Truyền hình số mặt đất DVB t

Dữ liệu đầu vμo bộ mã hoá kênh lμ dòng truyền tải MPEG-2 gồm các gói nối tiếp với độ dμi xác định mỗi gói lμ 188 byte, trong đó gồm 1 byte đồng bộ SYNC có giá trị 47HEX.. Điều đó cho phé

Trang 1

Sinh viên Lê Thị Thanh Bình lớp N3 – K40 Điện tử viễn thông 78

Chương V

Truyền hình số mặt đất tiêu chuẩn DVB-T

Năm 1997, khối các nước Châu Âu đã giới thiệu tiêu chuẩn truyền hình

số phát sóng quảng bá trên mặt đất DVB-T (Digital Video Terrestial) DVB-T dựa trên kỹ thuật mã hoá kênh, kỹ thuật điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) vμ được gọi chung lμ điều chế mã COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Broadcasting-5.1 M∙ hoá kênh trong tiêu chuẩn DVB-T

Mã hoá kênh trong truyền dẫn phát sóng mặt đất DVB-T với các kênh thuộc dải tần UHF vμ VHF có băng thông 8 Mhz lμ quá trình xử lý tín hiệu phức tạp, vì môi trường truyền lan trên mặt đất bị tác động mạnh bởi can nhiễu Hệ thống mã hoá kênh cho DVB-T được minh họa tổng quát trên hình 5.1

Dữ liệu đầu vμo bộ mã hoá kênh lμ dòng truyền tải MPEG-2 gồm các gói nối tiếp với độ dμi xác định mỗi gói lμ 188 byte, trong đó gồm 1 byte đồng bộ (SYNC) có giá trị 47HEX Byte đồng bộ nμy lμ chuẩn thời gian vμ được dùng cho việc tạo xung clock Dòng truyền tải MPEG-2 gồm các gói nối tiếp (hình 5.3a)

5.1.1 Khối phân tán năng lượng (Energy Dispersal)

Khối nμy thực hiện việc phân tán năng lượng Dữ liệu được kết hợp với chuỗi phát giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequency) nhằm phân tán năng lượng đồng đều trong dòng truyền tải, tránh những chuỗi 0 hoặc 1 liên tiếp Hình 5.2 lμ sơ đồ phân tán năng lượng theo nguyên lý sáo trộn vμ giải xáo trộn

Chuỗi phát giả ngẫu nhiên PRBS được phát ra với đa thức 1+ x14 + x15 Kết hợp giữa thanh ghi dịch vμ các cổng EX-OR để xáo trộn vμ giải xáo trộn (Scrambled/ Descrambled) dữ liệu trong quá trình xử lý tín hiệu Chuỗi ban

đầu lμ “100101010000000” được nạp vμo thanh ghi dịch sau mỗi nhóm 8 gói dữ liệu Để thông báo cho bộ giải ngẫu nhiên của chuỗi nμy, byte đồng bộ thuộc gói truyền tải đầu tiên của nhóm 8 gói được đảo ngược từ 47HEX thμnh B8HEX Chu kỳ của chuỗi PRBS lμ 8x188 byte trừ đi 1 byte đồng bộ (B8HEX) bằng 1503 byte Hình 5.3 Mô tả sự thay cấu trúc dữ liệu qua khâu phân tán năng lượng, mã hóa ngoμi vμ tráo dữ liệu

Trang 2

5.1.2 Mã ngoài (Outer Coder)

Mã ngoμi (Outer Coder) sử dụng mã Reed-Solomon RS (188,204, t = 8) Mã nμy được dùng cho mỗi gói truyền tải đã được ngẫu nhiên hóa trên hình 5.3b để tạo thμnh các gói được bảo vệ lỗi như hình 5.3c

Mã R-S bao gồm trường đa thức:

P(x) = x8 + x4 + x3 + x2 + 1

SYNC 1byte MPEG-2 transport MUX data (187 byte)a) Gói truyền tải MPEG-2

SYNC MPEG-2 transport MUX data (187 byte) c) Gói chống lỗi với mã Reed-Solomon RS(204,188,8)

Hình 5.3 Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hoá ngoài và tráo dữ liệu

SYNC

1

Randomized Data SYNC

1

Randomized

Data SYNC 2

Randomized Data SYNC

8

Randomized Data b) Gói truyền tải ngẫu nhiên hoá: Các byte đồng bộ vμ các byte dữ liệu ngẫu nhiên hoá

