Nghiên cứu một số vấn đề của truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2 (DVB S2) và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

MỞ ĐẦU Truyền hình vệ tinh bắt đầu sử dụng tại Việt Nam từ những năm 1990 để truyền dẫn tín hiệu các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại mặt đất ở các tỉnh, thành trong cả nướ

CHƯƠNG 1 7

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH 7

1.1 Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh 7

1.2 Tiêu chuẩn DVB -S (EN 300 421) [4] 11

1.2.1 Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng (MUX Adaptation and Energy Dispersal) 12

1.2.2 Mã hóa ngoài (Outer coding) 17

1.2.3 Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver) 18

1.2.4 Mã hóa trong-mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding) 21

1.2.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation) 25

1.3 Các thông số kỹ thuật đường truyền của tiêu chuẩn DVB-S 28

1.4 Tiêu chuẩn truyền hình vệ tinh lưu động DVB-DSNG (EN 301 210) [5] 30

1.4.1 Sơ lược về điều chế mã lưới (Trellis Code Modulation) 30

1.4.2 Tiêu chuẩn DVB-DSNG (EN 301 210) .32

CHƯƠNG 2 36

TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG 36

2.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307) [6] 36

2.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation) 34

2.1.2 Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation) 38

2.1.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 39

2.1.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế (Bit Mapping Into Constellation) 43

2.1.5 Tạo khung lớp vật lý (PL Framing) 46

2.1.6 Lọc băng gốc và điều chế cầu phương (Baseband Shaping & Quadrature Modultation) 50

2.2 Điểm lại tiêu chuẩn DVB-S2 50

2.3 Một số điểm đáng chú ý về thông số kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-S2 52

2.4 Kết luận 62

CHƯƠNG 3 64

MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ DỊCH VỤ VÀ THÔNG SỐ TRẠM THU PHÁT KHI SỬ DỤNG DVB-S2 CHO ĐÀI THVN 64

3.1 Hiện trạng sử dụng thông tin vệ tinh của Đài Truyền hình Việt Nam 64

3.1.1 Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình quảng bá và truyền hình lưu động qua vệ tinh 64 3.1.2 Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình trả tiền qua vệ tinh65

3.2.3 Hiện trạng truyền dẫn và phát sóng chương trình truyền hình VTV4 dành cho cộng

đồng người Việt Nam ở nước ngoài qua vệ tinh 66

3.3 Hiện trạng các máy phát vệ tinh của Đài THVN 67

3.3.1 Hiện trạng máy phát vệ tinh băng C 67

3.2 Một số đề xuất về dịch vụ của DVB-S2 70

3.2.1 Phát sóng kết hợp các chương trình truyền hình quảng bá SDTV và HDTV [7] 70

3.2.2 Phân phối chương trình đến các trạm phát truyền hình mặt đất 71

3.2.3 Các ứng dụng lưu động DSNG sử dụng DVB-S2 73

3.2.4 Góp tin truyền hình tới Studio (TV contribution) 73

3.2.5 Mã hóa và điều chế thích nghi cho các ứng dụng điểm-điểm 74

3.2.6 Dịch vụ IP unicast 76

3.4.3 Đối với dịch vụ truyền hình lưu động Error! Bookmark not defined 3.5 Kết luận chương 3 83

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

MỞ ĐẦU

Truyền hình vệ tinh bắt đầu sử dụng tại Việt Nam từ những năm 1990

để truyền dẫn tín hiệu các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại mặt đất ở các tỉnh, thành trong cả nước Ban đầu là sử dụng vệ tinh băng tần C, công nghệ tương tự, sau đó đã tiến đến công nghệ số băng tần C, Ku Sau đó truyền dẫn vệ tinh được sử dụng để truyền hình trực tiếp các chương trình như

kỷ niệm các ngày lễ lớn, các sự kiện thể thao, văn hóa trong và ngoài nước, cầu truyền hình, … đã đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao và phát huy những ưu điểm của truyền hình số qua vệ tinh

Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn, từ năm 2002 Đài Truyền hình Việt Nam đã

sử dụng vệ tinh vào dịch vụ truyền hình đến từng nhà (DTH-Direct To Home) với ưu điểm có thể sử dụng anten thu kích thước nhỏ gọn trên băng tần Ku Hiện nay, số lượng thuê bao DTH đã tăng lên đáng kể và số lượng cũng nhưchất lượng chương trình không ngừng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu của thuê bao và cạnh tranh với các loại hình truyền dẫn khác

Toàn bộ hệ thống truyền hình số qua vệ tinh của Truyền hình Việt Nam hiện nay sử dụng tiêu chuẩn nén video MPEG-2 và tiêu chuẩn truyền hình qua

vệ tinh DVB-S Tiêu chuẩn DVB-S2 ra đời từ năm 2003 với những ưu điểm

so với chuẩn DVB-S như: khả năng sử dụng băng tần hiệu quả hơn, các kiểu điều chế, mã hóa linh hoạt hơn và không bị hạn chế với kiểu mã hoá MPEG-2

mà mềm dẻo hơn khi chấp nhận bất kì dạng đầu vào, bao gồm dòng bit liên tục, dòng truyền tải MPEG đơn hoặc đa chương trình, IP hay ATM Đặc tính này cho phép các dòng dữ liệu khác và các cấu hình dữ liệu trong tương lai có thể sử dụng được với DVB-S2 mà không cần tới một tiêu chuẩn mới Tiêu chuẩn DVB-S2 đã bắt đầu được đưa vào sử dụng tại Đài THVN trong truyền dẫn lưu động từ đầu năm 2010 Trong những năm tới, việc đưa vào sử dụng chuẩn DVB-S2 trong truyền dẫn, phát sóng các chương trình truyền hình là

cần thiết Tuy nhiên cần có sự nghiên cứu tìm hiểu một cách khoa học để việc

áp dụng đạt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao và tận dụng tốt các thiết bị hiện tại

Với mục tiêu này tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số vấn

đề của truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2 (DVB-S2) và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”

Trong luận văn này tác giả trình bày tổng quan về truyền hình số qua vệtinh và đi sâu vào nghiên cứu và thử nghiệm chuẩn DVB-S2, cũng như một sốứng dụng của chuẩn DVB-S2 với ngành truyền hình và cuối cùng là đề xuất của tác giả về dịch vụ và thông số trạm thu phát khi sử dụng DVB-S2 cho Đài THVN Nội dung của luận văn bao gồm:

- Chương 1: Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh

- Chương 2: Tiêu chuẩn DVB-S2 và một số ứng dụng

- Chương 3: Một số đề xuất về dịch vụ và thông số trạm thu phát khi

sử dụng DVB-S2 cho Đài THVN

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trương Văn Cập đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ QUA VỆ TINH

Truyền hình qua vệ tinh là một phương pháp phủ sóng có hiệu quả so với các phương pháp khác Trong hệ thống truyền hình mặt đất, để phủ sóng toàn bộ lãnh thổ sẽ cần đến rất nhiều trạm phát truyền hình mặt đất với chất lượng tín hiệu không đồng đều, nhất là với địa hình nhiều đồi núi như nước ta Truyền hình qua vệ tinh có những ưu điểm mà các hệ thống phát sóng truyền hình khác như truyền hình cáp hay truyền hình mặt đất không thể có được

