Tổng quan về công nghệ phát thanh số

Có thể nói chúng ta đang sống trong thời kỳ phát triển rực rỡ nhất của công nghệ thông tin nói chung và phát thanh nói riêng, cho đến nay mặc dù có nhiều loại hình thông tin tuyên truyền phát triển nhưng người ta vẫn phải thừa nhận rằng phát thanh là một trong các loại hình thông tin tuyên truyền phổ biến nhất, cần thiết nhất và đạt hiệu quả cao nhất. Nhìn lại một chặng đường dài tồn tại và phát triển của kỹ thuật, công nghệ phát thanh kể từ những ngày đầu sơ khai chỉ phát đi được các bản tin đơn giản với mục đích thông tin là chính, nên chất lượng âm thanh rất thấp cho đến nay chúng ta dễ dàng được thưởng thức những bữa tiệc âm nhạc ngay tại nhà mình với chất lượng âm thanh trung thực như chúng ta đang nghe trực tiếp dàn nhạc biểu diễn trong nhà hát thông qua thiết bị thu (máy thu). Để có được thành quả như ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử, công nghệ vật liệu… .thì công nghệ kỹ thuật số đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu về công nghệ phát thanh số, đây là một lĩnh vực còn mới đối với nước ta ( theo thông tin em được biết thì đến năm 2020, Việt Nam mới chuyển sang công nghệ phát thanh số) nên tài liệu về lĩnh vực này không có nhiều, khả năng ngoại ngữ của bản thân còn hạn chế

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ Điện TửViễn Thông, Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông, ĐạiHọc Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập, thực hiện đề tài tốtnghiệp này

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Đoàn Ngọc Phương đã trựctiếp, tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án trong phạm vi và khả năng cho phépnhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được

sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn

Thái Nguyên , ngày…tháng…năm 2013

Sinh viên thực hiệnĐinh Trường Giang

LỜI CAM ĐOAN

Em xin được cam đoan nội dung của để tài “Tìm hiểu và ứng dụng về côngnghệ phát thanh số” không sao chép nội dung cơ bản từ một đề tài nào cả, là sảnphẩm của quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp của em

Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2013 Sinh viên thực hiện

Đinh Trường Giang

MỤC LỤC

2

CÁC TỪ VIẾT TẮT

DMB Digital Multimedia Broadcasting

3G Hệ thống công nghệ số thế hệ thứ ba dựa trên hệ thống.UMTS Universal Mobile Telecommunications System

DVB-T Digital Video Broadcasting – Terrestial

ETI NI Ensemble Transport Interface Network IndependentETI NA Ensemble Transport Interface Network Adaption Layer

LỜI MỞ ĐẦU

Có thể nói chúng ta đang sống trong thời kỳ phát triển rực rỡ nhất của côngnghệ thông tin nói chung và phát thanh nói riêng, cho đến nay mặc dù có nhiều loạihình thông tin tuyên truyền phát triển nhưng người ta vẫn phải thừa nhận rằng phátthanh là một trong các loại hình thông tin tuyên truyền phổ biến nhất, cần thiết nhất

và đạt hiệu quả cao nhất Nhìn lại một chặng đường dài tồn tại và phát triển của kỹthuật, công nghệ phát thanh kể từ những ngày đầu sơ khai chỉ phát đi được các bảntin đơn giản với mục đích thông tin là chính, nên chất lượng âm thanh rất thấp chođến nay chúng ta dễ dàng được thưởng thức những bữa tiệc âm nhạc ngay tại nhà

4

mình với chất lượng âm thanh trung thực như chúng ta đang nghe trực tiếp dàn nhạcbiểu diễn trong nhà hát thông qua thiết bị thu (máy thu) Để có được thành quả nhưngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử, công nghệ vật liệu… thìcông nghệ kỹ thuật số đóng một vai trò vô cùng quan trọng Sau một thời giannghiên cứu tài liệu và tìm hiểu về công nghệ phát thanh số, đây là một lĩnh vực cònmới đối với nước ta ( theo thông tin em được biết thì đến năm 2020, Việt Nam mớichuyển sang công nghệ phát thanh số) nên tài liệu về lĩnh vực này không có nhiều,khả năng ngoại ngữ của bản thân còn hạn chế Kính mong thầy, cô giáo hết sứcgiúp đỡ, chỉ dạy em, em xin trân trọng cảm ơn!.

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHÁT

THANH SỐ

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phát thanh nói chung và phát thanh sốnói riêng trong thời gian vừa qua, đã làm cho phát thanh không chỉ gắn với mộtthiết bị đơn lẻ hay chỉ còn truyền qua sóng điện từ, qua hệ thống truyền dẫn, phátsóng Chúng ta đã thấy điện thoại di động đời mới có kèm theo máy thu FM,CAMERA, thiết bị trợ giúp cá nhân PDA Theo điều tra của hãng sản xuất điện

