ETRI, ATSC 3.0 동일채널 중계기 세계 최초 개발

ETRI, ATSC 3.0 동일채널 중계기 세계 최초 개발

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자료 제공 : 한국전자통신연구원

적응형 배열 안테나 기술 첫 적용
세계 최고 수준 간섭 신호 제거 및 채널 왜곡 보정 기술
음영지역 해소 및 고품질 방송 인프라 확보 기대

국내 연구진이 세계최초로 북미 지상파 표준 ATSC 3.0 기반 동일채널 중계기를 개발하였다. 이로써 방송 전파가 도달하지 않는 음영지역을 해소하고, 방송 구역을 효과적으로 확대할 수 있어 UHD 방송 인프라 확보에 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 세계 최초로 ATSC 3.0 송신기 및 전문가용 수신기를 개발한 데 이어, ATSC 3.0 동일채널 중계기 최초 개발에도 성공했다. 중계기는 송신소의 전파를 증폭해 재송신하는 방식으로, 산이나 건물 등에 의해 전파가 차단되는 지역에 설치해 방송 시청을 가능하게 하는 장치다. 일반 중계기는 간섭을 피하기 위해 송신소의 주파수와 다른 주파수로 신호를 중계하지만, 연구진이 개발한 동일채널 중계기는 송신소와 동일한 주파수(SFN : Single Frequency Network)로 중계 신호를 재송신할 수 있다. 따라서 주파수 이용효율을 높일 수 있는 장점을 갖고 있지만, 동일 주파수를 사용함으로 인해서 나타나는 간섭신호를 제거하기 위한 고난도 기술이 필요하다.

중계기 설치 전
중계기 설치 전
중계기 설치 후
중계기 설치 후

ATSC 3.0 기반 동일채널 중계기술 개념도

개발 중계기는 6개의 안테나를 사용하여 자동으로 필요한 신호는 증폭하고 간섭신호는 억제하는 적응형 배열을 적용하여 송수신 안테나 사이의 격리도를 현저히 증가시킴으로써 중계기의 출력을 획기적으로 증가시킬 수 있는 기술적 전기를 마련하였다. 전파를 동시에 송‧수신하는 중계기의 특성상, 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 간격이 충분하지 않거나 격리도가 낮은 경우 발진 현상 송신안테나 신호가 수신안테나로 피드백되고, 이 신호가 증폭되어 다시 송신되는 현상이 반복적으로 나타나 중계기가 작동 불능상태가 되는 현상이 나타날 수 있다. 또한, 동일 주파수를 사용함으로 인해 발생하는 간섭 신호를 차단하기 위해 피드백된 신호를 제거하는 기술의 고도화가 필수적이다.
ETRI 연구진이 개발한 중계기의 경우, 중계기 성능의 핵심 지표 중 하나로 손꼽히는 간섭 신호 제거 능력은 28dB로 드러났다. 출력 신호 품질 지표인 입출력 MER 차이는 3dB 이내로 나타나는 등 세계 최고 수준의 기술력을 증명해냈다.

주요성능 Spec 세계최고 수준의 외산장비 개발 제품
간섭신호 제거범위 25dB 28dB (3dB 우수)
입출력 MER 차이 5dB 3dB (2dB 우수)
최대 출력 200Watts 900Watts
ATSC 3.0 동일채널 중계기 주요 적용 기술

간섭신호 제거기술
동일채널 중계기에 유입되는 간섭신호를 제거하는 핵심 기술로서 높을수록 우수한 성능을 나타냄. 세계최고 수준의 외산장비의 경우 25dB인 반면, 금번 개발기술은 28dB로 3dB 더 우수한 성능을 보임

채널왜곡 보상기술
동일채널 중계기 출력신호의 품질을 높이는 핵심 기술로서 MER 차이가 낮을수록 우수함. 세계최고 수준의 외산장비의 경우 입출력 MER 차이가 5dB인 반면, 금번 개발기술은 MER 차이를 3dB까지 줄여 2dB 더 우수한 성능을 보임

중계기용 적응형 배열 안테나 기술
동일채널 중계기의 출력을 획기적으로 증가시킬 수 있는 기술로 세계 최초로 방송용 중계기에 적용. 현재 세계최고 수준의 외산장비의 경우 제한된 환경에서 200W급이 한계인 반면, 개발된 중계기술의 경우 900W급 이상 고출력에서 안정적으로 동작함.

동일채널 중계기 외관, 각각 KBS 1, KBS 2 UHD 신호를 중계한다
동일채널 중계기 외관, 각각 KBS 1, KBS 2 UHD 신호를 중계한다
중계기 송신 신호 품질 확인
중계기 송신 신호 품질 확인

송신소와 중계기 사이의 전송 채널에 의해 왜곡된 신호를 원상태로 복원하는 기술을 통해 주변 환경이 열악한 중계소도 고품질 신호를 중계할 수 있을 것으로 연구진은 전했다. 본 기술은 6월 KBS 방송장비인증센터의 인증을 취득했으며, 현재 실증을 위해 방송 음영지역의 KBS 중계소에 설치하여 운용 중이다. 우리나라는 향후 ATSC 3.0 기반 UHD 전국 방송으로 전환할 계획으로, 전국단위 UHD 방송시설 인프라 및 커버리지 확보를 위해 대규모 UHD 중계기 구축 사업 투자가 진행될 전망이다. 북미지역(미국, 캐나다, 멕시코)에서 UHD 지상파 방송서비스를 개시할 경우, 음영지역 해소 및 방송구역 확장에 필수적인 동일채널 중계기 시장은 빠르게 확대될 것으로 보인다. 개발된 중계기는 기술이전을 통해 국내 및 세계시장에 진출할 계획이다.

본 과제는 과학기술정보통신부 “고품질 방송을 위한 ATSC 3.0 기반 동일채널 중계기술 개발”의 일환으로 수행되었으며 한국방송공사, ㈜클레버로직이 연구에 참여했다.

ETRI가 구축한 UHD 방송신호 측정 차량
ETRI가 구축한 UHD 방송신호 측정 차량
적응형 배열 안테나 기술이 적용된 수륜TVR의 송신탑. 6개의 파라볼라 안테나와 아래쪽의 6-Array 야기안테나(타겟 신호를 최대로 수신하며 간섭 신호를 최소로 수신한다)로 UHD 신호를 수신한다.
적응형 배열 안테나 기술이 적용된 수륜TVR의 송신탑. 6개의 파라볼라 안테나와 아래쪽의 6-Array 야기안테나(타겟 신호를 최대로 수신하며 간섭 신호를 최소로 수신한다)로 UHD 신호를 수신한다.

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