8VSB
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1. 개요
8VSB는 잔류 측파대 변조(VSB) 방식의 하나로, 펄스 진폭 변조 신호의 스펙트럼 중복성을 제거하여 데이터를 전송한다. 6MHz 대역에서 32Mbit/s의 총 비트 전송률을 가지며, 전력 효율성이 높고 임펄스 잡음에 강한 특성을 보인다. 미국 디지털 텔레비전 방송 표준인 ATSC에서 한동안 사용되었으나, ATSC 3.0에서는 COFDM 방식으로 전환될 예정이다. 8VSB는 COFDM에 비해 다중 경로 환경에서 약점을 보이지만, 전력 효율성 측면에서 장점을 가지며, E-VSB와 같은 향상된 버전도 개발되었다.
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| 8VSB | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 종류 | 변조 방식 |
| 약칭 | 8-VSB |
| 전체 이름 | 8레벨 잔류 측파대 |
| 사용 국가 | 미국 캐나다 멕시코 대한민국 |
2. 변조 기술
잔류 측파대 변조(VSB)는 펄스 진폭 변조(PAM) 신호의 스펙트럼 중복성을 제거하여 주파수 효율을 높이는 변조 방식이다. 실수 데이터 시퀀스로 반송파를 변조하면 합과 차 주파수가 발생하여 두 개의 대칭적인 반송파 측파대가 생성된다. 이 대칭성은 측파대 중 하나가 중복됨을 의미하므로 하나의 측파대를 제거해도 복조가 가능하다. 제로 천이 대역폭을 가진 필터는 구현할 수 없으므로, 구현된 필터는 중복된 측파대의 잔류물을 남긴다.
2. 1. 작동 원리
펄스 진폭 변조(PAM) 신호의 스펙트럼 중복성을 제거하기 위한 변조 방식이다. 실수 데이터 시퀀스로 반송파를 변조하면 합과 차 주파수가 발생하여 두 개의 대칭적인 반송파 측파대가 생성된다. 이 대칭성은 측파대 중 하나가 중복됨을 의미하므로, 한쪽 측파대를 제거해도 복조할 수 있다. 그러나 제로 천이 대역폭을 가진 필터는 구현할 수 없으므로, 실제 구현된 필터는 중복된 측파대의 잔류물을 남긴다. 이 때문에 "VSB"라는 이름이 붙었다.2. 2. 종류
잔류 측파대 변조(VSB)는 펄스 진폭 변조(PAM) 신호의 스펙트럼 중복성을 제거하려는 변조 방식이다. 실수 데이터 시퀀스로 반송파를 변조하면 합과 차 주파수가 발생하여 두 개의 대칭적인 반송파 측파대가 생성된다. 대칭성은 측파대 중 하나가 중복됨을 의미하므로 하나의 측파대를 제거해도 복조가 가능하다. 제로 천이 대역폭을 가진 필터는 구현할 수 없으므로, 구현된 필터는 중복된 측파대의 잔류물을 남기며, 이로 인해 "VSB"라는 이름이 붙었다.8VSB는 ATSC 표준에서 사용되는 대표적인 VSB 방식이다. 8VSB 외에도 2VSB, 4VSB, 16VSB 등 다양한 VSB 방식이 존재한다. 16VSB는 ATSC 디지털 케이블에 사용될 예정이었으나, 직교 진폭 변조(QAM)가 업계 표준이 되었다.[1]
3. 전송률 (Throughput)
6 메가헤르츠(MHz) 대역에서 8VSB는 10.76 메가보의 심볼 속도, 32 Mbit/s의 총 비트 전송률, 그리고 19.39 Mbit/s의 사용 가능한 순 비트 전송률을 전송한다. 순방향 오류 정정(FEC) 코드가 추가되었기 때문에 순 비트 전송률이 낮다.[1] 8개의 신호 레벨은 트렐리스 인코더를 사용하여 선택된다.[1]
4. 전력 효율성
8VSB는 이전 NTSC 시스템과 비슷한 지역을 커버하는 데 더 적은 전력이 필요하며, COFDM보다 전력 효율성이 우수하다고 알려져 있다. 8VSB 송신기는 평균 전력의 4배(6dB)에 해당하는 첨두 전력 용량을 갖추면 된다. 8VSB는 임펄스 잡음에 강한 특성을 보인다. 일부 방송국은 아날로그 방송 전력의 약 25% 유효 복사 전력으로 동일한 지역을 커버할 수 있다. 8VSB는 나이키스트 필터를 사용하여 불필요한 측파대를 효과적으로 제거하며, 리드-솔로몬 오류 정정을 통해 데이터 무결성을 유지한다.
