Одночастотна мережа (, SFN) — це мережа мовлення, у якій кілька передавачів одночасно передають один і той самий сигнал на одному й тому самому частотному каналі.

Аналогові мережі радіомовлення AM та FM, а також мережі цифрового мовлення можуть працювати таким чином. SFN зазвичай несумісні з передаванням аналогового телебачення, оскільки SFN спричиняє ефект ореолів через відлуння одного й того самого сигналу.

Спрощеної форми SFN можна досягти за допомогою малопотужного ретранслятора на тій самій частоті, який використовується як передавач для заповнення прогалин у покритті.

Метою SFN є ефективне використання радіочастотного спектра, що дає змогу передавати більшу кількість радіо- й телевізійних програм порівняно з передаванням у традиційній багаточастотній мережі (MFN). SFN також може збільшувати зону покриття та зменшувати ймовірність втрати покриття порівняно з MFN, оскільки загальна потужність прийнятого сигналу може збільшуватися в точках, розташованих посередині між передавачами.

Схеми SFN певною мірою аналогічні тому, що в бездротових не широкомовних мережах, наприклад у стільникових мережах і бездротових комп'ютерних мережах, називається макрорознесенням передавачів, м'яким хендовером CDMA та динамічними одночастотними мережами (DSFN).

Передавання SFN можна розглядати як створення сильної форми багатопроменевого поширення. Радіоприймач приймає кілька відлунь одного й того самого сигналу, і конструктивна або деструктивна інтерференція між цими відлуннями (також відома як самоінтерференція) може призводити до загасання радіосигналу. Це особливо проблематично у широкосмуговому зв'язку та цифровому зв'язку з високою швидкістю передавання даних, оскільки в цьому випадку завмирання є частотно-селективним (на відміну від плоского завмирання), а часовий розподіл відлунь може призводити до міжсимвольної інтерференції (ISI). Завмирання та ISI можна уникнути за допомогою схем рознесення та фільтрів еквалізації.

Передавачі, які є частиною SFN, не слід використовувати для навігації за допомогою радіопеленгування, оскільки напрямок мінімумів або максимумів сигналу може відрізнятися від напрямку на передавач.

OFDM і COFDM У широкосмуговому цифровому мовленні придушення самоінтерференції забезпечується методом модуляції OFDM або COFDM. OFDM використовує велику кількість повільних модуляторів із малою смугою пропускання замість одного швидкого широкосмугового модулятора. Кожен модулятор має власний частотний підканал і частоту піднесучої. Оскільки кожен модулятор працює дуже повільно, можна дозволити собі вставляти захисний інтервал між символами й таким чином усувати ISI. Хоча завмирання є частотно-селективним у всьому частотному каналі, у межах вузькосмугового підканалу його можна розглядати як плоске завмирання. Таким чином, можна уникнути складних фільтрів еквалізації. Код прямого виправлення помилок (FEC) може компенсувати ситуацію, коли деякі піднесучі зазнають надмірного завмирання, через що їх неможливо правильно демодулювати.

OFDM використовується в наземних системах цифрового телебачення DVB-T (використовується в Європі та інших регіонах), ISDB-T (використовується в Японії, Бразилії та Філіппінах) та ATSC 3.0. OFDM також широко використовується в системах цифрового радіо, зокрема DAB, HD Radio та T-DMB. Тому ці системи добре підходять для роботи в режимі SFN.

DVB-T SFN

У DVB-T функціональність SFN описана у довіднику з застосування.ETSI TR 101 190: Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects Вона дає змогу використовувати ретранслятори, передавачі для заповнення прогалин у покритті (по суті, малопотужні синхронні передавачі) та SFN між вежами основних передавачів.

