Xây dựng mạng đơn tần trong truyền hình số mặt đất

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 3 đến 5 chương trình đồng thời, với cùng một vùng phủ s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ

TẠ NAM THẮNG

XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội - 2004

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ

TẠ NAM THẮNG

XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến Điện tử và Thông

tin liên lạc

Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH PHAN ANH

Hà Nội - 2004

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ATSC Advanced Television System Committee

AWGN Additive White Gaussian Noise

BER Bit Error Rate

BPSK Binary Phase Shift Keying

CDF Cumulative Distribution Function

C/N Carrier to Noise Ratio

COFDM Coded-OFDM

CP Cyclic Prefix

DAB Digital Audio Broadcasting

DFT Discrete Fourier Transform

FEC Forward Error Correction

FFT Fast Fourier Transform

GI Guard Interval

GPS Global Possitionning System

HDTV High Definition TeleVision

ICI Inter Carrier Interference

IFFT Inverse Fast Fourier Transform

I-Q In phase - Quadrature phase

ISDB-T Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial ISI Inter Symbol Interference

MFN Multi Frequency Network

MIP Mega-frame Initialisation Packet

MP @ ML Main Profile @ Main Level

MPEG Moving Picture Experts Group

MTS MPEG- Transport Stream

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex OSI Open System Interconnection

PPS Pulse per Second

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QPSK Quaternary Phase Shift Keying

RF R Frequency

R-S Reed-Solomon

SER Symbol Error Rate

SIR Signal to Interference Ratio

SNR Signal to Noise Ratio

SP Separate Pilot

STS Synchronisation Time Stamp

SYNC Synchronisation

TS Transport Stream

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HèNH SỐ 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Cỏc phương thức truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số 2

1.3 Ba tiờu chuẩn truyền hỡnh số hiện nay trờn thế giới 4

1.3.1 Chuẩn ATSC 4

a Đặc điểm chung 4

b Phương phỏp điều chế VSB của tiờu chuẩn ATSC 4

1.3.2 Chuẩn DVB 5

1.3.3 Chuẩn ISDB-T 6

1.4 Ưu điểm của truyền hỡnh số 7

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU MẠNG TRUYỀN HèNH SỐ 9

2.1 Mở đầu 9

2.2 Mạng đơn tần 9

2.2.1 Thế nào là mạng đơn tần 9

2.2.2 Yờu cầu trong miền tần số của SFN 11

2.2.3 Yờu cầu trong miền thời gian của SFN … 12

2.2.4 Thực hiện đồng bộ hoỏ mạng đơn tần 14

2.2.5 Lợi ớch cơ bản của mạng đơn tần 15

2.2.6 ứng dụng thực tế 15

2.3 Thu di động trong mạng đơn tần 16

2.4 Cấu trỳc mạng đơn tần và phương phỏp đồng bộ thời gian 19

2.4.1 Cấu trỳc mạng đơn tần DVB-T 19

2.4.2 Đồng bộ mỏy phỏt sử dụng kỹ thuật bự trễ tĩnh 20

2.4.3 Đồng bộ mỏy phỏt sử dụng kỹ thuật bự trễ động 22

a Trễ thực của mạng (actual delay) 24

b Trễ cực đại (max delay) 25

c Nguyờn tắc của kỹ thuật bự trễ động 25

d Đồng bộ mỏy phỏt dựng kỹ thuật bự trễ động 26

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN 29

3.1 Mở đầu 29

3.2 Xây dựng mô hình mạng đơn tần 31

3.2.1 Mạng đơn tần diện rộng 31

3.2.2 Mạng đơn tần diện hẹp 32

3.3 Cơ sở OFDM trong mạng đơn tần 35

3.3.1 Thuật toán điều chế OFDM 35

3.3.2 Xử lí các đường truyền đa đường 39

3.4 Đặc tính kênh truyền 41

3.4.1 Phadinh nhanh (sort term fading) 41

3.4.2 Phadinh che lấp (Shadow fading) 46

3.5 Phõn tớch tớn hiệu thu được 49

3.5.1 Nhiễu trải nhõn tạo ở mỏy thu 49

3.5.2 Giải tương quan trờn mỗi kờnh đơn 52

3.5.3 Năng lượng của mỏy thu trờn một kờnh đơn 54

3.5.4 Hiệu suất thu trờn kờnh đơn 60

3.5.5 Hiệu suất và sự tương quan của tớn hiệu thu 61

3.5.6 Hệ số đỏnh giỏ chất lượng của mạng (Outage Probability) 65

CHƯƠNG 4 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ MẠNG ĐƠN TẦN 67

4.1 Kết quả thu được với mạng đơn tần diện rộng 68

4.2 Kết quả thu được với mạng đơn tần diện hẹp 73

4.3 Vị trớ của mỏy phỏt 81

CHƯƠNG 5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ THIẾT LẬP MẠNG ĐƠN TẦN Ở VIỆT NAM 5.1 Những điều kiện để thiết lập mạng đơn tần 84

5.2 Xây dựng mạng đơn tần cho Việt Nam 87

5.2.1 Phương án cả nước chỉ có một mạng đơn tần duy nhất 87

5.2.2 Phương án mạng đa tần cho cả phát chương trình quốc gia và phát chương trình địa phương 88

5.2.3 Phương án mạng đơn tần diện rộng phát chương trình quốc gia cùng mạng đơn tần diện hẹp cho địa phương 89

5.2.4 Phương án mạng đa tần phát chương trình quốc gia cùng mạng đơn tần diện hẹp cho địa phương 90

5.2.5 Phương án mạng đơn tần diện rộng phát chương trình quốc gia cùng mạng đa tần cho địa phương 90

5.3 Khuyến cáo phương án mạng đơn tần 91

5.4 Xây dựng mạng đơn tần cho Việt Nam 92 5.4.1 Mạng phát các chương trình quốc gia

là mạng đơn tần diện rộng 92 5.4.2 Mạng phát các chương trình địa phương

là mạng đơn tần diện hẹp 92 5.4.3 Các thông số của máy phát thử nghiệm 94 KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp tốc độ cao, 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 3 đến 5 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 10 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 nhiễu đường truyền, tránh được hiện tượng bóng hình thường hay gặp ở truyền hình tương tự

