CATV(2)-CATV의 구조 및 하드웨어의 이해
金炫昊/매체기획팀
I. CATV의 구조
1. 미디어 사업으로서의 CATV
CATV에 대한 관심이 고조되고 시범사업이 눈앞에 다가옴으로써 CATV의 일반적 인식의 폭과 깊이가 더해지고 있지만 CATV를 정확히 이해하기 위해서는 몇가지 개념의 이해가 선행되어야 한다. 본고는 바로 CATV의 구성요소에 대한 개념 설명을 통하여 CATV의 구조적 이해를 도모하고자 하는데 그 목적이 있다. 물론 각국의 CATV 현황에 대해서는 추후에 따로 논의하겠지만 여기서는 CATV의 성숙기에 접어들고 있는 미국의 경우를 중심으로 언급하기로 한다.
요즈음 대기업의 CATV 참여 움직임이 보도되면서 CATV가 주요 화제에 오를 때 생기는 오해가 있다. 그것은 CATV와 방송국(CATV System)을 동일시 파악하는 것이다. CATV가 초기 단계처럼 난시청 해소만을 목적으로 한다면 결코 틀린 생각은 아니다. 그러나 CATV는 CATV 방송국(CATV System)을 그 구성요소로 하고 있을 뿐 동일한 것은 아니다. 이런 오해의 배경은 우리나라 방송국 구조가 프로그램의 기획, 제작, 편성, 송출은 물론 지방방송국까지 계열사로서, 전국이 단일 네트워크로 형성되어 있다는 점과 무관하지 않다.
CATV의 구조를 설명하기 이전에 먼저 미국의 방송제도를 살펴보기로 한다.
미국에는 ABC, NBC, CBS의 3대 네트워크 이외에 교육방송인 PBS가 전국 네트워크를 형성하고 있다. 3대 네트워크는 자체 소유 방송국이 다섯으로 제한되어 있으며(UHF 포함 7개, 라디오도 7개 씩) 나머지는 3대 네트워크와 프로그램 공급 계약을 맺은 지방의 방송국 들인데, 이를 제휴국(Affiliated Station)이라 부른다.
또 큰 도시에는 3대 네트워크의 제휴국을 제외하고도 네트워크와 계약관계가 없는 독립국도 있다. 이들은 대개 자체적으로 혹은 같은 입장의 타지방 독립국와 연합, 프로그램 공급체계를 갖는데 이를 신디케이션(Syndication)이라 부른다.
이처럼 미국의 네트워크는 우리나라나 영국의 BBC, 일본의 NHK처럼 중앙집권 단일체제의 방송망이 아니다. 아무리 큰 방송국이라 할지라도 직접 소유, 운영하는 방송국은 5개를 넘지 못한다. 그 이유는 반트러스트법(Anti Trust Law) 때문이다.
따라서 미국의 3대 네트워크는 200여개의 지방 방송국을 통해 자신의 프로그램을 내보내지만 이것은 각기 다른 소유주에 소속된 프로그램 제휴국에 불과하다. 이런 여건 속에서 ABC 등 3대 네트워크의 자체 제작은 뉴스, 스포츠, 뉴스성 시사 다큐멘터리, 공공 프로그램 일부 등 특정 프로그램에 한한다. 나머지는 메이저나 독립 프러덕션에 발주, 제작하여(70-80% ), 이 프로그램을 각 제휴국에 공급하는 역할이 ABC 등 3대 네트워크가 하는 일이다. CATV도 이러한 방송문화의 토양에서 발전하였기 때문에 지역의 CATV 시스템은 자체 프로그램(Local Origination) 극히 일부를 제외하고는 송출 기능만을 가질 뿐이며, 이 CATV System들에게 프로그램을 공급해 주는 전문적 프로그램 공급업체가 있다는 점을 간과해서는 안 된다. CATV의 대명사와도 같은 CNN, ESPN, HBO 등도 프로그램 공급업체이다.