DVB-T SFN використовує той факт, що можливість виникнення відлунь різної довжини шляху внаслідок захисного інтервалу сигналу COFDM не відрізняється від ситуації, коли кілька передавачів передають один і той самий сигнал на одній і тій самій частоті. Критичним параметром є те, що це має відбуватися приблизно в один і той самий час і на одній і тій самій частоті. Гнучкість систем передавання часу, таких як приймачі GPS (тут передбачається, що вони надають сигнали PPS та 10 МГц), а також інших подібних систем дає змогу координувати фазу та частоту між передавачами. Захисний інтервал забезпечує часовий бюджет, у якому кілька мікросекунд можуть бути виділені на часові похибки використовуваної системи передавання часу. У найгіршому випадку приймач GPS здатний забезпечити точність часу ±1 мкс, що цілком відповідає потребам DVB-T SFN у типовій конфігурації.

Щоб забезпечити однаковий час передавання на всіх передавачах, необхідно враховувати затримку передавання в мережі, яка забезпечує транспортування сигналу до передавачів. Оскільки затримка від вихідного вузла до передавача відрізняється, потрібна система, яка додає затримку на вихідному боці, щоб сигнал досягав передавачів одночасно. Це досягається за допомогою спеціальної інформації, вставленої в потік даних, яка називається пакетом ініціалізації мегакадру (Mega-frame Initialization Packet, MIP), що вставляється за допомогою спеціального маркера в транспортний потік MPEG-2, який формує мегакадр. MIP має часову позначку в адаптері SFN, виміряну відносно сигналу PPS і відлічену з кроком 100 нс (період 10 МГц), разом із максимальною затримкою (запрограмованою в адаптері SFN). Адаптер SYNC вимірює пакет MIP відносно свого локального сигналу PPS, використовуючи 10 МГц для вимірювання фактичної мережевої затримки, а потім затримує передавання пакетів до досягнення максимальної затримки. Подробиці наведено в ETSI TR 101 190 та подробиці щодо мегакадру — в ETSI TS 101 191.ETSI TS 101 191: Digital Video Broadcasting (DVB); DVB mega-frame for Single Frequency Network (SFN) synchronization

Слід розуміти, що роздільна здатність формату мегакадру становить 100 нс, тоді як необхідна точність може бути в діапазоні 1–5 мкс. Роздільна здатність є достатньою для необхідної точності. Немає суворої потреби в обмеженні точності, оскільки це аспект планування мережі, у якому захисний інтервал розділяється на системну часову похибку та часову похибку поширення. Крок 100 нс відповідає різниці 30 м, тоді як 1 мкс відповідає різниці 300 м. Ці відстані необхідно порівнювати з найгіршою відстанню між вежами передавачів і відбиттями. Крім того, точність часу пов'язана з близько розташованими вежами в домені SFN, оскільки не очікується, що приймач бачитиме сигнал від географічно віддалених одна від одної веж передавання, тому між цими вежами немає вимог щодо точності.

Існують так звані рішення без GPS, які по суті замінюють GPS як систему розподілу часу. Така система може забезпечити переваги під час інтеграції із системою передавання транспортного потоку MPEG-2. Вона не змінює жодного іншого аспекту системи SFN, оскільки основні вимоги можуть бути виконані.

Альтернативні види модуляції

Альтернативами використанню модуляції OFDM для придушення самоінтерференції в SFN були б:

приймачі з рознесенням Рейка в CDMA. MIMO-канали (тобто антена з фазованою антенною решіткою) однопіднесуча еквалізація у частотній області (SC-FDE), тобто однопіднесуча модуляція, поєднана із захисними інтервалами та еквалізацією у частотній області на основі ШПФ, або її багатокористувацька версія Single-carrier FDMA (SC-FDMA).

Переваги SFN дозволяє зменшити потужність передавачів за рахунок збільшення їх кількості. SFN дозволяє економити радіочастотний ресурс, що особливо актуально після рішення ЕС віддати смугу телевізійних каналів 49 — 69 (частоти від 700 МГц і вище) під «сільський» 5G. В Україні цей перехід має завершитись до кінця 2026 року.

Див. також Розподілена система передачі Широкомовний ретранслятор Digital Video Broadcasting

Примітки