1. Introduction
(재)원음방송에 공급한 Ericsson社의 양방향 마이크로웨이브 시스템은 국내 라디오 방송사에서는 최초로 도입된 새로운 방식이기에 본 지면을 통해 소개하고자 한다.
2. 도입검토 조건
WBS원음방송의 도입검토 조건.
1) 방송장애를 고려하여 유/무선 링크를 병행 운용하되 구축비용 부담 경감화.
2) 송신기 입력까지 고품질의 프로그램 전송.
3) 무선 STL링크 단독운영시를 대비하여 전송링크 이중화로 신뢰성 제고.
4) 유선과 함께 무선 STL링크에 의한 송신기 원격제어 감시가 가능.
5) IP camera로도 송신시설 감시 가능.
6) 양방향 시스템 구축시 소요 공간 최소화.
3. Microwave System의 특징
첫째, 양방향시스템 구축과 기상상태에 따른 송신출력 자동조절기능.
대구 원음방송에서 적용한 Ericsson Microwave 시스템은 기존에 널리 사용하였던 TFT, Moseley STL 시스템의 양방향 구축의 단점을 극복한 시스템으로 평가할 수 있다.
Ericsson Microwave 시스템은 통신용 Microwave 시스템으로 통신장비의 기본 특성인 상시 양방향 통신을 지원하며, ATPC(Auto Power Control)기능으로 상시 최대출력을 사용하는 장비의 PA단의 열화 및 내구성 저하를 극복하여, 송신 출력을 연주소와 송신소 사이의 거리와 기상조건에 따라 자동 가변하게 하여 항상 안정적인 RF Power를 Auto Control이 가능하게 되었다.
마이크로웨이브의 양방향통신과 더불어 IP CODEC의 양방향 송수신 기능으로 연주소에서 송신소로 전송되는 Program Audio를 Return시켜 모니터링 용도로 사용할 수 있으며, 최종 Audio를 연주소로 Return시켜 송신기 전단까지 전송상태를 모니터링 할 수 있다.
양방향 통신의 장점을 이용하여 송신소 및 발전실 등의 감시를 위해 IP Camera를 설치하여 TSL링크 Ethernet라인에 수용, 연주소의 PC 및 SMART PHONE 등의 단말장치를 통해
송신소의 원격 모니터링이 가능하게 되었다.
둘째, 허가대역폭(Bandwidth)과 오디오 품질.
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<표1> Microwave system의 데이터 흐름도
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RF단의 이중화로 완전한 1+1 Hot Standby를 구현하였고, 각각의 RF단에 주/예비(Digital Audio CODEC과 Analog Audio CODEC)신호를 동시에 전송하여 물리적인 ChangeOver 없이 시스템을 구현하였다.
지금까지 사용하던 라디오 STL 장비를 이용할 경우 250KHz 내에 AES/EBU 디지털 오디오 전송에 한계를 가지게 된다. 물론, AES/EBU 디지털 오디오의 전송은 가능하지만 샘플링주파수가 44.1KHz 혹은 48KHz가 될 때 전송 대역폭이 허가 대역폭을 넘는 문제가 발생된다.
이는 라디오방송 엔지니어 사이에서는 ST-Link를 운용할 때 매우 큰 걸림돌이 된다고 한다. 디지털 오디오를 전송할 경우, 스튜디오에서 제작된 44.1KHz 또는 48KHz의 샘플링주파수를 결국, 32KHz로 낮추어 전송하여 향후, 전개될 고품질 디지털라디오를 준비하여야 하는 입장에서 본다면 고려해야할 점이다.
셋째, IP CODEC의 지연 최소화.
IP CODEC을 사용할 때 발생할 수 있는 Delay 문제에 대해서는 APT사의 원천기술인 APT-X 알고리즘을 이용할 경우 1.9m/sec로 매우 낮은 Delay를 지원하며, 타사의 Audio Codec과의 연동을 위해 MPEG-1, MPEG-2 등의 다양한 알고리즘을 지원하여 호환성 문제의 해결이 가능한 장비다.
넷째, 송신출력 손실의 최소화와 이중화.
Ericsson社의 Mini-Link TN R4는 IDU(Indoor Unit)와 ODU(Outdoor Unit)로 구성되어 있다. IDU에서는 C-QPSK로 변조한 신호를 IF신호로 만들어 ODU로 전송한다. 철탑에 설치된 ODU는 허가받은 주파수와 출력, 대역폭으로 RF신호를 송출한다. 만일 Mini-Link나 Audio CODEC에서 문제가 발생하여도 IDU, ODU, Audio CODEC의 이중화로 신속히 절체 된다.
물론 TFT나 Moseley도 양방향을 지원할 수 있지만 그럴 경우 STL과 동일한 TSL장비가 있어야 가능하며, Ethernet, E1 등의 통신용 인터페이스를 제공할 수는 없다.(단순 Audio만 지원) RF출력과 급전의 방식으로 보면 각 장비의 특징을 쉽게 이해할 수 있다.
Ericsson Microwave의 경우 IF Band로 Outdoor장비까지 전송하는 방식을 적용하여 손실 최소화를 추구하며, TFT와 Moseley의 경우 PA단이 송신기의 내부에 장착되어 Feeder를 통한 급전이 이루어진다. 이는 RF의 손실이 급전선의 길이에 따라 커진다. 더군다나, IF 케이블은 손가락 굵기(7.6mm)로서 케이블 포설시 송신실 Tray에 면적을 적게 차지하는 장점이 있고, 출력의 Loss를 고려하지 않아도 되는 장점이 있다.
(통상 7/8” Feeder의 경우 100m당 약 5.5~6dB의 손실이 발생하기 때문에 그 손실을 보상하기위해 안테나의 직경이 커져야만 한다.)
Ericsson 통신용 MW는 STL 장비와 철탑의 안테나 사이의 장비의 구성은 Audio전송을 위한 CODEC장비와 M/W전송장비로 나눌 수 있다. Audio CODEC장비는 APT社의 Meridian과 Horizon을 채택하고, M/W는 Ericsson社의 Mini-Link TN R4를 채택하였다. APT社의 Meridian은 Digital Audio와 Analog Audio Interface를 제공하여 사용자로 하여금 선택적인 사용이 가능하고, Horizon은 Digital Audio Interface만 제공한다. Horizon을 이용하여 Digital Main Audio를 전송하고, Meridian을 이용하여 Analog Backup Audio를 전송하도록 하였다. 각각의 Audio CODEC은 IP Interface를 이용하여 전송하는 시스템으로 E1 CODEC이 가지지 못했던 NMS(Network Management System)를 이용한 모니터링이 가능하였다.
다섯째, 네트워크의 원격 모니터링.
NMS(Network Management System)지원의 의미를 본다면 지금까지의 STL/TSL의 운용법과 완전히 다른 방식으로의 운용이 가능하다. 연주소에서 송신소의 장비 상태를 모니터링 할 수 있기 때문에 단순 점검을 위해 송신소에 오르는 시간적, 육체적 노고를 줄일 수 있는 큰 장점이 있다.
여섯째, Ethernet망 구축.
IP Camera 설치에 의한 송신시설 감시가 가능하게 되었다.
또한, 확장된 Ethernet을 이용하여 송신소에서도 인트라넷과 같은 Ethernet 서비스가 가능하고, IP Phone을 이용한 통신이 가능케 되었다.
일곱째, 설치 공간.
Indoor에 설치되는 장비의 전체 공간을 단순 비교해도 통신용 장비와 라디오용 STL장비와의 비교가 가능하다. Ericsson Microwave의 경우 Indoor에는 1RU의 Indoor Unit만 설치되지만 TFT와 Moseley의 경우 주/예비 송신기(각 3RU, 총 6RU), ChangeOver(1RU)의 설치공간이 필요하다. 단순 비교에서도 월등한 공간절약의 효과를 볼 수 있고, 만일 양방향으로 구성할 때 공간을 상상한다면 매우 많은 차이가 있을 것이다.