Với ưu điểm có vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình đồi núi, để phủ sóng cả lãnh thổ Việt Nam chỉ cần một trạm phát lên vệ tinh, những trạm mặt đất đặt trong vùng phủ sóng đều thu được tín hiệu trực tiếp từ

vệ tinh Một số ưu điểm nữa là chất lượng tín hiệu ổn định, dung lượng đường truyền lớn, cường độ trường tại điểm thu ổn định truyền hình qua vệ tinh đã

được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu

1.1 Tổng quan về truyền hình số qua vệ tinh

Truyền hình số qua vệ tinh phát triển vào năm 1995 nhưng vào thời điểm đó chỉ chiếm một thị phần nhỏ Đến cuối năm 1998 chỉ có 0.3% hộ gia đình thu tín hiệu truyền hình số vệ tinh DTH Đến nay số hộ gia đình sử dụng truyền hình số qua vệ tinh đã phát triển tại hầu hết các nước trên thế giới Chỉtính đến cuối năm 2004 riêng khu vực Châu Á đã có trên 25 triệu hộ gia đình

sử dụng truyền hình số qua vệ tinh

Dịch vụ DTH sử dụng công nghệ truyền dẫn số nên đảm bảo chất lượng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh, có thể truyền dẫn được nhiều chương trình truyền hay một chương trình truyền hình có độ phân giải cao HDTV (HDTV-High Definition Television) và độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV-Standard Definition Television) trên một bộ phát đáp, hệ thống âm thanh Stereo hay âm thanh lập thể AC-3 Ngoài ra hệ thống truyền hình số còn

tương thích với nhiều loại dịch vụ khác như truyền dữ liệu, internet, truyền

hình tương tác

Hình 1.1: Tình hình phát triển DTH tại khu vực châu Á

Do đặc điểm phân bố địa hình và dân cư trên lãnh thổ Việt Nam, nhiều đồi núi, mật độ dân cư phân bố không đồng đều, nên việc lựa chọn phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh để phủ sóng toàn quốc là có hiệu quả cao nhất Truyền hình Việt Nam bắt đầu sử dụng công nghệ truyền hình số qua vệ tinh từ tháng 4-1998 với chương trình VTV3 phát trên băng tần Ku qua vệ tinh Thaicom 2 Đến nay, toàn bộ các chương trình của truyền hình Việt Nam đã sử dụng công nghệ truyền dẫn tín hiệu truyền hình số qua

vệ tinh

Việc chuyển đổi sang phát truyền hình số qua vệ tinh sẽ tạo ra nhiều dịch vụ mới kết hợp với việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình qua vệ tinh trong tương lai như:

• Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh tới các hộ gia đình (DTH): Cung cấp

các kênh truyền hình mà người xem có thể thu trực tiếp chương trình truyền hình từ vệ tinh bằng anten thu có đường kính từ 60cm đến 90cm

• Truyền dẫn tín hiệu đến các trạm phát lại mặt đất: Phương thức này

đang được áp dụng hiệu quả tại Đài THVN để đưa tín hiệu các chương trình VTV1, VTV2, VTV3, VTV5 đến khoảng hơn 100 trạm phát lại mặt đất của THVN tại các tỉnh thành phố và hàng ngàn máy phát lại

công suất nhỏ khác tại các huyện, xã trong cả nước

• Truyền hình độ phân giải cao (HDTV): Cung cấp các kênh truyền hình

có độ phân giải cao HDTV trên độ rộng băng tần của 1 bộ phát đáp mà

hệ thống tương tự không thể thực hiện được

• Truyền dẫn tín hiệu truyền hình lưu động (SNG): Truyền tin nhanh từ

hiện trường về studio, truyền hình trực tiếp các chương trình ca nhạc, thể thao, các sự kiện chính trị, văn hóa, …

Hình 1.2: Một số ứng dụng của truyền hình số qua vệ tinh

• Internet: Cung cấp đường truyền số liệu tốc độ cao từ nhà cung cấp

Do đặc điểm của truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh có đặc điểm là truyền dẫn trong tầm nhìn thẳng, hệ số định hướng của anten lớn, tín hiệu ít bị ảnh hưởng của phản xạ nhiều đường Tuy nhiên do công suất trên vệ tinh là hữu hạn,đồng thời cự ly thông tin lớn, suy giảm đường truyền lớn, dễ bị ảnh hưởng của mưa nhất là băng tần Ku vì vậy tỷ số C/N của đường truyền không cao so với các phương pháp truyền dẫn khác, ví dụ như truyền hình cáp hay truyền hình số mặt đất Chính vì những lý do đó mà hiệu suất sử dụng băng thông không cao so với các phương pháp truyền dẫn khác

Hình 1.3: Sơ đồ khối truyền hình số qua vệ tinh

1/ Khối mã hóa tín hiệu và ghép kênh: Có nhiệm vụ tạo ra dòng truyền

tải TS Tín hiệu truyền hình tương tự được biến đổi sang tín hiệu số, sau đó được nén theo tiêu chuẩn MPEG -2 Dòng bit thu được là các dòng cơ sở ES được phân vào các gói dòng truyền tải TS Tùy thuộc vào hệ thống mà dòng truyền tải có thể là đơn chương trình hay đa chương trình Các biện pháp khóa

mã cũng có thể được áp dụng để tăng tính bảo mật cho hệ thống

2/ Khối điều chế: Sau khi tạo thành dòng truyền tải MPEG-2, tín hiệu

được đưa đến khối điều chế tín hiệu số Khối điều chế có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu truyền hình số MPEG-2 thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate Frequency 70/140 MHz) Tùy thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau mà các kiểu điều chế được sử dụng khác nhau Các kiểu điều chế được áp dụng trong tiêu chuẩn DVB-S là QPSK, BPSK, 8PSK hay 16PSK; trong DVB-S2 là QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK

Hệ thống thu có chức năng ngược lại so với hệ thống phát Tín hiệu RF sau khi qua anten thu được đưa tới khối LNB (Low Noise Block) hoặc bộkhuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) sẽ được chuyển xuống trung tần Tín hiệu trung tần sẽ được giải điều chế tương ứng với phương pháp điều chế bên phát tạo thành dòng truyền tải Cuối cùng dòng truyền tải được giải nén, giải ghép kênh để thu được hình ảnh truyền hình

1.2 Tiêu chuẩn DVB -S (EN 300 421) [4]

Tiêu chuẩn DVB-S (EN 300 421) ra đời vào năm 1994, được sử dụng

phổ biến để truyền tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Đường truyền

vệ tinh ngoài những ưu điểm còn tồn tại một nhược điểm lớn là cự ly thông tin lớn, chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu và tạp âm… Bản thân dòng truyền tải MPEG-2 không có chức năng sửa lỗi, chống nhiễu đường truyền do vậy không thể truyền trực tiếp dòng truyền tải

Tiêu chuẩn DVB-S được thiết kế trên cơ sở gia tăng khả năng chống nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2

Theo DVB-S, quá trình xử lý tín hiệu truyền hình vệ tinh gồm các bước như sau:

- Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng

- Mã hóa ngoài sử dụng mã Reed-Solomon RS (204,188)

- Xáo trộn bit nhằm tăng khả năng chống lỗi cụm

- Mã hóa trong sử dụng mã xoắn với các tỷ lệ mã khác nhau

- Lọc băng gốc và điều chế QPSK

1.2.1 Thích nghi đầu vào và phân tán năng lượng (MUX Adaptation and Energy Dispersal)

1.2.1.1 Sự cần thiết phải phân tán năng lượng

Dòng bit đầu vào phải được tiến hành phân tán năng lượng, mục đích của quá trình này là nhằm xáo trộn các bit nhằm tránh hiện tượng các bit giống nhau tập trung với số lượng lớn Khi đó sẽ xảy ra hiện tượng tập trung năng lượng trong phổ, được biết đến như các phổ vạch Cần tránh xuất hiện phổ vạch do:

- Sự tập trung năng lượng cao tần sẽ tăng khả năng tạo ra giao thoa trong các kênh có tần số cạnh nhau

Mã hóa ngoài RS(204,188)

Lọc băng gốc

DVB-S (EN 300 421 )

Mã hóa trong [Mã chập] Điều chế QPSK

Xáo trộn bit

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB – S

- Các vạch phổ cố định có thể tạo ra vấn đề nghiêm trọng khi thu Bởi

vì bộ dao động nội có thể điều chỉnh đến vạch phổ thay cho sóng mang tới, gây tổn hao thông tin

- Các vạch phổ, thực chất là thành phần một chiều DC rất khó đểtruyền dẫn, gây mất mát thông tin được truyền đi

1.2.1.2 Nguyên lý của ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán năng lượng

Việc ngẫu nhiên hóa được thực hiện theo nguyên lý tương tự như kỹthuật trải phổ Dãy bit đầu vào sẽ được cộng modul 2 với một dãy bit giả ngẫu nhiên (PRBS-Pseudo Random Binary Sequence) được tạo ra từ các thanh ghi dịch Như vậy tín hiệu đầu vào có phổ bất kỳ trở thành tín hiệu có phổ tương

tự như phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên

Tại phía thu, dãy bit thu được cũng được cộng với dãy bit giả ngẫu nhiên Khi đó sẽ khôi phục được dữ liệu hoàn toàn giống như trước khi xáo trộn Điều này được giải thích như sau:

- Bộ cộng modul 2 là cổng logic XOR có bảng chân lý:

- Giả sử tín hiệu muốn truyền đi là X

- Tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS là Y

- Tín hiệu được truyền đi sau khi qua bộ ngẫu nhiên hóa là X⊕ Y

- Tín hiệu thu được sau khi cộng với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tựphía phát:

Để tín hiệu sau khi khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu đã truyền đi

thì tín hiệu giả ngẫu nghiên tại phần thu phải giống hoàn toàn so với phần

phát và phải đồng bộ với phần phát

1.2.1.3 Điều kiện của chuỗi giả ngẫu nhiên

Các chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS có thể được tạo ra từ các thanh ghi

dịch và các mạch hồi tiếp Đối với thanh ghi dịch có độ dài n, độ dài N của

chuỗi PRBS được tạo ra là: N = 2n-1

Chuỗi PRBS trước khi xáo trộn với luồng bit vào MPEG-2 phải thỏa

mãn các điều kiện như:

- Tính cân đối (balance property): số bit 1 và 0 lệch nhau tối đa 1 bit

- Tính chạy (run property): số bước chạy độ dài 1 chiếm 1/2 tổng số

bước chạy, số bước chạy có độ dài 2 chiếm 1/4 tổng số bước chạy,

độ dài 3 chiếm 1/8 tổng số bước chạy…

- Tính tương quan (correlation property): so chuỗi ban đầu với chính

chuỗi đó khi dịch chuyển, tổng các số hợp (giống nhau) a

(agreement) và tổng các số không hợp (khác nhau) d (disagreement)

lệch nhau không nhiều hơn 1

Để minh họa, xét chuỗi PRSB đơn giản có 4 bộ ghi dịch như trong hình

vẽ sau:

Hình 1.5: Ví dụ một mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên đơn giản

Đa thức sinh ( polynomial ) của chuỗi giả ngẫu nhiên trong trường hợp

này là: 1 + X3 + X4 Vì bộ ghi dịch có n = 4 thanh ghi nên độ dài chuỗi PRSB

là 24-1 = 15 Giả sử trạng thái ban đầu là 1000, chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ được

tạo ra như trong bảng:

Bảng 1.1: Ví dụ các trạng thái và đầu ra của mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên

Xét chuỗi bit được tạo ra, chuỗi bit này thỏa mãn các tính chất của

chuỗi PRBS như sau:

- Tính cân đối: tổng số bit 0 là 7, tổng số bit 1 là 8

- Tính chạy: số bước chạy có độ dài 1 bằng 4, số bước chạy có độ dài

2 bằng 2, độ dài 3 bằng 1, độ dài 4 bằng 1

- Tính tương quan: xét công thức tổng quát hàm tự tương quan của

chuỗi f(t) (có chu kỳ T) và bản sao của nó khi dịch chuyển f(t + τ )

(1 ≤ τ < N) Trong đó τ là số bước dịch chuyển:

( ) = lim → ∞∫−T//22 ( ) ( + )

T

T f t f t dt

Khi τ = 0, f(t) và f(t + τ) tương quan tốt nhất: K(τ) = 1

Khi chuỗi f(t) được dịch đi 1 nhịp, tương quan giữa f(t) và f(t + τ ) như

sau:

Trong đó tổng số d hơn tổng số a là 1 Dịch số bước bất kỳ (1 ≤ τ < N),

hiệu số bit hợp và không hợp luôn là 1 Như vậy điều kiện về tính tương hợp

được thỏa mãn

1.2.1.4 Áp dụng ngẫu nhiên hóa trong DVB-S

Theo tiêu chuẩn DVB-S, dòng dữ liệu đầu vào hệ thống là dòng truyền

tải MPEG-2 Độ dài các gói của dòng truyền tải là 188 byte, trong đó có một

byte dùng để đồng bộ gói với giá trị luôn bằng 47HEX (01000111) Việc phân

tán năng lượng luôn được thực hiện từ bit đầu tiên của byte đồng bộ

(MSB-Most Significant Bit) tức là bit 0 của byte 01000111

Hình 1.6: Nguyên lý ngẫu nhiên hóa để phân tán năng lượng trong DVB-S

Chuỗi PRSB được tạo ra bằng thanh ghi dịch có độ dài 15, biểu thức

toán cho mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên là: G(x) = 1 + X14 + X15

