지상파 디지털TV 전송방식의 성능비교

기술연구소 목하균


1. 서 론

최근 미국의 한 방송그룹인 싱클레어라고 하는 단체에서 현재 미국이 선정하여 본 방송을 실시하고있는 ATSC의 8-VSB방식에 대해 그 성능의 문제점을 지적하여 유럽의 디지털TV 전송방식인 COFDM방식이 우수하다고 하는 일련의 실험과 데모를 행하였고 이에 대해 미국방식을 선정한 우리 나라에서도 언론을 비롯하여 이에 동조하는 의견들이 표출된바 있다. 따라서 본고에서는 이러한 여러 가지 의견들에 대해 미국의 ATSC를 중심으로 발표된 기술적인 해설문 뿐만 아니라 ICCE의 논문, ITU에서 객관적으로 여러 가지 기술적인 항목에 대하여 이론적 혹은 최신의 실험실내 실험결과들을 동원하여 제시한 보고서의 비교결과를 번역, 해설하였다. 따라서 현재까지 제시되어있는 대표적인 지상파 디지털 TV방송 방식의 기술적인 여러 가지 특징을 분석하고 어떠한 방식이 과연 우리에게 알맞은 것인가에 대해 생각해보고 그 결론을 제시해보기로 한다.

2. 지상파 디지털TV 방송 방식의 개요와 선정요건
 

하나의 방송 방식선정을 위한 제반 고려사항은 크게 경제적 측면, 기술적 측면, 서비스적 측면으로 나누어 볼 수 있다. 경제적 측면에서는 수출산업, 개발비, 보급성, 방송사의 부담, 특허료 등을 들 수 있고, 기술적 측면에서는 시스템의 성능, 호환성, 확장성 등을, 서비스적 측면에서는 다양한 서비스, 이동수신, 타 미디어와 호환성 등을 들 수 있다.

방식선정의 대상으로 현실적으로 미국의 ATSC방식과 유럽의 DVB-T 방식이 주로 검토되었다. 이 두 방식의 가장 큰 차이는 전송방식으로 각각 8-VSB와 COFDM으로 변조한다. 미국의 ATSC방식은 NTSC 대역을 기본으로 하고있고 송수신기의 구현에 용이성, 경제성이 우수하다. 반면에 DVB-T는 PAL권을 중심으로 개발되었으며 이동수신의 강점이 있다.

ATSC방송 방식은 단일반송파 진폭변조 잔류 측파대 방식(VSB)으로써 단일 6MHz 대역폭으로 고품질의 비디오, 오디오 및 보조 데이터를 전송하며 두 가지 방송모드 즉, 동시지상파 방송모드와 고속 데이터율 케이블 방송모드를 지원하게 되어 있다. 이 방식의 가장 큰 특징은 변조방식에 있는데 기존의 아날로그 VSB 방식을 변형하여 디지털 신호의 변조가 가능하도록 8-VSB 방식을 제안한 것이다.

유럽의 DVB-T 규격은 현재 아날로그 전송채널로 할당되어 있는 UHF 채널을 이용하도록 설계되었다. 이 시스템은 오류 정정을 위해 외부부호화(outer coding), 외부인터리빙, 내부부호화(inner coding), 내부인터리빙을 사용한다. 외부부호화 및 외부인터리빙은 위성과 유선에도 공통으로 사용하고, 내부부호화는 위성과 공통으로 사용한다. 또 데이터의 중요도에 따라 다른 레벨의 QAM 변조와 부호화를 사용한다. 이 방식은 다중경로 채널에 강하고, 공존채널 및 인접채널간섭에 강하기 때문에 단일 주파수 방송망(Single Frequency Network, SFN)이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

DVB-T는 2k 모드와 8k 모드 두 가지가 존재한다. 2k 모드는 이동수신에 적합하고, 8k 모드는 넓은 지역에서의 SFN에 적합하다. 그러나 구현하기가 미국의 ATSC에 비해 다소 복잡하고 Guard interval 등이 필요하게 되어 정보 전송률이 줄어들게 된다.

일본 방식인 ISDB-T방식은 기술적으로 유럽의 COFDM방식과 기술적으로 맥락을 같이 하는 것으로 비교의 대상에서 제외하였다. 이하 다음 장에서 각각의 기술적인 항목에 대해 상세히 설명하기로 한다.

3. 8-VSB와 COFDM 전송방식의 성능비교


가. 시스템의 일반적인 비교
 

ATSC와 DVB-T는 각자의 독특한 장점과 단점을 갖고 있다.

결론적으로 이야기하면 ATSC의 8-VSB방식은 백색잡음 채널전송공간상에서 COFDM방식에 비해 보다 더 우수한 성능을 나타낸다. 즉, 보다 더 좋은 주파수 효율성, 낮은 피크대 평균 전력비, 충격성잡음 및 위상 잡음에의 강인함, 상대적으로 낮은 고스트 성분레벨에서의 시스템 성능의 우수함, 채널간 및 아나로그 시스템에 대한 낮은 간섭성을 나타낸다. 따라서 8-VSB방식은 다중 주파수망(MFN)구성의 HDTV 신호 전송에 적당하다.

반면 SFN(8 K 모드인 경우 가능)과 이동수신(2 K 모드인 경우 가능)은 DVB-T가 멀티캐리어와 가드 인터벌을 사용하므로 유리하다. 특히 상대적으로 매우 높은 레벨의 정적 및 동적 다중경로 성분(~ 0 dB)이 존재하는 곳에서 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 그러나 SFN과 이동수신은 SD급에서는 가능하지만 HD급에서는 비트 전송율이 떨어지기 때문에 현재로서는 곤란하다. 그러므로 유럽에서는 HDTV 보다 SDTV의 보급을 우선적으로 시도하고있으며 또한 방식이 복잡한 만큼 수신기 하드웨어도 복잡하여 수신기 가격이 다소 비싸질 수 있고 특히 국내의 채널 배치는 아나로그 채널이 미국의 NTSC방식을 따라 6MHz대역을 사용하므로 7～8MHz를 기반으로 한 DVB-T 방식은 국내 적용이 현실적으로 매우 어려운 단점이 있다.

요약해서 말하면 현재까지의 기술수준으로는 HDTV 신호의 전송과 SFN 그리고 이동수신을 모두 해결해주는 디지털 전송방식은 존재 하지 않는다는 것이다.

나. 시스템의 각 항목별 성능비교
 

1) 피크 대 평균 전력비

COFDM방식의 피크대 평균 전력비(PAR)는 그 변조의 특성상 출력쪽의 필터의 특성에 상관없으나 8-VSB 방식은 출력 스펙트럼 필터의값이 roll-off가 11.5%로 정해져있다. 연구결과에 따르면 DVB-T의PAR이 8-VSB 방식에 비해 2.5dB,즉 약 1.8배 높은 것으로 나타났다. 이것은 시스템의 성능과는 무관한 수치이나 경제적인 면에서 볼 때, 송신기의 출력 여유(Back-Off)를 그만큼 높여야 하므로 초기비용과 운전비용이 그만큼 상승하게된다.

2) C/N 마진

이론적으로 백색 잡음 조건의 채널 전송에서는 8-VSB방식이나 COFDM 그리고 QAM방식모두는 같은 C/N 마진을 나타낸다. 그러나 Digital 전송에서는 Channel의 불완전성과 잡음에 의하여 데이터에 발생하는 에러에 대한 대항력을 높이기 위해 첨단의 Coding 기술을 사용하며 취약한 환경 하에서 정보 전송력을 높이는 이른바 Coding 이득을 얻게된다. 이와 동시에 시스템을 구현하는 과정에서의 다른 여러 가지 요소들(위상잡음 특성, 양자화잡음 특성, IMD등) 에 의해 이 값은 두 시스템에서 달라진다.

8-VSB는 COFDM보다 우수한 Coding 방식{R-S(207,187. t=10)인데 비해 COFD방식은 R-S(204, 188, t=8)}을 사용하므로 단위 정보인 비트 당 COFDM의 약 반 정도의 적은 에너지로도 동일한 Channel 대항력을 갖는다. 또한 8-VSB는 2/3율의 TCM을 사용하므로 COFDM에비해 약 1dB정도의 이득을 더 갖게 되어 결과적으로 C/N 마진에서 1.5dB 정도의 더 우수한 성능을 나타낸다. 또한 8-VSB는 복조과정에서 DFE(Decision Feedback Equalizer)를 사용하여 그 마진을 높이는 반면 COFDM은 채널의 복조를 위해 In-Band Pilots을 사용하여 C/N마진의 저하를 가져오는데 이 두 효과의 값은 현재 2 dB 이다. 따라서 결론적으로 백색 잡음 조건의 채널에서 8-VSB는 COFDM보다 3.5dB의 C/N 마진의 여유가 있게된다. 그리고 송신기를 포함한 송신부분에서는 앞서의 2.5dB의 PAR을 포함하면 COFDM은 8-VSB에 비해 6dB 즉, 4배의 더 많은 전력을 사용해야 동일한 면적에 동일한 등급의 서비스를 실시할 수 있는 것이다 . 여기서 주의해야할 것은 위의 값은 모두 백색 잡음 조건의 채널에서만 해당된다는 것이다.

유럽에서는 Ricean 채널 모델을 사용하는데 이 경우는 백색 잡음 조건의 채널보다 0.5-1dB(K=10dB)더 C/N마진이 필요하다. 미국은 이 경우 가우스 채널 모델을 사용하며 캐나다는 미국과 동일한 방식에도 불구하고 유럽과 비슷하게(1.3dB)마진을 책정하였다. 다음의 표1은 최신의 C/N 마진 값을 나타낸다.

3) 시스템 C/N성능

2에서 비교한 값은 엄밀히는 정확하지 않다. 그 이유는 다른 데이터율과 다른 수신 마진 값을 선정하였기 때문이다.

C/N(AWGN)	이론값	RF 시험값
ATSC	14.8dB	15.2dB
DVB-T	16.5dB	19.2dB

(표 1) 실험에 의한 C/N 마진


보 다 엄밀히는 C/N그 자체의 값보다는 한 비트당 소요에너지 마진을 계산 하여야하는데 이것은 두 시스템이 서로 다른 C/N마진의 정의 값을 사용하므로 이에 대한 보정(0.8dB)을하고 동일한 데이터율과 동일한 대역에서 다음의 관계식을 이용하여 구하면 표2와 같다. 결론적으로 8-VSB방식이 COFDM 방식보다 3.6dB의 여유를 갖고 있음을 알 수 있다.

4) 다중경로 왜곡 특성

COFDM 시스템의 경우 다중경로 왜곡에 대하여 매우 강하며 0 dB의 에코까지 처리할 수 있다. 또 가드 인터벌의 사용으로 심벌간 간섭(Inter Sysmbol Interference)을 제거할 수 있으나 in band fading은 여전히 존재한다. 따라서 0 dB 에코를 제거하기 위해서는 보다 강한 내부 에러 정정 코드를 사용해야 하며 우수한 채널 추정 시스템을 채택해야 한다. R=2/3의 콘볼루션 코딩을 사용할 경우 0dB의 에코를 처리하려면 7dB의 더 파워를 올려야 한다. 8-VSB의 경우는 4-6dB 이하의 static 다중경로 왜곡의 경우 DFE를 사용하여 처리 가능하다.

DVB-T 시스템의 가드인터벌은 advanced 와 delayed 다중경로 왜곡을 모두 처리할 수 있으므로 SFN이 가능하다. ATSC경우 긴 advanced 다중경로는 처리할 수가 없으며 MFN의 경우 그러한 왜곡은 일어나지 않는다.

(표2) 두 시스템의 Eb/No 값

C/N(AWGN)	이론값	RF 시험값
ATSC 6MHz, R=2/3, Rb=19.4 Mbps	10.6dB	11.0dB
DVB-T, 6MHz, R=2/3, GI=1/16, Rb=17.4 Mbps	11.9dB	14.6dB
DVB-T, 6MHz, R=3/4, GI=1/16, Rb=19.6Mbps	12.9dB	15.6dB(계산값)

5) 이동 수신특성

 

COFDM의 경우 이동수신이 가능하지만 이를 위해서는 낮은 차수의 OFDM 서브 캐리어를 사용해야 하며 (2K 이하) 낮은 콘볼루션 코딩 레이트(예 R=1/2)를 사용해야 한다. 따라서 데이터 전송율에 있어서 상당히 불리하다. 일반적으로 QPSK나 16QAM (R=1/2)이 이동수신을 위해 사용되며 이 경우 데이터 전송율은 각각 6 Mbps 와 12 Mbps이다.

따라서 적어도 19Mbps이상인 HDTV나 그에 상응하는 다중 채널 방송 및 데이터 서비스가 곤란해진다. 또한 상위 UHF대역을 사용하는 경우 120km/h로 주행하는 차량에서의 수신을 가정한다면 OFDM의 서브 캐리어 간격은 도플러 효과를 감안하여 2KHz 이상이 되어야 한다. 이는 DVB-T 의 2k 모드가 이동 수신이 가능하다는 것을 말해준다. 그러나 2K 모드의 경우 SFN의 구현이 곤란하다. DVB-T 2k 모드의 경우 8MHz 대역에서 R=1/2 가드 인터벌 1/4의 경우 QPSK 는 4.98 Mbps, 16QAM은 9.95Mbps 의 데이터 율밖에 갖지 못한다. 이와 같이 이동수신이 가능하려면 DVB-T의 경우 고정수신의 경우와는 다른 변조가 이루어져야 하므로 추가적으로 주파수를 할당해야 하는 문제가 있다. 이 경우 DAB나 PCS 등에서 제공하는 디지털 오디오, 데이터 및 낮은 해상도의 비디오 서비스와 간접 경쟁 문제도 야기된다. DVB-T 2K 모드의 경우 수백 Hz까지의 이동 에코를 처리할 수 있다. ATSC의 경우는 수십 Hz 까지만 처리할 수 있다.

6) 스펙트럼 효율성

COFDM방식이 그 자체만으로 볼 때는 주파수 효율성 면에서 ATSC방식 보다 약 4%정도 유리하다.( 3dB 대역폭의 경우, COFDM : 5.65/6=94%, 8-VSB : 5.38/6=90%) 그러나 COFDM 방식은 방식의 특성상 다중경로 성분의 제거를 위해 가드 인터벌과 In-band Pilot 신호를 두어야하므로 주파수 효율 성면에서 불리해지게된다. 이것은 코딩 율과 가드 인터벌의 시간을 얼마나 두느냐에 따라 달라지지만 제시된 방식 안에서는 최고 24%에서 최저 7%까지의 데이터 전송률이 줄어들게 된다.(ATSC에비해) 즉, 전송 비트율로는 4.7 Mbps에서 11.4Mbps줄어들고 6MHz대역에서의 전송률은 최고 17.9Mbps밖에 이르지 못한다.

7) HDTV 방송

현재의 디지털 데이터 압축기술에 따르면 하나의 HDTV 신호를 전송하기 위해서는 적어도 18Mbps까지의 데이터 율이 필요하며 이외에도 다중화 데이터나 오디오 데이터가 추가되어야 한다. 그러므로 앞에서 언급한대로 6MHz대역의 DVB-T의 경우 데이터 전송 율이 일반적으로 14.7에서 17.9 Mbps 이기 때문에 HDTV의 전송은 어렵게된다. 물론 약한 코딩과 작은 가드 인터벌을 채용하면 데이터 율을 더 높일 수 있다.(예, R=3/4, 가드 인터벌 1/16 의 경우 19.6 Mbps) 그러나 이 경우 1.5 dB의 추가적인 출력 파워를 필요로 하고 코딩 레이트를 높일 경우 다중 경로 왜곡에 대한 성능의 저하, 특히 실내 수신과 SFN의 성능의 저하를 가져온다.

