(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn học kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH tìm hiểu về tiêu chuẩn phát thanh số DAB

Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử - viễn thông và tin học, ngành phát thanh đã không ngừng hiện đại hóa về các trang thiết bị và ứng dụng các công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

“KỸ THUẬT PHÁT THANH

TRUYỀN HÌNH”

Đề tài:

“Tìm hiểu về tiêu chuẩn phát thanh số DAB”

Hà Nội, tháng 6/2021

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 2

1 Giới thiệu hệ thống phát thanh số 3

2 Cấu trúc hệ thống DAB theo chuẩn Eureka 147 4

3 Miêu tả hệ thống DAB 5

3.1 Mã hóa trong phát thanh số DAB 5

3.1.1 Mã hóa âm thanh 5

3.1.2 Mã hóa kênh 6

3.2 Ghép kênh 7

3.3 Khung và các chế độ truyền dẫn DAB 7

4 Sơ đồ máy phát, thu thanh số DAB 10

4.1 Sơ đồ máy phát thanh số chuẩn DAB 10

4.2 Sơ đồ máy thu thanh số DAB 11

5 Một vài chuẩn phát thanh số 12

KẾT LUẬN 12

LỜI GIỚI THIỆU

Phát thanh là phuơng tiện truyền thông đại chúng quan trọng trong xã hội, khẳng định vai trò to lớn trong việc tuyên truyền đường lối, phổ biến các chủ trương chính sách của Đảng và Nhà nước, quảng bá các thông tin về kinh tế, chính trị, khoa học giáo dục văn hóa xã hội và thông tin dịch vụ cho mọi tầng lớp nhân dân trong xã hội Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử - viễn thông và tin học, ngành phát thanh đã không ngừng hiện đại hóa về các trang thiết bị và ứng dụng các công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu nghệ ngày càng đa dạng, chất lượng cao, góp phần đưa ngành phát thanh trở thành một ngành công nghiệp giải trí đem lại lợi nhuận lớn, đóng góp tích cực vào mức tăng trưởng kinh tế chung của đất nước, góp phần làm giảm khoảng cách về công nghệ

so với các nước phát triển

Từ thập kỷ 80 trở về trước, phát thanh chủ yếu dựa trên công nghệ phát

thanh analog AM và FM, các công nghệ này có một số nhược điểm sau :

 Chi phí lớn để mở rộng vùng phủ sóng, mở them chương trình cần đầu tư them mạng phủ sóng, truyền dẫn tín hiệu, kinh phí đầu tư rất lớn

 Chi phí khai thác mạng phát sóng rất cao, chủ yếu do điện năng tiêu thụ lớn

 Chất lượng thu bị hạn chế do hiện tượng pha đing, nhiễu đa đường

 Khả năng thu lưu động kém, không có các dịch vụ giá trị giá trị gia tăng kèm theo

 Chịu ảnh hưởng khốc liệt của các phương tiện thông tin khác như truyền hình, Internet

 Tại nhiều quốc gia, phổ tần số đã bị sử dụng đến mức bão hòa, không thể tăng số lượng các kênh phát thanh lên trong khi nhu cầu mở them các kênh mới vẫn không dừng lại

Để khắc phục những nhược điểm đó, các nước, các tổ chức phát thanh thế giới

đã cùng nghiên cứu và phát triển hệ thống phát thanh số Công nghệ phát thanh số là một công nghệ hội tụ giữa phát thanh và công nghệ số hóa giúp nâng cao chất lượng chương trình phát thanh, giảm chi phí khai thác, tăng nguồn thu với các dịch vụ gia tăng, nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số Công nghệ này mở ra nhiều cơ hội lợi nhuận mới cho các nhà khai thác, các nhà cung cấp nội dung và cả những nhà kinh doanh thương mại điện tử

Bài tiểu luận này em sẽ tìm hiểu về một chuẩn phát thanh số đó là “Tìm hiểu về

tiêu chuẩn phát thanh số DAB”

1 Giới thiệu hệ thống phát thanh số

Phát thanh radio là môi trường truyền dẫn rộng lớn bao gồm hàng trăm nhà cung cấp chương trình, hàng nghìn máy phát HF và hàng triệu máy thu Từ khi bắt đầu xuất hiện phát thanh quảng bá vào đầu những năm 1920, thị trường đã phát triển mạnh mẽ bởi các dịch vụ phát thanh quảng bá AM và FM

