TIỂU LUẬN tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số DVB s2

Đến năm 2003 dự án DVB phát triểnmột tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệthông DVB-S phổ biến đó là tiêu chuẩn DVB-S2.. Tiêu chuẩn này dựa

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

Tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số DVB-S2.

Giáo viên : Nguyễn Thị Thu Hiên Sinh viên thực hiện : Tạ Hồng Anh

HÀ NÔI 14/06/2021

Mở đầu

Vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 là 02 vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam

cùng với hệ thống cơ sở hạ tầng mặt đất như Đài điều khiển vệ tinh (TT&C), Đài điều

hành khai thác vệ tinh (NOC) và các trạm teleport hoàn chỉnh, hiện đại Vinasat-1 là

vệ tinh đầu tiên được phóng vào vũ trụ năm 2008 và phủ sóng toàn bộ lãnh thổ Việt

Nam, tiếp theo Vinasat-2 (khối lượng 3 tấn) được phóng vào vụ trụ năm 2012, 2 vệ

tinh này được VNPT đầu tư hơn 500 triệu USD, góp phần lớn vào truyền hình vệ

tinh nước nhà Do khả năng đặc thù là cùng dịch vụ rộng lớn, thông tin về tinh được sửdụng cho nhiều loại hình dịch vụ, tuy nhiên dịch cung cấp qua hệ thống VSAT hứa hẹnvẫn là các dịch vụ được thu nhiều lợi nhuận và có ưu thế vượt trội so với các dịch vụ

khác cung cấp qua các mạng viễn thông trên mặt đất

Truyền hình kỹ thuật số - Vệ tinh (DVB-S) là bản gốc DVB tiêu chuẩn cho

truyền hình vệ tinh và ra đời từ năm 1995, trong lần phát hành đầu tiên, trong khi quá

trình phát triển kéo dài từ năm 1993 đến năm 1997 Đến năm 2003 dự án DVB phát triểnmột tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệthông DVB-S phổ biến đó là tiêu chuẩn DVB-S2 Tiêu chuẩn này dựa trên và cải thiệnDVB-S và hệ thống thu thập tin tức điện tử (hoặc Thu thập tin tức vệ tinh kỹ thuật số),được các đơn vị di động sử dụng để gửi âm thanh và hình ảnh từ các địa điểm từ xa trêntoàn thế giới trở lại các đài truyền hình gia đình của họ Trong bài luận này chúng ta sẽ đitìm hiểu DVB-S2 là gì ?

2

Mục lục

1.

2.

1 DVB-S2 là gì ?

1.1 Khái niệm

3 Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation (DVB-S2) là

một

tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệ

thống DVB-S phổ biến Nó được phát triển vào năm 2003 bởi Dự án DVB, một tập đoàncông nghiệp quốc tế và được phê chuẩn bởi ETSI (EN 302307) vào tháng 3 năm 2005

4. DVB-S2 được dự kiến (dự tính) cho các dịch vụ phát sóng bao gồm tiêu

chuẩn và HDTV, các dịch vụ tương tác bao gồm truy cập Internet và phân phối nội dung

dữ liệu (chuyên nghiệp) Sự phát triển của DVB-S2 trùng hợp với sự ra đời của HDTV

và H.264 (MPEG-4 AVC) codec video

1.2 Ưu và nhược điểm của chuẩn DVB-S2.

5. + Ưu điểm: Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh có những thế mạnh mà truyền hình

mặt đất và truyền hình cáp không thể có được như: vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộcvào địa hình, cường độ trường tại điểm thu ổn định và đồng đều trên toàn quốc nên hìnhảnh, âm thanh luôn có chất lượng tốt

6. + Nhược điểm: Lắp đặt khó khăn hơn, cần phải lắp chảo parabol quay hướng

nhất

đinh Đồng thời, Đầu thu DVB-S2 bị ảnh hưởng bởi thời tiết Chảo lắp chuẩn mưa nhỏ,râm râm thì xem được Mưa lớn nặng hạt là giật hình, không xem được (bị đám mây đenche khuất làm mất tín hiệu) Ngoài ra, giá cước đắt hơn so với truyền hình mặt đất DVB-T2

