Truyền dẫn truyền hình số độ nét cao qua vệ tinh theo chuẩn DVB - S2 sử dụng giải thuật điều chế và mã hóa thích nghi - ACM

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của hệ thống vệ tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số phân giải cao HDTV High Definition Television,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VÕ ĐÌNH AN

TRUYỀN DẪN TRUYỀN HÌNH SỐ ĐỘ NÉT CAO QUA VỆ TINH THEO CHUẨN DVB-S2 SỬ DỤNG

GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ

MÃ HÓA THÍCH NGHI – ACM

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HUẾ - 2014

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60.52.02.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

HUẾ - 2014

LỜI CẢM ƠN



Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Tiến sĩ Nguyễn Quốc Tuấn, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thông - Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa học Huế đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các bạn học viên lớp cao học Điện tử viễn thông khóa 1-2 tại Huế, các đồng nghiệp và người thân đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN



Luận văn này đã được hoàn thành sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu các nguồn tài liệu sách báo chuyên ngành và thông tin trên mạng mà theo tôi là hoàn toàn tin cậy Nội dung của luận văn này được tổng hợp từ các tài liệu tham khảo được liệt kê ở cuối luận văn Tôi xin cam đoan luận văn này không hoàn toàn giống với các công trình nghiên cứu cũng như các luận văn trước đây

Huế, ngày 10 tháng 01 năm 2014

Người thực hiện

VÕ ĐÌNH AN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH 10

1.1 Truyền dẫn truyền hình số 10

1.1.1 Sơ lược truyền hình số. 10

1.1.2 Truyền dẫn chương trình truyền hình số. 11

1.2 Sử dụng vệ tinh trong truyền dẫn chương trình truyền hình 12

1.2.1 Đặc điểm của đường truyền vệ tinh. 12

1.2.2 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh. 14

1.2.3 Bước tiến từ DVB-S sang DVB-S2. 15

1.2.4 Tình hình sử dụng truyền hình số vệ tinh ở Việt Nam. 17

1.3 Kết luận chương 1 18

CHƯƠNG 2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH THẾ HỆ THỨ 2 – DVB-S2 VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ MÃ HÓA THÍCH NGHI – ACM 20

2.1 Giới thiệu 20

2.2 Cấu trúc hệ thống DVB-S2 20

2.2.1 Giới thiệu chung hệ thống DVB-S2. 20

2.2.2 Đặc điểm cấu trúc các khối chức năng trong hệ thống DVB-S2. 22

2.2.2.1 Mode thích nghi 22

2.2.2.2 Luồng thích nghi 27

2.2.2.3 Mã hóa FEC 28

2.2.2.4 Ánh xạ bít vào các giản đồ chòm sao 35

2.2.2.5 Khung lớp vật lý (PL) 38

2.2.2.6 Hình dạng băng cơ sở và điều chế vị trí góc vuông 45

2.3 Điều chế mã hóa thích nghi trong DVB-S2 45

2.3.1 Giới thiệu 45

2.3.2. Nguyên lý mã hóa và điều chế thích nghi. 46

2.3.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống mã hóa và điều chế thích nghi 47

2.3.2.2 Chức năng các khối: 47

2.3.2.3 Ứng dụng ACM truyền dẫn vệ tinh 48

2.4 Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VỀ ĐIỀU CHẾ MÃ HÓA SỬ DỤNG TRONG

DVB-S2 VÀ CÁC KẾT QUẢ 50

3.1 Giới thiệu chung 50

3.2 Mô hình mô phỏng mã hóa và điều chế trong DVB-S2 50

3.2.1 Giải thích các khối trong hệ thống. 52

3.2.2 Các thông số tính toán. 53

3.3 Kết quả mô phỏng 54

3.3.1 Giản đồ chòm sao phía thu. 54

3.3.2 Tỷ lệ BER theo SNR. 55

3.3.3 Số interation lựa chọn cho giải mã LDPC. 56

3.3.4 BER theo SNR tương ứng với tốc độ mã khác nhau. 57

3.4 Bàn luận đánh giá 58

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 62

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.3: Sơ đồ điển hình tính toán đường truyền cho kênh thông tin 13

Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng trong hệ thống DVB-S2 21

Hình 2.4: Định dạng khung BBFRAME ở lối ra khối chuyển đổi 28

Hình 2.7: Phối hợp chèn bít cho 8PSK và các khung FEC thường

Hình 2.13: Định dạng của một “khung lớp vật lý” PLFRAME 39 Hình 2.14: (biểu tượng là ký hiệu cho phép logic loại trừ nhị phân

EXOR)

40

Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống mã hóa điều chế thích nghi 47 Hình 3.1: Mô hình mô phỏng mã hóa và điều chế trong DVB-S2 51

Hình 3.5: BER theo SNR tương ứng QPSK sử dụng LDPC tương ứng với

các tỉ lệ mã khác nhau

58

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

16APSK 16-ary Amplitude and Phase Shift Keying

32APSK 32-ary Amplitude and Phase Shift Keying

8PSK 8-ary Phase Shift Keying

ASI Asynchronous Serial Interface

AWGN Additive White Gaussian Noise

BSS Broadcast Satellite Service

BW BandWidth (at -3 dB) of the transponder

C/N Carrier over noise ratio

CNI Carrier to Noise plus Interference ratio

DSNG Digital Satellite News Gathering

DTT Digital Terrestrial Television

DVB Digital Video Broadcasting project

DVB-S DVB System for satellite broadcasting specified in EN 300 421 DVB-S2 DVB-S2 System for satellite broadcasting specified in EN 302

307

FIFO Fist In First out

FSS Fixed Satellite Service

IMUX Input MUltipleXer – filter

ISSYI Input Stream Synchronizer Indicator ITU International Telecommunications Union LDPC Low Density Parity Check (codes)

MPE Multi-Protocol Encapsulaton

MPEG Moving Pictures Experts Group

OMUX Output MUltipleXer-filter

PLS Physical Layer Signalling

QPSK Quaternary Phase Shift Keying

SDTV Standard Definition TeleVision

SMATV Satellite Master Antenna TeleVision

TWTA Travelling Wave Tube Amplifier

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Kỷ nguyên truyền dẫn thông tin bằng vệ tinh thực sự có hiệu quả vào những năm 80 Khi đó, truyền dẫn qua vệ tinh đã tiết kiệm băng thông và giá thành khi sử dụng các kiểu điều chế QPSK và BPSK Những năm 90, công nghệ phát quảng bá qua

vệ tinh đã phát triển rộng rãi sau khi ETSI công bố chuẩn DVB-S đầu tiên, kết hợp điều chế QPSK với mã sửa lỗi hướng truyền trong và ngoài (Viterbi và Reed-Solomon)

Cuộc cách mạng về mã sửa lỗi kết hợp với các cấu hình điều chế mới và một loạt các đặc tính mới là nền tảng làm nên tiêu chuẩn DVB-S2 Đây là tiêu chuẩn mới nhất trong các tiêu chuẩn của ETSI về truyền dẫn thông tin vệ tinh Kiểu điều chế này cũng đã khép lại con đường tiệm cận giới hạn về mặt lý thuyết (giới hạn Shannon)

