Đo và đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất dvb t

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 4 đến 6 chương trình đồng thời; với cùng một vùng phủ s

t

trường đại học bách khoa hà nội

Khoa điện tử viễn thông -

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

the inevitable development for many worldwide countries’s television including Viet Nam After comparing with other digital television’s standard, Viet Nam national television has chosen Terrestrial Digital Video Broadcasting DVB-T standard of Europe for Viet Nam This system is well used in many countries thus it is suitable for our capability of the integration and investment Moreover, it is also the basis to expand other services in the near future

The project “ Measuring and Evaluating/Assessment the standard of DVB–T system” is a practical one of which obtained results can then support for choosing the optimal parameters for the terrestrial television network in the deploying condition in Viet Nam The project includes following contents:

- Overall presentation about digital television with its three standard DVB–T, ATSC and ISDB Analysing advantages and disadvantages of the DVB-T European standard, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing COFDM - a new and advanced multiplexing technology

- Methods for the measuring, assessing/evaluating standard of Terrestrial Digital Video Broadcasting System, bring out the index of the transmitters, the receivers and the transmission network, the information of frequency, Phase Noise, Signalling Spectrum, Linearity Characterization, BER, C/N, I/Q signal analysis

- Best practice of the measuring results and the parameters which is choosen for the development of DVB-T system in the condition of Viet Nam

Keywords of the research may be: DVB-T, ETSI TR 101 290, COFDM v.v…

triển tất yếu của truyền hình ở các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam Với các ưu điểm của mình so với các tiêu chuẩn truyền hình số khác, tiêu chuẩn DVB-T của châu

Âu đã được Đài truyền hình Việt Nam lựa chọn cho Việt Nam Đây là một hệ thống được nhiều quốc gia sử dụng nên phù hợp cho quá trình trao đổi hội nhập, phù hợp với khả năng đầu tư của nước ta Mặt khác hệ thống là nền tảng để chúng ta có thể phát triển mở rộng các dịch vụ khác trong tương lai

Đề tài “Đo và đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T” là

một nội dung thiết thực, các kết quả thu được có thể hỗ trợ cho việc lựa chọn các tham

số tối ưu cho mạng truyền hình số mặt đất trong điều kiện triển khai tại Việt Nam Đề tài bao gồm các vấn đề sau:

• Trình bày một cách tổng quan về truyền hình số, về ba tiêu chuẩn truyền hình số

mặt đất hiện có trên thế giớilà DVB-T, ATSC và ISDB Phân tích và nêu bật các ưu nhược điểm của tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T về truyền hình số mặt đất,

kỹ thuật ghép đa tần trực giao có mã COFDM - một kỹ thuật điều chế mới, có

rất nhiều ưu điểm

• Xây dựng các phương pháp đo, đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất, đã đưa ra được các chỉ số đo của máy phát, máy thu và mạng truyền dẫn, các thông số về tần số, tạp nhiễu pha, phổ tín hiệu, đặc tính suy giảm vai, BER, C/N, phân tích I/Q

• Về ứng dụng thực tế một số kết quả đo đạc và tham số được lựa chọn để phát triển truyền hình số DVB-T trong điều kiện thực tế tại Việt Nam

Các từ khóa của luận văn có thể là: DVB-T, ETSI TR 101 290, COFDM v.v…

Mục lục 1

Danh mục các ký hiệu và thuật ngữ viết tắt Error! Bookmark not defined Danh mục các hình vẽ Error! Bookmark not defined Danh mục các bảng Error! Bookmark not defined Chương 1 - Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T Error! Bookmark not

defined

1.1 Tổng quan về truyền hình số Error! Bookmark not defined

1.2 Hệ thống truyền hình số mặt đất Error! Bookmark not defined

1.3 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T Error! Bookmark not defined

1.3.1 Kh ối mã hoá nguồn và ghép kênh Error! Bookmark not defined

1.3.2 Kh ối mã hoá kênh truyền và điều chế Error! Bookmark not defined

1.3.3 Kh ối khuếch đại Error! Bookmark not defined

Chương 2 - Phương pháp đo, đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt

đất Error! Bookmark not defined

2.1 Các phép đo tần số Error! Bookmark not defined 2.1.1 Độ chính xác tần số RF Error! Bookmark not defined 2.1.2 Độ rộng kênh RF Error! Bookmark not defined 2.1.3 Phép đo độ dài symbol tại tần số RF (kiểm tra khoảng bảo vệ) Error!

Bookmark not defined

2.2 Độ chọn lọc Error! Bookmark not defined 2.3 Dải bắt AFC (AFC Capture Range) Error! Bookmark not defined 2.4 Tạp nhiễu pha của bộ dao động Error! Bookmark not defined 2.5 Công suất tín hiệu RF/IF Error! Bookmark not defined 2.6 Công suất nhiễu (Noise power) Error! Bookmark not defined

2.9 Độ suy giảm tạp nhiễu tương đương (END) Error! Bookmark not defined 2.10 Đặc tính tuyến tính (suy giảm vai) - Linearity Characterization Error!

Bookmark not defined

2.11 Hiệu suất công suất (Power efficiency) Error! Bookmark not defined 2.12 Mối quan hệ giữa BER và C/N bằng cách thay đổi công suất Error! Bookmark

not defined

2.13 BER trước giải mã RS (trước giải tráo ngoài) Error! Bookmark not defined 2.14 BER sau giải mã RS (sau giải tráo ngoài) Error! Bookmark not defined 2.15 Phân tích I/Q Error! Bookmark not defined 2.15.1 Tỷ số lỗi điều chế (Modulation Error Ratio - MER) Error! Bookmark not

2.15.5 Lỗi vuông góc (Quadrature error - QE) Error! Bookmark not defined

2.15.6 Độ rung pha (phase Jitter -PJ) Error! Bookmark not defined

Chương 3 - Một số kết quả đo đạc thực tế và việc triển khai truyền hình số

DVB-T thực tế tại Việt Nam Error! Bookmark not defined

3.1 Các thử nghiệm đã tiến hành về truyền hình số DVB-T tại Việt Nam Error!

Bookmark not defined

3.2 Các phương án triển khai máy phát hình số tại Việt Nam Error! Bookmark not

defined

3.3 Tỷ số bảo vệ các kênh liền kề số và tương tự Error! Bookmark not defined

Bookmark not defined

3.4.2 Phổ tín hiệu số hai kênh liền kề đo tại Hải Phòng Error! Bookmark not

defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined TÓM TẮT LUẬN VĂN Error! Bookmark not defined ABSTRACT Error! Bookmark not defined

