Microsoft Word - 이호숙

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인성 염
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1 포커스 주간기술동향 NG-HFC: 케이블망전송기술의진화동향 이호숙 * 최동준 ** 최근주파수채널기반의 HFC 망은신호손실이적고잠재적대역폭이큰 FTTH(Fiber to the Home) 와같은필더솔루션이각광받게되면서망의진화와대역폭효율화에그어느때보다도절실한압력을받고있다. 따라서국내외적으로차세대케이블망 (Next Generation-HFC; NG-HFC) 진화기술에대한관심이증대되고있다. 채널본딩기술을포함하는 DOCSIS 3.0 과같은고속데이터전송기술, SDV(Switched Digital Video) 기술, DVB-C2 와같은고효율변복조및채널코딩기술, RFoG, PON 과같은근접 -광 (Deeper Fiber) 기술등케이블주파수대역을효율적으로사용하여대역폭을증대하고망의유지보수성을높이기위한노력들이진행되고있다. 본고에서는 HD/3D/UDTV 와같은고화질고용량비디오서비스뿐아니라멀티스크린, 스마트서비스에이르는진보된서비스들을제공하기위한차세대케이블망전송기술과진화방향을기술한다. I. 서론 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 케이블망대역폭향상기술 Ⅲ. SDV Ⅳ. 케이블망토폴로지의진화 RFoG(Deeper Fiber Solution) V. 결론 * ETRI 디지털 CATV 시스템연구팀 / 책임연구원 ** ETRI 디지털 CATV 시스템연구팀 / 팀장 HFC(Hybrid Fiber Coa: HFC) 기반케이블망은아날로그주파수채널을통해가입자들에게비디오방송서비스를제공하기위한유선방송망의역할을수행하여왔으나최근에는 MPEG-2 TS 기반디지털방송뿐아니라 HD 급고화질비디오채널, VoIP, 고속인터넷과같은데이터전송에이르기까지다양한방송ㆍ통신융합형서비스를제공하기위한광대역통합망인프라가되어가고있다 년을기점으로아날로그방송채널들이수거되고 MPEG2- TS 기반의디지털방송으로사실상전환됨에따라기존에주파수채널단위로나누어전송되던비디오방송프로그램을여 1

2 주간기술동향 러데이터스트림으로나누어다중화하거나 IP 기반데이터스트림으로변환하여보다융통성있게적용할수있게되었다. 그러나한정된케이블망주파수채널자원내에서디지털비디오방송, VoIP, 고속데이터전송뿐아니라최근대두되는 IPTV, Smart 서비스, 멀티스크린등새로운형태의방송ㆍ통신융합형서비스들을수용하기위해서는주파수채널자원의활용도를높이고망의효율을증대시켜대역폭을확보할필요성이절실하다. 최근망사업자들의가입자망에대한신규투자는신도심 (Green Field) 을위주로 PON (Passive Optical Network), WDM-PON 과같은 FTTx 형태의필더솔루션에집중되어왔고, 광케이블망이가진잠재적대역폭과경제적인유지보수비용으로인해케이블망의최종적인진화모델은 FTTH 형태가될것으로보는데이견이없을것이다. 그러나유럽의케이블망진화방안연구프로젝트인 ReDesign 의연구보고서에의하면신 / 구형토폴로지가혼재된구도심이나주택가같은브라운필드 (Brown Field) 에서는필더신규투자보다케이블망의진화가훨씬유리하게작용하며, 추가적인광케이블포설이매우어려운 60% 이상의브라운필드지역에서는사실상완전한 FTTx 로의진화는불가능하거나 20 년이상의매우많은시간과비용이소모될것으로전망하고있다. HFC 망은향후에도방송ㆍ통신융합을위한인프라망으로서고속가입자망으로서의지위를굳건히할것으로예상하고있다 [7]-[10]. 최근제시되고있는다양한케이블망대역폭향상방안및성능최적화기술들은기존에포설되어운용되고있는백오피스 (Back-Office) 의고가장비들이나가입자장치에대한교체를최소화하고신규망포설에따른추가투자비용을줄이면서망의성능을향상시키는데주목하고있다. 특히채널본딩기술을포함하는고속데이터전송기술인 DOCSIS(Data over Cable Service Interface Specification) 3.0 규격 [6] 과 SDV(Switched Digital Video) 기술 [4],[5] 은기존비디오방송효율을높이면서도통합형서비스접근이가능한고속가입자망으로케이블망을변모시키고있고, DVB-C2 와같은고차변복조및채널코딩기술은주파수채널의전송효율을높여대역폭을증대시키며, RFoG, PON 과같은근접-광 (Deeper Fiber) 기술은케이블망이 FTTx 망으로진화하기용이한형태로망구조를점차개선해나가고있다. 본고에서는 HD/3D/UDTV 와같은고화질고용량비디오서비스뿐아니라복잡하고다양한형태로진행되는멀티스크린, 스마트서비스등과같은진보된서비스들을효율적으로지원하기위한상기차세대케이블망 (NG- HFC) 전송기술들과진화동향에대해기술한다. 2

주간기술동향 2011. 7. 8 II. 케이블망대역폭향상방안 1. 케이블망서비스로드맵과주파수채널활용도 HFC 기반케이블망은비디오방송서비스위주의유선방송망에서 Video/VoIP/Data 를통합하는 triple-play 와같은통합서비스를제공하게되면서유럽과북미지역의방송ㆍ통신융합을위한대표적인망으로도심이나주택가, 번잡한도심지역을위한망토폴로지로써오랫동안사용되어왔다.

