DMB 통합 측정 및 분석시스템 (DMB IMAS) 디지털 제작 및 압축 기술 발전, 유무선 인터넷 보급 및 확산, 다양한 서비스 플랫폼 등 장, 전송 기술 광대역화, 단말 기술 발전, 사용자 라이프스타일 변화로 미디어 시장은 급속 도로 발전하고 있다. 지상파 방송은 아날로그에서 디지털로 전환하고 있으며, 고화질, 다채 널, 모바일, 3D 서비스를 제공하거나 제공할 예정에 있다. 디지털 TV는 2012년 말 아날로 그 TV 종료로 디지털 TV로의 완전한 전환을 앞두고 있으며, 모바일 TV인 DMB는 2005년 말 본방송을 시작하여 전국 서비스를 제공하고 점차 방송 커버리지를 확장하고 있다. FM 과 AM의 디지털화를 위한 디지털 오디오 방송도 방식 선정을 위한 절차가 진행 중이다. 전파는 송신소에서 단말까지 전송되는 도중 신호 레벨 감쇠, 페이딩, 왜곡, 잡음 유입 등 을 겪게 된다. 양질의 지상파 방송을 제공하기 위해서는 전파가 수신 가능한 기준 이상의 양호한 상태로 시청자에게 전달되어야 한다. 이를 위해 방송사는 방송 수신 품질을 측정하 고 수신이 불량한 지역에 대해서는 송신기 설치, 송신 출력 증강, 중계기 설치 등을 통해 양질의 서비스 제공이 가능한 방송 서비스 영역을 확대한다. 송신기들의 시간 및 주파수 동기, 송신소 사이의 거리, 송신 출력의 크기를 조절해야 하 는 DMB 방송망 구축에 있어서 SFN (Single Frequency Network)의 특성을 고려한 측정 이 필수적이다. 또한 DMB의 서비스 영역을 정확하게 산출하기 위해서는 이동 측정 지원, 비디오/오디오/데이터 서비스 측정 지원, 정확한 수신 품질 분석을 위한 다양한 측정 항목 지원, 방대한 측정 데이터의 효율적 관리를 위한 데이터베이스, 위치 정보와 지리 지형 정 보를 반영한 측정 결과 분석이 필요하다. 이와 같이 고품질 방송 서비스 제공을 위해서는 정확한 방송망을 구축하고, 방송 서비스 영역을 산출하고, 음영 지역을 해소하는 과정이 중요하지만, 기존에는 이를 지원하는 전문 적인 시스템이 없어 많은 예산, 인력, 시간이 소요되었다. KBS 기술연구소에서는 이러한 사항을 고려하여 DMB에 적합한 새로운 측정시스템에 대한 요구 사항을 도출하고, 이를 반 영한 DMB 측정 및 분석시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 DMB 방송망 구축과 필드 테스트에 적용되어 효율성과 정확성을 입증하였으며, 그 공로를 인정받아 2007년 전파방송 신기술상 대통령상을 수상하였다. 또한 개발한 시스템은 KBS, MBC를 비롯한 방송사, ETRI, KETI와 같은 국책 연구 기관, 중앙 전파관리소와 같은 정부 기관에서 사용하는 표 준 시스템으로 자리 잡았다. 1. 서론 현재 지상파 방송을 통해 제공되는 매체는 ATV, DTV, DMB, FM, AM이 있다. ATV는 2012년 말 디지털 전환을 계기로 종료될 예 정이지만, 그 이전까지 ATV를 소지한 시청 자를 위해 ATV와 DTV의 동시 방송은 불가 피하다. FM과 AM은 디지털 오디오 방송의 도입으로 점차 디지털화될 예정이지만 디지 털 전환까지는 상당 기간이 소요될 전망이
다. DMB의 경우 모바일 방송이라는 매체 속 성상 이동 및 휴대 수신을 위해 다른 매체들 에 비해 보다 넓은 서비스 영역을 요구한다. 양질의 지상파 방송 서비스 제공을 위해서 는 원본 콘텐츠의 고품질화를 위한 제작 기 술의 발전과 고품질 콘텐츠를 오류 없이 시 청자에게 전달하기 위한 전송 기술의 발전이 필요하다. 제작 기술은 촬영, 압축, 저장, 편 집 기술이 기반이 되어 발전하며, 현재 방송 제작 환경은 상당 부분 디지털화가 완료되어 고품질 콘텐츠 생산이 가능하다. 전송 기술 은 다중화, 채널 코딩, 변조 등과 관련된 기 술로 디지털 전송 기술 발전에 의해 다양한 고품질 콘텐츠를 최적의 품질로 시청자에게 전달하는 것이 가능하다. 고품질의 지상파 방송을 제공하기 위해서 는 개별 방송 매체의 특성과 전파의 특성에 대한 이해가 필요하다. 전파는 송신소에서 시청자가 보유한 단말까지 전달되는 과정에 서 신호 레벨 감쇠, 페이딩, 왜곡, 잡음 유 입, 인접 채널 간섭, 동일 채널 간섭 등을 겪 게 되며, 이는 난시청의 원인이 된다. 양질의 콘텐츠를 제작했다 해도 시청자들이 양호한 상태로 수신할 수 없다면 의미가 없기 때문 에 최적의 방송 서비스 제공을 위해서는 방 송망 관리가 중요하다. 방송망 관리를 위해 서는 방송 수신 품질 측정을 통해 난시청 지 역을 판별하고, 난시청 원인을 분석하여 해 소하기 위한 조치를 취하게 된다. 