Giải pháp cải thiện tỷ lệ lỗi bit (BER) trong hệ truyền dẫn số OFDM, ứng dụng trong truyền hình số DVB-T thế hệ mới

--- TRẦN HỮU TOÀN GIẢI PHÁP CẢI THIỆN TỶ LỆ LỖI BIT BER TRONG HỆ TRUYỀN DẪN SỐ OFDM, ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T THẾ HỆ MỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2019... --- TRẦN

-

TRẦN HỮU TOÀN

GIẢI PHÁP CẢI THIỆN TỶ LỆ LỖI BIT (BER) TRONG HỆ TRUYỀN DẪN SỐ OFDM, ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T THẾ HỆ MỚI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2019

-

TRẦN HỮU TOÀN

GIẢI PHÁP CẢI THIỆN TỶ LỆ LỖI BIT (BER) TRONG HỆ TRUYỀN DẪN SỐ OFDM, ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T THẾ HỆ MỚI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các tài liệu tham khảo được trích dẫn đầy

đủ

Người cam đoan

Trần Hữu Toàn

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới hai thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bạch Nhật Hồng và TS Nguyễn Văn Liên đã tận tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án Các thầy đã luôn ủng hộ, động viên và hỗ trợ những điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thiện luận án

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Viện Điện tử, Phòng Đào tạo - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy cô, các anh chị đồng nghiệp, các Phòng, Khoa, Trung tâm của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nơi tác giả công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới những người thân yêu trong gia đình đã luôn ở bên cạnh động viên tác giả cả về vật chất và tinh thần

để tác giả vững tâm hoàn thành luận án của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả

Trần Hữu Toàn

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 5 1.1 Các tiêu chuẩn truyền hình số 5

1.2 Truyền hình số tiêu chuẩn Châu Âu DVB 6

1.3 Tổng quan về DVB-T 7

1.4 Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2) 10

1.4.1 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản 12

1.4.2 Nhận xét về chuẩn DVB-T2 23

1.5 Tổng hợp các công trình khoa học công bố 23

1.6 Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2 – NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ LỌC KHÔNG GIAN NHẰM GIẢM THIỂU NHIỄU TÍCH CỰC LỌT VÀO MÁY THU HÌNH 26 2.1 Những vấn đề chung về mạch lọc không gian và ứng dụng 26

2.1.1 Tín hiệu không gian – thời gian 26

2.1.2 Mạch lọc không gian 27

2.1.3 Cấu trúc cơ bản tạo chùm tia 27

2.1.4 Khả năng ứng dụng của mạch lọc không gian 29

2.2 Giảm mức thu ở hướng có nguồn nhiễu tích cực 30

2.3 Bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương 37

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 37

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 40

2.4 Mô phỏng và kết quả 41

2.5 Kết luận chương 2 47

CHƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ LỌC KALMAN MỞ RỘNG ĐỂ CHỐNG NHIỄU XUYÊN KÊNH (ICI) 48

3.1 Ảnh hưởng của OFFSET và DOPPLER 48

3.2 Các giải pháp chống nhiễu ICI 51

3.2.1 Phương pháp sơ đồ tự triệt nhiễu 52

3.2.2 Phương pháp gần giống nhất 52

3.3 Bộ lọc Kalman 54

3.3.1 Mô hình không gian trạng thái 55

3.3.2 Bộ quan sát 56

3.3.3 Bộ lọc Kalman rời rạc 57

3.4 Bộ lọc Kalman mở rộng 60

3.4.1 Ước lượng trạng thái 61

3.4.2 Quá trình cập nhật giá trị đo 64

3.5 Ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng để khử nhiễu xuyên kênh ICI 65

3.6 Hiệu quả khử nhiễu ICI 68

CHƯƠNG 4 - ỨNG DỤNG GIẢI MÃ MỀM CẢI THIỆN XÁC SUẤT LỖI BIT CHO MÃ KẾT NỐI 82

4.1 Mã LDPC và liên kết mã LDPC 82

4.2 Các thuật toán giải mã SISO 84

4.3 Ứng dụng thuật toán giải mã MAP cho mã LDPC 86

4.3.1 Bước ngang : cập nhật r mn (x) 88

4.3.2 Bước dọc : cập nhật q mn (x) 89

4.3.3 Khởi tạo và hoàn thành việc giải mã 90

4.4.1 Sơ đồ khối mô phỏng 92

4.4.2 Bộ lập mã LDPC 92

4.4.3 Thiết lập ma trận kiểm tra chẵn lẻ 93

4.4.4 Phương pháp giải mã LDPC 97

4.4.5 Kết quả mô phỏng 98

4.5 Kết luận chương 4 100

KẾT LUẬN 101

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2

 Phương sai nhiễu

 Lượng dịch thời gian tương đối

 Độ dịch tần số chuẩn hóa

 ˆ Ước lượng gần giống nhất của độ dịch tần số chuẩn hóa

 Độ nhạy của bộ nhân

P Ma trận hiệp biến lỗi hậu nghiệm

P b Xác suất lỗi bit

T bv Khoảng thời gian bảo vệ

T s Thời gian của một Symbol

X Bit đƣợc điều chế phát đi từ phía phát

BB Băng tần cơ bản (BaseBand)

BCH Mã khối nhị phân sửa lỗi Bose-Chaudhuri-Hocquenghem

(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem multiple error correction binary block code)

BER Tỷ lệ lỗi Bit (Bit Error Rate)

BPSK Điều chế pha nhị phân (Binary Phase Shift Keying)

CA Bảng truy cập có điều kiện (Conditional Access)

CC Mã chập (Convulutional Codes)

CCI Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference)

CI Tráo tế bào (Cell Interleaving)

CINR Tỷ số sóng mang trên nhiễu và tạp âm (Carrier to Interference

plus Noise Ratio)

COFDMh Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có mã hóa (Coding

Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

DTLSE Ước lượng bình phương nhỏ nhất chuyển miền (Domain

Transform Least Square Estimation) DVB-S Truyền hình số vệ tinh (Digial Video Broadcasting-Satellite)