지난호의 '정보사회와 CATV'에서 CATV 관련산업의 분류를 첫째 CATV 시설의 건설, 기기 공급산업, 둘째 CATV 시스템의 유지, 운영산업, 셋째 CATV 서비스 공급산업으로 나눈바 있었다.
이를 CATV 시스템을 중심으로 각각의 관련부분을 표시하면 (그림 1)과 같다.
옆의 (그림 1)에서처럼 CATV 시스템 오퍼레이터는 기존의 공중파 방송의 재송신 및 자체 제작을 포함한 프로그램의 송출만을 담당하고, 기본 서비스(Basic Service)와 유료 서비스(Pay Service)로 구분되는 프로그램 공급회사가 전국 각지의 시스템 오퍼레이터에게 프로그램을 공급해 준다. 광고의 측면에서는 시스템 오퍼레이터에 의해 해당 지역에만 직접 노출되는 지역광고와, 프로그램 공급업자가 제작한 프로그램 사이에 삽입되어 각 지역별 시스템 오퍼레이터를 통해 전국적으로 송출되는 전국광고로 구분할 수 있다.
즉, 지역단위의 케이블 방송국이 CATV 시스템이고 이 시스템을 운명하는 사람을 CATV 시스템 오퍼레이터라고 부른다. 이러한 개별 시스템에 프로그램을 공급하는 사업자를 프로그램 공급업자(Program Provider)라고 하며 프로그램 공급업자는 전국적 케이블 네트워크를 형성하게 된다. 미국의 경우 프로그램의 공급방식이 대체로 위성을 통하여 이루어지고 또 공중전기통신 사업자의 CATV 사업 참여가 FCC에 의해 금지되었다. 그러나 우리나라의 경우는 90년대 후반기에 가서야 위성을 이용한 프로그램 전송이 가능하며 또 전국적 유선망의 구축이 계획되고 있기 때문에 KTA가 담당하든 혹은 민간업자(금성전선, 금성반도체, 삼성반도체)가 전담하든 간에 전송망 사업이 뒤따른다.
이상에서처럼 CATV는 다음의 3가지 사업영역을 필요로 한다.
첫째는 유선방송국 운영자(CATV System Operator)로서 수신설비, 송출설비를 갖추고 공중파방송, 자체 제작 프로그램(지역프로), 공급받는 프로그램을 종합 편성한 후 해당 채널을 통하여 송출하고 수신자를 관리하는 사업을 말한다. 둘째는 프로그램 공급업자(Program Network & Provider)로서 유선망, 공중파(M/W), 위성을 통하거나 혹은 직접방식으로 시스템 오퍼레이터에게 프로그램을 제작, 공급하는 사업을 말한다.
셋째는 전송망 사업자(Cable Provider & Operator)로서 다중 전송설비와 망 설비를 갖추고 CATV 프로그램을 전송하는 사업자이다. 이중 전송망 사업은 앞으로 전개될 종합정보통신망(ISDN)의 토대가 된다는 점과 망 설치시 중복투자를 배제할 수 있다는 점, 그리고 현재 공중전기통신 사업자에 의해 통신망이 운영되고 있다는 점을 감안할 때 현재의 공중전기통신 사업자(KTA)가 전송망 사업을 담당하는 것이 현실적이라는게 방송제도 연구위원회의 입장이다.
2. 케이블 시스템 오퍼레이터
케이블 시스템 오퍼레이터는 수신, 편성, 송출설비를 갖추고 가입자를 확보하여 이를 운명하는 사업자이다. 지역 케이블 시스템들은 CNN, HBO와 같은 프로그램 공급업자와 프로그램 서비스 전송계약을 맺고 그것을 가입자에게 수신료를 받고 제공한다. 따라서 가입자들이 CATV로 보는 모든 프로그램은 케이블 시스템을 통해서 오는 것이다. 어떤 프로그램 서비스가 그 프랜차이즈 지역에 유용한지에 대해서는 프로그램 제공업자가 아니라 단위 방송국인 지역 케이블 시스템에서 결정한다. 시스템 오퍼레이터의 주 수입원은 가입자의 초기 설치비와 매월 일정액의 수신료 및 지역광고비로 구분된다. 수신료는 균등하지 않고 CATV 시스템이 제공하는 채널의 수, 시청자가 원하는 채널의 수(예를들어 Pay Service의 유무)와 같은 요인에 의해 결정된다.
