Báo cáo khoa học: "Kỹ thuật thu tín hiệu DVB-T trong môi tr-ờng di động và một số ứng dụng trong điều khiển" docx

Kỹ thuật thu tín hiệu DVB-T trong môi trường di động và một số ứng dụng trong điều khiển NCS Nguyễn Quang tuấn Trường Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu

Kỹ thuật thu tín hiệu DVB-T trong môi trường

di động và một số ứng dụng trong điều khiển

NCS Nguyễn Quang tuấn

Trường Đại học Giao thông Tây Nam Trung Quốc

Tóm tắt: Bμi báo giới thiệu cấu trúc tín hiệu DVB-T, đưa ra phương án tối ưu nhằm thu vμ

phân tích tín hiệu DVB-T trong môi trường di động mμ không yêu cầu thay đổi cấu trúc của hệ thống Thu tín hiệu DVB trong môi trường di động lμ việc cần quan tâm tới do sự phát triển rất nhanh của khoa học kỹ thuật vμ nhu cầu xã hội Nhưng về bản chất việc thu di động tín hiệu DVB lμ việc không được các nhμ thiết kế hệ thống đặt ra như một tiêu chuẩn chính thức Thông qua khả năng thu, xử lí tín hiệu DVB trong môi trường di động đã mở ra khả năng ứng dụng tín hiệu nμy trong một số lĩnh vực khác ngoμi mục tiêu chinh của hệ thống, như ứng dụng trong việc định vị đối tượng, điều khiển các thiết bị tự động, robot hoạt động độc lập

Summary: The article introduces DVB-T signal structure and proposes an optimal method

for receiving and analysing DVB-T signals in mobile environment without changing the structure

of the digital television system

It's essential to pay attention to DVB signal reception in mobile environment because of the rapid development in engineering and society's needs Basically, mobile DVB signal reception is not put forward as an official standard by system designers However, DVB signal reception and analysis in mobile environment has opened up a possibility of applying this signal

in other fields rather than the main purpose of DVB system, such as object navigation, automatic appliance controller, independently operating robots, etc

CT 2

1 Giới thiệu chung

Trong những năm gần đây, các hệ thống truyền hình số chất lượng cao cho phép thu các chương trình truyền hình và các dịch vụ số liệu tốc độ cao đã và đang được nghiên cứu ngày càng hoàn thiện, số lượng các quốc gia đưa tiêu chuẩn DTV vào kế hoạch phát triển hệ thống truyền hình ngày một nhiều, đặc biệt là các nước công nghiệp tiên tiến Hệ thống DTV được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay là hai hệ thống, ATSC (Advanced Television Systems committee)

được dùng chủ yếu tai Bắc Mỹ, Canada Chỉ riêng trong lục địa Bắc Mỹ tới đầu năm 2006 đã có khoảng 1600 đài phát truyền hình số Hệ thống phổ biến thứ hai là hệ thống DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) được dùng chủ yếu tại châu Âu, các nước thuộc châu á, Phi

và Nam Mỹ Tới đầu năm 2006 chỉ tính riêng nước Anh đã có hơn 5 triệu máy thu DVB-T được dùng (Set-top box), tại Đức số lượng máy thu khoảng 3 triệu chiếc, tại VN cũng đã chuẩn bi kết thúc quá trình thử nghiệm và đưa vào khai thác chính thức Nói chung cả hai hệ thống chỉ khác nhau trên phương diện điều chế tín hiệu do đó có các ưu khuyết điểm khác nhau, nhưng nguyên

lý hệ thống và hiệu quả ứng dụng về cơ bản không khác nhau nhiều

Với cấu trúc mã hoá dựa trên các gói MPEG-2, thông qua các bước xử lý chèn mã sửa lỗi

và điều chế theo phương pháp mã hoá đa tần trực giao COFDM (Code Orthogonal Frequency

Division Multiplexing), tín hiệu DVB-T có nhiều ưu điểm nổi trội so với tín hiệu truyền hình tương

tự Đó là khả năng chống nhiễu, tự sửa lỗi phát sinh trên đường truyền cao; có khả năng loại trừ

hiệu ứng đa đường và chống được hiện tượng thu tín hiệu thứ cấp; cung cấp hình ảnh, âm thanh

chất lượng cao, đáp ứng tiêu chuẩn HDTV đồng thời còn có thể cung cấp các luồng thông tin tốc

độ cao cho các mục đích khác Vấn đề cần quan tâm đối với các nước ứng dụng các hệ thống

