주간기술동향 2011. 7. 8

1 정보통신산업진흥원

NG-HFC: 케이블 망 전송 기술의 진화 동향

이호숙* 최동준**

최근 주파수 채널 기반의 HFC 망은 신호 손실이 적고 잠재적 대역폭이 큰 FTTH(Fiber to the Home)와

같은 필더 솔루션이 각광받게 되면서 망의 진화와 대역폭 효율화에 그 어느 때보다도 절실한 압력을 받고

있다. 따라서 국내외적으로 차세대 케이블 망(Next Generation-HFC; NG-HFC) 진화 기술에 대한 관심이

증대되고 있다. 채널 본딩 기술을 포함하는 DOCSIS 3.0과 같은 고속 데이터 전송 기술, SDV(Switched

Digital Video) 기술, DVB-C2 와 같은 고효율 변복조 및 채널 코딩 기술, RFoG, PON과 같은 근접-광

(Deeper Fiber) 기술 등 케이블 주파수 대역을 효율적으로 사용하여 대역폭을 증대하고 망의 유지 보수성

을 높이기 위한 노력들이 진행되고 있다. 본 고에서는 HD/3D/UDTV와 같은 고화질 고용량 비디오 서비스

뿐 아니라 멀티스크린, 스마트 서비스에 이르는 진보된 서비스들을 제공하기 위한 차세대 케이블 망 전송

기술과 진화 방향을 기술한다.

I. 서 론

HFC(Hybrid Fiber Coa: HFC) 기반

케이블 망은 아날로그 주파수 채널을 통해

가입자들에게 비디오 방송 서비스를 제공

하기 위한 유선 방송망의 역할을 수행하여

왔으나 최근에는 MPEG-2 TS 기반 디지

털 방송뿐 아니라 HD 급 고화질 비디오 채

널, VoIP, 고속 인터넷과 같은 데이터 전송

에 이르기까지 다양한 방송ㆍ통신 융합형

서비스를 제공하기 위한 광대역 통합망 인

프라가 되어 가고 있다. 2012년을 기점으로

아날로그 방송 채널들이 수거되고 MPEG2-

TS 기반의 디지털 방송으로 사실상 전환

됨에 따라 기존에 주파수 채널 단위로 나

누어 전송되던 비디오 방송 프로그램을 여

포커스

* ETRI 디지털CATV시스템연구팀/책임연구원

** ETRI 디지털CATV시스템연구팀/팀장

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 케이블 망 대역폭 향상 기술

Ⅲ. SDV

Ⅳ. 케이블 망 토폴로지의 진화 – RFoG(Deeper Fiber Solution)

V. 결 론

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러 데이터 스트림으로 나누어 다중화하거나 IP 기반 데이터 스트림으로 변환하여 보다 융

통성 있게 적용할 수 있게 되었다. 그러나 한정된 케이블 망 주파수 채널 자원 내에서 디

지털 비디오 방송, VoIP, 고속 데이터 전송뿐 아니라 최근 대두되는 IPTV, Smart 서비스,

멀티스크린 등 새로운 형태의 방송ㆍ통신 융합형 서비스들을 수용하기 위해서는 주파수

채널 자원의 활용도를 높이고 망의 효율을 증대시켜 대역폭을 확보할 필요성이 절실하다.

최근 망 사업자들의 가입자 망에 대한 신규 투자는 신도심(Green Field)을 위주로 PON

(Passive Optical Network), WDM-PON 과 같은 FTTx 형태의 필더 솔루션에 집중되어

왔고, 광 케이블 망이 가진 잠재적 대역폭과 경제적인 유지보수 비용으로 인해 케이블 망

의 최종적인 진화 모델은 FTTH 형태가 될 것으로 보는데 이견이 없을 것이다. 그러나 유

럽의 케이블 망 진화 방안 연구 프로젝트인 “ReDesign” 의 연구 보고서에 의하면 신/구

형 토폴로지가 혼재된 구도심이나 주택가 같은 브라운 필드(Brown Field)에서는 필더 신

규 투자보다 케이블 망의 진화가 훨씬 유리하게 작용하며, 추가적인 광 케이블 포설이 매

우 어려운 60% 이상의 브라운 필드 지역에서는 사실상 완전한 FTTx 로의 진화는 불가능

하거나 20 년 이상의 매우 많은 시간과 비용이 소모될 것으로 전망하고 있다. HFC 망은

향후에도 방송ㆍ통신 융합을 위한 인프라 망으로서 고속 가입자 망으로서의 지위를 굳건

히 할 것으로 예상하고 있다[7]-[10].

최근 제시되고 있는 다양한 케이블 망 대역폭 향상 방안 및 성능 최적화 기술들은 기

존에 포설되어 운용되고 있는 백 오피스(Back-Office)의 고가 장비들이나 가입자 장치에

대한 교체를 최소화 하고 신규 망 포설에 따른 추가 투자 비용을 줄이면서 망의 성능을

향상시키는데 주목하고 있다. 특히 채널 본딩 기술을 포함하는 고속 데이터 전송 기술인

DOCSIS(Data over Cable Service Interface Specification) 3.0 규격[6]과 SDV(Switched

Digital Video) 기술[4],[5]은 기존 비디오 방송 효율을 높이면서도 통합형 서비스 접근이

가능한 고속 가입자 망으로 케이블 망을 변모시키고 있고, DVB-C2 와 같은 고차 변복조

및 채널 코딩 기술은 주파수 채널의 전송 효율을 높여 대역폭을 증대시키며, RFoG, PON

과 같은 근접-광(Deeper Fiber) 기술은 케이블 망이 FTTx 망으로 진화하기 용이한 형태

로 망 구조를 점차 개선해 나가고 있다. 본 고에서는 HD/3D/UDTV 와 같은 고화질 고용

량 비디오 서비스뿐 아니라 복잡하고 다양한 형태로 진행되는 멀티스크린, 스마트 서비스

등과 같은 진보된 서비스들을 효율적으로 지원하기 위한 상기 차세대 케이블 망(NG-

HFC) 전송 기술들과 진화 동향에 대해 기술한다.

