Tài liệu Can nhiễu giữa hai hệ thống analog và DVB-T doc

Can nhiễu analog và số cùng kênh Cường độ trường cần cho thu analog PAL D/K phải lớn hơn cường độ trường của số là 34dB đối với nhiễu chiếm 1% thời gian-nhiễu đối lưu-hay gọi là nhiễu n

CAN NHIễU GIữA HAI Hệ THốNG ANALOG Và DVB-T

KS Đỗ Anh Tú

Nguồn tài nguyên tần số ngày càng hạn hẹp trong lĩnh vực truyền dẫn thông tin, do đó trong quá trình quy hoạch cho phát số, chúng ta cần quan tâm đến vấn đề phát số xen vào giữa các khoảng trống của các kênh analog

Vì vậy, bài viết này xin bàn về can nhiễu giữa hai hệ thống thu phát: analog/số và giữa số với số khi phát xen kẽ nhau

Nhằm nghiên cứu và đánh giá công nghệ phát hình số DVB-T, công ty VTC đã tiến hành thử nghiệm phát số trên hai kênh liền kề và chen vào các khe trống của các kênh analog Ví dụ phát số trên hai kênh liền kề 29+30 bên cạnh kênh 28 analog tại Hải phòng (hình 1) và kênh 31 (Quảng Ninh) Từ trái sang, phổ analog kênh 28 chỉ có 3 khu vực: mang hình, mang màu và mang âm thanh, trong khi đó phổ phát số (kênh 29+30)

đồng đều cả hai dải thông 8 MHz

Hình 1 Phổ phát số kênh hai kênh liền kề

Tỷ số bảo vệ là tỷ số cường độ tín hiệu cần thu chất lượng tốt trên cường độ tín hiệu can nhiễu (dB) Tỷ lệ này có thể nhỏ hơn 1 (tính sang dB mang giá trị âm), tức là cường độ tín hiệu cần thu thấp hơn cường độ tín hiệu can nhiễu và có thể lớn hơn 1 (tính sang dB mang giá trị dương)

Đối với thu số, thì đó là giá trị tỷ số bảo vệ, mà tại giá trị này BER (tỷ lệ lỗi bit) phải nhỏ hơn hoặc bằng 2.10-4 sau giải mã Viterbi; giá trị 2.10-4 còn có tên là giá trị QEF (Quasi Error Free-gần như không lỗi), tương đương với BER nhỏ hơn hoặc bằng 1.10-11 tại đầu vào của giải MPEG-2 [1; trang 66]

1 Can nhiễu analog và số cùng kênh

Cường độ trường cần cho thu analog PAL D/K phải lớn hơn cường độ trường của số là 34dB (đối với nhiễu chiếm 1% thời gian-nhiễu đối lưu-hay gọi là nhiễu ngắn) và 40dB (đối với nhiễu nhiễu liên tục xuất hiện 50% thời gian) (Bảng 1)

Hệ thống analog mong muốn Nhiễu đối lưu Nhiễu liên tục

Bảng 1 Tỷ số bảo vệ cho thu analog với can nhiễu là tín hiệu số DVB-T

Như chúng ta thấy, tỷ số bảo vệ cho thu analog rất lớn, mặc dù can nhiễu của tín hiệu DVB-T có tính chất như nhiễu Gaussian và chỉ thể hiện trên hình như có muỗi (ảnh bị hột) chứ không làm mất đồng bộ hình Tuy nhiên, trong thực tế để người dân thu tốt các kênh analog hiện

có, chúng ta sẽ không bố trí phát số trùng kênh với analog

Bảng 2 nêu cường độ trường cho thu số 64QAM, FEC 3/4 phải lớn hơn cường độ trường

analog là 10 dB Nếu thu số với nhóm thông số 64QAM,FEC2/3 (ITU gọi là mode M3), thì

cường độ trường cho thu số chỉ phải lớn hơn trường analog là 4dB Bảng 2 cũng nói lên sự khác

biệt rất rõ giữa hai giá trị tỷ lệ mã sửa sai FEC 3/4 và 2/3 Vì vậy, nhiều nước chọn mã sửa sai là

