차세대 케이블방송 기술개발 및 표준화 동향

Next-Generation Cable Broadcasting Technology and Standardization

저자
정준영, 김태균, 배재휘, 이재호, 조용성, 라상중, 최동준 / 케이블방송연구실
권호
30권 3호 (통권 153)
논문구분
방송통신미디어 기술특집
페이지
9-20
발행일자
2015.06.01
DOI
10.22648/ETRI.2015.J.300302
초록
케이블방송망은 광대역을 가진 유선망이라는 매체 특성으로 동일한 망을 이용하여 방송뿐만 아니라 통신까지 제공할 수 있는 양방향 방송서비스를 가능케 하는 방송통신 융합을 위한 최적의 망으로 거론되고 있다. 서비스 관점에서 케이블방송망은 도입초기 단순히 지상파 방송의 난시청 해소를 위한 수단이었으나 프로그램 공급업자와 종합 유선 방송국의 등장으로 독립적인 방송 매체로 발전하였으며, 북미 주도하에 1990년대 중반 통신법이 개정된 이후 양방향 고속 데이터서비스를 제공할 수 있는 방안으로 케이블 모뎀(CM: Cable Modem)을 개발하여 방송과 통신을 동시에 수용하는 통합망으로 발전시켜왔다. 최근 케이블방송은 전송 효율 고도화, 망 구조적 진화 및 대용량 콘텐츠 전송으로 크게 3개의 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 본고에서는 각 발전 방향에서 제시하는 차세대 케이블방송의 기술개발 및 표준화 동향에 대해 살펴보고자 한다.
   4476 Downloaded 6322 Viewed
목록

Ⅰ. 머리말

최근 인터넷 사용자의 급증과 다양한 멀티미디어 서비스에 대한 요구로 IP전화(VoIP: Voice over Inernet Protocol), 양방향 화상회의, 주문형 비디오(VoD: Video on Demand) 및 인터넷 TV (IPTV: Internet Protocol Television) 등과 같은 실시간 멀티미디어 서비스가 데이터 통신망을 통해 제공되기에 이르렀다. 또한 디지털방송 기술의 발달로 인하여 방송은 전통적인 방송의 영역뿐만 아니라 방송통신 융합으로 영역을 확대하고 있다. 기존의 방송이 비디오와 오디오 서비스에 국한된 반면 방송통신 융합에서는 데이터를 통한 방송의 양방향성에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.

특히 케이블방송망은 광대역을 가진 유선망이라는 매체 특성으로 동일한 망을 이용하여 방송뿐만 아니라 통신까지 제공할 수 있는 양방향 방송서비스를 가능케 하는 방송통신 융합을 위한 최적의 망으로 거론되고 있다. 서비스 관점에서 케이블방송망은 도입초기 단순히 지상파 방송의 난시청 해소를 위한 수단이었으나 프로그램 공급업자와 종합 유선 방송국의 등장으로 독립적인 방송 매체로 발전하였으며, 북미 주도하에 1990년대 중반 통신법이 개정된 이후 방송통신 시장의 개방에 대비하기 위해 케이블방송 사업자들은 케이블방송망에서 양방향 고속 데이터서비스를 제공할 수 있는 방안으로 케이블 모뎀(CM: Cable Modem)을 개발하여 방송과 통신을 동시에 수용하는 통합망으로 발전시켜왔다.

케이블 모뎀 서비스는 일찍부터 케이블방송서비스가 널리 보급된 북미 지역에서 특히 보급률이 높으며, 최근 전 세계 광대역 접속 서비스 가입자 가운데 40% 이상이 케이블 모뎀을 사용하여 광대역 통신서비스를 받고 있다. 이처럼 케이블방송망은 전 세계적으로 디지털방송서비스를 도입하는 동시에 방송과 통신의 융합을 통한 멀티미디어 통신 매체로써 그 역할을 하고 있다.

최근 케이블방송은 전송 효율 고도화, 망 구조적 진화 및 대용량 콘텐츠 전송으로 크게 3개의 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 본고에서는 전송 효율 고도화를 위한 북미의 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification) 3.1, IEEE의 EPoC(EPON Protocol over Cable) 그리고 유럽의 DVB-C2(Digital Video Broadcasting – Cable version 2) 표준 기술에 대해 먼저 살펴보고, 다음으로 케이블방송 망의 구조적 진화를 위해 전송의 1계층을 광 신호 종단까지 가져오는 북미의 Remote PHY(Physical) 기술 및 중국에서 제안된 C-DOCSIS(China-DOCSIS)와 HiNoC(High performance Network over Coax)에 대해 알아본다. 그리고 마지막으로 대용량 콘텐츠 전송을 위해 제안된 DVB-C2의 PLP(Physical Layer Pipe) Bundling 기술과 일본의 NHK에서 제안한 채널결합 기술에 대해 살펴보고자 한다.