DTV hiện nay chỉ là chọn các bộ tiêu chuẩn DTV như thế nào để phù hợp với đặc thù địa lí, kinh

tế cũng như dân tộc của từng nước

Xuất phát từ tính chọn lọc cao khi thu, giải mã tín hiệu DVB-T, do quan điểm khi thiết kế hệ

thống của các nhà thiết kế đã không đặt yêu cầu thu di động thành tiêu chuẩn chính của hệ

thống dẫn tới việc thu trong môi trường di động hoặc máy xách tay trở nên khó khăn Do nhu

cầu sử dụng phát triển nên đã có nhiều công trình nghiên cứu, thử nghiệm dựa trên cấu trúc của

tín hiệu DTV với các phương pháp và các đề xuất kỹ thuật khác nhau, nhưng nói chung các đề

xuất vẫn còn có các hạn chế nhất định

Bài báo đi vào hướng xây dựng phương án sử dụng antena đa hợp (diversity antena) kết

hợp bộ chọn cổng logic nhằm lựa chọn mẫu tín hiệu DTV thích hợp nhất tại vi trí thu cùng một

số kết quả thử nghiệm tai Đức, Singapore Các thử nghiệm đã chứng minh khả năng thu tốt tín

hiệu DTV trong cả trường hợp bị che khuất, cường độ trường yếu, giảm thiểu hiệu ứng Doppler,

loại trừ tín hiệu phản xạ do các bức tường hoặc do các kết cấu bê tông cốt thép vốn rất nhiều

trong các thành phố

Thực hiện tốt việc thu di động tín hiệu DTV, cụ thể là tín hiệu DVB-T đã mở ra khả năng

ứng dụng tín hiệu DVB-T trong một số lĩnh vực như điều hành, định vị hệ thống xe Bus, taxi, các

thiết bị cá nhân, thực hiện điều khiển các thiết bị tự động, Robot làm việc trong môi trường độc

lập Tại phần cuối bài báo cũng giới thiệu một mô hình hệ thống định vị và truyền số liệu dùng

tín hiệu DVB-T, độc giả quan tâm có thể tìm đọc kỹ hơn trong bài “Cấu trúc tín hiệu DVB-T và

khả năng ứng dụng trong kĩ thuật định vị“ Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, số 14 tháng

5/2006 - Trường Đại học Giao thông vận tải

CT 2

2 tín hiệu DVB-T

Chúng ta đã biết tín hiệu truyền hình số DVB-T được hình thành trên cơ sở gia công, điều

chế các luồng tín hiệu gồm các gói dữ liệu MPEG-2 gọi là các TS (Transport Streams) Các

luồng TS bao gồm các gói TS cơ sở liên tục, mỗi gói cơ sở có độ dài 188 Bytes, trong đó có 4

Bytes đầu tiên gọi là các mào đầu được dùng để đồng bộ, nhận dạng gói, đây là đặc tính quan

trọng để lợi dụng tín hiệu DVB-T cho các mục đích khác với mục đích chính của hệ thống truyền

hình số Để hệ thống hoá vấn đề, chúng ta nhắc lại sơ bộ mô hình gia công tín hiệu DVB-T trên

quan điểm nêu bật những đặc trưng của loại tín hiệu này

Các luồng TS được gia công và điều chế trong DVB-T theo lược đồ như hình 1

Quan sát sơ đồ khối có thể thấy quá trình điều chế được chia làm hai phần chính, phần đầu

gồm các khối riêng lẻ có mặt trong tất cả các hệ thống DVB, phần thứ hai từ khối chèn nội bộ

trở đi chỉ có ở hệ thống DVB-T

Về cơ bản quá trình gia công có 3 nhiệm vụ chính: Rời rạc năng lượng và đồng bộ, điều

chế và chống lỗi, mã hoá chia đa tần trực giao

CT 2

2.1 Quá trình rời rạc năng lượng và đồng bộ

Hình 1 Sơ đồ khối quá trình gia công, điều chế tín hiệu DVB-T

Tại đây các dữ liệu của giao diện băng cơ sở (các TS của tín hiệu MFEG-2) sẽ phối hợp với một luồng bit được tạo ra từ bộ phát nhiễu giả ngẫu nhiên thông qua thanh ghi dịch hồi quy (Feedback Shift Register) Mục đích của thuật toán nhằm đạt được mật độ phổ công suất tương

đối bằng phẳng, chỉ các byte đồng bộ của các gói TS được giữ nguyên dạng nhằm mục đích