Ngày nay, chúng ta đang sống trong thế giới của các dịch vụ và hệ thống số Các thành phần chủ yếu của quá trình sản xuất trong phát thanh đã thay đổi sang số trong thời gian gần đây, bắt đầu bằng việc thay đổi những băng tương tự sang đĩa CD hoặc đĩa cứng Thêm vào đó, cũng có một vài môi trường lưu trữ và phân phối số khác như CD, Minidisk hoặc DVD

Vì vậy, hệ thống truyền dẫn quảng bá có xu hướng thay đổi từ truyền dẫn tương tự sang số Bước đầu tiên trong việc giới thiệu các dịch vụ phát thanh số là hệ thống

NICAM 728, DSR nhưng chưa phù hợp cho việc thay thế các dịch vụ hiện tại một cách hoàn toàn, đặc biệt cho các trạm thu di động Vì các lý do này, hệ thống Eureka 147 DAB đã được phát triển và đã được giới thiệu trên toàn cầu

Hệ thống phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting, thường được gọi là phát thanh số) là một bước đổi mới thay thế cho các hệ thống phát thanh tương tự AM và FM

Hệ thống phát thanh số được phát triển từ dự án Eureka 147/ DAB vào những năm 1990 Năm 1992, DAB được thử nghiệm tại London với 4 trạm phát sóng Năm 1995, DAB bắt đầu phát sóng chính thức (BBC và Swedish Radio cùng phát sóng vào ngày

27/9/1995) Năm 1999, DAB bắt đầu được thương mại hóa và đến năm 2000 đã xuất hiện các máy thu thanh số với giá cả phải chăng

Các ưu, nhược điểm của phát thanh số:

 Chất lượng âm thanh tốt như đĩa CD

 Hoạt động tốt ở bất kì nơi nào: cho phép thu tín hiệu tốt ở nhiều nơi, kể cả trường hợp máy thu là cố định (đặt ở nhà, cơ sở…) hay di động (trên tàu, xe…)

 Chất lượng dịch vụ tốt hơn, sóng được phủ đều

 Có khả năng hiện thị tên các dịch vụ, danh sách kênh và lịch phát sóng Không những truyền âm thanh chất lượng cao mà còn truyền dữ liệu dưới dạng văn bản, hình ảnh tĩnh và động

 Tự động dò lại tần số các kênh

 Khắc phục được các nhược điểm của phát thanh tương tự như can nhiễu, méo phađinh trong truyền sóng

 Sử dụng phổ tần số một cách hiệu quả.

 Độ méo tần số của phát thanh số ít hơn so với phát thanh analog

2 Cấu trúc hệ thống DAB theo chuẩn Eureka 147

Hình 2 Mô hình hệ thống DAB Hệ thống gồm 3 phần( Hình 2) :

 Phần cung cấp dịch vụ phát thanh/ dữ liệu : là nơi sản xuất các chương trình

phát thanh Tại đây tín hiệu âm thanh sẽ được thực hiện mã hóa âm thanh, tạo các PAD, tín hiệu dữ liệu sẽ được đóng gói Các tín hiệu này cùng với các dịch vụ khác sẽ được đưa đến khối ghép kênh

 Phần cung cấp dịch vụ ghép kênh : phần ghép kênh sẽ tạo ra tín hiệu có cấu trúc

khung của tín hiệu phát thanh số DAB Ngoài ra còn đưa thêm các thông tin hỗ trợ cho điều khiển và trạng thái sau đó tín hiệu tổng hợp được đưa đến phần phát sóng

 Phần cung cấp dịch vụ phát sóng : thực hiện mã hóa và điều chế OFDM cho các

khung DAB và đưa đi phát sóng

3 Miêu tả hệ thống DAB

3.1 Mã hóa trong phát thanh số DAB

3.1.1 Mã hóa âm thanh

DAB sử dụng mã hóa âm thanh MUSICAM (Masking Pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing.) giống như phương pháp mã hóa MPEG-2

Hình 3.1.1a Kỹ thuật mã hóa băng con (Sub-band coding)