8) 기존 아날로그 방송으로의 간섭

처음에 언급한대로 C/N의 경우 ATSC와 DVB-T는 4dB의 차이를 보인다. 이는 DVB-T 시스템의 경우 2.5배 더 송신 출력이 높아야 함을 의미한다. 현재 디지털 방송의 문제점 중 하나는 대부분 주파수 자원이 풍부하지 않으므로 아날로그 터부 채널을 사용해야 한다는 점이다. 그러므로 디지털 방송의 기존 아날로그 방송으로의 간섭영향은 디지털 방송의 도입에 있어서 중요한 문제이다. 보다 더 높은 송신 출력은 추가적인 간섭을 일으키므로 채널 배치 등을 곤란하게 할 우려가 있다.

9) 단일 주파수 망 (SFN)

8K 모드의 DVB-T는 SFN을 위해 설계되었다. 이 모드의 경우 가드 인터벌이 224us 까지 가능하다. 그러나 0dB의 다중경로 왜곡을 처리하기 위해서는 7 dB 이상 더 높은 송신 출력과 강한 코딩레이트(R<3/4)를 필요로 하며 앞서 언급한 ATSC 수준의 C/N 비를 보장하기 위한 추가적인 송신 출력의 증가까지 감안하면 큰 부담이 아닐 수 없다. 이를 해결하기 위해 지향성이 우수한 수신 안테나를 사용할 수 있지만 이 경우 ATSC도 그 만큼 성능이 더 개선될 것이다.

SFN의 또 다른 문제점은 채널 할당이다. 대부분의 국가에서 이미 아날로그 방송 중계를 위해 대부분의 주파수를 사용하고 있으므로 전환기간 동안 동시방송을 하는 경우 채널의 재배치와 추가적인 송신사이트의 확보에 따른 경제적, 기술적 사항은 상당히 곤란한 문제이다. 반면 COFDM수신기 입장에서는 여러 송신소 중 가장 좋은 Line of sight의 송신신호를 골라 수신을 할 수 있는 장점이 생긴다. 그러나 이러한 SFN을 유지하기 위해서는 SFN의 모든 송신기의 신호가 엄밀히 비트대 비트 단위까지 동기를 맞추어야한다. 그래야만 수신기의입장에서 다른 여러 신호들을 하나의 고스트, 다중경로신호로 해석할 수 있고 이 조건이 맞지 않으면 SFN은 이루어지지 않게 된다. 따라서 SFN을 위해서는 별도의 동기를 위한 네트웍을 구성하여야하고 항상 동기가 이루어져 있어야함은 물론 부분적인 지역방송도 실시할 수 없는 단점도 생기게 된다.

ATSC의 경우는 SFN을 위해 설계되지 않았으며, 단지 제한된 on-channel repeater 난 gap filler의 사용이 가능하다. 그러나 디지털 방송의 경우 아날로그와는 달리 적어도 20dB의 동일 채널 간섭을 처리할 수 있으므로 아날로그 보다 약 30 dB 더 강인하다. 따라서 중계기의 설계에 좀 더 유연성을 제공한다.

10) 임펄스 잡음

이론적으로 보면 COFDM방식이 시간 축 상에서의 임펄스성 잡음에 더 강하다. 왜냐하면 수신기에서 행하는 FFT 프로세스로 짧은 시간 안에 일어나는 임펄스성 잡음을 평균화시켜 없앨 수 있기 때문이다.

그러나 이러한 임펄스성 잡음을 제거할 수 있는 것은 단지 이러한 FFT 프로세스뿐만 아니라 앞서 설명한 FEC 기법 상에서의 여러 파라메터에도 관여되는데 여기서는 ATSC방식의 파라메터가 다소 우수하다.(R.S 계수 및 52인터리빙 기법) 그리고 주로 UHF 및 VHF대에서 일어나는 임펄스 잡음은 가전기기나 고전압 주위에서 발생하며 이의제거에는 신호상의 캐리어 동기의 강인함에도 연관되는데 전체적으로 보면 ATSC 방식이 보다 더 우수한 것으로 나타났다.

11) 일정 주파수(Tone)간섭 특성

COFDM방식은 다중반송파 변조방식이기 때문에 시간 축 상에서 일어나는 짧은 시간의 간섭효과는 여러 개의 다중반송파에 분산되어 그 효과를 경감시킬 수 있는 장점이 있다. 반면 8-VSB 방식에서는 아이 패턴의 눈을 감겨 결과적으로 수신 특성을 떨어뜨릴 수 있는데 이 경우는 Adaptive Equalizer를 사용하여 성능의 향상을 가져올 수 있다. 기본적으로 일정 주파수(Tone)간섭은 디지털 방송에서는 채널 재 배치상 에서 그 발생을 최소화 할 수 있기 때문에 이에 따른 성능은 중요한 요소는 아니라고 할 수 있고 일정 주파수(Tone)간섭 중 가장 큰 요소는 동일채널내의 아나로그 신호 간섭인데 이 경우 8-VSB에는 NTSC용 신호제거 필터인 Comb fliter(NTSC Rejection Filter)를 가동시켜 특정 주파수 성분의 간섭을 배제 할 수 있다.

12) 동일 채널 아나로그 신호 간섭 특성

기본적으로 8-VSB는 Coding 이득이 높고 주파수 대역 이용 효율성이 뛰어나서 단위 정보를 전송하기 위해 소요되는 에너지가 적으므로 적은 송출전력으로 방송 서비스가 가능하여 기존 Analog 방송에의 간섭성 측면에서 우수하다. 이는 전력자원을 효율적으로 이용하고 장비를 저렴하게 유지할 수 있기 때문에 실용적이며 무엇보다 기존에 서비스되고 있는 Analog 방송에 간섭을 적게 줄 수 있다는 면에서 바람직하다고 볼 수 있다. 그리고 지상파 디지털 방송의 구현 면에서 본다면 동일 채널 상에서의 아나로그 신호 간섭은 그다지 중요한 고려요소는 되지 않고 오히려 기존의 아나로그 신호에 대한 디지털 방송의 간섭을 더욱 세심히 고려해 주어야 한다.

13) 동일 채널 DTV 신호 간섭 특성

두 시스템의 스펙트럼특성은 잡음신호와 유사하기 때문에 동일 채널상에서 DTV 신호에 미치는 간섭 특성은 그 시스템의 C/N 마진 특성과 비례하기 때문에 8-VSB 방식이 3내지 4dB정도 우수한 결과를 나타낸다.

14) 위상 잡음 특성

이론적으로 다중반송파를 사용하는 COFDM방식이 8-VSB방식보다 수신기의 위상 잡음 특성에 더욱 민감하다. 물론 단일 변환방식이냐, 이중 변환 방식이냐에 따라 약간 차이가 있어서 일반적으로 단일 변환방식은 적은 위상 잡음 특성을 나타낼 수 있으나 인접 채널에 대한 간섭을 더 받을 수 있고 이중변환방식은 위상 잡음 특성은 떨어지나 인접 채널에 대한 간섭은 우수할 수 있다.

15) 잡음지수

잡음 지수특성은 엄밀히는 수신기 구현상의 문제이지, 시스템의 성능과는 관련이 없다. 좋은(낮은) 잡음지수를 갖는 수신기는 낮은 신호레벨에서도 양호하게 동작하여 좋은 화질과 음질을 제공할 수 있어 수신가능 최저 신호 레벨을 낮출 수 있게 해준다.

