›
›

Luận văn Phân tích một số yếu tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T2 so với DVB-T

pdf 93 trang phuongnguyen 2120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Phân tích một số yếu tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T2 so với DVB-T", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_phan_tich_mot_so_yeu_to_co_ban_tao_nen_tinh_uu_viet.pdf

Nội dung text: Luận văn Phân tích một số yếu tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T2 so với DVB-T

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM VĂN HIỂN PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ CƠ BẢN TẠO NÊN TÍNH ƢU VIỆT CỦA TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T2 SO VỚI DVB-T NGÀNH : CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ THÁI TRỊ HÀ NỘI – 2014
  2. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Phân tích một số yếu tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của tiêu chuẩn Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2) so với DVB-T” là sản phẩm do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Thái Trị. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. . Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014 TÁC GIẢ Phạm Văn Hiển
  3. LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Ngô Thái Trị người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi xin kính chúc các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc. Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014 TÁC GIẢ Phạm Văn Hiển
  4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (DVB-T) 3 1.1 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSIEN 300744 3 1.1.1 Phạm vi của tiêu chuẩn 3 1.1.2 Nội dung chính của tiêu chuẩn 3 1.2 Thực hiện bằng cách sử dụng COFDM 9 1.3 Ghép đa tần trực giao OFDM 9 1.3.1 Nguyên lý OFDM: 9 1.3.2 Số lượng sóng mang 10 1.3.3. Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT 12 1.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM 15 1.3.5. Phương thức mang dữ liệu trong COFDM 19 1.4. Mã hóa kênh trong DVB-T 20 1.4.1. Mã hóa phân tán năng lượng 21 1.4.2. Mã ngoại (outer coding) 22 1.4.3. Ghép xen ngoại (outer interleaving) 22 1.4.4.Mã hoá nội (inner coding) 24 1.4.5.Ghép xen nội 26 1.5 .Một số khả năng ƣu việt của DVB-T 31 1.5.1 Điều chế phân cấp 32 1.5.2. Mạng đơn tần SFN 37 1.6. Kết luận chƣơng I 40 CHƢƠNG II. TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 41 2.1. Những ƣu điểm cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2: 41 2.2. Mô hình cấu trúc của hệ thống DVB-T2: 42 2.3. Một số tính năng mở rộng của DVB-T2 44 2.3.1. Các thông số mở rộng của DVB-T2: 44
  5. 2.3.2. Giải pháp kỹ thuật cơ bản trong DVB-T2 : 44 2.4. Kết luận chƣơng II 59 CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ CƠ BẢN TẠO NÊN TÍNH ƢU VIỆT CỦA DVB-T2 SO VỚI DVB-T 61 3.1. Kích thƣớc FFT 61 3.1.1 Các thông số mở rộng FFT 61 3.1.2. Kết quả đo kiểm thực tế. 63 3.2. Mở rộng băng thông 64 3.3. Pilot tán xạ 66 3.4. Khoảng bảo vệ - GI. 67 3.4.1. Các chế độ điều chế và khoảng bảo vệ - GI. 67 3.4.2. Kết quả đo kiểm thực tế. 72 3.5. Chòm sao xoay. 74 3.5.1 Một số thông số chòm sao xoay. 74 3.5.2 Kết quả đo kiểm. 76 3.6 Kết luận chƣơng III 81 KẾT LUẬN CHUNG 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 83
  6. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Advanced Television System Commitee ATSC AUctỷ ibvane Choệns thtốnellatg tiruyon Eềnx theìnnshi omn ớ-i mở(củ arộn Mgỹ )c hòm sao tích cực (dùng BAPCSEK Btroinnagr yDV PhBas-Te 2S)h ift Keying - Khoá dịch pha hai mức BCH bose-chaudhuri -hocquenghem Consultative Committee on International Telegraph and Telephon CCIR CUonsuỷ banlt atitư vveấn Co điệnmmitt thoeạie ovnà Iđniệnter nbatáoio qunalố cR tếad io CCITT CUoỷm btéan Etưu rvopấnéen vô dteuy Nếnorm quaốlics tếat ion ELECtrotechnique CENELEC CUodỷ bedan O tirêuthog chounẩnal kFỹr etquhueậtn cyđiện D itửvi sChionâu M âuult iplexing COFDM CGohmépm đoan t ầSnour trựcce gIniaoter mcóe dmiateã Format DCSCITF DĐisịnchrete dạ nCosg truinne gT graiansn fcorhmo n-guồ Chnuy cểnhu nđổg i(dù cosnign trrờoin rgạc c huẩn Mpeg) DFT Discrete Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier rời rạc DPCM Differential Pulse Code Modulation - Điều chế xung mã vi sai Differential Quadratue Phase Shift Keying DQPSK DKihogitáa dl ịchTerr phesat rviali s Taie lebốvni smioứnc Bro adcasting DVTTBB DTriugyitềnal Vidẫndeo truy Broềna hdìcanhs tsinốg m -ặ Qt uđảấtn g bá truyền hình số DVB-C DVB – Cable - Truyền dẫn truyền hình số qua cáp DVB-S DVB – Satellite - Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh DVB-T DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặt đất European Telecommunications Standards Institute ESET SI dVòiệnng tcơiêu b cảnhu (ẩnEle vmiễnen tahrôny gS tCreahâum )âu FEC Forward Error Correction - Hiệu chỉnh lỗi trước FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh FSK Frequency Shift Keying - Khoá dịch tần GOP Group Of Pictures - Nhóm ảnh (trong Mpeg) HDTV High Definition TeleVision - Truyền hình phân giải cao I In-phase - Đồng pha (dùng trong QAM) Q Quadrature phase - Vuông pha (dùng trong QAM)
  7. IDFT Inverse DFT -DFT ngược International Electrotechnical Commission (part of the ISO) IFFECT IUnỷv ebranse FkỹF Tthu - ậtFF đTiện ng tưửợ qcuố c tế Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial ISSDO B-T IHnệte trhnốnatigo ntruyal Sềnta nhdìnahrd s Oố rgmặtan izađấtt isoửn d-ụn Tổg cmhạứcng t iêuđa dcịchhuẩn vụ quố (Nhcật) tế International Telecommunication Union LPITU LLiênow mPriinohri tvyiễn bi tt hstônreamg qu -ố Dc òtến g bít ưu tiên thấp PLP Physical Layer Pipes - ống lớp vật lý (dùng trong DVB-T2) Low Density Parity Check- kiểm tra cường độ ưu tiên thấp (dùng MLDPB C Mtroacngr oDV BloBck-T 2- )K hối macro (dùng trong MPEG-2) ML Main Level (dùng trong MPEG-2) MP Main Profile (dùng trong MPEG-2) MPEG Moving Pictures Experts Group MISO (NMhóultim pclehu Iynpuên t,g iaS inngghleiê On ucứutpu t)v ề- tđiêua a cnhutenẩn ph hát,ình m ảộnth a đnộtenng thu Orthogonal Frequency Division Multiplexing OOFDKM OGnh-épO ffđa-K tầeny itnrgực - gKiaoho á tắt mở Phase Alternating Line QPAALM Q uadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ vuông góc QPSK QHuệ atdrruatyềnue hPìhnahs me Sàuh iPAft KLe y(phinga -th Kayh ođổá id ịtchhe op hdaòn vgu ônqugé tgó) c RS Reed-Solomon SDTV Standard Definition TeleVision - Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SFN Single Frequency Network - Mạng đơn tần số TS Transport Stream - Luồng truyền tải TR Tone Reservation - hạn chế âm sắc UHF Ultra-High Frequency VHF Very-High Frequency VLC Variable Length Coding - Mã có độ dài thay đổi VSB Vestigial sideband - Biên tần cụt
  8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Sơ đồ puncturing và dãy được truyền sau khi biến đổi nối tiếp song song. 25 Bảng 1.2: Hoán vị các bit theo mode 2k 31 Bảng 2.1: Ví dụ so sánh DVB-T2 với DVB-T tại Anh 42 Bảng 2.2: Ví dụ về cấu hình DVB-T2 được ghép bởi 3 ống lớp vật lý 48 Bảng 3.1: Thông số kích thước FFT trong DVB-T2 / 8MHz 61 Bảng 3.2: Các thông số đo với FFT thay đổi 8K và 16K 64 Bảng 3.3: Tăng lưu lượng dữ liệu kênh truyền tương ứng với các chế độ sóng mang mở rộng 65 Bảng 3.4 : Các dạng pilot tán xạ [tham khảo theo TS 102 831] 67 Bảng 3.5: Độ dài khoảng bảo vệ trong DVB-T2 (kênh 8Mhz) 69 Bảng 3.6: Tốc độ bit cực đại và cấu hình trong kênh 8MHz,32k,1/128,PP7 71 Bảng 3.7 : Kết quả đo kiểm khi FFT: 32K thay đổi GI 73 Bảng 3.8 : Kết quả đo kiểm khi FFT: 16K thay đổi GI 73 Bảng 3.9: Giá trị của góc xoay 76 Bảng 3.10: Các thông số đo khi chưa xoay chòm sao 78 Bảng 3.11: Các thông số đo khi chưa xoay chòm sao 80
  9. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất. 5 Hình 1.2: Hiện tượng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol 11 Hình 1.3: Chèn thêm khoảng bảo vệ 13 Hình 1.4: Chèn thêm các scattered pilot 15 Hình 1.5: Phân chia kênh 16 Hình 1.6: Ví dụ về đáp ứng kênh thay đổi theo thời gian với hai đường trễ, mỗi cái có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đường tín hiệu chính. Trục z miêu tả đáp ứng kênh. 16 Hình 1.7: Chèn các sóng mạng phụ 17 Hình 1.8: Chèn khoảng bảo vệ 17 Hình 1.9: Dạng tín hiệu minh họa khi có khoảng bảo về. 18 Hình 1.10: Các sóng mạng đồng bộ. 18 Hình 1.11: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol 19 Hình 1.12: Chòm sao cơ sở của DVB-T 20 Hình 1.13: Sơ dồ miêu tả nguyên lý ngẫu nhiên, 21 giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu. 21 Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại 23 Hình 1.15: Các bước trong quá trình ngẫu nhiên, mã ngoại, ghép ngoại (n = 2,3, 8) 24 Hình 1.16: Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 25 Hình 1.17 Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình không phân cấp và mapping theo mô hình phân cấp 29 Hình 1.19: Chòm sao phân cấp DVB-T 33 Hình 1.20: Sơ đồ phủ sóng tượng trưng sử dụng điều chế phân cấp. 35 Hình 1.21: Đồng bộ miền tần số 38 Hình 1.22: Đồng bộ về mặt thời gian. 39 Hình 2.1: Mô hình cấu trúc DVB-T2 43
  10. Hình 2.2: Mô hình hệ thống của DVB-T2 45 Hình 2.3: Vai trò T2-Gateway 46 Hình 2.4: Các Ống lớp vật lý 48 Hình 2.5: Khung T2 với chế độ M-PLP 50 Hình 2.6: DVB-T2 với chế độ M-PLP cho nhiều dịch vụ khác nhau 50 Hình 2.7: Mật độ phổ công suất đối với mode 2K và 32K 52 Hình 2.8: Mô hình MISO 53 Hình 2.9: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(trái) và DVB-T2(phải) 54 Hình 2.10: Đồ thị chòm sao 256-QAM 54 Hình 2.11: Chòm sao 16-QAM xoay 55 Hình 2.12: Hiệu quả của chòm sao xoay so với không xoay 55 Hình 2.13: Tráo tế bào 57 Hình 2.14: Tráo thời gian 59 Hình 3.1: Mối liên hệ giữa kích thước FFT và GI 62 Hình 3.2: Phổ tín hiệu DVB-T2 lý thuyết với khoảng bảo vệ - GI=1/8 (kênh 8Mhz với chế độ sóng mang mở rộng 8K, 16K, 32K) 65 Hình 3.3: Đồ thị chòm sao 256-QAM 68 Hình 3.4: GI biểu diễn theo miền thời gian 70 Hình 3.5: Tốc độ bit cực đại với các chế độ Khoảng bảo vệ khác nhau 72 Hình 3.6: Biểu đồ chòm sao của điều chế 16-QAM 74 Hình 3.7: Biểu đồ chòm sao xoay của điều chế 16-QAM 75 Hình 3.8: Cơ sở của bộ điều chế mã hóa xen bit với trễ và ánh xạ xoay 76 Hình 3.9: Chòm sao khi chưa xoay 77 Hình 3.10: Chòm sao khi đã xoay 79
  11. MỞ ĐẦU Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong đó có công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vượt bậc trong ba thập kỷ vừa qua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong đời sống xã hội. Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực điện tử viễn thông, nó có những ứng dụng rộng rãi to lớn trong phát triển văn hóa đời sống tinh thần xã hội. Trong hơn một thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ của công nghệ truyền hình từ phương thức tương tự xang công nghệ số. Ở Việt Nam quá trình chuyển đổi này thực sự ngoạn mục với sự phổ cập từng bước trong lĩnh vực truyền hình quảng bá và truyền hình trả tiền. Từ đầu những năm 90 cho đến nay nghành truyền hình đã ứng dụng các thành tựu về công nghệ truyền hình số trong truyền dẫn vệ tinh, phát triển mạng truyền hình cáp và phổ cập hệ thống truyền hình số mặt đất. Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công, được nhiều nước chấp nhận. Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai . Mặt khác, nhu cầu về phổ tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng cấp thiết. Từ đó đã phát triển lên chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2. Chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2 với rất nhiều ưu điểm vượt trội so với DVB-T mà ở đó có rất nhiều thông số để mỗi nhà mạng có thể lựa chọn tùy vào mục tiêu của mình cũng như địa hình, địa điểm khác nhau. Đó là lý do em chọn đề tài: “Phân tích các nhân tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của tiêu chuẩn Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2) so với DVB-T” Bố cục luận văn bao gồm ba chương, trong chương I: Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T, trong chương II: Trình bày một số nội dung chính của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2. Chương III: Một số yếu tố cơ bản tạo nên tính ưu việt của DVB-T2 so với DVB-T 1
