Mobile TV và HIỆU SUẤT của MOBILE TV QUA WIMAX DI ĐỘNG XEM xét các kỹ THUẬT điều CHẾ và mã hóa KHÁC NHAU

Sự phát triển của các công nghệ Mobile TV thực sự đem lại những sự thay đổi lớn trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện số, khi mà người sử dụng có thể xem tín hiệu truyền hình ở bất

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

“KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH”

Đề tài:

Mobile TV và “HIỆU SUẤT CỦA MOBILE TV QUA WIMAX DI ĐỘNG XEM XÉT

CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA KHÁC NHAU”

Sinh viên thực hiện : Vũ Minh Nguyên

Mã sinh viên : B17DCVT266

Nhóm môn học : 06

Hà Nô ̣i,ngày 15 tháng 6 năm 2021

Mục lục:

Lời mở đầu………

… 1

Danh mục hình vẽ……… 2

Danh mục bảng……… 2

Danh mục thuật ngữ viết tắt……… 2

1.Giới thiệu……… 3

2 Chỉ số hiệu suất video……… 4

3 Mô hình mô phỏng……… 5

4.Kết quả và thảo luận……… 7

4.1 Trường hợp 1: Nút di động với tốc độ khác nhau……… 7

4.2 Trường hợp 2: Nút di động với mô hình mất đường dẫn khác nhau……… 9

4.3 Trường hợp 3: Nút di động với các lớp khác nhau……… 10

5 Kết luận……… 12

Lời cảm ơn……… 12

Tài liệu tham khảo……… 12

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ truyền hình di động (Mobile TV) gần đây đã và đang được thử nghiệm

và triển khai thành công ở nhiều Quốc gia trên thế giới Mobile TV là công nghệ vô tuyến được thiết kế để có thể truyền tải được được tín hiệu truyền hình trong môi trường vô tuyến di động có băng thông hạn chế và thường xuyên chịu ảnh hưởng của Fading, nhiễu và tạp âm, trong khi phải đáp ứng được khả năng hiển thị tín hiệu tốt trên máy đầu cuối cầm tay di động

có kích thước màn hình nhỏ công suất pin tiêu thụ bị hạn chế Các công nghệ truyền tải tín hiệu Mobile TV bao gồm: Mobile TV truyền tải qua mạng di động 3G, Mobile TV phát qua mạng quảng bá số mặt đất cho các máy cầm tay (DVB-H), Mobile TV phát qua mạng quảng

bá đa phương tiện số (DMB), Mobile TV phát qua mạng MediaFLO, Mobile TV phát qua mạng quảng bá số các dịch vụ tích hợp – mặt đất (DAB – IP) và Mobile Tv phát qua các mạng WiFi, WiMAX Trong đó, các công nghệ Mobile TV truyền tải qua mạng 3G, DVB – H , DMB và Media FLO đã được ngiên cứu, tiêu chuẩn hóa và sửa dụng phổ biến Sự phát triển của các công nghệ Mobile TV thực sự đem lại những sự thay đổi lớn trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện số, khi mà người sử dụng có thể xem tín hiệu truyền hình ở bất kỳ địa điểm nào được phủ sóng truyền hình di động chỉ với một máy di động cầm tay có kích thước nhỏ

Với mong muốn nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động cơ bản và qua đó có cơ

sở đánh giá từng công nghệ từ đó có những đề xuất hướng lựa chọn công nghệ phù hợp với tình hình phát triển ở nước ta Nội dung của đề tài được trình bày là : “Nghiên cứu hiệu suất của Mobile TV qua WiMAX di động xem xét các kỹ thuật điều chế và mã hóa khác nhau”

Tóm lại, nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động để đề xuất hướng lựa chọn cho phù hợp với tình hình ở nước ta Tuy nhiên việc nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động cũng là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi quá trình nghiên cứu kỹ lưỡng và nghiêm túc Do điều kiện nghiên cứu, thời gian và kiến thức còn hạn chế, trong khuôn khổ tiểu luận này, nhóm đã cố hắng tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày các vấn đề một cách tổng quát và cơ bản nhất, và chắc chắn rằng tiểu luận sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được

sự góp ý quý báu của Cô

Xin chân thành cám ơn!