3 주간기술동향 II. 케이블망대역폭향상방안 1. 케이블망서비스로드맵과주파수채널활용도 HFC 기반케이블망은비디오방송서비스위주의유선방송망에서 Video/VoIP/Data 를통합하는 triple-play 와같은통합서비스를제공하게되면서유럽과북미지역의방송ㆍ통신융합을위한대표적인망으로도심이나주택가, 번잡한도심지역을위한망토폴로지로써오랫동안사용되어왔다. 국내에서도케이블망은대부분의방송서비스공급망 (SO) 구조로서대규모가입자를확보하고있으며, 이들망은주파수채널을처리하기위한송 / 수신장비들이백오피스대부분의비중을차지하고있다. 최근서비스패러다임의변화에따른케이블망주파수채널의향후활용예상을보면 ( 그림 1) 과같이아날로그전송방식이쇠퇴하고디지털전송이주류를이룰것이며, 기존의방송형전송방식은교환형 (Switched Digital) 전송, 양방향고속데이터전송, IP 기반패킷데이터전송에근거한 On-Demand, Converged 서비스로점차전환되어갈것이다 [1],[2]. 특히 HD/UD/3DTV 과같이고화질, 고용량비디오전송서비스의중요성이높아지고멀티스크린, 스마트 TV, IPTV 등과같은다양한양방향멀티미디어서비스들이증가함에따라고속, 대용량전송대역의확보가요구되어케이블주파수채널자원의효율성을강화하기위한기술과 FTTx 와같은광기반망토폴로지의물리적진화가요구되는상황이다. 다행히케이블망은가입자근접 1 마일구간을제외한백오피스까지광 Carriers per FN Analog Broadcast Switched Digital IPTV VOD Digital Broadcast MPEG VOD 1 Today time DOCSIS High Speed Data Everything On Demand ( 그림 1) 케이블망주파수활용도의변화예상 3

4 주간기술동향 기반토폴로지가형성되어있고, 공급망의백본은이미고속 IP 네트워크로포설되어있어자연스럽게패킷기반전송플랫폼으로의진화할수있게될것이다. 케이블망의대역확장을위한기술중하나로주파수채널의디지털대역확대를들수있다 (( 그림 2) 참조 ). 이는기존에 TV 대역으로쓰이던비디오방송채널들이디지털화함에따라고차변복조 (QAM) 기술과채널본딩기술을적용하여 HD/UD/3DTV 와같은고용량비디오스트림을 MPEG-2 TS 방식으로전송하는것이다. 주파수채널을 DOCSIS 기반데이터전송으로사용할경우, 가입자에요구된스트림만선별적으로교환하여헤드엔드를통해전달함으로써가입자요구대역의이용률을향상시키는 SDV, IP 기반 SDV 기술을적용하여 IPTV, 스마트서비스, 고속인터넷등의양방향패킷기반스트림서비스를제공할수있다. 이에더해채널본딩과같은고속 MAC 계층기술을접목하여데이터채널비중을보다확대함으로써양방향멀티미디어스트림을양방향데이터채널기반으로통합하는기술이차세대디지털케이블전송의근간이될것으로전망할수있다. Headend(SO) HFC 기반케이블방송망 가입자측 케이블 TV 주파수대역 TV channels HD/UD/3DTV 하향 데이터전송대역 Data channel Data channel IPTV/SmartTV 고속인터넷 /3-play 양방향멀티미디어 하향 상향 ( 그림 2) 케이블망주파수효율증대기술 2. 고효율변복조케이블망의주파수채널대역의확장을위한물리적접근방법으로고효율변복조를들수있다. 기존 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying) 방식으로부터 2008 년 DOCSIS 3.0 규격이완성되면서 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 256QAM 방식의고차직교분할변복조방식을통해 6MHz 채널당 38.8Mbps 의비트율로디지털정보를전송할수있게되었다 [6]. 최근 DVB-C2 규격을통해 1024, 4096 QAM 방식의전 4