1.3 Chuẩn DVB-S2 có gì mới so với chuẩn DVB-S.

7. Hai tính năng chính mới được thêm vào so với tiêu chuẩn DVB-S là:

• Một sơ đồ mã hóa mạnh mẽ dựa trên mã LDPC hiện đại Đối với độ phức

tạp mã hóa thấp, các mã LDPC được chọn có cấu trúc đặc biệt, còn được

gọi là mã tích lũy không thường xuyên

• Các chế độ VCM (Mã hóa và điều chế) và ACM (Mã hóa thích ứng và điều

chế), cho phép tối ưu hóa việc sử dụng băng thông bằng cách thay đổi động

các tham số truyền

8. Ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S là :

• Tăng dung lượng truyền dẫn trên cùng một băng thông : So sánh với

tiêu chuẩn DVB-S với cùng một điều kiện truyền dẫn, DVB-S2 có khả

năng truyền dữ liệu tới hơn 30% trong cùng dải băng thông Nói cách khác,

một tín hiệu truyền dẫn theo tiêu chuẩn DVB-S2 yêu cầu băng thông ít hơn30% so với khi sử dụng DVB-S Đặc biệt khi ứng dụng điều chế, mã hóa

VCM và ACM hiệu suất sử dụng băng thông tăng tương ứng 66% và 131%

• Tương thích với nhiều môi trường truyền dẫn : Trong vùng phủ sóng, yêu

cầu thu của một tín hiệu DVB - S2 thấp hơn khoảng 2,5 dB so với một tínhiệu DVB-S với cùng điều kiện bảo vệ lỗi Ngoài ra, DVB-S2 còn có thểtương thích được với nhiều bộ phát đáp vệ tinh có sự khác nhau về hiệu suất

sử dụng phổ (từ 0,5 đến 4,5 bit/sHz) và yêu cầu tỷ số C/N kết hợp (từ -2 dBđến +16 dB).Chức năng điều chế và mã hóa thay đổi (VCM) cho phép thựchiện điều chế và sử dụng các mức bảo vệ lỗi khác nhau để sử dụng hoặc thayđổi trên cơ sở từng khung (frame) một Chức năng này còn có thể kết hợpvới việc sử dụng kênh phản hồi (return channel) tạo thành một vòng điềukhiển kín (closed loop) Vì vậy các thông số truyền dẫn được tối ưu cho mỗikênh thông tin riêng biệt tùy thuộc vào điều kiện đường truyền

• DVB-S2 được thiết kế phù hợp với nhiều loại ứng dụng : DVB-S2 đã

đượcc tối ưu cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng như : Các dịch vụ quảng

bá để truyền dẫn các chương trình truyền hình SDTV hoặc HDTV, các dịch

vụ tương tác bao gồm cả truy nhập internet Các ứng dụng chuyên

nghiệp như phân phối tín hiệu truyền hình số tới các trạm phát hình số mặt

đất, truyền số liệu và các ứng dụng khác (như DSNG, internet trunking,

cable feeds )

2 Kiến trúc hệ thống của tiêu chuẩn DVB-S2.

9. Tiêu chuẩn DVB-S2 (EN 302 307) là thế hệ thứ 2 của tiêu chuẩn truyền hìnhsố

qua vệ tinh Đây là tiêu Chuẩn kết hợp giữa chức năng truyền quảng bả của 24 DVB-Svới ứng dụng chuyên nghiệp của DVB-DSGN thành một tiêu chuẩn DVBS2 Hệ thốngDVB-S2 được mô tả bởi sơ đồ khối chức năng hình

11. Hình 2.1: Sơ đồ khối tiêu chuẩn DVB-S2

2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn.

12. Hệ thống thực hiện ghép lối vào, đồng bộ luồng tín hiệu vào, bỏ đi gói rỗng (chỉ

cho trường hợp luồng truyền tải và ACM), mã hoá CRC-8 để dò Tìm lỗi (dành cho luồnglối vào là các gói), kết hợp luồng lối vào (trường hợp đa luồng vào) và luồng vào gắntrong trường dữ liệu Cuối cùng, báo hiệu băng gốc được chèn vào để cho thiết bị nơi thubiết định dạng khối thích nghi

2.1.1 Khối giao diện đầu vào.

13. Khối giao diện lối vào ánh xạ tín hiệu điện lối vào trong khung bit-logic Bit nhận

đầu tiên được xác định là bit có trọng số lớn nhất (MSB) Luồng truyền tải mô tả bởi góikhách hàng ( UP) chiều dài không đổi UPL = 188 x 8 bits ( một gói MPEG), với byte đầutiên để đồng bộ Luồng chung mô tả bởi luồng bit liên tục hay một gói khách hàng cóchiều dài không đổi ,với chiều dài các bits UPL (lớn nhất là 64k, UPL = 0D đề cập tớiluồng liên tục ) Luồng gói chiều dài thay đổi hay có chiều dài không đổi nhưng vượt quá