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II. 케이블 망 대역폭 향상 방안

1. 케이블 망 서비스 로드 맵과 주파수 채널 활용도

HFC 기반 케이블 망은 비디오 방송 서비스 위주의 유선 방송망에서 Video/VoIP/Data

를 통합하는 triple-play 와 같은 통합 서비스를 제공하게 되면서 유럽과 북미 지역의 방

송ㆍ통신 융합을 위한 대표적인 망으로 도심이나 주택가, 번잡한 도심 지역을 위한 망 토

폴로지로써 오랫동안 사용되어 왔다. 국내에서도 케이블 망은 대부분의 방송 서비스 공급

망(SO) 구조로서 대규모 가입자를 확보하고 있으며, 이들 망은 주파수 채널을 처리하기

위한 송/수신 장비들이 백오피스 대부분의 비중을 차지하고 있다.

최근 서비스 패러다임의 변화에 따른 케이블 망 주파수 채널의 향후 활용 예상을 보면

(그림 1)과 같이 아날로그 전송 방식이 쇠퇴하고 디지털 전송이 주류를 이룰 것이며, 기존

의 방송형 전송 방식은 교환형(Switched Digital) 전송, 양방향 고속 데이터 전송, IP 기반

패킷 데이터 전송에 근거한 On-Demand, Converged 서비스로 점차 전환되어 갈 것이다

[1],[2]. 특히 HD/UD/3DTV 과 같이 고화질, 고용량 비디오 전송 서비스의 중요성이 높

아지고 멀티스크린, 스마트 TV, IPTV 등과 같은 다양한 양방향 멀티미디어 서비스들이

증가함에 따라 고속, 대용량 전송 대역의 확보가 요구되어 케이블 주파수 채널 자원의 효

율성을 강화하기 위한 기술과 FTTx 와 같은 광 기반 망 토폴로지의 물리적 진화가 요구

되는 상황이다. 다행히 케이블 망은 가입자 근접 1 마일 구간을 제외한 백오피스까지 광

(그림 1) 케이블 망 주파수 활용도의 변화 예상

Today time Everything On Demand

DOCSIS High Speed Data

MPEG VOD

IPTV VOD

Switched Digital

Digital Broadcast

Analog Broadcast

125 Carriers per FN 125

1

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기반 토폴로지가 형성되어 있고, 공급망의 백본은 이미 고속 IP 네트워크로 포설되어 있

어 자연스럽게 패킷 기반 전송 플랫폼으로의 진화할 수 있게 될 것이다.

케이블 망의 대역 확장을 위한 기술 중 하나로 주파수 채널의 디지털 대역 확대를 들

수 있다((그림 2) 참조). 이는 기존에 TV 대역으로 쓰이던 비디오 방송 채널들이 디지털화

함에 따라 고차 변복조(QAM) 기술과 채널 본딩 기술을 적용하여 HD/UD/3DTV 와 같은

고용량 비디오 스트림을 MPEG-2 TS 방식으로 전송하는 것이다. 주파수 채널을 DOCSIS

기반 데이터 전송으로 사용할 경우, 가입자에 요구된 스트림만 선별적으로 교환하여 헤드

엔드를 통해 전달함으로써 가입자 요구 대역의 이용률을 향상시키는 SDV, IP 기반 SDV

기술을 적용하여 IPTV, 스마트 서비스, 고속 인터넷 등의 양방향 패킷 기반 스트림 서비

스를 제공할 수 있다. 이에 더해 채널 본딩과 같은 고속 MAC 계층 기술을 접목하여 데이

터 채널 비중을 보다 확대함으로써 양방향 멀티미디어 스트림을 양방향 데이터 채널 기반

으로 통합하는 기술이 차세대 디지털 케이블 전송의 근간이 될 것으로 전망할 수 있다.

2. 고효율 변복조

케이블 망의 주파수 채널 대역의 확장을 위한 물리적 접근 방법으로 고효율 변복조를

들 수 있다. 기존 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying) 방식으로부터 2008 년 DOCSIS

3.0 규격이 완성되면서 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 256QAM 방식의

고차 직교 분할 변복조 방식을 통해 6MHz 채널 당 38.8Mbps 의 비트율로 디지털 정보

를 전송할 수 있게 되었다[6]. 최근 DVB-C2 규격을 통해 1024, 4096 QAM 방식의 전

(그림 2) 케이블 망 주파수 효율 증대 기술

Headend(SO)

하향

상향

TV channels

Data channel

Data channel

HD/UD/3DTV

IPTV/SmartTV고속인터넷/3-play

양방향 멀티미디어

하향

케이블TV주파수대역

데이터전송대역

HFC 기반 케이블 방송망 가입자측

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송을 개발함으로써 6MHz 채널을 사용할 경우 53.8Mbps, 64.68Mbps, 8Hz 채널을 사용

할 경우 71.84Mbps, 86.24Mbps 당 60.sxxMbps 의 비트율로 데이터를 전송할 수 있게

되었다[3].

