BÁO cáo TIỂU LUẬN tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số DVB s2

Tiêu chuẩn này dựa trên và cải thiện DVB-DVB-S và hệ thống thu thập tin tức điện tử hoặc Thu thập tin tức vệ tinh kỹ thuật số, được các đơn vị di động sử dụng để gửi âm thanh và hình ảnh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1 - 🙞🙞🙞🙞🙞 -

BÁO CÁO TIỂU LUẬN Tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số DVB-S2

Giáo viên : Nguyễn Thị Thu Hiên Sinh viên thực hiện : Tạ Hồng Anh

Lớp

Mã sinh viên

Nhóm

HÀ NỘI 14/06/2021 : D17CQVT06-B : B17DCVT022 : 1

Mở đầu

Vệ tinh Vinasat-1 và Vinasat-2 là 02 vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam cùng với hệ thống cơ sở hạ tầng mặt đất như Đài điều khiển vệ tinh (TT&C), Đài điều hành khai thác vệ tinh (NOC) và các trạm teleport hoàn chỉnh, hiện đại Vinasat-1 là vệ tinh đầu tiên được phóng vào vũ trụ năm 2008 và phủ sóng toàn bộ lãnh thổ Việt Nam, tiếp theo

Vinasat-2 (khối lượng 3 tấn) được phóng vào vụ trụ năm Vinasat-201Vinasat-2, Vinasat-2 vệ tinh này được VNPT đầu tư hơn

500 triệu USD, góp phần lớn vào truyền hình vệ tinh nước nhà Do khả năng đặc thù là cùng dịch vụ rộng lớn, thông tin về tinh được sử dụng cho nhiều loại hình dịch vụ, tuy nhiên dịch cung cấp qua hệ thống VSAT hứa hẹn vẫn là các dịch vụ được thu nhiều lợi nhuận và có ưu thế vượt trội so với các dịch vụ khác cung cấp qua các mạng viễn thông trên mặt đất

Truyền hình kỹ thuật số - Vệ tinh (DVB-S) là bản gốc DVB tiêu chuẩn cho truyền

hình vệ tinh và ra đời từ năm 1995, trong lần phát hành đầu tiên, trong khi quá trình phát triển kéo dài từ năm 1993 đến năm 1997 Đến năm 2003 dự án DVB phát triển một tiêu

chuẩn phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệ thông

DVB-S phổ biến đó là tiêu chuẩn DVB-DVB-S2 Tiêu chuẩn này dựa trên và cải thiện DVB-DVB-S và hệ thống thu thập tin tức điện tử (hoặc Thu thập tin tức vệ tinh kỹ thuật số), được các đơn vị di động sử dụng để gửi âm thanh và hình ảnh từ các địa điểm từ xa trên toàn thế giới trở lại các đài truyền hình gia đình của họ Trong bài luận này chúng ta sẽ đi tìm hiểu DVB-S2 là gì ?

2

Mục lục

1 DVB-S2 là gì ? 4

1.1 Khái niệm 4

1.2 Ưu và nhược điểm của chuẩn DVB-S2 4

1.3 Chuẩn DVB-S2 có gì mới so với chuẩn DVB-S 4

2 Kiến trúc hệ thống của tiêu chuẩn DVB-S2 5

2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 6 2.1.1 Khối giao diện đầu vào 6 2.1.2.

Bộ mã hóa CRC – 8 6 2.1.3 Kết hợp/tách 7 2.1.4 Chèn BBHEADER 8 2.2 Khối thích

nghi dòng truyền tải 10 2.2.1 Bộ đệm 10 2.2.2 Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME 10 2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC 10 2.3.1 Mã hóa ngoài

BCH 11 2.3.2 Mã hóa trong

-LDCP 11 2.3.3 Xáo trộn bit 11 2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế 12 2.5 Tạo khung lớp vật

lý 13 2.5.1 Cấu trúc khung truyền tải trong DVB – S2 13 2.5.2 Quá trình tạo khung lớp vật lý 15 2.6 Lọc băng gốc và điều chế

cầu phương 16 3 Kết luận 16

3

1 DVB-S2 là gì ?

1.1 Khái niệm

Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation (DVB-S2) là một tiêu chuẩn

phát sóng truyền hình kĩ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệ thống DVB-S phổ biến Nó được phát triển vào năm 2003 bởi Dự án DVB, một tập đoàn công nghiệp quốc tế

và được phê chuẩn bởi ETSI (EN 302307) vào tháng 3 năm 2005 DVB-S2 được dự kiến (dự tính) cho các dịch vụ phát sóng bao gồm tiêu chuẩn và HDTV, các dịch vụ tương tác bao gồm truy cập Internet và phân phối nội dung dữ liệu (chuyên nghiệp) Sự phát triển của DVB-S2 trùng hợp với sự ra đời của HDTV và H.264 (MPEG-4 AVC) codec video

