단주파수망

단일 주파수 네트워크 또는 SFN은 여러 송신기가 동시에 동일한 주파수 채널을 통해 동일한 신호를 송신하는 방송 네트워크다.

아날로그 AM, FM 라디오 방송망뿐만 아니라 디지털 방송망도 이런 식으로 운용할 수 있다. SFN은 동일한 신호의 메아리로 인해 고스팅이 발생하기 때문에 일반적으로 아날로그 텔레비전 전송과 호환되지 않는다.

단순화된 형태의 SFN은 갭 필러 송신기로 활용되는 저전력 공동 채널 중계기, 부스터 또는 방송 번역기에 의해 달성될 수 있다.

SFN의 목적은 무선 주파수의 효율적인 활용으로 기존의 다주파수 네트워크(MFN) 전송에 비해 더 많은 수의 라디오 및 TV 프로그램이 가능하다. 또한 SFN은 수신된 총 신호 강도가 송신기 사이의 중간 위치로 증가할 수 있기 때문에 MFN에 비해 커버리지 면적을 증가시키고 정전 확률을 감소시킬 수 있다.

SFN 체계는 비방송 무선 통신에서 예를 들어 셀룰러 네트워크와 무선 컴퓨터 네트워크와 같이 송신기 매크로다양성, CDMA 소프트 핸드오프 및 동적 단일 주파수 네트워크(DSFN)라고 불리는 것과 다소 유사하다.

SFN 전송은 다중 경로 전파의 심각한 형태로 간주될 수 있다. 무선 수신기는 동일한 신호의 여러 메아리를 수신하며, 이러한 메아리의 건설적 또는 파괴적 간섭(자체 간섭이라고도 함)은 페이딩을 초래할 수 있다. 이는 특히 광대역통신과 높은 데이터 전송률 디지털 통신에서 문제가 되는데, 이 경우 페이딩은 주파수 선택적(평평한 페이딩과는 반대로)이며, 에코가 확산되는 시간이 심볼간 간섭(ISI)을 초래할 수 있기 때문이다. 페이딩과 ISI는 다양성 체계와 평준화 필터를 통해 피할 수 있다.

OFDM 및 COFDM

광대역 디지털 방송에서는 OFDM 또는 COFDM 변조 방법에 의해 자기 간섭 취소가 촉진된다. OFDM은 하나의 고속 광대역 변조기 대신 많은 수의 느린 저대역폭 변조기를 사용한다. 각 모듈레이터에는 고유의 주파수 서브 채널과 서브캐리어 주파수가 있다. 각 모듈레이터는 속도가 매우 느리기 때문에 기호 사이에 경계 간격을 삽입할 수 있어 ISI를 제거할 수 있다. 페이딩은 전체 주파수 채널에 걸쳐 주파수 선택성이 있지만 협대역 하위 채널 내에서 플랫으로 간주할 수 있다. 따라서 고급 이퀄라이제이션 필터는 피할 수 있다. 전방 오류 수정 코드(FEC)는 서브캐리어 중 특정 부분이 너무 많은 페이딩에 노출되어 올바르게 디모딩되지 않는 경우에 대응할 수 있다.

OFDM is utilized in the terrestrial digital TV broadcasting systems DVB-T (used in Europe and many other areas), ISDB-T (used in Japan and Brazil) and in ATSC 3.0. OFDM is also widely used in digital radio systems, including DAB, HD Radio, and T-DMB. Therefore, these systems are well-suited to SFN operation.

DVB-T SFN

DVB-T에서 SFN 기능은 구현 가이드에서 시스템으로 설명된다.^[1] 재송신기, 갭필러 송신기(본질적으로 저전력 동기식 송신기) 및 주 송신기 타워 간 SFN 사용이 가능하다.

DVB-T SFN은 COFDM 신호의 가드 간격이 다양한 경로 반향의 발생을 가능하게 하는 것은 여러 송신기가 동일한 주파수로 동일한 신호를 전송하는 것과 다르지 않다는 사실을 이용한다. 중요한 매개변수는 그것이 거의 동시에 그리고 같은 주파수에서 발생해야 한다는 것이다. GPS 수신기(여기서는 PPS 및 10MHz 신호를 제공하는 것으로 가정함)와 같은 시간 전송 시스템 및 기타 유사한 시스템의 다용성은 송신기 사이의 위상 및 주파수 조정을 가능하게 한다. 가드 간격은 타이밍 예산을 허용하며, 그 중 몇 마이크로초가 사용된 시간 전송 시스템의 시간 오류에 할당될 수 있다.^[1] GPS 수신기 최악의 시나리오는 일반적인 구성에서 DVB-T SFN의 시스템 요구 내에서 +/- 1µs의 시간을 제공할 수 있다.