5 주간기술동향 송을개발함으로써 6MHz 채널을사용할경우 53.8Mbps, 64.68Mbps, 8Hz 채널을사용할경우 71.84Mbps, 86.24Mbps 당 60.sxxMbps 의비트율로데이터를전송할수있게되었다 [3]. 고효율주파수전송기술은융통성있는입력스트림어댑터, LDPC(Low-Density Parity Check) 코딩방식에기반한파워풀한 FEC(Forward Error Correction) 에러정정기술, 넓은주파수채널대역을활용한코드화기술을이용하여케이블주파수를통해전송할수있는데이터전송률을높임으로써케이블망의가용한대역폭을증대시킬수있는기반이되고있다. 3. 고속데이터전송을위한채널결합기술 - DOCSIS 3.0 채널본딩이란케이블망의주파수채널중연속된채널들을결합하여보다고속으로많은용량의데이터를전송함으로써대역전송효율을높이는방식이다. 채널본딩의한예로 ( 그림 3) 과같이인접된몇개의주파수채널을결합하여보다넓은주파수영역을통해전송속도를높이는방법을생각할수있다. Super G 프로젝트는 54Mbps 인 g 채널두개를묶어서사용하고있으며, IEEE n 은 20MHz 대역의인접채널두개를사용하여넓은채널주파수대역을이용한대역폭향상을추구하였다. 이러한물리계층채널본딩방식은인접채널간주파수결합을통해얻을수있는채널당용량의한계가존재한다는점과통계적다중화이득을얻기어렵다는점, 기존에쓰이던 QAM 장비들과의호환문제등으로인해 DOCSIS 규격은링크계층에서의채널결 TV Channel X+1 TV Channel X+1 TV Channel X+1 Guard Band A Guard Band A Guard Band A Frequency (TV Channel) TV Channel X+1 TV Channel X+1 TV Channel X+1 Guard Band B Frequency (TV Channel) ( 그림 3) 주파수대역의물리적결합을통한채널본딩 5

주간기술동향 2011.10. 14. 합기술을제시하게되었다. DOCSIS 규격 [6] 은원래케이블망구간의데이터전송기술로케이블모뎀방식의데이터링크및물리계층에대한북미 / 유럽지역의표준이다.

등의서비스를위해적용되었다. DOCSIS 규격은 DOCSIS 1.x, 2.0 과같이고속인터넷과 VoIP 를위한데이터전송기술로발전하다가 DOCSIS 3.

6 주간기술동향 합기술을제시하게되었다. DOCSIS 규격 [6] 은원래케이블망구간의데이터전송기술로케이블모뎀방식의데이터링크및물리계층에대한북미 / 유럽지역의표준이다. DOCSIS 는헤드엔드측에 CMTS(Cable Modem Termination System) 장치를두고가입자측에케이블모뎀장치를두어망으로부터들어오는데이터패킷을 DOCSIS 프레임으로변환한뒤 DOCSIS PID 를가지는 MPEG-2 TS 프레임을통해케이블망구간에전달함으로써망과가입자를연결하는데이터전송기술로데이터, Voice over IP 등의서비스를위해적용되었다. DOCSIS 규격은 DOCSIS 1.x, 2.0 과같이고속인터넷과 VoIP 를위한데이터전송기술로발전하다가 DOCSIS 3.0 규격부터는케이블방송주파수의제한된대역을보다효율적으로이용하기위해채널본딩기술과비디오스트림의데이터기반전송서비스를위한많은 MAC 계층기능들을추가하였고, 앞서설명한고차변복조기술을통해 6MHz 64, 256 QAM 채널당약 25~40Mbps 비트율의전송을지원하였다. DOCSIS 3.0 규격은 DOCSIS 프레임헤더에본딩되어전송될서비스의식별자를공유하여여러주파수채널로하나의패킷스트림을나누어전송하고, 수신측인단말케이블모뎀에서패킷을수신할때여러채널을통해수신된패킷들을하나의스트림으로순서를복원하는방식으로, DOCSIS 헤더를처리하는 MAC 계층에서채널본딩을처리하는방식을통해최소 4 개채널을결합하여상 / 하향각각 120Mbps, 160Mbps 이상의전송속도를제공한다. DOCSIS 3.0[6] 은헤드엔드에위치한 CMTS 가망을통해입력되는패킷스트림을여러채널로나누어병렬전송할때본딩채널을통해전송되는하향데이터의 DOCSIS 헤더에 Sequence number 와서비스식별자를표시하여, 단말 CM 에서여러 채널을통해동시에수신된패킷스 ( 그림 4) DOCSIS 3.0 규격에서의 MAC 계층채널본딩 6

