– ITU 전파·통신 국제표준화 응용 연구 KBS 기술본부 미디어송출부 전성호 팀장 Korean BroadcastingSystem | Department of MediaTransmission 지난 2020년 12월 방통위/과기정통부가 발간한 “지상파UHD 활성화 정책방안”에 근거하여 “ATSC 3.0 표준” 기반 다양한 지상파 방송 혁신 서비스 기술 검증이 한창이다. 주요 서비스 모델을 살펴보고 최신 기술 개발 동향을 살펴보고자 한다. 또한, ITU-R WP6A 2021년 3월 회의에서 System 5L 규격으로 논의를 시작된 “3GPP 5G-Broadcast 표준” 기반 전 세계 필드테스트 현황을 살펴보면서 현재 기술 현황과 앞으로의 발전 방향을 함께 논의해보고자 한다. 한국전자파학회 2021 하계종합학술대회 연계 “ITU 전파·통신 국제 표준 동향 특별 세션”
292M HD-SDI 1998[2] SMPTE 424M 3G-SDI 2006[2] SMPTE ST-2082 12G-SDI 2015[5] SMPTE ST-2083 24G-SDI 동축 케이블 기반 광 케이블 기반 HDMI 케이블 기반 8K-UHD 비압축 전송 4K-UHD 비압축 전송
4320p120 SMPTE 292M at 1.485 Gbps SMPTE 424M at 2.970 Gbps SMPTE ST 2082-10 at 11.88 Gbps Dual-Link HD-SDI 1080p60 Quad-Link 3G-SDI 2160p60 SMPTE ST 2082-12 SMPTE 425M SMPTE 372M In development at 47.520 Gbps [note 1] The "M" designator was originally introduced to signify metric dimensions. It is no longer used in listings or filenames. Units of the International System of Units (SI) are the preferred units of measurement in all SMPTE Engineering Documents. HDMI2.1 4320p120 제작에 필요한 규격 수신기 디스플레이용 규격 HDMI2.0 2160p60 HDMI1.4 2160p30 CEA-861 HDMI1.0 1080p60 2002.12. 4.95Gbps 2009.06. 10.2Gbps 18Gbps 48Gbps SMPTE : the Society of Motion Picture and Television Engineers 2013.09. 2017.01. Consumer Electronics Association 1998 2006 2015
최상위 시그널링은 LLS(Low-Level Signaling)이며, 고정 IP [224.0.23.60:4937]로 전송 됨. Wireshark 상에서 해당 패킷을 디코딩 해보면, 아래와 같이 SLT 정보를 확인할 수 있음. <BroadcastSvcSignaling slsDestinationIpAddress=“239.255.8.28” slsDestinationUdpPort=“5000” > 이 정보를 통해 AEAT 메시지에 연계된, 방송망을 통해 전송되는 값이 있음을 파악할 수 있음. Service-List Table
최상위 시그널링은 LLS(Low-Level Signaling)이며, 고정 IP [224.0.23.60:4937]로 전송 됨. Wireshark 상에서 id=0x04에 해당 패킷을 디코딩 해보면, 아래와 같이 AEAT 정보를 확인할 수 있음. <AEAT priority=“0” > 을 통해 테스트메시지임을, <AEAText>경보방송 테스트입니다. ~ </AEAText> 을 통해 실제 발령된 메시지를 확인할 수 있음. 이 때, 재난메시지는 암호화 되지 않은 평문으로 송출된다. <Media url="KBS2_aeatimage.png" contentType="image/png" contentLength="24892"/>을 통해 재난메시지와 연계된 PNG 확장자의 이미지파일이 존재함을 알 수 있다. 이 때, 해당 파일은 별도로 전송되는 239.255.8.28:5000을 통해 획득된다. Advaned Emergency Alert Table
MHz (uplink) 기존 UHF TV 채널 38 – 51 번 downlink uplink AT&T downlink only 600,700MHz 수신 안테나 내장 미국/영국 주파수 재배치 결과로 600/700MHz 수신안테나 내장 [출처] https://www.ofcom.org.uk/__data/assets/pdf_file/0028/217954/notice-reg-121.pdf
