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2015.09.19 디지털라디오

디지털라디오

Multimedia/디지털라디오 2015. 9. 19. 00:18

1. 아날로그 라디오 방송 현황

1.1 AM 방송

1.2 단파 방송

1.3 FM 방송

2. 디지털 라디오

2.1 디지털 라디오 개념

2.2 디지털 라디오 방송 필요성

3. 디지털 라디오 전송 방식

3.1 DAB(Eureka-147)

3.2 IBOC(In Band On Channel)

3.3 DRM+

4. 각 방식별 주요 특징 비교

5. 라디오 디지털화의 문제점

6. 향후 전망

1. 아날로그 라디오 방송 현황

1.1 AM 방송

- MF(526.5~1606.5MHz), 표준 방송

- 지표파를 이용 상당히 먼 거리까지 전달 가능->AM 주파수 대역 ITU에 등록, 이웃 나라와의 합의 필요

- 한 방송사당 9kHz의 점유 주파수 대역, 총 120개 채널 허가 가능, 채널당 점유 대역폭이 좁아 방송 품질 좋지 못함

1.2 단파 방송

- HF(3~30MHz)

- 전리층에 의한 반사를 이용, 원거리 전달에 적합하도록 고안된 방식

- 전리층의 반사를 이용하므로, 계절 변동과 반사에 의한 간섭때문에 품질이 고르지 못한 경우 발생->계절과 시간에 따라 전파에 적합한 주파수로 변경(2개 이상의 주파수를 가지고 필요에 따라 전환해 가면서 사용

- 5kHz의 아주 좁은 대역폭 사용, 617개 채널을 전 세계가 공유, IFRB에 6개월 전에 사용할 주파수와 대상 지역, 방위각과 출력, 사용 시간을 제출

1.3 FM 방송

- VHF(88~108MHz), 대지반사파와 직접파 이용

- 반송파 억압 AM-FM 방식으로써 주채널 신호, 부채널 신호, Pilot 신호로 구성

- 주채널 신호는 좌측과 우측 신호를 합한 신호 (L+R)이며, 부채널 신호는 좌측 신호와 우측 신호의 차 신호(L-R)로서 부반송파(38KHz)를 억압 진폭변조(DSB-SC) 시킨 것

- 19KHz Pilot 신호는 스테레오 방송 수신을 용이하게 하기 위한 것으로 부반송파 억압 AM 파를 복조하여 차 신호(L-R)을 만들어 내기 위해 필요

- FM 방송 특징

가. 일반적인 FM 수신기의 허용 S/N비는 60dB

나. FM Threshold(임계) 효과: 가청 범위까지 양호한 수신을 보이다가 일정 지역을 벗어나면 수신 신호가 급감하는 현상

다. 동일 채널 혼신: 수신하고 있는 동일 채널에 다른 프로그램 내용이 혼입되는 프로그램 혼신이 들어올 때 FM 수신기에서는 강한 신호가 약한 신호를 억합하는 성질

라. 방송사 하나에 필요한 주파수 대역: 모노방송-180KHz(BW=2(fs+fm)=2(75+15)=180), 스테레오 방송-256KHz(BW=2(fs+fm)=2(75+53)=256)

