شبكة أحادية التردد

شبكة التردد الواحد ( SFN ) هي شبكة بث حيث تقوم عدة أجهزة إرسال بإرسال نفس الإشارة في وقت واحد عبر نفس قناة التردد .

يمكن لشبكات البث الإذاعي التناظرية AM و FM ، بالإضافة إلى شبكات البث الرقمي، العمل بهذه الطريقة. ولا تتوافق شبكات SFN عمومًا مع البث التلفزيوني التناظري ، لأنها تُسبب تشويشًا ناتجًا عن صدى الإشارة نفسها.

يمكن تحقيق شكل مبسط من SFN عن طريق مكرر قناة مشتركة منخفض الطاقة أو معزز أو مترجم بث ، والذي يتم استخدامه كجهاز إرسال لملء الفجوة.

تهدف شبكات التردد الواحد (SFN) إلى الاستخدام الأمثل للطيف الراديوي ، مما يسمح ببث عدد أكبر من البرامج الإذاعية والتلفزيونية مقارنةً بشبكات الترددات المتعددة التقليدية (MFN). كما قد تزيد شبكة التردد الواحد من مساحة التغطية وتقلل من احتمالية انقطاع الخدمة مقارنةً بشبكة الترددات المتعددة، حيث يمكن أن ترتفع قوة الإشارة المستقبلة الإجمالية إلى مواقع متوسطة بين أجهزة الإرسال.

تتشابه مخططات SFN إلى حد ما مع ما يسمى في الاتصالات اللاسلكية غير البثية ، على سبيل المثال الشبكات الخلوية وشبكات الكمبيوتر اللاسلكية، بتنوع الإرسال الكلي ، والتسليم الناعم لتقنية CDMA، وشبكات التردد الفردي الديناميكية (DSFN).

يمكن اعتبار إرسال SFN بمثابة شكل حاد من أشكال انتشار الإشارات عبر مسارات متعددة . يستقبل جهاز الاستقبال اللاسلكي عدة أصداء لنفس الإشارة، وقد يؤدي التداخل البنّاء أو الهدّام بين هذه الأصداء (المعروف أيضًا بالتداخل الذاتي ) إلى تلاشي الإشارة . يُعدّ هذا الأمر إشكاليًا، لا سيما في الاتصالات واسعة النطاق والاتصالات الرقمية عالية معدل نقل البيانات، نظرًا لأن التلاشي في هذه الحالة يكون انتقائيًا للتردد (على عكس التلاشي المتساوي)، ولأن تباعد الأصداء زمنيًا قد يؤدي إلى تداخل بين الرموز (ISI). يمكن تجنب التلاشي وتداخل الرموز باستخدام تقنيات التنوع ومرشحات المعادلة .

لا ينبغي استخدام أجهزة الإرسال، التي تعد جزءًا من شبكة SFN، للملاحة عبر تحديد الاتجاه لأن اتجاه الحد الأدنى للإشارة أو الحد الأقصى للإشارة يمكن أن يختلف عن الاتجاه إلى جهاز الإرسال.

في البث الرقمي واسع النطاق ، يُسهّل استخدام تقنية التضمين OFDM أو COFDM إلغاء التداخل الذاتي . تستخدم OFDM عددًا كبيرًا من المُعدِّلات البطيئة ذات النطاق الترددي المنخفض بدلًا من مُعدِّل واحد سريع واسع النطاق. لكل مُعدِّل قناة تردد فرعية وتردد حامل فرعي خاص به. نظرًا لبطء كل ​​مُعدِّل، يُمكن إضافة فاصل حماية بين الرموز، وبالتالي التخلص من تداخل الرموز. على الرغم من أن التلاشي انتقائي التردد عبر قناة التردد بأكملها، إلا أنه يُمكن اعتباره ثابتًا ضمن القناة الفرعية ضيقة النطاق. لذا، يُمكن الاستغناء عن مرشحات معادلة متقدمة. يُمكن لرمز تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) مُعالجة بعض الحوامل الفرعية التي تتعرض لتلاشي كبير جدًا بحيث لا يُمكن فك تضمينها بشكل صحيح.

تُستخدم تقنية OFDM في نظام البث التلفزيوني الرقمي الأرضي DVB-T (المستخدم في أوروبا ومناطق أخرى)، ونظام ISDB-T (المستخدم في اليابان والبرازيل والفلبين ) ، وفي نظام ATSC 3.0 . كما تُستخدم OFDM على نطاق واسع في أنظمة الراديو الرقمي ، بما في ذلك DAB و HD Radio و T-DMB . ولذلك، تُعد هذه الأنظمة مناسبة تمامًا لتشغيل شبكات SFN.

في نظام DVB-T، تُوصف وظيفة SFN كنظام في دليل التنفيذ. ^{[ 1 ]} وهي تسمح بإعادة الإرسال، وأجهزة الإرسال لملء الفجوات (وهي في الأساس جهاز إرسال متزامن منخفض الطاقة)، ​​واستخدام SFN بين أبراج الإرسال الرئيسية.

تعتمد شبكة DVB-T SFN على حقيقة أن فاصل الحماية لإشارة COFDM يسمح بحدوث أصداء مسار بأطوال مختلفة، وهو ما لا يختلف عن إرسال عدة أجهزة إرسال لنفس الإشارة على نفس التردد. يكمن الشرط الأساسي في ضرورة حدوث هذه الأصداء في نفس الوقت تقريبًا وعلى نفس التردد. تتيح مرونة أنظمة نقل الوقت، مثل مستقبلات GPS  (المفترض هنا أنها توفر إشارات PPS و10 ميجاهرتز)، بالإضافة إلى أنظمة أخرى مماثلة، تنسيق الطور والتردد بين أجهزة الإرسال. يُتيح فاصل الحماية هامشًا زمنيًا، يمكن تخصيص عدة ميكروثانية منه لأخطاء التوقيت في نظام نقل الوقت المستخدم. ^{[ 1 ]} يستطيع مستقبل GPS، في أسوأ الأحوال، توفير زمن ±1 ميكروثانية، وهو ما يقع ضمن متطلبات نظام DVB-T SFN في التكوين النموذجي.

لتحقيق نفس زمن الإرسال على جميع أجهزة الإرسال، يجب مراعاة تأخير الإرسال في الشبكة التي تنقل البيانات إليها. ونظرًا لاختلاف التأخير من موقع المصدر إلى جهاز الإرسال، يلزم وجود نظام لإضافة تأخير على جانب الإخراج لضمان وصول الإشارة إلى أجهزة الإرسال في الوقت نفسه. ويتحقق ذلك باستخدام معلومات خاصة تُدرج في تدفق البيانات تُسمى حزمة تهيئة الإطار الضخم (MIP)، والتي تُدرج باستخدام علامة خاصة في تدفق نقل MPEG-2 لتشكيل إطار ضخم. تُختم حزمة MIP زمنيًا في محول SFN، ويُقاس ذلك بالنسبة لإشارة PPS ويُحسب بخطوات 100 نانوثانية (فترة زمنية 10  ميجاهرتز) مع أقصى تأخير (مُبرمج في محول SFN). يقيس محول SYNC حزمة MIP مقابل نظيرتها المحلية من PPS باستخدام 10  ميجاهرتز لقياس تأخير الشبكة الفعلي، ثم يحجب الحزم حتى الوصول إلى أقصى تأخير. يمكن الاطلاع على التفاصيل في ETSI TR 101 190 ^{[ 1 ]} وتفاصيل الإطار الضخم في ETSI TS 101 191. ^{[ 2 ]}