8 transport MUX packet PRBS period = 1503 bytes

Hình 5.2 Nguyên lý xáo trộn và giải xáo trộn dữ liệu

1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0

Trang 3

5.1.3 Khối ghép xen ngoài (Outer Interleaver)

Khối nμy thực hiện ghép xen kẽ với độ sâu I = 12 các gói dữ liệu (Outer Interleave) đã được bảo vệ lỗi R-S Các gói được bảo vệ khỏi lỗi R-S có chiều dμi lμ 204 byte được chia thμnh 17 khối với 12 byte mỗi khối Bộ ghép xen ngoμi được minh hoạ ở hình 5.4 Mỗi phần tử ghi dịch FIFO được cấu trúc thμnh byte Các chuyển mạch đầu vμo vμ đầu ra được đồng bộ với nhau Các byte đồng bộ của MPEG-2 luôn chạy không trễ qua nhánh “0” của bộ ghép xen Quá trình ghép xen kẽ sẽ phân bố các lỗi cụm (burst error) qua một số các khối lμm cho việc sửa sai có thể thực hiện một cách hiệu quả

Bộ chèn xen kẽ có 12 nhánh kết nối vòng tròn đối với dòng byte đầu vμo Mỗi nhánh có chứa một thanh ghi dịch vμo trước ra trước FIFO (First In First Out) có chiều sâu lμ MJ

FIFO shift register

Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý bộ ghép xen ngoài

1 byte per position

Trang 4

5.1.4 Khối mã trong (Inner coding)

Mã trong dựa trên cơ sở bộ mã hóa vòng xoắn gốc có tốc độ 1/2 với 64

trạng thái Hệ thống DVB-T cho phép tạo các tỷ lệ mã khác nhau bằng cách

tách trích (puncturing) dữ liệu sau bộ mã hóa xoắn Điều đó cho phép lựa chọn

khả năng sửa sai cũng nh− tốc độ dữ liệu trong các mode truyền phân cấp vμ

không phân cấp Đa thức tạo mã của bộ mã hoá gốc lμ G1 = 171OCT cho đầu ra

X vμ G2 = 133OCT cho đầu ra Y nh− trên hình 3.5 Việc lấy liên tiếp các đầu ra

X, Y thμnh dòng bit nối tiếp sẽ cho tỷ lệ mã hóa lμ 1/2 Bằng cách tách trích

đầu ra X, Y theo thứ tự thích hợp sẽ cho các tỷ lệ mã hoá khác nhau theo

1 bit Delay

Trang 5

5.1.5 Khối ghép xen trong (Inner Interleaving)

Khối Inner interleaving bao gồm khối ghép xen bit vμ khối ghép xen symbol

5.1.5.1 Bộ ghép xen bit

Dữ liệu đầu vμo được tách thμnh v sub-stream, trong đó v = 2 đối với

điều chế QPSK, v = 4 với 16-QAM vμ v = 6 với 64-QAM Trong mode truyền không phân cấp, dòng dữ liệu đầu vμo được tách thμnh v sub-stream Trong mode truyền phân cấp, dòng có độ ưu tiên cao được tách thμnh 2 sub-stream

vμ dòng có độ ưu tiên thấp được tách thμnh v-2 sub-stream như trên hình 5.7

vμ 5.8

Mỗi sub-stream sau bộ tách kênh được tráo vị trí các bit theo 6 cách tráo khác nhau Kích thước của các khối tráo bit lμ như nhau (126 bit) nhưng trật tự tráo bit lại khác nhau

Vectơ đầu vμo các bộ tráo bit được xác định bởi:

B(e) = (be.0, be.1, be.2, be.125) e chạy từ 0 đến v-1 Vectơ tín hiệu tại đầu ra các bộ tráo A(e) = (ae,0, ae,1, ae,2, ae,125) được xác định bởi:

ở đầu ra v bit (đã tráo) được nhóm lại tạo thμnh các symbol dữ liệu Mỗi

symbol sẽ xác định biên độ vμ pha một sóng mang phụ

Convolutional Encoder

Puncturing with serial output

X

Y

Hình 5.6 Mã trong và ghép xen trong

Inner Interleaver

Inner Coder

Trang 6

5.1.5.2 Bộ ghép xen symbol (symbol interleaver)

Mục đích của bộ tráo symbol lμ thực hiện ánh xạ các từ (có độ dμi v bit)

lên 1512 (mode 2k) hoặc 6048 (mode 8k) sóng mang tích cực trong một symbol điều chế OFDM Trong mode 2k, 12 nhóm dữ liệu (mỗi nhóm gồm

126 từ v bit) từ bộ tráo bit đ−ợc đọc tuần tự vμo các vectơ Y' = (y'0, y'1, y'2,

X 0 , X 1 , X 2 , DEMUX

Bit Interleaver I2

64-QAM

Symbol Interleaver

Mapping

Re[z]

Im[z]

Bit Interleaver I3

Bit Interleaver I1

Bit Interleaver I4

Bit Interleaver I0

Bit Interleaver I5

Hình 5.7 ánh xạ các bit đầu vào thành symbol điều chế với

mode truyền không phân cấp

DEMUX

Bit Interleaver I0

QPSK

Symbol Interleaver

Mapping

Re[z]

Im[z]

Bit Interleaver I1

DEMUX

Bit Interleaver I1

16-QAM

Symbol Interleaver

Mapping

Re[z]

Im[z]

Bit Interleaver I2

Bit Interleaver I0

Bit Interleaver I3

Trang 7

y'1511) Một cách tương tự, mode 8k có véc tơ Y' = (y'0, y'1, y'2, y'6047) được

tạo thμnh từ 48 nhóm 126 từ v bit Vectơ Y' xác định chỉ số (hay vị trí) của

symbol OFDM trong một khung OFDM theo một thuật toán xác định ứng với

mỗi mode 2k hoặc 8k

5.1.6 Biểu đồ chòm sao tín hiệu và sự ánh xạ bit

Để thực hiện phát sóng trên mặt đất, hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật

điều chế đa sóng mang MCM (Multi Carrier Modulation) với từng sóng mang

được điều chế số QPSK hoặc QAM Các sóng mang đơn lẻ được truyền đi

đồng thời bằng phương pháp ghép phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Các sóng mang được điều chế

số qua phép ánh xạ (Mapping) dựa trên cơ sở biểu đồ chòm sao (constellation)

của kỹ thuật điều chế số Phép ánh xạ thực hiện gán các giá trị symbol đầu vμo

DEMUX

Bit Interleaver I1

Hirerchical 16-QAM

Symbol Interleaver

Mapping

Re[z]

Im[z]

Bit Interleaver I2

Bit Interleaver I0

Bit Interleaver I3

DEMUX

Bit Interleaver I2

Hirerchical 64-QAM

Symbol Interleaver

Mapping

Re[z]

Im[z]

Bit Interleaver I3

Bit Interleaver I1

Bit Interleaver I4

Bit Interleaver I0

Bit Interleaver I5

Hình 5.8 ánh xạ các bit đầu vào thành symbol điều chế với

mode truyền phân cấp

Trang 8

lên các điểm của chòm sao tương ứng với pha vμ độ lớn của các véc tơ bao gồm phần thực (Real) vμ phần ảo (Image) Trong đó mỗi symbol lμ tổ hợp

đồng thời của giá trị điều chế trực giao I (Inpha) vμ Q (Quadrature) tạo nên

điểm chòm sao Khối ánh xạ (Mapping) thực hiện tiếp nối theo sau khối mã hóa xoắn (Convolutional coder) Phép ánh xạ còn phụ thuộc các mode truyền phân cấp hoặc không phân cấp (hierachical, non-hierachical) được áp dụng cho việc truyền ghép kênh đa sóng mang phân chia trực giao OFDM

5.1.6.1 Mode truyền không phân cấp (non-hierachical)

Mode truyền không phân cấp sử dụng các gói truyền tải TS đã qua mã hoá kênh vμ mã chèn xen kẽ vμ sẽ được ánh xạ lên mẫu chòm sao thích hợp

Điều nμy có nghĩa lμ tất cả các gói truyền MPEG-2 sẽ được bộ điều chế xử lý như nhau vμ sẽ có độ mạnh như nhau khi truyền Tức lμ thủ tục má hoá kênh không phân cấp sẽ không phân biệt các bit đặc biệt trong các gói truyền MPEG-2 được ánh xạ đến những vị trí đặc biệt trong biểu đồ chòm sao Do đó

