KR20190059086A - 방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치 - Google Patents

방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 기술은 방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치에 관한 것으로, 방송 신호를 송출하는 송신기가 자신을 식별하기 위한 송신기 식별 신호를 생성하는 단계; 상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 변조하는 단계; 및 상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간에 삽입하는 단계;를 포함한다. 따라서 송신기 식별 신호의 레벨을 작게 삽입하여 수신기에서 식별이 가능하면서 방송 신호에 간섭을 주지 않는 효과가 있다.

Description

방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR INSERTING A TRANSMITTER IDENTIFICATION SIGNAL TO IMPROVE THE IDENTIFICATION CAPABILITY OF TRANSMITTER FOR BROADCASTING}
개시된 기술은 방송용 송신기에 대한 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호를 삽입하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
ATSC 3.0은 전송효율이 높아서 하나의 주파수에 다양한 채널의 방송이 가능할 뿐만 아니라 UHD 화질의 방송까지 지원할 수 있는 표준기술로 단일주파수망(Single Frequency Network, SFN)인 방송망의 관리를 위하여 송신기 각각에 고유한 식별번호인 TxID(Transmitter Identification)라는 송신기 식별 신호를 할당할 수 있는 기능을 제공하고 있다.
이와 같이 ATSC 3.0 표준에서 제공되는 송신기 식별 기능은 수신채널에서 각 송신기에 해당하는 TxID를 통해서 얼마나 많은 송신기 신호들이 섞여서 입력되는지 또는 얼마나 큰 송신기 신호들이 섞여서 입력되는지를 분석하는 것이 가능하다. 이러한 기능은 수신채널에서 수신되는 방송신호에 대한 음영지역을 파악하는 데이터로 활용하거나 송신신호의 중첩상태 등을 파악하는데 많은 도움이 된다. 특히, ATSC 3.0 표준을 이용해서 방송서비스를 처음 시작하는 시점에서는 송신신호의 분포를 고르게 설정하고, 음영지역이 없도록 설정하기 위해서 적극적으로 이용될 것으로 예상된다.
그러나, 송신기 식별 신호를 추가하기 위해서는 기존의 방송신호에 송신기 식별 신호를 더해서 송출해야 하는데, 이렇게 하나의 신호에 다른 신호를 추가하는 방식은 곧 방송 데이터에 대한 간섭으로 작용하게 된다. 따라서, 송신기 식별 번호 기능을 위해서는 신호를 추가하는 레벨을 가능한 한 최소한으로 설정해야 하는데, 이렇게되면 수신채널에서 송신기를 식별하지 못하게되는 문제점이 발생할 수 있다.
ATSC 3.0 표준에서는 이러한 TxID의 기능을 쉽게 구현하기 위해서 그 구조를 간단하게 표준화하였는데, 이러한 이유로 인해서 아래의 단점들이 발생하게 되었다. 먼저 첫 번째로, 송신기 식별 번호를 Gold 코드를 이용한 이진 위상천이 변조(Binary Phase Shift Keying ,BPSK) 방식을 사용하고 있는데, 이 방식은 자기상관 및 교차상관 특성이 좋지 않은 구조이다. 예컨대, 송신기 식별 번호를 수신측에서 용이하게 추출하기 위해서는 삽입레벨이 일정 이상 확보되어야 하는데 수신측에서 식별할 수 있는 수준으로 삽입레벨을 증가시키면 송신측에서 보내는 방송신호에 대한 간섭이 발생하는 문제가 생길 수 있다.
두 번째로, 현재 표준에서는 송신기 식별번호를 프리앰블 구간에 삽입하는 구조를 채택하고 있는데, 이는 프리앰블이 상대적으로 간섭에 강인한 성질을 갖기 때문이다. 그런데, 프리앰블을 구성하는 L1-Basic 및 L1-Detail의 크기가 작은 경우에는 방송 데이터도 프리앰블의 첫 번째 심볼에 위치하게 되므로 결과적으로 방송신호에 간섭이 발생하게 되는 문제가 있었다.
한국 공개특허 10-2017-0080495호(발명의 명칭 : 전송 식별자를 이용한 방송 신호 송신 장치 및 이를 이용한 방법)을 참조하면 송신기를 식별하기 위해서 전송 식별자 신호를 시간 영역에 인젝션하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 시간 영역에 신호를 삽입하는 방식은 상술한 바와 같이 프리앰블의 사이즈가 작은 경우에 방송 신호에 간섭을 일으키는 문제점이 있었다.