마. 국내 FM 대역 주파수 할당:채널 간격 200KHz로 총 100개 채널

2. 디지털 라디오

2.1 디지털 라디오 개념

- AM, FM과 같은 아날로그 변조방식이 아닌 디지털 변조 방식을 이용하여 디지털 데이터를 전송하는 라디오 방식

2.2 디지털 라디오 방송 필요성

가. 아날로그 방식 AM,FM 라디오 방송 단점

- 잡음이 많으며, 다중 경로를 통해 들어오는 동일 주파수에 대해 취약

- 오디오, 영상, 데이터 등 멀티미디어 방송 부적합

- 주파수 활용적인 측면에서도 채널 부족현상 발생

나. 디지털 라디오 방송 장점

- CD 급의 깨끗한 음질 제공

- 다중 경로 잡음에도 우수

- 멀티미디어 방송과 주파수 활용에 효과적

- 아날로그 방송 출력보다 적은 출력으로 동일한 가청 범위를 만들 수 있음

3. 디지털 라디오 전송 방식

- FM의 경우 IBOC(미국식), DAB(Eureka-147, 유럽식), DRM+(유럽식), ISDB-T(일본식) 등이 있음

- 중파의 경우 DRM(유럽식), AM-IBOC(미국식), 단파의 경우 DRM 방식이 대표적

3.1 DAB(Eureka-147)

- DAB 방식은 국내 지상파 DMB 기술 방식과 맥을 같이하는 디지털 라디오 방식임(1995년에 상용 서비스 시작)

- 지상파 DMB 전송방식에서 비디오 서비스를 제외하면 동일하다고 볼 수 있는 방식임, DAB 방식은 IBOC에 비해 문자, 이미지 등 멀티미디어 부가서비스 기능이 더 좋으나, 신규 주파수 대역이 필요하고, 전환비용이 높다는 게 단점임

- 기존의 FM 라디오 방송 대역대가 아닌 외부 대역에 앙상블이라고 불리는 1.536MHz 대역폭으로 송출이 되며, 여기에 복수개의 채널이 다중화되어 서비스 됨

- 최근 개발된 지 20년 가까이 된 DAB의 오디오 압축방식의 효율이 나쁘다는 문제가 제기되고 있다. 즉, MUSICAM은 80년 대에 개발된 기술로 CD급의 음질을 얻기 위하여 192Kbps 이상의 데이터 율이 필요하게 되어, 주파수 사용효율이 떨어지는 단점이 있다.

- 이를 극복하기 위하여 2006년부터 World DAB Forum을 중심으로 새로운 오디오 압축방식(MPEG 4 HE AAC)의 도입을 추진
중에 있다. 따라서 향후에는 DAB 오디오에 MUSICAM 이외의 새로운 코덱이 추가될 수 있다.

3.2 IBOC(In Band On Channel)

- 미국 Ibiquity사가 개발한 디지털 라디오 전송방식(유럽에서 DAB 방식의 디지털 라디오 서비스가 제공되는 것을 보고 자극을 받은 미국이 개발한 방식)

- 이 전송방식을 이용한 디지털 라디오 방송서비스를 HD 라디오로 부름

- 미국의 개발자들이 유럽 방식의 디지털 라디오와 차별화를 추구하였으므로 DAB와는 여러 면에사 차이가 있음

- FCC는 2002년 10월 IBOC을 지상파디지털 AM, FM 라디오 전송방식으로 승인, 2003년 부터 방송 서비스 중임

가. 기존 아날로그 방송 주파수 동시 사용

- 기존의 AM, FM 주파수 대역을 그대로 사용하는 방식(In Band), 아날로그 주파수 대역 옆에 디지털 신호를 배치하므로 별도의 주파수 대역없이도 아날로그, 디지털 동시방송을 통한 자연스러운 전환이 가능

- IBOC 방식은 아날로그 음성신호의 양 옆에 디지털 정보를 배치하여 전송하는 혼성(hybrid) 모드와 디지털 비중을 확대한 확장 혼성 Extended hybrid) 모드, 아날로그 대역까지 모두 디지털 신호를 보낼 수 있는 전 디지털(all-digital) 모드가 가능

- 디지털 신호가 아날로그 FM 신호 외곽의 기본 사이드밴드(Primary Sidebands)를 통해 송출되는 혼성모드를 보여준다. 각 사이드밴드의 강도는 아날로그 FM 신호 강도보다 약 23dB 낮다. 아날로그 신호는 모노 또는 스테레오이며, 부가 서비스 채널(SCA)도 포함된다.