  12. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự hướng dẫn khoa học tận tình của TS.Ngô Thái Trị, luận văn đã được hoàn thành.Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, thêm vào đó luận văn của em là vấn đề tương đối mới nên không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự đóng góp của các thầy, các cô cùng các bạn. 2
  13. CHƢƠNG I TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU (DVB-T) 1.1 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSIEN 300744 Tiêu chuẩn phát thanh truyền hình số mặt đất ETSI EN 300744 được Uỷ ban kỹ thuật phát thanh truyền hình Châu Âu JTC nghiên cứu và đề xuất. Tiêu chuẩn này đã được Dự án truyền hình số Châu Âu (DVB project) thông qua ngày 11 tháng 6 năm 1999, công bố và ngày 30 tháng 9 năm 1999. Thành lập tháng 9 năm 1993, đến nay DVB đã có hơn 200 thành viên thuộc 30 nước trên thế giới, nhiệm vụ của nó là thiết lập môi trường dịch vụ truyền hình số sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2. JTC được thành lập năm 1990, là một tổ chức kết hợp của Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu Âu (EBU), Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ thuật điện tử Châu Âu (CENELEC) và Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). 1.1.1 Phạm vi của tiêu chuẩn Tiêu chuẩn này mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt đất. Nó xác định hệ thống điều chế, mã hoá kênh dùng cho các dịch vụ truyền hình số mặt đất nhiều chương trình như: LDTV/SDTV/EDTV/HDTV. - Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống cơ bản của truyền hình số mặt đất. - Tiêu chuẩn xác định các yêu cầu chỉ tiêu chung, và các đặc điểm của hệ thống cơ bản, mục đích để đạt được chất lượng dịch vụ. - Tiêu chuẩn xác định tín hiệu được điều chế số để cho phép việc tương thích giữa các phần thiết bị được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau. Đạt được điều này bằng cách mô tả chi tiết tín hiệu xử lý ở phía các module, trong khi đó thì việc xử lý ở các máy thu là để mở cho các giải pháp thực hiện khác nhau. 1.1.2 Nội dung chính của tiêu chuẩn - Hệ thống được định nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 nhận được tại đầu ra của bộ ghép kênh (Multiplexer), đầu ra là tín hiệu RF đi tới anten. 3
  14. Hệ thống tương thích trực tiếp với chuẩn nén tín hiệu video MPEG-2 ISO/IEC 13818. Do hệ thống được thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tương tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, đòi hỏi hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo bằng việc sử dụng mạng đơn tần (SFN). Hình 1.1 là sơ đồ khối của một hệ thống phát hình số mặt đất. Các tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt quá trình xử lý để cuối cùng tại đầu ra anten cũng vẫn là tín hiệu cao tần phát đi nhưng những tính năng ưu việt của truyền hình số mặt đất lại hoàn toàn được thể hiện trong các quá trình xử lý này. Các khối nét đứt trên hình sẽ có khi cấu hình hệ thống dùng cho điều chế phân cấp. Khối Splitter (bộ tách) phân chia dòng dữ liệu thành 2 luồng với những mức ưu tiên khác nhau, tốc độ bit và tỷ lệ mã hóa khác nhau, có nghĩa là khả năng chóng lỗi của từng dòng bit là khác nhau. Sơ đồ chung ta thấy một hệ thống máy phát chủ yếu sẽ gồm phần điều chế OFDM và phần mã hoá sửa lỗi. Cụ thể chức năng của các khối như sau: 4
  15. Hình 1.1: Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất. a. Phần ghép kênh và mã hóa nguồn dữ liệu MPEG-2 Các tín hiệu đầu vào gồm hình ảnh, âm thanh và các dữ liệu phụ sẽ được số hóa nhờ khối ghép kênh và mã hóa nén MPEG-2. Đầu ra của khối này sẽ là dòng truyền truyền tải MPEG-2 (dòng dữ liệu số) với một tốc độ bit nhất định đưa vào máy phát. Đây là quá trình số hóa tín hiệu. 5
  16. b. Khối mã hóa phân tán năng lượng và phối hợp ghép kênh. Để đảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dòng dữ liệu TS đến từ khối nén sẽ được ngẫu nhiên hoá. Các gói dữ liệu này đầu tiên được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS. Mục đích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác định số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài “0” và “1”), đồng thời đây cũng được xem là quá trình phối hợp để ghép kênh truyền tải. c. Khối mã ngoại và ghép xen ngoại (Outer encoder and interleaver) Dòng dữ liệu sau khi đã được ngẫu nhiên hóa sẽ tiếp tục được xử lý tại khối mã ngoại và ghép xen ngoại. Sở dĩ gọi là "ngoại" vì việc xử lý ở đây là theo byte, còn mã nội và ghép xen nội là xử lý theo "bit". Bộ mã ngoại sử dụng mã Reed- Solomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá dữ liệu đã được ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi. Do được mã hoá theo mã RS (204,188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ được thêm 16 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói. Việc ghép ngoại chính là ghép các byte với một chu kỳ ghép qui định trước, thường độ sâu ghép là l=12. Đây cũng là việc nhằm giảm tính phụ thuộc thống kê của lỗi. d. Khối mã nội (inner encoder) Đây là quá trình mã hoá tiếp theo nhưng việc mã sẽ chi tiết đến từng bit. Thông số mã hóa ở đây chính là tỷ lệ mã hóa n/m (1/2, 2/3, 3/4 ). Nghĩa là cứ m bít truyền đi thì chỉ có n bit mang thông tin, các bit còn lại là để sửa lỗi. e. Khối ghép xen nội (inner interleaver) Dữ liệu đến đây sẽ được tráo hoàn toàn theo từng bit, thông tin sẽ rất khác so với ban đầu. Quá trình này để giảm thiểu lỗi đến mức tối đa. f. Các khối điều chế tín hiệu (Mapper, Frame Adaptation, OFDM ) Đây là quá trình xử lý phức tạp nhất, nhưng về nguyên lý ta có thể hiểu như sau: dữ liệu sau khi đã hoàn thành mã sửa lỗi sẽ được ánh xạ lên chòm sao điều chế (khối mapper), và sau khi thêm các pilot đồng bộ, các dữ liệu sẽ được đưa lên các sóng mang. Và tất nhiên là có rất nhiều sóng mang. Việc chèn thêm 6
  17. các khoảng bảo vệ cũng sẽ được thực hiện nhằm tối ưu hoá tính ưu việt của truyền hình số. g. Khối D/A: Thực ra đây không phải là biến đổi Digital/Analog thuần tuý thông thường. Mà đó là quá trình hoàn chỉnh hàng ngàn sóng mang để đảm bảo việc phát tín hiệu lên anten. Hệ thống DVB-T có thể hoạt động trong băng tần 8Mhz, 7Mhz và 6Mhz, chủ yếu chỉ khác nhau ở tần số clock của hệ thống và một số thông số liên quan đến tần số clock sẽ phải tính lại. Sơ đồ cấu trúc, các nguyên tắc mã, sự xắp xếp, ghép xen được giữ nguyên, chỉ có tốc độ thông tin của hệ thống sẽ giảm theo hệ số 7/8 hoặc 6/8. - Truyền hình số mặt đất sử dụng nguyên lý ghép đa tần trực giao có mã (COFDM). Ghép đa tần trực giao (OFDM) được thực hiện tiếp nối theo sau quá trình mã hoá kênh (Channel Coding). - Ghép kênh phân chia tần số (FDM) là cơ sở của ghép đa tần trực giao OFDM. Dòng truyền tải nối tiếp MPEG-2 đầu vào được chuyển đổi thành n dòng bít song song, với n phù hợp với số lượng sóng mang. Những dòng bít song song này sẽ được ánh xạ lên những sóng mang riêng rẽ, những sóng mang riêng rẽ được ghép trực giao, kỹ thuật này cho phép truyền đồng thời đa sóng mang trên kênh truyền mà các sóng mang kế cận không gây can nhiễu sang nhau. Những sóng mang riêng rẽ được điều chế QPSK, 16 QAM hoặc 64 QAM. - Mã hoá kênh cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu nhằm chống lỗi sai trên đường truyền do tác động của nhiễu. Mã hoá kênh gồm hai phần chính: khối mã ngoài (Outer Coder) nhằm kiểm soát sửa loạt lỗi sai xảy ra có chiều dài xác định, khối mã hoá trong (Inner Coder) nhằm kiểm soát sửa và báo lỗi cho một loạt lỗi sai có chiều dài lớn hơn chiều dài lỗi quy định. - Mã ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS(188,204), ghép xen ngoài (Outer Interleave) có chiều sâu l=12 bytes, giống như truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp. Mã trong sử dụng mã vòng xoắn giống như truyền hình vệ tinh với các tỷ lệ mã hoá khác nhau. 7
  18. - Khoảng bảo vệ mềm dẻo cho phép thiết kế hệ thống với nhiều cấu hình khác nhau như: mạng đơn tần diện rộng hoặc máy phát đơn lẻ, đảm bảo việc sử dụng tối đa băng tần. - Để thích ứng với các tốc độ truyền dẫn khác nhau, kỹ thuật OFDM có hai chọn lựa về số lượng sóng mang, ba sơ đồ điều chế QPSK, 16 QAM và 64 QAM và khoảng bảo vệ khác nhau cho phép làm việc với mạng đơn tần nhỏ và lớn. - Trong một điều kiện xác định, việc thu chương trình truyền hình từ một số máy phát hoạt động trên cùng một tần số là rất có lợi, tất nhiên, các máy phát này đều truyền tải một chương trình truyền hình được đồng bộ chặt chẽ tạo nên mạng đơn tần. - Hệ thống cũng cho phép hai mức mã kênh và điều chế phân cấp. Trong trường hợp này sơ đồ khối của hệ thống có thêm phần các khối vẽ đứt nét như trên hình vẽ 2.1. Bộ chia chia dòng tín hiệu đầu vào thành hai dòng tín hiệu MPEG độc lập: dòng tín hiệu có độ ưu tiên cao và dòng tín hiệu có độ ưu tiên thấp. Hai dòng bít này được phân bố trên biểu đồ chòm sao bởi khối Mapper. - Để đảm bảo có thể dùng máy thu đơn giản thu được tín hiệu phân cấp này, hệ thống chỉ sử dụng mã kênh và điều chế phân cấp mà không dùng mã nguồn phân cấp. Theo phương thức này, một chương trình truyền hình được truyền đồng thời dưới hai dạng: tốc độ bít thấp với độ phân giải thấp và dạng thứ hai là tốc độ bít cao với độ phân giải cao hơn. Trong cả hai trường hợp, máy thu chỉ cần một bộ bao gồm các khối với chức năng ngược lại với máy phát: khối giải ghép xen trong, giải mã hoá trong, giải ghép xen ngoài, giải mã hoá ngoài và giải ghép kênh. Máy thu chỉ cần có thêm chức năng phân tách dòng bít được chọn từ sự phân bố trong biểu đồ sao. - Điều chế phân cấp cho phép truyền song song các chương trình khác nhau với mức độ sửa lỗi khác nhau và vùng phủ sóng khác nhau. - Để tránh nhiễu do sóng phản xạ hoặc do các máy phát liền kề trong mạng đơn tần, khoảng bảo vệ được đưa xen vào giữa các symbol liên tiếp của 8
  19. OFDM. Nếu không, sóng phản xạ sẽ gây nhiễu lên các symbol nằm phía sau và làm tăng tỷ số lỗi. Như vậy, độ dài khoảng bảo vệ sẽ phụ thuộc vào độ lớn của vùng phủ sóng. Hay nói cách khác, khoảng cách giữa các đài phát kế cận sẽ quyết định độ dài của khoảng bảo vệ. Ví dụ, với mạng đơn tần lớn, khoảng bảo vệ phải ít nhất là 200µs. - Có 2 phương án về số lượng sóng mang. Khoảng cách tốt nhất là 896µs đối với 8k-mode và 224µs đối với 2k-mode. Tương ứng với 2 phương án về số lượng sóng mang, khoảng cách giữa các sóng mang sẽ là 1116 Hz và 4464 Hz. - Đối với hệ thống DVB-T sử dụng độ rộng băng tần 8MHz, điều này quyết định số lượng cụ thể của sóng mang: 6817 sóng mang cho OFDM symbol đối với 8k-mode (6048 sóng mang dùng để truyền thông tin, còn lại dùng để truyền đồngbộ và tín hiệu khác) và 1705 sóng mang cho OFDM symbol đối với 2k-mode (1512 sóng mang dùng để truyền thông tin). Các OFDM symbols được tính toán bằng phương pháp biến đổi Fourier ngược (IDFT). 1.2 Thực hiện bằng cách sử dụng COFDM Để đáp ứng các yêu cầu cũng như tính năng của truyền hình số mặt đất, nhóm nghiên cứu của DVB-T đã đưa ra một phương thức điều chế mới COFDM. Tính ưu việt cũng như lý do tại sao dùng phương thức này sẽ được trình bày trong phần sau, đây là nguyên lý cốt lõi của một hệ thống DVB-T. 1.3 Ghép đa tần trực giao OFDM 1.3.1 Nguyên lý OFDM: - COFDM là một phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang. Tuy nhiên ta có thể gọi là phương thức điều chế COFDM. Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của phát hình mặt đất. - COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được. Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tín hiệu giống nhau trên cùng một tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng "nhiều đường nhân tạo". COFDM cũng giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp. Đây là hiện 9
  20. tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra. - Chính nhờ các ưu điểm trên mà COFDM đã được chọn cho hai tiêu chuẩn phát sóng là DVB-T và DAB, và tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những lựa chọn cũng như yêu cầu khác nhau. Tuy nhiên ưu thế đặc biệt của COFDM về hiện tượng nhiều đường và nhiễu chỉ đạt được khi có sự lựa chọn tham số cẩn thận và quan tâm đến cách thức sử dụng mã sửa lỗi. - Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất. Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng đủ để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu. Để giải quyết vấn đề này thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớn sóng mang dựa trên kỹ thuật FDM. Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu đã mất ở bên thu thì cần mã hóa dữ liệu trước khi phát. Do có một số đặc điểm chủ chốt sau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp cho các kênh mặt đất, đó là: • Các sóng mang trực giao - orthogonality (COFDM). • Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval. • Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit - symbol và thông tin trạng thái kênh Phần này chúng ta sẽ cùng giải thích các đặc điểm này cũng như ý nghĩa của chúng. 1.3.2 Số lượng sóng mang - Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang. Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác định. Biên độ và pha này lựa chọn theo chòm sao điều chế. Mỗi symbol vận chuyển một lượng bít thông tin nhất định, lượng bit này bằng với loga (cơ số 2) của số trạng thái khác nhau trong chòm sao. 10
