 있다. 잡음에 대한 특성은 디지털 변조 방식에 따라 다르나, 아날로그 변조의 약 100배에서 1000배 정도이다. 이는 디지털이 아날로그로 동일한 서비스 에리어에서 방송할 때, 수백분의 1의 송신전력으로도 충분함을 의미한다.

(4) 한정수신과 스크램블 : 송신데이터를 스크램블(데이터 배열을 바꾸든가 수학적 처리를 하는 것)하여, 특정시청자만 수신할 수 있도록 하는 방식을 한정수신(CAS : Conditional Access System)이라 한다. 수신료를 지불한 사람에게만 스크램블이 풀리도록 하면, 유료방송이 가능해진다. 또한 지역을 한정하는 방송(예를 들면 축구 중계의 경우, 경기장이 있는 지역에서는 수신 할 수 없도록 하여 경기장 입장자가 줄지 않도록 하는 등)이 가능해진다.

(5) 양방향성을 줌으로써 대화형 TV와 멀티미디어 방송도 가능해 진다.

☯ 반면 단점으로는

(1) 저작권 문제 : 디지털 신호는 전혀 열화됨이 없이 카피를 할 수 있다. 이 때문에 방송국에서 송출되는 원본과 동일한 것을 각 가정에서 간단히 기록-재생할 수 있게 된다. 위법으로 프로그램을 카피하여 저작권이 쉽사리 침해될 것이 우려된다.

(2) 방송국의 설비투자 : 방송국내부에서는, 이미 설비의 디지털화가 추진되고 있다. 영상 스위처나 VTR에서는 약 30%가, 또한 CM뱅크에서는 약 70% 가 디지털화 되어 있다(전파산업회 조사). 그러나 변조기나 중계기등을 디지털화 하려면, 설비 투자면에서 초기에 막대한 비용과 시간이 소요될 것이다.

(3) 디지털 방송용 주파수 문제 : TV방송용으로 할당된 주파수는, 지상파가 62채널, 위성이 8채널 정도이다. 어느날 갑자기 아날로그 방송이 없어지고 일제히 디지털로 바뀐다는 것은, 수신기 보급측면에서도 있을 수 없다. 당분간은 아날로그 방송과 디지털방송이 혼재하는 기간이 필요하다. 이 경우 양방식으로 동시에 방송하기 위한 별도 주파수를 확보하는 것은, 주파수 자원이 핍박 상태인 현재로서는 어렵고, 기존 방송대역 안에서 해결해야 한다.

(4)고가의 수신기를 시청자들이 구입해야 한다. 또한 기존의 아날로그 방송과는 달리 잡음이 심한 경우 방송이 전혀 수신되지 않는다.

■ 디지털 방송을 위한 기술적 사항

디지털방송은 영상, 음성, 데이터등을 디지털신호로 변환하여 전송하는 방송방식이다. 현재의 방송은 아날로그방식의 AM방송, FM방송, TV방송으로 이루어지고 있다. 디지털방송의 특징은 음성, TV신호, 화상등의 신호가 디지털화 되면 모든 종류의 신호가 데이터로 간주되어 디지털 신호라는 하나의 형태로 통합되게 된다. 즉, 디지털화 되면 라디오, TV, 데이터방송등의 구분이 없어져 하나의 전송로로 여러가지 신호를 자유롭게 전송하게 된다. 아래의 그림은 전송되기 직전의 영상, 음성1, 음성2, 데이터등의 통합된 전송스트림을 간략하게 보인것으로 전송스트림은 영상, 음성, 데이터등이 실리기전 항상 데이터의 전반부임을 표시하는 구별자(헤더)를 포함한다.

< 그림. 영상, 음성, 데이터등 신호의 전송스트림 >

이러한 디지털기술의 발전으로 매체간 경계가 없어져 방송-통신-컴퓨터 산업의 융합을 초래하게 되었으며 이전에 불가능하였던 종합서비스 디지털방송(ISDB)이라는 새로운 방송형태를 탄생시켰다. 종합서비스 디지털방송(ISDB)의 발전에 따라 방송과 통신서비스의 융합과 개방화, 국제화가 진행되고 있으며 그 한 예로 전화와 케이블업계는 TV서비스를 포함하는 대용량 디지털 서비스망을 계획하고 있다. 디지털기술의 발전에 따라 위성서비스 업계는 TV서비스뿐이 아닌 주문형 비디오(VOD), 대화형CATV, 홈쇼핑등의 부가서비스가 가능해졌고 앞으로 HDTV, 디지털 CATV방송등을 계획하고 있어 방송의 고품질화, 다채널화, 다매체화를 선도할 것으로 보인다. 방송의 디지털화는 동화상 압축기술인 MPEG-2의 출현으로 영상-음성등의 정보의 고능률 압축이 가능해지고, 변조기술과 에러 정정 및 다중화 기술의 발달로 가능하게 되었다. 다음은 디지털방송 시스템의 개략도를 보인 것이다.
 