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

1997 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 1998 đã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình số tại Việt nam Tháng 7 năm 2001 Công Ty Đầu tư

và phát triển công nghệ truyền hình Việt Nam - Đài Truyền Hình Việt Nam đã nghiên cứu triển khai thành công hệ thống máy phát hình kỹ thuật số mặt đất cùng với các thiết bị thu kèm theo, đưa vào phát thử nghiệm và đã thu được kết quả hết sức khả quan

Để có thể phát huy hết được mặt mạnh của truyền hình số và để tạo thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ gia tăng của công nghệ phát hình số DVB-T như: truyền số liệu, truy cập Internet, phát thêm các chương trình phát thanh và thoại và đặc biệt cho việc thu truyền hình di động thì nhất thiết phải xây dựng một mạng đơn tần (Single Frequency Network) trong truyền hình số mặt đất Đây là một vấn đề khá hay và đã có những ứng dụng thực tế ở nhiều nước như Singapore, Đức, Australia

Nội dung của luận án là nghiên cứu về việc "Xây dựng mạng đơn tần trong truyền hình số mặt đất" là nội dung rất thực tiễn, phù hợp với yêu cầu xây dựng mạng truyền hình số ở Việt nam Để giải quyết vấn đề trên, nội dung của luận án gồm 5 chương như sau:

Chương 3: Nghiên cứu những vấn đề để xây dựng mạng đơn tần

Chương 4: Một số kết quả đánh giá mạng đơn tần

Chương 5: Phân tích về vấn đề xây dựng mạng đơn tần ở Việt Nam và

Hà Nội, Tháng 6 năm 2004

Tạ Nam Thắng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, công nghệ kĩ thuật số ngày càng thâm nhập sâu vào trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, nhiều hoạt động của con người sẽ không tồn tại nếu không có kỹ thuật số và sự phát triển vượt bậc của nó như hiện nay Chúng ta đã được biết những ứng dụng của nó từ những chiếc điện thoại cho đến các thiết bị

tự động, những chiếc đĩa CD đã thay thế hoàn toàn đĩa nhựa trong một thời gian rất ngắn Khi khoa học kĩ thuật phát triển, nhu cầu về số lượng và chất lượng các chương trình truyền hình ngày càng cao thì kỹ thuật sản xuất và truyền dẫn tương tự các chương trình truyền hình ngày càng tỏ ra kém ưu thế Kỹ thuật xử lý tín hiệu số và các thuật toán nén tín hiệu hình ảnh ra đời đã làm xuất hiện kỹ thuật truyền hình số Kỹ thuật truyền hình số ra đời đã giải quyết yêu cầu trên một cách triệt để Như ta đã biết độ rộng băng tần của một kênh truyền hình tương tự là 8 MHz, với băng tần này ta có thể truyền một vài chương trình truyền hình số có nén bằng cách thực hiện ghép kênh và điều chế số chúng

Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lí kỹ thuật số Trong

đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì

nó được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học (cả về độ chói và màu sắc), nó sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự sang số Dãy tín hiệu này qua nhiều bước biến đổi như kĩ thuật nén để làm giảm tốc độ bit tới giá trị phù hợp với độ rộng kênh truyền Sau đó, qua các bước xử lí, điều chế số để có thể phát

đi trên một phương thức truyền dẫn như cáp quang, vệ tinh hay phát trên mặt đất

Và bên thu thực hiện quá trình ngược lại để khôi phục lại tín hiệu hình ảnh ban đầu

1.2 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số [2]

 Truyền qua cáp đồng trục

Để truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần Tín hiệu video được số hoá, nén sau đó được đưa vào điều chế Sóng mang cao tần được điều chế 64-QAM, 128-QAM và 256-QAM

Độ rộng băng tần của tín hiệu phụ thuộc vào tốc độ bit của tín hiệu, phương pháp mã hoá sửa sai và kiểu điều chế

 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang

Cáp quang có nhiều ưu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu số:

- Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao

- Độ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài

- Xuyên tín hiệu giữa các sợi quang dẫn thấp (-80 dB)

- Thời gian trễ qua cáp quang thấp

 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh

Thông tin vệ tinh đặc biệt có ưu thế trong các trường hợp:

- Cự ly liên lạc lớn

- Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng như phạm vi toàn cầu Kênh vệ tinh khác với kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất của các Transponder làm việc với lượng back off nhỏ trong các điều kiện phi tuyến, do đó sử dụng điều chế QPSK

là tối ưu Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường làm việc ở dải tần số cỡ GHz

 Phát sóng truyền hình số trên mặt đất

Hiện nay, có ba tiêu chuẩn về truyền hình số mặt đất: ATSC, DVB-T và ISDB-T Ba tiêu chuẩn trên có điểm giống nhau là sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video ATSC sử dụng điều chế 8-VSB còn DVB-T và ISDB-T sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM, trong đó các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, 16 QAM hoặc 64-QAM

Truyền hình số qua vệ tinh, cáp hữu tuyến và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vực được nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc Mỹ và Châu Âu Khó khăn nhất

về kỹ thuật là truyền hình số mặt đất chịu ảnh hưởng của sóng phản xạ, phadinh

và nhiễu xung Nó càng trở nên khó khăn hơn đối với mục tiêu của Châu Âu đặt

ra là phát triển mạng đơn tần nhằm mục tiêu tăng số lượng kênh truyền hình trong băng tần hiện có Trong mạng đơn tần, tất cả các máy phát làm việc trên cùng một tần số, được đồng bộ bằng một nguồn tần số chung có độ ổn định cao

và cùng phát các chương trình giống nhau Máy thu thu được tín hiệu tổng hợp

từ các máy phát khác nhau với thời gian trễ khác nhau

Hiện nay có ba tiêu chuẩn về truyền hình số mặt đất là:

được sử dụng cho phát thanh số, sau đó khoảng 5 đến 10 năm được sử dụng cho truyền hình số mặt đất Đây là kỹ thuật duy nhất có thể tạo ra khả năng thực hiện mạng đơn tần

1.3 Ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới [1]

1.3.1 Chuẩn ATSC

a 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 lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ

Đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC theo MPEG-2 Tiêu chuẩn ATSC có một số đặc điểm như bảng 1.1

Bảng 1.1: Đặc điểm cơ bản của ATSC.

