Recently, cable operators are providing broadcast and IP based services using Hybrid Fiber Coaxial(HFC) networks while securing frequency band for video contents and convergence services are becoming an important issue. But, HFC networks have difficulty of securing frequency band, because they are used for broadcasting service based on MPEG. Therefore, it is necessary to find out a method to go broadband. Radio Frequency over Glass(RFoG), one of the methods to go broadband, is advantageous in the sense that it can overcome bandwidth limit and simplifies the structure. In this paper, we find characteristic and standard of RFoG and services. And we also find advantage of RFoG by evaluating performance. 주저자:CJ헬로비전 스마트홈 이노베이션 센터 센터장, hongik@cj.net, 정회원 ° 교신저자:CJ헬로비전 기술실 실장, kjangjib@cj.net, 정회원 * CJ헬로비전 대구 기술팀, teatree01@cj.net, 준회원 논문번호:KICS2011-10-502, 접수일자:2011년 10월 28일, 최종논문접수일자:2012년 6월 28일 I. 서 론 지금까지 HFC 네트워크는 방송, 인터넷, 전화 등 방송통신 서비스를 제공하는 케이블 사업자의 주요 네트워크 중 하나로 사용되고 있다. HFC 네 트워크는 주파수 분할을 통한 다중채널 전송이 가 능하여 대용량의 방송 콘텐츠 전송에 적합한 구조 로 설계되었으나, 방송뿐 아니라 유휴 주파수를 이 용하여 인터넷, VoIP(Voice over IP)와 같은 IP기 반의 통신서비스를 제공해 왔다. HFC 네트워크는 방송과 IP 신호가 주파수 분할 을 통해 서로 다른 채널을 이용하여 전송되므로 방 송과 IP신호 간 간섭이 거의 없어 광케이블을 통해 방송과 IP신호를 같이 전송하는 PON(Passive Optical Network) 네트워크보다 안정된 방송 서비 스를 제공이 가능하다. 반면, 케이블업체는 유휴 방 송대역을 활용한 IP서비스를 제공하고 있으나 최근 지속적으로 증가하고 있는 스마트 단말에서의 IP기 한국통신학회논문지 '12-07 Vol.37B No.07 566 반 방송 통신융합 서비스의 비디오 컨텐츠 트래픽 을 수용하기에는 IP 대역폭이 부족하여 원활한 서 비스를 제공하는데 어려움이 있다. 이는 케이블 사 업자에게 할당된 5~1002MHz의 주파수 대부분이 이미 상향 및 하향 대역폭으로 사용되고 있기 때문 이다. 그리고 하향 대역에 비해 지나치게 작은 상향 대역을 VoIP, 양방향 방송을 위한 상향 신호, 인터 넷 신호가 나누어 사용하고 있어 IP기반의 양방향 서비스에 적합하지 않다. 따라서, 양방향성이 중요 한 IP기반 서비스에서 광통신을 사용하는 이동통신 사업자에 비해 서비스 경쟁력이 떨어지는 상황이며, 이를 해결하기 위해 HFC의 광대역화가 반드시 필 요한 상황이다. 케이블 사업자들의 HFC 네트워크를 광대역화 하 는 방안은 크게 주파수 사용효율을 높이는 방법과 주파수대역폭을 확장하는 두 가지 방법으로 나눌 수 있다. 주파수 사용효율을 높이기 위한 방안은 모 듈레이션 방식을 변경하는 것이 있으며, 주파수 대 역폭 확장은 네트워크의 재구축이나 기존 사용채널 의 변경이나 채널 본딩을 통해 실현 가능하다. 주파 수 사용효율을 높이는 방안은 네트워크 광대역화에 소모되는 비용이 적다는 장점이 있으며, 네트워크의 재구축은 대역폭확장을 통해 신규서비스 추가에 유 리하다는 장점이 있다. 현재 케이블 사업자들의 기존 HFC 네트워크 광 대역화는 주로 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification) 기술을 통해 이루어졌다. DOCSIS3.0 [2] 의 경우 상향 및 하향대역에서 128/ 256 QAM(Qadrature Amplitude Modulation) 모 듈레이션 및 채널 본딩 기술을 이용해 주파수 사용 효율을 높이고 주파수 대역폭을 확장하여 IP기반 서비스를 제공하고 있다 [3] . 하지만 DOCSIS를 사용 할 경우 이미 거의 모든 채널이 방송 및 통신 서비 스에 사용되고 있어 채널 본딩을 위한 채널 확보에 어려움이 있다. 또한 모듈레이션 방식을 변경하여 한 번에 많은 신호를 보내면 전송된 신호의 에러율 이 높아지기 때문에 모듈레이션 방식의 변경을 통 한 주파수 사용효율을 높이는 방안도 한계가 있다. 그리고 HFC 네트워크는 현재 제공하는 방송 통신 서비스 이외의 신규서비스가 필요할 경우 추가적인 대역폭을 할당할 수 있는 자원이 남아있지 않은 상 황이다. 따라서, IP기반 방송 통신융합 서비스 및 여러 신규 서비스가 출현할 것으로 기대되는 미래 환경에서 안정적인 서비스 및 사업영역 확장을 위 해서는 광 네트워크의 도입을 통한 네트워크 광대 역화가 반드시 필요하다. 하지만, 이동통신 사업자 가 사용하는 x-PON(x-Passive Optical Network)은 케이블 사업자가 방송을 제공하기 위해 사용하는 헤드엔드의 교체가 필요하며, 고객의 가정에 보급된 셋톱박스를 교체하는 비용 적 부담이 발생한다. 그 리고 기존의 케이블방송에 비해 안정적인 방송제공 의 문제가 있어 x-PON 전환 또한 적절한 광대역화 방안이라 생각하기 어렵지만, RFoG 네트워크는 위 의 문제점들을 효과적으로 해결 가능하다. RFoG 네트워크는 기존의 HFC 네트워크의 헤드 엔드와 셋톱박스 교체 없이 고객의 가정까지 광통 신을 이용해 방송 및 통신신호를 전송할 수 있는 네트워크이다. RFoG는 HFC 네트워크의 야외 전송 구간의 교체만으로 네트워크를 구성할 수 있으며, 장거리 전송 시 증폭기와 같은 능동소자가 필요 없 어 야외 전송구간에서 전원의 인가 없이 장거리 전 송이 가능하다. 그 결과 네트워크 구조가 단순화 되 며 광전송으로 인해 상향대역과 하향대역의 비대칭 성이 해결된다. 또한 전기적 특성을 지닌 노이즈는 광 신호에 간섭을 거의 주지 않기 때문에 서비스품 질도 향상된다. RFoG는 위에서 언급한 것과 같이 네트워크 구조 단순화와 노이즈 감소로 인해 네트 워크 광대역화를 실행할 때 비용적 측면과 품질적 측면을 동시에 확보할 수 있어 케이블사업자에게 가장 적합한 형태의 광대역화 모델이라 할 수 있다. 하지만, 국내환경은 RFoG 네트워크를 도입하기 위 한 네트워크의 구성과 네트워크 장비의 품질 기준 이 불명확하여 RFoG 네트워크의 도입이 지연되고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 RFoG의 특 징과 설계방법 및 설계형태에 따른 적절한 품질기 준을 제시하고, RFoG 네트워크 사용 시 기존의 HFC 네트워크보다 향상된 서비스 품질을 실험을 통해 증명한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 HFC 네트워크와 RFoG 네트워크의 구조적 차이에 대하 여 서술한다. 3장에서는 RFoG 네트워크 북미표준 을 이용하여 RFoG 네트워크 구조에 따른 기준 변 화를 알아본다. 4장에서는 기존 HFC와 RFoG의 비 교를 통해 네트워크의 노이즈 및 산란특성에 대해 알아보며, 5장에서는 객관적인 품질비교를 위해 4장 에서 언급한 네트워크 별 노이즈 특성을 실험을 통 해 증명한다. 그리고 마지막으로 6장에서 논문의 결 론을 맺는다. 논문 / RFoG 네트워크를 이용한 케이블 서비스 품질 개선 방법 567 II. HFC 네트워크의 한계와 RFoG 네트워크를 통한 광대역화 2.1 HFC 네트워크의 한계 현재 케이블사업자들은 광케이블과 동축케이블을 사용하는 HFC 네트워크를 통해 방송 및 통신 서비스 를 제공하고 있다. HFC 네트워크는 수지형의 구조를 가지고 있으며 크게 헤드엔드, 전송 단, 가입자단의 구조를 가진다. 헤드엔드-Optical Network Unit(ONU)구간은 광케이블을 이용하며, ONU-가입 자 구간은 동축케이블을 사용하여 신호를 전송을 한 다. HFC 네트워크는 수지형 구조의 특성상 헤드엔드 -ONU 구간에서 신호가 집중되며 ONU-가입자단 구 간은 신호가 분산되는 구조를 가지고 있다. 