truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn châu âu dvb-t và triển khai thực tế tại đài phát thanh truyền hình sơn la

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATSC Advanced television systems committee- Ủy ban hệ thống các truyền hình cao cấp BER Bit Error Rate- Tỷ lệ lỗi bít COFDM Coded Orthogonal Frequency Division M

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ MẶT ĐẤT

THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU DVB-T VÀ TRIỂN KHAI

THỰC TẾ TẠI ĐÀI PHÁT THANH – TRUYỀN HÌNH SƠN LA

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Việt Hương

Sinh viên thực hiện: Lưu Văn Dân

Lớp: Kỹ thuật Điện tử K3

Sơn La, tháng 9 năm 2012

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 10

1.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI SỐ HOÁ 10

1.2 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG TRUỀN HÌNH SỐ…… 12

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ 12

1.4 CÁC TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY 13 1.4.1 Chuẩn ATSC 14

1.4.2 Chuẩn ISDB-T 17

1.4.3 Chuẩn DVB 18

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU DVB-T 20

2.1 GHÉP ĐA TẦN TRỰC GIAO OFDM 20

2.1.1 Nguyên lý COFDM 22

2.1.2 Số lượng sóng mang 23

2.1.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT 24

2.1.4 Tổ chức kênh trong OFDM 28

2.1.5 Phương thức mang dữ liệu trong COFDM 32

2.2 MÃ HOÁ KÊNH TRONG DVB-T 34

2.2.1 Mã hóa phân tán năng lượng 34

2.2.2 Mã ngoại (outer coding) 35

2.2.3 Ghép xen ngoại (outer interleaving) 36

2.2.4 Mã hoá nội (inner coding) 37

2.2.5 Ghép xen nội 38

2.3 MỘT SỐ KHẢ NĂNG ƯU VIỆT CỦA DVB-T 44

2.3.1 Điều chế phân cấp 44

2.3.2 Mạng đơn tần SFN 49

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ĐO, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 52

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 3

3.1 CÁC PHÉP ĐO TẦN SỐ 54

3.1.1 Độ chính xác tần số RF 54

3.1.2 Độ rộng kênh RF: 55

4.1.3 Phép đo độ dài symbol tại tần số RF (kiểm tra khoảng bảo vệ) 56

3.2 ĐỘ CHỌN LỌC : 56

3.3 DẢI BẮT AFC (AFC Capture Range): 57

3.4 TẠP NHIỄU PHA CỦA BỘ DAO ĐỘNG: 58

3.5 CÔNG SUẤT TÍN HIỆU RF/IF: 60

3.6 CÔNG SUẤT NHIỄU (Noise power) 61

3.7 PHỔ RF VÀ IF 62

3.8 ĐỘ NHẠY MÁY THU/GIẢI ĐỘNG ĐỐI VỚI KÊNH GAUSS: 62

3.9 ĐỘ SUY GIẢM NHIỄU TƯƠNG ĐƯƠNG (END) 63

3.10 ĐẶC TÍNH TUYẾN TÍNH (SUY GIẢM VAI)-Linearity Characterization64 3.11 HIỆU SUẤT CÔNG SUẤT (Power efficiency) 66

3.12 MỐI QUAN HỆ GIỮA BER VÀ C/N BĂNG CÁCH THAY ĐỔI CÔNG SUẤT 66

3.13 BER TRƯỚC GIẢI MÃ RS (trước giải tráo ngoài) 67

3.14 BER SAU GIẢI MÃ RS (sau giải tráo ngoài) 68

CHƯƠNG IV: TRIỂN KHAI THỰC TIỄN TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T TẠI ĐÀI PT-TH SƠN LA, MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO TÍN HIỆU THỰC TẾ 69

4.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT HÌNH TƯƠNG TỰ TẠI ĐÀI PT-TH SƠN LA 69 4.2 HỆ THỐNG MÁY PHÁT SỐ TẠI ĐÀI PT-TH SƠN LA 70

4.2.1 Các kỹ thuật đã thực hiện về truyền hình số DVB-T tại Việt Nam 70

4.2.2 Phương án triển khai máy phát hình số tại Đài PT-TH Sơn La 75

4.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐO ĐẠC TÍN HIỆU THỰC TẾ 77

4.3.1 Giản đồ chòm sao đo từ máy phát số với các thông số khác nhau 77

4.3.2 Phổ đo tín hiệu các máy phát tương tự tại Đài PT-TH Sơn La 78

4.3.3 Phổ của hai kênh số liền kề đo tại Đài PT-TH Sơn La 81

KẾT LUẬN……….83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC………85

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATSC Advanced television systems committee- Ủy ban hệ thống các

truyền hình cao cấp

BER Bit Error Rate- Tỷ lệ lỗi bít

COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép đa tần trực giao có mã

C/N Signal/Noise -Tín hiệu trên tạp âm

DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying -Khoá dịch pha vi sai hai mức DCT Discrete Cosine Transform - Chuyển đổi cosin rời rạc

DFT Discrete Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier rời rạc

DPCM Differential Pulse Code Modulation - Điều chế xung mã vi sai DTTB Digital Terrestrial Television Broadcasting

Truyền dẫn truyền hình số mặt đất

DVB Digital Video Broadcasting - Quảng bá truyền hình số

DVB-C DVB – Cable – Truyền dẫn truyền hình số qua cáp

DVB-S DVB – Satellite - Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh

DVB-T DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặt đất

FEC Forward Error Correction - Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh

FSK Frequency Shift Keying - Khoá dịch tần

HDTV High Definition TeleVision - Truyền hình phân giải cao

HP High Priority bit stream

Dòng bit ưu tiên cao (dùng trong điều chế phân cấp)

ICI Inter Carrier Interference - Can nhiễu liên sóng mang

IFFT Inverse FFT - FFT ngược

ISDB-T Intergeted Services Digital Broadcasting - Terrestrial

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 5

Hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (Nhật) ITU International Telecommunication Union - Liên minh viễn thông quốc

tế

JPEG Joint Photographic Experts Group - Nhóm chuyên gia nghiên cứu

tiêu chuẩn về ảnh

LDTV Limited Definition TeleVision - Truyền hình phân giải giới hạn

LP Low Priority bit stream - Dòng bít ưu tiên thấp

MPEG Moving Pictures Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu về tiêu chuẩn hình ảnh động

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép đa tần trực giao

PAL Phase Alternating Line

Hệ truyền hình màu PAL (pha thay đổi theo dòng quét)

PRK Phase Reversal Keying - Khoá đảo pha

PRBS Pseudo-Random Binary Sequence - Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân PSK Phase Shift Keying - Khoá dịch pha

QAM Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadratue Phase Shift Keying - Khoá dịch pha vuông góc

SDTV Standard Definition TeleVision - Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SFN Single Frequency Network - Mạng đơn tần số

TS Transport Stream - Luồng truyền tải

UHF Ultra-High Frequency- Siêu cao tần

VHF Very-High Frequency- Tần số rất cao

VLC Variable Length Coding - Mã có độ dài thay đổi

VSB Vestigial sideband - Biên tần cụt

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Hình 2.5 Ví dụ về đáp ứng kênh thay đổi theo thời gian với hai

đường trễ, mỗi cái có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đường tín hiệu chính Trục z miêu tả biên độ đáp ứng kênh

Hình 2.12 Sơ đồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 7

Hình 3.11 Ví dụ đo "suy giảm vai" của kênh 28 - Sườn phổ phía

trên

65

Hình 4.1 Hệ thống máy phát hình tương tự tại Đài PT-TH Sơn La 69 Hình 4.2 Mô hình phát lại có sử dụng bộ điều chế COFDM tại

Thái Nguyên

74

Hình 4.3 Sử dụng trực tiếp trung tần không sử dụng bộ điều chế 75

Bảng 1.2 Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8Mhz 17 Bảng 2.1 Sơ đồ puncturing và dãy được truyền sau khi biến đổi

nối tiếp song song

38

MỞ ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, tốc độ lớn, đáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình số đã có những tiến bộ vượt bậc Truyền hình số mặt đất có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như

sử dụng một máy phát có khả năng truyền tải được 8 đến 15 chương trình đồng thời; với cùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn

từ 5 đến 8 lần so với máy phát tương tự, điều này giúp cho việc tiết kiệm đầu tư và chi phí vận hành; một điều rất đáng được quan tâm nữa là chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu đường truyền, không bị hiện tượng bóng ma thường gặp ở truyền hình tương tự, do khắc phục được hiện tượng fađing đường

Tại Việt Nam, nhận thức được những ưu điểm của truyền hình số và tính tất yếu của việc truyền hình tương tự sẽ nhường chỗ cho truyền hình số, từ năm 1999 Đài truyền hình Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về truyền hình số và khả năng ứng dụng của nó, năm 2000 đã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình số tại Việt Nam Điểm đáng quan tâm trong dự án là đã định thời gian cho việc bắt đầu phát thử nghiệm truyền hình số tại Việt Nam vào năm 2001 Trên thế giới hiện đang tồn tại song song ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Mỹ, Nhật và Châu Âu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và kết quả thử nghiệm của nhiều nước khác, nhiều nhà khoa học Việt nam đã đưa ra những ý kiến

về việc khuyến cáo chọn chuẩn truyền hình số cho Việt Nam, mọi ý kiến đều cho rằng nên chọn chuẩn Châu Âu (DVB-T) Tháng 3 năm 2001 Tổng Giám đốc Đài Truyền hình Việt Nam quyết định chọn tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số Việt Nam là DVB-T Cũng trong năm này Công ty VTC triển khai Đài phát sóng thử nghiệm ở Lạc Trung, Hà Nội Từ năm 2009 trở về đây Công ty VTC đầu tư nhiều

hệ thống máy phát số mặt đất theo chuẩn DVB-T tại một số tỉnh phía bắc trong đó

có một hệ thống máy phát số kênh 29, 30 đặt tại Đài Phát thanh-Truyền hình tỉnh

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 9

Sơn La Tại Việt Nam từ năm 2011 đã tiến hành phát số song song với phát tương

tự tại năm thành phố lớn, do điều kiện đời sống và thu nhập của nhân dân còn thấp nên dự kiến đến năm 2020, nước ta mới chuyển hoàn toàn sang công nghệ truyền hình kỹ thuật số Trong những năm gần đây trên thế giới nhiều nước đã chuyển đổi thành công sang phát số như Đức (2008), Mỹ (2009), Pháp (2011), Nhật (2011)…

Đó cũng là lí do Em quyết định đi sâu tìm hiểu về truyền hình số mặt đất,

tiêu đề của luận văn là “Truyền hình kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu

DVB-T và triển khai thực tế tại Đài Phát thanh – Truyền hình tỉnh Sơn La” là

một nội dung rất thiết thực, phù hợp với yêu cầu trong quá trình chuyển đổi phát truyền hình kỹ thuật số ở Việt Nam Để giải quyết vấn đề trên, nội dung của luận văn gồm 4 phần:

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Chương II: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu

Chương III: Phương pháp đo, đánh giá chất lượng các tham số hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

Chương IV: Triển khai thực tiễn truyền hình số DVB-T tại Đài PT-TH Sơn La, và một số kết quả đo tín hiệu thực tế

Tuy đã được phát thử nghiệm tại Việt Nam từ năm 2001, nhưng truyền hình

số mặt đất còn rất nhiều lĩnh vực phải nghiên cứu, như hệ thống máy phát, hệ thống

máy thu mà trong phạm vi của đề tài này em chưa có điều kiện nghiên cứu được

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của Cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Việt Hương, nội dung nghiên cứu của luận văn đã được hoàn thành Tuy nhiên, do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự đóng góp của các thầy, cô cùng các bạn

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 SỰ CẦN THIẾT PHẢI SỐ HOÁ

Khởi điểm chỉ là truyền hình đen trắng, kỹ thuật còn thô sơ, rồi xuất hiện truyền hình màu Lúc đó người xem đã cảm thấy rạng rỡ hơn nhiều rồi Nhưng công nghệ thì không bao giờ dừng lại vì nhu cầu của người xem cũng không bao giờ dừng lại Các chương trình sinh động hơn, linh hoạt hơn, thêm rất nhiều dịch vụ mới ra đời Nếu trước kia việc mong ước được chứng kiến trực tiếp một sự kiện nào