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

theo MPEG-2, từ MP @ ML tới HP @ HL

Audio Âm thanh Surround của hệ thống Dolby AC-3

Dữ liệu phụ Cho các dịch vụ mở rộng (thí dụ hướng dẫn chương trình,

thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới máy tính)

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

MPEG-2

Truyền dẫn RF Điều chế 8-VSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất

b 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 ký hiệu (Symbol Rate) cho cả hai đều bằng 10,76 MSb/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 Thực chất của quá trình điều chế VSB là điều chế biên độ nhiều mức, cho nên các bộ khuếch đại công suất yêu cầu có độ tuyến tính cao

1.3.2 Chuẩn DVB

DVB (Digital Video Broadcasting) là một tổ chức gồm trên 300 thành viên của hơn 35 nước nhằm phát triển kỹ thuật phát hình kỹ thuật số trong toàn Châu

Âu và cho các khu vực khác

Chuẩn DVB được sử dụng ở Châu Âu, truyền tải tín hiệu Video số nén theo chuẩn MPEG-2 qua cáp, vệ tinh và phát sóng mặt đất

Chuẩn DVB có một số đặc điểm như sau:

- Mã hoá Audio tiêu chuẩn MPEG-2 lớp II

- Mã hoá Video chuẩn MP @ ML

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

DVB gồm một loạt các tiêu chuẩn, trong đó cơ bản là:

- DVB-S: Hệ thống truyền hình số có nén qua vệ tinh Hệ thống DVB-S sử dụng phương pháp điều chế QPSK

- DVB-C: Hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số có nén qua mạng cáp,

sử dụng các kênh cáp có dung lượng từ 7 đến 8 MHz và kiểu điều chế QAM: 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM DVB-C có mức tỷ số S/N cao và

điều biến kí sinh thấp

- DVB-T: Hệ thống truyền hình mặt đất với các độ rộng kênh 8MHz, 7MHz hoặc 6MHz Sử dụng phương pháp mã hoá sửa sai ghép đa tần trực giao COFDM

1.3.3 Chuẩn ISDB-T

Bản thông số kỹ thuật 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

Bảng 1.2: Cỏc thụng số truyền dẫn cho ISDB-T với độ rộng kờnh truyền 8 MHz

Mã hoá sửa sai nội Mã hóa chập (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)

Mã hoá sửa sai ngoại Mã Reed Solomon (204, 188)

Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền đa chương trình với các điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu

di động v.v các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, QAM hoặc 64-QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 hoặc 8MHz Tuy nhiên mới chỉ thực hiện ở Nhật Bản với độ rộng kênh truyền 6MHz

16-Đặc điểm của hệ ISDB-T

- ISDB-T sử dụng ghép xen thời gian, trong khi DVB-T không sử dụng kỹ thuật này

+ Ưu điểm: Tăng hiệu quả chống can nhiễu xung

+ Nhược điểm: Tăng thời gian trễ và tăng độ phức tạp của máy thu

- ISDB-T sử dụng phân đoạn tần số

Việc phân đoạn tần số này sẽ làm sai nguyên tắc của một kênh truyền hình

số là một kênh băng rộng trong đó các dịch vụ được đặt ở các mức khác nhau Nếu chia kênh thành các đoạn tần số khác nhau cho các dịch vụ khác nhau, khi một đoạn tần số bị ảnh hưởng, thì toàn bộ dịch vụ nằm trong đoạn đó sẽ bị mất

Đó là một trong những lý do tại sao các nhà thiết kế DVB-T đã không sử dụng

kỹ thuật phân chia tần số

- Chưa có thiết kế cụ thể cho dải tần 8MHz

- Cần nhiều máy phát cho mạng đơn tần hơn hệ DVB-T

Khoảng bảo vệ lớn nhất của hệ Nhật chỉ có 189s (1/4 chu kỳ của symbol) Tương ứng với khoảng bảo vệ này cho khoảng cách tối đa giữa các máy phát là 56,7km Trong khi sử dụng hệ phát số của Châu Âu, khoảng cách tối đa giữa các

máy phát đối với mạng đơn tần tới 67km (nếu là phát 8K và khoảng bảo vệ bằng 1/4 chu kỳ của symbol)

- Máy thu số theo hệ ISDB-T yêu cầu lọc khắt khe hơn máy thu DVB-T

1.4 Ưu điểm của truyền hình số

- Một máy phát truyền hình số có thể phát được 4-5 chương trình truyền hình trong khi một máy phát analog như ở Việt Nam 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

- Công suất phát không cần quá lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu tương tự

- 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 hiện tượng Doppler

- Cho khả năng thiết lập mạng đơn tần (Single Frequency Network), nghĩa

là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng Đây là sự hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần số trong khi truyền hình tương tự không làm được

- Phát hình số đem lại cho ta cơ hội xem các chương trình với độ nét cao

- Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tính

Chương sau, chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là một mạng đơn tần, cấu trúc và ứng dụng của nó

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN HÌNH SỐ

2.1 Mở đầu

Hai phương án có thể dùng để thiết lập mạng truyền hình số, đó là mạng đơn tần (Single Frequency Network: SFN) và mạng đa tần (Multi Frequency Network: MFN)