thoại nhất của Phần Lan đối với model điện thoại đầu tiên có kèm theo chức năngthu FM, thì chức năng nghe FM là chức năng được yêu thích thứ hai và có đến 80%người dùng nghe FM ít nhất một tuần một lần trong thời gian tới, thính giả xẽ nghephát thanh ở ngoài nhà sẽ sử dụng điện thoại di động để nghe nhiều hơn là nhữngngười sử dụng máy thu thanh Do vậy chúng ta có thể thấy rằng khó có thể có mộtthiết bị di động nào có khả năng cung cấp tất cả các dịch vụ khác nhau mà chỉ dựatrên một công nghệ duy nhất Đối với liên lạc dạng điểm với điểm mạng điện thoại

di động là sự lựa chọn tốt hơn Nhưng đối với dạng truyền từ một điểm tới nhiềuđiểm thì phát thanh vẫn là giải pháp hữu hiệu nhất Các nhà cung cấp dịch vụ củaphát thanh có thể dựa trên những ưu điểm của phát thanh số là có thể truyền các dữliệu lớn mà không cần thu thêm phí tải dữ liệu.nó cũng dễ dàng tích hợp với côngnghệ viễn thông để đưa ra các dịch vụ tương tác

Phát thanh số là một trong những ứng dụng rộng rãi của mã hóa âm thanhtheo nhận thức Trong khi các chuẩn MPEG 1,2 LAYER3 được ứng dụng trong các

hệ thống phát thanh số theo tiêu chuẩn châu âu EUREKA 147 và WORLD SPACY,thì chuẩn mới MPEG AAC sẽ được sử dụng trong các hệ thống IBOC của Mỹ vàAAC cũng là một trong các ứng cử viên cho các hệ thống phát thanh mới trong dảitần dưới 30 MHz Trong tương lai , mã hóa âm thanh vẫn sẽ là một trong nhữngphần mềm trọng yếu của công nghệ phát thanh số

Phát thanh số cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn phát thanh truyền thống ,ngoài các chương trình phát thanh là văn bản, dữ liệu thậm chí là tín hiệu video.Chất lượng chương trình với âm thanh số đáp ứng yêu cầu của cả các thính giả đãquen với chất lượng âm thanh CD cũng như yêu cầu của các thính giả trẻ để thuđược chương trình phát thanh số, máy thu thanh không chỉ còn mỗi loa cung cấpthông tin mà đã trở thành một kho thông tin đa phương tiện với nhiều chức năngtrong đó có màn hình LCD hiển thị các thông tin như tên bài hát, ca sĩ thể hiện,thông tin về giao thông, thời tiết…Một hệ thống phát thanh thông thường vẫn làmột quá trình cung cấp thông tin một chiều và không có thông tin phản hồi lại Dù

6

với rất nhiều sức mạnh của mình, phát thanh số vẫn là phương tiện truyền thôngmột chiều Hiện nay phát thanh số đang thử nghiệm khả năng kết hợp với một sốcông nghệ viễn thông khác như 3G hay GPRS,để tạo ra một kênh phản hồi Việc kếthợp này đưa ra nhiều khả năng phục vụ mới ngoài các chương trình phát thanh.

Hiện nay trên thế giới tồn tại những xu hướng khác nhau trong công nghệphát thanh số nhưng ở đây chỉ nêu ra một số chuẩn có thể áp dụng cho Việt Nam

1.2 PHÁT THANH SỐ THEO TIÊU CHUẨN CÁC NƯỚC CHÂU ÂU

Do các nước châu âu khởi xướng, họ đã nghiên cứu hoàn thiện thành tiêuchuẩn và đã được một số tổ chức quốc tế công nhận là tiêu chẩn quốc tế và được gọi

là tiêu chuẩn E147

1.2.1 Nguyên tắc

Với phát thanh số, hệ thống truyền dẫn và phát sóng phát thanh có nhiều thay đổimang tính cách mạng

- Nhà cung cấp dịch vụ, ví dụ một đài phát thanh bất kỳ nào, sẽ đưa ra dịch vụ của

họ kèm theo tất cả các dữ liệu cần thiết Thông thường dịch vụ đó là một chươngtrình âm thanh đã được mã hoá, dữ liệu kèm theo chương trình, thông tin về dịch vụđược dùng để mô tả dịch vụ này trong bộ ghép kênh Ngoài ra, họ cũng có thể cungcấp những dịch vụ dữ liệu khác có thể liên quan tới chương trình, nhưng cũng cóthể nằm ngoài chương trình

- Nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh : đây là một thành phần mới trong dây chuyềnphát thanh số với phát thanh truyền thống Do một máy phát có thể phát đi nhiềuchương trình khác nhau, các dịch vụ riêng biệt với các thông tin dịch vụ tương ứng

sẽ được nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh tổng hợp lại tạo thành tín hiệu tổng hợp(ensemble ) để đưa tín hiệu đến các đài phát

- Nhà phát sóng phát thanh số : điều hành hoạt động các máy phát phát thanh số Ởđây nhận tín hiệu tổng hợp, thực hiện việc điều chế theo cách điều chế số COFDM

và truyền đi Người nghe sẽ thu lại tín hiệu số này và chọn lựa một trong bất kỳ dịch

vụ nào của tín hiệu tổng hợp này

1.2.2 Mạng phát thanh số

Mạng phát thanh số được chia thành ba khối chính : dịch vụ chương trìnhhay dịch vụ chương trình thành phần ; dịch vụ ghép kênh hay dịch vụ tổng hợp tínhiệu; mạng phát sóng