Như vậy, DVB-S2 - chuẩn truyền dẫn vệ tinh thế hệ thứ 2 của DVB ra đời nhằm mở rộng và nâng cao từ chuẩn DVB-S và DVB-DSNG đang được sử dụng trên các thiết bị quảng bá trên toàn thế giới Chuẩn truyền hình số vệ tinh DVB-S chỉ được thiết kế dùng điều chế QPSK với dịch vụ quảng bá tín hiệu truyền hình và số liệu Do

đó, chuẩn này có hạn chế khi truyền tải các ứng dụng có tốc độ bít cao như các chương trình HDTV

Chức năng chính của chuẩn DVB-S2 là mở rộng dung lượng truyền dẫn truyền hình số vệ tinh, xuất phát từ nhu cầu phát nhiều chương trình truyền hình độ nét cao HDTV yêu cầu băng thông lớn và thực tế sử dụng tiết kiệm tài nguyên băng tần Ku Thành công của chuẩn DVB-S2 là đưa vào các chế độ điều chế và mã hóa kênh truyền hiệu quả như BCH với mã hóa LDPC nhằm mở rộng dung lượng truyền dẫn từ 30 đến 35% với cùng yêu cầu C/N

Chuẩn này cũng đưa ra bốn chế độ điều chế trong đó QPSK và 8PSK được thiết

kế dành cho các ứng dụng quảng bá, 16APSK và 32 APSK dùng cho các ứng dụng chuyên nghiệp DVB-S2 hỗ trợ truyền dẫn 1 hay nhiều dòng tín hiệu truyền hình tiêu chuẩn hoặc truyền hình độ nét cao Chuẩn này cũng hỗ trợ các ứng dụng nóng hiện nay như chuẩn nén video H264/AVC giúp tiết kiệm băng thông sử dụng cho các nhà cung cấp dịch vụ

Chuẩn DVB-S2 được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng vệ tinh sau với nhiều chế

độ điều chế:

 Dịch vụ quảng bá

 Truyền dẫn

 Các dịch vụ tương tác

 Hoàn toàn tương thích với chuẩn DVB-S

Do đó, việc tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền dẫn mới này rất có ý nghĩa thực tiễn Với áp dụng tiêu chuẩn mới này sẽ góp phần tăng lưu lượng thông tin truyền dẫn qua

vệ tinh đồng thời lại giảm chi phí sử dụng kênh, làm tăng hiệu suất sử dụng vệ tinh

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Luận văn này tập trung tìm hiểu rõ các kỹ thuật mã hóa và điều chế trong tiêu chuẩn DVB-S2 Từ đó thấy được vì sao mà tiêu chuẩn mới này lại có nhiều điểm ưu việt trong việc tăng dung lượng hệ thống, tăng chất lượng dịch vụ hơn so với các tiêu

chuẩn trước đó

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các vấn đề liên quan tới hệ thống xử lý số trong hệ thống phát và thu của tiêu chuẩn DVB-S2 Phạm vi nghiên cứu là trong lĩnh vực quảng bá truyền hình số vệ tinh và một số ứng dụng tương tác khác

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu dựa trên phân tích lý thuyết hệ thống kết hợp với thực tế ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 đã được triển khai

5 Bố cục về nội dung của luận văn

Bố cục luận văn bao gồm các phần sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về truyền hình số vệ tinh

Chương 2: Kỹ thuật truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ 2 và giải thuật điều chế mã hóa thích nghi – ACM

Chương 3: Mô phỏng về điều chế mã hóa sử dụng trong DVB-S2 và các

kết quả

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

1.1 Truyền dẫn truyền hình số

1.1.1 Sơ lược truyền hình số

Truyền hình là loa ̣i phương tiê ̣n thông tin đa ̣i chúng xuất hiê ̣n khoảng giữa thế

kỉ XX nhưng đã phát triển rất nhanh chóng , mạnh mẽ và được phổ biến hết sức rộng rãi trong vòng vài ba thập niên trở lại đây Thế ma ̣nh đă ̣c trưng của truyền hình là cung cấp thông tin dưới da ̣ng hình ảnh mang tính hấp dẫn sinh đô ̣ng , trực tiếp và tổng hợp Từ đó, loại phương tiện truyền thông độc đáo , đă ̣c biê ̣t này ta ̣o nên được ở người tiếp nhâ ̣n thông tin hiê ̣u quả tổ ng hợp tức thời về nhâ ̣n thức và thẩm mỹ , trước hết là ở trình độ trực quan, trực cảm

Truyền hình số (Digital Television) là một phương pháp truyền hình mà việc thực hiện xử lý tín hiệu dựa trên công nghệ kỹ thuật số Có nghĩa là tín hiệu hình ảnh liên tục sẽ được biến đổi sang tín hiệu số rồi thực hiện các công đoạn xử lý, gia công, truyền đi Phía đầu thu sẽ thực hiện ngược lại và cuối cùng là tạo lại tín hiệu liên tục

để hiển thị

Hình 1.1: Sơ đồ khối của một hệ thống truyền hình số

Trên thế giớ i, các nhà điều hành cáp , vê ̣ tinh, trên mă ̣t đất đều đang hướng đến môi trường số, mô ̣t số nước ở Châu Âu như Đức, Pháp, Ireland, Tây Ban Nha, Hà Lan, Thụy Điển… đã bắt đầu phát sóng truyền hình số từ năm 1999 Hầu hết các nhà phân tích công nghiệp đều cho rằng viê ̣c chuyển di ̣ch lên truyền hình số là mô ̣t sự tiến hóa hơn là mô ̣t cuô ̣c cách ma ̣ng Sự hội tụ giữa máy tính cá nhân , máy thu hình và Internet làm cho công nghệ truyền hình số phát triển nhanh chóng Đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên mới về số sẽ nâng cao viê ̣c xem truyền hình ngang với chất lượng chiếu phim ,

âm thanh với chất lượng CD, DVD cùng với hàng trăm kênh truyền hình mới và nhiều

dịch vụ mới Truyền hình số cho thuê bao xem đươ ̣c nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao nhất

Đối với các nhà phát sóng truyền hình , viê ̣c chuyển di ̣ch lên môi trường số sẽ làm giảm việc sử dụng băng tần /kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứng du ̣ng Internet cho thuê bao và mở ra mô ̣t lĩnh vực mới , các cơ hội mới về thương mại , nhiều dịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành :

- Video theo yêu cầu VOD (video on demand)

- Cung cấp các dòng video và audio

- Dịch vụ thanh toán tiền từ nhà (Home banking)

- Các dịch vụ thương mại điện tử

- Câ ̣p nhâ ̣t phần mềm máy tính

- Truyền thanh, truyền hình đa phương tiê ̣n (Multimedia)

- Đo ̣c báo điê ̣n tử

- Truy câ ̣p Internet ta ̣i các tốc đô ̣

- Chơi game trên ma ̣ng với nhiều người chơi

Trên năm mươi năm qua , truyền hình sử du ̣ng tín hiê ̣u tương tự là mô ̣t phương tiê ̣n truyền dẫn phát sóng Viê ̣c chấm dứt truyền hình tương tự và phát triển truyền hình số đòi hỏi phải đầu tư mới máy thu số , máy phát hình số , các thiết bị sản xuất và

hâ ̣u kỳ cho chương trình truyền hình Điều đó dẫn đến phải sử du ̣ng mô ̣t mă ̣t bằng số chung, mở ra các cơ hô ̣i cho thi ̣ trường dân du ̣ng