DVB-T v Truyền hình số mặt đất (Digial Video Broadcasting –Terrestrial) DVB-C Truyền hình cáp số (Digial Video Broadcasting-Cable)

EKF Bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman Filter)

FEC Sửa lỗi trước (Forward Error Correction)

FEF Khung mở rộng tương lai (Future Extension Frame)

FER Tỷ lệ lỗi khung (Frame Error Rate)

FFT Biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform)

HDTV Truyền hình độ nét cao (High Definition Television)

ICI Nhiễu xuyên kênh (Inter-Carrier Interference)

ISI Nhiễu liên ký tự (Inter-Symbol Interference)

IFFT Biến đổi Fourier nhanh ngược (Inverse Fast Fourier Transform)

IQ Điều pha vuông pha (Inphase Quadrature)

ISDB-T Truyền hình số tích hợp dịch vụ mặt đất (Intergrated Service

Digital Broadcasting-Terestrial) LLR Tỷ số ước lượng theo hàm Log (Log-Likelihood Ratio)

LDPC Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (Low Density Parity Check) MAP Cực đại hậu nghiệm (Maximum A Posteriori)

ML Giá trị xác suất cực đại (Maximum likelihood)

MPEG Nhóm các chuyên gia hình ảnh động (Moving Picture Experts

Group) OFDM Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing) PAPR Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình (Peak to Average

Power Ratio) PCCC Mã chập kết nối song song (Parallel Concatenated Convolutional

Code) PLPs Ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes)

PSI/SI Bảng Thông tin riêng chương trình/ Thông tin hệ thống

(Program Specific Information/System Information) QAM Điều chế biên độ vuông góc (Quadrature Amplitude Modulation) QPSK Điều chế pha cầu phương (Quadrature Phase-Shift Keying)

RAM Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory)

RS Mã sửa sai Reed - Solomon (Reed – Solomon)

SC Tự triệt (Self – Cancellation)

SCCC Mã chập kết nối nối tiếp (Serial Concatenated Convolutional

Code) SFN Mạng đơn tần (Single Frequency Network)

SIR Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (Signal to Interference Rate)

SISO Đầu vào mềm, đầu ra mềm (Soft-Input Soft-Output)

SNR Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (Signal to Noise Ratio)

SOVA Thuật toán Viterbi đầu ra mềm (Soft Output Viterbi Algorithm)

TI Tráo thời gian (Time Interleaving)

TR Âm hiệu dành riêng (Tone Reservation)

2-DI Nội suy hai chiều (Two Demensional Interpolation)

VA Thuật toán Viterbi (Viterbi Algorithm)

VSB Biên tần cụt (Vestigial Sideband)

VOD Truyền hình theo yêu cầu (Video on Demand)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thông số ánh xạ bit lên đồ thị chòm sao 19

Bảng 1.2 Số lƣợng 2 P N ứng với các FFT 21

Bảng 1.3 Độ dài khung L 21 F Bảng 1.4 So sánh DVB-T và DVB-T2 trong mạng đơn tần 22

Bảng 2.1 Thiết lập các thông số tính BER của bộ tự triệt nhiễu 42

Bảng 2.2 Độ tăng ích của bộ tự triệt nhiễu tại BER = 10-4 46

Bảng 3.1 So sánh độ tăng ích của các sơ đồ triệt nhiễu 4-QAM 77

Bảng 3.2 So sánh độ tăng ích của các sơ đồ triệt nhiễu 16 - QAM 78

Bảng 3.3 So sánh độ tăng ích của các sơ đồ triệt nhiễu 64 – QAM 78

Bảng 3.4 So sánh độ tăng ích của các sơ đồ triệt nhiễu 256 – QAM 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T 7

Hình 1.2 Bộ điều chế số I/Q 9

Hình 1.3 Định dạng gói dữ liệu 13

Hình 1.4 Ma trận con tam giác bậc thang của ma trận kiểm tra chẵn lẻ 15

Hình 1.5 Chòm sao 16-QAM “xoay” 18

Hình 1.6 Cấu trúc khung DVB-T2 20

Hình 1.7 So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 22

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản bộ tạo chùm tia 28

Hình 2.2 Hệ anten có giản đồ hướng điều chỉnh được 30

Hình 2.3 Hệ thống thu nhiều kênh tự bù khử 32

Hình 2.4 Sự phụ thuộc K CA với 1 n q , 0 n q 35

Hình 2.5 Đảm bảo lệch pha các giản đồ hướng F1(),F2() của các anten thu phụ A1, A2 37

Hình 2.6 Bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương 38

Hình 2.7 Nguyên lý làm việc của một kênh tự triệt nhiễu tích cực cầu phương 40

Hình 2.8 Hiệu năng BER của bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương với bộ điều chế 4-QAM 44

Hình 2.9 Hiệu năng BER của bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương với bộ điều chế 16-QAM 44

Hình 2.10 Hiệu năng BER của bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương với bộ điều chế 64-QAM 45

Hình 2.11 Hiệu năng BER của bộ tự triệt nhiễu tích cực cầu phương với bộ điều chế 256-QAM 45

Hình 3.1 Mô hình dịch chuyển tần số 48

Hình 3.2 Phân loại các phương pháp chống nhiễu ICI 51

Hình 3.3 Thuật toán tổng quát bộ lọc Kalman rời rạc 59

Hình 3.4 Bộ lọc Kalman rời rạc 60

Hình 3.5 Hoạt động của bộ lọc Kalman mở rộng 64

Hình 3.6 Lược đồ thuật toán hoạt động bộ lọc Kalman mở rộng ước lượng ˆn 67

Hình 3.7 Mối quan hệ giữa ma trận hiệp biến sai số Pn và số bước lặp n 68

Hình 3.8 Hệ thống thu phát OFDM 69

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng đánh giá hiệu năng triệt nhiễu ICI 70

Hình 3.10 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 4-QAM với  0.05 71