đề ISO và chèn dữ liệu gắn với chương trình vào các khung của dòng dữ liệuMPEG Ngoài chương trình âm thanh, nhà cung cấp dịch vụ còn có thể tạo ra dữ

8

liệu gắn với chương trình để tăng thêm tính hấp dẫn cho các chương trình phátthanh Dòng dữ liệu gắn với chương trình – PAD có hai lợi điểm chính sau : dunglượng của PAD hoàn toàn do nhà cung cấp dịch vụ kiểm soát, còn đối với nhà cungcấp dịch vụ ghép kênh PAD là một phần của dòng dữ liệu âm thanh và không thểtách rời ra được PAD chỉ như một đường ống dẫn dữ liệu, nhưng để dữ liệu này cóthể được giải mã ở máy thu phải có các giao thức chuẩn trong việc xử lý các file PAD có thể là những dạng sau:

- Nhãn động

- Kiểm soát dải động

- Video kèm theo âm thanh ( đòi hỏi phải có X-PAD)

Tốc độ PAD cố định thường không cao – 0,667 kbit/s với tần số lấy mẫu48kHz (24ms frame) Vì vậy người ta sẽ dùng PAD mở rộng – X-PAD cho nhữngứng dụng có nhiều dữ liệu hơn Tất nhiên lúc đó ta phải chú ý rằng, khi tăng dòng

dữ liệu với X-PAD, có thể phải giảm phần dữ liệu giành cho âm thanh và điều đó

có thể sẽ làm giảm chất lượng âm thanh PAD được thêm vào khung Musicam trongbộ mã hoá Musicam, thường bộ này được lắp đặt tại phía người sản xuất chươngtrình – phía phòng thu hay tổng khống chế Nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu Nhàcung cấp dịch vụ dữ liệu có thể tạo ra dữ liệu có liên quan tới dịch vụ âm thanhhoặc hoàn toàn không dính dáng tới dịch vụ âm thanh Tổng số dung lượng dữ liệucho phép hiện nay có thể từ 10% đến 20% (10% cho các dữ liệu có liên quan tớichương trình và 10% không liên quan)

Một số dữ liệu thông dụng hiện nay phát theo chương trình phát thanh là :

- Thông tin kinh tế - cổ phiếu

- Kết quả thể thao

- Báo giờ

Thông tin về dịch vụ chương trình SI ( Service Information ) Nhà cung cấpdịch vụ có thể thêm các thông tin bổ sung về dịch vụ của mình- cả dịch vụ dữ liệu

và âm thanh, qua thông tin về dịch vụ chương trình Thông tin này sau đó sẽ đượctruyền và sử dụng làm tín hiệu hướng dẫn cho nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh Những thông tin về dịch vụ chương trình SI có thể là :

- Thông tin xác định dịch vụ

- Loại chương trình

- Tần số liên quan tới các dịch vụ FM, MF và phát thanh số

- Thông tin thông báo( liên quan tới các kênh thông báo trong bộ ghép kênh)

1.2.2.2 Nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh

Nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh quản lý dung lượng của ít nhất một bộ ghépkênh phát số Một bộ ghép kênh có thể có tới 64 kênh phụ, trong đó mỗi kênh dùngcho một dịch vụ hay một thành phần dịch vụ

Những chức năng chính của nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh là :

- Nhận từ nhà cung cấp dịch vụ thông tin của kênh phụ và các dữ liệu điều khiểnkèm theo, từ những dữ liệu tạo ra dữ liệu theo chuẩn thích ứng để tạo nên giao diệntruyền dẫn tổng hợp ETI- Ensemble Transport Interface - Tạo kênh thông tin nhanh

- FIC (Fast Information Channel ) FIC là kênh thông tin đi trước cho phép máy thunhận biết thông tin thiết lập của bộ ghép kênh

- Nhận từ nhà cung cấp dịch vụ các dữ liệu kèm theo dịch vụ và tạo lại thông tinnày để đưa vào FIC

- Thêm các dữ liệu kèm theo tín hiệu tổng hợp vào FIC , chẳng hạn như tên bộ ghépkênh

- Quản lý các cấu hình và dòng dữ liệu cho từng dịch vụ

- Quản lý cước để tính toán với các nhà cung cấp dịch vụ

một loạt các sóng mang đuợc truyền trong symbol 0- gán cho mỗi máy phát mộtthông tin xác thực đặc trưng để dùng cho các vùng Thông tin điều khiển sẽ là dòngthông tin hai chiều giữa 3 nhà cung cấp dịch vụ Trong đó, dòng thông tin quantrọng nhất là thông tin giữa nhà cung cấp dịch vụ phát thanh và nhà cung cấp dịch

vụ ghép kênh Thông tin (SI) và cấu hình bộ ghép kênh Hoạt động của hệ thốngcàng phức tạp thì việc điều khiển, quản lý bộ ghép kênh càng phức tạp hơn Chẳnghạn như có thể cần sử dụng cơ chế thiết lập cấu hình động cho bộ ghép kênh Trongtrường hợp này cần dòng tín hiệu điều khiển hai chiều giữa nhà cung cấp dịch vụ vànhà cung cấp dịch vụ ghép kênh

