nghiên cứu quy hoạch mạng phát sóng truyền hình đơn tần

Mạng đơn tần trở thành một yêu cầu cần thiết và cấp bách bởi mạng đơn tần có nhiều ưu điểm vượt trội như sử dụng băng tần tần số hiệu quả hơn do tất cả máy phát trong mạng đơn tần chỉ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGÔ TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH MẠNG PHÁT SÓNG

TRUYỀN HÌNH ĐƠN TẦN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS TS ĐÀO NGỌC CHIẾN

Hà Nội – Năm 2014

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4

DANH SÁCH CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ MẠNG ĐƠN TẦN 12 1.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số 12

1.2 Đặc điểm hệ thống truyền hình số 13

1.3 Các tiêu chuẩn truyền hình số 13

1.3.1 ATSC (Advanced Television System Committee) 14

1.3.2 DiBEG (Digital Broadcasting Expert Group) 16

1.3.3 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 18

1.4 Công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T2 20

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát 22

1.4.2 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu 23

1.4.3 So sánh DVB-T và DVB-T2 23

1.5 Giới thiệu mạng đơn tần 27

1.6 Phân loại các mạng đơn tần 30

1.7 Nhiễu nội tại trong mạng đơn tần 31

1.8 Độ trải trễ 32

1.9 Chất lượng SFN với 0 dB Echoes 34

1.10 Đồng bộ mạng đơn tần 35

1.10.1 Sự ràng buộc về mặt đồng bộ và các MIP 36

1.10.2 Đồng bộ thời gian 37

1.10.3 Đồng bộ tần số 37

1.10.4 Đồng bộ bit sử dụng Megaframe và MIP 37

1.11 Trễ truyền dẫn 38

1.12 Độ lợi mạng 38

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẠNG ĐƠN TẦN 41

2.1 Một số vấn đề khi quy hoạch mạng đơn tần 41

2.1.1 Dịch tần số 41

2.1.2 Lỗi dữ liệu 41

2.1.3 Trôi và trễ thời gian đối với tín hiệu phát 42

2.1.4 Vùng phủ sóng chắc chắn 45

2.1.5 Công suất tiêu thụ của hệ thống 46

2.1.6 Giao thoa trong hệ thống SFN 48

2.2 Thiết lập mạng đơn tần 51

2.2.1 Yêu cầu 51

2.2.2 Đặc điểm khu vực 51

2.2.3 Các loại hình thu tín hiệu 55

2.2.4 Mô hình mạng SFN 56

2.2.5 Xây dựng mạng đơn tần 61

CHƯƠNG 3: MẠNG ĐƠN TẦN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 79

3.1 Mạng đơn tần tại Việt Nam 79

3.1.1 Hệ thống truyền dẫn phát sóng của AVG 80

3.1.2 Bộ thông số kỹ thuật mạng SFN DVB-T2 của AVG 81

3.1.3 Quy hoạch vùng phủ sóng mạng SFN và kết quả đo kiểm thực tế 82

3.2 Mạng đơn tần các nước trên thế giới 85

3.2.1 Mạng đơn tần tại Singapore 85

3.2.2 Mạng đơn tần tại Đức 86

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Ngô Tuấn Anh – Học viên lớp Cao học Kỹ thuật Truyền thông - Khóa 2011B – Viện Điện tử viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan bản luận văn Thạc sỹ kỹ thuật này do tôi tự làm, không sao chép nguyên bản của ai Các nguồn tài liệu sử dụng trong luận văn là do tôi thu thập và dịch từ các tài liệu tiêu chuẩn của nước ngoài Sô liệu trong luận văn này

là các số liệu thực tế, được cập nhật bởi các công ty nghiên cứu thị trường uy tín trong nước và nước ngoài Tuyệt đối không bịa đặt

Nếu có bất cứ sai phạm nào tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp và nhà trường

Học viên Cao học

Ngô Tuấn Anh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình số 12

Hình 1-2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số 16

Hình 1-3: OFDM phân chia dải tần (Band Segmented OFDM) 17

Hình 1-4: Tiêu chuẩn DVB-T 18

Hình 1-5: Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất 19

Hình 1-6: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát 22

Hình 1-7: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu 23

Hình 1-8: Chòm sao xoay (Constell rotation) 25

Hình 1-9: Mẫu hình Pilot phân tán DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải) 26

Hình 1-10: Mạng đơn tần 29

Hình 1-11: Độ trải trễ bởi hai máy phát 33

Hình 1-12: Đồng bộ mạng SFN hai máy phát 36

Hình 1-13: Mạng lưới máy phát SFN lý tưởng 39

Hình 2-1: Đường công mô tả hẳng số trễ 42

Hình 2-2: Đường tròn mô tả hằng số tỉ lệ tín hiệu và hyperbol mô tả hằng số trễ 44

Hình 2-3: Minh họa giao thoa với hai đài phát đơn và giao thoa trong hệ SFN 49

Hình 2-4: Bản đồ mật độ dân cư dự đoán năm 2015 theo số liệu thống kê và phân tích của trường Đại học Columbia, NewYork, Mỹ 53

Hình 2-5: Mô hình mạng SFN phân bố đều 56

Hình 2-6: Vùng dịch vụ mạng SFN loại 1 57

Hình 2-7: Vùng dịch vụ mạng SFN loại 2 58

Hình 2-8: Vùng dịch vụ của mạng SFN loại 4 60

Hình 2-9: Mô hình mạng SFN phân bố không đều 61

Hình 2-10: Giao diện phần mềm GiraPlan 63

Hình 2-12: Bản đồ Clutter độ phân giải 20m ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh 65

Hình 2-13: Các định dạng dữ liệu bản đồ số 66

Hình 2-14: Bản đồ Clutter khu vực Hà Nội 67

Hình 2-15: Bản đồ raster Hà Nội và TP Hồ Chí Minh 68

Hình 2-16: Vùng phủ sóng của trạm Vân Hồ theo cường độ trường 73

Hình 2-17: Vùng phủ sóng trạm HTV Hà Nội theo cường độ trường 74

Hình 2-18: Vùng phủ sóng kết hợp trạm HTV Hà Nội và Vân Hồ 75

Hình 2-19: Mạng SFN khu vực Hà Nội theo xác suất thu được tín hiệu 76

Hình 2-20: Can nhiễu trong mạng SFN khu vực Hà Nội 77

Hình 3-1: Vùng phủ sóng mạng SFN DVB-T2 khu vực Miền Nam với 3 trạm phát sóng HTV HCM, Bình Dương, Quán Tre 82