đó xảy ra ở bên kia bán cầu chỉ có ở trong mơ thì ngày nay nhu cầu của người xem

đã vượt xa hơn nhiều Các chương trình phải có độ nét cực cao, xem đồng thời rất nhiều chương trình dù ở bất cứ nơi nào, bất cứ thời điểm nào Rồi thì không chỉ đơn thuần là xem, họ còn muốn can thiệp trực tiếp vào các chương trình, nghĩa là truyền hình không còn đơn thuần chỉ là thông tin một chiều Còn rất nhiều các nhu cầu của người xem, những nhu cầu mà trước kia tưởng chừng không bao giờ thực hiện nổi

thì ngày nay hoàn toàn có thể, đó là nhờ một công nghệ mới - Truyền hình số

Truyền hình tương tự là công nghệ mà tín hiệu hình ảnh và âm thanh tương

tự với hình ảnh và âm thanh có thật, vì phải tương tự như vậy nên tín hiệu chiếm một khoảng không gian rộng (8MHz) Trong khi đó công nghệ truyền hình số mà tín hiệu là những thông báo chỉ vị trí hình ảnh và âm thanh trong không gian bằng

mã nhị phân, do không cần thiết phải tương tự nên có thể nén và cô đặc lại nhièu chương trình truyền hình trên một kênh Một máy phát truyền hình số có thể phát được 8 đến 15 chương trình truyền hình trong khi một máy phát Analog như ở ta đang sử dụng chỉ phát được một chương trình duy nhất theo hệ PAL Xét về mặt phổ ta thấy ở tín hiệu tương tự phổ chỉ tập trung năng lượng vào các sóng mang hình, tiếng và burst màu Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang tập trung dày đặc vào trong một dải phổ có độ rộng tương đương Sự tận dụng tối đa hiệu quả phổ cho phép truyền hình số có thể truyền phát được nhiều chương trình đồng thời Đây là ưu điểm đáng kể so với truyền hình tương tự (Hình 1.1)

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 11

1.2 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hóa (biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số Tín hiệu này sẽ được đưa tới thiết bị phát Sau đó

Giải điều chế

số

Giải mã kênh

Điều chế số

Mã hóa kênh

Biến đổi

D/A

Kênh thông tin

Mã hóa nguồn

Giải mã hóa nguồn

qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát

Giải mã tín hiệu truyền hình là thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu tương tự Hệ thống truyền hình số sẽ được trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa về giải mã tín hiệu truyền hình

Mã hóa kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin, thiết bị mã hóa kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế

Khái niệm mã hóa trong kênh được phổ biến không những trong đường thông tin mà trong cả một số khâu của truyền hình số Ví dụ như máy ghi hình

số, bộ điều chỉnh khoảng cách thời gian số, gia công tín hiệu truyền hình số…

Hầu hết các kỹ thuật truyền hình được phát triển chỉ để phục vụ cho chính ngành công nghiệp này mà thôi Kỹ thuật số là một ngoại lệ Trước khi

hệ thống truyền hình số được sử dụng, công nghệ số đã phát triển ở mức độ rất cao trong các hệ thống xử lý dữ liệu và hệ thống truyền tin Kết quả truyền hình

số được thừa hưởng một khối lượng tri thức kỹ thuật t lớn, gồm nhiều lĩnh vực Nhờ vậy, truyền hình số đã phát triển với tốc độ nhanh trong thời gian qua

1.3 ƯU ĐIỂM CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ

- Công suất phát không cần qúa lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu Analog (độ nhậy máy thu số thấp hơn -30dB đến -20dB so với máy thu analog)

- Thu số không còn hiện tượng "bóng ma" do các tia sóng phản xạ từ nhiều hướng đến máy thu Đây là vấn đề mà hệ phát Analog đang không khắc phục nổi

- Thu bằng anten cố định trong nhà hay anten di chuyển (của máy thu xách tay) đều thực hiện được

- Thu di động tốt, người xem dù đi trên ôtô, tàu hoả vẫn xem được các chương trình truyền hình Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt được hiện tượng Doppler

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 13

- Cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh (đơn tần SFN - Single Frequency Network), nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng Điều này cho hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tài nguyên tần số

Truyền hình số là một sự thay đổi đáng kể trong nền công nghiệp sản suất và quảng bá các sản phẩm truyền hình Nó mang lại tính mềm dẻo tuyệt vời trong sử dụng do có nhiều dạng thức ảnh khác nhau trong nén số

Distant

transmitter

Nearest transmitter

Đầu năm 1999, các hệ thống ATSC và DVB đã được ITU chấp nhận làm các tiêu chuẩn quốc tế về phát sóng truyền hình số trên mặt đất (DTTB) và phát hành các khuyến cáo ITU-R.Rec của nhóm nghiên cứu SG10&11

Châu Âu, Australia, New Zealand đã chấp nhận DVB-T, còn Nam triều tiên, Đài loan, Canada và Mỹ chọn ATSC, Nhật bản và một số nước khác chọn tiêu chuẩn ISDB

Có thể tham khảo sự lựa chọn các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới Đó cũng là yếu tố giúp ta định hướng việc nghiên cứu, việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho riêng mình

1.4.1 Chuẩn ATSC

Đặc điểm chung:

Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 15

lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM

Tốc độ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh truyền hình chuẩn đa chương trình

Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV)

và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV) Đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theo MPEG-2

ATSC có một số đặc điểm như sau:

Video Nhiều dạng thức ảnh (nhiều độ phân giải khác nhau) Nén

ảnh theo MPEG-2, từ MP @ ML tới MP @ HL

Dữ liệu phụ Cho các dịnh vụ mở rộng (ví dụ hướng dẫn chương trình,

thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới computer)

Truyền tải Dạng đóng gói truyền tải đa chương trình Thủ tục truyền tải

MPEG-2 Truyền dẫn RF Điều chế 8-DSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất

B¶ng 1.1: Đặc điểm cơ bản của ATSC

Phương pháp điều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC

Phương pháp điều chế VSB bao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát sóng mặt đất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16-VSB) Cả hai đều sử dụng mã Reed - Solomon, tín hiệu pilot và đồng bộ từng đoạn

dữ liệu Tốc độ biểu trưng (Symbol Rate) cho cả hai đều bằng 10,76Mb/s Nó có giới hạn tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 14,9dB và tốc độ dữ liệu bằng 19,3 Mb/s

