지상파 UHD 방송망 확장 기술

금일은 지상파 UHD 방송망의 확장 기술에 대하여 살펴보겠습니다.

지상파 UHD 방송망 확장 기술

 

1. 개요

2017년 시작한 지상파 UHD 본방송 서비스는 고품질 4K 비디오/다채널 오디오 서비스뿐만 아니라 재난 긴급경보, 양방향 인터랙티브 서비스 등 다양한 부가 방송 서비스를 제공하여 나가는 방식으로 발전하고 있습니다. 특히 지상파 UHD 방송망 구축 관점에서 보면, 복수의 UHD 송신기가 모두 동일한 주파수로 송신하는 SFN 기술을 적용하여, 주파수 사용 효율을 높이고 단일 RF 채널로 전국 서비스 제공이 가능해졌습니다.
본 글에서는 지상파 UHD 방송 시스템 구성에 대해 알아보고, SFN 기반의 UHD 방송망을 확장하기 위해 필요한 기술들이 어떤 것이 있는지 살펴보도록 하겠습니다.

2. 지상파 UHD 방송 시스템 구성

지상파 UHD 방송 시스템은 대략적으로 송출, 송신, 수신 3가지 파트로 나눌 수 있습니다. 송출 파트에는 촬영된 방송용 콘텐츠를 인코딩하고 관련된 시그널링 정보를 결합하여 최종적으로 ATSC 3.0 게이트웨이 신호를 생성하는 역할을 제공합니다. 이 때 ATSC 3.0 송출 시스템은 IP 프로토콜을 이용하여 데이터를 전달하기 때문에 보다 효율적으로 콘텐츠를 제작, 전달, 아카이빙, 배포 등이 가능해집니다.

이렇게 생성된 ATSC 3.0 게이트웨이 신호는 마이크로웨이브 무선 링크를 통해 각 송신소로 전달되게 됩니다. 이 경우, 다수의 송신소에서 SFN 방송망을 구성하기 위해서는 모든 송출 장비와 송신 장비들 간에 타이밍 동기, 주파수 동기, 데이터 동기가 일치해야 합니다. 만약 3가지 동기가 모두 일치한다면, 입력된 ATSC 3.0 게이트웨이 신호는 엑사이터를 통해 RF 신호로 변조하게 되고 송신 안테나를 통해 전파를 발사합니다.

최종적으로 가정에서는 수신 안테나에 연결된 UHD 수신기를 통해 UHD 방송을 직접 수신할 수도 있고, 만약 공동주택 환경이라면 UHD 공시청 장비를 이용하면 벽면 단자를 통해 손쉽게 UHD 방송을 수신할 수 있습니다.

[그림 1] 지상파 UHD 방송 시스템 구성

 

3. 지상파 UHD 방송망 확장 기술

일반적으로 기간국 송신망 구축 계획에 따라 UHD 시설 구축이 완료되면 대부분의 도심지에 거주하고 있는 시청자들은 UHD 방송 서비스를 무료 보편적으로 받을 수 있습니다. 하지만 산간벽지 및 도서 지역의 자연적인 난시청과 신규 건축물 등으로 인한 인위적 난시청으로 인해서 UHD 방송망 내에서 음역 지역이 필연적으로 발생하게 됩니다. 따라서 이러한 난시청을 해소하고 UHD 방송망을 확장하기 위해서는 UHD 중계기 설치가 필요합니다.

[그림 2] 지상파 UHD 방송망 확장 기술

 

UHD 중계기는 IP 타입 중계기와 동일채널 중계기로 구분할 수 있습니다. IP 타입 중계기의 경우 본사 주조정실에 생성한 ATSC 3.0 게이트웨이 신호를 IP 전용 회선을 통해 중계소까지 전달하는 방식입니다. 이 방식은 입력받은 신호의 품질이 우수하기 때문에 출력 RF 신호의 품질도 향상 일정하게 고품질을 유지할 수 있는 장점이 있으나, 대부분의 중계소가 고지대 산악 지역에 있어 IP 전용회선을 구성하기 매우 어려운 환경이거나 아니면 값비싼 설치비용이 발생하는 단점이 있습니다. 반면 동일채널 중계기는 UHD 송신기 모국 신호를 입력받아서 동일주파수 RF 신호로 재중계하는 장치를 말합니다.

 

이러한 동일채널 중계기는 단순 증폭형과 재변조형으로 나뉠 수 있는데, 단순 증폭형 동일채널 중계기의 경우 신호처리 딜레이는 감소하지만 입력신호 품질이 나쁜 환경에서는 운용하기 어려운 문제점이 있습니다. 반면 재변조형 동일채널 중계기는 추가적인 디지털신호처리 기능 탑재로 인해 신호처리 딜레이가 증가하지만, 간섭제거, 등화 등의 기술을 적용하여 상대적으로 우수한 출력 품질을 제공합니다.

따라서 방송 엔지니어는 중계소 구축 사이트의 환경, 모국 신호 수신품질 여부, SFN 방송망의 최대 딜레이 스프레드, 시스템 유지보수 비용 등으로 복합적으로 고려하여 사이트에 적합한 UHD 중계기를 설치 및 운용하는 것이 중요합니다.

4. 결론

본 글에서는 지상파 UHD 방송 서비스를 위한 방송 시스템 구성 및 방송망 확장 기술에 대해 간략히 살펴보았습니다. UHD 방송 기술은 최신 차세대 방송 기술로, 전통적인 방송 서비스는 물론 통신망과의 융합을 통해 다양한 부가 서비스를 시청자에게 제공할 수 있습니다. 따라서 다양한 부가 서비스를 효과적으로 전달하기 위해서는 UHD 방송망의 수신 환경을 지속적으로 개선하고 효율화하는 것이 중요합니다. 또한 UHD 정책 방안에서 규제 완화와 지속 가능한 환경 조성이 함께 이루어질 때, 무료 보편적 방송 플랫폼으로서 UHD의 활성화를 기대할 수 있으리라 생각합니다.

< 본 내용은 방송과 기술에 기고한 “지상파 UHD 방송망 구축 현황 및 확장 기술” 내용을 인용하여 재구성하였습니다 >

 

5. 약어정리

- ATSC : Advanced Television Systems Committee
- IP : Internet Protocol
- RF : Radio Frequency
- SFN : Single Frequency Network
- UHD : Ultra High Definition

 

 

정보통신기술사 이재권