난시청 지 역의 크기와 난시청 원인에 따라 송신기 설 치, 송신 출력 증강, 중계기 설치, 주파수 재 배치, 안테나 지향성 및 틸트 조정 등을 수 행한다. DMB는 다중 경로 페이딩에 강인한 COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용하므로 기존 의 국내 지상파 방송 매체들과는 달리 SFN 형태의 방송망 구성이 가능하다. SFN은 주 파수를 절약할 수 있고, 네트워크 이득으로 인한 수신 전계강도 상승을 제공한다는 측면 에서 넓은 지역을 커버하는 방송망 구성에 효율적이다. DMB 방송망을 구성하기 위해서 는 일반적으로 SFN 구축, 커버리지 산출, 음 영 지역 해소 과정을 거치게 된다. SFN을 구성하기 위해서는 모든 송신기가 동일한 데 이터를 동일한 시간에 동일한 주파수에서 전 송해야 한다. 이러한 조건이 어긋나면 다른 송신기들의 신호가 서로 간섭을 유발하거나 OFDM 심볼을 구성하는 다수의 캐리어들 간 의 직교성을 상실하게 된다. 그 결과 S/N비 가 감소하고, 이동 수신에서 발생하는 도플 러 효과로 인한 주파수 편이에 취약해진다. 방송 커버리지를 산출하기 위해서는 방송 수신 품질을 반영할 수 있는 전계강도 등과 같은 항목들에 대한 측정이 필수적이다. 수 신을 위한 유효 전계강도를 확보한 경우에도 가드 인터벌을 벗어나는 지연 신호의 간섭이 나 인접 지역 동일 채널 간섭 등에 의해 수 신 품질이 저하될 수 있으므로 이러한 사항 을 확인하기 위한 추가 항목들을 측정할 필 요가 있다. 이와 같이 고품질의 DMB 서비스를 제공 하기 위해서는 방송망을 구축하고, 방송 수 신 품질을 측정하고, 난시청을 해소하는 과 정이 중요하지만 기존에는 이를 지원하는 전 문적인 시스템이 없어 많은 예산, 인력, 시간 이 소요되었다. 기존의 방송 수신 품질 측정 절차는 측정차를 측정 지점으로 이동하여 정 지한 후 전계강도 측정기와 수신기 설정을 측정자가 직접 조정하여 측정을 하고 그 결 과를 기록하는 형태로 진행되었다. 이러한 수동 작업으로 인해 방송망 관리 업무에 많 은 시간과 인력이 소요되고, 장비 설정 과정 과 측정값 수집, 측정 결과 평가 과정에서 측정자의 실수에 따른 오류가 개입되는 경우 가 많았고, 측정자마다 측정값이 달라 신뢰
성 확보에 문제가 있었다. 또한, 수동 측정에 의존하다보니 측정 결과를 DB화하여 체계적 관리를 하기 어려운 문제가 있었다. 특히, 이 동 수신을 기본으로 하는 DMB 측정의 경우 이러한 수동 방식으로는 측정이 근본적으로 불가능한 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 KBS 기술연 구소에서는 DTV IMAS (Integrated Measurement and Analysis System)와 DMB IMAS를 개발하였다. DTV IMAS는 DTV 수 신 품질을 고정 측정하기 위한 목적으로 개 발되었으며, 스펙트럼 분석기, DTV 수신기, 채널 분석기, GPS 등의 다양한 계측기를 자 동으로 제어하여 고정된 위치에서 여러 방송 채널에 대한 360 o 전계 패턴을 측정하고, 채 널별 최대 전계 패턴 지점을 대상으로 전계 강도, 스펙트럼, 방송 영상, SNR (Signal to Noise Ratio) 등을 자동 측정한 후, 측정 결 과를 DB에 저장하여 관리한다. 측정 결과는 현재 시간, 위치 등과 함께 저장되며, DB 검 색 및 호출 과정을 통해 시트 형태로 참조하 거나 전자 지도와 연계하여 지도상에 측정 위치와 수신 품질을 함께 표출하는 것이 가 능하다. DMB IMAS는 DMB 수신 품질을 이동 측 정하기 위한 목적으로 개발되었다. 다양한 계측기를 자동으로 제어하여 이동하면서 전 계강도, 스펙트럼 영상, 비디오 수신 화면, BER (Bit Error Rate), TS PER (Transport Stream Packet Error Rate), CIR (Channel Impulse Response), TII (Transmitter Identification Information) 등 다양한 측정 값을 현재 시간, 위치 정보와 함께 DB에 저 장하여 DTV IMAS와 마찬가지로 시트 보기 나 지도 보기 형태로 수신 품질을 분석할 수 있다. DTV IMAS와 가장 큰 차이점은 DMB 매체 특성상 이동하면서 측정을 수행한다는 점과 SFN을 기본으로 하기 때문에 SFN을 위한 송신기들의 시간 동기 측정과 이로 인 한 수신 품질 변화에 대한 측정이 필수적이 라는 점이다. <그림 1>은 DMB IMAS의 기능을, <그림 2>는 DMB IMAS의 구조를 보여준다. DMB IMAS는 DMB SFN 기간망 및 중계망 구성, 방송 수신 품질 및 커버리지 측정, 지리 지 형 정보 분석, 전파 특성 및 간섭 측정, 커버 리지 플랜, 전송 및 서비스 특성 측정, 단말 기 품질 검증을 위한 기준 시스템 등의 목적 으로 사용 가능하다. <그림 1> DMB IMAS 기능 DMB IMAS를 위한 소프트웨어는 기능별 로 모듈화 되어 있으며, 이는 향후 확장 및 업그레이드를 용이하게 하기 위함이다. 