- Lãng phí dải tần quốc gia

- Không thể dùng cho thu di động

Một trong những khả năng nổi bật của truyền hình kĩ thuật số và đặc biệt nhờ vào phương pháp điều chế OFDM mà chúng ta có thể xây dựng mạng truyền hình số với các tính năng ưu việt là mạng đơn tần (SFN)

2.2 Mạng đơn tần [3]

2.2.1 Thế nào là mạng đơn tần

Một vài máy phát có thể hoạt động trên cùng một kênh tần số vô tuyến, đây

là một ưu điểm lớn do tín hiệu được điều chế COFDM mang lại Một hệ thống

đa sóng mang OFDM có thể chống lại tốt các tín hiệu trễ cho dù chúng có đặc trưng động hay tĩnh Bằng cách thêm vào khoảng bảo vệ giữa các symbol liền kề cho nên chúng trở nên dài hơn, quá trình này làm giảm tốc độ bít dữ liệu điều chế trên mỗi sóng mang phụ nhưng lại khắc phục được nhiễu đa đường Thông

thường, các tia phản xạ trong thành phố thường nằm trong khoảng một vài micrô giây trong khi ở các vùng nông thôn và miền núi nó có thể lên tới hàng chục micrô giây, vì thế các khoảng thời gian bảo vệ dài hơn được áp dụng

Mạng đơn tần Single Frequency Network hoạt động dựa trên các máy phát đồng kênh Các máy phát này phát cùng một tín hiệu tại bất kỳ thời điểm nào và tới bất kỳ điểm nào trong vùng dịch vụ như hình vẽ 2.1

Hình vẽ 2.1 Các máy phát trong mạng đơn tần

Có 3 luật lệ "vàng" đối với mạng đơn tần:

Mỗi máy phát trong mạng đơn tần sẽ phát:

 Cùng một tần số

 Tại cùng một thời điểm

 Lượng thông tin phát đi giống nhau

Nếu mỗi máy phát tuân theo quy tắc này, thì mỗi bộ giải điều chế sẽ thu các tín hiệu giống nhau nhưng có độ trễ khác nhau và không lớn hơn khoảng thời gian bảo vệ và khi đó thì công suất thu ở mỗi máy thu được cộng lên một đại lượng gọi là độ lợi của mạng Độ lợi của mạng phụ thuộc vào nhà điều hành mạng và nó được tăng lên theo vùng phổ tần số sử dụng Để mạng đơn tần hoạt

động phải cần tới một sự đồng bộ hoá nghiêm ngặt cả về miền thời gian lẫn miền tần số

Những luật lệ trên đã tạo nên những yêu cầu cho mạng đơn tần cơ sở, vì nó

có ảnh hưởng trực tiếp trong quá trình thiết kế mạng phát hình: đó là yêu cầu phải đồng bộ các máy phát cả về mặt thời gian lẫn tần số

2.2.2 Yêu cầu trong miền tần sốcủa SFN

Thực ra thì mỗi máy phát trong mạng SFN cũng sẽ được quản lý và điều khiển chính xác về mặt tần số làm việc như trong các mạng tần số thông thường Nhưng với hoạt động của mạng SFN dùng điều chế OFDM thì sự ổn định cũng như tính chính xác của tần số làm việc phải đảm bảo sao cho mỗi sóng mang phụ

có một vị trí tuyệt đối trong "không gian" mà băng tần đã từng sử dụng

Trong miền tần số thì tần số thực của mỗi sóng mang phụ sẽ phải giống nhau và đều do các máy phát tạo ra, điều này có nghĩa là cần phải có sự quản lý chặt chẽ trong việc đổi tần lên tín hiệu OFDM (tần số trung tâm của kênh vô tuyến) cũng như việc xử lý các xung đồng hồ của bộ điều chế OFDM Bộ điều chế xây dựng trên các bộ xử lý số, sử dụng phép biến đổi IFFT, khoảng cách giữa các sóng mang chính xác có được từ việc xử lý số các xung đồng hồ chuẩn

Độ chính xác này khác nhau tuỳ thuộc vào khoảng cách giữa các sóng mang khoảng ~1KHz hoặc ~4 KHz tương ứng với mode 2K hoặc 8K Đặc biệt khả năng chống nhiễu xen vào kênh trong quá trình lan truyền do máy thu chuyển động trong khi thu (hiệu ứng Dopler)

Trong thực tế, độ chính xác của tần số máy phát trong khoảng một vài Hz, với máy thu thông thường có sai số do hiệu ứng Doppler là một vài chục Hz Việc đồng bộ cho máy phát dựa vào tần số chuẩn lấy từ các máy thu GPS được sử dụng để đồng bộ mạng SFN, như thấy trên hình vẽ 2.2

PA UP CONVERTER COFDM

PROCESSOR

GPS

10 MHz (10-9) SIGNAL

to

SIGNAL to BROADCAST

GPS

10 MHz (10-9)

Hình vẽ 2.2 Đồng bộ trong miền tần số

2.2.3 Yêu cầu trong miền thời gian của SFN [3]

Trong miền thời gian, sự phân bố thời gian trễ của mạng sẽ được cân bằng

từ nguồn tới tất cả các anten máy phát cho nên nó sẽ bức xạ các bit thông tin giống nhau tại cùng một thời điểm Sự trễ trong các mạng phân bố sơ cấp là do nhiều nguyên nhân: trễ do các tuyến liên kết có thể thay đổi (các tuyến viba, các đường thuê riêng hoặc tuyến vệ tinh), quá trình xử lý tại các bộ điều chế …Dù sao đi nữa thì độ trễ tại mỗi nhánh của mạng cũng sẽ được cân bằng để đảm bảo các symbol OFDM sẽ được bức xạ chính xác tại mỗi anten của các máy phát trong mạng tại cùng một thời điểm

