Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB t2 và kết quả đo kiểm thực tế tại việt nam

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AIIM Association of Image and Infomation Hiệp hội hình ảnh và thông tin ANSI American National Standard Institule Tiêu chuẩn quôc gia Mỹ CCIR Comite’

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐOÀN VIỆT ĐỨC

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2

VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐOÀN VIỆT ĐỨC

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2

VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ TẠI VIỆT NAM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

MÃ SỐ: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ THÁI TRỊ

HÀ NỘI – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Truyền hình số mặt đất theo tiêu

chuẩn DVB-T2 và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam” là sản phẩm do tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn của TS.Ngô Thái Trị Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tận tình và chu đáo để tôi có môi trường tốt học tập và nghiên cứu

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Ngô Thái Trị và

ThS Trần Quyết Thắng người trực tiếp đã hướng dẫn, chỉ bảo tôi tận tình trong suốt

quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua Tôi xin kính chúc các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh phúc

Hà Nội, ngày 01 tháng 10 năm 2014

TÁC GIẢ

Đoàn Việt Đức

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH 8

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 12

Sơ đồ khối 13

Đặc điểm 14

Phân tán năng lượng 16

Mã ngoài và tráo ngoài 17

Mã trong 18

Hàm tín hiệu COFDM trong chuẩn DVB - T 20

Máy thu DVB - T thực tế 22

Độ chính xác tần số RF 23

Độ chọn lọc 24

Phạm vi điều khiển tự động tần số 24

Công suất RF/IF 24

Công suất tạp nhiễu 25

Độ nhạy máy thu/ dải động đối với kênh Gaussian 25

Hiệu suất công suất 25

Can nhiễu liên kết 26

Quan hệ giữa ber và tỉ số c/n khi thay đổi công suất máy phát 26

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) 28

Mô hình cấu trúc DVB-T2 30

Lớp vật lý DVB-T2 31

Những giải pháp kỹ thuật cơ bản 32

CHƯƠNG III KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 41

Mô hình thử nghiệm hệ thống DVB-T2: 42

Thiết bị sử dụng thử nghiệm: 45

Không có kênh can nhiễu 46

Kết quả khảo sát quan hệ C/N và BER với các bộ tham số trong cùng điều kiện môi trường 49

Thử nghiệm chòm sao xoay 56

Can nhiễu cùng kênh giữa DVB-T2 & DVB-T: 59

Chế độ SFN 62

Chế độ M-PLP: 63

KẾT LUẬN: 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AIIM Association of Image and Infomation Hiệp hội hình ảnh và thông tin ANSI American National Standard Institule Tiêu chuẩn quôc gia Mỹ

CCIR

Comite’ Consultatif International

des Radiocommunications

Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế

CCITT Consultative Commitee International

Telephone and Telegraph

Uỷ ban tham vấn quốc tế điện thoại

DAB Digital Audio Broadcast Phát quảng bá âm thanh số

DCT Discrete Cosin Transfom Biến đổi cosin rời rạc

DFT Discrete Fourier Transfom Biến đổi Fourier rời rạc

DPCM Diffrential Pulse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai

DSP Digital Signal Prosessor Tín hiệu số

DVB-T Digital Video Broadcasting-Terrestrial Hệ thống truyền hình số mặt đất

FDM Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FFT Fast Fourier Transfom Biến đổi Fourier nhanh

HDTV High Definition Television Truyền hình số phân dải cao

ISI Intersymbol Interfrence Nhiễu ký hiệu

ITU International Telecommunications Union Liên đoàn viễn thông quốc tế

NRZ None Return to Zero Mã nhị phân không về không

PES Packetized Elementary Stream Dòng sơ cấp

PTS presentation time stamp Nhãn thời gian trình diễn

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế pha cầu phương

SFN Sigle Frequency Networks Mạng đơn tần số

SCR system clock reference Thông tin chuẩn đồng hồ hệ thống

TDMA Time Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

VLC Variable Length Coding Mã hoá có độ dài từ mã thay đổi AWGN Aditive Wite Gaussian Noise Nhiễu cộng trắng

TPS Transmission Parameter Signalling Truyền thông số báo hiệu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T 12

Bảng 1 2: Các hoán vị trong mode 2K 20

Bảng 1 3: Các hoán vị trong mode 8K 20

Bảng 1 4: các giá trị của các khoảng bảo vệ 21

Bảng 2 1: DVB-T2 sử dụng tại Anh so với DVB-T 29

Bảng 2 2: Dung lượng dữ liệu trong mạng SFN 30

Bảng 3 1: Các thiết bị dùng để thử nghiệm 46

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1: Tiêu chuẩn DVB-T 13

Hình 1 2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất 13

Hình 1 3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống DVB-T 15

Hình 1 4: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T 16

Hình 1 5: Gói sau ghép truyền dẫn MPEG – 2 17

Hình 1 6: Các gói truyền dẫn đã được ngẫu nhiên hóa 18

Hình 1 7: Các gói chống lỗi mã 18

Hình 1 8: Cấu trúc dòng dữ liệu sau tráo ngoài 18

Hình 1 9: Mã chập gốc với tốc độ mã 1/2 19

Hình 1 10: Thời gian một symbol đã chèn khoảng bảo vệ 21

Hình 1 11: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy thu phát DVB-T 22

Hình 1 12: Máy phát DVB – T 23

Hình 1 13: Máy thu DVB - T 25

Hình 2 1: Mô hình cấu trúc DVB-T2 30

Hình 2 2: Lớp vật lý 32

Hình 2 3: Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau 32

Hình 2 5: Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K 34

Hình 2 6: Mô hình MISO 34

Hình 2 7: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(Trái) và DVB-T2(phải) 35

Hình 2 8: Đồ thị chòm sao 256-QAM 36

Hình 2 9: Chòm sao 16-QAM "xoay" 36

Hình 2 10: Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay 37

Hình 2 11: Khoảng bảo vệ đổi (GI) với 8K và 32K1/128 37

Hình 2 12: So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 38

Hình 3 1: Mô hình thử nghiệm các chế độ phát của DVB-T2 43

Hình 3 2: Mô hình thử nghiệm chế độ M-PLP 43

Hình 3 3: Can nhiễu cùng kênh giữa DVB-T2 & DVB-T 44

Hình 3 4: Thử chế độ SFN 44

Hình 3 5: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 qua hệ thống anten khi không có can nhiễu cùng kênh 46

Hình 3 6: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 qua hệ thống anten khi có can nhiễu cùng kênh 60Hình 3 7: Sơ đồ khối thử nghiệm thu, phát DVB-T2 chế độ SFN 62

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong đó có công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vượt bậc trong ba thập kỷ vừa qua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong đời sống xã hội Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực điện tử viễn thông, nó có những ứng dụng rộng rãi to lớn trong phát triển văn hóa đời sống tinh thần xã hội Trong hơn một thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ của công nghệ truyền hình từ phương thức tương tự xang công nghệ số Ở Việt Nam quá trình chuyển đổi này thực sự ngoạn mục với sự phổ cập từng bước trong lĩnh vực truyền hình quảng bá và truyền hình trả tiền Từ đầu những năm 90 cho đến nay nghành truyền hình đã ứng dụng các thành tựu về công nghệ truyền hình số trong truyền dẫn vệ tinh, phát triển mạng truyền hình cáp và phổ cập hệ thống truyền hình số mặt đất

Truyền hình số đã được áp dụng đầu tiên ở công ty VTC hơn 10 năm qua, sự phát triển

hệ thống truyền hình số của VTC đã góp phần quan trọng đưa các thông tin về kinh tế chính trị, văn hóa thể thao giải trí phong phú đến đông đảo công chúng ở các địa phương với chất lượng cao

Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công, được nhiều nước chấp nhận Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai Mặt khác, nhu cầu về phổ tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng cấp thiết Từ đó đã phát triển lên chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2

Việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính công nghệ của tiêu chuẩn truyền số DVB-T trong quá trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiệm vụ cần thiết đối với các cơ quan nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng như cán bộ kỹ thuật nghiên cứu trong lĩnh vực này Đó là lý do em chọn luận văn: “Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam” Trong quá trình nghiên cứu về DVB-T2 đã

có nhiều công trình về đo kiểm hệ thống DVB-T2 như đề tài: “Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam” của Thạc Sỹ Tô Thị Thu Trang bảo vệ năm 2012 về vấn đề đo kiểm vùng phủ sóng của DVB-T2 tại Việt Nam so với lý thuyết Tuy cùng tên đề tài nhưng đề tài của em có mục tiêu đo kiểm chất lượng để đưa ra bộ thông số chuẩn cho các thiết bị thu phát tại Việt Nam

Bố cục luận văn bao gồm bốn chương:

Chương 1: Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T

Chương 2: Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu thế hệ thứ 2 (DVB-T2 Chương 3: Kết quả thử nghiệm

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự hướng dẫn khoa học tận tình của thầy giáo TS Ngô Thái Trị, Th.s Trần Quyết Thắng luận văn đã được hoàn thành Do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự đóng góp của các thầy cô cùng bạn bè

CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T

Giới thiệu về truyền hình số mặt đất DVB – T

Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB đã khởi đầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn

DVB-T đã được tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Ầu (ESDVB-TI: European Telecommunication Standards Institute) Hiện nay tiêu chuẩn này đã được các nước Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận Năm 2001 đài truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn nó làm tiêu chuẩn để phát sóng cho truyền hình mặt đất trong những năm tới DVB là sơ đồ truyền dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2, là một phương pháp phân phối từ một điểm tới nhiều điểm video và audio số chất lượng cao có nén Trong truyền hình số mặt đất không thể sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang được vì multipath sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chỉ tiêu kĩ thuật của truyền sóng mang đơn tốc độ cao vì lý do này OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB-T DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được

sử dụng

Hệ thống trạm mặt đất DVB- T: Các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà cao có thể lên tới hàng chục µs Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó bên phía thu buộc phải khai thác tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể

Khoảng cách sóng mang (1/TU) 4464 Hz 1116 Hz

Phương thức điều chế QPSK; 16-64 QAM QPSK; 16-64 QAM

Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ và cho các mạng SFN loại nhỏ

có khoảng cách bộ truyền giới hạn, nó sử dụng 1705 sóng mang con Kiểu 8K có thể được sử dụng cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ cũng như cho các mạng SFN loại nhỏ và lớn; nó sử dụng 6817 sóng mang con Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của kênh thì dùng nhiều sóng mang càng tốt Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều, mạch sẽ phức tạp hơn, trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện các chip điều chế còn đắt người ta thường dùng mode 2K vì công nghệ chế tạo chip đơn giản và

rẻ hơn

Bảng 1 1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T

Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh có thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm ns) Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích DVB- T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM

Hình 1 1: Tiêu chuẩn DVB-T

Có thể chia dòng bít truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong ghép kênh FDM Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính: mode 2k cho các mạng chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian Symbol hiệu dụng Tu = 224 µs) và mode 8k cho SFN (tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian Symbol hiệu dụng Tu =

86 µs)

Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ AM - QAM (4,16 hay 32 QAM) Điều chế COFDM bản chất là phađing tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều chế ở tốc độ bít trung bình (tốc độ Symbol vào khoảng 1 hay 4 Kbaud tương ứng với mode 2k hay 8k) và khoảng thời gian rất dài so với thời gian đáp ứng thay đổi kênh

+) Tín hiệu Video có tốc độ bít rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bít lên đến 270 Mbps Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8 MHz có thể đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bít bằng cách nén tín hiệu video

- Mã hoá nguồn dữ liệu (source coding):

Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tần số nén khác nhau Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG- 2 Việc mã hoá 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 vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai nghe người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bít thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng

Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn

- Mã hóa kênh:

Gói và đa hợp Video, Audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu phụ ở đây là dòng truyền tải MPEG- 2 Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền

Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Solomon Mã Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả năng sửa lỗi rất cao

Reed Điều chế:

Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã hoá truyền dẫn, mã hoá kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do phadinh, tạp nhiễu

- Do phân bố tần số khá dầy trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét

Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không thực tế Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất như DVB-T của châu

Âu và ATSC của Mỹ đã khắc phục được phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình

số mặt đất so với vệ tinh và cáp Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại:

- Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự có thể phát một chương trình truyền độ phân dải cao (HDTV) hoặc nhiều chương trình truyền hình số có độ phân dải thấp hơn

- Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu v.v

- Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tay hoặc thu lưu động ngoài trời

- Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trinh có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDVT) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại

- Có dung lượng lớn chứa âm thanh và các dữ liệu

Điều chế trong truyền hình số

Tiêu chuẩn được đi sâu nghiên cứu ở Việt Nam là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB - T

Xét sơ đồ khối chức năng của hệ thống truyền hình số theop tiêu chuẩn Châu Âu

Sơ đồ gồm có hai khối chính

Hình 1 3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống DVB-T

- Mã hóa nguồn MPEG - 2 và ghép kênh Nhận dòng tín hiệu đầu vào là video tương tự, có thể là tín hiệu tổng hợp hoặc riêng lẻ từng tín hiệu màu và tín hiệu chói Khối sẽ thực hiện chuyển đổi tương tự thành số rồi thực hiện mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG - 2 để làm giảm tốc độ dòng cho phù hợp với kênh truyền

- Điều chế COFDM (bộ thích nghi kênh truyền mặt đất) Dữ liệu qua khối này được xử lý qua các quá trình sau:

 Thích nghi ghép truyền dẫn và ngẫu nhiên hóa để phân tán đồng đều năng lượng dòng bit

Mã hóa kênh và điều chế trong DVB – T

Phân tán năng lượng

Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính là đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG - 2 Chiều dài tổng cộng của mỗi gói sau

bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chứa từ mã đồng bộ Thứ tự xử lý ở phía phát luôn luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) của byte chứa từ mã đồng bộ Để đảm bảo các chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép kênh MPEG -

2 đầu vào hệ thống được mã hóa

Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx

Dãy PRBS: 00000011

Hình 1 4: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T

Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15

Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của mỗi lượt 8 gói truyền dẫn Để cung cấp tín hiệu khởi tạo cho bộ descrambler, byte đồng

bộ của gói truyền dẫn đầu tiên trong nhóm 8 gói có các bit được đảo lại Toàn bộ quá trình được gọi là quá trình thích nghi ghép truyền dẫn

Bit đầu tiên tại đầu ra bộ tạo PRBS sẽ là bit đầu tiên (MBS) của byte đầu tiên sau byte từ mã đồng bộ đã được đảo Để hỗ trợ thêm các chức năng đồng bộ, trong thời gian của các byte đồng bộ của 7 gói truyền dẫn ngay sau đó, chuỗi PBRS vẫn được tạo nhưng lại không lấy ra khiến các byte đồng bộ này không được ngẫu nhiên hóa Vì thế chu kỳ của PRBS là 1503 byte

Quá trình ngẫu nhiên hóa cũng ở trạng thái tích cực khi dòng bit đàu vào bộ điều chế không tồn tại hoặc không cùng định dạng với dòng bit MPEG - 2

Mã ngoài và tráo ngoài

Mã ngoài và tráo ngoài sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đàu vào theo hình vẽ (1.5) Mã rút ngắn reed - solomon RS (204,188,t=8) được thực hiện với từng gói đã được ngẫu nhiên hóa (188 byte) như hình (1.6) để tạo ra gói có tính chống lỗi Mã RS cũng được thực hiện với byte đồng bộ Gói dữ liệu đó có thể được đảo hoặc không đảo

Đa thức mã: g(x) = (x+λ0)(x+ λ 1) (x+ λ 15)

Đa thức tạo thường: p(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + x1

Mã RS rút ngắn được thực hiện bằng cách thêm vào 51 byte thiết lập 0 trước các byte thông tin tại đầu vào bộ mã hóa Sau thủ tục mã hóa RS, các byte NULL này sẽ được loại bỏ để có được từ mã dài 204 byte

Hình 1 5: Gói sau ghép truyền dẫn MPEG – 2

cr mode truyền phân cấp và không phân cấp Các đa thức sinh mã chập gốc của bộ tạo

mã là:

Đầu ra X: G1 = 171OCT

Hình 1 6: Các gói truyền dẫn đã được ngẫu nhiên hóa

Đầu ra Y: G2 = 133OCT

Hình 1 9: Mã chập gốc với tốc độ mã 1/2

Nếu sử dụng truyền dẫn phân cấp thi mỗi bộ mã hóa kênh (trong hai bộ song

song) có thể có tốc độ mã riêng rẽ Mã chập gốc không chỉ có tốc độ ½ mà còn có tốc

ưu tiên thấp thành 4 dòng con Điều này được thực hiện với cả hai chế độ điều chế QAM đồng nhất và không đồng nhất

b) Tráo symbol

Mục đích của tráo symbol là ánh xạ các từ mã Y bit lên 1512 sóng mang (trong mode 2k) hay 6048 sóng mang (trong mode 8k) thuộc một symbol OFDM Bộ tráo symbol thực hiện tráo các khối 1512 hay 6048 symbol dữ liệu

Vì thế, trong mode 2k, 12 nhóm * 126 từ dữ liệu bộ tráo bit được đọc tuần tự vào vector Y = (y’0,y’1,y’2 ,y’1511) và trong mode 8k tương tự là vector Y= (y’0, y’1, y’ 2,y’6047) được đọc tuần tự từ 48 nhóm * 126 từ dữ liệu Đầu ra bộ tráo là vector Y = (y’0, y’1,

y’2,y’max-i) được định nghĩa YH(q) = y’q với các symbol chẵn (q = 0,1 Nmax-i); Yq = y’H(q) với các symbol lẻ ( q = 0,1 Nmax-i )

Chỉ số symbol xác định vị trí symbol OFDM trong khung OFDM là hàm hoán vị Một vector Ri được tạo ra tò vector R’i bằng các hoán vị bit như trong hai bảng sau

Hàm tín hiệu COFDM trong chuẩn DVB - T

Tín hiệu phát được tổ chức thành các khung Mỗi khung có chu kỳ Tf chứa 68 symbol OFDM Bốn khung như vậy tạo thành một siêu khung

Mỗi symbol được tạo thành bởi một tập các sóng mang con Trong mode 2k số sóng mang con là k = 1705 và mode 8k là k = 6817 Mỗi sóng mang có khoảng thời gian tồn tại Ts, bao gồm hai phần là thời gian hữu ích cho thông tin Tu và thời gian phòng vệ

∆ nằm ngay trước Tu và chứa phần sườn giảm của tín hiệu trong Tu Có thể có các lựa chọn sau cho khoảng phòng vệ ∆

Nếu như không tính đến tổ chức khung thì ta có hàm tín hiệu khi chưa lên cao tần dạng công thức

Bảng 1 2: Các hoán vị trong mode 2K

Bảng 1 3: Các hoán vị trong mode 8K

Chỉ thay N bởi Kmax và n bởi k

Hình 1 10: Thời gian một symbol đã chèn khoảng bảo vệ

Tín hiệu được tổ chức thành các khung gồm 68 sym bol OFDM nên hàm có dạng

Và khi nhân lên với tần số cao tần fc để phát đi thì ta được số phức và hàm tín hiệu ra khỏi máy phát sẽ là phần thực

Trong đó

K: số sóng mang

l: chỉ số symbol OFDM trong một khung

Bảng 1 4: các giá trị của các khoảng bảo vệ

m: chỉ số khung truyền

k: chỉ số sóng mang trong một symbol

Tu: nghịch đảo của khoảng cách giữa hai sóng mang

Fc: tần số trung tâm của tín hiệu cao tần

Xmi;k: symbol tổ hợp cho sóng mang thứ k của symbol dữ liệu thứ 1 trong khung thứ m

Máy thu DVB - T thực tế

Hình 1 11: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy thu phát DVB-T

- Anten: Thường dùng anten có nhiều chấn tử dẫn xạ, 1 chấn tử chủ động, một số chấn tử phản xạ

- Bộ splitter: Bộ chia tín hiệu từ một ngõ vào sẽ cho ra nhiều ngõ ra

- Bộ nhận: Là đầu thu kỹ thuật số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T có chức năng giải điều chế, giải mã truyền dẫn (kênh), giải đa hợp/ sửa lỗi, giải mã nguồn, biến đổi số sang tương tự

Tín hiệu truyền hình kỹ thuật số thu được từ Anten Yagi sẽ đưa qua bộ chia Sliptter thành nhiều đường tín hiệu, mỗi đường ra được đưa vào đầu kỹ thuật số sẽ cho ra tín hiệu hình và tín hiệu tiếng như ban đầu Hai tín hiệu này được đưa vào bộ mã hóa để thực hiện mã hóa các kênh truyền hình, tín hiệu sau đó sẽ được điều chế lại với sóng mang được chọn lựa theo sự sắp xếp các kênh truyền hình hữu tuyến trong cáp đồng trục

+) Máy thu hình số DVB-T EFA (của hãng Rohde & Schwarz, Đức) thỏa mãn tiêu chuẩn ETS300744 có thể thu, giải điều chế, giải mã và phân tích tín hiệu OFDM Máy thu EFA có các khả năng sau đây:

- Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz

- Mode điều chế: 2K/8K

- Đồ thị chòm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM

- Tỉ lệ mã hóa: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8

- Khoảng bảo vệ: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32

- Giải điều chế phân lớp: α = 2,4

- Sửa lỗi Reed-Solomom: RS (204/188)

- Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz

+ Tín hiệu đi vào máy thu hình từ anten 1 tín hiệu OFDM Sau khi biến đổi xuống (down converter), ta có tín hiệu trung tần IF 36MHz Tín hiệu này được lọc bằng các mạch lọc Saw khác nhau (phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) và cộng nhiễu Gauss bên trong Tiếp theo, tín hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng cách sử dụng

bộ tạo dao động điều khiển số Phép biến đổi FFT (2K/8K) biến đổi tín hiệu từ miền thời gian vào miền tần số Sau đó xấp xỉ kênh được dùng để sửa biên độ/pha/độ trễ của tín hiệu làm cho hầu hết các xung bị suy giảm trong khi truyền dẫn RF Tiếp theo, các gói dữ liệu được dùng cho bộ giải mã chập Viterbi, bộ giải chèn dữ liệu, bộ giải mã Reed-Solomon và bộ giải ngẫu nhiên hóa dữ liệu (phân tán năng lượng) Cuối cùng, giao diện MPEG-2 đưa dòng truyền MPEG-2 đã giải điều chế đến đầu ra phần cứng (TSSPi, TSASi)

+ Máy thu hình số EFA 1 máy thu chuyên dụng, ngoài chức năng trên, nó còn cho phép thực hiện nhiều phép đo và hiển thị các thông số sau: đồ thị chòm sao, các thông

số OFDM, hiển thị tỉ số lỗi điều chế MER, đồ thị I/Q, xấp xỉ kênh, phân tích phổ, hàm phân bố biên độ, chức năng phân bố tích lũy CCDF, đáp ứng xung

Các thông số đo kiểm tra

Có nhiều phép đo để đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T Các thông số càn thiết để đo và kiểm tra như:

Độ chính xác tần số RF

Hình 1 12: Máy phát DVB – T

- Mục đích: Nhằm xác định độ chính xác của tần số cao tần (RF) trong quá trình

xử lý tín hiệu trong hệ thống OFDM

- Giao diện: Ngõ ra hai khối nâng tần và khuếch đại công suất

- Phương pháp: Các sóng mang ngoài cùng trong tín hiệu DVB-T là các sóng mang hoa tiêu liên tục Các tần số này được đo (nếu cần thiết thì sử dụng nguồn tham chiếu có độ chính xác cao) và tính trung bình của hai giá trị

Độ chọn lọc

- Mục đích: Nhằm nhận biết khả năng loại bỏ can nhiễu ngoài kênh máy thu

- Giao diện: Việc đo - kiểm tra mức tín hiệu đầu vào và can nhiễu được thực hiện tại ngõ vào máy thu và sử dụng ngõ ra hai khối giải mã trong và giải mã tráo ngoài cho bộ kiểm tra BER

- Phương pháp: Công suất đầu vào được điều chỉnh đến 10db trên mức công suất tối thiểu Ngưỡng C/I cần thiết để đảm bảo “hầu như không có lỗi” (QEF) sau bộ giải mã RS (BER <10-4 trước bộ giải mã RS) được đo như một hàm số của tần số can nhiễu CW (continuous wave)

Công suất RF/IF

- Mục đích: Để đo công suất tín hiệu hoặc công suất mong muốn

- Giao diện: Từ ngõ ra khối D/A máy phát đến ngõ vào khối A/D máy thu

- Phương pháp: Công suất tín hiệu được định nghĩa bằng công suất trung bình của tín hiệu và được đo bởi bộ cảm ứng công suất nhiệt Khi sử dụng máy phân tích phổ hoặc máy thu chuẩn cần tích hợp công suất tín hiệu bên trong dải thông của tín hiệu

Hình 1 13: Máy thu DVB - T

Công suất tạp nhiễu

- Mục đích: Để đo công suất tạp nhiễu, nhân tố suy giảm chất lượng đáng kể trong mạng truyền dẫn

- Giao diện: Từ ngõ vào máy thu đến khối A/D

- Phương pháp: Công suất tạp nhiễu (công suất trung bình), hoặc công suất không mong muốn có thể đo bằng máy phân tích phổ (ngoài dịch vụ) Công suất tạp nhiễu được xác định trong dải thông của tín hiệu OFDM (n X fSPACING)

Độ nhạy máy thu/ dải động đối với kênh Gaussian

- Mục đích: Nhằm xác định công suất đầu vào tối đa và tối thiểu đối với hoạt động bình thường của máy thu để phục vụ công tác quy hoạch

- Giao diện: Kiểm tra tín hiệu đầu vào máy thu và kiểm tra BER trước RS ở ngõ vào và ngõ ra của khối Giải mã tráo ngoài

- Phương pháp: Đo công suất đầu vào tối đa và tối thiểu ứng với sau bộ giải điều chế RS Dải động là hiệu của hai giá trị

Hiệu suất công suất

- Mục đích: Để so sánh hiệu suất tổng thể của các máy phát số DVB

- Giao diện: Ngõ ra khối Khuếch đại công suất bên máy phát

- Phương pháp: Hiệu suất công suất là tỉ số giữa công suất ra của tín hiệu truyền hình số DVB trên tổng công suất tiêu thụ của toàn bộ dây chuyền từ đầu vào dòng truyền tải (TS) đến đầu ra tín hiệu cao tần RF bao gồm tất cả thiết bị cần thiết để

hoạt động như quạt, biến áp.v.v Kênh công tác và điều kiện môi trường cần được xác định rõ

Can nhiễu liên kết

- Mục đích: Để xác định bất kỳ can nhiễu liên kết nào có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của việc phân tích I/Q hoặc đo, kiểm tra BER

- Giao diện: Từ ngố vào máy thu đến ngõ vào khối A/D

- Phương pháp: Phép đo được thực hiện bằng máy phân tích phổ Độ phân giải của dải thông được suy giảm theo từng bậc (stepwise) sao cho mức hiển thị của sóng mang đã điều chế (và tín hiệu hoa tiêu không điều chế do ảnh hưởng của khoảng bảo vệ) bị giảm Can nhiễu cw không bị ảnh hưởng bởi quá trình này và có thể nhận biết bằng cách tính trung bình tích hợp

Quan hệ giữa ber và tỉ số c/n khi thay đổi công suất máy phát

- Mục đích: Để đánh giá Ber của một máy phát khi tỉ số sóng mang trên nhiễu (C/N) thay đổi, phép đo được lập lại với các giá trị công suất phát ra trung bình khác nhau Phép đo này có thể được sử dụng để so sánh chất lượng kỹ thuật một máy phát so với lý thuyết hoặc so với các máy phát khác

- Giao diện: Từ ngõ ra Mã trong bên máy phát đến bộ Giải mã trong bên máy thu

- Phương pháp: Một chuổi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) từ ngõ ra khối Mã trong máy thu được đưa đến khối Tráo trong thì giá trị của tỉ số C/N được thiết lập tại đầu vào máy thu kiểm tra (test receiver) bằng cách cộng thêm nhiễu Gaussian và Ber của chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên được đo tại điểm vào của khối Giải mã trong bằng máy đo Ber Phép đo được lặp lại với các giá trị công suất phát ra trung bình khác nhau

Một máy phát thử nghiệm sẽ tạo ra 223-1 PRBS như được định nghĩa bởi ITU-T Rec.0.151 Để đo công suất nhiễu và công suất sóng mang, bề rộng dải thông được xác định bằng n x fSPACING, với n là số sóng mang tích cực (6817 hoặc 1705 sóng mang trên kênh 8MHz và fSPACING là khoảng cách giữa các tần số sóng mang OFDM)