Truyền hì nh số có tốc đô ̣ truyền dữ liê ̣u cao , cho phép cung cấp nô ̣i dung đa phương tiê ̣n phong phú và có người xem truyền hình có thể lướt qua Internet bằng máy thu hình Nhờ có kỹ thuâ ̣t nén , có thể phát sóng nhiều chương trình truy ền hình trên

mô ̣t kênh sóng (truyền hình tương tự phát sóng 1 chương trình/ 1 kênh sóng)

1.1.2 Truyền dẫn chương trình truyền hình số

Để thực hiện truyền dẫn chương trình truyền hình đến người xem, có nhiều phương thức truyền dẫn được thực hiện: truyền dẫn qua cáp, qua hệ thống IP, qua sóng

vô tuyến mặt đất, qua vệ tinh… Mỗi hình thức có ưu nhược điểm riêng và được ứng dụng cho các đặc thù, mục đích riêng

Đối với hình thức truyền dẫn bằng sóng vô tuyến mặt đất: đây là hình thức đã

sử dụng từ lâu cho phát hình quảng bá analog, gần đây một số máy phát chuyển sang phát sóng số mặt đất Hình thức này phù hợp đối với truyền hình quảng bá, chất lượng đáp ứng tốt đối với địa bàn nông thôn, đồng bằng Tuy nhiên, đối với khu vực đô thị thì chất lượng thu hình không tốt do phản xạ sóng vô tuyến bởi các công trình đô thị, nhà cao tầng

Truyền dẫn chương trình bằng cáp hữu tuyến: hình thức truyền hình cáp Hình thức này phù hợp để triển khai nhiều kênh truyền hình trên một hệ thống cáp với chất lượng tương đối tốt Đặc điểm của hình thức này là chỉ triển khai phù hợp đối với khu vực dân cư tập trung, đô thị Đối với khu vực nông thôn, dân cư thưa thớt thì triển khai tốn kém và không hiệu quả

Truyền dẫn chương trình bằng sóng vô tuyến qua vệ tinh: với đặc điểm địa bàn phủ sóng rộng (1/3 trái đất cho mỗi vệ tinh địa tỉnh), phương thức truyền dẫn qua vệ tinh có ưu thế vượt trội trong việc triển khai các hệ thống truyền hình Có thể thực hiện cho cả truyền hình quảng bá và cho mục đích truyền dẫn đường trục phục vụ cho sản xuất chương trình hay truyền dẫn chuyển tiếp đến các trạm phát lại mặt đất…

Hình 1.2 Truyền dẫn truyền hình sử dụng vệ tinh

1.2 Sử dụng vệ tinh trong truyền dẫn chương trình truyền hình

1.2.1 Đặc điểm của đường truyền vệ tinh [2]

Theo nguyên lý thông tin vô tuyến trong tầm nhìn thẳng, đối với hệ thống thông tin vô tuyến mặt đất nếu hai trạm muốn thông tin nhau thì các anten của chúng phải nhìn thấy nhau Nhưng do Trái Đất có dạng hình cầu nên khoảng cách giữa hai trạm sẽ

bị hạn chế để đảm bảo điều kiện cho các anten còn trông thấy nhau Đối với khả năng quảng bá cũng vậy, các khu vực trên mặt đất không nhìn thấy anten của đài phát sẽ không thu được tín hiệu nữa Trong trường hợp bắt buộc phải truyền tin đi xa, người ta

có thể dùng phương pháp nâng cao cột anten, truyền sóng phản xạ tầng điện ly hoặc

xây dựng các trạm chuyển tiếp Trên thực tế thì cả ba phương pháp trên đều có nhiều nhược điểm Việc nâng độ cao cột anten gặp rất nhiều khó khăn về kinh tế và kỹ thuật

mà hiệu quả lại không được bao nhiêu Nếu truyền sóng phản xạ tầng điện ly thì cần

có công suất phát rất lớn và bị ảnh hưởng rất mạnh của môi trường truyền dẫn nên chất lượng tuyến không cao Việc xây dựng các trạm chuyển tiếp giữa hai trạm đầu cuối sẽ cải thiện được chất lượng tuyến, nâng cao độ tin cậy nhưng chi phí lắp đặt các trạm trung chuyển quá cao và không thích hợp khi có nhu cầu mở thêm tuyến mới

Tóm lại, để có thể truyền tin đi xa người ta mong muốn xây dựng được các anten rất cao nhưng lại phải ổn định và vững chắc Sự ra đời của vệ tinh là để thoả mãn nhu cầu đó, với vệ tinh người ta có thể truyền sóng đi rất xa và dễ dàng thông tin trên toàn cầu hơn bất cứ một hệ thống thông tin nào khác Do khả năng phủ sóng rộng lớn nên vệ tinh rất thích hợp cho các phương thức truyền tin đa điểm đến đa điểm, điểm đến đa điểm (quảng bá) hay đa điểm đến một điểm trung tâm HUB (dịch vụ thu thập

số liệu)

Hình 1.3 Sơ đồ điển hình tính toán đường truyền cho kênh thông tin

Để hiểu rõ những đặc điểm của truyền hình vệ tinh, trước hết xin trình bày một

số khái niệm và mô tả cấu trúc vật lý của hệ thống vệ tinh rồi từ đó rút ra những đặc điểm kỹ thuật tất yếu đi kèm theo

Quỹ đạo địa tĩnh (GEO): đây là quỹ đạo tròn xung quanh trái đất, nằm trong mặt phẳng xích đạo có độ cao khoảng 36786 km so với đường xích đạo Vệ tinh ở quỹ đạo này có tốc độ bay đồng bộ với tốc độ quay của trái đất (T=23g56‟04‟‟) Do đó, vệ tinh gần như đứng yên so với các điểm trên trái đất Quỹ đạo địa tĩnh thích hợp hơn

cho các loại hình thông tin quảng bá như: phát thanh, truyền hình… với tầm phủ sóng rộng lớn, còn cho thông tin thoại (yêu cầu thời gian thực cao) thì không được tốt do thời gian trễ khi truyền sóng lớn (khoảng 0.25s)

Trên hình 1.3 cho thấy trái đất hình cầu nên để truyền tin xa cách tốt nhất là phát tin tức lên vệ tinh, rồi vệ tinh sẽ phát chuyển tiếp tin này đến các nơi trên mặt đất Đường truyền này không bị che chắn bởi bất cứ thứ gì chỉ có điều khoảng cách rất xa, tín hiệu bị suy giảm khoảng 200dB và chịu can nhiễu trên một đường truyền dài Chú

ý rằng vệ tinh chỉ đóng vai trò phát đáp, tức là chuyển tín hiệu trên sóng mang thu được (tần số Uplink) sang tín hiệu trên sóng mang phát xuống (tần số Downlink) mà không trực tiếp xử lý tín hiệu băng cơ sở

Các ưu điểm nổi bật của thông tin vệ tinh là:

- Tính quảng bá rộng lớn cho mọi loại địa hình

- Có dải thông rộng

- Nhanh chóng dễ dàng cấu hình lại khi cần thiết

Bên cạnh khả năng phủ sóng rộng lớn, băng tần rộng của hệ thống vệ tinh rất thích hợp với các dịch vụ quảng bá hiện tại như truyền hình số phân giải cao HDTV (High Definition Television), phát thanh số hay dịch vụ ISDN thông qua một mạng mặt đất hoặc trực tiếp đến thuê bao DTH (Direct to Home) thông qua trạm VSAT (Very small Aperture Terminal) Cuối cùng do sử dụng phương tiện truyền dẫn qua giao diện vô tuyến cho nên hệ thống thông tin vệ tinh là rất thích hợp cho khả năng cấu hình lại

1.2.2 Lịch sử phát triển của thông tin vệ tinh

Năm 1965, thế hệ vệ tinh thương mại đầu tiên ra đời đánh dấu bước ngoặt của công nghệ thông tin vệ tinh (các vệ tinh ban đầu là INTELSAT-1 và Early Bird) Đến đầu những năm 1970 các hệ thống vệ tinh đã có thể cung cấp các dịch vụ trao đổi thoại

và truyền hình giữa các lục địa Ban đầu, vệ tinh chỉ đáp ứng được cho các tuyến dung lượng thấp, sau đó nhu cầu gia tăng tốc độ cũng như số lượng thông tin qua vệ tinh đã thúc đẩy nhanh chóng việc hình thành các hệ thống vệ tinh đa búp sóng và các kỹ thuật

sử dụng lại tần số cho sóng mang Kỹ thuật đầu tiên được dùng cho hệ thống vệ tinh là truyền dẫn tương tự, sử dụng công nghệ FDM/FM/FDMA Sau đó, để đáp ứng nhu cầu gia tăng thông tin, người ta đã tiến tới các phương thức truyền dẫn tiên tiến hơn như là SCPC/FM/FDMA hay PSK/TDMA và PSK/CDMA Các phương thức về sau dựa trên truyền dẫn số qua vệ tinh để khai thác triệt để các ưu điểm do kỹ thuật số mang lại

Kỷ nguyên truyền dẫn thông tin bằng vệ tinh thực sự có hiệu quả vào những năm 1980 Khi đó, truyền dẫn qua vệ tinh đã tiết kiệm băng thông và giá thành khi sử

dụng các kiểu điều chế QPSK và BPSK Đến những năm 1990, công nghệ phát quảng

bá qua vệ tinh đã phát triển rộng rãi sau khi ETSI công bố chuẩn DVB-S đầu tiên, kết hợp điều chế QPSK với sửa lỗi hướng truyền trong và ngoài (Viterbi và Reed-Solomon)

Cuộc cách mạng về mã sửa lỗi kết hợp với các cấu hình điều chế mới và một loạt các đặc tính mới là nền tảng làm nên tiêu chuẩn DVB-S2, còn gọi là truyền hình

số vệ tinh thế hệ 2 Đây là tiêu chuẩn mới nhất trong các tiêu chuẩn của ETSI về truyền dẫn thông tin vệ tinh Kiểu điều chế này cũng đã khép lại con đường tiệm cận giới hạn Shannon về mặt lý thuyết

S2 với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với

DVB-S đang được kỳ vọng sẽ đem lại hiệu quả to lớn khi được đáp ứng, với khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều dịch vụ có tốc độ lớn như truyền hình có độ phân giải cao như HDTV, Internet tốc độ cao, truyền số liệu và các ứng dụng chuyên nghiệp… trên cùng một bộ phát đáp của vệ tinh mà hệ thống DVB-S trước đó khó có thể thực hiện được

1.2.3 Bước tiến từ DVB-S sang DVB-S2 [2]

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống DVB-S2

Tiêu chuẩn DVB-S2 có sự thay đổi không nhiều trong cấu trúc so với DVB-S Trên hình 1.4, ta có thể thấy mã sửa sai trong Viterbi và mã sửa sai ngoài Reed-Solomon được thay thế bằng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check) và BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) tương ứng Đây chính là điều cốt lõi tạo nên một bước nhảy vọt về hiệu suất sử dụng phổ vốn là một vấn đề gốc rễ trong truyền thông

vô tuyến của bất kỳ quốc gia nào

Chú ý rằng một mã sửa sai tốt hơn là một mã với cùng tỷ lệ mã và tỷ lệ lỗi chỉ cần tỷ số Eb/N0 nhỏ hơn (tất nhiên lý tưởng nhất là càng gần đến giới hạn Shannon) Khi đó phần công suất Eb/N0 còn lại sẽ được tận dụng cho điều chế hạng M cao, điều này sẽ làm cho hiệu suất phổ tăng thêm nhiều (1.2-4.5 bít/Hz ở DVB-S2 so với 0.8-1.2 Bít/Hz trong DVB-S)

Ngoài ra, tiêu chuẩn mới cũng cung cấp các kiểu điều chế QPSK (2bít/Hz), 8PSK (3bít/Hz), 16APSK (4bít/Hz) và thậm chí là 32APSK (5bít/Hz) So sánh với kiểu điều chế QAM, các cấu hình điều chế APSK (Amplitude and Phase-Shift Keying) cho phép việc bù dễ dàng với bộ phát đáp phi tuyến

Sự khác nhau nữa và cũng là hiệu quả của DVB-S2 so với DVB-S là khả năng kết hợp các dòng dữ liệu vào một sóng mang, điều chế, mã hóa thay đổi và tương thích (VCM và ACM) và cấp bên trong dòng dữ liệu không phải MEPG (non-MEPG)

Chức năng điều chế và mã hóa thay đổi - VCM (Variable Coding and Modulation) cho phép xác định một cấu hình điều chế khác nhau và mức sửa lỗi cho mỗi dòng dữ liệu riêng biệt trên cùng một sóng mang

Chức năng điều chế và mã hóa tương thích - ACM (Adaptive Coding and Modulation) cho phép thay đổi động cấu hình điều chế và mức bảo vệ lỗi cho mỗi khung dữ liệu phù hợp với chất lượng kênh truyền Khi kết hợp các dòng dữ liệu với các đầu cuối thu có cơ cấu hồi tiếp, tính năng ACM đặc biệt thích hợp cho việc tối ưu băng thông cho một mạng tương tác: các thông số truyền dẫn có thể được tối ưu cho mỗi bộ đầu cuối và các ảnh hưởng do thời tiết như là fading do mưa có thể được bù dễ dàng và an toàn

DVB-S2 được ví như là một bộ công cụ cho các dịch vụ tương tác: Điều chế và

mã hóa cao cấp, truyền tải bất kỳ dạng (format) dữ liệu nào Mục tiêu của bộ công cụ DVB-S2 là một hệ thống đơn phục vụ cho các ứng dụng khác nhau

S2 với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với

DVB-S đang được kỳ vọng sẽ đem lại hiệu quả to lớn khi được ứng dụng, với khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều dịch vụ có tốc độ lớn như truyền hình có độ phân giải cao HDTV, Internet có tốc độ cao, truyền số liệu và ứng dụng chuyên nghiệp… trên cùng một bộ phát đáp vệ tinh mà hệ thống DVB-S trước đó khó có thể thực hiện được

DVB-S2 đã được tối ưu cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng như:

- Các dịch vụ quảng bá: Truyền dẫn các chương trình SDTV hoặc HDTV

- Các dịch vụ tương tác bao gồm cả dịch vụ Internet

- Các ứng dụng chuyên nghiệp: phân phối tín hiệu truyền hình số tới các trạm phát hình số mặt đất, truyền số liệu và các ứng dụng chuyên nghiệp khác (DSNG, Internet Truncking, Cable Feeds…)

DVB-S2 không bị hạn chế với kiểu mã hóa video và audio MPEG-2 mà có thể tương thích với các kiểu mã hóa MPEG-2, MPEG-4 và HDTV Tiêu chuẩn này cũng mềm dẻo hơn khi chấp nhận bất kì dạng đầu vào, bao gồm dòng bít 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

1.2.4 Tình hình sử dụng truyền hình số vệ tinh ở Việt Nam

Tại Việt Nam, truyền hình số qua vệ tinh chính thức được Đài truyền hình Việt Nam ứng dụng từ năm 1998 để truyền dẫn các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại trên phạm vi toàn quốc Đến năm 2002 bắt đầu triển khai phát sóng truyền hình số vệ tinh dạng thức DTH trên băng tần Ku, vừa cung cấp dịch vụ truyền hình trực tiếp vừa làm chức năng truyền dẫn

Từ khi vệ tinh VINASAT-1 được phóng lên quỹ đạo tháng 4/2008, truyền hình

số vệ tinh đã có những bước phát triển vượt bậc cả về số lượng các nhà cung cấp dịch

vụ, số lượng thuê bao và cả số lượng kênh phát thanh, truyền hình Tháng 1/2010, Tổng Công ty VTC ra mắt dịch vụ DTH với gói kênh HDTV đầu tiên phát sóng qua vệ tinh VINASAT-1

Ngày 16/2/2009 Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 22/2009/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh truyền hình đến năm 2020 với định hướng thực hiện thành công lộ trình chuyển đổi công nghệ từ kỹ thuật tương tự

sang kỹ thuật số vào thời điểm cuối năm 2020 Trong đó, đối với mạng truyền dẫn, phát sóng phát thanh, truyền hình vệ tinh có quy định:

- Kết hợp việc truyền dẫn, phát sóng phát thanh, truyền hình qua vệ tinh với các

trạm phát lại có công suất phù hợp và sử dụng đầu thu số vệ tinh để đưa các chương

trình phát thanh, truyền hình đến các vùng lõm sóng, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa,

miền núi, hải đảo

- Ưu tiên phát triển mạng truyền dẫn, phát sóng phát thanh, truyền hình vệ tinh ở

vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo trên băng tần Ku để cung cấp dịch vụ phát thanh, truyền hình đến nhà thuê bao (DTH) với thiết bị thu xem đầu cuối nhỏ gọn, tiện dụng; kết hợp sử dụng các băng tần C, Ku để trao đổi chương trình giữa các đài phát thanh, truyền hình

Đến thời điểm hiện nay, truyền hình số vệ tinh tiêu chuẩn DVB-S/S2 được ứng dụng phổ biến tại Việt Nam, hầu hết các đài PTTH lớn, các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ truyền dẫn phát sóng đều đã và đang ứng dụng để cung cấp dịch vụ và tiêu

chuẩn DVB-S/S2 đã được đưa vào định hướng phát triển công nghệ nêu trong Quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát thanh, truyền hình đến năm 2020 Có thể điểm qua một số đơn vị đang ứng dụng rộng rãi tiêu chuẩn DVB-S/S2 như sau:

- Truyền hình Việt Nam đã thay thế toàn bộ hệ thống phát chuyển tiếp tín hiệu các kênh VTV qua vệ tinh băng C từ DVB-S sang DVB-S2 từ đầu năm 2012 trên hệ thống vệ tinh Vinasat 1 Đến tháng 4 năm 2103 đã chấm dứt phát chuyển tiếp chương trình theo chuẩn DVB-S

- Tổng Công ty truyền thông đa phương tiện phát sóng DVB-S2 trên vệ tinh VINASAT-1 và ASIASAT-5 cung cấp các gói dịch vụ nội dung SDTV và HDTV từ tháng 1/2010

- Liên doanh VSTV với Đài THVN phát sóng DVB-S trên vệ tinh VINASAT-1 cung cấp các dịch vụ nội dung SD và đang triển khai tiếp hệ thống phát sóng DVB-S2

để ra mắt gói nội dung HDTV

- Công ty cổ phần Nghe nhìn Toàn cầu đã có giấy phép và đã cung cấp dịch vụ nội dung SDTV và HDTV trên vệ tinh NSS-6 ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 trong thời gian sắp tới

Ngoài ra, nhiều Đài PTTH trong nước cũng đã có giai đoạn thử nghiệm thành công và làn lượt đưa phát sóng truyền hình số qua vệ tinh vào ứng dụng, phù hợp định hướng Quy hoạch

1.3 Kết luận chương 1

DVB-S2 là tiêu chuẩn mới nhất trong hệ thống tiêu chuẩn DVB cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng, với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131% so với công nghệ DVB-S Công nghệ này thực sự là bộ công cụ hữu hiệu cho các dịch vụ tương tác qua vệ tinh Tổ chức DVB không cho rằng DVB-S2 sẽ thay thế cho DVB-S trong một thời gian ngắn trong lĩnh vực quảng bá truyền hình thông thường Vì rằng hàng triệu bộ giải mã DVB-S đang hoạt động tin cậy và đóng góp vào những thành công thương mại vệ tinh số trên toàn cầu nên các ứng dụng mới chỉ được dự tính phát qua vệ tinh như truyền dẫn HDTV và phân phối các dịch vụ dựa trên nền IP sẽ thực hiện hiệu quả dựa trên hệ thống DVB-S2 Việc kết hợp DVB-S2 và cấu hình mã hóa video và audio mới (ví dụ như H.264/AVC/VC-9) có thể phát 21-26 chương trình SDTV hoặc 5-6 chương trình HDTV trên một Bộ phát đáp (Transponder) 36Mhz [2]

Trong các ứng dụng truyền dẫn chuyên nghiệp, DVB-S2 có khả năng cung cấp điều chế và mã hóa thích nghi (ACM), tính năng này có hiệu quả lớn với các dịch vụ điểm điểm như là các trạm DSNG nhỏ Trong các ứng dụng mới này, hệ thống DVB-

S2 sẽ làm được những điều mà hệ thống DVB-S không thể làm được

Đối với lĩnh vực truyền hình, việc phát triển nhanh chóng công nghệ kỹ thuật truyền hình từ truyền hình chất lượng tiêu chuẩn – SD lên truyền hình độ phân giải cao

- HD, siêu cao và công nghệ 3D tạo ra những dòng truyền tải với tốc độ bít tăng lên gấp 2 đến 3 lần Do đó, băng thông truyền dẫn cũng đòi hỏi tăng lên theo Để truyền dẫn chương trình này trên các hệ thống vệ tinh sử dụng tiêu chuẩn DVB-S sẽ tiêu tốn

số lượng kênh lớn Việc ra đời tiêu chuẩn DVB-S2 kết hợp với một số chuẩn nén dữ liệu H.264/ AVC (Advanced Video Coding) và đặc biệt là tiêu chuẩn mã hóa video hiệu quả cao HEVC (High Efficiency Video Coding) – do tổ chức ITU-T công bố vào tháng 1 năm 2013 sẽ giải quyết bài toán băng thông và giá thành truyền dẫn các chương trình truyền hình qua vệ tinh

CHƯƠNG 2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH

THẾ HỆ THỨ 2 – DVB-S2 VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU CHẾ MÃ HÓA

THÍCH NGHI – ACM.