Giá trị khoảng bảo vệ được chọn sẽ là điểm chính trong cấu hình mạng SFN

vì khoảng bảo vệ sẽ phản ánh trễ phản xạ lớn nhất mà hệ thống có thể chấp nhận được và nó cũng phản ánh khoảng cách lớn nhất giữa hai máy phát trong mạng Yêu cầu về mặt thời gian chính là một thách thức lớn nhất, vì nó đòi hỏi mỗi máy phát phải phát cùng một symbol tại cùng một thời điểm, nên tất yếu dẫn đến đồng bộ về thời gian Việc đồng bộ này sẽ đảm bảo sao cho các trễ (tự nhiên hay nhân tạo) đều nằm trong phạm vi của khoảng bảo vệ như ta thấy minh họa trên hình vẽ 2.3

PA COFDM PROCESSOR

DISTRIBUTION

NETWORK

PRIMARY DISTRIBUTION NETWORK

Time

COFDM RECEIVER

Hình vẽ 2.3 Đồng bộ trong miền thời gian

Cửa sổ thời gian sẽ cho phép loại bỏ khoảng bảo vệ trong lúc lấy mẫu tín hiệu tại máy thu Vì thế khoảng bảo vệ phải được bố trí như là một "quĩ thời gian": nó sẽ được dùng trong không gian nhưng không sử dụng để bù lỗi đồng bộ thời gian của các máy phát

Độ chính xác trong miền thời gian phụ thuộc vào khoảng cách giữa các máy máy phát trong mạng và khoảng thời gian bảo vệ được thiết lập trong mạng, nó liên quan đến việc chống lại các tia phản xạ và hiệu ứng đa đường

- Trong mode 2K khoảng thời gian bảo vệ là: 7s / 14s / 28s / 56 s Các giá trị này tương ứng với khoảng cách giữa các máy phát là: 2,1km / 4,2km / 8,4km / 16,8 km

- Trong mode 8K khoảng thời gian bảo vệ là: 28s / 56s / 112s / 224

s Các giá trị này tương ứng với khoảng cách giữa các máy phát là: 8,4km / 16,8km / 33,6km / 67,2km

Trong thực tế khoảng cách giữa các máy phát có thể lên tới 1,5 đến hai lần các khoảng cách ghi trên Một máy thu đặt trong vùng phủ sóng của một máy

phát cục bộ khi đó nó thu được tín hiệu từ máy phát này và các máy phát xung quanh trong khi khoảng thời gian trễ của các symbol OFDM phải nằm trong khoảng thời gian bảo vệ

Trong mode 8k khoảng thời gian bảo vệ có thể tăng lên bốn lần mà không làm giảm tốc độ bít Khoảng thời gian bảo vệ: 1/32, 1/16, 1/8, 1/4 tương ứng với việc làm giảm đi 3,1%, 6,2%, 12,5%, 25% tốc độ bít truyền dẫn Để tốc độ bít cực đại thì khoảng thời gian bảo vệ phải giảm thiểu có thể Với chế độ 2K thì thời gian bảo vệ nhỏ hơn dẫn tới khoảng cách giữa các máy phát ngắn hơn, điều này dẫn tới việc tăng số máy phát trong cùng diện tích phủ sóng so với các máy hoạt động ở chế độ 8k Tuy nhiên về mặt công suất phát thì các máy hoạt động ở chế độ 8k trong mạng phải đủ lớn Trong thực tế thì mạng đơn tần hoạt động ở mode 2k thường được quy hoạch trong một thành phố phục vụ cho việc thu di động

2.2.4 Thực hiện đồng bộ hoá mạng đơn tần

Phát dòng truyền tải đa chương trình MPEG-TS có cùng nội dung, cùng vận tốc bit và cùng một thời điểm là một điều kiện khắt khe của mạng đơn tần

Vấn đề kỹ thuật giải quyết cho tất cả các máy phát phải phát cùng thời điểm không quá khó khăn

Để đồng bộ về tần số: hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cung cấp tần số 10MHz chính xác cho bộ exciter của tất cả các máy phát số trong mạng đơn tần đồng bộ với nhau

Để đồng bộ về thời gian của dòng chương trình, khối SFN trích gói MIP (Mega-frame Initialisation Packet) từ dòng MPEG-TS, xử lý nhãn thời gian chứa trong gói này, làm trễ sao cho các máy phát được đồng bộ về thời gian Tín hiệu

1pps từ hệ thống định vị toàn cầu GPS được sử dụng như tín hiệu tham chiếu và

độ trễ cực đại có thể lên đến 1 giây

Tóm lại, các nhà điều hành mạng sử dụng đồng hồ tham chiếu lấy từ GPS với xung chuẩn 1pps Xung chuẩn này cho phép chèn thêm nhãn thời gian tại lúc ghép kênh, giúp cho tại mỗi máy phát bộ xử lý COFDM có thể gây trễ ghép kênh đầu vào cho đến khi có sự ổn định thời gian chung

2.2.5 Lợi ích cơ bản của mạng đơn tần

- Mạng phát số không chiếm nhiều kênh sóng, tiết kiệm tài nguyên tần số nghĩa là SFN tạo ra hiệu quả lớn về phổ

- Hoạt động tốt nhất với mạng có dày đặc các máy phát công suất thấp nghĩa là SFN tận dụng tốt hiệu quả về công suất

- Do có nhiều máy phát phát cùng một tần số, nên trong điều kiện nhất định

sẽ làm tăng thêm cường độ trường cho khu vực thu, lợi ích gần như

“phân tập không gian” Nếu áp dụng cả phân tập phân cực ngang và đứng của các máy phát sóng sẽ cho độ lợi về cường độ điện trường thu

- Tạo thuận lợi cho thu di động, nhất là tại khu vực các đô thị lớn

- Trên bình diện quốc gia, sẽ tiết kiệm các bộ nén ghép các chương trình truyền hình của quốc gia tại các trạm phát sóng

