차세대 지상파 방송 시스템 기술 동향

현재 세간의 관심을 모으고 있는 차세대 방송기술 NextGen TV, 5G Broadcast에 대해 살펴봅니다.

차세대 지상파 방송기술 소개

 

1. 개요

새로운 형태의 미디어 서비스가 등장함에 따라 방송사업자는 다양한 시청자 요구사항을 충족하기 위해 진화하고 있습니다. 기존에는 방송사가 직접 제작한 프로그램을 송출하면 편성 시간에 맞춰 수신하는 이른바 공급자 중심의 단방향 서비스 전달 체계였지만, 이제는 시청자 스스로 개인 맞춤형 미디어를 원하는 시간, 원하는 장소에서 소비하는 수요자 중심의 양방향 서비스 전달 체계로 변화하고 있습니다. 이러한 미디어 서비스 변화를 효율적으로 수용하기 위해 방송 시스템도 지속해서 발전되었으며, 본 글에서는 현재 주목받고 있는 최신 방송 시스템 기술인 NextGen TV, 5G Broadcast에 대해 알아보겠습니다.

NextGen TV, 5G Broadcast 이미지

 

2. NextGen TV

우리에게는 지상파 UHDTV 방송으로 익숙한 NextGen TV는 미국의 디지털 TV방식위원회가 만든 ATSC 3.0 표준 기반 방송 시스템 기술입니다. ATSC 3.0 표준은 기존의 ATSC 1.0 표준과 호환성을 지원하지는 않지만 4K 해상도, 고명암비, 넓은 색 영역 등의 초고품질 요소 기술을 포함합니다. 이를 통해 NextGen TV 수상기는 화소, 밝기, 색감, 선명도 등 모든 영상 품질 측면에서 시청자에게 만족스러운 시청 환경을 제공합니다. 또한 송수신 관점에서 향상된 성능과 유연한 서비스 제공을 위하여 직교주파수분할다중화, 고효율 채널부호화, 고차변조 등의 최신 기술을 적용하여 넓은 송수신 동작 모드를 지원합니다.

이러한 NextGen TV의 가장 큰 특징은 방송사업자의 선택권 확대입니다. 기존의 ATSC 1.0 표준은 단일 송수신 모드였기 때문에 방송사업자는 단일 방송 서비스만 제공할 수 있었지만, ATSC 3.0 표준은 방송사업자가 제공하고자 하는 서비스에 따라서 시스템 활용 폭을 넓힐 수 있습니다. 예를 들어 초고화질 기반 고정 방송 서비스를 제공하는 목적으로 망을 설계할 수도 있고, 아니면 화질보단 방송 권역을 확대하는 이동 방송 서비스를 제공하는 목적으로 활용할 수도 있습니다. 따라서 방송사업자는 인프라 구축 현황과 제반 환경을 고려하여 효율적인 시스템 설정값을 도출하여 NextGen TV 서비스를 제공하는 것이 중요합니다. 또한 방송 인프라 환경은 방송사업자의 인프라 투자에 따라 변화할 수 있으므로, 시스템 설정값을 고정적으로 사용하는 것보다는 단계적인 인프라 투자 계획을 고려하여 적절한 시점에 최적화된 형태로 재구성하여 사용하는 것이 효율적이라고 판단됩니다.

국내에서는 지상파 2017년 수도권에서 지상파 UHDTV 방송 서비스 시작하였고, 단계적으로 방송망을 확장하여 2027년까지 전국 UHDTV 방송 서비스 환경을 구축하는 로드맵을 수립하여 추진하고 있습니다.

3. 5G Broadcast

4G와 5G 상용 서비스가 도입된 이후로, 많은 스마트 기기 사용자들이 통신망을 통해 다양한 미디어 서비스를 이용하고 있습니다. 이러한 미디어 서비스의 대중화는 통신사업자의 ARPU를 높이는 데 기여하였지만, 급증하는 모바일 트래픽은 네트워크 부하를 증가시키고 안정적인 모바일 서비스 환경을 위협하는 문제로 대두되었습니다. 이러한 문제에 대응하기 위해 3GPP에서는 통신망을 기반으로 멀티캐스트/브로드캐스트 서비스가 가능한 MBMS 기술을 표준화 하였습니다. MBMS 기술을 이용하면 동일한 미디어 서비스를 다수의 사용자에게 효율적으로 제공할 수 있고, 설 경계에 있는 사용자들의 수신 성능을 개선할 수 있어, 결과적으로 높은 서비스 품질을 달성하는 데 도움이 될 것입니다.

MBMS기술은 3GPP 릴리즈를 거듭해 오면서 다양한 시스템 요구 사항을 반영하여 지속해서 발전하였습니다. 최근에는 5G Broadcast 기술로 진화하였으며, 다음과 같은 기술적 특징들이 있습니다. 첫 번째는 MBSFN 기술입니다. 이 기술은 다수의 기지국을 묶어서 동기화된 동일한 물리신호를 전송함으로써 셀 경계에서 수신 신호 세기를 개선할 수 있습니다. 하지만 이를 위해 정확한 MBSFN 동기화 조건을 만족하는 것이 중요합니다. 두 번째는 MBMS 전용 캐리어입니다. 이를 통해 최대 60%로 제한된 물리 자원을 100% 사용할 수 있게 되었고, 별도의 유심 없이 단말기만 있으면 MBMS 서비스를 제공받을 수 있게 되었습니다. 세 번째는 주파수 대역폭입니다. 기존에는 1.25/2.5/5/10/20 MHz 통신 대역폭만 지원되었습니다만, 6/7/8 MHz 방송 대역폭을 새롭게 추가하여 UHF 주파수 대역에서도 MBMS를 효율적으로 적용할 수 있습니다.

현재 5G Broadcast는 유럽을 중심으로 여러 차례 필드테스트를 진행 중이며, 국내에서도 경기 감악산에 실험국을 구축하고 관련 요소기술 검증을 수행하고 있습니다.

4. 결론

과거에는 방송망과 통신망이 별개로 인식되는 인프라였지만, 디지털 기술의 발전과 다양한 미디어 서비스의 등장으로 이제는 그 경계가 허물어지고 있습니다. NextGen TV와 5G Broadcast 기술은 모두 최신의 요소 기술을 적용하여 스펙트럼 효율성과 시스템 성능을 개선하였기 때문에, 특정 기술이 더 우월하다고 판단하기는 어렵습니다. 오히려 이러한 기술들을 융합하고 상호 보완적으로 활용하여 더 나은 미디어 사용자 경험과 새로운 가치를 창출하는 방향으로 발전할 것으로 전망합니다.

5. 약어정리

3GPP : 3rd Generation Partnership Project

ARPU : Average Revenue per Paying Use

ATSC : Advanced Television Systems Committee

3GPP : 3rd Generation Partnership Project

MBMS : Multimedia Broadcast / Multicast Service

MBSFN : Multimedia Broadcast multicast service Single Frequency Network

UHDTV : Ultra High Definition Television
UHF : Ultra High Frequency

정보통신기술사 이재권

 

2024.05.02 - [방송미디어] - ATSC 3.0 기반 데이터캐스팅 동향 (2024 NAB Show)

2024.05.11 - [방송미디어] - 5G Broadcasting의 국내외 기술동향