Hình 3.11 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 4-QAM với  0.15 71

Hình 3.12 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 4-QAM với  0.3 72

Hình 3.13 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 16-QAM với 0.05 72

Hình 3.14 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 16-QAM với  0.15 73

Hình 3.15 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 16-QAM với  0.3 73

Hình 3.16 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 64-QAM với  0.05 74

Hình 3.17 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 64-QAM với 0.15 74

Hình 3.18 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 64-QAM với  0.3 75

Hình 3.19 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 256-QAM

với  0.05 75

Hình 3.20 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 256-QAM với  0.15 76

Hình 3.21 Hiệu năng BER các sơ đồ triệt nhiễu ICI bộ điều chế 256-QAM với  0.3 76

Hình 4.1 Sơ đồ mã chập kết nối nối tiếp (SCCC) 83

Hình 4.2 Phân loại thuật toán SISO 84

Hình 4.3 Giải mã “cho qua bản tin” 87

Hình 4.4 Lƣợc đồ thuật toán giải mã lặp cho mã LDPC nhị phân 91

Hình 4.5 Sơ đồ khối mô phỏng 92

Hình 4.6 Ma trận con H tam giác bậc thang của ma trận kiểm tra chẵn P lẻ 95

Hình 4.7 Đánh giá giải mã lặp mềm và giải mã quyết định cứng với mã LDPC (16200,8100) 98

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) đang được sử dụng rất hiệu quả trong nhiều ứng dụng, trong đó

có phát hình số mặt đất (DVB-T) Đối với truyền hình số mặt đất, so với các phương thức truyền dẫn khác có nhiều nhược điểm như:

- Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ đa đường do bề mặt trái đất cũng như các tòa nhà cao tầng

- Tạp nhiễu do con người tạo ra lớn

- 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

Chính vì vậy, đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất

là không thực tế Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất của Châu Âu (DVB-T), ATSC của Mỹ, ISDB-T của Nhật đã khắc phục phần lớn các nhược điểm nêu trên

Cho đến nay hệ thống DVB-T đã phát triển đến thế hệ thứ 2 (DVB-T2);

có thể coi chuẩn DVB-T2 là hiện đại nhất DVB-T2 chủ yếu phát hình số chất lượng cao (độ phân giải cao HDTV) Do đó, điều người ta quan tâm là hai chỉ tiêu chủ yếu của hệ truyền dẫn là: Dung năng kênh truyền và phẩm chất BER

Để đạt được hai chỉ tiêu trên, trong chuẩn DVB-T2 [33] người ta đã áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật

Tuy nhiên, chuẩn DVB-T2 chưa xem xét toàn diện và thấu đáo các loại nhiễu tác động lên hệ thống Ví dụ như nhiễu đồng kênh do các đài phát vô tuyến có tần số lân cận tần số phát hình số (CCI), nhiễu xuyên kênh sóng mang còn khi chế độ sóng mang được mở rộng lên 32K, nhiễu chồng lấn của các bước song phụ của sóng mang con lên băng gốc Đồng thời cũng cần xem

xét đến chất lượng bộ giải mã.Tất cả các yếu tố trên đều hạn chế đến việc cải thiện phẩm chất BER của hệ thống

Vì vậy, để cải thiện tỷ lệ lỗi bit BER hơn nữa cho chuẩn DVB-T2 thì cần nghiên cứu bổ sung các giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của các loại nhiễu vừa nêu, đồng thời còn lưu ý tới chất lượng bộ giải mã

Do vậy, đề tài “Giải pháp cải thiện tỷ lệ lỗi bit (BER) trong hệ truyền dẫn số OFDM, ứng dụng trong truyền hình số DVB-T thế hệ mới” là đề tài có tính khoa học và tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nhiễu giảm tỷ lệ lỗi bit của hệ thống

- Tìm ra các giải pháp cải thiện tỷ lệ lỗi bit BER trong hệ truyền dẫn

số OFDM để từ đó ứng dụng trong truyền hình số DVB-T thế hệ mới

- Cải tiến nâng cao chất lượng bộ giải mã

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Nhiễu ICI, CCI và các giải pháp giảm ICI, CCI trong hệ thống T2

DVB Nghiên cứu phương pháp giải mã mềm cho mã LDPC trong hệ thống DVB-T2

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc không gian để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu tích cực (nhiễu đồng kênh CCI)

- Nghiên cứu và ứng dụng bộ lọc Kalman để chống nhiễu xuyên kênh (ICI) và sự chồng lấn bước sóng phụ của sóng mang lên băng gốc

- Nghiên cứu giải mã mềm cho mã sửa lỗi, qua đó cải thiện tỷ lệ lỗi bit

5 Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp giải tích và kết hợp với mô phỏng trên máy tính được sử dụng trong luận án

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

- Đề xuất ứng dụng bộ lọc không gian nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu tích cực đồng kênh CCI, tức là chống nhiễu ngoài máy thu hình; qua đó cải thiện tỷ lệ lỗi bit BER

- Đề xuất ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu xuyên kênh giữa các sóng mang con, qua đó cải thiện tỷ lệ lỗi bit của hệ thống

- Đề xuất ứng dụng giải mã đầu vào mềm, đầu ra mềm nâng cao chất lượng giải mã cho mã LDPC, qua đó cải thiện tỷ lệ lỗi bit của hệ thống

Ý nghĩa thực tiễn:

- Các nghiên cứu trong luận án góp phần đưa ra các giải pháp ứng dụng để cải thiện và nâng cao chất lượng truyền hình số mặt đất hiện nay

7 Bố cục của luận án

Luận án được trình bày trong 4 chương:

- Chương 1: Trình bày tổng quan về truyền hình số mặt đất theo chuẩn Châu Âu (DVB-T và DVB-T2)

Chương này trình bày khái quát về DVB-T và DVB-T2, nêu các giải pháp

kỹ thuật điển hình trong 2 chuẩn nêu trên; so sánh chất lượng 2 chuẩn trên;

nhận xét đánh giá và rút ra các hạn chế để hình thành các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

