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

Tiêu chuẩn này dựa trên và cải thiện DVB-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

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1 - 

-BÁO CÁO TIỂU LUẬN

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

Giáo viên Sinh viên thực hiện Lớp

Mã sinh viên Nhóm

: Nguyễn Thị Thu Hiên : Tạ Hồng Anh

: D17CQVT06-B : B17DCVT022 : 1

HÀ NỘI 14/06/2021

Mở đầu

Vệ tinh Vinasat-1và Vinasat-2là 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 sử dụng cho nhiều loại hình dịch vụ, tuy nhiên dịch cung cấp qua hệ thống VSAT hứa hẹn vẫn 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 triển một tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệ thông DVB-S phổ biến đó là tiêu chuẩn DVB-S2 Tiêu chuẩn này dựa trên và cải thiện DVB-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 trên toàn thế giới trở lại các đài truyền hình gia đình của họ Trong bài luận này chúng ta sẽ đi tìm hiểu DVB-S2 là gì ?

Mục lục

1 DVB-S2 là gì ? 4

1.1 Khái niệm 4

1.2 Ưu và nhược điểm của chuẩn DVB-S2 4

1.3 Chuẩn DVB-S2 có gì mới so với chuẩn DVB-S 4

2 Kiến trúc hệ thống của tiêu chuẩn DVB-S2 5

2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 6

2.1.1 Khối giao diện đầu vào 6

2.1.2 Bộ mã hóa CRC – 8 6

2.1.3 Kết hợp/tách 7

2.1.4 Chèn BBHEADER 8

2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải 10

2.2.1 Bộ đệm 10

2.2.2 Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME 10

2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC .10

2.3.1 Mã hóa ngoài BCH .11

2.3.2 Mã hóa trong - LDCP .11

2.3.3 Xáo trộn bit 11

2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế 12

2.5 Tạo khung lớp vật lý .13

2.5.1 Cấu trúc khung truyền tải trong DVB – S2 .13

2.5.2 Quá trình tạo khung lớp vật lý .15

2.6 Lọc băng gốc và điều chế cầu phương .16

3 Kết luận 16

1 DVB-S2 là gì ?

1.1 Khái niệm

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 đoàn công nghiệp quốc tế và được phê chuẩn bởi ETSI (EN 302307) vào tháng 3 năm 2005

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

1.2 Ưu và nhược điểm của chuẩn DVB-S2.

+ 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 thuộc vào địa hình, cường độ trường tại điểm thu ổn định và đồng đều trên toàn quốc nên hình ảnh, âm thanh luôn có chất lượng tốt

+ 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 đen che 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.

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

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 hơn

30% 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 tín hiệu DVB–S với cùng điều kiện bảo vệ lỗi Ngoài ra, DVB–S2 còn có thể tương 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 dB đến +16 dB).Chức năng điều chế và mã hóa thay đổi (VCM) cho phép thực hiện điều chế và sử dụng các mức bảo vệ lỗi khác nhau để sử dụng hoặc thay đổi trên cơ sở từng khung (frame) một Chức năng này còn

có thể kết hợp với việc sử dụng kênh phản hồi (return channel) tạo thành một vòng điều khiển kín (closed loop) Vì vậy các thông số truyền dẫn được tối ưu cho mỗi kênh 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.

Tiêu chuẩn DVB-S2 (EN 302 307) là thế hệ thứ 2 của tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh Đây là tiêu Chuẩn kết hợp giữa chức năng truyền quảng bả của 24 DVB-S với ứng dụng chuyên nghiệp của DVB-DSGN thành một tiêu chuẩn DVBS2 Hệ thống DVB-S2 được mô tả bởi sơ đồ khối chức năng hình

Hình 2.1: Sơ đồ khối tiêu chuẩn DVB-S2

2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn.