Hình 3-2: Vùng phủ sóng mạng SFN DVB-T2 khu vực Miền Bắc với 4 trạm phát sóng HTV Hà Nội, Vân Hồ, Keangnam, Nam Định 83

Hình 3-3: Danh sách các điểm đo của AVG 84

Hình 3-4: Đồ thị so sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo thực tế mạng SFN 84

Hình 3-5: Mạng SFN đầu tiền ở Singapore 85

Hình 3-6: 8 kênh truyền hình trên hai mạng SFN ở Đức 86

Hình 3-7: Cấu trúc mạng phát sóng tại Đức 87

Hình 3-8: Vùng phủ sóng mô phỏng mạng SFN kênh 5 87

Hình 3-9: Vùng phủ sóng mô phỏng mạng SFN kênh 44 88

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1-1: Tình hình triển khai DVB-T2 trên thế giới 22

Bảng 1-2: So sánh DVB-T và DVB-T2 24

Bảng 1-3: Khoảng bảo vệ GI và chu kỳ theo thời gian 31

Bảng 1-4: Độ trải trễ tối đa và khoảng cách giữa các máy phát 32

Bảng 2-1: Chu kỳ symbol và khoảng bảo vệ ở chế độ 8k và 2k 45

Bảng 2-2: Dân số chia theo giới tính và đơn vị hành chính 1/4/2009 (đơn vị:triệu người) 52

Bảng 2-3: Dân số và mật độ dân số năm 2008 phân theo địa phương 53

Bảng 2-4: Các thông số của mạng SFN loại 1 57

Bảng 2-5: Các thông số của mạng SFN loại 2 58

Bảng 2-6: Các thông số của mạng SFN loại 3 59

Bảng 2-7: Các thông số của mạng SFN loại 4 60

Bảng 2-8: Thông số xác định môi trường truyền sóng 65

Bảng 2-9: Vị trí các trạm phát sóng cao trên 100m tại Hà Nội 70

Bảng 2-10: Giá trị cường độ trường trung bình nhỏ nhất tần số 770Mhz 71

Bảng 2-11: Giá trị tỷ số sóng mang trên tạp âm C/N 72

Bảng 2-12: Kết quả đo cường độ trường 78

Bảng 3-1: Bộ thông số kỹ thuật mạng SFN DVB-T2 của AVG 81

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ISDB-T Integrated Service Didital Broadcasting – Terrestrial

DVB-T2 Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial

ARIB Association of Radio Industries and Business

LỜI NÓI ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Sự phát triển mạnh mẽ và đa dạng của các hệ thống dịch vụ truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa tần hiện nay có thể khiến cho nguồn tài nguyên tần số ngày càng cạn kiệt Mạng đơn tần trở thành một yêu cầu cần thiết và cấp bách bởi mạng đơn tần có nhiều ưu điểm vượt trội như sử dụng băng tần tần số hiệu quả hơn do tất cả máy phát trong mạng đơn tần chỉ phát ở một kênh sóng duy nhất, hiệu quả phủ sóng cao hơn so với các hệ thống khác do sử dụng các máy phát có công suất nhỏ và phân tán trong khu vực phủ sóng có địa hình phức tạp,

ít can nhiễu hơn, công suất sử dụng cho cùng một diện tích phủ sóng nhỏ hơn và

độ tin cậy cao Do vậy tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu quy hoạch mạng

phát sóng truyền hình đơn tần” để nghiên cứu, quy hoạch mạng phát sóng

truyền hình đơn tần, là cơ sở để triển khai thực tế tại Việt Nam

Lịch sử nghiên cứu

Khái niệm mạng đơn tần được đưa ra lần đầu tiên tại châu Âu khi công nghệ truyền hình tương tự được triển khai ở hầu hết các quốc gia trên thế giới và yêu cầu số hóa ngày càng cấp thiết Ở Đức, mạng đơn tần được triển khai vào ngày 31/10/2002 với hai mạng đơn tần phủ sóng thành phố Berlin và Potsdam qua loại hình thu bằng ăng-ten đặt trong nhà với 8 kênh truyền hình Tại Việt Nam, với phương châm đi tắt đón đầu công nghệ, Công ty Cổ phần Nghe Nhìn Toàn cầu (AVG) đã triển khai thử nghiệm mạng truyền hình số mặt đất sử dụng công nghệ mạng đơn tần SFN vào ngày 10/10/2010 trên ba kênh tần số 57, 58,

59 với hai trạm phát sóng đầu tiên là HTV Hà Nội và Vân Hồ Sau hơn 1 năm phát sóng thử nghiệm, AVG đã chính thức phát sóng toàn quốc vào ngày 11/11/2011 với 55 kênh truyền hình trong đó có 8 kênh truyền hình độ nét cao

Mục đích nghiên cứu

Luận văn đưa ra cái nhìn tổng quát về lý thuyết mạng đơn tần, phân tích những ưu, nhược điểm của nó, từ đó đưa ra luận điểm chứng minh sự ra đời và triển khai thực tế mạng đơn tần là tất yếu Tuy nhiên việc thiết lập mạng đơn tần

là khá phức tạp, đòi hỏi phải có phương án quy hoạch tối ưu, chúng ta có thể lựa chọn nhiều cấu hình hệ thống khác nhau tùy thuộc vào mục đích của nhà từng nhà mạng Ngoài ra, chúng ta có thể tính toán và dự đoán được can nhiễu (nếu có) trong và ngoài mạng đơn tần

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là công nghệ mạng đơn tần SFN, việc quy hoạch mạng phát sóng truyền hình đơn tần theo các tiêu chuẩn và áp dụng triển khai vào thực tế

Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào việc nghiên cứu, quy hoạch mạng phát sóng truyền hình đơn tần, từ đó áp dụng vào triển khai thực tiễn

Phương pháp nghiên cứu

Việc nghiên cứu dựa trên các tiêu chuẩn của các tổ chức quốc tế (ITU, DVB…), các bài báo, tạp chí công nghệ trong và ngoài nước Ngoài ra, phương pháp nghiên cứu còn dựa trên các kết quả tính toán và đo kiểm thực tế của Công

ty Cổ phần Nghe Nhìn Toàn cầu (AVG)

Tóm tắt luận văn

Bài luận văn bao được phân chia làm 3 chương chính

Chương 1: Tổng quan về truyền hình số và mạng đơn tần

 Giới thiệu tổng quan về truyền hình số, đặc điểm của truyền hình số, các tiêu chuẩn truyền hình số, công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T, DVB-T2