Kết luận chương I

Qua chương I ta có thể rút ra kết luận:

 Truyền hình số mặt đất DVB - T làm việc theo 2 mode 2K và 8K

 Hệ thống DVB - T sử dụng điều chế COFDM, là phương pháp điều chế sóng mang được thiết kế để khắc phục hiện tượng phản xạ đa đường

 Để thực hiện truyền dẫn chính xác, DVB - T sử dụng phân tán năng lượng dòng bit và mã sửa sai RS (Reed - Solomon)

 Tín hiệu truyền dẫn được tổ chức thành các khung Mỗi khung gồm 68 symbol OFDM Các symbol này có thể chứa dữ liệu và thông tin tham chiếu.

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

Từ đó, nhóm DVB Project đã phát triển chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2

là DVB-T2 Tiêu chuẩn này được xuất bản lần đầu tiên vào 6/2008 và được ETSI (European Telecommunication Standardisations Institute) chuẩn hóa từ tháng 9/2009 Khả năng gia tăng dung lượng trong một multiplex truyền hình số mặt đất là một trong những ưu điểm chính của chuẩn DVB-T2 So sánh với chuẩn truyền hình số hiện nay là DVB-T thì chuẩn thế hệ thứ hai DVB-T2 cung cấp sự gia tăng dung lượng tối thiểu 30% trong cùng điều kiện thu sóng và dùng các anten thu hiện có Tuy nhiên, một

số thử nghiệm sơ bộ cho rằng dung lượng trong thực tế có thể gia tăng đến gần 50% Điều này càng thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới đòi hỏi nhiều dung lượng hơn

Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2

- DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính nguyên tắc là tính tương quan giữa các chuẩn trong họ DVB Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện cao nhất đến mức có thể, ví dụ giữa DVB-S2 (tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh thế hệ thứ 2 vẫn lấy) và DVB-T2

- DVB-T2 phải kế thừa những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn DVB khác DVB-T2 phải chấp nhận 2 giải pháp kỹ thuật có tính then chốt của DVB-S2, cụ thể:

 Cấu trúc phân cấp trong DVB-S2, đóng gói dữ liệu trong khung BB (Base Band Frame)

 Sử dụng mã sửa sai LDPC (Low Density Parity Check)

- Mục tiêu chủ yếu của DVB-T2 là dành cho các đầu thu cố định và di chuyển được, do vậy, DVB-T2 phải cho phép sử dụng được các anten thu hiện đang tồn tại ở mỗi gia đình và sử dụng lại các cơ sở anten phát hiện có

- Trong cùng một điều kiện truyền sóng, DVB-T2 phải đạt được dung lượng cao hơn thế hệ đầu (DVB-T) ít nhất 30% DVB-T2 phải đạt được hiệu quả cao hơn DVB-T trong mạng đơn tần SFN (Single Frequency Network)

- DVB-T2 phải có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể Điều đó có nghĩa là DVB-T2 phải có khả năng đạt được độ tin cậy cao hơn đối với một vài dịch vụ so với các dịch vụ khác

- DVB-T2 phải có tính linh hoạt đối với băng thông và tần số

- Nếu có thể, phải giảm tỷ số công suất đỉnh/ công suất trung bình của tín hiệu để giảm thiểu giá thành truyền sóng

Trên cơ sở những tiêu chí trên, từ tháng 6/2007 đến tháng 3/2008, trên 40 tổ chức đã tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn DVB-T2, thông qua nhiều buổi hội thảo, hội nghị qua mạng và Email Cuối cùng cuối năm 2008, những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2 đã được ban hành

Với những công nghệ sử dụng trong DVB-T2, dung lượng dữ liệu đạt được tại Anh lớn hơn khoảng 50% so với DVB-T, ngoài ra DVB-T2 còn có khả năng chống lại phản

xạ nhiều đường (Multipaths) và can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVB-T

Bảng 2 1: DVB-T2 sử dụng tại Anh so với DVB-T

DVB-T2 thậm chí còn đạt được dung lượng cao hơn so với DVB-T trong mạng đơn tần (SFN) với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ (67%) DVB-T2 còn cho phép sử dụng khoảng bảo vệ lớn hơn 20% so với DVB-T, điêu này cũng đồng nghĩa với việc mở rộng vùng phủ sóng của các máy phát trong mạng SFN

Bảng 2 2: Dung lượng dữ liệu trong mạng SFN

Một số nội dung chính trong tiêu chuẩn DVB-T2

Mô hình cấu trúc DVB-T2

Hệ thống DVB-T2 được chia thành 3 khối chính ở phía phát (SS1, SS2, SS3) và

2 khối chính ở phía thu (SS4, SS5) như trình bày trong hình 2.1

Hình 2 1: Mô hình cấu trúc DVB-T2 SS1: Mã hoá và ghép kênh

Khối SS1 có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit Khối này có chức

năng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các tiêu chuẩn của DVB Đầu ra của khối là dòng truyền tải MPEG-2TS (MPEG-2Transport Stream)

SS2: Basic T2 - Gateway

Đầu vào của SS1 được định nghĩa trong [1], đầu ra là dòng T2 - MI Mỗi gói

T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN) Dòng T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến T2-FRAME Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2 Dạng thức giao diện của T2-MI được định nghĩa trong [2]

SS3: Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator)

Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng Baseband Frame và T2- Frame mang trong dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame

SS4: Giải điều chếDVB-T2 (DVB-T2 Demodulator)

Bộ giải điều chế SS4 nhận tín hiệu cao tần (RF Signal) từ một hoặc nhiều máy phát (SFN Network) và cho một dòng truyền tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu ra

SS5: Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder)

