정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 110. 광동축혼합망(HFC)

110. 광동축혼합망(HFC)

 

가. CATV 망의 개요
초기에는 TV 전파 수신이 곤란한 지역의 가까운 산 위 또는 난청 지역에 공동수신
안테나(community antenna)를 설치하고, 수신된 공중파를 유선 케이블로 각각의
가입자에게 전송 및 분배하는 방식으로 사용되었으며, 따라서 케이블TV(CATV)라고
불리고 있다. 이후 공중파 방송에 대응하여 드라마, 스포츠, 홈쇼핑 및 교양 등 전문
프로그램 공급자(PP : Program Provider)가 제작한 다양한 프로그램을, 광섬유케이
블과 동축케이블 등을 이용하여 각 가정까지 선명한 화질로 제공해주는 다채널 전문
TV 방송으로 발전하였으며, 최근에는 광대역 및 양방향 특성을 이용하여 인터넷 서비
스와 원격 검침 등 다양한 부가 서비스에 활용되고 있다. 일반적으로 CATV 망에 사용
되는 주파수 대역은 5~750MHz이며, 이 중에 아날로그 방송용 채널이 54~450MHz
이고 디지털 방송용 또는 데이터 전송용 채널이 450~750MHz이다. 그러나 최근에
초광대역 융합망(UBcN)의 구축에 따라 사용 주파수 대역이 5~1,002MHz로 확대되
었으며, 이 중에 상향채널이 5~65MHz이고 하향 채널이 88~1,002MHz이다. 일반
공중파 방송과 CATV의 주요 특징을 비교하면 <표 9-4>와 같다

 

<일반 공중파 방송과 CATV의 주요 특징 비교>

구 분	일반공중파 방송	CATV
서비스 지역	광역성(broadcast)	협소성(narrowcast)
서비스 대상	불특정 다수	특정 가입자
서비스 종류	공중파 방송	공중파 방송, 자체방송, 정보통신
전송매체	자유공간(전파)	동축케이블, 광섬유케이블, 전파
전송품질	상대적으로 불리(무선방식)	상대적으로 유리(케이블 이용)
전송방식과 채널수	단방향, 적은 채널	쌍방향, 다채널(multti-channel)
주요 구성기기	방송국, 무선링크, TV	프로그램 공급자, 유선방송국, 유선분배망, 컨버터, TV
채널 제한능력	없음	있음(스크램블 기능 보유)

CATV 망의 구성은 [그림 9-12]와 같이 프로그램 분배망과 CATV 전송망으로 대별
되며, 프로그램 분배망은 전문 프로그램 공급자(PP)가 제작한 프로그램을 광섬유케이
블과 위성을 이용하여 각 지역에 있는 종합유선방송국(SO)에게 제공해 주는 역할을
한다.
그리고 CATV 전송망은 지역의 유선방송국에서 광섬유케이블과 동축케이블로 구성
된 분배망을 통해 가입자에게 프로그램을 제공해준다. 여기서 종합유선방송국은 헤드
엔드(HE : Head End)라고도 하며, 분배망은 주로 트리(tree)형 구조를 가지며 일반
공중망을 임차하여 사용하고 있다. 각 가입자는 케이블 신호를 일반 공중파 신호로 변
환하기 위해 컨버터(Converter)를 사용하며, 컨버터는 대개 셋톱박스(STB : Set Top
Box)라고 부른다.

CATV 망의 구성도

최근에 CATV 망을 이용한 홈쇼핑 서비스가 각광을 받으면서 CATV 망이 활성화되
고 있다. CATV 서비스는 광대역 및 쌍방향 특성을 이용하여 공중전화망과 인터넷 등
에 연결되어 다양한 서비스가 제공될 수 있는데, 전기와 가스 및 수도 등의 원격검침
(telemetry) 서비스와 방범과 방재 시스템 등을 도입하여 각종 생활정보 서비스가 가
능하다. 또한 컴퓨터와 통신의 결합, 통신과 방송의 결합 등으로 인해 필요한 정보를
편리한 시간에 이용할 수 있게 되었으며, 특히 CATV 망을 HFC 망으로 발전시켜 초
고속 인터넷 서비스를 제공하고 있다.