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.1: Mô hình mạng của truyền hình di động qua WiMAX.

Hình 4.1 (a) Giật video trung bình; (b) Độ trễ trung bình từ đầu đến cuối của gói tin

Hình 4.2 (a) Dữ liệu gói trung bình bị giảm đối với nút SS; (b) Thông lượng WiMAX trung bình cho nút SS

Hình 4.3 BLER tải xuống trung bình

Hình 4.4 (a) Dữ liệu gói trung bình bị giảm đối với nút SS; (b) Thông lượng WiMAX trung bình cho nút SS

Hình 4.5 (a) Giật video trung bình; (b) Độ trễ trung bình từ đầu đến cuối của gói tin

Hình 4.6 (a) Giật video trung bình; (b) Độ trễ trung bình từ đầu đến cuối của gói tin

Hình 4.7 (a) Dữ liệu gói trung bình bị giảm đối với nút SS; (b) Thông lượng WiMAX trung bình cho nút SS

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Chi tiết cấu hình mạng

Bảng 2: Thông số đặc trưng của codec video

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Protocol

Quảng bá âm thanh dựa trên giao thức Internet

andheld

Quảng bá video số tới máy cầm tay

Service

Dịch vụ thăm dò thời gian thực mở rộng

2

gian thực

BÀI BÁO NGHIÊN CỨU “HIỆU SUẤT CỦA MOBILE TV QUA WIMAX DI ĐỘNG XEM XÉT CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ MÃ HÓA KHÁC NHAU”

1 Giới thiệu

Thách thức chính đối với các hệ thống truyền thông hiện tại và tương lai là khả năng truyền tải nội dung đa phương tiện qua nhiều mạng khác nhau một cách hiệu quả về năng lượng ở các điều kiện kênh và dung lượng băng thông khác nhau với các yêu cầu khác nhau của QoS [1] Công nghệ Khả năng Tương tác Toàn cầu cho Truy cập sóng cực ngắn (WiMAX) là một trong những công nghệ truyền thông tương lai có khả năng cung cấp QoS cao với tốc độ dữ liệu cao cho các mạng IP Tốc độ dữ liệu cao và đảm bảo Chất lượng Dịch

vụ (QoS) được cung cấp bởi tiêu chuẩn này đã làm cho tiêu chuẩn này trở nên khả thi về mặt thương mại để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện như điện thoại video, trò chơi video và phát sóng truyền hình di động

Mobile TV là công nghệ cho phép người dùng truyền và nhận dữ liệu chương trình TV thông qua mạng có dây và không dây dựa trên IP Người dùng có thể tận hưởng các dịch vụ IPTV ở bất kỳ đâu và bất kỳ lúc nào bằng thiết bị di động Bốn loại phương pháp tiếp cận công nghệ truyền hình di động, đó là: truyền hình di động qua IP đã được thảo luận trong nghiên cứu này, IPTV qua thiết bị di động, IPTV di động, IPTV internet Tuy nhiên, với khả năng thích ứng nhanh chóng với yêu cầu của người dùng, Mobile TV có thể trở nên ưu việt hơn trong tương lai Thật thuận tiện cho người dùng có thể truy cập dịch vụ IPTV thông qua các mạng không dây khác nhau bằng các thiết bị di động

Trong giao tiếp di động: để cải thiện dung lượng hệ thống, tốc độ dữ liệu cao nhất và độ tin cậy của vùng phủ sóng, tín hiệu được truyền bởi một người dùng cụ thể được sửa đổi để giải thích cho sự thay đổi chất lượng tín hiệu thông qua một quá trình thường được gọi là thích ứng liên kết Gần đây, Điều chế và Mã hóa Thích ứng (AMC) đã đưa ra một phương pháp thích ứng liên kết thay thế hứa hẹn nâng cao năng lực hệ thống tổng thể Dựa trên điều kiện kênh,

sơ đồ có thể được thay đổi trên mỗi khung hình và trên cơ sở người dùng Để tối đa hóa thông lượng trong một kênh thay đổi theo thời gian, có thể sử dụng Mã hóa thích ứng và điều chế