고효율 주파수 전송 기술은 융통성 있는 입력 스트림 어댑터, LDPC(Low-Density Parity

Check) 코딩 방식에 기반한 파워풀한 FEC(Forward Error Correction) 에러 정정 기술,

넓은 주파수 채널 대역을 활용한 코드화 기술을 이용하여 케이블 주파수를 통해 전송할

수 있는 데이터 전송률을 높임으로써 케이블 망의 가용한 대역폭을 증대시킬 수 있는 기

반이 되고 있다.

3. 고속 데이터 전송을 위한 채널 결합 기술 - DOCSIS 3.0

채널 본딩이란 케이블 망의 주파수 채널 중 연속된 채널들을 결합하여 보다 고속으로

많은 용량의 데이터를 전송함으로써 대역 전송 효율을 높이는 방식이다. 채널 본딩의 한

예로 (그림 3)과 같이 인접된 몇 개의 주파수 채널을 결합하여 보다 넓은 주파수 영역을

통해 전송 속도를 높이는 방법을 생각할 수 있다. Super G 프로젝트는 54Mbps 인

802.11g 채널 두 개를 묶어서 사용하고 있으며, IEEE 802.11n 은 20MHz 대역의 인접

채널 두 개를 사용하여 넓은 채널 주파수 대역을 이용한 대역폭 향상을 추구하였다.

이러한 물리 계층 채널 본딩 방식은 인접 채널간 주파수 결합을 통해 얻을 수 있는 채

널당 용량의 한계가 존재한다는 점과 통계적 다중화 이득을 얻기 어렵다는 점, 기존에 쓰

이던 QAM 장비들과의 호환 문제 등으로 인해 DOCSIS 규격은 링크 계층에서의 채널 결

(그림 3) 주파수 대역의 물리적 결합을 통한 채널 본딩

TV Channel X+1 TV Channel X+1 TV Channel X+1

Guard BandA Guard BandA Guard BandA

TV Channel X+1 TV Channel X+1 TV Channel X+1

Guard BandB

Frequency (TV Channel)

Frequency (TV Channel)

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합 기술을 제시하게 되었다.

DOCSIS 규격[6]은 원래 케이블 망 구간의 데이터 전송 기술로 케이블 모뎀 방식의

데이터 링크 및 물리 계층에 대한 북미/유럽 지역의 표준이다. DOCSIS 는 헤드엔드 측에

CMTS(Cable Modem Termination System) 장치를 두고 가입자 측에 케이블 모뎀장치

를 두어 망으로부터 들어오는 데이터 패킷을 DOCSIS 프레임으로 변환한 뒤 DOCSIS

PID 를 가지는 MPEG-2 TS 프레임을 통해 케이블 망 구간에 전달함으로써 망과 가입자

를 연결하는 데이터 전송 기술로 데이터, Voice over IP 등의 서비스를 위해 적용되었다.

DOCSIS 규격은 DOCSIS 1.x, 2.0 과 같이 고속 인터넷과 VoIP 를 위한 데이터 전송

기술로 발전하다가 DOCSIS 3.0 규격부터는 케이블 방송 주파수의 제한된 대역을 보다 효

율적으로 이용하기 위해 채널 본딩 기술과 비디오 스트림의 데이터 기반 전송 서비스를

위한 많은 MAC 계층 기능들을 추가하였고, 앞서 설명한 고차 변복조 기술을 통해 6MHz

64, 256 QAM 채널 당 약 25~40Mbps 비트율의 전송을 지원하였다. DOCSIS 3.0 규격은

DOCSIS 프레임 헤더에 본딩되어 전송될 서비스의 식별자를 공유하여 여러 주파수 채널

로 하나의 패킷 스트림을 나누어 전송하고, 수신 측인 단말 케이블 모뎀에서 패킷을 수신

할 때 여러 채널을 통해 수신된 패킷들을 하나의 스트림으로 순서를 복원하는 방식으로,

DOCSIS 헤더를 처리하는 MAC 계

층에서 채널 본딩을 처리하는 방식

을 통해 최소 4 개 채널을 결합하여

상/하향 각각 120Mbps, 160Mbps

이상의 전송 속도를 제공한다.

DOCSIS 3.0[6]은 헤드엔드에 위

치한 CMTS 가 망을 통해 입력되는

패킷 스트림을 여러 채널로 나누어

병렬 전송할 때 본딩 채널을 통해 전

송되는 하향 데이터의 DOCSIS 헤더

에 Sequence number 와 서비스 식

별자를 표시하여, 단말 CM 에서 여러

채널을 통해 동시에 수신된 패킷 스 (그림 4) DOCSIS 3.0 규격에서의 MAC 계층 채널 본딩

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트림을 해당 CPE 또는 STB 으로 포워딩하기 전에 재정렬할 수 있도록 한다. 이러한 패킷

기반 채널 본딩 방식은 여러 서비스 스트림이 같은 채널을 통해 동시에 전송될 수 있어

채널의 통계적 다중화 이득과 다채널 전송을 통한 전송 속도 향상을 동시에 실현할 수 있

다((그림 4) 참조)

DOCSIS 3.0 규격은 채널 본딩 외에도 L2 계층의 멀티캐스트 서비스 플로 전송 지원

기능을 강화하고, 멀티미디어 전송 지원을 위한 QoS 기준을 명시하는 등 케이블 망이 IP

기반 통합형 케이블 멀티미디어 전송 플랜이 되기 위한 전송 플랫폼을 제시하고 있다.