Khi nhận tín hiệu byte đồng bộ, các giá trị của thanh ghi dịch được nạp

giá trị “100101010000000” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện với

chu kỳ là 8 gói dòng truyền tải MPEG-2 Sau khi xáo trộn đủ 8 gói dòng

truyền tải, các thanh ghi dịch lại được nạp giá trị trên và thực hiện chu kỳ

mới

Tại phía thu, tín hiệu thu được cũng được cộng với chuỗi giả ngẫu

nhiên tương tự và đồng bộ với chuỗi giả ngẫu nhiên bên phát Do vậy để cung

cấp dấu hiệu cho bộ giải ngẫu nhiên, byte đầu tiên của gói truyền tải thứ nhất

trong nhóm 8 gói được đảo ngược trở thành B8HEX (10111000) Đồng thời các

byte đồng bộ trong các gói sẽ không được ngẫu nhiên hóa Lúc này bộ tạo

chuỗi PRSB vẫn hoạt động nhưng đầu ra sẽ được vô hiệu hóa do vậy các byte

đồng bộ sẽ vẫn được giữ nguyên

Byte đồng bộ của gói đầu tiên trong chuỗi 8 gói dòng truyền tải được

ký hiệu là Byte đồng bộ của các gói còn lại (từ gói 2 đến gói 8) được ký

hiệu là SYNC

Hình 1.7: Cấu trúc dòng truyền tải sau khi được ngẫu nhiên hóa

Quá trình ngẫu nhiên hóa được thực hiện ngay cả khi không có dòng bit

đầu vào, hoặc dòng bit đầu vào không phải là dòng truyền tải MPEG-2 Điều

này để tránh xảy ra tình trạng phát đi sóng mang không được điều chế

Tại phía thu, chuỗi giả ngẫu nhiên được tạo ra từ một mạch hoàn toàn

giống với phía phát Để đồng bộ với phần phát, mạch tạo chuỗi giả ngẫu

nhiên sẽ được nạp giá trị “100101010000000” mỗi khi nhận được byte đồng

bộ gói bị xáo trộn ( ) và việc tạo chuỗi PRBS sẽ được thực hiện với chu

kỳ 8 gói tương tự như phía phát

1.2.2 Mã hóa ngoài (Outer coding)

Đường truyền vệ tinh chịu ảnh hưởng lớn của nhiễu và tạp âm nên việc

áp dụng các phương pháp sửa lỗi là rất cần thiết Thông tin truyền hình là

dạng thông tin một chiều do vậy phương pháp sửa lỗi được sử dụng là phương

pháp sửa lỗi trước (FEC-Forward Error Correction) Theo phương pháp này,

phía thu khi nhận được tín hiệu sẽ có khả năng phát hiện và tự sửa chữa lỗi

bit nếu có

Dòng bit sau khi qua khối thích nghi dòng truyền tải và phân tán năng

lượng sẽ được đưa đến khối mã hóa ngoài Trong tiêu chuẩn DVB, mã ngoài

được sử dụng là mã RS (204, 188) Đây là mã Reed-Solomon, thuộc dạng mã

khối (block coding) Mã khối xử lý các khối mã theo kích thước cố định, đối

với mã RS (204, 188) kích thước khối mã được xử lý là 188 byte phù hợp với

kích thước gói truyền tải MPEG-2 Các gói này được kết hợp với 16 byte gồm

các thông tin có chức năng phục vụ cho mục đích xác định và sửa lỗi tại phía

thu Như vậy kích thước từ mã sau bộ mã hóa ngoài là 204 byte

Hình 1.8: Gói dòng truyền tải TS của MPEG-2

Byte đồng bộ 187 byte thông tin

Hình 1.9: Gói TS sau khi được mã hóa RS (204,188)

Mã RS (204, 188) là mã được rút gọn dựa trên mã gốc RS (255, 239)

Trước khi đưa vào bộ mã hóa RS (255, 239), dòng bit được thêm vào 51 byte

mang giá trị 0 Tại đầu ra bộ mã hóa các giá trị này sẽ bị loại bỏ để tạo thành

gói 204 byte

Theo lý thuyết về mã khối, mã RS (204, 188) có thể sửa được tối đa 8

byte trong 1 gói Khả năng sửa lỗi của mã khối đối với lỗi ngẫu nhiên phụ

thuộc vào số vị trí nhỏ nhất khác nhau giữa các cặp mã khác nhau, được gọi là

khoảng cách Hamming Mã RS (204, 188) có thể sửa được cả lỗi ngẫu nhiên

(random error) và lỗi chùm (burst error), tuy nhiên nó chỉ hiệu quả đối với các

lỗi đơn, nếu lỗi chùm ảnh hưởng đến nhiều hơn 8 byte thì mã RS (204, 188)

không thể khắc phục được mà phải kết hợp với các phương pháp sửa lỗi khác

1.2.3 Khối xáo trộn bit (Forney Convolutional Interleaver)

Phương pháp xáo trộn bit được kết hợp với mã ngoài RS (204, 188) để

nâng cao khả năng sửa lỗi chùm Khi có lỗi chùm xảy ra, chất lượng tín hiệu thu

được suy giảm đột ngột Nếu lỗi chùm xảy ra vượt quá 8 byte thì phương pháp

mã sửa sai RS (204, 188) không thể khắc phục được và dẫn tới sự sai lệch trong

quá trình giải mã lại tín hiệu Nguyên lý của việc xáo trộn bit là xáo trộn các

byte trong các gói khác nhau theo một quy luật nhất định, sao cho các byte liền

nhau sẽ thuộc các gói khác nhau Tại phía thu, việc xáo trộn được làm ngược lại

với phía phát Khi có lỗi chùm xảy ra trên đường truyền thì các lỗi đó phân đều

trên các gói mà không tập trung tại một gói, nhờ đó mà khi đường truyền bị lỗi

chùm thì vẫn có thể khắc phục được trong một giới hạn nào đó

Việc xáo trộn được thực hiện thông qua đổi chỗ các byte khác nhau qua 12 nhánh, các nhánh có cấu trúc là các thanh ghi dịch FIFO (First In First Out-vào trước ra trước) Mỗi nhánh bao gồm j*M ô (cell) Mỗi ô có kích thước là 1 byte Trong đó:

j: chỉ số của nhánh Giá trị từ 0 đến 11

N: độ dài của gói sau mã hóa ngoài N = 204 byte

I: tổng số nhánh, còn gọi là độ sâu xáo trộn (interleaving depth) I = 12

M: độ dài thanh ghi dịch nhỏ nhất M = N/I = 204/ 12 = 17 byte

Như vậy mỗi nhánh có kích thước từ 0, 17, 34…187 byte

Hình 1.10: Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn/ giải xáo trộn

Khi nhận được byte đồng bộ gói, bộ xáo trộn sẽ bắt đầu thực hiện việc

xáo trộn các byte giữa các gói với nhau Giả sử thời gian chuyển mạch là T,

tương ứng với thời gian truyền đi 1 byte Để mỗi byte có thể dịch đi 1 vị trí

trong 1 nhánh cần thời gian là 12T là khoảng thời gian để chuyển mạch thực

hiện một chu kỳ

Trong nhịp đầu tiên, byte đồng bộ không bị trễ được đi qua nhánh “0”

Đến nhịp thứ 2, byte thứ 2 (byte tiếp sau byte đồng bộ) được nạp vào ô đầu

tiên của nhánh “1” đồng thời đọc số liệu tại ô cuối cùng của nhánh “1” Như

vậy độ trễ của byte đọc ra (từ lúc vào nhánh đến lúc ra khỏi nhánh) đối với

nhánh 1 được xác định như sau:

T1 = 12T * số cell trong nhánh “1” = 12T * M = 12 * 17 = 204T

Khi nhịp thứ 3 bắt đầu, byte tiếp theo được nạp vào nhánh “2” đồng

thời đọc ra byte cuối cùng ở nhánh “2” và cứ như vậy cho đến hết nhánh “11”

bộ xáo trộn sẽ trở về nhánh “0” và tiếp tục chu kỳ mới

Độ trễ của các byte khi đi qua nhánh j được xác định như sau:

Tj = 12T * M * j = 12T * 17 * j = 204T * j Tại phía thu, bộ giải xáo trộn cũng có nguyên lý tương tự như bộ xáo

trộn Các byte cũng được đưa qua các thanh ghi dịch với chiều dài tương ứng

với chỉ số nhánh là (11-j) ô Như vậy các byte tại phía phát có độ trễ ít sẽ

được làm trễ nhiều hơn và ngược lại sao cho tổng độ trễ của cả phần thu và

phát của tất cả các byte là 12T * M * (j + 11-j) = 2244 T Như vậy thứ tự các

byte sau khi ra khỏi bộ xáo trộn sẽ có thứ tự như trước khi vào bộ xáo trộn

Sự khác biệt của dòng bit đầu ra so với đầu vào bộ xáo trộn là số liệu trong

mỗi gói ở đầu ra sẽ là số liệu của nhiều gói khác nhau ở đầu vào Các byte

đồng bộ gói không bị thay đổi vị trí (không bị trễ) Khi có lỗi chùm xảy ra

trên 1 gói thì lỗi sẽ được phân chia trên các gói này trước khi được đưa đến

khối giải mã ngoài, do vậy làm tăng khả năng sửa lỗi của mã RS (204, 188)

http://www.ebook.edu.vn 21

Hình 1.11: Minh họa tác dụng của việc xáo trộn bit: lỗi chùm

được phân tán thành nhiều lỗi đơn

1.2.4 Mã hóa trong-mã chập (Inner Coding - Convolutional Coding)

Mã hóa trong là lớp mã thứ 2 được sử dụng trong truyền hình số vệ tinh

và truyền hình số mặt đất để nâng cao hơn nữa khả năng sửa lỗi đường truyền

Mã hóa trong theo tiêu chuẩn DVB-S là loại mã chập (convolutional code)

Mã chập không xử lý các khối bit cố định như mã khối Dòng bit đầu vào bộ

mã hóa là liên tục và được đưa vào một thanh ghi dịch có kích thước K (tầng),

được gọi là chiều dài ràng buộc của bộ mã hóa (constraint length) Tín hiệu

đầu vào sẽ được cộng modul 2 với nội dung chứa trong thanh ghi dịch Sở dĩ

gọi là mã chập vì tín hiệu vào được mã hóa bằng cách cộng với chính nó đã

được làm trễ về thời gian Để đơn giản, xét một bộ mã chập sau:

Hình 1.12: Bộ tạo mã chập với độ dài K = 3

Trong đó:

[A]: trạng thái ban đầu của thanh ghi dịch

[B]: trạng thái sau của thanh ghi dịch

Đa thức sinh tại đầu ra 1: G1 = 1 + X + X2

Đa thức sinh tại đầu ra 2: G2 = 1 + X2

Số các tầng trong thanh ghi dịch của bộ tạo mã trong hình có độ dài

bằng 2, như vậy số các trạng thái có thể có là 22 = 4 trạng thái (00, 01, 10,

11) Tùy thuộc vào từ mã đầu vào và trạng thái của bộ tạo mã mà từ mã đầu ra

có thể nhận các giá trị như sau:

[A]

[B]

+[A]

[0]

+ [0]

Hình 1.13: Các trạng thái và đầu ra của bộ tạo mã chập được xét

Hoạt động của bộ tạo mã chập có thể được biểu diễn bằng sơ đồ trạng

thái Các trạng thái được thể hiện tại các nút, biểu diễn giá trị của thanh ghi

dịch theo chiều từ phải sang trái Mỗi trạng thái có thể chuyển đến 2 trạng thái

khác tương ứng với bit đầu vào là 0 hoặc 1

[1]

Hình 1.14: Sơ đồ trạng thái của bộ tạo mã chập được xét

Một cách khác để biểu diễn mã chập là sử dụng sơ đồ lưới (trellis) Sơ

đồ lưới có ưu điểm là có thể biểu diễn các trạng thái theo trục thời gian

Hình 1.15: Sơ đồ lưới của bộ tạo mã chập được xét

Mã chập được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S có nguyên lý tương tự

như trên với số tầng của thanh ghi dịch là 6 Như vậy số trạng thái có thể có là

26 = 64 trạng thái

Hình 1.16: Sơ đồ bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Bảng 1.2: Các thông số cơ bản của bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S

Đa thức sinh của nhánh thứ 1 G1 1+ X2 + X3 + X5 + X6

Đa thức sinh của nhánh thứ 2 G2 1+ X + X2 + X3 + X6

Tỷ lệ mã 1/2 tương ứng với dòng bit đầu ra gấp đôi dòng bit đầu vào

Điều này đem đến khả năng sửa lỗi cao cho tín hiệu nhưng đồng thời cũng

gây lãng phí vì thông tin có ích chỉ chiếm 1/2 trong dòng bit truyền đi Tuy

nhiên, các bit phục vụ cho việc sửa lỗi có thể được loại bỏ (puncturing) để

tăng hiệu suất sử dụng Nhờ biện pháp loại bỏ, mã trong của tiêu chuẩn

DVB-S có thể đạt được các tỷ lệ mã sau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Đây là tỷ lệ giữa

thông tin có ích và thông tin được truyền Tỷ lệ 1/2 phản ánh không sử dụng

loại bỏ bit nhằm tối đa khả năng sửa lỗi, trong khi đó tỷ lệ 7/8 đạt được hiệu

suất các bit thông tin lớn nhất Tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể đòi

hỏi khả năng sửa lỗi hay tốc độ bit để có thể lựa chọn tỷ lệ mã phù hợp

Do việc loại bỏ là không đối xứng nên trước khi được đưa vào khối

điều chế, các từ mã tại 2 nhánh đầu ra bộ mã trong được sắp xếp lại để có sự

cân bằng giữa dòng bit từ 2 nhánh

Hình 1.17: Vị trí các bit được loại bỏ trong các tỷ lệ mã tương ứng

1.2.5 Lọc băng gốc và điều chế tín hiệu (Baseband Shaping & Modultation)

Trong các thiết bị điều chế tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh, tín hiệu

được xử lý bằng DSP (Digital Signal Processing) ở khâu điều chế cũng như

các bộ lọc số trung tần Điều này giúp cho tín hiệu truyền hình có được độ

linh động cao và tốc độ ổn định Việc điều chế tín hiệu sử dụng DSP cho phép

thay đổi kiểu điều chế (QPSK, 8PSK) dễ dàng trong những trường hợp đặc

biệt (ví dụ như truyền hình lưu động DSNG)