[2] AMC cung cấp sự linh hoạt để khớp sơ đồ mã hóa điều chế với các điều kiện kênh trung bình cho mỗi người dùng Với AMC, công suất của tín hiệu đã truyền không đổi trong một khoảng thời gian khung hình và định dạng điều chế và mã hóa được thay đổi để phù hợp với chất lượng tín hiệu nhận được hiện tại hoặc điều kiện kênh Trong hệ thống có AMC, người dùng gần BS thường được chỉ định điều chế bậc cao hơn với tốc độ mã cao hơn (ví dụ: 64 QAM với R = 3/4 mã turbo), nhưng thứ tự điều chế và/hoặc tốc độ mã sẽ giảm khi khoảng cách từ BS tăng lên [3]

2 Chỉ số hiệu suất video

Phần này thảo luận một số vấn đề liên quan đến chỉ số hoạt động của quá trình truyền video Chỉ số hiệu suất có thể được phân loại là các thước đo chất lượng khách quan và chủ quan Các biện pháp khách quan quan sát các nhiệm vụ chuyển gói bao gồm mất gói, trễ gói, giật gói và tốc độ thông lượng tải lưu lượng Các chỉ số khách quan khác cố gắng định lượng nhận thức về chất lượng video bao gồm chỉ số chất lượng video ITU (VQM) và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đỉnh (PSNR), đo lường chất lượng tái tạo của codec, cách người xem cảm nhận video và Điểm ý kiến trung bình (MOS) Yêu cầu QoS là rất quan trọng để triển khai IPTV và VoD dưới dạng các dịch vụ thời gian thực qua mạng WiMAX Để đánh giá mỗi hình thức của

hệ thống truyền video, một bộ số liệu hiệu suất phù hợp đã được xác định để đánh giá hệ thống một cách thích hợp Thời gian triển khai video theo yêu cầu (VoD) qua WiMAX bị ảnh hưởng bởi độ rộng băng tần thay đổi theo thời gian , độ trễ gói và mất mát gói Các thước đo mục tiêu sau đây, được sử dụng rộng rãi trong phân tích hiệu suất nội dung video được sử dụng, là tỷ lệ mất gói (PLR), độ trễ gói (PD), jitter gói và thông lượng tối thiểu Các thông số hiệu suất ảnh hưởng đến video đã được trình bày dưới đây:

Lost packet−received packet

PLR là các gói bị hỏng, bị mất hoặc bị trễ quá mức chia cho tổng số gói được mong đợi tại

Độ trễ Gói End-to-End : D E 2 E=Q¿ d queue+d trans+d¿¿,

trong đó Q là số phần tử mạng giữa các phương tiện máy chủ và trạm di động

d queue là độ trễ xếp hàng tại một phần tử mạng nhất định.

d trans là thời gian truyền của một gói tin trên một liên kết truyền thông nhất định giữa hai phần

tử mạng

d¿ là độ trễ lan truyền qua một liên kết mạng nhất định

4

d proc là độ trễ xử lý tại một phần tử mạng nhất định.

Giá trị có thể chấp nhận được của D E 2 E là < 400 ms

Biến thể độ trễ gói (PDV) hoặc jitter gói (mili giây): J pkt=t actual -t expected , trong đó

t actual là thời gian nhận gói tin thực tế

t expected làthời gian nhận gói tin dự kiến

Giá trị có thể chấp nhận được của Biến thể độ trễ gói (PDV) hoặc jitter gói là 50 ms

Thông lượng (bps) : Thông lượng để tải lưu lượng tốc độ bit thay đổi (VBR) có bản chất động

và nó là một hàm của độ phức tạp của cảnh và nội dung âm thanh liên quan Các tải lưu lượng tốc độ bit thay đổi (VBR) thường được trích dẫn dưới dạng phạm vi thông lượng đỉnh Thông lượng được định nghĩa là tải lưu lượng mà luồng phương tiện sẽ thêm vào mạng Nó có thể được đo bằng bit / giây