64 Kbit sẽ được xem như là một luồng liên tục Với luồng chung đóng gói, nếu một byteđầu tiên của UP để đồng bộ , nó là không thay đổi , nói cách khác byte đồng bộ = 0Dđược chèn trước mỗi gói , và UPL tăng thêm 8 bit Thông tin UPL có thể nhận được bởi

bộ điều chế cài đặt cứng 26 “ACM command” phát báo hiệu lối vào cho phép cài đặtthông số bên ngoài “mode điều khiển truyền dẫn cơ sở” thông số truyền dẫn được nhậnbởi bộ điều chế DVB-S2 xác định điểm dữ liệu vào

2.1.2 Bộ mã hóa CRC - 8.

14. Nếu UPL = 0D (luồng chung liên tục ) khối này cho luồng tín hiệu vào qua luôn

và hướng tới khối tiếp mà không cần sửa đổi

15. Nếu UPL ^ 0D, luồng vào là chuỗi gói người dùng có chiều dài trường bit UPL, đi

đầu là một byte đồng bộ (byte đồng bộ bằng 0 khi luồng gốc không có byte đồng bộ)

16. Phần hữu ích của UP ( không gồm byte đồng bộ ) được xử lí có hệ thống bởi mã

hóa CRC - 8 bit Đa thức sinh là:

17. g(X) = (A5 + X 4 + X 3 + X 2 + 1)(A 2 + X + 1)(A + 1) = X 8 + A 7 + X 6 + X 4 + X 2 + 1

18. Lối ra mã hóa CRC được ước tính là:

19. CRC= Phần dư {X 8 u(xy g(X)}

20. Với u (X) là chuỗi lối vào (UPL-8 bits ) được mã hóa có hệ thống

40.

41. Hình 2.3 Định dạng luồng ở lối ra bộ chuyển đổi

42. Thiết bị ghép sẽ móc nối trong một luồng đơn lối ra, đọc các trường dữ liệukhác nhau và được tách từ một lối vào Trong trường hợp chỉ có một luồng đơn thì

cũng chỉ áp dụng một kiểu tách

43. Phụ thuộc theo ứng dụng, phần kết hợp/tách sẽ chỉ định lượng bit lối vàobằng với mức tối đa dung lượng của trường dữ liệu (DFL = Kbch - 80), bởi vậy sẽ cắt

UPS trong chuỗi dữ liệu, hoặc là chỉ định số UPS trong trường dữ liệu tạo ra chiều

dài trường dữ liệu thay đổi trong khoảng giới hạn

45.MATYPE (2 byte) : mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích nghi

kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll - off a Trong đó :

46.Byte đầu tiên (MATYPE-1) :

• Trường TS/GS (2 bits): luồng truyền tải lối vào hoặc luồng chung lối vào

(gói hay liên tục)

• Trường SIS/MIS (l bit): đơn hay đa luồng vào

• Trường CCM/ACM (l bit): mã hoá điều chế thay đổi hay mã hoá điều chế

thích nghi

• ISSYI (l bit) (chỉ thị đồng bộ tín hiệu vào): nếu ISSYI = l = hoạt động,

trường này được chèn sau Ups

• NPD (l bit): có bỏ gói trống hay không

• RO (2 bits): hệ số roll-off (a)

47. Bảng 2.1: Giá trị các trường trong MATYPE - 1

64. 0 =khônghoạt động

SYN C

100 S YNCD

101.

CRC - 102.

103. Chínhsáchtách

106. Y

0-107. Xxxxxxxx

108.

Kbch-

116. X = không định nghĩa; Y = theo cấu

hình/tín

Ngắt = ngắt gói phía sau trường dữ liệu;

117. 1 toán

118. ỉout: trễ lớn nhất trong kết hợp/tách

119.

2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải

2.2.1 Bộ đệm.

120 (Kbch - DFL - 80) các bit 0 có thể xuất hiện sau trường dữ liệu Điều này đảmbảo khung BBFRAME có độ dài các bit Kbch là không đổi Với các ứng dụng quảng

bá, DFL= Kbch - 80, nên không có đệm thêm

2.2.2 Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME.

121 Khung BBFRAME hoàn chỉnh được ngẫu nhiên hoá Chuỗi ngẫu nhiên sẽ

đồng bộ với khung BBFRAME, bắt đầu từ bit MSB và kết thúc sau chuỗi bit Kbch.Chuỗi xáo trộn được sinh bởi quá trình phản hồi dịch thanh ghi Đa thức để sinh ra

chuỗi giả ngẫu nhiên là: 1 + x14 + x15

2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC.