1.2.2.4 Nhà cung cấp dịch vụ chương trình

Vai trò của nhà cung cấp dịch vụ là tạo ra một bộ hay nhiều thành phầnchương trình cùng với các thông tin kèm theo để truyền tới nhà cung cấp dịch vụghép kênh Các thành phần dịch vụ chương trình có thể là :

- Dịch vụ âm thanh : các dữ liệu âm thanh và các dữ liệu kèm theo - đấy lànhững thành phần chính của dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ dữ liệu – ví dụ như quảng cáo dưới dạng âm thanh và hình ảnh cókết nối với dịch vụ âm thanh

Hình 2:Xem xét chi tiết hơn về các nhà cung cấp dịch vụ

12

Hình 3 :Bộ đồn kênh dịch vụ

Tại nhà cung cấp dịch vụ, bộ ghép dịch vụ - SCM ( Service ComponentMuxtiplexer là một thiết bị quan trọng của hệ thống thiết bị chính Chức năng chínhcủa thiết bị này là trộn tín hiệu đầu ra bộ mã hoá âm thanh với các tín hiệu kháctheo giao diện truyền dẫn dịch vụ- STI ( Service Transport Interface ) Giao thứcSTI được thiết kế để giao tiếp qua mạng viễn thông và truyền thông tin hai chiềugiữa nhà cung cấp dịch vụ chương trình và dịch vụ ghép kênh Bộ ghép dịch vụ hoạtđộng dưới sự điều khiển của máy tính quản lý dịch vụ - nó dùng để thiết lập lịchphát sóng và xác định tốc độ âm thanh mã hoá Kết nối với hệ thống điều khiển củanhà cung cấp dịch vụ qua giao diện STI, bộ điều khiển sẽ điều khiển thiết lập cấuhình cho bộ ghép kênh

Hình 4: Cấu hình thông dụng của bộ ghép kênh dịch vụ

Thông thường bộ SCM có hai bộ mã hoá âm thanh Sử dụng các thiết bị nàytạo tín hiệu âm thanh theo định dạng từ tín hiệu analog hay digital, cũng có thể để

nhận tín hiệu đã được mã hoá qua các đường truyền dẫn, hay dữ liệu kèm theochương trình qua đầu vào RS232 Hai bộ mã hoá được nối với nhau qua giao diệnWG1 và WG2- đây là hai chuẩn giao diện được lựa chọn cho E147 để kết nối tốc độcao giữa các bộ mã hoá MUSICAM và bộ tạo sóng COFDM Nhờ có giao diện này,người ta có thể nối lần lượt tới 16 bộ mã hoá có tốc độ lên đến 384 kbit/s cho mỗibộ mã hoá Bên cạnh đó, cũng có bộ giải mã để kiểm tra nguồn âm thanh đượctruyền trên bus WG1/ WG2 Có thể tuỳ chọn đầu ra bộ ghép dịch vụ theo các chuẩntruyền dẫn như ISDN; G703; X21 Tín hiệu sửa lỗi cũng được bổ sung vào giaodiện STI để bảo vệ dữ liệu cho bộ ghép kênh dịch vụ và bộ ghép kênh tổng hợp

để tạo ra một kênh dữ liệu phụ chứa nhiều gói dịch vụ dữ liệu Bên cạnh đó là cáctín hiệu điều khiển và chỉ dẫn, kể cả tín hiệu xác thực bộ ghép kênh trong kênhthông tin nhanh FIC; thông tin về cấu hình bộ ghép kênh MCI ( MultiplexerConfiguration Information ) và thông tin thiết lập cấu hình bộ ghép đưa tới nhàcung cấp dịch vụ chương trình

Dung lượng dữ liệu của bộ ghép kênh

Dung lượng dữ liệu tối đa của bộ ghép kênh phát thanh số, áp dụng mã hoávới 1536 DQPSK sóng, mang, là 2,4Mbit/s Một phần trong đó được dùng cho kênhđồng bộ và phần còn lại được chia thành hai kênh – kênh thông tin nhanh- FIC( Fast Information Channel) và kênh dịch vụ chính-MSC (Main Service Channel),

có thể được chia như sau : FIC : 96kbit/s và MSC : 2,304Mbit/s

14

Hình 5: Bộ ghép kênh tổng hợp

Trong kênh MSC, dữ liệu gồm có kênh phụ dữ liệu phát thanh số ( âm thanhhoặc dữ liệu) và một số để sửa lỗi Trong kênh FIC có dữ liệu FIC với tốc độ32kbit/s với phần bảo vệ không thay đổi là 64kbit/s Để truyền dẫn tín hiệu từ bộghép kênh đến các đài phát, thường người ta cố giữ tốc độ dữ liệu dưới 2,048Mbit/s,

là dung lượng kênh dữ liệu trong dịch vụ viễn thông Có thể đạt được điều đó nhờsửa lỗi trước – FEC ( Forward Error Correction) cho kênh phụ tại bộ điều chếCOFDM thay vì thực hiện tại bộ ghép kênh Tốc độ dữ liệu của kênh phụ (dữ liệu