통신 모듈은 측정 계측기와의 통신을 위한 인터페 이스 관리와 계측기와의 데이터 송수신을 담 당하며, 제어 모듈은 여러 계측기를 제어하 기 위한 명령어를 구현하여 방송 매체별로 계측기 설정을 변경하거나 계측기에 측정값 을 요청하여 수신한다. 측정 모듈은 측정자 의 명령에 따라 통신 모듈과 제어 모듈과 연 동하여 측정을 수행하고, 그 결과를 저장한 다. 분석 모듈은 측정 결과를 매체별, 채널 별, 날짜별로 구분하여 검색하고, 검색한 데 이터를 참조하거나 지도 모듈에 넘겨주거나 통계 처리하는 역할을 수행한다. 환경관리
모듈은 방송 매체별로 방송사, 지역, 채널, 주파수, 무선국 정보, 계측기 설정값 등 측정 과 분석에 활용되는 각종 환경값을 관리한 다. 지도 모듈은 측정 모듈이나 분석 모듈의 명령에 따라 지도를 제어하여 측정 결과를 지도에 도시하는 등의 역할을 수행한다. 전 파DB 동기화 모듈은 측정 결과를 매체별, 채 널별, 날짜별로 구분하여 원격지 전파DB에 업로드 하는 역할을 수행한다. <그림 2> DMB IMAS 구조 DMB IMAS의 메인 시스템은 전계강도 측 정기 (로데사의 ESPI, FSP, FSL, FSH 등), 기준 수신기 (필립스사의 DAB752), 오실로 스코프 (내셔널인스트루먼트사의 NI Scope), GPS 수신기 등의 계측 장비를 측정 목적에 적합하게 설정하고 제어하여 측정 결과를 주 기적으로 수집한다. 비디오 및 데이터 서비 스 수신 품질에 대한 측정 결과와 핸드오버 측정에 대한 측정 결과는 자체 알고리즘에 의하여 직접 계산하여 산출한다. 이렇게 측 정된 값들은 전자 지도, CIR 패턴, 스펙트럼, 비디오 화면 등과 함께 화면에 표출되고, 그 결과는 DB에 통합 저장되어 관리된다. DTV IMAS와 DMB IMAS는 전문 측정 차 량에 시스템 형태로 탑재되어 활용된다. 측 정 차량을 구축하는 것은 많은 비용이 소요 되며, 차량이 이동할 수 있는 지역에서만 측 정 가능하다는 한계가 있다. 이러한 문제점 을 보완하기 위해 KBS에서는 휴대 측정이 가능한 포터블 IMAS를 구현하여 활용하고 있다. 포터블 IMAS는 휴대 측정을 위해 중 요한 시스템 무게와 배터리 충전 등을 고려
하여 개발되었다. 이외에도 DTV 분산 중계망 구축이나 동 일 채널 중계기 설치 등을 위해 필요한 다중 경로 신호를 분석할 수 있는 채널 분석기와 FM, AM 라디오 전계강도와 수신 오디오 품 질을 측정할 수 있는 측정 시스템도 KBS에 서 개발하여 활용하고 있다. 식별 및 각 송신 신호원의 수신 신호에 대한 기여도에 대한 정보를 제공하며, 주로 A-CIR과 함께 측정한다. SFN 측정에서 전 계강도 및 RF 스펙트럼은 송/중계기 추가로 인한 전계강도 상승효과와 주파수 페이딩 변 화 등을 측정하기 위하여 사용된다. 2. SFN 측정 DMB는 SFN 형태의 방송망을 지원한다. 현재 국내에서는 권역별로 1개 이상의 SFN 과 전국 MFN으로 DMB 서비스를 제공하고 있다. SFN에서 가드 인터벌을 벗어나 수신 기에 도달하는 신호는 일반적으로 채널 파워 를 상승시키지만 인접한 OFDM 심볼 사이의 간섭을 유발하여 수신 품질을 악화시킨다. 따라서 다양한 경로를 통해 수신기에 도달한 신호가 가드 인터벌 구간에 위치하도록 송신 기의 time delay를 조정한다. DMB IMAS는 SFN 측정을 위해 CIR, TII, 전계강도, RF 스펙트럼의 측정을 지원한다. CIR은 가드 인터벌 (246μs)을 포함한 최대 1ms 구간에서 수신 신호의 분포를 측정할 수 있는 A-CIR과 수신 신호의 첫 번째 피크 위치, 마지막 피크 위치, 피크들의 평균 위치 를 측정할 수 있는 D-CIR을 지원한다. A-CIR은 주로 SFN을 구성하는 송신기들 간 의 시간 동기를 정밀 측정하기 위하여 사용 되며, D-CIR은 이동 측정 경로 상에 가드 인터벌을 벗어나는 지점이 있는지를 측정하 기 위하여 사용된다. D-CIR 측정결과 가드 인터벌을 벗어난 지점이 있다면 A-CIR을 측 정하여 시간 동기가 어긋난 정도를 측정하고 시간 동기를 재조정한다. TII는 각 송신기마다 할당된 고유의 식별 정보로 수신 신호를 구성하는 송신 신호원 <그림 3> CIR 및 TII 측정 <그림 3>은 DMB IMAS를 이용한 CIR 및 TII 측정화면이다. <그림 3>의 수신 신호는 두 개의 피크와 한 개의 다중 경로 신호 피 크로 구성되며, 가드 인터벌 (A-CIR의 흰색 영역) 범위에 위치한다. TII 측정 결과에 의 하면 두 개의 피크는 TII 세기가 0이 아닌 관악산과 남산 신호임을 알 수 있으며 (앞서 는 피크가 수신점과 근거리이면서 TII 신호 세기가 작은 남산 신호임), 수신점에서 두 송 신소까지의 거리 차이가 A-CIR 피크에서 계 산한 거리 차이와 일치하므로 송신기들의 시 간 동기가 정확하다는 것도 알 수 있다. 