4. 1. E-VSB (Enhanced VSB)
2005년 여름, ATSC는 향상된 VSB, 즉 E-VSB에 대한 표준을 발표했다.[1] 순방향 오류 정정을 사용하여, E-VSB 표준은 DVB-H가 유럽에서 하는 것과 매우 유사하게, 더 작은 안테나가 있는 저전력 휴대용 수신기에서 DTV 수신을 허용하지만, 여전히 8VSB 전송을 사용한다.5. ATSC 채택 논쟁
유럽의 DVB-T, ISDB-T와 같이 변조 방식을 COFDM으로 변경하려는 로비가 ATSC에 대해 지속적으로 있었다. 그러나 이후 기술 발전과 미국의 방송 환경 변화로 인해 상황이 복잡해졌다.
미국에서 8VSB 기반 ATSC 표준이 계속 채택되고 ATSC 수신기가 많이 늘어나면서 COFDM으로 전환하기는 어려워졌다. 2009년 6월, 미국의 대부분 아날로그 지상파 전송이 종료되었고, 모든 새 TV에 8VSB 튜너가 공통으로 적용되어 COFDM으로의 전환을 더욱 복잡하게 만들었다.
5. 1. FCC의 8VSB 옹호
FCC는 8VSB가 미국 디지털 텔레비전 방송에 더 적합한 변조 방식이라고 꾸준히 주장해 왔다. 1999년 보고서에서 FCC는 8VSB가 임계값 또는 반송파 대 잡음비(C/N) 성능, 데이터 전송률, 송신기 전력, 임펄스 및 위상 잡음 측면에서 더 우수하다고 결론지었다.[2]이에 따라 FCC는 방송사가 8VSB 또는 COFDM 중 자신들의 커버리지 영역에 가장 적합한 방식을 선택할 수 있도록 허용해 달라는 신클레어 방송 그룹의 2000년 청원을 기각했다.[3]
5. 2. 다중 경로 문제 및 기술 발전
FCC 보고서는 COFDM이 동적 다중 경로 환경에서 더 나은 성능을 보일 수 있다고 인정했다.[2] 하지만, 2005년 이후 5세대 복조기가 도입되었고, 그 이후 6, 7세대로 개선되면서 이퀄라이제이션 범위는 약 -60 ~ +75 마이크로초(135 마이크로초 간격)가 되어 8VSB 수신의 정적 및 동적 다중 경로 문제를 개선했다. COFDM의 이퀄라이제이션 범위는 -100 ~ +100 마이크로초(200 마이크로초 간격)이지만, COFDM에 이렇게 많은 보호 대역 공간을 적용하면 유효 페이로드가 실질적으로 감소한다. 실제로 유럽의 많은 지역에서는 페이로드 용량 감소 때문에 HD 표준으로 1280×720p를 채택했다. DVB-T2의 도입으로 지상파 전송이 1920×1080p 콘텐츠를 전송할 수 있게 되었다. 1920×1080i는 처음부터 8VSB 방식의 일부였으며 개선된 복조기는 내재된 페이로드 용량에 영향을 미치지 않았다.5. 3. ATSC 3.0으로의 전환
미국의 차세대 방송 표준인 ATSC 3.0에서는 모바일 수신 및 단일 주파수 네트워크 성능 향상을 위해 OFDM 방식으로 전환되었다.[4] ATSC 3.0은 LDPC 오류 정정(본질적으로 COFDM)을 사용한다.[4] ATSC 3.0은 기존 ATSC 1.0 수신기와 호환되지 않으므로, 시청자는 새로운 튜너 또는 컨버터 박스가 필요하다.[5] FCC는 ATSC 3.0으로 전환하는 방송사가 최소 2022년까지 유사한 커버리지 영역을 가진 다른 방송국과의 동시 방송 계약을 통해 주 채널을 계속 사용할 수 있도록 규정했다.[6] 신클레어 방송 그룹은 2020년까지 40개 도시에 ATSC 3.0을 도입할 의향을 발표했다.[7]6. 8VSB 대 COFDM 비교
초기 FCC 보고서는 COFDM이 동적이고 높은 수준의 정적 다중 경로 환경에서 더 나은 성능을 보이며, 단일 주파수 네트워크 및 이동 수신에 유리하다고 언급했다. 그러나 2001년 COFDM 기술 그룹 보고서는 COFDM이 8VSB보다 유의미한 이점을 제공하지 않는다고 결론 내렸다. 보고서는 수신기를 약 9미터 높이로 올린 실외 안테나에 연결할 것을 권장했다. 8VSB와 COFDM 모두 대부분의 실내 테스트 환경에서 허용 가능한 성능을 보이지 못했다.[8]
테스트에 사용된 COFDM 수신기의 프런트 엔드 필터링 부족이 결과에 영향을 미쳤을 수 있다는 의문이 제기되기도 했다. 재테스트 결과는 DVB-T 수신에 대해 개선된 결과를 보였지만, 추가 테스트는 진행되지 않았다.