đồng bộ Bộ phát xung giả ngẫu nhiên được tái tạo nhờ một mẫu bit xác định trước với mỗi 8 gói

TS Bộ giải mã biết thời điểm bắt đầu của dãy do phương pháp đảo xung đồng bộ

2.2 Bảo vệ lỗi và điều chế:

Việc bảo vệ lỗi đầu ra được tực hiện thông qua thao tác mã hoá ra (Outer Encoder), tại đây gói TS được kết hợp với một mã kiểu hướng byte tạo ra một khối byte có khả năng chống lỗi ngay tại goi TS Mã khối sửa lỗi dùng trong DVB-T là mã Reed- Solomon có độ dài đầy đủ (255 239) có nghĩa cứ 239 byte thông tin thì có thể sửa lỗi cho 16 byte Nhưng gói TS chỉ có độ dài

188 byte nên trong mã khối RS sẽ có 51 byte đầu tiên nhận giá trị “0” và không truyền đi, lúc này mã RS ngắn (204 188) được tạo nên Phương pháp sửa lỗi này cho phép sửa số lượng bit lỗi lớn hơn nhiều các phương pháp thông thường Tiếp theo là thao tác chèn khối đầu ra (Outer Interleaver) việc chèn không nhằm mục đích tăng khả năng sửa lỗi mà chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho thao tác sửa lỗi, phân biệt rõ ràng các khối mà thôi Khối chèn được đọc vào bộ nhớ ma trận tuyến tính theo hàng và lấy ra theo cột, vậy chèn khối sẽ tốn dung lượng bộ nhớ, nhưng thuận lợi trong việc tăng độ nhậy, dễ đồng bộ và chống lại các nhiễu loạn có chu kỳ Trong hệ DVB-T dùng cách chèn xoắn với độ sâu chèn I = 12 và trễ cơ sở M = 17 Bộ chèn xoắn bao gồm (I-1) thanh ghi dịch với độ dài M, 2M, , (I-1)M tách biệt theo thứ tự Kể từ thời điểm này các byte kế cận bị tách ra tối thiểu 204 byte và tổng trễ là M(I-1)I cho tất cả các biểu tượng Trong hệ DVB-T dùng bộ mã hoá xoắn với tỉ lệ 1/2, có nghĩa cứ một bit riêng lẻ ở đầu vào thì

đầu ra xuất hiện 2 bit, các luồng dữ liệu được đưa qua một bộ ghi dịch theo kiểu “ bit by bit” và

đầu ra có hai luồng thu được do cách kết hợp khác nhau trong thanh ghi Một phần lớn phần thừa do tỷ lệ mã hoá 1/2 tạo nên sẽ bị loại trừ do thủ thuật đánh thủng Nếu cứ bit thứ 3 là bị gạt

bỏ thì ta goi tỉ lệ mã là 3/4 thay cho 1/2 Trong DVB có các tỉ lệ mã hoá như sau: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8

Bước tiếp theo trong xử lý điều chế DVB-T là chèn nội bộ (Inner Interleaver) nhằm chống

những lỗi nội bộ có thể phát sinh trên đường truyền do hiệu ứng dội của kênh theo tần số, thực

chất của chèn nội bộ là là bộ chèn bit với 126 bit được đưa vào kết hợp với khối dữ liệu đã được

mã hoá phía trước Tiếp theo là khối quan trọng đặc trưng cho DVB-T dó là khối điều chế đa tần

trực giao OFDM, mở đầu là khối chèn biểu tượng Sau bộ chèn biểu tượng là một bộ chèn các

dãy giả ngẫu nhiên làm thay đổi tính chất của các dãy biểu tượng này Kết quả mỗi biểu tượng

sẽ được mang một tần số khác nhau Thông qua xử lý chèn biểu tượng sẽ mặt nạ hoá các biểu

tượng Mỗi sóng mang riêng của tín hiệu OFDM sẽ được điều chế tách biệt, có thể chọn một

trong ba phương pháp: QPSK, 16-QAM, 64-QAM Việc chỉ định dùng 2; 4 hay 6 dãy bit liên tục

theo một sóng mang thực hiện thông qua mã Gray

Một đặc điểm nữa của hệ DVB là có thể điều chế theo kiểu tuần tự, có nghĩa hai luồng tín

hiệu hoàn toàn độc lập có thể được phát cùng lúc trên một kênh tín hiệu, nhưng có phương pháp