나. 오디오 코덱 성능 개선

- 전송방식은 OFDM을, 변조방식은 QAM과 QPSK를 사용하며, HDC(High Difinition Coding)<PAC(Perceptual Audio Coding)+SBR(Spectral Band Replication)>이라는 오디오 코덱을 채택하여 48kbps 정도의 데이터율로서 CD급의 음질을 제공(Musicam의 경우 128kbps와 동등한 수준의 음질 제공)

다. 중파 라디오에 적용 가능

- IBOC은 중파와 초단파 대역에서 사용이 가능

3.3 DRM+

3.3.1 DRM

- DRM은 초단파에만 적용이 가능한 DAB 개발 후에 단파 및 중파 대역에 적용하기 위해 유럽이 개발한 디지털 라디오 기술

- DRM의 주파수 대역은 장파, 중파, 단파 대역에 해당하는 30Mhz 이하로서, 국내 단파 및 중파 라디오방송의 디지털 전환방식으로 유력시 되는 방식이다

- DRM 역시 전송방식은 IBOC, DAB와 동일한 OFDM 방식을 사용한다. 변조방식은 QAM을 사용하며, 방송환경에 따라 네 가지의 모드가 적용가능하다. 즉 서비스 품질과 Robustness를 조절하여 원하는 서비스를 제공할 수 있도록 하는 다양한 옵션 제공

- DRM의 장점으로는 하나의 채널에서 동시에 4개의 프로그램을 서비스할 수 있다. 예를 들어 고음질의 1개 프로그램을 서비스 하거나 또는 낮은 음질의 4개 국어 방송으로 나누어 서비스할 수 있는 자율권을 제공한다

3.3.2 DRM+

- 1995년에 세계최초로 디지털 라디오 상용방송을 시작한 유럽은 2003년에 새로운 독자방식으로 서비스를 시작한 미국의 디지털 라디오 방식에 많은 자극을 받은 것으로 추정

- 2005년에 제 2의 초단파 디지털 라디오 기술인 DRM+ 개발을 착수하여 2007년도에 완성

- DRM+는 미국의 HD radio를 의식하고 기존의 DAB와는 다른 방식으로 개발되었기에 DAB와는 많은 면에서 차이가 있으며 HD radio의 주요 특징들 중 일부가 수용

가. 적용 주파수 대역의 확장

- DAB가 기존의 아날로그 라디오 방송대역 내에서 서비스가 불가했으나 DRM+는 아날로그 방송 대역 내외 모두에서 서비스가 가능하도록 설계

나. 오디오 코덱의 강화

- 방송프로그램의 특성에 맞추어 다양한 모드의 운용이 가능한 개선된 오디오 코덱 사용

- DRM+는 AAC, CELP(Code Excitation Linear Prediction)와 HVXC(Harmonic Vector Excitation Coding) 3가지 오디오 코덱을 탑재하여, 방송사업자는 이들 중 선택하여 방송이 가능

- AAC는 주로 고음질이 요구되는 서비스에, CELP와 HVXC는 뉴스나 대담 프로그램 등 비교적 저음질 서비스에 적합

<참고>

Conceptual DRM Transmission Block Diagram

4. 각 방식별 주요 특징 비교

구분	DAB	DRM/DRM+	IBOC	ISDB-T
방식	Out of band	In band	In band	Out of band
주파수 대역	VHF	장, 중, 단파, 초단파	AM/FM 대역	VHF
아날로그/디지털 혼용 방송		가능	가능
Audio coding	Mpeg-1 Layer Ⅱ	MLC(Multi-Level Coding)	HDC(High Definition Coding)	Mpeg-2 AAC
국가	유럽	유럽	미국	일본
전송방식	OFDM	OFDM	OFDM	OFDM
변조	DQPSK	QPSK, 16QAM, 64QAM	QPSK, 16QAM, 64QAM	QPSK, 16QAM, 64QAM