Sieć jednoczęstotliwościowa

Sieć jednoczęstotliwościowa lub SFN to sieć rozgłoszeniowa , w której kilka nadajników jednocześnie wysyła ten sam sygnał na tym samym kanale częstotliwości .

Model sieci jednoczęstotliwościowej Góra: sieć wieloczęstotliwościowa Dół: sieć jednoczęstotliwościowa

analogowe sieci radiowe AM i FM , a także cyfrowe sieci nadawcze. Numery SFN generalnie nie są kompatybilne z analogową transmisją telewizyjną, ponieważ SFN powoduje efekt zjawy z powodu echa tego samego sygnału.

przemiennika współkanałowego o małej mocy , wzmacniacza lub translatora transmisji , który jest wykorzystywany jako nadajnik wypełniający lukę.

Celem sieci SFN jest efektywne wykorzystanie widma radiowego , umożliwiające nadawanie większej liczby programów radiowych i telewizyjnych w porównaniu z tradycyjną transmisją w sieci wieloczęstotliwościowej (KNU). SFN może również zwiększyć obszar pokrycia i zmniejszyć prawdopodobieństwo awarii w porównaniu z MFN, ponieważ całkowita siła odbieranego sygnału może wzrosnąć do pozycji w połowie odległości między nadajnikami.

Schematy SFN są nieco analogiczne do tego, co w nierozgłoszeniowej komunikacji bezprzewodowej, na przykład w sieciach komórkowych i bezprzewodowych sieciach komputerowych, nazywa się makroróżnorodnością nadajnika , miękkim przełączaniem CDMA i dynamicznymi sieciami pojedynczej częstotliwości (DSFN).

Transmisję SFN można uznać za tworzenie poważnej formy propagacji wielościeżkowej . Odbiornik radiowy odbiera kilka ech tego samego sygnału, a konstruktywna lub destrukcyjna interferencja między tymi echami (znana również jako samointerferencja ) może spowodować zanik . Jest to problematyczne zwłaszcza w szerokopasmowej i komunikacji cyfrowej o dużej szybkości transmisji danych, ponieważ zanikanie w tym przypadku jest selektywne względem częstotliwości (w przeciwieństwie do zanikania płaskiego), a ponieważ rozłożenie echa w czasie może skutkować interferencją międzysymbolową (ISI). Zanikania i ISI można uniknąć za pomocą schematów dywersyfikacji i filtrów wyrównawczych .

OFDM i COFDM

W szerokopasmowej transmisji cyfrowej eliminowanie zakłóceń własnych jest ułatwione dzięki metodzie modulacji OFDM lub COFDM . OFDM wykorzystuje dużą liczbę wolnych modulatorów o niskiej przepustowości zamiast jednego szybkiego modulatora szerokopasmowego. Każdy modulator ma swój własny podkanał częstotliwości i częstotliwość podnośnej. Ponieważ każdy modulator jest bardzo wolny, możemy sobie pozwolić na wstawienie przedziału ochronnego między symbolami, a tym samym wyeliminowanie ISI. Chociaż zanik jest selektywny względem częstotliwości w całym kanale częstotliwości, można go uznać za płaski w podkanale wąskopasmowym. W ten sposób można uniknąć zaawansowanych filtrów korekcyjnych. Kod korekcji błędów w przód (FEC) może przeciwdziałać narażeniu niektórych podnośnych na zbyt duże zanikanie, aby można je było poprawnie zdemodulować.

systemie naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T (używany w Europie i innych regionach), ISDB-T (używany w Japonii i Brazylii ) oraz w ATSC 3.0 . OFDM jest również szeroko stosowany w cyfrowych systemach radiowych, w tym DAB , HD Radio i T-DMB . Dlatego systemy te dobrze nadają się do pracy SFN.

DVB-T SFN

W DVB-T funkcjonalność SFN jest opisana jako system w przewodniku implementacji. Pozwala na retransmitery, nadajniki wypełniające luki (zasadniczo nadajnik synchroniczny małej mocy) i wykorzystanie SFN między głównymi wieżami nadawczymi.

DVB-T SFN wykorzystuje fakt, że odstęp ochronny sygnału COFDM, który pozwala na wystąpienie echa na ścieżce o różnej długości, nie różni się od interwału wielu nadajników transmitujących ten sam sygnał na tej samej częstotliwości. Krytycznymi parametrami jest to, że musi to nastąpić mniej więcej w tym samym czasie iz tą samą częstotliwością. Wszechstronność systemów transferu czasu, takich jak GPS odbiorników (tu zakłada się dostarczanie sygnałów PPS i 10 MHz) oraz innych podobnych systemów pozwala na koordynację fazową i częstotliwościową pomiędzy nadajnikami. Przedział ochronny pozwala na budżet czasowy, z którego kilka mikrosekund można przydzielić błędom czasowym używanego systemu przenoszenia czasu. Odbiornik GPS w najgorszym przypadku jest w stanie zapewnić czas +/- 1 µs, czyli dobrze w ramach potrzeb systemowych DVB-T SFN w typowej konfiguracji.