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[사진1. Android application을 이용한 송신소 원격 감시]
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송신소에 총 3대의 IP Camera를 설치하였다. 입구, 발전실, 송신기 Rack을 감시하고, Pan/Tilt제어로 원하는 방향을 상시 모니터링 할 수 있다. 별도의 센서를 부착할 경우 등록된 단말기로 무단침입, 화재 등의 알람에 대한 통지를 받을 수 있다. 또한, IP Camera 제조사에서 제공하는 Viewer를 통해 다수의 카메라를 모니터링 및 영상의 저장이 가능하다.
3-1. Microwave System Specification
– 주파수 : UHF 10~11GHz대역(10.715GHz/11.245GHz)
– 대역폭 : Tx_4MHz / Rx_4MHz
– 전송데이터 : 2 x E1 (2.048 x 2 = 4.096Mbps)
– 변조 : C-QPSK
– 출력 : 29dBm(0.794328Watt)
– Data Rate : Tx_4Mbps / Rx_4Mbps
– 수직편파 양방향 송수신
대구 원음방송 M/W망은 1+1 hot Standby, 수직편파를 사용하는 시스템으로 C-QPSK로 변조하여 4MHz대역으로 전송한다. 즉, STL 4MHz, TSL 4MHz를 사용하는 양방향 시스템으로 STL, TSL모두 주/예비 Audio CODEC 신호를 동시 전송한다.
3-2. Hardware Configuration
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| <표 2> Hardware Configuration | ||
3-3. Service Configuration (M/W)
주/예비 Traffic은 ETU(주)와 NPU(예비)로 나눠진다.
M/W에서 제공하는 대역은 2 x E1으로 각각의 E1은 ETU와 NPU에 구성하여 방송에 영향을 미칠 가능성이 있는 Traffic을 분리하여 안정성을 확보하였다.
1) ETU(Ethernet Traffic Unit)
ETU에는 1개의 E1채널을 할당하여 Digital Audio CODEC을 연결하였고, 방송의 안전성 확보를 위해 별도의 어떠한 신호도 수용하지 않았다.
2) NPU(Node Process Unit)
NPU에는 Analog Audio CODEC과 Ethernet Hub를 구성하였고, 송신소의 IP Camera는 이곳에 연결되어 서비스된다. NPU에 한 개의 E1채널을 구성하여 메인 Audio CODEC과 별도 구성하였다.
3) MINI-LINK TN R4
MINI-LINK TN R4(이하 MINI-LINK)는 IDU와 ODU로 구성된다. MINI-LINK는 통신용 마이크로웨이브로 기본적인 통신프로토콜의 전송에 중점을 둔다. 기타 방송용 마이크로웨이브의 Interface인 SMPTE310, ASI, Composite Video 및 Analog/Digital 오디오를 직접 수용할 수 없다.
통신용 Interface인 E1과 Ethernet신호를 수용하며, 기타의 신호는 Mux를 이용하여 마이크로웨이브에 수용한다. MINI-LINK의 변조방식은 C-QPSK to 256QAM을 사용한다.원음대구FM방송에서 적용한 시스템은 MMU2C를 적용하였다. MMU2C는 최대 10Mbps의 데이터를 전송할 수 있는 라이센스를 가지며, 라이센스 추가시 최대 200Mbps까지 확장하여 사용할 수 있다. 4MHz의 대역폭을 사용할 경우 변조방식은 C-QPSK만 지원하며, 그 이상의 대역폭의 경우 4QAM to 256QAM을 사용할 수 있다.
4) IDU(Indoor Unit)
각 모듈을 내부에서 연결해주는 Backplane을 가진 AMM 2P(Access Module Magazine)라는 본체에 MMU(Modem Unit), FAU(Fan Unit), NPU(Node Processor Unit), ETU(Ethernet Traffic Unit)로 구성되었다. 각각의 모듈은 내부 BUS라인으로 연결되어 고속으로 데이터를 전송하며, NMS를 통해 각 모듈의 상태 및 트래픽 관리가 가능하다. NPU는 각각의 모듈간의 트래픽의 제어, 감시, 컨트롤의 기능을 제공한다.