7 주간기술동향 트림을해당 CPE 또는 으로포워딩하기전에재정렬할수있도록한다. 이러한패킷기반채널본딩방식은여러서비스스트림이같은채널을통해동시에전송될수있어채널의통계적다중화이득과다채널전송을통한전송속도향상을동시에실현할수있다 (( 그림 4) 참조 ) DOCSIS 3.0 규격은채널본딩외에도 L2 계층의멀티캐스트서비스플로전송지원기능을강화하고, 멀티미디어전송지원을위한 QoS 기준을명시하는등케이블망이 IP 기반통합형케이블멀티미디어전송플랜이되기위한전송플랫폼을제시하고있다. HFC 기반케이블망은점차로 DOCSIS 전송의비중을높여나가면서궁극적으로는양방향, 고속멀티미디어전송을수용하기위한패킷기반 All DOCSIS 전송플랫폼으로진화하게될것으로보인다 (( 그림 5) 참조 ). Video stream Audio stream Data RTP/MPEG2-TS Data UDP/TCP UDP/TCP IP IP DOCSIS MAC DOCSIS MAC Video stream Audio stream Video stream Audio stream Data Packet Data Packet MPEG2-TS QAM MPEG2-TS QAM MPEG2-TS QAM Base line Extended-1 Extended-2 ( 그림 5) Video over DOCSIS 전송플랫폼의진화 III. SDV(Switched Digital Video) 1. SDV 서비스 케이블망은유선방송망으로서헤드엔드로부터모든방송채널이모든가입자까지도달되는방송형전송구조가주류를이루었다. 케이블 TV 의모든채널이각가정까지전달되지만실제가입자들이시청하는채널은이중극히일부로, 시청하지않는채널들까지데이터가점유되어있으므로실제대역폭의이용률이높지않다는문제가있다. 7

과같이모든채널의신호를가정으로전달하지않고사용자가요청하는방송채널에대해서만전송하는기술로, 가입자가구에서가까운곳에하위헤드엔드 (Sub-H/E) 에모든채널의콘텐츠를집적시켜놓은뒤마지막 1 마일의케이블구간으로는가입자가보는채널만서비스하는개념의기술이다 [4],[5].

8 주간기술동향 Broadcast System Program Services Broadcast System Bandwidth Required SDV System Program Services SDV System Bandwidth Required ( 그림 6) SDV SDV 는 ( 그림 6) 과같이모든채널의신호를가정으로전달하지않고사용자가요청하는방송채널에대해서만전송하는기술로, 가입자가구에서가까운곳에하위헤드엔드 (Sub-H/E) 에모든채널의콘텐츠를집적시켜놓은뒤마지막 1 마일의케이블구간으로는가입자가보는채널만서비스하는개념의기술이다 [4],[5]. 장비업체들의솔루션에따라 SDB(Switched Digital Broadcast), SDV 등의명칭으로불리우나개념상큰차이는없다. SDV 기술의장점은망으로부터헤드엔드에유입되는비디오스트림을선별적으로케이블망에제공함으로써주파수자원의활용효율을증가시켜디지털전환에의한대역폭부족현상을해소할수있다는점이며, 남은대역을데이터전송대역으로재사용가능할뿐아니라가입자셀에다양한맞춤형서비스를지원할수있다는융통성이있다. SDV 서비스는헤드엔드에위치한 EQAM 장비까지비디오콘텐츠의모든프로그램이도달하여있고, 이중가입자가선택한채널을 EQAM 장비에서교환하여망을통해전달한다 [5]. 동일한가입자그룹 (Cell) 에속한가입자는 EQAM 이교환한스트림에의해같은주파수채널을통해전달되는같은비디오프로그램을공유하게된다. SDV 개념을모든방송채널에도입하는것은스위칭자원의소모가많아효율성이떨어지므로시청빈도가높은메이저채널은브로드캐스트방식을사용하고, 선호도가떨어지는일부채널만상업적으로 SDV 전송하는방식으로적용된다. 북미케이블사업자들은소수인종을위한서비스채널을 SDV 로구성하는방식으로 SDV 를적용한사례가있다. 8

주간기술동향 2011. 7. 8 2. IP 기반 SDV 서비스헤드엔드 EQAM 에서망으로부터유입되는 MPEG-2 TS 스트림을교환하는방식을취하는 SDV 방식에서는교환된스트림이주파수채널을통해도달하는동일가입자그룹내에서동일한방송프로그램이서비스된다.

9 주간기술동향 IP 기반 SDV 서비스헤드엔드 EQAM 에서망으로부터유입되는 MPEG-2 TS 스트림을교환하는방식을취하는 SDV 방식에서는교환된스트림이주파수채널을통해도달하는동일가입자그룹내에서동일한방송프로그램이서비스된다. 이는케이블망의물리적토폴로지에의해주파수채널을공유하는서비스그룹내에서는동일한비디오프로그램채널이제공됨을의미하며, 가입자각각에특화된프로그램을제공하기어렵고, 가입자입장에서는자신이시청하지않는채널까지가입자 까지도달해있다는특징을가진다. 이에대해 DOCSIS 기반 SDV 전송서비스는 IP 기반 SDV 전송기술로가입자특화형비디오전송서비스를지원할수있다. DOCSIS 규격을사용하는 IP 기반 SDV 전송서비스는네트워크에연결된 EQAM 장치들에서 IP 전송이종단되도록한기존의 SDV 방식과는달리, DOCSIS 전송을통해케이블망의단말케이블모뎀이 IP 의종단점이되도록함으로써가입자가요구한비디오채널을특정가입자에만교환하여전달하는것이가능하다. 비디오전송은 IP 기반 Unicast 또는 Multicast 방식으로가입자에전송될수있으며, DOCSIS 의 DSID 필터링기능을통해특정가입자에만하향비디오스트림을제공한다 (( 그림 7) 참조 ). IP 기반 SDV 전송기술은물리적대역폭효율이기존의 SDB 와비슷하거나 DOCSIS 오버헤드로인해약간떨어지나 IP 기반패킷스트림형태로비디오를전송함으로써통계적채널다중화이득을얻을수있으며, 자투리대역을사용하여대역이용률을향상시키 ( 그림 7) 가입자특화형 IP 기반 SDV 서비스 9

주간기술동향 2011.10. 14. 고, 채널본딩을이용한고용량비디오전송이가능하여궁극적으로는비디오전송효율을크게증대할수있다.

