単一周波数ネットワーク

単一周波数ネットワーク( SFN)は、複数の送信機が同じ周波数チャネルを介して同じ信号を同時に送信するブロードキャスト ネットワークです。

アナログAMおよびFMラジオ放送ネットワーク、およびデジタル放送ネットワークは、この方法で動作できます。SFN では同じ信号のエコーにより ゴーストが発生するため、SFN は通常、アナログテレビ送信とは互換性がありません。

SFN の簡略化された形式は、ギャップ フィラー送信機として利用される 低電力の同一チャネルリピーター、ブースター、またはブロードキャスト トランスレータによって実現できます。

SFN の目的は、無線スペクトルを効率的に利用し、従来のマルチ周波数ネットワーク(MFN) 送信と比較して、より多くのラジオ番組やテレビ番組を放送できるようにすることです。SFN では、受信信号の総強度が送信機間の中間位置まで増加する可能性があるため、MFN と比較して、カバーエリアが拡大し、停止の可能性が低くなることもあります。

SFN 方式は、セルラー ネットワークやワイヤレス コンピュータ ネットワークなどの非ブロードキャストワイヤレス通信で、送信機マクロダイバーシティ、CDMAソフト ハンドオフ、および動的単一周波数ネットワーク(DSFN) と呼ばれる方式と多少類似しています。

SFN 伝送は、深刻な形態のマルチパス伝搬を生み出すものと考えられます。無線受信機は同じ信号のエコーを複数受信し、これらのエコー間の建設的または破壊的な干渉(自己干渉とも呼ばれる) により、フェーディングが発生する可能性があります。これは、特に広帯域通信や高データ レートのデジタル通信では問題となります。その場合のフェーディングは周波数選択的 (フラット フェーディングとは対照的) であり、エコーの時間拡散により符号間干渉(ISI) が発生する可能性があるためです。フェーディングと ISI は、ダイバーシティ スキームとイコライゼーション フィルターによって回避できます。

SFN の一部である送信機は、信号の最小値または最大値の方向が送信機の方向と異なる可能性があるため、 方向探知によるナビゲーションには使用しないでください。

広帯域デジタル放送では、OFDMまたはCOFDM変調方式によって自己干渉の除去が容易になります。OFDM では、1 つの高速広帯域変調器の代わりに、多数の低速低帯域幅変調器を使用します。各変調器には、独自の周波数サブチャネルとサブキャリア周波数があります。各変調器は非常に低速なので、シンボル間にガード インターバルを挿入して ISI を排除することができます。フェージングは​​周波数チャネル全体で周波数選択的ですが、狭帯域サブチャネル内では平坦であると見なすことができます。したがって、高度なイコライゼーション フィルターを回避できます。前方誤り訂正コード (FEC) は、一部のサブキャリアがフェージングの影響を過度に受けて正しく復調されないようにすることができます。

OFDMは、地上デジタルテレビ放送システム DVB-T（ヨーロッパなどで使用）、ISDB-T（日本、ブラジル、フィリピンで使用）、ATSC 3.0で使用されています。OFDMは、 DAB、HDラジオ、T-DMBなどのデジタルラジオシステムでも広く使用されています。そのため、これらのシステムはSFN運用に適しています。

DVB-Tでは、SFN機能は実装ガイドでシステムとして説明されています。^[1]これにより、再送信機、ギャップフィラー送信機（基本的には低電力同期送信機）、およびメイン送信塔間のSFNの使用が可能になります。

DVB-T SFN は、COFDM 信号のガード インターバルによって、同じ信号を同じ周波数に送信する複数の送信機のパス エコーと変わらない長さのさまざまなパス エコーが発生することを利用しています。重要なパラメーターは、ほぼ同じ時間に同じ周波数で発生する必要があることです。GPS 受信機 (ここでは PPS および 10 MHz 信号を提供するものと想定) などの時間転送システムやその他の同様のシステムの汎用性により、送信機間の位相と周波数の調整が可能になります。ガード インターバルによってタイミング バジェットが可能になり、そのうち数マイクロ秒が、使用される時間転送システムの時間エラーに割り当てられる場合があります。^[1] GPS 受信機の最悪のシナリオでは、+/- 1 μs の時間を提供できます。これは、一般的な構成の DVB-T SFN のシステム要件を十分に満たしています。

