Réseaux monofréquences (SFN) dans la radiodiffusion numérique terrestre

Introduction
Le canal de transmission (voie) de la radiodiffusion télévisuelle terrestre est couramment et à juste titre considéré comme le canal de la pire qualité. Le canal de transmission terrestre est soumis à de nombreuses influences - bruit additif et autres signaux perturbateurs (notamment dans les agglomérations municipales et industrielles), échos de signal - réception dite à trajets multiples. Il y a principalement les nombreux échos qui influencent principalement la qualité des signaux reçus. Cet effet conduit à un évanouissement sélectif en fonction de l'emplacement et de la fréquence. 

Après une réflexion sur des objets naturels ou autres, un ou plusieurs signaux (échos) différés (divers) arrivent à l’antenne réceptrice. Ces signaux retardés entraînent une grave dégradation du signal de télévision reçu et de l'image correspondante, en particulier dans le cas de la télévision analogique, où des images supplémentaires apparaissent décalées dans le sens du balayage, appelées «images fantômes». En radiodiffusion télévisuelle numérique de Terre, les effets de la réception par trajets multiples ont été en grande partie supprimés par le choix de méthodes de modulation sophistiquées. Un des nombreux avantages des normes de radiodiffusion vidéo numérique terrestres émergentes, DVB-T (radiodiffusion vidéo numérique terrestre définie dans ETS 300744), DVB-H (portable), mais aussi les services suivants - par exemple, radiodiffusion audio numérique DAB (diffusion audio numérique) ou DRM (Digital Radio Mondial) est, outre le support de la réception mobile, la suppression des impacts de la réception par trajets multiples. Dans les normes susmentionnées, la méthode de modulation numérique (C) OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence codée) est utilisée. Le premier symbole C de l'abréviation signifie que le flux de données est protégé par le codage de correction d'erreur FEC (Forward Error Correction) pour détecter et corriger les erreurs survenues pendant la transmission.

 Pour la protection des symboles, un code de Reed-Solomon en bloc est utilisé, et pour la protection des bits, un code de convolution avec des débits de code différents est utilisé. La modulation (C) OFDM se caractérise par une grande robustesse contre les interférences entre symboles (ISI), qui menaceraient le signal reçu et augmenteraient leur taux d'erreur en raison de la réception par trajets multiples. La diffusion numérique dans les normes mentionnées ci-dessus peut être réalisée dans un réseau dit à fréquence unique SFN (réseau à fréquence unique). La réception de signaux plus retardés de plusieurs émetteurs travaillant dans le réseau monofréquence peut être utilisée même pour améliorer l'efficacité énergétique des émetteurs.


Remarque:
L’application de la modulation (C) OFDM est un outil efficace, le plus fréquemment utilisé, mais le seul possible pour éliminer les effets de la réception par trajets multiples. Une approche différente est par exemple la réception multicapteurs avec le système d'antennes de réception orienté angulairement et le traitement de signal complexe qui en résulte, y compris le filtrage, l'échantillonnage, la conversion de bande de base suivi de la localisation et la séparation de différentes sources de signal (traitement dit Array Processing). Un aperçu plus détaillé dépasse le cadre de cet article et peut être trouvé dans [4], par exemple.


Principe de la PNS
La couverture du signal d'une zone donnée peut être fournie par un certain nombre d'émetteurs, transmettant le multiplex de signaux de télévision ou de radio numériques dans le canal de fréquence identique. Leurs contributions de signal partielles au point de réception non seulement n'interfèrent pas, dans certaines circonstances, améliorent même la réception. Il est donc évident que les réseaux monofréquences d’émetteurs numériques peuvent considérablement améliorer l’utilisation des bandes de fréquences et des canaux ainsi que le bilan énergétique des émetteurs numériques. Les émetteurs numériques en SFN peuvent avoir une puissance considérablement moindre pour la couverture du signal de la zone donnée, suffisante pour une réception de qualité. Les méthodes de réseau SFN ne peuvent pas être utilisées avec la radiodiffusion télévisuelle analogique terrestre, où, de fait, toutes les normes de télévision du monde actuel utilisent la modulation à bande passante d’amplitude et opèrent en mode continu.
réseaux multifréquences MFN (réseau multifréquences).


Les réseaux monofréquences ne peuvent être construits que dans une zone limitée, et non sur un pays entier - même aussi petit que la République tchèque. Avec quoi la taille du SFN est-elle affectée? Supposons que dans la zone SFN analysée:
• un certain nombre d'émetteurs DVB-T fonctionnent,
• tous les émetteurs fonctionnent à la même fréquence,
• ces émetteurs fonctionnent avec le même multiplex de données numériques synchrones à heure exacte,
• le niveau des signaux reçus n’importe où dans la zone du SFN atteint au moins la valeur limite seuil (le niveau que le récepteur DVB-T doit pouvoir démoduler et décoder correctement le signal). 



Synchronisation temporelle des émetteurs en SFN
Dans un réseau monofréquence, tous les émetteurs individuels doivent être synchronisés avec précision. Chaque émetteur doit diffuser le symbole OFDM absolument identique en même temps. La modulation DVB-T est structurée en trames, une trame étant composée de symboles 68 OFDM. Quatre trames forment une soi-disant super-image et deux super-images constituent une soi-disant méga-image (dans le mode 2k quatre super-images). En ce qui concerne différents La durée du symbole OFDM, qui dépend des paramètres de modulation et de codage utilisés (mode, c.-à-d. le nombre de porteuses, le débit du code, l'intervalle de garde, etc.), la durée d'une trame peut également être différente. 

La synchronisation temporelle de tous les paquets transmis dans le flux de transport du multiplex de données final est assurée par le signal temporel 1 pps (impulsion par seconde), acquis à partir du système GPS. Ce signal contrôle l’insertion synchronisée dans le temps du paquet spécial MIP (Megaframe Initialization Packet) dans le flux de transport au début de chaque méga-image. Le flux de transport MPEG2, généré par exemple dans le centre de diffusion (studio de télévision), peut être acheminé vers les différents émetteurs par la réseaux de distribution (par satellite, ligne hyperfréquence, fibre optique, réseaux ATM) avec des délais différents. Par conséquent, la synchronisation de l'heure par le signal GPS est à nouveau effectuée dans chacun des émetteurs. Le résultat de cette opération est l'état dans lequel chaque émetteur DVB-T diffuse des symboles OFDM identiques exactement au même moment. 


Gain SFN
Les contributions de puissance des émetteurs individuels travaillant dans le réseau monofréquence s'ajoutent. Par conséquent, le réseau monofréquence présente un gain dit SFN. Ce gain peut être simplement formulé de la manière suivante: deux émetteurs DVBT dotés de la puissance de diffusion Pv garantissent dans les mêmes conditions (même directivité et même gain d’antenne) une meilleure couverture du signal (valeurs de l’intensité du champ plus grandes) qu'un émetteur unique avec la double puissance de diffusion 2Pv. L'expression quantitative du gain SFN, qui dépend de la position du récepteur et de nombreux autres facteurs, dépasse le cadre de cet article. 

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