본 논문에서는 ATSC(Advanced Television System Committee) Mobile DTV에서 신뢰성이 보장되고 빠른 시간 안에 재난정보가 수신될 수 있도록 하는 재난방송 시스템을 제안한다. 미국에서 현재 사용되고 있는 Cable용 재난 표준인 EAM(Emergency Alert Message)을 기반으로 프로토콜을 정의 하였으며, 가장 신속하게 재난정보가 전달 될 수 있도록 성능측정을 하여 최적의 방법을 제안하였다. 기존 미국식 방송규격인 ATSC legacy 시스템에 영향을 전혀 미치지 않으며 모바일 방송을 전송할 수 있도록 하는 ATSC Mobile DTV는, 전원에 구애받지 않고 재난방송을 전달할 수 있는 효과적인 매체라는 장점과 함께 미국 전역뿐만 아니라 ATSC규격을 채택한 다양한 국가에서 적용이 가능하다.
모바일 방송으로 재난방송을 서비스하기위해서는 각 전송시스템의 특성을 이해하고, 자국의 재난정책을 반영한 별도의 재난방송 프로토콜이 요구된다. 본 논문에서는 아직 재난방송 표준이 정의되지 않은 미국형 모바일 방송인 ATSC Mobile DTV를 통해 서비스 가능한 재난방송 시스템을 제안한다. 현재 미국에서 사용 중인 재난공용 프로토콜을 분석한 후, 이를 기반으로 ATSC Mobile DTV용 재난 프로토콜을 제안한다. 제안된 프로토콜을 기반으로 시스템을 설계 및 구현을 통해 ATSC Mobile DTV를 통한 재난방송 가능성을 확인하였다.
본 논문은 Mobile-DTV 응용을 위한 광대역 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 설계에 대해 다룬다. DCO는 발전 주파수를 생성하는 회로로 ADPLL(All-digital Phase-locked Loop)의 핵심 블록이다. 본 논문에서는 광대역 DCO 설계를 위해 기존의 Fixed delay chain을 변형한 binary delay chain(BDC) 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 $2^i$ 형태로 $0{\leq}i{\leq}n-1$ 범위의 서로 다른 지연시간을 갖는 여러개의 지연셀의 조합을 통해 발진 주파수를 생성한다. BDC 형태는 응용에 맞는 지연셀의 조합과 해상도를 선택할 수 있기 때문에 지연셀의 최적화가 가능하다. 제안된 DCO는 1.8V chartered $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 Cadence사의 Spectre RF 툴에서 검증되었다. 실험결과 77MHz~2.07GHz의 주파수 대역파 3ps의 해상도를 나타내었다. 위상잡음은 Mobile-DTV 표준의 최대 주파수인 1675MHz에서 -101dBc/Hz@1MHz를 나타내었고 전력소모는 5.87mW를 나타내었다. 이는 ATSC-M/H, DVB-H, ISDB-T, T-DMB 등 Mobile-DTV의 표준을 만족한다.
The paper presents a novel embedded multifunctional media sever (EMMS) for mobile devices to receive various media programs. Being different from other contemporary system research, the paper mainly studies how to design a reception solution for terrestrial digital television (DTV) on mobile devices and how to enable mobile devices can receive DTV program, enjoy video-on-demand (VOD), achieve video surveillance and relay Internet video program via local Wi-Fi simultaneously. In the system design, we integrate broadcasting-terrestrial DTV tuner, streaming media re-transmission system, VOD disk, video camera and access interface to the Internet into EMMS, which can either receive terrestrial DTV radio signals and demodulate out digital transport stream (TS), or can read streaming media bit-stream from VOD disk, surveillance camera or access interface to the Internet. The experimental results show the proposed system is stable and quality-efficient. Comparing with the other systems, the proposed system has the least packet loss rate and response time.
디지털 방송의 경우 아날로그 방송과 달리 다양한 변수를 포함하고 있으며 디지털의 특성상 에러가 발생할 경우 수신이 전혀 되지 않을 수 있다. 그래서 디지털 방송에는 다양한 변수들을 고려하여 에러에 대응할 수 있도록 모니터링 시스템을 운영하고 있다. ATSC Mobile DTV는 기존의 주파수를 그대로 사용하면서 Mobile 방송을 함께 제공하는 시스템으로, 기존의 시스템과의 간섭이나 영향이 발생 할 수 있기 때문에 실시간 방송상황을 모니터링 하고 에러 발생 시 이를 관리자에게 알려줄 수 있는 모니터링 프로그램이 요구된다. 이에 본 논문에서는 ATSC Mobile DTV 실시간 방송 상태를 감시하고, 수신감도가 좋지 않거나 동영상 스트림 오류등과 같은 문제가 발생 했을 시 이를 관리자에게 알려 안정된 디지털 방송시스템을 유지할 수 있는 효율적인 모니터링 시스템을 제안한다.
한국의 DTV 서비스는 채널 14~51 (470 MHz~698 MHz)에 할당이 계획되어 있다, 이에 본 논문은 DTV 서비스가 채널 51 (692 MHz~698 MHz), CDMA 서비스가 채널 52 (698 MHz~704 MHz)에 할당된다고 가정한 후, Minimum Coupling Loss (MCL) 방법을 이용하여 보호 이격 거리를 산출하고 Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool (SEAMCAT)을 이용하여 5 % 간섭 확률을 만족하는 보호대역을 산출하였다. 그 결과 698.625 MHz에서 DTV 송신기와 CDMA Base Station (BS) 수신기 사이에서 665.67 km의 보호 이격 거리가 산출되었고 최악 경우인 Rural 지역에서 DTV 송신기와 CDMA Mobile Station (MS) 수신기 사이에서 5 MHz의 보호 대역이 산출되었다. 또한 CDMA MS 송신기와 DTV 수신기 사이에서는 심각한 간섭 현상이 발생되지 않았고 최악 경우의 Urban 지역에서도 CDMA BS 송신기와 DTV 수신기 사이에서 6.25 MHz의 보호 대역이 산출되었다. 위의 분석 결과는 이후 DTV 서비스의 할당 이전에 선행되어야하는 DTV와 다른 통신 시스템간 간섭 고려에 유용한 기준을 제공할 것으로 기대된다.