 Giới thiệu tổng quan về mạng đơn tần, phân loại mạng đơn tần, các đặc điểm chính của mạng đơn tần: nhiễu, độ trải trễ, độ lợi mạng, đồng bộ …

Chương 2: Quy hoạch mạng đơn tần

 Nêu ra các vấn đề chính khi xây dựng mạng đơn tần như vấn đề về dịch tần số, lỗi dữ liệu, trôi và trễ thời gian đối với tín hiệu phát, giao thoa trong hệ thống …

 Nêu ra các yêu cầu khi quy hoạch dựa trên các đặc điểm về dân cư, địa hình, mục đích phủ sóng, loại hình thu tín hiệu gì, mô hình mạng SFN nào được sử dụng Từ đó thiết lập mạng đơn tần thông qua việc lựa chọn tối ưu cấu hình hệ thống, tối ưu vùng phủ sóng dựa trên việc tính toán bằng phần mềm mô phỏng

Chương 3: Mạng đơn tần ở Việt Nam và trên thế giới

 Giới thiệu tình hình triển khai mạng đơn tần ở Việt Nam

 Giới thiệu tìn hình triển khai mạng đơn tần ở Singapore, Đức

Lời cảm ơn

Quy hoạch mạng phát sóng truyền hình đơn tần là một một lĩnh vực mới và phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kiến thức mới của công nghệ thông tin và truyền thông, do vậy bản luận văn này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy tôi

mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn này được hoàn thiện hơn nữa Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Ngọc Chiến đã giúp tôi hoàn thành cuốn luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 04, tháng 01, năm 2014

Học viên

Ngô Tuấn Anh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ MẠNG ĐƠN TẦN

1.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số

Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được nhiều chương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được những ưu điểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV v.v Việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cáp đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất

Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình số như hình 1-1

Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hóa (biến đổi A/D) tín hiệu truyền hình analog sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số

Các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình đã chọn Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát, được chuyển tới kênh thông tin và tới thiết bị thu Tại bên thu tín hiệu được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát, giải mã tín hiệu truyền hình, thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống tín hiệu truyền hình số sẽ xác định trực tiếp cấu hình của bộ mã hóa và giải mã Khi truyền qua kênh thông tin tín hiệu truyền hình số được mã hóa kênh để chống lỗi

1.2 Đặc điểm hệ thống truyền hình số

 Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chương trình truyền hình là

hệ thống nhiều kênh Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn, ngoài tín hiệu truyền hình còn kèm theo âm thanh và các thông tin khác như: thời gian chuẩn, các thông tin phụ v.v được ghép vào các khoảng trống của đường truyền

 Ít bị tác động của nhiễu, khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn, có thể khắc phục được hiện tượng chồng phổ tín hiệu, hiện tượng bóng ma (Ghosts) so với truyền hình tương tự

 Việc truyền tín hiệu số được thực hiện khi đảm bảo sự tương quan giữa các kênh truyền tín hiệu Do đó, các thông tin đồng bộ được đưa vào để đồng bộ các tín hiệu và có thể khóa mã dễ dàng

 Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tương tự như: sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần…

1.3 Các tiêu chuẩn truyền hình số

Hiện tại trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số

là : ATSC, DiBEG (ISDB-T), DVB-T

1.3.1 ATSC (Advanced Television System Committee)

Từ đầu năm 1990, ở Mỹ đã xuất hiện 4 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất

có độ phân giải cao (HDTV) được các tổ chức, các nhóm nghiên cứu khác nhau

đề xuất.Năm 1993, sau nhiều cuộc thử nghiệm, Uỷ ban Tư ấn về dịch vụ truyền hình tiên tiến (ACATS – Advisory Committee on Advance Television Service )

đã thuyết phục các nhóm nghiên cứu chọn lọc những điểm mạnh của mỗi tiêu chuẩn, kết hợp lại để tạo nên một tiệu chuẩn duy nhất

Năm 1995, Ủy ban Tư vấn ACATS đã chính thức trình lên tổ chức Fcc khuyến cáo về tiêu chuẩntruyền hình độ phân giải cao số hóa (Digital HDTV) của Mỹ với tên “The Grand Alliance” Đó làkết quả của sự cạnh tranh

và sau đó là sự tập trung trí tuệ của 7 tổ chức, công ty lớn

Năm 1996 FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số DTV của

Mỹ dực trên tiêu chuẩn gói dữ liệu quốc tế 188 byte Mpeg-2 Các chỉ tiêu

kỹ thuật cụ thể được quy định bởi Ủy ban các dịch vụ truyền hình tiên tiến (ATSC –Advanced Television System Committee).ATSC cho phép 36 chuẩn Video từ HDTV (High Definition Television ) đến các dạng thức Video tiêu chuẩn SDTV khác (Standard Definition Television) với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hình khác nhau

Tiêu chuẩn ATSC DTV được biết đến là một hệ thống dự định dùng để truyền các tín hiệu video, audio, chất lượng cao và các dữ liệu khác trên một kênh đơn 6MHz Hệ thống này có thể chia sẻ một cách đáng tin cậy khoảng 19Mbit/s trong một kênh truyền hình mặt đất 6MHz và khoảng 38Mbit/s trong một kênh truyền hình cáp 6MHz

Để thực hiện điều đó, tín hiệu video nguồn có thể mã hoá tới 5 lần để tốc

độ dòng bit tín hiệu truyền hình quy ước (NTSC) giảm xuống tới 50 lần hoặc cao hơn Nhằm thu nhỏ tốc độ dòng bit, kỹ thuật nén Video và Audio được sử dụng

trong hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống DTV được minh họa hình dưới Hệ thống gồm các khối:

Mã hoá và nén tín hiệu nguồn:

Cho phép hạn chế tốc độ bit (nén dữ liệu) phù hợp cho từng ứng dụng như các dòng dữ liệu video số, audio số và dữ liệu phụ ( dữ liệu điều kiện và điều khiển truy nhập, dữ liệu phục vụ)

Ghép kênh và truyền tải:

Các thông tin được chia nhỏ thành các gói dữ liệu, tương ứng sẽ có một phần tiêu đề để nhận biết cho mỗi gói hay mỗi loại gói, và tương ứng với thứ tự thích hợp các gói dữ liệu video, audio và dữ liệu phụ được ghép vào một dòng

dữ liệu đơn

Hệ thống DTV sử dụng dòng truyền tải Mpeg-2 để ghép và truyền dẫn tín hiệu video, audio và dữ liệu trong hệ thống phát sóng quảng bá Dòng tuyền tải này còn được ứng dụng khi độ rộng băng truyền trên một kênh thông tin hay dung lượng lưu trữ là có hạn, hoặc trong đường truyền với các mode truyền không đồng bộ (ATM)