- Chương 2: Nghiên cứu bộ lọc không gian, đề xuất sơ đồ ứng dụng trong thực tế; đánh giá hiệu quả cải thiện tỷ lệ lỗi bit của sơ đồ đề xuất Nội dung chương 2 liên quan đến công trình nghiên cứu [6] đã được công bố

- Chương 3: Nghiên cứu mạch lọc Kalman mở rộng và đề xuất thuật toán chi tiết để giảm thiểu ảnh hưởng của độ dịch tần số; đánh giá hiệu quả của bộ lọc Nghiên cứu bộ lọc để giảm thiểu ảnh hưởng của bước sóng phụ của sóng mang con lên băng gốc Nội dung của chương 3 liên quan đến công trình nghiên cứu [5] đã được công bố

- Chương 4: Nghiên cứu thuật toán giải mã mềm

Chương này nghiên cứu thuật toán MAP cho mã LDPC đánh giá khả năng cải thiện tỷ lệ lỗi bit khi dùng nó Nội dung của chương 4 liên quan đến công trình nghiên cứu [2] và [3] đã được công bố

- Kết luận và kiến nghị: Tóm tắt các kết quả đạt được của luận án, đề xuất hướng phát triển tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T

Nội dung Chương 1 trình bày một số nội dung cơ bản về truyền hình số mặt đất DVB-T Trên cơ sở nhận xét, đánh giá các giải pháp công nghệ, các giải pháp chống nhiễu trong hệ thống và phân tích các yêu cầu thực tế, từ đó xác định hướng nghiên cứu của luận án

1.1 Các tiêu chuẩn truyền hình số

Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị

kỹ thuật từ studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên tắc kỹ thuật số Hầu hết các nước lớn đã công bố kế hoạch thực hiện truyền hình số vào trước năm 2000 Ở Việt Nam dự kiến lộ trình chuyển sang số trước năm 2020, tuy nhiên đến nay đã triển khai thử nghiệm Để thực hiện, người ta dựa vào các tiêu chuẩn truyền hình số mới được nghiên cứu và thử nghiệm

Thế hệ thứ nhất truyền hình số có ba tiêu chuẩn:

Tiêu chuẩn Châu Âu và Nhật sử dụng phương pháp ghép kênh theo tần

số trực giao có mã (COFDM) cho truyền hình số mặt đất Nó đã trở thành kỹ thuật phổ biến trong phát hình khoảng 20 năm trở lại đây Hiện tại đây là kỹ thuật duy nhất có thể tạo ra khả năng thực hiện mạng đơn tần

Không giống như Châu Âu, mạng đơn tần không được chú ý tại Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ về truyền hình số mặt đất sử dụng kỹ thuật điều chế biên tần cụt 8 mức (8-VSB)

1.2 Truyền hình số tiêu chuẩn Châu Âu DVB

DVB là một tổ chức gồm 200 thành viên của hơn 30 nước Châu Âu nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các khu vực khác Tổ chức DVB phân ra nhiều ban, trong đó có các phân ban sau:

- DVB-S: phát triển kỹ thuật truyền hình số qua vệ tinh

- DVB-C: phát triển phát hình số qua cáp

- DVB-T: phát triển phát hình số mặt đất

Tại Việt Nam tiêu chuẩn truyền hình số được chấp nhận và cho phép triển khai trên diện rộng là DVB-T (tiêu chuẩn Châu Âu) Có thể nói việc phát triển cả ba phương thức truyền trên là rất thực tế, bởi vì ba môi trường truyền dẫn sẽ bổ sung hỗ trợ cho nhau Nếu như truyền hình vệ tinh có thể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng chương trình lên đến hàng trăm, thì truyền hình mặt đất sẽ được dùng để chuyển các chương trình khu vực, nhằm vào một số lượng không lớn người thu Đồng thời ngoài việc thu bằng anten cố định trên mái nhà, truyền hình mặt đất còn cho phép thu bằng anten nhỏ của các máy thu xách tay, thu di động Còn truyền hình cáp số phục vụ thuận lợi cho các đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc không có điều kiện lắp các anten thu vệ tinh

Vào cuối năm 1993, DVB cho ra đời tiêu chuẩn DVB-S được coi là thế

hệ tiêu chuẩn thứ nhất cho truyền dẫn qua vệ tinh.Vào 1998, DVB cho ra đời tiêu chuẩn DVB-S2 được coi là thế hệ thứ 2 Năm 1994, tại Châu Âu tiêu chuẩn DVB-C (thế hệ thứ nhất cho truyền hình cáp) được công bố.Năm 2003, thế hệ thứ hai truyền hình cáp ra đời DVB-C2 Năm 1993 thế hệ truyền hình

số mặt đất thế hệ thứ nhất ra đời T Và năm 2009 thế hệ thứ hai T2 ra đời

DVB-1.3 Tổng quan về DVB-T

Theo [34], sơ đồ khối tổng quát của hệ thống DVB-T đƣợc biểu diễn nhƣ Hình 1.1

DVB-T sử dụng các giải pháp công nghệ cơ bản:

DVB-T ứng dụng kỹ thuật điều chế ghép kênh OFDM Do có tính trực giao nên OFDM truyền dẫn song song nhiều băng con chồng lấn lên nhau trên cùng một độ rộng băng tần cấp phát của hệ thống Việc chồng lấn các băng tần con trên toàn bộ băng tần đƣợc cấp phát dẫn đến không những đạt đƣợc hiệu suất cao mà còn tác dụng phân tán lỗi cụm khi truyền qua kênh nhờ tính

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T

Hình 0.1

phân tán lỗi và khi kết hợp với kỹ thuật mã hóa kênh hiệu năng hệ thống được cải thiện đáng kể

Hệ thống DVB-T sử dụng hai chế độ điều chế đa sóng mang:

- Chế độ 2K với 1705 sóng mang hữu ích

- Chế độ 8K với 6817 sóng mang hữu ích

Theo thuật toán dòng cơ sở 2 thì

64-Các kiểu điều chế QPSK, 16-QAM, 64-QAM được tạo ra từ định vị các bit đầu vào thành các symbol điều chế, chuỗi symbol điều chế sẽ tương ứng với chuỗi các tần số sóng mang con (2K hoặc 8K) được xen kẽ tại bộ xen kẽ symbol Đây là quá trình xen kẽ tần số của các sóng mang con với mục đích chống phađing chọn lọc tần số ở máy thu Tùy thuộc vào chế độ sóng mang 2K hoặc 8K được lựa chọn ở phần phát, bộ định vị M-QAM sẽ sắp xếp các symbol điều chế vào các sóng mang con (là chuỗi Fourier X(K) theo quy luật

mã Gray)

Việc thực hiện bộ điều chế OFDM, có hai giải pháp thực hiện điều chế I/Q là: điều chế I/Q tương tự tại trung tần (IF) hoặc tại kênh phát RF đối với tín hiệu COFDM từ băng tần cơ bản (BB) Chuẩn DVB-T chọn giải pháp thứ 2: giải pháp điều chế I/Q số tại băng tần cơ bản vì nó cho phép sửa tuyến tính trước tại hai nhóm I và Q, bù lại phi tuyến cho tầng khuếch đại cuối của máy phát, do đó giảm được lỗi pha

Sơ đồ khối và dạng tín hiệu vào/ra của bộ điều chế số I/Q nêu trên Hình 1.2



 max

min

2cos)()

X n

X n

Trong thực tế các thành phần thực cosin và phần ảo sin đƣợc biểu diễn

bằng một chuỗi nhị phân với độ phân giải là 12 bit/mẫu

Hình 1.2 Bộ điều chế số I/Q

Hình 0.2

Tần số sóng mang f c cũng là một chuỗi bit nhị phân với tần số 4,57 MHz (UHF) hoặc 4 MHz (VHF)

DVB-T sử dụng mã hóa kênh là mã liên kết: gồm mã trong là mã chập (CC) và mã ngoài là mã RS (mã Reed-Solomon) Mã RS (204,188, t=8) là mã ngắn được suy ra từ mã khối hệ thống gốc RS (255,239, t=8) Được áp dụng cho mỗi gói truyền tải đã được ngẫu nhiên hóa (188 bytes) để tạo ra gói chống lỗi Mã RS có độ dài 204 bytes gồm 188 bytes dữ liệu và 16 bytes tương quan cho phép sửa được 8 bytes lỗi ngẫu nhiên trong 204 bytes thu được Mã chập dựa trên mã chập gốc tỷ lệ 1 2 với 64 trạng thái Nó cho phép lựa chọn mức sửa lỗi thích hợp cho một dịch vụ nhất định hoặc một số tốc độ số liệu ở chế

độ truyền dẫn phân cấp và không phân cấp Nếu sử dụng phương thức truyền dẫn phân cấp 2 mức, mỗi một trong hai bộ mã hóa kênh song song có thể có

tỷ lệ mã hóa riêng Ngoài tỷ lệ 1 2 của mã gốc, hệ thống còn cung cấp các tỷ

lệ mã hóa khác như 2 3,3 4,5 6 và 7 8

Việc sử dụng hai bộ mã sửa lỗi thành một bộ mã liên kết có khả năng sửa lỗi mạnh hơn Theo [34] mã liên kết có xác suất lỗi bit giảm theo hàm mũ trong khi độ phức tạp tăng theo hàm tuyến tính

1.4 Truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai (DVB-T2)

DVB-T2 là chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 cho phép tăng dung lượng dữ liệu trên kênh truyền (30%) so với DVB-T và tăng độ tin cậy trong môi trường truyền sóng mặt đất DVB-T2 chủ yếu dành cho truyền hình số có độ phân giải cao HDTV Theo [33] những tiêu chí cơ bản khi thiết kế DVB-T2 có thể tóm tắt như sau:

- DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính nguyên tắc là tính tương quan giữa các chuẩn trong họ DVB Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi

giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện đến mức có thể (Ví dụ: giữa S2, tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh thế hệ thứ 2 và DVB-T2)

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

+ Cấu trúc phân cấp trong DVB-S2, đóng gói dữ liệu khung BB

+ Sử dụng mã sai LDPC

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

- Trong cùng một điều kiện truyền sóng, DVB-T2 phải đạt dung lượng cao hơn thế hệ thứ nhất (DVB-T) ít nhất là 30%

- DVB-T2 phải đạt được hiệu quả cao hơn DVB-T trong mạng SFN

- DVB-T2 phải có các giải pháp nâng cao độ tin cậy đối với từng loại dịch vụ cụ thể

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

- Phải giảm tỷ số PAPR – tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình của tín hiệu (một trong những nhược điểm chủ yếu của hệ thống truyền dẫn OFDM), để giảm thiểu giá thành truyền sóng

Trên cơ sở những tiêu chí trên, từ tháng 6/2007 đến tháng 3/2008, trên

40 tổ chức đã tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn DVB-T2 thông qua nhiều buổi hội thảo, hội nghị qua mạng và Email Cuối cùng cuối năm 2008, những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2 đã được ban hành

Kế thừa những giải pháp kỹ thuật trong DVB-T, ứng dụng công nghệ mới đáp ứng các tiêu chí chung nêu trên, DVB-T2 đạt được nhiều cải tiến về mặt dung lượng truyền dẫn số liệu và chất lượng các chương trình truyền hình

1.4.1 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản [33]

1.4.1.1 Ống vật lý (Physical Layer Pipes – PLPs)

Đòi hỏi của thị trường đối với độ tin cậy của các dịch vụ và sự cần thiết phải có các loại dòng dữ liệu khác nhau đã dẫn tới khái niệm “ống” lớp vật lý hoàn toàn trong suốt có khả năng truyền tải dữ liệu độc lập với cấu trúc và các thông số PLP khác nhau Cả dung lượng và độ tin cậy đều có khả năng điều chỉnh cho phù hợp với từng nhà cung cấp nội dung và dịch vụ, tùy thuộc vào loại đầu thu, môi trường