1.2 Ưu và nhược điểm của chuẩn DVB-S2

+ Ưu điểm: Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh có những thế mạnh mà truyền hình mặt

đất và truyền hình cáp không thể có được như: vùng phủ sóng rộng, không phụ thuộc vào địa hình, cường độ trường tại điểm thu ổn định và đồng đều trên toàn quốc nên hình ảnh, âm thanh luôn có chất lượng tốt

+ Nhược điểm: Lắp đặt khó khăn hơn, cần phải lắp chảo parabol quay hướng nhất

đinh Đồng thời, Đầu thu DVB-S2 bị ảnh hưởng bởi thời tiết Chảo lắp chuẩn mưa nhỏ, râm râm thì xem được Mưa lớn nặng hạt là giật hình, không xem được (bị đám mây đen che khuất làm mất tín hiệu) Ngoài ra, giá cước đắt hơn so với truyền hình mặt đất DVB T2

1.3 Chuẩn DVB-S2 có gì mới so với chuẩn DVB-S

Hai tính năng chính mới được thêm vào so với tiêu chuẩn DVB-S là:

• Một sơ đồ mã hóa mạnh mẽ dựa trên mã LDPC hiện đại Đối với độ phức tạp

mã hóa thấp, các mã LDPC được chọn có cấu trúc đặc biệt, còn được gọi là

mã tích lũy không thường xuyên

• Các chế độ VCM (Mã hóa và điều chế) và ACM (Mã hóa thích ứng và điều chế), cho phép tối ưu hóa việc sử dụng băng thông bằng cách thay đổi động các tham số truyền

Ưu điểm của DVB-S2 so với DVB-S là :

• Tăng dung lượng truyền dẫn trên cùng một băng thông : So sánh với tiêu

chuẩn DVB–S với cùng một điều kiện truyền dẫn, DVB–S2 có khả năng truyền

dữ liệu tới hơn 30% trong cùng dải băng thông Nói cách khác, một tín hiệu

truyền dẫn theo tiêu chuẩn DVB–S2 yêu cầu băng thông ít hơn

4 30% so với khi sử dụng DVB–S Đặc biệt khi ứng dụng điều chế, mã hóa VCM và ACM hiệu suất sử dụng băng thông tăng tương ứng 66% và 131% •

Tương thích với nhiều môi trường truyền dẫn : Trong vùng phủ sóng, yêu cầu

thu của một tín hiệu DVB – S2 thấp hơn khoảng 2,5 dB so với một tín hiệu DVB–

S với cùng điều kiện bảo vệ lỗi Ngoài ra, DVB–S2 còn có thể tương thích được với nhiều bộ phát đáp vệ tinh có sự khác nhau về hiệu suất sử dụng phổ (từ 0,5 đến 4,5 bit/sHz) và yêu cầu tỷ số C/N kết hợp (từ -2 dB đến +16 dB).Chức năng điều chế và mã hóa thay đổi (VCM) cho phép thực hiện điều chế và sử dụng các mức bảo vệ lỗi khác nhau để sử dụng hoặc thay đổi trên cơ sở từng khung (frame) một Chức năng này còn có thể kết hợp với việc sử dụng kênh phản hồi (return channel) tạo thành một vòng điều khiển kín (closed loop) Vì vậy các thông số truyền dẫn được tối ưu cho mỗi kênh thông tin riêng biệt tùy thuộc vào điều kiện đường truyền

• DVB–S2 được thiết kế phù hợp với nhiều loại ứng dụng : DVB–S2 đã đượcc

tối ưu cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng như : Các dịch vụ quảng bá để truyền dẫn các chương trình truyền hình SDTV hoặc HDTV, các dịch vụ tương tác bao gồm cả truy nhập internet Các ứng dụng chuyên

nghiệp như phân phối tín hiệu truyền hình số tới các trạm phát hình số mặt đất, truyền số liệu và các ứng dụng khác (như DSNG, internet trunking, cable feeds )

