KR20050029570A

KR20050029570A - 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크（ｓｔｌ）를이용한 디지털 ｔｖ 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템

Info

Publication number: KR20050029570A
Application number: KR1020030065900A
Authority: KR
Inventors: 서영우; 목하균; 권태훈; 김영민; 이상길
Original assignee: 한국방송공사
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-03-28
Also published as: KR100525848B1

Abstract

본 발명은 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크(STL)를 이용한 디지털 TV 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템(SFN; Single Frequency Network)에 관한 것으로 특히, SFN 시스템에 있어서, 상기 SFN 송신기를, IF 신호를 기저대역의 I, Q로 복조해내는 I/Q복조부와, 상기 복조부에서 출력되는 신호의 채널 왜곡을 보상 및 지연시키는 디지털 프로세서, 상기 디지털 프로세서를 통해 왜곡보상 및 지연된 신호를 변조하는 I/Q복조부, 원하는 주파수 대역으로 변환하기 위한 주파수 상향 변환기 및 주파수 상향 변환기 출력신호를 고출력으로 증폭하여 주는 HPA로 구성하여, 기존의 아날로그 방송용 STL로 중계된 디지털 TV RF 신호를 디지털 신호처리 기술로 복원하여 원하는 시간 만큼의 지연 후 각 송신소 별로 송출할 수 있으므로 신규 설비 추가 없이 DTV 단일 주파수 네트워크를 구현할 수 있도록 한 것이다.

Description

아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크（ＳＴＬ）를 이용한 디지털 ＴＶ 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템{Single Frequency Network System of Digital Television Transmission using Studio-Transmitter Link for an Analog Broadcasting}

본 발명은 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크(STL)를 이용한 디지털 TV 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템에 관한 것으로 더욱 상세히는, 기존의 아날로그 방송용 연주소-송신소 링크망(STL 또는 ST링크 : Studio to Transmitter Link)을 이용하여 각 송신기에 동일한 IF(Intermediate Frequency)신호를 제공하고 이를 디지털 신호처리 기술을 이용하여 복구하여 사용하는 방식을 통해 신규 설비 추가 없이 동일 주파수 네트워크를 구현할 수 있도록 한 시스템의 구축, 운용, 복구 및 처리, 흐름제어 및 전송기술 등에 관한 발명이다.

도 1은 일반적인 디지털 방송용 단일주파수네트워크(SFN; Single Frequency Network) 시스템의 개요도를 나타낸 것으로, 연주소 링크망은 비디오와 오디오신호를 각각 MPEG-2와 AC-3로 압축한 후 데이터 방송용 데이터와 결합하여 MPEG 전송 스트림으로 만들어 주는 연주소(studio; 1)와, 상기 연주소(1)에서 제작된 전송 스트림을 연주소-송신기 링크(ST-link)를 통해 전송(전파나 전용회선에 의한 광네트워크로 송신)하는 ST링크(연주소-송신소 링크) 송신단(Transmitter:Tx)(2)으로 형성되고, 각각의 송신소는 회선으로부터 수신된 신호를 기저대역에서 다시 원래의 MPEG 전송 스트림으로 복원하는 ST링크 수신단(Receiver:Rx)(4)과, SFN전송을 지원하는 송신기로서 주파수 및 시간 동기를 수행한 후 변조하여 송신하는 SFN 송신기(5), 네트워크 내의 여러 송신소에서 동시에 동일주파수로 송출하기 위한 기준 신호를 수신하는 GPS(Global Positioning System) 수신기(6) 및 SFN 주파수에 맞추어 송출하는 송출 안테나(7)로 구성된 형태를 갖는다.

또한, 도 2는 종래 디지털 링크를 이용한 SFN 시스템 구성도를 나타낸 것으로, 연주소(11)에서는 비디오와 오디오신호를 각각 MPEG-2와 AC-3로 압축한 후 데이터 방송용 데이터와 결합하여 MPEG 전송 스트림으로 만들어 준다,

한편, 일반적으로 ATSC방식의 DTV 송신기에서는 송신 프레임을 만들기 위해 312개의 패킷들로 이루어진 그룹 두 개를 이용하여 구성하는데, 이들 패킷 그룹의 구분은 입력 패킷들의 내용에 상관없이 들어오는 순서대로 처리되고, 또 송신기에서는 격자 부호화를 하기 위해 상태 메모리를 통해서 각 상태(state)를 저장하는데 이 값 또한 초기값이 다르면 같은 데이터를 입력해도 서로 달라지게 됨에 따라, 일반적으로 두 개의 송신소에 같은 데이터를 보내더라도 이러한 이유로 같은 신호가 최종 송출된다는 보장이 없다.