DVB-T2 còn cho phép “gán” các giá trị: đồ thị chòm sao, tỷ lệ mã và tráo thời gian cho từng PLP, ngoài ra còn “ dạng thức hóa” nội dung theo cùng cấu trúc khung “baseband frame” như được áp dụng trong DVB-S2 Đặc biệt một nhóm dịch vụ có thể cùng chia sẻ một thông tin chung, ví dụ bảng PSI/SI hoặc CA Để tránh phải truyền “đup” các thông tin này đối với từng PLP, DVB-T2 còn chứa “PLP chung” được chia sẻ bởi một nhóm PLP Như vậy, máy thu phải giải mã hai PLP tại cùng một thời điểm khi thu một dịch vụ: PLP dữ liệu và PLP chung đi kèm Hai mode đầu vào được định nghĩa: đầu vào mode A sử dụng duy nhất một PLP và đầu vào mode B sử dụng nhiều PLP Đầu vào mode A là mode đơn giản nhất Ở đây, duy nhất một PLP được sử dụng truyền tải duy nhất một dòng dữ liệu Hệ quả là độ tin cậy của các nội dung thông tin giống nhau như đối với DVB-T Đầu vào mode B là mode tiên tiến được sử dụng cho nhiều PLP

1.4.1.2 Các mode sóng mang mở rộng

DVB-T2 còn sử dụng thêm các chế độ sóng mang 16K, 32K

Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thước FFT lớn Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM trải rộng hơn, điều này có thể được lợi dụng để truyền tải dữ liệu trên những sóng mang trên phần phổ trải rộng này Tuy nhiên khi tăng số lượng sóng

mang con lên thì khoảng cách tần số giữa các sóng mang con sẽ giảm đi, khi

đó nhiễu xuyên kênh sẽ tăng lên

1.4.1.3 Mã hóa kênh (mã hóa sửa lỗi trước(FEC))

DVB-T2 cũng sử dụng mô hình mã kết nối – nối tiếp, trong đó: mã ngoài

sử dụng mã khối truyền thống BCH, mã nội sử dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật

độ thấp Dòng vào sẽ được lập thành các khung cơ bản (BBFRAME) và dòng

ra sẽ được lập thành các khung mã hóa sửa lỗi (FEC FRAME) Mỗi khung băng cơ bản (BBFRAME) có độ dài Kbch bits, được khối mã hóa sửa lỗi FEC

xử lý để tạo thành khung mã hóa sửa lỗi (FEC FRAME) có độ dài Nldpc bits Các bit kiểm tra chẵn lẻ (BCH FEC) của mã ngoài BCH sẽ được gắn đằng sau khung cơ bản, các bit kiểm tra chẵn lẻ của mã hóa nội LDPC sẽ được gắn vào sau trường BCH FEC như Hình 1.3

Nldpc = 64800 bits với các khung mã hóa sửa lỗi thường (Normal FEC FRAME)

Nldpc = 16200 bits với các khung mã hóa sửa lỗi ngắn (Short FEC FRAME)

 Mã hóa ngoài (BCH)

Mã BCH sửa được t lỗi sẽ được áp dụng cho mỗi khung băng cơ bản tạo

ra các gói chống lỗi

Mã hóa BCH là dạng mã vòng, mã BCH (n,k) có độ dài từ mã n, số bít thông tin là k, số lỗi có thể sửa được là t và thỏa mãn các điều kiện sau:

Với mọi số nguyên m3, t 2 m1 ,tồn tại một mã nhị phân BCH với:

Hình 1.3 Định dạng gói dữ liệu

Hình 0.3

n  : số lượng kiểm tra chẵn lẻ

12min  t

d : khoảng cách nhỏ nhất

 Mã hóa nội (LDPC)

Mã hóa LDPC là loại mã khối tuyến tính dựa theo ma trận kiểm tra chẵn

lẻ H( nk )n , trong đó k là bít thông tin được mã hóa tạo nên từ mã gồm n bít

Với ma trận kiểm tra chẵn lẻ bao gồm hầu hết là số “0” và chỉ một số ít là số

“1” Tính chất thưa của ma trận chẵn lẻ trong mã LDPC là vấn đề cực kỳ quan trọng, làm cho giải mã rất hiệu quả nhờ quy trình cho qua bản tin “message passing” Mã LDPC có khả năng thực thi trong việc sửa lỗi tốt hơn các mã sửa lỗi truyền thống khác như mã RS, mã xoắn CC, mã BCH … Bởi vì khoảng cách nhỏ nhất của mã LDPC tăng tỷ lệ so với chiều dài mã với xác suất là lớn nhất Do vậy, đây là một giải pháp cho truyền dẫn tốc độ bit cao với xác suất lỗi khung là nhỏ nhất Mã LDPC có thể miêu tả theo đồ thị Factor bao gồm hai loại đó là nút bit “Bit Node” và nút kiểm tra “Check

Node” Mã này có thể mô tả dưới dạng ma trận kiểm tra chẵn lẻ H như là

phương trình H.c0 thỏa mãn cho tất cả từ mã c Ví dụ mã Hamming (7,4)

được định nghĩa bởi phương trình kiểm tra chẵn lẻ dưới đây:

)3(

*

*

)2(

*

*

)1(

01

001101

0101011

0010111

4 3 1 7

4 2 1 6

3 2 1 5

7 6 5 4 3 2 1

check c

c c c

check c

c c c

check c

c c c

c c c c c c c

Ma trận kiểm tra chẵn lẻ được tạo ra theo giản đồ Tanner với hai loại nút

đó là nút bit và nút kiểm tra chẵn lẻ Mỗi bít nút n thể hiện c n bít mã hóa thông

tin và đƣợc kết nối tới bít kiểm tra m chỉ nếu (m,n) của ma trận kiểm tra chẵn

lẻ là số 1 Không có nút bit hoặc nút kiểm tra chẵn lẻ đƣợc nối tới nút bit hoặc

nút kiểm tra nếu (m,n) của ma trận kiểm tra chẵn lẻ là số 0 Nhằm giảm độ

phức tạp cho mã LDPC, chuẩn DVB-T2 đƣa ra dạng ma trận kiểm tra chẵn lẻ:

) k n ( ) k n ( k ) k n ( n ) k n (   A   B   

000

0110

00

001

100

000

110

000

011

000

001

.