Dữ liệu được truyền theo từng khung dữ liệu Khung dữ liệu bắt đầu bằng đoạn dữ liệu đồng bộ mành đầu tiên và nối tiếp bởi 312 đoạn dữ liệu khác Sau đó đến đoạn dữ liệu đồng bộ mành thứ 2 và 312 đoạn dữ liệu của mành sau

Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trưng dành cho đồng bộ đoạn dữ liệu và

828 biểu trưng dữ liệu

Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 byte dữ liệu và 20 byte tương suy cho

208 byte Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở đầu ra của mã sửa sai ta có:

208 x 3/2 = 312 bytes

312 bytes x 8 bit = 2496 bit

Tóm lại một đoạn dữ liệu chứa 2496 bit

Các biểu trưng đó sẽ được điều chế theo phương thức nén sóng mang với hầu hết dải biên dưới Tín hiệu pilot được sử dụng để phục hồi sóng mang tại đầu thu, được cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dưới dải tần

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 17

1.4.2 Chuẩn ISDB-T

Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã được hiệp hội ARIB đưa ra và được hội đồng công nghệ viễn thông của Bộ Thông tin Bưu điện (MPT) thông qua như một bản dự thảo tiêu chuẩn cuối cùng ở Nhật Bản

Bản thông số kỹ thuật ở dưới mô tả chi tiết hệ thống truyền hình số mặt đất

sử dụng mạng đa dịch vụ (ISDB-T) Hệ thống này có thể truyền dẫn các chương trình truyền hình, âm thanh hoặc dữ liệu tổng hợp

ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền

đa chương trình phức tạp với các điều kiện thu khác nhau, thu di động v.v các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền có độ rộng 6, 7 hay 8Mhz

Khoảng thời gian tích cực trong

B ảng 1.2: Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 MHz

1.4.3 Chuẩn DVB

DVB (Digital Video Broadcasting) là tổ chức gồm trên 200 thành viên của hơn 30 nước nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các khu vực khác Tổ chức DVB phân ra nhiều phân ban, trong đó có các phân ban chính:

- DVB-S - Phát triển kỹ thuật truyền số qua vệ tinh: Hệ thống DVB -S sử

dụng phương pháp điếu chế QPSK (Quadratue Phase - Shift Keying), mỗi sóng mang cho một bộ phát đáp Tốc độ bit truyền tải tối đa khoảng 38,1Mbps Bề rộng băng thông mỗi bộ phát đáp từ 36 đến 54 Mhz

- DVB-C - Phát triển phát số qua cáp: Sử dụng các kênh cáp có độ rộng băng

thông từ 7 đến 8 MHz và phương pháp điều chế 64QAM (64 Quadratue Amplitude Modulation) DVB-C có mức SNR (tỉ số Signal/Noise) cao và điều biến kí sinh (Intermodulation) thấp Tốc độ bit lớp truyền tải MPEG-2 tối đa là 38,1 Mbps

- DVB-T - Phát triển mạng phát hình số mặt đất: Với việc phát minh ra điều

chế ghép đa tần trực giao có mã (COFDM) sử dụng cho phát thanh số (DAB) và phát hình số mặt đất (DVB), rất nhiều nước đã sử dụng phương thức này Tốc độ bit tối đa 27,14 Mbps (ứng với dải thông cao tần 8Mhz)

Chuẩn DVB-T có một số đặc điểm như sau:

- Khi phát các chương trình số chuẩn (không phải là các chương trình có độ nét cao), tín hiệu nén video số được lựa chọn là MPEG-2 Main Profile @ Main Level (4 : 2 : 0) với tốc độ một chương trình từ 2 đến 4 Mbit/s Mỗi chương trình cần một bộ MPEG-2 Encoder riêng, phát bao nhiêu chương trình cần bấy nhiêu bộ

- Nhiều chương trình sau khi nén ghép lại thành một dòng truyền tải

MPEG-2 với tốc độ có thể lên đến MPEG-27,14 Mbps Dữ liệu của dòng truyền tải này được phân phát cho nhiều sóng mang trực giao nhau Vận tốc của dòng truyền tải cao hay thấp, yếu tố thứ nhất quyết định là dải thông cao tần của máy phát Và tất nhiên nó còn phụ thuộc vào các tham số lựa chọn khác nữa (phương thức điều chế, mã bảo vệ )

- Độ phân giải ảnh tối đa 720 x 576 điểm ảnh

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 19

- Dự án DVB không tiêu chuẩn hoá dạng thức HDTV nhưng hệ thống truyền tải chương trình có khả năng vận dụng với dữ liệu HDTV

- Hệ thống truyền hình có thể cung cấp các cỡ ảnh 4:3 ; 16: 9 và 20: 9 tại tốc

độ khung 50 MHz

- Về cơ bản, hệ thống DVB-T giống với các hệ thống DVB-S và DVB-C

- Sử dụng kỹ thuật COFDM dựa trên kỹ thuật điều chế QPSK và QAM, có khả năng chống lại hiện tượng fading nhiều đường

- DVB-T có hai sự lựa chọn 2K (1705 sóng mang) và 8K (6817 sóng mang)

- Có thể dùng phương thức điều chế, mã hóa phân cấp

CHƯƠNG II:

CÁC KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU DVB-T 2.1 GHÉP ĐA TẦN TRỰC GIAO OFDM

* Nguyên lý chung:

Thực tế thì tín hiệu số rất khác so với tín hiệu tương tự Một số luồng tín hiệu video số đến từ các studio có tốc độ đến 360 Mbits/s và rõ ràng là không thể truyền dòng dữ liệu này trên một dải thông hẹp

Như vậy dữ liệu trước hết phải được nén lại Việc nén được thực hiện bằng

bộ mã hóa MPEG (thực tế mã hóa MPEG-2 được sử dụng cho các hệ thống DVB) Việc mã hóa được thực hiện khá phức tạp dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ do đó MPEG làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần Với audio cũng như vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai người khó phân biệt được âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bít thông tin của âm thanh trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng

Việc trộn tín hiệu video và audio đã nén là nhờ bộ multiplexer Đầu ra của bộ ghép kênh này là dòng chương trình MPEG-2 Dòng này có thể sử dụng trực tiếp luôn hoặc có thể lại được ghép kênh truyền tải với các chương trình khác nhờ bộ ghép kênh truyền tải Thực ra tốc độ dữ liệu cho phép giảm đến mức nào là tuỳ theo các tham số truyền dẫn được lựa chọn trong bộ điều chế

Sau khi dòng dữ liệu được đưa trực tiếp tới bộ điều chế, nó sẽ được ngẫu nhiên hóa với một chuỗi bit giả ngẫu nhiên để phân tán năng lượng Việc mã hóa cũng được thực hiện để tăng khả năng chống lỗi Sau đó các bit dữ liệu sẽ được ánh

xạ lên chòm sao Sau biến đổi Furier ngược kết quả cuối cùng thu được là rất nhiều

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 21

các sóng mang đã điều chế Đến đây thì tín hiệu thu được mới chỉ là IF, sau đó có thể đổi tần lên theo cách thông thường

Những điểm khác căn bản so với analogue

So với truyền hình tương tự thì truyền hình số: đòi hỏi tỷ số C/N nhỏ hơn, có khả năng chống nhiễu tốt hơn nhưng các hệ thống số hay hỏng đột ngột hơn

Các bộ khuếch đại của máy phát số yêu cầu phải có độ tuyến tính cao Phổ cao tần của máy phát analog hầu như tập trung vào 3 khu vực chính: Tần số mang hình, tần số mang hình cộng với tải tần màu (4,43Mhz) và tần số mang âm thanh; các khu vực khác phổ rất thấp, nghĩa là dải thông cao tần chưa tận dụng hết Khác với analog, dải phổ cao tần của phát số chứa hàng ngàn sóng mang tập trung dày đặc trong dải thông 7,61 Mhz Toàn bộ dải thông cao tần của máy phát số được tận

dụng hết, không còn dư thừa như của máy phát analog (xem hình 1.1)

Hơn nữa, nếu quan sát biểu đồ chòm sao của điều chế 64-QAM, thì chúng ta nhận thấy, các điểm trên chòm sao khác nhau cả về pha và biên độ Nếu như có sự sai lệch chút ít về pha hay biên độ cũng sẽ gây cho đầu thu giải điều chế sai so với tín hiệu ban đầu

Vì vậy một điều khác biệt so với máy phát analog là các bộ khuếch đại của máy phát số yêu cầu phải thật tuyến tính để đảm bảo tính đồng đều cả về biên độ (hệ số khuếch đại) và về pha của các sóng mang khi phát đi Vì vậy các hãng sản xuất máy phát hiện nay thường tìm đến và sử dụng đèn IOT (Inductive Output Tube) để giải quyết bài toán tuyến tính cho máy phát số công suất lớn Một số hãng lại cải tiến máy phát analog công suất lớn dùng đèn klystron thành máy phát số Đối với các máy phát bán dẫn (solid state), dù các bộ khuếch đại có làm việc ở chế độ A thì độ tuyến tính vẫn có thể chưa đạt yêu cầu Vì vậy người ta phải chú ý đến hiệu chỉnh làm sao thoả mãn độ tuyến tính

2.1.1 Nguyên lý COFDM

COFDM là một phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn

sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang Tuy nhiên ta có thể gọi

là phương thức điều chế COFDM Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của phát hình mặt đất

COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có

độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tín hiệu giống nhau trên cùng một

tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng "nhiều đường nhân tạo" COFDM cũng

giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp Đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra

Chính nhờ các ưu điểm trên mà COFDM đã được chọn cho hai tiêu chuẩn phát sóng là DVB-T và DAB, và tuỳ theo từng ứng dụng của từng loại mà có những lựa chọn cũng như yêu cầu khác nhau Tuy nhiên ưu thế đặc biệt của COFDM về hiện tượng nhiều đường và nhiễu chỉ đạt được khi có sự lựa chọn tham số cẩn thận

và quan tâm đến cách thức sử dụng mã sửa lỗi

Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng đủ để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu Để giải quyết vấn đề này thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớn sóng mang dựa trên kỹ thuật FDM Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu đã mất ở bên thu thì cần mã hóa dữ liệu trước khi phát Do có một số đặc điểm chủ chốt sau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp cho các kênh mặt đất, đó là:

Các sóng mang trực giao - orthogonality (COFDM)

Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 23

Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit - symbol và thông tin trạng thái kênh

Phần này chúng ta sẽ cùng giải thích các đặc điểm này cũng như ý nghĩa của chúng

2.1.2 Số lượng sóng mang

Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác định Biên độ và pha này lựa chọn theo chòm sao điều chế Mỗi symbol vận chuyển một lượng bít thông tin nhất định, lượng bit này bằng với loga (cơ số 2) của số trạng thái khác nhau trong chòm sao

Bây giờ hãy tưởng tượng là có hai đường tín hiệu nhận được với một độ trễ tương đối giữa chúng Giả sử ta xem xét symbol thứ n được phát đi, thì máy thu sẽ

cố gắng giải điều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả thông tin nhận được liên quan đến symbol thứ n kể cả thông tin thu trực tiếp lẫn thông tin thu được do trễ

Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol (xem hình 2.1- trái), thì tín hiệu

thu được từ đường thứ hai sẽ chỉ thuần tuý là nhiễu, vì nó mang thông tin thuộc về

các symbol trước đó Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút ít

tín hiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn (mức độ chính xác tuỳ thuộc vào chòm sao sử dụng và mức suy hao có thể chấp nhận)

Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol (hình 2.2- phải) thì chỉ một phần

tín hiệu thu được từ đường thứ hai đựoc xem như là nhiễu vì nó mang thông tin của symbol trước đó Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn, tuy nhiên sự đóng góp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực đối với thông tin từ đường thu chính thức