나. HFC 망의 구성과 특징
동축케이블로 구성된 CATV 망에 전송범위를 넓히기 위해 HFC 망은 통신국사에서
ONU까지 성형의 망구조를 갖는 광섬유케이블로 연결하고, ONU에서 가입자까지는
트리형의 망구조를 갖는 동축케이블로 구성된다. 가입자는 동축케이블의 방송 신호와
데이터 신호를 분리하여, TV 시청과 동시에 인터넷을 할 수 있는 케이블모뎀 장비를
설치해야 한다.
HFC 망은 CATV 전송망에 있어 하나의 유선방송 지역을 여러 단위 셀로 나누고,
방송국에서 단위 셀까지는 광섬유케이블을 그리고, 단위 셀에서 각 가입자들까지는 동
축케이블을 사용한다. 즉, CATV 망은 FTTC 망과 거의 유사한 특성을 가지므로 [그림
9-13]와 같이 기존의 넓은 유선방송 서비스 지역을 작은 셀로 구분하여 사용한다. 여
기서 CMTS(Cable Modem Termination System)는 케이블 모뎀 데이터를 인터넷
데이터 패킷으로 바꾸어주는 장비이다. CMTS는 케이블 시스템 내에 로컬 데이터를
담기 위한 라우팅, 원치 않는 해킹으로부터 케이블 운영자들을 보호하기 위한 필터링,
그리고 가입자에게 서비스 품질을 보장하기 위한 트래픽 구체화 등을 포함한 몇 가지
기능들을 제공한다.

HFC 망의 광대역화 구성

디지털 방송 기술이 발달하면서 HFC 망에서 전송할 수 있는 방송 신호의 용량은 약
3.6Gbps로 향상되었고, 이것은 6Mbps 정도가 소요되는 SDTV(Standard
Definition TV)급 채널을 600개 전송할 수 있는 능력이다. 이와 더불어 TV를 위한 양
방향 데이터 신호와 인터넷 데이터를 송수신할 수 있는 방안을 필요로 하게 되었는데,
이를 위해 케이블 사업자들이 설립한 비영리법인인 CableLabs에서는 HFC 망을 통한
데이터 전송에 관한 규격인 DOCSIS(Data-Over-Cable Service Interface
Specifications)를 개발하였다. 2001년에 완성된 DOCSIS 2.0에서 데이터 신호를 위
한 전송 속도는 하향으로 최대 40Mbps와 상향으로 최대 30Mbps로 증가되었다. 그렇
지만 HFC 망에서 1개의 ONU가 구성하는 셀의 크기는 약 500가입자이므로 실제 가입
자당 사용 가능한 대역폭은 매우 작아 다양한 융합 서비스를 제공받기가 어려웠다.
최근에는 CableLabs에 의해 DOCSIS 3.0 규격이 개발되고 있으며, 대표적인 통신
장비 업체인 시스코시스템즈에서 최대 하향 1Gbps, 상향 100Mbps의 전송 속도를 제
공할 수 있는 광대역(wideband) CMTS 기술을 개발하고 있다. 기존의 DOCSIS에서
는 단일 채널에서 데이터 변조를 하였지만, 새로 제안된 기술은 하나의 데이터에 대한
다중 채널 변조를 통해 전송 속도를 향상시켰다.
CATV 망을 이용하여 인터넷 서비스를 제공하기 위해서는, 각 가입자 측에 컨버터
와는 별도로 케이블 모뎀이 설치되어야 한다. 일반 공중전화망에서의 ADSL 모뎀과
CATV 망에서의 케이블모뎀을 각각 사용할 경우의 특징을 상호 비교하면 <표 9-5>와
같다. 또한, [그림 9-14]는 xDSL(x : A, V, H, S 등) 모뎀을 사용한 경우와 케이블 모
뎀을 사용한 경우에 대한 네트워크 구성 예를 각각 보여 주고 있다. 여기서 xDSL 모
뎀은 주문형 비디오(VoD) 서비스 등을 위한 서비스 서버에 접속되고, 케이블 모뎀은
CATV 망으로 접속된다.

