1. 디지털 송신기의 특징

• TV 송신기의 특징

Analog 영상 ® VSB ® 주파수변환 ® 전력증폭 ®

® Diplexer ® Antenna.

Analog 음성 ® FM ® 주파수변환 ® 전력증폭 ®

(a) NTSC Analog TV 송신기

Digital 영상® 영상압축®

(270Mbps)

Digita 음성® 음성압축® 다중화® RS 부호화® Trellis부호화® 변조® 전력증폭® Ant.

(768Kbps) (영상,음성, Data)

Data ® ® ® ® ® ®

(b) Digital TV 송신기

영상신호는 VSB 변조기에서 영상 중간주파수(VIF, 58.75 MHz)로 변환되고,

음성신호는 FM 변조기에서 음성 중간주파수(AIF, 54.25 MHz)로 변환되어,

다이플렉스로 합성하여 안테나로 보낸다.

디지털 송신기 :

영상, 음성, 데이터를 엔코더에서 다중화

따라서, 별도의 음성 송신기나 다이플렉스가 필요 없다.

소비전력이 적으므로 발열이 적고,

저 송신 전력 (Power)

아날로그에서는 영상신호에 있는 동기신호의 첨두치(동기 첨두치)의 전력으로 나타낸다.(UHF 10㎾는 것은 동기 첨두치 전력을 말함),

디지털의 경우는 일반적으로 영상 신호의 실효전력을 말한다.

아날로그 TV와 디지털 TV의 송신전력 정의

<그림> 아날로그와 디지털 송신전력

디지털 송신기의 특징: 실효전력이 적은데도 불구하고 첨두전력이 크다.

다음 표에 NTSC와 DTV 전력 관계를 나타낸다.

DTV의 또 다른 큰 특징으로서는 ERP에 대한 것으로, 전계강도가 약해지면 화질은 그에 비해 점점 악화된다. 그러나, 디지털 신호의 경우는 오류정정을 함으로 화상이 일정하게 되는 전계강도의 범위가 넓게 된다. 단지, 어떤 점 이하에서는 급격히 화질이 떨어지면서 화상이 나오지 않는 경우가 있다.

위의 표는 같은 방송구역을 취하는 경우 디지털 송신기의 실효전력은 아날로그 첨두전력(Tx 출력)에 대하여 대체로 10분의 1이라는 가정을 하여 나타낸 것이다.

2. 디지털TV 송신기

TV 송신기는 주파수가 높고 대역폭이 넓어 디지털화가 늦어지고 있지만, 샘플링 주파수가 낮은 기저대역(Base Band)에서 신호처리를 하여 등가적으로 VSB 신호를 얻는 VSBF 변조기가 개발되면서 TV송신기 디지털화는 가속화되었다.

• 디지털 송신기의 실용화

<그림> Schematic of 2㎾ DVB-T 송신기

MPEG Ⅱ 데이터 스트림은 입력 접속부를 거쳐 여진기(SD-1000)부에 있는 DVB-T 변조기에 입력된다. 변조기에서는 중간주파변조, 여파과정을 거쳐 기저대역의 COFDM 신호를 생성시킨다. 생성된 신호는 7.61㎒ 대역에 개략 36㎒ 중심주파수를 가진 중간주파 아날로그 COFDM 신호로 처리를 위해 출력부에 나타난다. SAW 여파기는 일정한 중간주파 COFDM 신호를 위해 불필요한 고조파를 억제한다. 다음에 진폭, 위상등화를 거쳐 무선주파신호로 변환된다. 여진기의 구동 증폭기를 거친 신호는 전력분배 회로에서 분배되어 무선주파 전력증폭기(RF PA)에 입력된다.

RF PA(8개의 VH501 for 2㎾ DVB Power)에서 전력 증폭된 신호는 0°전력 결합기에서 결합되고 합성전력은 외부에 있는 불요파 제거여파기 6 또는 8회로 대역 여파기를 거쳐 안테나로 인도된다. 전기적인 특성은 다음과 같다.

NEC에서 DVB 표준(OFDM 변조)과 ATSC 표준(8-VSB 변조)에 각각 적용할 수 있는 UHF송신기 DTU-10과 VHF송신기용 DTV-20 시리즈를 발표하고 있는데, UHF 대역용 송신기는 출력 250W에서 5㎾까지 11단계로 5종류의 송신기와 VHF 대역용은 출력 250W에서 3㎾까지 8단계로 각각 5종류의 송신기를 내놓고 있다.

하리스사에서는 평균전력 5㎾에서 25㎾(첨두전력 20㎾에서 100㎾)까지 출력을 낼 수 있는 UHF 고체 DTV 송신기를 상품화하고 있다.

다이아몬드CD 송신기의 주요한 특징을 열거하면 다음과 같다.

여진기 CD 1A는 미국 표준 ATSC에 적합한 8VSB 여진기 이다.

디지털 변조기술을 채용한 CD 1A는 우수한 DTV 신호를 발생한다.

CD 1A는 다중화된 오디오, 비디오, 데이터를 19.39Mbps SMPTE 310M MPEG Ⅱ 전송계층으로 수용하며, SW적으로 모니터/진단 및 적응등화 기능을 가지고 있다.

CD 1A는 전송레벨에서 송신레벨까지의 부호화, 변조, 여파와 채널에 적합한 RF신호를 생성하기 위한 변환(Up conversion)을 디지털적으로 한다.

모든 다이아몬드CD 송신기는 UHF 대역에서 실현되며 각 송신기는 제어 캐비넷과 1에서 5개의 PA캐비넷을 수용한다.

제어 캐비넷은 시스템 제어부, 구동 증폭기, 모니터링과 제어판넬, 여진기와 옵션으로 제공되는 예비 여진기 시스템과 자동전환 시스템으로 구성되며, 이러한 구성은 출력 증강이나 유지 보수를 쉽게 해 준다.

스마트 PA모듈은 과도한 반사전력, 과열, 저전력, RF 이상 동작에 대한 내부 보호 기능을 가지고 있다. 각 PA모듈은 마이크로프로세서를 내장하고 있기 때문에 자체 제어기능과 진단기능을 가진다.

다이아몬드CD 송신기는 아주 간단한 운용기능을 제공한다.

간단한 누름 스위치와 LED들은 송신기를 켜고, 끌 수 있도록 해 주며 송신기 전면제어나 원격제어 기능을 제공한다.

3. 디지털 라디오 송신기

• 디지털 중파 송신기

중파 송신기의 디지털화는 전 디지털형 송신기가 이미 실용화 되었는데, 디지털 기술과 아날로그 기술을 조합한 혼성 변조방식으로 고안되었다. 이는 MSB 측 비트정보에 따라서 선택된 스위칭형 전력증폭기(여러 대)의 출력과 LSB 측 비트정보에 따라서 진폭 변조된 아날로그형 전력증폭기(1대)의 출력을 전력합성 하여 AM출력신호를 얻는 1㎾송신기가 시작되면서, 이 기술에 기초한 30㎾∼50㎾급 고체화 송신기 실현가능성이 높아졌다.

• 디지털 초단파 송신기

FM 송신기에 관해서는 DDS를 사용한 FM 변조기와 더불어 전단에 사용하는 디지털 스테레오 변조기/신호발생기가 개발됨에 따라 음성입력부터 변조기 출력까지는 디지털화가 이미 진행되었다.

NAB 1998 전시회에는 유럽이 DAB의 선두 주자임을 실감할 정도로 많은 회사들이 DAB 송신기를 출품하였는데 Tomcast, ETE(Italy), ITIS(France), GEC-Marconi(영국) 등이며, 사용 주파수는 VHF(170∼240㎒)와 L-밴드(1.452∼1.492㎓)를 사용 하고 있다. 하리스사의 ZD20CD는 DigitCD 디지털 FM 여진기로 우수한 성능을 가지며, 10㎾ 유니트 2대를 3㏈ 혼성결합이나 무 스위치 결합으로 20㎾를 구현할 수 있다.

• 실용화

모듈화된 VHF 밴드Ⅲ과 L-밴드를 위한 DAB 송신기는 다음 그림과 같이 DAB 여진기, 전력 증폭기(PA), 전력 공급부, 송신기 설치선반(Rack)으로 구성되어 있다.

<그림> Layout of 500W DAB Transmitter(250W redundant)

DAB NA-6 시리즈 밴드Ⅲ 송신기는 50W에서 2㎾까지 출력을 제공하며, NL-6 시리즈 L-밴드를 위한 송신기는 50W에서 750W까지의 출력을 제공한다.