개시된 기술은 방송용 송신기에 대한 식별 능력을 향상시키기 위하여 자기상관성 및 교차상관성이 우수한 송신기 식별 신호를 삽입하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 1 측면은 방송 신호를 송출하는 송신기가 자신을 식별하기 위한 송신기 식별 신호를 생성하는 단계, 상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 변조하는 단계 및 상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간에 삽입하는 단계를 포함하는 송신기 식별 신호 삽입 방법을 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 2 측면은 방송 신호를 송출하는 송신기를 식별하기 위하여 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드 기반의 송신기 식별 신호를 생성하는 신호 생성기, 상기 송신기 식별 신호를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 변조하는 변조기, 상기 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입하는 프로세서를 포함하는 송신기 식별 신호 삽입 장치를 제공하는데 있다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술의 일 실시예에 따르면 방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치는 TxID 신호의 구성을 변경하여 송신기 식별 신호의 레벨이 작게 삽입되더라도 수신측에서 용이하게 추출할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 프리앰블 영역에만 송신기 식별 신호를 삽입하여 방송 데이터에 간섭을 일으키지 않는 효과를 제공한다.
또한, 주파수의 대역외 방사 특성이 나타나지 않아서 별도의 출력 필터를 구비하지 않아도 되는 장점이 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 송신기 식별 신호 삽입 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 방송용 송신기 식별 신호 삽입 장치에 대한 블록도이다.
도 3은 종래기술의 골드코드 기반의 송신기 식별 신호 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 종래기술의 송신기 식별 신호가 삽입되는 위치를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 방송신호에서 프리앰블 및 방송 데이터의 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 종래의 방송신호에 포함된 송신기 식별 신호의 자기상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 송신기 식별 신호의 자기상관 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 주파수 파형이 대역외로 방사되는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 주파수 파형이 대역외로 방사되지 않는 것을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다.
그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 송신기 식별 신호 삽입 방법에 대한 순서도이다. 도 1을 참조하면 송신기 식별 신호 삽입 방법은 이하의 단계들을 포함한다.
110 단계에서 송신기는 자신을 식별하기 위한 송신기 식별 신호를 생성한다. 일 실시예로 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드를 이용하여 상기 송신기 식별 신호를 생성할 수 있다. 일반적으로 ATSC 3.0 표준에서는 방송 신호의 음영 및 간섭 지역을 확인하기 위해서, 송신기마다 TxID를 삽입하여 수신측에서 송신기를 식별할 수 있는 기능을 지원한다. 음영지역과 같은 곳에서 수신되는 신호로부터 각 송신기의 TxID를 검출하기 위해서는 각 송신기에서 삽입되는 TxID의 레벨이 높아야한다.
즉, 수신측에서 손쉽게 TxID를 검출할 수 있는 정도의 레벨로 삽입되어야한다. 그러나 TxID의 삽입레벨이 높아진다는 의미는 곧 신호 간섭의 가능성이 증가한다는 의미이므로, 방송 신호를 수신하는 측에서 복조 기능이 저하될 수 밖에 없다. 따라서, 가능한 한 삽입레벨을 작게하여 수신측에서 방송 신호에 복조 문제가 발생하지 않으면서 송신기를 무리없이 식별할 수 있도록 해야 한다.
한편, 도 3은 Gold 코드 기반의 송신기 식별 신호 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면 현재 표준에서는 송신기 식별 신호를 Gold 코드를 이용하여 생성하고 있다. Gold 코드 기반의 송신기 식별 신호는 신호의 특성상 자기 상관성이 낮기 때문에 수신측에서 쉽게 식별하기 위해서는 TxID의 삽입 레벨을 높여야한다. 그러나 TxID의 레벨을 높이게 되면 앞서 발명의 배경기술을 통해 설명한 바와 같이 방송 신호에 간섭을 주게되는 문제점이 있었다. 따라서, 개시된 기술에서는 110 단계에 따라 송신기 식별 신호를 Gold 코드가 아닌 CAZAC 코드를 이용하여 송신기 식별 신호를 생성한다.
120 단계에서 송신기는 생성된 송신기 식별 신호를 변조한다. 일 실시예로, 송신기 식별 신호를 변조하는데 있어서 송신기는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식을 이용하여 송신기 식별 신호를 변조할 수 있다.