HFC 기반 케이블 망은 점차로 DOCSIS 전송의 비중을 높여 나가면서 궁극적으로는 양방

향, 고속 멀티미디어 전송을 수용하기 위한 패킷 기반 All DOCSIS 전송 플랫폼으로 진화

하게 될 것으로 보인다((그림 5) 참조).

III. SDV(Switched Digital Video)

1. SDV 서비스

케이블 망은 유선 방송망으로서 헤드엔드로부터 모든 방송 채널이 모든 가입자까지 도

달되는 방송형 전송 구조가 주류를 이루었다. 케이블 TV 의 모든 채널이 각 가정까지 전

달되지만 실제 가입자들이 시청하는 채널은 이 중 극히 일부로, 시청하지 않는 채널들까

지 데이터가 점유되어 있으므로 실제 대역폭의 이용률이 높지 않다는 문제가 있다.

(그림 5) Video over DOCSIS 전송 플랫폼의 진화

QAM

MPEG2-TS

Videostream

Audiostream

Base line

QAM

MPEG2-TS

Videostream

Audiostream

Data Packet

DOCSISMAC

IP

UDP/TCP

Data

Extended-1

QAM

MPEG2-TS

Data Packet

DOCSISMAC

IP

UDP/TCP

DataRTP/MPEG2-TS

Videostream

Audiostream

Extended-2

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SDV 는 (그림 6)과 같이 모든 채널의 신호를 가정으로 전달하지 않고 사용자가 요청

하는 방송 채널에 대해서만 전송하는 기술로, 가입자 가구에서 가까운 곳에 하위 헤드엔

드(Sub-H/E)에 모든 채널의 콘텐츠를 집적시켜 놓은 뒤 마지막 1 마일의 케이블 구간으

로는 가입자가 보는 채널만 서비스 하는 개념의 기술이다[4],[5]. 장비 업체들의 솔루션

에 따라 SDB(Switched Digital Broadcast), SDV 등의 명칭으로 불리우나 개념상 큰 차이

는 없다. SDV 기술의 장점은 망으로부터 헤드엔드에 유입되는 비디오 스트림을 선별적으

로 케이블 망에 제공함으로써 주파수 자원의 활용 효율을 증가시켜 디지털 전환에 의한

대역폭 부족 현상을 해소할 수 있다는 점이며, 남은 대역을 데이터 전송 대역으로 재사용

가능할 뿐 아니라 가입자 셀에 다양한 맞춤형 서비스를 지원할 수 있다는 융통성이 있다.

SDV 서비스는 헤드엔드에 위치한 EQAM 장비까지 비디오 콘텐츠의 모든 프로그램이

도달하여 있고, 이 중 가입자가 선택한 채널을 EQAM 장비에서 교환하여 망을 통해 전달

한다[5]. 동일한 가입자 그룹(Cell)에 속한 가입자는 EQAM 이 교환한 스트림에 의해 같

은 주파수 채널을 통해 전달되는 같은 비디오 프로그램을 공유하게 된다. SDV 개념을 모

든 방송 채널에 도입하는 것은 스위칭 자원의 소모가 많아 효율성이 떨어지므로 시청 빈

도가 높은 메이저 채널은 브로드캐스트 방식을 사용하고, 선호도가 떨어지는 일부 채널만

상업적으로 SDV 전송하는 방식으로 적용된다. 북미 케이블 사업자들은 소수 인종을 위한

서비스 채널을 SDV 로 구성하는 방식으로 SDV 를 적용한 사례가 있다.

(그림 6) SDV

Broadcast System

SDVSystem

BroadcastSystem

ProgramServices

STB STBSTB STB

STB STBSTB STB

BandwidthRequired

BandwidthRequired

STB STBSTB STB

STB STBSTB STB

SDVSystem

ProgramServices

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2. IP 기반 SDV 서비스

헤드엔드 EQAM 에서 망으로부터 유입되는 MPEG-2 TS 스트림을 교환하는 방식을

취하는 SDV 방식에서는 교환된 스트림이 주파수 채널을 통해 도달하는 동일 가입자 그룹

내에서 동일한 방송 프로그램이 서비스된다. 이는 케이블 망의 물리적 토폴로지에 의해

주파수 채널을 공유하는 서비스 그룹 내에서는 동일한 비디오 프로그램 채널이 제공됨을

의미하며, 가입자 각각에 특화된 프로그램을 제공하기 어렵고, 가입자 입장에서는 자신이

시청하지 않는 채널까지 가입자 STB까지 도달해 있다는 특징을 가진다. 이에 대해 DOCSIS

기반 SDV 전송 서비스는 IP 기반 SDV 전송 기술로 가입자 특화형 비디오 전송 서비스를

지원할 수 있다.

