Denne artikel gennemgår hvordan et Single Frequency Network (SFN) til dækning af fx. et motorvejsnet kan udføres i praksis, med udgandpunkt i den franske motorvejstrafik-informationsradio som kan høres på de fleste franske motorveje på 107.7 FM.

Lidt baggrund om SFN og anvendelsen til dækning af motorveje
Ved SFN vil en modtager modtage signaler fra flere sendere. Disse signaler vil forstyrre hinanden, i visse tilfælde så signalet bliver ukendeligt dårligt at høre på.
Ved opbygning af et SFN-netværk, er der derfor en række krav til synkroniseringen af carrier og MPX-indhold.

Carrieren skal være synkroniseret, således at den interferens der måtte blive fordi der er mere end én sender, vil være konstant, forudsat modtageren ikke bevæger sig. De fleste FM-modtagere vil opleve konstant interferense som en lavere feltstyrke, men ud over det, vil det ikke have nogen negative konsekvenser for modtagelsen.

MPX-indholdet er lidt mere kompliceret, og det er her den største begrænsning i SFN skal findes. Her må være en forskel på ganske få ms, så hvis signalet fra den første sender modtages til tiden 0, så skal signalet fra den anden sender være fremme senest få ms efter.
1 ms svarer til en forskel i afstande på 300 m. Hvor stor forstyrrelse denne forsinkelse vil medføre, afhænger også af forskellen i signalstyrke fra de to sendere. Sammenhængen kan findes i ITU-R BS.412. Ved ens feltstyrker, må tidsforskellen højst være 2 ms, hvilket svarer til en forskel i afstand til to sendere på 600 m.

Når man planlægger SFN til dækning af motorveje, udnyttes det, at dækningsområdet ligger langs linjer. Linjerne er ganske vist ikke lige, men ved planlægningen kan man dog alligevel opfatte en motorvej som stykkevis sammensat af en række kortere lige linjer.
Dermed er det muligt at udnytte, at senderne kan ligge "som perler på en snor", således at delay'et på senderne kan planlægges, så sender nr. 2 først udsender det samme signal som sender nr. 1, når dette signal også er nået ned til sender nr. 2 gennem luften.

Distribution og synkronisering af signalerne
Signalerne distribueres gennem 2 Mbit/s kredsløb, som enten fremføres via microbølge-link (2.3 GHz), satellit eller kabel.

Ved microbølge-link fra sender til sender er der den fordel, at signalet fra den ene sender til den anden, udbredes gennem det samme medie som signalerne til lytterne. Dermed bevæger signalerne sig lige hurtigt, og derfor bliver tidsforsinkelsen af MPX signalet korrekt. Dog skal der lægges kabellængderne ned og op i masten. Med de lave mastehøjder, der bruges, er kabellængderne dog ubetydelige.

Signalerne udbredes også via satellit og lyslederkabler. Ulemperne ved dette er så at forskellene i signalveje frem til de enkelte sendere, ikke længere har noget at gøre med afstanden mellem senderne. Derfor må der ekstra tidsforsinkelses-enheder til, så de signaler der ankommer til senderne for tidligt, kan blive forsinkede.
Der anvendes digitale delay-enheder, som kan sættes med en præcision på 1 ms. Normale digitale delay-enheder oprererer normalt med en opløsning på en sample, hvilket svarer til 21 ms, hvis sampligsfrekvensen er 48 kHz.

Synkronisering af senderne
Senderne er egentlig ikke synkroniserede, men man anvender sendere som har en meget præcis carrier-frekvens. De afviger med ganske få Hz fra de 107.7 MHz. Afvigelsen er mindre end det som doppler-effekten medfører.

... og hvad er så doppler-effekten ?
Hvis en modtager står stille i forhold til senderen, så vil det som udsendes på 107.7 MHz også blive modtaget på 107.7 Mhz. Hvis modtageren bevæger sig væk fra eller hen imod senderen, bliver det lidt mere kompliceret.