Hình 2.1: Hi ện tượng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol

Điều này cho chúng ta thấy rằng, nếu chúng ta muốn giải quyết với tất cả các mức tín hiệu trễ khác nhau thì tốc độ symbol phải được giảm xuống sao cho tổng khoảng trễ (giữa tín hiệu thu được đầu tiên với tín hiệu thu được cuối cùng) cũng chỉ là một phần khiêm tốn của chu kỳ symbol Khi đó thông tin mà một sóng mang đơn vận chuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều đường Vậy thì nếu một sóng mang không thể vận chuyển được tốc độ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn đến ý tưởng chia dòng dữ liệu tốc độ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc độ thấp hơn, mỗi dòng được vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang Đây chính là một dạng của FDM - bước đầu tiên để tiến tới COFDM Mặc dù vậy thì vẫn có thể tồn tại ISI với các symbol trước đó Để khử hoàn toàn thì phải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng

tổng hợp tín hiệu mà máy thu thu được Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ có

thể là ý tưởng tốt (chúng ta sẽ trở lại vấn đề này sau)

2.1.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT

a Trực giao

Việc sử dụng một số lượng lớn các sóng mang có vẻ như không có triển

vọng lắm trong thực tế: chắc chắn, chúng ta sẽ cần rất nhiều bộ điều chế, giải điều

ch ế và bộ lọc đi kèm theo? Và cũng có vẻ như sẽ cần một dải thông lớn hơn để chứa

các sóng mang này Nhưng thật may cả hai điều lo lắng này đều được xua tan nếu chúng ta thực hiện một việc đơn giản sau đây: các sóng mang được đặt đều đặn

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 25

cách nhau một khoảng fU = 1/ TU, với TU là khoảng symbol hữu ích (u: useful) với điều kiện là các sóng mang này phải được đặt trực giao nhau

- Mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau: Sóng mang thứ k được biểu diễn:

L k dt

t t

U

T

L K U

=

=

≠

= Ψ

- Về phương diện phổ: điểm phổ có năng lượng cao nhất rơi vào điểm bằng không của sóng mang kia Hơn nữa chúng ta sẽ không bị lãng phí về mặt phổ Các sóng mang được đặt rất gần nhau vì thế tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở điều chế sóng mang đơn - nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt đỉnh lý tưởng

b Củng cố tính trực giao bằng khoảng bảo vệ

Thực tế, các sóng mang được điều chế nhờ các số phức Nếu khoảng tổ hợp thu được trải dài theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu của cùng sóng mang (ISI) mà còn cả nhiễu xuyên sóng mang (ICI) Để tránh điều này chúng ta chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo các thông tin tổng hợp là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định

Hình 2.2: Chèn thêm kho ảng bảo vệ

Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU Vì tất cả các sóng mang đều tuần hoàn trong TU nên toàn bộ tín hiệu được điều chế cũng vậy Vì thế đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến

từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thoả mãn ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ

Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ hiện tượng nhiều đường DAB sử dụng khoảng bảo vệ xấp xỉ TU / 4; DVB-T có nhiều lựa chọn hơn nhưng tối đa cũng chỉ là TU / 4

Còn nhiều thứ nữa có thể gây ra sự suy giảm tính trực giao và do đó sẽ gây ra ICI Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong các bộ tạo dao động nội hoặc trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay các phase-noise trong các bộ tạo dao động nội Tuy nhiên trong thực tế, những ảnh hưởng này có thể được giữ ở mức giới hạn có thể chấp nhận được

c Sử dụng FFT

Chúng ta đã tránh được hàng ngàn bộ lọc, nhờ tính trực giao, vậy thì việc thực hiện giải điều chế các sóng mang, các bộ ghép kênh và các bộ tổ hợp thì sao?

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 27

Hình 2.3: Chèn thêm các scattered pilot

Thực tế, chúng ta làm việc với tín hiệu thu được dưới dạng lấy mẫu (theo định lý Nyquyst) Quá trình tổ hợp trở thành quá trình tổng kết, và toàn bộ quá trình

giải điều chế dựa trên dạng biến đổi Furier rời rạc (DFT) Rất may là việc thực hiện

biến đổi Furier nhanh đã có rồi (các mạch tổ hợp đã sẵn có), vì vậy chúng ta có thể xây dựng thiết bị COFDM phòng thí nghiệm dễ dàng Các phiên bản chung của FFT đều hoạt động trên cơ sở các mẫu thời gian 2M (tương ứng với các mẫu được lấy trong khoảng tổ hợp) và vận chuyển cùng số lượng các hệ số tần (frequency coefficient) Các hệ số này tương ứng với dữ liệu được giải điều chế từ nhiều sóng mang Thực tế vì chúng ta lấy mẫu trên cơ sở giới hạn Nyquyst, nên không phải tất

cả các hệ số được lấy đều tương ứng với các sóng mang tích cực mà chúng ta đã sử dụng

Biến đổi FFT ngược được sử dụng trong máy phát để tạo ra tín hiệu OFDM

từ dòng dữ liệu đầu vào

d Lựa chọn điều chế cơ sở

Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao Nếu càng có nhiều trạng thái trong chòm sao thì mỗi sóng mang càng vận chuyển được nhiều bit trong một symbol, tuy nhiên khi đó các điểm trong chòm sao cũng càng gần nhau hơn, trong khi công suất phát thì cố định nên sẽ giảm khả năng chống lỗi Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi

Tại máy thu, giá trị giải điều chế tương ứng (hệ số tần lấy từ FFT máy thu) được nhân với một số phức tuỳ ý (đáp ứng kênh tại tần số sóng mang) Chòm sao sẽ

được quay luân phiên và thay đổi về kích cỡ Vậy thì làm thế nào chúng ta xác định được điểm trong chòm sao mà chúng ta gửi đi?