여기서도 앞에서 언급한대로 단일 변환방식이냐, 이중 변환 방식이냐에 따라 약간 차이가 있지만 신호레벨이 낮은 한계상황이나 경계지역에서의 문제는 결국 간섭신호성분의 크기에 좌우된다.

16) 실내 수신 특성

디지털TV에서 실내 수신특성은 좀더 검토 해야할 부분이 있다. 아직까지 체계적으로, 그리고 대규모적으로 얻은 실내 수신 데이터가 없는 실정이다. 일반적으로 실내 수신은 실내의 위치 특성에 따른 다중경로 성분의 존재와 집의 구조 및 재질에 따르는 수십dB까지의 신호 레벨 감소, 그리고 수신기 주변의 사람이나 심지어 애완 동물의 움직임에 의한 동적 고스트(다중신호 성분)때문에 수신에 상당한 영향을 줄 수 있다. 따라서 기본적으로 실내 수신에는 별도의 고성능 실내 안테나나 외부안테나의 부착이 바람직하다고 볼 수 있다.

17) 다른 주파수 대역폭을 갖는 시스템의 특성

DVB-T시스템은 기본적으로 7내지 8MHz의 대역폭을 갖도록 설계되었으며 6MHz의 대역폭을 갖는 시스템을 위해서는 채널 필터와 중간주파수 불록 그리고 시스템 클럭 주파수를 변경해야한다. 반면 ATSC 시스템은 기본적으로 6MHz의 대역폭을 갖도록 설계되었으며 7내지 8MHz의 대역폭을 갖는 시스템을 위해서는 앞서와 유사한 변경을 가해야하는데 한가지 문제점은 기존의 NTSC등 6MHz 시스템의 혼신 성분제거를 위한 Comb filter의 설계 등을 그 특성에 맞게 재 설계해야하는 단점이 있다. 또한 6MHz의 DVB-T시스템은 그 특성상 더욱 위상 잡음 특성에 약할 수 있다.

 

다. DTV 구현상의 고려요소
 

디지털방송을 실제로 구현하기 위해서는 각 방식이 갖는 고유의 특징도 물론 고려해야겠지만 각각의 나라가 처한 여러 가지 기술적, 사회적, 정책적인 면과 함께 방송환경, 전파환경도 고려해 주어야 할 것이다. 구체적인 사항 중 기술적인 것으로는 RF Emission Mask의 설정, 채널 배치계획, 가용 주파수 자원의 현황, 인구 분포의 특징, 지정학적 특징과 요구되는 방송서비스의 정의 등을 들 수 있다.

아래에서는 결론을 맺기 전에 앞에서 언급한 몇 가지 사항에 대해 부연 해설하고 종합적으로 두 가지 방송방식에 대한 비교 분석을 표로 정리하였다. 논쟁의 시발점이 된 사항으로 기술향상이 필요하다고 지적된 전송기술상의 문제점 중 첫 번째로, 산악지역 및 도심 고층 빌딩 지역에서의 난시청 문제, 즉 송신 시설로부터 멀리 떨어진 산악 지역 및 고층 빌딩에 의한 간섭현상이 많은 대 도심 고층 빌딩 지역은 기본적으로 원하는 수신 신호가 약하며 Ghost가 많이 발생하기 때문에 전송방식에 관계없이 기본적으로 수신이 어려운 경우가 많게된다. 이러한 곳은 현재의 아날로그방식에서도 똑같이 수신상태가 나쁜 경우가 많고 디지털 방송방식에서는 On-channel Repeater를 사용하여 난시청지역을 줄일 수 있으며, 현재의 아날로그방식에서도 이와 비슷한 방법으로 난시청지역을 없애고 있는 실정이다.

두 번째로 실내 Antenna 수신 문제인데, 실내의 전파 환경에서는 벽에 의한 전파 신호의 감쇄, 벽에서 반사되는 신호, 실내 여러 가지 전기 기기에 의한 전자파신호의 간섭, 실내의 주변사람들의 움직임에 의한 신호의 교란 등으로 인하여 강한 다중 신호 왜곡이 있어 정상적인 신호의 수신이 야외 수신이나 옥외 안테나보다 어렵게 된다. 이러한 실내 수신의 경우에는 두 방송방식 모두 최대의 전송률을 확보하려면 외부 Antenna를 사용할 수밖에 없으며 또 부득이 실내 환경에서의 수신을 보장하려면 실제 수신 전송률을 줄일 수밖에 없다. 이 문제는 기본적으로 경제적인 상용 실내 수신안테나의 기술 발전으로 해결해야 할 문제로 현재 지속적인 노력을 통하여 상당 부분 개선된 상태이며, 또한 COFDM방식이 동일 전송률에서 좋은 실내 수신특성을 보이고 있다는 어떤 연구 결과도 없다.

마지막으로 이동수신문제는 COFDM방식을 통해 구현 할 수 있지만, 그 반대 급부로 실제 전송률이 10Mbps이내로 떨어지게 되어 6MHz대역에서 HDTV서비스는 원천적으로 불가능하며, SDTV 서비스도 1개 내지 2개 Channel정도 외에는 어려운, 따라서 매우 낮은 주파수 이용 효율을 보이게 되기 때문에 이런 큰 전송상의 손실을 감수하면서까지 이동수신을 위한 배려를 DTV방송에서 실시할 것인지에 대해서는 TV에서 이동수신이 차지하는 중요성에 비추어보면 의문이라고 하지 않을 수 없다. 현재 유럽 대부분 국가(영국, 독일, 프랑스, 이태리 등)도 아직 이동 수신에 대한 구현계획이 없으며, 실험실내에서 학문 연구 위주로 진행되고 있는 실정이다. 비교적 낮은 해상도로 해결할 수 있는 이러한 이동수신의 욕구를 구현하기 위한 구체적인 배려는 오히려 COFDM방식을 이용하기보다는 앞에서도 언급하였지만 DTV와 경쟁 관계에 있는 DAB나 PCS 혹은 IMT-2000등과 같은 매체의 기술발전과 연계시켜 생각하는 것이 더 바람직할 것이며 실제로 선진국에서는 이러한 것에 대해 구체적인 연구에 착수한 것으로 알려져 있다.

아래의 표3은 이제까지 설명한 여러 가지 기술적 항목에 대해 두 방식의 특징을 정리해 놓은 것이다.

4. 결론
 

우리 나라의 디지털 방송 방식으로 결정된 미국의 8-VSB방식이 모든 측면에서 어떤 전송 방식보다 가장 뛰어난 전송 기술은 물론 아니며 기술적인 측면에서 볼 때 COFDM방식이 8-VSB방식보다 몇 가지 중요한 장점을 갖고 있음도 부인할 수 없다. 그러나 모든 기술은 현실적인 경제성 측면에서 그것이 쓰이게 되는 용도에 가장 적합하도록 설계되며 그 용도에서 대응 가치가 적은 성능 항목에까지 과도하게 설계하지는 않는다. 현실 세계에서는 아무런 대가없이 모든 것을 우리가 원하는 대로 얻을 수는 없으며 거기에는 늘 하나의 타협점이 존재하기 마련이다. 주지하는 바와 같이 이것을 공학에서는 trade - Off라고 부르는데 8-VSB는 일반 가정에서의 DTV 수신과 같은 고정 수신의 용도로 개발되었으므로 이동수신 성능은 상대적으로 낮다. 또한 폭넓은 일반적인 수신 환경인 4dB 이하의 Echo 환경에서 8-VSB는 COFDM보다 우수한 성능을 보이지만 Echo가 비현실적으로 큰 수신환경에서는 불리하다. 또한 8-VSB가 이상적 목표인 SFN용도로 개발되지는 않았지만 디지털TV에서는 난시청지역을 위한 On-Channel-Repeater가 가능하여 매우 현실적인 목표를 충분히 만족시킬 것으로 기대된다.