Thu/Phát: gồm quá trình mã hoá và điều chế kênh truyền

 Mã hoá kênh truyền có nhiệm vụ cộng thêm các thông tin vào dòng bit dữ liệu, các thông tin được sử dụng trong quá trình tái tạo dữ liệu tại bên thu như các mã truyền dẫn bởi vì sự suy hao trong qua trình truyền dẫn sẽ gây lỗi tín hiệu truyền dẫn

 Điều chế là đem các thông tin trong dòng dữ liệu số điều chế lên thành tín hiệu truyền dẫn, gồm hai loại điều chế:

o Chế độ phát quảng bá mặt đất (8-VSB)

o Chế độ truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao(16-VSB)

Hình 1-2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số

1.3.2 DiBEG (Digital Broadcasting Expert Group)

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DiBEG của Nhật còn được gọi là tiêu chuẩn ISDB-T hoặc ARIB DiBEG sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BST-OFDM (Band Segmented OFDM) và cho phép sử dụng các phương thức điều chế tín hiệu số khác nhau đối với từng đoạn (Segment) dữ liệu như : QPSK, DQPSK, 16-QAM và 64-QAM Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành 13 khối (OFDM), mỗi khối có dải phổ 432 KHz với các tín hiệu chỉ thị và các thông

số truyền dẫn như : loại điều chế, các loại mã hiệu chỉnh lỗi được sử dụng trong từng khối…

Hình 1-3: OFDM phân chia dải tần (Band Segmented OFDM)

ISDB-T cho phép hệ thống có dải phổ 5,6 MHz và 432 KHz Trong môi trường một kênh truyền hình 6 MHz có thể sử dụng ba loại máy thu :

 5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM và màn hình HDTV để thu loại mọi hình dịch vụ

 5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM để thu di động với màn hình tiêu chuẩn (SDTV)

 432 KHz với bộ giải điều chế OFDM để thu âm thanh và dữ liệu

DiBEG còn có khả năng có thể đuợc sử dụng trong khu vực dải tần công tác 7/8 MHz ISDB-T trên thực tế là một biến thể của tiêu chuẩn DVB-T

1.3.3 DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)

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 ở tốc độ cao

vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang và sự giảm âm thanh của tần

số lựa chọn Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà có thể lên tới vài chục µs Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó phía thu bắt buộc phải khai thác những đám mây tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể

Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh cố thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát phát các 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 µs) Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích kênh DVB-T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần

số đã được mã hoá)

Hình 1-4: Tiêu chuẩn DVB-T

Có thể chia dòng bit 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 T u = 224 µs) và mode 8K cho SFNs ( tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng T u = 86 µs)

Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ am-QAM (4, 16 hay 32 QAM) Điều chế COFDM bản chất làfading tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều chế ở tốc độ bit trung bình ( tốc độ symbol vào khoảng 1 Kbaud 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 Do đó mỗi sóng mang phụ chiếm một dải tần hẹp trong đó đáp ứng tần số kênh là phẳng cục bộ không mã viterbi với cụm lỗi tới

từ các sóng mangkhông tin cậy gần kề, làm suy giảm do nhiễu băng hẹp

Mô tả Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất :

Hình 1-5: Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất

Quá trình phát sóng truyền hình trên mặt đất bao gồm những thành phần sau:

Tín hiệu Video/ Audio nguồn:

 Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các dữ liệu

số Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá

 Tín hiệu Video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit lên đến 270Mbps Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8MHz

có thể đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng cách nén tín hiệu Video

Mã hoá nguồn dữ liệu số (source coding):

Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tín số nén khác nhau Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG-2 (Moving Picture Experts Group) 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 như vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bit 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 hoá kênh:

Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu, 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 Reed-Solomon Mã Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay, do có khả năng sửa lỗi rất cao

Điều chế:

Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu Quá trình này bao gồm cả

mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do fadinh, tạp nhiễu v.v…

Bên Thu:

Bên phía thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu

1.4 Công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T2

T2 là thành quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học thuộc tổ chức Digital Video Broadcasting trong suốt các năm (2006-2009) DVB-T2 cho phép tăng dung lượng dữ liệu trên kênh truyền hình (30 - 50%) và độ tin cậy trong môi trường truyền sóng trên mặt đất

DVB- Nước đi tiên phong trong việc triển khai DVB-T2 là Anh vào tháng 3 năm

2010 Hầu hết các loại đầu thu DVB-T2 hay Tivi có tích hợp bộ thu đã được bán ở Anh, và giá cước phí đã giảm xuống dưới 30 Bảng/năm

 Cuối năm 2010 đầu năm 2011 DVB-T2 lần lượt được triển khai tại các nước Italy, Thụy Điển, và phần Lan Tất cả sẽ được triển khai toàn quốc trong thời gian ngắn

Tính đến tháng 8/2011 tình hình triển khai DVB-T2 trên thế giới như sau:

Các nước đã triển

khai

Các nước đang thử

Tanzania Swaziland

Zimbabwe

Bảng 1-1: Tình hình triển khai DVB-T2 trên thế giới

1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát

Hình 1-6: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía phát

 Khối mã hóa ghép kênh Audio/Video có chức năng mã hóa tín hiệu Audio/Video cùng các tín hiệu phụ trợ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu 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-TS

 Khối Gateway T2 có đầu vào là MPEG-TS, đầu ra là dòng T2-MI

 Khối Distribution Network phân chia tín hiệu đi các nơi

 Bộ điều chế T2 có đầu vào là T2-MI, đầu ra là tín hiệu RF được đưa lên anten phát đi

1.4.2 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu

Hình 1-7: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 phía thu

 Anten thu thu được tín hiệu RF đưa vào bộ giải điều chế T2

 Bộ giải điều chế T2 có đầu vào là RF, đầu ra là MPEG-TS

 Bộ giải mã có đầu vào là MPEG-TS đầu ra là tín hiệu (giống gốc)

 Trong hệ thống DVB-T phương thức điều chế cao nhất là 64 QAM cho phép truyền tải 6 bit/symbol/sóng mang Ở DVB-T2 phương thức điều chế 256 QAM cho phép tăng lên 8 bit/symbol/sóng mang (tăng 33% hiệu suất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với 1 tỷ lệ mã cho trước)

 DVB-T2 sử dụng chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q delay) Sau khi đã được định vị, chòm sao được xoay 1 góc trên mặt phẳng I-Q như hình sau:

Hình 1-8: Chòm sao xoay (Constell rotation)