2.1 Giới thiệu

DVB-S2 (Digital Video Broadcasting - Satellite) là tiêu chuẩn quốc tế cho quảng bá truyền hình qua vệ tinh thế hệ thứ 2, kết hợp với chức năng quảng bá dữ liệu

và truyền hình DVB-S với các ứng dụng chuyên dụng DVB-DSNG cho thu tin vệ tinh

và các dịch vụ góp tin Động lực chính cho tiêu chuẩn DVB-S2 là tăng dung lượng của truyền dẫn truyền hình số vệ tinh, nhằm khắc phục sự khan hiếm phổ tần số band Ku

và đáp ứng cho việc triển khai các dịch vụ truyền hình có độ phân giải cao HDTV

Chuẩn này có những đặc tính sau: [1]

 Dòng tín hiệu vào mềm dẻo, phù hợp với cả đơn và đa luồng truyền tải với nhiều định dạng khác nhau (gói hay liên tục)

 Mã sửa lỗi hiệu quả FEC dựa trên mã nội LDPC kết nối với mã ngoại BCH, cho phép hệ số QEF (quasi-error-free) tỉ lệ lỗi thấp đạt từ 0,7dB tới 1dB so với giới hạn Shannon tùy theo mode truyền dẫn

 Sử dụng một dải rộng tốc độ mã (từ 1/4 tới 9/10); bốn loại giản đồ chòm sao, sắp xếp theo hiệu quả phổ từ 2bít/s/Hz tới 5bít/s/Hz, được áp dụng cho các bộ phát đáp phi tuyến

 Có ba dạng phổ với hệ số roll-off là: 0.35; 0.25; 0.20

 Mã hóa và điều chế thích nghi ACM

2.2 Cấu trúc hệ thống DVB-S2

2.2.1 Giới thiệu chung hệ thống DVB-S2 [2, 5]

Hệ thống DVB-S2 gồm chuỗi các khối chức năng mô tả hình 2.1:

Khối được xem như “Mode thích ứng” tùy theo ứng dụng Chuỗi lối vào có thể

là đơn hay đa luồng truyền tải, đơn hay đa luồng chung (gói hoặc liên tục): khối cung cấp cách ghép luồng lối vào, các công cụ tùy chọn cho ACM (như đồng bộ hóa và xóa các gói rỗng trong luồng truyền tải), mã hóa CRC để dò tìm lỗi trong các gói dữ liệu lối vào ở phía thiết bị thu Hơn nữa, với đa lối vào, nó qui định cách kết hợp luồng tín hiệu vào trong phát đơn tín hiệu và cắt vào trường dữ liệu của khối mã FEC Phần sau

đó là các bít DFL, nơi mà K BCH – 80 ≥ DFL ≥ 0, lấy từ một cổng lối vào, để phát

chế độ đồng nhất (mã hóa và điều chế FEC) K BCH là độ dài khối giải mã BCH, cái

mà phụ thuộc vào độ dài khung FEC (thường hay ngắn) và tốc độ mã hóa, và 80 bít dài

của trường BBHEADER Trường mào đầu băng cơ sở được gắn vào phía trước trường

dữ liệu, để báo cho phía thu biết định dạng chế độ thích nghi của luồng dữ liệu gửi tới

Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng trong hệ thống DVB-S2

Trường hợp mà dữ liệu cần phát không ghép kín một khung BB, xáo trộn băng

cơ sở cung cấp cách chèn thêm “chuỗi thích nghi” để hoàn thiện khung

“Mã hóa FEC” thực hiện móc nối mã ngoài BCH và mã trong LDPC Tùy theo khu vực áp dụng, khối mã FEC (khung FEC) có độ dài 64800 hay 16200 bít Khi sử dụng VCM hoặc ACM, FEC và mode điều chế không đổi trong một khung nhưng có thể thay đổi ở những khung khác Thêm nữa, phát tín hiệu có thể bao gồm cả khung thường và khung ngắn trộn lẫn Các bít chèn ứng dụng cho mã FEC 8PSK, 16APSK

và 32 APSK để tách biệt các bít này trên cùng truyền dẫn tín hiệu

Giản đồ chòm sao QPSK, 8PSK, 16APSK và 32APSK được áp dụng để có

khung XFEC phức tạp, bao gồm 64 800/ µ MOD hoặc 16 200/ µ MOD (µ MOD là số bít biểu diễn một kí tự trong chòm sao)

“Đóng khung lớp vật lý”, đồng bộ với khung FEC, cung cấp tùy chọn lồng khung PL giả và (khi không có dữ liệu cần gửi trên kênh), trường mào đầu PL và các biểu tượng điều khiển thêm vào (chiếm 2,4% dung lượng) và xáo trộn nhằm phân tán năng lượng Kí tự điều khiển thêm vào theo chuẩn: 36 biểu tượng điều khiển trên 1440 biểu tượng dữ liệu, chúng bắt đầu ngay sau trường mào đầu PLHEADER Điều này

cho phép kênh cao ước lượng chính xác cấu trúc khung lớp vật lý, bao gồm các khe cố định của 90 biểu tượng Như chiều dài khung XFECFRAME phụ thuộc vào cả kiểu khung (bình thường hay ngắn) và kiểu điều chế, nó chiếm các khe khác nhau, theo yêu cầu rộng hơn mức thấp của bộ điều chế Khung PLFRAME thu được bằng cách thêm trường PLHEADER, cái mà chiếm một khe mở rộng và mang thông tin liên quan tới kiểu khung và mode lớp vật lý Sau khi giải mã trường PLHEADER, thiết bị thu sẽ biết các thông số truyền dẫn, chiều dài khung và do vậy bắt đầu khung tiếp theo, dù trạng thái của kênh không cho phép giải mã thành công dữ liệu trong khung

Cuối cùng, “Điều chế” ứng dụng lọc băng cơ sở và điều chế vuông, tạo hình dạng phổ tín hiệu và tạo lại tần số sóng mang c ủa tín hiệu Căn bậc hai bộ lọc cosin tăng và sử dụng phát với lựa chọn một trong ba hệ số roll-off: 0.35; 0.25; 0.2

2.2.2 Đặc điểm cấu trúc các khối chức năng trong hệ thống DVB-S2 [5]

2.2.2.1 Mode thích nghi

Hệ thống thực hiện ghép lối vào, đồng bộ luồng tín hiệu vào, bỏ đi gói rỗng (chỉ cho trường hợp luồng truyền tải và ACM), mã hóa CRC-8 để dò tìm lỗi (dành cho luồng lối vào là các gói), kết hợp luồng lối vào (trường hợp đa luồng vào) và luồng vào gắn trong trường dữ liệu Cuối cùng, báo hiệu băng gốc được chèn vào để cho thiết bị nơi thu biết định dạng mode thích nghi

2.2.2.1.1 Giao diện lối vào

Hệ thống bị giới hạn bởi giao diện đưa bởi bảng 1:

Khối giao diện lối vào ánh xạ tín hiệu điện lối vào vào trong khung bít-logic Bít nhận đầu tiên được xác định là bít có trọng số lớn nhất (MSB)