Cách đơn giản là giải điều chế visai (differential demodulation), kiểu như

DQPSK trong DAB Thông tin được mang đi chính là sự thay đổi về pha của symbol này so với symbol tiếp theo Miễn là kênh thay đổi đủ chậm thì sẽ không có vấn đề gì với đáp ứng kênh của nó Sử dụng quá trình giải điều chế visai (khác với

gi ải điều chế kết hợp - coherent demodulation ) sẽ gây ra suy giảm về chỉ tiêu của

nhiễu tạp âm (thermal noise) - tuy nhiên DAB không cần là hệ thống chống lỗi mạnh Khi đòi hỏi tốc độ lớn hơn (như ở trong DVB-T), sẽ rất có lợi nếu sử dụng giải điều chế kết hợp

Ở phương pháp này, đáp ứng kênh sẽ được xác định và chòm sao nhận được được cân bằng chính xác rồi mới xác định xem điểm nào trên chòm sao được phát

đi (nghĩa là xác định được bit nào đã truyền đi) Để làm được điều này ở DVB-T thì

một số thông tin pilot phải được phát kèm theo (gọi là scattered pilots) Sau đó phép

nội suy sẽ được thực hiện, sử dụng bộ lọc một chiều hoặc hai chiều để cân bằng tất

cả chòm sao mang sữ liệu

2.1.4 Tổ chức kênh trong OFDM

Các đặc tính của kênh truyền dẫn không cố định trong miền thời gian Nhưng trong một khoảng thời gian ngắn thì thường là ổn định

a - Phân chia kênh

COFDM đã thực hiện việc phân chia kênh truyền dẫn cả trong miền thời gian

và miền tần số, tổ chức kênh RF thành tập các "dải tần phụ" hẹp và tập các "đoạn thời gian" liên tiếp nhau Xem trên hình 2.4 sau đây:

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 29

time segment

Hình 2.4: Phân chia kênh

m ỗi cái có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đường tín hiệu chính

Tr ục z miêu tả biên độ đáp ứng kênh

b - Chèn các sóng mang phụ

Trong mỗi đoạn thời gian, gọi là mỗi symbol OFDM, mỗi dải tần phụ được trang bị một sóng mang phụ Để tránh nhiễu giữa các sóng mang, chúng được bố trí vuông góc với nhau, nghĩa là khoảng cách giữa các sóng mang được đặt bằng với nghịch đảo của một chu kỳ symbol

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 31

Trong khoảng bảo vệ này, mà thực ra tương ứng với một nhiễu giao thoa giữa các symbol, các máy thu sẽ bỏ qua tín hiệu thu được

d - Đồng bộ kênh

Để giải điều chế tín hiệu một cách chính xác, các máy thu phải lấy mẫu chính xác tín hiệu trong suốt khoảng hữu ích của symbol OFDM (bỏ qua khoảng bảo vệ)

Do đó, một cửa sổ thời gian sẽ được ấn định chính xác tại khoảng thời gian mỗi chu

kỳ symbol diễn ra

Hệ thống DVB-T sử dụng các sóng mang "pilot", trải đều đặn trong kênh truyền dẫn, đóng vai trò làm các điểm đánh dấu đồng bộ, như trên hình 2.9:

được sau khi

sửa khuếch đại

Thật không may, tất cả tính năng này lại làm giảm tốc độ hữu ích của tải thông tin Tuy nhiên, ta có thể cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh

Và để giúp các nhà phát hình có thể thoải mái sử dụng các hệ thống truyền dẫn của mình trong từng điều kiện cụ thể, DVB-T đã đưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn như: kích cỡ FFT (2K, 8K), tỷ lệ mã hóa (1/2, 2/3, 3/4 ), và khoảng bảo vệ (1/4 TS, 1/8 TS, 1/16 TS )

2.1.5 Phương thức mang dữ liệu trong COFDM

COFDM cho phép trải dữ liệu để truyền đi trên cả miền thời gian và miền tần

số, sau khi đã sử dụng mã hóa vòng để bảo vệ dữ liệu

Do có hiện tượng fading tần số giữa các dải tần cận kề, nên COFDM có sử dụng xen tần số, nghĩa là các bit dữ liệu liên tiếp nhau sẽ được trải ra trên các sóng mang cách biệt nhau

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 33

time

GUARD intervall

USED PART

of the symbol

USEFUL DATA PROTECTED DATA

GUARD INTERVALL INSERTION

OFDM SYMBOL DURATION

(PILOTs NOT REPRESENTED )

Trong DVB-T việc mapping dữ liệu lên các symbol OFDM thực ra là điều chế từng sóng mang riêng rẽ, và có thể theo một trong ba chòm sao toạ độ phức 4QAM, 16QAM, 64QAM, như sau:

2.2 MÃ HOÁ KÊNH TRONG DVB-T

Tín hiệu đưa vào là luồng số liệu nối tiếp, luồng số liệu này bao gồm các gói được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2, mỗi gói dữ liệu có 188 byte (gồm có 1 byte đồng bộ và 187 byte dữ liệu)

Các gói dữ liệu này đầu tiên được nhân dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS Mục đích của quá trình này là phân tán năng lượng trong phổ tín hiệu số và xác định

số nhị phân thích hợp (loại bỏ các chuỗi dài “0” và “1”) Các từ mã đồng bộ không được đưa vào quá trình phân tán nói trên

Sau khi được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS, các gói dữ liệu đưa vào bộ mã ngoại Các gói số liệu được ghép thêm các mã sửa sai vào từng gói

Dữ liệu lấy ra khỏi bộ mã ngoại (outer coding) được đưa đến khối ghép ngoại (outer interleaving) để thực hiên việc ghép chập Tại đây các gói số liệu được ghép theo byte Mục đích của quá trình này là loại bỏ tính thống kê của nhiễu.Ta sẽ xem xét cụ thể các loại mã hóa được dùng như sau:

2.2.1 Mã hóa phân tán năng lượng

Dữ liệu lấy ra khỏi bộ ghép dữ liệu là luồng số liệu gồm các gói số liệu được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 có độ dài 188 byte (gồm 1Byte đồng bộ và 187 Byte

dữ liệu) Thứ tự xử lý sẽ luôn được bắt đầu từ MSB (bit "0") của byte đồng bộ gói (01000111)

được ngẫu nhiên hóa Enable

Dữ liệu đưa vào (MSB đầu tiên): 1 0 1 1 1 0 0 0 x x x x x x x x

Chuỗi PRBS: 0 0 0 0 0 0 1 1

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 35

Để đảm bảo cho việc truyền dẫn không có lỗi, dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hoá theo sơ đồ trong hình 2.12

Thanh ghi dịch tạo ra chuỗi giả ngẫu nhiên gồm có 15 bit Đa thức tạo chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên sẽ là:

1 + x14 + x15Việc khởi tạo chuỗi giả ngẫu nhiên được thực hiện bằng cách nạp chuỗi

“1001010101000000” vào thanh ghi dịch Quá trình khởi tạo này được thực hiện theo chu kỳ cứ 8 gói MPEG-2 thì nạp một lần