모든 송신기에서 동일한 전송 시간을 달성하기 위해서는, 송신기로의 전송을 제공하는 네트워크의 전송 지연을 고려할 필요가 있다. 발신지에서 송신기로의 지연은 다양하므로, 신호가 송신기에 동시에 도달하도록 출력 측에서 지연을 추가하는 시스템이 필요하다. 이는 메가프레임을 형성하는 MPEG-2 트랜스포트 스트림의 특수 마커를 사용하여 삽입되는 메가프레임 초기화 패킷(MIP)이라는 데이터 스트림에 삽입된 특수 정보를 사용하여 달성된다. MIP는 PPS 신호를 기준으로 측정된 대로 SFN 어댑터에서 시간 스탬프로 표시되며 최대 지연(10MHz의 기간)과 함께 100ns 스텝(10MHz)으로 계산된다. SYNC 어댑터는 실제 네트워크 지연을 측정하기 위해 10 MHz를 사용하여 로컬 변종 PPS에 대해 MIP 패킷을 측정한 다음 최대 지연이 달성될 때까지 패킷을 보류한다. 자세한 내용은 ETSI TR 101 190에서, 메가프레임 세부사항은 ETSI TS 101 191에서 확인할 수 있다.^[2]

메가프레임 형식의 분해능은 100ns 단계로, 정확도는 1-5µs 범위일 수 있다는 점을 이해해야 한다. 해상도는 필요한 정확도에 충분하다. 이는 가드간격이 시스템 시간 오류와 경로 시간 오류로 분리되는 네트워크 계획 측면이기 때문에 정확도 제한이 엄격히 필요하지 않다. 100ns 단계는 30m의 차이를 나타내는 반면 1µs는 300m의 차이를 나타낸다. 이 거리는 송신기 타워와 반사 사이의 최악의 거리와 비교할 필요가 있다. 또한, 수신기는 송신탑으로부터의 신호가 지리적으로 멀리 떨어져 있을 것으로 예상되지 않기 때문에, 이들 송신탑 사이의 정확도 요구사항이 없기 때문에 SFN 도메인의 인근 타워와 관련된다.

소위 GPS 프리 솔루션이라고 불리는 것이 존재하며, 이것은 기본적으로 타이밍 분배 시스템으로서 GPS를 대체한다. 그러한 시스템은 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 위한 전송 시스템과의 통합에서 이점을 제공할 수 있다. 기본 요건을 충족할 수 있기 때문에 SFN 시스템의 다른 측면은 변경하지 않는다.

ATSC 및 8VSB

온채널 리피터(repeater)를 염두에 두고 설계한 것은 아니지만, 북미에서 디지털 TV에 사용되는 8VSB 변조 방식은 상대적으로 유령 취소에 능하다. WPSU-TV의 초기 실험은 SFN의 A/110 ASC 표준으로 이어졌다. ATSC SFN은 푸에르토리코와 남부 캘리포니아와 같은 산악지대에서 가장 널리 사용되어 왔으나, 보다 온화한 지형에서도 사용되고 있거나 계획되어 있다.^[3]

초기 ATSC 튜너는 다중 경로 전파를 잘 다루지 못했으나, 이후 시스템은 상당한 개선을 보였다. ^[4]

가상 채널 번호 부여를 통해 ATSC에서 시청자에게 다주파수 네트워크(MFN)가 SFN으로 등장할 수 있다.

대체 변조

SFN 자기간섭취소에 OFDM 변조를 사용하는 방법의 대안은 다음과 같다.

• CDMA Rake 수신기.
• MIMO 채널(예: 단계별 배열 안테나)
• 단일 반송파 주파수 영역 균등화(SC-FDE), 즉, 보호 구간 및 FFT 기반 주파수 영역 균등화와 결합된 단일 반송파 변조 또는 다중 사용자 버전 단일 반송파 FDMA(SC-FDMA)이다.

참고 항목

• 분산 전송 시스템
• 방송 번역기
• 협동 다양성
• 거시적 다양성
• 멀티캐스트 브로드캐스트 단일 주파수 네트워크
• 디지털 비디오 방송, ISDB-T, ATSC
• OFDM, 가드 간격
• 준동기 전송

참조

외부 링크

• 단일 주파수 네트워크 기술 개요
• 모바일 셀룰러 도시 환경 및 셀 토폴로지에서 SFN의 현장 측정 편익의 예로는 2009년 3월 20일 개방형 액세스 웹사이트 [1]에서 Christian Le Floc'h, Regis Duval "DVB-SH를 통한 SFN 표시(S-UMTS 대역 무선 전파 성능 평가)"를 참조한다.