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

c) Kích thước FFT và khoảng bảo vệ GI

 DVB-T2 có nhiều lựa chọn kích thước FFT hơn DVB-T, các lựa chọn thêm làm tăng kích thước FFT, đồng nghĩa với việc thu hẹp khoảng cách giữa các sóng mang và làm tăng chu kỳ symbol Việc này một mặt làm tăng can nhiễu giữa các symbol và làm giảm giới hạn tần số cho phép đối với hiệu ứng Doppler

 Mặt khác chu kỳ symbol dài hơn cũng có nghĩa là tỷ lệ khoảng bảo vệ nhỏ hơn đối với cùng giá trị tuyệt đối của khoảng bảo vệ trên trục thời gian

Tỷ lệ khoảng bảo vệ bằng 1/128 trong DVB-T2, cho phép 32K sử dụng khoảng bảo vệ có cùng giá trị tuyệt đối như 8K 1/32

d) Mã sửa sai

Trong khi hệ thống DVB-T sử dụng mã sửa sai trong và ngoài là mã cuốn

và mã R-S (Convolutional and Reed-Solomon Codes) thì DVB-T2 sử dụng

LDPC/BCH Các mã này cho phép khả năng bảo vệ tốt hơn, truyền nhiều dữ liệu hơn trên 1 kênh thông tin

e) 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 1-9: Mẫu hình Pilot phân tán 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

 Piolot phân tán cho phép giảm thiểu độ vượt mức (overhead) từ 4 – 8% khi sử dụng mẫu hình PP3 và khoảng bảo vệ 1/8 Đối với Pilot liên tục, tỷ

lệ phần trăm của DVB-T2 phụ thuộc vào kích thước FFT

f) 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 suất bộ khuếch đại công suất RF Cả 2 kỹ thuật làm giảm PAPR được sử dụng trong hệ thống DVB-T2: Mở rộng chòm sao tích cực (Active Constellation Extension - ACE) và hạn chế âm sắc (Tone Reservation - TR)

 Kỹ thuật ACE làm giảm PAPR bằng cách mở rộng các điểm ngoài của đồ

thị chòm sao trên miền tần số, còn TR làm giảm PAPR bằng cách trực tiếp loại bỏ các giá trị đỉnh của tín hiệu trên miền thời gian

 Hai kỹ thuật bổ sung cho nhau, ACE hiệu quả hơn TR ở mức điều chế thấp còn TR hiệu quả hơn ACE ở mức điều chế cao Hai kỹ thuật không loại trừ nhau và có khả năng sử dụng đồng thời Tuy nhiên ACE không được sử dụng với chuẩn xoay

g) Tốc độ truyền dữ liệu

 Đây là ưu điểm lớn nhất của DVB-T2 so với DVB-T, là một trong những nguyên nhân chính giúp gia tăng dung lượng truyền của mỗi kênh lên đáng kể Qua đó giúp tăng chương trình cho mỗi kênh tần số

 Ưu điểm này là yếu tố quan trọng, quyết định để truyền các dịch vụ HDTV và 3DTV có tốc độ lớn hơn nhiều so với các chương trình SDTV

1.5 Giới thiệu mạng đơn tần

Trong môi trường thực tế, chúng ta đang chịu hậu quả của hiện tượng phản xạ sóng khi thu các chương trình truyền hình Đối với công nghệ analog, nhiều sóng đến anten thu và gây ra nhiều hình trên TV, tạo nên bóng ma lem nhem, thậm chí các hình phá nhau làm mất đồng bộ và không thể xem được

Sóng của máy phát hình số cũng chịu quy luật phản xạ, nhưng do kỹ thuật ghép đa tần trực giao OFDM và nhờ có thông số “khoảng thời gian bảo vệ” của DVB-T, nên các thiết bị thu số DVB-T khắc phục có hiệu quả hiện tượng phản

xạ Các tia (hoặc các chùm) sóng đến từ các hướng khác nhau với đoạn đường đi khác nhau tới anten thu, sẽ nhanh chậm khác nhau một khoảng thời gian

Nếu mỗi điểm phản xạ ta coi như một máy phát con, thì nhìn tổng thể, như là một “mạng đơn tần tự nhiên” vì các tia (chùm) sóng: đều mang cùng dòng truyền tải TS, có cùng tần số và các chùm sóng đến điểm thu nhanh chậm hơn nhau, mà vẫn nằm trong khoảng thời gian bảo vệ Chỉ có khác “mạng đơn tần tự

nhiên” này không có sự tác động của con người để chuẩn chỉnh đồng bộ đúng như mạng đơn tần do con người chủ động tạo ra

Theo thiết kế truyền thống, để đảm bảo một vùng phủ sóng chắc chắn, ngăn ngừa hiện tượng giao thoa giữa các tín hiệu truyền hình số được phát… người ta thực hiện sử dụng mạng đa tần (MFN: Multi Frequence Network), có nghĩa tần số phát của hai đài phát lân cận nhau phải khác nhau Tuy nhiên, việc này làm cạn kiệt tài nguyên tần số quốc gia và không mạng lại hiệu quả kinh tế

Do tính chất các chương trình truyền hình trong một hệ thống là giống nhau, lại cần phủ sóng trong một vùng rộng lớn, các nhà nghiên cứu phát triển truyền hình số đã đề xuất xây dựng hệ thống mạng đơn tần (SFN: Single Frequency Network), với đặc trưng tập hợp máy phát đồng bộ trong hệ thống, cùng một lúc phát trên một tần số, với cùng một tín hiệu, như vậy chúng ta đã giải quyết được vấn đề sử dụng hiệu quả nhất quỹ tần số đồng thời có thể tăng số trạm phát sóng lên, đảm bảo chất lượng phủ sóng tốt nhất mà không cần tăng công suất phát cùng như độ cao của ăng-ten phát

