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병기 호
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1 33 특집 2018 평창동계올림픽방송 2018 평창동계올림픽 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD/ 모바일 HD 방송추진결과 신유상, 이재권, 전성호, 박승근, 김재만, 오대겸, 정행운 / KBS 요약본고에서는 2018년평창동계올림픽 / 페럴림픽에서 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD / 모바일 HD 서비스제공을위해서그동안 KBS에서추진한시설구축현황및필드테스트진행결과에대해살펴본다. Ⅰ. 서론 지상파방송시스템표준인ATSC3.0 규격은 NextGenTV 라고도불리는데,4K-UHD, 모바일HD, 다채널 / 양방향 / 맞춤형 서비스,재난재해 방송등다양한 고품질 방송서비스를 IP기반 MMT, ROUTE,DASH 규격을활용하여 전송해줌으로써효율적인 방송통신 융합서비스를 제공한다.미국에서는2018 년상반기까지 표준화완료를 목표로마무리 작업이 한창진행 중에 있으며,한국은 이에앞서ATSC3.0 후보표준 (CandidateStandard) 기 반의 TTA 지상파 UHDTV 방송 송수신 정합 표준 을2016 년12 월국내UHD 방송표준으로 채택하였다.이를 바탕으로2017 년5월31 일새벽5 시에세계최초지상파 UHD 본방송이 한국에서 개시되었다.한국의 지상파 방송사들은 UHD 방송용으로 할당된6MHz 대역폭내에서 4K-UHD 방송과모바일HD 방송을 동시에 송신하여,언제 어디서나 방송시청이 가능한 시청자 친화적인 수신환경을 제공할수 있다.따라서 2018 년평창 동계올림픽의 생생한현장을 전세계인들에게 4K-UHD 와모바일 HD 방송으로 서비스할 수있을 것이며,그현장에서지상파 방송사의 송신시설 구축및 난시청 해소기술 경쟁력을 보여주게 될 것이다. 본고에서는 평창올림픽 / 페럴림픽 기간3 개월동안에추진한 세계최초 UHD/ 모바일HD 동시방송을위한 실험국 시설구축 및필드테스트 진행결과에대해 살펴보고자 한다 년 4 월 33

또한 < 그림2> 에나타낸 것처럼 콘 < 표 1> 대관령 UHD 실험국제원 검사항목 대조사항 비고 시설자 한국방송 설치 연구소 서울영등포구여의도동 18 한국방송공사 장소 송신소 강원도평창군대관령면대관령마루길 527-76 장치구분 KBS1 CH52 KBS2 CH56 발진방식 PLL 변조방식

2 114 특집 : 2018 평창동계올림픽방송 Ⅱ. 송신시설구축 < 그림 1> 대관령 UHD 실험국 ( 좌 ) 외부전경 ( 우 ) 송신기구성 평창올림픽 / 패럴림픽기간동안강릉지역 ATSC3.0 송신신호 발사를 위해,< 그림1> 과같이대관령TVR 에UHD 실험국을 구성하였다.< 표1> 은실험국 허가를위한 송신기재원정보를 나타내는데,출력 주파수는UHF 채널52/56 번을사용하였고,출력은 900W, 안테나구성은 4-Dipole 수평편파로구성하여,전방향 안정적인 신호송출 환경을구성하였다.또한 < 그림2> 에나타낸 것처럼 콘 < 표 1> 대관령 UHD 실험국제원 검사항목 대조사항 비고 시설자 한국방송 설치 연구소 서울영등포구여의도동 18 한국방송공사 장소 송신소 강원도평창군대관령면대관령마루길 장치구분 KBS1 CH52 KBS2 CH56 발진방식 PLL 변조방식 OFDM 송신기 체배방식 - 중계기 종단관 명칭 LCF158-50JA-A7 Φ1 5/8 개수 20 전력저하장치 EXCITER AGC 안전시설 적합 보호장치 적합 형식 4 Dipole 공중선 구성 2단 1면 틸트각 지향성 dBi 접지 기기 동봉매설 방식 공중선 동봉매설 전원설비 한전 (220V, 14kW ) < 그림 2> 평창올림픽중계를위한실험국링크계통도 34 방송과미디어제 23 권 2 호