2021년 3월 WP6A 정기회의에서 5G Broadcast 방식을 ‘System 5L’로 정의하고 관련 권고/보고서 개정하기로 함. 관련 문서에 대해서는 차기회의에서 계속 논의키로 하며, ‘22년 3월 회의에서 SG6에 상정하는 것을 목표로 함. ITU-R 권고 BT.2016 ITU-R 보고서 BT.2295 ITU-R 보고서 BT.2049
framing, modulation and emission methods for digital terrestrial televi sion broadcasting System A(ATSC), System B(DVB-T), System C(ISDB-T), System D(DTMB), System E(DTMB-A) Recommendation ITU-R BT.1368 (02/2015) Planning criteria, including protection ratios, for digital terrestrial television services in the V HF/UHF bands Report BT.2215 (02/2016) Measurements of protection ratios and overload thresholds for broadcast TV receivers 17 2세대 지상파 방송 표준 Recommendation ITU-R BT.1877 (12/2020) Error-correction, data framing, modulation and emission methods for second generation of digital terrestrial television broadcasting systems Annex 2(ATSC3.0) Annex 1(DVB-T2) Annex 3(DTMB-A) Recommendation ITU-R BT.2033 (02/2015) Planning criteria, including protection ratios, for second generation of digital terrestrial television broadcasting systems in the VHF/UHF bands Recommendation ITU-R SM.1541 (08/2015) Unwanted emissions in the out-of-band domain Recommendation ITU-R BT.1206 (04/2016) Spectrum limit masks for digital terrestrial television broadcasting ITU-R 권고(Recommendation) 에 따라서 지상파 방송은 세대를 구분한다.
that with the advent of advanced 2nd generation transmission and modulations systems an additional block is to introduced between service multiplex and transport, the so-called Gateway. 1세대 방송시스템 2세대 방송시스템 Exciter Exciter
환경에서는 ① 수신환경 개선, ② 재난·안전 정보 고지 ③ IP 기반의 양방향.맞춤형 서비스 등 새로운 부가서비스 ④ 이동간 송수신이 기술적으로 구현 가능해질 것으로 전망 • 하나의 송신기만으로 고정형･이동형 방송 동시 서비스 가능 • 실내외 어디서나 수신 가능한 환경 고정형 방송 수신 이동형 방송 수신 UHDTV • IP 기반 양방향･맞춤형 서비스 가능 • 5G-Broadcast 기술과 연동하여 무한한 부가서비스 확장 가능 방송통신 융합형 부가서비스 (IBB) 시청자 맞춤형 부가서비스 (ESG) 무한 확장 부가서비스 • HD(ATSC 1.0) 대비 4배 선명한 화질을 제공할 수 있는 충분한 전송률 제공 • 동일 송신인프라로 다양한 채널 지원 2K FHD 5.1ch 4K UHD 22.2ch 3840 2160 고용량 전송 시스템 시청자 친화적 수신환경 발전된 재난재해경보 방송 서비스 (AEAT)
보도자료 제주특별자치도 보도자료 과기정통부 최기영 장관 “지상파 방송사 뿐만 아니라 방송장비산업의 성장을 위해서도 차세대 지상파 방송의 성장동력 마련을 적극 지원하겠다.” 방통위 한상혁 위원장 “방송의 공공성을 강화하면서도 방송 산업이 성장할 수 있도록 지상파 방송사의 혁신 기반 마련을 적극 지원하겠다.” 제주특별자치도 원희룡 지사 “대한민국 방송기술 발전에 제주가 역할하겠다.” “제주도도 적극적으로 협력해 나가겠다.”