Ngoài những ưu điểm cơ bản trên, mạng SFN còn cho thấy nhiều điểm nổi trội hơn so với mạng MFN như: công suất tiêu thụ nguồn toàn hệ thống ít hơn, giảm thiểu lỗi dịch tần do hiệu ứng Doppler, lỗi truyền phát dữ liệu cũng được giảm thiểu, trễ và sai số theo thời gian ít hơn do giảm được cự ly từ đài phát tới các máy thu, giao thoa trong hệ thống giảm… Tại một vị trí nào đó trong vùng phủ sóng của một hệ thống SFN, máy thu nhận được tín hiệu đến là tập hợp các tín hiệu truyền hình (ở đây ta xét với mô hình DVB-T) cùng tần số và nội dung tín hiệu, với trễ thời gian khác nhau phụ thuộc vào cự ly từ máy thu tới từng đài phát Như vậy máy thu sẽ không thể làm việc nếu không có bộ phận xử lý trễ thời gian trong một khoảng trễ nào đó Một kỹ thuật được sử dụng phổ biến hiện nay là dùng các khoảng bảo vệ Đối với hệ DVB-T, khoảng bảo vệ có thể kiểm

soát mức trễ thời gian lên tới 224µs Một trong những ưu điểm của hệ thống DVB-T là sử dụng phương pháp điều chế tín hiệu OFDM và có chèn khoảng bảo

vệ giữa các symbol của khung OFDM Như vậy vùng phủ sóng của một Cell trong hệ thống SFN sẽ phụ thuộc nhiều vào độ dài trễ thời gian của tín hiệu thu được và tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal Noise Ratio) Đầy sẽ là một trong những tiêu chuẩn để xác định bán kính vùng phủ sóng

Mạng đơn tần là một mạng lưới các trạm phát sóng sử dụng cùng một tần

số để phát sóng cùng một nội dung thông tin Mạng đơn tần là một trong những phương pháp mở rộng phạm vi phủ sóng mà không cần bổ sung thêm tần số Mạng đơn tần có thể triển khai trên cả hệ thống phát thanh số T-DAB và cả

hệ thống truyền hình số DVB-T Ngoài ra mạng đơn tần còn được sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến khác chẳng hạn như các mạng nội bộ không dây

Hình 1-10: Mạng đơn tần

Mạng đơn tần sử dụng điều chế COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ghép kênh phân chia tần số trực giao theo mã COFDM khắc phục hiện tượng nhiễu đa đường (các tín hiệu phản xạ và tín hiệu chính

gian không truyền dữ liệu giữa các symbol Nhờ khả năng chống lại hiện tượng

đa đường, chúng ta có thể xây dựng một mạng SFN với vùng phủ sóng chồng lấn của nhiều máy phát cùng phát một tần số Ở khu vực giao thoa, tín hiệu yếu hơn trong hai tín hiệu đến sẽ được xem như là một echo của hiện tượng đa đường Tuy nhiên, echo phải làm trong phải bảo vệ và các trạm phát phải được đồng bộ

Do vậy, nếu hai trạm phát ở xa nhau, thì trễ giữa hai tín hiệu từ hai máy phát lớn

và hệ thống sẽ cần một khoảng bảo vệ lớn

1.6 Phân loại các mạng đơn tần

Mạng SFN có thể thiết lập và phân loại về mối tương quan hoặc không tương quan theo nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu của nhà điều hành

và các điều kiện thực địa của khu vực triển khai mạng SFN

Một mạng SFN tương quan là mạng mà nội dung các chương trình là giống hệt nhau trên toàn mạng Một mạng SFN không tương quan là mạng mà không

có mối tương quan nào giữa các tín hiệu từ các trạm phát khác nhau, hoặc về nội dung hoặc về sự đồng bộ Có thể phân loại SFN như sau:

1) SFN quốc gia (National SFN), nơi mà có nhiều máy phát công suất cao, riêng biệt nhau Mạng SFN điển hình này sẽ bao phủ một khu vực rộng lớn giống như cả một khu vực hoặc một đất nước và được áp dụng như là một dịch vụ truyền hình quốc gia

2) SFN khu vực (Regional SFN), nơi mà có một hoặc nhiều máy phát công suất cao, riêng biệt nhau

3) SFN địa phương (Localized SFN) nơi có các trạm phát chính công suất cao có thể hoạt động trên các kênh khác nhau nhưng có các nhóm trạm phát SFN địa phương gần mỗi trạm phát chính

4) SFN gap filler là nhiều máy phát đồng kênh công suất thấp được cấp tín

hiệu cao tần từ các máy phát chính và được sử dụng để khắc phục ở các khu vực chưa được phủ sóng

5) SFN địa phương lai (Hybrid localized SFN) nơi mà mỗi máy phát công suất lớn hoạt động trên một kênh khác nhau nhưng đưa tới tất cả các trạm lặp hoạt động trên một kênh chung Những trạm lặp này có thể có hoặc không được đồng bộ về mặt điều chế

1.7 Nhiễu nội tại trong mạng đơn tần

Điều quan trọng khi thiết kế mạng đơn tần là lựa chọn chế độ hoạt hoạt động COFDM thích hợp Hai thông số quan trọng nhất là khoảng bảo vệ (Guard Interval) và chế độ hoạt động (2k/8k) trong mạng đơn tần Bảng 1-3 dưới đây sẽ

mô tả các khoảng bảo vệ khác nhau tính theo đơn vị µs đối với các chế độ và khoảng bảo vệ khác nhau Rõ ràng khoảng bảo vệ ở chế độ 8k gấp 4 lần khoảng bảo vệ ở chế độ 2k khi xét cùng một giá trị khoảng bảo vệ Do vậy không có hiện tượng mất dữ liệu ở chế độ 8k và là một trong những lý do mà chế độ 8k được sử dụng phổ biến

Nhiễu nội tại của mạng đơn tần tăng lên bởi khoảng cách riêng biệt của các máy phát vượt quá khoảng bảo vệ có thể đáp ứng Nếu tín hiệu từ một trong số các máy phát cách xa nhau cùng đến máy thu, các tín hiệu sẽ bị trễ về mặt thời gian tương với với khoảng cách vật lý từ máy thu tới các trạm phát

Bảng 1-3: Khoảng bảo vệ GI và chu kỳ theo thời gian

Nếu khoảng cách này là đủ lớn nó có thể tạo ra trễ vượt quá khoảng bảo vệ của mạng SFN Nếu điều này xảy ra, tín hiệu trễ sẽ đóng vai trò như tín hiệu không mong muốn và gây ra nhiễu tại phía thu Cường độ của tín hiệu không mong muốn sẽ thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào các điều kiện lan truyền cục bộ Người thiết kế mạng thường thiết lập một số qui định để khoảng bảo vệ lựa chọn là phụ hợp với trễ phát sinh do khoảng cách riêng biệt của các máy phát liền kề trong mạng

1.8 Độ trải trễ

Độ trải trễ là độ lệch về thời gian của hai tín hiệu cùng đến một điểm thu

Nó độc lập với tần số phát được sử dụng Bảng 1-4 đưa ra thông tin về chu kỳ của khoảng bảo vệ đối với các trường hợp khác nhau giữa khoảng bảo vệ và chế