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 luồng lối vào là các gói), kết hợp luồng lối vào (trường hợp đa luồng vào) và luồng vào gắn trong trường dữ liệu Cuối cùng, báo hiệu băng gốc được chèn vào để cho thiết bị nơi thu biết định dạng khối thích nghi

2.1.1 Khối giao diện đầu vào.

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 gói khách hàng ( UP) chiều dài không đổi UPL = 188 x 8 bits ( một gói MPEG), với byte đầu tiên để đồng bộ Luồng chung mô tả bởi luồng bit liên tục hay một gói khách hàng có chiều dài không đổi ,với chiều dài các bits UPL (lớn nhất là 64k, UPL = 0D đề cập tới luồng 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 byte đầu tiên của UP để đồng bộ , nó là không thay đổi , nói cách khác byte đồng bộ = 0D được 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 đặt thông số bên ngoài “mode điều khiển truyền dẫn cơ sở” thông số truyền dẫn được nhận bởi bộ điều chế DVB-S2 xác định điểm dữ liệu vào

2.1.2 Bộ mã hóa CRC – 8.

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

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)

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:

( )=( 5 + 4 + 3 + 2 +1)( 2 + +1)( +1)= 8 + 7 + 6 + 4 + 2 +1

Lối ra mã hóa CRC được ước tính là:

CRC= Phần dư { 8 ( ): ( )}

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

6

Hình 2.2 : Sự bổ sung của mã hóa CRC-8

2.1.3 Kết hợp/tách.

Việc kết hợp/tách luồng vào được thiết lập như luồng chung liên tục hay việc đóng gói luồng vào Chiều dài UP là UPL bits (khi UPL = 0 nghĩa là chuỗi liên tục) Luồng vào

ở bộ đệm cho tới khi thiết bị kết hợp/tách đọc chúng, nơi mà: Kbch - (l0x8) ≥ DFL ≥ 0 ( Kbch như trong bảng 6,80 bit là trường BBHEADER)

Hình 2.3 Định dạng luồng ở lối ra bộ chuyển đổi

Thiết bị ghép sẽ móc nối trong một luồng đơn lối ra, đọc các trường dữ liệu

khác nhau và được tách từ một lối vào Trong trường hợp chỉ có một luồng đơn thì

cũng chỉ áp dụng một kiểu tách

Phụ thuộc theo ứng dụng, phần kết hợp/tách sẽ chỉ định lượng bit lối vào

bằng 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

2.1.4 Chèn BBHEADER.

Một trường BBHEADER có độ dài cố định (10 byte) sẽ được thêm vào phần đầu của DATA FIELD nhằm xác định cấu trúc của DATA FIELD đó BBHEADER gồm các thành phần :

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 α Trong đó :

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 (α)

Bảng 2.1: Giá trị các trường trong MATYPE – 1

TS/GS

11 = truyền

tải

00 = gói

chung

01= liên tục

10 = dự trữ 11 = dự

trữ

Byte thứ 2 (MATYPE – 2) : nếu trường SIS/ MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu đầu

vào thì byte thứ 2 chứa nội dung xác định các dòng dữ liệu này (ISI – Input Stream

Identifier), nếu không sẽ được dự phòng

UPL (2 bytes): dùng gói có độ dài là bits, trong khoảng khoảng [0, 65

5351]

DFL (2 bytes): Chiều dài trường dữ liệu đơn vị là bit, trong khoảng từ [0, 58

112]

SYNCD (2 bytes): Khoảng cách bit từ đầu trường dữ liệu và bit đầu của trường

UP trong khung (bit đầu của CRC-8) SYNCD = 65535D nghĩa là không có

UP bắt đầu trong trường dữ liệu

CRC-8 (l byte): mã dò tìm lỗi áp dụng cho 9 bytes đầu của trường BBHEADER

Bảng 2.2 BBHEADER cho dịch vụ quảng bá đơn luồng truyền tải

Vùng ứng

dụng/cấu

hình

bá/CCM,

đơn TS

X = không định nghĩa; Y = theo cấu hình/tính toán

Ngắt = ngắt gói phía sau trường dữ liệu; timeout: trễ lớn nhất trong kết hợp/tách

2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải

2.2.1 Bộ đệm.

(Kbch - DFL - 80) các bit 0 có thể xuất hiện sau trường dữ liệu Điều này đảm bảo 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.

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.