직접 수신하여, 재난경보메시지 표시 중 (실제 동작 모습) UHDTV 방송의 경우, ‘TV영상과 별도로’ 재난경보 메시지를 송출 → TV 수상기 뿐만 아니라, 다양한 수신기에서도 고정수신 뿐만 아니라, 이동 수신 상황에서도 재난메시지 확인 가능 (예) 서울시내버스 463번에 UHD수신기 설치 운영 중 2019년 9월부터 UHD주조정실에서 KBS1 및 KBS2 UHD채널을 통해 지진, 태풍, 폭설, 호우, 사회재난 5대 재난 서비스 중
코로나19 대응 국민 행동 수칙 KBS뉴스 공식 홈페이지 재난방송매체 KBS 1 Radio ① ② ③ ④ 2020년 4월 13일부터 KBS1 UHD채널에서 ‘재난정보 부가서비스’ 전국 온에어 서비스 개시 UHDTV에 인터넷을 연결하면, 양방향 서비스를 즐길 수 있습니다. ✓ 서비스 동작 예시는 아래 YouTube 영상 참고 https://youtu.be/kHDpWppMkiw ✓ 프로그램 맞춤형으로 서비스 아이템 변경 가능 최근에는 스포츠경기 ‘멀티앵글＇서비스 제공 중 4/24(토) 프로야구 2TV 「SSG:키움」 (고척) 3/20(토) 여자프로배구 1TV 「흥국생명:IBK기업은행」 (계양)
자동 전환 38 서울 대전 대구 부산 지상파UHD 방송권역 KBS1FM 방송권역 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 서울에서 부산까지 경부고속도로를 타고 내려간다고 했을 때, KBS1FM은 6번 가량, UHD모바일은 7번 가량 주파수를 바꿔야만 끊김없는 시청이 가능함. KBS1, MBC, 지역민방 (KBS2, EBS는 해당없음) 방송망-방송망 간 자동전환 (방송권역 이동시)
자동 전환 39 지상파 직접수신 ATSC 3.0 수신기 5G 통신망 지상파 수신영상 5G 수신영상 지상파 수신영상 음영지역 끊김 (터널/지하) ATSC3.0 방송망 7-1 UHDTV 5G 이동통신망 5G 수신영상 끊김없는 시청 가능 방송망-통신망 간 자동전환 (방송망 절대음영지역 이동시)
adjacent to each other. The use of channel bonding is optional, but when it is used it shall conform to the description in this Annex. Channel bonding shall not be used with MIMO. Other features are compatible with channel bonding, including but not limited to LDM, PAPR reduction, MISO and so on. Channel bonding is processed transparently, such that the output stream on the receiver side is equal to the corresponding input stream on the transmitter side. Figure K.1.1 shows a simple block diagram of a channel bonded system. Bit Interleaved and Coded Modulation (BICM) Framing & Interleaving Framing & Interleaving Bit Interleaved and Coded Modulation (BICM) Waveform Generation Waveform Generation Input Formatting Stream Partitioning RF Channel 1 RF Channel 2 Cell Exchange Figure K.1.1 Simple block diagram of channel bonding. All data packets of a PLP transmitted in channel bonding mode shall pass through a common input formatting block (i.e., utilizes same L1D_plp_id value on all RF channels), where the Baseband Header of the Baseband Packet is inserted. L1D_rf_id can be used in combination with L1D_plp_id to uniquely identify the partitioned stream for each RF channel. When channel bonding is used, the Baseband Header extension counter shall always be used (see Section 5.2.2.3.1 for details). This allows for correct reordering of the packets from different RF channels at the receiver side even in the presence of different delays on each RF channel. The ordering of Baseband Packets shall be ATSC S32-230r72 Revision of Physical Layer Protocol, Annex K 20 213 Figure K.1.2 shows the transmitter side processing for channel bonding, with formatting stage showing Baseband Header insertion followed by stream partitioni Baseband framer & scrambler Stream Partitioning BICM BICM Input Stream Packets 1 3 2 4 6 5 Input Formatting Baseband Header 1 2 3 5 4 3 Baseband Packets 5 4 3 1 2 3 Figure K.1.2 Transmitter side processing for channel bonding. Channel bonding is possible in two operation modes, which can be L1D_plp_channel_bonding_format as described in Table 9.23. The first mode is Bonding