điều chế khác nhau, ví dụ QPSK cho luồng có độ ưu tiên caovà 16-QAM cho luồng có độ ưu

tiên thấp Do đó khả năng chống lỗi phát khác nhau một chút, luồng ưu tiên cao dùng cho luồng

dữ liệu tốc độ thấp, tỉ lệ C/N cung thấp hơn, luồng ưu tiên thấp dùng cho luồng dữ liệu tốc độ

cao và có tỉ số C/N cao hơn, để ứng dụng tín hiệu DVB-T cho mục đích điều khiển thì đây là

điều kiện thuận lợi để gửi các bản tin điều khiển trong kênh tín hiệu truyền hình

2.3 M∙ hoá đa tần trực giao (COFDM)

Việc truyền phát tín hiệu mặt đất thường hay bị suy yếu tín hiệu do yếu tố địa hình và các

cấu trúc xây dựng làm phát sinh ra một loạt các hiệu ứng phụ đặc biệt là hiệu ứng đa đường Khi

xây dựng hệ thống DVB-T tuy việc thu di động không được đặt ra nhưng hệ thống cũng có thể

hoạt động khi đối tượng thu thay đổi trong phạm vi nhất định Việc chọn phương thức điều chế

COFDM là thích hợp nhất trong môi trường có nhiễu giao thoa đồng kênh và hiệu ứng đa đường

Ngoài ra phương pháp điều chế COFDM còn đáp ứng cao hiệu quả sử dụng tần số khi thức hiện

mang đơn tần SFN (Single Frequence Network)

CT 2

Điểm đặc biệt trong DVB-T là các biểu tượng OFDM bao gồm 1705 sóng mang với chế độ

phát 2K và 6817 sóng mang với chế độ 8K Bắt đầu mỗi biểu tượng COFDM là một giãn cách

bảo vệ với mục đích chống chồng lẫn biểu tượng và phản xạ Giãn cách bảo vệ có thể nhận một

trong 4 giá trị tính theo dộ dài của chu kỳ liên tục của biểu tượng thực tế: 1/4; 1/8; 1/16; 1/32

Trong DVB-T, các biểu tượng OFDM được nhóm thành các trang phát, mỗi trang gồm 68

biểu tượng liên tiếp, 4 trang liên tiếp họp thành một siêu trang Hình 2 minh hoạ cấu trúc trang

với 68 biểu tượng

Đây là hai tín hiệu tham chiếu cho kênh phát, được phát vơi tí lệ 1/0.75 so với biên độ các

sóng mang nhằm chống lỗi đường truyền

TPS pilot (Transmission Parameter Signalling) là chủ sóng báo hiệu tham số phát, nhằm

báo cho máy thu biết các tham số giải mã hiện tại TPS điều chế theo kiểu dịch khoá pha nhị

phân (DBPSK), mỗi trang có một khối TPS 68 bit bao gồm 1 bit giá trị mở đầu, 16 bit đồng bộ,

37 bit thông tin và 14 bit dự trữ có thể dùng vào mục đích chống lỗi Khối TPS được phát trên 17

sóng mang ở chế độ 2K và 68 sóng mang ở chế độ 8K

Hình 2 Cấu trúc một trang OFDM

Scattered pilot: Chủ sóng phân tán; Continual pilot: Chủ sóng liên tục

3 Các yêu cầu khi triển khai thu phát DVB-T

Các tiêu chuẩn dùng đánh giá tính hiệu quả của DVB-T là: tốc độ dữ liệu cho phép; tỉ lệ C/N yêu cầu và cường độ trường tối thiểu cho các chế độ thu khác nhau Thực tế có 4 kiểu thu tín hiệu là: thu cố định, thu cầm tay ngoài trời, thu cầm tay trong nhà và thu di động Trong phạm vi bài viết chúng ta chỉ quan tâm tới việc thu di động và thu cầm tay trong nhà

CT 2

Điểm khác nhau chính của các kiểu thu là độ cao anten (10 m và 1.5 m) làm thiệt mất 12

dB - 18 dB độ lợi an ten, suy giảm độ lợi do kiểu anten khoảng 7 - 12 dB, suy hao do các kết cấu xây dựng cỡ 8 dB Căn cứ theo đặc trưng của từng kiểu thu, hội nghị thông tin vô tuyến vùng do ITU tổ chức tháng 5/2006 đã thống nhất trong nghi nhớ CCR ’06 đó là cường độ trường cho việc thu cố đinh là 50 - 54 dB μV/m; thu cầm tay ngoài trời, di động là 73 - 79 dB μV/m và cầm tay trong nhà 85 - 91 dB μV/m trong băng UHF; trong băng VHF lần lượt là 46 dB μV/m; 65