구현상에서 우리 나라의 여건을 살펴본다면, 우리 나라도 DTV방송 방식 선정 시 반드시 충족시켜야 할 방송제도와 정책에 근거한 독자의 조건이 있는데, 현실적으로 기존 아날로그 방송과의 연계를 위하여 방송대역폭으로 기존과 동일한 6 MHz대역을 사용해야 한다는 것과, DTV방송은 HDTV방송을 포함하여야 한다는 것이다. 따라서 6MHz를 통한 HDTV방송이라는 우리 나라 DTV의 독자적인 목표에 적합한 전송 방식은 8-VSB이며 7-8MHz 문화의 유럽에서 SDTV용도로 개발된 COFDM은 우리 나라 DTV전송방식으로는 적합치가 않다. 여기서 주 참고로 한 ITU의 DTV 선정에 관한 안내보고서에서도 다수의 항목에 걸쳐 두 방식의 성능을 비교 평가하고 있으나 종국적으로는 각 국가는 그 나라가 가지고 있는 독특한 방송 여건을 충분히 감안하여 가장 적합한 방식을 선정하도록 권장하고 있다. 마지막으로 독자의 이해를 돕기 위해 미국의 ATSC와 Harris에서 이 문제에 대해 제시한 여러 가지 발표문을 부록으로서 아래에 번역, 요약하여 놓았다.

번호	항목	ATSC	DVB-T
1	Multi-path 영향	정적 신호중 4dB 이하에서 유리 동적 신호는 불리	정적 신호중 4dB 이상에서 유리 동적 신호는 유리
2	채널간 간섭	다소 유리	carrier power가 약하므로 co-channel 간섭에 약할 것으로 예상
3	Coverage area	3.5dB 유리	불리
4	Power (Peak/Avg.)	6.3dB in 99.9%	8.2dB in 99.9%
5	C/N	Tov에서 14.9dB (15.19dB, RF Test)	ATSC보다 불리
6	TOV	3x10-E6 (BER)	10-E11(QEF)
7	스펙트럼 효율	유리	불리
8	SFN	불리	유리
9	기존 방송망 활용성	기존 송신 site의 활용 가능	SFN시 재배치/재설계 필요
10	HDTV구현	유리	불리
11	비트율 (유효 데이터율)	19.28Mbps (8-VSB)	QAM 변조방식 및 GI에 따라 다르나 대체적으로 8-VSB보다 낮음
12	이동수신	다소 불리	유리
13	수신기 위상잡음 / 임펄스잡음특성	유리	불리
14	동일채널DTV 및 아나로그TV 간섭성	유리	다소 불리

(표3) 8-VSB 및 COFDM 방식의 기술적 항목의 성능 비교

참고 문헌
 

[1] ITU-R, Special Rapporteur " Guide for the Use of Digital Television Terrestrial Broadcasting Systems Based on Performance Comparison of ATSC 8-VSB and DVB-T COFDM Transmission Systems", Documents 11A, 7, May, 1999

[2] ICCE 99, Invited Paper, Dr. Yiyan Wu, "Performance Comparison of ATSC 8-VSB and DVB-T COFDM Transmission Systems for Digital Television Terrestrial Broadcasting", 1999

[3] ATSC, Executive Director, "Sinclair's DTV Demonstration : The Resrof the Story", 1999

[4] ATSC, "DTV -Frequently Asked Questions", 1999

[5] ATSC, "ATSC VSB Transmission : The Right Choice for US DTV Broadcasters", 1999

[6] ATSC, "There is No need to Reconsider the ATSC VSB Transmission System for Digital Television", June, 1999

[7] Harris Position Paper, "The DTV Transition : Stay the Course on ATSC", August 10, 1999

[8] LG전자 관련자료, 사신, August, 1999

부 록


8-VSB 및 COFDM의 전송방식 성능 비교자료 요약 1
 

(원제 :Sinclairs DTV Demonstration: The Rest of the Story By Craig K. Tanner, Executive Director, ATSC)

 

Sinclair Broadcast그룹은 Baltimore에서 6 MHz version의 DVB COFDM system과 8-VSB 방식간의 DTV 전송 실험데모를 행하였다.(UHF Channel 40) 직접 참관한 저자의 결론은 COFDM의 알려진 장점에 대해서만 홍보한 반면 그 반대로 COFDM의 단점과 8-VSB방식의 장점에 대해서는 언급하지 않았다는 것이다.

데모는 Baltimore시내 중심부의 송신기로부터 불과 수마일 밖에 떨어지지 않은 즉, 고층빌딩에 의한 강한 다중경로 성분이 존재하는 곳에서 실내 안테나를 이용한 시험이었으며 이러한 극히 제한 된, 특수한 여건의 실험에서는 COFDM이 우수한 성능을 보이는 것은 당연하다. 그러나 여기에는 다음과 같은 함정이 있다.

COFDM의 이와 같은 강한 다중경로 성분제거능력은 DTV에서 요구하는 다른 수많은 조건들을 희생해서 얻은 결과에 불과하다. 이것은 공학을 다루는 실세계에서 우리가 부딫히는, 소위 타협(tradeoffs)에 의한 결과인 것이다.

결론적으로 COFDM은 이의 반대급부로 낮은 전송비트율, 8-VSB에 비해 현저히 줄어든 서비스영역, 그리고 낮은 신호레벨에서의 수신, 특히 실내 수신등 에서 불리하다.

자동차의 예를 들면 만약 당신이 큰 엔진의 차를 원한다면 그 차는 당신에게 보다 큰 힘과 높은 추진력은 줄 수 있으나 소모되는 기름 값은 작은 차에 비해 더 많아 질 것이다. 그러므로 이것은 당신이 어디에 가치를 더 둘 것 인가하는 선택의 문제인 것이다. 항상 현실의 물리적인 세계에서는 동시에 장점만을 제공하지는 않는 것이다. DTV의 전송방식의 선정도 이와 같다. 8-VSB의 성능은 수신기의 기술발달로 다중경로 성분제거능력이 향상될 것이며 COFDM이 갖지 못하는 많은 장점을 갖고 있다.

 

COFDMs Origins
 

처음부터 COFDM은 높은 신호레벨(송신기와 가까운곳)과 강한 다중경로 성분에 최적화 되도록 고안된 시스템이다. COFDM은 SFN이라고 불리는 전국단위의 단일 주파수 망의 설계를 위해 만들어졌으며 이것은 유럽에 적합하도록 되어있다.

그 이유는 SFN은 인접한 두 개의 송신소에서 동일한 TV채널의 전송을 위해 사용된다. 즉, 수신자는 이 두개의 송신소중 한곳에 안테나를 맞추어 수신하면 되는데 이것은 아날로그 시스템에서는 불가능한 것이다. 송신자의 입장에서는 그야말로 송신주파수를 하나로 통일할 수 있는 시스템인데 그 조건은 다음과 같다.

첫째는 COFDM과 같이 강한 고스트 성분을 제거할 수 있는 시스템을 사용해야하는데 이것은 앞서도 언급 하였둣이 다른 많은 장점을 포기한 대가로 얻어지게되는 것이다. 두 번째로는 SFN을 구성하는 송신기들은 상대적으로 가까운 거리에 위치하여야하는데 이것은 수신지역에서 상대적으로 높은 수신레벨 이어야 하기 때문이다. 세 번째로는 각 송신소는 동일한 프로그램을 동일한 시간에 방송하여야한다. 다시 말하면 모든 송신기가 비트대 비트단위까지 송출에 있어서 동기가 이루어져야 한다는 것이다. 그래야만 한 수신자의 입장에서 다른 신호가 고스트로 간주될 수 있는 것이다. 즉, SFN을 위한 동기 네트웍을 구성해야하고 또 경우에 따른 지방방송이나 지역 송출이 전혀 불가능하게 된다.