따라서, 이 문제를 해결하기 위하여 데이터 처리부(13)에서 동기화를 위한 데이터 처리를 한다. 즉, 각 송신기들이 정확한 시점에서 프레임 구성을 시작하도록 하는 기준신호와 송신기의 격자부호화에 사용될 상태 메모리의 초기값을 미리 제작하여 패킷 형태로 구성하는데, 상기 데이터 처리부(13)는 이러한 동기화 데이터를 작성하는 역할을 한다.

또한, 동기화 데이터 삽입기(14)는 데이터 처리부(13)로 부터 만들어진 기준 신호와 부가 패킷 데이터를 전송 스트림상에 삽입하는 기능을 하고, ST링크 송신단(2)은 결합된 전송 스트림을 연주소-송신소 링크(ST-link)를 통해 전송하게 되는데, 이때 전송로는 전파나 전용회선, 광네트워크 등으로 송신된다.

한편, 각 송신소의 ST링크 수신단(4)에서는 회선으로부터 수신된 신호를 기저대역에서 다시 원래의 MPEG 전송 스트림으로 복원하고, SFN 송신기(5)에서는 SFN전송을 지원하는 송신기로서 주파수 및 시간 동기를 수행한 후 변조 후 송신한다.

이때, 상기 SFN 송신기(5)내의 동기화된 데이터 처리(Synchronized Data Processing; 51)에서는 동기화 기준 신호와 부가 패킷 데이터를 해석하여 정확한 위치에서 패킷 그룹을 만들어 송출 프레임을 구성하고 상태 메모리를 초기화하고, 익사이터(Exciter; 52)에서는 기저대역에서 VSB(Vestigial Side Band; 잔류측파대) 변조된 신호를 송출 주파수로 주파수 변환하며, 고출력증폭기(High Power Amp; 53)에서는 익사이터(52)에서 출력되는 신호를 고출력으로 증폭하여 송출안테나(7)를 통해 SFN 주파수에 맞추어 송출한다.

한편, GPS 수신기(6)에서는 네트워크내의 여러 송신소에서 동시에 동일주파수로 송출하기 위한 기준 신호를 수신한다.

즉, 종래 디지털 링크를 이용한 SFN 시스템에서는 디지털 ST 링크 송신 및 수신단(2,4)을 이용하여 각 송신소로 동기화 정보가 삽입된 TS 신호를 보내는 것으로 각 송신기에서 TS 패킷안의 동기화 정보를 추출하여 동일한 신호를 동일 주파수로 송출한다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 디지털 링크를 이용한 SFN 시스템은 스튜디오의 TS출력에 데이터 MUX기능을 이용하여 각 송신기 마다 다르게 설정되어야 하는 파라미터와 동일 데이터를 만들어 내기 위한 동기화 정보를 패킷 형태로 삽입한다.

이렇게 동기화 신호가 삽입된 TS신호를 기존의 디지털 STL을 이용하여 각 송신소로 보내고, 각 송신기에서는 수신된 TS 신호에서 해당하는 송신기 파라미터를 추출하여 적용하고 동기화 정보로부터 출력데이터를 주기적으로 초기화하며, 이를 통해 각 송신기들이 송출하는 신호가 동일하게 설정되어 송출된다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래 디지털 링크를 이용한 SFN 시스템은 디지털 방송용 STL을 그대로 이용할 수 있다는 장점이 있는 반면 전송 프로토콜의 재 정의가 필요하다.