Tín hiệu cần truyền chia ra nhiều băng nhỏ Mỗi băng nhỏ này được phân tích

và mã hóa riêng biệt Việc phân tích sẽ xác định xem cần bao nhiêu bit để mã hóa tín hiệu và quyết định xem tín hiệu nào cần mã hóa âm thanh cảm nhận

MUSICAM sử dụng kỹ thuật mã hóa âm thanh như MPEG-2 Điều này dựa trên đặc điểm thính giác của tai người, đặc biệt là phổ và hiệu ứng che lấp của tai Về bản chất mã hóa các thành phần tín hiệu âm thanh mà tai con người sẽ nghe thấy và không mã hóa những thành phần tần số mà tai người không nghe được

Hiệu ứng che lấp của tai là hiệu ứng “mặt nạ” (masking effect) Cơ sở của hiệu ứng này là như sau: khi ta nghe được một âm có cường độ là C thì ngưỡng nghe của tai sẽ thay đổi theo như đường B, tức là trong khoảng tần số từ 0,5 KHz đến 5 KHz, sẽ có những âm có cường độ nhỏ mà ta không thể nghe được (như âm D trên hình dưới)

Hiệu ứng che lấp

Như vậy khi âm C khi đến tai người đã “che” đi một số âm ở các tần số lân cận

có cường độ nhỏ hơn nó, giống như khi nghe nhiều người nói thì sẽ có giọng của một số người mà ta không thể nghe được, do chúng đã bị che đi bởi giọng của những người khác Sử dụng hiệu ứng này, khi truyền tín hiệu phát thanh, ta chỉ cần truyền những phần mà tai người có thể nghe thấy được, tức là những phần không

bị ảnh hưởng bởi Masking effcet, loại bỏ đi những phần dư thừa

3.1.2 Mã hóa kênh

Mã hóa kênh trong DAB được thực hiện qua 5 bước :

- Phân tán năng lượng bằng cách ngẫu nhiên hóa pha các sóng mang (Energy Dispersal randomizes carrier phases)

- Mã chập bảo vệ (Convolution Code adds protection)

- Cài xen thời gian chống lại chùm lỗi bộc phát (Time interleaving combats burst errors)

- Cài xen tần số chống lại fading lựa chọn tần số (Freq interleaving combats freq selective fading)

- Điều chế DQPSK

Hình 3.1.2 Sơ đồ mã hóa kênh DAB

 Công nghệ COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

 FDM: phân chia dữ liệu ra 1 loạt các sóng mang con, nếu một sóng bị phá hủy bởi nhiễu hay đa đường thì vẫn có thể dùng các sóng khác để khôi phục lại thông tin

ở phía thu

 Orthogonal: đảm bảo các sóng mang con không gây nhiễu cho nhau

 Coded: dùng các mã sửa lỗi (Forward Error Correction) để giảm thiểu BER

 OFDM :

 Giải quyết được vấn đề lớn nhất của AM và FM là multipath (đa đường)

 Thêm các khoảng bảo vệ (guard interval) nên loại bỏ ảnh hưởng của việc chồng lấn các ký hiệu (symbol)

 Cho phép sử dụng mạng đơn tần - Single Frequency Network (dùng

1 tần số duy nhất cho hệ thống)

 Coded OFDM:

 Forward Error Correction: truyền nhiều dữ liệu hơn cần thiết để có thể khôi phục toàn bộ dữ liệu ngay cả khi một phần bị mất (Mã xoắn và giải thuật

Viterbi)

 Đan xen: xen kẽ dữ liệu để không gặp phải 1 chuỗi bit lỗi liền nhau

3.2 Ghép kênh

Tín hiệu DAB mạng truyền dẫn của hệ thống viễn thông được đưa đến bộ ghép

kênh qua giao diện truyền dẫn tổng hợp ETI (Ensemble Transport Interface) Thông tin trong tín hiệu được chia ra thành các thành phần dịch vụ và các thông tin tương ứng với dịch vụ - SI Các thông tin này trước khi được đưa vào bộ dồn kênh tổng hợp,