Ⅱ. 전송 효율 고도화 기술

1. DOCSIS 3.1 표준 기술

북미를 중심으로 케이블방송망에서 멀티 기가 서비스 지원을 위해 하향 10Gbps와 상향 1Gbps의 속도를 지원하면서 이전 DOCSIS와의 호환성은 유지하도록 하는 DOCSIS 3.1 규격을 2014년에 제정하였다. DOCSIS 3.1 규격에서 단일 전송 채널의 주파수 대역폭을 하향 최대 192MHz 및 상향 최대 96MHz로 확장했으며, 하향 최대 4096QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 상향 최대 1024QAM을 적용하여 스펙트럼 효율을 최대 50% 이상 향상시켰다. 또한, 기술적으로 다음 3가지 측면에서 이전 DOCSIS 규격과 큰 차이점을 보인다[1].

첫 번째로, DOCSIS 3.1은 다중반송파인 OFDM(Or-thogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용함으로써 이전 DOCSIS에서 사용 중인 단일 반송파에 비해 채널 및 동기가 용이하도록 하였으며, 임펄스나 ingress와 같은 잡음에 대해 우수한 성능을 갖도록 하였다[2].

두 번째로, 채널 오류 정정을 위해 기존 DOCSIS에서 사용 중인 RS(Reed-Solomon) 부호와 TCM(Trellis Coded Modulation) 부호에 비해 5~6dB의 코딩 이득이 좋은 LDPC(Low Density Parity Check) 부호를 적용하였다[2].

세 번째로, 일반적인 HFC(Hybrid Fiber and Coax)망의 SNR분포는 Gaussian 분포를 따르므로, SNR이 좋은 케이블 모뎀의 경우에는 고차 QAM 변조를 사용하는 variable bit loading을 적용하였다. 이전 DOCSIS에서는 SNR(Signal to Noise Ratio)에 상관없이 256QAM과 단일 QAM 변조를 사용하였다[2][3].

상하향 모두 기가급 속도를 지원하기 위한 DOCSIS 3.1의 주파수 대역은 상향의 경우 기존 5~42MHz 또는 5~80MHz에서 5~204MHz로 확장되었으며, 하향의 경우 기존 54~864MHz 또는 108~1002MHz에서 258~ 1218MHz로 확장되며, 선택적으로 258~1794MHz까지 사용할 수 있다[3]. <표 1>은 DOCSIS 표준의 규격 버전에 따른 주요 특징을 요약한다.

<표 1>

DOCSIS 규격 요약

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t001.jpg

2. EPoC 표준 기술

EPoC의 기본적인 개념은 HFC를 기반으로 하는 케이블방송망에서 IEEE 802.3av의 10G EPON(Ethernet Passive Optical Network)의 MAC(Media Access Control) 계층 프로토콜을 이용하여 광 네트워크와 동축케이블 네트워크가 혼재하는 망에서 통신서비스를 제공하기 위한 것이다. 케이블방송망의 진화는 점점 동축케이블이 축소되고 광이 직접 댁내까지 위치하는 FTTH로 진행되고 있으며, 동축케이블과 광 케이블이 혼재되는 네트워크가 예상된다. EPoC의 네트워크 구조는 (그림 1)과 같이 헤드엔드에 EPON 기반의 OLT(Optical Line Terminal)가 위치하고 가입자 측에 ONU(Optical Network Unit) 또는 CNU(Cable Network Unit)가 위치한다.

(그림 1)

EPoC 네트워크 구조

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f001.jpg

EPoC의 도입배경은 네트워크 사업자와 서비스 사업자의 차세대 솔루션 제고를 위해 외부 망과 케이블 망 간의 호환 가능한 전송 구조와 Video over IP 서비스의 개선 요구로부터 시작되었다. 이러한 요구 사항으로부터 IEEE에서 표준화가 추진되었다.

EPoC의 표준화는 2011년 12월 IEEE 802.3 Ethernet WG(Working Group)에서 EPOC CFI(Call For Interest) 승인 및 EPoC SG(Study Group) 설립을 시작으로 먼저 SG에서 2012년 7월까지 PAR(Project Authorization Request)과 5 Criteria(시장성, 호환성, 정체성, 기술적 타당성 및 경제적 타당성에 관한 연구결과) 및 Objectives(연구목표)를 승인하였다. 이후 현재까지 상세 규격 작업을 위한 EPoC TF(Task Force)가 결성되어 표준화가 진행 중이다. 당초 표준화 일정은 2015년 상반기를 목표로 진행되었으나, 진행 과정에 논의가 길어지면서 실질적인 표준화 완료 시기를 2016년 말로 연기하였다[4].