  21. - Bây giờ hãy tưởng tượng là có hai đường tín hiệu nhận được với một độ trễ tương đối giữa chúng. Giả sử ta xem xét symbol thứ n được phát đi, thì máy thu sẽ cố gắng giải điều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả thông tin nhận được liên quan đến symbol thứ n kể cả thông tin thu trực tiếp lẫn thông tin thu được do trễ. - Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol (xem hình 2.2- trái), thì tín hiệu thu được từ đường thứ hai sẽ chỉ thuần tuý là nhiễu, vì nó mang thông tin thuộc về các symbol trước đó. Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút ít tín hiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn (mức độ chính xác tuỳ thuộc vào chòm sao sử dụng và mức suy hao có thể chấp nhận). - Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol (hình 1.2- phải) thì chỉ một phần tín hiệu thu được từ đường thứ hai đựoc xem như là nhiễu vì nó mang thông tin của symbol trước đó. Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn, tuy nhiên sự đóng góp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực đối với thông tin từ đường thu chính thức. Hình 1.2: Hiện tượng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol - Điều này cho chúng ta thấy rằng, nếu chúng ta muốn giải quyết với tất cả các mức tín hiệu trễ khác nhau thì tốc độ symbol phải được giảm xuống sao cho tổng khoảng trễ (giữa tín hiệu thu được đầu tiên với tín hiệu thu được cuối 11
  22. cùng) cũng chỉ là một phần khiêm tốn của chu kỳ symbol. Khi đó thông tin mà một sóng mang đơn vận chuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều đường. Vậy thì nếu một sóng mang không thể vận chuyển được tốc độ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn đến ý tưởng chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc độ thấp hơn, mỗi dòng được vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang. Đây chính là một dạng của FDM - bước đầu tiên để tiến tới COFDM. - Mặc dù vậy thì vẫn có thể tồn tại ISI với các symbol trước đó. Để khử hoàn toàn thì phải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng tổng hợp tín hiệu mà máy thu thu được. Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ có thể là ý tưởng tốt (chúng ta sẽ trở lại vấn đề này sau). 1.3.3. Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT a. Trực giao Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang có vẻ như không có triển vọng lắm trong thực tế: chắc chắn, chúng ta sẽ cần rất nhiều bộ điều chế, giải điều chế và bộ lọc đi kèm theo? Và cũng có vẻ như sẽ cần một dải thông lớn hơn để chứa các sóng mang này. Nhưng thật may cả hai điều lo lắng này đều được xua tan nếu chúng ta thực hiện một việc đơn giản sau đây: các sóng mang được đặt đều đặn cách nhau một khoảng fU = 1/ TU, với TU là khoảng symbol hữu ích (u: useful) với điều kiện là các sóng mang này phải được đặt trực giao nhau. • Về ý nghĩa vật lý: khi giải điều chế tín hiệu cao tần này, bộ giải điều chế không nhìn thấy các tín hiệu cao tần kia, kết quả là không bị các tín hiệu cao tần khác gây nhiễu. • Về phương diện phổ: điểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào điểm bằng không của sóng mang kia. Hơn nữa chúng ta sẽ không bị lãng phí về mặt phổ. Các sóng mang được đặt rất gần nhau vì thế tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở điều chế sóng mang đơn - nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt đỉnh lý tưởng. 12
  23. b. Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ Thực tế, các sóng mang được điều chế có thể phân tích thành các số phức. Nếu khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu của cùng sóng mang (ISI) mà còn cả nhiễu xuyên sóng mang (ICI). Để tránh điều này chúng ta chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo các thông tin tổng hợp là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Hình 1.3: Chèn thêm khoảng bảo vệ Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU. Vì tất cả các sóng mang đều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu được điều chế cũng vậy. Vì thế đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ hiện tượng nhiều đường. DAB sử dụng khoảng bảo vệ xấp xỉ TU / 4; DVB-T có nhiều lựa chọn hơn nhưng tối đa cũng chỉ là TU / 4. Còn nhiều thứ nữa có thể gây ra sự suy giảm tính trực giao và do đó sẽ gây ra ICI. Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong các bộ tạo dao động nội hoặc trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay các tín hiệu tạp pha (phase-noise) trong các bộ tạo dao động nội. Tuy nhiên trong thực tế, những ảnh hưởng này có thể được giữ ở 13
  24. mức giới hạn có thể chấp nhận được. c. Sử dụng FFT Chúng ta đã tránh được hàng ngàn bộ lọc, nhờ tính trực giao, vậy thì việc thực hiện giải điều chế các sóng mang, các bộ ghép kênh và các bộ tổ hợp thì sao? Thực tế, chúng ta làm việc với tín hiệu thu được dưới dạng lấy mẫu (theo định lý Nyquyst). Quá trình tổ hợp trở thành quá trình tổng kết, và toàn bộ quá trình giải điều chế dựa trên dạng biến đổi Furier rời rạc (DFT). Rất may là việc thực hiện biến đổi Furier nhanh đã có rồi (các mạch tổ hợp đã sẵn có), vì vậy chúng ta có thể xây dựng thiết bị COFDM phòng thí nghiệm rất dễ dàng. Các phiên bản chung của FFT đều hoạt động trên cơ sở các mẫu thời gian 2M (tương ứng với các mẫu được lấy trong khoảng tổ hợp) và vận chuyển cùng số lượng các hệ số tần (frequency coefficient). Các hệ số này tương ứng với dữ liệu được giải điều chế từ nhiều sóng mang. Thực tế vì chúng ta lấy mẫu trên cơ sở giới hạn Nyquyst, nên không phải tất cả các hệ số được lấy đều tương ứng với các sóng mang tích cực mà chúng ta đã sử dụng. Biến đổi FFT ngược được sử dụng trong máy phát để tạo ra tín hiệu OFDM từ dòng dữ liệu đầu vào. d. Lựa chọn điều chế cơ sở Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao. Nếu càng có nhiều trạng thái trong chòm sao thì mỗi sóng mang càng vận chuyển được nhiều bit trong một symbol, tuy nhiên khi đó các điểm trong chòm sao cũng càng gần nhau hơn, trong khi công suất phát thì cố định nên sẽ giảm khả năng chống lỗi. Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi. Tại máy thu, giá trị giải điều chế tương ứng (hệ số tần lấy từ FFT máy thu) được nhân với một số phức tuỳ ý (đáp ứng kênh tại tần số sóng mang). Chòm sao sẽ được quay luân phiên và thay đổi về kích cỡ. Vậy thì làm thế nào chúng ta xác định được điểm trong chòm sao mà chúng ta gửi đi? Cách đơn giản là giải điều chế vi sai (differential demodulation), kiểu như 14
  25. DQPSK trong DAB. Thông tin được mang đi chính là sự thay đổi về pha của symbol này so với symbol tiếp theo. Miễn là kênh thay đổi đủ chậm thì sẽ không có vấn đề gì với đáp ứng kênh của nó. Sử dụng quá trình giải điều chế visai (khác với giải điều chế kết hợp - coherent demodulation ) sẽ gây ra suy giảm về chỉ tiêu của nhiễu tạp âm nhiệt (thermal noise) - tuy nhiên DAB không cần là hệ thống chống lỗi mạnh. Khi đòi hỏi tốc độ lớn hơn (như ở trong DVB-T), sẽ rất có lợi nếu sử dụng giải điều chế kết hợp . Ở phương pháp này, đáp ứng kênh sẽ được xác định và chòm sao nhận được được cân bằng chính xác rồi mới xác định xem điểm nào trên chòm sao được phát đi (nghĩa là xác định được bit nào đã truyền đi). Để làm được điều này ở DVB-T thì một số pilot phân tán phải được phát kèm theo (gọi là scattered pilots). Sau đó phép nội suy sẽ được thực hiện, sử dụng bộ lọc một chiều hoặc hai chiều để cân bằng tất cả chòm sao mang dữ liệu. Hình 1.4: Chèn thêm các scattered pilot 1.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM Các đặc tính của kênh truyền dẫn không cố định trong miền thời gian. Nhưng trong một khoảng thời gian ngắn thì thường là ổn định. a - Phân chia kênh COFDM đã thực hiện việc phân chia kênh truyền dẫn cả trong miền thời gian và miền tần số, tổ chức kênh RF thành tập các "dải tần phụ" hẹp và tập các "đoạn thời gian" liên tiếp nhau. Xem trên hình 1.5 sau đây 15
  26. Hình 1.5: Phân chia kênh Hình 1.6: Ví dụ về đáp ứng kênh thay đổi theo thời gian với hai đường trễ, mỗi cái có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đường tín hiệu chính. Trục z miêu tả đáp ứng kênh. b - Chèn các sóng mang phụ Trong mỗi đoạn thời gian, gọi là mỗi symbol OFDM, mỗi dải tần phụ được trang bị một sóng mang phụ. Để tránh nhiễu giữa các sóng mang, chúng được bố trí vuông góc với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang được đặt bằng với nghịch đảo của một chu kỳ symbol. 16
  27. Hình 1.7: Chèn các sóng mạng phụ c - Chèn khoảng bảo vệ Do các "echo" được tạo ra bởi các bản sao của tín hiệu gốc khi bị trễ, nên tại phần cuối của mỗi symbol OFDM sẽ có nhiễu liên symbol với phần đầu của symbol tiếp theo. Để tránh điều này, một khoảng bảo vệ được chèn vào mỗi symbol như ta thấy hình 1.8 sau: Hình 1.8: Chèn khoảng bảo vệ Trong khoảng bảo vệ này, mà thực ra tương ứng với một nhiễu giao thoa giữa các symbol, các máy thu sẽ bỏ qua tín hiệu thu được. 17
  28. Hình 1.9: Dạng tín hiệu minh họa khi có khoảng bảo về. d - Đồng bộ kênh Để giải điều chế tín hiệu một cách chính xác, các máy thu phải lấy mẫu chính xác tín hiệu trong suốt khoảng hữu ích của symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ). Do đó, một cửa sổ thời gian sẽ được ấn định chính xác tại khoảng thời gian mỗi chu kỳ symbol diễn ra. Hệ thống DVB-T sử dụng các sóng mang "pilot", trải đều đặn trong kênh truyền dẫn, đóng vai trò làm các điểm đánh dấu đồng bộ, như trên hình 1.10: Hình 1.10: Các sóng mạng đồng bộ. 18
  29. Các tính năng khác nhau này (phân chia kênh, mã hoá dữ liệu, chèn khoảng bảo vệ và các sóng mang đồng bộ) đã tạo ra các đặc tính cơ sở của phương thức điều chế COFDM. Thật không may, tất cả tính năng này lại làm giảm tốc độ hữu ích của tải thông tin. Tuy nhiên, ta cũng có thể cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh. Và để giúp các nhà phát hình có thể thoải mái sử dụng các hệ thống truyền dẫn của mình trong từng điều kiện cụ thể, DVB-T đã đưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn như: kích cỡ FFT (2K, 8K), tỷ lệ mã hóa (1/2, 2/3, 3/4 ), và khoảng bảo vệ (1/4 TS, 1/8 TS, 1/16 TS ). 1.3.5. Phương thức mang dữ liệu trong COFDM COFDM cho phép trải dữ liệu để truyền đi trên cả miền thời gian và miền tần số, sau khi đã sử dụng mã hóa vòng để bảo vệ dữ liệu. Do có hiện tượng fading tần số giữa các dải tần cận kề, nên COFDM có sử dụng xen tần số, nghĩa là các bit dữ liệu liên tiếp nhau sẽ được trải ra trên các song mang cách biệt nhau. Hình 1.11: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol 19
  30. Trong DVB-T việc mapping dữ liệu lên các symbol OFDM thực ra là điều chế từng sóng mang riêng rẽ, và có thể theo một trong ba chòm sao toạ độ phức 4QAM, 16QAM, 64QAM, như sau Hình 1.12: Chòm sao cơ sở của DVB-T Tuỳ theo dạng điều chế được lựa chọn, tại một chu kỳ symbol cho mỗi sóng mang sẽ có 2 bit (4QAM), 4 bit (16QAM) hay 6 bit (64QAM) được truyền đi. Mỗi dạng điều chế có một khả năng chống lỗi khác nhau. Thường thì 4QAM có khoảng dung sai chịu nhiễu lớn gấp 4 đến 5 lần so với 64QAM. 1.4. Mã hóa kênh trong DVB-T Tín hiệu đưa vào là luồng số liệu nối tiếp, luồng số liệu này bao gồm các gói được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2, mỗi gói dữ liệu có 188 byte (gồm có 1 byte đồng bộ và 187 byte dữ liệu). Các gói dữ liệu này đầu tiên được nhân dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS. Mục đích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác định số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài “0” và “1”). Các từ mã đồng bộ không được đưa vào quá trình phân tán nói trên. Sau khi được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS, các gói dữ liệu được đưa vào bộ mã ngoại (outer coding). Tại đây các gói số liệu được ghép 20