2/3

Bảng 2 Tỷ số bảo vệ cho thu số DVB-T với can nhiễu là tín hiệu analog

Tỷ số bảo vệ

Tốc độ mã 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8

Tín hiệu

PAL/SECAM

-12 -8 -5 2 6 -8 -4 0 9 16 -3 4 10 17 24 Tóm lại, để thu tốt analog đồng kênh, tỷ số bảo vệ cho nó là 40dB, còn để thu số đồng

kênh, tỷ số bảo vệ cho nó chỉ là 10dB (thấp hơn của analog 30dB) Điều đó chứng tỏ khả năng

chống can nhiễu của công nghệ analog kém hơn nhiều so với công nghệ số

2 Can nhiễu kênh số và analog liền kề (kênh số thấp, kênh analog cao)

Kênh số thấp (ví dụ kênh 34), kênh analog cao (ví dụ kênh 35), như vậy kênh số sẽ can

nhiễu sang phần hình của kênh analog

Bảng 3 Tỷ số bảo vệ cho thu hình của kênh analog (kênh n) khi bị can nhiễu do phát số kênh lân cận dưới (kênh n-1)

Hệ thống analog mong muốn Nhiễu đối lưu Nhiễu liên tục

Bảng 3 cho thấy, để thu tốt analog trong trường hợp này, cường độ trường cho thu analog thấp

hơn (thể hiện dấu trừ) cường độ trường của số là 7 dB (nhiễu ngắn) và 4 dB (nhiễu liên tục)

Nói chung, số can nhiễu sang thu analog không đáng là bao và không cảm nhận được, khi mà

cường độ trường của phát số cao hơn cường độ trường của analog khoảng 3-4dB

Bảng 4 Tỷ số bảo vệ cho thu số kênh dưới, khi bị can nhiễu của kênh analog lân cận trên [1;

bảng 21]

Hệ thống BW Mode PAL B PAL B1, G PAL I PAL DK SECAM L SECAM D, K

Đây là trường hợp thu số kênh 34 tại Thái Bình bị can nhiễu của sóng kênh 35 analog phá

Bảng 4 mới chỉ thể hiện cho hệ PAL I, cường độ trường cho thu số thấp hơn (dấu trừ)

cường độ trường của analog 38-40dB, mà số vẫn không bị can nhiễu ITU gọi: M1 là

16QAM,FEC1/2; M2 là 64QAM,FEC1/2 và M3 là 64QAM,FEC2/3

Thực tế, chúng tôi đã thu số kênh 34 để tiếp phát lại cho khu vực Thái Bình, Nam Định

Tại vị trí giàn công tác (cao 45m so với mặt đất) của cột phát sóng trên khu đất Đài PTTH Thái

Bình, chúng tôi phải thu số kênh 34 phát đi từ Hà Nội, trong điều kiện trường gần của kênh 35

công suất 5kW (kênh phát chương trình của địa phương) rất mạnh Khoảng cách Thái Bình-Hà

Nội theo đường chim bay là 85km Cột phát sóng số tại Hà Nội chỉ cao 100m Vì vậy, sóng số kênh 34 đến Thái Bình không phải sóng truyền thẳng, bị nhiều lùm cây che chắn, đã quá yếu Sóng số truyền qua khoảng cách dài bị suy giảm quá nhiều và bị các can nhiễu khác trên đường truyền tác động, làm phẩm chất bị giảm Trường gần của máy phát kênh 35 tại cột phát sóng lại quá mạnh và chứa nhiều thành phần phổ xung quanh kênh 35, thậm chí trùng cả vào kênh 34 Phải nói đây là trường hợp khắc nghiệt

Kiểm chứng thực tế, chúng tôi nhận thấy tại Thái Bình, nếu sự chênh lệch cường độ trường số/analog vượt quá –35dB, lỗi thu số xảy ra liên tục, thu không thành công Tỷ số lỗi bit (BER) tăng lên rất nhanh, vượt giá trị gần như không lỗi QEF (Quasi Error Free) Số liệu đo thực

tế [–35dB] và số liệu khuyến cáo của DVB [–38dB], độ chênh lệch 3dB này có thể lý giải bằng

ba lý do: một là vị trí thu số tại cột phát sóng của Thái Bình đã quá xa (85km) không phải sóng thẳng, hai là phát analog kênh 35 lại quá gần, các thành phần phổ xuyên điều chế quá nhiều, thậm chí có thành phần phổ trùng kênh 34, ba là chúng tôi thu với thông số 64QAM 3/4 chứ không phải 64QAM 2/3 như số liệu khuyến cáo của DVB