 

The SFN Constraint
 

틀림없이 SFN은 방송 주파수대역에서 주파수 효용성을 높일 수 있는 훌륭한 방안임에는 틀림없으나 이것은 유럽과 같은 좁은 지역에서 정부단위의 방송국이 전국적으로 동일한 방송을 송신할 때 사용될 수 있으며 미국과 같이 각 지역에서 다른 사업자들에 의해 내용적으로 다른 방송을 송신하는 경우에는 채택이 불가능하며 이것은 우리 나라의 경우에도 해당된다. 다시 말하면 다른 많은 장점을 희생해 가면서 이러한 조건의 시스템을 선정할 필요는 없는 것이다.

 

COFDM - Two Major Performance Limitations
 

COFDM은 많은 단점이 있지만 그 중에서 다음의 2가지가 가장 결정적이라고 할 수 있다.

첫째, COFDM 수신기는 8-VSB수신기에 비해 동일한 화질과 품질을 위해서는 약 3배 가량의 수신신호 전력 레벨이 필요하다.

두 번째로는 동일한 대역폭에서 8-VSB수신기에 비해 전송 가능한 비트율이 떨어진다는 것이다.

따라서 COFDM system은 8-VSB에서는 아무 문제없이 수신가능한 전계가 약한 지역( Grade B service area)에서 심각한 수신상의 어려움과 수신가능지역의 축소를 야기한다. Sinclair 그룹은 바로 이러한 점에 대해서도 언급하지 않고 있다. 또한 이러한 단점을 극복하고자 송신 출력을 증강시키는 것은 동시방송조건인 아나로그 채널에 심각한 간섭을 일으키게된다.

전송 가능한 데이터율에 있어서는 Sinclair Broadcast Group에서는 COFDM system이 18.66 million bits per second를, 8-VSB system이 19.3 million bits per second를 전송하는 것을 데모하였으며 이 차이는 HDTV신호를 전송할 수 있느냐 없느냐의 차이와 바로 직결된다. 왜냐하면 현재의 기술 수준으로 HDTV신호를 품질상의 열화없이(빠른 동화상에 있어서도)전송하기 위해서는 최소한 18Mbps이상이 필요하기 때문이다. 또한 장래에 활성화될 데이터 방송을 위해서도 이 전송 용량의 차이는 매우 중요하다. 유럽은 이미 DTV를 도입할 당시부터 8MHz의 대역폭에도 불구하고 HDTV전송을 고려하고 있지 않는 것도 바로 이러한 점을 반영하고 있는 것이다.

 

ATSC Receiver Technology

가전업자들의 8-VSB수신기 기술에서는 다중성분(고스트 제거)을 제거하기 위해 adaptive equalizer를 채택하고있으며 이 기술은 이미 일부에서는 2세대 칩세트까지 나올 정도로 진전을 이룩하고있어 8-VSB수신에서 다중성분제거 능력은 한층 향상될 것이다.

Sinclair그룹은 강한 고스트 성분이 존재하는 곳에서의 수신불능 때문에 8-VSB시스템이 추구하는 아나로그 방송 구역의 복사는 불가능하다고 하나 이것은 8-VSB시스템에만 해당된 것은 아니고 아나로그 시스템이나 COFDM 시스템에도 해당되는 이야기이다. 이러한 지역을 위해서는 결국 시스템 자체를 바꾸어야하는 것이 아니고 케이블 망을 이용하거나 고성능의 마스터 안테나등의 설치가 이루어져야 할 것이다.

 

Moving Ahead
 

결론적으로 지금은 방송방식의 변환이나 재 논의의 시점이 아니라 선정된 방식이 우리가 목표로 하는 혹은 더욱 성능이 향상될 수 있도록 그 방식에 대해 연구하고 보급 및 확산에 주력하여야 할 것이다.

 

8-VSB 및 COFDM의 전송방식 성능비교자료 요약 2
 

(원제 :Harris Position Paper, The DTV Transition: Stay The Course on ATSC, August 10, 1999 )

DTV 규격의 재논의는 DTV로의 전환에 심각한 타격을 줄 것이다 (Reopening the DTV Standard Debate Would Imperil the Transition to Digital.)

Sinclair가 주장하는 COFDM방식으로의 전환 재 논의는 그에 따르는 혼란과 막대한 손실비용발생 , 심각한 지연에 대한 아무 책임 없는 언급이다. 이미 미국내 166개 방송국은 DTV전환에 따른 장비의 발주나 구매가 이루어져있는 상태이다. FCC는 1996년에 10년여에 걸친 공개되고 과학적으로 엄격히 검증된 절차에 따라 현재의 방식을 결정한 것이며 이 과정에서 이미 수많은 조건들과 타협점(trade-offs)이 검토, 검증되었다.

최근의 COFDM 데모에서는 ATSC규격의 장점이 거론되지 않았다.(Recent Demonstrations of COFDM Ignore the Crucial Benefits of the ATSC Standard.)

1세대 수신기를 사용하고 대도심의 고전계 강도, 강한 다중경로 성분이 존재하는 극히 한정된 지역에서 실내 안테나를 이용한 수신실험에서 COFDM이 8-VSB에 비해 양호한 수신 성능을 보였다고 해서 COFDM방식이 모든 면에서 8-VSB에 비해 우수한 방식이라고 이야기할 수는 없다. 이 문제는 이미 FCC가 이 방식을 선정할 당시부터 미국 방송계와의 협의에 의해 아래에 열거하는 다른 많은 장점에 의한 하나의 타협에 불과한 것이다.

그 장점이란 :

1. 보다 더 넓은 서비스영역의 제공 : 8-VSB 방식은 COFDM 방식에 비해 동일한 출력에서 보다 더 넓은 지역에서의 서비스 영역을 제공 할 수 있고 이에 따른 저 출력으로 운용자의 비용 절감등의 이점이 있다.

2. 기존의 아나로그 방송망에 대한 보호가 우수하다. : 8-VSB 방식은 COFDM 방식에 비해 동일한 출력에서 보다 더 넓은 지역에서의 서비스 영역을 제공 할 수 있기 때문에 기존의 아나로그 신호에 대한 영향을 최소화할 수 있고 또, COFDM이 8-VSB의 서비스 영역과 같은 넓이를 커버하기 위해 출력을 증강시키면 기존의 아나로그 시스템에 심각한 영향을 줄 수 있다.

3. 운용비용의 절감. : 8-VSB 방식은 COFDM 방식에 비해 월간 4-5배 가량 싼 비용으로 송신기를 운용할 수 있기 때문에 방송국에 많은 이익을 줄 수 있다.

4. 임펄스성 잡음에 보다 더 우수함. : 임펄스성 잡음은 특히 VHF대역과 낮은 UHF 대역에서 가정용 전기 기기와 고전압선에 의해 많이 발생하는데 구조적으로 8-VSB 방식은 COFDM 방식에 비해 이러한 잡음에 보다 더 우수하다.

5. 스펙트럼 이용효율이 더 우수함. : 8-VSB 방식은 COFDM 방식에 비해 스펙트럼 이용효율이 더 우수하다. COFDM 방식은 고정수신의 경우에도 6 MHz 대역에서14.7-17.9 Mbps에 불과하다. 반면 8-VSB 방식은 19.4 Mbps를 전송 할 수 있다. 따라서 8-VSB 방식은HDTV의 전송이 가능한 반면 COFDM 방식에서는 불가능하다.

이동수신의 경우에는 더욱 줄어들어 7-8 Mbps에 불과하다.

DTV 수신기와 Antenna 기술의 발전으로 DTV의 실내 수신능력이 향상될 것이다(Advances in DTV Receiver and Antenna Technology Will Improve Indoor DTV Reception)

실내 수신의 경우에도 수신기의 제조기술과 안테나 기술의 향상으로 더욱 향상될 것이다. 이미 수신기 제조업자들은 2세대의 수신기 칩세트를 개발중이며 진보된 adaptive equalizer와 실용적인 능동 안테나의 채용 등으로 실내 수신은 물론 강한 다중경로 성분이 혼재하는 상황에서의 수신도 가능하게될 것이다. 그리고 이 분야에서의 수신기 제조업체들의 경쟁은 매우 치열하다.

