Redes de frecuencia única (SFN) en radiodifusión digital terrestre

Introducción
El canal de transmisión (ruta) para la transmisión de TV terrestre se considera comúnmente y con razón como el canal de peor calidad. El canal de transmisión terrestre está sujeto a muchas influencias: ruido aditivo y otras señales perturbadoras (es decir, en las aglomeraciones municipales e industriales), ecos de señal, la llamada recepción multitrayecto. Existen principalmente los muchos ecos que influyen principalmente en la calidad de las señales recibidas. Este efecto conduce al desvanecimiento selectivo de ubicación y frecuencia. 

Después de una reflexión de objetos naturales y de otro tipo, una o más señales diferidas (ecos) llegan a la antena receptora. Estas señales de retraso de tiempo causan una degradación severa de la señal de televisión recibida y la imagen correspondiente, particularmente en la televisión analógica, donde las imágenes adicionales aparecen desplazadas en la dirección de exploración, los llamados "fantasmas". En la transmisión de televisión digital terrestre, los efectos de la recepción multitrayectoria se suprimieron en gran medida al elegir métodos de modulación sofisticados. Una de las muchas ventajas de los estándares de emisión de video digital terrestre emergentes DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestre definido en ETS 300744), DVB-H (Handheld), pero también los siguientes servicios, por ejemplo, transmisión de audio digital DAB (Digital Audio Broadcasting) o DRM (Digital Radio Mondial) es, además del soporte de recepción móvil, la supresión de los impactos de recepción de múltiples rutas. En todos los estándares mencionados, se utiliza el método de modulación digital (C) OFDM (Multiplex de división de frecuencia ortogonal codificada). El primer símbolo C en la abreviatura significa que el flujo de datos está protegido por la codificación de corrección de errores FEC (corrección de errores hacia adelante) para detectar y corregir los errores que ocurren durante la transmisión.

 Para la protección de símbolos, se utiliza un código de bloque Reed-Solomon, y para la protección de bits, se emplea un código convolucional con diferentes velocidades de código. La modulación (C) OFDM se caracteriza por una alta robustez contra la interferencia entre símbolos (ISI), que amenazaría la señal recibida y aumentaría sus tasas de error debido a la recepción de múltiples rutas. La transmisión digital en los estándares mencionados anteriormente se puede realizar en la llamada red de frecuencia única SFN (Red de frecuencia única). La recepción de más señales retrasadas de varios transmisores que funcionan en la red de frecuencia única puede utilizarse incluso para mejorar la eficiencia energética de los transmisores.


Nota:
La aplicación de la modulación (C) OFDM es una herramienta efectiva, utilizada con mayor frecuencia, pero solo posible para eliminar los impactos de la recepción de trayectos múltiples. Un enfoque diferente es, por ejemplo, la recepción multisensor con el sistema de antenas de recepción orientado angularmente y el consiguiente procesamiento complejo de la señal, incluido el filtrado, el muestreo, la conversión de la banda base, seguida de la ubicación y separación de diferentes fuentes de señal (el llamado Procesamiento de matriz). Una descripción más detallada está más allá del alcance de este documento y se puede encontrar en [4], por ejemplo.


Principio de la SFN
La cobertura de la señal de un área determinada puede ser proporcionada por varios transmisores, que transmiten el múltiplex de la televisión digital o señales de radio en el mismo canal de frecuencia. Sus contribuciones parciales de señal en el punto de recepción no solo no interfieren, en ciertas circunstancias incluso mejoran la recepción. Por lo tanto, es obvio que las redes de frecuencia única de transmisores digitales pueden mejorar considerablemente la utilización de bandas y canales de frecuencia, así como el balance energético de los transmisores digitales. Los transmisores digitales en SFN podrían tener una potencia considerablemente menor para la cobertura de señal del área dada, suficiente para una recepción de calidad. Los métodos de SFN no se pueden usar con la transmisión de televisión / analógica terrestre, donde, de hecho, todos los estándares de televisión del mundo actual usan modulación de banda lateral vestigial de amplitud y operan en
Redes multifrecuencia MFN (Red multifrecuencia).


Las redes de frecuencia única se pueden construir solo en un área limitada, no en todo un país, incluso tan pequeño como la República Checa. ¿Con qué afecta realmente el tamaño de SFN? Supongamos que en el área SFN analizada:
• funcionan varios transmisores DVB-T,
• todos los transmisores funcionan a la misma frecuencia,
• estos transmisores funcionan con el mismo múltiplex de datos digitales síncronos de tiempo exacto,
• el nivel de las señales recibidas en cualquier parte del área SFN alcanza al menos el valor límite de umbral (el nivel que el receptor DVB-T necesita para poder demodular y decodificar la señal correctamente). 



Sincronización horaria de transmisores en SFN
En una red de frecuencia única, todos los transmisores individuales deben estar exactamente sincronizados en el tiempo. Cada transmisor debe transmitir un símbolo OFDM absolutamente idéntico al mismo tiempo. La modulación DVB-T está estructurada en cuadros, un cuadro compuesto de símbolos 68 OFDM. Cuatro cuadros conforman un llamado súper cuadro y dos súper cuadros forman el llamado mega cuadro (en el modo 2k cuatro súper cuadros). Con respecto a diferentes duración del tiempo del símbolo OFDM, que depende de los parámetros de modulación y codificación utilizados (modo, es decir, número de portadoras, velocidad de código, intervalo de guarda, etc.), la duración del tiempo de una sola trama también puede ser diferente. 

La sincronización horaria de todos los paquetes transmitidos en el flujo de transporte del múltiplex de datos final está asegurada por la señal horaria 1 pps (pulso por segundo), que se adquiere del sistema GPS. Esta señal controla la inserción síncrona de tiempo del paquete especial MIP (Megaframe Initialization Packet) en el flujo de transporte al comienzo de cada mega trama. El flujo de transporte MPEG2, generado por ejemplo en el centro de reproducción (estudio de TV), puede ser transportado a los transmisores individuales por diversos redes de distribución (por satélite, línea de microondas, fibra óptica, redes ATM) con diferentes demoras. Por lo tanto, la sincronización horaria por la señal GPS se realiza nuevamente en cada uno de los transmisores. Un resultado de esta operación es el estado, donde cada transmisor DVB-T emite símbolos OFDM idénticos exactamente al mismo tiempo. 


SFN Gain
Las contribuciones de potencia de los transmisores individuales que trabajan en la red de frecuencia única se suman. Por lo tanto, la red de frecuencia única muestra la llamada ganancia SFN. Esta ganancia puede formularse simplemente de la siguiente manera: dos transmisores DVBT con la potencia de transmisión Pv aseguran en las mismas condiciones (la misma directividad y ganancia de antena) una mejor cobertura de señal (mayores valores de la intensidad de campo) en la posición del receptor que un solo transmisor con La potencia de transmisión doble 2Pv. La expresión cuantitativa de la ganancia de SFN, que depende de la posición del receptor y de muchos otros factores, está más allá del alcance de este documento. 

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