122 Khối này thực hiện mã ngoài BCH, mã trong LDPC và chèn bit Luồng vào là

khung BBFRAME và luồng ra là FECFRAME

123 Mỗi khung BBFRAME (các bit Kbch ) được xử lí bởi khối mã hoá FEC, sẽ tạo ra

khung FECFRAME ( nldpc bits) Kiểm tra bit chẵn lẻ (LDPCFEC) của mã hoá trong có

mặt sau trường BCHFEC

181. 9/10 182. 58192 183. 58320 184. 8 185. 64800

186. Bảng 2.3 Thông số mã hóa (cho khung FEC thường)

187.

2.3.1 Mã hóa ngoài BCH.

188 Mỗi t-error sửa lỗi mã BCH (Nbch, Kbch) có thể áp dụng cho từng khung

BBFRAME (Kbch) nhằm tạo một gói bảo vệ lỗi

sử dụng các đầu vào ‘mềm’ (soft - inputs) kết hợp với các phương trình này để tạo ra cácước lượng mới cho các giá trị thông tin được gửi

2.3.3 Xáo trộn bit.

222 Với các khuông dạng điều chế 8PSK, 16APSK và 32APSK, lối ra của khối mã

hóa

LDPC bị chèn thêm bit nhờ sử dụng khối chèn Dữ liệu được ghi liên tục vào cột vàđược đọcliên tiếp ra theo các hàng (MSB của BBHEADER sẽ được đọc ra trước, trừtrường hợp 8PSK tỷ lệ 3/5 trường hợp mà MSB của BBHEADER được đọc ra thứ ba)

223. MSB củaBBHeader

244 245. Bảng 2.5 Thông số của bộ xáo trộn bit trong tiêu chuẩn DVB - S2

2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

246 DVB - S2 sử dụng 4 sơ đồ điều chế khác nhau : QPSK, 8PSK, 16APSK,

32APSK

Trong đó QPSK và 8PSK được sử dụng cho các ứng dụng quảng bá do chúng là loại điềuchế có đường bao không đổi (constant envelope) và có thể hoạt động với các bộ phát đápkhông tuyến tính trên vệ tinh ở gần điểm bão hòa Còn 16APSK và 32APSK hướng tới cácứng dụng chuyên nghiệp, có thể được sử dụng cho quảng bá nhưng đòi hỏi mức C/N caovà phải áp dụng phương pháp tiền sửa méo (pre - distortion) trong trạm up-link để giảm

thiểu tính phi tuyến của bộ phát đáp Các phương pháp này không tối ưu về mặt công suấtnhưng hiệu suất phổ lại lớn hơn nhiều Các sơ đồ chòm sao 16APSK và 32APSK đượcthiết kế để hoạt động trên các bộ phát đáp phi tuyến nhờ đặt các điểm trên các vòng trònkhác nhau Tuy nhiên trên kênh tuyến tính chúng vẫn có thể đạt hiệu quả tương đương với16QAM và 32QAM

247 Bằng cách lựa chọn kiểu điều chế và tỷ lệ mã khác nhau, DVB - S2 có thể đạt

được

hiệu suất phổ từ 0,5 đến 4,5 bit/symbol tùy thuộc vào bộ phát đáp được sử dụng Ba hệ sốroll - off khác nhau được lựa chọn : 0,35 như DVB - S ; 0,2 và 0,25 cho phép hạn chếđược băng thông

248.

249.

250 Hình 2.5 Bốn kiểu điều chế trong DVB-S2

251 Ngoài ra, để tương thích ngược với DVB - S đang được sử dụng rộng rãi, điều

chế

phân cấp (Hierarchical modulation) cũng được đưa vào DVB - S2 Nhờ điều chế phân

cấp, có thể truyền đồng thời một dòng truyền tải DVB - S (HP - High priority) và dòngtruyền tải DVB - S2 (LP - Low priority)