이러한 면에서 본다면 Sinclair가 행한 데모는 제1세대의 수신기로 실험했을 뿐 만 아니라 위와 같은 여러 가지 정황을 고려한 과학적인 실험이 아니라 매우 선택적이고 편협적인 설명에 지나지 않는다는 것을 알 수 있다. 또 ATSC 에서는 이미 이전에 20여가지 다른 종류의 집에서 실내 수신 실험을 완료한 바 있다.

COFDM으로의 전환은 방송사에 막대한 재정적 부담을 줄 것이다(Contrary to Some Claims, the Financial Impact on Current Broadcasters Required to Retrofit Their DTV Systems to COFDM Would be Substantial.)

COFDM송신기는 ATSC송신기와 같은 크기의 영역을 커버하기 위해서는 약 4배, 즉 6 dB의 출력을 더 필요로 한다. 따라서 방송사는 COFDM방식을 채택할 경우 동일한 커버리지를 유지하기 위해서는 다음의 두가지중 한가지를 선택해야 한다.

그 첫째는 송신출력을 4배 증가 시켜야하는 것인데 이것은 연간 전기료만 $227,000가 더 소요되고 추가되는 시설비투자로 약 1백만 달러 혹은 그 이상이 소요될 것이다.

두 번째 사항은 SFN을 건설하기 위해서는 기존의 송신기보다 4배 혹은 그이상의 송신기를 설치하기 위한 타워나 위치선정, 건설 등이 이루어져야하며 이에 따르는 심각한 전환일정의 지체를 감수하여야 할 것이다. 동시에 위의 두 가지 경우 모두 기존의 채널 재배치안을 모두 근본적으로 바꾸어야하는 부담도 있다. 마지막으로 지적할 사항은 기본적으로 유럽은 국가나 정부가 주도하는 방송국으로서 여러 송신소에서 동일한 프로그램을, 그것도 밀집된 지역에서 해야하므로 SFN의 필요성이 제기되나 미국은 모두 상업방송으로서 원칙적으로 모든 방송국이 다른 지역, 다른 계층을 상대로 다른 프로그램을 송신 해야하는 관계로 SFN은 필요가 없게된다. 또한 미국은 유럽과 다른 지형적 특성을 갖고있다.

 

8-VSB 및 COFDM의 전송방식 성능비교자료 요약 3
 

(원제 :There is no need to reconsider the ATSC VSB Transmission System for Digital Television, ATSC)

DTV를 위해서 선택한 ATSC VSB 전송 시스템을 더 이상 재고할 필요가 없다 (최선의 선택임).

 

Sinclair의 주장

싱클레어 방송은 필라델피아 PA에서 행해진 약간의 실내실험(9군데)을 근거로 하여 ATSC VSB는 아날로그 방송보다도 더 못한 수신특성을 보였으며 반면에 유럽의 COFDM은 빌딩과 주거지 등의 실내실험에서 좋은 수신특성을 나타냈다고 발표함. 또한 지금 전송 시스템의 교체(VSB에서 COFDM으로)는 디지털 TV 표준의 일부 변경이므로 파급 효과가 아직은 적음.

ATSC의 응답

싱클레어 실험의 문제점

1) 9곳의 실내실험만 했음

2) 비교에 사용된 아날로그와 디지털 신호(VSB)의 주파수가 다름

3) 아날로그와 디지털 신호의 전계강도 및 멀티패스 등을 측정하지 않았음

4) 기술적인 세부사항들(각각의 송신기 위치와 안테나 높이, 신호의 상대적인 전력차등)이 언급되지 않았음

5) 필라델피아 DTV 방송국 중 1개는 완전한 전력을 내지 못하며 안테나 높이도 적절치 못함.

6) 실내실험에서 발생되는 멀티패스(고스트) 현상을 제거하기 위하여 수신기의 등화기 기술이 중요한데 이러한 기능 등이 보강된 최신의 DTV 수신기를 사용했는지가 불분명함.

○ ATSC VSB 신호는 200곳 이상의 실내실험과 2,400곳 이상의 실외실험을 통해 일부 아날로그 신호의 수신상태가 나쁜 지역에서는 디지털 신호의 ‘cliff effect' 때문에 수신되지 않는 지점이 있다는 것을 확인되었지만 COFDM도 같은 상황임.

○ 현재 DTV 수상기 업체들은 실내수신 기능을 높일 수 있는 2세대 수신기 와 실내안테나의 개발에 많은 진보를 보이고 있음.

○ 싱클레어의 실험은 ATSC가 실내실험에서 문제가 있다고 발표했음 뿐, COFDM이 더 나은 성능을 갖고 있다는 증거는 제시하지 못함. (오히려 그와 반대되는 과학적 자료들도 제시되고 있음)

○ ATSC 방식은 COFDM보다 임펄스 노이즈가 있는 곳에서는 월등한 잇점을 가지고 있으며 같은 수신가능 지역(커버리지)를 갖기 위해서 COFDM은 ATSC보다 2.5배의 신호가 필요함(낮은 전계강도의 수신이 가능한 ATSC가 실내수신에 더 적합하다는 증거임).

○ COFDM 옹호자들은 멀티패스가 있는 지점에서는 이러한 ATSC의 장점은 무시될 것이라고 하지만 COFDM은 비현실적으로 높은 전계강도를 갖는 지점에서만 이론적인 장점을 가지고 있을 뿐이며 실제적인 신호에서는 VSB가 더 나은 성능을 보이고 있음.

○ 200곳 이상의 실내실험에서 ATSC 방식은 기대이상의 좋은 수신특성을 나타냈으며, 영국에서의 실내실험자료에 의하면 COFDM에 문제점이 많은 것으로 나타나서 오히려 실내보다는 실외의 높은 안테나가 적절한 것으로 지적되고 있음.

○ 싱클레어가 제안한 전송방식의 변경은 다음과 같은 이유에서 매우 무책임한 발상임.

1) 미국 시청자의 50%를 점유하고 있는 70 개의 방송국이 이미 DTV 방식의 방송을 하고 있으며 장비제조 업체에서는 많은 모델의 TV 수상기와 셋톱박스 및 관련 제품의 생산을 하고 있음.

2) 전송표준의 변경은 관련 프로그램 및 제품의 개발에 수년을 소요로 할 것임.

3) 스펙트럼(주파수) 사용에 대한 새로운 계획이 필요함.

4) 이러한 시도는 성공적으로 DTV를 도입한 방송계 및 장비 제조업체에 수억 달러의 비용을 추가로 요구함.

 

결론

1) 전환비용과 시간적 지연이 없다고 가정하더라도 전송방식을 바꿀 근거가 전혀 없음.

2) ATSC의 VSB 전송방식은 10년간의 계획과 개발 및 실험을 거쳐 확정된 방식으로서 실내수신을 포함해서 DTV에 가장 적합한 방식임.

 

8-VSB 및 COFDM의 전송방식 성능비교자료 요약 4
 

(원제 :Digital Television - FAQ, ATSC)

 

* Q1 : 미국에서의 디지털 TV의 구현 진행 상황

* A1 :


1. 방송국 : 4. 18일까지 29 도시의 57 개 방송국에서 DTV 구현 시작(미국 인구의 44 % cover)

2. 수신기

- HDTV 수상기 : $5000 - $7000 수준

- Set top box : $649 까지 가능

3. HDTV 프로그램 방영 현황

- ABC : 주당 2 개의 영화 방영

- CBS : 1998 - 1999 시즌의 NFL football game 방영

- NBC : 4. 26일부터 The Tonight Show with Jay Leno 방영

- PBS : 월 1 개의 특별 프로그램 방영

* Q2 : 미국을 제외하고 ATSC를 채택한 나라는 ?