.

.

.

.

.

.

.

B

Hình 1.4 Ma trận con tam giác bậc thang của ma trận kiểm tra chẵn lẻ

Cấu trúc ma trận chẵn lẻ LDPC cho phép sử dụng một thuật toán mã hóa đơn giản Nói chung, với định nghĩa ma trận kiểm tra chẵn lẻ đẳng thức sau đúng:

P

P, , , , , , ,

C 1 2 1 2 (1.3) Trong đó: P1,P2, ,P M biểu diễn các bit chẵn lẻ

K

d d

d1, 2, , biểu diễn các bit thông tin

Do cấu trúc đường chéo kép của ma trận thành phần của H các bit P

M n M n

K M

n M

n d h

P P

P P

4

1 1,2

K n1 n2 n M1 n M  1,2, ,4

c

h , là các thành phần khác 0 (=1) của ma trận chẵn lẻ trong phần tương ứng với H d i

4

)1

M  4 4

q q

R q

1.4.1.4 Mẫu hình tín hiệu Pilot

DVB-T2 sử dụng Pilot liên tục và Pilot phân tán Pilot phân tán 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 Trong khi DVB-T áp dụng mẫu

hình tĩnh 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, tùy thuộc vào kích thước FFT và khoảng cách bảo vệ đối với một đường truyền riêng biệt

1.4.1.5 Phương thức điều chế 256-QAM

Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6 bits/symbol/sóng mang (có nghĩa là 6 bits/tế bào OFDM) Ở DVB-T2, sử dụng phương thức điều chế là 256-QAM cho phép tăng lên 8 bits/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu suất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4dB hoặc 5dB), tùy thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai Bởi lẽ khoảng cách giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng 1 2 so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhạy hơn đối với tạp nhiễu Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuộn và nếu chọn tỷ lệ mã lớn hơn một chút cho 256-QAM

so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu C N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được tăng tốc

độ bit lên đáng kể

1.4.1.6 Chòm sao xoay (Rotated Constellation)

Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là xoay chòm sao (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay) Sau khi đã định vị, chòm sao được “xoay” đi một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên Hình 1.5

Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau Nếu có một thành phần nào bị mất trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin Theo [41], kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7dB trên kênh có fađing Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn

Hình 1.5 Chòm sao 16-QAM “xoay”

1.4.1.7 Kỹ thuật giảm PAPR

PAPR trong hệ thống OFDM cao có thể làm giảm hiệu suất bộ khuếch đại công suất RF Cả hai kỹ thuật làm giảm PAPR đồng thời được sử dụng trong hệ thống DVB-T2:

- Mở rộng chòm sao tích cực (Active Constellation Extension – ACE)

- Âm hiệu dành riêng (Tone Reservation – TR)

Kỹ thuật ACE làm giảm PARP bằng cách mở rộng các điểm ngoài của

đồ thị chòm sao trên miền tần số còn TR làm giảm PARP bằng cách trực tiếp loại bỏ các giá trị đỉnh của tín hiệu trong 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

1.4.1.8 Tráo bít, ánh xạ bit lên đồ thị chòm sao

- Tráo bit trong phương thức điều chế 16-QAM, 64-QAM và

256-QAM

Dữ liệu tại đầu ra bộ mã hóa LDPC được tráo Tráo bit bao gồm: Tráo chẵn lẻ (Parity Interleaving) và tráo cuộn xoắn (Column Twist Interleaving) Tráo chẵn lẻ được ký hiệu là U, tráo cuộn xoắn được ký hiệu là V

- Ánh xạ bit lên chòm sao

Mỗi FEC FRAME (64800 bits đối với FEC FRAME bình thường hoặc

16200 bits đối với FEC FRAME ngắn) được ánh xạ sang khối FEC đã mã hóa

và đã điều chế bằng cách: trước tiên tách kênh dòng bit đầu vào thành các từ

mã song song và sau đó ánh xạ các từ mã này thành các giá trị tương ứng trên

đồ thị chòm sao Số lượng các từ mã tại đầu ra và số lượng bit/từ mã nêu trên Bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số ánh xạ bit lên đồ thị chòm sao Chiều dài block

1.4.1.9 Tráo tế bào, tráo thời gian

Nhằm nâng cao độ tin cậy trong quá trình truyền sóng, không chỉ sử dụng tráo bít, tráo symbol như DVB-T, hệ thống truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2) còn sử dụng kỹ thuật tráo tế bào (Cell Interleaving-CI) và tráo thời gian (Time Interleaving-TI)

1.4.1.10 Cấu trúc khung tín hiệu DVB-T2

Một phần quan trọng của hệ thống DVB-T2 là siêu khung (Super Frame) Trong siêu khung chứa những khung T2 và phần mở rộng dành cho tương lai (FEF: Future Extension Frame) và được miêu tả chi tiết trên Hình 1.6

Trong đó khung T2 chứa symbol P1, các symbol P2, NP2, symbol dữ liệu

và một symbol đặc biệt để đóng khung Số lượng symbol P2, NP2 phụ thuộc vào kích thước FFT

Khoảng thời gian của khung T2 được quyết định bởi kích thước FFT, khoảng bảo vệ không vượt quá 250ms

Độ dài khung T2 được tính theo công thức:

1

P S F

Bảng 1.2 Số lượng

2

P

N ứng với các FFT Kích thước FFT

Bảng 1.3 chỉ ra độ dài lớn nhất khung L trong symbol OFDM cho các F

FFT và khoảng bảo vệ T bv khác nhau (cho độ rộng băng tần 8MHz)