현재 ATSC 3.0 표준에서는 상술한 바와 같이 송신기 식별 번호로 Gold 코드 기반의 TxID를 이용하는데 이진 위상천이 변조(Binary Phase Shift Keying, BPSK) 방식에 따라 Gold 코드를 변조하여 프리앰블 구간에 삽입하게 된다. 개시된 기술에서는 방송 신호를 보다 고속으로 전송하는 환경에서 위상잡음이 적고 페이딩에 강한 특성을 갖는 QPSK 변조방식을 이용하여 송신기 식별 신호를 변조한다.
130 단계에서 송신기는 송신기 식별 신호를 방송 신호의 프리앰블 구간에 삽입한다. 여기에서 송신기는 송신기 식별 번호를 방송 신호의 프리앰블 구간의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입한다. 다시 말해서 프리앰블 구간이 아닌 구간에는 송신기 식별 번호를 삽입하지 않는다.
이하의 도 4를 참조하면 현재 표준에서는 TxID를 삽입할 시 종래 표준에서는 시간 영역에 따라 TxID를 삽입하고 있다. 도 4에 도시되는 바와 같이 가드 인터벌인 GI(401)를 시작으로 프리앰블의 사이즈만큼 TxID(402)가 더해지는 구조를 갖는다. 도 4의 경우에는 프리앰블의 사이즈가 적절한 수준이어서 방송 데이터에 영향을 미치는 수준은 아니지만 만약 프리앰블의 크기가 도 4에 도시된 것보다 작은 경우에는 TxID 신호가 방송 데이터에 간섭을 발생시키게 된다. 여기에서 방송 데이터는 프리앰블과는 다르게 영상 정보와 같이 많은 데이터를 전송해야 하기 때문에 코드율이 비교적 높아서 프리앰블과 비교하면 상대적으로 간섭에 취약한 구조를 가지고 있다. 따라서 표준에서도 TxID를 프리앰블 구간에 삽입하고 있는 것이다.
그러나, 상술한 바와 같이 TxID가 간섭을 일으키지 않을 정도의 프리앰블의 크기가 넉넉하지 않다면 문제가 발생하게 된다. 따라서, 130 단계에서는 TxID로 인한 간섭이 발생하지 않도록 프리앰블의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입한다.
일 실시예로, 도 5를 참조하면 현재 표준으로 이용되고 있는 ATSC 3.0 프레임의 구조를 확인할 수 있다. 표준에서는 프레임의 시작 및 주파수 옵셋을 알아낼 수 있는 부트스트랩(501)과 프레임의 구성을 알 수 있는 프리앰블(502) 및 방송 데이터를 포함하는 페이로드로 구성되어 있다. 도 5에서는 프리앰블(502)이 복수개의 심볼로 구성되어 있으나, 프레임의 구조에 따라서 심볼구성이 다소 다를 수 있다. 예컨대, 첫 번째 심볼 이내에서도 프리앰블을 구성할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 첫 번째 심볼 이내에서 프리앰블(502)이 구성되는 경우 페이로드의 일부(503)가 프리앰블의 첫 번째 심볼에 위치하게 된다. 즉, 시간 영역에서 TxID를 삽입하게 되면 프리앰블의 데이터의 크기가 작을 시 방송 데이터에도 TxID 신호가 삽입될 수 밖에 없다. 결국 간섭이 발생하게 되므로 방송 신호에 악영향을 미치게 된다. 반면 130 단계에 따라 주파수 영역에서 TxID를 삽입하면 프리앰블 구간에만 TxID 신호를 삽입할 수 있기 때문에 방송 신호에 간섭을 주지 않는 구조를 가지는 것이 가능하다.
한편, 상술한 바와 같이 표준에 따른 방송 신호와 개시된 기술에 따른 방송 신호는 각각 자기상관 특성에 있어서 차이점을 나타낸다. 이하의 도 6 및 7을 참조하면 표준에서 Gold 코드를 이용하는 방식과 개시된 기술에 따라 CAZAC 코드를 이용하는 방식 간의 차이점을 확인할 수 있다.
먼저 도 6을 참조하면 Gold 코드를 이용하는 경우 해당 신호의 특성상 자기 상관성이 601에 표시된 바와 같이 약 30dB에서 35dB정도밖에는 나오지 않기 때문에 송신기를 식별하기 위해서는 상대적으로 높은 레벨의 TxID 신호를 삽입해야만 수신측에서 검출하는 것이 가능하다. 그러나, 이를 위해서 삽입 레벨을 높이게 되면, 방송 신호에 간섭을 더 많이 발생시키기 때문에 문제가 될 수 있고, 반대로 삽입 레벨을 높이지 않게 되면 수신측에서 검출할 수 없으므로 이 역시 문제가 될 수 있다.