3 2018 평창동계올림픽 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD/ 모바일 HD 방송추진결과 115 KBS1 KBS2 < 그림 3> 실험국 RF 성능측정결과 : MER, 스펙트럼, PAPR 특성 2018 년 4 월 35

4 116 특집 : 2018 평창 동계올림픽방송 <표 2> 대관령 ATSC 3.0 전송 파라미터 UHDTV 상용 수신기를 설치하여 온에어 신호의 영 설정값 파라미터 상에 문제가 없다는 것을 관찰하였다. FFT Size Preamble Subframe 0 Subframe 1 8K Guard Interval 1536 Pilot Pattern Dx = 4 L1-Basic Mode 1 L1-Detail Mode 1 FFT Size 8K Guard Interval 1536 Pilot Pattern SP4_2 Pilot Boost 1 Modulation 16QAM FEC BCH + 16K LDPC 7/15 TI Mode CTI (1024) FFT Size 32K Guard Interval 1536 Pilot Pattern SP16_2 Pilot Boost 0 Modulation 256QAM FEC BCH + 64K LDPC 9/15 TI Mode CTI (512) 텐츠는 KBS 본사에서 생성한 게이트웨이 STLTP 출력신호를 IP 광케이블 전용회선을 통해 실험국 엑사이터로 전달하면, 엑사이터에서 ATSC 3.0 RF 신호를 생성하고 고출력증폭기 마스크필터를 거쳐 안테나로 UHD 신호가 방사되게 된다. <표 2>는 실험국에서 사용하는 ATSC 3.0 전송파 라미터를 나타낸다. 본 파라미터는 기본적으로 HD 와 UHD를 동시에 전송하기 위한 2-Subframe 구 <그림 4> 대관령 신호 온에어 수신결과 조로 되어 있으며, 이를 통해 최대 2.5Mbps HD/ 15.5Mbps UHD 콘텐츠를 동시에 전송할 수 있다. <그림 3> 대관령 실험국의 주요 RF성능을 측정한 Ⅲ. 전파환경 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 결과 데이터를 보면 전파법에 따 른 방송표준방식 및 방송업무용 무선설비의 기술 필드테스트를 통한 대관령 UHD 실험국 커버리 기준 에 부합하는 것을 알 수 있으며, 특히 MER 성 지를 분석하기 전에 모의실험을 통해 방송 서비스 능은 약 36~38dB로 무선국 기준(33dB 이상)보다 영역을 분석하였다. 모의실험에서는 예측의 정확도 우수한 성능을 보임을 알 수 있다. 또한 최종적으로 를 높이고자 대관령 TVR에 적용된 설계 파라미터 <그림 4>와 같이 대관령 TVR 내에 실내안테나 및 를 적용하여 시뮬레이션을 실행하였으며, 활용된 36 방송과 미디어 제23권 2호

5 2018 평창 동계올림픽 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD/모바일 HD 방송 추진 결과 117 주요 파라미터는 다음과 같다. 수신환경 정보 - 전파모델 : 모의실험에 적용될 표준기반 전파 송신시설 정보 예측 모델 (ex. CRC-Predict/ITU P.1536) - 송신기 위치 : 송신기를 설치할 GPS 좌표 - 수신 안테나 높이 : 수신기 안테나 높이 - 송신 안테나 높이 : 지표면 기준 송신기 안테나 - 시간율/공간율 : 전파예측의 정확도를 보상 높이 - 송신 주파수 : 송신기 공중선 주파수 또는 채널 정보 - 송신 안테나 편파 : 송신 안테나의 편파 정보 (ex. 수식, 수평, 원) 하는 정보 - Azimuth Step : 전파예측의 정확도를 보상 하는 요소 - 기후/날씨 정보 : 현재 예측지역의 기후정보 - 커버리지 사이즈 : 전파 예측 범위를 나타냄 - 송신 안테나 패턴 : 송신 안테나의 방사패턴 정보 - 송신기 방사출력 (ERP) : 송신 출력에 Feeder/ Cable 손실에 안테나 이득이 반영된 값 <그림 5>는 대관령 TVR의 방송 서비스 영역을 나타내는 수신레벨 예측 결과로, 53.1dBuV/m 이 상의 수신레벨이 확보되는 양시청 지역에 대해서만 노란색 영역으로 표기하였다. 모의 실험결과, 대관 ATSC3.0 정보 - ATSC3.0 표준기반으로 송신 엑사이터에 적 용된 전송 파라미터 - Noise Figure : 수신기에서 발생하는 노이즈 마진 령 TVR로 인해 올림픽 스타디움, 스카힐라운지, 선 수촌 인근 지역에 대해 UHD 서비스가 수신될 것으 로 예상됨을 알 수 있으며, 동계올림픽/페럴림픽 기 간동안 평창 지역에 안정적인 ATSC3.0 4K-UHD 서비스가 가능하다고 판단된다. <그림 5> 대관령 TVR 전파예측 결과 2018년 4월 37