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

là khung BBFRAME và luồng ra là FECFRAME

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

Tỷ lệ mã LDPC 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5

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

2.3.1 Mã hóa ngoài BCH.

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

Bảng 2.4 Đa thức sinh BCH khung thường

2.3.2 Mã hóa trong - LDCP.

Mã hóa sửa sai kiểm tra độ ưu tiên cường độ thấp LPDC là một lớp các mã khối

tuyến tính với một ma trận kiểm tra độ ưu tiên H Ma trận H chỉ gồm các giá trị 0 và 1

nằm rải rác Số lượng các số 1 trong ma trận này rất thấp Việc mã hóa được thực hiện

bằng các phương trình biến đổi từ ma trận H để tạo ra các bit kiểm tra độ ưu tiên Quá

trình giải mã sử dụng các đầu vào ‘mềm’ (soft – inputs) kết hợp với các phương trình này

để tạo ra các ước lượng mới cho các giá trị thông tin được gửi

2.3.3 Xáo trộn bit.

11

được đọc liên tiếp ra theo các hàng (MSB của BBHEADER sẽ được đọc ra trước, trừ trường hợp 8PSK tỷ lệ 3/5 trường hợp mà MSB của BBHEADER được đọc ra thứ ba)

Hình 2.4 Sơ đồ xáo trộn bit, với điều chế 8PSK và khung FECFRAME thường.

Trong các trường hợp khác của DVB – S2, xáo trộn bit được thực hiện tương tự, theo các thông số trong bảng sau :

Điều chế

8PSK 16APSK 32APSK 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

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 điều chế

có đường bao không đổi (constant envelope) và có thể hoạt động với các bộ phát đáp không tuyến tính trên vệ tinh ở gần điểm bão hòa Còn 16APSK và 32APSK hướng tới các ứng dụng chuyên nghiệp, có thể được sử dụng cho quảng bá nhưng đòi hỏi mức C/N cao

và 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 suất nhưng hiệu suất phổ lại lớn hơn nhiều Các sơ đồ chòm sao 16APSK và 32APSK được thiết kế để hoạt động trên các bộ phát đáp phi tuyến nhờ đặt các điểm trên các vòng tròn khác nhau Tuy nhiên trên kênh tuyến tính chúng vẫn có thể đạt hiệu quả tương đương với 16QAM và 32QAM

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 số roll – off khác nhau được lựa chọn : 0,35 như DVB – S ; 0,2 và 0,25 cho phép hạn chế được băng thông

Hình 2.5 Bốn kiểu điều chế trong DVB-S2

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 dòng truyền tải DVB – S2 (LP – Low priority)

2.5 Tạo khung lớp vật lý.

2.5.1 Cấu trúc khung truyền tải trong DVB – S2.

Khác với DVB – S, tiêu chuẩn DBV – S2 quy định các cấu trúc khung Có 2 mức cấu trúc khung được thiết kế là :

- Mức vật lý PL (PLFRAME)

- Mức cơ bản (FECFRAME)

Hình 2.6 : Định dạng 1 khung vật lí

Cấu trúc khung ở lớp vật lý có các bit mào đầu PLHEADER, mang các thông tin nhằm giúp phía thu có thể đồng bộ và xác định phương pháp điều chế và các thông số mã hóa mà không cần phải giải mã, giải điều chế tín hiệu Do tính chất quan trọng của PLHEADER nên nó được mã hóa sửa sai rất chặt chẽ với tỷ lệ mã 7/64 (57 bit chống lỗi cho 7 bit mang tin) Trên hình, các khung vật lý được truyền tải nối tiếp nhau Trong mỗi khung vật lý lược đồ mã hóa và điều chế phải đồng nhất, tuy nhiên giữa các khung vật lý khác nhau thì có thể thay đổi Điều này tạo nên tính linh hoạt cho hệ thống DVB–S2 so với DVB–S

Cấu trúc khung FECFRAME sẽ cung cấp đầy đủ thông tin phục vụ cho quá trình xử

lý giải mã tín hiệu Nhờ có 80 bit mào đầu BBHEADER, phía thu có thể thiết lập các cấu hình tương ứng với các chế độ truyền dẫn khác nhau như đầu vào đơn chương trình hay đa chương 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 chia thành