M ở đầu

Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, tốc độ lớn, 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 4 đến 6 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 bởi nhiễu đường truyền, tránh được hiện tượng bóng ma thường 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 1999 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 2000 đã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình

số tại Việt nam Một điểm đáng quan tâm trong dự án là đã định thời gian cho việc bắt đầu phát thử nghiệm truyền hình số tại Việt nam vào năm 2001

Trên thế giới hiện đang tồn tại song song ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của

Mỹ, Nhật và Châu Âu Nhiều nước trên thế giới đã tiến hành thử nghiệm để chọn chuẩn cho Quốc gia Do điều kiện kinh tế đất nước còn nhiều khó khăn, chúng ta không có điều kiện để thử nghiệm cả ba chuẩn trên trong thực tế, trên cơ sở nghiên cứu

lý thuyết và kết quả thử nghiệm của nhiều nước khác, nhiều nhà khoa học Việt nam đã đưa ra những ý kiến về việc khuyến cáo chọn chuẩn truyền hình số cho Việt nam, mọi

ý kiến đều cho rằng nên chọn chuẩn Châu Âu (DVB-T) Dựa vào đó, Đài truyền hình Việt Nam đã đầu tư thử nghiệm hệ thống thu phát truyền hình số theo tiêu chuẩn Châu

Âu và đã đạt được một số kết quả khả quan Cho đến nay, hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T đã được triển khai rộng rãi trên toàn lãnh thổ Việt Nam

Nội dung của luận văn là “Đo và đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T” là một nội dung rất thiết thực, phù hợp với yêu cầu trong quá trình đổi mới công nghệ truyền hình, các kết quả thu được có thể hỗ trợ cho việc lựa chọn các tham số tối ưu cho mạng truyền hình số mặt đất trong điều kiện triển khai tại Việt Nam

Để giải quyết vấn đề trên, nội dung của luận văn gồm 03 phần sau:

Chương I: Trình bày một cách tổng quan về truyền hình số, giới thiệu sơ lược về

ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện có trên thế giới, giới thiệu chi tiết về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

Chương II: Phương pháp đo, đánh giá chất lượng các tham số hệ thống truyền

hình số mặt đất DVB-T

Chương III: Một số kết quả đo đạc thực tế và việc triển khai truyền hình số

DVB-T trong điều kiện thực tế tại việt nam

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của Thầy giáo

TS Nguyễn Nam Quân, nội dung nghiên cứu của luận văn đã được hoàn thành Tuy

nhiên, do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô cùng các bạn để

đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn !

M ục lục

Mở đầu 1

Mục lục 3

Danh mục các ký hiệu và thuật ngữ viết tắt 5

Danh mục các hình vẽ 8

Danh mục các bảng 11

Chương 1 - Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 12

1.1 Tổng quan về truyền hình số 12

1.2 Hệ thống truyền hình số mặt đất 15

1.3 Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T 18

1.3.1 Kh ối mã hoá nguồn và ghép kênh 19

1.3.2 Kh ối mã hoá kênh truyền và điều chế 21

1.3.3 Kh ối khuếch đại 21

Chương 2 - Phương pháp đo, đánh giá chất lượng hệ thống truyền hình số mặt đất 45

2.1 Các phép đo tần số 47

2.1.1 Độ chính xác tần số RF 47

2.1.2 Độ rộng kênh RF 48

2.1.3 Phép đo độ dài symbol tại tần số RF (kiểm tra khoảng bảo vệ) 49

2.2 Độ chọn lọc 50

2.3 Dải bắt AFC (AFC Capture Range) 51

2.4 Tạp nhiễu pha của bộ dao động 51

2.5 Công suất tín hiệu RF/IF 54

2.6 Công suất nhiễu (Noise power) 55

2.7 Phổ RF và IF 56

2.8 Độ nhạy máy thu/dải động đối với kênh Gauss: 56

2.9 Độ suy giảm tạp nhiễu tương đương (END) 56

2.10 Đặc tính tuyến tính (suy giảm vai) - Linearity Characterization 58

2.11 Hiệu suất công suất (Power efficiency) 60

2.12 Mối quan hệ giữa BER và C/N bằng cách thay đổi công suất 61

2.13 BER trước giải mã RS (trước giải tráo ngoài) 61

2.14 BER sau giải mã RS (sau giải tráo ngoài) 63

2.15 Phân tích I/Q 63

2.15.1 Tỷ số lỗi điều chế (Modulation Error Ratio - MER) 64

2.15.2 Lỗi mục tiêu hệ thống (System Target Error-STE) 65

2.15.3 Nén sóng mang (Carrier Suppression - CS) 66

2.15.4 Mất cân bằng biên độ (Amplitude Imbalance - AI) 67

2.15.5 Lỗi vuông góc (Quadrature error - QE) 68

2.15.6 Độ rung pha (phase Jitter -PJ) 68

Chương 3 - Một số kết quả đo đạc thực tế và việc triển khai truyền hình số DVB-T thực tế tại Việt Nam 71

3.1 Các thử nghiệm đã tiến hành về truyền hình số DVB-T tại Việt Nam 71

3.2 Các phương án triển khai máy phát hình số tại Việt Nam 74

3.3 Tỷ số bảo vệ các kênh liền kề số và tương tự 79

3.4 Một số kết quả đo đạc tín hiệu thực tế 80

3.4.1 Giản đồ chòm sao đo từ máy phát số với các thông số khác nhau 80

3.4.2 Phổ tín hiệu số hai kênh liền kề đo tại Hải Phòng 81

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

TÓM TẮT LUẬN VĂN 99

ABSTRACT 100

Danh m ục các ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

ASK Amplitude Shift Keying - Khoá dịch biên độ

ATSC Advanced Television System Commitee

Uỷ ban hệ thống truyền hình mới (của Mỹ) BPSK Binary Phase Shift Keying - Khoá dịch pha hai mức

CCIR Consultative Committee on International Telegraph and Telephon

Uỷ ban tư vấn điện thoại và điện báo quốc tế

CCITT Consultative Committee on International Radio

Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế

COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép đa tần trực giao có mã

CSIF Common Source Intermediate Format

Định dạng trung gian cho nguồn chung (dùng trong chuẩn Mpeg)

DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying

Khoá dịch pha vi sai hai mức DCT Discrete Cosine Transform - Chuyển đổi cosin rời rạc

DFT Discrete Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier rời rạc

DPCM Differential Pulse Code Modulation - Điều chế xung mã vi sai

DQPSK Differential Quadratue Phase Shift Keying

Khoá dịch pha vi sai bốn mức DTTB Digital Terrestrial Television Broadcasting

Truyền dẫn truyền hình số mặt đất DVB Digital Video Broadcasting - Quảng bá truyền hình số

DVB-C DVB – Cable - Truyền dẫn truyền hình số qua cáp

DVB-S DVB – Satellite - Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh

DVB-T DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặt đất

EDTV Enhanced Definition TeleVision - Truyền hình phân giải nâng cao

ETSI European Telecommunications Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu âu FEC Forward Error Correction - Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT Fast Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier nhanh

FSK Frequency Shift Keying - Khoá dịch tần

GOP Group Of Pictures - Nhóm ảnh (trong Mpeg)

HDTV High Definition TeleVision - Truyền hình phân giải cao

HL High Level - Mức cao (dùng trong MPEG-2)

HP High Priority bit stream

Dòng bit ưu tiên cao (dùng trong điều chế phân cấp)

I In-phase - Đồng pha (dùng trong QAM)

Q Quadrature phase - Vuông pha (dùng trong QAM)

IDFT Inverse DFT -DFT ngược

IEC International Electrotechnical Commission (part of the ISO)

Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế IFFT Inverse FFT - FFT ngược

ISDB-T Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial

Hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (Nhật) ISO International Standard Organization - Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

ITU International Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

JBIG Joint Binary Image experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về ảnh nhị phân

JPEG Joint Photographic Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về ảnh LDTV Limited Definition TeleVision - Truyền hình phân giải giới hạn

LP Low Priority bit stream - Dòng bít ưu tiên thấp

MB Macro Block - Khối macro (dùng trong MPEG-2)

ML Main Level (dùng trong MPEG-2)

MP Main Profile (dùng trong MPEG-2)

MPEG Moving Pictures Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu về tiêu chuẩn hình ảnh động NRZ Non Return to Zero - Không trở về 0

OBO Output Back Off - Độ dự trữ công suất đầu ra của bộ khuếch đại

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Ghép đa tần trực giao

PAL Phase Alternating Line

Hệ truyền hình màu PAL (pha thay đổi theo dòng quét) PRBS Pseudo-Random Binary Sequence - Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân PRK Phase Reversal Keying - Khoá đảo pha

PSK Phase Shift Keying - Khoá dịch pha

QAM Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế biên độ vuông góc

QPSK Quadratue Phase Shift Keying - Khoá dịch pha vuông góc

RS Reed-Solomon

SDTV Standard Definition TeleVision - Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SFN Single Frequency Network - Mạng đơn tần số

TS Transport Stream - Luồng truyền tải

UHF Ultra-High Frequency

VHF Very-High Frequency

VLC Variable Length Coding - Mã có độ dài thay đổi

VSB Vestigial sideband - Biên tần cụt

Danh m ục các hình vẽ

Hình 1.1 - Sơ đồ khối phần phát của hệ thống 14

Hình 1.2 - Sơ đồ khối phần thu của hệ thống 15

Hình 1.3 - Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T 18

Hình 1.4 - Sơ đồ khối mã hoá và ghép kênh 19

Hình 1.5 - Chia các gói PES thành các gói TS 20

Hình 1.6 - Sơ đồ khối bộ điều chế COFDM 22

Hình 1.7 - Bộ Scramber/ Descramber 22

Hình 1.8 - Gói truyền tải đã ngẫu nhiên hoá 23

Hình 1.9 - Cấu trúc khối mã Reed-Solomon 24

Hình 1.10 - Gói mã hoá chống lỗi Reed-Solomon 24

Hình 1.11 - Cấu trúc khung dữ liệu sau khi tráo ngoài I=12 25

Hình 1.12 - Bộ tráo ngoài và giải tráo ngoài 26

Hình 1.13 - Sơ đồ mã cuộn với n = 1; m = 2 26

Hình 1.14 - Mã cuộn gốc tốc độ 1/2 27

Bảng 1.1 - Chuỗi truyền tải cho các tốc độ mã có thể 28

Hình 1.15 - Định vị bits vào lên symbol điều chế chế độ không phân cấp 16-QAM 32

Hình 1.16 - Định vị bits đầu vào lên symbol điều chế chế độ phân cấp 16-QAM 32

Hình 1.17 - Đồ thị chòm sao cho chế độ QPSK, 16-QAM 34

Hình 1.18 – Sơ đồ khối bộ điều chế OFDM 35

Hình 1.19 - Phổ của một kênh con OFDM 36

Hình 1.20 - Một phần dải phổ OFDM 37

Hình 1.21 - Điều chế OFDM (trên trục tần số và thời gian) 37

Hình 1.22 - Độ trễ của tín hiệu phản xạ nhỏ hơn khoảng bảo vệ 39

Bảng 1.2 - Giá trị các thông số OFDM trong kênh truyền 8 MHz 40

Bảng 1.3 - Chu kỳ 1 symbol cho kênh 8 MHz 40

Hình 1.23 - Các sóng mang đồng bộ 42

Bảng 1.4 - Vị trí các sóng mang pilot liên tục 43

Bảng 1.5 - Chỉ số các sóng mang cho tín hiệu TPS 43

Bảng 2.1 - Các thông số đo của DVB-T 45

Hình 2.1 - Sơ đồ khối và các điểm đo của phần phát hình số mặt đất DVB-T 46

Hình 2.2 - Sơ đồ khối và các điểm đo của phần thu truyền hình số mặt đất DVB-T 47

