Одночастотная сеть или SFN — это широковещательная сеть , в которой несколько передатчиков одновременно передают один и тот же сигнал по одному и тому же частотному каналу.
Аналоговые сети радиовещания AM и FM , а также сети цифрового вещания могут работать таким образом. SFN обычно несовместимы с передачей аналогового телевидения , поскольку SFN приводит к появлению ореолов из-за эха того же сигнала.
Упрощенная форма SFN может быть достигнута с помощью маломощного ретранслятора , усилителя или транслятора вещания , который используется в качестве передатчика-заполнителя.
Целью SFN является эффективное использование радиоспектра , позволяющее передавать большее количество радио- и телепрограмм по сравнению с передачей по традиционной многочастотной сети (MFN). SFN может также увеличить зону покрытия и уменьшить вероятность сбоя по сравнению с MFN, поскольку общая мощность принимаемого сигнала может увеличиться до положений, находящихся 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 создающую серьезную форму многолучевого распространения . Радиоприемник принимает несколько эхо-сигналов одного и того же сигнала, и конструктивная или деструктивная интерференция между этими эхо-сигналами (также известная как самоинтерференция ) может привести к замиранию . Это проблематично, особенно в широкополосной связи и цифровой связи с высокой скоростью передачи данных, поскольку замирание в этом случае является частотно-селективным (в отличие от плоского замирания), и поскольку распространение эхо-сигналов по времени может привести к межсимвольным помехам (ISI). Затухания и ISI можно избежать с помощью схем разнесения и корректирующих фильтров .
Передатчики, являющиеся частью SFN, не должны использоваться для навигации посредством пеленгации , поскольку направление минимумов или максимумов сигналов может отличаться от направления на передатчик.
В широкополосном цифровом вещании подавление собственных помех обеспечивается 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 поднесущую частоту. Поскольку каждый модулятор очень медленный, мы можем позволить себе вставить защитный интервал между символами и тем самым устранить ISI. Хотя замирание является частотно-селективным по всему частотному каналу, его можно считать равномерным в пределах узкополосного подканала. Таким образом, можно избежать использования усовершенствованных выравнивающих фильтров. Код прямого исправления 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 и Бразилии ) и в ATSC 3.0 . OFDM также широко используется в системах цифровой радиосвязи , включая DAB , HD Radio и T-DMB . Следовательно, эти системы хорошо подходят для работы в SFN.
В DVB-T функциональность SFN описывается как система в руководстве по внедрению. [1] Это позволяет использовать ретрансляторы, передатчики-заполнители пробелов (по сути, синхронные передатчики малой мощности) и использовать SFN между основными передатчиками.
В DVB-T SFN используется тот факт, что защитный интервал сигнала COFDM допускает появление эхо-сигналов различной длины, не отличающийся 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 с одинаковой частотой. Универсальность систем передачи времени, таких как приемники GPS (здесь предполагается, что они обеспечивают сигналы PPS и 10 МГц), а также других подобных систем, позволяет координировать фазу и частоту между передатчиками. Защитный интервал учитывает временной бюджет, из которого несколько микросекунд могут быть выделены на временные ошибки используемой системы передачи времени. [1] В худшем случае приемник GPS способен обеспечить время +/- 1 мкс, что вполне соответствует системным потребностям DVB-T SFN в типичной конфигурации.
Чтобы добиться одинакового времени передачи на всех передатчиках, необходимо учитывать задержку передачи в сети, обеспечивающей транспортировку к передатчикам. Поскольку задержка от исходного узла до передатчика варьируется, необходима система, добавляющая задержку на выходной стороне, чтобы сигнал достиг передатчиков одновременно. Это достигается за счет использования специальной информации, вставляемой в поток данных, называемой пакетом инициализации мегакадра (MIP), который вставляется с использованием специального маркера в транспортный поток MPEG-2, образуя мегакадр. MIP имеет метку времени в адаптере SFN, измеряемую относительно сигнала PPS и рассчитываемую с шагом 100 нс (время периода 10 МГц) с максимальной задержкой (запрограммированной в адаптере SFN). Адаптер SYNC сравнивает пакет MIP со своим локальным вариантом PPS, используя частоту 10 МГц для измерения фактической задержки в сети, а затем удерживает пакеты до тех пор, пока не будет достигнута максимальная задержка. Подробности можно найти в ETSI TR 101 190 [1] , а подробности мегафреймов — в ETSI TS 101 191. [2]
Следует понимать, что разрешение формата мегакадра устанавливается с шагом 100 нс, тогда как требуемая точность может находиться в диапазоне 1–5 мкс. Разрешение достаточно для необходимой точности. Нет строгой необходимости в ограничении точности, поскольку это аспект сетевого планирования, в котором защитный интервал разделяется на ошибку системного времени и ошибку времени пути. Шаг в 100 нс соответствует разнице в 30 м, а шаг в 1 мкс соответствует разнице в 300 м. Эти расстояния необходимо сравнить с расстоянием в наихудшем случае между вышками передатчиков и отражениями. Кроме того, точность времени относится к близлежащим вышкам в домене SFN, поскольку не ожидается, что приемник увидит сигнал от передающих вышек, находящихся географически далеко друг от друга, поэтому между этими вышками нет требований к точности.
Существуют так называемые решения без GPS, которые по существу заменяют GPS в качестве системы распределения времени. Такая система может обеспечить выгоду от интеграции с системой передачи транспортного потока MPEG-2. Это 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 предназначен для внутриканальных ретрансляторов, он относительно хорошо справляется с подавлением побочных эффектов . Ранние эксперименты на WPSU-TV привели к созданию стандарта ATSC для SFN, A/110. ATSC SFN получили наибольшее распространение в горных районах, таких как Пуэрто-Рико и Южная Калифорния , но также используются или планируются и в более мягкой местности. [3]
Ранние тюнеры ATSC не очень хорошо справлялись с многолучевым распространением, но в более поздних системах были достигнуты значительные улучшения. [4]
Благодаря использованию нумерации виртуальных каналов многочастотная сеть (MFN) может отображаться для зрителя в ATSC как SFN.
Альтернативами использованию модуляции OFDM при подавлении собственных помех SFN могут быть: