편집주간/SBS기술팀 부장 박성규
DVB-S2
HD방송시대가 되면서 위성중계에서도 HD전송이 필요하게 되었다. 이미 지난해에도 축구와 야구 중계 그리고 피겨스케이트 중계 및 골프 중계 등 많은 스포츠 분야에서 HD화질의 위성중계가 이루어졌었다. 이렇듯 위성중계를 통해 HD전송이 가능하게 된 것은 위성을 이용한 전송기술이 DVB-S방식에서 DVB-S2방식으로 진화했기 때문이다.
HD를 전송하기 위해서는 위성을 통한 통신에서 현재의 DVB-S 표준보다 주어진 대역폭과 신호전력(Eb/No)에서 훨씬 높은 전송용량 확보가 필요하게 되었고, 개선된 링크마진을 통한 서비스비트레이트 가용의 증대도 필요하게 되었다. 여기에 HDTV의 보급과 더불어 위성을 통한 HD방송과 같은 신규서비스 요구가 급증하고 있어, Ka-Band대역과 같이 새로운 대역의 개발이 이루어졌으나 DVB-S 시스템의 한계는 여전히 존재하고 있어 방송과 통신의 융합에 따를 새로운 위성통신 방식의 요구에 부응하여 DVB-S2의 표준화가 추진되었다. 여기에 H.264와 같은 고효율 압축방법까지 함께 사용할 때 그 효과는 더욱 커져 위성방송에서 HDTV 채널의 증가도 가능케 되었다.
DVB-S2의 기술적 특징을 살펴보면 다양한 형태의 단일 혹은 다중 스트림에 대해서도 입력 스트림의 적응성이 높다는 것이다. 에러정정 능력의 향상을 위해 BCH부호와 연접된 LDPC(Low-Density Parity Check) 부호에 기반한 강력한 FEC시스템을 갖추고 있고 부호율도 1/4~9/10까지 11개의 Code Rate를 가지고 있다는 점이 큰 특징이다. 심볼 성상도는 1~5bit/sec/Hz의 스펙트럼 효율을 갖는 5개의 성상도를 선택할 수 있으며, 0.35, 0.25, 0.2 Roll-Off Factor를 갖는 등 3개의 스펙트럼 성형을 갖고 있어 비선형 중계기 상에서 최적의 상태로 동작하는 Roll-Factor를 선택할 수 있다. 게다가 응용서비스와 사용자별 차별성 있는 서비스 품질 제공을 위한 Frame-by-Frame기반의 채널 코딩과 변조를 최적화하는 적응형 부호화와 ACM변조(ACM : Adaptive Coding and Modulator)기능을 가지고 있다.
<그림1> 기상과 수신환경에 따라 적응하는 ACM 기능
주파수 Bandwidth는 30%정도 절감효과가 있으며, 수신 gain의 마진도 2.5dB 상승효과를 가지게 된다. 여기에 MPEG4(H.264)의 고효율 압축기술을 더하면 그 동안 SD전송에 사용해 오던 주파수대역에서 충분히 HD신호를 전송할 수 있게 된다.
<표1> DVB-S2와 DVB-S1의 비교
DVB-S2에는 2가지 방송용 모드가 있다. 그 중 하나가 역호환성이 가능한 Backward compatible(BC) mode이고, 또 하나가 Non-Backward compatible(NBC) mode이다. BC mode에서는 계층변조(hierarchical) mod.에 의해 DVB-S신호와 DVB-S2신호 2가지 스트림을 동시에 전송이 가능하다. 또 QPSK와 BPSK가 혼합된 8PSK 변조신호의 성상도에서 High priority(HP)는 DVB-S(QPSK) 신호에 사용되며, Low priority(LP)는 DVB-S2 (BPSK) 신호전송에 이용된다.
<그림2> 8PSK 계층변조(hierarchical) Mod 계통도 및 심볼 설명
한편으로 역호환성이 없는 Non-Backward Compatible(NBC) Mode에서는 LDPC와 BCH와 같은 고효율 에러정정코드를 사용함으로써 DVB-S와 역호환성은 없지만 DVB-S2의 전송용량 상승효과를 가져온다. 변조방법으로는 QPSK, 8PSK, 16APSK, and 32APSK 등 다양한 변조가 가능하다. 방송을 위해서는 일반적으로 QPSK 혹은 8PSK를 사용한다. 반면에 16APSK 와 32APSK 는 주로 전문적인 응용에 이용하며, 방송을 위해서도 사용할 수 있다. 그러나 이 때에는 높은 C/N레벨이 요구된다.
방송모드에서 DVB-S2표준이 시스템 전송용량을 40%까지 증가시키는 효과가 예상되고, DVB-S2와 MPEG-4 (H.264)를 함께 사용시 Cumulative bandwidth efficiency는 약 32%가 증가한다고 볼 수 있다. 즉, DVB-S2와 MPEG-4(H.264)와 결합 시 기존 36MHz 중계기에서 20~25개의 SDTV 또는 5~6개의 HDTV 프로그램 전송이 가능하다.
지금까지 DVB-S 기술의 SNG를 이용한 SD급 영상전송에는 36MHz 위성중계기의 1/4의 쿼터대역(9MHz BW) 전송이 주로 사용되어 왔다. 그러나 HD급 영상전송을 하려면 half대역(18MHz) 전송이 요구되므로, 전송 비용면에서도 (QUARTER에서 HALF로의 전송해야 하기 때문) SNG운용에 큰 어려움이 예상됐었다. 그러나 DVB-S2 위성전송 기술을 SNG에 적용하면 MPEG-2 19Mbps 압축 데이터일지라도 현재의 Quarter대역에서도 전송이 가능하다는 것을 알게 되었다. 그러나 압축기술의 발달로 MPEG-4(H.264) 기술을 이용하면 약 10Mbps에서도 HD구현이 가능하며 12Mbps 정도의 고품질 HD급 데이터를 전송하거나, 뉴스용일 경우 8Mbps HD 데이터 2개도 가능할 것으로 예상되어 2007년 이후 방송사와 통신사의 위성중계 적용을 위한 꾸준한 실험이 이루어진 결과 SNG대역폭 증가 없이 현재의 H.264와 DVB-S2로 이루어진 HD위성중계가 상용화되었다. 위성방송에도 적용되어 현재 SkyLife에서는 무궁화위성을 이용한 50개 채널의 HD방송을 하고 있다. 올해는 동계올림픽과 월드컵 그리고 아시안계임 등 많은 스포츠 행사가 있고, 그 외에도 해외에서 굵직한 중계가 많이 이루어진다. 이제는 안방에서도 편안히 해외의 스포츠를 HD로 즐길 수 있게 되었다.
<표2> DVB-S와 DVB-S2q 전송효율 비교 (36MHz 트랜스폰더 기준 )