NG-HFC 헤드엔드및단말플랫폼단말종단형비디오서비스전송기술의또다른일례로단말장치기반 N-Screen 서비스를들수있다.

10 주간기술동향 고, 채널본딩을이용한고용량비디오전송이가능하여궁극적으로는비디오전송효율을크게증대할수있다. 또한 DOCSIS 기반전송플랫폼을사용하여 IP 멀티캐스트세션을이용한논리적서비스그룹형성을가능하도록함으로써가입자별로차별화된채널서비스를제공할수있다는점과 IP 기반양방향전송을이용하여서비스에유연성을부여함으로써방송ㆍ통신융합형서비스, IPTV 및실시간방송서비스의효율적제공이가능하다는장점이있다. 3. NG-HFC 헤드엔드및단말플랫폼단말종단형비디오서비스전송기술의또다른일례로단말장치기반 N-Screen 서비스를들수있다. 이는단말케이블모뎀에 RF 방송수신, DOCSIS 모뎀, Wifi AP, PMS 등의기능을내장하여 MPEG-2 TS 와 DOCSIS 신호를동시에수신할수있도록하고, 수신된비디오스트림을댁내스마트기기에적합한 IP 비디오형태로변환하여멀티캐스트형태로댁내전송함으로써댁내뿐아니라옥외단말에도실시간비디오서비스를유연하게제공하기위한기술이다 (( 그림 8) 참조 ). 최근들어스마트기기들과연동된멀티스크린서비스들이본격적으로시장에들어섬에따라케이블망의가입자단말장치에수신되는비디오전송스트림을기기의형태에맞게처리하는스트림최적화기법및서비스연동시나리오등이최신케이블망방송기술의뜨거운관심을받고있다. 차세대 HFC 망의헤드엔드장치는어떤모양을가지게될까? DOCSIS 3.0 관련헤드엔드장비들은최근규격에서요구하는완전한스펙을장착하기보다는저가형, 모듈형, 절전형추세를보이고있으며, 심지어사업자의요구에부합하는서비스특화형장치들이등장하고있다. 이는 DOCSIS 3.0 의스펙이방대하고, 언밸런스한상 / 하향전송률구조를가지게되면서상향 PHY, 하향 PHY, 네트워크프로세서, MAC 처리부기술이각각다른 ( 그림 8) 단말장치기반멀티스크린서비스 10

11 주간기술동향 개발사이클과업데이트주기를갖고발전하게됨에따라통합형헤드엔드시스템을구성하는데비용과투자기간이효율적이지않았다는점에서원인을둘수있다. 또한그간에지장비의역할을수행하던 EQAM 같은에지라우터들이많은제어및관리기능들을추가하면서보다인텔리전트한경향을보이고있고, 일부에지장비들은 CMTS 의일부기능도갖추어 DOCSIS 프레임처리기능까지수용하는추세도보이고있다. 따라서주요장비업체들은헤드엔드장비들을기능모듈별로분리하여개발과상용화시도를하게되었고, 이에따라 PHY 계층장비의경우상 / 하향통합형 QAM, 또는상 / 하향분리형 QAM 으로분리하고, CMTS 의기능도상 / 하향 / 제어부분리형모듈이등장하고있다 [7]. 멀티스크린, 스마트 TV 등과같은멀티스트림서비스를지원하기위해헤드엔드장비에미디어게이트웨이기능을강화하여헤드엔드측의스트림처리능력을강조하는것도최근의개발동향중하나이다. IV. 케이블망토폴로지의진화 RFoG(Deeper Fiber Solution) 최근막대한대역폭과저렴한유지보수비용등의장점을가지는 FTTH(Fiber to the Home) 와같은필더솔루션이각광받게되면서 HFC 망은그어느때보다도망토폴로지적진화의막다른고민에처하게되었다. 미래인터넷과통합형멀티미디어서비스, 디지털 TV 가점차로고용량비디오콘텐츠를공급함에따라케이블망은궁극적으로대역폭의한계를극복하기위해 FTTH 의형태로전-광 (All Optic) 토폴로지의비중을점차늘려가게될것은자명하다. 그러나도시의구조나공급자망의여건에따라투자사정과망의유지보수여건이복잡한만큼케이블 MSO 들의물리적토폴로지진화정책은다양하고복잡하게전개되고있다. 이러한상황에서이상적인 fiber/coax 토폴로지구조를정의하는것은매우어려운일이나향후케이블망은대략다음과같은사항에원칙을두고진화할것으로예상한다 [7]. - 옥외장치들에대한많은변경없이망을진화시킬수있어야할것 - 가입자와공급자의부담을최소화하면서증가하는 IP 기반대역을융통성있게감당할수있어야할것 - 채널본딩등의신기술을적용하더라도기존의 DOCSIS 장비들과 Backward 호환성을유지할수있어야할것 11