Các số liệu đo tại hiện trường Thái Bình trong trường hợp khắc nghiệt này cho chúng tôi

một kết luận định lượng, nếu tỷ số bảo vệ cao hơn hoặc bằng 35dB, thì có thể không gây ra lỗi

cho thu số kênh 34 Câu trên có đề cập cụm từ có thể, vì còn một thông số quan trọng nữa không

thể bỏ qua đó là tỷ số S/N của thu số là bao nhiêu, tức là phẩm chất của tín hiệu số thu được Can nhiễu của các thành phần phổ của sóng mang hình vào phổ thu số thể hiện không chỉ trong phổ,

mà còn cùng với các yếu tố đường truyền, phách tần số và các yếu tố khác, làm giảm tỷ số S/N của thu số và chất lượng sóng phát ra của chính bản thân máy phát số DVB-T

Thực tế, giải quyết vấn đề thu số khi bị can nhiễu của analog liền kề trên, do mức trường của số kênh 34 đến Thái Bình quá thấp, nên các chúng tôi phải sử dụng khuếch đại anten có hệ

số tạp âm thấp để giải quyết cải thiện chất lượng thu số kênh 34 Tuy nhiên, kết quả chưa thật

mỹ mãn Do sóng của phát số kênh 34 phải truyền xa 85km bị fading, đôi khi không phải là fading sâu, mà chỉ là fading chọn lọc (selective fading), phẩm chất của sóng thu được đã xấu, không thể thắng nổi can nhiễu do máy phát kênh 35 lên sóng

Qua việc đo đạc và kiểm chứng, chúng tôi nhận thấy, nếu thu sóng số trong điều kiện bình thường, không quá tới hạn và khắc nghiệt (xa và khó như tại Thái Bình), sóng analog không quá mạnh, không có thành phần phổ cùng kênh, thì tỷ số bảo vệ cho thu số là âm [38-40dB] do DVB công bố, số liệu đáng tin cậy

3 Can nhiễu kênh số và kênh analog liền kề (kênh số cao, kênh analog thấp)

Đây là trường hợp tại nội thành Hải Phòng, analog phát trên kênh 28 và số phát trên kênh 29+30

Bảng 5 Tỷ số bảo vệ cho hình của thu analog PAL-I (kênh n, cụ thể kênh 28) khi bị can

nhiễu của phát số kênh liền kề trên (kênh n+1, kênh 29) [1; bảng 29]

Hệ thống analog mong muốn Nhiễu đối lưu Nhiễu liên tục

PAL D, K Bảng 5 cho thấy, đối với PAL-I là âm 6-10dB Cường độ trường của analog thấp hơn (thể hiện dấu trừ) cường độ trường của số 6-10dB, mà hình không hề bị số can nhiễu Kênh analog thấp, kênh số cao, nên số can nhiễu sang phần âm thanh là chủ yếu Phổ của số cách xa tần số mang hình, khó can nhiễu sang hình Trường hợp này thử nghiệm tại Hải Phòng, máy phát

DVB-T kênh 29+30 tại Phủ Liễn (Hải Phòng) công suất rất thấp (100W-110W/kênh 8MHz) Vì vậy, cường độ trường của số thấp hơn của analog kênh 28 là 30-35dB, nên số không gây can nhiễu sang thu analog kênh 28

Bảng 6 Tỷ số bảo vệ cho thu số (kênh n=29) bị can nhiễu do phát analog kênh liền kề dưới (kênh n-1=28) [1; bảng 20]

Hệ thống BW Mode PAL B PAL B1, G PAL I PAL DK SECAM L SECAM D, K

Đối với chế độ phát M3 (64QAM2/3) là âm 34dB Trên bảng 4, DVB cũng chưa công bố với PAL D,K, mà chỉ có PAL-I Đối với mode M3 (ITU gọi: M3 là 64QAM2/3) thì cường độ trường cho thu số thấp hơn (thể hiện dấu trừ) cường độ trường của analog 34dB Trong trường hợp này, analog can nhiễu sang thu số chủ yếu là do sóng mang âm thanh Nhưng sóng mang âm thanh là điều tần, phổ thấp (thấp hơn sóng mang hình 10dB), tính ngẫu nhiên, nên ít gây can nhiễu cho thu số