일반적으 로 신호가 모이는 광케이블 구간은 간선이라 하며, 신 호가 분산되는 동축케이블 구간을 분배선이라 한다. HFC 네트워크는 방송채널에 따라 6MHz단위로 주 파수 대역을 할당하는 주파수 분할 방식을 사용하여 대용량의 비디오 콘텐츠를 제공할 때 안정적인 서비 스품질을 확보할 수 있으며, 방송과 통신에 사용되는 대역 간에 간섭이 없다. 이는 방송과 통신 서비스가 한 번에 전송되는 IPTV의 전송방식에 비해 방송서비 스에 보다 적합한 네트워크 구조라는 것을 말해준다. 또한, 초기 네트워크 구축비용이 적게 들어 네트워크 를 구축하기에 쉬우며, 대역폭확장과 유휴대역의 사용 등을 통하여 신규 서비스 확장을 위한 네트워크의 유 연성도 높다. 하지만 케이블사업자에게 할당된 주파수 대역은 제한되어 있으며, 방송 및 통신 서비스에 이미 대부분의 대역폭을 사용하고 있어 신규서비스 확장에 어려움이 있다 [3] . 대표적인 예가 바로 최근 꾸준히 증 가하고 있는 IP기반의 융합 서비스로의 확장이다. 케이블 사업자는 DOCSIS 3.0을 사용할 경우 5~42/85MHz의 상향 대역과 54/108~1002MHz의 하 향대역을 사용하고 있어 헤드엔드에서 가입자단 방향 으로 신호가 전송되는 서비스에 유리한 비대칭 구조 를 가지고 있으며, 대부분의 주파수 대역은 이미 양방 향TV서비스를 위한 상향신호와 인터넷, VoIP등의 용 도로 사용하고 있어 꾸준히 증가하고 있는 IP기반의 서비스를 위한 추가적인 상향대역폭의 확보가 쉽지 않은 상황이다. 또한, 5~42/54MHz를 가지는 상향대 역은 단파주파수 영역에 자리 잡고 있다. 따라서 단파 노이즈가 침투하기 쉬워 일부 대역을 사용하지 못하 는 실정이며 원활한 양방향 서비스를 제공하기에는 무리가 있는 현실이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 서 케이블 사업자들은 HFC 네트워크를 광대역화 하 고 있다. 현재까지 케이블사업자의 네트워크 광대역화는 HFC 네트워크를 그대로 사용하면서 신호를 보내는 모듈레이션 방법을 변경하여 신호 전송능력을 올리는 방법과 채널 간 본딩 작업을 통한 대역폭 확장의 방법 을 통하여 진행되어왔다. 최근 케이블사업자가 사용하 고 있는 DOCSIS 3.0의 경우 상향과 하향대역에서 각 4개의 채널을 본딩하고 128QAM/256 QAM 방식으로 신호를 모듈레이션 후 전송하여 100M 이상의 서비스를 제공할 수 있게 되었다. 하지 만 모듈레이션 에러율의 증가 및 제한된 주파수 자원 의 한계로 인하여 신규 서비스를 위한 대역폭 할당에 어려움이 따르며, 기존 HFC 네트워크의 구조를 그대 로 사용하여 간선에서의 신호집중으로 인한 상향 신 호 전송 시 리턴패스 병목현상으로 인한 속도 저하가 발생한다. 리턴패스 병목현상은 양방향 통신이 필수적 인 인터넷서비스나 VoIP와 같은 IP 기반 서비스를 제 공할 때 서비스 품질을 저하시키는 주요 요인이 된다. 기존의 HFC 네트워크를 그대로 사용하는 네트워크 광대역화는 초기 비용이 적게 든다는 장점이 있으나 위에서 설명한 것과 같은 단점이 존재하여, 증가하는 IP서비스를 위한 대역폭 할당에는 무리가 있다. 또한 부족한 IP대역폭은 IP기반 서비스품질을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 케이블 사업자의 HFC 네트워크 광대역화는 주파수 대역의 제한과 비대칭성으로 인한 IP기반 서비스 품질 저하를 완화하고, 리턴패스 병목 현상의 해결 및 비용을 절약하는 방향으로 이루어져 야 한다. 이러한 요구사항들은 RFoG 네트워크로 광 대역화를 이룸으로써 해결할 수 있다. 2.2 RFoG 네트워크 케이블 사업자들이 사용하고 있는 HFC 네트워크는 주파수 분할을 사용하여 채널을 구분함으로써 효율적 인 방송 서비스를 제공하고 있다. 하지만 최근 주파수 대역의 한계로 인하여 수요가 증가하고 있는 IP기반 서비스를 제공하기 위한 새로운 채널 할당이 어려워 네트워크 광대역화를 통한 서비스 환경의 개선이 필 요한 상황이다. 케이블사업자들이 네트워크를 광대역 화 하는 방안은 광케이블을 사용하여 현재의 HFC 네 트워크가 가지는 주파수 한계를 극복하는 것이 가장 효과적이라 할 수 있다. 광케이블을 사용하는 대표적 인 네트워크로는 이동통신사업자들이 사용하는 PON 이 있다. 하지만 PON은 케*이블 사업자가 운용하고 있는 HFC 네트워크의 헤드엔드와 호환되지 않아 헤 드엔드를 새롭게 구성해야 하며, 기존의 셋톱박스를 한국통신학회논문지 '12-07 Vol.37B No.07