12 주간기술동향 현재사용되는주파수스펙트럼을재사용할수있도록하여헤드엔드나가입자장비의물리계층에대한추가개발비용을최소화할수있어야할것 - 수많은 OSP 요소의재사용이이루어질수있도록해야할것 - 불필요한토폴로지적투자가이루어지지않도록해야할것 1. PON 기반비디오오버레이앞서기술한바와같이 HFC 진화방향은향후현재와같이일부는필터로일부는콕스 (coax) 로유지될것이며, 점차로파이버 (fiber) 가가입자측에보다가깝게 (deeperfiber) 포설될것이나현실적인상황에서신도심이아니라면투자비용과기존장비들과의호환성문제로인해어떤형태로든콕스는남게될것으로예상된다. 결국두매체의콤비네이션방식이새 HFC 망을정의하게될것으로보이며, 이절에서는다양한물리적토폴로지의장단점을짚어보기로한다. HFC 기반케이블망의토폴로지진화모델의첫번째로 PON 기술을들수있다. PON 은수동광분배소자를이용하여마지막 1 마일분기구간에전원이나증폭없이가입자까지광케이블을포설함으로써사실상케이블구간을완전히제거하고 FTTH 를구현하는기술이다. PON 기술은중간에증폭이나교환같은능동형신호처리가필요없고신호손실이거의없어가입자망의이상적인광토폴로지로알려져있으므로신규로망이포설되는소위그린필드 (Greenfield) 의경우의심없이 PON 기반광토폴로지가형성됨이바람직하다. 그러나아직도구도심은대부분이케이블기반설비들이고, 유선방송망및인터넷가입자망의대다수가동축망을위한전송장비임을감안하면소위브라운필드에서는기존설비를최대한재사용할수있도록토폴로지의정비가이루어져야할것이다. 이는광신호를전기적신호로변환하기위한능동형옥외장비들을사용하여광케이블을가입자측에최대한근접시키는구조로이해된다. 당장 PON 토폴로지를사용하는망을통해기존 TV 세트와연동하여유선방송서비스를제공하기위해서는 RF 기반비디오오버레이방식이불가피하다. RF 비디오오버레이는데이터전송과별도의논리적망을통해가입자에기존의비디오방송을서비스하는것으로, 가입자에별도의광케이블을설치하는방법과파장분할을이용하여동일물리링크내에논리적인두개의망을두어서비스하는방법이있다 [9],[10]. RF 비디오 12

하향데이터와하향 RF 신호 전달을다중화하기위한트리플렉서디바이스를요구하며, RF 신호를케이블주파수신호 로변환하는광 - 전 (optical-electronic) 변환디바이스가사용되어야한다 (( 그림 9) 참조 ). 2. RFoG - RF over Glass RFoG 는물리적으로 PON 과같은토폴로지를취한다.

13 주간기술동향 RF video overlay using a second fiber per subscriber, Deployed in a tree structure Insertion of RF video signal into point-to-point fibers ( 그림 9) PON 기반비디오오버레이 오버레이구조를사용하려면가입자측의 ONT 장비에상 / 하향데이터와하향 RF 신호 전달을다중화하기위한트리플렉서디바이스를요구하며, RF 신호를케이블주파수신호 로변환하는광 - 전 (optical-electronic) 변환디바이스가사용되어야한다 (( 그림 9) 참조 ). 2. RFoG - RF over Glass RFoG 는물리적으로 PON 과같은토폴로지를취한다. 보통 RF-PON, HFC-PON, Cable-PON 라는용어로혼용되어불리고있으며, PON 망을통해기존에동축망으로전달되던 RF 신호를광신호로변환하여광토폴로지를통해전송한다는특성을가진다. RFoG 는기존에케이블망주파수채널을통해전송되는물리적신호와동일한신호를광- 전변환을통해광케이블영역으로전달하는것이다. 따라서광토폴로지를사용하는신규망에서방대하게설치되어운용되는기존의 HFC 장비들을재사용하고, 호환성을유지함으로써신규투자비용을절감시키며, 향후광토폴로지로의합리적인진화를모색하는데 RFoG 의목적이있다. RFoG 기술은필더가존재하는망이라면어디든적용가능하므로통신사업자나방송사업자모두에게추가로비디오나데이터서비스를위한논리적망을확장가능하게함으로써가용한스펙트럼과망대역을획기적으로늘리면서유지보수비용을줄이고망경쟁력을확보할수있는매력적인망진화정책이될것이다. RFoG 가 HFC 와다른점은보다가입자에근접하게광토폴로지를확장해나간다는점이다. 기존의케이블구간을케이블증폭분배지점에따라단계적으로 single-fiber 13

주간기술동향 2011.10. 14. PON 구조에가깝게광케이블구간으로대체함으로써규격화된 PON 시스템에근접한서비스지원이가능하도록한다.