dB μV/m; 75 dB μV/m

4 Thực hiên thu di động

4.1 Giới thiệu mạng

Trong vài năm gần đây việc nghiên cứu thu di động tín hiệu DVB-T đẫ được đề cập ở một

số quốc gia như Anh, Đức, Trung quốc, Singapore vào năm 2001 đã có kết quả đầu tiên cho thấy có thể thực hiện thu bằng máy cầm tay trong nhà, năm 2003 đã có kết quả thực nghiệm thu hoàn hảo tín hiệu DVB-T cho máy di động đặt trên xe, các nghiên cứu đều đưa ra một kết luận chung là việc thu cầm tay và di động thực hiên hoàn hảo với một mạng DVB-T đơn tần số SFN (Single Frequence Networrk) Chúng làm cho cường độ trường được phân bổ đều hơn giữa

các đài phát, tất nhiên cũng có trường hợp trong vùng phủ sóng của một SFN này lại thu được

tín hiệu của đài phát khác do hiệu ứng màn chắn, nhưng điều này cũng không làm ảnh hưởng

nhiều tới chất lượng dịch vụ

4.2 Kỹ thuật anten đa hợp cho máy thu di động

Xuất phát từ yêu cầu tối ưu hoá việc thu di động tín hiệu DVB-T đã có nhiều nghiên cứu

được tiến hành trong đó đáng lưu ý là phương án giao thoa liên sóng mang qua sơ đồ mã hoá

khử đa thức (ICI self-cancellation) nhưng phương án này cần can thiệp vào cấu trúc hệ thống xử

lý tín hiệu phát Phương án thứ hai không cần can thiệp vào cấu trúc hệ thống nhưng cũng cho

hiệu quả cao, chống hiệu ứng Phading tốt đó là dùng anten đa hợp (Diversity antenna)

ý tưởng của phương án là nếu có hai hay nhiều hơn anten thu tín hiệu đồng thời tạm gọi là

các nhánh đa hợp được đặt thích đáng thì tín hiệu giả do hiệu ứng Phading tại hai nhánh sẽ

không tương quan với nhau Vậy máy thu chỉ cho phép những tín hiệu hoàn toàn tương quan

thông qua Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về hoạt động của kỹ thuật anten đa hợp thông

qua hai phương án cụ thể

1) Phương pháp lựa chọn phù hợp SC (Selection Combining)

Trong mạch SC, tín

hiệu đã so sánh từ

nhánh anten L nào đó

của anten được đưa vào

mạch logic đa hợp

Nhánh nào có tỉ lệ C/N

cao hơn sẽ được lựa

chọn và đưa vào bộ giải

mã Nguyên lý lựa chọn

phù hợp được minh hoạ

ở hình 3

CT 2

Thành phần quan

trọng nhất là mạch logic

đa hợp, có thể thực hiện

theo nhiều cách, trên cơ sở tín hiệu DVB-T luôn mang theo các sóng mang phụ OFDM băng

hẹp, có biên độ lớn hơn các sóng mang biểu tượng, sóng mang nào có tỉ số C/N lớn nhất từ một

trong 3 nhánh anten sẽ được mạch logic lựa chọn Có thể dùng mức tạp âm trong nhánh để

nhận dạng công suất tín hiệu(thông qua quá trình xử lý chọn lọc) Lựa chọn phù hợp cũng có thể

thực hiện theo kiểu chọn luồng bit của các biểu tượng không bị chèn thông qua công suất tín

hiệu để chọn tín hiệu của một nhánh Luồng TPS có công suất lớn nhất sẽ cho tỉ số C/N lớn

nhất Phương pháp này dễ dàng áp dụng với công nghệ chip-set hiên nay mà không cần các biện

pháp mở rộng đối với máy thu Các TS được điều khiển bởi một mạch logic đa hợp, các gói

MFEG-2 không đúng được thay bằng các gói đúng, cung cấp bởi một trong các nhánh anten khác

Hình 3 Nguyên lý hoạt động mạch lựa chọn phù hợp

2) Phương pháp kết hợp tỉ lệ lớn nhất MRC (Maximum Ratio Combining):

Với phương pháp này, tín hiệu của L nhánh đa hợp trước tiên được đồng bộ về pha, xác