본 논문에서는 기존 DTV 커버리지 측정차량의 문제점을 해결하고 효율적으로 전파 음영지역을 찾아내기 위해 고정식 DTV전파측정차량의 기능을 포함하면서도 이동하며 전파수신현황 및 수신상태를 측정할 수 있는 다중 안테나 이동측정시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 모두 4개의 무지향성(omni-directional)안테나와 고정측정을 위한 1개의 지향성(directional)안테나를 포함하며, 공간 다이버시티(space diversity)를 활용하여 운용할 수 있도록 각각의 안테나마다 측정장비를 배치하고 각각의 측정값을 실시간으로 수집하고 처리한다. 제안된 시스템의 효용성을 보이기 위해 국내 수신 전파 환경을 3가지 유형으로 모델링하고 이들 지역에서 집중적인 측정을 실시하였다. 또한 측정 결과의 상세한 분석을 토대로 이동측정 및 고정측정간의 상관관계를 밝히고자 하였다. 특히 제안된 시스템의 적용을 위한 실험에는 방송사 현업 실무자들이 측정 및 결과 정리에 공동으로 참여하는 등 객관성을 확보하고자 하였으며 개발 장비를 국책 연구기관의 인위적 난시청 조사사업에 일부 적용하는 등 실제 방송 커버리지 관리 업무에 적극적으로 활용하고 있다.
지상파 DTV 방송의 직접수신 환경을 개선하기 위해서는 DTV 방송음영지역의 발생 원인과 실제 음영지역의 발생 유형을 정확히 분석할 필요가 있다. 우리나라의 DTV 직접 수신환경은 전 국토의 70%에 이르는 산악 지형과 높은 인구 밀도로 인해 고층 건물이 밀집되어 있어 전파 간섭이 발생하여 직접 수신이 어려울 가능성이 높다. 특히 DTV는 아날로그 방송에 비해 주파수 파장이 짧은 UHF 대역으로만 송출하게 되어있어 지역에 따라서는 건물이나 산 등에 의해 전파의 손실이 기존 VHF 대역보다 크게 나타난다. 이러한 전파 음영지역은 도심지의 경우 국부적으로 발생하는 것이 일반적이다. 본 논문에서는 DTV의 수신 장애가 일어나는 원인의 분석을 위해 보다 더 정밀하게 DTV 전파 환경을 조사할 수 있는 이동수신 시스템을 제안하고자 한다. 제안하는 시스템을 통해 DTV 신호를 수신하는데 있어 발생할 수 있는 다양한 형태의 전파 장애 지역을 신속하게 찾아내고 그 원인을 분석할 수 있다.
본 논문은 DTV 주파수 대역(185 MHz, 481 MHz, 687 MHz)에 WiBro와 무선랜 서비스가 동일 채널 및 인접 채널에 할당되는 시나리오를 가정한 후, Monte-Carlo 기반의 Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool(SEAMCAT)을 이용한 간섭 분석을 통해 최적의 주파수 대역을 제시하였다. 분석 내용으로 WiBro Mobile Station과 무선랜 User Equipment 사이의 요구되는 보호거리 및 보호 대역, WiBro Mobile Station/Base Station 및 무선랜 User Equipment 의 허용 송신 파워를 분석하였다. 분석 결과, 주파수 대역 185 MHz에 할당할 경우가 상대적으로 잠재적 간섭이 가장 큰 경우이고 697 MHz의 할당이 최적의 주파수 대역으로 분석되었다. 본 분석결과는 향후 DTV 주파수 대역에 WiBro와 무선랜의 할당에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
T-DMB 및 mobile-DTV를 위한 주파수 합성기를 1.8V $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였다. VCO는 PMOS를 사용하여 위상잡음을 감소시켰고, 인덕터와 캐패시터, 버렉터(varactor)를 선택적으로 스위칭하는 기법을 적용하여 920MHz-2100MHz 대역에서 동작이 가능한 것을 확인하였다. 버렉터 캐패시턴스의 선형 특성을 개선하는 버렉터 바이어스 개수를 2개로 최소화 하였고, 버렉터 스위칭 기법으로 $K_{VCO}$(VCO 이득)를 일정하게 유지할 수 있었다. 추가적으로, VCO 이득 보정 회로를 이용해서 VCO 이득을 유지하면서, VCO 이득의 간격을 일정하게 유지하도록 설계하였다. VCO와 PFD, CP, LF는 Cadence Spectre를 이용하여 검증하였고, 분주기는 Spectre와 Matlab Simulink, ModelSim, HSPICE를 이용하여 검증하였다. VCO의 소모 전력은 10mW, 56.3%의 tuning range, 1.58GHz 출력 주파수에서 -127dBc/Hz @ 1MHz offset(오프셋)의 잡음 특성을 확인하였다. 주파수 합성기의 전체 소모 전력은 18mW, 주파수 합성기의 고착시간은 약 $140{\mu}s$이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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