2 Kiến trúc hệ thống của tiêu chuẩn DVB-S2

Tiêu chuẩn DVB-S2 (EN 302 307) là thế hệ thứ 2 của tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh Đây là tiêu Chuẩn kết hợp giữa chức năng truyền quảng bả của 24 DVB-S với ứng dụng chuyên nghiệp của DVB-DSGN thành một tiêu chuẩn DVBS2 Hệ thống DVB-S2 được mô tả bởi sơ đồ khối chức năng hình

Hình 2.1: Sơ đồ khối tiêu chuẩn DVB-S2

5

2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn

Hệ thống thực hiện ghép lối vào, đồng bộ luồng tín hiệu vào, bỏ đi gói rỗng (chỉ cho trường hợp luồng truyền tải và ACM), mã hoá CRC-8 để dò Tìm lỗi (dành cho luồng lối vào

là các gói), kết hợp luồng lối vào (trường hợp đa luồng vào) và luồng vào gắn trong trường

dữ liệu Cuối cùng, báo hiệu băng gốc được chèn vào để cho thiết bị nơi thu biết định dạng khối thích nghi

2.1.1 Khối giao diện đầu vào

Khối giao diện lối vào ánh xạ tín hiệu điện lối vào trong khung bit-logic Bit nhận đầu tiên được xác định là bit có trọng số lớn nhất (MSB) Luồng truyền tải mô tả bởi gói khách hàng ( UP) chiều dài không đổi UPL = 188 x 8 bits ( một gói MPEG), với byte đầu tiên để đồng bộ Luồng chung mô tả bởi luồng bit liên tục hay một gói khách hàng có chiều dài không đổi ,với chiều dài các bits UPL (lớn nhất là 64k, UPL = 0D đề cập tới luồng liên tục ) Luồng gói chiều dài thay đổi hay có chiều dài không đổi nhưng vượt quá 64 Kbit sẽ được xem như là một luồng liên tục Với luồng chung đóng gói, nếu một byte đầu tiên của

UP để đồng bộ , nó là không thay đổi , nói cách khác byte đồng bộ = 0D được chèn trước mỗi gói , và UPL tăng thêm 8 bit Thông tin UPL có thể nhận được bởi bộ điều chế cài đặt cứng 26 “ACM command” phát báo hiệu lối vào cho phép cài đặt thông số bên ngoài “mode điều khiển truyền dẫn cơ sở” thông số truyền dẫn được nhận bởi bộ điều chế DVB-S2 xác định điểm dữ liệu vào

2.1.2 Bộ mã hóa CRC – 8

Nếu UPL = 0D (luồng chung liên tục ) khối này cho luồng tín hiệu vào qua luôn và hướng tới khối tiếp mà không cần sửa đổi

Nếu UPL ≠ 0D, luồng vào là chuỗi gói người dùng có chiều dài trường bit UPL, đi đầu là một byte đồng bộ (byte đồng bộ bằng 0 khi luồng gốc không có byte đồng bộ)

Phần hữu ích của UP ( không gồm byte đồng bộ ) được xử lí có hệ thống bởi mã hóa CRC – 8 bit Đa thức sinh là:

( ) = (

�� �� ��5 + ��4 + ��3 + ��2 + 1)(��2

+ �� + 1)(�� + 1) =

��8 + ��7 + ��6 + ��4 + ��2

+ 1 Lối ra mã hóa CRC được ước tính là: CRC= Phần dư {��8

�� �� �� ��

Với u (X) là chuỗi lối vào (UPL-8 bits ) được mã hóa có hệ thống

6

Hình 2.2 : Sự bổ sung của mã hóa CRC-8

2.1.3 Kết hợp/tách

Việc kết hợp/tách luồng vào được thiết lập như luồng chung liên tục hay việc đóng gói luồng vào Chiều dài UP là UPL bits (khi UPL = 0 nghĩa là chuỗi liên tục) Luồng vào ở

bộ đệm cho tới khi thiết bị kết hợp/tách đọc chúng, nơi mà: Kbch - (l0x8) ≥ DFL ≥ 0 ( Kbch như trong bảng 6,80 bit là trường BBHEADER)

Hình 2.3 Định dạng luồng ở lối ra bộ chuyển đổi

Thiết bị ghép sẽ móc nối trong một luồng đơn lối ra, đọc các trường dữ liệu

khác nhau và được tách từ một lối vào Trong trường hợp chỉ có một luồng đơn thì

cũng chỉ áp dụng một kiểu tách

7 Phụ thuộc theo ứng dụng, phần kết hợp/tách sẽ chỉ định lượng bit lối vào bằng

với mức tối đa dung lượng của trường dữ liệu (DFL = Kbch - 80), bởi vậy sẽ cắt UPS

trong chuỗi dữ liệu, hoặc là chỉ định số UPS trong trường dữ liệu tạo ra chiều dài trường

dữ liệu thay đổi trong khoảng giới hạn

2.1.4 Chèn BBHEADER

Một trường BBHEADER có độ dài cố định (10 byte) sẽ được thêm vào phần đầu của DATA FIELD nhằm xác định cấu trúc của DATA FIELD đó BBHEADER gồm các thành phần :