Luồng truyền tải mô tả bởi gói khách hàng (UP) chiều dài không đổi UPL =

188 x 8 bíts (một gói MPEG), với byte đầu tiên để đồng bộ

Luồng chung mô tả bởi luồng bít liên tục hay một gói khách hàng có chiều dài

không đổi, với chiều dài các bít UPL (lớn nhất là 64k, UPL = 0 D đề cập tới luồng liên tục) Luồng gói chiều dài thay đổi hay có chiều dài không đổi nhưng vượt quá 64Kbit

sẽ được xem như là một luồng liên tục

Với luồng chung đóng gói , nếu một byte đầu tiên của UP để đồng bộ, nó là

không thay đổi, nói cách khác byte đồng bộ = 0 D được chèn trước mỗi gói, và UPL tăng thêm 8 bít Thông tin UPL có thể nhận được bởi bộ điều chế cài đặt cứng

“ACM command” phát báo hiệu lối vào cho phép cài đặt thông số bên ngoài

“mode điều khiển truyền dẫn cơ sở”, thông số truyền dẫn được nhận bởi bộ điều chế DVB-S2 xác định điểm dữ liệu vào

Bảng 1: Giao diện hệ thống

Trạm phát Lối vào MPEC luồng truyền tải

( note 1)

Từ bộ trộn MPEG Đơn hoặc đa

Trạm phát Lối vào(note 2) Luồng chung Từ nguồn dữ liệu Đơn hoặc đa Trạm phát Lối vào(note 3) ACM Từ tốc độ điều

khiển cơ sở

Đơn

Trạm phát Lối ra 70/140 MHz IF, L-band

IF, RF( note 4)

Tới thiết bị RF Đơn hoặc đa

Note 1: Vì lý do tương kết khuyến nghị dùng, chuỗi kí tự đồng bộ (ASI) với khổ188 bytes, dữ liệu truyền từng khối (các byte trải theo thời gian)

Note 2: Cho dịch vụ dữ liệu

Note 3: Chỉ dành cho ACM Cho phép cài đặt phía ngoài của mode truyền dẫn ACM Note 4: Nếu tốc độ kí tự cao gấp đôi

2.2.2.1.2 Đồng bộ luồng tín hiệu vào

Quá trình xử lý dữ liệu trong bộ điều chế DVB-S2 có thể gây ra trễ trong truyền dẫn thông tin Khối đồng bộ luồng tín hiệu lối vào (tùy chọn) sẽ cung cấp nhiều phương pháp phù hợp đảm bảo tốc độ bít ổn định (Constant-Bít-Rate CBR) và trễ đầu cuối ổn định cho đóng gói luồng vào

2.2.2.1.3 Loại bỏ gói rỗng (cho ACM và luồng truyền tải)

Với mode ACM và định dạng luồng truyền tải lối vào, các gói MPEG rỗng được xác định (PID = 8191D) và bị gỡ bỏ Nhờ vậy giảm tốc độ tin đồng thời tăng việc bảo vệ lỗi trong bộ điều chế Quá trình thực hiện theo cách mà gói rỗng được gỡ bỏ lại được chèn lại chính xác tại phía thiết bị thu đúng như nguyên bản trước đó

2.2.2.1.4 Mã hóa CRC-8

Nếu UPL = 0D (luồng chung liên tục) khối này cho luồng tín hiệu vào qua luôn

và hướng tới khối tiếp mà không cần sửa đổi

Nếu UPL 0D, luồng vào là chuỗi gói người dùng có chiều dài trường bít UPL,

đi đầu là một byte đồng bộ (byte đồng bộ bằng 0 khi luồng gốc không có byte đồng bộ)

Phần hữu ích của UP (không gồm byte đồng bộ) được xử lý có hệ thống bởi mã hóa CRC-8 bít Đa thức sinh là:

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

Lối ra mã hóa CRC được ước tính là:

CRC = Phần dư [X 8

u(X) : g(X)]

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

Hình 2.2 đưa ra khả năng bổ sung thêm mã CRC bằng phương pháp dịch thanh ghi (chú ý: thanh ghi được đặt khởi đầu tất cả bằng 0 trước khi bít đầu tiên của mỗi chuỗi đi vào mạch Việc ước lượng CRC-8 sẽ thay thế các byte đồng bộ ở các gói tiếp theo)

Hình 2.2 Sự bổ sung mã hóa CRC-8

2.2.2.1.5 Kết hợp/tách

Theo hình 2.3, việc kết hợp/tách luồng vào được thiết lập như luồng chung liên tục hay việc đóng gói luồng vào Chiều dài UP là UPL bíts (khi UPL = 0 nghĩa là chuỗi liên tục) Luồng vào ở bộ đệm cho tới khi thiết bị kết hợp/tách đọc chúng, nơi mà:

K bch - (10x8) DFL 0 (K bch như trong bảng 4, 80 bíts là trường BBHEADER)

Thiết bị ghép sẽ móc nối trong một luồng đơn lối ra, đọc các trường dữ liệu khác nhau và được tách từ một lối vào Trong trường hợp chỉ có một luồng đơn thì cũng chỉ áp dụng một kiểu tách

Trường dữ liệu bao gồm những bít lấy từ một cổng vào và được phát ở một chế

độ truyền dẫn đồng nhất (mã hóa và điều chế FEC) Thiết bị kết hợp/tách có cách sắp xếp ưu tiên tùy thuộc ứng dụng và theo chiến lược mô tả trong bảng 3 (dịch vụ quảng

bá đơn luồng truyền tải) hoặc theo ứng dụng của từng khu vực khác nhau

Tùy theo ứng dụng, phần kết hợp/tách sẽ chỉ định lượng bít lối vào bằng tới tối

đa dung lượng của trường dữ liệu (DFL = K bch - 80), bởi vậy sẽ cắt UPs trong chuỗi

dữ liệu, hoặc là chỉ định số Ups trong trường dữ liệu, tạo ra chiều dài trường dữ liệu thay đổi trong khoảng giới hạn

Khi trường dữ liệu không tồn tại ở thiết bị kết hợp/tách, nó yêu cầu bất cứ cổng vào, hệ thống khung vật lý sẽ tạo ra và phát một khung giả

Sau byte đồng bộ thay thế bởi CRC-8, nó cần thiết phải cung cấp cho thiết bị thu thuật toán, cách thức để có thể khôi phục lại trường đồng bộ UP (khi thiết bị thu đã đồng bộ với trường dữ liệu) Bởi thế số lượng bít bắt đầu trường dữ liệu và bắt đầu của trường UP hoàn chỉnh (bít đầu tiên của CRC-8) (hình 2.3) sẽ được phát hiện bởi khối kết hợp/tách và dự trữ ở trường đồng bộ của trường mào đầu băng cơ sở Ví dụ như SYNCD = 0D, có nghĩa gói người dùng đầu tiên được sắp tới trường dữ liệu

Hình 2.3 Định dạng luồng ở lối ra bộ chuyển đổi

2.2.2.1.6 Chèn trường mào đầu dải băng cơ sở

Cố định độ dài trường mào đầu băng cơ sở (BBHEADER) là 10 bytes và được chèn vào phía trước trường dữ liệu, mô tả khuôn dạng của nó (trường BBHEADER chiếm lớn nhất là 0.25% với nldpc = 64 800 bíts, và 1% với nldpc = 16 200 giả định tỉ lệ