Giá trị có thể chấp nhận được của thông lượng là [211 – 5311] (bps)

3 Mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng mạng nghiên cứu điển hình của chúng tôi được triển khai với WiMAX 7 tế bào lục giác, với nhiều trạm thuê bao trong phạm vi của một trạm gốc Các trạm gốc được kết nối với mạng lõi bằng đường trục IP Đường trục IP được kết nối với đường trục máy chủ thông qua cổng GW để hỗ trợ tính di động trong mạng WiMAX Cổng

ASN-GW, đường trục IP và đường trục máy chủ cùng đại diện cho mạng công ty cung cấp dịch vụ Chúng tôi chỉ sử dụng một SS với tốc độ khác nhau Các thuộc tính phổ biến được sử dụng cho cấu hình mạng được nêu trong Bảng 1

Hình 3.1: Mô hình mạng của truyền hình di động qua WiMAX.

Mạng lưới Mạng WiMAX di động

Mô hình liên kết (Backbone-server

Backbone)

PPP_SONET_OC12

Bảng 1 Chi tiết cấu hình mạng

Bảng 2 Thông số đặc trưng của codec video

Truyền video qua mạng không dây là một nhiệm vụ đầy thách thức do yêu cầu băng thông cao và tính chất nhạy cảm với độ trễ của video hơn hầu hết các loại ứng dụng khác Do

đó, một đoạn video của bộ phim MPEG-4 Matrix III dài 2 giờ được sử dụng trong mô phỏng của chúng tôi Video này được mã hóa bởi MPEG-4 part 2, được lấy từ Đại học Bang Arizona

Hai phiên bản độc lập của ứng dụng hội nghị truyền hình được sử dụng để phát trực tuyến các thành phần âm thanh và video của phim Matrix III riêng biệt với nhau

Hai ứng dụng này được cấu hình để hoạt động đồng thời trong cấu hình hồ sơ Các thông số chính của cấu hình ứng dụng này là thời gian đến giữa các khung và kích thước khung

Thời gian giữa các lần đến được định cấu hình thành tốc độ khung hình video và âm

6

thanh lần lượt là 25 và 21,6 Cần lưu ý rằng thời gian giữa các lượt đến vẫn được đặt thành

“không” để đạt được tính năng phát trực tuyến một chiều từ máy chủ video Hơn nữa, các tham số kích thước khung hình được định cấu hình để viết kịch bản rõ ràng cho các dấu vết video và âm thanh

4 Kết quả và thảo luận

Chín mươi chín kịch bản được mô phỏng và kết quả được thu thập và tóm tắt trong ba trường hợp tùy thuộc vào tốc độ khác nhau của nút di động, các mô hình mất đường dẫn khác nhau và cho các loại lớp dịch vụ khác nhau để thu được một tập hợp các kết quả mô phỏng cho các phép đo hiệu suất khác nhau của mất gói, độ trễ gói, gói không ổn định và thông lượng tải lưu lượng

4.1 Trường hợp 1: Nút di động với tốc độ khác nhau

Phần này cho thấy kết quả mô phỏng của 27 kịch bản đã được mô phỏng Trường hợp này được nghiên cứu xem tốc độ TV di động hoạt động như thế nào bằng cách sử dụng các sơ

đồ mã hóa và điều chế khác nhau do Mobile WiMAX cung cấp Điều này đánh giá các thông

số hiệu suất, cụ thể là: giật gói, độ trễ gói E2E, sụt giảm dữ liệu và thông lượng của nút di động và cho thấy tốc độ thích hợp nào là tốt nhất cho Mobile TV Tốc độ của điện thoại di động được cung cấp theo kmph trong khi mô hình mất mát đường dẫn và dịch vụ lập lịch trình được giữ không đổi Mô hình mất mát đường dẫn được chọn làm không gian trống và lớp dịch