 

<ADSL 모뎀과 케이블 모뎀의 특징 비교>

구분	ADSL 모뎀	케이블 모뎀
전송속도	하향 : 64Kbps~8Mbps 상향 : 64Kbps~640Kbps	하향 : 30Mbps 상향 : 64Kbps~10Mbps
대역폭 사용	가입자별 단독 사용	다수 가입자가 공동 이용
트폴로지	스타(star)형	트리(tree)형 및 가지(branch)형
보안성	높음 (가입자별로 선로구성)	낮음 (전송로의 공유)
전송 특성	거리에 따라 민감한 속도변화	가입자 증가시 속도저하
확장성	보급이 용이 (기존선로의 이용)	보급이 어려움 (전송선로의 신설)

한편, 초고속 인터넷망에 대한 BcN에서 추구하는 광대역화 방안은 VDSL은
VDSL2로 DSLAM과 모뎀을 교체하고 동 단자함까지 FTTC를 확대하여 가입자당
100Mbps를 제공할 수 있도록 하고 있다. 그리고 HFC 망은 데이터통신을 위해
1Gbps급의 고속 CMTS와 모뎀으로 기존의 장비를 대체하고, FTTC를 확대하면서 셀
을 분할하는 방안을 추진하고 있다. 또한 LAN은 기존의 패스트 이더넷 스위치를 기가
비트 이더넷 스위치로 교체하여 가입자당 전송 속도를 향상시킬 수 있다. 이러한 초고
속 인터넷망의 광대역화는 기존의 통신 매개체인 전화선, 동축케이블, 그리고 UTP 케
이블을 재구축할 필요가 없는 면에서 구축비용이 적게 들 수 있지만, 가입자 수를 제
한하고 FTTC를 확대하며 새로운 장비 및 모뎀으로 교체해야 하므로, 보장하는 전송
속도가 클수록 구축비용이 높아질 수 있는 단점이 있다.
반면에 궁극적인 UBcN 유선 가입자망으로서 FTTH 망은 E-PON과 G-PON의 경
우에 제한된 가입자간에 1.25Gbps 또는 2.5Gbps의 전송 대역을 공유하게 되고,
WDM-PON에서는 가입자에게 고정된 100Mbps 또는 1Gbps를 제공하므로 높은 전
송 대역을 보장받을 수 있다. 초기에 가정까지 광섬유케이블을 포설해야 하는 비용으
로 구축비용이 높지만, 현재 상용화된 E-PON 시스템은 DSL 장비와 경쟁할 수 있는
수준으로 하락하였다. 구축비용 외에 유지보수 비용이 가입자망을 운용하는 전체 비용
을 결정하는데, DSL, HFC, LAN 등의 가입자망에서는 전화국과 가입자 단말 사이에
분산되어 있는 DSLAM, HFC용 광 단말(ONU), 이더넷 스위치 등의 능동 소자를 유
지보수 또는 장비 업그레이드를 위해 소요되는 비용이 크다.
하지만, PON에서는 가입자망에 수동 소자만 분산되어 있어 특별한 유지 보수가 필
요하지 않으므로 유지보수 비용 측면에서는 PON 가입자망이 다른 가입자망보다 유리
하다. 따라서 PON은 BcN에서 제공하는 다양한 융합 서비스를 수용하는 효과적인 방안이 될 수 있으며, 향후 100Mbps 이상의 서비스를 필요로 하는 경우에도 가입자에
게 QoS를 제공하기 위한 최소 전송 대역을 보장해 줄 수 있는 효과적인 가입자망 기
술이 될 수 있다.