1 1132 116 19 256 1 8 19128 1 4

16K 1.792 138 135 131 129 123 121 111 8K 0.896 276 270 262 259 247 242 223

2K 0.224 NA 1081 1049 NA 991 NA 892

Trên đây, tác giả đã giới thiệu các giải pháp kỹ thuật ứng dụng trong DVB-T2 Giải pháp mang tính đột phá là: trong khi DVB-T sử dụng mã sửa sai trong và ngoài là mã xoắn và mã RS, DVB-T2 sử dụng LDPC và BCH Các mã này cho phép cải thiện chỉ tiêu BER tốt hơn và truyền dữ liệu tốt hơn trên cùng một kênh thông tin Đồ thị Hình 1.7 so sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2

So sánh DVB-T và DVB-T2 trong mạng đơn tần nêu trên Bảng 1.4

1.4.2 Nhận xét về chuẩn DVB-T2

Trước hết cần khẳng định rằng: DVB-T2 là chuẩn phát sóng truyền hình

số mặt đất hiện đại nhất hiện nay Hệ thống đã kế thừa các giải pháp công nghệ của DVB-T và bổ sung nhiều giải pháp công nghệ mới nhằm nâng cao dung lượng truyền dẫn và cải thiện đáng kể xác suất lỗi bit

Hiện tại nhu cầu về nghe xem ngày càng tăng Các chương trình truyền hình được đòi hỏi không chỉ có nội dung mà còn yêu cầu về chất lượng ngày càng nâng cao Các chương trinh NVOD (Near Video On Demand – gần với truyền hình theo yêu cầu) hay VOD (Video on Demand – truyền hình theo yêu cầu) ngày càng được quan tâm các dịch vụ tương tác hai chiều cũng đã xuất hiện ngày một nhiều lên Mặt khác xu hướng công nghệ HD ngày càng được phát triển, các thiết bị sản xuất chương trình HD đang thay thế hệ thống sản xuất chương trình SD hiện tại Tất cả những vấn đề nêu trên đòi hỏi phải tiếp tục hoàn thiện chuẩn DVB-T2 như: nghiên cứu ứng dụng chuẩn nén MPEG-4, tiếp tục cải thiện xác suất lỗi bit …

1.5 Tổng hợp các công trình khoa học công bố

Cho đến nay cũng đã có một số công trình nghiên cứu nhằm khắc phục, cải thiện để nâng cao chất lượng truyền hình số mặt đất DVB-T2 Năm 2010, Eun Su Kang, Humor Hwang và Dong Seog Han đã đề xuất thuật toán phục hồi các sóng mang mạnh (thuật toán thiết lập bù tần số mạnh) [44] để duy trì

sự đồng bộ ngay cả khi độ dịch tần Doppler lớn đối với hệ thống OFDM Trong hệ thống OFDM sử dụng các tín hiệu dẫn đường “pilots”, việc thiết lập kênh được biểu diễn trên các tín hiệu này và sau đó được nội suy trên các trục thời gian và tần số Khi thiết lập nội suy thời gian xuất hiện sai số trung bình, chính vì vậy nghiên cứu [60] đã đề xuất sử dụng bộ lọc đa tần số thích nghi để đưa ra tần số tương quan Trong DVB-T2 sử dụng kỹ thuật ống lớp vật lý để tăng hiệu quả sử dụng phổ Tuy nhiên việc chèn thêm tín hiệu “pilot” vào tín

hiệu OFDM sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng phổ Vì vậy nghiên cứu [19] đưa ra

kỹ thuật giải điều chế quyết định trực tiếp từ mã bằng cách sử dụng các symbol giải mã trước đó để cung cấp ước lượng kênh chính xác với rất ít tín hiệu dẫn đường Để giảm độ phức tạp tính toán trong các bộ điều chế và giải điều chếtrong khi vẫn đạt được hiệu quả tương tự như các giải pháp trong chuẩn DVB-T2 thì trong nghiên cứu [79] đã đưa ra giải pháp phân chia không gian tín hiệu độ phức tạp thấp, sử dụng thuật toán ánh xạ cầu đơn giản Năm

2014, Ahmed H.Eldieb, Mona Z.Saleh và Salwa Elramly, trong công trình nghiên cứu [15] đã đưa ra kỹ thuật cải tiến ước lượng kênh cho OFDM trong DVB-T2, dựa trên sắp xếp tín hiệu dẫn đường trong kênh fading chọn lọc tần

số theo thời gian Đây là phương pháp cải tiến của phương pháp ước lượng bình phương nhỏ nhất chuyển miền (DTLSE) và phương pháp nội suy hai chiều Cũng trong năm đó, Ahmad A.Aziz El-Banna và Maha El-Sabrouty [16], đã đề xuất thay thế bộ mã hóa hình cầu K tối ưu cố định thành bộ mã hóa hình cấu K tối ưu thích nghi nhằm khai thác đáp ứng xung kênh để đo chọn lọc kênh như một bộ báo trạng thái kênh Năm 2016, Marwa Chafii cùng các cộng sự đề xuất phương pháp âm hiệu dành riêng thích nghi (Adaptive Tone Reservation) [61] để thay thế phương pháp cổ điển đang được sử dụng trong DVB-T2, và kết quả cho độ lợi 5dB tại BER=10-3

Như vậy qua tìm hiểu, phân tích các giải pháp công nghệ của chuẩn phát hình số mặt đất thế hệ thứ nhất DVB-T [34], thế hệ thứ hai DVB-T2 [35], cũng như phân tích một số công trình đã công bố ở trên, nghiên cứu sinh nhận thấy rằng:

- Chưa có giải pháp kỹ thuật để giảm nhiễu tích cực trước máy thu hình

- Chưa có giải pháp kỹ thuật hiệu quả giảm thiểu tác động của nhiễu xuyên kênh ICI khi độ dịch tần và tần số Doppler lớn