5) ODU(Outdoor Unit)
ODU(Outdoor Unit) 또는 RAU(Radio Access Unit)라고 칭하며, Indoor의 MMU로부터 전송된 IF신호를 최종 출력으로 변환하여 안테나로 급전하는 장치이며, 송신과 수신을 병행한다.
4. Operation
기존 900MHz또는 1.7GHz 대역을 사용하던 Radio용 STL은 주로 단방향 구성을 사용하였기 때문에 회선이나 데이터의 관리라는 용어 자체가 매우 생소하였다.
앞에서 소개한 내용과 같이 Ericsson Microwave System은 상시 양방향 통신을 지원함으로 회선 및 트래픽의 관리 및 모니터링이 가능하게 되었고, 또 Ericsson Microwave Craft Software를 이용한 연주소 및 송신소의 Microwave 상태를 모니터링하고 제어도 가능하게 되었다. 연주소의 단말을 통해 Craft를 실행하여 송신소 RAU의 출력 및 수신레벨을 확인 할 수 있고, RAU의 On/Off, 트래픽 제어가 가능하다.
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| <표 3>Ericsson Microwave Craft Software | ||
<표 3>Ericsson Microwave Craft를 이용하여 전제 Microwave의 모니터링과 컨트롤이 가능하게 되었고, 각 장비의 상태를 색으로 표시하여 현재의 상태를 한눈에 파악한다. 또한, 이슈화된 색상별 알람을 표시한다.
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| <표 4>APT Audio CODEC NMS Software | ||
<표 4>APT Audio CODEC NMS를 이용한 각 장비의 설정 및 운용상태의 모니터링이 가능하다. Point to Point 혹은 Multicasting의 지원으로 다양한 전송망을 운용할 수 있고, 각 장비의 상태를 이슈화된 색상으로 한눈에 파악할 수 있다.
모든 IP CODEC장비는 양방향을 지원하며, 연주소에서 전송된 오디오를 송신소로 전송하고, 송신소의 CODEC장비는 필요한 오디오를 연주소로 전송할 수 있으며, 또한, 모니터링 할 수 있다.
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<사진 2> SUB-MIMIC Unit
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5. 결론 (WBS원음방송 기술국 서일원 차장)
개국을 준비하는 담당자 입장에서 지금까지 사용하던 방식의 장비와 다른 성격의 장비를 선택한다는 것에 부담이 없었던 것은 아니었다. 도입 검토시 새로운 것에 대한 기대감 보다는 생소함, 담당 허가관청의 허가신청에 따른 부담감에서 오는 불안함이 컸지만, 모든 장비의 운용이 계획한 방향으로 움직이고, 기대 이상의 성과를 느낌으로 지금까지 가졌던 막연한 불안감을 버릴 수 있었다. 처음 계획단계부터 주/예비 오디오를 동시에 전송하는 것에 대한 의문과, 송신기 원격제어 감시용 PLC 컨트롤신호를 STL에 함께 전송하여 유선과 무선링크에 의한 PLC 컨트롤의 이중화, 송신소 무인화를 위한 IP Camera 운영 등 과연 이 모든 것이 안전하게 가능할 것인가? 라는 의문이 있었지만, 검토시의 예상대로 동작되는 모든 시스템을 확인하고 통신기술의 발달을 몸으로 느낄 수 있었다.
기존의 단방향 무선 STL 구축비용을 약간 상회하는 예산으로 완벽한 양방향의 M/W를 구축하여 구축비용 절감화와 방송신뢰성 제고, 원격제어 감시 효율을 증대시킨데 크게 기여하였다. 비록 대역폭이 조금 더 있었으면 하는 아쉬움이 없지는 않지만 지금까지 사용하던 단방향 장비와의 차이는 분명히 있었다.