Để tạo tín hiệu ban đầu cho bộ tách, byte đồng bộ trong gói MPEG-2 đầu tiên trong 8 gói MPEG-2 sẽ được đảo bit (từ 47HEX thành B8HEX) Quá trình đảo bit này được gọi là “phối hợp ghép truyền tải”

Việc thực hiện ngẫu nhiên hoá chỉ áp dụng với các byte số liệu do đó bit đầu tiên lấy ra khỏi thanh ghi dịch sẽ được tích chập với bit đầu tiên của byte đầu tiên theo sau byte đồng bộ đã được đảo bit (B8HEX) Để trợ giúp các chức năng đồng

bộ khác, khi 7 byte đồng bộ của 7 gói tiếp sau được truyền, chuỗi PRBS vẫn hoạt động nhưng đầu ra của thanh ghi dịch bị khoá do đó các byte này không được ngẫu nhiên hoá Vì vậy chu kỳ của PRBS là 1503 bytes

2.2.2 Mã ngoại (outer coding)

Bộ mã ngoại sử dụng mã Reed-Solomon RS (204, 188, t=8) để mã hoá dữ liệu đã được ngẫu nhiên hoá nhằm tạo ra các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi

Do được mã hoá theo mã RS (204,188, t=8) nên mỗi gói dữ liệu sẽ được thêm 20 bytes sửa lỗi và nó có khả năng sửa tới 8 lỗi trong một gói

Đa thức tạo mã là: G(x) = (x + λ0)(x +λ1)(x +λ2) (x+λ 15) (2.3)

Với λ = 02 HEX

Mã RS ngắn được thực hiện bằng cách thêm 51 bytes, tất cả là “0”, trước khi byte dữ liệu được đưa vào bộ mã hoá RS Sau khi mã hoá RS, thì các byte rỗng sẽ được loại bỏ và các từ mã RS sẽ còn số byte là N= 204 byte

2.2.3 Ghép xen ngoại (outer interleaving)

Sơ đồ nguyên lý chung thực hiện việc ghép ngoại được cho trong hình 2.13 Theo sơ đồ việc ghép chập kiểu byte với độ sâu ghép l=12 sẽ được áp dụng với các gói được lấy ra khỏi bộ mã ngoại Cấu trúc dữ liệu sau khi ghép được chỉ ra trong hình 2.14-d Quá trình ghép chập này phải dựa trên tiếp cận tương hợp với tiếp cận Ramsey kiểu III, l=12 là tiếp cận Forney Những byte dữ liệu được ghép là các byte số liệu trong gói đã được bảo vệ lỗi và được giới hạn bởi byte đồng bộ (đảo hay không đảo) Chu kỳ chèn là 204 byte

Bộ ghép gồm 12 nhánh, được kết nối theo kiểu vòng với các byte số liệu bằng chuyển mạch đầu vào Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch First in -First out, với j x Mô nhớ Trong đó: M= 17 =N/I, N= 204 byte

a) Gói ghép truyền tải MPEG-2

SYNC1

Dữ liệu được ngẫu nhiên (187 byte)

8 gói ghép truyền tải

Chu kỳ PRBS = 1503 bytes

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 37

d) Cấu trúc dữ liệu sau khi được ghép ngoại.

Mỗi ô của thanh ghi dịch sẽ có 1 byte Đầu vào và đầu ra của bộ ghép phải được đồng bộ Để tạo sự đồng bộ, byte SYNC và SYNC1 phải được truyền trong nhánh “0” của bộ ghép

2.2.4 Mã hoá nội (inner coding)

Bộ mã nội sử dụng mã chập lỗ Nó cho phép lựa chọn các tốc độ mã hoá khác nhau: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Các phương pháp mã hoá này được dựa trên phương pháp mã chập với tốc độ mã hoá là 1/2 có 64 trạng thái được gọi là mã mẹ

Sơ đồ nguyên lý của thực hiện việc mã chập với tốc độ 1/2 được cho trong hình 2.15 Đa thức tạo mã là G1 = 171 oct cho đầu ra X và G2=133 oct cho đầu ra Y Bảng sau đưa ra chuỗi bit truyền dẫn được tạo ra tương ứng với các tốc độ mã hoá khác nhau Trong đó X và Y tương ứng với hai đầu ra của bộ mã chập

Tốc độ mã hoá càng cao thì dòng số liệu càng lớn nhưng tỉ số C/N cũng càng lớn Tốc độ mã hoá 1/2 tạo ra dòng số liệu lớn nhất nhưng tỉ số C/N cao nhất, tốc độ

mã này được dùng cho các kênh bị nhiễu mạnh Tốc độ mã hoá 7/8 tạo ra dòng số liệu nhỏ nhất nhưng tỉ số C/N thấp nhất nên được dùng cho các kênh ít bị nhiễu

SYNC1 or (SYNCn)

Tốc độ mã r Sơ đồ puncturing Dãy được truyền sau khi biến đổi song song-nối tiếp

B ảng 2.1: Sơ đồ puncturing và dãy được truyền sau khi biến đổi

n ối tiếp song song

Tiêu chuẩn OFDM cho phép lựa chọn 3 phương thức điều chế QPSK,

Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit Trễ 1 bit

Lưu Văn Dân - Lớp Kỹ thuật Điện tử K3 – Viện Đại học Mở Hà Nội 39

xdi Bit đưa vào trong mode không phân cấp

x’di Là bit của luồng ưu tiên cao trong mode phân cấp

x’’di Là bit của luồng ưu tiên thấp trong mode phân cấp

di Chỉ số bit đầu vào

be,do Bit lấy ra khỏi bộ tách

e Chỉ số luồng bit được tách (0≤ e ≤ v)

o Chỉ số bit của luồng bit tại đầu ra bộ ghép

Sau khi tách các bit được ánh xạ như sau:

Hình 2.16: S ơ đồ thực hiện việc ghép nội và Mapping theo mô hình

Ghép kiểu bit 10

Ghép kiểu bit 11

Ghép kiểu bit 12

Ghép kiểu bit 13 a

b 5,0 , b 5,1

DE

MUX

Ghép kiểu bit 12

Ghép kiểu bit 13

Ghép kiểu bit 14 a

b 0,0 , b 0,1

a 0,0 , a 0,1

x 0 , x 1 , x 2