MATYPE (2 byte) : mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích nghi

kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll – off α Trong đó :

Byte đầu tiên (MATYPE-1) :

• Trường TS/GS (2 bits): luồng truyền tải lối vào hoặc luồng chung lối vào (gói

hay liên tục)

• Trường SIS/MIS (l bit): đơn hay đa luồng vào

• Trường CCM/ACM (l bit): mã hoá điều chế thay đổi hay mã hoá điều chế

thích nghi

• ISSYI (l bit) (chỉ thị đồng bộ tín hiệu vào): nếu ISSYI = l = hoạt động,

trường này được chèn sau Ups

• NPD (l bit): có bỏ gói trống hay không

• RO (2 bits): hệ số roll-off (α)

Bảng 2.1: Giá trị các trường trong MATYPE – 1

11 = truyền

tải

1 = đơn 1=CCM 1 = hoạt động 1= hoạt

động

00 = 0.35

00 = gói

chung

0 = đa 0 = ACM 0 = không

hoạt động

0 = không hoạt động

01 = 0.25

8

10 = dự trữ

Byte thứ 2 (MATYPE – 2) : nếu trường SIS/ MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu đầu vào thì byte thứ 2 chứa nội dung xác định các dòng dữ liệu này (ISI – Input Stream Identifier), nếu không sẽ được dự phòng

UPL (2 bytes): dùng gói có độ dài là bits, trong khoảngkhoảng [0,

65 5351]

DFL (2 bytes): Chiều dài trường dữ liệu đơn vị là bit, trong khoảng từ [0, 58

112]

SYNCD (2 bytes): Khoảng cách bit từ đầu trường dữ liệu và bit đầu của trường

UP trong khung (bit đầu của CRC-8) SYNCD = 65535D nghĩa là không có UP bắt đầu trong trường dữ liệu

CRC-8 (l byte): mã dò tìm lỗi áp dụng cho 9 bytes đầu của trường BBHEADER

Bảng 2.2 BBHEADER cho dịch vụ quảng bá đơn luồng truyền tải Vùng

ứng

dụng/cấ

u hình

MATYP

E 1

MATYP

E 2

C 8

Chính sách tách

Dịch vụ

quảng

bá/CC

M,

đơn

TS

11-1-1-0- 0-Y

Xxxxx xxx

18Dx8 Kbch

80D

47H

E

x

không time out Khô

ng đệm Không khung

X = không định nghĩa; Y = theo cấu hình/tính toán

Ngắt = ngắt gói phía sau trường dữ liệu; timeout: trễ lớn nhất trong kết hợp/tách

9

2.2 Khối thích nghi dòng truyền tải

2.2.1 Bộ đệm

(Kbch - DFL - 80) các bit 0 có thể xuất hiện sau trường dữ liệu Điều này đảm bảo khung BBFRAME có độ dài các bit Kbch là không đổi Với các ứng dụng quảng bá, DFL= Kbch – 80, nên không có đệm thêm

2.2.2 Ngẫu nhiên hóa khung BBFRAME

Khung BBFRAME hoàn chỉnh được ngẫu nhiên hoá Chuỗi ngẫu nhiên sẽ đồng

bộ với khung BBFRAME, bắt đầu từ bit MSB và kết thúc sau chuỗi bit Kbch Chuỗi xáo trộn được sinh bởi quá trình phản hồi dịch thanh ghi Đa thức để sinh ra chuỗi giả ngẫu

nhiên là: 1 + x14 + x15

2.3 Khối mã hóa sửa lỗi trước FEC

Khối này thực hiện mã ngoài BCH, mã trong LDPC và chèn bit Luồng vào là

khung BBFRAME và luồng ra là FECFRAME

Mỗi khung BBFRAME (các bit Kbch ) được xử lí bởi khối mã hoá FEC, sẽ tạo ra khung FECFRAME ( nldpc bits) Kiểm tra bit chẵn lẻ (LDPCFEC) của mã hoá trong có mặt sau trường BCHFEC