ينبغي التنويه إلى أن دقة تنسيق الإطار الضخم تُقاس بخطوات مقدارها 100 نانوثانية، بينما تتراوح دقة القياس المطلوبة بين 1 و5 ميكروثانية. هذه الدقة كافية للقياس المطلوب. لا توجد حاجة ماسة لحدود دقة محددة، فهذا جانب من جوانب تخطيط الشبكة، حيث تُفصل فترة الحماية إلى خطأ زمني للنظام وخطأ زمني للمسار. تمثل خطوة 100 نانوثانية فرقًا قدره 30 مترًا، بينما يمثل 1 ميكروثانية فرقًا قدره 300 متر. يجب مقارنة هذه المسافات مع أسوأ مسافة بين أبراج الإرسال والانعكاسات. كما أن دقة التوقيت مرتبطة بالأبراج القريبة في نطاق شبكة أحادية الطور (SFN)، حيث لا يُتوقع أن يستقبل جهاز الاستقبال الإشارة من أبراج إرسال متباعدة جغرافيًا، لذا لا توجد متطلبات دقة بين هذه الأبراج.

توجد حلول تُعرف باسم "الحلول الخالية من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)"، والتي تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي كنظام لتوزيع التوقيت. قد يُفيد هذا النظام في التكامل مع نظام الإرسال لتدفق نقل MPEG-2. ولا يُغير أي جانب آخر من نظام SFN، حيث يمكن تلبية المتطلبات الأساسية.

على الرغم من أن طريقة تعديل 8VSB المستخدمة في أمريكا الشمالية للتلفزيون الرقمي لم تُصمم خصيصًا لأجهزة إعادة الإرسال على نفس القناة، إلا أنها تتميز بقدرة جيدة نسبيًا على إلغاء التشويش . وقد أدت التجارب المبكرة في محطة WPSU-TV إلى وضع معيار ATSC لشبكات SFN، وهو A/110. وشهدت شبكات ATSC SFN استخدامًا واسع النطاق في المناطق الجبلية مثل بورتوريكو وجنوب كاليفورنيا ، ولكنها تُستخدم أيضًا أو يُخطط لاستخدامها في المناطق ذات التضاريس الأقل انحدارًا. ^{[ 3 ]}

لم تكن أجهزة ضبط ATSC المبكرة جيدة جدًا في التعامل مع انتشار الإشارات عبر مسارات متعددة، ولكن شهدت الأنظمة اللاحقة تحسينات كبيرة. ^{[ 4 ]}

من خلال استخدام ترقيم القنوات الافتراضية ، يمكن أن تظهر شبكة متعددة الترددات (MFN) كشبكة أحادية التردد (SFN) للمشاهد في نظام ATSC.

من البدائل لاستخدام تعديل OFDM في إلغاء التداخل الذاتي لشبكة SFN ما يلي:

• أجهزة استقبال CDMA rake .
• قنوات MIMO (مثل هوائي المصفوفة الطورية )
• معادلة المجال الترددي أحادي الموجة الحاملة (SC-FDE)، أي تعديل أحادي الموجة الحاملة مقترن بفترات الحماية ومعادلة المجال الترددي القائمة على FFT ، أو نسخته متعددة المستخدمين أحادية الموجة الحاملة FDMA (SC-FDMA).

• نظام نقل البيانات الموزع
• مترجم البث
• التنوع التعاوني
• التنوع الكلي
• شبكة البث المتعدد أحادي التردد
• البث الرقمي للفيديو ، ISDB-T ، ATSC
• OFDM ، فاصل الحماية
• الإرسال شبه المتزامن

• نظرة عامة فنية على شبكة التردد الواحد
• للاطلاع على مثالٍ لفوائد تقنية SFN المقاسة ميدانيًا في بيئات وتكوينات شبكات الهاتف المحمول الحضرية، يُرجى مراجعة مقال كريستيان لو فلوك وريجيس دوفال بعنوان "SFN عبر DVB-SH: مظاهر على مستوى الشبكة الكاملة (تقييم أداء انتشار موجات الراديو في نطاق S-UMTS)"، بتاريخ 20 مارس 2009، على موقع جوجل سايتس الإلكتروني المفتوح: تسجيل الدخول