DOCSIS 규격을 사용하는 IP 기반 SDV 전송 서비스는 네트워크에 연결된 EQAM 장

치들에서 IP 전송이 종단되도록 한 기존의 SDV 방식과는 달리, DOCSIS 전송을 통해 케

이블 망의 단말 케이블 모뎀이 IP 의 종단점이 되도록 함으로써 가입자가 요구한 비디오

채널을 특정 가입자에만 교환하여 전달하는 것이 가능하다. 비디오 전송은 IP 기반

Unicast 또는 Multicast 방식으로 가입자에 전송될 수 있으며, DOCSIS 의 DSID 필터링

기능을 통해 특정 가입자에만 하향 비디오 스트림을 제공한다((그림 7) 참조).

IP 기반 SDV 전송 기술은 물리적 대역폭 효율이 기존의 SDB 와 비슷하거나 DOCSIS

오버헤드로 인해 약간 떨어지나 IP 기반 패킷 스트림 형태로 비디오를 전송함으로써 통계

적 채널 다중화 이득을 얻을 수 있으며, 자투리 대역을 사용하여 대역 이용률을 향상시키

(그림7) 가입자 특화형 IP기반 SDV 서비스

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고, 채널 본딩을 이용한 고용량 비디오 전송이 가능하여 궁극적으로는 비디오 전송 효율

을 크게 증대할 수 있다. 또한 DOCSIS 기반 전송 플랫폼을 사용하여 IP 멀티캐스트 세션

을 이용한 논리적 서비스 그룹 형성을 가능하도록 함으로써 가입자별로 차별화된 채널 서

비스를 제공할 수 있다는 점과 IP 기반 양방향 전송을 이용하여 서비스에 유연성을 부여

함으로써 방송ㆍ통신 융합형 서비스, IPTV 및 실시간 방송 서비스의 효율적 제공이 가능

하다는 장점이 있다.

3. NG-HFC 헤드엔드 및 단말 플랫폼

단말 종단형 비디오 서비스 전송 기술의 또 다른 일례로 단말 장치 기반 N-Screen 서

비스를 들 수 있다. 이는 단말 케이블 모뎀에 RF 방송 수신, DOCSIS 모뎀, Wifi AP, PMS

등의 기능을 내장하여 MPEG-2 TS 와 DOCSIS 신호를 동시에 수신할 수 있도록 하고,

수신된 비디오 스트림을 댁내 스마트 기기에 적합한 IP 비디오 형태로 변환하여 멀티캐스

트 형태로 댁내 전송함으로써 댁내뿐 아니라 옥외 단말에도 실시간 비디오 서비스를 유연

하게 제공하기 위한 기술이다((그림 8) 참조). 최근 들어 스마트 기기들과 연동된 멀티스

크린 서비스들이 본격적으로 시장에 들어섬에 따라 케이블 망의 가입자 단말 장치에 수신

되는 비디오 전송 스트림을 기기의 형태에 맞게 처리하는 스트림 최적화 기법 및 서비스

연동 시나리오 등이 최신 케이블 망 방송 기술의 뜨거운 관심을 받고 있다.

차세대 HFC 망의 헤드엔드 장치는 어떤 모양을 가지게 될까? DOCSIS 3.0 관련 헤드

엔드 장비들은 최근 규격에서 요구하는 완전한 스펙을 장착하기 보다는 저가형, 모듈형,

절전형 추세를 보이고 있으며, 심지어 사업자의 요구에 부합하는 서비스 특화형 장치들이

등장하고 있다. 이는 DOCSIS 3.0 의 스펙이 방대하고, 언밸런스한 상/하향 전송률 구조를

가지게 되면서 상향 PHY, 하향 PHY, 네트워크 프로세서, MAC 처리부 기술이 각각 다른

(그림 8) 단말 장치 기반 멀티스크린 서비스

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개발 사이클과 업데이트 주기를 갖고 발전하게 됨에 따라 통합형 헤드엔드 시스템을 구성

하는데 비용과 투자 기간이 효율적이지 않았다는 점에서 원인을 둘 수 있다. 또한 그간 에

지 장비의 역할을 수행하던 EQAM 같은 에지 라우터들이 많은 제어 및 관리 기능들을 추

가하면서 보다 인텔리전트한 경향을 보이고 있고, 일부 에지 장비들은 CMTS 의 일부 기

능도 갖추어 DOCSIS 프레임 처리 기능까지 수용하는 추세도 보이고 있다. 따라서 주요

장비 업체들은 헤드엔드 장비들을 기능 모듈별로 분리하여 개발과 상용화 시도를 하게 되

었고, 이에 따라 PHY 계층 장비의 경우 상/하향 통합형 QAM, 또는 상/하향 분리형

QAM 으로 분리하고, CMTS 의 기능도 상/하향/제어부 분리형 모듈이 등장하고 있다[7].

멀티스크린, 스마트 TV 등과 같은 멀티 스트림 서비스를 지원하기 위해 헤드엔드 장비에

미디어 게이트웨이 기능을 강화하여 헤드엔드 측의 스트림 처리 능력을 강조하는 것도 최

근의 개발 동향 중 하나이다.