âm thanh hay dữ liệu khác) tăng lên bao nhiêu khi được mã hoá OFDM phụ thuộcvào mức bảo vệ (cấp) được chọn khi thực hiện FEC Thông tin về mức bảo vệ sẽđược truyền tới bộ điều chế COFDM theo kênh thông tin về cấu hình của bộ trộnkênh Thông tin đó được tạo ra ở bộ ghép kênh Tại bộ điều chế COFDM, sau khiđược xử lý sửa lỗi trước tất cả các kênh phụ được ghép lại để tạo kênh MSC KênhMSC bao gồm các khung CIF ( Common Interleaved Frame) CIF là một khối chínhcủa tín hiệu COFDM 1 CIF được truyền đi theo chu kỳ 24ms và chứa 55296 bit.Đơn vị có địa chỉ nhỏ nhất ở trong CIF là CU có dung lượng 64 bit Như vậy một

CIF sẽ có 864 CU Một CU chỉ có thể chứa thông tin từ một kênh phụ Cách tính số

CU cần thiết cho một dịch vụ âm thanh:

Một kênh phụ mang một thành phần dịch vụ chương trình âm thanh, phụthuộc vào mức bảo vệ, sẽ có một số lượng CU nằm trong dãy số sau :16,21,24,29,32,35,40,42,48,52,58,64,70,80,84,96,104,116,128,140,160,168,192,208,232,280,416 Tốc độ dòng bít của CU được tính từ tốc độ gửi là 24ms với 64 bit/ 1

CU và sẽ là 2.667 kbit/s Như vậy số CU cần thiết cho một kênh âm thanh phụ làtốc độ dòng bit( kbit/s) sau khi áp dụng mức bảo vệ FEC chia cho 2,667 (kbit/s).bảo vệ tốt nhất với tốc độ dòng bit là 1/3; mức 5 sẽ cho mức bảo vệ ít nhất với tốcđộ dòng bit là ¾ Chẳng hạn như đối với dịch vụ âm thanh 256kbit/s với mức bảo

vệ 3 ( tốc độ mã FEC là 0,5), số CU cần thiết sẽ được tính : (256 kbit/s * 1/0.5) /2.667 = 191,1 Trong dãy số CU - số gần nhất là 192CU

Cách tính số CU cần thiết cho một dịch vụ dữ liệu

Các kênh phụ dùng cho dịch vụ dữ liệu phải có một tốc độ truyền bit là sốnguyên lần 8kbit/s Ta sẽ có cách tính số CU như sau:

Dịch vụ dữ liệu với tốc độ bit là số nguyên – n lần của 8kbit/s

( n = tốc độ dữ liệu / 8(kbit/s))

Dịch vụ dữ liệu với tốc độ bit là số nguyên – n lần của 32kbit/s

( n = tốc độ dữ liệu / 32(kbit/s))

Kích thước kênh phụ (số CU) 27n 21n 18n 15n

Dung lượng CU trong bộ ghép kênh

Trong một CIF có 864 CU, vì vậy việc bố trí dữ liệu và mức bảo vệ phảiđược thực hiện sao cho số CU cần thiết cho toàn bộ các kênh phụ không vượt quá

864 và ngược lại cũng không quá thấp hơn 864 để không lãng phí dung lượng kênhphát thanh

Mạng truyền dẫn tín hiệu ghép kênh :

Đây là hệ thống truyền dẫn nối bộ ghép kênh với một hay nhiều bộ điều chếCOFDM Do tính chất của các đường truyền dẫn khác nhau sẽ không giống nhaunên nếu chỉ dùng một chuẩn giao diện chung là không thích hợp Khi bắt đầu thựchiện E147, người ta đưa ra giao diện mạng ghép kênh – ETI để nối giữa nhà cungcấp dịch vụ chương trình và nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh Và trong ETI người tađưa ra hai lớp giao thức truyền dẫn Đó là ETI NI – giao diện mạng ghép kênhkhông phụ thuộc vào mạng ( Ensemble Transport Interface Network Independent )

và ETI NA- giao diện mạng ghép kênh tương thích với tầng mạng ( EnsembleTransport Interface Network Adaption Layer)

ETI NI – giao diện mạng ghép kênh không phụ thuộc vào mạng ( EnsembleTransport Interface Network Independent ) Nếu bộ ghép kênh tổng hợp và bộ điềuchế COFDM ở cùng một địa điểm - thì ETI NI là một phương pháp thích hợp đểnối chúng với nhau ETI NI được dùng do giao diện G703 sử dụng tốc độ bit 2,048Mbit/s

Dữ liệu và tín hiệu đồng bộ được truyền trên cùng kết nối nối tiếp dùng mãhoá HDB-3 Lớp ETI NI không thể dùng cho mạng truyền dẫn viễn thông thôngthường vì không đáp ứng tiêu chuẩn của G704 ETI NI sử dụng phương pháp sửalỗi CRC ( cyclic redundancy checks) chứ không phải FEC ( Forward ErrorCorrection) Độ dài khung tương đối dài ( 24ms) nên sẽ không thật sự đảm bảo chocác đường truyền cự ly xa ETI NA- giao diện mạng ghép kênh tương thích với tầngmạng Nếu không thể nối thẳng bộ ghép kênh và bộ tạo sóng COFDM, người takhông thể dùng ETI –NI mà sẽ sử dụng giao thức khác Trong E147, người ta đã sửdụng giao diện truyền dẫn thứ hai gọi tên là ETI NA- giao diện mạng ghép kênhtương thích với tầng mạng Việc dùng cách tương thích với tầng mạng cho phépETI được truyền trực tiếp qua mạng viễn thông Tuy nhiên cũng có một số vấn đềsau cần quan tâm :