초기에는 수신료가 주요 수입원이었으나 점차 광고의 비중이 커지고 있다. CATV 시스템은 소규모로 운영되는 지역적 조직이기 때문에 특정지역에 대한 독점영업권 즉 프랜차이즈 제도가 시행되고 있다. 즉 특정지역에서 케이블 시스템을 시작하려면 먼저 주정부나 지방 자치단체로부터 독점영업권을 받아야 한다. 프랜차이즈를 받은 케이블 시스템은 그 지역의 독점영업권을 확보한 대신 일정액의 프랜차이즈 요금을 주정부나 지방의회에 지불해야 하며 그 요금은 케이블 시스템 수입의 약 3-5% 선에서 결정된다.
우리나라의 경우도 이와 마찬가지다.
방송제도 연구위원회의 뉴미디어 분과의 중간보고서는 "CATV가 지역매체로서 그 기능을 살리기 위해서는 일정지역을 구분하여 프랜차이즈 제도를 도입할 필요가 있으며, 지역분할은 행정구획에 따라서 시, 군, 구별로 1개씩 할당하되 직할시급 이상의 대도시에는 복수업자를 허가해 상호경쟁토록 한다."라고 제안하고 있다.
다음의 (표 1)은 미국과 일본의 케이블 시스템 운영자의 현황을 보여준다.
그런데 이들 시스템 오퍼레이터는 점차 MSO(Multi System Operator)라고 불리우는 대형회사에 흡수되어 대규모화 됨에 따라 상위 20개사의 시장점유율이 73.3%에 달하며 단독시설 보유자의 비율은 가입세태의 10% 이하로 감소되어 대규모 회사에 의한 독과점 현상이 일어나고 있다.
MSO 중 가장 규모가 큰 것은 TCI(Telecommunication Inc.)로서 89년 현재 5,977,790명의 가입자를 확보하고 있으며 보스톤에 본사를 두고있는 Continental Cablevision은 무려 2백여개 이상의 CATV 시스템을 소유하고 있다.
다음의 (표 2)는 미국의 10대 CATV 시스템 오퍼레이터와 그 모기업인 MSO를 보여준다. 우리나라의 경우 기존의 738개의 유선방송업자를 보호할 수 있는 차원에서 프랜차이즈 제도가 논의되고 있으며 경과규정을 두는 안이 검토되고 있어서 단기간에 대규모 운영회사에 의한 독과점 현상은 일어나지 않을 것으로 예상된다.
3. 프로그램 공급업자 (Program Network & Provider)
시스템 운영자가 시설을 설치해 프로그램 공급사로부터 프로그램을 공급받아 가입자에게 전송해주고 이에 대한 수신료를 받아 운영하는데 비해 프로그램 공급업자(Program Network & Provider : 이하 공급업자)는 광고료 및 시스템 운영자로부터 프로그램 사용료를 징수하여 운영하고 있다.
공급업자는 다시 기본 서비스(Basic ; 기본 수신료만 지불하면 시청 가능한 프로그램)를 공급하는 회사와 유료서비스(Premium, Pay : 신청분에 대하여 추가로 시청료를 지불해야 하는 프로그램)를 공급하는 회사로 나뉘어진다.
(1) 기본서비스(Basic Service)
기본 서비스란 매달 내는 기본 수신료(basic monthly fee) 외에는 가입자에게 추가요금을 받기 않고 제공되는 프로그램으로서 상업적인 광고방송을 내는 것이 특징이다. 기본 서비스에서는 이 광고시간을 팔아서 수입을 벌어들인다. 이들이 파는 광고시간의 가격은 전체 시청자 수에 비례한다. 따라서 가능한 한 많은 케이블 시스템을 확보하려고 한다. 케이블 시스템의 확보는 곧 시스템에 가입되어 있는 시청자를 확보하는 것이기 때문이다.