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Ericsson |
“A”사 |
“B”사 |
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Model |
Mini-Link 2P |
8*** |
S*** |
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Duplex |
Yes(상시 양방향) |
No(단방향) |
No(단방향) |
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RF Power |
1 Watt |
7 Watt |
7 Watt |
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Antenna |
3Ft Parabola(90Cm) |
6Ft or 8Ft(1.8~2.4m) |
6Ft or 8Ft(1.8~2.4m) |
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Size(1+1, 단방향) |
19” 1RU |
19” 7RU |
19” 7RU |
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NMS |
Yes (Craft) |
No |
No |
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Bandwidth |
4MHz(4MHz허가기준) |
250KHz |
250KHz |
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최대수용 Audio |
IP Codec사용, 4채널 |
1채널 Only |
1채널 Only |
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가용샘플링주파수 |
32, 44.1, 48KHz |
32KHz |
32KHz |
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RF전송방식 |
70MHz IF Band |
Feeder 7/8” |
Feeder 1/2" |
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ChangeOver |
No (Logic Control) |
Yes (Physical) |
Yes (Physical) |
<표 5>라디오용 STL과 통신용 STL/TSL장비의 Specification 비교표.
각 장비들의 Specification을 통해 비교 할 수 있다. 앞에서 이미 밝힌 장점과 같이 기존 STL장비로 구성할 수 없는 상시 양방향 통신의 기능이 Ericsson Microwave에 있는 것을 확인할 수 있었다.
끝으로, 대역폭의 문제는 어제 오늘의 문제가 아닌 것으로 생각된다. 250KHz의 대역폭으로 1개 이상의 디지털 오디오 채널을 전송할 수 없고, 전송되는 1개의 채널마저도 32KHz의 샘플링 오디오로 한정되어 있으니, 방송통신위원회에서 매우 특별한 방식을 도입해주지 않은 이상, 고품질, 고음질 디지털 라디오방송 전송(ST-Link)을 기대하기에는 부적절하다.
Ericsson Microwave의 경우 APT사의 Audio CODEC을 통해 디지털 오디오를 전송하기 때문에 사용자가 원하는 샘플링 주파수로의 선택이 가능하게 되었다. 앞서 설명한 내용과 같이 디지털 오디오를 IP로 전송할 때 Delay를 피할 수는 없지만, 그 Delay가 매우 적기 때문에 담당 엔지니어가 입맛에 맞게 최소 Delay에 맞는 음질을 고려하여 설정하면 된다. 사실 STL의 주/예비 절체의 기능은 지금까지의 상식으로 본다면 당연히 필요한 기능이다.
하지만 물리적인 Changeover의 존재는 그만큼의 Fail Point 증가를 의미할 수도 있고 또한 사고발생 개소이다. 원음방송에서 적용한 시스템은 물리적인 절체를 배제한 논리적인 절체를 포함하여 그만큼의 위험요소를 배제하였다. 비록 짧은 기간의 운영으로 완전한 안정화가 되었다고 생각 치는 않는다. 다만, 지금까지 운영했던 장비와의 차이점은 분명히 느끼고 있으며, 추후 활용가치까지 바라본다면 괜찮은 선택이었다고 생각한다.
사용회수가 적은 10GHz/11GHz 2체배 이상의 주파수를 측정할 수 있는 고가의 측정장비는 구입하지 않기로 결정하고, 무선국 검사시 혹은 점검 등 필요시에만 장비 공급업체에서 무상으로 임대하여 사용하는 것으로 방침을 정하여 고가의 측정장비 구입비와 유지관리비를 경감하는 것으로 결정하였다.
향후, 전개될 Digital Radio를 준비하는 엔지니어의 입장에서 통신용 ST-Link 장비의 도입은 불가피한 선택이라 생각되며, 방송이 통신으로 급변하는 현재의 방송시장에서 능동적인 선택을 통한 엔지니어의 역량 확대가 필요한 시점이라 생각한다.
< VOL.197 방송과기술 >