EPoC은 DOCSIS 3.1과 유사하게 상하향 다중 반송파 전송방식인 OFDM을 적용하고 있으며 하향 최대 4096-QAM, 상향 최대 1024-QAM 고차 변조 포맷을 지원한다. 또한 채널 대역도 하향 최대 192MHz 상향 최대 96MHz로 광역 채널 전송을 지원하고 있다. EPoC 표준은 세부적으로는 DOCSIS 3.1과 다르지만 물리적인 전송 규격에서는 많은 부분이 동일하다고 볼 수 있다. <표 2>는 EPoC 표준에서 결정된 주요 기술적 사항을 요약하고 있다[5].

<표 2>

EPoC 표준의 주요 결정 사항

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t002.jpg

3. DVB-C2 표준 기술

기존 케이블 전송 표준에서는 일반적으로 채널의 오류정정을 위해 RS 부호를 사용하며, 단일 반송파를 기반으로 하는 64/256QAM 변조를 사용하였다. 이에 반해 유럽의 DVB-C2 방식은 전송 효율을 획기적으로 향상시키기 위해 BCH(Bose, Chaudhuri, and Hocqunghem)와 LDPC 부호를 연접하여 채널 오류정정을 수행하고, 최대 4096QAM을 지원할 수 있는 변조방식을 적용하고 있다. 그리고 주파수 이용 효율을 높이기 위해 OFDM 방식에 기반한 다중 반송파 방식을 이용하는 것을 특징으로 한다[6].

DVB-C2 전송시스템 구조는 (그림 2)와 같이 크게 PLP 처리부와 데이터 슬라이스(Data Slice) 생성부 그리고 C2 프레임(C2 Frame) 생성부로 구분할 수 있다.

(그림 2)

DVB-C2 전송시스템 구조

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f002.jpg

PLP는 독립적인 논리 채널(Logical Channel)로 사용되며, 데이터 입력처리 블록, FEC(Fiber To The Home) 및 인터리빙 블록, 그리고 QAM 맵핑 블록으로 구성된다. FEC 블록은 BCH 외부 코드와 LDPC 내부 코드로 구성된다. FEC 인코딩된 데이터는 QAM으로 매핑되어 최종적으로 OFDM 심볼에 대한 각각의 부채널에 할당된다. 송신기에서 PLP를 구성하여 데이터를 전송함으로써 수신기에서 특정 채널에 해당하는 PLP만을 처리하게 되어 프로세싱 파워를 최소화할 수 있으며, 입력 데이터 특성 및 서비스 특성에 따라 PLP별로 다른 Robustness Level을 할당하여 차별적인 QoS(Quality of Service) 적용이 가능하다.

다음으로 데이터 슬라이스 및 프레임 생성 블록은 하나 또는 여러 개의 PLP를 통해 입력되는 FEC 프레임을 입력받아 데이터 슬라이스를 생성하게 된다. 데이터 슬라이스는 일종의 튜닝의 단위라고도 할 수 있으며, 데이터 슬라이스는 6 또는 8MHz의 물리적 채널 대역폭으로 한정된다.

또한, 하나 또는 여러 개의 데이터 슬라이스를 결합하여 C2 프레임을 생성하게 된다. 생성된 C2 프레임은 OFDM 생성 블록에서 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 및 DAC(Digital-Analog Conversion)를 통하여 RF(Radio Frequency) 신호로 전송된다.

마지막으로 L1 시그널링 부분은 수신기에서 수신하고자 하는 데이터 슬라이스로의 튜닝이 가능하도록 데이터 슬라이스의 위치 등에 관련된 정보를 전달하기 위한 것으로 C2 프레임의 프리앰블 구간으로 전송된다.

DVB-C2는 물리 계층에서의 여러 개의 인접 채널결합을 통해 전체 신호뿐만 아니라 각각의 데이터 슬라이스에 대한 동적이고 유연한 대역폭 할당을 지원한다. DOCSIS 3.0과 대조적으로 DVB-C2에서는 물리 계층에서 단일의 광대역 채널을 위하여 다양한 인접 채널을 결합할 수 있다. 예를 들면, 4채널을 결합하기 위하여 송신 종단의 OFDM 생성기에 대한 4K-IFFT 유닛은 16K-IFFT 알고리즘으로 대체할 수 있다. 물리 계층에서 채널결합을 통해 기존 채널에서 보호구간으로 사용하는 대역을 이용할 수 있게 되어 대역폭 효율을 향상시키는 이점이 있다. 또한 수신기 측면에서는 기기의 구현 복잡도 및 비용증가를 피하기 위해 Segmented OFDM 수신이 적용된다. 즉, 6 or 8MHz 튜너 대역폭으로 광대역 전송신호 중 일부를 추출하는 것이 가능하다[7].