すべての送信機で同じ送信時間を実現するには、送信機へのトランスポートを提供するネットワークの送信遅延を考慮する必要があります。発信元サイトから送信機までの遅延は変化するため、信号が送信機に同時に到達するように出力側で遅延を追加するシステムが必要です。これは、メガフレーム初期化パケット (MIP) と呼ばれるデータ ストリームに挿入される特別な情報を使用することで実現されます。このパケットは、メガフレームを形成する MPEG-2 トランスポート ストリームに特別なマーカーを使用して挿入されます。MIP は、SFN アダプタでタイムスタンプが付けられ、PPS 信号に対して測定され、100 ns ステップ (10 MHz の周期時間) でカウントされ、最大遅延 (SFN アダプタにプログラムされている) が横に表示されます。SYNC アダプタは、10 MHz を使用して実際のネットワーク遅延を測定し、最大遅延が達成されるまでパケットを保持しながら、PPS のローカル バリアントに対して MIP パケットを測定します。詳細はETSI TR 101 190 ^[1]に記載されており、メガフレームの詳細についてはETSI TS 101 191 ^{[2]に記載されています。}

メガフレーム形式の解像度は 100 ns 単位ですが、必要な精度は 1 ～ 5 μs の範囲であることを理解する必要があります。解像度は必要な精度に十分です。これはネットワーク計画の側面であり、ガード間隔がシステム時間エラーとパス時間エラーに分離されているため、厳密な精度制限は必要ありません。100 ns ステップは 30 m の差を表し、1 μs は 300 m の差を表します。これらの距離は、送信塔と反射間の最悪の距離と比較する必要があります。また、時間精度は SFN ドメイン内の近くの塔に関連します。受信機は地理的に離れた送信塔からの信号を見ることはないため、これらの塔間の精度要件はありません。

タイミング配信システムとして GPS を本質的に置き換える、いわゆる GPS フリー ソリューションが存在します。このようなシステムは、MPEG-2 トランスポート ストリームの送信システムとの統合にメリットをもたらす可能性があります。基本的な要件を満たすことができるため、SFN システムの他の側面は変更されません。

オンチャネルリピーターを考慮して設計されていないが、北米でデジタルテレビに使用されている8VSB変調方式はゴースト除去に比較的優れている。WPSU -TVでの初期の実験により、 SFNのATSC規格であるA/110が生まれた。ATSC SFNはプエルトリコや南カリフォルニアなどの山岳地帯で最も広く使用されているが、より緩やかな地形でも使用されているか、計画されている。^[3]

初期のATSCチューナーはマルチパス伝播の処理があまり得意ではなかったが、その後のシステムでは大幅な改善が見られた。^[4]

仮想チャネル番号付けを使用することで、マルチ周波数ネットワーク (MFN) は ATSC の視聴者に SFN として表示されます。

SFN 自己干渉キャンセルで OFDM 変調を使用する代わりに、次の方法があります。

• CDMA レーキ受信機。
• MIMOチャネル (フェーズドアレイアンテナなど)
• シングルキャリア周波数領域イコライゼーション(SC-FDE)、つまりガードインターバルとFFTベースの周波数領域イコライゼーションを組み合わせたシングルキャリア変調、またはそのマルチユーザーバージョンであるシングルキャリア FDMA (SC-FDMA)。

• 分散伝送システム
• 放送翻訳者
• 協同組合の多様性
• マクロ多様性
• マルチキャストブロードキャスト単一周波数ネットワーク
• デジタルビデオ放送、ISDB-T、ATSC
• OFDM、ガードインターバル
• 準同期伝送

• 単一周波数ネットワークの技術概要
• モバイル セルラー都市環境とセル トポロジーにおける SFN の現場で測定された利点の例については、Christian Le Floc'h、Regis Duval の「SFN over DVB-SH manifestations at full network level (S-UMTS band radio propagation performances evaluation)」(2009 年 3 月 20 日、オープン アクセス ウェブサイト Google Sites: Sign-in) を参照してください。