  31. thêm các mã sửa sai vào từng gói. Dữ liệu lấy ra khỏi bộ mã ngoại (outer coding) được đưa đến khối ghép xen ngoại (outer interleaving) để thực hiên việc ghép chập. Tại đây các gói số liệu được ghép theo byte. Mục đích của quá trình này là loại bỏ tính thống kê của nhiễu.Ta sẽ xem xét cụ thể các loại mã hóa được dùng như sau 1.4.1. Mã hóa phân tán năng lượng Hình 1.13: Sơ dồ miêu tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu. Nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 có độ dài 188 byte (gồm 1Byte đồng bộ và 187 Byte dữ liệu). Thứ tự xử lý sẽ luôn được bắt đầu từ MSB (bit "0") của byte đồng bộ gói (01000111). Để đảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hoá theo sơ đồ trong hình 1.13. Thanh ghi dịch tạo ra chuỗi giả ngẫu nhiên gồm có 15 bit. Đa thức tạo chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên sẽ là: 1 + x14 + x15 Việc khởi tạo chuỗi giả ngẫu nhiên được thực hiện bằng cách nạp chuỗi 21
  32. “1001010101000000” vào thanh ghi dịch. Quá trình khởi tạo này được thực hiện theo chu kỳ cứ 8 gói MPEG-2 thì nạp một lần. Để tạo tín hiệu ban đầu cho bộ tách, byte đồng bộ trong gói MPEG-2 đầu tiên trong 8 gói MPEG-2 sẽ được đảo bit (từ 47HEX thành B8HEX). Quá trình đảo bit này được gọi là “phối hợp ghép truyền tải”. Việc thực hiện ngẫu nhiên hoá chỉ áp dụng với các byte số liệu do đó bit đầu tiên lấy ra khỏi thanh ghi dịch sẽ được tích chập với bit đầu tiên của byte đầu tiên theo sau byte đồng bộ đã được đảo bit (B8HEX). Để trợ giúp các chức năng đồng bộ khác, khi 7 byte đồng bộ của 7 gói tiếp sau được truyền, chuỗi PRBS vẫn hoạt động nhưng đầu ra của thanh ghi dịch bị khoá do đó các byte này không được ngẫu nhiên hoá. Vì vậy chu kỳ của PRBS là 1503 bytes. 1.4.2. Mã ngoại (outer coding) Bộ mã ngoại sử dụng mã Reed-Solomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá dữ liệu đã được ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi. Do được mã hoá theo mã RS (204,188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ được thêm 20 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói. Đa thức tạo mã là: G(x) = (x + λ0)(x +λ1)(x +λ2) (x+λ15) Với λ = 02 HEX. Mã RS ngắn được thực hiện bằng cách thêm 51 bytes, tất cả là “0”, trước khi byte dữ liệu được đưa vào bộ mã hoá RS. Sau khi mã hoá RS, thì các byte rỗng sẽ được loại bỏ và các từ mã RS sẽ còn số byte là N= 204 byte. 1.4.3. Ghép xen ngoại (outer interleaving) Sơ đồ nguyên lý chung thực hiện việc ghép ngoại được cho trong hình 1.14. Theo sơ đồ việc ghép chập kiểu byte với độ sâu ghép l=12 sẽ được áp dụng với các gói được lấy ra khỏi bộ mã ngoại. Cấu trúc dữ liệu sau khi ghép được chỉ ra trong hình 2.15-d. Quá trình ghép chập này phải dựa trên tiếp cận tương hợp với tiếp cận Ramsey kiểu III, l=12 là tiếp cận Forney. Những byte dữ liệu được ghép là các byte số liệu trong gói đã được bảo vệ lỗi và được giới hạn bởi byte 22
  33. đồng bộ (đảo hay không đảo). Chu kỳ chèn là 204 byte. Bộ ghép gồm 12 nhánh, được kết nối theo kiểu vòng với các byte số liệu bằng chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch First in -First out, với j x M ô nhớ. Trong đó: M= 17 =N/I, N= 204 byte Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại 23
  34. Hình 1.15: Các bước trong quá trình ngẫu nhiên, mã ngoại, ghép ngoại (n = 2,3, 8) Mỗi ô của thanh ghi dịch sẽ có 1 byte. Đầu vào và đầu ra của bộ ghép phải được đồng bộ. Để tạo sự đồng bộ, byte SYNC và SYNC1 phải được truyền trong nhánh “0” của bộ ghép. 1.4.4.Mã hoá nội (inner coding) Bộ mã nội sử dụng mã chập lỗ. Nó cho phép lựa chọn các tốc độ mã hoá khác nhau: 1/2,2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Các phương pháp mã hoá này được dựa trên phương pháp mã chập với tốc độ mã hoá là 1/2 có 64 trạng thái được gọi là mã mẹ. Sơ đồ nguyên lý của thực hiện việc mã chập với tốc độ 1/2 được cho trong hình 2.16. Đa thức tạo mã là G1 = 171 oct cho đầu ra X và G2=133 oct cho đầu ra Y. Bảng sau đưa ra chuỗi bit truyền dẫn được tạo ra tương ứng với các tốc độ mã hoá khác nhau. Trong đó X và Y tương ứng với hai đầu ra của bộ mã chập. Tốc độ mã hoá càng cao thì dòng số liệu càng lớn nhưng tỉ số C/N cũng càng lớn. Tốc độ mã hoá 1/2 tạo ra dòng số liệu lớn nhất nhưng tỉ số C/N cũng cao nhất, tốc độ mã này được dùng cho các kênh bị nhiễu mạnh. Tốc độ mã hoá 24
  35. 7/8 tạo ra dòng số liệu nhỏ nhất nhưng tỉ số C/N thấp nhất nên được dùng cho các kênh ít bị nhiễu. Hình 1.16: Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 Dãy đƣợc truyền sau khi biến Tốc độ mã r Sơ đồ puncturing đổi song song - nối tiếp X: 1 1/2 Y: 1 X1Y1 X: 1 0 2/3 Y: 1 1 X1Y1 Y2 X: 1 0 1 3/4 Y: 1 1 0 X1Y1 Y2 X3 X: 1 0 1 0 1 5/6 Y: 1 1 0 1 0 X1Y1 Y2 X3Y4 X5 X: 1 0 0 0 1 0 1 7/8 Y: 1 1 1 1 0 1 0 X1Y1 Y2 Y3Y4 X5 X6 X7 Bảng 1.1: Sơ đồ puncturing và dãy được truyền sau khi biến đổi nối tiếp song song. Tiêu chuẩn OFDM cho phép lựa chọn 3 phương thức điều chế QPSK, 16 QAM, 64 QAM. 25
  36. 1.4.5.Ghép xen nội Bộ ghép xen nội gồm 2 khối: ghép kiểu bit và ghép kiểu ký tự. a- Bộ ghép kiểu bit. Luồng số liệu đưa vào bộ ghép nội kiểu bit (có thể lên tới 2 luồng) được tách thành v luồng con. v Loại điều chế 2 QPSK 4 16-QAM 6 64-QAM Trong trường hợp không phân cấp, dữ liệu được tách thành v luồng số liệu con Trong trường hợp phân cấp dữ liệu đưa vào gồm có 2 luồng: luồng có mức ưu tiên cao và luồng có mức ưu tiên thấp. Luồng có mức ưu tiên cao sẽ được tách thành 2 luồng con, luồng có mức ưu tiên thấp được tách thành v-2 luồng con. Quá trình tách các luồng con này được xem như việc chuyển các bit xdi thành các bit đầu ra be,do. Trong kiểu không phân cấp: xdi = b[di(mod)v](div)(v/2)+2[di(mod)(v/2)],di(div)v Trong kiểu phân cấp: x'di = bdi(mod)2,di(div)2; x''di = b[di(mod)(v-2)](div)((v-2)/2)+2[di(mod)((v-2)/2+2,di(div)(v-2) Trong đó: xdi Bit đưa vào trong mode không phân cấp x‟di Là bit của luồng ưu tiên cao trong mode phân cấp. x‟‟di Là bit của luồng ưu tiên thấp trong mode phân cấp. di Chỉ số bit đầu vào. 26
  37. be,do Bit lấy ra khỏi bộ tách. e Chỉ số luồng bit được tách (0≤ e ≤ v) o Chỉ số bit của luồng bit tại đầu ra bộ ghép Sau khi tách các bit được ánh xạ như sau: QPSK: x0 ⇒ b0,0 x1 ⇒ b1,0 16 QAM không phân cấp 16 QAM phân cấp x0 ⇒ b0,0 x‟0⇒ b0,0 x1⇒ b2,0 x1‟⇒ b1,0 x2⇒ b1,0 x‟‟0⇒ b2,0 x3⇒ b3,0 x”1⇒ b3,0 64 QAM không phân cấp 64 QAM phân cấp x0 ⇒ b0,0 x‟0⇒ b0,0 x1⇒ b1,0 x1‟⇒ b1,0 x2⇒ b2,0 x‟‟0⇒ b,2,0 x3⇒ b4,0 x”1⇒ b4,0 x4⇒ b3,0 x‟‟2⇒ b,3,0 x5⇒ b5,0 x”3⇒ b5,0 27
  38. Hình 1.17 Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình không phân cấp 28
  39. Hình 1.18: Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình phân cấp Với mỗi một bộ ghép bit, đầu vào sẽ là: B(e) = (be,0, be,1,be,2,be,3 be,125) (0≤ e≤ v) Vector lấy ra khỏi mỗi bộ ghép bit là: 29
  40. A(e) = (ae,0, ae,1, ae,2, ae,3, ae,125) Trong đó các ae,w với w = 0, 1, 2 125 được xác định như sau: ae,w = be He(w) là hàm hoán vị được xác định như sau: Bộ ghép bit Hàm hoán vị H(w) I0 H0(w) = w I1 H1(w) = (w + 63) mod 126 I2 H2(w) = (w + 105) mod 126 I3 H3(w) = (w + 42) mod 126 I4 H4(w) = (w + 21) mod 126 I5 H5(w) = (w + 84) mod 126 Đầu ra của bộ ghép bit được nhóm với nhau để tạo thành các ký tự dữ liệu. Mỗi ký tự dữ liệu sẽ gồm có v bit được lấy từ v bộ ghép bit. Vì vậy đầu ra của bộ ghép bit là các ký tự y‟ có v bit: y‟w = (a0,w, a1,w, av-1,w) b- Bộ ghép ký tự. Mục đích của bộ ghép ký tự là đặt những ký tự có v bit lên 1512 (mode 2k) hoặc 6048 (mode 8k) sóng mang. Bộ ghép ký tự đuợc thực hiện trên các khối có 1512 (mode 2k) hoặc 6048 (mode 8k) ký tự dữ liệu. Vì vậy trong mode 2k, 12 nhóm mỗi nhóm có 126 ký tự dữ liệu lấy từ bộ ghép bit sẽ được đọc một cách tuần tự vào trong vectơ Y‟ =(y0‟, y1‟, y2‟, ,y1511‟). Trong mode 8k, 48 nhóm mỗi nhóm có 126 ký tự dữ liệu được đọc vào trong vector: Y‟ =(y0‟, y1‟, y2‟, y6047‟) Vector Y thu đuợc sau khi ghép là: Y=(y1, y2, y3, yNmax-1) Trong đó: yH(q) = y‟q với những ký tự có chỉ số chẵn q=0, Nmax-1 yq = y‟H(q) với những ký tự có chỉ số lẻ q=0, Nmax-1 Nmax = 1512 trong mode 2k và Nmax = 6048 trong mode 8k. H(q) là hàm 30
  41. hoán vị được tính như sau: R‟i là từ có (Nr-1) bit, trong đó Nr = log2Mmax. Mmax = 2048 trong mode 2k. Mmax = 8192 trong mode 8k. R‟i được xác định như sau: i=0,1 R‟i [Nr-2,Nr-3, ,1,0] =0,0 0 i=2 R‟i [Nr-2,Nr-3, ,1,0] =0,0 ,1 2<i<Mmax R‟i [Nr-3,Nr-4, ,1,0] = R‟i-1 [Nr-2,Nr-3, ,2,1] Trong mode 2k: Ri‟[9] = R‟i-1[0] + R‟i-1[3] Trong mode 8k: Ri‟[11] = R‟i-1[1]+R‟i-1[4]+ R‟i-1[6] Vector Ri tạo ra từ vector R‟i bằng cách hoán vị bit theo bảng dưới đây. Chỉ số các bit của R‟i 1 0 Chỉ số các bit của Ri 1 0 Bảng 1.2: Hoán vị các bit theo mode 2k Hàm hoán vị H(q) được xác định theo thuật toán sau: Tương tự nh ư y‟, y gồm có v bit: Y‟q = (y0,q‟, y1,q‟, ,yv-1,q‟) Trong đó q‟ là chỉ số ký tự tại đầu ra của bộ ghép ký tự. 1.5 .Một số khả năng ƣu việt của DVB-T 31
  42. 1.5.1 Điều chế phân cấp Tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T gồm rất nhiều kiểu loại truyền dẫn, tạo điều kiện triển khai tín hiệu COFDM trong nhiều dịch vụ phát sóng khác nhau. Trong số đó, điều chế phân cấp cho phép phát sóng đồng thời 2 dòng truyền tải MPEG độc lập với khả năng chống lỗi khác nhau trên cùng một kênh RF. Và với phương thức điều chế phức tạp và khá lạ lẫm này, chúng ta có thể hình dung ra một số tính năng dịch vụ mới: • Một máy phát với 2 vùng phủ sóng riêng biệt. • Giải quyết được cả thu di động lẫn thu cố định. • Phát đồng thời các chương trình số cả ở dạng tiêu chuẩn (SDTV) lẫn dạng có độ phân giải cao (HDTV). Cùng với ứng dụng trong hoạt động của mạng đơn tần SFN, điều chế phân cấp đã nêu bật được các khả năng to lớn của hệ thống DVB-T. Và liệu điều chế phân cấp có phải là một cơ hội cho nhiều dịch vụ mới? Chúng ta sẽ cùng nhau xem xét vấn đề này. a- Chòm sao điều chế phân cấp Dạng điều chế phân cấp thực ra là sự biên dịch của 16QAM và 64QAM thông qua 4QAM, như ta thấy trên hình vẽ: 32
  43. Hình 1.19: Chòm sao phân cấp DVB-T Điều chế phân cấp được xem như là sự phân tách kênh RF thành 2 mạch ảo, mỗi mạch có một tốc độ bit riêng, một mức độ lỗi riêng và theo đó sẽ có vùng phủ sóng khác nhau một chút. Chính sự kết hợp giữa dạng chòm sao và tỷ lệ mã hóa sẽ quyết định sự khác nhau giữa 2 kênh ảo này. Trên thực tế, việc mapping dòng dữ liệu đầu tiên sẽ sử dụng chòm sao 4QAM. Mỗi cặp 2 bít của dòng dữ liệu này sẽ xác định góc phần tư mà sóng mang chiếm giữ trong chòm sao. Sau đó, dòng dữ liệu thứ hai sẽ quyết định vị trí bên trong góc phần tư đó, bao gồm cả phần thực và phần ảo của sóng mang. Nếu dòng dữ liệu thứ hai được ánh xạ bởi các cặp 2 bít thì chòm sao phân cấp chính là "4 QAM thông qua 4 QAM". Và hình dạng nó sẽ giống như 16 QAM. Còn nếu 4 bít được sử dụng thì đó chính là "16 QAM thông qua 4 QAM", tạo nên dạng chòm sao 64 QAM. Dòng bít dữ liệu đầu tiên sẽ luôn luôn sử dụng dạng điều chế 4 QAM, và được gọi là dòng bít ưu tiên cao (HP). Dòng thứ hai, ít lỗi hơn, được điều chế ở dạng 4 QAM hoặc 16 QAM, được gọi 33
  44. là dòng có mức ưu tiên thấp. Các loại điều chế phân cấp cũng có một hệ số thay đổi, đó là α. Đây là tỷ lệ giữa khoảng cách của hai điểm gần nhất của hai góc phần tư liền kề và khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trong cùng một góc phần tư của chòm sao. Thực ra hệ số α càng lớn thì càng có lợi cho điều chế HP 4 QAM nhưng khi đó điều chế LP lại khó chống lỗi hơn. b- Các đặc tính điều chế phân cấp Trong tiêu chuẩn DVB-T, điều chế phân cấp có hai đặc tính chính là: - Cho phép phát sóng hai dòng truyền tải MPEG độc lập trên cùng một kênh RF - Mỗi dòng truyền tải sẽ có một khả năng chống lỗi riêng, do đó sẽ có vùng phủ sóng riêng. Thực ra sự khác nhau giữa mức độ lỗi giữa HP và LP sẽ phụ thuộc cả vào dạng điều chế (4 QAM hay 16 QAM) và tỷ lệ mã hóa dùng cho dòng LP. Dòng dữ liệu HP, luôn được điều chế ở dạng 4 QAM, có tốc độ bitrate hữu ích chỉ phụ thuộc vào tỷ lệ mã hóa. Trong khi đó dòng LP được các máy thu xem như là nguyên nhân tăng thêm nhiễu của các góc phần tư trong chòm sao. Do vậy để đạt được lượng C/N có thể chấp nhận được thì dòng HP phải chịu thêm một lượng đền bù. c- Tại sao lại dùng điều chế phân cấp ? Tại nhiều nước, việc triển khai dịch vụ số thường bằng cách chia sẻ dải tần UHF/VHF với các dịch vụ analog hiện hành, nhưng vẫn là sử dụng các kênh không mong muốn (taboo channel).Để tối ưu hóa tốc độ bit trong phát hình DVB-T, các nhà lập kế hoạch mạng đã lựa chọn các cách điều chế mật độ cao như: chòm sao 64 QAM và tỷ lệ mã bảo vệ 2/3. Tuỳ theo cấu hình mạng và vùng phủ sóng mà ta có những sự lựa chọn sau: + 2K/8K: tuỳ theo mạng MFN hay SFN, và kích cỡ lớn nhất của các khoảng cách giữa các máy phát. + Khoảng bảo vệ: tuỳ theo vùng phục vụ (thành thị sẽ khác nông thôn, miền núi). 34