Hình 2.3 - Sơ đồ đo độ chính xác tần số RF 48

Bảng 2.2 - Tính toán một số thông số 49

Bảng 2.3 - Một số thông số của OFDM 50

Hình 2.4 - Sơ đồ đo độ chọn lọc 51

Hình 2.5 - Sơ đồ đo dải bắt 51

Hình 2.6 - Các vị trí đo CPE 53

Hình 2.7 - Các vị trí đo phase noise 54

Hình 2.8 - Sơ đồ đo độ nhạy máy thu 56

Hình 2.9 - Sơ đồ đo ENF 57

Hình 2.10 - Sơ đồ đo độ suy giảm vai 59

Hình 2.11 - Ví dụ đo "suy giảm vai" của kênh 28 - Sườn phổ phía trên 60

Hình 2.12 - BER vs C/N bằng việc thay đổi công suất phát 61

Hình 2.13 - Định nghĩa Target error vectơ -TEV 65

Hình 2.14 - Méo đồ thị chòm sao do lỗi vuông góc 68

Hình 2.15 - Đồ thị chòm sao cho tính toán PJ 70

Hình 3.1 - Mô hình phát lại có sử dụng bộ điều chế COFDM tại Thái Nguyên 76

Hình 3.3 - Sử dụng trực tiếp trung tần không sử dụng bộ điều chế 77

Hình 3.4 - Phổ của tín hiệu Tương tự kênh 29 và phổ tín hiệu số kênh 30 78

Hình 3.5 - Chòm sao QPSK 80

Hình 3.6 - Chòm sao 16-QAM 81

Hình 3.7 - Chòm sao 64-QAM 81

Hình 3.8 - Ph ổ hai kênh số liền kề 29 và 30 tại Hải Phòng 81 Hình 3.9 - Phổ kênh 28 tương tự và hai kênh số liền kề 29 và 30 tại Hải Phòng 82 Bảng 3.1 - Anh hưởng của truyền hình số lên truyền hình số kênh kề dưới 82

Danh m ục các bảng

Bảng 1.2 - Giá trị các thông số OFDM trong kênh truyền 8 MHz 40

Bảng 1.3 - Chu kỳ 1 symbol cho kênh 8 MHz 40

Bảng 1.4 - Vị trí các sóng mang pilot liên tục 43

Bảng 1.5 - Chỉ số các sóng mang cho tín hiệu TPS 43

Bảng 2.1 - Các thông số đo của DVB-T 45

Bảng 2.2 - Tính toán một số thông số 49

Bảng 2.3 - Một số thông số của OFDM 50

Bảng 3.1 - Anh hưởng của truyền hình số lên truyền hình số kênh kề dưới 82

Bảng 3.2 - Ảnh hưởng của truyền hình số lên truyền hình số kênh kề trên 84

Chương 1

H ệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

1.1 T ổng quan về truyền hình số

Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh thành tín hiệu điện

và truyền đến máy thu - nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và thể

hiện lên màn hình dưới dạng hình ảnh

Truyền hình ra đời và đã không ngừng phát triển, bắt đầu là truyền hình đen

trắng được thử nghiệm vào năm 1920, tiếp đến là truyền hình màu được bắt đầu vào năm 1950 với nhiều hệ khác nhau như: PAL, NTSC, SECAM… Trong vài chục năm

trở lại đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ số, hệ thống truyền hình số đã ra đời và phát triển rất mạnh mẽ

So với truyền hình tương tự, truyền hình số có những ưu điểm nổi bật sau:

- Tín hiệu số ít nhạy với các dạng méo xảy ra trên đường truyền

- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai (nếu có)

- Tính linh hoạt và đa dạng trong quá trình xử lý tín hiệu (có hệ số nén rất lớn so

với tín hiệu tương tự)

- Tính phân cấp (một kênh có thể chỉ phát một chương trình có độ phân giải cao

hoặc một vài chương trình truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn )

- Có thể truyền tải được nhiều loại hình thông tin khác nhau với cách xử lý

giống nhau (xử lý các bit “0” và “1” )

- Tiết kiệm năng lượng, với cùng một công suất phát sóng, diện tích phủ sóng

rộng hơn so với công nghệ truyền hình tương tự

- Có thể khoá mã dễ dàng

- Thị trường đa dạng, có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giả hoặc từng cá nhân

- Tính tương tác hai chiều (người xem có thể chủ động về chương trình )

hiện vào năm 1993 nhằm hài hoà về mặt chiến lược cho việc giới thiệu truyền hình số

ở châu Âu qua vệ tinh, cáp và các trạm mặt đất Hiện nay đã có hơn 200 tổ chức đang

hợp tác trong dự án về truyền hình số này Các hệ thống truyền hình của dự án DVB được xây dựng trên cơ sở hướng vào thị trường và đã đáp ứng được các đòi hỏi của bộ

phận phát sóng, bộ phận cung cấp chương trình, điều hành mạng và công nghiệp điện

tử dân dụng Ngoài ra Mỹ và Nhật cũng đã có những chiến lược phát triển truyền hình

số của riêng mình và đến nay đã đạt được những thành công nhất định

Các hệ thống truyền hình số hiện có bao gồm:

• Hệ thống truyền hình số qua vệ tinh

• Hệ thống truyền hình số qua cáp

• Hệ thống truyền hình số mặt đất

Các quốc gia trên thế giới đều đã nghiên cứu và đưa ra những tiêu chuẩn khác nhau cho các hệ thống truyền hình số nói trên Nhưng về cơ bản sơ đồ khối của một hệ

thống truyền hình số (bao gồm phần phát và phần thu ) có thể được thể hiện như sau

Hình 1.1 - Sơ đồ khối phần phát của hệ thống

Tín hiệu audio và video được mã hoá, nén, đóng gói sau đó được ghép lại thành dòng MPEG Các dòng MPEG này (gồm các chương trình khác nhau) và các thông tin dịch vụ khác được qua bộ ghép kênh tạo thành dòng truyền tải MPEG TS Sau đó dòng dữ liệu sẽ được đưa qua các khối xử lý nhằm đạt được hiệu quả truyền cao

nhất, tỷ lệ sai lệch trên đường truyền ít nhất Tuỳ thuộc từng hệ thống và các chuẩn khác nhau mà tại đây dòng dữ liệu sẽ được xử lý theo các phương thức khác nhau Tiếp theo tín hiệu được phát đi qua vệ tinh, anten hoặc qua cáp

Tại phần thu quá trình xử lý tín hiệu ngược lại với các quá trình ở phần phát Tín

hiệu được thu từ anten, từ vệ tinh hoặc từ cáp qua các khối giải điều chế, giải tráo, giải