만 일 두 값이 일치하지 않으면 dynamic delay compensation (network maximum delay 및 time stamp를 이용) 또는 static delay compensation (송신기에 일정 크기 의 processing delay를 추가)을 수행하여 time delay를 재조정한다. A-CIR과 TII을 이용하면 가드 인터벌에 의해 결정되는 SFN 송신기간의 거리
(73.8km)를 벗어나 위치하는 원거리 송신기 신호의 수신 여부도 측정할 수 있다. 원거리 송신기에 의한 간섭이 존재하면 송신 출력 및 안테나 지향성 등을 조정하여 가드 인터 벌을 벗어나는 신호의 세기를 줄이거나 transmitter offset delay를 이용하여 원거 리 송신기 신호를 인위적으로 가드 인터벌 구간에 들어오게 한다. OCR (On Channel Repeater)을 사용하는 경우 중계기의 processing time만큼 원 신호에 time delay 가 추가된다. 이는 가드 인터벌을 벗어나는 destructive echo의 발생 가능성을 증가시 키며, 송신기와 OCR이 원거리일수록, OCR 의 출력 및 송신 안테나 고도가 높을수록 그 가능성은 더욱 증가한다. 따라서 OCR 설치 후에는 커버리지 변화에 대한 측정과 함께 destructive echo에 대한 측정이 필요하다. 3. 채널 품질 <그림 4> 채널 품질 측정 <그림 4>는 DMB IMAS를 이용한 채널 품 질 측정 화면을 보여준다. 채널 품질 측정과 관련하여 DMB IMAS는 매체에 관계없이 보 편적으로 사용되는 전계강도, 채널 파워, RF 스펙트럼을 비롯하여 시간 및 주파수 동기, FIC (Fast Information Channel) 오류, BER, D-CIR 등의 시스템 레벨의 측정 항목 을 지원한다. 전계강도, 채널 파워, RF 스펙 트럼, D-CIR은 SFN 측정과 공통된 항목이 지만 측정 목적은 서로 다르다. 채널 품질 측정에서 전계강도와 채널 파워는 유효 전계 강도를 확보한 지역과 그렇지 못한 지역의 분포를 측정하기 위해 사용되며, RF 스펙트 럼은 주파수 페이딩 및 아날로그 TV 신호와 의 동일 채널 간섭으로 인한 수신 품질 영향 을 측정하기 위한 목적으로 사용된다. 동기 정보의 경우 DMB 전송 프레임의 널 심볼 동기, SFN 및 다중 경로 신호에 대한 시간 동기, 도플러 효과로 인한 주파수 편이 에 대한 주파수 동기 등의 측정값을 제공한 다. FIC 오류는 FIC에서 발생한 오류 비트 수 (MSC BER과 유사한 방식으로 계산), 오 류가 발생한 FIB (Fast Information Block) 개수에 대한 측정값을 제공한다. FIB 오류에 대한 측정값은 채널 변화를 고속으로 정확하 게 반영하기 때문에 (time interleaving으로 인한 delay가 없음) 단말에서 핸드오버를 위 한 QoS 항목으로도 활용 가능하다. BER은 MSC (Main Service Channel) BER을 제공한다. MSC BER은 비터비 디코 더를 거친 신호를 무오류 신호로 가정하고 비트 오류율을 측정하기 때문에 실제 수신품 질을 정확하게 반영하는데 한계가 있어 수신 품질 측정용으로 사용하기에는 부적합하다. 그러나 실제 방송에서 BER 측정을 위한 기 준 신호를 전송하기 어려운 현실 여건상 MSC BER은 수신 신호 품질을 반영하는 참 고 정보로는 유용하게 활용될 수 있다. D-CIR은 측정 지점에서 수신 불량의 원인 이 가드 인터벌을 벗어난 간섭 신호 때문인 지에 대한 측정값을 제공한다. 유효 전계강 도를 확보한 지역임에도 수신 품질이 불량하 면 간섭 신호가 존재할 가능성이 높으므로 RF 스펙트럼을 이용한 아날로그 TV 간섭,