- Tốc độ dữ liệu mà môi trường truyền thông hỗ trợ

- Tính chất của lỗi đường truyền trong mạng viễn thông

- Trễ do mạng viễn thông :

18

Để làm cho NI và NA tương thích với nhau, người ta đã đưa ra định dạng đakhung Mỗi khung phát thanh số 24ms được chia ra thành 3 khối lớn với 2048 bytecho mỗi khối Mỗi khối chính lại được chia thành 8 khối nhỏ Mỗi khối này đượcchia thành 8 khung G704, mỗi khung có 32 ô thời gian 8bit ETI NA có 1920 kbit/scho dữ liệu dịch vụ và 56 kbit/s cho quản lý khung, sửa lỗi và đánh dấu thời giancủa các khung phát thanh số Dấu thời gian là một trong những phần quan trọng đểquản lý độ trễ trong mạng viễn thông sao cho có thể thiết lập được mạng một tần

số Về mặt điện, ETI NA đáp ứng G703 và về mặt cấu trúc khung, đáp ứng G704.Ngoài ra để kiểm tra chất lượng đường truyền và chất lượng mạch người ta có thểdùng TS16 Cả ETI NI và NA đều có giao diện nối tiếp để truyền dữ liệu kiểm traqua RS232 , dữ liệu này được truyền từ bộ ghép kênh đến đài phát sóng sử dụngdung lượng dự phòng để kiểm tra

1.2.2.6 Phát sóng

Hệ thống phát thanh số sử dụng kỹ thuật COFDM trong điều chế Đây sự kếthợp giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang OFDM với kỹ thụât mã hoá xoắn Theocách đó, hệ thống có thể tận dụng được cả những lợi điểm ở miền tần số và miềnthời gian Tín hiệu sau khi được xử lý sửa lỗi trước sẽ được trải và chèn cả ở miềntần số và thời gian Nhờ vậy mà lỗi truyền dẫn sẽ trải ra cho toàn bộ dữ liệu.Sau khi

đã giải mã về chèn thời gian và tần số, tín hiệu sẽ được phục hồi lại sau khi sửa lỗi.Chọn phương pháp sửa lỗi trước cho phát thanh số sẽ cho phép ta chọn các mức bảo

vệ khác nhau tuỳ theo yêu cầu của dịch vụ Đối với các chương trình âm thanh, nócho phép áp dụng kỹ thuật bảo vệ không đồng mức( UEP – unequal errorprotection) để phù hợp với mức độ quan trọng cho từng phần trong dòng dữ liệu âmthanh Chẳng hạn như trong một khung MUSICAM thì đoạn chứa những thông tinđiều khiển như tiêu đề, bit của band phụ v.v sẽ được bảo vệ với mức cao hơnnhững mẫu âm thanh

-Điều chế OFDM và khung truyền dẫn

OFDM là hệ thống đa sóng mang với dữ liệu được truyền tại mức symbolthấp và sử dụng nhiều sóng mang dải hẹp Đối với phát thanh số có 4 mode truyền.Mỗi mode được thiết kế cho các băng tần khác nhau, hay như đối với Mode IV làkhả năng thiết lập mạng một tần số trên băng L Ta cùng xem xét Mode I, với tần

số dùng cho phát thanh số là ở băng III – VHF

Ta có thông số của hệ thống truyền dẫn theo Mode I

và cũng mang theo thông tin về máy phát Sau đó là symbol thời gian, tần số và pha

sử dụng để tinh chỉnh bộ tạo sóng của máy thu và dùng để làm symbol chuẩn về phacho DQPSK Ba symbol tiếp theo chứa FIC, phần còn lại của khung truyền dẫndùng cho kênh dịch vụ chính Mã kênh và bảo vệ không đồng mức ở kênh phụdành cho dữ liệu âm thanh Phát thanh số theo tiêu chuẩn E 147 áp dụng sửa lỗi theo

mã xoắn - sửa lỗi trước –FEC ( Forward Error Correction) Trong đó, đối với dịch

vụ dữ liệu, FEC được áp dụng giống nhau cho toàn bộ khung dữ liệu vì ta không rõnội dung trong khung dữ liệu Ngược lại đối với dịch vụ âm thanh, nội dung củakhung đã rõ và vì vậy những thông tin quan trọng hơn sẽ được áp dụng mức bảo vệcao hơn

Phương pháp này được gọi là bảo vệ không đồng mức Ví dụ bảo vệ khôngđồng mức cho một khung MUSICAM có thể được minh hoạ trong bảng dưới đây :