* A2 : 한국, 캐나다, 아르헨티나, 타이완

* 채택 가능성이 높은 나라 : 북, 남아메리카(멕시코, 브라질 등), 많은 아시아 국가들, 러시아, 구소련 연합 국가들

* Q3 : ATSC의 주요 장점

* A3 :


1. 실제 방송 환경에서 더 넓은 Coverage (같은 Coverage를 유지하려면 DVB는 4 dB의 전계 강도를 더 요구됨)

2. 더 높은 데이터 율 (같은 조건에서 COFDM은 16 % 데이터율이 줄어듬, HDTV 방송이 어려움)

3. Peak Average Ratio(VSB : 4dB, COFDM : 6dB)

4. Dolby AC-3 오디오가 MPEG-2보다 우수함

* Q4 : 호주가 세심한 평가후에 유럽 규격을 선택한 이유

* A4 :그들의 특별한 needs와 priorities에 따라 결정

* Q5 : ATSC의 VSB 전송시스템이 실내 수신이 안된다는 기사에 대해서는

* A5 : There is No Need to Reconsider the ATSC VSB Transmission System for Digital Television 요약문 참조

* Q6 : ATSC가 이동 수신기에 의한 수신을 제공하지 않은 이유

* A6 : 고정된 수신기의 Coverage 영역에서 더 많은 비트율을 제공하기 위해서이다. ATSC는 아날로그 방송보다 더 넓은 Coverage 영역을 갖고, 6 MHz채널에 HDTV 방송을 보낼 만큼 충분히 큰 비트율을 제공하도록 설계되었다. 그런데 이동 수신을 고려하면 비트율이 감소하는 등 시스템의 성능이 훨씬 떨어지게 된다. 이동 수신과 최대 성능을 가지게 하는 것과는 trade-off 관계가 있다. 그래서 이동 수신을 고려한다면 다른 변조 방식을 쓸 것을 권고하고 있다. DVB-T 시스템도 이동 수신을 위해 설계된 것이 아니고, 비트율을 현저히 감소시켜서 이동 수신을 할 수 있다는 것이다.

* Q7 : 유럽 규격이 케이블이나 위성 방송과 더 나은 interoperability를 제공하지 않는가 ?

* A7 : 공통된 이름이 interoperability를 보장하지 않는다. DVB-S, DVB-C, DVB-T는 기본적으로 다른 변조 방식을 사용한다. 각각 QPSK, QAM, COFDM을 사용한다.

이에 비해 ATSC는 지상파(8-VSB)와 케이블(16-VSB)에서 같은 변조 방식을 사용하기 때문에 더 나은 interoperability를 제공한다.

* Q8 : ATSC 디지털 TV 시스템에서 남아 있는 주요 요소는

* A8 : - 수개월 내에 할 것 :

1. Conditional Access System for Terrestrial Broadcast

2. Modulation & Coding Standard For DTV Satellite Transmission

3. Data Broadcasting Standard

- Long term

1. DTV Application Software Environment(DASE) Standard

2. Interactive Service Upstream Protocols

 

8-VSB 및 COFDM의 전송방식 성능비교자료 요약 5
 

(원제 :ATSC VSB Transmission : The Right Choice for US DTV Broadcasters, ATSC)

 

◎ ATSC 의 입장

◎ 최근 논의 되고 있는 VSB 방식의 재검토론에 대한 ATSC 의 공식적인 입장

 

1999년 7월 2일. ATSC 성명

- 최근 미국의 싱클레어 방송 그룹에서 8-VSB변조방식의 기술적 단점을 들어 ATSC방식에 대한 재검토를 강력하게 요구하고 있는것에 대하여 ATSC의 공식적인 입장을 정리해 보면 다음과 같다.

- 수신성능 : 다수의 실측 비교 보고서를 보면 실외수신에서는 VSB가 DVB-T보다 우수하며, 실내 수신에 대하여는 논란의 여지가 있다. 그러나 이것은 아날로그 수신의 경우도 마찬가지이며 COFDM이 더 수신이 잘 된다는 근거도 없다. 실외수신 실험에서 우수성이 증명되었듯이 실내수신 역시 수신기의 개량을 통하여 더 나은 성능 입증이 기대된다.

- 아날로그 대 디지털 : 일반적으로 아날로그 방송이 웬만큼 잘 수신되는 곳에선 완벽한 디지털 방송 시청이 가능하다. 그러나 문제는 특정 수신 전계 이하인 지점에서는 아예 디지털 방송 시청이 불가능하다는 점이다. 이점은 COFDM역시 마찬가지이며 더 나을 것이라는 증거도 없다.

- VSB 대 COFDM: 이 두 방식의 비교는 제한된 범위에서만 실시되었다. 2년전 호주에서는 7 MHz의 COFDM과 6MHz의 VSB의 비교 실험이 있었으며 주로 실외수신실험 위주였다. 실측데이터의 비교에서는 VSB의 특성이 더 좋다는 결론이 나왔다. 1998년엔 싱가폴에서 8MHz의 COFDM과 6MHz의 VSB 시스템과의 비교 실험이 이루어졌다. 주로 실외측정이었고 실내측정도 일부 이루어졌다. 비록 공식적으로 발표된 결과보고는 없었지만 호주의 측정결과와 그리 다르진 않았다. 그러나 이들 두 나라의 경우 현재 유럽 방식인 PAL시스템을 사용하고 있고 역사적으로 영국 문화권이므로 이런 실험 결과에도 불구하고 유럽의 DVB-T를 채택할 것이다.

VSB와 COFDM과의 비교 실험이 올해 하반기에 브라질에서 이루어질 예정이다.

이 실험에서는 양 방식모두 최근에 개발된 최신 수신기를 사용할 것이고 최초로 6MHz COFDM과의 비교실험이 이루어질 것이므로 공정한 비교가 될 것이다.

또한 테스트 결과의 철저하고 과학적인 검증을 통하여 싱클레어 그룹에서 제시한 데이터 보다 공정한 결과를 기대할 수 있다.

COFDM의 경우 다양한 동작 모드가 있지만 VSB와의 동일 채널조건에서 이와 상응하는 데이터 전송율을 내려면 성능이 VSB보다 떨어질 수 밖엔 없다. 반면에 전송특성을 개선하려면 데이터 전송율을 낮춰야 하는데 현재 8MHz 채널에서도 이와 같이 낮은 전송율로 방송하고 있으며 이 경우 HDTV 품질의 전송이 힘들다.

- 전환계획의 차질 : 전송 표준을 재검토한다는 것은 다시 수년의 지연을 초래한다. 6 MHz COFDM의 경우 현재로서는 완벽한 테스트가 불가능하다. 더욱이 현재 VSB와 COFDM사이의 차이점을 감안하면, 새로운 주파수 배치가 이루어져야 한다. 그리고 지금까지 개발된 디지털 송수신 장비는 수정되거나 폐기되어야 하는데 이 경우 디지털 방송은 심각하게 지연될 것이다.

- 결론 : 미국의 경우 현재의 디지털 방송을 이루어 내기까지 많은 노력을 기울였으며 VSB방식의 우수성을 인정하는 많은 증거가 나오고 있다. 실내수신에 대하여는 아직 더 정보가 필요하다. 현재 출시되는 수신기는 GA 프로토타입 수신기보다 대부분 우수하나 아직 품질이 떨어지는 것도 많이 있다. 아직도 많은 일이 이루어져야 하며많은 노력을 기울여야 한다. ATSC의 경우 방식의 재 검토보다는 최적화 하는데 노력을 경주 할 것이다.

※ 출처 - 기술연구소 목하균