1 3

Y0,q', Y1,q', Y2,q', Y3,q'

Chòm sao 16 - QAM

1 1

Y0, q', Y1, q', Y2, q', Y3, q', Y4, q', Y5,q'

Chòm sao 64 - QAM

-5

5 7

Hình 5.9 ánh xạ 16-QAM và 64-QAM chòm sao đều với α = 1

Trang 9

truyền không phân cấp sẽ sử dụng bộ điều chế thông thường (cân bằng đồng

đều) với hệ số α = 1 như trên hình 5.9

5.1.6.2 Mode truyền phân cấp (hierachical)

Hệ thống DVB cho phép truyền phân cấp với dòng truyền tải MPEG-2 qua khối tách (Splitter) để có 2 dòng truyền MPEG: độ ưu tiên cao HP (high priority) vμ độ ưu tiên thấp LP (low priority) Với mode phân cấp dữ liệu dòng truyền MPEG tách biệt sẽ được chọn để tiến hμnh mã hoá kênh phân cấp (hierachical coding) Dữ liệu sẽ được ánh xạ vμo những diểm của chòm sao không đồng đều (non- uniform) Bộ điều chế số không đồng đều với hệ số α >

1 được áp dụng cho mode phân cấp sẽ cho độ mạnh cao trong quá trình truyền Điều chế phân cấp thực ra lμ sự dịch biên của 16-QAM vμ 64-QAM thông qua 4-QAM như trên hình 5.10

Điều chế phân cấp được xem như lμ sự phân tách kênh RF thμnh 2 kênh

ảo, mỗi kênh ảo truyền các dữ liệu với tốc độ, tỷ lệ mã hoá khác nhau vμ do vậy cho các vùng phủ sóng khác nhau Việc ánh xạ dòng bit trước tiên áp dụng cho chòm sao 4-QAM Mỗi trạng thái biên độ vμ pha của chòm sao 4-QAM xác định góc phần tư mμ sóng mang chiếm giữ trong chòm sao đó Dòng dữ liệu thứ 2 sẽ quyết định vị trí cụ thể trên góc phần tư đó Nếu dữ liệu thứ 2 được ánh xạ bởi cặp 2 bit thì chòm sao phân cấp chính lμ điều chế "4-QAM qua 4-QAM" vμ biểu đồ chòm sao lúc nμy giống như 16-QAM Còn nếu dữ liệu thứ 2 được ánh xạ bởi 4 bit thì chòm sao phân cấp chính lμ điều

Hình 5.10 Chòm sao điều chế phân cấp DVB-T

Trang 10

chế "16-QAM qua 4-QAM" vμ biểu đồ chòm sao lúc nμy giống nh− 64-QAM

Sơ đồ các biểu đồ chòm sao của điều chế số không đồng đều với α >1 đ−ợc

cho ở hình 5.11 vμ 5.12 với những mã ánh xạ trên biểu đồ chòm sao

Dòng dữ liệu thứ nhất luôn luôn sử dụng điều chế 4-QAM đ−ợc gọi lμ

dòng dữ liệu −u tiên cao (HP) vμ dòng thứ 2 đ−ợc gọi lμ dòng −u tiên thấp

(LP)

Hệ số α trong điều chế phân cấp lμ tỷ lệ giữa khoảng cách của 2 điểm

gần nhất của 2 góc phần t− kề cận vμ khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất

trong cùng một góc phần t− của chòm sao Hệ số α cμng lớn thì cμng lợi cho

điều chế HP nh−ng điều chế LP lại chịu nhiễu kém hơn

Y0,q', Y1,q', Y2,q', Y3,q', Y4,q', Y5,q'

-6

6 8

Trang 11

Nh− vậy, dòng dữ liệu tốc độ thấp còn đ−ợc gọi là dòng có độ −u tiên

cao HP (high priority) Nó mang dữ liệu cho phép nhận đ−ợc ngay khi điều

kiện truyền phát xấu (có nhiễu cao hoặc thu di động) Hai dòng có độ −u

tiên khác nhau sẽ cho vùng phủ sóng khác nhau

4 6

Y0,q', Y1,q', Y2,q', Y3,q', Y4,q',

Y

-8

8 10

64 - QAM

Hình 5.12 ánh xạ 16-QAM và 64-QAM không đồng đều với α = 4

(a)