định trọng số bản thân theo tỉ lệ C/N tức thời trong các nhánh riêng

Bước thứ hai là cộng các tín hiệu đồng pha và trọng số với nhau, do cách làm này về lý thuyết mà nói đã làm giảm hiệu ứng phading hơn bất kỳ kỹ thuật đa hợp tuyến tính nào khác Nhưng thực hiện đồng bộ pha và xác định trọng số phức tạp hơn phương án lựa chọn phù hợp, với khả năng tích hợp chipset hiện nay thi việc này cũng không khó khăn thực hiện Có nhiều phương án để giải quyết nhưng hiệu quả nhất là dựa trên mức sóng mang phụ, thực hiện đồng

bộ pha và xác định trong số bằng cách nhân tín hiệu này với toán tử liên hợp phức của nó Trên hình 4 minh hoạ nguyên lý hoạt động của phương pháp này

Tác dụng của anten đa hợp

đã được nghiên cứu tỉ mỉ thông qua

phương pháp mô phỏng và thử

nghiệm thực tế Thống kê các thử

nghiêm cho thấy bộ rtham số thích

hợp nhất cho viêc thu di động sử

dụng kỹ thuật anten đa hợp là: Chế

độ điều chế 8K, phương pháp điều

chế 16-QAM, tỷ lệ mã 2/3 và giãn

này do người Đức xác định và đề

nghị, có thể gọi là bộ tham số

“Đức”

Δ

Luồng tín hiệu sau khi được xác định và cộng sẽ đưa vào mach

xử lý tín hiệu như các máy thu cố định, lúc này tỉ số C/N đã tăng đáng kể, loại trừ hiệu ứng phading, ngoài ra còn hạn chế đáng kể hiệu ứng Doppler phát sinh bởi sự dịch tần số tín hiệu do máy thu liên tục chuyển động với tốc độ cao Cụ thể hơn chúng ta có thể quan sát trên hình 5

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý phương án MRC

CT 2

Hình 5 Quan hệ giữa tần số dịch chuyển Doppler, tỉ số C/N yêu cầu vμ các dạng thu

Đường 1 biểu thị quan hệ ngưỡng thu với anten đơn vμ dùng máy thu cố định

Đường 2 tương ứng với máy thu dùng anten đa hợp với thế hệ chipset đầu tiên

Đường 3 tương ứng với máy thu dùng anten đa hợp với thế hệ chipset thứ hai

Trên hình 5, trục hoành đại diện cho tần số dịch chuyển Doppler lớn nhất(Hz), trục tung đại

diện cho tỉ số C/N yêu cầu (dB)

Việc xác định tần số Doppler lớn nhất cho phép fD, đo với tốc độ xe v, tỉ lệ với tốc độ ánh

sáng c, do đó tần số Doppler lớn nhất là hàm của tần số sóng mang f0 thể hiện qua công thức:

fD = f0

c

v

(Hz)

Vậy với tần số Doppler 80 Hz tương ứng với tốc độ xe 101 km/h ở kênh 69 và 182 km/h ở

kênh 21

Cũng theo hình 5 chúng ta thấy khi thu cố định với một anten cần tỉ số C/N 22 dB để có

hình ảnh tốt, nhưng khi dùng anten đa hợp theo phương pháp MRC chỉ yêu cầu C/N 15 dB đã

thu được tốt Quan trọng hơn là có thể mở rộng giới hạn tốc độ hơn nữa, cũng trên hình 5 cho

thấy với tần số dịch chuyển Doppler lên 130 Hz mà khi dùng anten đa hợp cũng chỉ yêu cầu

C/N 20 dB (đường 3), do đó tại kênh 69 có thể thu tốt khi tốc độ xe lên tới 164 km/h

Việc thử nghiêm thu trong nhà với anten đa hợp cũng đã được các nhà khoa học của

trường đại học Nanyang (Singapore) tiến hành vào cuối năm 2004 tại tầng 2 và tầng 6 của toà

nhà Techno Plaza cũng cho kết quả tương tự, xem bảng 1

Bảng 1 Kết quả thử nghiệm tai trường đại học kỹ thuật Nanyang

CT 2

3) Các yêu cầu với máy thu di động

Việc dò kênh trong máy thu cố định khá đơn giản, chỉ cần một bộ quét tần số đơn là có thể

thực hiện quét tất cả các kênh Nếu mức cường độ từ trường dủ lớn, máy thu sẽ thực hiện đồng

bộ tín hiệu thu và đọc dãy TPS, nội dung của dãy TPS đựơc dùng trong việc giải mã và giải điều

chế

Với máy thu di động, quá trình dò kênh phức tạp hơn nhiều Máy thu phải thực hiện thay đổi

tần số tự động khi cường độ trường giảm tới ngưỡng ở mép vùng phủ sóng, do vậy dễ xảy ra