 

< 그림. 디지털방송의 송-수신 개략도 >

한편, 디지털방송을 가능하게 한 압축기술이나 다중기술은 국제적인 규격이 통일되어 공통으로 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 규격의 통일은 수신기의 가격하락과 함께 각종 디지털 방송은 물론 기타 정보서비스를 가정에서 한대의 수신기로 수신할 수 있게한다. 또, 디지털방송에 있어 변조나 에러정정 기술은 사용할 전파의 주파수나 지상방송, 위성방송등 미디어의 성질에 맞추어 국가와 지역에 따라 가장 적합한 것을 사용할 수 있다.

디지털 방송 기술은 화상, 음성, 데이터등을 압축하는 압축기술의 표준화와 패킷으로 다중화하는 다중화기술, 오류정정 기술과 변조과정을 거쳐 전송하는 전송기술등의 발전으로 가능해졌으며, 이 제반기술에 대해 간략히 살펴보기로 한다. 아래의 그림은 디지털 방송의 송-수신도이며 그림에서 보듯이 영상, 음성, 데이터는 MPEG-2등의 부호화를 거쳐 패킷으로 다중화되고, 리드-솔로몬등의 오류정정을 거쳐 변조과정을 통하여 송신하게 된다. 변조방식에 있어 위성에서는 위성의 전력제한과 증폭기(TWT:진행파관)의 비선형성때문에 QPSK /TC8PSK방식, 지상방송에서는 고스트(Ghost)가 적고 이동수신시 패스(Path)에 강한 OFDM(유럽방식)/8-VSB(미국방식)가, CATV서는 회선품질의 우수성에서 다중치 QAM (64QAM)/16-VSB방식이 제안되어 각각의 특성에 맞게 변조하여 송출하게 된다. 수신측에서는 송신측과 반대의 프로세서가 이루어진다. 다음 그림은 일반적인 디지털방송의 송-수신 과정이다.

< 그림. 디지털 방송의 송-수신도 >
 

I. 디지털 방송을 위해 화상, 음성, 데이터를 압축하는 MPEG 압축기술

디지털방송에 있어 영상, 음성, 데이터를 디지털로 변환하기 위해서는 부호화과정을 거쳐야 하며 그중 부호화 압축기술의 대표적 방식이 MPEG-1과 MPEG-2 이다.

▣ MPEG-1

MPEG-1 시스템은 복수의 영상, 음성, 데이터를 각각 엔코더하여 패킷화된 영상, 음성, 데이터 패킷을 MPEG-1 다중화장치를 거쳐 단 하나의 프로그램비트열로 구성한다. 이것을 MPEG-1 프로그램 스트림(Program Stream)이라 부른다. 프로그램 스트림은 복수의 팩으로 구성한다. 팩은 여러개의 패킷으로 구성하며 패킷에는 영상, 음성, 데이터등의 신호들을 분산하여 포함하고 있다. 이렇게 패킷화된 프로그램 스트림을 전송하면 수신된 신호는 프로그램을 구성하는 영상이나 음성의 스트림을 꺼내 클락 신호를 이용 상호동기를 잡아 복호재생한다. MPEG-1 시스템에 있어 영상 규격은 CD-ROM이나 DAT등의 축적미디어를 위한 영상부호화 방식이며 1993년에 ISO/IEC 11172-2 규격으로 표준화한 것으로 미디어의 비트속도(1.5Mbps)를 상정하여 제작되었다. MPEG-1의 음성규격은 CD수준의 음질을 목표로 2채널 스테레오음성의 압축-부호화에 관한 것으로 1988년 ISO/IEC 11172-3규격에 의해 세종류의 레이어로 표준화하였으며 레이어가 높을수록 하드웨어가 복잡하지만 음질은 좋아진다.