D-CIR을 이용한 가드 인터벌을 벗어난 다중 경로 신호 등을 측정한다. DMB IMAS는 측정 결과를 실시간으로 전 자 지도에 도시하는 기능을 지원하므로 측정 도중에도 구간별 수신 품질의 변화를 분석하 기가 용이하다. 또한, 시간에 따른 전계강도 변화 그래프를 제공하여 시간 페이딩에 의한 수신 품질 변화 등을 측정할 수 있다. DMB IMAS는 DMB에서 제공하는 비디오, 오디오, 데이터 서비스에 대한 수신 품질 측 정을 지원한다. <그림 6>은 DMB IMAS를 이용하여 비디오 서비스를 측정하는 화면을 보여준다. DMB IMAS는 비디오 화면상의 블 록 오류나 프레임 오류 발생을 이용하는 주 관적 품질 측정과 함께 정량화된 측정값에 의한 객관적 품질 측정을 지원한다. 주관적 품질 측정은 오류 P프레임부터 정상 I프레임 까지 오류 구간을 렌더링에서 제외하는 방식 (frame freezing)과 오류 구간의 렌더링을 수행하여 오류가 전파되는 화면을 보여주는 방식 (error propagation)을 지원한다. <그림 5> 전계강도 멀티 측정 DMB IMAS는 수신 품질 측정에 가장 많 이 사용하는 전계강도 측정에 있어 편의를 제공하고, 측정에 소요되는 자원을 절약하기 위한 방법으로 멀티 측정을 지원한다. <그림 5>는 DMB IMAS에서 멀티 측정을 수행하는 화면이다. 멀티 측정은 다수의 DMB 채널에 대한 채널 파워, 전계강도, RF 스펙트럼을 동시에 비교 측정하며, 아날로그 TV, 디지털 TV, FM, AM, DRM 등의 다른 방송 방식에 대한 측정으로 확장 가능하다. 동시 측정할 수 있는 채널의 수에는 제한이 없으나 현재 최대 6개 채널에 대한 동시 측정을 지원한 다. 이 기능은 현재 모든 지상파 방송 매체 의 전계강도를 고속 측정하는 다매체 다채널 측정시스템으로 발전하였다. 4. 서비스 품질 <그림 6> 비디오 서비스 측정 비디오 데이터를 수신, 오류 정정, 디코딩, 렌더링 하는 과정에서 단계별로 다양한 측정 값을 수집하지만 커버리지 분석에는 실제 비 디오 수신 품질에 직접적으로 연관된 리드 솔로몬 후단에서 측정한 패킷 오류율과 디코 딩 과정에서 측정한 비디오 프레임 오류율을 주로 이용한다. 전파 수신이 불량한 지역에 서는 전송 데이터 유실이 발생할 수 있으며, 이를 오류율 계산에 반영하지 않으면 측정 결과가 부정확하게 된다. 실제 데이터 유실 로 데이터가 거의 수신되지 않은 지역에서 일부 수신된 데이터만으로 오류율을 측정하 면 수신 양호 지역으로 잘못 분류될 수 있
다. DMB IMAS는 자체 알고리즘에 의하여 유실 데이터 개수를 추정하여 이를 오류율 계산에 반영하기 때문에 정확한 측정 결과를 제공한다. 주로 이용한다. <그림 7> 오디오 서비스 측정 <그림 7>은 오디오 서비스 측정 화면을 보여준다. DMB IMAS는 DAB 오디오 서비스 인 MUSICAM MPEG-1/2 Layer 2에 대한 수신 품질 측정을 지원한다. 주요 측정 항목 으로는 ISO-CRC 오류, ScF-CRC 오류가 있 다. 오디오 수신 품질 측정에 주로 사용하는 항목은 가청 오디오 품질과 직접적으로 연관 된 ScF-CRC 오류이다. DMB 비디오 서비스 규격을 사용하는 비주얼 라디오 서비스의 수 신 품질 측정은 DMB IMAS의 비디오 서비 스 측정 기능을 이용한다. <그림 8>은 DMB IMAS의 데이터 서비스 측정 화면을 보여준다. DMB IMAS는 패킷 모드를 이용하여 전송되는 NPAD (Non Program Associated Data) 서비스에 대한 수신 품질 측정을 지원한다. 지원하는 주요 측정값으로는 수신 패킷 수, 유실 패킷 수, 오류 패킷 수, 패킷 오류율 등이 있다. TPEG (Transport Protocol Expert Group), BWS (Broadcast Web Site) 등 대 부분의 데이터 서비스가 NPAD 서비스에 해 당한다. 수신 품질 측정에는 패킷 오류율을 <그림 8> 데이터 서비스 측정 5. 측정 결과 분석 DMB IMAS가 지원하는 측정 결과 분석 기능에는 DB 검색 및 관리, 측정값 가공, 전 자 지도 도시, 측정 결과 재생 등이 있다. 측 정 결과를 전자 지도에 도시하기 이전에 DB 를 검색하고 호출하거나, 분석을 원하는 특 정 측정 항목만을 필터링하거나, 구간별 측 정값을 이용하여 수신율을 자동 계산하거나, 특정 지점의 측정값을 수정 또는 삭제하거 나, 구간 평균을 산출하는 작업을 지원한다. 또한 이동 측정 결과에서 고정 지점의 측정 값 제거가 가능하다. 이는 측정차가 이동 중 에 일시 정지한 지점에서 반복 측정된 값들 이 결과 분석에 중복 반영되어 분석 결과가 왜곡되는 것을 방지하기 위한 기능이다. 가공이 완료된 분석 데이터는 설정한 범례 에 따라 측정값 분포를 색상으로 구분하여 <그림 9>와 같이 전자지도에 도시한다. <그 림 9>는 KBS DMB 채널에 대한 전국 전계 강도 분포를 도시한 결과이다.