반면, 도 7을 참조하면 CAZAC 코드는 이동통신 관련 기술에서 널리 이용되고 있는 코드중에 하나로, Gold 코드와 비교하여 자기상관성 및 교차상관성에 있어서 우수한 특성을 나타낸다. 이러한 특성으로 인하여 신호검출이나 동기 획득에 많이 이용되고 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이 자기상관성이 약 45dB 정도로 나타나고 있어서(701) 종래 표준과 비교하면 약 15dB 이상 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이하의 도 8 및 9를 참조하면 TxID를 시간 영역에 따라 삽입하는 경우와 주파수 영역에 따라 삽입하는 경우를 비교할 수 있다. 먼저 도 8을 참조하면 종래와 같이 시간 영역에 따라 삽입하는 경우에는 송신 주파수의 파형(801)이 대역외로 방사되는 것을 확인할 수 있다. 이 경우 대역외로 방사되는 파형을 필터링해야하므로 별도의 주파수 필터를 구비해야할 필요성이 발생한다. 반면, 도 9를 참조하면 개시된 기술에 따라 주파수 영역에 TxID를 삽입하는 경우에는 주파수 파형(901)이 대역외로 방사되지 않는다. 따라서 별도의 주파수 필터를 구비하지 않아도 되는 장점이 발생한다.
한편, 도 1을 참조하여 설명한 방송용 송신기 식별 신호 삽입 방법은 도 2에 도시된 방송용 송신기 식별 신호 삽입 장치를 통해 구현된다. 일 실시예로, 방송용 송신기 식별 신호 삽입 장치(200)는 ATSC 30.0 표준 방식에 따라 방송 신호를 송출하는 송신기를 의미하며 신호 생성기(210), 변조기(220) 및 프로세서(230)를 포함한다. 그리고 신호 생성기(210)는 방송 신호를 송출하는 송신기를 식별하기 위하여 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드 기반의 송신기 식별 신호를 생성한다. 그리고 변조기(220)는 송신기 식별 신호를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 변조한다. 그리고 프로세서(230)는 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입한다. 따라서, ATSC 3.0 표준에서 제안하는 방송 신호와 비교하여 수신측에서 용이하게 송신기를 식별할 수 있으면서 방송 데이터에 간섭을 주지 않는 송신기 식별 신호를 삽입할 수 있다.
개시된 기술의 일 실시예에 따른 방송용 송신기 식별 능력을 향상시키기 위한 송신기 식별 신호의 삽입 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 송신기 식별 신호 생성 120 : 송신기 식별 신호 변조
130 : 송신기 식별 신호 삽입
210 : 신호 생성기 220 : 변조기
230 : 프로세서

Claims (6)

  1. 방송 신호를 송출하는 송신기가 자신을 식별하기 위한 송신기 식별 신호를 생성하는 단계;
    상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 변조하는 단계; 및
    상기 송신기가 상기 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간에 삽입하는 단계;를 포함하는 송신기 식별 신호 삽입 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기 식별 신호를 생성하는 단계는, CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드를 이용하여 상기 송신기 식별 번호를 생성하는 송신기 식별 신호 삽입 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기 식별 신호를 변조하는 단계는, 상기 송신기 식별 번호를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 변조하는 것을 특징으로 하는 송신기 식별 신호 삽입 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신기 식별 번호를 삽입하는 단계는, 상기 송신기 식별 번호를 방송 신호의 프리앰블 구간의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입하는 송신기 식별 신호 삽입 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 송신기 식별 번호를 삽입하는 단계는, 상기 프리앰블 구간이 아닌 타 구간에는 상기 송신기 식별 번호를 삽입하지 않는 것을 특징으로 하는 송신기 식별 신호 삽입 방법.
  6. 방송 신호를 송출하는 송신기를 식별하기 위하여 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 코드 기반의 송신기 식별 신호를 생성하는 신호 생성기;
    상기 송신기 식별 신호를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 변조하는 변조기; 및
    상기 송신기 식별 신호를 상기 방송 신호의 프리앰블 구간의 시간 영역이 아닌 주파수 영역에 삽입하는 프로세서;를 포함하는 송신기 식별 신호 삽입 장치.
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