and is described in Section K.2, the second is Channel Bonding with SNR is described in Section K.3. K.2 PLAIN CHANNEL BONDING For plain channel bonding, the cell exchange stage in Figure K.3.1 shall be disabl two transmitter chains shall operate without any interaction after stream partitionin For plain channel bonding, each RF channel may use different parameter se bandwidth, modulation, coding, FFT, guard interval length, and so on. Each effectively handled as a standalone signal. When bonded RF channels are configured with different BICM parameters bonded PLP, the Baseband Packets for that channel-bonded PLP may have a diffe each of those bonded RF channels. When creating a Baseband Packet for a channe the Input Formatting block shall use the Baseband Packet length corresponding t bonded PLP’s BICM parameters for the RF channel over which that Baseband processed and transmitted. In order to limit the memory size of the reconstruction circuit at the recei balancing is applied in the stream partitioner for plain channel bonding: The Bas shall be assigned to the two different modulation and encoding chains of the 지상파 8K-UHD 전송을 가능케 하는 기술: (2) Channel Bonding Cell exchange Si,1 Si,2 gi,1 gi,2 From BICM stages To TI of RF1 To TI of RF2
DeMultiplexer Cells for Tx 1 ... Bit Interleaved FEC Frames Even Bit to IQ Mapping Odd Bit to IQ Mapping Cells for Tx 2 Stream Combining X2i(Tx1) X2i+1 (Tx2) S2i(Tx1) S2i+1 (Tx2) IQ Polarization Interleaving Y2i(Tx1) Y2i+1 (Tx2) Phase Hopping Z2i(Tx1) Z2i+1 (Tx2) MIMO Precoding 수평편파 수직편파 [편파 MIMO 기술 + Precoding]을 사용하는 이유는? ✓ 송신기-수신기 간 거리가 수 km에 달하기 때문에, Tx Correlation을 낮게 확보(0에 가깝게)하기가 어려움 ✓ 편파 고유의 Orthogonality를 활용하는 것이 방송환경에서 성능 확보하는 데 유리
신호를 그대로 가입자 셋톱으로 전달하는 방법 2안) ATSC 3.0 RF 신호를 직접수신한 뒤, LLS & MMT/ROUTE IP Packet을 현재 케이블방송에서 사용하는 QAM 또는 8-VSB로 변환한 뒤 전송하는 방법 3안) ATSC 3.0 RF 신호를 직접수신한 뒤, LLS & MMT/ROUTE IP Packet을 IP 자영망을 통해 전송하는 방법 ATSC 3.0 재변조형 신호처리기 ATSC 3.0 RF 안테나 직접수신 ATSC 3.0 셋톱박스 RF HDMI ATSC 3.0 Professional Receiver ATSC 3.0 RF 안테나 직접수신 ATSC 3.0 셋톱박스 RF HDMI {MMT,ROUTE}/UDP/IP ATSC 3.0 Professional Receiver ATSC 3.0 RF 안테나 직접수신 ATSC 3.0 셋톱박스 RF HDMI RF IP over QAM/VSB Demodulator RF RF {MMT,ROUTE}/UDP/IP {MMT,ROUTE} /UDP/IP {MMT,ROUTE} /UDP/IP ATSC 3.0 유료방송 재전송을 위한 IP프로토콜 기반 기술 방안 [과제 2-5] 지상파 UHD방송의 유료방송 협상 지원
1) 2010년 6월 27일 발사 동경 128.2°의 정지궤도 통신 주파수 대역 (상향) 29.6~30.0GHz (하향) 19.8~20.2GHz 채널 1번은 남부빔 채널로서 빔의 중심이 남한 지역을 지향하며 통신 임무를 수행 채널 2번은 중북부빔 채널로서 빔의 중심이 북한 지역을 바라보지만 통신 범위는 남한지역을 포괄하여 통신 임무를 수행 채널 3번은 남부빔 채널로서 남한 지역을 지향하며 주로 방송 서비스에 활용 ✓ 실험주파수대역 : (상향) 29.932~29.968GHz (하향) 20.132~20.168GHz ✓ 점유대역폭 : 12MHz (할당폭 36MHz) 남부빔 중부빔 북부빔
분배망 개통 완료, 테스트 개시 (2020.10.22.~) ATSC3.0 HEVC ENC CISCO L3 Switch switch(config-if)# switchport monitor DVB-S2 Modulator MMTP UDP/IP 천리안위성 120ms 120m 35,800 km (정지궤도) Ka-band KBS 여의도 본사 제 HD-SDI 29.9GHz 20.1GHz 직경 1.2 m KOREN 12G-SDI HD-SDI 9-1 KBS1 UHD 9-2 KBS NEWS24 9-3 KBS 보이는 1R ✓ 9-2 KBS NEWS 24 채널은 ‘KOREN’망을 통해 수신한 스트림으로 온에어 중 ✓ 9-3 KBS 보이는 1R 채널은 ‘천리안위성’을 통해 수신한 스트림으로 온에어 중