▣ MPEG-2

MPEG-2는 국제표준기구(ISO)와 국제전기표준회의(IEC), ITU가 공동으로 표준화시킨 동화상의 디지털 압축부호화 방식이다. MPEG-2시스템은 복수의 영상, 음성, 데이터 스트림으로 구성된 복수의 프로그램 비트신호열을 규정하고 있다. 이 신호열에 있어서는 에러가 발생하는 전송로에 대한 사용을 상정한 트랜스포트 스트림과 에러가 없는 전송로에 관한 사용을 상정한 프로그램 스트림이 있다. 이 스트림을 PES(Packetized Elementary Stream)패킷이라하며 이것은 MPEG-1 시스템의 패킷을 발전시킨 것으로 복호기(Decoder) 입력신호의 규격이 되며, 엔코더의 방법에 관해서는 규정하고 있지 않다. MPEG시스템에 있어 영상규격은 매우 폭넓은 규격이어서 다양한 코딩이 만들어지므로 상호방식간의 정합성의 확보, 타미디어와 데이터의 호환성및 수신기의 공동사용이라는 관점에서 국제적통일이 필요하다. 이러한 필요성에 의해 개발된것이 MPEG-2 규격이며 상호 호환성을 확보하기 위해 아래와 같은 프로파일과 레벨이 정해져 있다. 프로파일은 어떠한 부호화 기능을 갖추고 있는가를 나타내는 기준으로 단순형, 메인형, SNR스케일러블, 공간스케일러블, 하이형등 5개로 프로파일이 규정되어 있으며 우측프로파일 레벨은 좌측 프로파일 레벨의 기능을 포함한다. 각 프로파일의 기능과 레벨의 규정을 첫번째 표에 나타내었다. 여기서 레벨은 디코더의 처리능력을 나타내는 기준으로 대상이 되는 영상의 해상도에 따라 로우, 메인, 하이-1440, 하이 이렇게 4개의 레벨로 정해져 있으며 높은 레벨의 디코더는 낮은 레벨의 부호화 데이터를 복호화할 수 있다. 각레벨의 화상해상도와 비트레이트는 두번째 표와 같다. MPEG-2 시스템규격으로 압축-부호화 한 영상및 음성을 축적-통신-방송등 여러가지 용도에 응용 가능하게 하기위해 복수의 MPEG영상및 음성의 데이터 스트림을 다중하는 방식이 ISO/IEC CD 13818-1에 규격화되어있다. 에러정정부호, 변조방식등의 데이터 링크레이어 이하의 프로토콜은 규격의 대상 밖이다.
 

II. 디지털 방송을 위해 압축된 신호의 패킷 다중화 기술

디지털방송에 있어 데이터 다중화는 다양한 서비스와 여러형태의 전송로를 이용할 수 있는 유연성과 새로 개발될 서비스의 확장성, 호환성 및 많은 용량의 전송과 고품질 방송이 이루어지는등의 요소를 만족시키기 위해서 필요하다. 다중화의 종류에는 스트락쳐 방식과 패킷방식이 있다. 스트락쳐 다중방식은 다중한 데이터에 맞는 비트 위치가 이미 각각의 데이터마다 할당되어 있는 다중기술이며 데이터의 분리는 정해진 룰에 의해 되기때문에 분리를 위한 정보를 부가할 필요가 없어 데이터의 이용효율이 높으나, 기존의 할당된 정해진 데이터외 다른신호와는 다중되지 않는다는 단점이 있다. 반면 패킷다중방식은 MPEG-2 다중방식과의 공통성을 배려하여 188바이트 크기의 패킷방식이 사용되며 다중 할 데이터에 헤더라고 부르는 데이터 구별자를 부가하여 패킷을 구성하고 순차적으로 배열하는 다중기술이다. 데이터의 분리는 헤더의 정보에 따라 행해지며 할당은 고정되어 있지 않고 필요한 데이터를 필요한 때에 유연하게 다중할 수 있다. 헤더를 사용함으로써 스트락쳐 방식보다는 데이터의 이용효율은 떨어지나 데이터의 종류가 많고 데이터량이 변화할 경우 적합한 방식이다. 패킷다중방식은 비디오와 오디오1,2 그리고 데이타등의 패킷화된 기본스트림(PES)에 이미 PES헤드 부분들이 포함되어 있으며 이 PES를 184비트의 크기로 자르고 거기에 전송헤드(Transport Head) 4비트를 추가하여 188바이트 단위의 전송스트림을 만들어 전송하면 수신측에서는 PES헤드부분을 참고하여 프로그램 스트림으로 재생하게된다.