Tỷ lệ mã

LDPC

Kbch Nbch=Kldpc tBCH Nldpc

10

9/10 58192 58320 8 64800

Bảng 2.3 Thông số mã hóa (cho khung FEC thường)

2.3.1 Mã hóa ngoài BCH

Mỗi t-error sửa lỗi mã BCH (Nbch, Kbch) có thể áp dụng cho từng khung

BBFRAME (Kbch) nhằm tạo một gói bảo vệ lỗi

g 1 (x) 1+ x 2 + x 3 + x 5 + x 16

g 2 (x) 1+ x+ x 4 + x 5 + x 6 + x 8 + x 16

g 3 (x) 1+ x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 7 + x 8 + x 9 + x 10 + x 11 + x 16

g 4 (x) 1+ x 2 + x 3 + x 4 + x 6 + x 9 + x 11 + x 12 + x 14 + x 16

g 5 (x) 1+ x+ x 2 + x 3 +x 5 +x 8 +x 9 +x 10 +x 11 +x 12 +x 16

g 6 (x) 1+ x 2 + x 4 + x 5 + x 7 + x 8 + x 9 + x 10 + x 12 + x 13 + x 14 + x 15 + x 16

g 7 (x) 1+ x 2 + x 5 + x 6 + x 8 + x 9 + x 10 + x 11 + x 13 + x 15 + x 16

g 8 (x) 1+ x+ x 2 + x 5 + x 6 + x 8 + x 9 + x 12 + x 13 + x 14 + x 16

g 9 (x) 1+ x 5 + x 7 + x 9 + x 10 + x 11 + x 16

g 10 (x) 1+ x+ x 2 + x 5 + x 7 + x 8 + x 10 + x 12 + x 13 + x 14 + x 16

g 11 (x) 1+ x 2 + x 3 + x 5 + x 9 + x 9 + x 11 + x 12 + x 13 + x 16

g 12 (x) 1+ x+ x 5 + x 6 + x 7 + x 9 + x 11 + x 12 + x 16

Bảng 2.4 Đa thức sinh BCH khung thường

2.3.2 Mã hóa trong - LDCP

Mã hóa sửa sai kiểm tra độ ưu tiên cường độ thấp LPDC là một lớp các mã khối tuyến tính với một ma trận kiểm tra độ ưu tiên H Ma trận H chỉ gồm các giá trị 0 và 1 nằm rải rác

Số lượng các số 1 trong ma trận này rất thấp Việc mã hóa được thực hiện bằng các phương trình biến đổi từ ma trận H để tạo ra các bit kiểm tra độ ưu tiên Quá trình giải mã sử dụng các đầu vào ‘mềm’ (soft – inputs) kết hợp với các phương trình này để tạo ra các ước lượng mới cho các giá trị thông tin được gửi

2.3.3 Xáo trộn bit

Với các khuông dạng điều chế 8PSK, 16APSK và 32APSK, lối ra của khối mã hóa LDPC bị chèn thêm bit nhờ sử dụng khối chèn Dữ liệu được ghi liên tục vào cột và

11 được đọc liên tiếp ra theo các hàng (MSB của BBHEADER sẽ được đọc ra trước, trừ

trường hợp 8PSK tỷ lệ 3/5 trường hợp mà MSB của BBHEADER được đọc ra thứ ba)

Hình 2.4 Sơ đồ xáo trộn bit, với điều chế 8PSK và khung FECFRAME thường

Trong các trường hợp khác của DVB – S2, xáo trộn bit được thực hiện tương tự, theo các thông số trong bảng sau :

Điều chế Hàng (nldpc=64800) Hàng (nldpc=16200) Cột

Bảng 2.5 Thông số của bộ xáo trộn bit trong tiêu chuẩn DVB – S2

2.4 Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

DVB – S2 sử dụng 4 sơ đồ điều chế khác nhau : QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK Trong đó QPSK và 8PSK được sử dụng cho các ứng dụng quảng bá do chúng là loại điều chế có đường bao không đổi (constant envelope) và có thể hoạt động với các bộ phát đáp không tuyến tính trên vệ tinh ở gần điểm bão hòa Còn 16APSK và 32APSK hướng tới các ứng dụng chuyên nghiệp, có thể được sử dụng cho quảng bá nhưng đòi hỏi mức C/N cao

12

và phải áp dụng phương pháp tiền sửa méo (pre – distortion) trong trạm up-link để giảm thiểu tính phi tuyến của bộ phát đáp Các phương pháp này không tối ưu về mặt công suất