Red de frecuencia única

Una red de frecuencia única ( SFN , por sus siglas en inglés) es una red de difusión en la que varios transmisores envían simultáneamente la misma señal a través del mismo canal de frecuencia .

Las redes de radiodifusión analógicas AM y FM , así como las redes de radiodifusión digital, pueden operar de esta manera. Las redes de frecuencia única (SFN) generalmente no son compatibles con la transmisión de televisión analógica , ya que la SFN produce imágenes fantasma debido a los ecos de la misma señal.

Se puede lograr una forma simplificada de SFN mediante un repetidor , amplificador o traductor de difusión de baja potencia que opere en el mismo canal y que se utilice como transmisor de relleno de huecos.

El objetivo de las redes de frecuencia única (SFN) es la utilización eficiente del espectro radioeléctrico , lo que permite una mayor cantidad de programas de radio y televisión en comparación con la transmisión tradicional de 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 en cierto modo análogos a lo que en la comunicación inalámbrica no radial , por ejemplo, las redes celulares y las redes informáticas inalámbricas, se denomina macrodiversidad del transmisor , transferencia suave CDMA y redes dinámicas de frecuencia única (DSFN).

La transmisión SFN puede considerarse como una forma severa de propagación multitrayecto . 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 especialmente problemático 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 generar interferencia intersímbolo (ISI). El desvanecimiento y la ISI pueden evitarse mediante esquemas de diversidad y filtros de ecualización .

Los transmisores que forman parte de una red de frecuencias estables (SFN) no deben utilizarse para la navegación mediante la localización de la dirección, ya que la dirección de los mínimos o máximos de la señal puede diferir de la dirección hacia el transmisor.

En la radiodifusión digital de banda ancha , la cancelación de autointerferencia se facilita mediante el método de modulación OFDM o COFDM . OFDM utiliza un gran número de moduladores lentos de bajo ancho de banda en lugar de un único 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 insertar un intervalo de guarda entre los símbolos, eliminando así la ISI. Aunque el desvanecimiento es selectivo en frecuencia en todo el canal de frecuencia, puede considerarse plano dentro del subcanal de banda estrecha. Por lo tanto, se pueden evitar los filtros de ecualización avanzados. Un código de corrección de errores hacia adelante (FEC) puede contrarrestar que algunas subportadoras estén expuestas a un desvanecimiento excesivo que impida su correcta demodulación.

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

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

El DVB-T SFN utiliza el hecho de que el intervalo de guarda de la señal COFDM permite que se produzcan ecos de trayectoria de diversas longitudes, lo cual no difiere de lo que ocurre cuando múltiples transmisores emiten la misma señal en la misma frecuencia. El parámetro crítico es que debe ocurrir aproximadamente en el mismo tiempo y en la misma frecuencia. La versatilidad de los sistemas de transferencia de tiempo, como los receptores GPS (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 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 DVB-T SFN en una configuración típica.

Para lograr el mismo tiempo de transmisión en todos los transmisores, es necesario considerar el retardo de transmisión en la red que proporciona el transporte a los transmisores. Dado que el retardo desde el sitio de origen hasta el transmisor varía, se requiere un sistema que agregue retardo en la salida para que la señal llegue a los transmisores simultáneamente. Esto se logra mediante el uso de información especial insertada en el flujo de datos, denominada 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 se marca con una marca de tiempo en el adaptador SFN, medida en relación con la señal PPS y contada en pasos de 100 ns (periodo de 10  MHz) con el retardo máximo (programado en el adaptador SFN) junto con él. El adaptador SYNC compara el paquete MIP con su variante local de PPS utilizando los 10  MHz para medir el retardo real de la red y luego retiene los paquetes hasta que se alcanza el retardo máximo. Los detalles se encuentran en ETSI TR 101 190 ^{[ 1 ]} y los detalles del megacuadro en ETSI TS 101 191. ^{[ 2 ]}

Cabe señalar que la resolución del formato mega-frame se establece en pasos de 100 ns, mientras que la precisión requerida puede estar en el rango de 1 a 5 μs. La resolución es suficiente para la precisión necesaria. No existe una necesidad estricta de un límite de precisión, ya que se trata de un aspecto de la planificación de la red, en el que el intervalo de guarda se divide en error de tiempo del sistema y error de tiempo de la ruta. 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 transmisoras y las reflexiones. Asimismo, la precisión temporal se refiere a las torres cercanas en un dominio SFN, ya que no se espera que un receptor vea la señal de torres de transmisión geográficamente distantes, por lo que no existen requisitos de precisión entre estas torres.

Existen soluciones sin GPS que, en esencia, reemplazan al GPS como sistema de distribución de temporización. Este sistema puede ofrecer ventajas en la integración con el sistema de transmisión del flujo de transporte MPEG-2. No modifica ningún otro aspecto del sistema SFN, ya que se cumplen los requisitos básicos.

Aunque no se diseñó pensando en repetidores en el mismo canal, el método de modulación 8VSB utilizado en Norteamérica para la televisión digital es relativamente bueno para la cancelación de señales fantasma . Los primeros experimentos en WPSU-TV dieron lugar a un estándar ATSC para SFN, A/110. Los SFN de ATSC se han utilizado más ampliamente en zonas montañosas como Puerto Rico y el sur de California , pero también se utilizan o se planean en terrenos más suaves. ^{[ 3 ]}

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

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

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

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

• Sistema de transmisión distribuida
• Traductor de difusión
• Diversidad cooperativa
• Macrodiversidad
• Red de multidifusión y difusión de frecuencia única
• Radiodifusión de vídeo digital , ISDB-T , ATSC
• OFDM , intervalo de guarda
• Transmisión cuasi-síncrona

• Descripción técnica general de la red de frecuencia única
• Para un ejemplo de los beneficios medidos en campo de SFN en entornos urbanos de telefonía móvil y topologías celulares, véase Christian Le Floc'h, Regis Duval "SFN sobre DVB-SH: manifestaciones a nivel de red completa (evaluación del rendimiento de propagación de radio en banda S-UMTS)", 20 de marzo de 2009, en el sitio web de acceso abierto Google Sites: Iniciar sesión.