디지털 오디오 放送
(
D
igital
A
udio
B
roadcasting
,
DAB
)은 디지털 라디오 技術로서 유럽을 비롯하여 여러 나라 라디오放送局에서 使用되고 있다(2006년 基準으로 全 世界的으로 約 1,000個의 放送局이 使用하고 있다.). DAB 標準은 1980年代에 考案되었고, 오디오 音質이 優秀하고, 同一한 放送 스펙트럼으로 여러 放送을 送出할 수 있으며 雜音과 多重經路, 페이딩, 채널 間 干涉에 剛한 點 等, 旣存의 아날로그 FM 라디오에 비해 여러 가지 長點을 갖는다. 다만 英國의 事例처럼 放送局 數를 늘리기 위해 비트레이트를 낮추는 境遇 오히려 FM보다 音質이 떨어질 수도 있다.
2007年에는 DAB+라는 업그레이드 버전이 發表되었다. DAB+는 AAC+ 오디오 코덱을 適用하여 DAB보다 約 네 倍 假量의 效率을 가지며, 64kbit/s로도 CD 水準의 音質을 提供할 수 있다. 리드 솔로몬 에러 訂正 코딩을 追加하여 體感 音質은 더욱 뛰어나다. 그러나 DAB와의 逆互換姓은 없다.
이탈리아에서 DAB+를 始作했고, 몰타, 스위스, 헝가리, 濠洲, 이어서 獨逸, 英國 等이 2008~2010年 程度에 DAB+를 施行코자 計劃하고 있다.
歷史
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DAB는 1981年부터 始作되어 1988年, 獨逸에서 처음 電送이 이루어졌다. 後에 EU의 硏究 프로젝트로 開發되어 Eureck-147이라고도 불린다. MPEG-1 오디오 階層 II (MP2) 코덱이 EU147 프로젝트의 一環으로 開發되었다. DAB는 OFDM에 近刊한 最初의 標準이다. OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 變造 技術은 以後 現代 廣帶域 디지털 通信 시스템에서 가장 널리 쓰이는 電送 스키마가 되었다.
1990年에는 오디오 코덱과, 變調 및 에러 訂正 코딩 스키마를 選擇하였고, 첫 試驗放送이 이루어졌다. 프로토콜 明細는 1993年 確定되었고, ITU-T, EC, ETSI 等에서 標準案으로 採擇하였다. 英國은 最初로 DAB를 使用하여 라디오 放送을 實施하였고, 2001年에는 BBC를 비롯하여 50個 以上의 商業的인 서비스가 遂行되었다. 2006年에는 5億名 以上이 DAB 放送을 들었고, 全 世界的으로는 1000餘 個의 放送局에서 DAB 포맷으로 放送을 送出했다. 1997年 出帆한 WorldDAB 포럼은 2006年, WorldDMB 포럼으로 바뀌어 DAB, DAB+, DMB 標準을 管掌한다.
World DMB Forum 은 AAC+ 오디오 코덱과 보다 剛한 에러 訂正 코딩을 採擇하여 DAB+ 시스템을 만들었다.
DAB와 FM/AM 比較
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傳統的인 라디오 프로그램들은
FM
과
AM
을 통해 다른 周波數로 放送되고, 라디오는 特定 放送을 듣기 위해서는 各 周波數에 맞게 튜닝해야 했다. 적은 數의 放送을 위해서도 많은 量의 周波數 스펙트럼을 必要로 하여 使用者들의 選擇의 幅이 좁았다. DAB는 디지털 라디오 放送 시스템으로, 多重化 (multiplexing)와 壓縮 技術을 통해 여러 오디오 스트림을 DAB 앙상블이라 불리는 하나의 放送 周波數에 보낼 수 있다.
DAB 앙상블 內에서 各 放送社는 相異한 비트 레이트를 割當받을 수 있고, 平均 비트 레이트를 낮춘다면 하나의 앙상블 內에서 채널 數를 늘릴 수 있다. 그러나 이때 스트림의 品質은 낮아지는 것을 甘受해야 한다. DAB 標準에서의 에러 政情은 信號를 보다 剛健하게 해 주지만 스트림을 위해 使用할 수 있는 總 비트 레이트는 減少하게 된다.
DAB는 스펙트럼 效率을 相當히 높여준다. spectral efficiency는 MHz 黨 프로그램 數로 測定된다. DAB는 이 效率이 아날로그 通信에서보다 높아 (特히 主要 都市 밖의 地域에서) 使用者가 들을 수 있는 放送 數가 늘어난다.