Mã hoá

Mã hoá trong Tráo trong

Tráo ngoài

X

Dòng truyền tải TS

Dòng MPEG-2

Thông tin hệ thống

Các chương

trình khác

Mã hoá

Anten

Dữ liệu

chương

trình

mã… cho ra dòng truyền tải MPEG TS rồi qua khối giải mã MPEG, giải ghép kênh…

tạo lại tín hiệu audio và video ban đầu

Hình 1.2 - Sơ đồ khối phần thu của hệ thống

Tất cả các hệ thống truyền hình số đều hoạt động dựa trên nguyên lý trên.Tuy nhiên tuỳ thuộc vào các đặc trưng của hệ thống tương ứng mà hệ thống sẽ sử dụng các

kỹ thuật khác nhau tại từng khối của sơ đồ nói trên nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra

của hệ thống đó và đạt được hiệu quả cao nhất Dựa vào phương thức truyền sóng mà

ta có các hệ thống truyền hình số nêu trên với các đặc trưng riêng

1.2 H ệ thống truyền hình số mặt đất

Ban đầu so với các phương thức truyền khác, phương thức truyền số mặt đất có

những nhược điểm sau:

Gi ải

ng ẫu nhiên

Gi ải điều

ch ế

Gi ải mã hoá ngoài

Gi ải

mã trong

Gi ải tráo trong

Gi ải tráo ngoài

Video PES

DEMU

X

Audio

DEMU

X

Dòng truyền tải TS

Dòng MPEG-2

Thông tin hệ thống Anten

D ữ liệu chương trình

Thu giá trị nhận dạng gói PIDs

o Kênh bị giảm chất lưọng do hiện tượng phản xạ nhiều đường, do bề mặt các toà nhà cũng như các toà nhà

o Giá trị tạp do con người tạo ra là cao

o Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa

giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần xem xét v.v…

Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không thực tế Tuy nhiên, sự ra đời của các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất như tiêu chuẩn DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) của châu Âu, ATSC (Advanced Television Systems Commitee) của Mỹ hay ISDB-T của Nhật đã khắc phục

phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình số mặt đất so với các hệ thống vệ tinh và cáp Mặt khác phát sóng truyền hình số mặt đất có hiệu quả sử dụng phổ tần cao hơn và

chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại:

o Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự có thể phát một chương trình truyền hình có độ phân giải cao HDTV (High Definition Television) hoặc nhiều chương trình truyền hình có độ phân tích thấp hơn như: 4 chương trình truyền hình độ phân tích tiêu chuẩn thông thường SDTV (Standard Definition Television) hoặc 2 chương trình độ phân tích mở rộng EDTV hoặc thậm chí tới 16 chương trình có độ phân tích hạn chế LDTV chất lượng tương đương VHS (Video Home Systems)

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

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

o Có dung lượng lớn chứa âm thanh (như âm thanh nhiều đường, lập thể, bình luận v.v…) và các dữ liệu

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

Hệ thống truyền hình số mặt đất ra đời và hiện nay đang tồn tại, phát triển với

ba tiêu chuẩn ứng với ba phương pháp điều chế khác nhau:

o Năm 1994 Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số mặt đất, đến tháng 12 năm 1996 ban hanh tiêu chuẩn ATSC Ngoài Mỹ, Canađa(1997), Hàn

Quốc(1997), Achentina(1998), Mehico (2004)… là những nước có hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng tiêu chuẩn này

o Năm 1997 Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB-T hay còn gọi là tiêu chuẩn DIBEG Cho đến nay Nhật Bản là nước duy nhất theo tiêu chuẩn mà họ đã đề ra

o Năm 1997 tiêu chuẩn DVB-T của châu Âu ra đời Nước tiên phong triển khai phát hình số theo tiêu chẩn này là Anh Sau Anh một thời gian ngắn là một loạt các nước của châu Âu, châu Phi đã triển khai phát số theo hệ DVB-T Cho đến nay,

hầu như toàn bộ châu Âu, châu Đại Dương, châu Phi và nhiều nước châu á đã tuyên bố

sử dụng tiêu chuẩn phát sóng số của châu Âu trong đó có Việt Nam

Nh ận xét chung

Tiêu chuẩn ATSC với phương thức điều chế 8-VSB có khả năng sửa lỗi mạnh hơn nhưng hệ thống này không có khả năng thu di động và không phù hợp với các nước sử dụng hệ PAL (hệ PAL có chuẩn 625 dòng/ 50Hz do đó liên quan đến vấn đề đồng bộ)

Tiêu chuẩn ISDB-T ra đời sau tiêu chuẩn DVB-T và ISDB-T phát triển dựa trên

nền tảng của DVB-T nên có tính phân lớp cao, cho phép thực hiện đa loại hình dịch vụ, thu theo từng phân đoạn tần số hẹp, linh hoạt, mềm dẻo, tận dụng tối đa dải thông và cho phép thu di động Tuy nhiên hạn chế của ISDB-T là không tương thích với các

dịch vụ truyền hình qua vệ tinh và qua cáp

Tiêu chuẩn DVB-T với phương pháp điều chế COFDM có nhiều điểm ưu việt, phù hợp với các nước đang sử dụng hệ PAL, đáp ứng được điều kiện địa hình phức tạp, cho phép thu di động tốt, có thể phát sóng một tần số trong cả nước với nhiều chương

trình truyền hình ( sử dụng mạng đơn tần SFN) Với những ưu điểm đó tiêu chuẩn DVB-T đã được nhiều quốc gia trên thế giới lựa chọn Tại Việt Nam, sau một thời gian nghiên cứu thử nghiệm, ngày 26/3/2001 Đài truyền hình Việt Nam đã ra quyết định lựa

chọn tiêu chuẩn phát hình số mặt đất DVB-T cho truyền hình Việt Nam

1.3 Tiêu chu ẩn truyền hình số mặt đất DVB-T

Năm 1995 các nước châu Âu đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số mặt đất DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) Đến tháng 2 năm 1997, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T chính thức được công nhận bởi tổ chức ETSI (European Telecommunication Standard Institute)

DVB-T sử dụng phương pháp điều chế COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), dựa trên kỹ thuật mã hoá kênh và kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM DVB-T được thiết kế trên ý tưởng chống can nhiễu

phản xạ nhiều đường, phù hợp với các thành phố có nhiều nhà cao tầng, các vùng có địa hình đồi núi phức tạp và có thể thu di động

Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống

Hình 1.3 - Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T

Mã hoá MPEG và ghép kênh

Điều chế COFDM

Khu ếch đại

1.3.1 Kh ối mã hoá nguồn và ghép kênh

Hình 1.4 - Sơ đồ khối mã hoá và ghép kênh

Trên đây là sơ đồ khối ghép kênh đầu vào của hệ thống

Năm 1994 các hệ thống truyền tải đã được ISO/IEC chuẩn hoá theo các chuẩn MPEG-2 (chuẩn về ghép kênh video, audio và các dữ liệu phụ khác)

Ban đầu các tín hiệu video được mã hoá nén MPEG-2 tạo thành một dòng video

cơ sở ES có chiều dài vô hạn và chỉ chứa những thông tin tối cần thiết cho quá trình khôi phục lại hình ảnh ở phía thu Tương tự như vậy, tín hiệu audio cũng được mã hoá nén tạo ra dòng audio cơ sở ES Dòng cơ sở về cơ bản chỉ là các tín hiệu gốc ở đầu ra

bộ mã hoá và chỉ chứa các thông tin về hình ảnh âm thanh ban đầu

Các dòng cơ sở này sau đó được đóng gói tạo ra các dòng cơ sở đóng gói PES (Packetized Elementary Stream) Dòng cơ sở đóng gói bao gồm phần dữ liệu ban đầu Header và dòng dữ liệu cơ sở có ích Các gói PES có độ dài thay đổi và được chia sao cho phù hợp cho từng ứng dụng Những gói PES được nhận diện bởi thành phần Header và các nhãn thời gian phục vụ cho quá trình đồng bộ

Các gói PES này sẽ tiếp tục được chia nhỏ thành các gói TS có độ dài không đổi

và truyền các gói này đi sau khi đã cộng vào các dòng bit điều khiển dùng để mô tả

Mã hoá

X

Dòng truy ền tải TS

Dòng MPEG-2

Thông tin hệ thống

Các chương trình khác

Mã hoá

Dữ liệu chương trình

chương trình Các gói truyền tải TS có kích thước cố định là 188 bytes và cũng được

bắt đầu bằng phần Header, các gói TS liên tiếp được truyền đi tạo ra dòng truyền tải MPEG-2 TS Trong dòng truyền tải, các gói PES được chia nhỏ và gán vào phần payload của gói TS Quy trình này phải thoả mãn hai điều kiện:

- Byte đầu tiên của mỗi gói PES cũng trở thành byte đầu tiên của phần payload của gói TS

- Bất kỳ gói TS nào cũng chỉ mang dữ liệu lấy từ cùng một gói PES

Như vậy sẽ xảy ra trường hợp mỗi gói PES không thể chia dữ liệu của nó một cách chính xác vào một số nguyên gói TS Trong trường hợp đó để thoả mãn 2 điều

kiện trên, người ta sẽ thêm phần Adaptation Field với độ dài thích hợp để lấp đầy phần payload của gói TS cuối cùng

Hình 1.5 - Chia các gói PES thành các gói TS

Trong một dòng truyển tải mỗi gói TS được liên kết với một giá trị PID (Packet Identification) nhằm chỉ rõ phần payload của gói TS này thuộc về dòng gói sơ cấp PES nào Có thể có nhiều dòng gói sơ cấp khác nhau tổ hợp thành các chương trình khác nhau nên để bộ giải mã biết được dòng gói sơ cấp nào thuộc về chương trình nào trong dòng truyền tải có thêm các thông tin đặc tả chương trình (PSI - Program Specific Information)

Payload PES

Adaptation Field Header của TS

Header của PES

Tất cả các dòng gói sơ cấp PES được ghép kênh chung với nhau tạo nên một

hoặc nhiều chương trình sẽ được chuyển thành các gói TS với cùng một cách thức như trên Các gói TS của cùng một dòng đóng gói PES sẽ được sắp xếp tuần tự tạo ra dòng truyền tải Tốc độ bit của TS được xác định bởi từng ứng dụng Bộ ghép kênh có thể thêm vào các gói trống cùng với các gói TS chứa thông tin dịch vụ để tạo ra tốc độ bit đầu vào tương ứng với tốc độ bit đầu ra theo yêu cầu

Dữ liệu tại đầu ra bộ ghép kênh dòng truyền tải này sẽ được đưa tới khối mã hoá

và điều chế COFDM

1.3.2 Kh ối mã hoá kênh truyền và điều chế

DVB-T sử dụng phương pháp điều chế COFDM dựa trên kỹ thuật mã hoá kênh

kết hợp với kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM Kỹ thuật điều

chế OFDM được sử dụng kết hợp với khối mã hoá kênh truyền được gọi là điều chế COFDM

1.3.3 Kh ối khuếch đại

Tín hiệu RF từ khối điều chế sẽ được đưa qua khối tiền khuếch đại và khuếch đại công suất lớn để đưa tới anten phát

Hiện nay đã có nhiều thiết bị điều chế mà trong đó bao gồm cả phần khuếch đại

Do đó thiết bị có thể dùng để phát sóng trực tiếp mà không cần qua bộ khuếch đại Tuy nhiên công suất của các thiết bị này cũng bị hạn chế

Tương tự như vậy quá trình xử lý tín hiệu của phần thu sẽ ngược lại với các quá trình xử lý tại phần phát Tín hiệu thu được từ anten sẽ qua các khối giải điều chế, giải

mã cho ra dòng truyền tải MPEG-2, rồi tiếp tục giải mã MPEG, giải ghép kênh… cuối cùng cho ta tín hiệu audio và video của các chương trình

Phương pháp điều chế COFDM

Sơ đồ khối bộ điều chế COFDM như sau:

Hình 1.6 - Sơ đồ khối bộ điều chế COFDM

Thích ứng dòng ghép kênh và phân bố năng lượng

Dòng dữ liệu sẽ được đưa vào các gói có độ dài xác định sau bộ ghép kênh dòng truyền tải Độ dài một gói ghép kênh truyền tải là 188 bytes trong đó bao gồm một byte đồng bộ (ví dụ như 47Hex) Quá trình truyền luôn bắt đầu từ bit MSB của từ mã đồng

bộ (ví dụ như bit “0” của từ mã đồng bộ “0100 0111” tức 47Hex) Để đảm bảo cho quá trình truyền đầy đủ, dữ liệu sẽ được ngẫu nhiên hoá theo cơ cấu như sau