IV. 케이블 망 토폴로지의 진화–RFoG(Deeper Fiber Solution)

최근 막대한 대역폭과 저렴한 유지 보수 비용 등의 장점을 가지는 FTTH(Fiber to the

Home)와 같은 필더 솔루션이 각광받게 되면서 HFC 망은 그 어느 때보다도 망 토폴로지

적 진화의 막다른 고민에 처하게 되었다. 미래 인터넷과 통합형 멀티미디어 서비스, 디지

털TV 가 점차로 고용량 비디오 콘텐츠를 공급함에 따라 케이블 망은 궁극적으로 대역폭

의 한계를 극복하기 위해 FTTH 의 형태로 전-광(All Optic) 토폴로지의 비중을 점차 늘

려가게 될 것은 자명하다. 그러나 도시의 구조나 공급자 망의 여건에 따라 투자 사정과 망

의 유지 보수 여건이 복잡한 만큼 케이블 MSO 들의 물리적 토폴로지 진화 정책은 다양하

고 복잡하게 전개되고 있다. 이러한 상황에서 이상적인 fiber/coax 토폴로지 구조를 정의

하는 것은 매우 어려운 일이나 향후 케이블 망은 대략 다음과 같은 사항에 원칙을 두고

진화할 것으로 예상한다[7].

- 옥외 장치들에 대한 많은 변경 없이 망을 진화시킬 수 있어야 할 것

- 가입자와 공급자의 부담을 최소화 하면서 증가하는 IP 기반 대역을 융통성 있게 감

당할 수 있어야 할 것

- 채널 본딩 등의 신기술을 적용하더라도 기존의 DOCSIS 장비들과 Backward 호환

성을 유지할 수 있어야 할 것

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- 현재 사용되는 주파수 스펙트럼을 재사용할 수 있도록 하여 헤드엔드나 가입자 장비

의 물리계층에 대한 추가 개발 비용을 최소화 할 수 있어야 할 것

- 수많은OSP 요소의 재사용이 이루어질 수 있도록 해야 할 것

- 불필요한 토폴로지적 투자가 이루어지지 않도록 해야 할 것

1. PON 기반 비디오 오버레이

앞서 기술한 바와 같이 HFC 진화 방향은 향후 현재와 같이 일부는 필터로 일부는 콕

스(coax)로 유지될 것이며, 점차로 파이버(fiber)가 가입자 측에 보다 가깝게(deeper-

fiber) 포설될 것이나 현실적인 상황에서 신도심이 아니라면 투자 비용과 기존 장비들과의

호환성 문제로 인해 어떤 형태로든 콕스는 남게 될 것으로 예상된다. 결국 두 매체의 콤비

네이션 방식이 새 HFC 망을 정의하게 될 것으로 보이며, 이 절에서는 다양한 물리적 토

폴로지의 장단점을 짚어보기로 한다.

HFC 기반 케이블 망의 토폴로지 진화 모델의 첫번째로 PON 기술을 들 수 있다. PON

은 수동 광 분배 소자를 이용하여 마지막 1 마일 분기 구간에 전원이나 증폭없이 가입자

까지 광 케이블을 포설함으로써 사실상 케이블 구간을 완전히 제거하고 FTTH 를 구현하

는 기술이다. PON 기술은 중간에 증폭이나 교환 같은 능동형 신호 처리가 필요없고 신호

손실이 거의 없어 가입자 망의 이상적인 광 토폴로지로 알려져 있으므로 신규로 망이 포

설되는 소위 그린필드(Greenfield)의 경우 의심없이 PON 기반 광 토폴로지가 형성됨이

바람직하다. 그러나 아직도 구도심은 대부분이 케이블 기반 설비들이고, 유선 방송망 및

인터넷 가입자 망의 대다수가 동축 망을 위한 전송 장비임을 감안하면 소위 브라운필드에

서는 기존 설비를 최대한 재사용할 수 있도록 토폴로지의 정비가 이루어져야 할 것이다.

이는 광 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 능동형 옥외 장비들을 사용하여 광 케이블

을 가입자 측에 최대한 근접시키는 구조로 이해된다.

당장 PON 토폴로지를 사용하는 망을 통해 기존 TV 세트와 연동하여 유선 방송 서비

스를 제공하기 위해서는 RF 기반 비디오 오버레이 방식이 불가피하다. RF 비디오 오버레

이는 데이터 전송과 별도의 논리적 망을 통해 가입자에 기존의 비디오 방송을 서비스 하

는 것으로, 가입자에 별도의 광 케이블을 설치하는 방법과 파장 분할을 이용하여 동일 물

리 링크 내에 논리적인 두 개의 망을 두어 서비스 하는 방법이 있다[9],[10]. RF 비디오

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오버레이 구조를 사용하려면 가입자 측의 ONT 장비에 상/하향 데이터와 하향 RF 신호

전달을 다중화 하기 위한 트리플렉서 디바이스를 요구하며, RF 신호를 케이블 주파수 신호

로 변환하는 광-전(optical-electronic) 변환 디바이스가 사용되어야 한다((그림 9) 참조).

2. RFoG - RF over Glass

RFoG 는 물리적으로 PON 과 같은 토폴로지를 취한다. 보통 RF-PON, HFC-PON,

Cable-PON 라는 용어로 혼용되어 불리고 있으며, PON 망을 통해 기존에 동축망으로 전

달되던 RF 신호를 광 신호로 변환하여 광 토폴로지를 통해 전송한다는 특성을 가진다.

RFoG 는 기존에 케이블 망 주파수 채널을 통해 전송되는 물리적 신호와 동일한 신호를

광-전 변환을 통해 광 케이블 영역으로 전달하는 것이다. 따라서 광 토폴로지를 사용하는

신규 망에서 방대하게 설치되어 운용되는 기존의 HFC 장비들을 재사용하고, 호환성을 유

지함으로써 신규 투자 비용을 절감시키며, 향후 광 토폴로지로의 합리적인 진화를 모색하

는데 RFoG 의 목적이 있다.