hiện tượng gián đoạn dịch vụ trong quá trình chuyển giao vùng phủ sóng Để tránh hiện tượng

này có thể thực hiện bằng cách chia nhỏ vùng phủ sóng thành các ô nhỏ, mỗi ô phụ trách một

khu vực cụ thể theo cấu trúc địa lý và được phân bổ một tần số phát Mỗi ô được nhận dạng

bằng một giá trị gán trong TPS gọi là cell_id có độ dài 16 bit Khi giải mã dữ liệu TPS, các máy

thu sẽ đọc được giá trị cell_id và phân biệt ô có tín hiệu thu được Trước khi sự chuyển giao diễn

ra máy thu cần biết rõ vị trí của ô đang nhận tín hiệu và chuẩn bị sẵn danh sách các tần số lựa chọn cho dịch vụ thấp nhất Lý tưởng nhất là thông tin vị trí được cấp từ hệ GPS, trong trường hợp tín hiệu GPS không đủ tin cậy thì thông qua cell_id máy thu cũng có thể biết sơ bộ vị trí của mình Danh sách các tần số lựa chọn sẽ được biên dịch theo kiểu hướng dịch vụ vì dịch vụ đang

sử dụng có thể không hiện diện trong TPS đang thu mà trong các TPS khác Như vậy máy thu

sẽ sử dụng kí hiệu miêu tả danh sách dịch vụ để nhận dạng dịch vụ và khoá lại không chỉ trong TPS đang thu mà trong tất cả các TPS khác Tập hợp các tần số lựa chọn nhờ thế sẽ giảm dần

đến khi xác định được tần số của ô sẽ chuyển giao Nếu dữ liệu GPS đủ tin cậy thì chỉ một hoặc hai tần số lưu trong danh sách tần số lựa chọn là đủ Nếu chỉ biết cell_id thì tần số của 6 ô lân cận sẽ được lưu trong danh sách Bằng cách này hiện tượng ngắt dịch vụ sẽ bị loại trừ Ngoài ra thủ tục chuyển giao có thể thực hiện hoàn hảo hơn bằng cách bố trí thêm khối chọn kênh trong máy thu, như vậy một khối làm nhiệm vụ duy trì dịch vụ đang thu và một khối thực hiện chuyển giao, nhờ đó loại trừ hoàn toàn việc dò sai và ngắt dịch vụ trong quá trình chuyển giao

5 ứng dụng thu di động tín hiệu DVB-T trong các hệ thống điều khiển

Như đã đề cập ở phần đầu, do tính chất đặc trưng của tín hiệu DVB-T

là chuỗi các byte đồng bộ mang thông

tin, được điều chế theo phương pháp

COFDM và tổ chức thành các trang và

siêu trang có các chủ sóng mang

thông tin đi kèm, tiêu biểu là dãy bit

TPS và các xung đồng bộ của từng

TS Các dãy xung đồng bộ là xác đinh

theo thời gian và chu kỳ Theo xu

hướng phát triển tất yếu càng ngày sẽ

có càng nhiều đài phát truyền hình số

hoạt động, do đó việc tổ chức các

mạng đơn tần SFN để tăng khả năng

tận dụng tần số là việc phải thực hiện của các hệ thống truyền hình số Vậy tận dụng vai trò của các dãy xung đồng bộ và thông tin của các TPS trong tín hiệu DVB-T để thực hiện định vị cho các thiết bị tự động, các đối tượng điều khiển như taxi, hệ thống xe bus kết hợp với hệ thống giải trí trên xe sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao Đặc biệt trong trường hợp các đối tượng hoạt động trong môi trường tín hiệu GPS không đủ độ tin cậy, ví dụ như các robot, thiết bị tự động hoạt

động độc lâp ở môi trường đô thị, trong nhà

Đμi phát TH số Đμi phát TH số

Đμi phát TH số

Máy thu

Trạm hiệu chuẩn

Hình 6 Mô hình hệ thống định vị sử dụng tín hiệu DVB-T

CT 2

Vấn đề cần giải quyết còn lại là xác định thời gian thực của các chuỗi xung đồng bộ và tổ chức hệ thống cung cấp khả năng tự đinh vị cho đối tượng Dựa trên mô hình hệ thống theo hình