Có bốn kiểu bảo vệ không đồng mức: kiểu một là cao nhất, kiểu hai và kiểubốn thấp hơn và kiểu ba có mức bảo vệ thấp nhất

Kiểu bảo vệ

20

Độ dài khoảng bảo vệ 246usĐộ dài có ích của symbol 1msTổng độ dài symbol 1246us

Số sóng mang phát ra 1537 usKhoảng cách xa nhất của Tx

cho SFN

75kmBăng thông tối đa tới 375MHz

Kiểu 1 áp dụng cho các dữ liệu sau :

- Tiêu đề ISO : thông tin tiêu đề

- CRC : phát hiện lỗi trong thông tin điều khiển

- BAI : thông tin bố trí bit

- SCFSI : thông tin lựa chọn hệ số thang mã hoá

Kiểu 2 áp dụng cho các dữ liệu sau

- ScF : hệ số thang

- SAMPLE : mẫu âm thanh trong băng phụ ( thay đổi

Kiểu 3 áp dụng cho các dữ liệu sau:

- STUFF : bit stuff

- X-PAD : thông tin mở rộng kèm theo chương trình ( thay đổi)

- X-PAD : thông tin mở rộng kèm theo chương trình

Kiểu 4 áp dụng cho các dữ liệu sau:

- ScF – CRC : phát hiện lỗi trong nhóm các hệ số

- F-PAD : thông tin kèm theo chương trình

Kênh thông tin nhanh được mã hoá với mứu độ bảo vệ không đổi là 1/3 Phảiđảm bảo độ chính xác cho kênh FIC để có thể giải mã đúng các kênh phụ Thêmvào đó, kênh FIC cũng không được trải dữ liệu theo thời gian Vì vậy mà áp dụngmức bảo vệ cao nhất cho kênh FIC Như vậy, để bộ ghép kênh tổng hợp đạt hiệuquả cao nhất, phải có sự kết hợp hài hoà giữa tốc độ dữ liệu, số lượng chương trình

và mức bảo vệ Đây là trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ chương trình và nhàcung cấp dịch vụ ghép kênh Trải dữ liệu theo thời gian và tần số Trong miền tần số,hiện tượng phản xạ nhiều đường có thể làm suy giảm một số sóng mang OFDM vànói chung các sóng mang cạnh nhau có thể bị suy giảm với cùng mức độ Việc trải

dữ liệu theo thời gian và tần số sẽ làm cho các bit ở cạnh nhau về thời gian trongdòng dữ liệu của một kênh phụ, sau khi được điều chế vào 1536 sóng mang sẽkhông ở cạnh nhau về thời gian và tần số Mã xoắn trong bộ điều chế COFDM vàquá trình giải mã ở máy thu tạo ra một công cụ mạnh giúp xác định lỗi và sửa lỗi

khi các lỗi truyền dẫn xuất hiện, không phải là dạng vệt Do có trải dữ liệu theo tần

số và thời gian nên dữ liệu bị dạng lỗi vệt sẽ không tập trung trong một kênh dịch

vụ và vì vậy việc sửa lỗi có thể thực hiện được tốt giúp cho dữ liệu được khôi phụclại tương đối hoàn chỉnh

Quá trình trải dữ liệu theo thời gian đối với hệ thống phát thanh số thực hiệntrên 16 khung 24ms và dẫn đến độ trễ tổng cho quá trình xử lý là 384ms Đây là độtrễ tương đối lớn so với phát thanh analog truyền thống Dòng bit được chia thànhcác block 16bit và sau đó bị làm trễ theo một số nguyên lần 24ms ( số này được lấymột cách bất kỳ trong dãy số từ 0 đến 15) Tại bộ giải mã, những bit được mã hoá

sẽ lại bị làm trễ tiếp để tạo lại dòng âm thanh

-Trễ trong mạng phát thanh số

Tổng trễ trong mạng phát thanh, từ khi nhận tín hiệu đến khi ra loa của máythu sẽ phu thuộc vào kỹ thuật truyền dẫn nhưng ít nhất sẽ là 0,7s Quá trình mã hoáCOFDM

Hình 6: Mô tả tổng thể quá trình mã hoá COFDM

22

Tín hiệu tổng hợp được nhận qua mạng viễn thông theo dạng NA Bộ chuyểnđổi giao thức mạng sẽ đọc phần đánh dấu thời gian do nhà cung cấp dịch vụ ghépkênh chèn vào dòng dữ liệu NA Bộ chuyển đổi mạng này cũng sẽ làm trễ tín hiệucho đến khi dấu thời gian nhận được bằng với thời gian UTC do máy thu GPS chỉ.