RFoG 기술은 필더가 존재하는 망이라면 어디든 적용 가능하므로 통신 사업자나 방송

사업자 모두에게 추가로 비디오나 데이터 서비스를 위한 논리적 망을 확장 가능하게 함으

로써 가용한 스펙트럼과 망 대역을 획기적으로 늘리면서 유지 보수 비용을 줄이고 망 경

쟁력을 확보할 수 있는 매력적인 망 진화 정책이 될 것이다.

RFoG 가 HFC 와 다른 점은 보다 가입자에 근접하게 광 토폴로지를 확장해 나간다는

점이다. 기존의 케이블 구간을 케이블 증폭 분배 지점에 따라 단계적으로 single-fiber

(그림 9) PON 기반 비디오 오버레이

RF video overlay using a second fiber per subscriber,Deployed in a tree structure

Insertion of RF video signal into point-to-point fibers

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PON 구조에 가깝게 광 케이블 구간으로 대체함으로써 규격화된 PON 시스템에 근접한

서비스 지원이 가능하도록 한다. 공급자 망의 주파수 활용도 측면에서 보면 케이블 망의

효율과 사실상 동일한 RFoG 구조가 각광받는 이유는 첫째로 광 매체가 가지고 있는 방대

한 상/하향 대역폭을 잠재적으로 확보할 수 있다는 점과 구간마다 증폭기와 분배 시스템

이 필요한 케이블 구간에 비해 잡음에 강하고 특히 리턴 채널의 잡음 특성이 매우 좋다는

점으로, 이로 인해 망의 유지보수 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 점이다. 여기에 추후

PON 토폴로지로서 완벽한 FTTH 로의 진화가 자연스럽게 이루어질 수 있다는 기대도

RFoG 솔루션의 장점 중의 하나이다[9],[10].

(그림 10)은 케이블 망이 RFoG 를 통해 PON 솔루션으로 진화하는 단계적 시나리오

를 보여준다. 먼저 1 차적으로 증폭되는 케이블 구간의 증폭 브리지(LCP)까지 광 케이블

을 포설하여 가입자 망에 근접시키고, 그 다음에는 다음 단계의 주파주 증폭 브리지까지

광 케이블 구간을 확장해 나가는 방식으로 점차적으로 가입자측에 가깝게 광 토폴로지를

확장시킨다[9]. 복잡한 케이블 구조를 가지는 도심 밀집 지역일수록 광 케이블 구간 확장

작업이 여러 단계에 거쳐 일어나게 될 것이다. (그림 11)는 RFoG 를 거쳐 2 단계로 분배

구조를 가지는 PON 시스템 시나리오를 보여준다. 일부 구간은 완전한 PON 형태로

(그림 10) RFoG – 첫 번째 분기점까지 광 구간 확장

Headend/HUB

44 HHP

NAP

LCP

NAP

24 HHP

4A0 3A0

2A0

2B02B4

2B1

2B2

36 HHP

44 HHP

44 HHP

Narrowcast service

generation

2A1

20 HHP

2A2

55 HHP 52 HHP

2A3

LCP

LAP

LCP

57 HHP

NAP

NAP NAP

NAP

NAP

NAP

NAP NAP

68 HHP36 HHP

32 HHP

44 HHP

52 HHP

72 HHP

32 HHP

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FTTH 가입자까지 광 케이블 구간을 인입시키게 될 것이며, 일부 구간은 여전히 광-전

변환 장치를 통해 PON 에 접속되는 형태를 거쳐 망에 접속된다. 이러한 경우 FTTH 시

스템으로의 진화가 보다 용이해지고, 추가 투자 비용도 단계에 거쳐 이루어지므로 망의

점진적 진화를 가능하게 할 수 있다[9].

3. DPON – DOCSIS over PON

D-PON 은 DOCSIS-PON, D-PON, DPON, DePON 등의 명칭으로 혼용되어 사용되

며, PON 인터페이스 위해 DOCSIS 전송 기술을 통한 링크 계층 전송을 수행하는 기술이

다[11],[12]. 최근 북미 케이블 망 표준화 기구인 CableLabs 는 EPON(Ethernet PON)

기반의 PON 구조에서 DOCSIS 전송을 하기 위한 기술인 DePON(DOCSIS over E-PON)

을 규격화 하였다[12]. DePON 은 DOCSIS 3.0 과 같이 새로운 전송 방식이나 대역 확장

기술은 제시하는 규격은 아니며, EPON 망을 통해 DOCSIS 전송 스트림을 가입자에 전달

하기 위한 인터페이스 구조를 제시하는 것이다. 즉 EPON 의 OLT 와 ONU 는 각각 PON

(그림 11) RFoG – PON 구조로의 확장

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구조로 설치되어 있으나, 헤드엔드 측면에서 보면 OLT 는 케이블 망의 CMTS 와 같이 동

작하면서 가입자 측에 위치한 ONU 의 존재를 케이블 망의 CM 으로 간주하게 되어 동일

한 DOCSIS 전송을 수행한다. 가입자의 ONU 장치는 PON 을 통해 유입되는 신호를 PON

규격을 통해 수신하게 되나 사실상 백오피스의 전송 장비들은 CMTS-CM 간 전송 동작

을 동일하게 수행하게 되며, OLT 는 백오피스로부터 수신되는 DOCSIS 스트림을 EPON

단말인 ONT 에 전달하기 위해 가상의 CM 에 전달할 EPON 인터페이스 전처리 과정을

수행하여 망으로 전달하게 된다.