Tráo ngoài

Mã hoá trong

Tráo trong

Định vị

OFDM

Thích ứng khung

Khu ếch đại RF

Chèn kho ảng

b ảo vệ

Chèn tín hi ệu Pilot & TPS

T

Đa thức cho bộ phát chuỗi bit giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) là: 1+ x14+ x15

Việc tải chuỗi “100101010000000” vào các thanh ghi PRBS như trên sẽ được

bắt đầu cứ sau 8 gói truyền Để tạo ra tín hiệu bắt đầu cho bộ desrcrambler, byte đồng

bộ của gói truyền đầu tiên trong một nhóm 8 gói sẽ được đảo bit từ 47Hex thành B8Hex Quá trình này gọi là tương thích dòng ghép kênh truyền tải

Việc thêm chuỗi bit giả ngẫu nhiên nhằm đạt được xác suất tương đương giữa các bit ‘0’ và ‘1’ hay nói cách khác là phân bố đều năng lượng các bit ‘0’ và ‘1’

Hình 1.8 - Gói truy ền tải đã ngẫu nhiên hoá

Bit đầu tiên ở đầu ra bộ phát PRBS sẽ là bit đầu tiên của byte đầu tiên sau byte đồng bộ đảo Để thực hiện các chức năng đồng bộ khác, trong quá trình các byte đồng

bộ còn lại của 7 gói phát đi, bộ phát PRBS vẫn hoạt động nhưng đầu ra của nó được disable, nên các bytes đồng bộ này không bị ngẫu nhiên hoá Do đó chu kỳ của bộ phát chuỗi giả ngẫu nhiên là 1.530 bytes

Quá trình ngẫu nhiên hoá sẽ vẫn được kích hoạt ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào bộ điều chế hoặc khi định dạng dòng truyền tải TS không tương thích với chuẩn MPEG-2 TS (1 byte đồng bộ + 187 bytes dữ liệu)

Mã hoá ngoài - Outer coding

Mã Reed-Solomon (RS) là trường hợp riêng của mã khối tuyến tính Mã RS được sử dụng nhiều trong thực tế như trong lưu trữ số liệu (CD, DVD…), trong các hệ

thống thông tin vô tuyến, thông tin vệ tinh …

Mã RS được đặc trưng bởi n khối thông tin trong đó có k khối dữ liệu, mỗi khối

có s bit Do đó sẽ có ( n-k) khối kiểm tra chẵn lẻ, mỗi khối cũng có s bit Và được kí

hiệu là RS ( n, k)

Hình 1.9 - C ấu trúc khối mã Reed-Solomon

Nếu gọi t là số khối dữ liệu có thể sửa được thì ta có

chỉ còn lại 188 bytes dữ liệu + 16 bytes kiểm tra chẵn lẻ ta được khối mã RS (204, 188, t=8) Khối mã RS này có thể sửa được tối đa 8 bytes lỗi trong một từ mã thu được dài

204 bytes

Hình 1.10 - Gói mã hoá chống lỗi Reed-Solomon

k khối dữ liệu (n-k) khối kiểm tra

s bit

Tráo d ữ liệu ngoài - Outer interleaving

Tráo dữ liệu được thực hiện ngay sau mã RS và trước mã Trellis Mục đích của

việc tráo dữ liệu nhằm chia nhỏ các lỗi bit dài, liên tục có thể xảy ra tại bộ giải mã ngoài ở phía thu Hiệu quả của mã hoá ngoài sẽ được tăng lên nhờ tráo dữ liệu Tráo dữ

liệu trên thực tế chỉ sắp xếp lại dữ liệu của phần phát theo một quy luật nhất định Kết

quả là nhóm bit lỗi dài bị phân tán thành các lỗi đơn bit hoặc nhóm bit ngắn hơn

Những lỗi này có thể được phát hiện và sửa dễ dàng hơn nhờ bộ giải mã ngoài

Bộ tráo dữ liệu với chiều dài I = 12 được áp dụng cho các gói dữ liệu đã mã hoá

chống lỗi Kết quả sẽ cho ta cấu trúc dữ liệu như hình vẽ

Hình 1.11 - C ấu trúc khung dữ liệu sau khi tráo ngoài I=12

Quá trình tráo được thực hiện dựa trên thuật toán Forney với I = 12 Các bytes được tráo sẽ bao gồm các gói đã mã hoá chống lỗi và sẽ được phân cách bởi các byte đồng bộ hoặc byte đồng bộ đảo (nhằm đảm bảo chu kỳ của 204 bytes)

Bộ tráo bao gồm 12 nhánh, được nối với dòng dữ liệu đầu vào và đầu ra bởi các chuyển mạch Mỗi nhánh j sẽ là một thanh ghi dịch FIFO ( First In, First Out), với chiều dài là j*M cells ở đó M = N/I = 17, N = 204 Mỗi cells của FIFO là 1 byte Các chuyển mạch đầu vào và đầu ra cũng được đồng bộ với nhau

Để đảm bảo các chức năng đồng bộ khác, byte đồng bộ SYNC và byte đồng bộ

đảo SYNC luôn được truyền qua nhánh 0 của bộ tráo

Hình 1.12 - B ộ tráo ngoài và giải tráo ngoài

Ở phía thu dữ liệu sẽ được sắp xếp theo chiều ngược lại Nguyên lý bộ giải tráo cũng tương tự như bộ tráo nhưng chỉ số nhánh sẽ được đảo ngược lại