III. 디지털 방송을 위해 압축되고 다중화된 신호의 오류정정 기술

디지털 방송방식에 사용되는 오류정정 부호는 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 부호와 연판정 비터비 부호(Soft Decision Viterbi Decoding)를 이용하는 길쌈부호(Convolution Code)를 연접부호화 (Concatenated Code)하는 구조를 사용한다. 본래 오류정정부호는 전송데이터에 오류정정을 위한 바이트를 추가하기 때문에 사용되는 전송회선에 맞게 부가되는 바이트가 최소가 되도록 부호설계를 한다. 연접부호는 외부호(Outer Code)와 내부호(Inner Code)의 성질에 관계되는 부분이 있으며 한부분에 집중적으로 발생하는 버스트에러와 각비트마다 불규칙하게 발생하는 랜덤에러를 효율적으로 정정하기 위하여 사용된다. 연접부호화는 외부호인 RS부호와 인터리브및 내부호인 펑쳐드 중첩부호화를 하게된다.

▣ 리드-솔로몬 부호 (Reed-Solomon Code)

리드-솔로몬 부호는 비이진 순회부호의 일종으로 I.S. Reed와 G. Solomon 에 의해 1960년에 제안된 에러정정부호로 통상의 에러정정 부호가 비트 단위로 정정하는 것에 대해 RS부호는 복수 비트 단위로 정정하는 바이트 구조의 부호로 임의의 위치 T바이트 이하의 에러정정을 하기 위해서 2T바이트의 검사 바이트를 부가한다. 8비트를 하나의 심볼 길이로 하기 때문에 28-1 = 255바이트가 부호길이가 되며, 255바이트에서 에러정정을 위한 2T바이트를 제외한 최대 239바이트의 유효정보를 보낼 수 있다. 리드-솔로몬 부호는 이처럼 신호전송 효율이 높으며, 바이트 단위로 데이터를 다루는 경우나 에러가 집중하여 발생할 경우 등의 군집오류에 적합한 에러정정 부호이다.

▣ 교착법 (인터리브: Interleave)

교착이란 복잡하게 엇걸려 엮어 뒤섞는 것을 말하며 신호처리에 있어서는 복수의 디지털신호가 병렬로 배열되어 있을 때, 각 신호를 일정한 개수의 비트 만큼씩 순차적으로 취하여 하나의 신호를 결합시키거나 2차원 배열로 구성한 다음 입력과 직각이 되는 방향으로 데이터를 출력하는 것으로 이를 이용할 경우 부호어에 집중된 군집오류를 여러 부호화된 신호에 불규칙하게 분산시켜 어느 한 부분에 집중되어 발생되는 버스트오류에도 신호를 복조하여 복원시킬때 에러가 분산이 되어버리므로 버스트(Burst)에러에 대한 정정능력이 탁월하다.

▣ 비터비 복호 (Viterbi Decoding)

비터비 복호법은 에러정정 부호중 길쌈부호(Convolution Code)화된 것을 복호하는 방법의 하나로 1967년 A.J. Viterbi에 의해 제안되었다. 그 방법은 수신한 데이터에서 그것에 가장 가까운 부호를 찾아 복구하는 최우복호를 효과적으로 하는 복호법이다. 여기서 길쌈부호는 신호와 정정부호를 1:1로 대응시켜 만드는 하밍부호나 리드-솔로몬 부호와는 달리, 정보 1비트의 입력에서 2비트의 부호출력을 얻을 수 있으므로 부호화율을 반으로 줄일 수 있다.

▣ 펑쳐드 부호화 (Punctured Code)

비터비복호를 전제로 길쌈부호의 부호화율을 변화시키는 것으로 부호화율 1/2의 길쌈부호에는 1비트의 정보를 보내기 위해 2비트의 부호를 보내는 것이 되지만 이 보낸 부호를 어느 블록마다 분할하여 그 블록내에서 일정한 패턴으로 보내지 않는 비트를 미리 결정해 둠으로써 보낼 비트를 감소시켜 부호화율을 변화시킬 수 있다. 복호측에서는 보낸온 비트위치에 더미 비트를 삽입하여 그대로 부호화율 1/2의 비터비 복호에 의해 정정한다. 단, 더미 비트에 관해서는 비터비 복호에 관한 거리계산을 무시한다. 이와 같이 보낼 비트를 솎아냄으로서 실질적인 부호화율을 변화시키는 것이 펑쳐드 부호화이다.