- Trường TS/GS (2 bíts): luồng truyền tải lối vào hoặc luồng chung lối vào (gói hay liên tục)

- Trường SIS/MIS (1 bít): đơn hay đa luồng vào

- Trường CCM/ACM (1 bít): mã hóa điều chế thay đổi hay mã hóa điều chế thích nghi

- ISSYI (1 bít) (chỉ thị đồng bộ tín hiệu vào): nếu ISSYI = 1= hoạt động, trường này được chèn sau Ups

- NPD (1 bít): có bỏ gói trống hay không

- RO (2 bíts): hệ số roll-off (anpha)

- Byte thứ hai (MATYPE-2):

- Nếu SIS/MIS = đa luồng vào, thì byte thứ 2 = xác định luồng vào (ISI), hay byte thứ hai được dự trữ

Trường UPL (2 bytes): dùng gói có độ dài là bíts, trong khoảng khoảng {0, 65 535}

Ví dụ 1: 0000 HEX = luồng liên tục

Ví dụ 2: 000A HEX = chiều dài UP là 10 bit

Ví dụ 3: UPL = 188x8D cho gói truyền tải MPEG

Trường DFL (2 bytes): Chiều dài trường dữ liệu đơn vị là bít, trong khoảng từ {0, 58 112}

Ví dụ: 000A HEX = chiều dài trường dữ liệu là 10 bít

SYNC (1 byte): sao chép byte đồng bộ của gói người sử dụng

Ví dụ 1: SYNC = 47 HEX cho gói truyền tải MPEG

Ví dụ 2: SYNC = 00 HEX khi luồng gói chung lối vào không có byte đồng bộ (như vậy ở thiết bị thu, sau khi mã hóa CRC-8 sẽ gỡ bỏ trường CRC-8 mà không chèn lại byte đồng bộ)

Ví dụ 3: SYNC = not liên quan tới luồng vào chung liên tục

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

UP trong khung (bít đầu của CRC-8) SYNCD = 65535D nghĩa là không có UP bắt đầu trong trường dữ liệu

CRC-8 (1 byte): mã dò tìm lỗi áp dụng cho 9 bytes đầu của trường BBHEADER

CRC-8 sẽ tính toán sử dụng mạch mã hóa (chuyển vào A cho 72 bíts, vào B cho 8 bíts)

Yêu cầu truyền phát trường BBHEADER là từ bít có trọng số lớn nhất MSB của trường TS/GS

Bảng 3 thể hiện trường BBHEADER và cách chia tách cho dịch vụ quảng bá luồng truyền tải đơn

0 = không hoạt động

1 = hoạt động

0 = không hoạt động

00 = 0.35

01 = 0.25

10 = 0.20

11 = dự trữ

Bảng 3: BBHEADER (các thuộc tính thích nghi) và chính sách cho dịch vụ quảng bá

đơn luồng truyền tải

8

K (bch) – 80(D)

Không timeout Không đệmthêm Không khung giả

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

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

2.2.2.2 Luồng thích nghi

Luồng thích nghi (xem hình 2.1 và 2.4) cung cấp cách thêm phần đệm vào để

đảm bảo (các bít K bch ) khung BBFRAME có độ dài không đổi và cách xáo trộn K bch

phụ thuộc vào tốc độ FEC như trong bảng 4 Việc đệm thêm có thể áp dụng trong hoàn cảnh mà dữ liệu sử dụng tồn tại cho truyền phát nhưng không đủ lấp đầy một khung BBFRAME, hoặc là khi một số lượng bít Ups được chỉ định trong khung BBFRAME

Luồng vào có thể là trường BBHEADER theo sau bởi trường dữ liệu Luồng ra

là khung BBFRAME

Hình 2.4 Định dạng khung BBFRAME ở lối ra khối chuyển đổi

2.2.2.2.1 Quá trình độn bít

(K bch – DFL – 80) các bít 0 có thể xuất hiện sau trường dữ liệu Điều này đảm

bảo khung BBFRAME có độ dài các bít K bch là không đổi Với các ứng dụng quảng

bá, DFL = K bch – 80, nên không có đệm thêm

2.2.2.2.2 Xáo trộn BB

Khung BBFRAME hoàn chỉnh được ngẫu nhiên hóa Chuỗi ngẫu nhiên sẽ đồng

bộ với khung BBFRAME, bắt đầu từ bít MSB và kết thúc sau chuỗi bít K bch Chuỗi xáo trộn được sinh bởi quá trình phản hồi dịch thanh ghi Đa thức để sinh ra chuỗi giả ngẫu nhiên là:

1 + x14 + x15 Quá trình nạp chuỗi (100101010000000) vào trong thanh ghi PRBS như hình 2.5 được thực hiện ở khởi đầu mỗi khung BBFRAME

Mỗi khung BBFRAME (các bít K bch) được xử lý bởi khối mã hóa FEC, sẽ tạo ra khung FECFRAME ( nldpc bít) Kiểm tra bít chẵn lẻ (LDPCFEC) của mã hóa trong có mặt sau trường BCHFEC

Hình 2.6 Khuôn dạng trước khi chèn bít

(nldpc = 64 800 bít cho khung FEC thường, nldpc =16 200 cho khung FEC ngắn)

Bảng 4a đưa ra các thông số mã hóa FEC cho khung FEC thường, và 4b cho khung FEC ngắn

Bảng 4a: Thông số mã hóa (cho khung FEC thường)

Bảng 4b: Thông số mã hóa (khung ngắn)

2.2.2.3.1 Mã hóa ngoài BCH

Mỗi t-error sửa lỗi mã BCH (N bch , K bch) có thể áp dụng cho từng khung

BBFRAME (K bch) nhằm tạo một gói bảo vệ lỗi Các thông số mã BCH cho nldpc =

64800 được đưa ra trong bảng 4a, nldpc= 16200 trong bảng 4b

Đa thức sinh t-error của mã hóa sửa lỗi BCH thu được từ nhân đa thức t đầu tiên trong bảng 5a cho trường hợp nldpc = 64800 và trong bảng 5b cho trường hợp

nldpc= 16200

Bảng 5a: Đa thức sinh BCH (khung thường)

Bảng 5b: Đa thức sinh BCH (khung ngắn)

Bít thông tin của mã hóa BCH m = ( , , …, , ) trên một

được theo cách sau:

- Nhân đa thức sinh

Mã hóa LDPC mã hóa khối mã thông tin có kích thước ,

Các thông số của mã hóa LDPC (n ldpc , k ldpc) đưa ra trong bảng 4a và 4b Với mode tương thích ngược

a Mã hóa trong cho khung FEC thường

Nhiệm vụ của mã hóa là xác định n ldpc – k ldpc bít chẵn lẻ ( , ,…, ) cho mỗi khối của k ldpc bít thông tin, ( , ,…, ) Kết quả từ các bước sau:

- Đặt các giá trị ban đầu:

- Tích lũy bít thông tin đầu tiên , địa chỉ bít chẵn lẻ xác định bằng cách thực hiện

phép toán logic xor với Ví dụ trường hợp n ldpc = 64800, và tỷ lệ mã 2/3