Mã hoá trong - Inner coding

Mã cuộn là mã có n đầu vào và m đầu ra ( n < m) với mỗi đầu ra được đặc trưng

bởi một đa thức sinh khác nhau

Ví dụ: với n = 1; m = 2 ta có

Hình 1.13 - Sơ đồ mã cuộn với n = 1; m = 2

Ứng với một bit đầu vào sẽ có 2 bit đầu ra ứng với hai vị trí X và Y

Đa thức sinh của đầu ra X là: G1(x) = 1 + x2

X

Y

In

Đa thức sinh của đầu ra Y là: G2(x) = 1 + x

Trước khi bắt đầu một từ mã thanh ghi dịch sẽ reset lại về giá trị 0

Giả sử trong trường hợp trên với từ mã vào In = 1 1 0 1

từ mã đầu ra Out = 11 10 11 01

Trường hợp này ta nói tốc độ giải mã R = 1/2

Hệ thống DVB-T cho phép mã hoá trong với nhiều tốc độ mã hoá khác nhau,

dựa trên mã cuộn ban đầu tốc độ 1/2 với 64 trạng thái Điều đó cho phép ta lựa chọn

mức mã hoá thích hợp nhất cho các dịch vụ hoặc tốc độ bit ở cả hai chế độ truyền phân

cấp và không phân cấp

Đa thức sinh cho mã cuộn R = 1/2 là G1 = 171OCT cho đầu ra X

G2 = 133OCT cho đầu ra Y

Hình 1.14 - Mã cu ộn gốc tốc độ 1/2

X1 luôn được gửi đi đầu tiên Tại vị trí bắt đầu của đa khung bit MSB của byte

SYNC hoặc SYNC sẽ được là dữ liệu đầu vào đầu tiên tại đầu vào của hình vẽ trên

Và như vậy bit được giải mã đầu tiên của một symbol cũng là X1

Quá trình giải mã được thực hiện bằng phương pháp Viterbi ( sử dụng đồ hình Trellis) Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong thực tế

B ảng 1.1 - Chuỗi truyền tải cho các tốc độ mã có thể

Tráo trong - Inner interleaving

Tráo trong bao gồm hai quá trình là tráo bit và tráo symbol Cả hai quá trình này đều được thực hiện trong cùng một khối

Tráo bit

Ở chế độ không phân cấp, dòng dữ liệu vào sẽ được phân kênh thành v luồng

phụ Còn trong chế độ phân cấp luồng dữ liệu ưu tiên mức cao sẽ được phân thành 2

luồng phụ còn dòng có mức ưu tiên thấp sẽ được phân thành v-2 luồng phụ Trong cả hai trường hợp trên v = 2 cho QPSK, v = 4 cho 16-QAM, v = 6 cho 64-QAM Sự phân kênh này được gọi là định vị các bit đầu vào xdivào các bit đầu ra be,do

Trong chế độ không phân cấp

Xdi = b {[di (mod) v] (div) (v/2) + 2[di (mod) (v/2)] + 2}, di (div) v}

di là đầu vào mức thấp bộ phân kênh ở chế độ phân cấp

di là chỉ số bit đầu vào

be,do là đầu ra bộ phân kênh

e là chỉ số luồng dữ liệu phân kênh ( 0 ≤ e < v)

do là chỉ số bit của 1 luồng tại đầu ra bộ phân kênh

Từ đó ta có được kết quả của đầu ra bộ phân kênh như sau

Mỗi luồng phụ từ bộ phân kênh sẽ được tráo bit ở một bộ tráo riêng biệt Như

vậy có thể có tới 6 bộ tráo phụ thuộc vào giá trị của v cho các kiểu điều chế QPSK, QAM hay 64-QAM, được kí hiệu I0, I1, I2, I3, I4, I5

16-Tráo bit chỉ thực hiện với dữ liệu có ích Kích thước mỗi bộ tráo là như nhau nhưng thứ tự tráo khác nhau ở mỗi trường hợp Kích thước khối tráo bit là 126 bits Do

vậy quá trình tráo sẽ được lặp lại một cách chính xác 12 lần mỗi symbol OFDM trong

chế độ 2K và 48 lần cho chế độ 8K

Với mỗi bộ tráo, vector bit đầu vào có dạng

B(e) = ( be,0, be,1, be,2 …, be,125) trong đó e có giá trị từ 0 đến (v-1) Vector bit đầu ra có dạng

A(e) = ( ae,0, ae,1, ae,2 …, ae,125) trong đó ae,w = be,He(w) , w = 0, 1, 2, …125 He(w) là 1 hàm hoán vị đặc trưng cho từng bộ tráo

He(w) được định nghĩa như sau:

I0: H0(w) = w I1: H1(w) = (w + 63) mod 126 I2: H2(w) = (w + 105) mod 126 I3: H3(w) = (w + 42) mod 126 I4: H4(w) = (w + 21) mod 126 I5: H5(w) = (w + 84) mod 126

Đầu ra của các bộ các bộ tráo v bit sẽ được nhóm lại thành các symbol dữ liệu,

mỗi bit tại một bộ tráo sẽ được nhóm lại tạo thành một symbol v bits ( có v bộ tráo)

Do đó đầu ra của bộ tráo bit là một từ mã v bits Ví dụ như tại bộ tráo I0 y’

Trong chế độ 2K, 12 nhóm ( mỗi nhóm 126 từ mã) từ bộ tráo bit sẽ được đọc

tuần tự vào một vector Y’ = (y’

0, y’

1, …, y’

1511) Tương tự trong chế độ 8K, 48 nhóm cũng được đọc vào một vector Y’ = (y’

H(q) cho các symbol chẵn q = 0, 1, …Nmax-1

trong đó Nmax = 1512 cho chế độ 2K

Nmax = 6048 cho chế độ 8K H(q) là thông số hoán vị

yq’ = ( y0,q’, y1,q’, y2,q’ …, yv-1,q’) trong đó q’ là chỉ số symbol tại đầu ra bộ tráo

Các giá trị y này sẽ dùng để định vị dữ liệu lên đồ thị chòm sao tín hiệu

Hình 1.15 - Định vị bits vào lên các symbol điều chế cho chế độ không phân cấp 16-QAM

Hình 1.16 - Định vị bits đầu vào lên các symbol điều chế cho chế độ phân cấp 16-QAM

Định vị dữ liệu và đồ thị chòm sao

Hệ thống sử dụng phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM Tất

cả dữ liệu trong 1 khung OFDM sẽ được điều chế theo một trong các kiểu chòm sao QPSK, 16-QAM, 64-QAM, non-uniform 16-QAM hoặc non-uniform 64-QAM

Sự cân đối chính xác của đồ thị chòm sao phụ thuộc vào thông số α , α có thể

bằng 1, 2, hoặc 4 Giá trị α bằng khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm phân biệt mang các mức cao khác nhau chia cho khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm bất kỳ trên

chòm sao ở chế độ không phân cấp, các kiểu chòm sao luôn giống với trường hợp α =

1

Giá trị của một điểm chòm sao là z = n + j m, trong đó n, m mang các giá trị

phụ thuộc vào kiểu chòm sao