기본 서비스의 프로그램 편성은 크게 두 가지로 압축된다. 하나는 특정분야만을 집중 편성하는 전문채널이고, 두번째는 'Full Service Basic Channel'로서 USA 네트워크가 대표적이다. USA 네트워크는 편성대를 스포츠 시간, 주간방송(daytime), 어린이 시간, 저녁방송의 넷으로 나누어 뉴스, 영화, 대담, 스포츠 등을 편성한다.
전문채널의 종류는 뉴스프로그램(CNN), 경제(Financial News Network), 스포츠(ESPN), 공공프로그램(C-SPAN), 어린이 프로그램(Nickelodeon), 교육 프로그램(TLC), 특별오락 프로그램(A&E)으로 크게 분류할 수 있다.
미국의 주요한 기본 서비스 공급업자는 다음의 (표 3)과 같다.
(2) 유료 서비스(Premium Service)
유료 서비스(Premium Service ; 유료 TV, Pay TV, Pay Cable)는 매달 내는 기본 수신료와는 별도로 추가요금을 지불해야 하는 서비스를 말한다. 도청을 막기 위한 Scramble이 있어서 Decoder를 부착해야만 프로그램을 시청할 수 있다. 유료 수신서비스(Pay Cable)의 효시는 1972년에 타임사에 의해 설립된 HBO(Home Box Office)다. 1975년 HBO가 최초로 위성을 통해 전국에 프로그램을 공급하여 성공을 거두자 80년대 들어 Viacom사의 Showtime을 필두로 유료 수신서비스 전문회사들이 등장하였다. 유료 수신서비스는 광고방송을 하지 않는 것을 그 특징으로 한다. 때문에 수입은 가입자가 내는 시청료에 의존한다. 그러나 가입자로부터 직접 거둬들이는 것이 아니라 유료 서비스를 제공받는 케이블 시스템이 가입자로부터 해당 서비스에 대한 시청료를 받고 가입자 당 정해진 비율의 서비스료를 유료 수신서비스 회사에 지불하게 된다.
일반적으로 40%는 프로그램 공급회사가 60%는 시스템 운영자가 갖는다. 유료 수신서비스는 영화, 스포츠, 특선 오락물이 주종을 이루는데, 현재 미국에는 9개의 유료 수신서비스 회사가 있다.
(3) 자체제작 프로그램(Local Origination : LO)
케이블 시스템 기본서비스, 유료서비스 외에도 시스템 가입자를 위해 자체 제작 프로그램을 제공한다. 이를 LO라고 부른다. 교육이나 학습프로그램이 자체 제작의 주류를 이루며 프랜차이즈 지역내의 대학이나 중고등학교, 공공도서관에서 케이블 시스템과 합작으로 자체 프로그램을 만들고 있다. 이는 CATV가 지역사회와 밀착된 지역매체임을 실증해 주는 좋은 예이다. LO는 케이블 시스템의 순수한 자체 제작물과 공공기관에서 지역 케이블 시스템의 채널을 빌어 만드는 악세스(access) 프로그램으로 구분되며 일본에서는 이를 자주방송이라고 부른다.
프로그램 공급업의 유형에는 이외에도 시청한 프로그램 단위로 돈을 내는 PPV(Pay Per View)와, 수퍼스테이션, Home Shopping Network 등이 있는데 차후 미국의 CATV 현황에서 자세히 논하기로 한다. 우리나라의 경우 CATV 사업에서 제일 취약한 부분이 바로 프로그램 공급업이다. 따라서 일정한도까지는 외국 프로그램 도입이 불가피할 것이며(예 : 텔레콤 서울과 CNN의 프로그램 공급계약) 미국과는 달리 프로그램 공급을 위한 케이블 시스템 확보 경쟁이 치열하지 않을 것이며 오히려 채널을 채우기에 급급한 실정이 될 것이다.
II. CATV 하드웨어의 이해
1. CATV 시스템의 기본 구성
CATV의 발달을 하드웨어 중심으로 보면 다음 (표 4)와 같다.