  45. Nhưng trên tất cả, các tính năng của điều chế phân cấp còn cho phép những điều chỉnh hơn nữa trong việc lập mạng như một số tình huống phủ sóng như trên hình sau đây: Hình 1.20: Sơ đồ phủ sóng tượng trưng sử dụng điều chế phân cấp. Điều chế phân cấp còn cho ta sự cân bằng giữa tốc độ bit với mức độ lỗi, hay chính là giữa tốc độ bit với vùng phục vụ. Trong thời kỳ đầu của DVB-T, điều chế phân cấp chỉ được xem như là cách để tạo ra hai vùng phủ sóng cho một máy phát xác định. Điều này thực sự là đúng, tuy nhiên chỉ cần thiết khi thực thi hai loại hình dịch vụ vì lúc đó điều chế phân cấp sẽ thể hiện được ưu thế về phổ mà vốn dĩ đã bị các dịch vụ analog chiếm giữ khá nhiều. Tóm lại điều chế phân cấp thể hiện được khá nhiều tính linh hoạt, tuỳ theo quan điểm cũng như mối quan tâm của các nhà phát hình mà có những lựa chọn khác nhau. Một số ví dụ dưới đây đã được ghi nhận: • Quảng bá cho cả máy thu cố định và máy thu có thể di chuyển Ứng dụng chính của điều chế phân cấp là cho các máy thu có thể dịch chuyển khi anten thu đặt trong nhà bằng việc thay đổi một chút các tham số điều chế. Trong khi các máy thu cố định có ưu thế về độ khuếch đại của các anten thu đặt trên nóc nhà thì thu dịch chuyển lại chịu bất lợi do suy hao gây bởi chính các building. Trên hình vẽ ta thấy so với loại điều chế thông thường (REG) thì HP và LP bao phủ hai vùng riêng biệt. 35
  46. Dòng dữ liệu thô hơn HP (chứa các chương trình "lõi") sẽ được cả máy cố định và di chuyển thu. Tuy nhiên khi thu di chuyển thì vùng phủ sóng HP sẽ lớn hơn một chút so với chính nó khi ở thể loại điều chế thông thường. Thực tế thì đâu là sự cân bằng nếu loại điều chế thông thường 64 QAM 2/3 được chuyển đổi thành phân cấp với HP là 4 QAM 1/2 và LP là 16 QAM 2/3. Bitrate REG: 24,13 Mbps HP: 6,03 Mbps LP: 16,09 Mbps C/N (Gaussian) REG: 16,5 dB HP: 8,9 dB LP: 16,9 dB Về khía cạnh bitrate hữu ích thì việc chuyển từ tốc độ 24,13 Mbps sang 22,12 Mbps của phân cấp sẽ làm giảm tốc độ toàn cục đi 2,01 Mbps. Về tỉ lệ C/N, với kênh Gaussian, thì HP được bảo vệ tốt hơn, trong khi LP gần như giống với loại truyền dẫn thông thường. Tóm lại việc giảm tốc độ tổng thể cũng không bằng việc chúng ta đạt được dòng HP có khả năng chống lỗi cao. Còn vùng LP thì hầu như không đổi thậm chí ngay cả trong trường hợp các máy thu di chuyển chịu sự suy giảm. Có lẽ trong những ngày đầu tiên thử nghiệm tiêu chuẩn DVB-T, điều chế phân cấp chưa thu hút được sự chú ý của các nhà phát hình. Nhưng hiện nay tình hình thay đổi đã khiến điều chế phân cấp đang ở trong hoàn cảnh rất hấp dẫn. 36
  47. Như một phần quan trọng trong ưu thế của DVB-T, điều chế phân cấp cho phép tận dụng thêm hiệu quả về phổ khi sử dụng rất nhiều thể loại máy thu trong nhiều hoàn cảnh khác nhau. Điều này giúp các nhà phát hình triển khai truyền hình số với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau mà không đòi hỏi gia tăng về phổ, đây chính là một lợi thế cho hệ thống DVB-T.Thậm chí nếu ai đó cho rằng những lợi thế này không đáng để phân tích thì hiển nhiên "Hierarchical Modulation vẫn không chỉ là điều tuyệt diệu của các kỹ sư: nó là của tất cả, một ưu việt không thể chối cãi của DVB-T". 1.5.2. Mạng đơn tần SFN a- Nguyên lý hoạt động của SFN Mạng đơn tần (Single Frequency Network) hoạt động dựa trên các máy phát đồng kênh. Các máy phát này phát cùng một tín hiệu tại bất kỳ thời điểm nào và tới bất kỳ điểm nào trong vùng phục vụ. Có 3 luật lệ "vàng" đối với mạng đơn tần: Mỗi máy phát trong mạng đơn tần sẽ phát: - Cùng một tần số, - Tại cùng một thời điểm, - Lượng thông tin phát đi giống nhau. Những luật lệ này tạo nên những yêu cầu cho SFN cơ sở, vì nó có ảnh hưởng trực tiếp trong quá trình thiết kế mạng phát hình: đó là yêu cầu phải đồng bộ các máy phát cả về mặt thời gian lẫn tần số. 37
  48. b- Yêu cầu trong miền tần số của SFN Thực ra thì mỗi máy phát trong mạng SFN cũng sẽ được quản lý và điều khiển chính xác về mặt tần số làm việc như trong các mạng tần số thông thường. Nhưng với hoạt động của mạng SFN COFDM thì sự ổn định cũng như tính chính xác của tần số làm việc phải đảm bảo sao cho mỗi sóng mang phụ có một vị trí tuyệt đối trong "không gian" mà tần số kênh RF đã từng sử dụng. Thực tế, tần số chuẩn toàn cục lấy từ các máy thu GPS được sử dụng để đồng bộ mạng SFN, như thấy trên hình 1.21. Hình 1.21: Đồng bộ miền tần số c- Yêu cầu trong miền thời gian đối với SFN Giá trị khoảng bảo vệ được chọn sẽ là điểm chính trong cấu hình mạng SFN: vì khoảng bảo vệ sẽ phản ánh trễ phản xạ lớn nhất mà hệ thống có thể chấp nhận được, và nó cũng phản ánh khoảng cách lớn nhất giữa 2 máy phát trong mạng. Có lẽ yêu cầu về mặt thời gian chính là một thách thức đối với các nhà phát hình: vì nó đòi hỏi mỗi máy phát phải phát cùng một symbol tại cùng một thời điểm, nên tất yếu dẫn đến đồng bộ về thời gian. Việc đồng bộ này sẽ đảm bảo sao cho các echo (tự nhiên hay nhân tạo) đều nằm trong phạm vi của khoảng bảo vệ. Như ta thấy minh họa trên hình 1.22. 38
  49. Hình 1.22: Đồng bộ về mặt thời gian. Cửa sổ thời gian sẽ cho phép loại bỏ khoảng bảo vệ trong lúc lấy mẫu tín hiệu tại máy thu. Vì thế khoảng bảo vệ phải được bố trí như là một "quĩ thời gian": nó sẽ được dùng trong không gian nhưng không sử dụng để bù lỗi đồng bộ thời gian của các máy phát. Thực tế các nhà điều hành mạng sử dụng đồng hồ tham chiếu lấy từ GPS với xung chuẩn 1PPS. Xung chuẩn này cho phép chèn thêm nhãn thời gian tại lúc ghép kênh, giúp cho tại mỗi máy phát bộ xử lý COFDM có thể gây trễ ghép kênh đầu vào cho đến khi có sự ổn định thời gian chung. d- SFN: ứng dụng thực tế. Cơ chế của COFDM trong mạng SFN được thực hiện trong rất nhiều quốc gia cả ở hệ thống DAB lẫn DVB-T. Ngày nay các mạng có tính thương mại sử dụng khả năng này để tối ưu hóa vùng phủ sóng cũng như để thực hiện mạng phát hình như là các cell RF ở Anh, Thụy Điển, Tây Ban Nha và Pháp. SFN dựa trên COFDM hoàn toàn không chỉ là tính năng thú vị chỉ trong phòng thí nghiệm mà nó hoàn toàn có thể ứng dụng trong thực tế. - SFN tạo ra hiệu quả về phổ lớn - Trong khi MFN có thể hoạt động xen với các dịch vụ analog thì SFN 39
  50. đòi hỏi một kênh RF trống hoàn toàn cho vùng phục vụ. - Hoạt đông tốt nhất với mạng gồm nhiều máy phát công suất thấp. Nghĩa là SFN tận dụng tốt hiệu quả về công suất. 1.6. Kết luận chƣơng I Từ những phân tích trên ta có thể thấy được những ưu, nhược điểm khi sử dụng kỹ thuật điều chế DVB-T: - Ƣu điểm: • Đáp ứng được nhu cầu truyền thông tốc độ cao ( nhất là với công nghệ truyền hình khi ghép nhiều kênh chương trình) với khả năng kháng nhiễu tốt trên kênh phađinh chọn lọc tần số. • Tính phân tập tần số cao do thông tin được trải ra trên nhiều sóng mang con khác nhau, tạo nên khả năng chống được các ảnh hưởng của kênh pha đinh chọn lọc tần số. • Hiệu quả sử dụng phổ cao do OFDM sử dụng nhiều sóng mang con sóng mang này trực giao nghĩa là các sóng mang con có một phần chồng lên nhau trong miền tần số mà vẫn đảm bảo chống ISI tại đầu thu. • Rất đơn giản và hiệu quả trong triển khai hệ thống. - Nhƣợc điểm: • Tỷ số công suất cực đại trên công suất trung bình cao do tín hiệu OFDM là tổng của nhiều thành phần tín hiệu nên biên độ của nó có đỉnh cao dẫn đến tỷ số PAPR là cao. • Quá trình đồng bộ gặp nhiều khó khăn hơn so với hệ thống thông thường vì hệ thống khá nhạy với nhiễu tạp âm, lỗi dịch tần số sóng mang, lỗi định thời tần số lấy mẫu 40
  51. CHƢƠNG II. TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 2.1. Những ƣu điểm cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2: Hệ thống DVB-T2 được xây dựng với mục đích:  DVB-T2 đạt được hiệu quả cao và khả năng xây dựng mạng mạng đơn tần diện rộng (SFN- Single Frequency Network)  DVB-T2 tương quan giữa các chuẩn trong họ các chuẩn DVB. DVB-T2 phát huy được những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn DVB khác. Ví dụ: DVB-T2 có 2 giải pháp kỹ thuật có tính then chốt của DVB-S2, đó là: - Cấu trúc phân cấp, đóng gói dữ liệu trong khung BB (Base Band Frame); - Sử dụng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check).  Mục tiêu chủ yếu của DVB-T2 là dành cho các phương thức thu cố định và thu di động, hơn nữa cũng cho phép sử dụng được các anten thu đang sử dụng tại gia đình và sử dụng lại các hệ thống các anten phát hiện có.  Trong cùng một điều kiện truyền sóng, DVB-T2 đạt được dung lượng truyền trong kênh cao hơn thế hệ đầu (DVB-T) ít nhất 30%.  DVB-T2 có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể, có khả năng cho phép đạt được độ tin cậy cao hơn đối với một vài dịch vụ so với các dịch vụ khác.  Cho phép linh hoạt đối với băng thông và tần số.  DVB-T2 có thể giảm tỷ lệ công suất đỉnh/công suất trung bình của máy phát, điều này giúp giảm điện năng tiêu thụ của toàn hệ thống.  Anh là nước đầu tiên trên thế giới phát sóng số mặt đất theo chuẩn DVB-T2. Sau một thời gian thử nghiệm DVB-T2 tại Anh, người ta thấy rằng: 41
  52. Dung lượng truyền dữ liệu trong cùng 1 kênh của DVB-T2 cao hơn khoảng 50% so với DVB-T. Ngoài ra đặc biệt, DVB-T2 còn có khả năng chống lại hiện tượng phản xạ nhiều đường (Multipaths) và có khả năng can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVB-T. DVB-T DVB-T2 Phương thức điều chế 64 - QAM 256 - QAM FFT 2K 32K Khoảng bảo vệ 1/32 1/128 FEC 2/3CC + RS 3/5 LDPC + BCH Pilot tán xạ 8.3% 1.0% Pilot liên tục 2.0% 0.53% L1 1.0% 0.53% Phương thức sóng mang Tiêu chuẩn Mở rộng Dung lượng 24.1Mbps 36.1 Mbps Bảng 2.1: Ví dụ so sánh DVB-T2 với DVB-T tại Anh - Nhận xét: DVB-T2 đạt được dung lượng cao hơn so với DVB-T trong mạng đơn tần (SFN) với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ (67%). DVB-T2 còn cho phép sử dụng khoảng bảo vệ lớn hơn 20% so với DVB-T, điều này cũng đồng nghĩa với việc mở rộng vùng phủ sóng của các máy phát trong mạng SFN. 2.2. Mô hình cấu trúc của hệ thống DVB-T2: Hệ thống DVB-T2 được chia thành 3 khối chính ở phía phát (SS1, SS2, và SS3) và hai khối chính ở phía thu (SS4 và SS5) được mô tả trên hình 2.1: 42
  53. Hình 2.1: Mô hình cấu trúc DVB-T2 * Trong đó: - SS1: Mã hoá và ghép kênh: có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit. Khối này có chức năng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các tiêu chuẩn của DVB. Đầu ra của khối là dòng truyển tải MPEG-2TS (MPEG - 2 Transport Stream). - SS2: Basic DVB- T2 – Gateway : Đầu ra của DVB- T2-Gateway là dòng DVB- T2 - MI. Mỗi gói DVB- T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN). Dòng DVB- T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến DVB- T2-FRAME. Mỗi dòng DVB- T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chế trong hệ thống T-2. - SS3:Bộ điều chế T-2 (T-2 Modulator): Bộ điều chế T-2 sử dụng Baseband Frame và DVB- T2- Frame có trong dòng DVB- T2-MI, căn cứ vào đó để tạo ra Khung T-2. - SS4: Giải điều chế T-2 (T-2 Demodulator): Bộ giải điều chế SS4 nhận tín hiệu cao tần (RF Signal) từ một hoặc nhiều máy phát (SFN Network) và cho một dòng truyền tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu ra. 43
  54. - SS5: Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder): Bộ giải mã thu nhận tín hiệu và giải mã thành tín hiệu video/audio để đưa ra tivi. 2.3. Một số tính năng mở rộng của DVB-T2 2.3.1. Các thông số mở rộng của DVB-T2: Các thông số của T-2 cũng được mở rộng so với DVB-T, trong đó bao gồm: - FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K - Khoảng bảo vệ - GI: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4 - Pilot phân tán: 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau - Pilot liên tục: Tương tự như DVB-T, tuy nhiên tối ưu hơn - Tráo: Bao gồm tráo bit, tráo tế bào, tráo thời gian và tráo tần số Việc mở rộng các thông số kết hợp với mã sửa sai mạnh hơn, cho phép DVB - T2 đạt được dung lượng cao hơn DVB-T gần 50% khi phát sóng ở chế độ đa tần (MFN) và thậm chí còn lớn hơn đối với mạng đơn tần (SFN). * Đăc biệt, DVB-T2 còn có một số đặc tính mới góp phần cải thiện chất lượng hệ thống: - Cấu trúc khung (Frame Structure) T-2: Chứa các symbol nhận diện đặc biệt được sử dụng để quét kênh (channel scanning) và nhận biết tín hiệu nhanh hơn. - Chòm sao xoay: Nhằm tạo nên tính đa dạng trong điều chế tín hiệu, hỗ trợ việc thu tín hiệu có tỷ lệ mã sửa sai lớn. - Các giải pháp kỹ thuật đặc biệt: Nhằm giảm tỷ số giữa mức đỉnh và mức trung bình của tín hiệu phát. - Thêm tuỳ chọn đối với khả năng mở rộng khung dữ liệu: Trong tương lai (future extension frame). Ví dụ như : DVB-T2 Litte 2.3.2. Giải pháp kỹ thuật cơ bản trong DVB-T2 : 2.3.2.1. Các ống lớp vật lý ( Physical Layer Pipes – PLPs) 44