transmit FUL_low to FUL_high Downlink (DL) operating band BS transmit/UE receive FDL_low to FDL_high Duplex mode n28 703-748 (45) 758-803 (45) FDD n71 663-698 (35) 617-652 (35) FDD n83 703-748 n/a SUL * 방송표준방식 및 방송업무용 무선설비의 기술기준 [별표 13] 지상파 디지털 텔레비전 방송용 채널(제9조제3항 관련) 5G NR operating band Uplink (UL) operating band 지상파 방송용 채널번호/주파수대[MHz] Downlink (DL) operating band 지상파 방송용 채널번호/주파수대[MHz] n28 52,53 698-704,704-710 54,55,56 753-759,759-765,765-771 n71 46,47,48, 49,50,51 662-668,668-674,674-680, 680-686,686-692,692-698 38,39,40, 41,42,43,44 614-620,620-626,626-632 632-638,638-644,644-650,650-656 n83 52,53 698-704,704-710 n/a Supplementary Uplink * 관련문서 3GPP TS 38.101 NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Parts 1 to 4 * For FR1(Frequency Rang designation 1), transmission bandwidth configurations of 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 (only for gNB). 80, 90 MHz and 100 MHz are allowed. 5G NR 주파수 대역과 지상파 방송 주파수 대역 비교
필드테스트 테스트 단말 서비스 시나리오 비디오 서비스, 공공안전, V2X(vehicle to anything) 등 실험용 주파수 대역 758~768MHz (NR operating band n28: DL 758~803MHz) UL 703~748MHz 테스트 모드 차량 내부에서 테스트 단말로 측정 MCS index == 4 (Spectral efficiency = 0.6016) RANK == 1 (SISO) 최대 수신기 속도 80km/h 송신기 Downlink-Only Mode 수신기 Read Only Mode 테스트 영상 [email protected], 576x720 의의 일반 5G 기지국 장치를 ‘고출력 송신기’로 활용, ‘상용 수신기’를 테스트 단말로 사용 5G 통신망과 Unicast/Multicast/Broadcast 간 Dynamic Switching도 가능할 것으로 기대됨. HiSilicon Kirin 990 Chipset
CBN, Ericsson and UNISOC successfully test 700MHz capability for 5G rollout https://www.ericsson.com/en/news/2021/3/700mhz-for-5g-in-china Beijing Lab ✓ Interoperability Development Testing (IoDT) MBMS-GW BM-SC MCE xMB-U xMB-C 5G Broadcast Transmitter 5G Broadcast Receiver 4T4R Wireless Network Equipment 700MHz Band n28 600 Mbps 이상 전송 가능 5G CPE with an embedded 5G chipset 칭화유니 자회사 중국 2위 반도체 설계업체
북감악 UHD실험국 구축: 수직/수평 이중편파 MIMO 안테나 설치 완료 5G-Broadcast Modulator 5G-Broadcast Receiver VLC Player VLC Player TX Antenna RX Antenna RF Signal Analyzer 국책과제 ‘5G와 방송망(ATSC 3.0) 연동 전송 기술 개발‘ 개념도
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frogandcode
shpigford
scottboms
nonsquared
eitanlees
searls
akmur
![[참고] 각종 케이블 형태 동축 케이블 기반 광 케이블 기반](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_5.jpg){kind=link}
![2021.07.19. 『UHD 혁신서비스(다채널/모바일) 개시』 [출처] https://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId=156462337&pWise=main&pWiseMain=C2 2021.07.23. ~ 08.08. 2022.02.04.](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_25.jpg){kind=link}
![15.55 콘텐츠도달률 고정수신 최소요구신호품질 ToV C/N[dB] 0 6.4 8.0 14.9](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_28.jpg){kind=link}
![중국 5G-Broadcast 필드테스트 동향: 4x4 송수신 기반 정합 검증 [출처]](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_54.jpg){kind=link}
![전세계적으로 Time-to-Market을 위한 필드테스트는 필수 [출처] Qualcomm (2021.05.) Pioneering 5G](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_56.jpg){kind=link}
![방송기술인연합회/미래방송표준포럼/5G포럼 공동 주관, [출처] http://www.kobeta.com/world-forum-2021/](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_57.jpg){kind=link}
![[결론] UHD+5G 동시 전송 기술, 모든 단말기에서 직접수신이 가능한 빈틈없는](https://files.speakerdeck.com/presentations/f148702d24cc4cc7bff9f0cdf5c69bc4/slide_61.jpg){kind=link}