IV. 디지털 방송의 변조방식

카메라로 부터 입력된 영상및 음성신호와 데이터를 압축하고 다중화 하여 오류정정을 거친 신호는 위성의 경우에는 QPSK나 TC8PSK로, 지상파의 경우에는 OFDM이나 8-VSB를 CATV경우에는 64QAM이나 16-VSB방식으로 변조된다.

☯ QPSK 변조(Quadrature Phase Shift Keying : 4위상 변복조방식)

QPSK 변조방식은 디지털 방송을 위해 위성으로 전송하기 위한 변조방식으로 일반적으로 디지털 전송에서는 데이터를 오류정정, 부호화하는 부분과 그것을 전송하기 위해 변조하는 부분은 서로 독립된 것으로 구성된다. 이 부호화와 변조를 결합하여 변조점의 신호점 배치와 오류정정 부호의 복호특성을 종합적으로 연구하여 전송특성을 개선코자 한 것이 부호화 변조방식이다. 이것은 4개의 위상을 사용하여 정보를 보내는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying : 4위상 변복조방식)과 8개의 위상을 사용하여 정보를 보내는 8PSK가 있다. QPSK의 경우 단위 시간당 2비트의 정보를 전송하며, 에러의 발생은 수신되는 신호점에서 잡음에 의해 본래의 위치로 부터 어긋나 다른 위치로 판정될때 에러가 되는 것이므로 위상 공간상의 신호점 사이의 거리가 수비트 에러율 판정에 중요한 요소이다. QPSK의 경우 4개의 위상이어서 8개위상으로 나누는 8PSK 보다 인접하는 신호점 사이의 거리가 멀기때문에 에러로 판정할 확률은 그만큼 적으나 데이터 전송률은 작다.

☯ VSB 변조(Vestigial Side Band)

잔류측파대(VSB) 변조방식은 디지털 방송을 지상파로 보내기 위해 변조하는 방식중의 하나로 미국에서 사용하고 있으며, 반송파가 주파수대역의 사이드에 존재하기 때문에 붙여진 이름이다. 다치VSB 변조방식은 신호의 진폭표시를 3비트 혹은, 4비트를 사용함에 따라 8-VSB, 16-VSB로 되며, 이것은 신호의 진폭값을 8단계 또는 16단계로 변환하여 전송하는 것을 의미한다. 8-VSB방식은 먼저 전송된 신호를 3비트씩 1조의 신호로 변환되어 3비트로 표현되는 진폭 값을 가진 8레벨의 신호로 출력된다. 이 신호는 변환기를 통하여 101 111 001 100 --- 의 데이터열이 8레벨(3비트)의 펄스신호로 반송파를 진폭변조하게 된다. 잔류측파대 변조방식의 장점은 직교 변조방식에 비해 직교신호사이의 크로스토크가 없으므로 전송로나 기기의 위상 일그러짐에 강하다. 직교파를 사용하는 변조방식은 동상-직교성분의 2계통 파형 등화회로가 필요하나 多値VSB에서는 단일반송파이므로 파형 등화회로가 1계통으로 간략화 된다.