DVB-C2의 주요 목표 중 하나는 스펙트럼의 효율을 증가시키는 것이다. 기존 전송방식(e.g. DVB-C)에서 단일반송파로 인한 스펙트럼 손실은 필터의 roll-off 영향으로 약 15% 정도 발생한다. 이는 전송 채널 각각에 대해 동일하게 발생하게 된다. 반면 OFDM에서 발생되는 스펙트럼 손실은 보호구간, 파일럿 및 보호 대역으로 인해 발생된다. 하지만 이는 단일반송파의 roll-off 영향에 비해서는 미미한 수준이다[(그림 3) 참조].

(그림 3)

DVB-C2의 전송기술에 대한 특징 예시[7]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f003.jpg

Ⅲ. 케이블방송망의 구조적 진화

1. Remote PHY 기술

QAM 변조 기술의 진화, QAM 비디오와 DOCSIS 기능을 단일 플랫폼으로 통합한 CCAP(Converged Cable Access Platform) 기술개발, 케이블방송의 디지털 전환 가속 등의 영향으로 기존 케이블의 광-동축 혼합망이 아날로그에서 디지털 광으로 전환되고 있다. 디지털 HFC는 IP 네트워크를 통해 헤드엔드에서 가입자 노드로 데이터를 전송함으로써 전송거리를 늘리고, 신호 대 잡음 비율(SNR)을 향상시켜 망 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 기존 헤드엔드에서 RF 신호를 만드는 PHY 기능을 분리하여 보다 효율적인 시스템을 구축할 수 있는 기회를 제공할 수 있게 되었다. 디지털 HFC를 통해 케이블방송과 DOCSIS 기반 서비스를 전송할 수 있는 여러 방법이 제안되었으며, 많은 전문가들이 가장 효율적인 방법으로 Remote PHY 방식을 꼽고 있다. 디지털 HFC 기반 전송방식을 <표 3>에 비교 정리하였다[8].

<표 3>

디지털 HFC 기반 전송방식 및 특징

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t003.jpg

Remote PHY는 (그림 4)와 같이 케이블 헤드엔드 장비로부터 PHY 기능을 분리하여 IP 네트워크를 통해 연결 가능한 별도의 가입자 노드에 PHY 기능을 배치하는 구조를 가진다. 헤드엔드에서 전송하는 디지털방송과 통신 데이터는 이더넷을 통해 노드 장비로 전송되고, RF로 변조를 거쳐 동축망을 통해 가입자에게 전송된다.

(그림 4)

Remote PHY 기반 전송 구조도

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f004.jpg

Remote PHY 구조의 주요 이점 중 하나는 HFC망이 아날로그에서 디지털로 전환됨에 따라 얻어지는 성능의 향상이다. 아날로그 링크의 특징에 따라 다르지만 일반적으로 신호 대 잡음 비가 약 5dB 정도 향상되어 더 높은 차수의 변조를 수행할 수 있으므로 결과적으로 동일한 환경에서 더 높은 용량의 전송이 가능해진다. 또한, Remote PHY는 헤드엔드와 노드 사이에서 이더넷 등의 디지털 인터페이스를 통해 데이터를 전송하므로 더욱 긴 구간에서의 데이터 전송이 가능해져 기존 HFC 서비스의 확장과 동적인 서비스 제공에 있어 많은 장점을 제공할 수 있다.

Remote PHY의 세 번째 장점은 케이블 전송 헤드엔드의 간소화라고 할 수 있다. 헤드엔드로부터 PHY 부분을 제거함으로써 헤드엔드 시설의 공간과 전력을 줄일 수 있고, RF 전송 관련 부분의 유지 관리에 대한 부담을 줄여 보다 단순화된 헤드엔드를 구성할 수 있게 된다.

2. C-DOCSIS 기술

C-DOCSIS는 DOCSIS 3.0에 기반하며, high bandwidth 서비스 수행 및 비용효율적 운영을 목적으로 하는 규격이다. C-DOCSIS 시스템은 DOCSIS 시스템과 비교하여 다음과 같은 주요 특징을 가진다[9].