- Tạo thuận lợi cho triển khai các dịch vụ gia tăng trên mạng phát hình số DVB-T: truyền số liệu, truy cập Internet, phát thêm các chương trình phát thanh và thoại

2.2.6 Ứng dụng thực tế

Cơ chế của COFDM trong mạng SFN được thực hiện trong rất nhiều quốc gia cả ở hệ thống DAB lẫn DVB-T Ngày nay, các mạng có tính thương mại sử

dụng khả năng này để tối ưu húa vựng phủ súng cũng như để thực hiện mạng phỏt hỡnh như là cỏc cell RF ở UK, Sweden, Spain và France

Mạng đơn tần SFN dựa trờn điều chế OFDM hoàn toàn khụng phải là tớnh năng thỳ vị chỉ trong phũng thớ nghiệm nú hoàn toàn cú thể ứng dụng trong thực

tế Một trong những ứng dụng phải kể đến của mạng đơn tần là nú cho phộp việc thu di động trờn cỏc phương tiện di chuyển với tốc độ cao

2.3 Thu di động trong mạng đơn tần [6]

Với những kĩ thuật truyền hình trước đây thì đây là một điều không tưởng Song với sự trợ giúp của truyền hình số và mạng đơn tần, chúng ta hoàn toàn có thể thu các chương trình truyền hình trên một phương tiện di chuyển với tốc độ cao như hình vẽ 2.4 Do đặc tính tăng ích của đặc tính phủ sóng cho nên mạng

đơn tần hỗ trợ rất tốt cho việc thu di động

quả để chống lại méo của tín hiệu phát gây ra bởi hiện tượng truyền sóng đa

đường Bằng cách chèn khoảng bảo vệ vào trước mỗi tín hiệu OFDM thì tín hiệu thu được có thể loại bỏ trễ vọng Đối với dịch tần Doppler, đánh giá kênh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất máy thu

Vì khoảng cách giữa các sóng mang giảm đi nên chế độ 8k không thích hợp cho thu di động bằng chế độ 2k Đơn giản hơn có thể nói rằng mode 2k có khả năng chống chịu hiệu ứng Doppler cao gấp 4 lần mode 8k Việc sử dụng mạng

đơn tần cho mục đích thu truyền hình di động có lợi thế về cả mặt tần số và giá thành bởi tính tăng ích của đặc tính phủ sóng Tuy nhiên, mạng đơn tần không thể sử dụng chế độ 2k nếu phải phủ sóng một vùng rộng lớn Do đó, để mở rộng vùng phủ sóng, ta phải chuyển sang sử dụng chế độ phát 8k

Hai phương pháp để đảm bảo thu di động tốt bằng cách tăng cường đáng kể hiệu năng thu là phép xấp xỉ kênh truyền tiên tiến và thu bằng anten phân tập Phép xấp xỉ kênh truyền cho phép máy thu bù di pha và biên độ vào từng sóng mang OFDM để làm giảm độ sai lệch sau khi truyền dẫn qua kênh di động Các phép xấp xỉ kênh bắt nguồn từ phép nội suy giữa các sóng mang pilot phân tán SP trong tín hiệu DVB-T Các tín hiệu pilot phân tán được gọi là "boested pilot" (pilot tăng thế) bởi vì chúng được truyền dẫn với công suất lớn hơn các tín hiệu khác

Các véc tơ tín hiệu của pilot phân tán là cố định và tuân theo chuẩn Vì thế, phía thu có thể tiến hành so sánh các véc tơ thu được với các giá trị chuẩn (đã biết từ trước) để nắm được thông tin về ảnh hưởng của đường truyền tới biên độ

và pha tín hiệu Do tính chất của kênh truyền dẫn là gây ảnh hưởng tới biên độ và pha của hiệu ứng Echo và hiệu ứng Doppler nên các sóng mang tin ở gần vị trí các pilot cũng bị ảnh hưởng tương tự như các sóng pilot Bằng phương pháp nội suy giữa các pilot (cả về thời gian và tần số) mà ta có thể dự đoán được ảnh hưởng của kênh truyền dẫn lên tín hiệu và từ đó khắc phục được ảnh hưởng này

Một kỹ thuật thường được sử dụng trong các chip DVB-T hiện hành là sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính đơn giản (sử dụng 2 pilot trong cùng cột) Bằng cách theo dõi sự thay đổi của pilot mà các sóng mang sẽ được điều chỉnh sao cho phù hợp để có kết quả thu là chính xác nhất Phương pháp đơn giản này khó đáp ứng được yêu cầu khắt khe của thu di động tốc độ cao nên ta buộc phải

sử dụng các phương pháp nội suy xấp xỉ kênh truyền tiên tiến Bằng cách đó, máy thu có thể bù được những sai lệch về biên độ và pha xuất hiện do máy thu di chuyển với tốc độ cao

Bằng cách sử dụng anten phân tập, có nghĩa là dùng 2 anten riêng biệt sau

đó kết hợp 2 tín hiệu số thu được (lý tưởng nhất là dùng bộ cộng tỉ lệ tối đa: MRC), ta sẽ cải thiện thêm được hiệu năng thu Trong mọi symbol OFDM và trong mọi sóng mang của symbol đó, các vectơ tín hiệu của từng nhánh anten riêng biệt đều là đồng pha (phase aligned) và được cộng vào nhau bằng hệ số trọng lượng để tối đa chỉ số SNR Sau khi kết hợp 2 dòng tín hiệu, máy thu sẽ xem xét tổng thể công suất thu được (là tổng công suất của 2 anten) Theo cách

đó, đặc tính lựa chọn theo tần số và thời gian của kênh sẽ bị suy giảm rất nhiều

do tác dụng của anten phân tập

Phần sau, chúng ta sẽ tìm hiểu cấu hình một mạng đơn tần và những phương pháp để đồng bộ thời gian trong mạng