  55. DVB-T2 với nhiều yếu tố góp phần làm tăng độ tin cậy của hệ thống và dung lượng truyền trên kênh ( 30%), một trong những ưu điểm nổi trội so với DVB-T đó là: các ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLP), các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamoutic, phương thức điều chế 256-QAM và đặc biệt là sử dụng mã sửa sai LDPC và BCH cho phép cải thiện chất lượng truyền dẫn DVB-T2 được nghiên cứu và phát triển mang tính kế thừa phần lớn các ưu điểm của tiêu chuẩn DVB-T và DVB-S2. DVB-T2 có cấu trúc hệ thống hoàn toàn giống như trong DVB-S2 đó là: sử dụng phương thức đặc biệt để đóng gói các dữ liệu vào Khung cơ sở (Base Band Frame – BB Frame), tạo các PLP Và thiết bị để thực hiện việc đó trong DVB-T2 chính là : T2 - Gateway. T2- Gateway là thiết bị quan trọng, bước đột phá mới trong hệ thống DVB-T2 vì thiết bị này cung cấp: các tín hiệu, các phương thức điều khiển cho các bộ điều chế DVB-T2 qua các giao diện đầu ra là: T2-MI. T2-Gateway cung cấp, quản lý các PLP (Physical Layer Pise) để cung cấp nhiều phương thức dịch vụ có cấp chất lượng dịch vụ khác nhau (Di động, Internet )  Vai trò của T2-Gateway trong hệ thống DVB-T2 Mô hình chung hệ thống DVB-T2 Hình 2.2: Mô hình hệ thống của DVB-T2 45
  56. Trong đó: . Mã hoá và ghép kênh. có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như: PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit. Các khối này có chức năng hoàn toàn giống nhau đáp ứng các tiêu chuẩn của DVB. Đầu ra của khối là dòng truyển tải MPEG2- TS (MPEG - Transport Stream). . T2 – Gateway: cung cấp đầu ra là dòng T2 - MI. Mỗi gói T2-MI bao gồm: Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN). Dòng T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến T2-FRAME. Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc nhiều bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2. . Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator) Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng Baseband Frame và T2- Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame T2-Gateway là thiết bị quan trọng trong DVB-T2 vì nó cung cấp băng tần điều khiển và tín hiệu đến tất cả các bộ điều chế DVB-T2 trong toàn bộ các giao diện đầu ra T2-MI. T2-Gateway quản lý các PLP (Physical Layer Pipes) để cung cấp nhiều phương thức dịch vụ khác nhau. Hình 2.3: Vai trò T2-Gateway 46
  57. DVB-T2 Gateway thực hiện các chức năng:  Tạo các gói Dòng truyền tải DVB/MPEG-2 trong Dòng truyền tải DVB-T2, đã được chèn các dữ liệu đồng bộ để thực hiện phát sóng trong mạng đơn tần -SFN (chế độ MISO);  Quản lý với các chế độ một PLP hay nhiều PLP, và đầu ra sẽ là dòng T2 với các chế độ điều chế DVB-T2 với các thông tin đã được đồng bộ - được gọi là: T2-MI. (T2- Modulator Interface) (T2-MI được truyền qua giao diện ASI và IP);  Đóng gói các Dòng MPEG-2 TS vào các BB-Frame;  Tương thích tất cả các chế độ điều chế để tạo ra duy nhất cùng một luồng dữ liệu xác định. Khi phát sóng các dịch vụ trong mạng đơn tần DVB-T2, T2-Gateway coi như một adapter SFN. T2-Gateway cung cấp băng tần và đồng bộ ngoài băng, đồng bộ tất cả các dữ liệu để tạo ra luồng dữ liệu đồng nhất giúp các bộ điều chế cùng hoạt động tại cùng một thời gian với cùng một tần số.  Các Ống lớp vật lý ( PLPs – Physical Layer Pipes) Các khái niệm về PLP cũng tương tự như trong tiêu chuẩn DVB-S2, cho phép mở rộng triển khai các dịch vụ. (Một PLP có thể thực hiện truyền dịch vụ HD, trong khi một PLP khác có thể mang các dịch vụ SD ). Tất cả các PLP đều được phát sóng trên cùng một tần số, điều này cũng có thể coi như là một cách ghép kênh trong DVB-T2. - T2-Gateway có thể thực hiện chế độ: một PLP (Single PLP) và nhiều PLP (Multi PLP). - T2-Gateway khi phát sóng chế độ nhiều PLP cung cấp các dữ liệu hoàn toàn chính xác cho các bộ điều chế. - T2-Gateway có thể cho phép phát tới chế độ tối đa 50 PLP. 47
  58. - Nội dung của mỗi PLP được truyền trực tiếp từ đầu vào qua giao diện ASI hoặc IP. Nhà vận hành mạng có thể lựa chọn đầu vào là Dòng TS hoặc nhiều PLP. Mỗi Dòng TS tương ứng với một PLP. Các Dòng TS giống nhau có thể được truyền trên nhiều PLP khác nhau. Mỗi PLP có thể mang nội dung của một hoặc nhiều dòng TS. Hình 2.4: Các Ống lớp vật lý Dưới đây sẽ giới thiệu cấu hình một kênh DVB-T2 có băng thông 8MHz được ghép bởi 3 ống lớp vật lý với các dịch vụ khác nhau: 3D, HD thu bằng anten ngoài trời và SD thu bằng anten trong nhà và di dộng. ( Đối với việc thu các chương trình HD, SD theo DVB-T2 bằng sử dụng các set-top box, các chương trình thu di động sử dụng các USB thu DVB-T2). Băng Khoản Kích Ch. Tốc độ thông C/N Tỷ lệ Pilot Điều chế g bảo thƣớc (Mbit/s) sử mã (dB) vệ FFT dụng 3D+HD 1+1 18+10 68% 23,4 256QAM ¾ 1/16 PP4 32K SD 2 2+2 24% 10,6 16QAM 3/5 1/16 PP4 32K Di động 1 0,5 7% 3,3 QPSK ½ 1/16 PP4 32K Tổng cộng 5 32,5 99% Bảng 2.2: Ví dụ về cấu hình DVB-T2 được ghép bởi 3 ống lớp vật lý 48
  59. Với các dịch vụ khác nhau, mỗi PLP có thể sử dụng các bộ thông số: phương thức điều chế, tỷ lệ mã, tráo thời gian khác nhau. Yêu cầu của Dòng MPEG-2 TS đảm bảo tốc độ bít không đổi (CBR – constant bit rate), nhưng có thể các nội dung (payload) với tốc độ bit có thể thay đổi được (VBR) bằng việc thêm các “gói rỗng”- null packets. Do vậy dung lượng các gói rỗng có thể khác nhau. Trong dòng TS khi truyền đi sẽ không có các “gói rỗng”. Chúng sẽ được tách ra trước khi truyền và khi máy thu nhận được sẽ tự động được chèn “null packets” vào Dòng TS; điều này cũng sẽ giúp tiết kiệm băng thông truyền dẫn. - Trong DVB-T2, người ta quy định chế độ A là S-PLP và chế độ B là M-PLP. A. Đầu vào Chế độ A: Đây là mode đơn giản nhất có thể được xem như 1 phần mở rộng của DVB-T. Ở đây tín hiệu DVB-T2 sử dụng duy nhất 1 PLP đơn được truyền trên 1 tần số chứa 1 Dòng MPEG2-TS. B. Đầu vào chế độ B: Chế độ cung cấp đa dịch vụ này là việc áp dụng tính năng các Ống Lớp vật lý (hình 4). Trong mode B, với mỗi dịch vụ sẽ được truyền trên 1 PLP, ngoài ra 1 nhóm dịch vụ (các dịch vụ có tốc độ bit thấp) cũng có thể chia sẻ trong cùng 1 PLP.  Ƣu điểm của M-PLP: - Khả năng chống hiện tượng phản xạ nhiều đường cao (nhờ sự kết hợp của các chế độ điều chế và tốc độ mã hóa) - Tăng khả năng tráo thời gian. - Cho phép tiết kiệm điện năng máy thu nhờ chia lát thời gian như DVB-H - Cho phép sự linh hoạt tần số – chia lát theo thời gian - tần số (TFS). Vì vậy trong trường hợp khi sự đồng nhất thông số vật lý được thiết lập, mode B rất hiệu quả cho phương thức thu di động. 49
  60. Hình 2.5: Khung T2 với chế độ M-PLP Thông thường, các nhóm dịch vụ được cung cấp thông tin trong bảng PSI/SI, (giống như thông tin EPG, hoặc thông tin CA). Mode B cung cấp các khái niệm PLP chung phổ biến hay sử dụng, được đặt bởi 1 nhóm PLPs. Do đó, khi máy thu thu được từ 2 PLP trở lên trong cùng 1 thời điểm, máy thu sẽ nhận biết các tín hiệu dịch vụ: dữ liệu PLP và PLP chung. Hình 2.6: DVB-T2 với chế độ M-PLP cho nhiều dịch vụ khác nhau Hình 2.6 ví dụ về sử dụng M-PLP với khả năng cung cấp 4 lớp dịch vụ: HDTV, SDTV, Audio và Data) được ghép trong 1 kênh RF. Mỗi dịch vụ có 1 tốc độ dữ liệu riêng, khác nhau và bán kính vùng phủ khác nhau được chỉ ra trong hình 6 ở bên phải. Lợi thế bổ sung với nhiều ống lớp vật lý : - Với các phương thức thu khác nhau và thiết bị thu khác nhau có thể thu được tín hiệu giống nhau, (ví dụ với thu HDTV bằng phương thức cố định, ăng- ten đặt trên cao và thu di động ), với 1 dung lượng nhất định và chống can nhiễu như nhau. 50
  61. - Có thể đặt chế độ ưu tiên cao cho 1 hoặc nhiều dịch vụ trên kênh truyền (cường độ trường của tín hiệu, chống can nhiễu) – theo mức ưu tiên. - Khi 1 dịch vụ không yêu cầu cần có vùng phủ sóng rộng như các dịch vụ khác, thì dịch vụ đó có thể được truyền với cường độ trường của tín hiệu thấp để tiết kiệm dung lượng kênh truyền. - Việc thay đổi nội dung khi ghép kênh các chương trình địa phương / trung ương (với CBR) trong kênh truyền được thực hiện dễ dàng. tại đó phần còn lại của nội dung là ghép kênh thống kê trung tâm. Ưu tiên dành 1 PLP cho ghép các nội dung địa phương / trung ương. Việc này giúp việc triển khai ghép các kênh tại các khu vực được nhanh và hiệu quả về kinh tế. . - Với khả năng dùng TFS (Time frequency Slicing), việc tăng dung lượng kênh truyền và mở rộng vùng phủ sóng được thực hiện dễ dàng. Một hạn chế với việc sử dụng M-PLP là khi ghép các PLP vào trong 1 nhóm PLPs bắt buộc kích thước FFT của các PLP phải giống nhau. * Có thể ví dụ: Khi triển khai sử dụng 1 mạng đơn tần - SFN với tính toán sử dụng thu cố định các chương trình HD và thu di động. Để tiết kiệm dung lượng kênh, có thể cần dùng với kích thước FFT là 32k cho dịch vụ HD. Với thời gian lấy mẫu lớn, nên dùng khoảng bảo vệ nhỏ hơn, dẫn đến tối đa dung lượng. Tuy nhiên nếu sử dụng ở chế độ FFT=32k nghĩa là khoảng cách tần số giữa các sóng mang OFDM sẽ ngắn, điều này khiến mật độ sử dụng dịch vụ thu di động sẽ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng dopler khi thu di động ở tốc độ cao. 2.3.2.2. Băng tần phụ (1.7Mhz và 10Mhz): Để đáp ứng các dịch vụ chuyên dụng, ví dụ truyền tín hiệu từ camera về một studio lưu động, DVB-T2 còn bao gồm tuỳ chọn băng tần 10Mhz. Các máy thu dân dụng không hỗ trợ băng tần này. DVB-T2 còn sử dụng cả băng tần 1.712 Mhz cho các dịch vụ thu di động (trong băng III và băng L) 51
  62. 2.3.2.3. Các mode sóng mang mở rộng (8K, 16K, 32K) Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thước FFT lớn. Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể trải rộng hơn, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ trên một symbol được sử dụng để truyền tải dữ liệu. Độ lợi (gain) đạt được ở giữa 1.4% (8Kmode) và 2.1% (32Kmode). Hình 2.7 so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thường và 32K trong mode sóng mang mở rộng. Sóng mang mở rộng là một đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thể đạt được mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng như tỷ số bảo vệ. Hình 2.7: Mật độ phổ công suất đối với mode 2K và 32K 2.3.2.4. MISO dựa trên cơ sở Alamouti (trên trục tần số) Do DVB-T2 hỗ trợ mạng đơn tần (SFN), sự hiện diện của tín hiệu có cường độ mạnh tương tự nhau từ 2 máy phát có thể tạo nên điểm “lõm” (deep notches). DVB-T2 có tuỳ chọn sử dụng kỹ thuật Alamouti: với một cặp máy phát [hình 2.8]. Alamouti là một ví dụ của MISO (Multiple Input, Single Output), trong đó mỗi điểm của đồ thị chòm sao được truyền bởi một máy, còn máy phát thứ 2 truyền phiên bản có chỉnh sửa một chút của từng cặp của chòm sao với thứ tự ngược lại trên trục tần số.Kỹ thuật Alamouti cho kết quả tương đương với phương thức thu phân tập trên phương diện đạt được sự kết hợp tối ưu giữa hai tín hiệu, tỷ số tín/tạp cuối cùng,do đó công suất thu được là công suất tổng hợp của hai tín hiệu trong không gian. 52
  63. Hình 2.8: Mô hình MISO 2.3.2.5. Symbol khởi đầu (P1 và P2) Những symbol đầu tiên của khung DVB-T2 ở lớp vật lý là các symbol khởi đầu (preamble symbols). Các symbol này truyền một số lượng hạn chế các thông tin báo hiệu bằng phương thức truyền có độ tin cậy. Khung đầu tiên được bắt đầu bằng symbol P1, điều chế BPSK với độ tin cậy cao. Với khoảng bảo vệ ở cả hai đầu, symbol P1 mang 7 bit thông tin (bao gồm kích thước FFT của symbol dữ liệu). Các symbol P2, số lượng được cố định cho mỗi kích thước FFT, cung cấp thông tin báo hiệu lớp 1 kể cả tĩnh, động và khả năng cấu trúc. Các bit đầu tiên của thông tin báo hiệu (L1 – Pre-signalling) có phương thức điều chế và mã hoá cố định, các bit còn lại (L1 – Post-signalling) tỷ lệ mã được xác định là 1/2 nhưng phương thức điều chế có thể được lựa chọn giữa QPSK, 16- QAM và 64-QAM. Symbol P2, nói chung còn chứa dữ liệu PLP chung và/hoặc PLP dữ liệu 2.3.2.6. Mẫu tín hiệu Pilot (Pilot Pattern) Pilot phân tán (Scattered Pilots) được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số. Pilot phân tán được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đường truyền. Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, DVB-T2 tiếp cận một cách linh hoạt hơn, bằng cách định nghĩa 8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt. 53