Kết quả thực nghiệm và đo kiểm tại Hải Phòng (analog kênh 28, số kênh 29), khi mức cường độ trường (sóng mang âm thanh) của kênh 28 analog cao hơn của mức số 30-32dB, các

đầu thu số bình thường cho hình không bị lỗi Kết quả đo tại Hải Phòng và tại Thái Bình đã đi

đến kết luận định lượng cụ thể Kết quả đo của công ty VTC thực hiện với chế độ phát không phải M3 (64QAM2/3), mà là 64QAM3/4, chênh với số liệu của 64QAM2/3 do DVB công bố, cũng hoàn toàn hợp lý

4 Can nhiễu số sang số cùng kênh

Đây là vấn đề cần đặc biệt quan tâm, khi thiết lập mạng phát số DVB-T Đối với mạng

đơn tần thật sự (các máy phát phát cùng một tín hiệu, trên cùng một tần số và tại cùng một thời

điểm), người ta phải tính toán bố trí các máy phát hợp lý và phải thực hiện việc đồng bộ cho các

máy phát của mạng đơn tần này Những các máy phát DVB-T cùng kênh, nhưng không thực hiện việc đồng bộ, thì do truyền sóng tốt (trong môi trường thuận lợi, hoặc truyền sóng ven biển) sóng sẽ đi xa và gây can cho quá trình thu, gọi là can nhiễu đồng kênh DVB-T

Thực tế tại Việt Nam, hiện tượng sóng đi quá xa (vì lý do truyền sóng bất thường), can nhiễu sang nhau đã xảy ra với analog: sóng Bắc Ninh cùng kênh sóng Nam Định-37 thể hiện can nhiễu tại một số vị trí ở đông nam Nam Định, Tây Ninh-Trà Vinh: kênh11; Sóng kênh 9 của Huế, men theo biển vào đến Tam Kỳ-Quảng Nam nhiễu kênh 9 của Đà Nẵng phát đến

Đối với phát số DVB-T, DVB gọi đây là hiện tượng can nhiễu cùng kênh Trong [2; trang 66; bảng 18] đã đề cập vấn đề này, tuy nhiên, mới chỉ nêu cho 2k, chưa đề cập tới 8k

Bảng 7 Tỷ số bảo vệ số sang số cùng kênh ITU-Mode Điều chế Tốc độ mã PR Gaussian PR Rice PR Rayleigh

Với M3 (điều chế 64-QAM FEC 2/3) cho thấy, tỷ số bảo vệ (PR) cho thu số khi bị số cùng kênh can nhiễu chỉ cần 20dB (thu cố định-mô hình Rice) và 22dB (thu di động-mô hình Rayleigh)

Tài liệu [3] các tác giả đo trong phòng thí nghiệm cho số liệu còn thấp hơn khuyến cáo của DVB khoảng 1dB

Đối với công nghệ kỹ thuật analog, tỷ số bảo vệ khi bị can nhiễu analog cùng kênh khi không sử dụng offset cao tới 50dB [5], còn khi offset thật chính xác, thì tỷ số bảo vệ thấp nhất cũng phải đạt 22dB Như vậy, tỷ số bảo vệ cùng kênh với công nghệ phát số DVB-T (20-22dB) thấp hơn nhiều so với phát analog (22-50dB) Một lần nữa, cho thấy, khả năng chống can nhiễu của DVB-T ưu thế hơn hẳn công nghệ analog

Do tỷ số bảo vệ cho thu số khi bị can nhiễu số cùng kênh chỉ cần 20-22dB, nên trong thực tế, với anten thu TV bình thường có các chấn tử dẫn đường và phản xạ, thì bản thân tỷ lệ trước/sau của anten thu đã góp phần khắc phục có hiệu quả hiện tượng can nhiễu số/số cùng kênh Nghĩa là, trong vùng cường độ trường của hai máy phát ngang nhau, chỉ cần quay anten (có nhiều chấn tử) về hướng đài cần thu, thì can nhiễu của đài kia đã loại bỏ được