2.4 Cấu trúc mạng đơn tần và phương pháp đồng bộ thời gian

TS khác nhau như đường truyền hữu tuyến là cáp đồng trục (cáp quang) hay vô tuyến qua vệ tinh… Dòng TS này được truyền qua một hệ thống phân phối mạng

có thể là cáp hay vệ tinh để có thể đến từng máy phát trong hệ thống mạng đơn tần DVB-T Và tương tự như bộ bộ tương thích mạng bên phát là có một bộ tương thích mạng bên thu để làm công tác chuyển lại thành dòng số TS ban đầu Các dòng TS ở các máy phát được đưa đến một bộ điều chế và khuyếch đại công

suất để đưa lên anten phát Khi qua các thiết bị như vậy và nhất là qua hệ thống phân phối mạng thì các dòng TS lên đến anten phát luôn có độ trễ tín hiệu khác nhau

Như chúng ta đã biết, ba nguyên tắc cơ bản của mạng đơn tần đó là:

- Các máy phát phải phát cùng tần số

- Các máy phát phát cùng dòng dữ liệu

- Các máy phát phát dòng dữ liệu cùng thời gian

Nhưng do các máy phát luôn đặt ở các vị trí cách xa nhau nên các dòng MPEG-TS khó có thể đồng bộ ở một thời điểm Một vấn đề đặt ra là làm thế nào

để đồng bộ về thời gian cho các dòng TS, để giải quyết vấn đề này có hai giải pháp thường được áp dụng cho mạng đơn tần DVB-T: Kỹ thuật bù trễ tĩnh (Static Delay Time Compesation) và kỹ thuật bù trễ động (Dynamic Delay Time Compesation)

- Thời gian bù trễ tĩnh cần phải thêm vào trong máy phát là một đại lượng

cố định sao cho độ trễ truyền dẫn thực ở các máy phát là bằng nhau và khi đó, các máy phát trong mạng đã được đồng bộ về thời gian

- Thời gian bù trễ tĩnh sẽ được bộ xử lí của máy phát tính toán một cách chính xác từ các giá trị trễ đo được như độ trễ mạng và độ trễ xử lí phát xem hình vẽ 2.6 sau đây

Như trên hình vẽ, ta giả thiết rằng dòng TS được phân bố cho hai máy phát

A và B nằm cách xa nhau và có độ trễ mạng tương ứng là 200 ms và 500 ms Thêm vào đó, độ trễ xử lí phát ở hai máy phát A và B là 100 ms và 110 ms (như hình vẽ 2.6) Do đó, thời gian trễ tĩnh cần phải thêm vào hai máy phát A và B sẽ

là 400 ms và 90 ms Khi đó, thời gian truyền dẫn ở hai máy phát sẽ là:

- Máy phát A : thời gian truyền dẫn = độ trễ mạng + độ trễ xử lí phát + thời gian trễ tĩnh = 200 + 100 +400 = 700 ms

- Máy phát B : thời gian truyền dẫn = độ trễ mạng + độ trễ xử lí phát + thời gian trễ tĩnh = 500 + 110 +90 = 700 ms

Như vậy, thời gian truyền dẫn của hai máy phát bằng nhau và hai máy phát

đã được đồng bộ về mặt thời gian

Phương pháp bù trễ tĩnh này có ưu điểm đơn giản, dễ thực hiện Tuy nhiên, nhược điểm là nếu trễ mạng thay đổi thì trễ tĩnh đặt cho mỗi máy phát phải được điều chỉnh lại

2.4.3 Đồng bộ máy phát sử dụng kỹ thuật bù trễ động

Cấu trúc mạng đơn tần sử dụng kĩ thuật bù trễ động như trên hình vẽ 2.7

Hình vẽ 2.7 Đồng bộ máy phát sử dụng kỹ thuật bù trễ động

Hệ thống luôn được lấy tín hiệu đồng hồ chuẩn từ vệ tinh Các tín hiệu đồng

hồ chuẩn được đưa vào khối SFN Adapter và SYNC system của các máy phát để làm nhiệm vụ đồng bộ các dòng TS gửi đến

- Mega-Frame: được xây dựng trong bộ SFN Adapter và được xây dựng từ dòng MPEG-TS gửi đến

- Khoảng thời gian của một Mega-Frame phụ thuộc vào khoảng bảo vệ được chọn trong máy phát

- MIP: chứa tất cả các thông tin cần thiết cho kĩ thuật bù trễ động và cho phép điều khiển các chức năng đặc biệt của DVB-T Tx và được chứa trong gói Mega-Frame như hình vẽ 2.8

Hình vẽ 2.8 Cấu trúc của một Mega-Frame

* Đồng bộ nhãn thời gian (STS)

Hình vẽ 2.9 Đồng bộ nhãn thời gian

- STS: là sự chênh lệch về thời gian giữa sườn lên của 1pps symbol và điểm bắt đầu của Mega-Frame

- Thông tin về STS được mang trong gói MIP của mỗi Mega-Frame

- Thông tin về STS mang trong Mega-Frame thứ M mô tả điểm bắt đầu của Mega-Frame thứ M+1

- Thông tin về STS mang trong Mega-Frame thứ M+1 thì mô tả điểm bắt đầu của Mega-Frame thứ M+2 v.v…

a Trễ thực của mạng (actual delay)

Hình vẽ 2.10 Trễ thực của mạng

- Trễ thực của mạng (khi trễ động không sử dụng): là sự chênh lệch thời gian giữa một Mega-Frame nào đó đi ra khỏi SFN Adapter và Mega-Frame COFDM tương ứng khi nằm ở anten đầu ra của máy phát

- Thời gian trễ thực luôn luôn có giá trị khác nhau tại mỗi máy phát khác nhau

b Trễ cực đại (max delay)