  • - Deep-Fiber 네트워크를 위한 분산구조

  • - 중앙집중식 망 관리

  • - 모듈화된 장비와 시스템

(그림 5)는 C-DOCSIS의 물리적 시스템 구조를 나타낸다. C-DOCSIS 시스템은 물리적으로 C-DOCSIS CMTS와 C-DOCSIS CM으로 구성되어 있으며, C-DOCSIS CMTS(Cable Modem Termination System)는 CMC Controller와 CMC(Coax Media Converter)로 구성되어 있다. CMC Controller와 CMC는 디지털 광 패킷망과 같은 layer 2 또는 3 네트워크를 통해서 상호 연결되어 있다. CMC Controller는 central office나 헤드엔드에 배치하며, CMC는 시분할 다중화(TDM: Time-Division Multiplexing), 주파수분할 다중화(FDM: Frequency-Division Multiplexing)뿐만 아니라 공간분할 다중화(SDM: Space-Division Multiplexing)도 가능하도록 광 노드에 분산배치 한다. C-DOCSIS는 open architecture 구조이며, 시스템 구현은 유동적이지만 CMC Controller와 CMC는 독립된 고정 장치로 인식한다.

(그림 5)

C-DOCSIS 물리적 시스템 구조[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f005.jpg

(그림 6)은 C-DOCSIS의 논리적인 시스템 구조를 나타낸다. C-DOCSIS 시스템의 논리적 모듈은 System Control 모듈, Classification and Forwarding 모듈, RFI(Radio Frequency Interface) 모듈(data link-layer MAC 서브모듈과 physical-layer PHY 서브모듈을 포함)로 구성된다. System Control 모듈은 Classification Forwarding 모듈과 RFI 모듈을 구성하고 운영하는 역할을 수행하며, Classification Forwarding 모듈은 다운스트림 데이터 플로우를 위해서는 데이터 패킷 매칭 기능을 수행하고 업스트림 데이터 플로우를 위해서는 서비스 Identifier를 삽입하는 역할을 수행한다. 또한 RFI 모듈은 C-DOCSIS MAC 프레임을 생성하고 변조 및 RF 신호를 전송하는 역할을 수행한다.

(그림 6)

C-DOCSIS 논리적 시스템 구조[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f006.jpg

<표 4>는 이러한 유형에 대하여 물리적인 구조와 논리적인 기능 모듈의 관계를 보여준다. C-DOCSIS는 CMTS를 구현함에 있어서 CMC Controller와 CMC의 세 가지 다른 유형을 규정하고 있다. 우선 TYPE I에서는 논리적 시스템의 세 가지 모듈인 System Control 모듈, Classification and Forwarding 모듈, RFI 모듈(Data link-layer MAC 서브모듈과 Physical-layer PHY 서브모듈을 포함)이 물리적으로 CMC에서 수행한다. TYPE II는 System Control 모듈, Classification and Forwarding 모듈 기능은 CMC Controller에 그리고 RFI 모듈(data link-layer MAC 서브모듈과 physical-layer PHY 서브모듈을 포함)은 CMC에서 수행한다. TYPE III는 System Control 모듈, Classification and Forwarding 모듈, Data link-layer MAC 서브모듈은 CMC Controller에서 Physical-layer PHY 서브모듈은 CMC에서 수행한다.

<표 4>

C-DOCSIS 유형[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t004.jpg

3. HiNoC 기술

FTTB(Fiber-To-The-Base)에 연결된 케이블 네트워크를 통한 초고속 전송을 위한 시스템인 HiNoC는 MN(Master Node)과 CN(Client Node)으로 구성되어 있다[10]. HiNoC 구조는 (그림 7)과 같은데 MN은 PON (Passive Optical Network) 네트워크에 연결되어 있으며, CN은 홈 터미널에 연결되어 있다. MN은 여러 개의 CN이 등록되는 것을 지원하지만 등록할 수 있는 수를 제한할 수도 있다.

(그림 7)

HiNoC 네트워크 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f007.jpg

HiNoC은 케이블망 기반의 광대역 접속기술로 케이블의 스펙트럼 효율성을 향상시키도록 설계되었다. HiNoC은 헤드엔드에 HB(HiNoC Bridge)와 수신측에 HM(HiNoC Modem)을 포함하는 시스템이며, (그림 7)에서와 같이 HB는 MN 형태의 장비이며 HM은 CN 형태의 장비이다. 이러한 HiNoC 시스템을 통해 제공되는 서비스 구조는 (그림 8)과 같다.

(그림 8)

HiNoC 서비스 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f008.jpg

HiNoC 프로토콜 구조는 (그림 9)와 같이 MAC과 PHY 계층으로 구성되어 있으며, MAC 계층은 Convergence 부계층, Common Part 부계층, Security 부계층으로 구성되어 있다.