5 Về fading chọn lọc đối với DVB-T

Như đã đề cập ở trên về hiện tượng fading chọn lọc (Selective fading) Đối với analog, fading chọn lọc không quan trọng và không tác động nhiều Nhưng khi thu số tại các khoảng cách xa (Phủ Liễn-Kiến An-Hải Phòng cách Hà Nội 88km; Thái Bình cách Hà Nội 85km), chúng tôi cảm nhận, kiểm chứng tác hại của fading chọn lọc đối với DVB-T

Xem trên máy đo phổ thấy phổ đẹp và khá đồng đều, nhưng có lúc thu vẫn bị lỗi, rất khó lý giải, nếu như không quan tâm đến fading chọn lọc Vì trên máy đo phổ không thể hiện phổ tức thời, nên khó phát hiện ra fading chọn lọc (chọn tần) Hiện tượng fading chọn lọc tức là fading chỉ xảy ra với vùng tần số rất nhỏ nào đó của toàn dải thông 8MHz Vì thế, nhiều tài liệu còn gọi là fading chọn tần Đối với phát hình số mặt đất sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) có rất nhiều sóng mang (chế độ 2k là 1705 sóng mang; chế độ 8k là 6.817 sóng mang), thì fading chọn lọc (hay chọn tần) chỉ xảy ra với một vài chục sóng mang của hàng ngàn sóng mang đó Nhưng không may, fading lại xảy ra với các pilot liên tục, rời rạc và các sóng mang thông số phát, mà đầu thu trước tiên phải dựa vào chúng để đánh giá kênh, đồng bộ tần số, đồng bộ pha, tự động tìm ra các thông số phát, thì thật tai hại và nghiêm trọng Khi các pilot và sóng mang đó bị fading, suy giảm dưới một mức nào

đó, thì đầu thu không thể làm việc, kết quả ảnh hoàn toàn dừng

Khi đối mặt với hiện tượng fading chọn lọc đối với DVB-T, chúng tôi mới hiểu kỹ được

ý kiến của các chuyên gia Braxin phê phán nhược điểm của hệ phát số ISDB-T của Nhật [4]

“Trong ISDB-T (hệ Nhật), người ta chia ra làm 10 khoảng tần số cho các dịch vụ hình ảnh và 3 khoảng cho các dịch vụ âm thanh Việc phân chia này làm tăng giá thành cả về phần cứng và phần mềm, vì máy thu phải làm việc với các băng tần khác nhau Việc phân đoạn tần số này còn làm sai nguyên tắc của một kênh truyền số, là một kênh băng rộng trong đó các dịch vụ được đặt

ở các mức khác nhau Nếu chia kênh thành các đoạn tần số khác nhau cho các dịch vụ khác nhau, nếu một đoạn tần số bị ảnh hưởng (do fading chọn lọc), thì toàn bộ dịch vụ nằm trong

đọan tần số đó sẽ bị mất Đó là một trong những lý do tại sao các nhà thiết kế DVB-T đã không

sử dụng kỹ thuật này.” Với ý kiến đánh giá đó, cùng với phân tích một loạt yếu tố khác nữa đã dẫn tới việc Braxin không chọn hệ Nhật mà chọn DVB-T của châu Âu

6 Tài liệu tham khảo

[1] TR 101 190 V1.1.1 (1997-12) Digital Video Broadcasting; Implemention guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects

[2] Đề tài “Xây dựng quy hoạch phân bổ kênh tần số cho truyền hình tương tự mặt đất băng tần

VHF/UHF” do Cục Tần số Vô tuyến điện, Bộ Bưu chính, Viễn thông thực hiện năm 2003

[3] Th.S Đinh Đắc Vĩnh, KS Ngô Văn Lạo, Một số vấn đề cần quan tâm khi quy hoạch

mạng truyền hình số DVB-T; Tạp chí KHKT Truyền hình, số 4/2003

[4] DVB’S Comments to the Submission for the ANATEL CONSULTA PUBLICA; No 291-Brazilian Digital Terrestrial Television (DTV) System July 2001

[5] ITU-RECOMMENDATION 655-2: Radio-Frequency protection ratios for AM vestigial sideband television systems