Hình vẽ 2.11 Trễ cực đại

- Trễ cực đại (khi trễ động được sử dụng): là sự chênh lệch thời gian giữa một Mega-Frame nào đó đi ra khỏi SFN Adapter và Mega-Frame tương ứng khi nằm ở anten đầu ra của mỗi máy phát

- Trễ cực đại là giá trị có thể điều chỉnh được trong bộ SFN Adapter Giá trị này luôn luôn cao hơn độ trễ dài nhất của trễ thực của mạng Giá trị này được truyền tải trên mỗi gói MIP

c Nguyên tắc của kỹ thuật bù trễ động

Từ các bộ SFN Adapter và SYNC System có tham chiếu của tín hiệu xung đồng hồ chuẩn mà ta có thể xác định được trễ mạng qua các thiết bị phân phối

mạng Máy phát sẽ tự động tính toán giá trị thời gian lưu dữ liệu để đảm bảo trễ truyền dẫn của các máy phát là như nhau

d Đồng bộ máy phát dùng kỹ thuật bù trễ động

Hình vẽ 2.13 Phương pháp đồng bộ máy phát dùng kỹ thuật bù trễ động

Từ các giá trị biết trước như trễ cực đại và nhãn đồng bộ thời gian (STS), trễ mạng được xác định và máy phát tự động tính toán giá trị trễ lưu dữ liệu để đảm bảo dòng TS ra ở các máy phát là cùng một lúc

* Mô tả hoạt động chức năng của đồng bộ SFN

Dưới đây là biểu đồ thời gian mô tả cách thức đồng bộ của phương pháp bù

trễ động Mọi vấn đề đồng bộ máy phát trong hệ thống SFN đều dựa vào tín hiệu đồng bộ từ vệ tinh

Hình vẽ 2.14 Cách thức đồng bộ thời gian của phương pháp bù trễ động

Phân tích:

- Sự khác nhau về thời gian giữa sườn xung lên của 1pps và điểm bắt đầu của Mega-Frame thứ M+1 được lưu vào Mega-Frame thứ M

(STS = 300 ms)

- Trễ thực của khung M+1 ở đầu vào máy phát được tính như sau:

Trễ thực của khung M+1 = Thời điểm đến của khung M+1 – giá trị STS (Trễ thực = 650 – 300 = 350 ms như trên hình 2.14)

- Thời gian khung được lưu trong máy phát trước khi được gửi đi có thể được tính như sau: Thời gian lưu = trễ tối đa – trễ thực

(Thời gian lưu = 900 – 350 = 550 ms như trên hình 2.14)

Kết quả là hệ thống được đồng bộ về mặt thời gian

* So sánh giữa phương pháp bù trễ tĩnh và phương pháp bù trễ động:

Phương pháp bù trễ tĩnh Phương pháp bù trễ động

- Không cần đồng bộ thời gian

chuẩn GPS

- Có sử dụng đồng hồ thời gian chuẩn GPS

- Nếu trễ thực thay đổi thì trễ

tĩnh đặt cho máy phát phải

được điều chỉnh lại

- Nếu trễ thực thay đổi thì thời gian lưu trữ trong máy phát

tự động tính toán lại

- SFN đồng bộ khó ở mode 8k - Có thể sử dụng tốt ở cả mode

nhưng có thể dùng ở mode 2k 2k và 8k

- Không dùng cho hệ thống

SFN chuyên dụng

- Dùng cho hệ thống SFN chuyên dụng

Trên thực tế, hệ thống mạng đơn tần sử dụng kỹ thuật bù trễ động để đồng

bộ dòng MPEG-TS của các máy phát bởi các ưu điểm của nó Bên cạnh đó, kỹ thuật bù trễ tĩnh dùng để vi chỉnh độ lệch đồng bộ của hệ thống

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MẠNG ĐƠN TẦN

3.1 Mở đầu

Kĩ thuật điều chế OFDM cho phép tất cả các máy phát trong mạng có thể đồng thời phát một tín hiệu ở cùng một block tần số đó là mạng đơn tần (single frequency network) Trong chương này, chúng ta sẽ tập trung vào những đặc tính phủ của nó Chúng ta sẽ chỉ ra rằng thuộc tính phủ của mạng phụ thuộc vào rất nhiều thông số khác nhau như là: chòm sao OFDM, công suất phát, độ cao của anten… Máy phát đồng thời tạo ra những đường truyền đa đường nhân tạo, cái

mà hình thành nhiễu giữa các symbol ở bên thu Độ dài khoảng bảo vệ được sử dụng để làm giảm nhiễu giữa các symbol giữa hai frame gần nhau và đó là một thông số hết sức quan trọng Tất cả các máy phát được đặt một vị trí sao cho chúng có độ trễ truyền dẫn tín hiệu nhỏ hơn khoảng bảo vệ thì đều góp phần vào công suất tín hiệu có ích ở phía thu Bởi thế để có được độ phủ tốt thì phải hệ thống phải có mật độ máy phát cao Kênh truyền dẫn luôn có hiện tượng nhiễu

đa đường ở máy thu dẫn đến hai hiệu ứng là nhiễu giữa các symbol (Inter Symbol Interference: ISI) và phadin chọn tần

Một máy thu đặt trong mạng đơn tần có thể thu những tín hiệu trực tiếp, tín hiệu phản xạ và cả tín hiệu đến từ máy phát lân cận trong mạng, do đó xuất hiện nhiễu giữa các symbol Để khắc phục nhiễu đa đường, một phương pháp được dùng là phương pháp điều chế OFDM Phương pháp điều chế này là một dòng

dữ liệu tốc độ cao được điều chế thành một số lượng lớn các tần số ghép tín hiệu băng hẹp Tốc độ bít thấp trên mỗi sóng mang và việc chèn vào các khoảng bảo

vệ giữa các tín hiệu OFDM liền kề nhau tạo ra một symbol có thể khắc phục được nhiễu giữa các symbol