độ hoạt động (2k/8k) Điều này cũng tương ứng với độ trải trễ lớn nhất cho phép khi thiết lập mạng đơn tần Nó cũng chỉ ra khoảng cách vật lý tối đa của hai máy phát liền kề, theo qui định đơn giản được đề cập ở trên đối với việc lựa chọn khoảng bảo vệ thích hợp của mạng SFN

Bảng 1-4: Độ trải trễ tối đa và khoảng cách giữa các máy phát

theo khoảng bảo vệ

Tuy nhiên, nhiều khả năng là máy thu sẽ được định vị trong vùng dịch vụ

vùng dịch vụ liên kề như trong hình 1-11 Trong trường hợp này, độ trải trễ là độ lệch về đường tín hiệu từ hai máy phát tới điểm thu, nó không chỉ là khoảng cách

từ các máy phát

Hình 1-11: Độ trải trễ bởi hai máy phát

Độ lệch đường đi tín hiệu D = d2 – d1 [km]

Giả thiết d2 > d1 Độ trải trễ:

𝑇 =(d2 – d1)𝑥103𝑥108[𝑠𝑒𝑐]

Như bảng 1-4, khoảng bảo vệ tối đa khi GI=1/4 ở chế độ 8k sẽ cho phép độ lệch về đường đi của tín hiệu tối đa D xấp xỉ 67.2km, tương ứng với 224ms Do vậy nếu D vượt quá khoảng cách này thì có thể phát sinh nhiễu Tuy nhiên, nhiễu

có đặc tính của tạp âm và thường có cường độ yếu hơn tín hiệu chính Một ten cố định ở phía thu hướng về trạm phát chính sẽ có sự phân biệt về mức tín hiệu bởi hướng thu và giảm tín hiệu không mong muốn Thông thường nó được chấp nhận trong hầu hết các điều kiện thu, nhiễu không mong muốn từ các vùng dịch vụ liên kề trong một mạng đơn tần sẽ không gây ra nhiễu tiêu cực

ăng-1.9 Chất lượng SFN với 0 dB Echoes

Hầu hết việc thử nghiệm mạng đơn tần đòi hỏi phải thiết lập các mạng với hai hoặc ba trạm phát cùng kênh (cùng tần số) Với sự bố trí đơn giản này nó cũng có thể thay đổi thời gian trễ giữa hai tín hiệu đến một máy thu Cũng có thể đảm bảo rằng cường độ của tín hiệu là thay đổi, cho phép đánh giá chất lượng của mạng đơn tần COFDM dưới các điều kiện khắc nghiệt nhất Thông số thường được dùng để đánh giá chất lượng SFN là mức tín hiệu hoặc 0 dB echoes Điều này được thực hiện bởi việc đánh giá thời gian trễ trong giới hạn chu kỳ khoảng bảo vệ đối với hoạt động tương thích mạng SFN (DVB-T) Những loại echoes giới hạn này là không mong muốn và phát sinh trong thực tế, tuy nhiên chúng cho phép tiêu chuẩn về khoảng bảo vệ thực hiện việc bổ sung sự lựa chọn chu kỳ khoảng bảo vệ phù hợp

Điều đáng nói, lợi ích của việc sử dụng mạng đơn tần không phải là nhiều tín hiệu mong muốn được thu một cách đồng thời bởi máy thu Một mạng thiết

kế tốt sẽ chỉ có mức tín hiệu nhỏ ở phần rìa giữa vùng dịch vụ này và vùng dịch

vụ khác Lợi ích của mạng đơn tần là hiệu suất phổ, đó là việc sử dụng lại tần số giống nhau qua các mạng

Thực nghiệm chỉ ra rằng khi hai tín hiệu từ hai máy phát trong mạng SFN

có cùng cường độ sẽ là một sự cố ở máy thu (gọi là 0dB echo), cường độ tín hiệu thu được tăng gấp đôi (công suất sóng mang tăng 3dB) Tuy nhiên, tỉ số C/N yêu cầu đối với việc thu nhiễu tự do cũng tăng gấp đôi (C/N tăng 3dB) Thực tế này

đã được dự báo bởi các nhà phân tích khi chỉ ra rằng SFN sẽ không làm việc với 0dB echoes, tuy nhiên điều này là không đúng Thực tế rằng việc C/N yêu cầu tăng, là bởi độ lệch như nhau tương ứng tăng về mức công suất thu được do 0dB echo Vì 0dB echoes có thể cho phép trong mạng SFN, nhưng nó sẽ không phải

là kết quả độ lợi của mạng khi tỉ số C/N yêu cầu vẫn tăng Tuy nhiên, không

giống như thống kê rằng một máy thu cố định bao giờ cũng thu các tín hiệu có cường độ như nhau do việc quy hoạch mạng Sự bất lợi C/N, đối với 0dB echoes trong mạng đơn tần sẽ giảm khi sự sai lệch về cường độ của hai tín hiệu tăng lên Ví dụ, hai tín hiệu thu được với sự sai lệch 10dB về cường độ tín hiệu sẽ chỉ làm C/N yêu cầu tăng lên vài phần mười dB so với C/N yêu cầu khi chỉ có riêng một trạm Thông thường mạng đơn tần kỹ thuật số được thiết kế với sự sai lệch cường độ tín hiệu khoảng 23dB, giữa tín hiệu mong muốn trong vùng dịch vụ và bất kỳ tín hiệu ngẫu nhiên đồng kênh nào Do vậy, không chắc rằng 0dB echoes bao giờ cũng gặp phải trong vùng dịch vụ của trạm phát chính trong mạng đơn tần

Đặc tính 0dB echoes đã làm che mờ lợi ích chính khi sử dụng mạng đơn tần, là hiệu suất sử dụng phổ tần Như đã đề cập ở trên, điều này chỉ đạt được khi tất cả các máy phát trong mạng sử dụng cùng một tần số với cùng một dịch vụ truyền hình số với việc truyền bit đồng nhất Vì vậy có thể chỉ dùng một tần số

để phủ sóng hoàn toàn một khu vực hoặc quốc gia Điều này là không thể với hệ thống truyền dẫn truyền hình tương tự và là một đổi mới kỹ thuật chủ yếu

