Jednofrekvenční sítě (SFN) v digitálním pozemním vysílání

Úvod
Přenosový kanál (cesta) pro pozemní televizní vysílání je běžně a právem považován za nejkvalitnější kanál. Pozemní přenosový kanál je spojen s mnoha vlivy - aditivní šum a další rušivé signály (zejména v městských a průmyslových aglomeracích), ozvěny signálů - tzv. Multipath příjem. Existuje hlavně mnoho ozvěn, které většinou ovlivňují kvalitu přijímaných signálů. Tento efekt vede k selektivnímu vyblednutí podle polohy a frekvence. 

Po odrazu od přírodních a jiných objektů přichází jeden nebo více různě zpožděných signálů (ozvěn) do přijímací antény. Tyto signály se zpožděním způsobují vážnou degradaci přijímaného televizního signálu a odpovídajícího obrazu zejména v analogové televizi, kde se další obrazy objevují posunuté ve směru skenování - tzv. „Duchové“. V digitálním pozemním televizním vysílání byly účinky vícenásobného příjmu do značné míry potlačeny výběrem sofistikovaných modulačních metod. Jednou z mnoha výhod nově vznikajících norem pozemního digitálního video vysílání DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial definované v ETS 300744), DVB-H (Handheld), ale také dalších služeb - např. Digitální audio vysílání DAB (Digital Audio Broadcasting) nebo DRM (Digital Radio Mondial) je, kromě podpory mobilního příjmu, potlačení dopadů vícenásobného příjmu. Ve všech zmíněných standardech se používá metoda digitální modulace (C) OFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). První symbol C ve zkratce znamená, že datový tok je chráněn kódováním FEC pro korekci chyb (Forward Error Correction) pro detekci a opravu chyb, ke kterým dochází během přenosu.

 Pro ochranu symbolů se používá blokový Reed-Solomonův kód a pro ochranu bitů se používá konvoluční kód s různými kódovými rychlostmi. Modulace (C) OFDM je charakterizována vysokou odolností proti inter-symbolovému rušení (ISI), které by mohlo ohrozit přijímaný signál a zvýšit jejich chybovost v důsledku vícecestného příjmu. Digitální vysílání ve výše uvedených standardech lze provádět v tzv. Jednofrekvenční síti SFN (Single Frequency Network). Příjem více zpožděných signálů od několika vysílačů pracujících v jednofrekvenční síti lze využít i pro zlepšení energetické účinnosti vysílačů.


Poznámka:
Aplikace modulace (C) OFDM je účinným, nejčastěji používaným, ale jediným možným nástrojem k eliminaci dopadů vícenásobného příjmu. Jiným přístupem je například multisenzorový příjem s úhlově orientovaným systémem přijímacích antén a následné komplexní zpracování signálu včetně filtrování, vzorkování, konverze v základním pásmu s následným umístěním a oddělením různých zdrojů signálu (tzv. Array Processing). Podrobnější přehled je nad rámec tohoto článku a lze jej nalézt například v [4].


Princip SFN
Signální pokrytí určité oblasti může být zajištěno množstvím vysílačů, které vysílají multiplex digitálních televizních nebo rozhlasových signálů ve stejném frekvenčním kanálu. Jejich částečné signální příspěvky v přijímacím bodě nejen že nezasahují, za určitých okolností dokonce zlepšují příjem. Je tedy zřejmé, že jednofrekvenční sítě digitálních vysílačů mohou výrazně zlepšit využití frekvenčních pásem a kanálů, jakož i energetickou bilanci digitálních vysílačů. Digitální vysílače v SFN mohou být pro pokrytí signálem v dané oblasti, které je dostatečné pro kvalitní příjem, výrazně nižší výkon. Metody SFN nemohou být použity s pozemním analogovým \ televizním vysíláním, kde ve skutečnosti všechny současné světové televizní standardy používají amplitudovou vestigiální postranní modulaci a pracují v
vícefrekvenční sítě MFN (vícefrekvenční síť).


Jednofrekvenční sítě mohou být budovány pouze v omezeném prostoru, nikoli v celé zemi - dokonce i v tak malém jako Česká republika. Kde je ve skutečnosti ovlivněna velikost SFN? Předpokládejme, že v analyzované oblasti SFN:
• řada vysílačů DVB-T pracuje,
• všechny vysílače pracují na stejné frekvenci,
• tyto vysílače pracují se stejným a přesným časovým synchronním digitálním datovým multiplexem,
• úroveň přijatých signálů kdekoli v oblasti SFN dosahuje nejméně prahové hodnoty (úroveň, kterou musí DVB-T přijímač potřebovat) demodulovat a dekódovat signál správně). 



Časová synchronizace vysílačů v SFN
V jednofrekvenční síti musí být všechny jednotlivé vysílače synchronizovány přesně v čase. Každý vysílač musí vysílat současně stejný symbol OFDM. Modulace DVB-T je strukturována do rámců, přičemž jeden rámec se skládá ze symbolů 68 OFDM. Čtyři snímky tvoří jeden tzv. Superrámec a dva superrámce tvoří tzv. Megarámec (v režimu 2k čtyři superrámce). S ohledem na různé časové trvání symbolu OFDM, který závisí na parametrech použité modulace a kódování (režim tj. počet nosných, kódová rychlost, ochranný interval atd.), může být také odlišné časové trvání jednoho snímku. 

Časová synchronizace všech vysílaných paketů v transportním toku finálního datového multiplexu je zajištěna časovým signálem 1 pps (puls za sekundu), který je získáván ze systému GPS. Tento signál řídí časově synchronní vkládání speciálního paketu MIP (Megaframe Initialization Packet) do transportního toku na začátku každého mega snímku. Transportní tok MPEG2, generovaný například v centru přehrávání (TV studio), může být přenášen do jednotlivých vysílačů různorodými distribuční sítě (přes satelit, mikrovlnnou linku, optické vlákno, sítě ATM) s různým časovým zpožděním. Proto se synchronizace času pomocí signálu GPS provádí znovu u každého z vysílačů. Výsledkem této operace je stav, kdy každý DVB-T vysílač vysílá identické OFDM symboly ve stejnou dobu. 


Zisk SFN
Příspěvky energie jednotlivých vysílačů pracujících v jediné frekvenční síti se sčítají. Jednofrekvenční síť tedy vykazuje tzv. Zisk SFN. Tento zisk lze jednoduše formulovat následovně - dva DVBT vysílače s vysílacím výkonem Pv zajišťují za stejných podmínek (stejná směrovost a zisk antény) lepší pokrytí signálem (větší hodnoty intenzity pole) v poloze přijímače než jediný vysílač s dvojnásobný vysílací výkon 2Pv. Kvantitativní vyjádření zisku SFN, které závisí na poloze přijímače a na mnoha dalších faktorech, je nad rámec tohoto článku. 

Pokud byste chtěli postavit rozhlasovou stanici, vylepšete svůj FM rádiový vysílač nebo potřebujete jakýkoli jiný FM vybavení, neváhejte nás kontaktovat: [chráněno e-mailem].

Zanechat vzkaz 

Příjmení *

email *

Telefon

Adresa

Kód

Zpráva

 

Seznam zpráv