Analyse dynamique des échos TNT

1 Février 2011.

La Télévision Numérique Terrestre (TNT) utilise un système de diffusion basé sur la norme européenne DVB-T. La partie principale de cette norme traite sur l’utilisation de la modulation COFDM qui est née spécifiquement pour donner solution aux problèmes que présente la radiodiffusion des signaux de télévision numérique, et en particulier, la réflexion des ondes ou échos.

Dans certains cas la même fréquence est utilisée par plusieurs émetteurs pour couvrir une zone géographique déterminée. C’est ce qu’on appelle un réseau à fréquence unique ou SFN. La modulation COFDM incorpore aussi des mécanismes pour préserver la qualité du signal dans ce type de réseaux, en tenant compte qu’en plus des réflexions propres à la diffusion terrestre (échos) le récepteur captera en simultané le signa provenant de plusieurs points d’émission.

Par contre, les réseaux dans lesquels les émetteurs d’une zone géographique utilisent des fréquences différentes sont appelées réseaux à fréquence multiple ou MFN.

Les échos dans la TNT

L'intervalle de garde

La modulation COFDM est basée dans l’émission d’information de façon intermitente, en alternant successivement des temps d’activité et des temps de pause. Le cycle total, connu comme durée de symbole, a une durée d’une millième de seconde (1 ms). Les temps de pause sont appelés intervalles de garde (GI).

Intervalle de Garde

En sachant que des réflexions (échos) vont se produire lors de la diffusion, l’idée est que les temps de pause permettent d’absorber la réception de ces échos sans perturber le réception du signal principal. Si on compare avec le son : ce serait comme jouer des notes musicales avec un piano en faisant une pause après chaque note et avant la suivante, afin que leurs sons ne se mélangent pas.

En France l’intervalle de garde normalement utilisé est de 112ms (GI = 1/8). En général, ont peut affirmer que les échos qui arrivent à l’intérieur de l’intervalle de garde ne vont pas nuire la réception. Par contre ceux qui arrivent en dehors de l’intervalle de garde seront extrêmement perturbants.

Pour augmenter la capacité de transmission d’information et d’une certaine façon compenser les pertes provoquées par la lenteur des symboles et des cycles de pause, le COFDM envoie les données en « parallèle », en utilisant des milliers de petites sous-porteuses dans le canal. En faisant la même comparaison que précédemment, ce serait comme jouer des accords de musique au lieu de notes musicales isolées.

Symboles COFDM

Les échos TNT

Tout récepteur situé dans la zone de couverture d’un émetteur recevra, en plus du signal principal, un ensemble de réflexions ou échos qui ont été crées pendant le trajet.

Dans le diagramme d’échos on représente le moment où arrivent les différents signaux dans l’échelle temporelle. Le signal principal est représenté comme une ligne verticale de niveau 0 situé à l’instant exact où commence la pause, c’est-à-dire l’intervalle de garde.

Les échos à son tour sont représentés comme lignes verticales situés à une certaine distance du signal principal suivant le retard et l’atténuation relative de sa réception, par rapport au signal principal.

Signal principal et écho

Les échos dans la TNTÉtant donné que les échos sont dus aux différents trajets parcourus par les signaux dans l’espace et comme ces signaux voyagent à une vitesse de 300.000 km/s  on peut également établir une échelle équivalente au retard dans le « temps » qui serait le retard en « distance ». Règle mnémotechnique : 100us équivalent à 30 km approx.



Échos dans les réseaux MFN

Dans les réseaux de ce type on retrouve un seul émetteur utilisant une fréquence sur une zone déterminée. Par conséquent, tout écho reçu sera le résultat d’une réflexion multi-chemin du signal principal. Donc, en général, l’écho le plus puissant sera celui correspondant au trajet principal qui sera celui qui va parcourir la distance la plus courte. Tous les autres seront moins puissants et arriveront après le signal principal. C’est ce qu’on appelle des POST-ÉCHOS. La situation sera la suivante :

Échos en MFN

Les échos qui sont reçus à l’intérieur de l’intervalle de garde ne vont pas nuire la réception du signal à moins qu’ils soient particulièrement puissants, par-dessus de -5 dBc, ce qui n’est pas habituel.

Échos dans les réseaux SFN

En général c’est dans ce type de réseaux où l’on retrouve le plus souvent des problèmes d’échos. Un récepteur situé dans la zone de couverture de plusieurs émetteurs qui travaillent en SFN va recevoir en même temps le signal provenant de chacun d’eux. Le récepteur va donc interpréter ceci comme un signal avec des échos.

Échos en SFN

Les récepteurs COFDM intégrés aussi bien dans les téléviseurs comme dans les décodeurs TNT, vont déterminer la présence des échos, détecter celui dont le niveau est le plus élevé et l’identifier comme signal principal. Les autres échos de plus faible intensité pourront donc être plus retardés ou avancés par rapport au principal. Les échos qui arrivent après le signal principal sont appelés POST-ÉCHOS tandis que ceux qui arrivent avant sont appelés PRÉ-ÉCHOS.

Une fois identifié le signal principal et ses échos secondaires, le récepteur calcule quelle est la position optimale de l’intervalle de garde de façon à ce qu'il "embrasse" à l'intérieur le plus grand nombre possible d’échos et donc minimiser l’impact de ces échos sur la réception du signal. Ce processus est effectué de façon dynamique.

Par contre, il existe des différences entre récepteurs, suivant le modèle et la marque, au niveau de la procédure utilisée pour calculer la position optimale de l’intervalle de garde. Dans une situation limite ceci peur provoquer des comportements complètement différents suivant le type récepteur.

Comme dans le cas précédent, les échos qui se trouvent à l’intérieur de l’intervalle de garde ne vont pas affecter à la correcte réception du signal, à moins qu’ils soient particulièrement puissants et proches aux limites de l’intervalle.

Les microéchos

Bien que plus fréquents dans les réseaux SFN, on peut arriver à les retrouver aussi dans les réseaux MFN. Il s’agit d’échos très courts, et tellement proches du signal principal que le récepteur n’est pas capable de déterminer lequel doit être considéré comme signal principal et lequel comme écho.

MicroéchosDans le cas de réseaux SFN, ce phénomène se produit quand le récepteur se trouve dans une zone équidistante à deux émetteurs. Si ces échos sont suffisamment proches et sont reçus avec des puissances similaires, il peuvent même nuire complètement la réception. Ce phénomène est très difficile à détecter car ses effets peuvent varier fortement d’un décodeur à un autre.




Conclusion

Microéchos
Les situations dans lequelles la présence d’échos peut perturber ou rendre complètement impossible la réception d’un signal TNT sont nombreuses et diverses. Face à cela, l’installateur peut uniquement agir sur l’emplacement et l'orientation des antennes dans le but de minimiser l’impact négatif de ces échos sur la réception du signal.

Les antennes couramment utilisées dans les installations de réception terrestre sont de type YAGI et présentent un diagramme de rayonnage comme celui de la figure ci-dessous..

Diagramme de réception Yagi
Ce diagramme représente le gain avec lequel l’antenne reçoit un signal en fonction de la direction sur laquelle celui-ci arrive. Sur sa partie frontale l’antenne présente son gain maximal tandis que sur les côtés ainsi que sur l’arrière le gain est plus petit.



De ce fait, l'analyse dynamique des échos, telle comme conçue dans les mesureurs de champ du PROMAX, s'avère de nos jours une fonction indispensable pour les antennistes.