DPON 기술을 적용하는 이유는 향후 PON 이 가지는 10Gbps 이상의 잠재적 대역폭을

확보하기에 용이하며, PON 토폴로지의 신호 처리적 장점을 유지하면서 기존에 포설된

RF 기반 백오피스 장치들과의 호환을 유지함으로써 경제적 망 투자 비용으로 망 성능을

증대시키기 위함이다. DPON 기술은 OLT 나 ONT 측면의 기능 변경없이 헤드엔드 장비

쪽에서 CMTS 의 DOCSIS 프로토콜을 OLT 에 전달하기 위해 인터페이스를 변환해주는

정도의 처리 기능 추가로 PON 구간 전송을 감당할 수 있어 케이블 망이 시나브로 FTTH

서비스로 전환되어 갈 수 있는 기반을 제공한다.

V. 결 론

본 고에서 우리는 케이블 망의 진화를 위한 여러 대역폭 향상 기술들을 정리해 보았다.

물론 주어진 망의 여건이나 투자 배경에 따라 케이블 망의 진화 형태는 복잡한 양상을 보

일 것이므로 정확한 예측은 어려우나 진화에 있어 기술의 채택 기준은 얼마나 많은 비용

이 드는가, 기존 마켓과의 호환성을 가지는가, 기존 백 오피스 장비를 재사용하며 이미 규

격화되어 사용되는 DOCSIS OSS 와 연동할 수 있는가 등에 따라 기술의 우열을 따지게

될 것이다.

케이블 망 전송 장치의 미래는 DOCSIS 관련 전송 기술의 미래와 접점을 마주할 것이

라고 얘기할 수 있으며, 채널 본딩 기술을 바탕으로 대역폭 향상과 주파수 채널의 활용도

에 있어서 현재와 다른 패러다임의 변화가 일어나게 될 것으로 보인다. 또한 헤드엔드 장

비들은 소형화, 절전화, 서비스 특화형 장비들로 보다 모듈화 될 것이며, IP 기반 SDV 기

술과 같이 패킷 기반 비디오 전송이 주류를 이루게 될 것이다.

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케이블 망은 점차적으로 PON 기반 FTTH 로 발전하게 될 것이나 신/구형 토폴로지가

혼재된 구도심이나 주택가 같은 브라운 필드에서는 필더 신규 투자보다 케이블 망의 진화

가 훨씬 유리하게 작용하며, 추가적인 광 케이블 포설이 매우 어려운 60% 이상의 브라운

필드 지역에서는 사실상 완전한 FTTx 로의 진화는 불가능하거나 20 년 이상의 매우 많은

시간과 비용이 소모될 것으로 전망된다. 이에 따라, HFC 망은 향후에도 방송ㆍ통신 융합

을 위한 고속 인프라 망으로서의 지위를 굳건히 할 것으로 예상된다. 따라서 RFoG 와 같

은 케이블 망 진화 기술과 케이블 대역폭 향상 기술들을 통해 백 오피스의 고가 장비들

및 가입자 장치의 교체를 최소화 하고, 신규 망 포설에 따른 추가 투자 비용을 줄이면서

망의 성능을 향상 시킬 기술들이 향후에도 오랫동안 고민되어야 할 것으로 사료된다.

<참 고 문 헌>

[1] 김홍익, “케이블 플랫폼 및 네트워크 현황,” CJ헬로비전 2010 공동연구 워크샵, 2010. 6.

[2] J. Nijs, J. Boschma, M. Muzalewski, P. Meissner, “New HFC Optimization Paradigm for Digital

Era,” NCTA Spring Technical Forum 2010, Jun. 2010, pp.80-90.

[3] “Digital Video Broadcasting; Frame Structure Channel Coding & Modulation for a Second

Generation Digital Transmission System for Cable systems(DVB-C2),” DVB Document A138,

Mar. 2010.

[4] “BigBand SDV Solution”, White Paper, BigBand, Jan 2009.

[5] “SDV(Switched Digital Video); What is it and How does it works?”, C-COR Tutorial, C-COR, 2008.

[6] “Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS 3.0-MAC and Upper Layer

Protocols Interface Specification,” CM-SP-MULPIv3.0-I09-090121, CableLabs, Jan. 2009.

[7] M. Emmendorfer, S. Shupe, D. Cummings.., “The All-IP Next Generation Cable Access

Network,” NCTA Spring Technical Forum 2011, Jun. 2010.

[8] “Reference Architectures Report”, ReDesign 217014 – Extending life time of HFC Networks;

Oct. 2008.

[9] “Fiber Transmission Technologies List Report,” ReDesign 217014 – Extending life time of HFC

Networks; June. 2009.

[10] “Topologies Short List Report,” ReDesign 217014–Extending life time of HFC Networks; Feb. 2009.

[11] A. Bernstein, S. Gorshe, “Proposal for DOCSIS® 4.0: The Best of Both Worlds, DOCSIS® and

PON,” NCTA Emerging Technology 2008, Jun. 2008.

[12] “DOCSIS® Provisioning of EPON Specifications-DPoE™ Architecture Specification”, DPoE-SP-

ARCHv1.0-I01-110225, CableLabs, Feb. 2011.

* 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.