1.10 Đồng bộ mạng đơn tần

Hầu hết các mạng truyền hình số đều sử dụng mạng truyền dẫn kỹ thuật số

để cấp nguồn MPEG-TS từ trung tâm sản xuất truyền hình và trung tâm playout tới các trạm phép kênh và máy phát ở xa Các mạng viễn thông số hầu hết là sử dụng các kênh truyền dẫn chung Những kênh này bao gồm hệ thống viba, sử dụng ghép kênh PDH và/hoặc ghép kênh SDH, và hệ thống viba số Các lựa chọn khác về truyền dẫn bao gồm truyền dẫn qua vệ tinh và sợi quang Các mạng ATM ngày càng trở nên phổ biến về mặt truyền dẫn vì chúng đưa ra độ linh hoạt cao hơn về hiệu suất và cách sử dụng mạng trong việc quản lý qua các kiến trúc

kỹ thuật khác Các tiêu chuẩn được phát triển đối với tín hiệu MPEG-2 với các

loại mạng này ở tất các các tốc độ bit Đối với các mạng truyền dẫn, điều khiển thời gian một cách kỹ lưỡng là cần thiết để giảm thiểu biến động thời gian thêm vào dòng truyền tải MPEG-2

ra trong hình 1-12 với các tín hiệu đồng bộ thời gian và đồng bộ tần số cũng như gói MIP (Mega Initianization Packet) được chèn vào dòng truyền tải MPEG-2, theo tiêu chuẩn ETSI TS 101 191 về đồng bộ SFN

Hình 1-12: Đồng bộ mạng SFN hai máy phát

1.10.2 Đồng bộ thời gian

Điều này đòi hỏi việc phân phối tín hiệu thời gian ổn định bên ngoài tới tất cả các bộ điều chế COFDM (hoặc/và các máy phát) trong mạng Xung này phải có độ chính xác ít nhất ±1 ms Các bộ nén MPEG-2 và bộ ghép kênh cũng cần truy cập tới tham chiếu thời gian này Cách thông thường là cấp tín hiệu thời gian một xung/giây (PPS: Pulse per second) TTL (transistor transistor logic) thu

Cần chú ý rằng, sự thiếu chính xác về đồng bộ tần số sẽ làm cho vùng phủ sóng kém đi (nhiễu giữa các sóng mang tăng lên) Do vậy, việc sử dụng các chức năng tùy chọn là một giải pháp để giải quyết sự thiếu chính xác này

1.10.4 Đồng bộ bit sử dụng Megaframe và MIP

Để đảm bảo rằng tất cả máy phát truyền dẫn cùng bit thông tin từ dòng truyền tải MPEG-2 ở thời gian xác định, cần thiết phải bổ sung một nhãn thời gian vào MPEG-2 TS Điều này được thực hiện bằng việc sử dụng một megaframe – một tập hợp của 8 khung 8k hoặc 32 khung 2k Chu kỳ của megaframe xấp xỉ 500-610ms và điều này cho phép tất cả các máy phát được đồng bộ trong giới hạn 1s

Megaframe bao gồm chính xác một gói khởi tạo megaframe, định nghĩa là MIP, nó chưa một nhãn thời gian để chỉ dẫn thời gian mà megaframe sẽ được

phát sóng Nó sẽ được so sánh với thời gian tham chiếu tần số và thời gian chung thu được từ bộ thu GPS Thời gian chính xác này có thể được thiết lập để phát sóng các đoạn thông tin

1.11 Trễ truyền dẫn

Khi thiết lập mạng đơn tần, điều quan trọng là cân bằng sự sai lệch về thời gian giữa các máy phát khác nhau do đặc tính đường truyền và trễ xử lý trong mạng Sự cân bằng này là cần thiết để đảm bảo tât cả các trạm phát là đồng nhất

ở cùng một thời điểm Tất cả các mạng truyền dẫn đều bị bổ sung một lượng trễ biến đổi tới một tín hiệu vì tín hiệu được xử lý điện tử và đi từ vị trí vị trí này tới

vị trí kia trong mạng Đặc biệt là mạng truyền dẫn số có đặc tính trễ lớn Những trễ này có thể được tính toán trước và bù lại bằng việc thêm trễ hệ số trễ tối đa tới nhãn thời gian MIP Hệ số trễ tối đa này là tổng thời gian (thông thường < 100ms), được lựa chọn để vượt quá trễ tối đa có thể đoán trước trong mạng truyền dẫn khi một tín hiệu tới máy phát xa nhất trong mạng

Trong khi tín hiệu đi tới điểm xa nhất này, tất cả các máy phát khác đều phải đợi thời gian trễ lớn nhất để đảm bảo tất cả các máy phát sẽ phát cùng một thông tin ở cùng một thời điểm Điều này cho phép người quy hoạch mạng có thể

bù và cân bằng trễ truyền dẫn trong mạng Tính năng này đảm bảo rằng tất cả máy phát trong mạng được đồng bộ thời gian và đồng bộ bit Các bộ điều chế trong các máy phát lưu trữ dòng MPEG-2 TS một cách đơn giản trong các bộ đệm đến thời điểm xác định trước khi tất cả các máy phát sẵn sàng phát sóng cùng bit thông tin

1.12 Độ lợi mạng

Mạng đơn tần là một kỹ thuật thú vị và đầy hứa hẹn, chủ yếu là do hiệu quả

sử dụng phổ, tuy nhiên chúng cũng đem lại hiệu quả về công suất nếu quy hoạch một cách chính xác Các nghiên cứu lý luận rộng rãi được tiến hành ở cả truyền

hình số DTV và phát thanh số DAB, về mạng đơn tần, sử dụng mô hình máy tính

để tối ưu cấu hình SFN và thiết lập công suất phát tối thiểu Từ những nghiên cứu này, kết quả lý tưởng là một mạng tam giác đều sẽ xuất hiện trong hình 1-13 với mỗi trạm phát là một điểm lưới và có đồ thị bức xa ăng-ten đẳng hướng Và phía thu sử dụng loại ăng-ten roi hoặc ăng-ten đẳng hướng, nó sẽ thu đồng thời tín hiệu từ các hướng

Hình 1-13: Mạng lưới máy phát SFN lý tưởng

Trong các mạng được quy hoạch một cách thông thường, cách phổ biến

để đảm bảo khả năng sẵn sàng của dịch vụ ở phần lớn các vị trí thu trong vùng dịch vụ có 1 máy phát là bao gồm một dự trữ fade lớn trong tính toán tuyến Các kết quả này ở các máy phát công suất cao hơn được sử dụng để thích hợp với các fade tiềm tàng về cường độ tín hiệu

Trong mạng SFN được quy hoạch ở trên, bất kỳ ăng-ten roi ở phía thu nào cũng sẽ thu tập được các thành phần tín hiệu với các mức cường độ trường, cái

mà không tương quan một cách mạnh mẽ từ nhiều máy phát liền kề Nếu một tín hiệu bị fade sau đó phía thu có thể có bù đủ cường độ trường từ máy phát khác