Normalt udbreder elektromagnetiske bølger sig med 300 000 000 m/s. En bil på en motorvej bevæger sig med omkring 30 m/s (108 km/h).
Forholdet 30/300 000 000 = 0.0000001.
Dvs. doppler-effekten ændrer den modtagne frekvens med 0.1 ppm.
I Hz bliver det 0.0000001 * 107.7 MHz = 10.77 Hz.
En bil som bevæger sig væk fra én sender, og hen imod en anden vil altså modtage to signaler med over 20 Hz forskel, selv om senderens carriere er nøjagtig ens.
Hvis modtagerne derfor alle er modtagere som bevæger sig mellem senderne med en hastighed på omkring 100 km/h eller derover, vinder man ikke noget særligt ved at anvende GPS eller lignende til at synkronisere carrierne, hvis man ellers bare bruger sendere som er præcise nok i sig selv.

Antennerne og sende-systemet i øvrigt
For at minimere de vejstrækninger, hvor forskellen i feltstyrker fra de to sendere er så lille, at de forstyrrer modtagelsen, anvendes antenner med høj direktivitet. For/bag forholdet er 20 dB.
De 20 dB er 5 dB lavere end anbefalet i "Replanlægning af FM-båndet" (se link under referencer nedenfor). Derfor må der forventes problemer med dækningen visse steder. Problemernes størrelse vil dog afhænge af hvor god synkroniseringen af carrier og MPX er.

Antennemasterne er så lave, at udbredelsen begrænses mest muligt af terrainet. Således er de fleste master ikke mere end 20 m høje. Det giver mulighed for at udnytte at terrainet kan hjælpe med til at afskærme mod nogle af de uønskede sendere.

Image: sfn-ant1.jpg
Antennesystem til udsendelse af SFN. De to antenner giver høj direktivitet

Senderne er 200 W effekt tilført til antennesystemet.
En enkelt antenne har en gain på 7 dB. Gain af hele antenne-systemet afhænger af hvor mange antenner der er stakket.
Der er set systemer med op til 4 antenner af den viste type i én retning.

Systemet er dimensioneret så det leverer en feltstyrke på min. 50 dBµV/m.
Afstanden mellem senderne bliver så ca. 10 km.

Lyttetest
Lyttetesten er foregået i de samme omgivelser som normale lyttere vil opleve, dvs. i en bil med 130 km/h og med en normal Ford-autoradio med antenne på taget.
Ved lytning på den måde, vil der være en del støj fra bilen, hvilket vil betyde at det dynamikområde der er til rådighed måske kun er på omkring 20-40 dB.
Derfor stilles heller ikke de store krav til selve modtagelsen.

Det meste af tiden er der ikke nogen problemer med modtagelsen, men særligt i nærheden af senderne (på bagsiden af antennerne) høres knas og skrat. Ved normal hastighed (130 km/h), varer det dog så kort, at det kan accepteres. Desuden var der tidspunkter hvor 19 kHz piloten ikke kunne detekteres, og dermed lyste stereo-indikatoren ikke.

Den slags mindre problemer vil de fleste lyttere nok tilgive, netop fordi lyttesituationen i øvrigt ikke er optimal. Derfor opfylder det tekniske setup lige netop sit formål, men heller ikke mere.

Konklusion - kan dette overføres til Danmark ?
Det tekniske setup af Autoroute-info 107.7 FM opfylder lige netop behovet. Lydkvaliteten er ikke imponerende, men acceptabel, specielt i forhold til de begrænsede krav bilradio-lytning stiller.
Hvis man forestillede sig den samme lydkvalitet på et normalt stereo-anlæg i en stue, ville lydkvaliteten ikke være acceptabel.

Det kunne naturligvis være ganske sjovt at få (og bygge) en motorvejs-trafik-kanal på et SFN, også her i Danmark.

I forhold til den igangværende replanlægning, er det dog vigtigt at huske, at 107.7 FM i Frankrig netop er planlagt til at dække stykkevis rette linjer. Derfor vil et netværk udelukkende bestå af ét SFN ikke kunne udbredes til at dække et større område. Her må hjælpe-netværk til på andre frekvenser.

Referencer
Dossier CSA: Architecture de diffusion dans la bande 107,7 MHz (udgivet af den franske udgave af Telestyrelsen).

The ITU Radiocommunication Assembly: "Recommendation ITU-R BS.412-9: Planning standards for terrestrial FM sound broadcasting at VHF'', The International Telecommunication Union (1998)

Pierre Soelberg: "Replanlægning af FM-båndet", 2005. Findes på sfn.dk