(그림 9)

HiNoC 프로토콜 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f009.jpg

HiNoC은 SD/HD TV, 3DTV, UHDTV, VoIP, 인터넷 등의 IP 기반의 서비스를 지원할 수 있으며, 확장된 주파수 대역은 1.2GHz까지 지원이 가능하다. 채널결합을 통한 전송을 지원할 수 있으며, MN과 CN을 위한 타임슬롯을 스케줄링할 수 있다. HiNoC PHY는 OFDM 변조에 기반하며, 망의 상태에 따라서 적응 가능한 FEC 인코딩을 지원할 수 있다.

Ⅳ.대용량 전송을 위한 채널결합 기술

1. DVB-C2 PLP Bundling 기술

일본의 일부 방송사는 2020년 도쿄 하계올림픽과 더불어, 위성 UHDTV 방송서비스를 실시하고 2016년에 Super Hi-Vision(8K) 서비스 실험방송을 실시할 예정이다. 일본은 지상파나 위성으로 배포되는 콘텐츠를 케이블 TV 방송망을 통해 가정으로 재전송하는 서비스가 보편화되어 있다. 따라서 DVB-C2가 일본의 차세대 케이블방송 표준이 될 예정이기 때문에, DVB-C2를 통해 UHD와 Super Hi-Vision TV의 재전송이 이루어질 예정이다.

이러한 상황에서 일본에서 DVB-C2를 UHDTV 서비스에 사용하기 위한 일부 사소한 변경이 필요하게 되었고, Sony사가 DVB에 변경을 요청하여 2014년 7월에 DVB Steering Board에서 변경을 승인하여 변경작업이 진행 중이다[11].

Sony사가 DVB에 요청한 DVB-C2 표준의 변경 요청사항은 다음과 같은 3가지 항목이 있다.

  • •  Emergency Warning System 기능 제공 추가

    지진 및 다른 생명의 위협이 되는 재난에 대한 조기경보 기능을 전송시스템의 Layer 1에 추가하는 것임.

  • •  더 높은 flexibility를 제공하기 위한 새로운 변조 및 부호화 모드 추가

    케이블 TV를 통해 8K UHDTV 서비스를 제공하기 위해서는 안정적인 100Mbps의 전송율이 요구되며, 이것을 위해 4/5+4096QAM(53Mbps/6MHz) 모드가 필요하며, 이 모드를 적용한 6MHz 대역 채널 2개를 결합하면 적당한 SNR에서 100Mbps의 전송율을 얻을 수 있음.

  • •  PLP Bundling 세부 내용의 구체화

    8K UHD 서비스에 필요한 100Mbps 전송율을 얻기 위해서는 2개 또는 그 이상의 6MHz 채널을 결합해서 사용해야 하기 때문에, PLP Bundling에 대한 세부 내용을 분명하게 정하는 것이 필요함.

Sony사의 이러한 요청에 대하여, DVB 내부 부서인 C2 Commercial 모듈에서 Sony가 요청한 상업적 요구사항들이 포함된 초안을 작성하여 DVB Commercial Module에 제출하여 승인을 기다리고 있으며, 2015년 2월 Steering Board 회의에서 개선된 DVB-C2 Specification에 대한 승인 여부를 결정한다고 한다.

2. ITU-T 채널결합 기술

2014년 9월 제네바에서 개최된 ITU-T SG9(광대역 및 케이블방송) 회의에서는 케이블방송을 통한 대용량 콘텐츠 전송을 위해 채널결합방식에 대한 논의가 이루어졌으며, MPEG-2 TS 시분할 다중화 방식에 대한 기존의 표준인 ITU-T J.183을 수정하기로 결정하였다. 여기서 논의된 채널결합은 다음과 같은 조건을 가정하고 있다[12].

  • - 케이블방송 시스템은 J.83C를 기본으로 함.

  • - 방송 콘텐츠는 MPEG-2 TS로 전송됨.

또한, 채널결합을 통한 다중 TS 전송시스템을 위한 프레임 구조는 다음의 요구사항을 만족한다.

  • - 다중 MPEG-2 TS는 기존의 케이블 TV 시스템을 따르는 디지털 캐리어로 전송할 수 있어야 함.

  • - 모든 MPEG-2 TS의 패킷은 어떠한 패킷 손실 없이 전송할 수 있어야 함.

  • - 모든 수신된 TS는 MPEG-2 TS 시스템 규격을 따라야 함.

  • - 시스템은 케이블 TV 채널 용량의 효과적인 사용을 할 수 있어야 함.