☯ OFDM방식 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

OFDM방식은 디지털 방송을 지상파로 보내기 위해 변조하는 방식중의 하나로 유럽에서 널리 쓰이는 방식이다. 직교주파수 분할다중(OFDM)은 하나의 정보를 여러개의 반송파(캐리어)로 분할하고, 분할된 반송파간의 간격을 최소로 하기위해 직교성을 부가하여 다중시켜 전송하는 방법이 다. OFDM방식을 이해하는데 가장 중요한 것은 단일 캐리어방식과 OFDM방식의 시간-주파수축 상에서의 그림과 스펙트럼을 이해하는 것이다. 단일캐리어방식은 하나의 캐리어가 주파수대역을 넓게 차지하지만 캐리어의 전송시간은 짧다. 반면, OFDM방식은 여러개의 서브캐리어로 구성되어 있으며, 하나의 서브캐리어는 주파수대역이 좁은 대신 전송시간이 길다. OFDM방식에서 그 다음으로 중요한 것은 주파수 분할된 서브캐리어들을 다중하는 것이다. OFDM방식에 있어 마지막으로 중요한 사항은 직교성이다. 입력되어 분할된 신호에 반송파로서 정현파를 인가하여 변조하면 정현파의 주파수가 서로 다르면서 기본파의 정수배일때는 각파동간 상호간섭이 없이 서브캐리어들을 합성하여 전송할 수 있다. 이상으로 OFDM방식을 이해함에 있어 중요한 사항들을 살펴보았다. OFDM방식은 FDM의 일종이지만 송신데이터를 다수의 캐리어로 분할(멀티캐리어화)하여 이 캐리어들을 동기시켜 변조하는 조건을 기본으로, 직교함수계를 사용하여 캐리어간의 간격을 최소로 하는 방법이다. 이로 인해 멀티캐리어가 되어도 단일캐리어와 대등한 주파수 이용효율을 확보할 수 있다. OFDM방식이 하나의 정보를 여러개의 반송파로 분할함으로써 전송시간은 길어지지만 에러발생시 특정주파수만 영향을 받으므로 에러정정을 거치면 효과적으로 복원될 수 있는 장점이 있다. 다음은 OFDM의 장점을 요약한 것이다.

◉ 송신데이터를 N개의 반송파로 분할하여 전송하므로 전송심볼 한 개의 계속시간은 싱글캐리어 방식의 약N배가 된다. 이처럼 전송시간을 길게하고 시간축에 가-드인터벌¹⁾을 부가해 고스트(멀티패스)가 가해져도 전송특성의 열화가 적다.

◉ 데이터를 전송대역 전체로 분산하여 보냄으로 어느 특정한 주파수대에 방해신호가 존재할 경우에도 일부의 데이터비트만 그 영향을 받으며, 영향을 받은 신호도 시간인터리브와 주파수 인터리브가 가능하여 효과적으로 에러정정함으로서 전송특성을 개선할 수 있다.

◉ 변조된 파형은 랜덤잡음에 가깝기 때문에 다른 서비스에 방해를 주지 않는다.

◉ OFDM의 반송파는 저비트레이트, 협대역의 디지털 변조파이므로 전력스펙트럼의 사이드 로브²⁾가 급격히 감쇠하며 대역외로의 전력누설이 작다.

◉ 고속퓨리에변환(FFT³⁾)에 의한 변복조 처리가 가능하다.

◉ 고스트(멀티패스)에 강한 특성으로 비교적 소전력의 많은 송신국을 이용하여 단일주파수로 서비스에리어를 커버하는 단일주파수네트워크(SFN⁴⁾) 를 구성할 수 있다. SFN은 서비스 에리어내의 모든 송신국은 동일 주파수로 동일내용의 OFDM변조파를 발송하며, 수신기는 복수의 OFDM 변조파가 가산된 신호를 수신하다. 이때 가산될 OFDM변조파 수가 증가하면 비트 에러율 특성이 개선되며, SFN은 이 성질을 활용한 것이다.

◉ 각 서브채널의 스펙트럼을 조밀하게 배치하여 주파수 이용효율이 높다.

◉ 각 서브채널의 변조방식과 전력을 바꾸는 것에 의해 정보의 계층화가 용이하다.

◉ 각 서브채널의 정보할당은 임의로 가능하여, 간섭이 예상되는 아날로그TV의 반송파 영역을 서브채널은 사용하지 않는 캐리어 홀의 설정등 유연한 정보전송이 가능하다. 캐리어 홀을 설치한 경우 현행 TV방송의 영상반송파 주파수근방에 OFDM의 반송파를 보내지 않는 캐리어홀을 만들어 현행TV방송으로 부터의 방해를 대폭 줄일 수 있다.

1) 가드-인터벌(Guard-Interval) : 멀티패스의 영향을 줄이기 위해 OFDM전송심벌의 앞부분에 넣는 신호기간이며 유효심벌 기간의 신호파형을 순회하여 반복한 것이다.

2) 사이드로브(Side-Lobe) : 안테나에서 방사되는 에너지는 안테나의 특성에 관계된 잎사귀 모양의 곡선으로 지향특성을 나타내며 몇 개의 극대치와 극소치가 존재한다. 이 곡선을 로브라 하며 제일 큰 잎사귀모양을 메인로브라하고 그외의 것을 사이드로브라 한다.

3) FFT : Fast Fourier Transform

4) SFN : Single Frequency Network


※ 출처 -  http://ytn.co.kr (YTN 방송기술협회)