상기 도표는 미국이나 유럽의 기술적 진보에 맞추어 작성하였기 때문에 우리의 현실과는 차이가 있다. 우리나라의 경우 하드웨어 측면에서는 제3세대의 진입이 멀지 않으나 소프트웨어 측면에서는 유선방송관리법상의 규제에 의하여 아직도 중계 재송신 서비스 형태에 머물러 있는 실정이다. 그러나 CATV 시범사업 및 곧 이은 CATV 민간 참여는 CATV의 급속한 발전을 위한 기폭제가 될 것이다.
미국은 FCC 규정에 의해 CATV와 전기통신이 별도의 사업영역으로서 별개의 체계로 발전되고 있는데 비해 우리는 시범사업 이후의 케이블망 구축에 있어서 광대역 전송로의 확보로 ISDN 실현을 앞당길 수 있기 때문이다. 방송제도 연구위의 이러한 구상과는 달리 케이블망 설비작업에 참여하고자 하는 민간업체의 입장은 물론 다르다. 케이블망의 구축을 기존 전기통신사업자에게 맡길 경우 방송국 운영자의 입장에서 보면 사업 초기의 건설과 운영에 따르는 막대한 재원부담을 덜어주고 시스템 운영이나 프로그램 공급에 주력할 수 있는 장점이 있다는게 동위원회의 구상인 것으로 알려져 있다.
CATV의 기본개념은 중앙수신 안테나가 설치된 케이블 시스템에서 공중파 T∼치 전파와 자체 제작 및 구입 프로그램을 혼합하여 케이블을 통하여 가입자에게 전하는 것이다. 따라서 CATV 시스템의 기본적 구성은, 첫째 정보 및 프로그램의 공급원이라고 할 수 있는 시스템 전체를 제어할 수 있는 센타계, 둘째 센타계의 헤드엔드(Head End)에서 송출된 신호를 가입자의 단말기기까지 전송해주기 위한 통로인 전송계, 셋째 정보 및 프로그램을 수신하는 가입자 시설인 단말계이다
(그림 2)는 CATV 시스템의 기본구성이다.
2. 센타계의 기본 구성 및 설비
(1) 수신점 설비
센타계는 수신점 설비와 스튜디오 설비 그리고 헤드엔드 설비로 구성된다.
수신점 설비는 일반 방송의 on-air signal을 수신하여 증폭, 채널변화, 신호 레벨 등을 조정하여 헤드엔드에 공급하는 기능을 담당한다. 수신점 설비의 주요 구성 요소는 수신안테나, Pre-Amp, U/V Converter, Level Setter 등이 있다.
Pre-Amp의 기능은 전계가 미약한 수신지역에서 수신점(안테나) 가까이에 부착하여 헤드엔드 입력 레벨에 맞게 Signal을 공급하는 것이다. U/V 컨버터(Converter)는 안테나로부터 수신된 UHF 채널 신호를 VHF 채널로 변환하여 헤드엔드에 공급하는 역할을 한다.
(2) 스튜디오 설비
스튜디오 설비는 자체 프로그램을 제작하기 위한 시설로서 스튜디오 내부장치, 오디오, 믹서, 비디오분배기, 모니터 등의 조정실 장치, 편집 및 송출장치, 문자발생기 등을 말한다.
(3) 헤드엔드 설비 안테나에서 수신된 신호의 입력에서부터 케이블에 신호를 송출하기 전까지의 모든 설비를 말하며 채널변화 기능(U-V, V-U), 역변조 기능, TV on-air signal의 재송신 기능, 변조기능, 신호의 분리, 혼합기능을 갖고 있다. 주요 설비로는 Signal Processor, TV Modulator, Combiner/Splitter, Diplex Filter, Hum Eater 등이 있다. TV Modulator는 카메라 혹은 VTR 등으로부터 공급되는 A/V Baseband Signal을 케이블 네트워크에서 요구하는 지정 채널로 변조시켜 송출하는 역할을 한다.
Diplex Filter는 쌍방향 시스템에서 저주파 대역의 역방향 신호와 고주파 대역의 순방향 신호를 분리시키는 기능을 한다.