音質
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라디오 放送을 디지털化하는 元來의 目的은 信賴度를 높이고 雜音이나 채널 間 干涉, 多重經路에 보다 强하게 하기 위함이었다. 그러나 英國, 덴마크, 노르웨이, 스위스 等, DAB 先頭 그룹들은 98%의 스테레오 라디오 放送이 FM보다 音質이 떨어지는 것을 經驗했다. 이는 그들이 使用하는 비트 레이트 水準이 (128kbit/s) MPEG-1 Layer 2 오디오 코덱으로 쓰기에 너무 낮았기 때문이다. MP3 코덱조차 完成되지 않았던 DAB 開發 當時에는 MP2 코덱를 採擇할 수 밖에 없었는데, 現在 基準에서 보면 대단히 낡은 코덱으로 最新의 壓縮 코덱에 비해 效率性이 크게 떨어지는 便이다. BBC는 2006年 電送 비트 레이트를 192에서 160 kbit/s로 낮추었는데, 이로 因해 音質이 떨어졌다는 不平을 사기도 했다. 한便, 英國 政府는 限定된 周波數 스펙트럼에 可能한 限 많은 放送局을 誘致하여 (squeeze in) 라이센스 輸入을 늘리고자 했다. 이를 爲해, 最小限의 音質 水準까지 비트 레이트를 낮추거나 高度의 壓縮을 使用하는 것, 스테레오 放送 채널 數를 줄이는 方法 들을 使用했다. 이로 因해 音質이 많이 낮아졌지만, 現在는 94%程度가 FM과 比較하여 同一하거나 더 나은 音質이라고 認識한다. 하지만 最新 코덱人 HE-ACC를 採用한 DAB+의 境遇 위와 같은 不滿이 줄어들 것으로 보인다.
DAB의 長點
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現在의 AM, FM 地上波 放送 技術은 잘 確立되어 있고 製造 費用이 적지만, 이를 勘案하더라도 DAB는 다음과 같은 長點을 가지고 있다.
- 最終 使用者 立場에서 機能이 向上됨.
- 自動 튜닝, 프로그램 가이드 等 放送 리스트 提供.
- 라디오텍스트 (Dynamic Label Segment, DLS)를 통해 노래 題目, 뉴스, 交通 情報 等 實時間 情報를 提供.
- 기타, 實時間 放送 時에 一時停止 機能, 放送 스트림을 로컬 플래시 메모리에 캐시하는 機能 等 提供.
- SFN 使用으로 周波數 效率性을 높여 放送局 數 增加. 特히 都會地 밖에서는 DAB로 인해 放送 選擇의 幅이 넓어짐. (노르웨이 南部 地方의 例로, 2006年 11月 基準으로 6個에서 21個 放送으로 增加)
- 受信 品質 向上
- 多重經路 페이딩과 信號 雜音 等으로 인해 受信 音質이 나빠지는 것을 防止한다.
- 不法的인 라디오 電送 (pirate radio) 防止.
- non-music 프로그램은 音樂 放送보다 帶域幅이 적어도 되는데, DAB는 帶域幅을 可變的으로 使用할 수 있게 해 준다. 그러나 이 때문에 모노로 放送하는 境遇도 늘어났다.
DAB의 問題點
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- DAB의 柔軟性이 잘못 活用되어 音樂 放送임에도 不拘하고 많은 채널을 내보내기 위해 모노로 放送되고 音質이 떨어지는 事例가 생김.
- 옛날 버전의 DAB를 使用할 境遇, 弱한 에러 訂正 코딩을 使用하여 커버리지 內에서 受信할 때에도 受信 品質이 낮아지고 bubbling mud 現象이 發生하였다.
- SFN의 特性上 同一 信號를 同一한 時間에 電送해야 하므로, 멀티플렉스에서부터 다른 트랜스미터로 信號를 傳達할 때 지나는 經路들의 方式이나 거리의 差異로 인해 招來되는 것들을 補償하여 sync를 맞추어야 한다. 이를 위해서 最大 propagation time을 豫測하여 流入되는 信號를 遲延시켜야 하며, deinterleaving 等의 디지털 處理를 위해 受信機에서도 遲延 時間이 發生하여 受信者 立場에서 2秒 程度의 信號 遲延이 發生함.
- 新生 技術인 DAB는 커버리지가 傳統的으로 많은 人口層을 커버하는 FM보다 적음.
- 送信 費用이 FM보다 훨씬 비싸고, 放送社들이 費用을 줄이려는 努力으로 앙상블에 너무 많은 채널을 電送하려는 傾向이 있어, 傳統的인 FM 音質보다 떨어질 憂慮가 있음.
- DAB+는 훨씬 向上된 HE-ACC 코덱을 採擇했지만, 舊式 DAB 受信機가 많이 普及된 英國에서는 이들 受信機의 互換性이 問題가 됨. 以前의 MPEG-1 Layer 2 放送을 中斷할 境遇 이러한 受信機들은 쓸모없게 되는 것이다.
- DAB는 디지털 信號 處理 技術을 必要로 하며, 受信된 디지털 信號를 아날로그 오디오 콘텐츠로 轉換하기 위해서는 이를 위한 電力이 많이 必要하다. 이는 배터리 壽命이 重要한 携帶 機器들에게 不利하다. FM 모드와 比較하여 1/6, 1/12 程度의 배터리 壽命을 보인다.
DAB 技術
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Band
: wide-bandwidth 放送 技術을 使用하고, 大槪는 Band III (174-240 MHz)와 L band (1452-1492 MHz)가 割當됨. 30MHz 以上이면 거의 모두 可能함.
Mode
: 4 가지 電送 모드를 指定함.
- Mode I for Band III, Earth
- Mode II for L-Band, Earth & satellite
- Mode III for frequencies below 3 GHz, Earth & satellite
- Mode IV for L-Band, Earth & satellite
프로토콜 스택
application layer에 오디오 코덱, physical layer에 에러 訂正 코딩과 OFDM 變造 技術 使用.
오디오 코덱: 初期에는 MPEG-1 Audio Layer 2 오디오 코덱을 使用하였고, DAB+ 標準은 HE-AAC 버전 2 오디오 코덱을 採擇함. AAC+는 MP2보다 세 倍 以上 效率的이어서 훨씬 뛰어난 音質과 많은 數의 放送을 提供한다. DAB 멀티플렉서의 容量은 固定的이어서 오디오 코덱 效率이 늘어날수록 더 많은 數의 放送을 할 수 있다.
에러 訂正 코딩: Error-correction coding (ECC)는 주어진 信號 强度 內에서 얼마나 强健한 受信 品質을 갖는지 決定하는 重要한 技術이다. DAB 初期에는 에러 訂正 코딩으로 punctured convolutional coding을 使用하였다. 이는 unequal error protection (UEP), 卽, 에러 認識이 쉬운 오디오 비트 스트림에는 保護 水準을 높이는(즉, 낮은 code rate) 等, 內容에 따라 差等的인 코드 레이트를 適用하는 方式이었다. 그러나, UEP 스키마는 使用者가 좋은 受信을 받거나 全혀 받지 않는 境遇 사이에서, gray area (無線 通信에서 完全히 'digital cliff'를 經驗하는 것과 달리)을 招來하였다.
DAB+는 外部 階層 코딩(卽, 旣存의 DAB 시스템에서 使用된 內部 階層 콘볼루션 코딩 周邊에)으로 Reed-Solomon ECC를 使用한다. DAB+는 콘볼루션 코딩으로 UEP가 아닌 equal error protection (EEP)를 使用한다.
이러한 concatenated coding, 卽 內部 階層 코딩 + byte interleaver + 外部 階層의 리드 솔로몬 코딩은 1990年代에 많이 使用되었다. 다른 시스템에 비해 DAB+의 特徵은 Forney interleaving 보다 byte interleaver를 使用하여 인터리버 깊이를 깊게 하고, 이는 비트 스트림에서 에러 버스트가 퍼지는 距離를 늘려주어 리드 솔로몬 에러 디코더가 에러를 더 잘 訂正할 수 있게 해 준다.
Modulation (變造 技術)
: OFDM과 DQPSK 變造 技術로 equalization 없이도 페이딩과, 多重經路 電送으로 因한 심볼間 干涉 現象을 豫防할 수 있다. 電送 모드 1 (TM1)을 使用하므로, OFDM 變造는 竝列로 電送되는 1,536 서브캐리어로 構成된다. OFDM 심볼의 有效 部分은 1 밀리세컨드이므로 OFDM 서브캐리어들은 各各 帶域幅이 1 kHz이며 全般的인 OFDM 채널 帶域幅은 1,537 kHz이다. 전송모드 1의 OFDM 가드 인터벌은 246 밀리세컨드이므로 OFDM 심볼 持續期間은 大體로 1.246 밀리세컨드가 된다. 가드 인터벌 時間은 同一한 單一 周波數 네트워크의 transmitter의 最大 seperation을 決定하기도 한다. 전송모드 1의 境遇는 74 km이다.