  64. Hình 2.9: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(trái) và DVB-T2(phải) 2.3.2.7. Phương thức điều chế 256-QAM Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang. Với chuẩn DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM (hình ) cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu suất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước. Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng ½ so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu. Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất song mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể. 256-QAM do vậy sẽ là 1 sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế. Hình 2.10: Đồ thị chòm sao 256-QAM 54
  65. 2.3.2.8. Chòm sao xoay (Rotated Constellation) Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay). Sau khi đã định vị, chòm sao được “xoay” một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 2.11. Hình 2.11: Chòm sao 16-QAM xoay Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau. Nếu có một thành phần bị huỷ hoại trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin đã mất. Kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7dB trên kênh có phađing. Độ lợi này còn lớn hơn trên kênh 0dB phản xạ (SFN) và kênh xoá (nhiễu đột biến, phađing có chọn lọc) (Hình 2.12). Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn. Hình 2.12: Hiệu quả của chòm sao xoay so với không xoay 55
  66. 2.3.2.9. Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak-to -Average Power Ratio – PAPR) PAPR trong hệ thống OFDM cao có thể làm giảm hiệu xuất bộ khuếch đại công suất RF. Cả hai kỹ thuật làm giảm PAPR được sử dụng trong hệ thống DVB- T2: mở rộng chòm sao tích cực (Active Constellation Extension – ACE). Kỹ thuật ACE làm giảm PAPR bằng cách mở rộng các điểm ngoài của đồ thị chòm sao trên miền tần số, còn TR làm giảm PAPR bằng cách trực tiếp loại bỏ các giá trị đỉnh của tín hiệu trên miền thời gian. Hai kỹ thuật bổ sung cho nhau, ACE hiệu quả hơn TR ở mức điều chế thấp còn TR hiệu quả hơn ACE ở mức điều chế cao. Hai kỹ thuật không loại trừ nhau và có khả năng sử dụng đồng thời. Tuy nhiên kỹ thuật ACE không được sử dụng với chuẩn xoay. 2.3.2.10. Tráo bit, ánh xạ bit lên đồ thị chòm sao Mục đích của tráo là trải nội dung thông tin trên miền thời gian và/hoặc tần số sao cho kể cả nhiễu đột biến lẫn phađing đều không có khả năng xoá đi một chuỗi bit dài của dòng dữ liệu gốc. Tráo còn được thiết kế sao cho các bit thông tin được truyền tải bởi một điểm xác định trên đồ thị chòm sao không tương ứng với chuỗi bit liên tục trong dòng dữ liệu gốc. 2.3.2.11. Tráo tế bào, tráo thời gian Nhằm nâng cao độ tin cậy trong quá trình truyền sóng, không chỉ sử dụng tráo bít, tráo symbol như thế hệ đầu, hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB- T2) còn sử dụng kỹ thuật tráo tế bào(cell interleaving- CI) và tráo thời gian (time interleaving- TI).  Tráo tế bào (cell interleaving- CI) Tráo tế bào trên thực tế là quá trình trải đều các tế bào để đảm bảo có sự phân phối không tương quan méo kênh và can nhiễu trong một từ mã FEC. Tín hiệu đầu vào bộ tráo G(r)= (gr,0, gr,1, gr,2, , gr,Ncells-1) là các tế bào dữ liệu (gr,0, gr,1, gr,2, , gr, Ncells-1) của các khối (block) FEC. Trong đó: 56
  67. Chỉ số r là chỉ số của block FEC trong block TI. Chỉ số “r” được tạo bởi phép “xoay” đồ thị chòm sao và trễ thành phần Q theo chu kỳ, “r” biểu thị sự gia tăng chỉ số của block FEC trong block TI và được reset về 0 tại thời điểm bắt đầu của mỗi block TI. Hình 2.13: Tráo tế bào  Tráo thời gian Tráo thời gian TI hoạt động ở mức PLP. Thông số tráo thời gian thay đổi với các PLP khác nhau trong hệ thống T2. Block FEC từ bộ tráo tế bào đối với mỗi PLP được nhóm lại thành các khung tráo (interleaving Frame). Mỗi khung tráo bao gồm một số lượng khác nhau block FEC. Số lượng block FEC trong khung tráo có chỉ số n được ký hiệu bằng NBLOCKS _IF(n). NBLOCKS _IF(n) có giá trị từ 0 đến NBLOCKS _IF_ MAX, giá trị cực đại có thể lên tới 1023 Mỗi khung tráo được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2. Mỗi khung tráo được chia cho một hoặc vài block TI. Block TI trong một khung tráo có thể bao gồm các 57
  68. số lượng khác nhau block FEC. Nếu một khung tráo được chia cho nhiều block TI, khung tráo này chỉ được phép ánh xạ lên một khung T2. Như vậy có 3 tùy chọn: 1. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_TYPE= „0‟và TIME_IL_LENGTH= „1‟ 2. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ lên một vài khung T2. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_LENGTH= „1‟ 3. Mỗi khung tráo chứa một block TI và được ánh xạ trực tiếp lên một khung T2 và mỗi khung tráo được chia cho vài block TI. Tùy chọn này được chỉ dẫn trong tín hiệu báo hiệu lớp 1 (L1_ Signalling) bằng TIME_IL_TYPE= „0‟. Các thông số của tráo thời gian TI thay đổi từ 0 đến 1023. Khung dữ liệu có thể ánh xạ trực tiếp sang khung T2 (T2 Frame) tương ứng hoặc một vài T2 Frame. Nguyên lý tráo thời gian được biểu thị trên hình 35. Khối FEC đầu tiên được ghi theo cột vào 5 cột đầu tiên của bộ tráo thời gian. Khối FEC thứ 2 được ghi theo cột vào 5 cột tiếp theo của bộ tráo thời gian và cứ tiếp tục như vậy. Các tế bào được đọc theo hàng. 58
  69. Tế bào đầu tiên của Ghi khối FEC Đọc của khối TI Hàng 1 Cột 1 Cột 1 Cột Nc Hình 2.14: Tráo thời gian Nếu tráo thời gian không được sử dụng, tín hiệu đầu ra bộ tráo hoàn toàn giống như tín hiệu đầu vào. Tráo thời gian được sử dụng như bộ đệm (buffer) cho dữ liệu PLP, do vậy đầu ra có thể bị trễ so với đầu vào kể cả khi không dùng bộ tráo. 2.4. Kết luận chƣơng II Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2) được công bố tháng 2-2009 (sau DVB-S2 và DVB-C2 cho truyền hình số trên vệ tinh và truyền hình cáp). DVB-T2 sử dụng nhiều giải pháp kỹ thuật mới như: ống vật lý, băng tần phụ, các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamouti, symbol khởi đầu (P1,P2), mẫu hình tín hiệu Pilot, chòm sao xoay, mục đích là làm tăng độ tin cậy của kênh truyền và tăng dung lượng bit. Trên thực tế, DVB-T2 có khả năng truyền tải dung lượng bit lớn hơn DVB-T gần 50% đối với mạng đa tần (MFN) và thậm chí cao hơn đối với mạng đơn tần (SFN). DVB-T2 là hệ thống truyền hình số mặt đất lý tưởng cho truyền hình có độ phân giải cao HDTV (High Defination Televition). Sự sẵn sàng của chuẩn DVB-T2 mang đến các cơ hội mới cho môi trường truyền hình mặt đất. Các nhà quảng bá và nhà cung cấp dịch vụ khác có thể 59
  70. quan tâm hỗ trợ các dịch vụ mới trên DTT mà trước đó khó triển khai do hạn chế về dung lượng băng thông trong các băng tần VHF và UHF. Việc phát triển chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai đã đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đó là sự gia tăng dung lượng băng thông giúp cung cấp cho người xem các dịch vụ truyền hình mới. Trong nhiều quốc gia, chuẩn DVB- T2 hỗ trợ cơ hội cho các nhà quảng bá triển khai một chuỗi các dịch vụ HDTV trên môi trường DTT. Chuẩn DVB-T2 cũng có khả năng hỗ trợ các dịch vụ có thể trong tương lai. Các dịch vụ thế hệ kế tiếp như 3D TV có thể hưởng lợi từ việc gia tăng dung lượng sẵn có của DVB-T2. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả kinh tế, các đặc tính kỹ thuật chung cho máy thu DVB-T2 cần được các nhà điều hành quốc gia công bố sớm. Điều này sẽ hạn chế sự phân hóa thị trường và đảm bảo cho người xem có thể có nhiều chọn lựa máy thu với giá thấp nhất có thể. Đây cũng là lý do mà các nhà sản xuất đã bắt đầu hợp tác để định nghĩa các yêu cầu cho máy thu DVB-T2 . Theo sau sự kết thúc chuyển đổi tương tự, người ta hy vọng rằng các quốc gia sẽ bắt đầu triển khai các dịch vụ dùng chuẩn DVB-T2. Trong một số quốc gia, chuẩn mới này sẽ dùng để hỗ trợ các dịch vụ HDTV (cả miễn phí và trả tiền) và cũng dùng để cải tiến hay thay thế các dịch vụ truyền hình có độ phân giải chuẩn hiện nay. Tuy nhiên, việc thay thế chuẩn DVB-T bởi DVB-T2 cũng cần có một khoảng thời gian „quá độ‟ trong quá trình chuyển đổi. Người ta cũng cho rằng chuẩn DVB-T và DVB-T2 sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm, mỗi chuẩn hỗ trợ người xem các loại dịch vụ khác nhau. Nhìn chung, DVB-T2 sẽ đem đến nhiều cơ hội triển khai các dịch vụ mới. Với việc gia tăng dung lượng lên mức giới hạn vật lý có thể, chuẩn DVB-T2 sẽ rất thích hợp với nhiều dịch vụ trong tương lai. 60
  71. CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ CƠ BẢN TẠO NÊN TÍNH ƢU VIỆT CỦA DVB-T2 SO VỚI DVB-T 3.1. Kích thƣớc FFT 3.1.1 Các thông số mở rộng FFT Với DVB-T2 đã cho phép mở rộng kích thước FFT lên thành : 1K, 2K, 4K, 8K, 16K và 32K. Tăng kích thước FFT đồng nghĩa với việc làm hẹp khoảng cách giữa các sóng mang và làm tăng chu kỳ symbol. Việc này, một mặt làm tăng can nhiễu giữa các symbol và làm giảm giới hạn tần số cho phép đối với hiệu ứng Doppler. Mặt khác, chu kỳ symbol dài hơn, cũng có nghĩa là tỷ lệ khoảng bảo vệ nhỏ hơn đối với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ trên trục thời gian. Tỷ lệ khoảng bảo vệ bằng 1/128 trong DVB-T2, cho phép 32K sử dụng khoảng bảo vệ có cùng giá trị tuyệt đối như 8K 1/32 . Thông số 1K 2K 4K 8K 16K 32K Số lượng chế độ thông thường 853 1,705 3,409 6,817 13,633 27,265 sóng mang chế độ mở rộng Ktoatal NA NA NA NA NA NA Giá trị của chế độ thông thường 0 0 0 0 0 0 các sóng chế độ mở rộng mang kmin NA NA NA 0 0 0 Giá trị của chế độ thông thường 852 1,704 3,408 6,816 13,632 27,264 các sóng chế độ mở rộng mang kmaΧ NA NA NA 6,912 13,920 27,840 Số sóng mang có mang mode mở 0 0 0 48 144 288 rộng Kext Khoảng cách Tu 1024T 2048T 4096T 8192T 16384T 32768T Khoảng thời gian Tu ms 112 224 448 896 1792 3584 Chu kỳ 1/Tu (Hz) 8,929 4,464 2,232 1,116 558 279 Bảng 3.1: Thông số kích thước FFT trong DVB-T2 / 8MHz 61
  72. * Lựa chọn kích thƣớc FFT Việc lựa chọn kích thước FFT là rất quan trọng đối với hệ thống. Vì nếu tăng kích thước FFT thì dẫn đến phải tăng khoảng bảo vệ - GI, điều này sẽ ảnh hưởng đến khả năng phủ sóng trong mạng đơn tần. Kích thước FFT lớn cần phải tính toán khoảng bảo vệ - GI hợp lý để đảm bảo chất lượng đường truyền. Hình 3.1: Mối liên hệ giữa kích thước FFT và GI Thu DVB-T2 di động, băng UHF IV/V, hoặc băng tần cao UHF, với kích thước FFT nhỏ thì khả năng chống lại được hiệu ứng Doppler là tốt nhất. Chọn kích thước FFT = 1K sẽ chống hiệu ứng Doppler là tốt nhất khi hoạt động trong băng L(1,5 GHz), hoặc cao hơn, nếu sử dụng băng thông 1,7 MHz. Với tỷ lệ lấy mẫu thấp hơn, khoảng cách giữa các sóng mang là đảm bảo trong kênh 8 MHz. Với phương thức thu cố định angten thu đặt ngoài trời, băng tần VHF hoặc UHF, với tốc độ dữ liệu thu lớn, chọn chế độ FFT= 32K là thích hợp. Trong trường hợp này các biến thể thời gian trong kênh được giảm thiểu, với FFT 32K sẽ cung cấp khả năng đạt tốc độ bit cao nhất có thể đạt được . Với kích thước FFT, giản đồ chòm sao và Code rate xác định. Hiệu ứng Doppler sẽ phụ thuộc vào độ rộng băng thông RF (giảm một nửa băng thông sẽ giảm một nửa khoảng cách giữa các sóng mang, kết quả hiệu ứng Doppler cũng sẽ giảm 1 nửa). Mặt khác, hiệu ứng Doppler tỉ lệ nghịch với tần số RF và do đó tần số càng cao, hiệu ứng Doppler càng giảm do thời gian đáp ứng kênh thay đổi nhanh chóng. Vì vậy, hiệu ứng Doppler cùng cần được tính toán cho các ứng dụng thu di động tại 62
  73. VHF Band III (khoảng 200 MHz) sử dụng chế độ 32K. Sử dụng kích thước FFT= 8K với băng tần 800 MHz. Sử dụng FFT=32K là lựa chọn tối ưu ở băng tần VHF, băng thông 7 MHz. Việc thực hiện trong thời gian khác nhau các kênh truyền hình cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự lựa chọn của mô hình thí điểm. Tóm lại, việc tăng kích thước FFT sẽ làm giảm hiệu ứng Doppler trong hệ thống. 3.1.2. Kết quả đo kiểm thực tế. RF i-CAN vệ tinh A/V RF RF RF TV RF TV proview 7000 DTTV BRID A/V ASI RF GE ENCODER Co e mputer Phân tích & kiểm IP tra Hình 3.1: Sơ đồ khối đo kiểm thu, phát DVB-T2 - Phát DVB-T2 trên kênh 28, tần số 530MHz. Thay đổi các thông số phát: Chế độ điều chế, mã sửa sai, khoảng bảo vệ . Sử dụng thiết bị đo để đo: mức tín hiệu, C/N, MER. 63