여기에추후 PON 토폴로지로서완벽한 FTTH 로의진화가자연스럽게이루어질수있다는기대도 RFoG 솔루션의장점중의하나이다 [9],[10]. ( 그림 10) 은케이블망이 RFoG 를통해 PON 솔루션으로진화하는단계적시나리오를보여준다.

14 주간기술동향 PON 구조에가깝게광케이블구간으로대체함으로써규격화된 PON 시스템에근접한서비스지원이가능하도록한다. 공급자망의주파수활용도측면에서보면케이블망의효율과사실상동일한 RFoG 구조가각광받는이유는첫째로광매체가가지고있는방대한상 / 하향대역폭을잠재적으로확보할수있다는점과구간마다증폭기와분배시스템이필요한케이블구간에비해잡음에강하고특히리턴채널의잡음특성이매우좋다는점으로, 이로인해망의유지보수비용을획기적으로줄일수있다는점이다. 여기에추후 PON 토폴로지로서완벽한 FTTH 로의진화가자연스럽게이루어질수있다는기대도 RFoG 솔루션의장점중의하나이다 [9],[10]. ( 그림 10) 은케이블망이 RFoG 를통해 PON 솔루션으로진화하는단계적시나리오를보여준다. 먼저 1 차적으로증폭되는케이블구간의증폭브리지 (LCP) 까지광케이블을포설하여가입자망에근접시키고, 그다음에는다음단계의주파주증폭브리지까지광케이블구간을확장해나가는방식으로점차적으로가입자측에가깝게광토폴로지를확장시킨다 [9]. 복잡한케이블구조를가지는도심밀집지역일수록광케이블구간확장작업이여러단계에거쳐일어나게될것이다. ( 그림 11) 는 RFoG 를거쳐 2 단계로분배구조를가지는 PON 시스템시나리오를보여준다. 일부구간은완전한 PON 형태로 57 HHP 44 HHP NAP NAP 32 HHP Headend/HUB Narrowcast service generation 4A0 3A0 2A0 LCP NAP 24 HHP LCP LCP LAP NAP NAP NAP NAP 72 HHP 52 HHP NAP 44 HHP NAP NAP 36 HHP 2B4 2B1 2B0 2A1 2A2 2A3 68 HHP 36 HHP 32 HHP 44 HHP 44 HHP 2B2 20 HHP 55 HHP 52 HHP ( 그림 10) RFoG 첫번째분기점까지광구간확장 14

주간기술동향 2011. 7. 8 ( 그림 11) RFoG PON 구조로의확장 FTTH 가입자까지광케이블구간을인입시키게될것이며, 일부구간은여전히광-전변환장치를통해 PON 에접속되는형태를거쳐망에접속된다.

DPON DOCSIS over PON D-PON 은 DOCSIS-PON, D-PON, DPON, DePON 등의명칭으로혼용되어사용되며, PON 인터페이스위해 DOCSIS 전송기술을통한링크계층전송을수행하는기술이다 [11],[12].

15 주간기술동향 ( 그림 11) RFoG PON 구조로의확장 FTTH 가입자까지광케이블구간을인입시키게될것이며, 일부구간은여전히광-전변환장치를통해 PON 에접속되는형태를거쳐망에접속된다. 이러한경우 FTTH 시스템으로의진화가보다용이해지고, 추가투자비용도단계에거쳐이루어지므로망의점진적진화를가능하게할수있다 [9]. 3. DPON DOCSIS over PON D-PON 은 DOCSIS-PON, D-PON, DPON, DePON 등의명칭으로혼용되어사용되며, PON 인터페이스위해 DOCSIS 전송기술을통한링크계층전송을수행하는기술이다 [11],[12]. 최근북미케이블망표준화기구인 CableLabs 는 EPON(Ethernet PON) 기반의 PON 구조에서 DOCSIS 전송을하기위한기술인 DePON(DOCSIS over E-PON) 을규격화하였다 [12]. DePON 은 DOCSIS 3.0 과같이새로운전송방식이나대역확장기술은제시하는규격은아니며, EPON 망을통해 DOCSIS 전송스트림을가입자에전달하기위한인터페이스구조를제시하는것이다. 즉 EPON 의 OLT 와 ONU 는각각 PON 15