  • - 신호처리의 선택적인 사용으로 인한 시간 지연은 디지털방송서비스에 영향을 주어서는 안됨.

  • - TV 헤드엔드와 수신기 내에 선택적인 시설로 인한 추가 비용은 낮아야 함.

  • - 시스템은 케이블 분배를 위한 전통적인 단일 TS 전송시스템과의 상호호환성을 지원할 수 있어야 함.

대용량의 MPEG-2 TS는 (그림 10)과 같이 케이블 헤드엔드에서 분리되고 TDM 프레임 안에서 다중화된다. 각각의 프레임은 주파수를 할당받은 64QAM 또는 256QAM 신호로 전송이 되고, 각 채널의 신호는 분리되어 복조되고, 복조된 신호 모두는 수신기에서 UHDTV의 원래 MPEG-2 TS로 저장된다. UHDTV 서비스를 제공하는 채널과 기존의 방송서비스를 제공하는 채널들은 서로 간에 간섭을 일으키지 않아야 한다.

(그림 10)

채널결합 개념도[12]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f010.jpg

(그림 10)은 다채널을 사용한 UHDTV 전송 예이다. 하나의 UHDTV 전송을 위하여 4개의 256QAM 채널과 1개의 64QAM 채널의 결합으로 이루어진 경우이다. 이 경우 Super Frame은 (그림 11)과 같은 구조이다. 64QAM은 3개의 TSMF(Transport Stream Multiplexing Frame)로 구성되고, 256QAM은 4개의 TSMF로 구성된다.

(그림 11)

Super Frame 구조[12]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f011.jpg

Ⅴ. 맺음말

HD 방송, VOD 및 초고속 데이터 전송 서비스의 이용이 지속적으로 증가함에 따라 케이블에서 사용하는 주파수 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있도록 해주는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 초기에는 SDV(Switched Digital Video) 기술을 통해 서비스 지역에서 실제 시청하고 있는 방송신호만 선택적으로 전송하거나, 가입자단에 DTA(Digital Terminal Adapter) 장비를 설치하여 아날로그 방송신호의 전송을 중지하는 방법으로 유휴 주파수를 확보하려고 하였다. 그러나, 기존 케이블 시스템에 적용했을 때 얻을 수 있는 효율성 문제나 과다한 설치 비용 등의 문제로 예상보다 만족스러운 효과를 얻지 못하고 있다. 최근에는 OFDM 기반 고차 변조와 LDPC 부호 기술 등을 적용하여 스펙트럼 이용 효율을 기존보다 50% 이상 향상시킬 수 있는 DOCSIS 3.1 규격 개발이 완료되어 관련 업계의 많은 관심을 받고 있다.

북미의 주요 케이블 사업자인 컴케스트(Comcast)에서는 DOCSIS 3.1 장비에 대한 실험실 검증을 2015년 1분기까지 완료하고 2015년 중반부터는 현장 실험을 계획하고 있으며, 이에 발맞춰 CableLabs에서 3.1 장비에 대한 인증을 2015년 중반에 실시할 계획에 있다. 실제 DOCSIS 3.1의 서비스는 2015년 하반기부터 몇몇 사이트를 대상으로 실시될 예정이며, 2016년부터 본격적으로 확산이 이루어지게 될 것으로 예상된다.

국내에서도 최근 케이블방송 망에서 세계 최초로 UHDTV 상용 서비스 제공하는 등 가시적인 성과를 보여주고 있으며, 초고속 인터넷 서비스를 비롯한 스마트 TV 서비스 등 다양한 신규 융합 서비스 개발을 추진하고 있다. 또한 케이블방송망을 통한 기가급 초고속 인터넷 서비스를 제공하기 위해, 광역 채널 전송을 위한 관련 법규 및 기술기준 변경을 추진하고 있다.

용어해설

DOCSIS 종합 유선 방송(CATV)과 개인용 컴퓨터(PC), 비즈니스 컴퓨터, 텔레비전 사이에 주고받는 데이터 신호를 제어하는 케이블 모뎀용 표준 인터페이스