Tín hiệu vào bộ điều chế là tín hiệu số với các xung biểu diễn “0” và

“1” Phổ tần số của các tín hiệu này theo lý thuyết là vô hạn và đòi hỏi kênh

truyền cũng phải có băng thông vô hạn để truyền dẫn Điều này không thể

thực hiện được trong thực tế do vậy cần phải có các bộ lọc để hạn chế dải

thông của tín hiệu Sử dụng các bộ lọc dẫn đến can nhiễu giữa các symbol liền

nhau, được gọi là nhiễu liên symbol ISI (Intersymbol interference) Để khắc

phục điều này, các bộ lọc phải thỏa mãn tiêu chuẩn Nyquist Loại bộ lọc được

sử dụng trong trong tiêu chuẩn DVB-S là bộ lọc cos nâng, được đặc trưng bởi

hệ số roll-off α

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

1

1π

α với f N(1−α)≤ f ≤ f N(1+α (5.1) )

H(f) = 0 với f > f N(1+α )

Trong đó

2 2

s N

R T

f = = là tần số Nyquist và α là hệ số roll-off được lựa chọn tùy theo kiểu điều chế được sử dụng Khi sử dụng điều chế BPSK và

QPSK hệ số α = 0,35 Đối với điều chế 8PSK hay 16QAM hệ số α = 0,35

hoặc 0,25 tùy thuộc vào cấu hình thiết bị hay lựa chọn của người sử dụng hệ

thống

Hình 1.18: Đáp ứng tần số của bộ lọc với các giá trị α khác nhau

Sau khi qua bộ lọc, tín hiệu được đưa tới khối điều chế Phương pháp

điều chế được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-S là điều chế pha vuông góc

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Sở dĩ được gọi là điều chế vuông góc

vì tín hiệu sau điều chế gồm 2 thành phần I (Inphase) và Q (Quadrature) lệch

nhau 90o Trong DVB-S, 2 thành phần I, Q này chính là 2 đầu ra của bộ tạo

mã chập

Hình 1.19: Sơ đồ khối điều chế và giải điều chế QPSK trong DVB-S

Tín hiệu sau khi qua bộ lọc băng gốc gồm 2 thành phần I(t) và Q(t)

được đưa vào 2 bộ trộn (Mixer) Bộ trộn điều chế 2 tín hiệu thành phần I, Q

với tín hiệu được lấy từ bộ dao động nội (Local Oscillator), tuy nhiên đối với

thành phần Q (Quadrature) thì tín hiệu từ bộ dao động nội được đảo pha 900

Đầu ra của 2 bộ trộn kết hợp lại tạo thành sóng mang với các góc pha là π/4,

3π/4, 5π/4, 7π/4 Mỗi trạng thái pha này biểu diễn một symbol tương ứng

trong biểu đồ chòm sao Phương pháp điều chế QPSK có 4 trạng thái symbol

do vậy mỗi symbol bao gồm log24 = 2 bit, tương ứng với tốc độ dữ liệu tăng

gấp 2 lần so với điều chế BPSK thông thường

Hình 1.20: Giản đồ chòm sao định vị các bit điều chế QPSK

Tín hiệu sau điều chế sẽ được đưa đến khối cao tần nhằm biến đổi tín

hiều trung tần thành cao tần trước khi khuếch đại công suất để đưa đến anten

phát lên vệ tinh

1.3 Các thông số kỹ thuật đường truyền của tiêu chuẩn DVB-S

Bảng sau cho thấy so sánh giữa băng thông tín hiệu truyền, tỷ lệ mã

chập với lượng thông tin hữu ích thu được sau giải mã chống nhiễu Thông

tin hữu ích tăng theo tỷ lệ mã chập được sử dụng và băng thông được cấp

phát cho kênh truyền

Bảng 1.3: Sự phụ thuộc của tốc độ bit vào băng thông và tỷ lệ mã trong DVB-S

BW ( Bandwidth ): băng thông tín hiệu

RS: tốc độ symbol Coi kênh truyền có hiệu suất sử dụng băng thông BW/RS = 1,28

RU: tốc độ dòng bit sau giải mã FEC

Ví dụ đối với kênh có băng thông 36 MHz: Tốc độ symbol: RS = 36: 1,28 =

28,125 Mbaud Sử dụng điều chế QPSK, mỗi symbol gồm 2 bit thông tin

Như vậy tốc độ bit sau bộ mã hóa chập là: R1 = 28,125 * 2 = 56,25 Mbit/s

Với tỷ lệ mã chập ¾, tốc độ bit trước khi vào bộ mã chập là: R2 = 56,25 * 3/4

= 42,1875 Mbit/s Sử dụng mã Reed-Solomon (204, 188) nên tốc độ bit hữu

ích trước khi thêm các bit sửa lỗi là: RU = 42,1875 * 188/204 = 38, 8786

Mbit/s

Tuy các tỷ lệ mã cao có hiệu suất dòng bit lớn hơn nhưng khả năng

chống nhiễu thấp, không phù hợp với đường truyền kém Bảng sau cho thấy

mối quan hệ giữa tỷ lệ mã và tỷ số năng lượng bit trên mật độ phổ công suất

tạp âm (Eb/ No) Tỷ số Eb/ No được chọn để thỏa mãn tiêu chí QEF (Quasi

error free-gần như không nhiễu) sau khi qua bộ giải mã Reed-Solomon Như

vậy, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và chất lượng đường truyền mà tỷ lệ mã

được lựa chọn phù hợp

Bảng 1.4: Tỷ lệ mã trong và E b / N o yêu cầu tại phía thu

Tỷ lệ mã trong E b / N o yêu cầu (dB) (*)

1/2 4,5 2/3 5,0 3/4 5,5 5/6 6,0 7/8 6,4 (*) Eb/ No yêu cầu được tính với BER = 2.10-4 sau giải mã chập, QEF sau giải

mã RS (204,188)

QEF được định nghĩa là có xấp xỉ nhỏ hơn 1 lỗi trong 1 giờ ở đầu vào của bộ

giải nén MPEG-2 tương ứng với BER 10-10đến 10-11

1.4 Tiêu chuẩn truyền hình vệ tinh lưu động DVB-DSNG (EN 301 210)

[5]

Hiện nay, một trong những ứng dụng quan trọng của kỹ thuật truyền

hình là chức năng truyền hình lưu động Các chương hình trực tiếp như thể

thao, ca nhạc, phỏng vấn, cầu truyền hình… luôn có sức hấp dẫn với khán giả

Để thực hiện điều này, phương pháp thường được sử dụng là các xe truyền

hình lưu động SNG (Satellite News Gathering) có mặt trực tiếp tại nơi diễn ra

sự kiện, truyền tín hiệu về cho studio xử lý thông qua vệ tinh Truyền hình lưu

động analog (PAL, SECAM, NTSC) sử dụng điều chế FM hoạt động ở băng

tần C và Ku có thiết bị phát cồng kềnh và đã trở nên lỗi thời Hiện nay, phổ

biến là các hệ thống SNG kỹ thuật số DSNG (Digital Satellite News

Gathering) với những ưu điểm như:

- Giảm bớt kích thước của trạm phát lên (anten, bộ khuếch đại )