2.5 Tạo khung lớp vật lý.

2.5.1 Cấu trúc khung truyền tải trong DVB - S2.

252 Khác với DVB - S, tiêu chuẩn DBV - S2 quy định các cấu trúc khung Có 2

◄ -255 Cấu trúc khung FECFRAME sẽ cung cấp đầy đủ thông tin phục vụ cho quá

lý giải mã tín hiệu Nhờ có 80 bit mào đầu BBHEADER, phía thu có thể thiết lập các cấuhình tương ứng với các chế độ truyền dẫn khác nhau như đầu vào đơn chương trình hay đachương trình, định dạng chung hay gói dòng truyền tải MPEG, chế độ CCM hay ACM Tóm tắt quá trình tạo khung FECFRAME: đầu tiên là dữ liệu cần truyền đi được chiathànhcác DATA FIELD có độ dài DFL DATA FIELD được thêm trường BBHEADER kíchthước 80 bit Trước khi đưa vào bộ mã hóa FEC, nó được bổ sung thêm các bit đệm để có

độ dài phù hợp theo yêu cầu của mã BCH và LDPC tạo thành khung BBFRAME Quátrình mã hóa trước sẽ thêm vào các bit sửa sai và xáo trộn để tạo thành khung FECFRAMEvới kích thước 64800 bit hoặc 16200 bit, tùy thuộc vào tỷ lệ mã hóa được lựa chọn

2.5.2 Quá trình tạo khung lớp vật lý.

a Chèn khung giả (Dummy PLFRAME insertion).

256 Các khung PLFRAME giả sẽ được tạo ra nếu không có dữ liệu được truyền đi.

Khung PL giả chỉ bao gồm phần đầu PLHEADER và 36 SLOT không được điều chế

b Chèn báo hiệu lớp vật lý (PL signaling).

257 Khung XFECFRAME được chia thành S các SLOT với độ dài cố định 90

287. Bảng 2.13 S = số khe (M = 90 biểu tượng) mỗi XFECFRAME

288 Phần mào đầu PLHEADER sẽ được thêm vào phía trước khung nhằm cung

và điều chế BPSK để đảm bảo phía thu vẫn có thể giải mã trong điều kiện xấu nhất.

289. Trường PLHEADER (một khe có 90 biểu tượng) bao gốm các trường sau:

• SOF (26 biểu tượng), xác định bắt đầu của khung

• Mã PLS (64 biểu tượng): được mã hóa chống lỗi, sau khi giải mã sẽ thu được

7 biểu tượng phục vụ cho việc báo hiệu Các biểu tượng này được phân vào 2trường sau :

290. o MODCOD (5 biểu tượng), xác định điều chế XFECFRAME và tỷ lệ FEC

291. o TYPE (2 biểu tượng), xác định độ dải khung FECFRAME (64 800 hay

292. 16200 bit và báo sự có/vắng mặt của điều khiển

c Chèn các bit hoa tiêu (Pilots insertion).

293 Tùy thuộc vào phương thức làm việc được lựa chọn mà khung PLFRAME có

thể

có hoặc không các bit hoa tiêu Các bit hoa tiêu làm nhiệm vụ đồng bộ tại phía phát Kíchthước khối bit hoa tiêu bằng P = 36 Symbol và được chèn thêm sau mỗi SLOT, tính từtrường PLHEADER

d Xáo trộn lớp vật lý.

294 Trước khi được điều chế, các khung PLFRAME (ngoại trừ PLHEADER) sẽ

được

xáo trộn để phân tán năng lượng và tránh các giá trị lặp lại Chuỗi xáo trộn (CI + jCọ)

được tạo thành từ 2 chuỗi thực (từ 2 đa thức sinh có bậc 18) Độ dài chuỗi được lựa chọnlớn hơn độ dài tối đa của PLFRAME nhằm tránh các bit giả có thể phát sinh trong quátrình xáo trộn

2.6 Lọc băng gốc và điều chế cầu phương.

295 Tín hiệu sẽ được xử lý bằng bộ lọc cos nâng với hệ số roll - off bằng 0,35 ;

0,25 ;

0,2 tùy thuộc yêu cầu ứng dụng

296. Hàm truyền đạt H(f) của bộ lọc cos nâng :

297. H(f) = 1 với f < fN(1-a)

298 H(f)= ^( 1 +ỉ^^^ĩ^P^^^ với /„(1 - à) < |/| < /„(1 + a)

299. H(f) = 0 với f > fN (1+a)

300. Trong đó f N = -1- = - ^ là tần số Nyquist và hệ số roll-off a.

301 Điều chế vị trí góc vuông được thực hiện bởi nhân cùng pha và lấy mẫu góc

vuông bởi sin(2re/0t) và cos(2nf0 t) tách biệt (/0 là tần số sóng mang) Kết quả hai

tín hiệu được gộp lại để thu được tín hiệu điều chế lối ra

3 Kết luận