  74. Sử sụng các Set-top-box để đánh giá khả năng thu nhận và chất lượng hình ảnh. Chế độ phát với 16-QAM, với tốc độ 18,8Mb/s, GI: 1/32 thay đổi FFT: 8K và 16K FEC FFT C/N(dB) MER(dB) Ghi chú 1/2 8k 11,1 20,1 3/5 8k 11,3 22,3 2/3 8k 11,8 23,3 3/4 8k 11,6 22,8 1/2 16k 14,1 20,9 3/5 16k 14,3 20,7 2/3 16k 14,8 22,1 3/4 16k 14,6 22,4 4/5 16k 14,7 20,9 Bảng 3.2: Các thông số đo với FFT thay đổi 8K và 16K Nhận xét: - Với cùng một phương pháp điều chế, khi thay đổi kích thước FFT thì chỉ số MER thay đổi không nhiều, tuy nhiên khi FFT tăng muecs C/N yêu cầu tại máy thu sẽ tăng để có thể thu được tín hiệu. 3.2. Mở rộng băng thông DVB-T2 cho phép mở rộng số lượng sóng mang sử dụng cho các chế độ: 8K, 16K và 32K đồng thời vẫn giữ băng thông giới hạn của kênh RF (8MHz). Chế độ này được gọi là: Chế độ mở rộng sóng mang. Hình 3.3 biểu diễn phổ dày đặc của chế độ mở rộng sóng mang cho các chế độ FFT khác nhau. 64
  75. Hình 3.2: Phổ tín hiệu DVB-T2 lý thuyết với khoảng bảo vệ - GI=1/8 (kênh 8Mhz với chế độ sóng mang mở rộng 8K, 16K, 32K) Độ lợi (gain) đạt được ở giữa 1.4% (8Kmode) và 2.1% (32Kmode). Hình 2.6 so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thường và 32K trong các chế độ sóng mang mở rộng. Sóng mang mở rộng có đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thể đạt được mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng như tỷ số bảo vệ. Trong DVB-T2, do số sóng mang của chế độ mở rộng được tăng cao, nên lưu lượng dữ liệu truyền đi sẽ được tăng lên so với các chế độ sóng mang thông thường trong DVB-T. Bảng 2.8 cho thấy độ lợi của chế độ mở rộng với các chế độ FFT khác nhau. Mode sóng mang FFT Thông thường Mở rộng Kích thước Số sóng mang Số sóng mang Gain 1K 853 - 0,00% 2K 1,705 - 0,00% 4K 3,409 - 0,00% 8K 6,817 6,913 1,41% 16K 13,633 13,921 2,11% 32K 27,265 27,841 2,11% Bảng 3.3: Tăng lưu lượng dữ liệu kênh truyền tương ứng với các chế độ sóng mang mở rộng 65
  76. 3.3. Pilot tán xạ Các tín hiệu pilot là các sóng mang không chứa thông tin. Tuy nhiên trong quá trình truyền dẫn truyền hình số, các tín hiệu Pilot lại đóng vai trò rất quan trọng vì căn cứ vào các tín hiệu pilot, đầu thu sẽ biết và nhận dạng được các thông tin mà bên phát đang truyền trên kênh: phân bố kênh, sửa lỗi pha chung (CPE), đồng bộ Trong DVB-T2 có các loại pilot khác nhau được sử dụng: - Pilot liên tục – (Continued pilto). - Pilto tán xạ - (Scattered pilot) - Pilot P2 - Pilot kết thúc khung.  Mục đích Pilot tán xạ: Các pilot tán xạ được sử dụng trong DVB-T2 nhằm thực hiện các phép đo của kênh và ước lượng đáp ứng kênh cho mỗi tế bào OFDM. Quá trình truyền dẫn tín hiệu Pilot cần phải liên tục, đủ để chúng có thể biến thiên theo kênh như 1 hàm trên miền tấn số và miền thời gian. Pilot tán xạ được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được “cấy” vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số. Pilot tán xạ được sử dụng để đánh giá sự thay đổi chất lượng trên đường truyền. Khác với DVB-T sử dụng mẫu hình pilot tĩnh (static pattern): độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, trong DVB-T2 đã tiếp cận một cách linh hoạt hơn, bằng cách đưa ra 8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt. Trong DVB-T2, có thể cho phép lựa chọn 1 trong 8 thông số pilot tán xạ khác nhau – PP (Plot Patterns: từ PP1 đến PP8), tuỳ thuộc vào đặc tính của các kênh truyền. 66
  77. Việc lựa chọn PP phụ thuộc vào kích thước FFT và tác động của hiệu ứng Doppler và ảnh hưởng của nhiễu trong kênh cũng như ngoài kênh. Các pilot tán xạ PP2, PP4 và PP6 lặp lại trong mỗi chu kỳ symbol OFDM thứ hai (Dy), bởi vậy chúng thể chống lại hiệu ứng Doppler tốt nhất. Khoảng cách ngắn (Dx) của các pilot trong PP1 chứng tỏ các pilot tán xạ này tốt nhất để chống lại can nhiễu do phản xạ của cùng 1 symbol - ISI (Inter-Symbol Interference). Trong khi đó PP6 và 7 dễ bị ảnh hưởng bởi ISI. Pilot tán xạ PP8 được đánh giá là phù hợp với quá trình thu cố định nhưng không phù hợp với thu di động vì PP8 khó thực hiện do giới hạn của quá trình tráo thời gian. Việc lựa chọn tham số pilot tán xạ PP phù hợp là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến việc tính toán giữa chất lượng và lưu lượng dữ liệu cần truyền. PP1 PP2 PP3 PP4 PP5 PP6 PP7 PP8 Ghi chú Khoảng cách Dx 3 6 6 12 12 24 24 6 giữa các sóng mang pilot riêng rẽ Dy 4 2 4 2 4 2 4 4 Độ dài của các chuỗi Symbol 1/DxDy 8,33% 8,33% 4,17% 4,17% 2,08% 2,08% 1,04% 1,04% Hiệu suất của các Pilot tán xạ Bảng 3.4 : Các dạng pilot tán xạ [tham khảo theo TS 102 831] 3.4. Khoảng bảo vệ - GI. 3.4.1. Các chế độ điều chế và khoảng bảo vệ - GI. Ở DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu xuất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước. Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu – C/N cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ 67
  78. mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng ½ so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu. Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64- QAM của DVB-T, tỷ số công suất song mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể. 256-QAM do vậy sẽ là 1 sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế. Hình 3.3: Đồ thị chòm sao 256-QAM Với phương thức điều chế 256-QAM như vậy, đòi hỏi khoảng bảo vệ là rất lớn. Bảng 3.4 dưới đây giới thiệu các khoảng bảo vệ mới cho phép đáp ứng với giải pháp điều chế cao. 68
  79. Khoảng bảo vệ - GI 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 FFT Tu [ms] GI [µs] 32k 3.584 28 112 224 266 448 532 NA 16k 1.792 14 56 112 133 224 266 448 8k 0.896 7 28 56 66,5 112 133 224 4k 0.448 NA 14 28 NA 56 NA 112 2k 0.224 NA 7 14 NA 28 NA 56 1k 0.112 NA NA 7 NA 14 NA 28 Bảng 3.5: Độ dài khoảng bảo vệ trong DVB-T2 (kênh 8Mhz)  Lựa chọn Khoảng bảo vệ - GI: Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang sẽ dẫn đến việc lãng phí băng thông cho khoảng bảo bệ GB (Guard Band) và thêm nữa là rất nhiều cặp thiết bị TRx cho từng sóng mang. Việc này có thể khắc phục bằng cách sử dụng các sóng mang được đặt đều đặn cách nhau một khoảng: fU = 1/ TU Trong đó: TU : là khoảng symbol hữu ích (u: useful) với điều kiện là các sóng mang này phải được đặt trực giao nhau. * Về mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau : Sóng mang thứ k được biễu diễn : jkU t K (t) e Trong đó: U = 2 / TU Điều kiện trực giao mà sóng mang phải thoả mãn là : 69
  80.  TU  (t)  * (t)dt 0, k L K L  TU , k l * Về ý nghĩa vật lý: khi giải điều chế tín hiệu cao tần này, bộ giải điều chế không xử lý các tín hiệu cao tần còn lại (k≠L), kết quả là không bị các tín hiệu cao tần khác gây nhiễu. * Về phương diện phổ: điểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào điểm bằng không của sóng mang kia. Phổ các kênh con chồng lấn lên nhau từ đó không tốn thêm các khoảng GB. Do đó hiệu quả sử dụng phổ tăng. * Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ Thực tế, các sóng mang được điều chế nhờ các số phức. Nếu khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu trong kênh - ISI (Inter Symbol Interference) mà còn cả nhiễu xuyên kênh - ICI (Inter Chanel Interference). Để tránh điều này chúng ta chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo các thông tin tổng hợp là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định. Hình 3.4: GI biểu diễn theo miền thời gian Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU . Vì tất cả các sóng mang đều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu được điều chế cũng vậy. Vì thế đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Mục đích là 70
  81. làm trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ hiện tượng phản xạ nhiếu đường. DVB-T2 sử dụng nhiều khoảng bảo vệ khác nhau, tùy thuộc vào các chế độ thu (di động, indoor, outdoor ): 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4 Điều Chế Tốc độ mã Tốc độ bit cực đại (Mbit/s) 1/2 15.03743 3/5 18.07038 2/3 20.10732 16-QAM 3/4 22.6198 4/5 24.13628 5/6 25.16224 1/2 22.51994 3/5 27.06206 2/3 30.11257 64-QAM 3/4 33.87524 4/5 36.1463 5/6 37.68277 1/2 30.08728 3/5 36.15568 2/3 40.23124 256-QAM 3/4 45.25828 4/5 48.29248 5/6 50.34524 Bảng 3.6: Tốc độ bit cực đại và cấu hình trong kênh 8MHz,32k,1/128,PP7 71
  82. Một sự khác biệt nữa giữa DVB-T và DVB-T2 là tăng số lượng khoảng bảo vệ GI: 1/128, 19/256, 19/ 128, mục đích việc tăng kích thước chiều dài khoảng bảo vệ sẽ rất hiệu quả trong việc triển khai mạng đơn tần - SFN. Bảng 3.6 và hình 3.5 cho thấy tốc độ cực đại và cấu hình cho phép của các hệ thống khác nhau trong dải thông 8MHz, 32k, 1/128, PP7. Hình 3.5: Tốc độ bit cực đại với các chế độ Khoảng bảo vệ khác nhau (Băng thông 8MHz, 32k PP7) Trong việc quy hoạch và triển khai mạng DVB-T2, việc tính toán các thông số phát cho bộ điều chế OFDM là rất quan trọng.Đối với thông số FFT, cần quan tâm tới: - Khoảng cách liên sóng mang - Thời lượng symbol. Kích thước FFT tăng: khoảng cách giữa các sóng mang phụ nhỏ đi và thời lượng symbol tăng lên. 3.4.2. Kết quả đo kiểm thực tế. - Địa điểm phát: Phòng Đo Lường Thử nghiệm. 84/3 Ngọc Khánh - Máy phát DVB-T2, Kênh 28, công suất tối đa 500W, Anten phát 4 panel, cao 15m 72
  83. - Địa điểm đo: Đài THVN – 43 Nguyễn Chí Thanh. - Thiết bị đo: * Máy đo trường Promax HD – hãng Promax. * Máy đo TV Analyzer – ETL – hãng Rohde&Schwarz. * Xe + Anten đo trường chuyên dụng - hãng Rohde&Schwarz. B, Đo với chế độ 32K, thay đổi GI Thu SFN Thu ngoài Thu ngoài trời ngoài trời, trời đối với các vùng Chế độ vùng phủ vừa MFN SFN lớn phải Băng thông 8 8 8 Chế độ FFT 32K 32K 32K GI 1/128 1/16 1/8 Điều chế 64-QAM 64-QAM 64-QAM Tỷ lệ mã 2/3 2/3 2/3 C/N (dB) 18.9 19,6 20,1 Tốc độ (Mb/s) 28,9 36,5 35,0 Bảng 3.7 : Kết quả đo kiểm khi FFT: 32K thay đổi GI c. Đo với chế độ 16K, thay đổi GI. Thu SFN Thu ngoài Thu ngoài trời ngoài trời, Chế độ trời đối với các vùng vùng phủ vừa MFN SFN lớn phải Băng thông 8 8 8 Chế độ FFT 16K 16K 16K GI 1/128 1/16 1/8 Điều chế 64-QAM 64-QAM 64-QAM Tỷ lệ mã 2/3 2/3 2/3 C/N (dB) 17.0 21,4 22,3 Tốc độ (Mb/s) 40,2 37,4 36,4 Bảng 3.8 : Kết quả đo kiểm khi FFT: 16K thay đổi GI 73
  84. Nhận xét: Với cùng các thông số phát, DVB-T2 với khoản bảo vệ mở rộng tới 1/128 thì tốc độ bit có thể truyền tăng lên rất nhiều. 3.5. Chòm sao xoay. 3.5.1 Một số thông số chòm sao xoay. Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay). Sau khi đã định vị, chòm sao được “xoay” một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 3.7  Biểu Đồ chòm sao Nguyên lý điều chế DVB-T2 là: 1 khung thông tin được mã hóa thông qua 1 bộ mã hóa FEC, sau đó được xử lý bởi 1 bộ tráo bit và chuỗi kết quả sẽ được ánh xạ lên các biểu tượng kênh phức tạp. 1 biểu tượng kênh này sẽ bao gồm các thành phần: I và Q, hiển thị như 1 biểu đồ chòm sao như hình 3.7 Mỗi symbol mang số lượng m bit theo đặc tính chòm sao lựa chọn. Có nhiều cách để gán các bit vào 1 symbol. Các kết quả tốt nhất nếu chỉ có duy nhất 1 bit thay đổi khi đi từ 1 symbol này tới 1 symbol gần nhất kế tiếp, theo cách này thì chỉ có 1 bit bị lỗi khi 1 symbol được cho là không phù hợp với symbol gần nhất kế tiếp, cách mã hóa này được gọi là ánh xạ Gray, hình 2.10 cho thấy 1 chòm sao ánh xạ Gray. Hình 3.6: Biểu đồ chòm sao của điều chế 16-QAM 74
  85. Có nhiều cách để gán các bit vào 1 symbol. Các kết quả tốt nhất nếu chỉ có duy nhất 1 bit thay đổi khi đi từ 1 symbol này tới 1 symbol gần nhất kế tiếp, theo cách này thì chỉ có 1 bit bị lỗi khi 1 symbol được cho là không phù hợp với symbol gần nhất kế tiếp, cách mã hóa này được gọi là ánh xạ Gray, hình 3.6 cho thấy 1 chòm sao ánh xạ Gray.  Vòng Xoay của biểu đồ chòm sao Ánh xạ Gray có nghĩa là: các thành phần I và Q độc lập của symbol. Như 1 hệ quả, các điểm chòm sao cần cả 2 thành phần xác định: I và Q . Trong đó, thành phần I không chứa thông tin về Q và ngược lại. Vậy cách để suy trì chính xác sự độc lập này là xoay biểu đồ chòm sao (hình 3.7), như vậy m bit đơn lẻ có thành phần I và Q riêng biệt. Hình 3.7: Biểu đồ chòm sao xoay của điều chế 16-QAM  Góc Xoay Để xác định được góc xoay tối ưu thì cần xác định nhiều thông số. Nói chung, hình chiếu của các điểm chòm sao trên 1 trục nên có 1 khoảng cách như nhau để đạt được hiệu quả tốt nhất. Điều tốt nhất đạt được với các góc xoay trong bảng 3.10 75