- Yêu cầu EIRP vệ tinh thấp hơn

- Nâng cao hiệu suất sử dụng phổ

Vào năm 1997, tiêu chuẩn DVB-DSNG ra đời trên cơ sở kế thừa tiêu

chuẩn DVB-S Bên cạnh kiểu điều chế QPSK trong DVB-S, tiêu chuẩn

DSNG bổ sung kỹ thuật điều chế lưới 8PSK và 16QAM Điều này tạo cho hệ

thống khả năng linh hoạt điều chỉnh phương pháp mã hóa kênh và điều chế

trong những điều kiện cụ thể để tối đa chất lượng

1.4.1 Sơ lược về điều chế mã lưới (Trellis Code Modulation)

Điều chế mã lưới TCM được Ungerboeck phát minh vào năm 1971

Thông thường trong xử lý tín hiệu, mã hóa và điều chế là 2 quá trình riêng

biệt Tuy nhiên với phương pháp TCM, điều chế và mã hóa được kết hợp với

nhau để nâng cao hiệu suất của hệ thống Hệ thống TCM gồm 2 thành phần

chính: Bộ mã hóa lưới (mã chập) và bộ ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

Hình 1.21: Nguyên lý điều chế TCM

Việc sử dụng điều chế mã lưới TCM nhằm làm tăng hiệu suất sử dụng

phổ tín hiệu Băng thông cần thiết không thay đổi vì tốc độ symbol và độ rộng

xung không đổi Điều khác biệt là số bit trên một symbol nhiều hơn khiến tốc

độ bit tăng lên Điều này phải trả giá bằng việc khoảng cách giữa các symbol

trên chòm sao điều chế giảm đi Số mức M trong kỹ thuật điều chế M mức

càng lớn thì khoảng cách này càng giảm, gây khó khăn trong quá trình giải

điều chế do yêu cầu tỷ số tín hiệu trên tạp âm S/N phải đủ lớn Kỹ thuật TCM

khắc phục điều này bằng cách sử dụng mã chập trước khi các bit được đưa

vào điều chế để tăng khả năng chống lỗi Do vậy hiệu suất tăng lên trong khi

băng thông và công suất phát là không thay đổi

Điều chế mã lưới được sử dụng trong tiêu chuẩn DVB-DSNG là

phương pháp “pragmatic” TCM do Viterbi đề xuất Phương pháp này không

hiệu quả bằng phương pháp TCM tối ưu, tuy nhiên nó sử dụng bộ mã chập tỷ

lệ 1/2 , 64 trạng thái tiêu chuẩn công nghiệp Nguyên lý chung của

“pragmatic” TCM trong DVB-DSNG là chỉ mã hóa một số các bit đầu vào

Các bit còn lại không được thêm mã sửa lỗi do vậy sẽ được ánh xạ lên các

symbol cách xa nhau trên biểu đồ chòm sao điều chế Nhờ vậy, tốc độ bit

truyền qua hệ thống tăng lên so với DVB-S nhưng vẫn đảm bảo giải mã

chống lỗi được ở phía thu

Bộ mã hóa chập

tỷ lệ k/

(k+1)

Bộ điều chế M mức

Hình 1.22: Sơ đồ nguyên lý điều chế TCM “ pragmatic” dùng trong DVB

1.4.2 Tiêu chuẩn DVB-DSNG (EN 301 210)

Trong DVB–DSNG, quá trình xử lý dòng dữ liệu tương tự như tiêu chuẩn

DVB-S, với một số khác biệt:

• Thích nghi ghép kênh dòng truyền tải và phân tán năng lượng (theo

DVB-S)

• Mã hóa ngoài Reed-Solomon (204, 188) (theo DVB-S)

• Xáo trộn bit (theo DVB-S)

• Mã hóa trong:

ƒ Mã chập có loại bỏ bit (theo DVB-S)

ƒ Mã lưới “pragmatic” liên kết với 8PSK và 16QAM

• Ánh xạ bit lên chòm sao điều chế:

ƒ QPSK (theo DVB-S)

ƒ 8PSK (khác DVB-S)

ƒ 16QAM (khác DVB-S)

• Lọc băng gốc dùng bộ lọc cos nâng:

ƒ Hệ số cuốn α = 0,35 cho QPSK, 8PSK, 16QAM

ƒ Tùy chọn α = 0,25 cho 8PSK, 16QAM

• Điều chế cầu phương (quadrature modulation) (theo DVB-S)

Khi sử dụng điều chế QPSK, tiêu chuẩn DVB-DSNG hoàn toàn tương tự

với DVB-S Trong 2 trường hợp còn lại, 2 tiêu chuẩn khác biệt nhau từ phần

mã hóa trong và điều chế Ví dụ, với trường hợp 8PSK 2/3:

Với mã sửa sai 2/3, cứ 2 bit vào thì có 3 bit tại đầu ra Khối chuyển đổi

song song ra song song sẽ biến đổi 8 tín hiệu vào thành 2 tín hiệu ra song

song Hai luồng bit này sẽ được đưa qua khối mã chập với tỷ lệ 1/2 trên

đường E1 để tạo ra 2 bit trên 1 nhịp cùng với 1 bit trên đường NE để tạo ra 3

bit trên 1 nhịp cho phù hợp với 1 symbol điều chế 8PSK Sau đó 3 bit này sẽ

được đưa đến khối điều chế 8PSK

Hình 1.23: Sơ đồ khối điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 trong DVB-DSNG

Khối mã chập tương tự như trong điều chế QPSK Giản đồ định vị bit

điều chế 8PSK, TCM với tỷ lệ trên 2/3 như trong hình vẽ sau:

Hình 1.24: Giản đồ định vị bit điều chế 8PSK tỷ lệ 2/3 trong DVB –DSNG

Các phương pháp điều chế và mã hóa khác trong DVB-DSNG cũng có

nguyên lý tương tự 8PSK 2/3 Sử dụng nhiều tỷ lệ mã khác nhau giúp cho hệ

thống DVB –DSNG có khả năng lựa chọn phương án tối ưu tùy theo điều

E b / N o yêu cầu (dB) (*)

(*): Eb/N0 yêu cầu được tính với BER=2x10-4 trước giải mã RS và QEF

(Quasi-Eror-Free) sau giả mã RS

QEF được định nghĩa là có xấp xỉ nhỏ hơn 1 lỗi trong 1 giờ ở đầu vào của bộ

giải nén MPEG-2 tương ứng với BER 10-10đến 10-11

1.5 Kết luận

Tiêu chuẩn DVB-S và DVB-DSNG thiết kế trên cơ sở gia tăng khả

năng chống nhiễu cho dòng truyền tải MPEG-2 và hiện đang được sử dụng

rộng rãi trong truyền hình có các đặc điểm nổi bật là:

1 Tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 TS

2 Kiểu điều chế là QPSK đối với DVB-S và QPSK, 8PSK, 16QAM

đối với DVB-DSNG

3 Mã hóa chống nhiễu: Mã ngoài là mã RS(204,188) và mã trong là

mã chập

4 Hiện chỉ sử dụng hai hệ số rool-off là 0,35 và 0,25

5 Mã hóa và điều chế là cố định không thay đổi được khi đang trong

quá trình truyền tin

CHƯƠNG 2

TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Chuẩn truyền hình số qua vệ tinh DVB-S hiện đang được sử dụng rộng

rãi trên thế giới, tuy nhiên nhu cầu tăng hiệu quả sử dụng băng tần và tốc độ

truyền dẫn tín hiệu để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các dịch vụ như

dịch vụ HDTV, dịch vụ internet tốc độ cao qua vệ tinh….Chuẩn DVB-S2

(Digital Satellite Broadcasting 2nd Generation) ra đời để đáp ứng các nhu cầu

đó

2.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307) [6]

DVB-S2 là thế hệ thứ 2 của truyền hình số phát qua vệ tinh, được phát

triển từ năm 2003, phiên bản mới nhất là V1.2.1 tháng 8 năm 2009 DVB-S2

kết hợp chức năng của truyền hình quảng bá DVB-S và các ứng dụng chuyên

nghiệp DVB-DSNG trong một tiêu chuẩn duy nhất Trong tương lai, DVB-S2

sẽ dần thay thế cả hai tiêu chuẩn này nhờ sự vượt trội về hiệu quả sử dụng

băng tần và độ linh hoạt

Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2

2.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation)

Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc thích nghi giao diện đầu vào, mã hóa CRC-8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng bit (trong trường hợp đầu vào đa chương trình), chia nhỏ dòng bit thành các DATA FIELD Cuối cùng, một tín hiệu báo hiệu được thêm vào để thông báo cho phía thu biết những thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung Định dạng của chuỗi bit đầu ra của khối thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER (80 bit) và trường dữ liệu DATA FIELD có kích thước không cố định

2.1.1.1 Khối giao diện đầu vào (Input Interface)

Theo định nghĩa, đầu vào của hệ thống DVB-S2 có thể là:

- Một hoặc nhiều dòng truyền tải (TS) MPEG

- Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng gói

Do DVB-S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau nên các dạng đầu vào này cần phải được nhận biết và chuyển về một dạng chung DVB-S2 phân loại đầu vào dựa trên độ dài của dòng bit và gán các giá trị độ dài gói UPL (User Packets Length) tương ứng như sau:

- Dòng truyền tải TS: Giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài

một gói MPEG) Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47HEX)

- Dòng dữ liệu chung: Có thể là dòng bit liên tục (được gán UPL = 0D), hoặc dạng gói dữ liệu Trong trường hợp gói, nếu độ dài gói không đổi và nhỏ hơn 64K thì UPL được gán bằng độ dài của gói, nếu không thỏa mãn 2 điều kiện trên thì đầu vào được xem như liên tục (UPL = 0D)

Đối với các gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên của gói thì byte này sẽ không bị thay đổi Nếu không, byte đồng

bộ bằng 0D sẽ được thêm vào phía trước của gói đồng thời giá trị UPL tăng thêm 8 bit

- Tín hiệu điều khiển ACM (ACM Command): Nếu hệ thống làm việc

trong chế độ mã hóa điều chế thích nghi ACM, tín hiệu điều khiển có thể được

sử dụng để điều chỉnh tỷ lệ đầu vào cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn

Nếu như vậy, phần mang thông tin có ích của gói UP (ngoại trừ byte đồng bộ) sẽ được đưa vào bộ mã hóa CRC, với đa thức sinh: g(X) = (X5

Hình 2.2: Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8

2.1.1.3 Khối Merger/Slicer

Đầu vào của bộ Merger/Slicer có thể là dòng bit liên tục hoặc gói UP Khối Merger/Slicer gồm 2 thành phần, thực hiện 2 nhiệm vụ khác nhau:

• Slicer:

Đọc dòng dữ liệu vào (trường hợp có nhiều đầu vào thì chỉ đọc 1 trong

số các dòng đầu vào) rồi chia thành các khối DATA FIELD có kích thước DFL (Data Field Length) Giá trị DFL phải thỏa mãn:

Trong đó KBCH là độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH (nhận các giá trị khác nhau, tùy theo tỷ lệ mã được áp dụng), 80 bit là kích thước của trường BBHEADER

• Merger:

Liên kết các khối DATA FIELD của cùng một dòng đầu vào Trong trường hợp chỉ có một dòng dữ liệu đầu vào thì khối khối Merger trở nên không cần thiết và được bỏ qua

Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA FIELD có thể được thực hiện theo 2 cách:

- Lấp đầy kích thước tối đa của DATA FIELD, tương ứng với độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH trừ đi 80 bit BBHEADER (Kbch-80) Như vậy, một gói UP có thể bị chia vào nhiều DATA FIELD khác nhau

- Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một

Hình 2.3: Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn

2.1.1.4 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:

1) 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) gồm các thành phần:

- TS/GS-Transport Stream/Generic Stream: Đầu vào là dòng truyền tải hay

dòng dữ liệu chung (2 bit)

- SIS/MIS-Single Input Stream/Multiple Input Stream: Một hay nhiều dòng

dữ liệu đầu vào (1bit)

- CCM/ACM: Mã hóa và điều chế không đổi CCM hay mã hóa và điều chế

thích nghi ACM (1bit)

- ISSYI-Input Stream Synchronization Indicator: Chỉ thị cơ chế định thời ở

phía thu có hoạt động hay không (1bit)

- NPD-Null Packet Deletion: Chỉ thị cơ chế xóa các gói rỗng có hoạt động

hay không (1bit)

- RO: Hệ số roll-off α (2bit)

Bảng 2.1: Giá trị các trường trong MATYPE-1

11: dòng gói truyền tải

00: dữ liệu chung, gói

01: dữ liệu chung, liên tục

10: dự phòng

1 = một dòng

0 = nhiều dòng

1: CCM 0: ACM

1: Có 0: Không

1: Có 0: Không

2) UPL-User Packet Length (2 byte): Chiều dài của gói người dùng UP [bit]

UPL nhận các giá trị trong khoảng [0, 65535]

Ví dụ: 0000HEX = dòng dữ liệu liên tục

000AHEX = chiều dài gói UP bằng 10

UPL = 188x8D: gói truyền tải MPEG

3) DFL-Data Field Length (2 byte): chiều dài của DATA FIELD, [bit] DFL

nhận các giá trị trong khoảng [0, 58112]

Ví dụ: 000AHEX = Data Field có độ dài 10 bit

4) SYNC (1byte): bản sao của byte đồng bộ gói UP

Ví dụ: SYNC = 47HEX: gói dòng truyền tải MPEG

SYNC = 00HEX: khi đầu vào là dòng gói dữ liệu chung không có byte đồng bộ

SYNC = không có nếu đầu vào là dòng dữ liệu liên tục

5) SYNCD (2 byte): khoảng cách từ bit đầu tiên của DATA FIELD và bit bắt

đầu của trường CRC-8 đầu tiên thuộc DATA FIELD đó

6) CRC-8: byte chỉ thị lỗi áp dụng cho 9 byte đầu tiên của BBHEADER

2.1.2 Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation)

Bộ đệm (Padding)

Ngẫu nhiên hóa (Scrambler)

BBHEADER