Bộ giải mã SS5 nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu vào và cho tín hiệu video/audio tại đầu ra

Lớp vật lý DVB-T2

Mô hình lớp vật lý của DVB-T2 được trình bày trong hình 2.2 Đầu vào hệ thống

có thể bao gồm một hoặc nhiều dòng truyền tải MPEG-TS hoặc dòng GS (Generic Stream)

Đầu ra của lớp vật lý là tín hiệu cao tần RF Tín hiệu đầu ra cũng có thể được chia thành hai đường để cung cấp cho anten thứ 2, thường là 1 máy phát khác Việc xử

lý dòng dữ liệu vào và FEC phải được lựa chọn sao cho có khả năng tương thích với cơ chế sử dụng trong DVB-S2 Điều đó có nghĩa, DVB-T2 phải có cùng cấu trúc baseband-frame, baseband-header, gói "0' (Null packet) LDPC/BCH FEC và đồng bộ dòng dữ liệu như DVB-S2

Các thông số COFDM của DVB-T cũng được mở rộng so với DVB-T, trong đó bao gồm:

- FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K

- Khoảng bảo vệ: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, #

- Pilot phân tán : 8 biến thể khác nhau phù hợp với các khoảng bảo vệ khác nhau

- Pilot liên tục: tương tự như DVB-T, tuy nhiên tối ưu hơn

Việc có một khoảng lựa chọn rộng hơn các thông số COFDM cùng với mã sửa sai mạnh hơn, cho phép DVB-T2 đạt được dung lượng cao hơn DVB-T gần 50% đối với mạng MFN và thậm chí còn lớn hơn đối với mạng SFN.

DVB-T2 còn có một số tính chất mới góp phần cải thiện chất lượng hệ thống

- Cấu trúc khung (Frame Structure), trong đó có chứa symbol nhận diện đặc biệt được sử dụng để quét kênh (channel scanning) và nhận biết tín hiệu nhanh hơn

- Chòm sao xoay, nhằm tạo nên tính đa dạng trong điều chế tín hiệu, hỗ trợ việc thu tín hiệu có tỷ lệ mã sửa sai lớn

- Các giải pháp kỹ thuật đặc biệt nhằm giảm tỷ số giữa mức đỉnh và mức trung bình của tín hiệu phát

- Tuỳ chọn đối với khả năng mở rộng khung dữ liệu trong tương lai

Những giải pháp kỹ thuật cơ bản

Ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLP)

Đòi hỏi của thị trường đối với độ tin cậy của các dịch vụ và sự cần thiết phải có các loại dòng dữ liệu khác nhau đã dẫn tới khái niệm "ống" lớp vật lý hoàn toàn trong suốt có khả năng truyền tải dữ liệu độc lập với cấu trúc và các thông số PLP khác nhau

Cả dung lượng và độ tin cậy đều có khả năng điều chỉnh cho phù hợp với từng nhà cung cấp nội dung/dịch vụ, tuỳ thuộc vào loại đầu thu, môi trường

DVB-T2 còn cho phép "gán" các giá trị: đồ thị chòm sao, tỷ lệ mã và tráo thời gian cho từng PLP, ngoài ra còn "dạng thức hoá" nội dung theo cùng một cấu trúc khung

"baseband frame" như được áp dụng trong DVB-S2

Hình 2 3: Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau

Đặc biệt, một nhóm dịch vụ có thể cùng chia sẻ một thông tin chung, ví dụ bảng PSI/SI hoặc CA Để tránh phải truyền "đúp" các thông tin này đối với từng PLP, DVB-T2 có chứa "PLP chung" được chia sẻ bởi một nhóm PLP Như vậy, máy thu phải giải

mã 2 PLP tại cùng 1 thời điểm khi thu một dịch vụ: PLP dữ liệu và PLP chung đi kèm Hai mode đầu vào, do đó được định nghĩa: đầu vào mode A sử dụng duy nhất một PLP

và đầu vào mode B sử dụng nhiều PLP

Đầu vào mode A

Đầu vào mode A là mode đơn giản nhất ở đây chỉ có duy nhất một PLP được sử dụng, truyền tải duy nhất một dòng dữ liệu Hệ quả độ tin cậy của các nội dung thông tin giống nhau như đối với DVB-T

Đầu vào mode B

Đầu vào mode B là mode tiên tiến được sử dụng cho nhiều PLP (hình 2.4) Ngoài

độ tin cậy cao đối với các dịch vụ nhất định, mode B còn cho phép khoảng tráo thời gian dài hơn và tiết kiệm năng lượng hơn đối với đầu thu

Hình 2 4: T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode Băng tần phụ (1 7 Mhz và 10 Mhz)

Để đáp ứng các dịch vụ chuyên dụng, ví dụ truyền tín hiệu từ camera về một studio lưu động, DVB-T2 còn bao gồm tuỳ chọn băng tần 10Mhz Các máy thu dân dụng không hỗ trợ băng tần này DVB-T2 còn sử dụng cả băng tần 1.712 Mhz cho các dịch vụ thu di động (trong băng III và băng L)

Các mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K)

Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thước FFT lớn Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể trải rộng hơn, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ trên một symbol được sử dụng đế truyền tải dữ liệu Độ lợi (gain) đạt được ở giữa 1.4% (8Kmode) và 2.1% (32Kmode) Hình dưới so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thường và 32K trong mode sóng mang mở rộng Sóng mang mở rộng là 1 đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thế đạt được mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng như tỷ số bảo vệ

ISO dựa trên Alamouti (trên trục tần số)

Do DVB-T hỗ trợ mạng đơn tần (SFN), sự hiện diện của tín hiệu có cường độ mạnh tương tự nhau từ 2 máy phát có thể tạo nên điểm "lõm" (deep notches) Để khắc phục hiện tượng này, máy phát đòi hỏi phải có công suất cao hơn