6 có thể minh hoạ hoạt động cơ bản của hệ thống này

Mấu chốt của hệ thống là trạm hiệu chuẩn có nhiệm vụ thu tín hiệu của các đài phát số, phân tích sai số thời gian của các đài (trạm hiệu chuẩn yêu cầu trang bị đồng hồ dao động chuẩn Cesium) sau đó gửi thông điệp chuẩn thời gian tới các đối tượng Các máy thu sẽ đồng thời nhận tín hiệu của ít nhất 3 đài phát và trạm hiệu chuẩn, như vậy hoàn toàn đủ điều kiện để

giai hệ phương trình định vị với các thông số theo không gian ba chiều và tham số hiệu chỉnh

thời gian Hệ phương trình định vị có dạng:

1 2

1 2

1 2

1

2

2 2

2 2

2 2

3 2

3 2

3 2

3

trong đó: R1, R2, R3 - khoảng cách từ máy thu tới đài phát trong đó bao gồm cả sai số do không

đồng bộ đồng hồ, được xác định bằng khoảng thời gian truyền tín hiệu từ đài phát tới máy thu

bằng phép đo giả cự ly; x, y, z - toạ độ của máy thu; k, v, c - kinh độ, vĩ độ, độ cao của đài phát

(đã biết trước); Δt - độ lệch thời gian của các đài phát với đồng hồ chuẩn của trạm hiệu chỉnh

Thông tin định vị cùng với các thông điệp được cài trong dãy TPS được đọc, cac máy thu

sẽ thực hiện thao tác cần thiết trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, đồng thời trung tâm kiểm soát

được toàn bộ hành trình của thiết bị

6 Kết luận

Thông qua phân tích đặc điểm của tín hiệu DVB-T và sử dụng anten đa hợp trong việc thu

di động tín hiệu này, chúng ta thấy việc thu di động và trong nhà là hoàn toàn có thể thực hiện,

loại bỏ hiệu ứng đa đường, hiệu ứng Doppler cũng như hiện tượng thu sóng thứ cấp do phản xạ

tín hiệu Qua đó mở rộng khả năng khai thác thế mạnh của tín hiệu DVB-T, không chỉ thu các

chương trình truyền hình chất lượng cao thông thường mà còn có thể mở rộng trong lĩnh vực

điều khiển, định vị Tuy nhiên với mỗi hệ thống mở rộng yêu cầu các phương án xử lý tìn hiệu

cũng như thiết bị có các yêu cầu kỹ thuật không giống nhau Nhưng với điểm đặc trưng có thể

thực hiện định vị trong điều kiện đối tượng bi che khuất nên ứng dụng khả năng này của tín hiệu

DVB-T kết hợp với hệ định vị GPS sẽ cho một hệ định vị hoàn hảo hơn, cho các thông tin định vị

chính xác ngay cả trong môi trường đô thị và trong nhà, nơi mà hệ GPS không phải lúc nào

cũng cho thông định vị tin cậy

CT 2

Tài liệu tham khảo

[1] N Q Tuấn, “Cấu trúc tín hiệu DVB-T và khả năng ứng dụng trong kỹ thuật định vị” Tạp chí khoa học Giao thông vận

tải, số 14 - 05/2006

[2] "Digital Video Broadcasting (DVB), Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial

Television" European Broadcasting Union, ETSI EN 300 744 v1.3.1, Jan.2001

[3] J G Proakis, "Digital Communications", 3rd Ed, McGraw-Hill, 1995

[4] A J van Dierendonk,"GPS Receivers" Global Positioning System: Theory and Applications, 1995

[5] T G Manickam, R.J Vaccaro, and D.W Tufts,” A least-squares algorithm for multipath time-delay estimation", IEEE

Trans.Signal Processing, vol 42, Nov.1994

[6] L Q Yu, "GPS weixing daohang dingwei yuanli yu fangfa" kexue chu ban she.2003

[7] G Yan, " Jiaotong kongzhi gongcheng gaiyao" xinan jiaotong daxue.2003

[8] Uwe ladebusch and Claudia A.Liss, ” A Broadcast Technology for stationary Portable and Mobile Use” Proceeding of

IEEE, Vol 94, No 1, 01/2006

[9] R Herlekar, Khaled Z Matarneh, Hsiao-Chun Wu, “Performance Evaluation of an ICI Self-cancellation Coded

Tranceiver for Mobile DVB-T Application” IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 51, No 4, 11/2005

[10] J T Ong, S V B Rao, G Shanmugam, “ Indoor DVB-T Reception Using Antenna Diversity Technicque”

0-7803-8671-X/04/$20.00, 2004 IEEE

[11] D G Brennan, “Linear diversity combining technicques” Proc IRE vol 47, No 6, 1075-1102, 06/1959 Ă