được đưa qua bộ biến đổi STI (Service Transport Interface) Toàn bộ thông tin về dịch

vụ - SI là tập hợp lại từ tất cả các dịch vụ và mã hoá đưa vào kênh FIC Tất cả các

thành phần dịch vụ được ghép lại Đối với các dịch vụ dữ liệu, có thể được ghép trước tại bộ ghép dữ liệu đóng gói để tạo ra một kênh dữ liệu phụ chứa nhiều gói dịch vụ dữ liệu Bên cạnh đó là các tín hiệu điều khiển và chỉ dẫn, kể cả tín hiệu xác thực bộ ghép kênh trong kênh thông tin nhanh FIC; thông tin về cấu hình bộ ghép kênh MCI

(Multiplexer Configuration Information) và thông tin thiết lập cấu hình bộ ghép đưa tới khâu cung cấp dịch vụ chương trình

Hình 3.2 Bộ ghép kênh tổng hợp 3.3 Khung và các chế độ truyền dẫn DAB

Cấu trúc khung tín hiệu DAB là khác nhau đối với các chế độ truyền dẫn Chu kỳ của một khung truyền dẫn có thể bằng chu kỳ của một khung dữ liệu âm thanh là 24ms, hoặc có thể là một số nguyên lần của 24ms

Hình 3.3 Cấu trúc khung tín hiệu DAB

Cấu trúc khung DAB gồm các symbol OFDM, các symbol này được taọ ra từ bộ ghép kênh, bao gồm các CIF và FIB Khung truyền dẫn gồm 3 phần: phần đồng bộ, phần kênh thông tin nhanh FIC và phần kênh dịch vụ chính MSC

Phần kênh thông tin nhanh FIC được cấu tạo từ các bloc thông tin nhanh FIB

mang các dữ liệu mô tả cấu trúc của tín hiệu MSC gồm: thông tin về cấu trúc của tín hiệu tổng hợp MCI, thông tin về dịch vụ SI, thông tin về truy cập có điều kiện CA và thông tin kênh dữ liệu nhanh FIDC FIC được truyền đi với độ bảo vệ cao và không thực hiện kỹ thuật trải tín hiệu theo thời gian

Cấu trúc kênh thông tin nhanh FIC

Phần kênh dịch vụ chính MSC là chuỗi các khung dữ liệu được xử lý theo thời

gian CIF Mỗi CIF chứa 55296 bit, mỗi CIF có 864 CU được đánh số từ 0 đến 863 MSC được chia thành các kênh phụ, mỗi kênh phụ chiếm giữ một số nhất định các CU, mỗi

CU chỉ sử dụng cho một kênh phụ MSC truyền dữ liệu theo 2 chế độ: truyền dẫn theo kiểu dòng dữ liệu và kiểu đóng gói Kiểu dòng dữ liệu thì tốc độ bit không đổi đối với mỗi kênh phụ, kiểu đóng gói áp dụng cho trường hợp kênh phụ truyền đi thành phần của nhiều dịch vụ

Phần đồng bộ : kênh đồng bộ chỉ sử dụng giới hạn trong hệ thống truyền dẫn ; làm

cơ sở cho việc giải điều chế Thí dụ như đồng bộ khung truyền dẫn; điều khiển tần số

tự động; đánh giá trạng thái kênh và nhận dạng máy phát

Khung DAB cho chế độ 2 có cấu trúc đơn giản nhất Khung có độ dài 24ms, 2

symbol đầu là dành cho đồng bộ, 3 symbol tiếp theo là các FIC mang thông tin về

cấu trúc ghép, truyền dẫn, 72 symbol còn lại là các MSC mang tin

Các symbol OFDM trong khung DAB cho chế độ 2 có thời gian truyền là Ts= 312µs

Riêng symbol đầu tiên gọi là symbol null có thời gian truyền là 324 µs được dùng cho đồng bộ Tín hiệu được thiết lập bằng 0 ( hoặc gần bằng 0) trong suốt thời gian này để chỉ thị bắt đầu khung Hai symbol OFDM tiếp theo của SC là các TFPR

Mỗi symbol OFDM mang 384 symbol DQPSK tương ứng với 768bit 3 symbol OFDM của FIC mang 2304bit 72 symbol OFDM của MSC mang 55296bit Như vậy tốc độ dữ liệu tương ứng là 2.304Mbits