DVB-T2 có tuỳ chọn sử dụng kỹ thuật Alamouti: với một cặp máy phát hình Alamouti là một ví dụ của MISO (Multiple Input, Single Output), trong đó mỗi điểm của đồ thị chòm sao được truyền bởi một máy, còn máy phát thứ 2 truyền phiên bản có chỉnh sửa một chút của từng cặp của chòm sao với thứ tự ngược lại trên trục tần số

Kỹ thuật Alamouti cho kết quả tương đương với phương thức thu phân tập trên phương diện đạt được sự kết hợp tối ưu giữa hai tín hiệu, tỷ số tín/tạp cuối cùng, đó là công suất tổng hợp của hai tín hiệu trong không gian

Hình 2 6: Mô hình MISO Hình 2 5: Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K

Symbol khởi đầu (P1 và P2)

Những symbol đầu tiên của khung DVB-T2 ở lớp vật lý là các symbol khởi đầu (preamble symbols) Các symbol này truyền một số lượng hạn chế các thông tin báo hiệu bằng phương thức truyền có độ tin cậy Khung đầu tiên được bắt đầu bằng symbol P1, điều chế BPSK với độ tin cậy cao Với khoảng bảo vệ ở cả hai đầu, symbol P1 mang

7 bit thông tin (bao gồm kích thước FFT của symbol dữ liệu) Các symbol P2, số lượng được cố định cho mỗi kích thước FFT, cung cấp thông tin báo hiệu lớp 1 kể cả tĩnh, động và khả năng cấu trúc

Các bit đầu tiên của thông tin báo hiệu (L1 - Pre-signalling) có phương thức điều chế và mã hoá cố định, các bit còn lại (L1 - Post-signalling) tỷ lệ mã được xác định là 1/2 nhưng phương thức điều chế có thể được lựa chọn giữa QPSK, 16-QAM và 64-QAM Symbol P2 nói chung, còn chứa dữ liệu PLP chung và/hoặc PLP dữ liệu

Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern)

Pilot phân tán ((Scattered Pilots) được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được "cấy" vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số Pilot phân tán được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đường truyền

Hình 2 7: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T(Trái) và DVB-T2(phải)

Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, DVB-T2 tiếp cận một cách linh hoạt hơn, bằng cách định nghĩa

8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo

vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt

Đối với Pilot liên tục, tỷ lệ phần trăm của DVB-T2 phụ thuộc vào kích thước FFT

và đạt khoảng từ 0.7÷ Pilot phân tán cho phép giảm thiểu độ "vượt mức" (overhead) từ 45% đối với 8K, 16K và 32K

Phương thức điều chế 256-QAM

Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang (có nghĩa là 6bit/tế bào OFDM) ở DVB-T2, phương thức điều chế 256QAM (hình 2.8) cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu xuất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước Thông thường,

cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng 1/2 so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể 256-QAM do vậy sẽ là một sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế

Hình 2 8: Đồ thị chòm sao 256-QAM Chòm sao xoay (Rotated Constellation)

Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay) Sau khi đã định vị, chòm sao được "xoay" một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 2.9

Hình 2 9: Chòm sao 16-QAM "xoay"

Hình 2 10: Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay

Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau Nếu có một thành phần bị huỷ hoại trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin Kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7dB trên kênh có phađing Độ lợi này còn lớn hơn trên kênh 0dB phản xạ (SFN) và kênh xoá (nhiễu đột biến, phađing

có chọn lọc) (Hình 2.10) Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn

Hình 2 11: Khoảng bảo vệ đổi (GI) với 8K và 32K1/128

Mã sửa sai LDPC/BCH

Trong khi DVB-T sử dụng mã sửa sai trong và ngoài là mã cuốn và mã R-S (Convolutional and Reed-Solomon Codes), DVB-T2 và DVB-S2 sử dụng LDPC/BCH Các mã này cho phép khả năng bảo vệ tốt hơn, truyền nhiều dữ liệu hơn trên cùng một kênh thông tin

Mã sửa sai kiểm tra độ ưu tiên cường độ thấp LDPC (low-density parity check code) là một lớp các mã khối tuyến tính tương ứng là một ma trận kiểm tra độ ưu tiên

H Ma trận H chỉ gồm các số 0 và 1 nằm rải rác Điều đó có nghĩa rằng cường độ của các số 1 trong ma trận này rất thấp Việc mã hoá được thực hiện bằng các phương trình biến đổi từ ma trận H để tạo ra các bit kiểm tra độ ưu tiên Việc giải mã được thiết lập bằng cách sử dụng “các đầu vào mềm” (soft-inputs) kết hợp với các phương trình này

để tạo ra các ước lượng mới cho các giá trị thông tin đã được gửi Mã LDPC có thể loại trừ được các tầng lỗi Để xác định được tầng lỗi, một mã phía ngoài (mã ngoại) được thêm vào trong công nghệ LDPC, đó là mã BCH Mã ngoại BCH có hiệu quả với tầng lỗi thấp Vì vậy, tổ chức DVB đã chọn phương pháp mã ngoại BCH và mã nội LDPC là

mã sửa sai của tiêu chuẩn DVB-S2, cũng được áp dụng cho DVB-T2

Hình 2 12: So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2

Tráo bit, tế bào, thời gian và tần số

Mục đích của tráo là trải nội dung thông tin trên miền thời gian và/hoặc tần số sao cho kể cả nhiễu đột biến lẫn phađing đều không có khả năng xoá đi một chuỗi bit dài của dòng dữ liệu gốc Tráo còn được thiết kế sao cho các bit thông tin được truyền tải bởi một điểm xác định trên đồ thị chòm sao không tương ứng với chuỗi bit liên tục trong dòng dữ liệu gốc

Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak - to - average Power Ratio - PAPR)

PAPR trong hệ thống OFDM cao có thể làm giảm hiệu xuất bộ khuếch đại công