Vì vậy, tất cả các khung NA ra khỏi bộ chuyển đổi mạng sẽ được chỉnh khung nhưnhau và có cùng cách đếm khung – có nghĩa là mạng một tần số sẽ được đồng bộ vềthời gian Sau đó, ETI sẽ được chia thành các dòng MUSICAM, dòng dữ liệu vàdòng FIC Mỗi dòng MUSICAM đều được xử lý như nhau - trải phổ, mã hoá theomức bảo vệ cần thiết và trải dữ liệu theo thời gian Tất cả các dòng MUSICAM và

dữ liệu sau đó được ghép lại tại bộ ghép kênh kênh dịch vụ chính – Main ServiceChannel multiplexer Dòng FIC được trải phổ và mã hoá (không trải dữ liệu theothời gian) FIC chứa dữ liệu có liên quan đến số lượng CU cho mỗi dịch vụ và cácmức bảo vệ được áp dụng Đầu ra của bộ ghép kênh dịch vụ chính và kênh FICcùng với hai symbol đồng bộ sẽ được tổng hợp ở bộ ghép kênh dịch vụ chính MSC

- Main Service Multiplexer Dòng dữ liệu đưa ra sẽ được điều chế vào 1536 sóngmang OFDM sử dụng phép biến đổi Furier ngược – IFFT

Quá trình toán học chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần sốđược gọi là chuyển đổi Furie ( Fast Fourier Transform ) Quá trình ngược lại đượcgọi là chuyển đổi Furie ngược– IFFT ( Inverse Fast Fourier Transform )

Hình 7: Miền thời gian và tần số

Mỗi thành phần trong phổ tần tín hiệu đầu ra ứng với một sóng mangOFDM Biên độ và pha của các sóng mang này phụ thuộc vào dữ liệu được truyền

đi Do ở đây dùng điều chế kiểu DQPSK nên biên độ của tất cả các sóng mang sẽgiống nhau, chỉ có pha thay đổi và được xác định bởi mỗi symbol truyền đi Để tạo

ra 1536 sóng mang OFDM điều chế, người ta dùng FFT 2048 điểm để đưa biên độcủa các sóng mang không mong muốn về 0 Pha của các sóng mang được xác địnhtại đầu vào của IFFT và sau đó các mẫu thời gian được đồng bộ theo khoảngsymbol 1,25ms Tạo ra một symbol, 2048 mẫu thời gian được đồng bộ với IFFTtrong 1ms sau khi lặp lại các mẫu của 0,25ms đầu tiên để tạo khoảng bảo vệ

Toàn bộ quá trình này xảy ra hai lần song song với hai thành phần cùng pha (

I – Inphase) và vuông góc ( Quadrative – Q) Các mẫu thời gian sau đó được đưasang bộ chuyển đổi số sang analog và lọc lại Sau đó tín hiệu này được đưa ra bộtrộn và trộn lại đưa ra phát sóng

24

Hình 8: OFDM transmitter

1.2.3 Những ưu nhược điểm của tiêu chuẩn phát sóng E147

Những ưu điểm của E147:

+ Nâng cao chất lượng âm thanh

+ Nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số vô tuyến điện, tạo khả năng mở rộngnhững dịch vụ mới

+ Tạo thuận lợi cho người nghe

+ Có khả năng cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu

+ Tiêu chuẩn E147 sử dụng băng III VHF và băng L để phát thanh số trên mặt đất,

sử dụng công nghệ COFDM điều chế DQPSK và các kỹ thuật sửa lỗi khả năngthiết lập mạng một tần số và chất lượng thu lưu động cao là một trong những ưuviệt của tiêu chuẩn này Chất lượng âm thanh đạt gần như đĩa CD, có khả năng phátkèm theo gói dữ liệu PAD và các dịch vụ truyền dữ liệu Nếu phát chất lượng như

FM mono có thể phát tới 16 chương trình trong 1 kênh Bình thường người ta phát 6kênh chương trình chất lượng cao và một số dịch vụ truyền dữ liệu.

Những nhược điểm của tiêu chuẩn E147:

• Cho tới lúc này có thể nhận thấy rào cản lớn nhất cho việc phát triển tiêuchuẩn này là máy thu,vì giá vẫn còn cao so với máy thu thông thường

• Các dịch vụ gia tăng mới chưa thực sự hấp dẫn người nghe Điều này có thểthấy qua việc phát triển DAB ở Đức với mạng FM hiện có hoạt động rất hiệuquả và có nhiều các dịch vụ như RDS hay chương trình về giao thông

• Một vấn đề khác là băng tần số: Với công nghệ này, phát thanh sẽ sử dụngvùng tần số mà truyền hình analog sử dụng Tuy nhiên, hiện nay truyền hình

số, truyền hình qua vệ tinh và truyền hình cáp đang phát triển rất mạnh, cácbăng tần này sẽ dần được giải phóng cho phát thanh sử dụng

• Phải đầu tư máy phát và ăng ten mới Có thể sử dụng lại cơ sở hạ tầng như

1.3.1.Tiêu chuẩn IBOC-HD Radio:

Mỹ chủ chương sử dụng băng tần số sóng AM MW và FM đã có sẵn để phát số.Công nghệ này được gọi tắt là IBOC (In Band On Chanel) Tên mới hiện nay làHD-Radio (High Definition Radio) Rong giai đoạn chuyển tiếp một chương trìnhphát thanh dưới dạng dạng analog và digital sẽ được cùng một máy phát phát đi.Máy thu thu được cả hai loại tín hiệu, tín hiệu analog đóng vai trò dự phòng cho tínhiệu digital vì mức sóng mang của tín hiệu digital thấp hơn của tín hiệu analog30dB Khi chuyển sang hoàn toàn phát số có thể phát 4 chương trình mono trên một

26