Aby osiągnąć ten sam czas transmisji na wszystkich nadajnikach, należy uwzględnić opóźnienie transmisji w sieci zapewniającej transport do nadajników. Ponieważ opóźnienie od miejsca pochodzenia do nadajnika jest różne, potrzebny jest system dodający opóźnienie po stronie wyjściowej, tak aby sygnał docierał do nadajników w tym samym czasie. Osiąga się to za pomocą specjalnych informacji wprowadzanych do strumienia danych, zwanych Mega-frame Initialization Packet (MIP), które są wstawiane za pomocą specjalnego znacznika do strumienia transportowego MPEG-2, tworząc mega-ramkę. MIP jest oznaczony znacznikiem czasu w adapterze SFN, mierzony względem sygnału PPS i liczony w krokach co 100 ns (okres czasu 10 MHz) z maksymalnym opóźnieniem (zaprogramowanym w adapterze SFN) obok. Adapter SYNC porównuje pakiet MIP z lokalnym wariantem PPS, wykorzystując częstotliwość 10 MHz do pomiaru rzeczywistego opóźnienia sieci, a następnie wstrzymując pakiety do osiągnięcia maksymalnego opóźnienia. Szczegóły można znaleźć w ETSI TR 101 190, a szczegóły megaramek w ETSI TS 101 191.

Należy rozumieć, że rozdzielczość formatu mega-ramki jest wyrażona w krokach co 100 ns, podczas gdy wymagana dokładność może mieścić się w zakresie 1-5 µs. Rozdzielczość jest wystarczająca dla wymaganej dokładności. Nie ma ścisłej potrzeby wyznaczania limitu dokładności, ponieważ jest to aspekt planowania sieci, w którym przedział ochronny jest dzielony na błąd czasu systemu i błąd czasu ścieżki. Krok 100 ns reprezentuje różnicę 30 m, podczas gdy 1 µs reprezentuje różnicę 300 m. Odległości te należy porównać z najgorszą odległością między wieżami nadajnika a odbiciami. Ponadto dokładność czasu odnosi się do pobliskich wież w domenie SFN, ponieważ nie oczekuje się, że odbiornik zobaczy sygnał z wież transmisyjnych oddalonych geograficznie, więc nie ma wymagań dotyczących dokładności między tymi wieżami.

Istnieją tak zwane rozwiązania bez GPS, które zasadniczo zastępują GPS jako system dystrybucji czasu. Taki system może zapewnić korzyści w integracji z systemem transmisji dla Strumienia Transportowego MPEG-2. Nie zmienia to żadnego innego aspektu systemu SFN, ponieważ podstawowe wymagania mogą zostać spełnione.

ATSC i 8VSB

Chociaż nie została zaprojektowana z myślą o przemiennikach kanałowych, metoda modulacji 8VSB stosowana w Ameryce Północnej w telewizji cyfrowej jest stosunkowo dobra w usuwaniu duchów . Wczesne eksperymenty w WPSU-TV doprowadziły do powstania standardu ATSC dla SFN, A/110. ATSC SFN były najszersze zastosowanie na obszarach górskich, takich jak Puerto Rico i południowa Kalifornia , ale są również używane lub planowane w łagodniejszym terenie.

Wczesne tunery ATSC nie radziły sobie zbyt dobrze z propagacją wielościeżkową, ale w późniejszych systemach nastąpiła znaczna poprawa.

Dzięki zastosowaniu numeracji kanałów wirtualnych sieć wieloczęstotliwościowa (KNU) może być wyświetlana widzowi jako numer SFN w ATSC.

Alternatywne modulacje

Alternatywami dla stosowania modulacji OFDM w eliminowaniu zakłóceń własnych SFN byłyby:

Odbiorniki CDMA Rake .
Kanały MIMO (tj. antena fazowana )
Wyrównywanie w domenie częstotliwości z pojedynczą nośną (SC-FDE), tj. modulacja z pojedynczą nośną połączona z odstępami ochronnymi i wyrównywaniem w dziedzinie częstotliwości w oparciu o FFT lub jej wersja dla wielu użytkowników FDMA z pojedynczą nośną (SC-FDMA).

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Przegląd techniczny sieci jednoczęstotliwościowej
przykład mierzonych w terenie korzyści SFN w mobilnych komórkowych środowiskach miejskich i topologiach komórek, patrz Christian Le Floc'h, Regis Duval „SFN over DVB-SH manifestations at full network level (S-UMTS band radio propagation performances assessment)”, 20 marca 2009 r. Na stronie internetowej o otwartym dostępie [1]