었다. 재생 기능은 이와 같이 측정 결과 분 석 기능을 강화할 뿐만 아니라 분석자가 현 재 실시간으로 측정을 진행하는 것과 같은 시뮬레이션 효과를 제공한다. DB를 검색하여 재생을 원하는 측정 데이터를 선택하고 재생 을 시작하면 측정 당시의 경/위도 좌표에 대 응하는 모든 측정값이 재생 포인트와 연동하 여 재생된다. <그림 9> 전국 전계강도 분포 DB에서 호출한 측정 결과는 DMB IMAS 의 측정 화면과 동일한 사용자 인터페이스를 이용하여 재생이 가능하다. 방송 수신 품질 분석 과정에서 흔히 사용하는 선택 항목에 대한 측정값을 전자 지도에 도시하는 방법만 으로는 전파와 서비스의 특성을 반영하는 여 러 항목의 측정 결과를 동시에 참고할 수 없 으므로 난시청의 원인을 정확하게 분석하기 어렵다. 예를 들어 전계강도는 높은데 수신 이 불량한 지역이 있을 수 있다. 이는 주로 다른 신호의 간섭 때문인데 정확한 원인을 찾기 위해서는 전계강도는 물론 RF 스펙트 럼, A-CIR, D-CIR을 비롯한 다른 측정값들 을 동시에 분석하여야 한다. 이를 위해서는 수신 품질을 반영하는 다양 한 항목의 측정 결과가 수신 품질에 미치는 영향을 다각적으로 분석하면서 수신 품질이 시간의 흐름과 지형의 변화에 따라 어떠한 추이로 변화하여 왔는지를 평가하는 방법이 필요하다. 또한 전자 지도상의 선택 지점과 해당 지점에서의 모든 측정값들을 연동하여 제공하는 방법이 필요하다. DMB IMAS의 재 생 기능은 이러한 사항을 지원하고자 개발되 <그림 10> 측정 결과 재생 현재 재생 포인트는 전자 지도에 구분되어 도시되며, 지도에 도시된 특정 지점을 선택 하면 해당 지점으로 재생 포인트가 이동한 다. 재생 시작, 일시 정지, 정지, 재생 포인 트 이동, 속도 조절 등이 가능하다. 비디오 서비스의 경우 재생 포인트에 대한 비디오 서비스 측정값과 비디오 화면이 서로 연동되 어 재생된다. <그림 10>은 DMB IMAS의 측 정 결과 재생 화면을 보여준다. 6. 지리 지형 정보 분석 DMB IMAS는 지리 지형 조건과 수신 품 질의 관계를 연동하여 분석할 수 있는 기능 을 지원한다.
<그림 11> 지형 고도 프로파일 SFN을 구성하는 송/중계소의 방향 및 거 리를 계산하는 기능을 통해 수신점에서 전파 의 송신 신호원 위치를 파악하거나, CIR과 연계하여 송신기들의 시간 동기를 분석하는 것이 가능하다. 수신 지점에서 SFN을 구성 하는 송/중계소까지의 지형 고도 프로파일을 계산하는 기능을 통해 수신점과 송신점간의 LOS (Line Of Sight) 확보 여부 및 지형적 인 수신 장애 정도를 <그림 11>과 같이 분 석할 수 있다. 지형 장애물은 물론 건축물과 같은 인공 장애물의 고도에 대한 분석이 가 능하다. 동심원 분석 기능을 통해서는 선택 지점을 중심으로 송/중계소의 위치와 거리를 파악하거나, 송/중계소를 기준으로 한 거리 별 측정값 분포를 분석할 수 있다. 등을 고려하여야 한다. 시간 동기가 어긋나 있으면 수신기가 이미 수신한 데이터를 핸드 오버 이후에도 다시 수신하거나, 수신할 데 이터를 수신하지 못하는 경우가 발생한다. 또한 인접 권역으로 이동하는 도중에 커버리 지 불연속 구간이 있으면 해당 구간 동안 어 떠한 서비스도 수신이 불가능하기 때문에 핸 드오버 성능이 저하된다. DMB에서 핸드오버 필드테스트를 수행하 는 목적은 현재 방송망이 지원하는 핸드오버 성능을 검증하는 것과 핸드오버 도입으로 인 한 커버리지 개선 효과를 측정하는 것이다. 핸드오버는 방송 커버리지 개선 효과를 제공 한다. 서로 다른 권역에 분산되어 위치한 송 신기들의 신호가 동시에 특정 위치에서 수신 되지 않을 가능성은 낮아지기 때문에 커버리 지 개선이 가능하다. 즉, 기존의 음영 지역이 다른 권역의 신호에 의해 커버되어 서비스 가능 영역으로 변화하는 것이다. 방송사는 이를 고려하여 핸드오버 도입 후에도 커버리 지 개선 효과가 없는 음영 지역을 중심으로 중계망을 구축하는 것이 보다 효율적이다. 7. 핸드오버 측정 DMB 핸드오버는 DMB를 이용하는 사용자 가 현재 서비스 권역을 벗어나 다른 주파수 를 사용하는 인접 권역으로 이동할 때 수신 기가 기존 주파수와 서비스에 대응하는 새로 운 주파수와 서비스를 자동으로 검색하여 제 공하는 기술이다. 핸드오버에 적합한 방송망 을 구현하기 위해서는 인접 권역 SFN 방송 망들 사이의 시간 동기와 커버리지 연속성 <그림 12> 핸드오버 필드테스트 화면 KBS 기술연구소는 DMB IMAS를 개선하 여 핸드오버 필드테스트가 가능하도록 개발 하였다. 핸드오버 측정시스템은 현재 채널과
인접 권역 채널의 수신 품질을 측정하고, 커 버리지 중첩 및 불연속 지역, 핸드오버 지역, 신규 채널 전환 지역, 현 채널 유지 지역, 타 임아웃 지역 등의 각종 핸드오버 관련 항목 을 계산하며, 실제 알고리즘에 따라 핸드오 버를 수행한다. 수집된 측정값들은 메타데이 터, 위치 및 시간 정보 등과 함께 DB에 통 합 저장되어 관리된다. <그림 12>는 DMB IMAS를 이용하여 핸드오버 필드테스트를 수 행하는 화면을 보여준다. 사 서비스들의 비교 측정, 동일 방송사의 다 른 서비스 비교 측정이 가능하게 하였고, 한 번에 여러 서비스들의 동시 측정을 통해 동 일한 지역을 여러 번 반복 측정해야 하는 낭 비 요인을 제거하였다. 또한 여러 측정 기능 을 단일 소프트웨어에 통합하면서도 다양한 하드웨어 조합, 채널 조합, 서비스 조합을 통 해 측정을 유연하게 구성할 수 있도록 하여 사용 편의성을 더욱 향상하였다. <그림 13> 은 3개 방송사의 비디오 서비스를 동시에 비 교 측정하는 화면을 보여준다. 8. DMB IMAS 고도화 DMB IMAS 고도화 시스템은 실제 필드에 서 DMB IMAS를 이용해 방송망 구축, 수신 품질 측정 및 분석 업무를 수행하는 과정에 서 수집된 개선 의견을 반영하여 기존 시스 템을 보완하고 신규 기능을 추가하여 현업 실무에 최적화하는 것을 목표로 개발되었다. 이동 측정을 위주로 하는 DMB 측정 데이 터는 방대할 수밖에 없다. 이를 효율적으로 관리하고 방대한 데이터의 통계 가공을 통해 방송 수신 품질을 정확하게 분석하는 것은 매우 중요한 일이다. 이를 위해 측정 결과를 사내 전파DB와 연계하여 효율적으로 관리하 고, 타 방송사와 수신 커버리지 비교, 수신 특성이 다른 비디오/오디오/데이터 서비스들 의 수신 커버리지 비교, 지역별/영역별/구간 별 통계 등 다양한 분석이 가능하도록 고도 화 시스템에 반영하였다. 측정 관련해서는 기존에 기준 수신기로 사 용하던 DAB752의 수신 감도가 최근 출시된 국내 DMB 수신기에 비해 좋지 않아 측정 결과가 왜곡되는 문제가 발생함에 따라 기준 수신기를 교체하였다. 또한 최대 6채널 전계 강도 동시 측정, 최대 3개 서비스의 동시 측 정이 가능하도록 기능을 확장하여 다른 방송 <그림 13> 3개 방송사 서비스 비교 측정 포터블 IMAS 경우 측정 항목 및 분석 기 능의 제약으로 현업에서 여러 개선 요구가 있었는데 고도화 시스템에서 이를 수용하고 차량용 측정시스템과 포터블 측정시스템을 단일 소프트웨어로 통합함으로써 편의성을 향상하고 기능을 더욱 확대하였다. 고도화 시스템에서는 구글 지도와 위성 지 도를 이용한 측정 결과 분석을 지원하여 2D 지도가 갖는 지형적 원인에 의한 난시청 분 석에 있어서의 한계를 벗어나 정밀한 분석이 가능하면서도 해외에서도 활용이 가능하도록 하였다. 또한 비교적 고가인 측정 시스템을 위한 전용 지도를 구매하지 않더라도 무료로 사용 가능한 Open API를 지원하는 인터넷 지도를 사용하여 측정시스템 구축비용 절감