모바일 HD 이동측정 결과 시뮬레이션 결과가 정확한지 확인하기 위해 모바일 HD 수신환경을 측정하기 위해 <그림 6>과 같이 필드 모바일 HD 이동측정은 평창 올림픽 기간 동안 테스트 측정차량을

체험버스의 코스는 초기에는 경포 량 외부에 설치하고, 내부에 ATSC 3.

6 118 특집 : 2018 평창 동계올림픽방송 Ⅳ. 수신환경 필드테스트 1. 필드테스트 측정차량 구성 PC 및 모니터를 설치하여 수신환경을 조사하였다. 2. 모바일 HD 이동측정 결과 시뮬레이션 결과가 정확한지 확인하기 위해 모바일 HD 수신환경을 측정하기 위해 <그림 6>과 같이 필드 모바일 HD 이동측정은 평창 올림픽 기간 동안 테스트 측정차량을 구성하였다. 방송 신호를 수신하 운행되는 UHD 모바일 체험버스의 예상코스를 따 기 위한 안테나와 GPS를 수신하기 위한 안테나를 차 라 진행하였다. 체험버스의 코스는 초기에는 경포 량 외부에 설치하고, 내부에 ATSC 3.0 측정장비, 호를 한 바퀴 도는 짧은 거리였는데, 최종적으로는 [올림픽 선수촌 아이스아레나 기자단 숙소]을 순환하는 방향으로 변경되었다. 최종 코스의 모든 구간에서 양호한 수신 상태를 보임을 확인하였다. 강원민방 G1의 경우 HD 해상도가 아닌 UHD 해상 도의 영상을 방송하고 있어서, 높은 MER 요구사항 으로 인해 시연구간에서 간혹 끊기는 지점이 있음 을 확인하였다. 3. UHD 고정측정 실험결과 모바일 환경뿐만 아니라 고정된 환경에서 평창 내 <그림 6> 필드테스트 측정차량 구성 <그림 7> KBS1/KBS2 이동측정 결과 38 방송과 미디어 제23권 2호 UHD의 수신환경을 측정하기 위해, 강원도 평창군 대

KBS1/KBS2 이동측정 결과 (정밀 계측장비) 화면에 있는 장미아파트로

전 파예측 모의 실험 결과와 어느 정도 유사한 경향을 보임을 알 수 있다.

7 2018 평창 동계올림픽 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD/모바일 HD 방송 추진 결과 119 <그림 7> KBS1/KBS2 이동측정 결과 (정밀 계측장비) 화면에 있는 장미아파트로 측정차를 옮겨 측정하였다. 고정측정이지만, 지역자체가 산으로 둘러싸인 지 형으로 안테나를 송신소 방향으로 지향해야 UHD 수신이 잘 되는 것을 확인할 수 있었으며, 앞서 전 파예측 모의 실험 결과와 어느 정도 유사한 경향을 보임을 알 수 있다. 4. 체험버스 운용 위와 같은 필드테스트 결과를 바탕으로, 평창 올 <그림 8> 고정측정 지점과 송신소 지도 및 지형단면 <그림 9> 고정측정 결과 2018년 4월 39

120 특집 : 2018 평창 동계올림픽방송 <그림 10> 체험버스 내부 사진 림픽기간 동안 UHD 모바일 체험 버스를 운용하였 로써, 이번 평창 동계올림픽

버스에는 49인치 삼성 UHD 수상기와 모바일 전세계 지상파 방송사로는 처음으로 6MHz 대역폭 HD 수신 테블릿 등을 구성하여 ATSC 3.