DVB-C2 디지털 비디오 방송(DVB) 그룹에서 디지털 케이블 방송규격인 DVB-C의 성능을 개선하여 제정한 디지털 케이블 방송규격

약어 정리

BCH

Bose, Chaudhuri, and Hocqunghem

CCAP

Converged Cable Access Platform

C-DOCSIS

China-DOCSIS

CFI

Call For Interest

CM

Cable Modem

CMC

Coax Media Converter

CMTS

Cable Modem Termination System

CN

Client Node

CNU

Cable Network Unit

DAC

Digital-Analog Conversion

DOCSIS

Data Over Cable Service Interface Specification

DTA

Digital Terminal Adapter

DVB-C2

Digital Video Broadcasting – Cable version 2

EPoC

EPON Protocol over Cable

EPON

Ethernet Passive Optical Network

FDM

Frequency-Division Multiplexing

FTTB

Fiber-To-The-Base

FTTH

Fiber To The Home

HB

HiNoC Bridge

HFC

Hybrid Fiber and Coax

HiNoC

High performance Network over Coax

HM

HiNoC Modem

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

IPTV

Internet Protocol Television

LDPC

Low Density Parity Check

MAC

Media Access Control

MN

Master Node

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OLT

Optical Line Terminal

ONU

Optical Network Unit

PAR

Project Authorization Request

PHY

Physical

PLP

Physical Layer Pipe

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

QoS

Quality of Service

RF

Radio Frequency

RFI

Radio Frequency Interface

RS

Reed-Solomon

SDM

Space-Division Multiplexing

SDV

Switched Digital Video

SG

Study Group

TCM

Trellis Coded Modulation

TDM

Time-Division Multiplexing

TF

Task Force

TSMF

Transport Stream Multiplexing Frame

VoD

Video on Demand

VoIP

Voice over Internet Protocol

WG

Working Group

[1] 

CableLabs, CM-SP-PHYv3.1-I03-140610, “Data Over Cable Service Interface Specifications DOCSIS 3.1 Physical Layer Specification,” June 2014.

[2] 

P.S. Latini, “DOCSIS 3.1: Plan Its Deployment Using the Data in Your Current DOCSIS 3.0 OSS Tools,”SCTE Cable Tec Expo, 2014.

[3] 

K. Marez and D. Torbet, “DOCSIS 3.1 and Migration Options for Operators,”SCTE Cable Tec Expo, 2014.

[4] 

EPoC, “Task Force Timeline,” http://www.ieee802.o rg/3/bn/public/tf_timeline_updated_150311.pdf

[5] 

EPoC, “Technical Decisions,” http://www.ieee802.or g/3/bn/public/decisions/decisions.html

[6] 

DVB A138, “Frame Structure Channel Coding and Modulation for a Second Generation Digital Transmission System for Cable Systems (DVB-C2),” Mar. 2010.

[7] 

DVB A147, “Implementation Guidelines for a Second Generation Digital Cable Transmission System (DVB-C2),” Mar. 2013.

[8] 

J.D. Salinger, “Remote PHY: Why and How,” NCTA Technical Forum, 2014.

[9] 

CableLabs, CM-SP-CDOCSIS-I02-150305, “Data-Over-Cable Interface Specifications: C-DOCSIS System Specification,” Mar. 2015.

[10] 

ITU-T J.195.1, “Functional Requirements for High Speed Transmission over Coaxial Network Connected with Fiber to the Building,” Mar. 2013.

[11] 

SONY, “Enhancements to DVB-C2 for Cable TV Applications in Japan,” https://www.dvb.org/resource s/restricted/members/documents/CM-C2/CM-C200 72_Enhancements_to_DVBC2_26_Aug_2014.pdf

[12] 

ITU-T J.94rev, “Service Information for Digital Broad casting in Cable Television Systems, ” TD575 GEN/9, Sept. 2014.

(그림 1)

EPoC 네트워크 구조

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f001.jpg
(그림 2)

DVB-C2 전송시스템 구조

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f002.jpg
(그림 3)

DVB-C2의 전송기술에 대한 특징 예시[7]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f003.jpg
(그림 4)

Remote PHY 기반 전송 구조도

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f004.jpg
(그림 5)

C-DOCSIS 물리적 시스템 구조[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f005.jpg
(그림 6)

C-DOCSIS 논리적 시스템 구조[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f006.jpg
(그림 7)

HiNoC 네트워크 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f007.jpg
(그림 8)

HiNoC 서비스 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f008.jpg
(그림 9)

HiNoC 프로토콜 구조[10]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f009.jpg
(그림 10)

채널결합 개념도[12]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f010.jpg
(그림 11)

Super Frame 구조[12]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_f011.jpg
<표 1>

DOCSIS 규격 요약

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t001.jpg
<표 2>

EPoC 표준의 주요 결정 사항

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t002.jpg
<표 3>

디지털 HFC 기반 전송방식 및 특징

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t003.jpg
<표 4>

C-DOCSIS 유형[9]

images_1/2015/v30n3/ETRI_J003_2015_v30n3_9_t004.jpg
Sign Up
전자통신동향분석 이메일 전자저널 구독을 원하시는 경우 정확한 이메일 주소를 입력하시기 바랍니다.