Více

Jednofrekvenční sítě SFN – východisko z kmitočtové nouze nebo jen zdroj nových problémů?

S příchodem systému digitální pozemní televize DVB-T se objevil také nový fenomén, který je v něm obsažen. Jsou to SFN - Single Frequency Networks neboli Jednofrekvenční síťě. Jejich vznik umožnil princip OFDM použitý u DVB-T, který ho dělá do značné míry necitlivým proti vícecestnému šíření. To způsobovalo u analogového signálu tzv. duchy v obraze, systém DVB-T je však proti více stejným signálům šířícím se s různým časovým rozestupem výrazně odolnější...

S příchodem systému digitální pozemní televize DVB-T se objevil také nový fenomén, který je v něm obsažen. Jsou to SFN – Single Frequency Networks neboli Jednofrekvenční sítě. Jejich vznik umožnil princip OFDM použitý u DVB-T, který ho dělá do značné míry necitlivým proti vícecestnému šíření. To způsobovalo u analogového signálu tzv. duchy v obraze, systém DVB-T je však proti více stejným signálům šířícím se s různým časovým rozestupem výrazně odolnější. Když však uvážíme, že zdrojem těchto signálů nemusí být jen odrazy jednoho vysílače, ale také vysílání jiného vysílače šířícího stejný multiplex, bylo by škoda nevyužít této vlastnosti systému OFDM. A právě s těmito dvěma myšlenkami (avšak nejen jimi), potlačení duchů signálu a využití jednoho kanálu více vysílači, byl systém OFDM do DVB-T zapracován.

V dobách analogové televize bylo nutno pro každý další vysílač televizního programu najít nový vysílací kanál, tak aby se s dosavadními nebo do budoucna plánovanými vysílači nerušil. To však způsobovalo velké nároky na kmitočtové spektrum, které se po několika desetiletích prakticky zcela vyčerpalo. Dále již bylo možno najít nové vysílací kanály pro další a další vysílače a programy jen velmi obtížně. Často to bylo zcela nemožné. Kmitočtové spektrum je však národním bohatstvím každého státu, takže bylo v zájmu všech najít způsoby, jak ho využívat úsporně.

Vysílač Svatobor - ilustrační

Při návrhu nového digitálního systému pro pozemní televizní vysílání se proto myslelo i na to, jak kmitočtové spektrum co nejvíce ušetřit. Jedna vlastnost DVB-T už toto umožňuje, a to samotné multiplexování televizních programů, kdy na jednou frekvenčním kanále, dříve užitém pro jeden TV program, je jich vysíláno více, většinou tři až pět. Druhá možnost, jak ušetřit spektrum, byla zároveň využita pro potlačení citlivosti na vícecestný příjem.

V analogové televizi vznikají tzv. duchy sečtením stejných signálů přicházejících s časovým zpožděním. Kdyby však blízko sebe vysílaly dva vysílače stejný televizní program a přijímač by je zachytil, vzhledem k různé vzdálenosti od vysílačů také s časovým zpožděním, efekt by byl stejný. Když tedy dokážeme nový systém udělat necitlivým na vícecestné šíření způsobené odrazy, zároveň tím umožníme provoz sousedních vysílačů stejného obsahu na tomtéž frekvenčním kanále.

Klíčem k řešení tohoto problému se stal tzv. ochranný interval, anglicky Guard Interval (GI). Je to vlastně pauza v kontinuálním přenosu signálu od vysílače k přijímači. Poměr délky intervalu vůči době trvání užitečného signálu musí být navržen s ohledem na vzdálenosti od možných míst odrazu respektive vzdálenosti vysílačů v jednofrekvenční síti. Čím delší je ochranný interval, tím větší vzdálenosti je možno akceptovat a zahrnout tak do systému více vysílačů na větší ploše. Na druhou stranu tím klesá efektivita přenosu a velikost datového toku, který je možno za jednu časovou jednotku přenést. Je proto nutno zvolit kompromis, aby datový tok příliš neklesl, ale zároveň byla vzdálenost vysílačů v SFN prakticky využitelná. Aby bylo možno využít všech pozitivních vlastností SFN, je nutno aby byly vysílače přesně časově synchronizovány, a to většinou pomocí GPS přijímačů.

Délka celkového symbolu je součtem délky užitečného symbolu a ochranného intervalu. Délka ochranného intervalu se udává jako poměr vůči délce trvání užitečného symbolu, tedy např. 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. V našich sítích se většinou používá 1/4 což představuje při volbě systému počtu nosných 8k a délce trvání užitečného symbolu 896 mikrosekund, délku trvání ochranného intervalu 224 mikrosekund. Při této hodnotě je maximální možná vzdálenost vysílačů v jendofrekvenční síti dána vztahem rychlosti světla krát délka ochranného intervalu, ve výsledku 67,2 kilometrů. U délky ochranného intervalu 1/8; 1/16 a 1/32 je pak tato vzdálenost 33,6; 16,8 a 8,4 km. Tedy lidově řečeno, čím delší ochranný interval, tím větší maximální možná vzdálenost vysílačů.

Ochranný interval GI

Kliknutím na obrázek ho zvětšíte.

Tím je vysvětleno, proč je systém DVB-T do značné míry necitlivý na příjem zpožděných signálů. Neumožňuje to sice stavbu celostátních SFN sítí, protože to by musel být ochranný interval značně dlouhý a výrazně by klesl přenesený datový tok, lze toho však využít na lokální SFN sítě, se kterými se počítá také u nás. Namátkově např. Praha Žižkov+Cukrák+Vo­tice, Brno Kojál+Hády+Bar­vičova+Děvín, Ostrava Hošťálkovice+Hlad­nov. U prvních dvou byla zvolena také u různých vysílačů různá polarizace, což nakonec vyústilo ve velké problémy na straně příjmu. Do hry se totiž vložila nepřipravenost na tuto změnu a neinformovanost o tom jak se zachovat při problémech s příjmem po této změně.

Principiálně je při provozu SFN lhostejno, jakou polarizací ten který vysílač vysílá, na samotný přenos to nemá žádný vliv. Naopak, je to ještě výhodnější, pokud tím chceme zdůraznit separaci těchto vysílačů. Divák jednoduše zvolí polarizaci vysílače jemu nejbližšího a většinou také nejsilnějšího. Při volbě polarizace totiž dochází k útlumu signálu v opačné polarizační rovině o 20 až 30 dB. Máme-li ale dva natolik silné a blízké vysílače jako jsou např. Cukrák a Žižkov, může dojít ke zcela opačné situaci. A to, že přijímáme díky volbě polarizace vysílač vzdálenější než ten, který bychom měli. Protože se do té doby vysílalo (s několika výjimkami u převaděčů) u nás v pásmu UHF s horizontální polarizací, všechny antény byly nastaveny horizontálně.

Vysílač Žižkov - ilustrační

Ve chvíli spuštění Žižkova ve vertikální polarizaci nastal problém. Oblasti problematického příjmu byly v podstatě dvě. U lidí, kteří mají blíže Žižkov než Cukrák a přijímají mezi těmito vysílači, a dále u těch, kterým oba tyto vysílače leží v jednom směru, ale jsou blíže Žižkovu. Vzdálenější vysílač, který by měl být znevýhodněn vůči bližšímu díky ochrannému intervalu, byl na druhou stranu zvýhodněn volbou horizontální polarizační roviny přijímací antény, ve které Cukrák vysílá, na rozdíl od Žižkova, který je vertikální. Došlo tak k opačné situaci, než jaká by měla nastat. Místo škodlivého signálu, který by byl opožděn vůči žádanému, vznikl škodlivý signál předbíhající. Tento efekt byl nazván pre-echo a je nutno s ním počítat i v budoucnu při volbě přijímačů, vybírat je podle toho, jak si v problematické oblasti dokáží s tímto efektem poradit. Vše se samozřejmě dalo a dá vyřešit volbou správné polarizace podle bližšího vysílače, trvalo však nějakou dobu, než se situace uklidnila a došlo k nápravě na přijímacích stranách. Při příjmu na náhražkové antény, navíc v městském prostředí, kde se signál může i několikrát odrazit, je však třeba problémy očekávat. V naprosté většině se dají vyřešit volbou správné antény, její polarizace a konkrétního vysílače.

Na závěr chci ještě vyvrátit jeden mýtus, který přišel společně s SFN. A to že je lépe použít všesměrovou anténu, protože signál jednotlivých vysílačů se sčítá a příjem se tak posiluje. Jak je vidno z popisu funkce SFN, není tomu tak, užitečný signál je vždy jen jeden a ty další nejsou využity, ale potlačeny tak, aby nezpůsobovaly problémy. Může nastat ale jeden speciální případ, kde to možné je. Je jím místo, ve kterém je vzdálenost ke dvěma vysílačům v SFN naprosto stejná, v určité malé toleranci, takže signály obou vysílačů dorazí přesně ve stejném okamžiku. Je ale logické, že takových míst je naprosté minimum a využití tohoto efektu tedy bude v praxi nulové.

Jednofrekvenční sítě SFN jsou jistě perspektivním způsobem využití kmitočtového spektra, jejich použití je uvažováno i např. v systémech digitálního rozhlasu. Jejich rozvoj však umožnily až vyspělé technologie posledních let založené na digitalizaci přenosu, v dřívější době to bylo nemožné. Bezdrátových služeb stále přibývá, kmitočtové spektrum se však zvětšit nedá, je tedy nutno vymýšlet a využívat každou technologii umožňující jeho úspornější využití.

Použitá literatura:
[1] Vít V.: Televizní technika – přenosové barevné soustavy, BEN 1997
[2] Vít V., Gregora P.: Televizní technika – zařízení pro přenos a vysílání tv.signálu, BEN 2000
[3] Legíň M.: Televizní technika – DVB-T, BEN 2006
[4] Žalud V.: Moderní radioelektronika, BEN 2000
[5] Bednář J.,Gregora P.: Příjem DVB-T, BEN2007
[6] Československý DX klub: Rozhlas, televize – přehledy vysílačů pro rok 2009, CSDXC 2009

Anketa

Myslíte si, že bylo dostatečně informováno o změnách a problémech, které vznikly při změně polarizace na Žižkově?

85 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 25. 7. 2009 16:32

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+