지상파 UHD 서비스의 발전은 였다. 특히 고화질 DMB와 ATSC 3.

수 있게 된 체험버스를 통해 ATSC 3.0 기반 모바일 HD 서비 점은 공영방송사로써 정말 뜻깊은 일이다.

8 120 특집 : 2018 평창 동계올림픽방송 <그림 10> 체험버스 내부 사진 림픽기간 동안 UHD 모바일 체험 버스를 운용하였 로써, 이번 평창 동계올림픽 / 페럴림픽을 통해서 다. 버스에는 49인치 삼성 UHD 수상기와 모바일 전세계 지상파 방송사로는 처음으로 6MHz 대역폭 HD 수신 테블릿 등을 구성하여 ATSC 3.0 4K- 에 4K-UHD 와 모바일 HD 전송에 성공하였다는 UHD / 모바일 HD 서비스를 체험할 수 있도록 하 데 그 의의가 있다. 지상파 UHD 서비스의 발전은 였다. 특히 고화질 DMB와 ATSC 3.0 모바일 HD 본방송 전파발사로부터 시작된다고 해도 과언이 아 서비스 간의 화질 비교도 함께 홍보하였는데, 이번 니며, 국내 기술 발전에 KBS가 기여할 수 있게 된 체험버스를 통해 ATSC 3.0 기반 모바일 HD 서비 점은 공영방송사로써 정말 뜻깊은 일이다. 평창 동 스가 이동 환경에서 훨씬 더 선명한 비디오 품질을 계올림픽/페럴림픽 기간 동안 지상파 방송사와 국 제공해 줄 수 있음이 확인되었다. 내 수상기 업체와 합심하여, 체험버스를 통한 ATSC 3.0 기반 4K-UHD/모바일 HD 서비스 홍보 는 향후 UHD 직접수신 환경 구축과 지상파 UHD Ⅴ. 결 론 서비스 산업 활성화에 크게 이바지 할 것으로 사료 된다. UHDTV는 국내외 산업 발전의 파급력이 큰 기술 40 방송과 미디어 제23권 2호

- 2016 년 ~ 현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부선임연구원 이재권 - 2006 년 :

2008 년 ~ 현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부책임연구원 전성호 - 2007 년 : 연세대학교전기전자공학부공학석사 -

2009 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 창원방송총국 ) - 2017 년 ~ 현재 : KBS 네트워크센터송신시설부 -

9 2018 평창동계올림픽 ATSC 3.0 표준기반 4K-UHD/ 모바일 HD 방송추진결과 121 필자소개 신유상 년 : 연세대학교전기전자공학부공학석사 년 ~ 현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부선임연구원 이재권 년 : 한국전자통신연구원인지접속연구팀석사과정연구생 년 : 과학기술연합대학원대학교이동통신및디지털방송공학과공학석사 년 ~ 현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부책임연구원 전성호 년 : 연세대학교전기전자공학부공학석사 년 : 연세대학교전기전자공학과공학박사 년 ~ 현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부책임연구원 박승근 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 창원방송총국 ) 년 ~ 현재 : KBS 네트워크센터송신시설부 - 주요업무 : UHD 송신시설구축및방송망최적화 김재만 년 : 광운대학교전자공학과공학석사 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 여주송신소, 기술지원부 ) 년 ~ 현재 : KBS 네트워크시설국송신시설부 2018 년 4 월 41

122 특집 : 2018 평창동계올림픽방송 필자소개 오대겸 - 2004 년 : 명지대학교전기전자공학부공학석사 - 2004 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 강릉방송국, 방송시설국 ) - 2018 년 : 현재강릉방송국기술부

10 122 특집 : 2018 평창동계올림픽방송 필자소개 오대겸 년 : 명지대학교전기전자공학부공학석사 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 강릉방송국, 방송시설국 ) 년 : 현재강릉방송국기술부 정행운 년 : 경북대학교전자공학과공학사 년 : 한국방송공사 (KBS) 입사 ( 원주방송국, 기술기획부, 감사실 ) 년현재 : KBS 미래기술연구소연구기획부팀장 42 방송과미디어제 23 권 2 호

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE Mar.; 28(3),

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2017 Mar.; 28(3), 163 169. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2017.28.3.163 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online) PCB