16 주간기술동향 구조로설치되어있으나, 헤드엔드측면에서보면 OLT 는케이블망의 CMTS 와같이동작하면서가입자측에위치한 ONU 의존재를케이블망의 CM 으로간주하게되어동일한 DOCSIS 전송을수행한다. 가입자의 ONU 장치는 PON 을통해유입되는신호를 PON 규격을통해수신하게되나사실상백오피스의전송장비들은 CMTS-CM 간전송동작을동일하게수행하게되며, OLT 는백오피스로부터수신되는 DOCSIS 스트림을 EPON 단말인 ONT 에전달하기위해가상의 CM 에전달할 EPON 인터페이스전처리과정을수행하여망으로전달하게된다. DPON 기술을적용하는이유는향후 PON 이가지는 10Gbps 이상의잠재적대역폭을확보하기에용이하며, PON 토폴로지의신호처리적장점을유지하면서기존에포설된 RF 기반백오피스장치들과의호환을유지함으로써경제적망투자비용으로망성능을증대시키기위함이다. DPON 기술은 OLT 나 ONT 측면의기능변경없이헤드엔드장비쪽에서 CMTS 의 DOCSIS 프로토콜을 OLT 에전달하기위해인터페이스를변환해주는정도의처리기능추가로 PON 구간전송을감당할수있어케이블망이시나브로 FTTH 서비스로전환되어갈수있는기반을제공한다. V. 결론 본고에서우리는케이블망의진화를위한여러대역폭향상기술들을정리해보았다. 물론주어진망의여건이나투자배경에따라케이블망의진화형태는복잡한양상을보일것이므로정확한예측은어려우나진화에있어기술의채택기준은얼마나많은비용이드는가, 기존마켓과의호환성을가지는가, 기존백오피스장비를재사용하며이미규격화되어사용되는 DOCSIS OSS 와연동할수있는가등에따라기술의우열을따지게될것이다. 케이블망전송장치의미래는 DOCSIS 관련전송기술의미래와접점을마주할것이라고얘기할수있으며, 채널본딩기술을바탕으로대역폭향상과주파수채널의활용도에있어서현재와다른패러다임의변화가일어나게될것으로보인다. 또한헤드엔드장비들은소형화, 절전화, 서비스특화형장비들로보다모듈화될것이며, IP 기반 SDV 기술과같이패킷기반비디오전송이주류를이루게될것이다. 16

17 주간기술동향 케이블망은점차적으로 PON 기반 FTTH 로발전하게될것이나신 / 구형토폴로지가혼재된구도심이나주택가같은브라운필드에서는필더신규투자보다케이블망의진화가훨씬유리하게작용하며, 추가적인광케이블포설이매우어려운 60% 이상의브라운필드지역에서는사실상완전한 FTTx 로의진화는불가능하거나 20 년이상의매우많은시간과비용이소모될것으로전망된다. 이에따라, HFC 망은향후에도방송ㆍ통신융합을위한고속인프라망으로서의지위를굳건히할것으로예상된다. 따라서 RFoG 와같은케이블망진화기술과케이블대역폭향상기술들을통해백오피스의고가장비들및가입자장치의교체를최소화하고, 신규망포설에따른추가투자비용을줄이면서망의성능을향상시킬기술들이향후에도오랫동안고민되어야할것으로사료된다. < 참고문헌 > [1] 김홍익, 케이블플랫폼및네트워크현황, CJ 헬로비전 2010 공동연구워크샵, [2] J. Nijs, J. Boschma, M. Muzalewski, P. Meissner, New HFC Optimization Paradigm for Digital Era, NCTA Spring Technical Forum 2010, Jun. 2010, pp [3] Digital Video Broadcasting; Frame Structure Channel Coding & Modulation for a Second Generation Digital Transmission System for Cable systems(dvb-c2), DVB Document A138, Mar [4] BigBand SDV Solution, White Paper, BigBand, Jan [5] SDV(Switched Digital Video); What is it and How does it works?, C-COR Tutorial, C-COR, [6] Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS 3.0-MAC and Upper Layer Protocols Interface Specification, CM-SP-MULPIv3.0-I , CableLabs, Jan [7] M. Emmendorfer, S. Shupe, D. Cummings.., The All-IP Next Generation Cable Access Network, NCTA Spring Technical Forum 2011, Jun [8] Reference Architectures Report, ReDesign Extending life time of HFC Networks; Oct [9] Fiber Transmission Technologies List Report, ReDesign Extending life time of HFC Networks; June [10] Topologies Short List Report, ReDesign Extending life time of HFC Networks; Feb [11] A. Bernstein, S. Gorshe, Proposal for DOCSIS 4.0: The Best of Both Worlds, DOCSIS and PON, NCTA Emerging Technology 2008, Jun [12] DOCSIS Provisioning of EPON Specifications-DPoE Architecture Specification, DPoE-SP- ARCHv1.0-I , CableLabs, Feb * 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 17

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untitled Cable Modem 2004.10 sgkwon@empal.com 1.... 1 2. CABLE MODEM?... 2 2.1.... 2 2.2. /... 3 2.3.... 4 3.... 5 3.1.... 5 3.1.1. TV, 2009 4 3... 5 3.1.2. TV Broadband... 5 3.1.3. NGNA... 6 3.2.... 7 3.2.1. TV