Khung DAB của chế độ 1 và 4 là giống nhau Thời gian truyền của 2 khung lần lượt

là 48ms, 96ms do số symbol trong các khung này gấp 2 và 4 lần khung DAB ở chế độ 2

Số bit trong FIC và MSC cũng tăng tương ứng gấp 2 và gấp 4 so với khung DAB chế độ

2 Như vậy tốc độ của khung DAB là không thay đổi

Khung DAB chế độ 3 có thời gian truyền là 24ms 8 symbol OFDM mang FIC, 144 symbol OFDM mang MSC Tốc độ dữ liệu của FIC gấp 4/3 so với các chế độ khác MSC luôn có cùng tốc độ

Bảng tổng hợp các chế độ truyền dẫn của DAB

Vào tháng 1 năm 2017, thông số kỹ thuật DAB cập nhật đã loại bỏ các Chế độ II, III

và IV , chỉ để lại Chế độ I

4 Sơ đồ máy phát, thu thanh số DAB

4.1 Sơ đồ máy phát thanh số chuẩn DAB

Tiêu chuẩn này do EBU của Châu Âu đưa ra và năm 1992 được ITU công nhận là tiêu chuẩn cho phát thanh số Hệ thống làm việc ở dải tần số từ 30 MHz đến 3 GHz

Hình 4.1 Sơ đồ máy phát thanh số DAB

 Khối mã hóa nguồn

Layer-2 và MPEG-Layer-2 Layer-Layer-2, tốc độ bit có thể thay đổi từ 8 Kps đến 384 Kbps.

vào luồng dữ liệu âm thanh Tốc độ thấp nhất là 667bps và có thể thay đổi theo mã tín hiệu âm thanh được sử dụng.

mại.

chọn chương trình Ngoài ra SI còn liên kết với các dịch vụ trong phạm vi cùng một kênh tín hiệu tổng hợp và các dịch vụ của các tín hiệu tổng hợp (Esemble) khác, đồng thời có thể liên kết với các nhà cùng cấp dịch vụ trên FM hoặc AM.

 Mã hóa kênh

Dữ liệu của chương trình được trải ra, sắp xếp theo mã và chèn theo thời gian Để trải dữ liệu ra thành các chuỗi bít ngẫu nhiên mang nội dung tương ứng cần có dữ liệu sắp xếp tín hiệu DAB Mã sắp xếp thực hiện xử lý bằng cách đưa thêm các dữ liệu phụ giúp cho máy thu nhận biết và loại trừ tốt các sai sót do truyền dẫn Đối với tín hiệu âm thanh, một vài thành phần trong khung âm thanh ít

bị ảnh hưởng bởi sai lỗi truyền dẫn hơn các thành phần khác cho nên có thể giảm

số lượng dữ liệu phụ Chế độ này gọi là chống sai lỗi không cân bằng – Unequal Error Protection (UEP)

 Điều chế OFDM

Sử dụng phương thức điều chế OFDM yêu cầu việc truyền dẫn dữ liệu với tốc độ cao phù hợp cho các máy thu di động, xách tay và cố định, đặc biệt là trong môi trường truyền sóng phức tạp Kiểu điều chế này được thực hiện bằng cách chia thông tin ra thành nhiều khoảng nhỏ, sử dụng sóng mang riêng biệt để

mã hoá, sau đó đưa chúng vào kênh truyền dẫn

4.2 Sơ đồ máy thu thanh số DAB

Hình 4.2 Sơ đồ khối máy thu thanh số chuẩn DVB

Tín hiệu DAB từ anten vào được xử lý trong khối mạch vào, lọc và trộn với tần số trung gian hoặc trực tiếp biến đổi về băng gốc Tín hiệu băng gốc này sau đó được giải điều chế OFDM bằng cách dùng kỹ thuật FFT Mỗi sóng mang con sau đó được giải điều chế DQPSK và giải sắp xếp trong miền tần số và thời gian Khối giải mã kênh thực hiện giải

mã Viterbi, loại bỏ các mã dư thừa đã thêm vào tại phía phát để giảm lỗi trên đường truyền Sau khi tín hiệu audio được đưa đến khối giải mã audio, dữ liệu được đưa đến khối giải mã dữ liệu