이 가능하도록 하였다. 9. 다매체 전계강도 이동 측정 감소나 안테나 불량 등 방송망에서 발생한 문제 등을 쉽게 감지하여 최적의 방송망 관 리가 가능하다. 현재 방송사에서 운영하고 있는 지상파 방 송 매체는 DTV, ATV, DMB, FM, AM 등이 있다. 각 매체별로 지원 서비스, 압축 방식, 다중화, 주파수, 대역폭, 채널 코딩, 변조 방 식 등이 다르기 때문에 수신 품질을 평가하 기 위해 측정하는 항목이 다르고, 이를 위한 전문 시스템도 별도로 존재한다. 이로 인해 매체별로 전문 시스템과 이를 탑재한 측정차 를 별도로 구축해야 하는 문제가 있다. 모든 지상파 방송 매체의 수신 품질 측정 에 공통으로 활용되고, 가장 많이 참조되는 항목이 전계강도이다. 따라서 전계강도 측정 을 위한 전문 시스템을 개발하여 여러 방송 매체의 수신 품질 측정에 활용하면 최소의 비용으로 최적의 방송망 관리가 가능하다. 전계강도는 방송 매체에 관계없이 스펙트럼 분석기에서 측정한 채널 파워를 전계강도로 환산한 결과를 사용한다. 전계강도는 간단히 말하면 단말의 수신 안테나로 들어가는 전파 의 세기이다. 대부분의 경우 어떤 지역의 전 계강도가 해당 방송 매체가 요구하는 기준 레벨 이상이면 해당 지역을 양호 지역으로 평가한다. KBS 기술연구소에서는 DMB IMAS의 기 능을 확장하여 다양한 지상파 방송 매체에 대해 여러 채널의 전계강도를 동시 측정하고 분석할 수 있는 다매체 전계강도 이동 측정 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템을 이용 하면 자동화된 절차에 의해 최단 시간에 다 양한 지역의 방송 수신 품질을 측정하고, 그 결과를 분석하여 난시청 지역 여부에 대한 평가를 내릴 수 있으며, 동일 채널의 이전 측정 결과와 비교 분석 등을 통해 송신 출력 <그림 14> DMB 다채널 전계강도 측정 <그림 14>는 3개 DMB 채널에 대한 전계 강도와 스펙트럼 영상을 동시에 측정하는 화 면이다. 채널을 순차적으로 전환하면서 채널 파워, 전계강도, 스펙트럼 영상을 시간, 위치 정보와 함께 반복하여 측정한다. 하단의 그 래프는 동시 측정하는 3개 채널의 시간에 따 른 전계강도 변화를 비교 분석하기 위한 것 이다. <그림 14>에서와 같이 전자 지도는 측 정 과정에서 동시에 실행되어 측정자가 이동 한 경로와 이동 경로상의 측정값 변화를 쉽 게 확인할 수 있도록 하였다. 10. 결론 DMB IMAS는 SFN 구축 및 조정, 수신 품질 측정을 통한 방송 서비스 영역 분석, 난시청 지역 측정 및 난시청 원인 분석, 다 수 채널 및 서비스 동시 측정을 통한 수신 품질 비교 분석, 핸드오버 품질 측정 및 방 송망 조정 등을 이동, 고정, 휴대 환경에서 수행하기 위해 KBS 기술연구소에서 개발한 세계 최초의 DMB 전문 측정 및 분석시스템 이다. 디지털 환경에 적합한 새로운 개념의
측정 및 분석시스템으로 현재 국내 방송사 및 국책 기관에서 활용하는 국내 표준 측정 시스템으로 자리 잡았다. 기존에는 각 기관 마다 측정 방식이 달라 동일한 지역에 대해 서도 다른 측정 결과를 보여주는 경우가 많 아 데이터 신뢰성에 문제가 있었다. 측정 자 동화를 통해 많은 인적, 물적 자원이 소요되 는 측정 업무를 혁신적으로 개선하였으며, 방대한 측정 데이터를 체계적, 효율적으로 관리하여 국가의 귀중한 자산으로 활용 가능 하도록 하였다. SFN 구축을 통해 귀중한 공 공 자산인 주파수의 활용 효율화 및 수신 품 질 개선과 최적의 핸드오버를 지원하는 방송 망 구축이 가능하도록 하였다. DB화된 측정 결과는 향후 WSD (White Space Device)를 위한 Geo Location DB로 활용될 수 있다. 이러한 공로를 인정받아 2007년 방송사 최초로 전파방송신기술상 대통령상을 수상하 였으며, 관련 논문 및 기고문 16편 발표, 특 허 10건 출원 및 등록하는 등 학술적, 산업 적 가치 증진에도 노력하고 있다. 또한, DMB의 본고장인 유럽에서 개최되는 세계적 인 방송 전시회인 IBC('06, '07), 미국에서 개최되는 세계적인 방송 전시회인 NAB('07), 국내의 KOBA('06, '08, '09, '11)에 전시하 여 관련 기술의 홍보에도 주력하였다. 현재 DMB IMAS는 KBS, MBC, SBS, 중앙전파관 리소, 전자부품연구원(KETI), 전자통신연구원 (ETRI) 등에서 활용하고 있다. 개발된 시스템은 향후에도 KBS를 비롯한 지상파 방송사의 방송망 구축과 관리, 난시 청 해소에 효율적으로 활용되어 시청자들에 게 고품질의 방송 서비스를 제공하는데 기여 할 것으로 기대된다. 또한 국내 및 해외 판 매를 통한 기술료 수입도 기대된다.