Trang 12

5.2.1 Cơ sở phương pháp OFDM

Thực chất phương pháp OFDM lμ chia dòng dữ liệu đầu vμo thanh nhiều dòng dữ liệu song song có tốc độ bit nhỏ hơn nhiều lần Sau đó truyền chúng trên trên những sóng mang phụ như lμ những kênh con Các sóng mang phụ

được ghép tần số trực giao nhau để tránh gây can nhiễu với nhau Việc ghép như vậy lμm tăng hiệu quả sử dụng băng tần rõ rệt

Một sóng mang phụ về mặt toán học ψi(t) được biểu diễn dưới dạng hμm Exp như sau:

trong đó f =

T

1 (5.2)

Độ rộng phổ của hμm ψi(t) được tính theo biểu thức:

ft2

ft2sinA)t(

π

=

Mật độ phổ công suất của sóng mang ψi(t) như hình 5.13 Trong đó phổ

có một đỉnh tại tần số trung tâm vμ các điểm 0 tại các tần số biên tương ứng với các bội số tốc độ của dãy symbol đưa vμo điều chế

Hai sóng mang nằm kề nhau trên trục tần số có phổ trực giao nhau khi chúng thoả mãn điều kiện:

ba

dt)t(

*m)

t(

0e ) t

) t m ( j m

0e ) t

O (khi : n ≠ m)

K (khi : n = m)

Trang 13

trong đó: ϖ0 =2πf0; (5.7)

0

0 0

0

2TT

1f

a

) t m ( j ) t n ( j b

a

* m

n( t ) ( t ) dt e e dt (5.10)

Do n ≠m (n,m ∈ N) nên

Bởi vì : ej(n-m)2 π = Cos[2π(n- m) ] + j sin[2π(n- m)] = 1

Vậy tích phân của 2 hμm Exp có tần số liên tiếp lμ ωn+1 = ωn+ 2π.1/T0xác định trong khoảng (a, a+T0) có giá trị bằng 0 lμ trực giao nhau

Hình 5.14 biểu diễn mật độ phổ của 2 sóng mang có tần số liên tiếp trực giao nhau ý nghĩa vật lý của nó lμ khi giải điều chế một sóng mang nμy bộ

giải điều chế sẽ "không thấy" sóng mang kia Nghĩa lμ các sóng mang không

gây nhiễu lẫn nhau Về mặt phổ tín hiệu, điểm phổ có năng l−ợng cao nhất của một sóng mang sẽ trùng với điểm phổ có năng l−ợng bằng không của sóng mang lân cận Do các sóng mang đặt rất gần nhau nên hiệu quả sử dụng phổ rất cao

1/T-1/T

1 e

e dt e

0

T a

2 ) m n ( j a ) m n ( j t

) m n (

Trang 14

Nh− vậy, tính trực giao giữa các sóng mang phụ có thể đ−ợc lý giải nh− sau Mỗi sóng mang phụ đ−ợc điều chế bởi dòng dữ liệu con sẽ cho phổ nh− hình 5.13 Khi khoảng cách giữa các sóng mang phụ đ−ợc lựa chọn sao cho thỏa mãn tính trực giao nhau, nghĩa lμ đỉnh phổ của một sóng mang phụ trùng với các điểm không của phổ các sóng mang phụ còn lại (hình 5.15) Việc giải

điều chế của từng sóng mang phụ vì thế sẽ không bị xuyên nhiễu bởi các sóng mang phụ khác Điều nμy giống nh− việc giải điều chế kết hợp không có ISI (Inter Symbol Interference) thực hiện trong miền thời gian đối với tín hiệu số truyền qua kênh có đặc tính lọc thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist thứ nhất, ở đây chỉ khác lμ tính trực giao đ−ợc xét trong miền tần số

Khi số l−ợng các sóng mang phụ lớn (hμng ngμn sóng mang), việc chế tạo dãy các bộ dao động hình sin vμ các bộ giải điều chế kết hợp trong hệ thống OFDM trở nên không thể thực hiện đ−ợc Tuy nhiên, có thể thấy rằng tín hiệu đa tần nh− trên chính lμ biến đổi Fourier của chuỗi số liệu nối tiếp đầu

Định dạng
Số trang	26
Dung lượng	583,06 KB