3. 전송계의 구성 설비와 기능
전송계는 헤드엔드에서 송출된 신호를 각 가입자의 단말기까지 전송하기 위한 통로에 해당하는 것으로서 CATV 시스템의 규모, 적용대상, 가입자의 분배 밀도, 헤드엔드의 위치, 지형적 조건에 따리 달라지며 또 신호의 전송이 단방향이냐 쌍방향이냐에 따라 달라진다. 쌍방향 시스템에서는 순방향과 역방향의 신호 사이에 간섭을 배제하기 위하여 Guard Band를 둔다.
(1) 동축케이블과 광섬유
동축(同軸) 케이블은 중심도체가 외부도체의 중심에 오도록 그 사이에 절연체를 끼웠으며 두 도체의 중심축이 일치되었기 때문에 동축이라는 이름이 붙게 되었다.
전기신호를 빛의 강약으로 변환시켜 전송하는 통신을 광통신이라고 하는데 이 광통신에 사용되는 가는 유리섬유를 광섬유(Optical Fiber)라고 한다. 광섬유는 굴절률이 높은 심선(Core)을 굴절률이 낮은 clad(cladding)라고 불리우는 유리섬유로 덮은 이중구조로 되어 있다.
TV 화상이나 컴퓨터의 데이타를 비롯한 각종 정보가 레이저광의 강약으로 변환되어 심선과 클래드간의 반사를 거듭하면서 Fiber 안을 통과한다.
수신단자에서는 Photodiode를 사용하여 본래의 전기신호로 다시 바꾸게 되는데 동축케이블에 비해 정보의 전송량이 훨씬 많고 손실이 적으며 잡음이 적다는 특징이 있다.
(2) 전송로의 구성
전송로는 간선(Trunk Line), 분궤선(Feeder Line), 분배선(Distributed Line), 인입선(Drop Line)으로 구성된다.
간선은 헤드엔드에서 송출된 신호를 서비스 구역 전체에 전송하기 위한 전송로로 전송거리가 길어지므로 고품질의 전송특성을 갖는 케이블과 간선증폭기가 사용된다. 분궤선은 간선에서 나와 분배선으로 가는 케이블이며, 분배선은 간선 혹은 분배선에서 나누어진 신호를 각 가입자에게 분배하기 위한 전송로를 말하며 가입자 인입단자수가 많으면 신호 감쇄량을 보충하기 위해 증폭기가 사용된다. 분궤선과 분배선을 합하여 분기선이라 부르기도 한다. 인입선은 분배선으로부터 가입자의 인입단자에까지 이르는 짧은 전송로이다.
(3) 전송로 주요 설비
전송로를 구성하는 제일 중요한 설비로서는 증폭기를 들 수 있는데 이는 시스템의 전반적인 품질을 결정하는 가장 중요한 소자로 이용되기 때문이다.
증폭기는 동축케이블에 의한 감쇄량과 분배기, 분기기 등에서 발생하는 신호 손실을 보상해서 신호 level을 유지하는 역할을 한다.
사용 위치, 용도에 따라 간선증폭기(Trunk Amplifier), 분기증폭기 (Bridger Amplifier), 연장증폭기(Line Extender Amplifier) 등으로 분류할 수 있다. 이외에도 전송로 상의 증폭기에 전원을 공급해 주는 Power Supplier, Power Inserter 등이 있다.
전송로의 구성형태는 (그림 3)과 같은 Tree & Branch 형이 일반적이다.
이 형태의 망은 광케이블의 분기가 어려우므로(또한 경제적 이유로) 동축케이블이 사용된다. Tree & Branch 형의 전송망에서 쌍방향 시스템을 구축하기 위해서는 상방향, 하방향으로 동축케이블을 1 선내에서 이원화 시키거나 아예 2선을 깔아야 하는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해 연구중인 전송망 형태가 Switched Star 형인데 광섬유 접속이 가능하다는 장점이 있지만 외국에서도 실험단계에 머무르고 있을 뿐 실용화되어 있지 않다.