Одночастотная сеть ( SFN) — это вещательная сеть , в которой несколько передатчиков одновременно передают один и тот же сигнал по одному и тому же частотному каналу.
Аналоговые сети AM и FM радиовещания, а также цифровые сети вещания могут работать таким образом. SFN, как правило, несовместимы с аналоговой телевизионной передачей, поскольку SFN приводит к появлению ореолов из-за эха того же сигнала.
Упрощенная форма SFN может быть реализована с помощью маломощного ретранслятора совмещенного канала , усилителя или транслятора вещания , который используется в качестве передатчика-заполнителя пауз.
Целью SFN является эффективное использование радиоспектра , что позволяет передавать большее количество радио- и телепрограмм по сравнению с традиционной многочастотной сетью (MFN). SFN также может увеличить зону покрытия и снизить вероятность сбоев по сравнению с MFN, поскольку общая мощность принимаемого сигнала может увеличиться до позиций посередине между передатчиками.
Схемы SFN в некоторой степени аналогичны тому, что в невещательной беспроводной связи, например, в сотовых сетях и беспроводных компьютерных сетях, называется макроразнесением передатчиков , мягкой передачей обслуживания CDMA и динамическими одночастотными сетями (DSFN).
Передачу SFN можно рассматривать как создание серьезной формы многолучевого распространения . Радиоприемник принимает несколько эхо-сигналов одного и того же сигнала, и конструктивная или деструктивная интерференция между этими эхо-сигналами (также известная как самопомеха ) может привести к замиранию . Это проблематично, особенно в широкополосной связи и высокоскоростной цифровой связи, поскольку замирание в этом случае является частотно-избирательным (в отличие от плоского замирания), и поскольку временное распространение эхо-сигналов может привести к межсимвольной интерференции (ISI). Замирания и ISI можно избежать с помощью схем разнесения и фильтров выравнивания .
Передатчики, входящие в состав SFN, не следует использовать для навигации методом пеленгации , поскольку направление минимумов или максимумов сигнала может отличаться от направления на передатчик.
В широкополосном цифровом вещании подавление собственных помех облегчается методом модуляции OFDM или COFDM . OFDM использует большое количество медленных модуляторов с низкой полосой пропускания вместо одного быстрого широкополосного модулятора. Каждый модулятор имеет свой собственный частотный подканал и частоту поднесущей. Поскольку каждый модулятор очень медленный, можно позволить себе вставить защитный интервал между символами и таким образом устранить ISI. Хотя замирание является частотно-избирательным по всему частотному каналу, его можно считать плоским в пределах узкополосного подканала. Таким образом, можно избежать расширенных фильтров выравнивания. Код прямой коррекции ошибок (FEC) может противодействовать тому, что некоторые поднесущие подвергаются слишком сильному замиранию для правильной демодуляции.
OFDM используется в системе наземного цифрового телевещания DVB-T (используется в Европе и других регионах), ISDB-T (используется в Японии , Бразилии и Филиппинах ) и в ATSC 3.0 . OFDM также широко используется в системах цифрового радио , включая DAB , HD Radio и T-DMB . Поэтому эти системы хорошо подходят для работы в SFN.
В DVB-T функционал SFN описывается как система в руководстве по внедрению. [1] Он допускает ретрансляторы, передатчики-заполнители пауз (по сути, маломощные синхронные передатчики) и использование SFN между основными передающими вышками.
DVB-T SFN использует тот факт, что защитный интервал сигнала COFDM допускает возникновение эхо-сигналов различной длины, что не отличается от такового у нескольких передатчиков, передающих один и тот же сигнал на одной и той же частоте. Критическим параметром является то, что это должно происходить примерно в одно и то же время и на одной и той же частоте. Универсальность систем передачи времени, таких как приемники GPS (здесь предполагается, что они обеспечивают сигналы PPS и 10 МГц), а также другие подобные системы, позволяет координировать фазы и частоты между передатчиками. Защитный интервал допускает временной бюджет, из которого несколько микросекунд могут быть выделены на временные ошибки используемой системы передачи времени. [1] Наихудший сценарий для приемника GPS способен обеспечить время +/- 1 мкс, что вполне соответствует системным потребностям DVB-T SFN в типичной конфигурации.
Чтобы достичь одинакового времени передачи на всех передатчиках, необходимо учитывать задержку передачи в сети, обеспечивающей транспортировку к передатчикам. Поскольку задержка от исходного сайта до передатчика различается, необходима система для добавления задержки на выходной стороне таким образом, чтобы сигнал достигал передатчиков одновременно. Это достигается с помощью использования специальной информации, вставленной в поток данных, называемой пакетом инициализации мегакадра (MIP), который вставляется с помощью специального маркера в транспортный поток MPEG-2, образуя мегакадр. MIP имеет временную метку в адаптере SFN, измеряемую относительно сигнала PPS и подсчитываемую с шагом 100 нс (период времени 10 МГц) с максимальной задержкой (запрограммированной в адаптере SFN) рядом. Адаптер SYNC измеряет пакет MIP относительно своего локального варианта PPS, используя 10 МГц для измерения фактической сетевой задержки, а затем задерживая пакеты до достижения максимальной задержки. Подробную информацию можно найти в ETSI TR 101 190 [1], а сведения о мегакадрах — в ETSI TS 101 191. [2]
Следует понимать, что разрешение формата мегакадра составляется с шагом 100 нс, тогда как требования к точности могут находиться в диапазоне 1–5 мкс. Разрешение достаточно для необходимой точности. Нет строгой необходимости в пределе точности, поскольку это аспект планирования сети, в котором защитный интервал разделяется на системную временную ошибку и временную ошибку пути. Шаг в 100 нс представляет разницу в 30 м, тогда как 1 мкс представляет разницу в 300 м. Эти расстояния необходимо сравнить с наихудшим расстоянием между вышками передатчика и отражениями. Кроме того, точность времени относится к близлежащим вышкам в домене SFN, поскольку приемник не должен видеть сигнал от вышек передачи, находящихся географически далеко друг от друга, поэтому нет требований к точности между этими вышками.
Существуют так называемые решения без GPS, которые по сути заменяют GPS как систему распределения времени. Такая система может обеспечить преимущество в интеграции с системой передачи для транспортного потока MPEG-2. Она не меняет никаких других аспектов системы SFN, поскольку основные требования могут быть выполнены.
Хотя метод модуляции 8VSB , используемый в Северной Америке для цифрового телевидения , не был разработан с учетом ретрансляторов на канале, он относительно хорош для подавления паразитных сигналов . Ранние эксперименты в WPSU-TV привели к стандарту ATSC для SFN, A/110. ATSC SFN нашли самое широкое применение в горных районах, таких как Пуэрто-Рико и Южная Калифорния , но также используются или планируются в более пологих местностях. [3]
Ранние тюнеры ATSC не очень хорошо справлялись с многолучевым распространением, но в более поздних системах были достигнуты значительные улучшения. [4]
Благодаря использованию виртуальной нумерации каналов многочастотная сеть (MFN) может отображаться для зрителя в ATSC как SFN.
Альтернативами использованию модуляции OFDM при подавлении собственных помех в SFN могут быть: