Red de frecuencia única

Una red de frecuencia única o SFN es una red de transmisión donde varios transmisores envían simultáneamente la misma señal a través del mismo canal de frecuencia .

Las redes de transmisión de radio AM y FM analógicas , así como las redes de transmisión digital, pueden funcionar de esta manera. Las SFN no suelen ser compatibles con la transmisión de televisión analógica , ya que la SFN produce imágenes superpuestas debido a los ecos de la misma señal.

Una forma simplificada de SFN se puede lograr mediante un repetidor , amplificador o traductor de transmisión cocanal de baja potencia , que se utiliza como un transmisor de relleno de espacios.

El objetivo de las SFN es la utilización eficiente del espectro radioeléctrico , permitiendo una mayor cantidad de programas de radio y televisión en comparación con la transmisión tradicional mediante redes multifrecuencia (MFN). Una SFN también puede aumentar el área de cobertura y disminuir la probabilidad de interrupción en comparación con una MFN, ya que la intensidad total de la señal recibida puede aumentar hasta posiciones intermedias entre los transmisores.

Los esquemas SFN son algo análogos a lo que en las comunicaciones inalámbricas no de difusión , por ejemplo, redes celulares y redes de computadoras inalámbricas, se denomina macrodiversidad de transmisor , transferencia suave CDMA y redes dinámicas de frecuencia única (DSFN).

La transmisión SFN puede considerarse como una forma grave de propagación por trayectos múltiples . El receptor de radio recibe varios ecos de la misma señal y la interferencia constructiva o destructiva entre estos ecos (también conocida como autointerferencia ) puede provocar desvanecimiento . Esto es problemático especialmente en comunicaciones de banda ancha y comunicaciones digitales de alta velocidad de datos, ya que el desvanecimiento en ese caso es selectivo en frecuencia (a diferencia del desvanecimiento plano) y dado que la dispersión temporal de los ecos puede provocar interferencia entre símbolos (ISI). El desvanecimiento y la ISI se pueden evitar mediante esquemas de diversidad y filtros de ecualización .

Los transmisores, que forman parte de una SFN, no se deben utilizar para la navegación mediante radiogoniometría , ya que la dirección de los mínimos o máximos de la señal puede diferir de la dirección al transmisor.

En la radiodifusión digital de banda ancha , la cancelación de la autointerferencia se facilita mediante el método de modulación OFDM o COFDM . OFDM utiliza una gran cantidad de moduladores lentos de bajo ancho de banda en lugar de un modulador rápido de banda ancha. Cada modulador tiene su propio subcanal de frecuencia y frecuencia de subportadora. Dado que cada modulador es muy lento, se puede permitir insertar un intervalo de guarda entre los símbolos y, de este modo, eliminar la ISI. Aunque el desvanecimiento es selectivo en frecuencia en todo el canal de frecuencia, se puede considerar plano dentro del subcanal de banda estrecha. De este modo, se pueden evitar los filtros de ecualización avanzados. Un código de corrección de errores hacia adelante (FEC) puede contrarrestar que algunas de las subportadoras estén expuestas a demasiado desvanecimiento para ser demoduladas correctamente.

OFDM se utiliza en el sistema de transmisión de televisión digital terrestre DVB-T (utilizado en Europa y otras regiones), ISDB-T (utilizado en Japón , Brasil y Filipinas ) y en ATSC 3.0 . OFDM también se utiliza ampliamente en sistemas de radio digital , incluidos DAB , HD Radio y T-DMB . Por lo tanto, estos sistemas son adecuados para el funcionamiento de SFN.

En DVB-T, una funcionalidad SFN se describe como un sistema en la guía de implementación. ^[1] Permite retransmisores, transmisores de relleno de huecos (esencialmente un transmisor sincrónico de baja potencia) y el uso de SFN entre torres transmisoras principales.

La SFN DVB-T utiliza el hecho de que el intervalo de guarda de la señal COFDM permite que se produzcan ecos de varias longitudes de trayectoria, lo que no es diferente de lo que ocurre con varios transmisores que transmiten la misma señal en la misma frecuencia. El parámetro crítico es que debe producirse aproximadamente al mismo tiempo y a la misma frecuencia. La versatilidad de los sistemas de transferencia de tiempo, como los receptores GPS (que aquí se supone que proporcionan señales PPS y de 10 MHz), así como otros sistemas similares, permite la coordinación de fase y frecuencia entre los transmisores. El intervalo de guarda permite un presupuesto de tiempo, del cual se pueden asignar varios microsegundos a los errores de tiempo del sistema de transferencia de tiempo utilizado. ^[1] En el peor de los casos, un receptor GPS puede proporcionar un tiempo de +/- 1 μs, dentro de las necesidades del sistema de SFN DVB-T en una configuración típica.