즉, 패킷 개념의 동기화 정보가 스튜디오에서 TS 스트림에 삽입되어야 하며, 또한 송신소에서도 이 정보를 추출하여 개별 송신기를 이에 따라 제어할 수 있어야 함에 따라 STL 송신단의 VSB 송신기와 STL 수신단의 VSB 송신기의 구조가 매우 복잡해지며 운용이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 아날로그 방송용 STL로 중계된 디지털 TV RF 신호를 디지털 신호처리 기술로 복원하여 원하는 시간 만큼의 지연 후에 각 송신소 별로 송출하여 신규 설비 추가 없이 동일 주파수 네트워크를 구현할 수 있는 시스템 구축, 운용, 복구 및 처리, 흐름제어 및 전송기술 즉, 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크(STL)를 이용한 디지털 TV 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, TS 스트림을 제조하는 스튜디오와, TS 스트림을 아날로그 IF 신호로 변조하는 DTV 변조기 및 이 아날로그 6MHz(혹은 8MHz) 대역폭을 통과시켜 송출안테나를 통해 각 지역의 송신소로 전달하는 아날로그 STL 송신단으로 구성된 연주소-송신소(ST) 링크와; ST 링크로부터 신호를 받아 IF 신호로 변환하는 STL 수신단과, 주파수 및 시간 동기를 수행한 후 변조 후 송신하는 SFN 송신기, 네트워크 내의 여러 송신소에서 동시에 동일주파수로 송출하기 위한 기준 신호를 수신하는 GPS 수신기 및 SFN 주파수에 맞추어 송출하는 송출 안테나로 구성된 각 송신소로 이루어진 SFN 시스템에 있어서, 상기 SFN 송신기를 IF 신호를 기저대역의 I, Q로 복조해내는 I/Q복조부와, 상기 복조부에서 출력되는 신호의 채널 왜곡을 보상 및 지연시켜 주는 디지털 프로세서, 상기 디지털 프로세서를 통과한 신호를 변조하는 I/Q변조부, 원하는 주파수 대역으로 변환하기 위한 주파수 상향 변환기 및 주파수 상향 변환기 출력신호를 고출력으로 증폭하여 주는 HPA로 구성함으로써 달성할 수 있다.

따라서, 기존의 아날로그 방송용 STL로 중계된 디지털 TV RF 신호를 디지털 신호처리 기술로 복원하여 원하는 시간 만큼의 지연 후 각 송신소 별로 송출할 수 있으므로 신규 설비 추가 없이 DTV 동일 주파수 네트워크를 구현할 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 시스템의 구성도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 중 디지털 프로세서의 상세 구성도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, TS 스트림을 제작하는 스튜디오(11)와, TS 스트림을 아날로그의 IF신호로 변조하는 DTV 변조기(12) 및 이 아날로그 6MHz(혹은 8MHz) 대역폭을 통과시켜 송출안테나(3)를 통해 각 지역의 송신소로 전달하는 아날로그 STL 송신단(2)으로 구성된 ST 링크와; ST 링크로부터 신호를 받아 IF 신호로 변환하는 STL 수신단(4)과, 주파수 및 시간 동기를 수행한 후 변조하여 송신하는 SFN 송신기(5), 네트워크내의 여러 송신소에서 동시에 동일주파수로 송출하기 위한 기준 신호를 수신하는 GPS 수신기(6) 및 SFN 주파수에 맞추어 송출하는 송출안테나(7)로 구성된 각 송신소로 이루어진 SFN 시스템에 있어서,

상기 SFN 송신기(5)를 IF신호를 기저대역의 I/Q로 복조해내는 I/Q복조부(51)와; 상기 I/Q복조부(51)에서 출력되는 신호의 채널 왜곡을 보상 및 지연시켜 주는 디지털 프로세서(52)와; 상기 디지털 프로세서(52)를 통한 신호를 변조하는 I/Q변조부(53)와; 상기 I/Q변조부(53)의 출력신호를 원하는 주파수 대역으로 변환하여 주는 주파수 상향 변환기(54)와, 상기 주파수 상향 변환기(54)에 의해 대역변환된 신호를 고출력으로 증폭하여 주는 HPA(55)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 디지털 프로세서(52)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 I/Q복조부(51)에 의해 기저대역으로 복조된 신호의 채널왜곡을 보상하는 채널왜곡 보상부(521)와, 상기 채널왜곡 보상부(521)에서 왜곡이 보상된 신호의 전송 심볼을 복구하는 심볼 복구부(522), 각 송신기 마다 할당된 시간만큼 송출 타이밍 동기를 지연시켜 주는 지연부(523) 및 상기 지연부(523)를 통해 출력되는 신호를 DTV 파형으로 다시 정형시켜 주는 파형 정형 필터부(524)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명 시스템의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연주소의 스튜디오(11)에서 제작된 TS 스트림은 DTV 변조기(12)를 통하여 아날로그 IF 신호로 변조된다.

이 아날로그 6MHz(혹은 8MHz) 대역폭은 아날로그 STL 송신단(2)을 통해서 각 지역의 송신소로 그대로 전달되며, 각각의 송신소에서는 I/Q복조부(51)를 통해 수신된 IF 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한 후 디지털 프로세서(52)내 채널왜곡 보상부(521)를 통해 채널왜곡을 보상하고, 이어서 심볼 복구부(522)를 거쳐 심볼을 복원한 다음, 지연부(523)를 통해 각 송신기 마다 할당된 시간 만큼 지연시킨 후 파형 정형 필터부(524)를 통해 왜곡보상의 과정을 거쳐 노이즈 및 채널 왜곡을 제거 및 보상한 후 I/Q변조부(53)와 주파수 상향 변환기(54)를 거치면서 원하는 주파수로 주파수 변환되어 HPA(55)를 통해서 재송출한다.

이때, 단일 주파수 네트워크의 필수 요건은 다음 세 가지로 구분되는데 그 첫째는 송출 주파수간의 주파수 동기이고, 둘째는 각 송신기의 송출 타이밍 조정이며, 셋째는 각 송출 신호의 완벽한 동일성이다.

따라서, 본 발명에서는 이를 위해 다음과 같은 기술을 적용하였다.

첫째로 각 송출 주파수 간의 동기를 맞추기 위하여 GPS를 이용하여 시스템의 모든 주파수의 동기를 맞추고, 둘째로 각 송신기간의 송출 타이밍을 맞추기 위하여 연주소와의 거리와 다음 송신소까지의 거리를 감안하여 프로그램 가능한 디지털 지연값을 할당하였으며, 셋째로 각 송출신호의 동일성을 확보하기 위해 DTV 변조를 STL 송신부에서 이미 수행하도록 하여 SFN 네트워크 상에서는 단순히 송출 타이밍과 주파수 동기만 맞추도록 하면 되도록 설정하였다.

즉, 본 발명인 아날로그 방송용 ST링크를 이용한 단일 주파수 네트워크 시스템은, 연주소에서 제작된 TS 스트림을 DTV 변조기를 통하여 아날로그 IF 신호로 변환한 후 아날로그 방송용 신호를 각 송신소에 분배하듯이 전송하여 각 송신소에서 원하는 시간에 송출하게 된다.

다시말해서, 기존의 디지털 방송용 중계회선의 경우에는 연주소에서 TS신호를 바로 STL 송신단을 통해 전송하나, 본 발명 시스템에서는 연주소의 스튜디오(11)에서 제작된 TS 스트림을 DTV 변조기(12)를 통하여 아날로그 IF 변조 과정을 거쳐 아날로그 신호로 먼저 변환하고, 이어서 상기 아날로그신호 중 6MHz대역폭은 아날로그 STL 송신단(2)의 송수신 안테나(3) 또는 송수신 전용회선 등을 통해서 각 지역의 송신소로 그대로 전달된다.

또한, 송신소에서는 STL 수신단(4)을 통해 수신된 IF 신호 I/Q복조부(51)로 전송하여 IF 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환한 후 디지털 프로세서(52)내 채널왜곡 보상부(521)를 통해 채널왜곡을 보상하고, 이어서 심볼 복구부(522)를 거쳐 심볼을 복원한 다음, 지연부(523)를 통해 각 송신기 마다 할당된 시간 만큼 신호를 지연시킨 후 파형 정형 필터부(524)를 통해 노이즈 및 채널 왜곡을 제거 및 보상한 후 I/Q변조부(53)와 주파수 상향 변환기(54)를 통해 원하는 주파수로 주파수 변환하여 고출력 증폭기(55)를 통해서 재송출하게 된다.

이와 같은 본 발명 시스템은 ATSC용 DTV 송신기 이외에 DAB, DVB-T, ISDB-T와 같은 대부분의 단일 주파수 네트워크를 기반으로 하는 디지털 방송 송출 시스템에 응용하여 적용 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 첫째로 별도의 추가 부담 없이 기존의 아날로그 ST링크 시스템을 이용하여 단일 주파수 네트워크를 구성할 수 있고, 둘째로 각 송신기마다 조정이 가능한 디지털 지연부가 있어 원하는 시간만큼 지연시켜 신호를 송출할 수 있으며, 셋째로 각 송신기마다 STL 수신단을 통해 들어온 신호를 디지털 신호처리 기술을 이용한 심볼 복구 및 왜곡 보상 기능이 내장되어 있어 아날로그로 중계된 신호의 낮은 S/N을 보상하여 높은 S/N의 신호로 송출할 수 있고, 네째로 송신기 데이터 동기화를 위한 별도의 프로토콜이 필요하지 않으며, 다섯째로 GPS를 이용하여 송신 신호간의 주파수 동기를 보장할 수 있고, 여섯째 MPEG 입력 소스가 동일하므로 MPEG신호의 주파수 변화에 의한 각 송신기간의 주파수 차이가 생기지 않는 등의 잇점이 있다.

도 1은 일반적인 단일주파수네트워크(SFN) 시스템의 개요도.

도 2는 종래 디지털 링크를 이용한 SFN 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명 시스템의 구성도.

도 4는 본 발명 중 디지털 프로세서의 상세 구성도.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : STL 송신단 3,7 : 송출안테나

4 : STL 수신단 5 : SFN 송신기

6 : GPS 수신기 11 : 스튜디오

12 : DTV 변조기 13 : 테이터 처리부

14 : 동기화 데이터 삽입부 51 : I/Q복조부

52 : 디지털 프로세서 53 : I/Q복조부

54 : 주파수 상향 변환기 55 : HPA

521 : 채널왜곡 보상부 522 : 심볼 복구부

523 : 지연부 524 : 파형 정형 필터부

Claims

TS 스트림을 제작하는 스튜디오(11)와, TS 스트림을 아날로그의 IF신호로 변조하는 DTV 변조기(12) 및 이 아날로그 6MHz(혹은 8MHz) 대역폭을 통과시켜 송출안테나(3)를 통해 각 지역의 송신소로 전달하는 아날로그 STL 송신단(2)으로 구성된 연주소-송신소(ST) 링크와; ST 링크로부터 신호를 받아 IF 신호로 변환하는 STL 수신단(4)과, 주파수 및 시간 동기를 수행한 후 VSB 변조하여 송신하는 SFN 송신기(5), 네트워크내의 여러 송신소에서 동시에 동일주파수로 송출하기 위한 기준 신호를 수신하는 GPS 수신기(6) 및 SFN 주파수에 맞추어 송출하는 송출안테나(7)로 구성된 각 송신소로 이루어진 SFN 시스템에 있어서,

상기 SFN 송신기(5)를, IF신호를 기저대역의 I/Q로 복조해내는 I/Q복조부(51)와; 상기 I/Q복조부(51)에서 출력되는 신호의 채널 왜곡을 보상 및 지연시켜 주는 디지털 프로세서(52)와; 상기 디지털 프로세서(52)를 통과한 신호를 변조하는 I/Q변조부(53)와; 상기 I/Q변조부(53)의 출력신호를 원하는 주파수 대역으로 변환하여 주는 주파수 상향 변환기(54)와, 상기 주파수 상향 변환기(54)에 의해 대역변환된 신호를 고출력으로 증폭하여 주는 HPA(55)로 구성한 것을 특징으로 하는 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크(STL)를 이용한 디지털 TV 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 디지털 프로세서(5)는, 상기 I/Q복조부(51)에 의해 기저대역으로 복조된 신호의 채널왜곡을 보상하는 채널왜곡 보상부(521)와, 상기 채널왜곡 보상부(521)에서 왜곡이 보상된 신호의 전송 심볼을 복구하는 심볼 복구부(522), 각 송신기 마다 할당된 시간만큼 송출 타이밍 동기를 지연시켜 주는 지연부(523) 및 상기 지연부(523)를 통해 출력되는 신호를 DTV 파형으로 다시 정형시켜 주는 파형 정형 필터부(524)로 구성한 것을 특징으로 하는 아날로그 방송을 위한 연주소-송신소 링크(STL)를 이용한 디지털 TV 송신기의 단일 주파수 네트워크 시스템.