8VSB와 COFDM 변조 간의 논쟁은 여전히 진행 중이다. 인구 밀도가 낮은 지역에서는 8VSB가 COFDM보다 더 적은 전력을 사용하여 동일한 거리에 신호를 전송할 수 있다. 그러나 일부 도시 지역이나 이동 사용 환경에서는 COFDM이 더 나은 수신 성능을 제공할 수 있다. 미국의 차세대 주요 텔레비전 표준인 ATSC 3.0은 COFDM을 사용할 것이다.
대다수의 미국 TV 방송국은 스튜디오-송신기 링크 및 뉴스 수집 작업에 COFDM을 사용한다.
6. 1. COFDM의 다중 경로 저항성
COFDM 지지자들은 COFDM이 8VSB보다 다중 경로에 훨씬 더 잘 저항한다고 주장한다. 초기 8VSB DTV 수신기는 도시 환경에서 신호를 수신하는 데 어려움을 겪는 경우가 많았다. 그러나 최신 8VSB 수신기는 다중 경로 처리에 더 능숙하지만, 움직이는 수신기에서는 여전히 신호 수신이 어렵다.[8]6. 2. 8VSB의 전력 효율성
8VSB의 중요한 장점은 이전 NTSC 시스템과 유사한 지역을 커버하는 데 훨씬 적은 전력이 필요하다는 것이며, 가장 일반적인 대안 시스템인 COFDM보다 이 부분에서 더 뛰어나다고 알려져 있다. 이러한 장점의 일부는 COFDM에 비해 더 낮은 첨두 대 평균 전력비가 필요하다는 점이다. 8VSB 송신기는 평균 전력의 6dB (4배)의 첨두 전력 능력을 가져야 한다. 8VSB는 또한 임펄스 잡음에 더 강하다. 일부 방송국은 아날로그 방송 전력의 약 25% 유효 복사 전력으로 전송하면서 동일한 지역을 커버할 수 있다. NTSC와 대부분의 다른 아날로그 텔레비전 시스템도 잔류 측파대 기술을 사용하지만, ATSC 8VSB 전송에서는 원치 않는 측파대가 훨씬 더 효과적으로 필터링된다. 8VSB는 이를 달성하기 위해 나이키스트 필터를 사용한다. 리드-솔로몬 오류 정정은 데이터 무결성을 유지하는 데 사용되는 주요 시스템이다.6. 3. 향상된 VSB 시스템
E-VSB, A-VSB, MPH와 같은 여러 "향상된" VSB 시스템이 개발되었다. 다중 경로 수신과 관련된 8VSB의 결함은 ATSC-M/H가 모바일/핸드헬드 수신에 사용하는 것처럼 유용한 비트 전송률을 감소시키는 추가적인 순방향 오류 정정 코드를 사용하여 처리할 수 있다.[8]참조
[1]
웹사이트
WHAT EXACTLY IS 8-VSB ANYWAY?
http://www.arrl.org/[...]
2012-11-08
[2]
간행물
DTV REPORT ON COFDM AND 8-VSB PERFORMANCE
http://www.fcc.gov/B[...]
FCC Office of Engineering and Technology
2007-03-04
[3]
간행물
Sinclair Claims Wide Support For Dtv Petition
http://findarticles.[...]
Television Digest with Consumer Electronics
2008-06-06
[4]
웹사이트
ATSC 3.0 Technical overview
https://cdn.rohde-sc[...]
2021-03-08
[5]
웹사이트
ATSC 3.0: Everything you need to know about broadcast TV's next big thing
https://www.digitalt[...]
Designtechnica Corporation
2021-03-08
[6]
웹사이트
Report and Order and Further Notice of Proposed Rulemaking
https://docs.fcc.gov[...]
2017-11-20
[7]
웹사이트
Sinclair announces 40 U.S. cities getting ATSC 3.0 by 2020
https://www.fiercevi[...]
2019-04-08
[8]
웹사이트
8VSB/COFDM Comparison Report
http://www.hdtvmagaz[...]
2005-11-22
[9]
웹인용
What exactly is 8-VSB anyway?
http://www.arrl.org/[...]
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