vụ như rtPS được xem xét

Độ trễ gói tin trung bình và độ trễ E2E trung bình với điều chế cố định và thích ứng đã được thể hiện trong Hình 4.1 (a) và (b) Hình 4.1 (a) cho thấy sự thay đổi trung bình của jitter đối với âm thanh / video Mobile TV qua các mạng WiMAX di động cho các tốc độ khác nhau, chất lượng video là tốt nhất nếu jitter bằng 0 Thang đo trục của Hình 4.1 (a) là thang đo log vì các kết quả biến thiên là rất nhỏ xung quanh 0 Như thể hiện trong Hình 4.1 (a), jitter âm thanh / video trung bình là xấp xỉ 0 đối với MCS và AMC cao hơn ở các tốc độ khác nhau, khoảng 2,5753E-05 giây, trong khi các MCS khác như QPSK có sự thay đổi jitter trung bình nhiều hơn Từ kết quả trong Hình 4.1 (a), quan sát thấy rằng WiMAX sử dụng MCS cao hơn (64 QAM 2/3, 64 QAM 3/4) và AMC (AMC-1, AMC-2) như một kỹ thuật điều chế cho thấy rung pha tốt hơn so với với MCS khác (QPSK, 16 QAM) Độ trễ từ đầu đến cuối trung bình cho các tốc độ khác nhau trong MCS cho thấy trong Hình 4.1 (b), vì chúng ta có thể thấy độ trễ E2E trung bình của các tốc độ khác nhau mang lại độ trễ E2E gói thấp hơn cho âm thanh / video Truyền hình di động dưới MCS điều chế và mã hóa cao hơn (16 QAM, 64 QAM) và AMC so với QPSK

Về mặt trực quan, việc giảm dữ liệu ngày càng tăng bị ảnh hưởng bởi tốc độ của SS

Tuy nhiên, khi tốc độ của SS tăng lên, tần số tắt máy tăng lên, dẫn đến việc tăng dữ liệu bị giảm và do đó giảm thông lượng Như có thể thấy từ Hình 4.2 (a), mức giảm dữ liệu trung bình cao hơn đáng kể khi SS di chuyển với tốc độ lớn hơn 150 kmph Ảnh hưởng của việc giảm dữ liệu tự nhiên làm giảm thông lượng WiMAX trung bình như thể hiện trong Hình 4.2(b) Từ Hình 4.2(a), quan sát thấy rằng dữ liệu giảm xuống rất thấp đối với điều chế 16 QAM 3/4 và 64 QAM 1/2 và thay đổi theo tốc độ Sơ đồ điều chế bậc cao hợp lý hơn đối với SINR Khi SS đang di chuyển qua ô, nó phải đối mặt với một giá trị SINR khác tùy thuộc vào khoảng cách từ BS và môi trường lan truyền Với khoảng cách ngày càng tăng, SINR giảm và MCS bậc cao cho nhiều BLER hơn MCS bậc thấp cho cùng một giá trị SINR Vì vậy, điều chế bậc cao hơn 64 QAM 3/4 có nhiều dữ liệu bị giảm hơn và các sơ đồ điều chế AMC với các tốc độ khác nhau Hình 4.4 cho thấy BLER cho các MCS khác nhau dưới 150 Kmph, đường màu vàng trong Hình 4.4 cho thấy 64 QAM 3/4 có nhiều BLER hơn các MCS khác Thông lượng trung bình được lấy làm thước đo sẽ cung cấp mức trung bình của thông lượng quan sát được ngay trong quá trình mô phỏng Do đó, thứ tự cao hơn của MCS 16 QAM 3/4,

64 QAM 1/2 và 64 QAM 2/3 là thứ tự tốt nhất cho hiệu suất (thông lượng) như được quan sát trong Hình 4.2(b) Theo kết quả như trong Hình 4.2 (a) và (b), quan sát thấy rằng WiMAX sử dụng 64 QAM 1/2 và 16 QAM 3/4 vì các kỹ thuật điều chế cho thấy hiệu suất tốt hơn (thông lượng cao) so với các kỹ thuật điều chế khác

Hình 4.1 (a) Giật video trung bình; (b) Độ trễ trung bình từ đầu đến cuối của gói tin

8