Para lograr el mismo tiempo de transmisión en todos los transmisores, se debe considerar el retardo de transmisión en la red que proporciona el transporte a los transmisores. Dado que el retraso desde el sitio de origen hasta el transmisor varía, se necesita un sistema para agregar retraso en el lado de salida de modo que la señal llegue a los transmisores al mismo tiempo. Esto se logra mediante el uso de información especial insertada en el flujo de datos llamado Paquete de inicialización de megatrama (MIP), que se inserta utilizando un marcador especial en el flujo de transporte MPEG-2 formando una megatrama. El MIP tiene una marca de tiempo en el adaptador SFN, medida en relación con la señal PPS y contada en pasos de 100 ns (período de tiempo de 10 MHz) con el retraso máximo (programado en el adaptador SFN) al lado. El adaptador SYNC mide el paquete MIP contra su variante local de PPS utilizando los 10 MHz para medir el retraso de red real y luego reteniendo los paquetes hasta que se alcanza el retraso máximo. Los detalles se pueden encontrar en ETSI TR 101 190 ^[1] y los detalles de megatrama en ETSI TS 101 191. ^[2]

Debe entenderse que la resolución del formato mega-frame se da en pasos de 100 ns, mientras que la precisión necesaria puede estar en el rango de 1-5 μs. La resolución es suficiente para la precisión necesaria. No hay una necesidad estricta de un límite de precisión ya que se trata de un aspecto de planificación de red, en el que el intervalo de guarda se separa en error de tiempo del sistema y error de tiempo de trayectoria. Un paso de 100 ns representa una diferencia de 30 m, mientras que 1 μs representa una diferencia de 300 m. Estas distancias deben compararse con la distancia en el peor de los casos entre las torres del transmisor y las reflexiones. Además, la precisión del tiempo se relaciona con las torres cercanas en un dominio SFN, ya que no se espera que un receptor vea la señal de las torres de transmisión que están geográficamente alejadas, por lo que no hay requisitos de precisión entre estas torres.

Existen las denominadas soluciones sin GPS, que básicamente sustituyen al GPS como sistema de distribución de tiempo. Este sistema puede resultar beneficioso en la integración con el sistema de transmisión para el flujo de transporte MPEG-2. No cambia ningún otro aspecto del sistema SFN, ya que se pueden cumplir los requisitos básicos.

Si bien no está diseñado para repetidores en el mismo canal, el método de modulación 8VSB utilizado en Norteamérica para la televisión digital es relativamente bueno en la cancelación de imágenes fantasma . Los primeros experimentos en WPSU-TV condujeron a un estándar ATSC para SFN, A/110. Las SFN ATSC se han utilizado más ampliamente en áreas montañosas como Puerto Rico y el sur de California , pero también se utilizan o se planea utilizar en terrenos más suaves. ^[3]

Los primeros sintonizadores ATSC no eran muy buenos para manejar la propagación por trayectos múltiples, pero los sistemas posteriores han experimentado mejoras significativas. ^[4]

Mediante el uso de numeración de canales virtuales , una red multifrecuencia (MFN) puede aparecer como una SFN para el espectador en ATSC.

Las alternativas al uso de modulación OFDM en la cancelación de autointerferencias SFN serían:

• Receptores de rastrillo CDMA .
• Canales MIMO (es decir, antena de matriz en fase )
• Ecualización en el dominio de frecuencia de portadora única (SC-FDE), es decir, modulación de portadora única combinada con intervalos de guarda y ecualización en el dominio de frecuencia basada en FFT , o su versión multiusuario FDMA de portadora única (SC-FDMA).

• Sistema de transmisión distribuida
• Traductor de transmisiones
• Diversidad cooperativa
• Macrodiversidad
• Red de frecuencia única de transmisión por multidifusión
• Transmisión de vídeo digital , ISDB-T , ATSC
• OFDM , intervalo de guarda
• Transmisión cuasi-sincrónica

• Descripción técnica de la red de frecuencia única
• Para ver un ejemplo de los beneficios medidos en campo de SFN en entornos urbanos celulares móviles y topologías celulares, consulte Christian Le Floc'h, Regis Duval "SFN over DVB-SH manifestations at full network level (S-UMTS band radio propagation performances evaluation)", 20 de marzo de 2009, en el sitio web de acceso abierto Google Sites: Iniciar sesión