SFN
(Single-frequency networks): OFDM은 SFN 使用을 可能하게 해 준다. 이는 transmitter의 네트워크가 나라 全般에 걸쳐, 넓은 領域을 커버할 수 있음을 의미한다. 그러면 모든 送出機들이 同一한 電送 周波數를 使用한다. SFN의 一部인 送出機들은 다른 送出機들과 時間 싱크를 正確히 맞추어야 한다.
受信機에서 여러 送出機들로부터 信號를 받을 때, 萬若 OFDM 가드 인터벌보다 한 信號의 遲延 時間이 길어지면 受信에 어려움이 생긴다. SFN에 低電力 中繼器를 더하여 受信 品質을 높이는 方法이 있다.
비트 레이트
(bit rate): 하나의 앙상블은 電送할 수 있는 最大 비트 레이트 값을 갖지만, 이는 에러 保護 水準에 따라 달라진다. 그러나 모든 DAB 멀티플렉스는 總 864 個의 capacity unit (CU)를 나를 수 있다. 特定 비트 레이트 水準에서 必要로 하는 CU 數는 電送에 더해진 에러 訂正 程度에 따라 달라진다. 英國의 境遇 大部分의 서비스들은 protection 水準 3으로 電送되고, 이는 平均 1/2의 ECC code rate를 提供하며, 이는 1184 kbit/s의 멀티플렉스 黨 最大 비트 레이트와 같다.
서비스와 앙상블
: 하나의 앙상블(흔히 multiplex라고 불린다)에 다음과 같이 다양한 서비스들이 包含된다.
- Primary services, like main radio stations
- Secondary services, like additional sports commentaries
- Electronic Programme Guide (EPG)
- Collections of HTML pages and digital images (Known as 'Broadcast Web Sites')
- Slideshows, which may be synchronised with audio broadcasts
- Java Platform Applications
DAB+
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Eureka 147은 여러 DAB 버전의 인프라스트럭쳐를 提供하는데, DAB의 發展된 形態가 DMB와 DAB+이다.
DAB+: WorldDMB는 2006年, 逆互換性이 없는 업그레이드 標準으로 DAB+를 發表함.
DAB+의 特徵은 HE-AAC v2 audio codec (AAC+)을 採擇하고, MPEG Surround 오디오 포맷과 보다 剛한 error correction coding인 Reed-Solomon 코딩을 採擇했다. 逆互換性이 없으므로 DAB 受信機들이 DAB+ 標準의 放送을 受信하기 위해 2007年 펌웨어 업그레이드를 實施했다. 업그레이드 可能한 受信機는 製品에 標示가 되어 있다. 2010年 以後로 DAB+를 支援하는 受信機가 漸次 늘어나고 있다.
DMB
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DAB 關聯 標準인 Digital Multimedia Broadcasting (DMB)과 DAB-IP는 비디오 코덱으로 各各 MPEG 4 AVC와 WMV9를 支援하므로 모두 모바일 라디오와 TV에 適合하다. 그러나 DMB 비디오 서브채널은 어떤 DAB 電送에도 쉽게 追加될 수 있다. DMB는 DAB 서브채널에 電送되도록 設計되었기 때문이다. 韓國의 DMB 放送은 傳統的인 MPEG1 Layer II DAB 오디오 서비스와 DMB 비디오 서비스를 電送한다.
Digital Radio Receiver Profile
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WorldDMB는 DAB, DAB+, DMB 等 規格 및 技術的 用語로 因한 使用者들의 混亂을 줄이고 이 規格들을 使用한 事業의 活性化를 위해 2008年 9月, "One Digital Radio Receiver for Europe"이라는 目標로 디지털 라디오 受信機 프로파일을 發表하였다. 最小 仕樣의 受信機에서부터 畵面이 比較的 큰 受信機에 이르기까지, 必須, 選擇 機能을 明示하여 Profile 1, 2, 3로 나누었다.
DAB 具現 地域
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DAB 具現 地域 地圖.
全 世界 20個國 以上이 DAB 放送을 提供한다. 英國, 덴마크, 노르웨이, 벨기에, 스위스, 大韓民國 等이 代表 走者이며, 大韓民國은 DMB放送과 DAB放送을 同時實施하고 있다.
英國은 最近 여러 難題들로 因해 채널4 運營을 取消하였다.
大韓民國은 地上波DMB의 個國과 함께 實施했으나 現在는 放送中인 채널이 없다.
같이 보기
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外部 링크
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