송신기 특성을 다음 표에 나타내며 간단히 설명한다.

COFDM 변조기를 내장한 여진기는 ETI형의 NI, G703과 NA, G704 입력신호를 처리하며, 출력신호는 ETS 300 401 규격에 맞는 DAB 신호를 발생한다.

전력 증폭기는 높은 직선성과 고효율을 가진다. 밴드Ⅲ 전력 증폭부는 MOS-FET로 설계되며, L 밴드용 전력 증폭부는 Bipolar TR로 설계 되어있다.

배선 간략화와 높은 동작 신뢰성을 유지하기 위해 단일전원을 채용하였으며 탈착 가능한 모듈방식으로 설계되어 있다.

1,000㎜(H)×600㎜(D)로 장착된다. 출력 BPF와 냉각 시스템도 선반에 내장.

하리스 DX-100 중파 송신기

최량의 AM 스테레오 음질을 확보하기 위해 심혈을 기울인 결과 IQM 40%를 실현하였다.

그외 기본적인 전기적 특성을 살펴보면 다음과 같다.

혼성 변조방식 중파 송신기

방송, 통신기기의 디지털화가 급속히 진전되면서 송신설비에도 디지털 기술을 도입하여 고성능인 기기를 실현시켜야 한다는 움직임이 높아지고 있다.

혼성 변조방식이라는 것은 입력 음성신호를 디지털 신호로 변환한 다음 대략적으로 진폭정보를 나타내는 MSB측 비트와 세세한 진폭정보를 나타내는 LSB측 비트로 나눈다. MSB측 비트의 정보에 따라서 선택된 스위칭 전력증폭 유니트(Switching Power Amplifier Unit) 출력과 LSB비트의 정보에 따라서 진폭 변조된 아날로그 전력증폭 유니트(Analog Power Amplifier Unit) 출력을 전력 가산하여 진폭변조 신호로 얻고 있다.

이는 실용화되고 있는 전 디지털형 중파 라디오 송신기와 비교하여도 구성이 간단하고 신뢰성이 높다.

송신기의 기본구성을 다음 그림에 나타낸다.

본 송신기는 엔코더 부, 16 대의 스위칭 전력증폭 유니트와 1 대의 아날로그 전력 증폭기 유니트로 구성된 전력증폭부, 전력가산부 및 대역 여파기(BPF)로 구성되어있다.

엔코더 부에서는 입력된 아날로그 음성신호에 DC성분이 인가(印加)된다. 이 DC성분에 의해 무 변조시의 송신기 출력이 결정된다. (음성＋DC)성분은 ADC에서 반송 주파수를 그대로 샘플링 주파수로 하여 12비트의 디지털 신호로 변환한 후, 엔코더부에서 큰 진폭정보를 나타내는 MSB측 4비트와 세세한 진폭정보를 나타내는 LSB측 8비트의 2개의 그룹으로 나눠진다. 이중, MSB측 4비트의 정보에 의해 스위칭 전력증폭 유니트의 동작대수가 결정된다. LSB측 8비트는 위상보정회로(위상 Shift)를 통한 후 DAC에 의해 아날로그 음성신호로 변환된 다음, 반송파 PWM 변조기에 입력된다. 여기서 얻어진 PWM신호는 전력증폭 유니트에서 큰 폭의 음성신호로 스위칭 증폭되어 종단 전력증폭 유니트(Switching 형)의 전원전압을 진폭변조 한다. 스위칭 전력증폭 유니트 출력과 아날로그 전력증폭 유니트의 출력은 전력 가산부에서 합성된 다음 대역 여파기를 통과함으로써 소요의 진폭 변조파를 얻는다.

전력증폭 유니트는 전부 SEPP 회로로 구성되어 있으며 전력증폭소자는 동작저항(On-register)이 작은 MOS-FET를 사용하여 전력효율을 향상시키고 있다.

왜가 적은 파형을 얻기 위해서는 DAC된 음성신호(스위칭 증폭)를 증폭하는 방식(CPWM)을 채용하였다

종래 송신기는 변조가 깊게 되는 만큼 각 전력증폭기 유니트의 전원전압은 상승하여 부담하는 전력은 증가한다(100% 변조시는 무 변조시의 1.5배로 된다). 본 송신기에서는 변조도에 따라서 유니트의 동작대수가 변하기 때문에 각 전력 유니트의 전력부담은 항상 일정하다. 이 때문에 과변조로 되어도 전력증폭 유니트가 과부하로 되지 않고 안정하게 동작한다.

4. 우리나라의 현황

우리나라에서도 그 동안 수입에만 의존해오던 디지털 TV 송신기 국산화를 위해 LG정보통신(LGIC)과 KBS는 지상파 디지털 방송을 위해 협력을 체결하고, 디지털 TV 송신기를 공동 개발키로 하였다. LGIC와 KBS는 이에 따라 1999년 하반기까지 송신기 개발을 완료하고 2000년부터 상용화를 위한 시험을 거쳐 2001년부터 본격적인 디지털 TV 방송에 들어갈 계획이다.

KBS와 LGIC 공동발표에 의하면 디지털TV 송신시스템의 개발일정과 방법 등을 구체화시키고 있다.

DTV 송신기 개발 시스템은 다음 그림과 같다.

<그림> DTV 송신기 개발 시스템

또한, 개발은 다음 표와 같이 기초개발단계, 시제품 제작단계, 설치공사단계의 3단계로 나눠서 진행한다.

기초개발단계 KBS+LGIC 연구원	시제품 제작 KBS+LGIC 연구원	설치공사 단계 KBS+LGIC
·Modulator 기술입수 -기술훈련과 도면설계 ·시스템 규격설계 ·개발/시험 시설확보	·시제품 부품구입 ·시제품 설계 및 제작 ·Lab. Test 및 환경시험 ·설계자료 정리	·Field Test(수도권예정)*!) ·Acceptance Test ·시험/운용 기술축적

KBS/LGIC 공동개발기간(18개월)

LGIC와 KBS는 지난 3월 지상파 DTV 송신기 국산화에 성공하여 LG정보통신 중앙연구소에서 방송 관계자들이 참석한 가운데 발표회 및 시연회를 가졌는데 규격은 다음과 같다.

1. 전송속도 : 19.3Mbps 급,

2. 포맷 : 1,920×1,080,

3. 동영상 압축 : MPEG Ⅱ,

4. 오디오 압축규격 : AC-3,

5. 전송은 VHF, UHF채널을 통해 HDTV 1채널과 SDTV 3채널을 수용할 수 있다.

연구개발 방법 : 미국 Zenith에서는 변조기를, 일본 NEC에서는 고주파 전력 증폭부를 기술 이전 시키고, KBS와 LGIC는 이 기술을 토대로 DTV 송신기를 생산하여 2000년 이후부터는 시범 서비스에 들어간다는 계획이다.

<그림> 연구 개발 방법

한편, 무선방송기술연구소에서는 1998년부터 지상파 DTV 송신기용 HPA 개발을 위하여 선형성 및 출력특성이 우수한 BJT와 LDMOS를 사용한 기본 연구를 개시하였다.

잠정 합의된 우리나라의 디지털 TV 방식에 기초한 8VSB 변조방식으로 송출하며 수신도 이동수신이 가능한 모델로 개발 중이다.

최근, LGIC와 KBS는 작년 4월부터 총 50여억 원의 연구 개발비를 들여 지상파 DTV 송신기 국산화에 성공(1999년 3월) LG정보통신 중앙연구소에서 방송 관계자들이 참석한 가운데 발표회 및 시연회를 가졌다. 이번에 개발한 송신기는 19.3Mbps급 전송속도로 VHF, UHF채널을 통해 1,920×1,080 화소의 HDTV 1채널과 SDTV 3채널을 수용할 수 있다.

KBS는 이번에 개발된 장비로 2000년에 상용화를 위한 현장시험을 거친 뒤 오는 2001년부터 본격적인 지상파 디지털 방송을 실시할 방침이다.

LGIC는 이 송신기가 국내는 물론 ATSC 방식의 DTV를 채용하고 있는 미국, 캐나다, 대만, 아르헨티나 등에도 수요가 많을 것으로 보고 앞으로 전략수출 상품으로 적극 육성해 나가기로 했다.

한편, 두 회사는 송신기 개발에 이어 디지털 지상파 방송용 중계기도 개발 완료하여 오는 2000년부터 상용화할 예정이다.